JP5291635B2 - ピストンリング - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つのチャンバを備える摺動面と、上側および下側の側面と、内側の円周面と、を有する基体を備えたピストンリングに関する。

ドイツ特許第１０３５９８０２Ｂ３号には、ピストンリング、ならびにこれを製造する方法が記載されている。このピストンリングは、摺動面プロフィルを備える摺動面と、上側および下側の側面と、を含んでおり、少なくとも摺動面は蒸着層を備えており、それにより摺動面の一部の領域が、除去可能なカバーを備えるようになっている。そのようにして、蒸着層が生成され、カバーが除去された後には、摺動面と少なくとも１つの側面との間に、実質的に鋭いエッジを持った摺動エッジができる。

オイル消費量およびガス漏れ作用を優位にするためには、リング摺動面からリング側面への移行部にあたる下側エッジが、できるだけ鋭いエッジにされる必要がある。この要請は、被膜されたピストンリングでは、摺動面層の層厚に応じてますます困難なものとなっている。

この問題に対する公知の解決策としては、片側だけ全体的にチャンバを備えたリングがあり、このようなリングでは摺動面の中央領域から上側領域にかけてのみ、もしくは中央領域にのみ、上記層が充填される。エッジは基本材料によって形成され、それによって、完全な鋭いエッジが形成される。

ドイツ特許第１０３５９８０２Ｂ３号

本発明の目的は従来技術をさらに改良することにあり、ピストンリングのできるだけ鋭いエッジの下側エッジを維持したうえで、層厚が低減された摺動面層を塗布することができ、そのようにして、この領域でいっそう高い破損信頼性を保証する。

この目的は、少なくとも１つのチャンバを備える摺動面と、上側および下側の側面と、内側の円周面と、を有する基体を備えたピストンリングによって達成され、摺動面は少なくとも１つのＰＶＤ層を備えており、該ＰＶＤ層はチャンバに完全に充填されることなくチャンバの輪郭に合わせられるようになっており、それぞれの端部領域はチャンバの構成に応じてチャンバの層厚よりも小さい層厚を有している。

本発明の好ましい発展例は、付属の従属請求項に記載されている。

ＰＶＤコーティング（物理蒸着：Physical Vapor Deposition）とは、気相からの蒸着によって、ピストンリングの摺動面をコーティングする方法である。このとき蒸着されるコーティング材料は、電離した粒子流として存在している。

本発明では、チャンバが従来の摩耗防護材料によって完全に充填されるのではなく、たとえばＣｒＮおよび／またはＣｒＯＮのような窒化物をベースとするＰＶＤ層だけが摺動面（チャンバを含む）に塗布されたチャンバを備える、特別な形態のピストンリングが提案される。

このようなＰＶＤ層の高い耐摩耗性のため、チャンバに約１０μｍから５０μｍの高さだけ充填されることが可能である。初めに均一な、すなわち等しい層厚で、摺動面全体に塗布されるＰＶＤ層は、チャンバ領域外では規定された量だけ削り取られ、たとえば残った層厚が１μｍから１０μｍになるまで削り取られる。この処置によって、摺動面のチャンバ領域は、半径方向にわずかに引っ込んでいる。このため、チャンバのＰＶＤコーティングは、ある程度の慣らし運転中にシリンダ壁と干渉せず、この自由空間が潤滑油の備蓄部を形成する。

ＰＶＤ層が、周期律のＩＶｂ族からＶＩｂ族の元素の窒化物をベースとして構成されることが特に好ましい。これは、選択的に、以下の元素、すなわちＡｌ，Ｓｉ，Ｃ，Ｏが単独もしくは組み合わされて添加されてもよい。

摺動面の端部で細く突出した領域、すなわち作用する領域によって、このピストンリングは、一定の慣らし運転期間の間、明らかに高い押圧力でシリンダ壁と共に作用する。これにより、この期間のオイル消費量が低減される。

慣らし運転段階が終わると、初めに突出していた端部領域で上記層は完全に削り取られ、摺動面がシリンダ壁に応じた最善の形状に合わせられてから、初めて、摺動面の、ＰＶＤ層を備えるチャンバ領域がシリンダ壁に接触する。

摺動面コーティングが成された、チャンバを備えたピストンリングを示す図である。 仕上加工後の、図１のピストンリングを示す図である。 慣らし運転後の、図１のピストンリングを示す図である。

本発明は、図面および以下の説明で記述された実施の形態に基づいている。

図１は、摺動面３と、上側の側面４および下側の側面５と、内側の円周面６と、を有する基体２を備えたピストンリング１を断面図として示している。摺動面３の領域にはチャンバ７が設けられている。チャンバ７を含んだ摺動面３は、本例ではＣｒＮをベースとするＰＶＤ被覆層８を備えている。ＰＶＤコーティングの蒸着特性に基づき、被覆層８はその下にある摺動面３およびチャンバ７の輪郭を正確に再現しており、チャンバ７がＰＶＤ層８で部分的にのみ充填されている様子がわかる。すなわちＰＢＤ被覆層８の層厚ａは、端部領域８，９でもチャンバ７の内部でも同じであり、本例では４０μｍの厚みである。

図２は、完成後の、図１のピストンリング１を示している。摺動面３およびチャンバ７の全体を通じて見たとき、端部領域９，１０が削り取られているために、図１で示された層厚ａはチャンバ７の層厚ａよりも小さい層厚ｂ１になっている。チャンバ７は部分的にのみ充填されているので、作動用の潤滑油の備蓄部が残っている。本例では、図１に示す初め４０μｍであった層厚は、端部領域９，１０では１０μｍまで削り取られるものとする。

図３は、慣らし運転段階の後におけるピストンリング１の作動状態を示している。図２に見られる端部領域９，１０は削り取られており、それにより、詳しくは図示しないシリンダ壁に合わせて摺動面３が最適な形状にされてから、中央のＰＶＤ被覆層８がシリンダ壁と干渉することになる。

Claims (4)

1. 少なくとも１つのチャンバ（７）を備える摺動面（３）と、上側（４）および下側の側面（５）と、内側の円周面（６）と、を有する基体を備えたピストンリングであって、
   前記摺動面（３）の端部領域に突出した摺動領域を形成し、かつチャンバ領域において慣らし運転中に潤滑油の備蓄部となる空間をシリンダ壁との間に形成するように、前記摺動面（３）全体を覆う少なくとも１つのＰＶＤ層（８）を備え、
   それぞれの前記端部領域（９，１０）における前記ＰＶＤ層（８）の層厚（ｂ）は、前記チャンバ（７）の構成に応じて前記チャンバ領域における前記ＰＶＤ層（８）の層厚（ａ）よりも小さい、ピストンリング。
2. 前記ＰＶＤ層（８）は、チャンバ側では１０μｍから５０μｍの層厚（ａ）を有し、端部領域側（９，１０）では１μｍから１０μｍの層厚（ｂ）を有することを特徴とする、請求項１に記載のピストンリング。
3. 前記ＰＶＤ層（８）は、ＣｒＮ、ＣｒＯＮをベースとして構成されてい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。
4. 前記ＰＶＤ層（８）は、周期律のＩＶｂ族からＶＩｂ族の元素の窒化物をベースとして、Ａｌ、Ｓｉ、ＣおよびＯのうちの少なくとも１つが添加され、もしくは添加されずに構成されてい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。

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