JP4772725B2

JP4772725B2 - piston ring

Info

Publication number: JP4772725B2
Application number: JP2007089334A
Authority: JP
Inventors: 智孝仮屋; 裕三石川; 悦夫為貝; 誠 ▲つる▼田
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; STT Inc
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; STT Inc
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008248986A

Description

本発明は内燃機関に使用されるピストンリングに関し、特に、ピストンリングへのアルミニウム凝着（溶着）現象を効果的に防止しうるピストンリングに関する。 The present invention relates to a piston ring used in an internal combustion engine, and more particularly to a piston ring that can effectively prevent an aluminum adhesion (welding) phenomenon to the piston ring.

一般に往復動のピストンには、ピストンリングとして圧力リングとオイルリングとが装着される。この圧力リングは、高圧の燃焼ガスが燃焼室側からクランク室側へ流出する現象（ブローバイ）の防止機能を持たせている。一方、オイルリングは、シリンダ内壁の余分な潤滑油がクランク室側から燃焼室側へ侵入して消費される現象（オイルアップ）の抑制機能を主に有する。そして、従来の標準的なピストンリングの組合せとしては、トップリングおよびセカンドリングからなる２本の圧力リングと１本のオイルリングとの計３本のピストンリングの組合せが知られている。 In general, a reciprocating piston is provided with a pressure ring and an oil ring as a piston ring. This pressure ring has a function of preventing a phenomenon (blow-by) that high-pressure combustion gas flows out from the combustion chamber side to the crank chamber side. On the other hand, the oil ring mainly has a function of suppressing a phenomenon (oil up) in which excess lubricating oil on the inner wall of the cylinder enters the combustion chamber side from the crank chamber side and is consumed. As a conventional standard piston ring combination, a total of three piston ring combinations of two pressure rings including a top ring and a second ring and one oil ring are known.

近年、内燃機関の軽量化と高出力化に伴い、ピストンリングに要求される品質が益々高まってきている。従来、内燃機関用ピストンリングにはその耐久性を改善する手段として摺動面に窒化処理やイオンプレーティング処理あるいは硬質クロムめっき処理等の耐摩耗表面処理が施されている。 In recent years, the quality required for piston rings has been increasing more and more with the reduction in weight and output of internal combustion engines. Conventionally, piston rings for internal combustion engines have been subjected to wear resistant surface treatment such as nitriding treatment, ion plating treatment or hard chrome plating treatment on the sliding surface as means for improving the durability.

これらの表面処理のうちで特に窒化処理は優れた耐摩耗性を示すことから苛酷な運転条件の下で使用されるピストンリングの表面処理として注目され広く利用に供されている。 Among these surface treatments, the nitriding treatment is particularly noticeable and widely used as a surface treatment for piston rings used under severe operating conditions because it exhibits excellent wear resistance.

しかしながら、窒化処理層を形成したピストンリングは耐摩耗性には優れているものの、アルミ合金製ピストンに装着した場合、ピストンのリング溝摩耗が増大する傾向があった。また、ピストンのリング溝摩耗に起因して、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ピストンリング１の下面３にアルミ合金製ピストン１０の溝下面１１のアルミニウムが凝着するアルミ凝着が生ずる（図１（ｃ））。 However, although the piston ring formed with the nitriding layer is excellent in wear resistance, when it is mounted on an aluminum alloy piston, there is a tendency that the ring groove wear of the piston increases. Further, as shown in FIGS. 1A to 1C, aluminum agglomeration in which aluminum on the groove lower surface 11 of the aluminum alloy piston 10 adheres to the lower surface 3 of the piston ring 1 due to wear of the piston ring groove. Wearing occurs (FIG. 1 (c)).

図２（ａ）〜（ｃ）にピストンのリング溝の上面２および下面３の表面状態の変化の様子を現わす触針式表面粗さ試験機によるチャートを示す。図２に示すように、ピストンのリング溝の上面２および下面３の表面状態は、正常状態（図２（ａ））から、ピストン溝荒れ状態（図２（ｂ））、アルミ凝着状態（図２（ｃ））へと変化する。 FIGS. 2A to 2C are charts obtained by a stylus type surface roughness tester showing changes in the surface state of the upper surface 2 and the lower surface 3 of the ring groove of the piston. As shown in FIG. 2, the surface state of the upper surface 2 and the lower surface 3 of the ring groove of the piston is changed from a normal state (FIG. 2 (a)) to a rough piston groove state (FIG. 2 (b)), an aluminum adhesion state ( It changes to FIG.2 (c)).

なお、図２（ａ）〜（ｃ）いずれにおいても、横軸はピストンの位置を示しており、縦軸はピストン溝のうねりを示している。図中の（Ｆ）はフロント方向、（ＡＴ）はアンチスラスト方向、（Ｒ）はリア方向、（Ｔ）はスラスト方向を示している。 2A to 2C, the horizontal axis indicates the position of the piston, and the vertical axis indicates the undulation of the piston groove. In the figure, (F) indicates the front direction, (AT) indicates the anti-thrust direction, (R) indicates the rear direction, and (T) indicates the thrust direction.

また、図３（ａ）〜（ｃ）は、アルミ凝着メカニズムを示し、ピストンリング１の下面３とアルミ合金製ピストン１０の溝下面１１とが、双方の表面にそれぞれ形成された酸化膜８（０．２μｍ以下）を介して接触し（図３（ａ））、次いで、接触部分の酸化膜８の応力が局部的に高くなり酸化膜８が破壊されて、ピストンリング１の下面３のＦｅとアルミ合金製ピストン１０の溝下面１１のＡｌとが接合され（図３（ｂ））、アルミニウム合金２０がピストンリング１の下面３に溶着する（図３（ｃ））。なお、アルミ凝着部分の拡大図を図４に示す。図４において、２０は凝着したアルミニウムを示し、２１はＡｌとＦｅとの接合部を示す。 3A to 3C show an aluminum adhesion mechanism, in which an oxide film 8 in which a lower surface 3 of a piston ring 1 and a groove lower surface 11 of an aluminum alloy piston 10 are formed on both surfaces, respectively. (Fig. 3 (a)), the stress of the oxide film 8 at the contact portion is locally increased and the oxide film 8 is destroyed, and the lower surface 3 of the piston ring 1 is broken. Fe and Al on the groove lower surface 11 of the piston 10 made of aluminum alloy are joined (FIG. 3B), and the aluminum alloy 20 is welded to the lower surface 3 of the piston ring 1 (FIG. 3C). An enlarged view of the aluminum adhesion part is shown in FIG. In FIG. 4, 20 indicates the adhered aluminum, and 21 indicates the joint between Al and Fe.

