JP2004116707A

JP2004116707A - Combined sliding member

Info

Publication number: JP2004116707A
Application number: JP2002282961A
Authority: JP
Inventors: Shuji Samejima; 鮫島　修二; Tsukane Hirase; 平瀬　束
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combined sliding member formed of a piston ring and a cylinder liner matching a reduction in friction of an internal combustion engine. <P>SOLUTION: The piston ring 2 having a sliding surface 4 with a surface roughness Rz of 0.5 to 1.0 μm is combined with the cylinder liner 3 having a sliding surface 5 with a surface roughness Rz of 0.5 to 1.5 μm, an initial wear height Rpk based on DIN4776 of 0.05 to 0.2 μm, an effective load roughness Rk of 0.2 to 0.6 μm, and a sump depth Rvk of 0.10 to 0.35 μm. The sliding surface 4 of the piston ring 2 is formed in either of a chrome plated layer, a laminated chrome plated layer, a nitriding layer, and a PVD layer. The sliding surface 5 of the cylinder liner 3 is desirably be formed of either of iron, boron iron, and cast steel. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の低フリクション化に対応させた組合せ摺動部材に関し、更に詳しくは、ピストンリングとシリンダライナとから構成され、摩擦係数が低く、耐スカッフ性に優れた組合せ摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の内燃機関の高出力化等の要請から、ピストンリングおよびそのピストンリングに摺動接触するシリンダライナには、その特性に関して過酷な条件が要求されている。
【０００３】
こうした中、シリンダライナにおいては、ピストンリングとの初期なじみ性を向上させるため、その摺動面の表面粗さＲｚを２〜３μｍにすることが従来から一般的に行われている。また、シリンダライナの上死点付近の表面粗さＲｚを０．５〜３．２μｍに規定し且つ上死点付近以外の部分の表面粗さＲｚを０．６〜１．８μｍに規定して潤滑油消費量の低減および耐焼き付き性（耐スカッフ性ともいう。）の向上を図っていると共に、さらに、その上死点付近にリン酸塩皮膜を形成し且つそのリン酸塩皮膜の表面粗さＲｚを０．５〜３．２μｍに規定することにより、その上死点付近の耐焼き付き性の向上を図っている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
一方、ピストンリングにおいては、窒化処理された摺動面の表面粗さＲｚを０．５μｍ以下にすることにより、耐スカッフ性の向上を図っている（例えば、特許文献２を参照。）。また、窒化層上にリン酸被膜を形成した摺動面においては、その表面粗さＲｚを１〜８μｍに規定することによって、初期なじみ性、耐摩耗性および耐スカッフ性の向上を図っている（例えば、特許文献３を参照。）。
【０００５】
また、ピストンリングとシリンダライナとの組合せに関しては、窒化処理されたピストンリングに摺動接触するシリンダライナの表面粗さＲｚを０．８μｍ以下にすることにより、耐摩耗性および耐スカッフ性の向上を図っている（例えば、特許文献４を参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１５３０５９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
実開昭６３−１９８８６４号公報（実用新案登録請求の範囲）
【特許文献３】
実開昭６１−５５０６５号公報（実用新案登録請求の範囲）
【特許文献４】
特開平６−１７９３２号公報（特許請求の範囲）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピストンリングとシリンダライナとから構成される組合せ摺動部材において、耐スカッフ性等の耐久性は、ピストンリングとシリンダライナとの相互の作用に基づくものであることから、上述した従来技術のように、ピストンリングのみの特性やシリンダライナーのみの特性を改善させるだけでは必ずしも組合せ摺動部材の特性を向上させることにはならないという実状があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであって、内燃機関の低フリクション化に対応させた、ピストンリングとシリンダライナとから構成される組合せ摺動部材を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に記載の組合せ摺動部材は、表面粗さＲｚが０．５〜１．０μｍの摺動面を有するピストンリングと、表面粗さＲｚが０．５〜１．５μｍ、且つＤＩＮ４７７６規格に基づく初期摩耗高さＲｐｋが０．０５〜０．２μｍ、有効負荷粗さＲｋが０．２〜０．６μｍおよび油溜まり深さＲｖｋが０．１０〜０．３５μｍの摺動面を有するシリンダライナと、を有することに特徴を有する。
【００１０】
この発明によれば、上記表面特性を有するピストンリングとシリンダライナとで組合せ摺動部材を構成したので、ピストンリングとシリンダライナとの摺動接触の際の摩擦係数が小さくなり、ピストンリングとシリンダライナとの摩擦力が小さくなることによりエネルギー効率を向上させること（低フリクション化）ができると共に、耐スカッフ性に優れた摺動部材とすることができる。従来においては、低フリクションのピストンリングとシリンダライナの組合せ構造を検討する際に、ＤＩＮ４７７６規格に基づく初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋおよび油溜まり深さＲｖｋ等の表面特性については十分に考慮されていなかったが、本発明は、これらの表面特性を詳細に特定することによって、より一層の低フリクション化と耐スカッフ性を達成したものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の組合せ摺動部材において、前記ピストンリングの摺動面が、クロムめっき層、積層クロムめっき層、窒化層およびＰＶＤ層の何れかであり、前記シリンダライナの摺動面が、鋳鉄、ボロン鋳鉄および鋳鋼の何れかであることに特徴を有する。
【００１２】
