JP2003201911A - Internal combustion engine piston ring - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine piston ring having excellent initial conformability, and scuffing resistance and seizing resistance. <P>SOLUTION: Lubricant grains are sprayed on a surface of an outer peripheral sliding surface of an internal combustion engine piston ring to form a lubricant coat. Preferably, the lubricant grains are molybdenum disulfide grains, tungsten disulfide grains, metallic tin grains and the like. Preferably, the piston ring is used for a second pressure ring. A hard coat is formed, and the lubricant coat may be formed as an upper layer of the hard coat. Preferably, the hard coat is a nitride coat, a Cr plating coat, a dispersion plating coat, or an ion plating coat. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用ピスト
ンリングとして好適なピストンリングに係り、特にアル
ミニウム合金製ピストンに装着されるピストンリングの
初期なじみ性、耐摩耗性、耐焼付き性の改善に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston ring suitable as a piston ring for an internal combustion engine, and more particularly to improvement of initial conformability, wear resistance and seizure resistance of a piston ring mounted on an aluminum alloy piston. .

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、地球環境の保全という観点から、
自動車車体の軽量化が要望されている。このような軽量
化の要望から、最近の自動車では、エンジンをアルミニ
ウム合金製とすることが主流となっており、ピストンも
アルミニウム合金製となっている。一方、内燃機関用ピ
ストンリングでは、形状面ではできるだけ薄厚化し、材
質面では鋳鉄製からステンレス鋼製へと種々の改良がな
されてきた。最近のピストンリングは、軽量化や、耐摩
耗性、耐スカッフ性（耐焼付き性）向上のため、ピスト
ンリング母材として高硬度のマルテンサイト系ステンレ
ス鋼が一般的に使用され、さらに表面には窒化処理や硬
質クロムめっき等の表面硬化処理が施されて使用されて
いる。2. Description of the Related Art In recent years, from the viewpoint of conservation of the global environment,
There is a demand for weight reduction of automobile bodies. Due to such a demand for weight reduction, in recent automobiles, engines are mainly made of aluminum alloys, and pistons are also made of aluminum alloys. On the other hand, piston rings for internal combustion engines have been made as thin as possible in terms of shape and various improvements have been made in terms of material from cast iron to stainless steel. In recent piston rings, high-hardness martensitic stainless steel is generally used as the piston ring base material to reduce the weight, improve wear resistance, and improve scuff resistance (seizure resistance). It is used after being subjected to surface hardening treatment such as nitriding treatment or hard chrome plating.

【０００３】一方、ピストンリングの摺動の相手材であ
るシリンダライナは、アルミニウム合金製シリンダライ
ナであると軟質であり、高硬度化されたピストンリング
と、軟質であるアルミニウム合金製シリンダライナの内
周面とを直接摺動させることは避けて、通常は、摺動面
に鉄製のシリンダライナを装着してシリンダの耐摩耗性
を確保している。例えば、特開平９-19757号公報には、
摺動特性向上に配慮したシリンダライナとして、硬い粒
子である珪素一次結晶および金属間化合物が摺動面に露
出した過共晶アルミニウム−珪素合金製シリンダライナ
が開示されている。On the other hand, the cylinder liner, which is a mating member for sliding of the piston ring, is soft when it is an aluminum alloy cylinder liner, and is a soft material, and is made up of a hardened piston ring and a soft aluminum alloy cylinder liner. Instead of directly sliding on the peripheral surface, an iron cylinder liner is usually attached to the sliding surface to ensure the wear resistance of the cylinder. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-19757,
A cylinder liner made of a hypereutectic aluminum-silicon alloy in which a silicon primary crystal that is hard particles and an intermetallic compound are exposed on a sliding surface is disclosed as a cylinder liner in consideration of improving sliding characteristics.