上述したように、ピストンリングの上下運動に伴い、ピストンの溝の一定部分にこの溶着現象に起因する局部的摩耗（ピストン溝荒れともいう。）が発生すると、内燃機関はブローバイガスの吹き抜けによりシール性が低下し、出力が低下する。この現象はピストンのリング溝の下側に短時間で発生し、内燃機関の耐久性に大きな影響を与えるため、従来から多くのピストン溝摩耗対策が提案されている。 As described above, when local wear (also referred to as piston groove roughening) due to this welding phenomenon occurs in a certain portion of the piston groove as the piston ring moves up and down, the internal combustion engine is sealed by blow-by gas blow-through. The output decreases. Since this phenomenon occurs in a short time under the ring groove of the piston and has a great influence on the durability of the internal combustion engine, many countermeasures for wear of the piston groove have been proposed.

例えば、ピストン溝摩耗対策として、ピストンとピストンリングとの直接接触を防止するため、ピストンへの対策としては陽極酸化皮膜処理、メッキ処理あるいはマトリックス強化処理（ピストン中）を施し、またピストンリングへの対策としては、リン酸塩皮膜処理、メッキ処理を施したり、あるいは図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ピストン１０とピストンリング１の表面に樹脂コーティング処理８（例えば、デフリック（（株）川邑研究所製コーティング処理）を施したりしている。 For example, to prevent direct contact between the piston and the piston ring as a measure against piston groove wear, the piston is treated with an anodized film, plating or matrix strengthening (in the piston), and to the piston ring. As countermeasures, phosphate coating treatment, plating treatment is performed, or, as shown in FIGS. 5A and 5B, the surfaces of the piston 10 and the piston ring 1 are coated with resin coating 8 (for example, deflick (( (Coating process manufactured by Kawamata Laboratories Co., Ltd.).

また、前記問題を解消するために、ピストンリングの上面および下面、または下面のみに、窒化層またはクロムメッキ層等の耐摩耗性処理層を形成し、かつ該耐摩耗性処理層の表面に固体潤滑材を含有するポリベンゾイミダゾール樹脂皮膜を形成したピストンリングを開発している（特許文献１参照）。 In order to solve the above problem, a wear-resistant treatment layer such as a nitrided layer or a chrome plating layer is formed only on the upper and lower surfaces of the piston ring, or the lower surface, and a solid is formed on the surface of the wear-resistant treatment layer. A piston ring formed with a polybenzimidazole resin film containing a lubricant has been developed (see Patent Document 1).

さらに、本願出願人以外にあっても、固体潤滑材を含有する耐熱樹脂によりその表面が被覆されたピストンリングが開発されている（例えば、特許文献２、３参照）
特開平０７−０６３２６６号公報特開平１０−２４６１４９号公報特開平１１−２４６８２３号公報 Furthermore, piston rings whose surfaces are coated with a heat-resistant resin containing a solid lubricant have been developed even by those other than the applicant of the present application (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-063266 JP-A-10-246149 JP 11-246823 A

しかしながら、上述した従来のピストン溝摩耗対策は、ピストン使用時の初期段階におけるアルミニウム凝着防止の効果はあるものの、中、長期的な寿命が不充分であり、さらなる耐久性の向上が望まれている。 However, although the above-described conventional measures against piston groove wear have the effect of preventing aluminum adhesion at the initial stage when the piston is used, the medium-to-long life is insufficient, and further improvement in durability is desired. Yes.

より具体的には、例えば、前記特許文献１には、ポリベンゾイミダゾール樹脂と固体潤滑材（ＣやＭｏＳ_２）とからなる表面皮膜が開示されているが、ポリベンゾイミダゾール樹脂は皮膜形成の際、液状樹脂が酸化しやすく、経時変化による劣化があり使用に注意を要する。また、長期間にわたって品質を安定させることが困難な場合がある。 More specifically, for example, Patent Document 1 discloses a surface film made of a polybenzimidazole resin and a solid lubricant (C or MoS ₂ ). The liquid resin is easy to oxidize and deteriorates with time. In addition, it may be difficult to stabilize the quality over a long period of time.

また、前記特許文献２には、ポリアミドイミド樹脂やポリイミド樹脂と固体潤滑材（グラファイト、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、ポリテトラフルオロエチレン）とからなる表面皮膜が開示されているが、このような表面皮膜では、アルミ凝着を十分に防止することはできず、またコスト高が問題となる。 Further, Patent Document 2 discloses a surface film made of polyamideimide resin or polyimide resin and a solid lubricant (graphite, MoS _2, WS ₂ , polytetrafluoroethylene). Then, aluminum adhesion cannot be prevented sufficiently, and the high cost becomes a problem.

さらに、前記特許文献３には、ポリアミドイミド樹脂やポリイミド樹脂と固体潤滑材としてのＭｏＳ_２と酸化アンチモンとからなる表面皮膜が開示されているが、やはりこのような皮膜ではアルミ凝着を十分に防止することができず、また、酸化アンチモンは環境に有害であり、使用することは好ましくない。 Further, Patent Document 3 discloses a surface film composed of polyamideimide resin or polyimide resin, MoS ₂ as a solid lubricant, and antimony oxide. It cannot be prevented and antimony oxide is harmful to the environment and is not preferred for use.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ピストンリングへのアルミニウム凝着現象を効果的に防止しうるピストンリングを提供することを主たる課題とする。 This invention is made | formed in view of such a condition, and makes it a main subject to provide the piston ring which can prevent the aluminum adhesion phenomenon to a piston ring effectively.

上記課題を解決するための本発明は、ピストンリング本体と、該ピストンリング本体の上面または下面のどちらか一方、または該ピストンリング本体の上面と下面の両方に形成される表面皮膜とからなるピストンリングであって、前記表面皮膜は、耐熱樹脂と、該耐熱樹脂中に含有されるニッケル系粉末、鉛系粉末、亜鉛系粉末、スズ系粉末、ケイ素系粉末よりなる群から選択される一又は二以上の粉末と、から構成され、かつ、前記表面皮膜全体に対する前記粉末の含有率が１０〜８０質量％であることを特徴とする。 The present invention for solving the above-described problems is a piston comprising a piston ring body and a surface coating formed on either the upper surface or the lower surface of the piston ring body, or on both the upper and lower surfaces of the piston ring body. The surface film is a ring selected from the group consisting of a heat-resistant resin and nickel-based powder, lead-based powder, zinc-based powder, tin-based powder, and silicon-based powder contained in the heat-resistant resin. It is comprised from 2 or more powders, and the content rate of the said powder with respect to the said whole surface film is 10-80 mass%, It is characterized by the above-mentioned.

また、前記ピストンリングにおいては、前記ニッケル系粉末が、純ニッケル、酸化ニッケル、またはニッケル合金の何れかの粉末であり、前記鉛系粉末が、純鉛、酸化鉛、または鉛合金の何れかの粉末であり、前記亜鉛系粉末が、純亜鉛、酸化亜鉛、または亜鉛合金の何れかの粉末であり、前記スズ系粉末が、純スズ、酸化スズ、またはスズ合金の何れかの粉末であり、前記ケイ素系粉末が、純ケイ素またはケイ素化合物の何れかの粉末であってもよい。 In the piston ring, the nickel-based powder is a powder of pure nickel, nickel oxide, or a nickel alloy, and the lead-based powder is any of pure lead, lead oxide, or a lead alloy. The zinc-based powder is a powder of pure zinc, zinc oxide, or a zinc alloy, and the tin-based powder is a powder of pure tin, tin oxide, or a tin alloy, The silicon-based powder may be either pure silicon or a silicon compound powder.