この発明によれば、ピストンリングの摺動面とシリンダライナの摺動面との材質の組合せを上述のようにしたので、内燃機関の低フリクション化に対応させた耐久性に優れた組合せ摺動部材を好ましく提供できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の組合せ摺動部材について図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
本発明の組合せ摺動部材１は、図１に示すように、ピストンリング２とシリンダライナ３とを組み合わせて構成される組合せ摺動構造である。本発明の特徴は、ピストンリング２の摺動面４の表面粗さＲｚを０．５〜１．０μｍとし、シリンダライナ３の摺動面５の表面粗さＲｚを０．５〜１．５μｍ、ＤＩＮ４７７６規格に基づく初期摩耗高さＲｐｋを０．０５〜０．２μｍ、有効負荷粗さＲｋを０．２〜０．６μｍおよび油溜まり深さＲｖｋを０．１０〜０．３５μｍとしたことにある。こうした表面特性を有するピストンリング２とシリンダライナ３とで構成された組合せ摺動部材１（組合せ摺動構造ということもある。）は、ピストンリング２とシリンダライナ３との摺動接触の際の摩擦係数が小さくなり、ピストンリング２とシリンダライナ３との摩擦力が小さくなることにより、エネルギー効率を向上させること（低フリクション化）ができる。さらに、本発明の組合せ摺動部材１は、耐スカッフ性にも優れている。
【００１５】
本発明の組合せ摺動部材１を構成するピストンリング２は、ピストンに形成されたピストンリング溝に装着され、ピストンの上下運動（往復運動に同じ。）によってシリンダライナ３の内周面を摺動接触しながら上下運動する摺動部材である。本発明を構成するピストンリング２は、トップリング、セカンドリング、オイルリングの何れかであってもまたはそれらの全てであってもよい。
【００１６】
なお、ピストンリングの形状は、図１においては矩形リングを示しているが、バレルフェースやテーパーフェース等のような外周形状からなるものであってもよい。また、ピストンリングの断面形状としては、ハーフキーストンリング、フルキーストンリング、スクレーパリング等の断面形状を有するものでもよい。また、オイルリングとしては、窓付きオイルコントロールリング、ベベルオイルコントロールリング、ダブルベベルオイルコントロールリング等でもよく、さらにそれら以外のコイルエキスパンダ付きオイルリング等であってもよい。
【００１７】
ピストンリング２は、従来より使用されている材質からなるものであればよく特に限定されない。したがって、いかなる材質からなるピストンリング２に対しても本発明を適用できる。
【００１８】
そうしたピストンリング２においては、その摺動面４に、Ｃｒめっき層、積層Ｃｒめっき層、窒化層、ＰＶＤ層の何れかが形成されていることが好ましく、ピストンリング２の摺動面４を構成するそれらの各層の表面が、上述の表面粗さＲｚを有することが好ましい。上述のＣｒめっき層、積層Ｃｒめっき層、窒化層、ＰＶＤ層は、ピストンリング２の摺動面４の耐摩耗性や耐スカッフ性等を向上させるために従来より好ましく形成されるものであるが、そうした各層の表面を上述の表面粗さＲｚとすることによって、ピストンリング２の摺動面４の耐摩耗性や耐スカッフ性をより向上させることができる。なお、ＰＶＤ層は、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のいわゆる乾式成膜法を意味するものであり、成膜材質としては、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ_２Ｎ、ＴｉＮ等を挙げることができる。
【００１９】
一方、本発明の組合せ摺動部材１を構成するシリンダライナ３は、その内周面を、ピストンリング２を装着したピストンが上下運動する摺動部材である。シリンダライナ３においても、従来より使用されている材質からなるものであればよく特に限定されないが、鋳鉄、ボロン鋳鉄、鋳鋼の何れかであることが好ましい。
【００２０】
次に、本発明の組合せ摺動部材１を構成するピストンリング２の摺動面４の表面粗さＲｚ、シリンダライナ３の摺動面の表面粗さＲｚ、ＤＩＮ４７７６規格に基づく初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋおよび油溜まり深さＲｖｋ、およびそれら相互の関係について説明する。なお、これらの各表面特性および相互の関係については、後述する実施例で示す図２〜図１０と表１の結果およびそれらの結果から得られた知見に基づいたものである。
【００２１】
ここで、各表面特性について説明する。表面粗さＲｚとは、周知のように、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１に基づく十点平均粗さとして定義されるものである。ＤＩＮ４７７６規格とは、摺動部材の分野においてはかつてより我が国において広く知られているドイツ民間規格である。
【００２２】
このＤＩＮ４７７６規格の初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋおよび油溜まり深さＲｖｋは、図１２に示すように、対象面の特殊粗さ曲線１０３から負荷曲線１０４作図し、次いで、負荷曲線上で相対負荷長さ率ｔｐの方向に４０％の幅をとり、その両端の高さの差が最小になる２点を通る最小傾斜線１０５を作図し、次に、最小傾斜線１０５と相対負荷長さ率ｔｐ０％および１００％限界線との交点ａ、ｂ、およびその交点ａ、ｂを通る水平線と負荷曲線１０４の交点ｃ、ｄを求めることにより、算出される。特殊粗さ曲線１０３を求める一般的な手順は、先ず、ＤＩＮ４７７６規格またはＪＩＳ　Ｂ　０６０１規格に基づいて図１３（Ａ）の断面曲線１０６を求め、次いで、その断面曲線１０６からガウシア位相補償ろ波器等を使用して位相補償ろ波うねり曲線のフィルタ平均線１０７を求める。次に、図１３（Ｂ）に示すように、断面曲線からフィルタ平均線以下の谷を除去して谷除去断面曲線１０８を作図する。その谷除去断面曲線１０８をガウシア位相補償ろ波器等に通して図１３（Ｃ）に示す参考フィルタ平均線１０９を求める。最後に、図１３（Ｄ）に示すように、断面曲線１０６から参考フィルタ平均線１０９を差し引いて、図３（Ｅ）に示す特殊粗さ曲線１１０が作図される。
【００２３】
初期摩耗高さＲｐｋは、図１２において、ａｃを底辺とし頂点が相対負荷長さ率ｔｐ０％限界線上にある直角三角形の高さであり、その値は、その直角三角形の面積が相対負荷長さ率ｔｐ０％限界線と辺ａｃと負荷曲線で囲まれる部分の面積と等しくなるように算出される。有効負荷粗さＲｋは、図１２のｃ、ｄ間の高さの差であり、対象面が使用できなくなるまでの摩耗高さで表される。油溜まり深さＲｖｋは、図１２において、ｂｄを底辺とし頂点が相対負荷長さ率ｔｐ１００％限界線上にある直角三角形の高さであり、その値は、その直角三角形の面積が相対負荷長さ率ｔｐ１００％限界線と辺ｂｄと負荷曲線で囲まれる部分の面積と等しくなるように算出される。
【００２４】
本発明の組合せ摺動部材１を構成するピストンリング２は、表面粗さＲｚが０．５〜１．０μｍの摺動面４を有する。
【００２５】
