JPS62258264A

JPS62258264A - ピストンリング

Info

Publication number: JPS62258264A
Application number: JP9817886A
Authority: JP
Inventors: Manabu Shinada; 品田　学; Takashi Tanno; 丹野　隆
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1986-04-30
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1987-11-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、耐摩耗性に優れた複合めっき層を摺動面に有
する内燃機関用ピストンリングに関する。

（従来技術と問題点）ピストンリングの機能上で生ずる問題点としては、エン
ジン全体から見れば、オイル消費、ブローパイ、またピ
ストンリング自体からみれば、耐摩耗性、耐熱性、保油
性及びシリンダ材の摩耗の問題等があげられる。このた
め、現在のピストンリングでは、硬質クロムめっきや、
モリブデン溶射、またはタフトライドのように鋼に窒化
処理を施す等の表面処理が行なわれている。

しかし、硬質クロムめっきでは、有鉛ガソリンを使用し
た場合耐摩耗性、耐焼付性に問題があり、モリブデン溶
射では耐熱性、耐焼付性は良好なものの耐摩耗性に劣り
、相手シリンダ材も摩耗させる。また、タフトライド処
理は、耐摩耗性は優れているが鋳鉄や普通鋼に窒化処理
を施すとき、処理温度を高温にするため、リングが変形
するなど好ましくなく、耐焼付性も良くない。

本発明は、従来の硬質クロムめっき、Ｍｏ溶射及び窒化
処理等の有する欠点を解消し、それ自体耐摩耗性に優れ
、且つ摩擦係数の小さな硬質皮膜層を有するピストンリ
ングの提供を目的としている。

（発明の構成）本発明は、上記目的を達成するため、第１の発明として
、クロムが２〜２０重量％、残りが鉄からなる鉄−クロ
ム合金めっきの基地層中に、平均粒径０．５〜１０μｍ
の硬質粒子を容積比で５〜３０％の範囲で分散している
複合皮膜層を摺動面に有するピストンリングに窒化処理
が施されていることを特徴とするピストンリングを提供
し、第２の発明として、クロムが２〜２０重量％、残り
が鉄からなる鉄−クロム合金めっきの基地層中に、平均
粒径０．５〜１０μｍの硬質粒子を容積比で５〜３０％
と、平均粒径０．５〜２０μｍの潤滑剤粒子が容積比で
５〜２０％の範囲で、−且つ硬質粒子と潤滑剤粒子の合
計が容積比で１０〜４５％の範囲で分散している複合皮
膜層を摺動面に有するピストンリングに窒化処理が施さ
れていることを特徴とするピストンリングを提供するこ
とで上記問題点を解決している。

クロムは、窒素との親和性がつよく、窒化処理を行なう
ことにより硬度が高くなる。複合皮膜層の基地を鉄−ク
ロム合金とすることによって１分散めっき層そのものに
窒化処理を施すことが可能になり、耐摩耗性改善に優れ
た効果を示す。また窒化処理を行なうことによって分散
めっき層だけでなく、ピストンリング上下面、および内
周面の耐摩耗性改善にも効果がある。

クロムの量が２％以下では窒化処理をおこなっても硬度
が高くならず耐摩耗性の効果は少ない。

また２０％を越えてもその効果に著しい変化はみられな
い、したがってクロムの量は２〜２０重量％が良い。

硬質粒子は、クロムとともに、皮膜の耐摩耗性改善に優
れた効果を示す、硬質粒子としては、窒化珪素、炭化珪
素、炭化チタン、ジルコニア、アルミナ、酸化コバルト
、などの金属窒化物、金属炭化物、金属酸化物が適して
いる。

硬質粒子の容量は０．５〜３０％で且つその平均粒径は
０．５〜１０μｍが良い、容量が０．５％以下或いは平
均粒径が０．５μｍ以下では基地表面に占める硬質粒子
の面積が少なく、耐摩耗性としての効果が少ない、また
容量が３０％或いは平均粒径が１０μｍを越えると相手
材の摩耗を大きくすることになり、さらに皮膜の強度も
低下する。

本発明は、第２の発明として硬質粒子のほかに潤滑粒子
も分散させている。潤滑剤粒子は、相手材の摩耗改善に
優れた効果がある。潤滑剤粒子としては、例えばへき開
性のある低摩擦係数の固体潤滑剤が適している０代表的
な例として、二硫化モリブデン、フッ化黒鉛、窒化硼素
、グラファイト、雲母、テフロンなどの粒子が良い。