また、前記ピストンリングにおいては、前記耐熱樹脂がポリアミドイミド樹脂であってもよい。 In the piston ring, the heat-resistant resin may be a polyamideimide resin.

また、前記ピストンリングにおいては、前記ピストンリング本体における前記表面皮膜が形成される面には、下地処理として化成処理が施されていてもよい。 In the piston ring, the surface of the piston ring body on which the surface film is formed may be subjected to a chemical conversion treatment as a base treatment.

また、前記ピストンリングにおいては、前記耐熱樹脂中には、さらに固体潤滑材が含有されており、前記表面皮膜全体に対する当該固体潤滑材の含有率が１〜１０質量％であってもよい。 In the piston ring, the heat resistant resin may further contain a solid lubricant, and the content of the solid lubricant with respect to the entire surface film may be 1 to 10% by mass.

また、前記ピストンリングにおいては、前記固体潤滑材が、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイトよりなる群から選択される一又は二以上であってもよい。 In the piston ring, the solid lubricant may be one or more selected from the group consisting of molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and graphite.

本発明によれば、ピストンリングの上面または下面の一方、または双方に耐熱樹脂と所定の粉末（ニッケル系粉末、鉛系粉末、亜鉛系粉末、スズ系粉末、ケイ素系粉末よりなる群から選択される一又は二以上の粉末）からなる表面皮膜が形成されているので、アルミニウム合金製ピストンのリング溝の一部が剥離してピストンリングに付着することを防止することができる。 According to the present invention, one or both of the upper surface and the lower surface of the piston ring is selected from the group consisting of a heat-resistant resin and a predetermined powder (nickel powder, lead powder, zinc powder, tin powder, silicon powder). 1 or two or more powders) is formed, it is possible to prevent a part of the ring groove of the aluminum alloy piston from peeling off and adhering to the piston ring.

前述したピストンリング溝摩耗対策、言い換えればアルミ凝着防止策（従来技術の欄参照）にあっては、ピストンリング本体の表面に潤滑性を付与する目的で固体潤滑材を含有する表面皮膜を形成しているのに対し、本発明は、固体潤滑材ではなく所定の材料からなる粉末、具体的にはニッケル系粉末、鉛系粉末、亜鉛系粉末、スズ系粉末、ケイ素系粉末よりなる群から選択される一又は二以上の粉末を含有する表面皮膜を形成している点に特徴を有している。 In the above-described measures against piston ring groove wear, in other words, aluminum adhesion prevention measures (see the column of the prior art), a surface film containing a solid lubricant is formed for the purpose of imparting lubricity to the surface of the piston ring body. On the other hand, the present invention is not a solid lubricant but a powder made of a predetermined material, specifically a nickel powder, a lead powder, a zinc powder, a tin powder, and a silicon powder. It is characterized in that a surface film containing one or more selected powders is formed.

従来は、ピストンリング溝の摩耗をできるだけ少なくするための方策として、ピストンリングの表面の潤滑性を向上せしめることに着目している。このことは、ピストンリングの表面の潤滑性を向上すれば、その分だけピストンリングのピストンリング溝に対する攻撃性を低減することができ、その結果ピストンリング溝の摩耗を防止することができるだろうとの考えからである。 Conventionally, attention has been paid to improving the lubricity of the surface of the piston ring as a measure for reducing the wear of the piston ring groove as much as possible. This means that if the lubricity of the surface of the piston ring is improved, the aggressiveness of the piston ring against the piston ring groove can be reduced accordingly, and as a result, wear of the piston ring groove can be prevented. Because of the idea.

しかしながら、この方策では、潤滑性に寄与する表面皮膜が十分に存在している初期段階では問題は生じないが、長時間が経過した後にあっては、表面皮膜自体が摩耗し剥離する可能性が高く、摩耗や剥離した後には、もはや潤滑性がなくなり、露出したピストンリング本体によりピストンリング溝の摩耗が発生してしまうこととなる。 However, this measure does not cause a problem at the initial stage where the surface film that contributes to lubricity is sufficiently present, but after a long period of time, the surface film itself may be worn away and peeled off. High, after wear and peeling, the lubricity is lost and the exposed piston ring body causes wear of the piston ring groove.

本願発明者はこの問題に着目し、当該問題を解決するために、表面皮膜を構成する耐熱樹脂により潤滑性を確保するとともに、当該耐熱樹脂による潤滑性をより長時間保持するために、表面皮膜中に所定の材料（ニッケル系粉末、鉛系粉末、亜鉛系粉末、スズ系粉末、ケイ素系粉末よりなる群から選択される一又は二以上の粉末材料）からなる粉末を分散配合せしめ、当該粉末により表面皮膜に耐摩耗性を付与することを想到した。つまり、本発明は従来とは着想を異にしており、本発明における前記所定の材料からなる粉末は、表面皮膜を保護するため、耐熱耐摩耗性を付与することを主たる役割としているのである。 The present inventor pays attention to this problem, and in order to solve the problem, in order to secure lubricity by the heat-resistant resin constituting the surface film and to maintain the lubricity by the heat-resistant resin for a longer time, the surface film A powder made of a predetermined material (one or more powder materials selected from the group consisting of nickel-based powder, lead-based powder, zinc-based powder, tin-based powder, and silicon-based powder) is dispersed and blended therein, and the powder Thus, the inventors have conceived of imparting wear resistance to the surface film. In other words, the present invention has a different concept from the prior art, and the powder made of the predetermined material according to the present invention has a main role of imparting heat resistance and wear resistance in order to protect the surface film.

このような本発明によれば、表面皮膜を構成する耐熱樹脂によりピストンリングの表面に潤滑性を付与することができるとともに、所定の材料（ニッケル系粉末、鉛系粉末、亜鉛系粉末、スズ系粉末、ケイ素系粉末よりなる群から選択される一又は二以上の粉末材料）からなる粉末によりピストンリング表面に形成された表面皮膜に耐摩耗性を付与することができるので、前記耐熱樹脂による潤滑性を長時間にわたって機能せしめることができる。 According to the present invention as described above, the surface of the piston ring can be lubricated by the heat-resistant resin constituting the surface coating, and a predetermined material (nickel powder, lead powder, zinc powder, tin) can be provided. Since the surface coating formed on the piston ring surface can be imparted with a powder comprising one or two or more powder materials selected from the group consisting of powder and silicon-based powder, lubrication by the heat-resistant resin Sex can function for a long time.

以下に、本発明のピストンリングについて、図面を用いて具体的に説明する。 The piston ring of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

図６は、本発明のピストンリングの断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the piston ring of the present invention.

図７（ａ）は、図６に示すピストンリングの上表面近傍の拡大断面図であり、（ｂ）はピストンリングの上表面近傍の拡大図であり、図７（ａ）に示す粉末６４の他の形状の例を示すものである。 7 (a) is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the upper surface of the piston ring shown in FIG. 6, and FIG. 7 (b) is an enlarged view of the vicinity of the upper surface of the piston ring, and the powder 64 shown in FIG. Examples of other shapes are shown.