ピストンリング２の摺動面４の表面粗さＲｚを０．５μｍ以上としたのは、上述した表面特性を有するシリンダライナ３に対しては、０．５μｍ未満にしても耐スカッフ性が顕著に向上しないからである。一方、ピストンリング２の摺動面４の表面粗さＲｚを１．０μｍ以下としたのは、上述した表面特性を有するシリンダライナ３に対しては、図５〜図７に示すように、ピストンリング２の摺動面４の表面粗さＲｚが１．０μｍを超えると耐スカッフ荷重が低下するからである。このときの耐スカッフ荷重の低下は、ピストンリング２の摺動面４とシリンダライナ３の摺動面５との接触面積が減少して見かけの面圧が上昇し、耐スカッフ荷重が低下したためと考えられる。さらに、上述した表面特性を有するシリンダライナ３に対しては、その表面粗さＲｚを０．６〜０．８μｍとすることがより好ましく、０．７μｍ前後の表面粗さＲｚとすることが最も好ましい。
【００２６】
以上のことから、上述した表面特性を有するシリンダライナ３に対しては、ピストンリング２の摺動面４の表面粗さＲｚを０．５〜１．０μｍに規定した。なお、図５〜図７に示すように、ピストンリング２の摺動面４にＣｒめっき層、積層Ｃｒめっき層、窒化層、ＰＶＤ層の何れの層を形成した場合であっても同様の傾向を示しておりその全てについて好ましく適用できる。
【００２７】
本発明の組合せ摺動部材１を構成するシリンダライナ３は、表面粗さＲｚが０．５〜１．５μｍ、ＤＩＮ４７７６規格に基づく初期摩耗高さＲｐｋが０．０５〜０．２μｍ、有効負荷粗さＲｋが０．２〜０．６μｍおよび油溜まり深さＲｖｋが０．１０〜０．３５μｍの摺動面を有する。
【００２８】
シリンダライナ３の摺動面５の表面粗さＲｚを０．５μｍ以上としたのは、上述した表面特性を有するピストンリング２に対しては、図８〜図１０に示すように、０．５μｍ未満にしても耐スカッフ性の向上が見られず、かえって低下する傾向となるからである。なお、このときの耐スカッフ荷重の低下は、表面粗さＲｚが小さくなることに基づく油保持効果の低下によるものと考えられる。一方、シリンダライナ３の摺動面５の表面粗さＲｚを１．５μｍ以下としたのは、上述した表面特性を有するピストンリング２に対しては、図８〜図１０に示すように、シリンダライナ３の摺動面５の表面粗さＲｚが１．５μｍを超えると耐スカッフ荷重が低下するからである。なお、このときの耐スカッフ荷重の低下は、図２〜図４に示すように、ピストンリング２の摺動面４とシリンダライナ３の摺動面５との摩擦係数の上昇に基づくものであると考えられ、それらの接触面積が減少して見かけの面圧が上昇し、耐スカッフ荷重が低下したためと考えられる。さらに、上述した表面特性を有するピストンリング２に対しては、その表面粗さＲｚを０．５〜０．８μｍとすることがより好ましく、０．５μｍ前後の表面粗さＲｚとすることが最も好ましい。
【００２９】
シリンダライナ３の摺動面５の初期摩耗高さＲｐｋは、ピストンリング２の摺動面４に実質的に接触して摩耗する初期における摩耗高さを表している。
このＲｐｋを０．０５〜０．２μｍとしたのは、０．０５μｍ未満では十分な初期なじみが得られないからであり、また、Ｒｐｋが０．２μｍを超えると初期の粗さが大きく、ピストンリングになじむ前に大きく摩耗してしまうからである。なお、接触面以外の面は十分な油膜を保持し、局部的に面圧が上がる場合があっても油膜が毛細管現象により補われるため、スカッフが起こり難くなると考えられる。
【００３０】
シリンダライナ３の摺動面５の有効負荷粗さＲｋは、初期摩耗が終了した後の摺動面の粗さであるが、このＲｋを０．２〜０．６μｍの範囲としたのは、Ｒｋが０．２μｍ未満では粗さが小さく、摩耗した際の接触面が増えてスカッフが発生し易くなるからである。また、Ｒｋが０．６μｍを超えると、相手攻撃性が大きくなるため好ましくないからである。
【００３１】
シリンダライナ３の摺動面５の油溜まり深さＲｖｋは、潤滑油を凹部に溜めて耐スカッフ性を向上させる重要な要素であるが、このＲｖｋを０．１０〜０．３５μｍとしたのは、Ｒｖｋが０．１μｍ未満では十分な保油性が得られないからであり、また、Ｒｖｋが０．３５μｍを超えると保油性は向上するが、オイル消費が悪化するため好ましくないからである。
【００３２】
以上のことから、上述した表面特性を有するピストンリング２に対しては、シリンダライナ３の摺動面５の表面粗さＲｚを０．５〜１．５μｍ、ＤＩＮ４７７６規格に基づく初期摩耗高さＲｐｋを０．０５〜０．２μｍ、有効負荷粗さＲｋを０．２〜０．６μｍおよび油溜まり深さＲｖｋを０．１０〜０．３５μｍに規定した。なお、図８〜図１０に示すように、シリンダライナ２が鋳鉄、ボロン鋳鉄、鋳鋼の何れであっても同様の傾向を示しておりその全てについて好ましく適用できる。
【００３３】
【実施例】
実施例により本発明を具体的に説明する。以下の％は、質量％である。
【００３４】
（１）ピストンリング摺動面の形成
ピストンリング用母材として１７Ｃｒステンレス鋼（ＳＵＳ４４０、Ｃ：０．９％、Ｓｉ：０．４％、Ｍｎ：０．３％、Ｃｒ：１７．５％、Ｍｏ：１．１％、Ｖ：０．１％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０２％、残部：鉄および不可避不純物）を用いた。その表面に形成する皮膜としては、Ｃｒめっき層、積層Ｃｒめっき層、ガス窒化層、ＰＶＤ層の４種類とした。
【００３５】
母材上への成膜は以下の方法で行った。Ｃｒめっき層は、フッ化クロム溶液中で電解めっきにより形成し、厚さ約１５０μｍとした。積層Ｃｒめっき層は、上記のＣｒめっきと同様にフッ化クロム溶液中で電解めっきにより形成し、１層当たり１０μｍのＣｒめっき層を１５層積層して厚さ約１５０μｍとした。ガス窒化層は、アンモニア分解ガス雰囲気中に５９０℃×６時間保持しさらに５４０℃×２時間保持することによって形成し、厚さ約１００μｍとした。ＰＶＤ層は、イオンプレーティング法によって形成し、主に｛２００｝に配向したＣｒＮ膜を成膜した。
【００３６】
形成された層の表面を研削加工した後、研磨ペーパーを用いた表面研磨を行うことによって所定の表面粗さＲｚに調整し、ピストンリングの摺動面を形成した。なお、表面粗さＲｚが０．５μｍのものは、表面研磨した後さらにラッピング処理することによって所定の表面粗さＲｚに調整した。
【００３７】
形成された層の表面を、０．５μｍ、０．７μｍ、１．０μｍ、１．１μｍ、１．３μｍ、１．５μｍの各表面粗さＲｚとなるように上記の方法で加工し、表面粗さＲｚの異なる各種の試験試料を作製した。
【００３８】
こうして所定の表面粗さＲｚを有する各試験試料を作製した。なお、加工後の各層の厚さと摺動面のビッカース硬度は、Ｃｒめっき層：１２０μｍ・Ｈｖ９００、積層Ｃｒめっき層：１３０μｍ・Ｈｖ９２０、ガス窒化層：７０μｍ・Ｈｖ１１００、ＰＶＤＣｒＮ層：２０μｍ・Ｈｖ１５００、であった。
【００３９】
（２）シリンダライナの摺動面の形成
シリンダライナ用母材としてＦＣ２５（Ｃ：３．３％、Ｓｉ：１．９％、Ｍｎ：０．８％、Ｐ：０．２％、Ｓ：０．０７％、Ｃｕ：０．２％、Ｃｒ：０．１５％、残部：鉄および不可避不純物）、ボロン鋳鉄（Ｃ：３．４％、Ｓｉ：２．１％、Ｍｎ：０．８％、Ｐ：０．３％、Ｓ：０．０７％、Ｂ：０．０８％、残部：鉄および不可避不純物）、鋳鋼（Ｃ：０．９２％、Ｓｉ：０．５６％、Ｍｎ：１．０２％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．３０％、Ｃｒ：１．０８％、残部：鉄および不可避不純物）を用いた。
【００４０】
母材の表面を研削加工した後、研削砥石の細かさを変えて順次表面研磨を行うことにより所定の表面粗さＲｚに調整し、シリンダライナの摺動面を形成した。具体的には、荒ホーニング相当砥石としてＧＣ砥石で加工を行い、次いで、より細かい砥石（超砥粒のＣＢＮ砥石）を用いて仕上げ加工を行った。この仕上げ加工は、２回に分けて行い、シリンダライナ３の表面特性（表面粗さＲｚ、初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋおよび油溜まり深さＲｖｋ）を調整した。この各表面特性の調整として、細かく仕上げるものは荒ホーニング相当砥石の加工時間を短くし、さらに仕上げ加工時間を長くすることで対応した。
