JPH0379863A - ピストンリング - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、硬質クロムめっき層と複合分散めっき層との
二重構造を摺動面に有する内燃機関用ピストンリングに
係り、特にシリンダとの初期なじみ性が良く、かつ耐摩
耗性に優れたピストンリングに関する。

〔従来の技術〕

近年、エンジンの小型軽量化、高出力化などの高性能化
に伴い、ピストンリングに要求される条件はますます過
酷なものとなり、耐摩耗性はもちろんのこと、耐焼付性
、耐折損性などさまざまな観点から改良が加えられてい
る。

ところで、一般に組み立て直後のエンジンにおいては、
部品製作の精度上の制約からピストンリングとシリンダ
の大きさに誤差が生ずることは避けられず、両者間に隙
間が生じる。この隙間が存在したままの状態でエンジン
を運転すると、燃焼室の気密がやぶれ、クランク室への
ガスの吹き抜け（圧縮洩れ）が起こる。そしてこのガス
の吹き抜けはシリンダ内面を一様に覆っている潤滑油膜
を破るために、ピストンリングとシリンダ間に異常摩耗
を引き起こし、スカッフィングを発生させたりする。ま
た同時に、この隙間を通して潤滑オイルが燃焼室に入り
込み、オイル消費量も多くなる。

従って、なじみ運転と呼ばれるエンジン組み立て直後の
初期運転では、ピストンリングとシリンダの共摺りを行
うことにより短期間のうちに両者の隙間を無くし、早く
両者をなじませる必要がある。

一般に耐摩耗性に優れたピストンリングは高い硬度の摺
動面を有することになるので、このなじみ運転の期間が
長くなる傾向がある。このため短期間にピストンリング
とシリンダをなじませる工夫としてピストンリングの外
周摺動面上に絡めっきなどの軟質皮膜層を設ける方法や
、リングの断面をテーパ上に加工したりする方法が採ら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この錫めっきを施す方法は、高温、高負
荷の条件では錫めっき層が軟らかすぎるために始動初期
の段階で簡単に摩滅してしまい、なじみの効果がほとん
どなくなる。またリングの外周摺動面にテーパをつける
方法は、テーパの角度が燃焼室の気密性、及びシリンダ
内周面の保油性に影響を与えるという問題がある。

従って、本発明の目的は、高温、高負荷の条件でも初期
なじみ性が良く、スカッフィングも発生せず、比較的短
期間になじみ運転が終了し、しかも耐摩耗性の優れたピ
ストンリングを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結
果、耐摩耗性に優れた硬質クロムめっき層上に適度の硬
度を有する複合分散めっき層を形成することにより、良
好な初期なじみ性を有し、かつ耐摩耗性にも優れたピス
トンリングを提供できることを発見し、本発明を完成し
た。

すなわち、本発明の内燃機関用ピストンリングは、少な
くともその外周摺動面に、第１層として硬質クロムめっ
き層が、第２層として酸化クロム粒子分散ニッケル−コ
バルト−燐合金複合めっき層が順に形成されてなる二重
構造の層を有することを特徴とする。

〔作　用〕

本発明の二重構造のピストンリング皮膜においては、上
層（第２層）の酸化クロム粒子分散複合めっき皮膜は、
下層（第１層）の硬質クロムめっき層より幾分軟らかい
材質であるので、エンジンの始動初期におけるシリンダ
とのなじみが良好であると同時に、急速に摩耗すること
がない。また下層（第１層）の硬質クロムめっき層は高
い硬度を有しているので、長期間（上層の摩耗後でも）
良好な耐摩耗性を維持することができる。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例により添付図面を参照にして詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例による内燃機関用ピストン
リングの断面図である。本実施例においては、ピストン
リング１の外周摺動面に、硬質クロムめっき層２と酸化
クロム粒子分散ニッケル−コバルト−燐合金複合めっき
層３とが二重構造となるように形成されている。

！１層の硬質クロムめっき層は、クロム酸を主体とした
めっき浴を用いて電気めっきによって得ることができる
。このようなめっき浴にはサージェント浴やフッ化物浴
の一種であるケイフッ化浴等を使用することができる。

硬質クロムめっき層は硬度が高く、耐摩耗性に富む。従
って、硬質クロムめっき層の厚さは８０〜２００μｍで
あれば、よい。

硬質クロムめっき層は硬度が高すぎるために初期なじみ
性に劣るので、この欠点を補うために、第２層として酸
化クロム粒子分散ニッケル−コバルト−リン合金複合め
っき皮膜を第１層上に形成する。

複合皮膜中に含まれる燐は、皮膜の硬度を高め、耐摩耗
性、耐焼付性に対し優れた効果を示し、また基地の耐食
性も向上する。燐を含有するめっき皮膜の硬度は熱処理
により向上するので、熱処理温度を適切に選ぶことによ
り、良好な初期なじみ性を得るのに適した硬度（ＨＭＶ
６００〜８００）とすることができる。しかし燐の量が
１重量％以下では熱処理を行っても硬度がＨＭＶ６００
以上にならず、耐摩耗性、耐スカツフ性の効果は少ない
。また１０重量％を超えると硬度は増すが脆くなり、衝
撃強度も低下する。従って燐の量は１〜ｌＯ重量％とす
るのが良い。より好ましい燐の含有量は４〜７重量％で
ある。