潤滑剤粒子の容量は０．５〜２０％で且つその平均粒径
は０．５〜２０μｍが良い、容量が０．５％或いは平均
粒径が０．５μｍ以下では潤滑剤としての効果が少なく
、また容量が２０％或いは平均粒径が２０μｍを越える
と、めっき層自身の耐摩耗性が低下するばかりでなく、
皮膜の強度も低下する。

硬質粒子と潤滑剤粒子の合計は、耐摩耗性、潤滑剤とし
ての効果から容積比で１０〜４５％が適当である。

（実施例１）呼び径ｘｌ［ｘ厚さが７８ｍ　Ｘ　　Ｌ、５ｍｍ　Ｘ３
．３ｍの鋼製第一圧力リングに１表１の浴組成およびめ
っき条件で、窒化珪素を分散した厚さ１２０μｍの鉄−
クロム複合めっきを形成した。

複合めっき層中のクロムの量は重量比で１３％、窒化珪
素の量は容積比で２５％であった。

つぎに、ピストンリングを５８０℃で１時間窒化処理を
施して熱硬化処理を行ない、基地を硬化させた。この処
理によってマイクロピッカス硬度は４００〜５００であ
ったものが、９００〜１０００となった。

（実施例２）第２の発明の実施例として、実施例１と同様に、呼び径
ｘ幅×厚さが７８ａ＊　Ｘ　　１．５ｍ　Ｘ３．３■の
鋼製第一圧力リングに、表２の浴組成およびめっき条件
で、硬質粒子として窒化珪素を、潤滑剤粒子として二硫
化モリブデンを分散した厚さ１１０μｍの鉄−クロム複
合めっきを形成した。

複合めっき層中のクロムの量は重量比で１３％。

窒化珪素の量は容積比で１５％、二硫化モリブデンの量
は容積比で１０％であった。

つぎに、ピストンリングを５８０℃で１時間窒化処理を
施して、基地を硬化させた。

（実機試験）実施例１、および実施例２で得られたピストンリングを
シリンダボア径７８■、４サイクル、４気筒水冷エンジ
ンに取り付けて、高鉛ガソリンを燃料として６８００ｒ
ｐｍ、全負荷、１００時間のベンチテストを行い、ピス
トンリングの外周摺動面及びシリンダ（鋳鉄Ｆｅ１２製
）内周面の摩耗量を測定した。

比較のため硬質クロムめっき、モリブデン溶射およびタ
フトライド処理を施したピストンリングについてもそれ
ぞれ同様に試験を行なった。

試験結果を第２図に示す。

（効果）第２図から明らかなように、第１の発明、および第２の
発明のピストンリングは、いずれも比較ピストンリング
よりも摩耗量、および相手シリンダの摩耗量が少ない、
また第２の発明のピストンリングは、潤滑剤粒子を分散
しているので、第１の発明に比べて相手材の摩耗が少な
くなっている。

ピストンリングの母材として５ＫＤ−６１のような材質
を選び窒化処理を施せば、複合めっき層と同時にピスト
ンリングの上下面、および内周面母材も窒化されるので
、耐摩耗性に優れたピストンリングを得ることができる
。

このように、本発明ピストンリングは、特に耐摩耗性を
要求される高鉛ガソリンを燃料とするエンジンに対して
、効果の優れていることが理解できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のピストンリングの断面図図中　１：
ピストンリング２：複合めっき層３：窒化層第２図は、実機試験に於けるピストンリングおよび相手
シリンダの摩耗を示すグラフである。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）クロムが２〜２０重量％、残りが鉄からなる鉄−
クロム合金めっきの基地層中に、平均粒径０．５〜１０
μｍの硬質粒子が容積比で５〜３０％の範囲で分散して
いる複合皮膜層を摺動面に有するピストンリングに窒化
処理が施されていることを特徴とするピストンリング
（２）クロムが２〜２０重量％、残りが鉄からなる鉄−
クロム合金めっきの基地層中に、平均粒径０．５〜１０
μｍの硬質粒子が容積比で５〜３０％と、平均粒径０．
５〜２０μｍの潤滑剤粒子が容積比で５〜２０％の範囲
で、且つ硬質粒子と潤滑剤粒子の合計が容積比で１０〜
４５％の範囲で分散している複合皮膜層を摺動面に有す
るピストンリングに窒化処理が施されていることを特徴
とするピストンリング