【０００４】また、特開平６-322459 号公報には、アル
ミニウム合金製シリンダ摺動面をアルミナ短繊維と非球
状ムライト粒子との混合物である強化材により複合強化
することが提案されている。また、特開平５-86964号公
報には、アルミニウム合金製シリンダの内周面にNi基複
合めっき処理を施す摺動性向上策が提案されている。ま
た、内燃機関のシリンダに限定されないが、特開平７-1
88738 号公報には、金属成品の摺動部表面に金属成品の
硬度と同等以上の硬度を有する略球状のショットを噴射
して、該金属成品の摺動部表面温度を鉄系金属成品では
Ａ₃ 変態点以上に上昇させるとともに、表面に無数の凹
部からなる油溜りを形成し、摺動性を向上させる、金属
成品の摺動部の摩耗防止方法が提案されている。Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-322459 proposes to compositely strengthen an aluminum alloy cylinder sliding surface with a reinforcing material which is a mixture of alumina short fibers and non-spherical mullite particles. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-86964 proposes a measure for improving slidability by performing Ni-based composite plating on the inner peripheral surface of an aluminum alloy cylinder. Further, the invention is not limited to the cylinder of the internal combustion engine, but is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-1.
No. 88738 discloses that a substantially spherical shot having a hardness equal to or higher than the hardness of a metal product is jetted onto the surface of the metal product sliding part, and the surface temperature of the sliding part of the metal product is _There has been proposed a method of preventing wear of a sliding part of a metal product by increasing the temperature to _three transformation points or more and forming an oil reservoir consisting of innumerable recesses on the surface to improve slidability.

【０００５】[0005]

【発明の解決しようとする課題】しかしながら、最近の
エンジンの高出力化、低燃費化の要請に伴い、ピストン
リングにも厳しい品質要求がなされており、上記したピ
ストンリングに関する従来技術では、依然として、初期
なじみ性、耐摩耗性、耐スカッフ性（耐焼付き性）等が
不十分であり、初期なじみ性、耐摩耗性、耐スカッフ性
（耐焼付き性）の更なる向上が要望されている。However, with the recent demand for higher output and lower fuel consumption of the engine, strict quality requirements have been made for the piston ring. The initial running-in property, wear resistance, scuffing resistance (seizure resistance), etc. are insufficient, and further improvement in initial running-in property, wear resistance, scuffing resistance (seizure resistance) is desired.

【０００６】本発明は、上記した要望に答えるべく、初
期なじみ性、耐摩耗性、耐スカッフ性（耐焼付き性）に
優れた内燃機関用ピストンリングを提案することを目的
とする。In order to meet the above-mentioned demands, the present invention has an object of proposing a piston ring for an internal combustion engine which is excellent in initial conformability, wear resistance, and scuff resistance (seizure resistance).

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ピストン
リングの、シリンダとの初期なじみ性や耐摩耗性、耐焼
付き性を改善する方策について、鋭意検討した。その結
果、ピストンリング外周摺動面表面に潤滑剤粒子を高速
で噴射し、潤滑剤被膜を形成することにより、摩擦係数
が低減し、初期なじみ性、耐摩耗性、および耐スカッフ
性（耐焼付き性）を顕著に改善でき、しかもこの被膜は
耐久性があることを知見した。DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors of the present invention have earnestly studied a method for improving the initial conformability of a piston ring with a cylinder, wear resistance, and seizure resistance. As a result, by injecting lubricant particles at a high speed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring to form a lubricant film, the friction coefficient is reduced, and the initial running-in property, wear resistance, and scuff resistance (seizure resistance) are reduced. It has been found that this coating has durability.

【０００８】本発明は、上記した知見に基づき、 さらに
検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明
の主旨は、下記のとおりである。 （１）内燃機関用のピストンリングであって、該ピスト
ンリングの外周摺動面表面に、潤滑剤粒子を噴射して形
成した潤滑剤被膜を有することを特徴とする初期かじり
性、耐摩耗性、耐焼付き性に優れた内燃機関用ピストン
リング。 （２）（１）において、前記潤滑剤粒子が、二硫化モリ
ブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子のう
ちから選ばれた１種であることを特徴とする内燃機関用
ピストンリング。 （３）（１）または（２）において、前記潤滑剤被膜
が、硬質被膜の上層として形成されたものであることを
特徴とする内燃機関用ピストンリング。 （４）（３）において、前記硬質被膜が、窒化被膜、Cr
めっき被膜、分散めっき被膜またはイオンプレーテイン
グ被膜であることを特徴とする内燃機関用ピストンリン
グ。 （５）（１）ないし（４）のいずれかに記載の内燃機関
用ピストンリングを圧力ピストンリングとすることを特
徴とする内燃機関用圧力ピストンリング。 （６）（１）または（２）に記載の内燃機関用ピストン
リングを第二圧力ピストンリングとすることを特徴とす
る内燃機関用第二圧力ピストンリング。The present invention has been completed based on the above-mentioned findings and further examination. That is, the gist of the present invention is as follows. (1) A piston ring for an internal combustion engine, characterized in that it has a lubricant coating formed by spraying lubricant particles on the outer peripheral sliding surface of the piston ring. , Piston ring for internal combustion engine with excellent seizure resistance. (2) The piston ring for an internal combustion engine according to (1), wherein the lubricant particles are one kind selected from molybdenum disulfide particles, tungsten disulfide particles, and metal tin particles. (3) The piston ring for an internal combustion engine as described in (1) or (2), wherein the lubricant coating is formed as an upper layer of a hard coating. (4) In (3), the hard coating is a nitride coating, Cr
A piston ring for an internal combustion engine, which is a plating film, a dispersion plating film, or an ion plating film. (5) A pressure piston ring for an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine piston ring according to any one of (1) to (4) is a pressure piston ring. (6) A second pressure piston ring for an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine piston ring according to (1) or (2) is a second pressure piston ring.