図６に示すように、本発明のピストンリング６０は、ピストンリング本体６１と、その上面または下面の一方、またはその両方（図６にあっては両方）に形成された表面皮膜６２とから構成されている。 As shown in FIG. 6, the piston ring 60 of the present invention is composed of a piston ring main body 61 and a surface coating 62 formed on one or both of the upper surface and the lower surface (both in FIG. 6). Has been.

本発明のピストンリング本体６１の材質については、特に限定されることはなくいかなる材質も用いることができる。例えば、その材質としては、主にスチール（鋼材）を用いることができ、またステンレス鋼としては、ＳＵＳ４４０、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ３０４等、あるいは８Ｃｒ鋼、１０Ｃｒ鋼、ＳＷＯＳＣ−Ｖ、ＳＷＲＨ材などを用いることができる。また、ピストンリングの種類としては、いわゆる圧力リングとして機能するトップリングはもとより、同じ圧力リングであるセカンドリングに用いることもでき、さらにはオイルリングにも本発明は適用可能である。 The material of the piston ring body 61 of the present invention is not particularly limited, and any material can be used. For example, steel (steel material) can be mainly used as the material, and SUS440, SUS410, SUS304, or 8Cr steel, 10Cr steel, SWOSC-V, SWRH material, or the like can be used as stainless steel. it can. Further, as a kind of piston ring, not only a top ring that functions as a so-called pressure ring but also a second ring that is the same pressure ring can be used, and further, the present invention can be applied to an oil ring.

図６および図７に示すように、このような本発明のピストンリング本体６１の表面には、耐熱樹脂６３と該耐熱樹脂６３に含有された所定の材料からなる粉末、具体的にはニッケル系粉末、鉛系粉末、亜鉛系粉末、スズ系粉末、ケイ素系粉末よりなる群から選択される一又は二以上の粉末６４とからなる表面皮膜が形成されている。 As shown in FIGS. 6 and 7, the surface of the piston ring main body 61 of the present invention has a heat-resistant resin 63 and a powder made of a predetermined material contained in the heat-resistant resin 63, specifically a nickel-based material. A surface film composed of one or more powders 64 selected from the group consisting of powder, lead-based powder, zinc-based powder, tin-based powder, and silicon-based powder is formed.

耐熱樹脂６３は、主にピストンリング表面に潤滑性を付与することを目的としており、一方で前記所定の材料からなる粉末６４は、これが含有せしめられる表面皮膜６２に耐摩耗性を付与し、これにより前記耐熱樹脂による潤滑性を長時間保持することを目的としている。 The heat-resistant resin 63 is mainly intended to impart lubricity to the piston ring surface, while the powder 64 made of the predetermined material imparts wear resistance to the surface film 62 contained therein. Therefore, it is intended to maintain the lubricity by the heat-resistant resin for a long time.

本発明の表面皮膜６２を構成する耐熱樹脂６３としては、当該ピストンリングが用いられる環境（温度）に耐え得ることができ、かつ潤滑性を有しており、後述する所定の材料からなる粉末を保持固定することができる樹脂であれば特に限定されることはない。具体的には、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂やポリイミド（ＰＩ）樹脂などを挙げることができる。 As the heat-resistant resin 63 constituting the surface film 62 of the present invention, a powder made of a predetermined material, which can withstand the environment (temperature) in which the piston ring is used, has lubricity, and will be described later. The resin is not particularly limited as long as it can be held and fixed. Specifically, polyamide imide (PAI) resin, polyimide (PI) resin, and the like can be given.

次に、本発明の表面皮膜６２を構成する所定の材料からなる粉末、具体的にはニッケル系粉末、鉛系粉末、亜鉛系粉末、スズ系粉末、ケイ素系粉末よりなる群から選択される一又は二以上の粉末６４について説明する。 Next, a powder made of a predetermined material constituting the surface film 62 of the present invention, specifically, one selected from the group consisting of nickel-based powder, lead-based powder, zinc-based powder, tin-based powder, and silicon-based powder. Alternatively, two or more powders 64 will be described.

本発明におけるニッケル系粉末としては、純粋なニッケルの粉末の他、酸化ニッケルの粉末や各種ニッケル合金（例えば、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ合金）などを挙げることができる。 Examples of the nickel-based powder in the present invention include pure nickel powder, nickel oxide powder, various nickel alloys (for example, Cu—Ni alloy, Cu—Zn—Ni alloy), and the like.

また、同様に本発明の鉛系粉末としては、純粋な鉛の粉末の他、酸化鉛の粉末や各種鉛合金（例えば、Ｐｂ−Ｓｎ合金、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ合金）などを挙げることができる。 Similarly, the lead-based powder of the present invention includes pure lead powder, lead oxide powder, various lead alloys (for example, Pb-Sn alloy, Pb-Sn-Sb alloy), and the like. .

また、同様に本発明の亜鉛系粉末としては、純粋な亜鉛の粉末の他、酸化亜鉛の粉末や各種亜鉛合金（例えば、Ｔｉ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金）などを挙げることができる。 Similarly, examples of the zinc-based powder of the present invention include pure zinc powder, zinc oxide powder, various zinc alloys (for example, Ti—Zn alloy, Sn—Zn alloy) and the like.

また、同様に本発明のスズ系粉末としては、純粋なスズの粉末の他、酸化スズの粉末や各種スズ合金（例えば、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金、Ｎｉ−Ｓｎ合金）などを挙げることができる。 Similarly, examples of the tin-based powder of the present invention include pure tin powder, tin oxide powder, various tin alloys (for example, Cu—Sn alloy, Sn—Pb alloy, Ni—Sn alloy) and the like. be able to.

さらにまた、本発明のケイ素系粉末としては、純粋なケイ素の粉末の他、酸化ケイ素の粉末やその他各種ケイ素化合物（例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２）などを挙げることができる。 Furthermore, examples of the silicon-based powder of the present invention include pure silicon powder, silicon oxide powder, and various other silicon compounds (for example, SiC, SiO ₂ ).

しかしながら、本発明において、これら所定の材料からなる粉末は、前述の耐熱樹脂が摩耗するのを防止する役目がある一方で、相手材であるピストンリング溝を攻撃することは避けなければならず、あまり硬度が高すぎてはならない。このような観点からすると、これらの粉末の硬度としては、ビッカース硬度で５０Ｈｖ０．１以上３００Ｈｖ０．１以下が好ましい。 However, in the present invention, the powder made of these predetermined materials serves to prevent the above-mentioned heat-resistant resin from being worn, while it must avoid attacking the piston ring groove as a counterpart material, The hardness should not be too high. From such a viewpoint, the hardness of these powders is preferably 50 Hv 0.1 or more and 300 Hv 0.1 or less in terms of Vickers hardness.

