JP2002039384A - piston ring - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 過酷な出力条件で動作するピストンリングの
バレル状摺働面において、表面処理層のクラックや剥離
が生じないピストンリングの提供。
【解決手段】 外周バレル面形状の摺働面4と、エンジ
ン燃焼室側に対向する上面5と、エンジンクランクケー
ス側に対向する下面6とを備え、摺働面と上面及び下面
との角部が除去された形状のコーナー部4Bを有するピ
ストンリングであり、コーナー部4Bは、半径が0.0
5mm以上でバレル部4Aの半径よりは小さい曲面形状
をなす。またコーナー部とバレル部とは稜線部が存在す
ることなく連続的につながって形成される。バレル部と
コーナー部は窒化層又はPVD層又は両者の層にて形成
され、コーナー部の窒化層やPVD層の厚さは、バレル
面の窒化層やPVD層の厚さの1/2以下である。
(57) [Problem] To provide a piston ring which does not cause cracking or peeling of a surface treatment layer on a barrel-like sliding surface of a piston ring operating under severe output conditions. SOLUTION: The sliding surface 4 has an outer peripheral barrel shape, an upper surface 5 facing the engine combustion chamber side, and a lower surface 6 facing the engine crankcase side, and a corner between the sliding surface, the upper surface, and the lower surface. Is a piston ring having a corner portion 4B in a shape from which a corner is removed, and the corner portion 4B has a radius of 0.0
It has a curved surface shape of 5 mm or more and smaller than the radius of the barrel portion 4A. Further, the corner portion and the barrel portion are continuously connected without any ridge line portion. The barrel part and the corner part are formed of a nitrided layer or a PVD layer or both layers, and the thickness of the corner part nitrided layer or the PVD layer is less than half the thickness of the barrel surface nitrided layer or the PVD layer. is there.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はピストンリングに関し、
特に外周がバレル面形状をなす摺働面を備えるピストン
リングに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston ring,
In particular, the present invention relates to a piston ring having a sliding surface whose outer periphery forms a barrel shape.
【0002】[0002]
【従来の技術】ピストンは、クランクシャフトの回転運
動により、ピストンロッドを介してシリンダ軸方向に対
して斜めの力を受ける。よって、ピストンに装着された
ピストンリングがシリンダに対して摺働するときも、シ
リンダ軸方向に対して斜めの力が作用することになる。
以上を考慮し、図7に示されるようにピストンリング1
01の外周摺働面104は、シリンダとの摺働関係を良
好にするために、ラッピング等によりバレル面形状に研
磨加工されている。即ち、ピストンリングの軸方向中央
部の外径が最大で、ピストンリングのエンジン燃焼室側
に対向する上面105に向って、及び、ピストンリング
のエンジンクランクケース側に対向する下面106に向
って徐々に外径が減少するバレル形状をなす。更に、最
大外径部がピストンリングの軸方向中央部からずれた場
所にある偏心バレル形状のピストンリングもある。2. Description of the Related Art A piston receives a force oblique to the axial direction of a cylinder via a piston rod due to the rotational movement of a crankshaft. Therefore, even when the piston ring mounted on the piston slides on the cylinder, an oblique force acts on the cylinder axis direction.
In consideration of the above, as shown in FIG.
The outer peripheral sliding surface 104 of 01 is polished into a barrel surface shape by lapping or the like in order to improve the sliding relationship with the cylinder. That is, the outer diameter of the central portion of the piston ring in the axial direction is maximum, and gradually toward the upper surface 105 facing the engine combustion chamber side of the piston ring, and gradually toward the lower surface 106 facing the engine crankcase side of the piston ring. The outer diameter of the barrel is reduced. Further, there is an eccentric barrel-shaped piston ring in which a maximum outer diameter portion is shifted from an axial center portion of the piston ring.
【0003】ここで、バレル形状の端縁部即ちバレル面
104Aと上面105及び下面106とが交差する部分
が、シリンダに対してかじり等の摺働上の悪影響を与え
ないようにするために、この交差部分を平面状に面取り
加工したコーナー部104Bとし、交差部分をより鈍角
に形成することが一般に行われている。Here, in order to prevent the barrel-shaped end portion, that is, the portion where the barrel surface 104A intersects the upper surface 105 and the lower surface 106, from exerting an adverse effect on the cylinder, such as galling, on sliding. In general, the intersection is formed into a corner 104B which is chamfered into a flat shape, and the intersection is formed at an obtuse angle.