【００４１】
本実施例においては、表面粗さＲｚが０．３μｍ、０．５μｍ、０．８μｍ、１．５μｍ、２．０μｍ、３．０μｍのとなる各種の試験試料を作製すると共に、その他の表面特性についても調整した。表面粗さＲｚが０．３μｍおよび０．５μｍのものは、表面研磨した後さらにラッピング処理することによって所定の表面粗さＲｚに調整した。なお、加工後の各試験試料の摺動面のロックウエル硬度（ＢスケールまたはＣスケール）は、ＦＣ２５：ＨＲＢ９５、ボロン鋳鉄：ＨＲＢ１００、鋳鋼：ＨＲＣ３２、であった。表１は、調整した各試験試料における摺動面５の表面特性の一覧表である。
【００４２】
【表１】

【００４３】
（３）摩擦係数、耐スカッフ性等の測定・評価
摩擦係数の測定および耐スカッフ性の評価は、アムスラー型摩耗試験機を使用して行った。ピストンリングの摺動面を形成した試験試料（８ｍｍ×７ｍｍ×５ｍｍ）を固定片とし、シリンダライナの摺動面を形成した試験試料（外径４０ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）を回転片とし、図１１に示す原理で試験を行った。
【００４４】
試験条件としては、アムスラー型摩耗試験機を使用し、固定片に潤滑油を付着させながら行った。耐スカッフ荷重は、スカッフが発生するまで荷重を線形連続に増加させ、スカッフにより負荷信号が発生したときの荷重で表した。なお、潤滑油は１号スピンドル油とし、周速は１ｍ／秒（４７８ｒｐｍ）とし、荷重は４９Ｎ／分の割合で線形連続に増加させた。
【００４５】
（４）結果
図２〜図１０に示すグラフにおいては、シリンダライナ摺動面の表面特性のうち、表面粗さＲｚを代表特性として、ピストンリング摺動面の表面粗さＲｚとの関係を表した。
【００４６】
図２〜図４は、ピストンリング摺動面を形成した固定片の表面粗さＲｚを０．７μｍと一定にし、シリンダライナ摺動面を形成した回転片の表面粗さＲｚを変化させた際の摩擦係数との関係を示している。図５〜図７は、シリンダライナ摺動面を形成した回転片の表面粗さＲｚを０．５μｍと一定にし、ピストンリング摺動面を形成した固定片の表面粗さＲｚを変化させた際の耐スカッフ荷重との関係を示している。図８〜図１０は、ピストンリング摺動面を形成した固定片の表面粗さＲｚを０．７μｍと一定にし、シリンダライナ摺動面を形成した回転片の表面粗さＲｚを変化させた際の耐スカッフ荷重との関係を示している。
【００４７】
以上の結果からも明らかなように、表面粗さＲｚが０．５〜１．０μｍの摺動面を有するピストンリングと、表面粗さＲｚが０．５〜１．５μｍ且つ初期摩耗高さＲｐｋが０．０５〜０．２μｍ、有効負荷粗さＲｋが０．２〜０．６μｍおよび油溜まり深さＲｖｋが０．１０〜０．３５μｍの摺動面を有するシリンダライナとを組合せることによって、摩耗係数を低下させることができた。さらに、耐スカッフ性も向上させることができた。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の組合せ摺動部材によれば、ピストンリングの摺動面の表面粗さＲｚとシリンダライナの摺動面の表面粗さＲｚ等の表面特性を上述の範囲としたので、それらは低い摩擦係数を有することとなり近年の低フリクション化の要求を満たすことができると共に、耐スカッフ性に優れた摺動部材とすることができる。上述した範囲の表面粗さＲｚを有するピストンリングの摺動面をクロムめっき層、積層クロムめっき層、窒化層、ＰＶＤ層の何れかとし、上述した範囲の表面特性を有するシリンダライナの摺動面を鋳鉄、ボロン鋳鉄、鋳鋼の何れかとするので、内燃機関の低フリクション化に対応させた組合せ摺動部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組合せ摺動部材の一例を示す拡大断面図である。
【図２】各種のピストンリング摺動面の表面粗さＲｚを０．７μｍと一定にし、シリンダライナ摺動面（ＦＣ２５）の表面粗さＲｚを変化させた際の摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図３】各種のピストンリング摺動面の表面粗さＲｚを０．７μｍと一定にし、シリンダライナ摺動面（ボロン鋳鉄）の表面粗さＲｚを変化させた際の摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図４】各種のピストンリング摺動面の表面粗さＲｚを０．７μｍと一定にし、シリンダライナ摺動面（鋳鋼）の表面粗さＲｚを変化させた際の摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図５】シリンダライナ摺動面（ＦＣ２５）の表面粗さＲｚを０．５μｍと一定にし、各種のピストンリング摺動面の表面粗さＲｚを変化させた際の耐スカッフ荷重との関係を示すグラフである。
【図６】シリンダライナ摺動面（ボロン鋳鉄）の表面粗さＲｚを０．５μｍと一定にし、各種のピストンリング摺動面の表面粗さＲｚを変化させた際の耐スカッフ荷重との関係を示すグラフである。
【図７】シリンダライナ摺動面（鋳鋼）の表面粗さＲｚを０．５μｍと一定にし、各種のピストンリング摺動面の表面粗さＲｚを変化させた際の耐スカッフ荷重との関係を示すグラフである。
【図８】各種のピストンリング摺動面の表面粗さＲｚを０．７μｍと一定にし、シリンダライナ摺動面（ＦＣ２５）の表面粗さＲｚを変化させた際の耐スカッフ荷重との関係を示すグラフである。
【図９】各種のピストンリング摺動面の表面粗さＲｚを０．７μｍと一定にし、シリンダライナ摺動面（ボロン鋳鉄）の表面粗さＲｚを変化させた際の耐スカッフ荷重との関係を示すグラフである。
【図１０】各種のピストンリング摺動面の表面粗さＲｚを０．７μｍと一定にし、シリンダライナ摺動面（鋳鋼）の表面粗さＲｚを変化させた際の耐スカッフ荷重との関係を示すグラフである。
【図１１】摩擦係数の測定および耐スカッフ性の評価に使用したアムスラー型摩耗試験機の原理図である。
【図１２】特殊粗さ曲線および負荷曲線の説明図である。
【図１３】特殊粗さ曲線を求める手順を示す図である。
【符号の説明】
１　組合せ摺動部材
２　ピストンリング
３　シリンダライナ
４　ピストンリング摺動面
５　シリンダライナ摺動面
１１　固定片
１２　回転片
１３　負荷荷重
１０３、１１０　特殊粗さ曲線
１０４　負荷曲線
１０５　最小傾斜直線
１０６　断面曲線
１０７　フィルタ平均線
１０８　谷除去断面曲線
１０９　参考フィルタ平均線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a combined sliding member adapted to reduce friction of an internal combustion engine, and more particularly, to a combined sliding member comprising a piston ring and a cylinder liner, having a low friction coefficient and excellent scuff resistance. .