【０００９】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の内燃機関用ピストンリン
グは、外周摺動面表面に、潤滑剤粒子を噴射して形成し
た潤滑剤被膜を有する。本発明では、ピストンリングの
材質は、特に限定する必要はなく、従来公知の材料がい
ずれも好適に使用できるが、鋼製とすることが好まし
い。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The piston ring for an internal combustion engine of the present invention has a lubricant coating formed on the outer peripheral sliding surface by spraying lubricant particles. In the present invention, the material of the piston ring is not particularly limited, and any conventionally known material can be suitably used, but it is preferably made of steel.

【００１０】内燃機関用ピストンリングは、通常、２本
の圧力リングと１本のオイルリングとから構成されるこ
とが多い。面圧が高く厳しい使用環境下で使用される第
一圧力リングには、鋳鉄製リングもあるが、Siを高めた
Si-Cr 鋼や、Crを10％以上に高めた鋼等を用いた鋼製ピ
ストンリングとすることが耐久性の観点から好ましい。
また、第一圧力リング用としては、耐久性向上のために
摺動面にガス窒化処理、硬質クロムめっき処理、分散め
っき処理や、イオンプレーテイング（ＰＶＤ処理）等の
硬質表面処理を施すことが好ましい。The piston ring for an internal combustion engine is usually composed of two pressure rings and one oil ring. The first pressure ring, which has a high surface pressure and is used in harsh environments, has a cast iron ring, but has a higher Si content.
From the viewpoint of durability, it is preferable to use a steel piston ring made of Si-Cr steel or steel having Cr increased to 10% or more.
For the first pressure ring, the sliding surface may be subjected to gas nitriding treatment, hard chrome plating treatment, dispersion plating treatment, or hard surface treatment such as ion plating (PVD treatment) to improve durability. preferable.

【００１１】本発明では、図１に示すように、ピストン
リング１の外周摺動面に、潤滑剤粒子を高速で噴射し、
潤滑剤被膜２を形成する。潤滑剤粒子を高速で噴射する
ことにより、緻密で密着性に優れた潤滑剤被膜を結合材
を使用することなく形成することができる。図１（ａ）
は、ピストンリング１の外周摺動面に潤滑剤被膜２を形
成した例を示す。図１（ｂ）は、硬質被膜３の上層とし
て、ピストンリング１の外周摺動面に潤滑剤被膜２を形
成した例である。図１（ｃ）は、硬質被膜３をピストン
リング１の外周摺動面表面、およびピストンリング１の
上下面に形成して、さらにピストンリング１の外周摺動
面表面にのみ硬質被膜３の上層として潤滑被膜２を形成
した例である。図１（ｄ）は、硬質被膜３をピストンリ
ング１の全周面に形成して、さらにピストンリング１の
外周摺動面表面にのみ潤滑剤被膜２を形成した例であ
る。In the present invention, as shown in FIG. 1, lubricant particles are injected at high speed onto the outer peripheral sliding surface of the piston ring 1,
The lubricant film 2 is formed. By injecting the lubricant particles at a high speed, it is possible to form a dense and highly adherent lubricant film without using a binder. Figure 1 (a)
Shows an example in which the lubricant coating 2 is formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring 1. FIG. 1B shows an example in which a lubricant coating 2 is formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring 1 as an upper layer of the hard coating 3. 1C shows that the hard coating 3 is formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring 1 and on the upper and lower surfaces of the piston ring 1, and the upper layer of the hard coating 3 is formed only on the outer peripheral sliding surface of the piston ring 1. This is an example in which the lubricating coating 2 is formed as. FIG. 1D shows an example in which the hard coating 3 is formed on the entire peripheral surface of the piston ring 1 and the lubricant coating 2 is further formed only on the outer peripheral sliding surface of the piston ring 1.