【0004】また、ピストンリング母材を製造するため
に、断面長方形のスチール線材を用いて、曲げ加工する
方法がある。ここでスチール線材の製造には、引抜き加
工や圧延加工が行われるが、これらの加工を容易にする
ために、引抜き後又は圧延後の線材の断面は四角形では
なく、図8に示されるように線材200の4隅の角部2
04が鈍角化された形状をなしている。そしてこの線材
200を曲げ加工してリング形状とし、外周面相当部を
研磨加工して、バレル面が形成される。In order to manufacture a piston ring base material, there is a method of bending a steel wire having a rectangular cross section. Here, in the production of a steel wire, a drawing process or a rolling process is performed. In order to facilitate these processes, the cross section of the wire after the drawing or the rolling is not a square, as shown in FIG. Four corners 2 of wire 200
04 has an obtuse-angled shape. Then, the wire 200 is bent into a ring shape, and a portion corresponding to the outer peripheral surface is polished to form a barrel surface.
【0005】更に高回転、高出力エンジン用のピストン
リングは、外周面の耐摩耗性や耐スカッフィング性を高
めるために、一般にバレル状摺働面には表面処理層、例
えば窒化層107又はPVD層又は両方の層が形成され
る。これらの表面処理を行うためには、ピストンリング
母材を洗浄する必要があるが、バレル面加工の際に生じ
たスラッジ状の加工滓やオイルがバレル面端部に残留す
る傾向があるので、上述した面取り加工は、これら残滓
を除去できる点でも有利である。Further, a piston ring for a high-speed, high-power engine is generally provided with a surface treatment layer, such as a nitride layer 107 or a PVD layer, on the barrel-like sliding surface in order to enhance the wear resistance and scuffing resistance of the outer peripheral surface. Or both layers are formed. To perform these surface treatments, it is necessary to clean the piston ring base material, but since sludge-like processing scum and oil generated during barrel surface processing tend to remain at the barrel surface end, The chamfering described above is also advantageous in that these residues can be removed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし従来のピストン
リング101では、図7に示されるように、平面状のコ
ーナー部104Bとバレル面104Aとの境界は、鈍角
を形成し依然として稜線のような不連続なエッジ部10
4Cが存在する。このようなリングを過酷な高温、高圧
力条件で動作させると、このエッジ部104Cにおいて
窒化層やPVD層が剥離したり、エッジ部104Cがク
ラック発生の起点となり、窒化層107やPVD層内を
クラックが伝播して、ピストンリングの欠損が生じるこ
とが判明した。However, in the conventional piston ring 101, as shown in FIG. 7, the boundary between the planar corner portion 104B and the barrel surface 104A forms an obtuse angle and still has an irregular shape like a ridgeline. Continuous edge 10
4C is present. When such a ring is operated under severe high temperature and high pressure conditions, the nitride layer or PVD layer peels off at the edge portion 104C, or the edge portion 104C becomes a starting point of crack generation, and the inside of the nitride layer 107 or PVD layer It was found that cracks propagated and the piston ring was damaged.
【0007】そこで本発明は、過酷な出力条件で動作す
るピストンリングのバレル状摺働面において、表面処理
層のクラックや剥離が生じないピストンリングを提供す
ることを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a piston ring which does not cause cracking or peeling of the surface treatment layer on the barrel-like sliding surface of the piston ring operating under severe output conditions.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、外周バレル面形状の摺働面と、エンジン
燃焼室側に対向する上面と、エンジンクランクケース側
に対向する下面とを備え、該摺働面と該上面との角部及
び該摺働面と該下面との角部が除去された形状のコーナ
ー部を有するピストンリングにおいて、該コーナー部
は、半径が0.05mm以上でバレル面半径よりは小さ
い曲面形状をなすと共に、該コーナー部と該バレル面と
は稜線部が存在することなく連続的につながって形成さ
れているピストンリングを提供している。In order to achieve the above object, the present invention provides a sliding surface having an outer peripheral barrel shape, an upper surface facing an engine combustion chamber, and a lower surface facing an engine crankcase. A piston ring having a corner having a shape in which a corner between the sliding surface and the upper surface and a corner between the sliding surface and the lower surface are removed, wherein the corner has a radius of 0.05 mm. As described above, a piston ring having a curved surface shape smaller than the barrel surface radius and having the corner portion and the barrel surface continuously connected without any ridge line portion is provided.