[0002]
[Prior art]
In recent years, demands for higher output of internal combustion engines and the like require severe conditions regarding the characteristics of piston rings and cylinder liners that are in sliding contact with the piston rings.
[0003]
Under such circumstances, in the cylinder liner, in order to improve the initial conformability with the piston ring, the surface roughness Rz of the sliding surface thereof is conventionally generally set to 2 to 3 μm. Further, the surface roughness Rz near the top dead center of the cylinder liner is specified to be 0.5 to 3.2 μm, and the surface roughness Rz of the portion other than the vicinity of the top dead center is specified to be 0.6 to 1.8 μm. In addition to reducing lubricating oil consumption and improving seizure resistance (also called scuff resistance), a phosphate film is formed near its top dead center and the surface roughness of the phosphate film is improved. By setting the Rz to 0.5 to 3.2 μm, the seizure resistance near the top dead center is improved (for example, see Patent Document 1).
[0004]
On the other hand, in the piston ring, the scuff resistance is improved by setting the surface roughness Rz of the sliding surface subjected to the nitriding treatment to 0.5 μm or less (for example, see Patent Document 2). Further, on the sliding surface in which the phosphoric acid film is formed on the nitrided layer, the surface roughness Rz is regulated to 1 to 8 μm, thereby improving the initial conformability, abrasion resistance and scuff resistance. (See, for example, Patent Document 3).
[0005]
As for the combination of the piston ring and the cylinder liner, the wear resistance and the scuff resistance are improved by setting the surface roughness Rz of the cylinder liner in sliding contact with the nitrided piston ring to 0.8 μm or less. (See, for example, Patent Document 4).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-153059 (Claims)
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 63-198864 (claims for registering utility models)
[Patent Document 3]
Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 61-55065 (claims for registering utility models)
[Patent Document 4]
JP-A-6-17932 (Claims)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a combined sliding member composed of a piston ring and a cylinder liner, durability such as scuff resistance is based on the interaction between the piston ring and the cylinder liner. As described above, there has been the actual situation that merely improving the characteristics of only the piston ring or the characteristics of the cylinder liner does not necessarily improve the characteristics of the combination sliding member.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a combined sliding member including a piston ring and a cylinder liner, which is adapted to reduce the friction of an internal combustion engine.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The combination sliding member according to claim 1 for solving the above problem has a piston ring having a sliding surface with a surface roughness Rz of 0.5 to 1.0 μm, and a surface roughness Rz of 0.5 to 1.0 μm. 1.5 μm, initial wear height Rpk based on DIN 4776 standard of 0.05 to 0.2 μm, effective load roughness Rk of 0.2 to 0.6 μm, and oil reservoir depth Rvk of 0.10 to 0.35 μm And a cylinder liner having a sliding surface.
[0010]
According to the present invention, since the combined sliding member is constituted by the piston ring having the above surface characteristics and the cylinder liner, the coefficient of friction at the time of sliding contact between the piston ring and the cylinder liner is reduced, and the piston ring and the cylinder By reducing the frictional force with the liner, energy efficiency can be improved (friction reduction), and a sliding member having excellent scuff resistance can be obtained. Conventionally, when examining a combination structure of a low-friction piston ring and a cylinder liner, the surface characteristics such as initial wear height Rpk, effective load roughness Rk and oil sump depth Rvk based on DIN4776 standard are sufficiently considered. Although not taken into account, the present invention achieves even lower friction and scuff resistance by specifying these surface characteristics in detail.
[0011]
The invention according to claim 2 is the combination sliding member according to claim 1, wherein the sliding surface of the piston ring is any one of a chromium plating layer, a laminated chromium plating layer, a nitride layer, and a PVD layer, It is characterized in that the sliding surface of the cylinder liner is one of cast iron, boron cast iron and cast steel.
[0012]
According to the present invention, the combination of the material of the sliding surface of the piston ring and the material of the sliding surface of the cylinder liner is as described above, so that the combination sliding excellent in durability corresponding to the low friction of the internal combustion engine. A member can be preferably provided.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the combination sliding member of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
The combination sliding member 1 of the present invention has a combination sliding structure constituted by combining a piston ring 2 and a cylinder liner 3, as shown in FIG. The feature of the present invention is that the surface roughness Rz of the sliding surface 4 of the piston ring 2 is 0.5 to 1.0 μm, and the surface roughness Rz of the sliding surface 5 of the cylinder liner 3 is 0.5 to 1.5 μm. The initial wear height Rpk based on DIN 4776 standard is 0.05 to 0.2 μm, the effective load roughness Rk is 0.2 to 0.6 μm, and the oil reservoir depth Rvk is 0.10 to 0.35 μm. is there. The combined sliding member 1 (also referred to as a combined sliding structure) composed of the piston ring 2 and the cylinder liner 3 having such surface characteristics is used when the piston ring 2 and the cylinder liner 3 make sliding contact. By reducing the friction coefficient and the frictional force between the piston ring 2 and the cylinder liner 3, the energy efficiency can be improved (reduction in friction). Furthermore, the combination sliding member 1 of the present invention has excellent scuff resistance.
[0015]
The piston ring 2 constituting the combination sliding member 1 of the present invention is mounted on a piston ring groove formed in the piston, and slides on the inner peripheral surface of the cylinder liner 3 by vertical movement (same as reciprocating movement) of the piston. A sliding member that moves up and down while contacting. The piston ring 2 constituting the present invention may be any of a top ring, a second ring, and an oil ring, or may be all of them.
[0016]
Although the shape of the piston ring is a rectangular ring in FIG. 1, the shape may be an outer peripheral shape such as a barrel face or a tapered face. Further, the cross-sectional shape of the piston ring may be a cross-sectional shape such as a half keystone ring, a full keystone ring, and a scraper ring. The oil ring may be an oil control ring with a window, a bevel oil control ring, a double bevel oil control ring, or the like, or may be another oil ring with a coil expander.
[0017]
The piston ring 2 is not particularly limited as long as it is made of a conventionally used material. Therefore, the present invention can be applied to the piston ring 2 made of any material.
