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JP2006275269A - Combined sliding member - Google Patents

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JP2006275269A
JP2006275269A JP2005099861A JP2005099861A JP2006275269A JP 2006275269 A JP2006275269 A JP 2006275269A JP 2005099861 A JP2005099861 A JP 2005099861A JP 2005099861 A JP2005099861 A JP 2005099861A JP 2006275269 A JP2006275269 A JP 2006275269A
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Japan
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piston ring
cylinder liner
sliding member
roughness
sliding surface
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Application number
JP2005099861A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuya Ozaki
琢也 小崎
Hiroyuki Sugiura
宏幸 杉浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combined sliding member formed of a piston ring and a cylinder liner matching reduction in a coefficient of friction in response to reduction of friction in an internal combustion engine, and having excellent scuff resistance. <P>SOLUTION: This combined sliding member 30 is formed of the piston ring 10 and the cylinder liner 20, and the combined sliding member 30 formed of the piston ring 10 with a surface roughness Rz of 0.3 to 2.5 μm in a sliding surface 11, initial friction height Rpk≤0.15 μm, effective load roughness Rk of 0.10 to 0.50 μm, oil sump depth Rvk of 0.20 to 1.0 μm, oil sump depth ratio K(=Rvk/Rk) of 10.0 to 4.0 and the cylinder liner 20 with a surface roughness Rz of 0.2 to 0.8 μm in a sliding surface 21 for solving the described problem. About surface condition of the piston ring 10, shot blast is performed to the sliding surface 11 to form a film with a physical vapor deposition method, and the surface of the piston ring 10 is desirably ground for formation. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、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に関する。   The present invention relates to a combined sliding member composed of a piston ring and a cylinder liner, corresponding to the reduction in friction of an internal combustion engine.

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。   Due to the recent demand for higher output of internal combustion engines, severe conditions regarding the characteristics of the piston ring and the cylinder liner that is in sliding contact with the piston ring are required.

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程度にすることが、従来から一般的に行われている。また、シリンダライナのトップリング上死点付近にリン酸塩皮膜を形成し、かつ、そのリン酸塩皮膜の表面粗さRzを0.5〜3.2μmに規定し、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付性(耐スカッフ性ともいう。)の向上を図るシリンダライナが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。   Under these circumstances, in order to improve the initial compatibility with the piston ring, in the cylinder liner, the surface roughness Rz of the sliding surface is generally set to about 2 to 3 μm. Further, a phosphate film is formed in the vicinity of the top dead center of the top ring of the cylinder liner, and the surface roughness Rz of the phosphate film is specified to be 0.5 to 3.2 μm. Cylinder liners that reduce the lubricant consumption and improve the seizure resistance (also referred to as scuff resistance) by defining the surface roughness Rz of the portion as 0.6 to 1.8 μm are known (for example, (See Patent Document 1).

また、ピストンリングとシリンダライナの組合せにおいて、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、かつ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および油だまり深さRvkが0.10〜0.35μmの摺動面を有するシリンダライナと、を有する組合せ摺動部材が知られている(例えば、特許文献2を参照。)。このピストンリングは、摺動面にイオンプレーティング法により皮膜が形成されたものである。
特開平11−153059号公報 特開2004−116707号公報
Moreover, in the combination of the piston ring and the cylinder liner, 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 a DIN4776 standard Cylinder liner having a sliding surface with an initial wear height Rpk based on 0.05 to 0.2 μm, an effective load roughness Rk of 0.2 to 0.6 μm, and an oil sump depth Rvk of 0.10 to 0.35 μm There is known a combination sliding member having (see, for example, Patent Document 2). This piston ring is formed by forming a film on a sliding surface by an ion plating method.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-153059 JP 2004-116707 A

しかしながら、この様な特許文献2に開示されたピストンリングにあってはフリクション低減および相手攻撃性低減を考え、摺動表面の表面粗さRzを1μm以下に仕上げるために、物理蒸着がなされた表面には油だまりが無く、初期なじみの段階で焼き付きが起こりやすい場合があった。また、シリンダライナの内面(ボア)粗さが小さいと、同様に焼き付きが起こりやすい場合があった。   However, in such a piston ring disclosed in Patent Document 2, a surface on which physical vapor deposition is performed in order to finish the surface roughness Rz of the sliding surface to 1 μm or less in consideration of friction reduction and opponent attack reduction. In some cases, there was no oil accumulation and seizure was likely to occur at the initial familiarization stage. Similarly, if the inner surface (bore) roughness of the cylinder liner is small, seizure may easily occur.

さらに、引用文献2に開示されたピストンリングとシリンダライナとの組合せにおいて、更なるフリクションの低減が求められている。即ち、ピストンリングのイオンプレーティング皮膜は保油性が無いが、耐熱性、耐磨耗性に優れるため、表面粗さを細かくし、鋳鉄シリンダライナ材にホーニング加工の加工目等により油だまり機構を持たせることで、優れた摺動特性が得られていた。摺動部材の更なるフリクションの低減には、シリンダライナの表面粗さを細かくすることが望まれている。   Furthermore, in the combination of the piston ring and the cylinder liner disclosed in the cited document 2, further reduction of friction is required. In other words, the ion plating film on the piston ring has no oil retaining property, but has excellent heat resistance and wear resistance, so the surface roughness is reduced and the oil pool mechanism is provided by the honing process on the cast iron cylinder liner material. By having it, excellent sliding characteristics were obtained. In order to further reduce the friction of the sliding member, it is desired to reduce the surface roughness of the cylinder liner.

一方、ピストンリングの表面粗さを細かくし、シリンダライナの表面粗さも細かくすれば、フリクションは低減するが、逆に保油性が低下してしまうため、スカッフィングが生じやすいという不都合があった。また、ピストンリングとシリンダライナはピストンを介し往復運動するため、特にピストンの上死点付近は特許文献1に開示のように表面粗さを粗くすることも望まれる。このようにシリンダライナ摺動面の表面粗さを細かくし、更に表面処理を部分的に行うことは、著しくコストの上昇を招くものでもある。   On the other hand, if the surface roughness of the piston ring is made fine and the surface roughness of the cylinder liner is also made fine, the friction is reduced, but conversely, the oil retaining property is lowered, so that there is a disadvantage that scuffing is likely to occur. Further, since the piston ring and the cylinder liner reciprocate through the piston, it is also desired that the surface roughness be roughened as disclosed in Patent Document 1, particularly in the vicinity of the top dead center of the piston. Making the surface roughness of the sliding surface of the cylinder liner finer and further performing the surface treatment in part causes a significant increase in cost.

そこで本発明は、内燃機関の低フリクション化に対応させ、摩擦係数が低く、耐スカッフ性に優れた、ピストンリングとシリンダライナとからなる組合せ摺動部材を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a combined sliding member composed of a piston ring and a cylinder liner, corresponding to the reduction in friction of an internal combustion engine, having a low coefficient of friction and excellent scuff resistance.