【0009】ここで、少なくとも該バレル面と該コーナ
ー部には窒化層が形成され、該コーナー部の窒化層の厚
さは、該バレル面の窒化層の厚さの1/2以下であるの
が好ましい。Here, a nitride layer is formed at least on the barrel surface and the corner portion, and the thickness of the nitride layer at the corner portion is not more than 1/2 of the thickness of the nitride layer on the barrel surface. Is preferred.
【0010】又は、該窒化層上には、PVD層が形成さ
れ、該コーナー部のPVD層の厚さは、該バレル面のP
VD層の厚さの1/2以下であるのが好ましい。[0010] Alternatively, a PVD layer is formed on the nitrided layer, and the thickness of the PVD layer at the corner portion is equal to the thickness of the barrel surface.
It is preferable that the thickness is not more than 1/2 of the thickness of the VD layer.
【0011】又は、少なくとも該バレル面と該コーナー
部にはPVD層が直接形成され、該コーナー部のPVD
層の厚さは、該バレル面のPVD層の厚さの1/2以下
であるのが好ましい。Alternatively, a PVD layer is directly formed on at least the barrel surface and the corner portion, and the PVD layer is formed on the corner portion.
The thickness of the layer is preferably not more than half the thickness of the PVD layer on the barrel surface.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態による
ピストンリングについて図1乃至図3に基づき説明す
る。ピストンリング母材はスチール製であり、図1に示
されるように、断面略四角形状をなしている。この断面
形状は完全な長方形ではなく、ピストンリング母材の内
周面3側の周方向長さが、外周面4側の周方向長さより
も短く、よって上面5及び下面6が互いに平行ではな
く、上下面間の距離が半径方向内方に向って短くなるよ
うな形状をなす。なお、上面5はエンジン燃焼室側に対
向し、下面6は、エンジンクランクケース側に対向する
面である。このような形状のピストンリング1は、一般
にキーストンリングと称される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A piston ring according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The piston ring base material is made of steel, and has a substantially square cross section as shown in FIG. This cross-sectional shape is not a perfect rectangle, and the circumferential length of the piston ring base material on the inner circumferential surface 3 side is shorter than the circumferential length on the outer circumferential surface 4 side, so that the upper surface 5 and the lower surface 6 are not parallel to each other. , So that the distance between the upper and lower surfaces becomes shorter inward in the radial direction. The upper surface 5 faces the engine combustion chamber, and the lower surface 6 faces the engine crankcase. The piston ring 1 having such a shape is generally called a keystone ring.
【0013】ピストンリング1の外周面4は、ピストン
リングの軸方向中央部又は略中央部の外径が最大で、ピ
ストンリングの上面5に向って、及びピストンリングの
下面に向って徐々に外径が減少するバレル形状をなすバ
レル部4Aを有する。また、バレル部4Aの端部と上面
5及び下面6とが交差するコーナー部4Bは、図2に示
されるようにバレル部半径Rよりは半径R1の小さい曲
面形状をなすと共に、コーナー部4Bとバレル部4Aと
は稜線部(エッジ部)が存在することなく互いに連続的
につながって形成されている。The outer peripheral surface 4 of the piston ring 1 has the largest outer diameter at the axially central portion or approximately the central portion of the piston ring, and gradually moves toward the upper surface 5 of the piston ring and gradually toward the lower surface of the piston ring. It has a barrel portion 4A having a barrel shape whose diameter decreases. Further, a corner portion 4B where the end portion of the barrel portion 4A intersects the upper surface 5 and the lower surface 6 has a curved surface shape having a radius R1 smaller than the barrel portion radius R as shown in FIG. The barrel 4A is continuously connected to the barrel 4A without any ridges (edges).