このような所定の材料からなる粉末６４の形状については、本発明は特に限定することはなく、図７（ａ）に示すような球形状あるいは多角形状のような定形状であっても不定形状であってもよく、さらには図７（ｂ）に示すような鱗片形状であってもよい。前記粉末の材質の説明においても言及したように、当該粉末６４によって相手材であるピストンリング溝を攻撃することは避けなければならず、このような観点からすると、多角形状であることはあまり好ましくなく、図７（ａ）に示すような球形状もしくはこれにちかい形状であることが好ましい。粉末６４の形状を球形状とすることにより、ピストンリング溝が傷つくことを防止することができる。 The shape of the powder 64 made of such a predetermined material is not particularly limited, and the indefinite shape is not limited even if the shape is a spherical shape or a polygonal shape as shown in FIG. Furthermore, it may be a scale shape as shown in FIG. As mentioned in the description of the material of the powder, it is necessary to avoid attacking the piston ring groove which is the counterpart material with the powder 64. From this point of view, a polygonal shape is not preferable. Instead, it is preferably a spherical shape as shown in FIG. By making the shape of the powder 64 spherical, it is possible to prevent the piston ring groove from being damaged.

また、図７（ｂ）に示すような鱗片形状とすれば、ピストンリング溝がきずつくことを防止することができるとともに耐熱樹脂６３と粉末６４との密着性にも優れる。 Moreover, if it is made into the scale shape as shown in FIG.7 (b), it can prevent that a piston ring groove | channel is scratched, and it is excellent also in the adhesiveness of the heat resistant resin 63 and the powder 64. FIG.

所定の材料からなる粉末６４を球形状とした場合において、その大きさは特に限定することはないが、平均粒径を８〜１２μｍとすることが好ましい。平均粒径を８μｍ未満とすると、粉末の微細化に必要なコストが高くなり、一方１２μｍより大きくすると、相手材となるピストンリング溝を攻撃するおそれがあり、また厚膜化となり、コストの増大となるからである。 When the powder 64 made of a predetermined material is formed into a spherical shape, the size is not particularly limited, but the average particle size is preferably 8 to 12 μm. If the average particle size is less than 8 μm, the cost required for finer powder will increase. On the other hand, if it exceeds 12 μm, there is a risk of attacking the piston ring groove as the counterpart material, and the film will become thicker, increasing costs. Because it becomes.

本発明のピストンリングを構成する表面皮膜６２において、前記耐熱樹脂６３に対する前記粉末６４の含有率については、耐熱樹脂６３が潤滑性能を十分に発揮し、かつ前記所定の材料からなる粉末６４が耐摩擦性能を十分に発揮できる程度のバランスで適宜設定することができる。具体的には、表面皮膜６２全体に対する前記所定の材料からなる粉末６４の含有率を１０〜８０質量％とすることが好ましく、４０〜６０質量％とすることが特に好ましい。前記粉末６４の含有率が１０質量％未満では、表面皮膜の摩擦による減少・消滅を効果的に防止することができず、またアルミ凝着を十分に防止することができない。一方で前記粉末６４の含有率が８０質量％を超えると、表面皮膜全体としてのフレキシブル性が低下するとともに、耐熱樹脂により粉末を固定することが困難となり、当該粉末が脱離してしまうおそれがある。 In the surface film 62 constituting the piston ring of the present invention, regarding the content ratio of the powder 64 with respect to the heat-resistant resin 63, the heat-resistant resin 63 exhibits sufficient lubrication performance, and the powder 64 made of the predetermined material is resistant to the heat. It can be appropriately set with a balance that can sufficiently exhibit the friction performance. Specifically, the content of the powder 64 made of the predetermined material with respect to the entire surface film 62 is preferably 10 to 80% by mass, and particularly preferably 40 to 60% by mass. When the content of the powder 64 is less than 10% by mass, reduction or disappearance due to friction of the surface film cannot be effectively prevented, and aluminum adhesion cannot be sufficiently prevented. On the other hand, when the content of the powder 64 exceeds 80% by mass, the flexibility of the entire surface film is lowered, and it is difficult to fix the powder with a heat-resistant resin, and the powder may be detached. .

なお、本発明のピストンリングにあっては、前記粉末を形成する材料として、上記で列挙したものの他、インジウム、金、アンチモンに代表される軟質金属の粉末を用いても同様の効果を得ることができる。 In the piston ring of the present invention, the same effect can be obtained even if soft metal powders typified by indium, gold, and antimony are used in addition to those listed above as the material forming the powder. Can do.

前記耐熱樹脂６３中には、固体潤滑材６５を含有させることが好ましく（図７（ａ）および（ｂ）参照）、これらは均一に分散されていることが好ましい。当該固体潤滑材としては、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイトから選択される一又は二以上であることが好ましい。このように、固体潤滑材を添加することで、アルミニウム凝着の初期なじみを向上させることができる。具体的な含有量としては、表面皮膜全体６２に対する固体潤滑材６５の含有量を１〜１０質量％とすることが好ましい（この場合、所定の材料からなる粉末６４の含有量が１０〜８０質量％とすると、その残部が耐熱樹脂６３となる。）。所定の材料からなる粉末に加え固体潤滑材が含有された表面皮膜をピストンリングの上下面に形成することにより、アルミニウム材からなるピストン材との初期なじみ性、耐摩耗性を向上することができ、その結果、アルミニウム凝着の発生を防止し、耐久性に優れたピストンリングを提供することができる。 The heat-resistant resin 63 preferably contains a solid lubricant 65 (see FIGS. 7A and 7B), and these are preferably uniformly dispersed. The solid lubricant is preferably one or more selected from molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and graphite. Thus, by adding a solid lubricant, it is possible to improve the initial familiarity of aluminum adhesion. Specifically, the content of the solid lubricant 65 with respect to the entire surface film 62 is preferably 1 to 10% by mass (in this case, the content of the powder 64 made of a predetermined material is 10 to 80% by mass). %, The remainder becomes the heat resistant resin 63). By forming a surface coating containing solid lubricant in addition to powder of a given material on the upper and lower surfaces of the piston ring, it is possible to improve initial conformability and wear resistance with piston materials made of aluminum. As a result, the occurrence of aluminum adhesion can be prevented, and a piston ring excellent in durability can be provided.

なお、固体潤滑材としては、上記で列挙したものの他、セレン化タングステン、セレン化モリブデン、窒化ホウ素、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレンなど）を用いても同様の効果を得ることができる。 As the solid lubricant, in addition to those listed above, the same effect can be obtained by using tungsten selenide, molybdenum selenide, boron nitride, or a fluororesin (such as polytetrafluoroethylene).

本発明における表面皮膜６２の形成方法については特に限定することはなく、例えば、前述の所定の材料からなる粉末６４を耐熱樹脂としてのポリアミドイミド樹脂に含有せしめ、これをスプレー塗装、浸漬塗装、静電塗装などによりピストンリング本体６１の表面に塗布してもよい。また、当該表面皮膜６２は必要に応じて加熱焼成等の後処理を行ってもよい。 The method for forming the surface film 62 in the present invention is not particularly limited. For example, the powder 64 made of the above-described predetermined material is contained in a polyamide-imide resin as a heat-resistant resin, and this is applied by spray coating, dip coating, static coating, or the like. It may be applied to the surface of the piston ring body 61 by electropainting or the like. In addition, the surface film 62 may be subjected to post-treatment such as heating and baking as necessary.