【００１２】潤滑剤被膜２を、ピストンリングの外周摺
動面表面に形成することにより、摩擦係数が顕著に低減
し、初期なじみ性が向上し、耐摩耗性および耐焼付き性
（耐スカッフ性）が顕著に改善される。潤滑剤粒子の噴
射方法としては、通常公知のショットブラスト装置を利
用した噴射方法がいずれも好適である。なかでも、直圧
式噴射装置、重力式噴射装置等を使用して行うことが好
ましいが、本発明ではこれに限定されるものではない。By forming the lubricant film 2 on the outer peripheral sliding surface of the piston ring, the friction coefficient is remarkably reduced, the initial conformability is improved, and the wear resistance and seizure resistance (scuff resistance) are improved. Is significantly improved. As a method for injecting the lubricant particles, an injection method using a generally known shot blasting device is suitable. Among them, it is preferable to use a direct pressure type injection device, a gravity type injection device or the like, but the present invention is not limited to this.

【００１３】ピストンリング表面に形成する潤滑剤被膜
は、１〜20μm の厚さとすることが好ましい。被膜厚さ
が１μm 未満では膜厚が薄すぎて、潤滑効果が少なく初
期なじみ性、耐摩耗性および耐焼付き性（耐スカッフ
性）改善効果が少なく、また耐久性が低下する。一方、
20μm を超えると、膜厚が厚すぎて密着性が低下し、短
期に膜剥離が生じる等のトラブルがある。また、本発明
における潤滑剤被膜は、ピストンリング表面に強固に付
着形成されているが、ピストンリング母材への潤滑剤
（Mo、Ｓ）の拡散浸透はなく、耐疲労性等のピストンリ
ング諸特性の変化はないという特徴を有する。ピストン
リング母材への潤滑剤の拡散浸透がないことは、図２か
ら理解できる。図２は、表面に潤滑剤被膜が形成された
ピストンリングの断面について、表面から境界面を含み
ピストンリング母材に向かって深さ方向にFe、Mo、Ｓの
濃度を分析した濃度曲線を模式的に示した説明図であ
る。The lubricant coating formed on the surface of the piston ring preferably has a thickness of 1 to 20 μm. If the coating thickness is less than 1 μm, the coating thickness is too thin, the lubrication effect is small, the initial conformability, wear resistance and seizure resistance (scuff resistance) are not improved, and the durability is reduced. on the other hand,
If it exceeds 20 μm, there is a problem that the film thickness is too thick and the adhesion is deteriorated, resulting in film peeling in a short time. Further, although the lubricant coating in the present invention is firmly adhered and formed on the surface of the piston ring, there is no diffusion and penetration of the lubricant (Mo, S) into the piston ring base material, and the piston ring has various fatigue resistance. It has the characteristic that the characteristics do not change. It can be understood from FIG. 2 that there is no diffusion and penetration of the lubricant into the piston ring base material. FIG. 2 is a schematic concentration curve in which the concentrations of Fe, Mo, and S are analyzed in the depth direction from the surface to the base material of the piston ring, including the boundary surface, in the cross section of the piston ring on which the lubricant film is formed. It is the explanatory view shown typically.

【００１４】図２（ａ）はFe、図２（ｂ）はMo、図２
（ｃ）はＳの濃度曲線である。いずれの元素も、潤滑剤
被膜と母材との境界面で著しい変化を示している。した
がって、潤滑剤（Mo，Ｓ）のピストンリング母材への拡
散浸透はないものと考えられる。潤滑剤被膜形成に際し
使用する潤滑剤粒子は、二硫化モリブデン、二硫化タン
グステン、金属錫のうちから選ばれた１種とすることが
好ましい。2 (a) is Fe, FIG. 2 (b) is Mo, and FIG.
(C) is a concentration curve of S. Both elements show significant changes at the interface between the lubricant coating and the base metal. Therefore, it is considered that the lubricant (Mo, S) does not diffuse and penetrate into the piston ring base material. The lubricant particles used for forming the lubricant film are preferably one kind selected from molybdenum disulfide, tungsten disulfide and metallic tin.

【００１５】使用する潤滑剤粒子は、平均粒径：0.4 〜
50μm の粉末とすることが好ましい。噴射する潤滑剤粒
子の平均粒径が0.4 μm 未満では、狙いの衝突エネルギ
ーが得られず、潤滑剤被膜の形成において脱落という問
題があり、一方、平均粒径が50μm を超えると、緻密で
密着性に富む潤滑剤被膜が形成されない。なお、本発明
で用いる平均粒径は、JIS R 6001の規定に準拠して測定
した値を用いるものとする。The lubricant particles used have an average particle size of 0.4-
It is preferable to use a powder of 50 μm. If the average particle size of the lubricant particles to be sprayed is less than 0.4 μm, the desired collision energy cannot be obtained, and there is the problem of falling off during the formation of the lubricant film.On the other hand, if the average particle size exceeds 50 μm, the particles will be dense and adhere closely. A rich lubricant film is not formed. The average particle size used in the present invention is a value measured according to JIS R 6001.