【0014】以上のピストンリング母材2には窒化層7
が形成される。ここで窒化層7は、ピストンリング母材
2の全面に形成されると共に、コーナー部4Bの窒化層
7の厚さt1は、バレル部4Aの窒化層の厚さt2の1
/2以下である。厚さが1/2を越えると、窒化層7に
内在する応力を十分に減少させることができず、コーナ
ー部4Bの窒化層に過大な負荷が作用して、窒化層が十
分な疲労強度を備えなくなるから、それを避けるためで
ある。The above piston ring base material 2 has a nitride layer 7
Is formed. Here, the nitrided layer 7 is formed on the entire surface of the piston ring base material 2, and the thickness t1 of the nitrided layer 7 at the corner 4B is one of the thickness t2 of the nitrided layer at the barrel 4A.
/ 2 or less. If the thickness exceeds 1 /, the stress inherent in the nitrided layer 7 cannot be sufficiently reduced, and an excessive load acts on the nitrided layer at the corner 4B, and the nitrided layer has sufficient fatigue strength. To avoid it because you will not be prepared.
【0015】また窒化層形成後のコーナー部4Bは、半
径が0.05mm以上でバレル部半径Rよりは小さい曲
面形状をなすと共に、コーナー部4Bとバレル部4Aと
は稜線部が存在することなく連続的につながって形成さ
れている。コーナー部の半径を0.5mm以上としたの
は、この値未満では、バレル部との境界が不連続とな
り、エッジが存在する可能性があるからである。The corner 4B after the formation of the nitride layer has a curved shape having a radius of 0.05 mm or more and smaller than the barrel radius R, and the corner 4B and the barrel 4A have no ridge. They are formed continuously. The reason why the radius of the corner portion is 0.5 mm or more is that if the radius is less than this value, the boundary with the barrel portion becomes discontinuous and an edge may be present.
【0016】以上の構成のピストンリングの製造に際し
ては、ピストンリング母材の外周摺働面をラッピングな
どによって外周面全面をバレル面形状に研磨する。なお
このとき、コーナー部相当部を更に曲面形状に研磨し
て、コーナー部相当部の半径をバレル面の半径よりも小
さい曲面形状をなすと共に、コーナー部相当部とバレル
面とは稜線部(エッジ部)が存在することなく互いに連
続的につながるような形状としてもよい。In manufacturing the piston ring having the above structure, the entire outer peripheral surface of the piston ring base material is polished into a barrel shape by lapping or the like. At this time, the corner portion is further polished into a curved shape so that the radius of the corner portion is smaller than the radius of the barrel surface, and the corner equivalent portion and the barrel surface are ridged (edge). (Part) may be continuously connected to each other without being present.
【0017】次に、ピストンリング母材2全面に窒化処
理7を施し、母材全周に均等厚さの窒化層を形成した
後、図3に示されるようなピストンリングの最終外周形
状に倣う砥石8を用いて、ピストンリングの外周面を研
磨する。図1に示されるように、研磨により、コーナー
部4Bの窒化層7の厚さt1をバレル部4Aの窒化層7
の厚さt2の1/2以下とすると共に、図2に示される
ように、コーナー部4Bの半径R1が0.05mm以上
でバレル部4Aの半径Rよりは小さい曲面形状をなすと
共に、コーナー部4Bとバレル部4Aとの境界には稜線
部が存在することなく連続的につながった形状が得られ
る。Next, a nitriding treatment 7 is performed on the entire surface of the piston ring base material 2 to form a nitrided layer having a uniform thickness over the entire circumference of the base material, and then the final outer peripheral shape of the piston ring as shown in FIG. The outer peripheral surface of the piston ring is polished using the grindstone 8. As shown in FIG. 1, the thickness t1 of the nitride layer 7 at the corner 4B is reduced by polishing to the nitride layer 7 at the barrel 4A.
2, the radius R1 of the corner portion 4B is 0.05 mm or more and smaller than the radius R of the barrel portion 4A, as shown in FIG. A continuous shape can be obtained without a ridge at the boundary between 4B and barrel 4A.