コバルトはめっき合金基地の耐熱性、耐食性を改善する
とともに皮膜の圧壊疲労強度も向上させる。合金基地中
のコバルトの量は１０重量％以下では上記の効果が顕著
に得られず、また４０重量％を超えてもその効果に著し
い変化はないので、１０〜４０重量％とするのが良い。

より好ましいコバルトの含有量は２０〜３０重量％であ
る。

酸化クロム粒子は燐とともに皮膜の耐摩耗性の向上に優
れた効果を示す。また酸化クロムは金属との濡れ性が低
く、また摩擦係数が小さいので、耐焼付性、耐スカツフ
性の改善にも寄与する。酸化クロムの量は５〜３０容量
％で、その平均粒径は０．５〜５μｍが良い。容量が５
％未満あるいは粒径が０．５μｍ未満では基地表面に占
める酸化クロムの面積が少なく、耐摩耗性、耐スカツフ
性の向上効果が少ない。また容量が３０％を超えるか粒
径が５μｍを超えると相手材の摩耗を大きくすることと
なり、さらに複合皮膜の強度も低下する。より好ましく
は、酸化クロム粒子の平均粒径は０．８〜１．２μｍで
、含有量は１５〜２５容量％である。

複合めっき皮膜の形成には、上記所望の組成となるよう
にニッケル化合物、コバルト化合物及び燐化合物を溶解
させためっき浴中に酸化クロム粒子を分散させたものを
使用する。ニッケル化合物及びコバルト化合物としては
硫酸塩、スルファミノ酸塩等を用い、燐化合物としては
燐酸、亜燐酸等を用いる。

得られた複合めっき皮膜は水洗、乾燥後、必要に応じて
熱処理を行う。熱処理温度は２００〜３００℃程度で、
時間は３０〜６０分である。熱処理により複合皮膜の基
地が硬化し、良好な初期なじみ性を得るのに適した硬度
の複合皮膜が得られる。

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１ ピストンリングの外周摺動面に第１層として硬質クロム
めっき層を形成する第１の工程と、第２層として第１層
上に複合分散めっき層を形成する第２の工程と、得られ
た二重構造の層に熱処理を施こす第３の工程により、皮
膜を形成した。

まず第１の工程では、呼び径×幅×厚さが７７ｍｍ８１
．５　ｍｍＸ３．１　ｍｍの５ＫＤ−６１材のピストン
リングを複数本まとめて母材とし、表１に示す浴組成の
めっき浴を用い表２に示す条件で硬質クロムめっきを行
った。

表　　　１ 表　　　２ この第１の工程により得られた硬質クロムめっき層の厚
さは１００μｍであった。

第２の工程として、上記第１の工程によって得られた硬
質クロムめっき層を表面に有するピストンリングを表３
に示す組成を有するめっき浴中に浸漬し、めっき浴温度
６０℃、ｐＨ４、電流密度１０Ａ／ｄｍ”で５分間電流
を流して、電気めっきを行った。

表　　　３ この第２工程により得られた第二層の複合めっき皮膜の
厚さは７μｍであり、その組成はコバルトが３０重量％
、燐が６．５重量％で、酸化クロム粒子は２０容積％で
あった。

次に第３工程として、得られた二重構造の皮膜に２５０
℃で１時間の熱処理を施し、皮膜を硬化させた。このと
きの硬度は、第１層である硬質クロムめっき層はマイク
ロビッカースで９８０であり、第２層の複合めっき皮膜
層はマイクロビッカースで７５０であった。

実機試験 ４サイクル水冷４気筒１３００　ｃｃエンジン用の鋳鉄
（ＦＣ−２５）製エンジンシリンダに、上記ピストンリ
ングを組み込み、７５００ｒｐｍ全負荷で１００時間の
ベンチテストを行い、オイル消費量を測定した。

比較例１ また比較のため、ピストンリングの外周摺動面に硬質ク
ロムめっき層のみを形成したピストンリングを用いて実
施例１と同様に実機試験を行い、オイル消費量を測定し
た。

試験結果を第２図に示す。

第２図から明らかなように本発明のピストンリングは、
硬質クロムめっき層のみを摺動面に有するピストンリン
グに比べて、初期の時点からオイルの消費量が少なくな
っていることがわかる。これはピストンリングとシリン
ダとの隙間が短時間で消失していくため、すなわち初期
なじみ性が良いためである。

また実施例では、スカッフィングも全く認められなかっ
た。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、硬質クロムめっき層と酸化クロム粒
子分散ニッケル−コバルト−燐合金複合めっき層とを外
周摺動面に有する本発明のピストンリングは、複合分散
めっき皮膜により初期なじみ性、耐スカツフ性に優れ、
また硬質クロムめっき層により長期耐摩耗性に優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるピストンリングの断面
図であり、 第２図は実施例１及び比較例１のピストンリングにおい
て試験時間とオイル消費量との関係を示すグラフである
。 ｌ・・・ピストンリング母材 ２・・・硬質クロムめっき層 ３・・・酸化クロム粒子分散ニッケル−コバルト−燐合
金複合めっき皮膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくともその外周摺動面に、硬質クロムめっき層と
   、前記硬質クロムめっき層の上に形成された酸化クロム
   粒子分散ニッケル−コバルト−燐合金複合めっき層とか
   らなる二重構造の層を有することを特徴とする内燃機関
   用ピストンリング。