【００１６】上記したような潤滑剤粒子をピストンリン
グ表面に噴射する際の噴射速度あるいは噴射圧力は、所
望の潤滑剤被膜特性に応じ適宜決定することが好まし
い。例えば、直圧式噴射装置を用いる場合であれば、噴
射速度は、100 ｍ／ｓ以上、好ましくは250 ｍ／ｓ以下
の高速とすることが好ましい。噴射速度が100 ｍ／ｓ未
満では、形成される被膜の密着性が劣化し、さらに表面
粗さが粗く、被膜の耐久性が低下する。一方、250 ｍ／
ｓを超えて噴射速度を増加することは、エアー圧力が高
くなりすぎるという問題もあるが、装置が大型化し経済
的でない。The jetting speed or jetting pressure for jetting the above-mentioned lubricant particles onto the surface of the piston ring is preferably determined appropriately according to the desired lubricant film characteristics. For example, when a direct pressure injection device is used, the injection speed is preferably 100 m / s or more, and preferably 250 m / s or less. If the jetting speed is less than 100 m / s, the adhesion of the formed film deteriorates, the surface roughness becomes rough, and the durability of the film decreases. On the other hand, 250 m /
Increasing the injection speed over s also causes a problem that the air pressure becomes too high, but the device becomes large and it is not economical.

【００１７】100 ｍ／ｓ以上の高速でピストンリング表
面に噴射された潤滑剤粒子は、ピストンリング表面に衝
突し、減速されるとともに表面に強固に付着する。噴射
速度が低速となると、付着強度が低下し、被膜の剥離等
により被膜の耐久性が不足する。なお、噴射速度に代え
て、噴射圧力で制御してもよい。噴射圧力は 0.3 MPa以
上、好ましくは1.5 MPa 以下とすることが好ましい。The lubricant particles sprayed onto the surface of the piston ring at a high speed of 100 m / s or more collide with the surface of the piston ring, are decelerated, and firmly adhere to the surface. When the jetting speed is low, the adhesive strength is reduced, and the coating is peeled off and the durability of the coating is insufficient. The injection pressure may be used instead of the injection speed. The injection pressure is 0.3 MPa or more, preferably 1.5 MPa or less.

【００１８】潤滑剤被膜は、脱脂以外は、特別な下地処
理を行うことなくピストンリング母材表面にそのまま形
成してもよく、また窒化被膜等の硬質表面処理を施した
のち、形成してもよい。また、第二圧力ピストンリング
用としては、摺動面に硬質表面処理を行わないで潤滑剤
被膜を形成するほうが、コストの観点から好ましい。Except for degreasing, the lubricant film may be directly formed on the surface of the piston ring base material without any special pretreatment, or may be formed after a hard surface treatment such as a nitride film is applied. Good. Further, for the second pressure piston ring, it is preferable from the viewpoint of cost to form the lubricant film on the sliding surface without performing the hard surface treatment.

【００１９】潤滑剤被膜を形成する前に、ピストンリン
グ外周摺動面に形成される硬質被膜としては、窒化被
膜、Crめっき被膜、分散めっき被膜またはイオンプレー
テイング被膜とすることが好ましい。窒化被膜は、公知
の窒化被膜形成方法で形成された被膜がいずれも適用で
きる。また、Crめっき被膜は積層Crめっき被膜であって
も何ら問題はない。分散めっき被膜はCr、Ni等のベース
めっきにSi₃ Ｎ₄ 、Al₂Ｏ₃ 等の硬質粒子又は、ＢＮ等
の固体潤滑粒子を分散させためっき被膜が適用できる。
イオンプレーテイング被膜はCr−Ｎ系被膜、Cr−Ｂ−Ｎ
系被膜あるいはTi−Ｎ系被膜であっても何ら問題はな
い。Before the lubricant film is formed, the hard film formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring is preferably a nitride film, a Cr plating film, a dispersion plating film or an ion plating film. As the nitride film, any film formed by a known nitride film forming method can be applied. Further, there is no problem even if the Cr plating film is a laminated Cr plating film. As the dispersion plating film, a plating film in which hard particles such as Si ₃ N ₄ and Al ₂ O ₃ or solid lubricating particles such as BN are dispersed in base plating such as Cr and Ni can be applied.
Ion plating coating is Cr-N based coating, Cr-BN
There is no problem even if it is a system coating or a Ti-N coating.