【0018】以上の構成によれば、コーナー部4Bとバ
レル部4Aとは連続的につながって形成されており両者
の境界部において稜線のようなエッジ部が存在しないの
で、コーナー部4Bとバレル部4Aとの境界が、窒化層
7の亀裂発生の起点とはなりえず、窒化層7に欠けが発
生する可能性を減少させることができる。また、コーナ
ー部4Bの窒化層7の厚さをバレル部4Aの厚さの1/
2以下としているので、窒化層7に十分な疲労強度を具
備させることができる。According to the above configuration, since the corner portion 4B and the barrel portion 4A are continuously connected to each other and there is no edge portion such as a ridge line at the boundary between the two, the corner portion 4B and the barrel portion 4A are not connected. The boundary with 4A cannot be a starting point of the crack generation of the nitrided layer 7, and the possibility of the chipping of the nitrided layer 7 can be reduced. Further, the thickness of the nitride layer 7 at the corner 4B is set to 1 / th of the thickness of the barrel 4A.
Since the number is set to 2 or less, the nitrided layer 7 can have sufficient fatigue strength.
【0019】本発明の第2の実施の形態によるピストン
リング11について図4に基づき説明する。第2の実施
の形態もキーストンリングに係わり、ピストンリング母
材12の外周摺働面(バレル部及びコーナー部)に、窒
化層に代えてPVD層19を設けている。第2の実施の
形態においては、ピストンリング11の上面15と下面
16と内周面13とには、厚さ一様の窒化層17が形成
される。そして、バレル部14Aとコーナー部14Bに
はPVD層19が形成される。ここでPVD層19の外
周面は、バレル面形状をなすと共に、コーナー部14B
の半径は0.05mm以上であってバレル部14Aの半
径よりも小さい曲面形状をなすと共に、コーナー部14
Bとバレル部14Aとは稜線部(エッジ部)が存在する
ことなく互いに連続的につながるような形状となってい
る。またコーナー部14BのPVD層19の厚さは、バ
レル部14AのPVD層19の厚さの1/2以下であ
る。厚さが1/2を越えると、PVD層19に内在する
応力を十分に減少させることができず、コーナー部14
Bに過大な負荷が作用して、PVD層19が十分な疲労
強度を備えなくなるから、それを避けるためである。A piston ring 11 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment also relates to a keystone ring, and a PVD layer 19 is provided on the outer peripheral sliding surface (barrel portion and corner portion) of the piston ring base material 12 instead of the nitride layer. In the second embodiment, a nitride layer 17 having a uniform thickness is formed on the upper surface 15, the lower surface 16, and the inner peripheral surface 13 of the piston ring 11. Then, a PVD layer 19 is formed on the barrel portion 14A and the corner portion 14B. Here, the outer peripheral surface of the PVD layer 19 has a barrel surface shape and a corner portion 14B.
Has a radius of at least 0.05 mm, is smaller than the radius of the barrel portion 14A, and has a corner portion 14A.
B and the barrel portion 14A have such a shape that they are continuously connected to each other without any ridge portion (edge portion). Further, the thickness of the PVD layer 19 in the corner portion 14B is not more than の of the thickness of the PVD layer 19 in the barrel portion 14A. If the thickness exceeds 1 /, the stress existing in the PVD layer 19 cannot be reduced sufficiently, and
This is because an excessive load acts on B and the PVD layer 19 does not have sufficient fatigue strength.
【0020】以上の構成のピストンリングの製造に際し
ては、断面略長方形のピストンリング母材の全面に図示
せぬ窒化防止剤を塗布し、次に上面、下面、内周面相当
部を所望形状に研削する。このとき上面、下面、内周面
相当部の窒化防止剤が除去される。次に、この母材に窒
化処理を行うと、上面、下面、内周面に窒化層が形成さ
れる。次に、ピストンリング母材の外周摺働面をラッピ
ングなどによって外周面全面をバレル面形状に研磨する
と共に、コーナー部を更に曲面形状に研磨して、コーナ
ー部の半径をバレル面の半径よりも小さい曲面形状をな
すと共に、コーナー部とバレル面とは稜線部(エッジ
部)が存在することなく互いに連続的につながるような
形状とする。最後に、バレル面とコーナー部にPVD層
を形成する。この場合、多数のピストンリング母材を軸
方向に同軸的にそろえ、外周面がそろっている状態で成
膜がなされる。ここで成膜には方向性があるので、PV
D層はコーナー部には薄く、バレル部には厚く形成され
る。In manufacturing the piston ring having the above structure, an unillustrated nitriding agent is applied to the entire surface of the piston ring base material having a substantially rectangular cross section, and then the upper, lower, and inner peripheral surfaces are formed into desired shapes. Grind. At this time, the upper surface, the lower surface, and the portion corresponding to the inner peripheral surface of the nitride inhibitor are removed. Next, when a nitriding process is performed on the base material, a nitride layer is formed on the upper surface, the lower surface, and the inner peripheral surface. Next, the entire outer peripheral surface of the piston ring base material is polished into a barrel surface shape by lapping or the like, and the corner portion is further polished into a curved surface shape, so that the radius of the corner portion is smaller than the radius of the barrel surface. In addition to having a small curved surface shape, the corner portion and the barrel surface are formed to be continuously connected to each other without any ridge portion (edge portion). Finally, a PVD layer is formed on the barrel surface and the corner. In this case, a large number of piston ring base materials are aligned coaxially in the axial direction, and the film is formed in a state where the outer peripheral surfaces are aligned. Here, since the film formation has directionality, PV
The D layer is formed thin at the corner portion and thick at the barrel portion.