上記目的を達成するために、本発明は、ピストンリングとシリンダライナとからなる組合せ摺動部材であって、摺動面の表面粗さRz0.3〜2.5μm、初期摩耗高さRpk≦0.15μm、有効負荷粗さRk0.10〜0.50μm、油だまり深さRvk0.20〜1.0μm、油だまり深さ率K(=Rvk/Rk)が1.0〜4.0のピストンリングと、摺動面の表面粗さRz0.2〜0.8μmのシリンダライナと、からなることを特徴とする組合せ摺動部材である。   In order to achieve the above object, the present invention is a combined sliding member comprising a piston ring and a cylinder liner, wherein the sliding surface has a surface roughness Rz of 0.3 to 2.5 μm and an initial wear height Rpk ≦ 0. .15 μm, effective load roughness Rk 0.10 to 0.50 μm, oil sump depth Rvk 0.20 to 1.0 μm, oil sump depth ratio K (= Rvk / Rk) 1.0 to 4.0 piston ring And a cylinder liner having a surface roughness Rz of 0.2 to 0.8 μm on the sliding surface.

上記本発明の組合せ摺動部材において、前記ピストンリングは、母材が球状黒鉛鋳鉄からなり、母材断面における球状黒鉛の面積率が5〜20%であり、硬質皮膜が形成される摺動面にはショットブラストがなされ当該摺動面に分布する黒鉛を除去および前記ピストンリング内に陥没させた後、物理蒸着法により前記硬質皮膜を形成し、研磨されたものであることが好ましい。この場合に、ピストンリングの摺動面に形成された皮膜の厚さは、5〜70μmであることが好ましい。   In the combined sliding member of the present invention, the piston ring has a base material made of spheroidal graphite cast iron, and the area ratio of the spherical graphite in the cross section of the base material is 5 to 20%, and a sliding surface on which a hard film is formed In this case, it is preferable that the hard coating is polished by physical vapor deposition after shot blasting, removing graphite distributed on the sliding surface and sinking into the piston ring. In this case, the thickness of the film formed on the sliding surface of the piston ring is preferably 5 to 70 μm.

請求項1に記載の組合せ摺動部材によれば、上記表面性状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(内燃機関の低フリクション化)ができると共に、耐スカッフ性に優れた組合せ摺動部材とすることができる。また、本発明の組合せ摺動部材は、初期なじみの段階で焼き付きが起こりにくいという特性を有するものである。このように、本発明は、ピストンリングについて表面粗さRz、初期摩耗高さRpk、有効負荷粗さRkおよび油だまり深さRvk、油だまり深さ率K、等の表面性状について詳細に特定して油だまりを有する構成とするとともに、シリンダライナの表面粗さRzを特定することにより、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。   According to the combination sliding member according to claim 1, since the combination sliding member is constituted by the piston ring and the cylinder liner having the surface properties, the friction coefficient at the time of sliding contact between the piston ring and the cylinder liner As a result, the frictional force between the piston ring and the cylinder liner is reduced, so that energy efficiency can be improved (low friction of the internal combustion engine) and a combination sliding member with excellent scuff resistance can be obtained. it can. Further, the combination sliding member of the present invention has a characteristic that seizure hardly occurs at the initial familiarization stage. Thus, the present invention specifies in detail the surface properties of the piston ring such as the surface roughness Rz, the initial wear height Rpk, the effective load roughness Rk, the oil sump depth Rvk, and the oil sump depth rate K. In addition, a structure having an oil sump and a surface roughness Rz of the cylinder liner are specified, thereby further reducing friction and scuffing resistance.

請求項2に記載の組合せ摺動部材によれば、ピストンリングについて上記した各処理を行うことにより、上記本発明の組合せ摺動部材に備えられるピストンリングを作製することが可能となる。よって、これらの各処理はピストンリングの摺動面全体に行うものであり、部分的に行うものではないため、コストの上昇を抑えられるとともに、内燃機関の低フリクション化に対応させ、摩擦係数が低く、耐スカッフ性に優れた組合せ摺動部材を提供することができる。   According to the combination sliding member of the second aspect, it is possible to produce the piston ring provided in the combination sliding member of the present invention by performing each processing described above for the piston ring. Therefore, each of these processes is performed on the entire sliding surface of the piston ring, and is not performed partially. Therefore, an increase in cost can be suppressed, and the friction coefficient can be reduced to cope with a reduction in friction of the internal combustion engine. A combination sliding member that is low and excellent in scuff resistance can be provided.

請求項3に記載の組合せ摺動部材によれば、ピストンリングに形成する皮膜の膜厚を規定することにより、研磨処理の一つであるラッピング処理による表面形状の調整が容易となる。そのため、上述の表面性状を有するピストンリングを容易に得ることができる。   According to the combination sliding member of the third aspect, by adjusting the film thickness of the film formed on the piston ring, the surface shape can be easily adjusted by the lapping process which is one of the polishing processes. Therefore, it is possible to easily obtain a piston ring having the above surface properties.

本発明の組合せ摺動部材に適用した実施の形態ついて図1〜図4を参照して説明する。図1は、一の実施形態のピストンリング10およびシリンダライナ20の円周方向に直交する断面図を示している。図2は、他の実施形態のピストンリング10の円周方向に直交する断面図を示している。図3および図4は、初期摩耗高さRpk、有効負荷粗さRk、油だまり深さRvkの測定方法を説明する図を示している。   An embodiment applied to the combination sliding member of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a cross-sectional view orthogonal to the circumferential direction of the piston ring 10 and the cylinder liner 20 of one embodiment. FIG. 2 shows a cross-sectional view orthogonal to the circumferential direction of the piston ring 10 of another embodiment. FIG. 3 and FIG. 4 show diagrams for explaining a method of measuring the initial wear height Rpk, the effective load roughness Rk, and the oil sump depth Rvk.

図1に示すように、本発明の組合せ摺動部材30は、ピストンリング10とシリンダライナ20とからなる。ピストンリング10は、摺動面11の表面粗さRz0.3〜2.5μm、初期摩耗高さRpk≦0.15μm、有効負荷粗さRk0.10〜0.50μm、油だまり深さRvk0.20〜1.0μm、油だまり深さ率K(=Rvk/Rk)1.0〜4.0である。シリンダライナ20は、摺動面21の表面粗さRz0.2〜0.8μmである。このように、本発明の組合せ摺動部材30は、ピストンリング10とシリンダライナ20において、互いに摺動する面11、12の表面性状を特定したものである。   As shown in FIG. 1, the combination sliding member 30 of the present invention includes a piston ring 10 and a cylinder liner 20. The piston ring 10 has a sliding surface 11 having a surface roughness Rz of 0.3 to 2.5 μm, an initial wear height Rpk ≦ 0.15 μm, an effective load roughness Rk of 0.10 to 0.50 μm, and a sump depth of Rvk 0.20. It is -1.0 micrometer and the oil sump depth rate K (= Rvk / Rk) is 1.0-4.0. The cylinder liner 20 has a surface roughness Rz of 0.2 to 0.8 μm of the sliding surface 21. Thus, the combination sliding member 30 of the present invention specifies the surface properties of the surfaces 11 and 12 that slide on each other in the piston ring 10 and the cylinder liner 20.