[0018]
In such a piston ring 2, it is preferable that any one of a Cr plating layer, a laminated Cr plating layer, a nitride layer, and a PVD layer is formed on the sliding surface 4, and the sliding surface 4 of the piston ring 2 is formed. It is preferable that the surface of each of these layers has the above-described surface roughness Rz. The above-mentioned Cr plating layer, laminated Cr plating layer, nitrided layer, and PVD layer are preferably formed conventionally to improve wear resistance, scuff resistance and the like of the sliding surface 4 of the piston ring 2. By setting the surface of each layer to the surface roughness Rz described above, the wear resistance and the scuff resistance of the sliding surface 4 of the piston ring 2 can be further improved. The PVD layer means a so-called dry film forming method such as vapor deposition, sputtering, or ion plating, and the film forming material is Cr, CrN, Cr ₂ N, TiN and the like can be mentioned.
[0019]
On the other hand, the cylinder liner 3 constituting the combination sliding member 1 of the present invention is a sliding member in which the piston on which the piston ring 2 is mounted moves up and down on the inner peripheral surface. The cylinder liner 3 is also not particularly limited as long as it is made of a conventionally used material, but is preferably any of cast iron, boron cast iron and cast steel.
[0020]
Next, the surface roughness Rz of the sliding surface 4 of the piston ring 2, the surface roughness Rz of the sliding surface of the cylinder liner 3, and the initial wear height Rpk based on the DIN4776 standard, which constitute the combined sliding member 1 of the present invention. , The effective load roughness Rk and the oil reservoir depth Rvk, and their mutual relationship will be described. The surface properties and the mutual relationship are based on the results of FIGS. 2 to 10 and Table 1 shown in the examples described later and the knowledge obtained from the results.
[0021]
Here, each surface characteristic will be described. As is well known, the surface roughness Rz is defined as a ten-point average roughness based on JIS B0601. The DIN 4776 standard is a German private standard that has been widely known in Japan in the field of sliding members.
[0022]
As shown in FIG. 12, the initial wear height Rpk, effective load roughness Rk, and oil pool depth Rvk of the DIN4776 standard are plotted from the special roughness curve 103 of the target surface into a load curve 104, and then, as shown in FIG. Takes a width of 40% in the direction of the relative load length ratio tp, draws a minimum slope line 105 passing through two points at which the difference between the heights at both ends is minimum, and then draws the minimum slope line 105 and the relative load. It is calculated by finding intersections a and b with the length ratio tp0% and the 100% limit line, and intersections c and d of the load curve 104 with the horizontal line passing through the intersections a and b. A general procedure for obtaining the special roughness curve 103 is as follows. First, the cross-sectional curve 106 shown in FIG. 13A is obtained based on the DIN4776 standard or JIS B0601 standard, and then the Gaussia phase compensation filter is obtained from the cross-sectional curve 106. Is used to determine the filter average line 107 of the phase compensation filtered undulation curve. Next, as shown in FIG. 13B, valleys below the filter average line are removed from the cross-sectional curve to create a valley-removed cross-sectional curve 108. The valley-removed cross section curve 108 is passed through a Gaussian phase compensation filter or the like to obtain a reference filter average line 109 shown in FIG. Finally, as shown in FIG. 13 (D), a special roughness curve 110 shown in FIG. 3 (E) is drawn by subtracting the reference filter average line 109 from the sectional curve 106.
[0023]
The initial wear height Rpk in FIG. 12 is the height of a right triangle with ac as the base and the apex on the limit line of the relative load length ratio tp0%, and the value is obtained by calculating the area of the right triangle as the relative load length. It is calculated to be equal to the area of the portion surrounded by the rate tp0% limit line, the side ac, and the load curve. The effective load roughness Rk is a height difference between c and d in FIG. 12, and is represented by a wear height until the target surface becomes unusable. The oil sump depth Rvk is the height of a right triangle in which the bd is the base and the vertex is on the limit line of the relative load length ratio tp100% in FIG. 12, and the value of the right triangle is the relative load length. It is calculated to be equal to the area surrounded by the rate tp100% limit line, the side bd, and the load curve.
[0024]
The piston ring 2 constituting the combination sliding member 1 of the present invention has a sliding surface 4 having a surface roughness Rz of 0.5 to 1.0 μm.
[0025]
The reason why the surface roughness Rz of the sliding surface 4 of the piston ring 2 is set to 0.5 μm or more is that the scuff resistance is remarkably reduced for the cylinder liner 3 having the above-described surface characteristics even if the surface roughness is less than 0.5 μm. It does not improve. On the other hand, the reason why the surface roughness Rz of the sliding surface 4 of the piston ring 2 is set to 1.0 μm or less is that, for the cylinder liner 3 having the above-described surface characteristics, as shown in FIGS. This is because if the surface roughness Rz of the sliding surface 4 of the ring 2 exceeds 1.0 μm, the anti-scuff load decreases. The decrease in the anti-scuff load at this time was caused by a decrease in the contact area between the sliding surface 4 of the piston ring 2 and the sliding surface 5 of the cylinder liner 3, an increase in apparent surface pressure, and a decrease in the anti-scuff load. Conceivable. Further, for the cylinder liner 3 having the above-described surface characteristics, the surface roughness Rz is more preferably set to 0.6 to 0.8 μm, and most preferably set to about 0.7 μm. preferable.
[0026]
From the above, the surface roughness Rz of the sliding surface 4 of the piston ring 2 is set to 0.5 to 1.0 μm for the cylinder liner 3 having the above-described surface characteristics. Note that, as shown in FIGS. 5 to 7, the same tendency is obtained even when any of a Cr plating layer, a laminated Cr plating layer, a nitride layer, and a PVD layer is formed on the sliding surface 4 of the piston ring 2. And all of them can be preferably applied.
[0027]
The cylinder liner 3 constituting the combination sliding member 1 of the present invention has a surface roughness Rz of 0.5 to 1.5 μm, an initial wear height Rpk based on DIN4776 standard of 0.05 to 0.2 μm, and an effective load roughness. The sliding surface has a thickness Rk of 0.2 to 0.6 μm and an oil reservoir depth Rvk of 0.10 to 0.35 μm.
[0028]
The surface roughness Rz of the sliding surface 5 of the cylinder liner 3 is set to 0.5 μm or more for the piston ring 2 having the above-described surface characteristics, as shown in FIGS. Even if it is less than the above, no improvement in the scuff resistance is observed, and the tendency is rather lowered. The decrease in the anti-scuff load at this time is considered to be due to the decrease in the oil retaining effect due to the decrease in the surface roughness Rz. On the other hand, the reason why the surface roughness Rz of the sliding surface 5 of the cylinder liner 3 is set to 1.5 μm or less is that, for the piston ring 2 having the above-described surface characteristics, as shown in FIGS. If the surface roughness Rz of the sliding surface 5 of the liner 3 exceeds 1.5 μm, the anti-scuff load decreases. In addition, the decrease in the anti-scuff load at this time is based on an increase in the coefficient of friction between the sliding surface 4 of the piston ring 2 and the sliding surface 5 of the cylinder liner 3, as shown in FIGS. This is considered to be because the contact area thereof decreased, the apparent surface pressure increased, and the anti-scuff load decreased. Further, for the piston ring 2 having the above-described surface characteristics, the surface roughness Rz is more preferably 0.5 to 0.8 μm, and most preferably about 0.5 μm. preferable.