【0021】第2の実施の形態においても、コーナー部
14Bとバレル部14Aとは連続的につながって形成さ
れており、両者の境界部において稜線のようなエッジ部
が存在しないので、コーナー部14Bとバレル部14A
との境界が、PVD層19の亀裂発生の起点とはなりえ
ず、PVD層19に欠けが発生する可能性を減少させる
ことができる。また、コーナー部1BのPVD層19の
厚さをバレル部14Aの厚さの1/2以下としているの
で、PVD層成膜時に、PVD層19内に内在する応力
を低減でき、PVD層に十分な疲労強度を具備させるこ
とができる。Also in the second embodiment, the corner portion 14B and the barrel portion 14A are continuously connected and formed, and since there is no edge portion such as a ridgeline at the boundary between the two, the corner portion 14B And barrel section 14A
Can not be the starting point of the crack generation of the PVD layer 19, and the possibility of the chipping of the PVD layer 19 can be reduced. Further, since the thickness of the PVD layer 19 at the corner portion 1B is set to 1 / or less of the thickness of the barrel portion 14A, the stress inherent in the PVD layer 19 can be reduced during the formation of the PVD layer, and the PVD layer can be sufficiently formed. High fatigue strength.
【0022】図5は、本発明によるピストンリングにお
いて、コーナー部とバレル部の窒化層の厚さの比及びコ
ーナー部の半径を変えた場合の耐折損指数を示すグラフ
であり、図6は、生産性指数を示すグラフである。また
試料1は比較例である。試料1〜4におけるコーナー部
とバレル部の窒化層の厚さの比(t2/t1)及びコー
ナー部の半径R1を表1に示す。なお試料4は、バレル
部及びコーナー部の窒化層を完全に除去した場合であ
り、第2の実施の形態におけるPVD層成膜前の状態で
ある。図3に示されるような砥石を用い、その研削量を
変更することにより、試料1〜4におけるコーナー部と
バレル部の窒化層の厚さの比(t2/t1)が得られ
る。FIG. 5 is a graph showing the ratio of the thickness of the nitrided layer in the corner portion and the barrel portion and the fracture resistance index when the radius of the corner portion is changed in the piston ring according to the present invention. It is a graph which shows a productivity index. Sample 1 is a comparative example. Table 1 shows the ratio (t2 / t1) of the thickness of the nitrided layer between the corner portion and the barrel portion and the radius R1 of the corner portion in Samples 1 to 4. Sample 4 is a case where the nitrided layer in the barrel portion and the corner portion is completely removed, and is in a state before the formation of the PVD layer in the second embodiment. By using a grindstone as shown in FIG. 3 and changing the grinding amount, the ratio (t2 / t1) of the thickness of the nitrided layer between the corner portion and the barrel portion in Samples 1 to 4 can be obtained.
【0023】 表1 t2/t1 R1(mm) 試料1 2/3 0.05 試料2 1/2 0.30 試料3 1/3 0.30 試料4 0/1 0.30Table 1 t2 / t1 R1 (mm) Sample 1 2/3 0.05 Sample 2 1/2 0.30 Sample 3 1/3 0.30 Sample 4 0/1 0.30
【0024】以上の試料1〜4を多数製造し、疲労強度
試験機にセットして耐折損指数を得た。試料2〜4は試
料1に比較して、耐折損指数が大幅に向上したことが判
った。Many of the above samples 1 to 4 were manufactured and set on a fatigue strength tester to obtain a breakage resistance index. Samples 2 to 4 were found to have significantly improved breakage index as compared to sample 1.