このような方法で形成された本発明における表面皮膜の厚さについては、例えば３〜２０μｍ程度とすることが好ましい。 About the thickness of the surface film in this invention formed by such a method, it is preferable to set it as about 3-20 micrometers, for example.

また、表面皮膜６２を形成する前の段階で、ピストンリング本体６１における表面皮膜６２が形成される表面に対し、下地処理としての化成処理を施してもよい。化成処理としては、例えば、リン酸塩処理、より具体的にはマンガン系リン酸塩皮膜処理等を挙げることができる。リン酸塩処理を行うことにより、ピストンリング本体６１の表面と表面皮膜６２との密着性を向上せしめることができる。 In addition, before the surface coating 62 is formed, the surface of the piston ring body 61 on which the surface coating 62 is formed may be subjected to chemical conversion treatment as a base treatment. Examples of the chemical conversion treatment include phosphate treatment, more specifically, manganese-based phosphate coating treatment. By performing the phosphate treatment, the adhesion between the surface of the piston ring main body 61 and the surface coating 62 can be improved.

本発明のピストンリングを実施例を用いてさらに具体的に説明する。 The piston ring of the present invention will be described more specifically with reference to examples.

（実施例１〜１６、比較例１〜５３）
ＪＩＳＳＷＯＳＣ−Ｖ材相当材を用いてピストンリング本体に相当する部材を用意した。ピストンリングの寸法は、外径：７１ｍｍ、リング厚み（ａ_１寸法）：２．５５ｍｍ、リング幅（ｈ_１寸法）：１．２ｍｍとした。なお、ＪＩＳＳＷＯＳＣ−Ｖ材相当材の組成は、Ｃ：０．５５質量％、Ｓｉ：１．４質量％、Ｍｎ：０．６質量％、Ｐ：０．０２質量％、Ｓ：０．０２質量％、Ｃｒ：０．６５質量％、Ｃｕ：０．０８質量％、残部はＦｅおよび不可避不純物である。 (Examples 1-16, Comparative Examples 1-53)
A member corresponding to the piston ring main body was prepared using JIS SWOSC-V equivalent material. The dimensions of the piston ring were as follows: outer diameter: 71 mm, ring thickness (a ₁ dimension): 2.55 mm, and ring width (h ₁ dimension): 1.2 mm. The composition of the JIS SWOSC-V equivalent material is as follows: C: 0.55% by mass, Si: 1.4% by mass, Mn: 0.6% by mass, P: 0.02% by mass, S: 0.02 % By mass, Cr: 0.65% by mass, Cu: 0.08% by mass, the balance being Fe and inevitable impurities.

前記材料からなる部材の上面と下面の両方に、耐熱樹脂としてポリアミドイミド樹脂を用い、所定の材料、具体的にはニッケル系粉末、ケイ素系粉末、亜鉛系粉末よりなる群から選択される粉末を用い（各実施例、比較例毎の粉末の種類は表１に示す通りである。）、スプレー法にて、厚さ１０μｍの表面皮膜を形成した。なお、用いた粉末の平均粒径は１０μｍ以下であり、表面皮膜全体に対する当該粉末の添加量は、それぞれ表１に示す通りである。 Polyamideimide resin is used as a heat-resistant resin on both the upper and lower surfaces of the member made of the material, and a predetermined material, specifically, a powder selected from the group consisting of nickel-based powder, silicon-based powder, and zinc-based powder is used. Used (the types of powder in each example and comparative example are as shown in Table 1), and a surface film having a thickness of 10 μm was formed by a spray method. In addition, the average particle diameter of the used powder is 10 micrometers or less, and the addition amount of the said powder with respect to the whole surface film is as Table 1 respectively.

また、各実施例および比較例ともに、固体潤滑材として平均粒径３μｍ以下の二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）またはグラファイトを添加しており、これらの添加量はそれぞれ表１に示す通りである。 In each of the examples and comparative examples, molybdenum disulfide (MoS ₂ ) or graphite having an average particle size of 3 μm or less is added as a solid lubricant. The amounts of these additions are as shown in Table 1, respectively.

また、各実施例および比較例の一部においては、表面皮膜を形成する面に下地処理として、化成処理の一種であるマンガン系リン酸塩皮膜成処理を行った（表１参照。表１においては、「化成処理」と記載してある。）。 Further, in each of the examples and comparative examples, a manganese-based phosphate film forming treatment, which is a kind of chemical conversion treatment, was performed as a base treatment on the surface on which the surface film was formed (see Table 1; see Table 1). Is described as “chemical conversion treatment”).

このようにして形成された各ピストンリング試験片を、実施例１〜１６および比較例１〜４８とする（表１参照）。 Each piston ring test piece formed in this way is referred to as Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 48 (see Table 1).

また、比較例４９〜５３として、部材としては前記ＪＩＳＳＷＯＳＣ−Ｖ材相当材を用い、この上面と下面の両方に、従来から固体潤滑材として用いられているＭｏＳ_２、もしくはグラファイトを含有するポリアミドイミド樹脂を含む表面皮膜を１０μｍの厚さで形成した。 Moreover, as Comparative Examples 49-53, the above-mentioned JIS SWOSC-V material equivalent material is used as a member, and MoS ₂ that has been conventionally used as a solid lubricant on both the upper surface and the lower surface, or a polyamide containing graphite A surface film containing an imide resin was formed to a thickness of 10 μm.

以上の実施例および比較例それぞれの試験片に対し、アルミ凝着評価試験、剥離評価試験、およびすべりたたき試験を行った。 An aluminum adhesion evaluation test, a peeling evaluation test, and a sliding test were performed on the test pieces of the above Examples and Comparative Examples.

＜アルミ凝着評価試験＞
この試験は、図８に示す溝摩耗・アルミ凝着単体評価装置８０を使用して行った。試験条件は、偏芯サイクル：５０Ｈｚ、ガス圧：０．５ＭＰａ、溝底温度：２００℃、偏芯量０．０３ｍｍ、オイル供給：１０分ごとに８秒間霧状オイルを供給、運転時間：２５時間（ブローバイが過大となった時点で終了）、とした。 <Aluminum adhesion evaluation test>
This test was performed using a groove wear / aluminum adhesion single unit evaluation apparatus 80 shown in FIG. Test conditions are: eccentricity cycle: 50 Hz, gas pressure: 0.5 MPa, groove bottom temperature: 200 ° C., eccentricity 0.03 mm, oil supply: supply of mist oil for 8 seconds every 10 minutes, operation time: 25 Time (finished when blow-by becomes excessive).