【００２０】なお、必要に応じ、ピストンリング下面、
あるいはさらに上面にピストン材であるAl材に対して、
耐Al凝着性向上の観点から硬質被膜を形成してもよい。
ピストンリング下面、あるいはさらに上面に形成される
硬質被膜としては、窒化被膜、あるいはCrめっき被膜、
イオンプレーティング被膜とすることが好ましい。If necessary, the lower surface of the piston ring,
Or even for the Al material that is the piston material on the upper surface,
A hard coating may be formed from the viewpoint of improving Al adhesion resistance.
As the hard coating formed on the lower surface of the piston ring or on the upper surface, a nitride coating or a Cr plating coating,
It is preferable to use an ion plating film.

【００２１】[0021]

【実施例】表１に示す組成の鋼材（線材）を、所定の形
状に加工したのち、所望の強度となるように熱処理等で
調整して、鋼製ピストンリング相当材とした。なお、一
部の鋼製ピストンリング相当材には、外周摺動面相当の
表面に、窒化被膜、Crめっき被膜、分散めっき被膜また
はイオンプレーテイング被膜を形成した。窒化被膜は、
ガス窒化処理により形成した（硬さ：Hv 1050 ）。ま
た、Crめっき被膜は公知のフッ化浴を用いるCrめっき処
理により形成した。分散めっき被膜は、特許第2602499
号公報に記載の方法により形成した。また、イオンプレ
ーテイング被膜はCr−Ｎ系被膜とし公知の方法により形
成した。Example A steel material (wire material) having the composition shown in Table 1 was processed into a predetermined shape and then heat-treated to obtain a desired strength to obtain a steel piston ring-equivalent material. In some steel piston ring equivalent materials, a nitride coating, a Cr plating coating, a dispersion plating coating or an ion plating coating was formed on the surface corresponding to the outer peripheral sliding surface. The nitride film is
It was formed by gas nitriding treatment (hardness: Hv 1050). The Cr plating film was formed by a Cr plating process using a known fluoride bath. Dispersion plating film is patent 2602499
It was formed by the method described in Japanese Patent Publication No. The ion plating coating was a Cr-N coating and was formed by a known method.

【００２２】これら鋼製ピストンリング相当材の外周摺
動面相当の表面に、表２に示す条件で潤滑剤被膜を形成
した。表２に示す潤滑剤粒子を使用し、表２に示す条件
で潤滑剤粒子をピストンリング表面に噴射し、潤滑剤被
膜を形成した。なお、SUS440材に窒化処理をしたピスト
ンリング相当材で潤滑剤被膜なしの場合（試験片No.29
）を従来例とした。A lubricant coating was formed under the conditions shown in Table 2 on the surface corresponding to the outer peripheral sliding surface of these steel piston ring equivalent materials. The lubricant particles shown in Table 2 were used, and the lubricant particles were sprayed onto the piston ring surface under the conditions shown in Table 2 to form a lubricant film. In addition, in the case of a piston ring equivalent material obtained by nitriding SUS440 material and no lubricant film (Test piece No. 29
) Is a conventional example.

【００２３】これら鋼製ピストンリング相当材から試験
片を採取し、摩耗試験およびスカッフ試験を実施した。
なお、ピストンリング相当材に組み合わせる相手材とし
てのシリンダ材は、FC 250（硬さ：Hv250 ）とし、表面
は研磨加工を施し、表面粗さをＲz ：2.0 μm とした。
次に、摩耗試験およびスカッフ試験の試験条件について
説明する。 （１）摩耗試験 得られた試験片から固定片を削り出し、アムスラー型摩
耗試験機を使用して、相手材である回転片（シリンダ内
周面相当材）の半分を油に浸漬し荷重をかけながら固定
片に接触させて下記に示す条件で摩耗試験を行った。Test pieces were taken from these steel piston ring equivalent materials and subjected to a wear test and a scuff test.
The cylinder material as a mating material to be combined with the piston ring equivalent material was FC 250 (hardness: Hv250), the surface was polished, and the surface roughness was Rz: 2.0 μm.
Next, the test conditions of the wear test and the scuff test will be described. (1) Abrasion test A fixed piece was cut out from the obtained test piece, and using an Amsler type abrasion tester, half of the rotating piece (equivalent to the cylinder inner peripheral surface), which is the mating material, was immersed in oil to apply the load. A wear test was performed under the conditions shown below by contacting the fixed piece while applying it.