【0025】また、以上の試料1〜4について、完成品
として良品となった良品率を意味する生産性指数を調べ
た。生産性指数につても、試料2〜4は試料1に比較し
て、大幅に向上していることが判った。Further, with respect to the above-mentioned samples 1 to 4, the productivity index, which means the percentage of non-defective products as non-defective products, was examined. It was also found that Samples 2 to 4 were significantly improved in productivity index as compared to Sample 1.
【0026】本発明によるピストンリングは上述した実
施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲
で種々の変形や改良が可能である。例えば、第1の実施
の形態では、ピストンリングの外周面側に窒化層7のみ
が形成されており、第2の実施の形態では、PVD層1
9のみが形成されているが、窒化層をまず形成し、その
上にPVD層を形成してもよい。この場合、コーナー部
の窒化層の厚さは、バレル面の窒化層の厚さの1/2以
下とし、窒化層上のPVD層のコーナー部の厚さは、バ
レル面のPVD層の厚さの1/2以下とする。そのこと
により、窒化層及びPVD層の両方についての疲労強度
を確保することができる。The piston ring according to the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and improvements can be made within the scope described in the claims. For example, in the first embodiment, only the nitride layer 7 is formed on the outer peripheral surface side of the piston ring, and in the second embodiment, the PVD layer 1 is formed.
Although only 9 is formed, a nitride layer may be formed first, and a PVD layer may be formed thereon. In this case, the thickness of the nitrided layer at the corner portion is not more than 1 / of the thickness of the nitrided layer at the barrel surface, and the thickness of the corner portion of the PVD layer on the nitrided layer is the thickness of the PVD layer at the barrel surface. 1 / or less. Thereby, the fatigue strength of both the nitrided layer and the PVD layer can be secured.
【0027】[0027]
【発明の効果】請求項1記載のピストンリングによれ
ば、 コーナー部はその半径が0.05mm以上でバレ
ル面半径よりは小さい曲面形状をなすと共に、コーナー
部とバレル面とは稜線部が存在することなく連続的につ
ながって形成されているので、コーナー部とバレル部と
の境界が、窒化層やPVD層の亀裂発生の起点とはなり
えず、層内に欠けが発生する可能性を減少させることが
できる。According to the piston ring of the first aspect, the corner portion has a curved surface shape having a radius of 0.05 mm or more and smaller than the barrel surface radius, and the corner portion and the barrel surface have a ridge portion. Since it is continuously connected without forming, the boundary between the corner and the barrel cannot be the starting point of crack generation in the nitrided layer or PVD layer, and the possibility of chipping in the layer may be reduced. Can be reduced.
【0028】請求項2記載のピストンリングによれば、
少なくともバレル面とコーナー部に窒化層が形成され、
コーナー部の窒化層の厚さは、バレル面の窒化層の厚さ
の1/2以下としたので、窒化層に十分な疲労強度を具
備させることができる。請求項3記載のピストンリング
によれば、窒化層上には、PVD層が形成され、コーナ
ー部のPVD層の厚さを、バレル面のPVD層の厚さの
1/2以下としたので、窒化層のみならず、PVD層に
も十分な疲労強度を具備させることができる。According to the piston ring of the second aspect,
A nitride layer is formed at least on the barrel surface and the corner,
Since the thickness of the nitrided layer at the corner portion is not more than の of the thickness of the nitrided layer at the barrel surface, the nitrided layer can have sufficient fatigue strength. According to the piston ring of the third aspect, the PVD layer is formed on the nitrided layer, and the thickness of the PVD layer at the corner portion is set to 1 / or less of the thickness of the PVD layer at the barrel surface. Not only the nitride layer but also the PVD layer can have sufficient fatigue strength.
【0029】請求項4記載のピストンリングによれば、
少なくともバレル面とコーナー部にPVD層が直接形成
され、コーナー部のPVD層の厚さを、バレル面のPV
D層の厚さの1/2以下としたので、PVD層に十分な
疲労強度を具備させることができる。According to the piston ring of the fourth aspect,
A PVD layer is formed directly on at least the barrel surface and the corners, and the thickness of the PVD layer on the corners is determined by the PV of the barrel surface.