なお、当該評価装置８０は、試験片（Ｔｅｓｔ−ｒｉｎｇ）８１，８２を装着する溝８７が設けられたピストン部材（Ａｌ材）８３と、前記ピストン部材８３と対向する位置に設けられたライナ部材８８とから概略構成されている。 The evaluation device 80 includes a piston member (Al material) 83 provided with a groove 87 for mounting test pieces (Test-rings) 81 and 82, and a liner member provided at a position facing the piston member 83. 88.

そして、図８に示すように、試験片８１，８２を溝８７に装着し、評価試験を行う場合にあっては、前記ライナ部材８８に設けられているガス排出孔８５より所定量のガスがピストン部材８３側へ排出され、これにより溝８７に装着された上側の試験片８１は、溝８７の上面に押しつけられ、一方で下側の試験片８２は、溝８７の下面に押しつけられる状態となる。さらに、当該評価装置８０は、上記試験条件下で図示しないモータを駆動させ、前記の状態のままピストン部材８３が半径方向に偏芯しつつ回転可能に構成されており、試験中、当該ピストン部材８３が回転し続けることにより、溝８７が内燃機関におけるピストンリング溝として、試験片８１，８２がピストンリングとして、さらに壁面８４がシリンダライナ内周壁面として機能し、実際の内燃機関内の状態を再現することができる。 As shown in FIG. 8, when the test pieces 81 and 82 are mounted in the groove 87 and an evaluation test is performed, a predetermined amount of gas is discharged from the gas discharge hole 85 provided in the liner member 88. The upper test piece 81 discharged to the piston member 83 side and thus mounted in the groove 87 is pressed against the upper surface of the groove 87, while the lower test piece 82 is pressed against the lower surface of the groove 87. Become. Further, the evaluation device 80 is configured to drive a motor (not shown) under the above test conditions, and the piston member 83 can be rotated while being eccentric in the radial direction in the above state. As 83 continues to rotate, the groove 87 functions as a piston ring groove in the internal combustion engine, the test pieces 81 and 82 function as a piston ring, and the wall surface 84 functions as an inner peripheral wall surface of the cylinder liner. Can be reproduced.

なお、当該評価装置８０における評価は、試験片８１が装着されている溝の上側に設けられているガスセンサ８６により、当該部分のガス流量を測定し、ガス流量が多くなった場合には、アルミ凝着や皮膜の破損が発生し試験片８１，８２と壁面８４との間の密着性が損なわれたことを意味し、当該ガス流量が多くなった時点でこれによりブローバイガスが発生したと評価することした。表１中の「無し」は運転時間中（２５時間）ガス流量が一定であった、つまりブローバイガスが発生しなかったことを示し、「有り」は、運転時間中にガス流量が多くなった、つまりブローバイガスが発生したことを示している。 The evaluation in the evaluation device 80 is performed by measuring the gas flow rate of the portion by the gas sensor 86 provided on the upper side of the groove in which the test piece 81 is mounted. This means that adhesion or damage to the coating occurred and the adhesion between the test pieces 81 and 82 and the wall surface 84 was lost, and it was evaluated that blow-by gas was generated when the gas flow rate increased. I did it. “None” in Table 1 indicates that the gas flow rate was constant during the operation time (25 hours), that is, blow-by gas was not generated, and “Yes” increased the gas flow rate during the operation time. That is, it shows that blow-by gas was generated.

＜剥離評価試験＞
この試験は、ＪＩＳＫ５４００に基づく碁盤目試験を行った。 <Peeling evaluation test>
In this test, a cross-cut test based on JIS K 5400 was performed.

具体的には、図９に示すように各試験片の任意の位置にカッターにて表面皮膜を貫通する深さの切り込みを約１ｍｍ間隔で入れ、市販の粘着テープを貼り付けた後、それを剥がしてテープを観察することを行った。表１において、テープへの表面皮膜の付着が全くない場合を「無し」とし、少しでも付着していた場合を「有り」とした。 Specifically, as shown in FIG. 9, incisions having a depth penetrating the surface film are put at an arbitrary position of each test piece with a cutter at an interval of about 1 mm, and a commercially available adhesive tape is affixed. The tape was peeled off and the tape was observed. In Table 1, the case where there was no adhesion of the surface film to the tape was defined as “none”, and the case where it was adhered even a little was defined as “present”.

＜すべりたたき試験＞
この試験は、図１０に示す高温弁座摩耗試験機１０１を使用して行った。試験条件は、ストローク：４ｍｍ、繰り返し速度：５００回／分、リング回転数：３ｒｐｍ、試験時間：７時間、ピストンの温度：約２５０℃、ピストンの材質：アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）、とした。 <Slip test>
This test was performed using a high-temperature valve seat wear tester 101 shown in FIG. The test conditions were: stroke: 4 mm, repetition rate: 500 times / min, ring rotation speed: 3 rpm, test time: 7 hours, piston temperature: about 250 ° C., piston material: aluminum alloy (AC8A).

なお、すべりたたき試験とは、ピストン材１０３を試験機１０１に対して軸方向移動不能に固定し、ピストンリング試験片１０２をピストン材１０３に同心円上に装着し、ピストンリング試験片１０２の内局面側に備わっている鋳鉄製円棒１０５を軸方向に往復させて行う試験であり、ピストンリング試験片１０２を回転しつつピストン材１０３をたたく動作モードを付与した試験方法である。試験機１０１は、被験材加熱用のヒータ１０４を有しており、実際に燃料を燃焼させずともエンジン内の燃焼時の高温状態を再現することができ、ピストン材の状態変化を模すことができる。 In the sliding tapping test, the piston material 103 is fixed to the testing machine 101 so as not to move in the axial direction, the piston ring test piece 102 is mounted on the piston material 103 concentrically, and the internal phase of the piston ring test piece 102 is determined. This test is performed by reciprocating the cast iron circular bar 105 provided on the side in the axial direction, and is a test method in which an operation mode is given in which the piston material 103 is struck while rotating the piston ring test piece 102. The testing machine 101 has a heater 104 for heating the test material, and can reproduce the high temperature state during combustion in the engine without actually burning the fuel, and simulates the state change of the piston material. Can do.

当該試験によりピストン側の摩耗量とピストンリング側の摩耗量を評価した。なお、摩耗量は表面粗さ計にて段差を測定し、比較例４９の摩耗量を１００とした場合におけるそれぞれの摩耗量を算出した。 The wear amount on the piston side and the wear amount on the piston ring side were evaluated by the test. In addition, the amount of wear measured the level | step difference with the surface roughness meter, and calculated each amount of wear when the amount of wear of the comparative example 49 was set to 100.

評価結果を以下の表１に示す。 The evaluation results are shown in Table 1 below.

なお、表１に示すように、アルミ凝着の有無、剥離の有無、およびピストン材・ピストンリング材の摩耗量比によって総合評価を付けた。 In addition, as shown in Table 1, comprehensive evaluation was given by the presence or absence of aluminum adhesion, the presence or absence of peeling, and the wear amount ratio of the piston material / piston ring material.