【００２４】潤滑油：タービン油（＃100 ） 油温：80℃ 周回転速度：478rpm 荷重：80kgf 時間：７ｈ なお、摩耗試験時に、そのときの摩擦抵抗を求め、初期
摩擦係数を求めた。従来例（試験片No.29 ）の摩擦係数
を基準（＝100 ）とし、基準値に対する相対値で初期な
じみ性を評価した。Lubricating oil: Turbine oil (# 100) Oil temperature: 80 ° C. Peripheral rotation speed: 478 rpm Load: 80 kgf Time: 7 h In addition, during the abrasion test, the frictional resistance at that time was obtained and the initial friction coefficient was obtained. Using the friction coefficient of the conventional example (test piece No. 29) as a reference (= 100), the initial conformability was evaluated by the relative value with respect to the reference value.

【００２５】また、試験後、固定片（ピストンリング相
当）および回転片（シリンダ内周面相当）の摩耗量を粗
さ計による段差プロフィールで測定した。 （２）スカッフ試験 得られた試験片より固定片を削り出し、アムスラー型摩
耗試験機を使用して、相手材である回転片（シリンダ内
周面相当）に油を付着させ、荷重をかけながら固定片に
接触させて、下記に示す条件で、荷重を10kgf/min の割
合で線形連続的に増加させ続け、スカッフが発生して負
荷信号が発生した時点の荷重をスカッフ限界荷重とし
た。After the test, the amount of wear of the fixed piece (corresponding to the piston ring) and the rotating piece (corresponding to the inner surface of the cylinder) was measured by a step profile using a roughness meter. (2) Scuff test A fixed piece is cut out from the obtained test piece, and an Amsler type abrasion tester is used to attach oil to the rotating piece (corresponding to the inner peripheral surface of the cylinder), which is the mating material, while applying a load. The load was kept in linear contact with the fixed piece at a rate of 10 kgf / min under the following conditions, and the load at the time when the scuff occurred and the load signal was generated was defined as the scuff limit load.

【００２６】潤滑油：スピンドル油 周回転速度：478rpm なお、従来例（試験片No.29 ）を基準（＝100 ）とし
て、基準値に対する相対値（スカッフ限界荷重比）で耐
焼付き性を評価した。スカッフ限界荷重比は、100 より
大の場合が、従来例よりスカッフ荷重が高いことを示し
ている。なお、数値が大きい方が望ましい。Lubricating oil: Spindle oil peripheral rotation speed: 478 rpm With the conventional example (test piece No. 29) as a reference (= 100), the seizure resistance was evaluated by the relative value (scuff limit load ratio) to the reference value. . When the scuff limit load ratio is larger than 100, the scuff load is higher than that of the conventional example. It is desirable that the numerical value is large.

【００２７】得られた結果を表３に示す。The results obtained are shown in Table 3.

【００２８】[0028]

【表１】 [Table 1]

【００２９】[0029]

【表２】 [Table 2]

【００３０】[0030]

【表３】 [Table 3]

【００３１】潤滑剤被膜を有する本発明例はいずれも、
潤滑剤被膜のない比較例に比べて、初期摩擦係数が低く
初期なじみ性に優れ、また、スカッフ限界荷重比が大き
く耐焼付き性に優れたピストンリングとなっている。な
お、摩耗量比について表３には示していないが、本発明
例では、摩耗量比が小さく、耐摩耗性に優れたピストン
リングとなっている。硬質被膜を形成することなく、潤
滑剤被膜を形成した場合について、摩耗量比を比較して
図３に示す。Each of the examples of the present invention having a lubricant coating,
Compared to the comparative example having no lubricant coating, the piston ring has a low initial friction coefficient and excellent initial conformability, and a large scuff limit load ratio and excellent seizure resistance. Although the wear amount ratio is not shown in Table 3, in the present invention example, the piston ring has a small wear amount ratio and excellent wear resistance. FIG. 3 shows a comparison of wear amount ratios in the case where the lubricant film is formed without forming the hard film.

【００３２】摩耗量比は、試験片No.35 （Si−Cr鋼）を
基準（＝100 ）として、基準値に対する相対値で示して
ある。SUS440鋼を用いたピストンリングにおいては、硬
質被膜として窒化被膜を形成した本発明例は、初期なじ
み性の向上が著しい。また、潤滑剤被膜として、硫化物
系被膜（MoS₂、ＷS₂）を形成した本発明例は、耐スカッ
フ性の向上が著しい。The wear amount ratio is shown as a relative value with respect to the reference value using the test piece No. 35 (Si-Cr steel) as a reference (= 100). In the piston ring made of SUS440 steel, the example of the present invention in which the nitride film is formed as the hard film is remarkably improved in initial conformability. Further, in the examples of the present invention in which the sulfide-based coating (MoS ₂ , WS ₂ ) was formed as the lubricant coating, the scuff resistance was remarkably improved.