[0029]
The initial wear height Rpk of the sliding surface 5 of the cylinder liner 3 represents the wear height in the initial stage when the sliding surface 4 of the piston ring 2 substantially contacts the sliding surface 4 and wears.
The reason for setting the Rpk to 0.05 to 0.2 μm is that if the Rpk is less than 0.05 μm, sufficient initial break-in cannot be obtained. This is because it is greatly worn before it fits into the ring. In addition, it is considered that a scuff is unlikely to occur because a surface other than the contact surface holds a sufficient oil film and the oil film is supplemented by a capillary phenomenon even when the surface pressure is locally increased in some cases.
[0030]
The effective load roughness Rk of the sliding surface 5 of the cylinder liner 3 is the roughness of the sliding surface after the initial wear is completed. The reason for setting this Rk in the range of 0.2 to 0.6 μm is as follows. This is because if Rk is less than 0.2 μm, the roughness is small, and the contact surface at the time of wear increases, and scuffing is likely to occur. On the other hand, if Rk exceeds 0.6 μm, the opponent aggressiveness increases, which is not preferable.
[0031]
The oil sump depth Rvk of the sliding surface 5 of the cylinder liner 3 is an important factor for improving the scuff resistance by accumulating lubricating oil in the concave portions. The reason for setting the Rvk to 0.10 to 0.35 μm is as follows. When Rvk is less than 0.1 μm, sufficient oil retaining property cannot be obtained, and when Rvk exceeds 0.35 μm, oil retaining property is improved, but oil consumption is deteriorated, which is not preferable.
[0032]
As described above, for the piston ring 2 having the above-described surface characteristics, the surface roughness Rz of the sliding surface 5 of the cylinder liner 3 is 0.5 to 1.5 μm, and the initial wear height Rpk based on the DIN4776 standard. Was set to 0.05 to 0.2 μm, the effective load roughness Rk was set to 0.2 to 0.6 μm, and the oil reservoir depth Rvk was set to 0.10 to 0.35 μm. As shown in FIGS. 8 to 10, the same tendency is exhibited regardless of whether the cylinder liner 2 is cast iron, boron cast iron, or cast steel, and all of them can be preferably applied.
[0033]
【Example】
The present invention will be specifically described by way of examples. The following% is% by mass.
[0034]
(1) Formation of piston ring sliding surface
17Cr stainless steel (SUS440, C: 0.9%, Si: 0.4%, Mn: 0.3%, Cr: 17.5%, Mo: 1.1%, V: 0) as a base material for the piston ring 0.1%, P: 0.02%, S: 0.02%, balance: iron and unavoidable impurities). There were four types of films formed on the surface: a Cr plating layer, a laminated Cr plating layer, a gas nitrided layer, and a PVD layer.
[0035]
The film was formed on the base material by the following method. The Cr plating layer was formed by electrolytic plating in a chromium fluoride solution and had a thickness of about 150 μm. The laminated Cr plating layer was formed by electrolytic plating in a chromium fluoride solution in the same manner as the Cr plating described above, and 15 Cr plating layers having a thickness of 10 μm per layer were laminated to a thickness of about 150 μm. The gas nitrided layer was formed by holding at 590 ° C. × 6 hours and further holding at 540 ° C. × 2 hours in an ammonia decomposition gas atmosphere to have a thickness of about 100 μm. The PVD layer was formed by an ion plating method, and a CrN film oriented mainly in {200} was formed.
[0036]
After grinding the surface of the formed layer, the surface was polished using a polishing paper to adjust to a predetermined surface roughness Rz, thereby forming a sliding surface of the piston ring. When the surface roughness Rz was 0.5 μm, the surface was polished and then subjected to a lapping treatment to adjust the surface roughness Rz to a predetermined value.
[0037]
The surface of the formed layer is processed by the above method so as to have a surface roughness Rz of 0.5 μm, 0.7 μm, 1.0 μm, 1.1 μm, 1.3 μm, and 1.5 μm. Various test samples having different Rz were prepared.
[0038]
Thus, each test sample having a predetermined surface roughness Rz was prepared. The thickness of each layer after processing and the Vickers hardness of the sliding surface were as follows: Cr plating layer: 120 μm · Hv900, laminated Cr plating layer: 130 μm · Hv920, gas nitride layer: 70 μm · Hv1100, PVDCrN layer: 20 μm · Hv1500. there were.
[0039]
(2) Formation of sliding surface of cylinder liner
FC25 (C: 3.3%, Si: 1.9%, Mn: 0.8%, P: 0.2%, S: 0.07%, Cu: 0.2%, as a base material for a cylinder liner) Cr: 0.15%, balance: iron and unavoidable impurities, boron cast iron (C: 3.4%, Si: 2.1%, Mn: 0.8%, P: 0.3%, S: 0. 07%, B: 0.08%, balance: iron and unavoidable impurities), cast steel (C: 0.92%, Si: 0.56%, Mn: 1.02%, P: 0.02%, S: 0.30%, Cr: 1.08%, balance: iron and unavoidable impurities).
[0040]
After grinding the surface of the base material, the surface was polished sequentially by changing the fineness of the grinding wheel to adjust to a predetermined surface roughness Rz, thereby forming the sliding surface of the cylinder liner. Specifically, machining was performed using a GC grindstone as a rough honing equivalent grindstone, and then finishing was performed using a finer grindstone (super-abrasive CBN grindstone). This finishing process was performed twice, and the surface characteristics (surface roughness Rz, initial wear height Rpk, effective load roughness Rk, and oil pool depth Rvk) of the cylinder liner 3 were adjusted. As for the adjustment of each surface characteristic, a fine finish is dealt with by shortening the processing time of the grinding wheel equivalent to rough honing and further increasing the finishing processing time.
[0041]
In this example, various test samples having surface roughness Rz of 0.3 μm, 0.5 μm, 0.8 μm, 1.5 μm, 2.0 μm, and 3.0 μm were prepared, and other surface characteristics were prepared. Was also adjusted. Those having a surface roughness Rz of 0.3 μm and 0.5 μm were adjusted to a predetermined surface roughness Rz by lapping after polishing the surface. The Rockwell hardness (B scale or C scale) of the sliding surface of each test sample after processing was FC25: HRB95, boron cast iron: HRB100, and cast steel: HRC32. Table 1 is a list of the surface characteristics of the sliding surface 5 in each adjusted test sample.
[0042]
[Table 1]

[0043]
(3) Measurement and evaluation of coefficient of friction, scuff resistance, etc.
The measurement of the friction coefficient and the evaluation of the scuff resistance were performed using an Amsler-type abrasion tester. A test sample (8 mm x 7 mm x 5 mm) on which the sliding surface of the piston ring was formed was used as a fixed piece, and a test sample (outer diameter of 40 mm, inner diameter of 16 mm, and thickness of 10 mm) having the sliding surface of the cylinder liner was used as a rotating piece. A test was performed according to the principle shown in FIG.