Since the thickness of the D layer is 1 / or less, the PVD layer can have sufficient fatigue strength.
【図1】本発明の第1の実施の形態によるピストンリン
グを示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a piston ring according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態によるピストンリン
グのバレル部及びコーナー部を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a barrel portion and a corner portion of the piston ring according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施の形態によるピストンリン
グを製造する過程を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing the process of manufacturing the piston ring according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施の形態によるピストンリン
グを示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a piston ring according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第1の実施の形態によるピストンリン
グにおいて、コーナー部とバレル部の窒化層の厚さの比
及びコーナー部の半径を変えた場合及び比較例の耐折損
指数を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing a fracture resistance index of the piston ring according to the first embodiment of the present invention when the ratio of the thickness of the nitrided layer in the corner portion and the barrel portion and the radius of the corner portion are changed, and in a comparative example. .
【図6】本発明の第1の実施の形態によるピストンリン
グにおいて、コーナー部とバレル部の窒化層の厚さの比
及びコーナー部の半径を変えた場合及び比較例の生産性
指数を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the productivity index of the piston ring according to the first embodiment of the present invention when the ratio of the thickness of the nitrided layer in the corner portion and the barrel portion and the radius of the corner portion are changed, and in a comparative example. .
【図7】バレル部とコーナー部との境界に稜線部(エッ
ジ部)が存在する従来のピストンリングを示す断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional piston ring having a ridge (edge) at a boundary between a barrel and a corner.
【図8】従来のピストンリング用線材を示す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing a conventional wire for a piston ring.
1、11 ピストンリング 4A、14A バレル部 4B 14B コーナー部 5、15 上面 6、16 下面 7、17 窒化層 19 PVD層 1, 11 Piston ring 4A, 14A Barrel part 4B 14B Corner part 5, 15 Upper surface 6, 16 Lower surface 7, 17 Nitride layer 19 PVD layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C23C 8/24 C23C 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (reference) // C23C 8/24 C23C 8/24
Claims (4)
燃焼室側に対向する上面と、エンジンクランクケース側
に対向する下面とを備え、該摺働面と該上面との角部及
び該摺働面と該下面との角部が除去された形状のコーナ
ー部を有するピストンリングにおいて、 該コーナー部は、半径が0.05mm以上でバレル面半
径よりは小さい曲面形状をなすと共に、該コーナー部と
該バレル面とは稜線部が存在することなく連続的につな
がって形成されていることを特徴とするピストンリン
グ。A sliding surface having an outer peripheral barrel shape, an upper surface facing the engine combustion chamber side, and a lower surface facing the engine crankcase side, and a corner between the sliding surface and the upper surface; A piston ring having a corner portion in which a corner between a sliding surface and the lower surface is removed, wherein the corner portion has a curved surface shape having a radius of 0.05 mm or more and smaller than a barrel surface radius, and The piston ring, wherein the portion and the barrel surface are continuously connected without a ridge portion.
は窒化層が形成され、該コーナー部の窒化層の厚さは、
該バレル面の窒化層の厚さの1/2以下であることを特
徴とする請求項1記載のピストンリング。2. A nitride layer is formed on at least the barrel surface and the corner, and the thickness of the nitride layer on the corner is:
2. The piston ring according to claim 1, wherein the thickness of the piston ring is 1/2 or less of the thickness of the nitrided layer on the barrel surface.
該コーナー部のPVD層の厚さは、該バレル面のPVD
層の厚さの1/2以下であることを特徴とする請求項2
記載のピストンリング。3. A PVD layer is formed on the nitride layer,
The thickness of the PVD layer at the corner is the PVD of the barrel surface.
3. The structure according to claim 2, wherein the thickness is not more than 1/2 of the thickness of the layer.
The described piston ring.
はPVD層が直接形成され、該コーナー部のPVD層の
厚さは、該バレル面のPVD層の厚さの1/2以下であ
ることを特徴とする請求項1記載のピストンリング。4. A PVD layer is formed directly on at least the barrel surface and the corner, and the thickness of the PVD layer at the corner is not more than half the thickness of the PVD layer on the barrel surface. The piston ring according to claim 1, wherein:
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