【００３３】SUS440鋼を用いた場合、硬質被膜を形成し
ない本発明例では、摩耗量比が著しく低下して耐摩耗性
が向上している。Si−Cr鋼を用いたピストンリングにお
いては、硬質被膜を形成しない本発明例で、初期なじみ
性の著しい改善が得られており、また潤滑剤被膜として
硫化物系被膜（MoS₂、ＷS₂）を形成した本発明例で、耐
スカッフ性の著しい向上が得られている。また、図３に
示すように、硬質被膜を形成しない本発明例（No.16、N
o.17、No.18 ）で、摩耗量比の顕著な低減が得られ、耐
摩耗性の著しい向上が得られている。When SUS440 steel is used, in the examples of the present invention in which the hard coating is not formed, the wear amount ratio is remarkably reduced and the wear resistance is improved. In the case of a piston ring using Si-Cr steel, a remarkable improvement in initial running-in property was obtained in the example of the present invention in which a hard coating was not formed, and a sulfide coating (MoS ₂ , WS ₂ ) was used as a lubricant coating. The scuff resistance is remarkably improved in the example of the present invention in which Further, as shown in FIG. 3, the present invention example (No. 16, N
O.17, No.18), the wear amount ratio was remarkably reduced and the wear resistance was remarkably improved.

【００３４】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、初期なじみ性、耐摩耗
性、耐焼付き性が改善され、内燃機関用ピストンリング
の耐久性が顕著に向上し、産業上格段の効果を奏する。According to the present invention, the initial conformability, wear resistance and seizure resistance are improved, the durability of the piston ring for an internal combustion engine is remarkably improved, and industrially remarkable effects are achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明のピストンリング表面の潤滑剤被膜形成
の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of forming a lubricant film on the surface of a piston ring of the present invention.

【図２】本発明のピストンリングの母材と潤滑剤被膜の
界面近傍における元素の分析例を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing an example of analysis of elements in the vicinity of the interface between the base material of the piston ring and the lubricant film of the present invention.

【図３】摩耗量比の比較を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a comparison of wear amount ratios.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ピストンリング ２ 潤滑剤被膜 ３ 硬質被膜 1 piston ring 2 Lubricant coating 3 hard coating

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 内燃機関用のピストンリングであって、
該ピストンリングの外周摺動面表面に、潤滑剤粒子を噴
射して形成した潤滑剤被膜を有することを特徴とする初
期なじみ性、耐摩耗性、耐焼付き性に優れた内燃機関用
ピストンリング。1. A piston ring for an internal combustion engine, comprising:
A piston ring for an internal combustion engine, which has a lubricant coating formed by spraying lubricant particles on the outer peripheral sliding surface of the piston ring and is excellent in initial conformability, wear resistance, and seizure resistance. 【請求項２】 前記潤滑剤粒子が、二硫化モリブデン粒
子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子のうちから選
ばれた１種であることを特徴とする請求項１に記載の内
燃機関用ピストンリング。2. The piston ring for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the lubricant particles are one kind selected from molybdenum disulfide particles, tungsten disulfide particles, and metal tin particles. . 【請求項３】 前記潤滑剤被膜が、硬質被膜の上層とし
て形成されたものであることを特徴とする請求項１また
は２に記載の内燃機関用ピストンリング。3. The piston ring for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the lubricant film is formed as an upper layer of a hard film. 【請求項４】 前記硬質被膜が、窒化被膜、Crめっき被
膜、分散めっき被膜またはイオンプレーテイング被膜で
あることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用ピス
トンリング。4. The piston ring for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the hard coating is a nitride coating, a Cr plating coating, a dispersion plating coating or an ion plating coating. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の内
燃機関用ピストンリングを圧力ピストンリングとするこ
とを特徴とする内燃機関用圧力ピストンリング。5. A pressure piston ring for an internal combustion engine, wherein the piston ring for an internal combustion engine according to claim 1 is a pressure piston ring. 【請求項６】 請求項１または２に記載の内燃機関用ピ
ストンリングを第二圧力ピストンリングとすることを特
徴とする内燃機関用第二圧力ピストンリング。6. A second pressure piston ring for an internal combustion engine, wherein the piston ring for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 is a second pressure piston ring.