当該総合評価は、アルミ凝着、剥離のどちらも「無し」であって、ピストン材とピストンリング材のどちらも摩耗量比が比較例４９に対して１割以上減少しているものを「○」とした。アルミ凝着、剥離のどちらも「無し」であって、ピストン材とピストンリング材の摩耗量比が比較例４９と同等または比較例４９に対して減少が１割未満である場合は「△」とした。アルミ凝着、剥離どちらか一方でも「有り」だった場合は、ピストン材とピストンリング材の摩耗量比に関わらず「×」とした。 In the comprehensive evaluation, both aluminum adhesion and peeling were “None”, and both the piston material and the piston ring material had a wear amount ratio that was reduced by 10% or more compared to Comparative Example 49. " When both aluminum adhesion and peeling are “none”, and the wear amount ratio of the piston material and the piston ring material is equal to or less than 10% of the comparative example 49, “△” It was. When either “Aluminum adhesion” or “Peeling” was “Yes”, “No” was assigned regardless of the wear amount ratio between the piston material and the piston ring material.

表１に示す実施例１〜１６と従来技術である比較例４９〜５３を比較すれば明らかなように、本願発明の実施例のピストンリング試験片にはアルミ凝着および剥離がみられず、耐摩耗性も良好である。また、実施例１〜１６と比較例１〜４８とを比較すれば明らかなように、本発明において用いられる所定の材料からなる粉末の添加量（１０〜８０質量％）の効果、さらに固体潤滑材の添加量（１〜１０質量％）の効果が確認できる。

As is clear from comparison of Examples 1 to 16 shown in Table 1 and Comparative Examples 49 to 53, which are the prior art, aluminum adhesion and peeling were not observed in the piston ring specimens of the examples of the present invention. Good wear resistance. Further, as is clear from comparison between Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 48, the effect of addition amount (10 to 80% by mass) of a powder made of a predetermined material used in the present invention, and solid lubrication The effect of the added amount of the material (1 to 10% by mass) can be confirmed.

アルミ凝着現象の説明図であり、（ａ）はピストンの斜視図、（ｂ）はピストンのリング溝およびピストンリングの拡大斜視図、（ｃ）はピストンリングへのアルミ凝着を示す拡大斜視図である。It is explanatory drawing of an aluminum adhesion phenomenon, (a) is a perspective view of a piston, (b) is an enlarged perspective view of a ring groove and a piston ring of a piston, (c) is an enlarged perspective view showing aluminum adhesion to a piston ring. FIG. （ａ）〜（ｃ）は、ピストンのリング溝の状面および下面の表面状態の変化の様子を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the mode of the change of the surface state of the shape surface of a ring groove of a piston, and a lower surface. （ａ）〜（ｃ）は、アルミ凝着メカニズムを示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows an aluminum adhesion mechanism. アルミ凝着部分の拡大図である。It is an enlarged view of an aluminum adhesion part. 従来の樹脂コーティング処理を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional resin coating process. 本発明のピストンリングの断面図である。It is sectional drawing of the piston ring of this invention. （ａ）は、図６に示すピストンリングの上表面近傍の拡大断面図であり、（ｂ）は粉末の他の形状を示すピストンリングの上表面近傍の拡大断面図である。(A) is an expanded sectional view near the upper surface of the piston ring shown in FIG. 6, (b) is an enlarged sectional view near the upper surface of the piston ring showing another shape of the powder. アルミ凝着単体評価装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the aluminum adhesion single-piece evaluation apparatus. 剥離評価試験の説明図である。It is explanatory drawing of a peeling evaluation test. 高温弁座摩耗試験機を示す図である。It is a figure which shows a high temperature valve seat abrasion tester.

符号の説明Explanation of symbols

１、６０…ピストンリング
２…ピストン溝上面
３…ピストン溝下面
１０…ピストン
６１…ピストンリング本体
６２…表面皮膜
６３…耐熱樹脂
６４…所定の材料からなる粉末
６５…固体潤滑材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 60 ... Piston ring 2 ... Piston groove upper surface 3 ... Piston groove lower surface 10 ... Piston 61 ... Piston ring main body 62 ... Surface coating 63 ... Heat-resistant resin 64 ... Powder consisting of predetermined material 65 ... Solid lubricant

Claims

ピストンリング本体と、該ピストンリング本体の上面または下面のどちらか一方、または該ピストンリング本体の上面と下面の両方に形成される表面皮膜とからなるピストンリングであって、
前記表面皮膜は、耐熱樹脂と、該耐熱樹脂中に含有されたニッケル系粉末、鉛系粉末、亜鉛系粉末、スズ系粉末よりなる群から選択される一又は二以上の粉末と、から構成され、
かつ、前記表面皮膜全体に対する前記粉末の含有率が１０〜８０質量％であることを特徴とするピストンリング。 A piston ring comprising a piston ring body and a surface coating formed on either the upper surface or the lower surface of the piston ring body, or both the upper surface and the lower surface of the piston ring body,
The surface coating is composed of a heat-resistant resin and one or more powders selected from the group consisting of nickel-based powder, lead-based powder, zinc-based powder, and tin-based powder contained in the heat-resistant resin. ,
And the content rate of the said powder with respect to the said whole surface film is 10-80 mass%, The piston ring characterized by the above-mentioned.

前記ニッケル系粉末が、純ニッケル、酸化ニッケル、またはニッケル合金の何れかの粉末であり、
前記鉛系粉末が、純鉛、酸化鉛、または鉛合金の何れかの粉末であり、
前記亜鉛系粉末が、純亜鉛、酸化亜鉛、または亜鉛合金の何れかの粉末であり、
前記スズ系粉末が、純スズ、酸化スズ、またはスズ合金の何れかの粉末であることを特徴とする請求項１に記載のピストンリング。 The nickel-based powder is pure nickel, nickel oxide, or a nickel alloy powder,
The lead-based powder is a powder of pure lead, lead oxide, or a lead alloy,
The zinc-based powder is a powder of pure zinc, zinc oxide, or a zinc alloy,
The tin-based powder, pure tin, piston ring according to claim 1, characterized in that any of the powder of tin oxide or tin alloy.

前記耐熱樹脂がポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のピストンリング。 The piston ring according to claim 1 or 2, wherein the heat-resistant resin is a polyamide-imide resin.

前記ピストンリング本体における前記表面皮膜が形成される面には、下地処理として化成処理が施されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一の請求項に記載のピストンリング。 The surface of the piston ring main body on which the surface film is formed is subjected to chemical conversion treatment as a base treatment, The piston ring according to any one of claims 1 to 3.

前記耐熱樹脂中には、さらに固体潤滑材が含有されており、
前記表面皮膜全体に対する当該固体潤滑材の含有率が１〜１０質量％であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一の請求項に記載のピストンリング。 The heat-resistant resin further contains a solid lubricant,
5. The piston ring according to claim 1, wherein a content of the solid lubricant with respect to the entire surface film is 1 to 10% by mass.

前記固体潤滑材が、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイトよりなる群から選択される一又は二以上であることを特徴とする請求項５に記載のピストンリング。 6. The piston ring according to claim 5, wherein the solid lubricant is one or more selected from the group consisting of molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and graphite.