まず、組合せ摺動部材30におけるピストンリング10について説明する。ピストンリング10の摺動面11が有する上述の表面性状について、以下に具体的に説明する。   First, the piston ring 10 in the combination sliding member 30 will be described. The above surface properties of the sliding surface 11 of the piston ring 10 will be specifically described below.

表面粗さRzは、0.3〜2.5μmであり、好ましくは、1.0超〜2.0μmである。Rzが0.3μm未満であると、潤滑油の保持が十分にできなくなり、2.5μmを超えると、相手攻撃性が大きくなるという不都合が生ずる。なお、表面粗さRzは、輪郭曲線の最大高さを示し、JIS規格B0601(2001改正)、ISO規格4287(1997)、DIN規格4768による。   The surface roughness Rz is 0.3 to 2.5 μm, preferably more than 1.0 to 2.0 μm. If Rz is less than 0.3 μm, the lubricating oil cannot be sufficiently retained, and if it exceeds 2.5 μm, the other party's aggression increases. The surface roughness Rz indicates the maximum height of the contour curve, and is based on JIS standard B0601 (2001 revision), ISO standard 4287 (1997), and DIN standard 4768.

初期摩耗高さRpkは、0.15μm以下とし、好ましくは0.02〜0.13μmである。Rpkが0.15μmを超えると、ボア(シリンダライナ20の内面)攻撃性が高くなり好ましくない。なお、初期摩耗高さRpkは、突出山部高さともいい、JIS規格B0671−2(2002)、ISO規格13565−2(1996)、DIN規格4776による。以下に説明する有効負荷粗さRk、油だまり深さRvkも、これらの規格によるものである。初期摩耗高さRpk、有効負荷粗さRk、油だまり深さRvkの各値の測定方法については後述する。   The initial wear height Rpk is 0.15 μm or less, preferably 0.02 to 0.13 μm. When Rpk exceeds 0.15 μm, the bore (inner surface of the cylinder liner 20) becomes more aggressive, which is not preferable. The initial wear height Rpk is also referred to as the protruding peak height, and is based on JIS standard B0671-2 (2002), ISO standard 13565-2 (1996), and DIN standard 4776. The effective load roughness Rk and oil sump depth Rvk described below are also based on these standards. The measuring method of each value of initial wear height Rpk, effective load roughness Rk, and oil sump depth Rvk will be described later.

有効負荷粗さRkは、0.10〜0.50μmであり、好ましくは0.2〜0.4μmである。Rkが0.10μm未満であると、スカッフしやすく、Rkが0.5μmを超えると、ボア攻撃性が高くなるため好ましくない。なお、有効負荷粗さRkは、コア部のレベル差ともいう。   The effective load roughness Rk is 0.10 to 0.50 μm, preferably 0.2 to 0.4 μm. If Rk is less than 0.10 μm, scuffing is easy, and if Rk exceeds 0.5 μm, the bore attack becomes high, which is not preferable. The effective load roughness Rk is also referred to as a level difference in the core portion.

油だまり深さRvkは、0.20〜1.0μmであり、好ましくは0.4〜0.9μmである。Rvkが0.20μm未満では油だまりが十分に得られず、スカッフしやすい。Rvkが1.0μmを超えると油だまりが大きくなり、オイル消費に影響が出る。なお、油だまり深さRvkは、突出谷部深さともいう。   The oil sump depth Rvk is 0.20 to 1.0 μm, preferably 0.4 to 0.9 μm. When Rvk is less than 0.20 μm, a sufficient oil sump cannot be obtained and scuffing is likely. When Rvk exceeds 1.0 μm, the oil sump becomes large and oil consumption is affected. The oil sump depth Rvk is also referred to as a protruding valley depth.

油だまり深さ率K(=Rvk/Rk)は、1.0〜4.0である。であり、好ましくは1.5〜3.5である。油だまり深さ率Kは油だまり深さRvkの有効負荷粗さRkに対する比を表し、この値が大きいほど潤滑性が良くなる。油だまり深さ率Kが1.0より小さい場合には、油だまりの効果は見込めず、ボア粗さが小さくなると焼き付きが発生しやすくなる。しかしながら、油だまり深さ率Kが4.0を超えると、潤滑油消費量が多くなる場合がある。   The sump depth ratio K (= Rvk / Rk) is 1.0 to 4.0. And preferably 1.5 to 3.5. The sump depth ratio K represents the ratio of the sump depth Rvk to the effective load roughness Rk, and the greater this value, the better the lubricity. When the oil sump depth ratio K is smaller than 1.0, the effect of the oil sump cannot be expected, and seizure tends to occur when the bore roughness becomes small. However, if the sump depth ratio K exceeds 4.0, the amount of lubricating oil consumed may increase.

ここで、JIS規格B0671−2(2002)、ISO規格13565−2(1996)、DIN規格4776による、初期摩耗高さRpk、有効負荷粗さRk、油だまり深さRvkの測定方法について説明する。   Here, a method for measuring the initial wear height Rpk, the effective load roughness Rk, and the oil sump depth Rvk according to JIS standard B0671-2 (2002), ISO standard 13565-2 (1996), and DIN standard 4776 will be described.

初期摩耗高さRpk、有効負荷粗さRkおよび油だまり深さRvkは、図3に示すように、対象面の特殊粗さ曲線103から負荷曲線104を作図し、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、JIS規格B0671−1、ISO規格13565−1、DIN規格4776、に基づいて図4(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4(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4(C)に示す参考フィルタ平均線109を求める。最後に、図4(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4(E)に示す特殊粗さ曲線110が作図される。この図4(E)における特殊粗さ曲線110が図3における特殊粗さ曲線103となる。   As shown in FIG. 3, the initial wear height Rpk, the effective load roughness Rk, and the oil sump depth Rvk are plotted on the load curve 104 from the special roughness curve 103 of the target surface, and then the relative load on the load curve. A minimum slope line 105 is drawn that takes a width of 40% in the direction of the length ratio tp and passes through two points where the difference in height between the two ends is minimized. Next, the minimum slope line 105 and the relative load length ratio are drawn. It is calculated by obtaining the intersection points a and b with the tp 0% and 100% limit lines, and the intersection points c and d of the load curve 104 with the horizontal line passing through the intersection points a and b. The general procedure for obtaining the special roughness curve 103 is to first obtain the cross-sectional curve 106 of FIG. 4A based on JIS standard B0671-1, ISO standard 13565-1, and DIN standard 4776, and then the cross section thereof. A filter average line 107 of a phase compensation filtered waviness curve is obtained from the curve 106 using a Gaussian phase compensation filter or the like. Next, as shown in FIG. 4B, a valley below the filter average line is removed from the cross-sectional curve, and a valley-removed cross-sectional curve 108 is drawn. The valley removal sectional 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. 4 (D), the reference filter average line 109 is subtracted from the cross-sectional curve 106 to draw a special roughness curve 110 shown in FIG. 4 (E). The special roughness curve 110 in FIG. 4E becomes the special roughness curve 103 in FIG.

初期摩耗高さRpk、有効負荷粗さRk、油だまり深さRvkは、JIS規格B0671−2、ISO規格13565−2、DIN規格4776、に基づいて図3から求められる。初期摩耗高さRpkは、図3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3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。油だまり深さRvkは、図3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。   The initial wear height Rpk, effective load roughness Rk, and oil sump depth Rvk are obtained from FIG. 3 based on JIS standard B0671-2, ISO standard 13565-2, and DIN standard 4776. In FIG. 3, the initial wear height Rpk is the height of a right triangle whose base is ac and whose apex is on the limit line of the relative load length ratio tp0%, and the value of the initial wear height Rpk is the relative load length. It is calculated so as 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 difference in height between c and d in FIG. 3 and is represented by a wear height until the target surface cannot be used. The oil sump depth Rvk is the height of a right triangle in FIG. 3 where bd is the base and the apex is on the limit line of the relative load length ratio tp 100%, and the value is the area of the right triangle. The rate tp is calculated to be equal to the area of the portion surrounded by the 100% limit line, the side bd, and the load curve.

また、ピストンリング10の摺動面11を上述の表面性状とするために、ピストンリング10は、図2に示すように母材13が球状黒鉛鋳鉄からなり、母材13断面における球状黒鉛の面積率が5〜20%であり、硬質皮膜12が形成される摺動面11にはショットブラストがなされ当該摺動面11に分布する黒鉛を除去およびピストンリング10内に陥没(摺動表面11に存在する黒鉛をピストンリング10内部に入り込ませる)させた後、物理蒸着法により硬質皮膜12を形成し、研磨されたものであることが好ましい。ピストンリング10の母材13を強度の高い球状黒鉛鋳鉄とし、このような処理を行うことにより、Rz、Rpk、Rk、Rvk、Kを所望の値とすることができる。   Further, in order to make the sliding surface 11 of the piston ring 10 have the above-mentioned surface properties, the piston ring 10 has a base material 13 made of spheroidal graphite cast iron as shown in FIG. The sliding surface 11 on which the hard film 12 is formed is shot blasted to remove graphite distributed on the sliding surface 11 and sink into the piston ring 10 (on the sliding surface 11). It is preferable that the hard coating 12 is formed and polished by physical vapor deposition after allowing the existing graphite to enter the piston ring 10). Rz, Rpk, Rk, Rvk, and K can be set to desired values by making the base material 13 of the piston ring 10 with high strength spheroidal graphite cast iron and performing such treatment.

球状黒鉛の面積率が5%未満では油だまりの効果が得られず、20%を超えると黒鉛による水分吸着および吸着ガスが発生しやすくなる。なお、球状黒鉛鋳鉄においては、素材を形成する鋳造方案(鋳込む手法、素材形状)により、球状黒鉛の面積率を5〜20%に変化させる。例えば、円筒状の素材を成形しこれを加工してリング素材に形成する方法又はリング素材を多数個ツリー状に形成する方法により、素材を形成する方法が望ましい。その際の球状黒鉛の粒径は鋳造方案(鋳込む手法、素材形状)により5〜100μmの範囲とし、平均粒径は10〜60μmとすることが望ましい。   If the area ratio of the spherical graphite is less than 5%, the effect of oil accumulation cannot be obtained, and if it exceeds 20%, moisture adsorption and adsorption gas are easily generated by the graphite. In spheroidal graphite cast iron, the area ratio of spheroidal graphite is changed to 5 to 20% depending on the casting method (casting method, raw material shape) for forming the raw material. For example, a method of forming a material by forming a cylindrical material and processing it to form a ring material or a method of forming a large number of ring materials in a tree shape is desirable. In this case, the particle diameter of the spherical graphite is preferably in the range of 5 to 100 μm, and the average particle diameter is preferably 10 to 60 μm, depending on the casting method (casting method, material shape).

ショットブラスト処理は、通常、ピストンリング10の摺動面11にショットできるようにノズルを調整し、スチール、ガラスビーズ等のグリットを、5kg/cm程度の圧力で圧縮空気や遠心力などによりピストンリング10の摺動面11にぶつけることにより処理が行われる。ピストンリング10の摺動面11にショットブラストを行うことにより、ピストンリング10に黒鉛が含まれる場合には摺動面11に分布される黒鉛を除去させることができ、さらに、摺動面11に油だまりを形成することができる。 In shot blasting, the nozzle is usually adjusted so that it can be shot on the sliding surface 11 of the piston ring 10, and a grit such as steel or glass beads is compressed with compressed air or centrifugal force at a pressure of about 5 kg / cm 2. Processing is performed by hitting against the sliding surface 11 of the ring 10. By performing shot blasting on the sliding surface 11 of the piston ring 10, when the piston ring 10 contains graphite, the graphite distributed on the sliding surface 11 can be removed. An oil sump can be formed.

物理蒸着法としては、イオンプレーティング法、真空蒸着法、分子線蒸着(MBE)法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法等があり、イオンプレーティング法の一つであるアークイオンプレーティング法が好ましく用いられる。   Examples of physical vapor deposition include ion plating, vacuum vapor deposition, molecular beam vapor deposition (MBE), ion beam vapor deposition, and sputtering. Arc ion plating, which is one of the ion plating methods, is preferable. Used.

上述の物理蒸着法により形成される皮膜12の材質も特に限定されず、Cr−N皮膜、Cr−B−N皮膜、Cr−Ti―N皮膜、Cr−Si―N皮膜、Ti−N皮膜、Cr−Ti―B−N皮膜、Cr−Si―B−N皮膜等の物理蒸着法により形成できる皮膜であればよい。これらの皮膜は、ピストンリング10の摺動面11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性状とすることによって、ピストンリング10の摺動面11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。   The material of the film 12 formed by the above-described physical vapor deposition method is not particularly limited, and Cr-N film, Cr-BN film, Cr-Ti-N film, Cr-Si-N film, Ti-N film, Any film that can be formed by physical vapor deposition, such as a Cr-Ti-BN film or a Cr-Si-BN film, may be used. These films are preferably formed from the past in order to improve the wear resistance, scuff resistance, etc. of the sliding surface 11 of the piston ring 10, but the surface of each layer should have the above-mentioned surface properties. Thus, the wear resistance and scuff resistance of the sliding surface 11 of the piston ring 10 can be further improved.

研磨処理としては、従来公知の研磨処理を行うことができるが、例えば、ラッピング処理による研磨、フィルム研磨等を行うことができる。   As the polishing treatment, a conventionally known polishing treatment can be performed. For example, polishing by lapping processing, film polishing, or the like can be performed.

ピストンリング10の摺動面11に形成される皮膜12の膜厚は、特に限定されないが、5〜70μmであることが好ましい。皮膜12の膜厚がこの範囲内であることにより、研磨処理の一つであるラッピング処理による表面性状の調整が容易となる。一方、膜厚が5μm未満であると、ラッピング処理による表面性状の調整が困難となり、膜厚が70μmを超えると、ラッピング処理による欠け発生の可能性が高くなる。   Although the film thickness of the membrane | film | coat 12 formed in the sliding surface 11 of the piston ring 10 is not specifically limited, It is preferable that it is 5-70 micrometers. When the film thickness of the film 12 is within this range, it becomes easy to adjust the surface properties by lapping treatment which is one of polishing treatments. On the other hand, if the film thickness is less than 5 μm, it is difficult to adjust the surface properties by the lapping process, and if the film thickness exceeds 70 μm, the possibility of chipping due to the lapping process increases.

このようなピストンリング10の摺動面11の処理により、上述の表面性状を有するピストンリング10が得られやすくなる。   By the treatment of the sliding surface 11 of the piston ring 10 as described above, it is easy to obtain the piston ring 10 having the above-mentioned surface properties.

ここで、ピストンリング10の母材13の材質としては、鋳鉄材が用いられ、具体的には、球状黒鉛鋳鉄が好ましく用いられる。また、ピストンリング10の母材13には、図2に示すように、周囲に窒化層14を形成することができる。窒化層14は、公知の窒化処理によって母材13の表面層に窒素を拡散させることにより形成され、硬質である。窒化層14を形成することにより、ピストンリング10全体の強度を向上させることができ、耐折損性が良好となる。またピストンリング10の外周摺動面11に直交する上面15及び下面16に窒化層14を形成することにより、ピストントレーガーに配置されたピストンリング10に対する上下面摩耗を防止することができる。なお、ピストンリング10における窒化層14を形成する位置は、図2に図示したものに限定されず、必要に応じて任意の位置に形成することができる。   Here, a cast iron material is used as the material of the base material 13 of the piston ring 10, and specifically, spheroidal graphite cast iron is preferably used. Further, as shown in FIG. 2, a nitride layer 14 can be formed around the base material 13 of the piston ring 10. The nitride layer 14 is formed by diffusing nitrogen into the surface layer of the base material 13 by a known nitriding process, and is hard. By forming the nitride layer 14, the strength of the entire piston ring 10 can be improved, and the breakage resistance is improved. Further, by forming the nitride layer 14 on the upper surface 15 and the lower surface 16 orthogonal to the outer peripheral sliding surface 11 of the piston ring 10, it is possible to prevent the upper and lower surface wear on the piston ring 10 disposed on the piston trailer. In addition, the position where the nitride layer 14 is formed in the piston ring 10 is not limited to that illustrated in FIG. 2 and can be formed at any position as necessary.

本発明の組合せ摺動部材30を構成するピストンリング10は、図示しない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20の内周面を摺動接触しながら上下運動する摺動部材30である。本発明を構成するピストンリング10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。   The piston ring 10 constituting the combination sliding member 30 of the present invention is mounted in a piston ring groove formed in a piston (not shown), and the inner peripheral surface of the cylinder liner 20 is moved by the vertical movement of the piston (same as reciprocal movement). A sliding member 30 that moves up and down while sliding. The piston ring 10 constituting the present invention may be a top ring, a second ring, an oil ring, or all of them.

なお、ピストンリング10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10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。   In addition, although the shape of the piston ring 10 is a rectangular ring in FIG. 1, it may be an outer peripheral shape such as a barrel face or a tapered face. The piston ring 10 may have a cross-sectional shape such as a half keystone ring, a full keystone ring, or 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 an oil ring with a coil expander other than those.

次いで、組合せ摺動部材30におけるシリンダライナ20について説明する。   Next, the cylinder liner 20 in the combination sliding member 30 will be described.

シリンダライナ20の摺動面21は、上述の表面性状を有しており、以下に具体的に説明する。シリンダライナ20は、摺動面21の表面粗さRz0.2〜0.8μmであり、好ましくは0.25〜0.6μmであり、より好ましくは0.3〜0.5μm未満である。Rzが0.2μm未満であると、シリンダライナ20の焼付が発生しやすい場合があり、0.8μmを超えると、フリクションの低減に寄与しなくなる場合がある。シリンダライナ20の表面粗さRzも、上述のピストンリング10におけるものと同様の規格である。   The sliding surface 21 of the cylinder liner 20 has the surface properties described above, and will be specifically described below. The cylinder liner 20 has a surface roughness Rz of 0.2 to 0.8 μm, preferably 0.25 to 0.6 μm, and more preferably less than 0.3 to 0.5 μm. If Rz is less than 0.2 μm, the cylinder liner 20 may be easily seized, and if it exceeds 0.8 μm, it may not contribute to reduction of friction. The surface roughness Rz of the cylinder liner 20 is also the same standard as that in the piston ring 10 described above.

シリンダライナ20の母材は、特に限定されず、鋳鉄、ボロン鋳鉄、鋼鉄、鋳鋼等、従来公知の材料を用いることができる。   The base material of the cylinder liner 20 is not particularly limited, and conventionally known materials such as cast iron, boron cast iron, steel, cast steel, and the like can be used.

シリンダライナ20の摺動面21を上述の表面性状にするために行う処理は、特に限定されないが、例えば、研削加工した後に研磨砥石の材質や細かさを変えて順次表面研磨を行う等の処理を行うことにより上述の範囲の表面性状を得ることができる。   The processing performed to make the sliding surface 21 of the cylinder liner 20 have the above-mentioned surface properties is not particularly limited. For example, processing such as performing surface polishing sequentially after changing the material and fineness of the grinding wheel after grinding. By performing the above, the surface texture in the above-mentioned range can be obtained.

このような本発明のピストンリング10とシリンダライナ20からなる組合せ摺動部材30によれば、実機評価による摩耗データでは400時間の耐久試験で1〜3μm程度の摩耗となり、耐摩耗性に優れたものである。特に、本発明の組合せ摺動部材30においては、シリンダライナ20ではなく、ピストンリング10側の摺動面11に油だまりを形成したことにより、摺動の初期段階におけるなじみ性を向上させることができ、ピストンリング10およびシリンダライナ20の焼き付きを防止することができる。また、ピストンリング10およびシリンダライナ20の摺動面11、21の表面性状を上述の範囲内とすることにより、シリンダライナ20との摩擦力が小さくなり低フリクション化に適するとともに、耐スカッフ性が向上する。さらに、本発明の組合せ摺動部材30においては、シリンダライナ20ではなく、ピストンリング10側の摺動面11に油だまりを形成したことにより、硬質でかつ摺動特性に優れるイオンプレーティング皮膜12の初期なじみ性が向上し、フリクションが低減し、保油性に優れる等、摺動特性が向上するものである。   According to the combined sliding member 30 comprising the piston ring 10 and the cylinder liner 20 of the present invention, the wear data based on the actual machine evaluation shows wear of about 1 to 3 μm in a 400-hour durability test, and has excellent wear resistance. Is. In particular, in the combination sliding member 30 of the present invention, the oil pool is formed not on the cylinder liner 20 but on the sliding surface 11 on the piston ring 10 side, so that the conformability at the initial stage of sliding can be improved. It is possible to prevent seizure of the piston ring 10 and the cylinder liner 20. In addition, by making the surface properties of the sliding surfaces 11 and 21 of the piston ring 10 and the cylinder liner 20 within the above-mentioned range, the frictional force with the cylinder liner 20 is reduced, which is suitable for low friction and has high scuff resistance. improves. Furthermore, in the combination sliding member 30 of the present invention, the oil plating is formed on the sliding surface 11 on the piston ring 10 side instead of the cylinder liner 20, so that the ion plating film 12 is hard and has excellent sliding characteristics. The sliding property is improved such that the initial conformability is improved, the friction is reduced, and the oil retaining property is excellent.

本発明の組合せ摺動部材について、実施例および比較例により具体的に説明する。この実施例および比較例における%は、質量%を示す。   The combination sliding member of the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples. In the examples and comparative examples,% indicates mass%.

(実施例)
(1)ピストンリング摺動面の形成(テストピース固定片)
ピストンリング用母材として球状黒鉛鋳鉄(C:3.8%、Si:2.8%、Mn:0.7%、P:0.2%、S:0.05%、Cr:0.3%、残部:鉄および不可避不純物)を用いた。この球状黒鉛鋳鉄表面の黒鉛分布について、ショットブラストにより鋳鉄表面の黒鉛を除去およびピストンリング内に陥没させることで調整し、摺動面に油だまりを形成させた。さらに、ピストンリングの摺動面にCr−N系皮膜を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Cr−N膜を成膜した。仕上げに、ラッピング処理により研磨する事により、Rz0.3〜2.5μm、Rpk≦0.15μm、Rk0.10〜0.50μm、Rvk0.20〜1.0μm、油だまり深さ率K(=Rvk/Rk)1.0〜4.0の表面性状を有するピストンリングのテストピース51を作製した。テストピース51のCr−N皮膜は膜厚50μmであり、硬度は1400Hv0.05であった。テストピース51における鋳鉄表面の黒鉛を除去する量を変化させ、更に仕上げのラッピング処理の時間を調整することにより、実施例1〜11のテストピース51の皮膜を形成した。実施例1〜11のピストンリング材(テストピース)51のRz、Rpk、Rk、Rvk、Kの各値について表1に示す。また、実施例1〜11のテストピース51と同一条件で形成した素材の黒鉛面積率を求めて表1に示した。黒鉛の面積率は、テストピース素材を切断してその断面を研磨して鏡面化し、50倍の視野に拡大し、画像解析装置にて白黒の2値化により求めた。
(Example)
(1) Formation of piston ring sliding surface (test piece fixed piece)
Spheroidal graphite cast iron as a base material for piston ring (C: 3.8%, Si: 2.8%, Mn: 0.7%, P: 0.2%, S: 0.05%, Cr: 0.3 %, Balance: iron and inevitable impurities). The graphite distribution on the surface of the spheroidal graphite cast iron was adjusted by removing the graphite on the cast iron surface by shot blasting and sinking it into the piston ring, thereby forming an oil pool on the sliding surface. Further, a Cr—N-based film was formed on the sliding surface of the piston ring by an ion plating method, and a Cr—N film oriented mainly in {200} was formed. By polishing by lapping treatment, Rz 0.3 to 2.5 μm, Rpk ≦ 0.15 μm, Rk 0.10 to 0.50 μm, Rvk 0.20 to 1.0 μm, oil sump depth ratio K (= Rvk / Rk) A piston ring test piece 51 having a surface texture of 1.0 to 4.0 was produced. The Cr—N film of the test piece 51 had a thickness of 50 μm and a hardness of 1400 Hv 0.05. The film of the test pieces 51 of Examples 1 to 11 was formed by changing the amount of graphite removed from the cast iron surface in the test piece 51 and adjusting the time of the final lapping process. Table 1 shows values of Rz, Rpk, Rk, Rvk, and K of the piston ring material (test piece) 51 of Examples 1 to 11. Moreover, it calculated | required in Table 1 and calculated | required the graphite area rate of the raw material formed on the same conditions as the test piece 51 of Examples 1-11. The area ratio of graphite was obtained by cutting the test piece material, polishing the cross section to make a mirror surface, enlarging the field of view to 50 times, and binarizing black and white with an image analyzer.

(2)シリンダライナの摺動面の形成(相手材回転片)
シリンダライナ用母材として、ボロン鋳鉄(C:3.35%、Si:2.08%、Mn:0.82%、P:0.36%、S:0.07%、B:0.08%、残部:鉄および不可避不純物)を用いた。シリンダライナ用母材の摺動面を研削加工した後、研磨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相手材52を作製した。その仕上げた表面粗さはRz0.2〜0.8μmとした。実施例1〜11のシリンダライナ材(相手材)52のRzの値について表1に示す。
(2) Cylinder liner sliding surface formation (mating material rotating piece)
Boron cast iron (C: 3.35%, Si: 2.08%, Mn: 0.82%, P: 0.36%, S: 0.07%, B: 0.08) as a cylinder liner base material %, Balance: iron and inevitable impurities). After the sliding surface of the cylinder liner base material is ground, the surface of the cylinder liner is adjusted to a predetermined surface roughness Rz by sequentially changing the fineness of the grinding wheel to form the sliding surface of the cylinder liner. A material 52 was produced. The finished surface roughness was Rz 0.2 to 0.8 μm. Table 1 shows values of Rz of the cylinder liner materials (counter materials) 52 of Examples 1 to 11.

(比較例)
ピストンリング用母材として球状黒鉛鋳鉄(C:3.8%、Si:2.8%、Mn:0.7%、P:0.2%、S:0.05%、Cr:0.3%、残部:鉄および不可避不純物)を用いた。その鋳鉄表面について、研磨加工およびショットブラストにより表面の粗さおよび黒鉛の性状を変化させた。さらに、ピストンリングの摺動面にCr−N系皮膜を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Cr−N膜を50μm成膜した。仕上げに、ラッピング処理を行うことにより、比較例1〜3のピストンリング材(テストピース)の摺動面を形成した。
(Comparative example)
Spheroidal graphite cast iron as a base material for piston ring (C: 3.8%, Si: 2.8%, Mn: 0.7%, P: 0.2%, S: 0.05%, Cr: 0.3 %, Balance: iron and inevitable impurities). The cast iron surface was changed in surface roughness and graphite properties by polishing and shot blasting. Further, a Cr—N-based film was formed on the sliding surface of the piston ring by an ion plating method, and a Cr—N film mainly oriented in {200} was formed to a thickness of 50 μm. For finishing, a sliding surface of the piston ring material (test piece) of Comparative Examples 1 to 3 was formed by lapping treatment.

ピストンリング用母材としてスチール材(C:0.85%、Cr:17.7%、Mo:1.1%、Mn:0.35%、Si:0.35、V:0.12、残部:鉄および不可避不純物)を用いた。そのスチール材表面について、研磨加工を行い、さらに、ピストンリングの摺動面にCr−N系皮膜を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Cr−N膜を50μm成膜した。仕上げに、ラッピング処理を行うことにより、比較例4のピストンリング材(テストピース51)の摺動面を形成した。   Steel material (C: 0.85%, Cr: 17.7%, Mo: 1.1%, Mn: 0.35%, Si: 0.35, V: 0.12, balance of piston ring base material) : Iron and inevitable impurities). The surface of the steel material is polished, and a Cr—N-based film is formed on the sliding surface of the piston ring by an ion plating method, and a Cr—N film oriented mainly in {200} is formed to a thickness of 50 μm. did. The sliding surface of the piston ring material (test piece 51) of Comparative Example 4 was formed by performing a lapping process for finishing.

比較例1〜4のピストンリング材(テストピース51)のRz、Rpk、Rk、Rvk、Kの各値について表1に示す。また、実施例と同様に、比較例1〜3のテストピース51と同一条件で形成した素材の黒鉛面積率を求めて表1に示した。黒鉛の面積率は、テストピース素材を切断してその断面を研磨して鏡面化し、50倍の視野に拡大し、画像解析装置にて白黒の2値化により求めた。   Table 1 shows values of Rz, Rpk, Rk, Rvk, and K of the piston ring materials (test pieces 51) of Comparative Examples 1 to 4. Similarly to the examples, the graphite area ratio of the material formed under the same conditions as the test pieces 51 of Comparative Examples 1 to 3 was obtained and shown in Table 1. The area ratio of the graphite was obtained by cutting the test piece material, polishing the cross section to make a mirror surface, expanding the field of view to 50 times, and binarizing black and white with an image analyzer.

実施例と同様にしてシリンダライナの摺動面を形成した比較例1〜4のシリンダライナ材(相手材52)のRzの値について表1に示す。   Table 1 shows the Rz values of the cylinder liner materials (counter members 52) of Comparative Examples 1 to 4 in which the sliding surface of the cylinder liner was formed in the same manner as in the example.

Figure 2006275269
(評価方法)
実施例1〜11の組合せ摺動部材および比較例1〜4の組合せ摺動部材に対し、摩擦係数試験および耐スカッフ性試験を行った。
Figure 2006275269
(Evaluation methods)
A friction coefficient test and a scuff resistance test were performed on the combination sliding members of Examples 1 to 11 and the combination sliding members of Comparative Examples 1 to 4.

摩擦係数試験および耐スカッフ性試験には、図5に示すアムスラー型摩耗試験機50を用いた。ピストンリングに相当する上記の方法により作製した実施例1〜11、比較例1〜4の表面粗さを有するテストピース51(寸法7mm×8mm×5mm)を固定片とし、シリンダライナに相当する上記の方法により作製した実施例1〜11、比較例1〜4の表面粗さを有する相手材52(外径40mm、内径16mm、軸方向の厚さ10mm)をドーナツ状の回転片とした。   For the friction coefficient test and the scuff resistance test, an Amsler type abrasion tester 50 shown in FIG. 5 was used. The test piece 51 (dimensions 7 mm × 8 mm × 5 mm) having the surface roughness of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4 manufactured by the above method corresponding to the piston ring is used as a fixed piece, and the above corresponding to the cylinder liner. The counterpart material 52 (outer diameter 40 mm, inner diameter 16 mm, axial thickness 10 mm) having the surface roughness of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4 produced by the above method was used as a donut-shaped rotating piece.

試験機50の図示せぬ容器には潤滑油53を溜め、潤滑油53に相手材52を部分的に浸して一定速度で回転させ、相手材52の外周面にテストピース51を接触させかつ荷重Pを負荷した。テストピース51に負荷する荷重Pをスカッフが発生するまで49N/分の割合で線形連続に増加させた。そして、テストピース51と相手材52との間の摩擦係数を測定するとともに、テストピース51がスカッフを発生する限界荷重を測定した。この試験条件は以下に示すとおりである。   Lubricating oil 53 is stored in a container (not shown) of the testing machine 50, the mating material 52 is partially immersed in the lubricating oil 53 and rotated at a constant speed, the test piece 51 is brought into contact with the outer peripheral surface of the mating material 52, and the load is loaded. P was loaded. The load P applied to the test piece 51 was linearly increased at a rate of 49 N / min until scuffing occurred. The coefficient of friction between the test piece 51 and the mating member 52 was measured, and the limit load at which the test piece 51 generated scuffing was measured. The test conditions are as follows.

(試験条件)
試験機:アムスラー型摩耗試験機 潤滑油:1号スピンドル油相当品を塗布
油温:80℃ 周速:1.0m/s(478rpm)
摩擦係数試験および耐スカッフ性試験の結果を表1に示している。表1の摩擦係数指数は、比較例3の組合せの摩擦係数を100とし、比較例3に対する各組合せの摩擦係数を相対比として算出することにより求めた。従って、各組合せの摩擦係数指数が100より小さいほどフリクションが小さく、エネルギー効率が向上することを示す。一方、摩擦係数指数が100よりも大きくなると、フリクションが大きくなることを示している。また、表1の耐スカッフ指数は、比較例3のテストピース51のスカッフ限界荷重を100とし、比較例3に対する各テストピース51のスカッフ限界荷重を相対比として算出することにより求めた。従って、各テストピース51の耐スカッフ指数が100より大きいほどスカッフ限界荷重が大きくなり、耐スカッフ性に優れていることを表している。一方、スカッフ指数が100よりも小さくなると、スカッフが発生しやすくなることを示している。
(Test conditions)
Test machine: Amsler type wear test machine Lubricating oil: No. 1 spindle oil equivalent applied Oil temperature: 80 ° C Peripheral speed: 1.0 m / s (478 rpm)
Table 1 shows the results of the friction coefficient test and the scuff resistance test. The friction coefficient index in Table 1 was obtained by calculating the friction coefficient of each combination with respect to Comparative Example 3 as a relative ratio, with the friction coefficient of the combination of Comparative Example 3 being 100. Therefore, it is shown that the smaller the friction coefficient index of each combination is, the smaller the friction and the higher the energy efficiency. On the other hand, when the coefficient of friction index is greater than 100, it indicates that the friction increases. Further, the scuff resistance index in Table 1 was obtained by calculating the scuffing limit load of each test piece 51 relative to Comparative Example 3 as a relative ratio with the scuffing limit load of the test piece 51 of Comparative Example 3 being 100. Therefore, as the scuff resistance index of each test piece 51 is larger than 100, the scuff limit load increases, indicating that the scuff resistance is excellent. On the other hand, when the scuff index is smaller than 100, it is easy to generate scuff.

(評価結果)
摩擦係数試験および耐スカッフ性試験の結果を示した表1より、実施例1〜11は比較例1〜4に比べ、摩擦係数指数が低く、耐スカッフ指数が高く、優れていることがわかる。
(Evaluation results)
From Table 1 showing the results of the friction coefficient test and the scuff resistance test, it can be seen that Examples 1 to 11 are superior to Comparative Examples 1 to 4 in that the friction coefficient index is lower and the scuff resistance index is higher.

具体的に、Rpk、Rk、Rvkが上限側に外れている比較例1は耐スカッフ指数が僅かに低下しており、Rkが大きいために摩擦力が大きくなり、摩擦係数指数が大きくなっている。Rk、Rvkが下限側に外れている比較例2は、Rkが小さいために摩擦力が小さくなるが、Rvkが小さいためにスカッフ指数が僅かに低下している。比較例3は、油だまり深さ率Kが1以下のケースを示しており、Rkの値がRvkに対して大きいために、摩擦係数指数が大きく、かつ、Rvkとしての保油性が低下し、耐スカッフ指数が小さい。   Specifically, in Comparative Example 1 in which Rpk, Rk, and Rvk are deviated to the upper limit side, the scuff resistance index is slightly lowered, and since Rk is large, the frictional force is increased and the friction coefficient index is increased. . In Comparative Example 2 in which Rk and Rvk deviate to the lower limit side, the frictional force is small because Rk is small, but the scuff index is slightly lowered because Rvk is small. Comparative Example 3 shows a case where the sump depth ratio K is 1 or less, and since the value of Rk is larger than Rvk, the friction coefficient index is large, and the oil retention as Rvk is reduced, Small scuff resistance index.

このように、ピストンリングとシリンダライナの表面性状を本発明の範囲内としたことにより、フリクションを小さく、エネルギー効率を向上させることができるとともに、耐スカッフ性にも優れた組合せ摺動部材が得られた。   Thus, by making the surface properties of the piston ring and the cylinder liner within the scope of the present invention, it is possible to reduce the friction, improve the energy efficiency, and obtain a combined sliding member having excellent scuff resistance. It was.

一の実施形態のピストンリングおよびシリンダライナの円周方向に直交する断面図である。It is sectional drawing orthogonal to the circumferential direction of the piston ring and cylinder liner of one Embodiment. 他の実施形態のピストンリングの円周方向に直交する断面図である。It is sectional drawing orthogonal to the circumferential direction of the piston ring of other embodiment. 初期摩耗高さRpk、有効負荷粗さRk、油だまり深さRvkの測定方法を説明するための特殊粗さ曲線および負荷曲線を示す図である。It is a figure which shows the special roughness curve and load curve for demonstrating the measuring method of initial wear height Rpk, effective load roughness Rk, and oil sump depth Rvk. 初期摩耗高さRpk、有効負荷粗さRk、油だまり深さRvkの測定方法を説明するための特殊粗さ曲線を求める手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure which calculates | requires the special roughness curve for demonstrating the measuring method of initial wear height Rpk, effective load roughness Rk, and oil sump depth Rvk. 本発明の実施例による組合せ摺動部材の効果を試す試験を行うためのアムスラー型摩耗試験機を示す概略図である。It is the schematic which shows the Amsler type | mold abrasion tester for performing the test which tests the effect of the combination sliding member by the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 ピストンリング
11 ピストンリングの摺動面
12 皮膜
13 母材
14 窒化層
15 ピストンリングの上面
16 ピストンリングの下面
20 シリンダライナ
21 シリンダライナの摺動面
30 組合せ摺動部材
50 アムスラー型摩耗試験機
51 固定片
52 回転片
53 潤滑油
P 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piston ring 11 Sliding surface of piston ring 12 Film | membrane 13 Base material 14 Nitrided layer 15 Upper surface of piston ring 16 Lower surface of piston ring 20 Cylinder liner 21 Sliding surface of cylinder liner 30 Combination sliding member 50 Amsler type abrasion tester 51 Fixed piece 52 Rotating piece 53 Lubricating oil P Load load 103, 110 Special roughness curve 104 Load curve 105 Minimum slope straight line 106 Cross section curve 107 Filter average line 108 Valley removal cross section curve 109 Reference filter average line

Claims (3)

ピストンリングとシリンダライナとからなる組合せ摺動部材であって、
摺動面の表面粗さRz0.3〜2.5μm、初期摩耗高さRpk≦0.15μm、有効負荷粗さRk0.10〜0.50μm、油だまり深さRvk0.20〜1.0μm、油だまり深さ率K(=Rvk/Rk)が1.0〜4.0のピストンリングと、
摺動面の表面粗さRz0.2〜0.8μmのシリンダライナと、からなることを特徴とする組合せ摺動部材。
A combination sliding member comprising a piston ring and a cylinder liner,
Sliding surface roughness Rz 0.3 to 2.5 μm, initial wear height Rpk ≦ 0.15 μm, effective load roughness Rk 0.10 to 0.50 μm, oil sump depth Rvk 0.20 to 1.0 μm, oil A piston ring having a pool depth ratio K (= Rvk / Rk) of 1.0 to 4.0;
A combination sliding member comprising a cylinder liner having a sliding surface roughness Rz of 0.2 to 0.8 μm.
前記ピストンリングは、母材が球状黒鉛鋳鉄からなり、母材断面における球状黒鉛の面積率が5〜20%であり、硬質皮膜が形成される摺動面にはショットブラストがなされ当該摺動面に分布する黒鉛を除去および前記ピストンリング内に陥没させた後、物理蒸着法により前記硬質皮膜を形成し、研磨されたことを特徴とする請求項1に記載の組合せ摺動部材。   In the piston ring, the base material is made of spheroidal graphite cast iron, the area ratio of spheroidal graphite in the cross section of the base material is 5 to 20%, and the sliding surface on which the hard film is formed is shot blasted and the sliding surface 2. The combined sliding member according to claim 1, wherein the hard coating is formed by physical vapor deposition and polished after removing graphite distributed in the piston ring and sinking into the piston ring. 前記皮膜の厚さは、5〜70μmであることを特徴とする請求項2に記載の組合せ摺動部材。   The combined sliding member according to claim 2, wherein the thickness of the coating is 5 to 70 μm.
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