[0044]
As the test conditions, an Amsler-type abrasion tester was used, and the test was performed while attaching lubricating oil to the fixed pieces. The anti-scuff load was represented by a load when a load signal was generated by a scuff by increasing the load linearly and continuously until a scuff was generated. The lubricating oil was No. 1 spindle oil, the peripheral speed was 1 m / sec (478 rpm), and the load was linearly increased at a rate of 49 N / min.
[0045]
(4) Result
In the graphs shown in FIGS. 2 to 10, the relationship between the surface roughness Rz of the piston ring sliding surface and the surface roughness Rz is represented as the representative characteristic among the surface characteristics of the cylinder liner sliding surface.
[0046]
FIGS. 2 to 4 show a case where the surface roughness Rz of the fixed piece on which the piston ring sliding surface is formed is fixed at 0.7 μm and the surface roughness Rz of the rotating piece on which the cylinder liner sliding surface is formed is changed. Shows the relationship with the friction coefficient. FIGS. 5 to 7 show the case where the surface roughness Rz of the rotating piece on which the cylinder liner sliding surface is formed is fixed at 0.5 μm and the surface roughness Rz of the fixed piece on which the piston ring sliding surface is formed is changed. Shows the relationship with the scuff resistance. 8 to 10 show the case where the surface roughness Rz of the fixed piece on which the piston ring sliding surface is formed is fixed at 0.7 μm and the surface roughness Rz of the rotating piece on which the cylinder liner sliding surface is formed is changed. Shows the relationship with the scuff resistance.
[0047]
As is clear from the above results, a piston ring having a sliding surface with a surface roughness Rz of 0.5 to 1.0 μm, a surface roughness Rz of 0.5 to 1.5 μm and an initial wear height Rpk By combining with a cylinder liner having a sliding surface of 0.05 to 0.2 μm, an effective load roughness Rk of 0.2 to 0.6 μm and an oil reservoir depth Rvk of 0.10 to 0.35 μm. , The wear coefficient could be reduced. Further, the scuff resistance was also improved.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the combination sliding member of the present invention, the surface characteristics such as the surface roughness Rz of the sliding surface of the piston ring and the surface roughness Rz of the sliding surface of the cylinder liner are set in the above ranges. Therefore, they have a low coefficient of friction and can satisfy the recent demand for low friction, and can provide a sliding member having excellent scuff resistance. The sliding surface of the piston ring having the surface roughness Rz in the above-described range is any one of a chromium plating layer, a laminated chromium plating layer, a nitride layer, and a PVD layer, and the sliding surface of the cylinder liner having the surface characteristics in the above-described range. Is made of any one of cast iron, boron cast iron and cast steel, it is possible to provide a combination sliding member adapted to low friction of the internal combustion engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing an example of a combination sliding member of the present invention.
FIG. 2 shows the relationship with the friction coefficient when the surface roughness Rz of the piston ring sliding surface is fixed at 0.7 μm and the surface roughness Rz of the cylinder liner sliding surface (FC25) is changed. It is a graph.
FIG. 3 shows the relationship between the friction coefficient when the surface roughness Rz of the various piston ring sliding surfaces is fixed at 0.7 μm and the surface roughness Rz of the cylinder liner sliding surface (boron cast iron) is changed. It is a graph shown.
FIG. 4 shows the relationship between the friction coefficient when the surface roughness Rz of the sliding surface of various piston rings is fixed at 0.7 μm and the surface roughness Rz of the sliding surface of the cylinder liner (cast steel) is changed. It is a graph.
FIG. 5 shows the relationship between the surface roughness Rz of the cylinder liner sliding surface (FC25) and the scuff load resistance when the surface roughness Rz of the various piston ring sliding surfaces is changed to 0.5 μm. It is a graph shown.
FIG. 6 shows the relationship with the scuff load resistance when the surface roughness Rz of the cylinder liner sliding surface (boron cast iron) is fixed at 0.5 μm and the surface roughness Rz of various piston ring sliding surfaces is changed. FIG.
FIG. 7 shows the relationship between the scuffing resistance when the surface roughness Rz of the cylinder liner sliding surface (cast steel) is fixed at 0.5 μm and the surface roughness Rz of the various piston ring sliding surfaces is changed. It is a graph shown.
FIG. 8 shows the relationship between the scuff resistance and the surface roughness Rz of various piston ring sliding surfaces when the surface roughness Rz of the cylinder liner sliding surface (FC25) is changed to 0.7 μm. It is a graph shown.
FIG. 9 shows the relationship between the surface roughness Rz of the sliding surface of various piston rings and the scuff load resistance when the surface roughness Rz of the cylinder liner sliding surface (boron cast iron) is changed to 0.7 μm. FIG.
FIG. 10 shows the relationship between the surface roughness Rz of the sliding surface of various piston rings and the scuff resistance when the surface roughness Rz of the cylinder liner sliding surface (cast steel) is changed to 0.7 μm. It is a graph shown.
FIG. 11 is a principle diagram of an Amsler-type abrasion tester used for measurement of a coefficient of friction and evaluation of scuff resistance.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a special roughness curve and a load curve.
FIG. 13 is a diagram showing a procedure for obtaining a special roughness curve.
[Explanation of symbols]
1 Combination sliding member
2 Piston ring
3 Cylinder liner
4 Piston ring sliding surface
5 Cylinder liner sliding surface
11 Fixing pieces
12 rotating piece
13 Load
103, 110 Special roughness curve
104 Load curve
105 Minimum slope straight line
106 Sectional curve
107 Filter average line
108 Valley cut section curve
109 Reference filter average line

Claims

表面粗さＲｚが０．５〜１．０μｍの摺動面を有するピストンリングと、
表面粗さＲｚが０．５〜１．５μｍ、且つＤＩＮ４７７６規格に基づく初期摩耗高さＲｐｋが０．０５〜０．２μｍ、有効負荷粗さＲｋが０．２〜０．６μｍおよび油溜まり深さＲｖｋが０．１０〜０．３５μｍの摺動面を有するシリンダライナと、を有することを特徴とする組合せ摺動部材。A piston ring having a sliding surface having a surface roughness Rz of 0.5 to 1.0 μm;
Surface roughness Rz is 0.5 to 1.5 μm, initial wear height Rpk based on DIN 4776 standard is 0.05 to 0.2 μm, effective load roughness Rk is 0.2 to 0.6 μm, and oil pool depth A cylinder liner having a sliding surface with Rvk of 0.10 to 0.35 μm.

前記ピストンリングの摺動面が、クロムめっき層、積層クロムめっき層、窒化層およびＰＶＤ層の何れかであり、前記シリンダライナの摺動面が、鋳鉄、ボロン鋳鉄および鋳鋼の何れかであることを特徴とする請求項１に記載の組合せ摺動部材。The sliding surface of the piston ring is any one of a chrome plating layer, a laminated chromium plating layer, a nitride layer, and a PVD layer, and the sliding surface of the cylinder liner is any of cast iron, boron cast iron, and cast steel. The combination sliding member according to claim 1, wherein: