專利名稱：活塞環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的活塞環(huán)。
背景技術(shù)：
通常，在內(nèi)燃機(jī)用的活塞中，安裝有壓力環(huán)和油環(huán)作為活塞環(huán)。該壓力環(huán)具有防止高壓燃燒氣體從燃燒室側(cè)向曲軸室側(cè)流出的現(xiàn)象(滲漏)的功能。另一方面，油環(huán)主要具有抑制缸內(nèi)壁的多余潤(rùn)滑油從曲軸室側(cè)向燃燒室側(cè)侵入而被消耗的現(xiàn)象(經(jīng)由活塞環(huán)的油 損)的功能。并且，作為現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)活塞環(huán)的組合，公知一種由頂環(huán)及次環(huán)構(gòu)成的兩個(gè)壓力環(huán)和一個(gè)油環(huán)共計(jì)三個(gè)活塞環(huán)的組合。近年來(lái)，隨著內(nèi)燃機(jī)的輕量化和高輸出化，對(duì)活塞環(huán)的品質(zhì)要求越來(lái)越高。在此，要求內(nèi)燃機(jī)用活塞環(huán)所具有的性能之一為耐磨損性。作為提高該耐磨損性的方式，目前在活塞環(huán)外周的滑動(dòng)面通過(guò)氮化處理形成氮化層，或者使用PVD等形成硬質(zhì)覆膜。另一方面，也要求內(nèi)燃機(jī)用活塞環(huán)具有用于抑制所述經(jīng)由活塞環(huán)的油損的防漏油性(油☆務(wù)性)。作為提高該防漏油性的方式，需要使活塞環(huán)的主要位于下表面?zhèn)鹊倪吘壊啃纬傻眉怃J。但是，在要同時(shí)滿足上述兩個(gè)要求的情況下，在活塞環(huán)外周的滑動(dòng)面形成硬質(zhì)覆膜并使該硬質(zhì)覆膜的邊緣部分形成得尖銳，但這樣的話，形成于滑動(dòng)面的硬質(zhì)覆膜由于“質(zhì)硬”而具有容易缺損的性質(zhì)，因此導(dǎo)致該邊緣部分尤其容易缺損。為了解決上述問(wèn)題，在專利文獻(xiàn)I中公開有如下的技術(shù)，S卩，不由硬質(zhì)覆膜覆蓋整個(gè)活塞環(huán)滑動(dòng)面，而是在局部形成硬質(zhì)覆膜，在用于滿足防漏油性的邊緣部分使呈尖銳形狀的活塞環(huán)母材露出。專利文獻(xiàn)I :(日本)特表2007 - 520666號(hào)公報(bào)根據(jù)上述專利文獻(xiàn)I的活塞環(huán)，的確能夠同時(shí)滿足活塞環(huán)所要求的上述兩個(gè)性能(耐磨損性及防漏油性)。但是，在專利文獻(xiàn)I的活塞環(huán)中，由于活塞環(huán)母材和比其硬的硬質(zhì)覆膜存在于同一滑動(dòng)面上，故而這些硬度不同的滑動(dòng)面同時(shí)與缸體的內(nèi)周面接觸。于是，由于滑動(dòng)特性的差異而在相對(duì)較軟的活塞環(huán)母材上產(chǎn)生縱向擦傷或磨損，由此，在缸體內(nèi)周面產(chǎn)生擦傷或使磨損加劇，進(jìn)而導(dǎo)致活塞環(huán)自身異常磨損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而提出的，目的在于提供一種活塞環(huán)，其能夠同時(shí)滿足耐磨損性、氣密性乃至防漏油性，并且在該活塞環(huán)的滑動(dòng)面上不產(chǎn)生擦傷或磨損，因此，不會(huì)使成為配合件的缸體內(nèi)周面損傷或磨損，另外，其自身也不會(huì)異常磨損。為了解決上述課題，本發(fā)明的活塞環(huán)，在外周具有滑動(dòng)面，所述活塞環(huán)的特征在于，在所述活塞環(huán)的垂直于徑向的截面中，所述滑動(dòng)面由占據(jù)自一端起的規(guī)定區(qū)域的第一滑動(dòng)面和占據(jù)從所述第一滑動(dòng)面的端部到另一端的區(qū)域的第二滑動(dòng)面構(gòu)成，所述第一滑動(dòng)面由硬質(zhì)覆膜形成，所述第二滑動(dòng)面不由硬質(zhì)覆膜形成，所述第二滑動(dòng)面設(shè)置在比將所述第一滑動(dòng)面向另一端方向延長(zhǎng)的假想線更向內(nèi)側(cè)偏移的位置。另外，在上述方案中，優(yōu)選的是，所述第一滑動(dòng)面通過(guò)在活塞環(huán)的母材上形成凹部并在該凹部設(shè)置硬質(zhì)覆膜而形成，在活塞環(huán)的垂直于徑向的截面中，所述凹部由第一面和第二面構(gòu)成，所述第一面以與活塞環(huán)外周 面平行的方式從母材的上下表面中的任一表面向另一表面延伸，所述第二面從所述第一面的一端向活塞環(huán)外周面延伸，形成所述凹部的第二面和活塞環(huán)外周面以1(Γ30°角度相接。另外，在上述方案中，優(yōu)選的是，形成所述第一滑動(dòng)面的硬質(zhì)覆膜為由PVD法形成的Cr 一 N系或Cr 一 B — N系的覆膜。另外，在上述方案中，優(yōu)選的是，所述第二滑動(dòng)面由活塞環(huán)的母材形成。另外，在上述方案中，優(yōu)選的是，外周的形狀為筒面形狀或偏心筒面形狀。根據(jù)本發(fā)明，在外周具有滑動(dòng)面的活塞環(huán)中，由于該滑動(dòng)面由第一滑動(dòng)面和第二滑動(dòng)面構(gòu)成，該第一滑動(dòng)面由硬質(zhì)覆膜構(gòu)成，該第二滑動(dòng)面不由硬質(zhì)覆膜構(gòu)成，故而對(duì)活塞環(huán)而言，能夠通過(guò)該第一滑動(dòng)面實(shí)現(xiàn)“耐磨損性”，并且能夠通過(guò)該第二滑動(dòng)面來(lái)確?！皻饷苄砸约胺缆┯托浴?，另外，由于該第二滑動(dòng)面設(shè)置在比將第一滑動(dòng)面向另一端方向延長(zhǎng)的假想線更向內(nèi)側(cè)偏移的位置，故而能夠防止硬度不同的兩個(gè)滑動(dòng)面同時(shí)與缸體內(nèi)周面接觸，因此，能夠防止在硬度比第一滑動(dòng)面低的第二滑動(dòng)面產(chǎn)生擦傷或磨損。由此，不會(huì)使成為配合件的缸體內(nèi)周面損傷或磨損，另外，活塞環(huán)自身也不會(huì)異常磨損。另外，通過(guò)將活塞環(huán)的母材的外周面即形成有硬質(zhì)覆膜的凹部的形狀形成為規(guī)定形狀，母材與硬質(zhì)覆膜的邊界部分成為“平緩的”傾斜面(1(Γ30° )，其結(jié)果是，能夠防止應(yīng)力集中在硬質(zhì)覆膜的一處，從而防止該硬質(zhì)覆膜自身從母材剝離。另外，通過(guò)使第二滑動(dòng)面處于偏移的位置，該偏移的部分也能夠作為適當(dāng)?shù)馁A油部而起作用，由此能夠降低活塞環(huán)滑動(dòng)面整體的磨損量。另外，若考慮第二滑動(dòng)面占整個(gè)滑動(dòng)面的比例以及偏移的量，則不能夠產(chǎn)生增大滲漏之類的缺點(diǎn)。另外，在本申請(qǐng)發(fā)明中，形成第一滑動(dòng)面的硬質(zhì)覆膜的材質(zhì)為由PVD法形成的Cr 一 N系、或Cr-B — N系的覆膜，由此能夠充分滿足活塞環(huán)要求的耐磨損性，并且也能夠提高與母材的緊密貼合性，能夠防止剝離。另外，在本申請(qǐng)發(fā)明中，通過(guò)由活塞環(huán)的母材形成所述第二滑動(dòng)面，容易使該第二滑動(dòng)面的端部形成尖銳形狀，能夠提高成品率。另外，本申請(qǐng)發(fā)明也可應(yīng)用于其外周面的形狀具有筒面形狀的活塞環(huán)。


圖I (a)是表示本發(fā)明的活塞環(huán)的一部分垂直于徑向的截面的立體圖，圖I (b)是圖I (a)的截面的放大圖，圖I (C)是圖I (b)的進(jìn)一步放大圖；圖2是表示制造方法的一個(gè)例子的工序圖；圖3 Ca)及圖3 (b)是表示本發(fā)明的活塞環(huán)的其他例子的剖面圖；圖4 Ca)及圖4 (b)是將本發(fā)明的活塞環(huán)適用于油環(huán)的情況下的剖面圖5是剝離試驗(yàn)(扭轉(zhuǎn)試驗(yàn))的說(shuō)明圖；圖6是表示漏氣量、耗油量以及磨損量的圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明I :活塞環(huán)2 :母材3 :硬質(zhì)覆膜4 :氮化擴(kuò)散層5:接合口10 :滑動(dòng)面21 :凹部m :第一滑動(dòng)面η :第二滑動(dòng)面S :假想線
具體實(shí)施例方式
以下，使用附圖對(duì)本發(fā)明的活塞環(huán)進(jìn)行具體說(shuō)明。圖I (a)是表示本發(fā)明的活塞環(huán)的一部分垂直于徑向的截面的立體圖，圖I (b)是圖I (a)的截面的放大圖，圖I (C)是圖I (b)的進(jìn)一步放大圖。另外，在本發(fā)明的活塞環(huán)中形成有圖I未圖示的接合口部。如圖I (a) 圖I (C)所示，本發(fā)明的活塞環(huán)I在外周具有滑動(dòng)面10。如圖I (b)及圖I (C)所示，在觀察活塞環(huán)的垂直于徑向的截面的情況下，滑動(dòng)面10由占據(jù)自一端(圖I中為上端)起的規(guī)定區(qū)域的第一滑動(dòng)面m和占據(jù)從所述第一滑動(dòng)面m的端部到另一端(圖I中為下端)的區(qū)域的第二滑動(dòng)面η構(gòu)成。并且，第一滑動(dòng)面m由硬質(zhì)覆膜3形成，而在第二滑動(dòng)面η不存在硬質(zhì)覆膜3，在圖I所示的實(shí)施方式中，活塞環(huán)母材2直接露出。另外，第二滑動(dòng)面η的特征在于設(shè)置在比將第一滑動(dòng)面m向另一端方向(圖I中為下端方向)延長(zhǎng)的假想線S更向內(nèi)側(cè)(圖I (C)所示的活塞環(huán)的內(nèi)周面?zhèn)?偏移的位置。根據(jù)這樣的本發(fā)明的活塞環(huán)，其滑動(dòng)面10由第一滑動(dòng)面m和第二滑動(dòng)面η構(gòu)成，該第一滑動(dòng)面m由硬質(zhì)覆膜3構(gòu)成，該第二滑動(dòng)面η不是硬質(zhì)覆膜(活塞環(huán)母材2露出)，故而對(duì)活塞環(huán)I而言，能夠通過(guò)該第一滑動(dòng)面m實(shí)現(xiàn)“耐磨損性”，并且能夠通過(guò)該第二滑動(dòng)面η確?！皻饷苄砸约胺缆┯托浴?。另外，該第二滑動(dòng)面η由于處于比將第一滑動(dòng)面m向下端方向延長(zhǎng)的假想線S更向內(nèi)側(cè)偏移的位置，故而能夠防止硬度不同的兩個(gè)滑動(dòng)面(m、η)同時(shí)與缸體內(nèi)周面接觸，故而能夠防止在硬度比第一滑動(dòng)面m低的第二滑動(dòng)面η產(chǎn)生擦傷或磨損。由此，不會(huì)使作為配合件的缸體內(nèi)周面損傷或磨損，進(jìn)而，活塞環(huán)自身也不異常磨損。以下，對(duì)構(gòu)成上述本發(fā)明的活塞環(huán)I的母材2進(jìn)行說(shuō)明。 關(guān)于母材2的材質(zhì)，不特別限定，可以使用任何材質(zhì)。例如，作為其材質(zhì)，主要可以使用鋼(鋼材)，另外作為不銹鋼，可使用以Jis規(guī)格表示的SUS440、SUS410、SUS304等、或者8Cr 鋼、IOCr 鋼、STOSC — V、SffRH 材料等。接著，對(duì)第一滑動(dòng)面m進(jìn)行說(shuō)明。
第一滑動(dòng)面m是在活塞環(huán)I的滑動(dòng)面中占據(jù)自其一端(圖I中為上端)起規(guī)定區(qū)域的部分，由硬質(zhì)覆膜3形成。在此，第一滑動(dòng)面m通過(guò)在活塞環(huán)母材2的將成為第一滑動(dòng)面的部分設(shè)置凹部21并在該凹部21設(shè)置硬質(zhì)覆膜3而形成。對(duì)該凹部21的形狀沒(méi)有特別限定，但如圖I (C)所示，優(yōu)選的是，在第一滑動(dòng)面m的端部，凹部21的深度h(=硬質(zhì)覆膜3的厚度)逐漸變淺(減薄)。更具體地說(shuō)，如圖I (c)所示，優(yōu)選的是，在觀察活塞環(huán)的垂直于徑向的截面的情況下，在母材2以如下方式形成凹部21，即凹部21由從母材的上表面朝向下表面(反之亦可)且與活塞環(huán)外周面Z平行地延伸的第一面X和從所述第一面X的一端Xl向活 塞環(huán)外周面Z延伸的第二面Y構(gòu)成，并且該第二面Y和活塞環(huán)的外周面Z (形成于凹部21的硬質(zhì)覆膜3的表面)以1(Γ30°的角度相接(參照?qǐng)DI (c)的符號(hào)α)。通過(guò)形成這樣的形狀，能夠防止硬質(zhì)覆膜3從活塞環(huán)母材2剝離。另外，本發(fā)明對(duì)于凹部21的深度h (=硬質(zhì)覆膜3的厚度)不作特別限定，但考慮到設(shè)于凹部21且作為第一滑動(dòng)面m起作用的硬質(zhì)覆膜3的性能以及制造成本等，優(yōu)選為Γ70 μ m左右，特別優(yōu)選1(Γ60 μ m。若小于I μ m,則存在因磨損而使覆膜消失且耐久性變差的問(wèn)題，若超過(guò)70 μ m，則在制造上耗費(fèi)時(shí)間，在成本方面是不理想的。另外，如上所述，凹部21的深度h最終為形成于該部分的硬質(zhì)覆膜3的厚度。本發(fā)明對(duì)于第一滑動(dòng)面m占整個(gè)活塞環(huán)滑動(dòng)面10的比例(即，設(shè)于活塞環(huán)母材2的凹部21的軸向長(zhǎng)度)未作特別限定。但是，為了使活塞環(huán)I具有耐磨損性，需要在其滑動(dòng)面10充分地形成硬質(zhì)覆膜3，另一方面，與該第一滑動(dòng)面分別形成的第二滑動(dòng)面η (后面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明)的作用是使邊緣尖銳化并提高氣密性以及防漏油性，故而第一滑動(dòng)面m所占的比例(凹部21的長(zhǎng)度)優(yōu)選為活塞環(huán)的截面全長(zhǎng)的75、5%左右。因此，第二滑動(dòng)面η占整個(gè)滑動(dòng)面的比例為全長(zhǎng)的5 25%。若第二滑動(dòng)面η占整個(gè)滑動(dòng)面的比例小于5%，則存在容易產(chǎn)生缺損及剝離的問(wèn)題，而若第二滑動(dòng)面η占整個(gè)滑動(dòng)面的比例超過(guò)25%，則沒(méi)有硬質(zhì)覆膜3 (第一滑動(dòng)面m)的部分較多，存在耐磨損性差之類的問(wèn)題。在此，優(yōu)選的是，活塞環(huán)母材2至少對(duì)下表面24進(jìn)行氮化處理，而且，在此基礎(chǔ)上，也可以對(duì)上表面22、內(nèi)周面23進(jìn)行氮化處理。這是因?yàn)椋軌蜻M(jìn)一步提高活塞環(huán)的耐磨損性，并且無(wú)需后處理，能夠簡(jiǎn)化制造工序。作為該氮化處理，不作特別限定，但可以例舉鹽浴軟氮化處理、氣體氮化處理、氣體軟氮化處理、離子氮化處理等作為具體例子。優(yōu)選的是，利用氮化處理將維氏硬度(HV)為700以上的氮化層作為氮化擴(kuò)散層并使該氮化擴(kuò)散層的厚度為f 40 μ m，特別優(yōu)選的是，厚度為10 20 μ m。接著，對(duì)形成第一滑動(dòng)面的硬質(zhì)覆膜3進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)硬質(zhì)覆膜3的材質(zhì)不作特別限定，只要是能夠提高該硬質(zhì)覆膜3的效果、即活塞環(huán)的耐磨損性的覆膜，換言之只要是材質(zhì)比活塞環(huán)母材2硬的覆膜即可，能夠適當(dāng)選擇使用以往使用的各種硬質(zhì)覆膜。在本發(fā)明中，在各種硬質(zhì)覆膜中，優(yōu)選的是，由PVD法(物理氣相沉積法)形成的Cr-N系或Cr-B — N系的覆膜。作為用于形成Cr-N系或Cr_B_N系的硬質(zhì)覆膜3的PVD法，能夠例舉離子電鍍法、真空蒸鍍法、濺射法等。優(yōu)選的是，Cr-N系硬質(zhì)覆膜3為由Cr、CrN, Cr2N構(gòu)成的覆膜，Cr為O. 5^15. 5質(zhì)量％，CrN為45. 0 98· O質(zhì)量％，Cr2N為剩余部分。另一方面，Cr-B — N系硬質(zhì)覆膜3優(yōu)選的是，B含有量為O. 05 20質(zhì)量％。通過(guò)將B含于Cr 一 N合金中而形成的該硬質(zhì)覆膜在耐磨損性以及耐擦傷性方面表現(xiàn)優(yōu)良，特別在防侵蝕性方面表面優(yōu)良。在B含有量小于O. 05質(zhì)量％時(shí)，不能夠得到耐劃痕性以及防侵蝕性所期待的效果。若B含有量超過(guò)20質(zhì)量％，則硬質(zhì)覆膜3的內(nèi)部應(yīng)力提高，韌性降低，在覆膜產(chǎn)生裂痕以及層間剝離等，不能夠發(fā)揮作為活塞環(huán)的作用。特別優(yōu)選的是，構(gòu)成Cr-B - N系硬質(zhì)覆膜3的B含有量處于f 3質(zhì)量％的范圍內(nèi)，優(yōu)選的是，構(gòu)成Cr 一 B — N系硬質(zhì)覆膜3的N含有量處于4. (Γ34.0重量％的范圍內(nèi)，剩余部分為Cr。接著，對(duì)本發(fā)明的活塞環(huán)I的第二滑動(dòng)面η進(jìn)行說(shuō)明。該第二滑動(dòng)面η如上所述，以使活塞環(huán)I具有“氣密性以及防漏油性”為目的。因此，優(yōu)選的是，第二滑動(dòng)面η的端部nl (另一端，在圖I中為下端)構(gòu)成一定程度的尖銳形狀。另外，第二滑動(dòng)面η與上述第一滑動(dòng)面m不同，其不由硬質(zhì)覆膜形成，如圖I所示，由活塞環(huán)母材2自身形成。換言之，處于使活塞環(huán)母材露出的狀態(tài)。這樣，通過(guò)將活塞環(huán)母材2自身作為第二滑動(dòng)面n，即便使其端部nl形成為尖銳形狀，在該部分也不產(chǎn)生缺損等破損。另外，第二滑動(dòng)面η的特征在于處于比將上述第一滑動(dòng)面向另一端方向(在圖I中為下端方向)延長(zhǎng)的假想線S更向內(nèi)側(cè)偏移的位置，但是對(duì)該偏移的量(圖I (C)的附圖標(biāo)記f)不作特別限定。偏移的量f過(guò)大時(shí)，由于恐怕會(huì)從該部分產(chǎn)生滲漏，故而該偏移的量?jī)?yōu)選例如為廣20 μ m左右，特別優(yōu)選為f 10 μ m左右。若偏移的量f超過(guò)20 μ m，則在將活塞環(huán)組裝于活塞的環(huán)槽時(shí)產(chǎn)生勾掛(引ο々如”)而在滑動(dòng)面產(chǎn)生缺損的可能性增加。另一方面，通過(guò)使偏移量f為10 μ m以下，能夠?qū)B漏抑制得低，進(jìn)而能夠使其穩(wěn)定且不易產(chǎn)生勾掛。另外，通過(guò)使偏移量f為I μ m以上，能夠防止第二滑動(dòng)面η的強(qiáng)烈沖撞，防止局部的磨損。另外，出于同樣的觀點(diǎn)，需要對(duì)第二滑動(dòng)面η占整個(gè)滑動(dòng)面(軸向)的比例(全長(zhǎng)的5 25 %)也作考慮，例如優(yōu)選設(shè)計(jì)為O. Γ1. Omm左右，更優(yōu)選設(shè)計(jì)為O. 2^0. 5mm左右。另外，對(duì)于該第二滑動(dòng)面η而言，如上所述，可以使活塞環(huán)母材2自身露出而形成，也可以對(duì)該滑動(dòng)面進(jìn)行上述的氮化處理。接著，對(duì)本發(fā)明的活塞環(huán)的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)制造方法不作特別限定，只要使作為最終產(chǎn)品的活塞環(huán)I具有上述說(shuō)明的各特征即可，可以使用任意制造方法。圖2是表示制造方法的一個(gè)例子的工序圖。如圖2 Ca)所示，準(zhǔn)備設(shè)有凹部21的活塞環(huán)母材2，該凹部21用于形成將成為第一滑動(dòng)面m的硬質(zhì)覆膜3。在此，凹部21的深度H比作為最終產(chǎn)品的活塞環(huán)I的凹部21的 深度(圖I (c)的附圖標(biāo)記h)深。換言之，凹部21的深度H比最終應(yīng)形成于凹部21的硬質(zhì)覆膜3的膜厚深。另外，該凹部21的形成方法只要適當(dāng)選擇并采用切削、磨削、研磨乃至由線材預(yù)先成形等公知的技術(shù)即可。
接著，如圖2 (b)所示，在母材2的整個(gè)外周面形成硬質(zhì)覆膜3。形成的硬質(zhì)覆膜3的膜厚為最終產(chǎn)品的活塞環(huán)I所需的膜厚。另外，在硬質(zhì)覆膜3的形成方法中，如前所述，可以使用各種PVD法。接著，如圖2 (C)所示，將形成于母材2的下表面?zhèn)鹊耐共糠?圖中斜線的部分)沿形成于母材2的凹部21的硬質(zhì)覆膜3的表面研磨除去。此時(shí)，作為研磨材料，使用硬質(zhì)粒子(例如A1203、SiC、金剛石等研磨材料)，通過(guò)與外周面平行地研磨，與硬質(zhì)覆膜3相比，稍微多地研磨比硬質(zhì)覆膜3軟的活塞環(huán)2。其結(jié)果是，在如圖2 (d)所示的偏移位置完成第二滑動(dòng)面，從而能夠形成本發(fā)明的活塞環(huán)I。另外，如果在該狀態(tài)下進(jìn)行氮化處理，則如圖2 Ce)所示，在活塞環(huán)母材2形成氮化擴(kuò)散層。根據(jù)圖2所示的方法，在母材2的整個(gè)外周面形成硬質(zhì)覆膜3之后，通過(guò)將不需要 部分除去，最終能夠使母材2在規(guī)定部分(下表面?zhèn)鹊倪吘壊糠?露出，故而在通過(guò)PVD法形成硬質(zhì)覆膜3的情況下，也無(wú)需使用掩模等，能夠比較簡(jiǎn)單且低成本地制造本發(fā)明的活塞環(huán)。圖3 Ca)及圖3 (b)是表示本發(fā)明的活塞環(huán)的其他例子的剖面圖。如圖3 (a)所示，在本申請(qǐng)發(fā)明的活塞環(huán)中，也能夠?qū)⑵浠瑒?dòng)面10的形狀形成為筒面形狀，如圖3 (b)所示，也能夠?qū)⑵浠瑒?dòng)面10的形狀形成為偏心筒面形狀。通過(guò)形成筒形，能夠一邊進(jìn)行油膜潤(rùn)滑一邊防止自外周面(滑動(dòng)面)漏氣。在該情況下，通過(guò)使第二滑動(dòng)面比假想線S更向內(nèi)側(cè)偏移，從而形成本發(fā)明的活塞環(huán)，該假想線S是將原本呈筒面形狀的第一滑動(dòng)部m延長(zhǎng)而得到的線。另外，在活塞環(huán)的外周面為筒面形狀或偏心筒面形狀的情況下，外周面Z為曲面形狀，使用在第一滑動(dòng)面m與第二滑動(dòng)面η的邊界點(diǎn)引出的切線能夠求出圖I所示的α。本發(fā)明的活塞環(huán)不僅用于作為所謂的壓力環(huán)起作用的頂環(huán)，也能夠用于作為相同的壓力環(huán)的次環(huán)，另外，本發(fā)明也可適用于油環(huán)。圖I及圖2是所謂的壓力環(huán)的例子，在該情況下，如圖所示，優(yōu)選的是，在活塞環(huán)的上表面?zhèn)刃纬捎操|(zhì)覆膜3而作為第一滑動(dòng)面，將下表面?zhèn)茸鳛榈诙瑒?dòng)面η。在壓力環(huán)中，在下表面?zhèn)鹊倪吘壊糠植恍纬捎操|(zhì)覆膜3，通過(guò)使母材2露出而能夠防止缺損和剝離。圖4 (a)、(b)是將本發(fā)明的活塞環(huán)適用于油環(huán)時(shí)的剖面圖。在由螺旋脹圈(2 47 >夕')(未圖示)和油環(huán)主體I構(gòu)成的雙油環(huán)中，如圖4 (a)所示，與上下兩個(gè)滑動(dòng)面一同，在上表面?zhèn)刃纬捎操|(zhì)覆膜3而作為第一滑動(dòng)面m，并且將下表面?zhèn)茸鳛榈诙瑒?dòng)面η。在該情況下，油溢出的方向?yàn)橛铜h(huán)主體I的下方。另一方面，如圖4(b)所示，對(duì)于上側(cè)的滑動(dòng)面而言，也可以在上表面?zhèn)刃纬捎操|(zhì)覆膜3而作為第一滑動(dòng)面m，并且將下表面?zhèn)茸鳛榈诙瑒?dòng)面n，對(duì)于下側(cè)的滑動(dòng)面而言，在下表面?zhèn)刃纬捎操|(zhì)覆膜3而作為第一滑動(dòng)面m，將上表面?zhèn)茸鳛榈诙瑒?dòng)面η。在該情況下，油溢出的方向?yàn)榛钊h(huán)主體I的中央部。實(shí)施例使用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的活塞環(huán)進(jìn)行更具體的說(shuō)明。(實(shí)施例Γ12)
使用通過(guò)所述圖2說(shuō)明的方法制造圖I所示的活塞環(huán)(油環(huán))。在此，作為母材2，使用以JIS規(guī)格表示的SUS440B。另外，作為硬質(zhì)覆膜3，采用由離子電鍍法形成的Cr-B — N(實(shí)施例f 6)以及Cr 一N (實(shí)施例7 12)。制造的活塞環(huán)的尺寸如下直徑為115mm，軸向?qū)挾萮i為3. 0mm，徑向?qū)挾萢l為3. 95_。另外,在活塞環(huán)外周滑動(dòng)面的下部(邊緣部分)露出的母材的長(zhǎng)度η為O. 2"O. 5_。在這樣的實(shí)施例f 12中，構(gòu)成形成于母材2的凹部21的第二面Y與活塞環(huán)外周面Z所成的角α的值如以下的表I所示。另外，以能夠觀察活塞環(huán)軸向截面的方式切開活塞環(huán)，并對(duì)截面進(jìn)行研磨而使其鏡面化，在放大為100倍的視野下對(duì)該第二面Y與活塞環(huán)外周面Z所成的角α進(jìn)行確認(rèn)。另外，在這些實(shí)施例中，如以下的表I所示，母材中的未形成有硬質(zhì)覆膜3的部分，存在進(jìn)行氮化處理和未進(jìn)行氮化處理的情況。 對(duì)氮化處理而言，使用氣體氮化法形成1(Γ20 μ m厚度的氮化擴(kuò)散層。(比較例Γ4)以與所述實(shí)施例相同的要點(diǎn)，制造比較例的活塞環(huán)，該比較例的活塞環(huán)使構(gòu)成形成于母材2的凹部21的第二面Y與活塞環(huán)外周面Z所成的角α的值為30°，并且使第二滑動(dòng)面的偏移量f為零。具體如表I所示。(現(xiàn)有例2)以與上述實(shí)施例相同的要點(diǎn)制造在母材2的整個(gè)外周面形成有硬質(zhì)覆膜3的現(xiàn)有例。具體如表I所示?！矂冸x試驗(yàn)〕使用圖5所示的扭轉(zhuǎn)剝離試驗(yàn)機(jī)40進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，利用夾持件41a、41b夾持活塞環(huán)I的接合口 5的相對(duì)的接合口端部，固定夾持件41a，使夾持件41b在活塞環(huán)I的徑向上以接合口的相反側(cè)6為軸如點(diǎn)劃線所示地旋轉(zhuǎn)，將活塞環(huán)I以規(guī)定的扭轉(zhuǎn)角度扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)角度設(shè)定為90°。在扭轉(zhuǎn)后，將該活塞環(huán)I的接合口相反側(cè)6切斷，通過(guò)目視觀察切斷面(截面)中的覆膜層是否從環(huán)母材剝離。觀察的結(jié)果，將完全沒(méi)有龜裂或剝離的情況記為“ O ”，將龜裂或剝離即便是輕微但能夠確認(rèn)的情況設(shè)為“ X ”。進(jìn)行剝離試驗(yàn)的是實(shí)施例1、4、5、7、10、11、比較例廣4以及現(xiàn)有例
Io其結(jié)果表示在以下的表I中。〔表I〕
αn (mm) f (μιη)覆膜母材的表面處理剝離試驗(yàn)結(jié)果
實(shí)施例 I 10036Cr-B-N無(wú) O
實(shí)施例2 105713Cr-B-N氮化層
實(shí)施例3 155714Cr-B-N氮化層
實(shí)施例 4 20035Cr-B-N無(wú) O
權(quán)利要求
1.一種活塞環(huán)，在外周具有滑動(dòng)面，所述活塞環(huán)的特征在于， 在所述活塞環(huán)的垂直于徑向的截面中，所述滑動(dòng)面由占據(jù)自一端起的規(guī)定區(qū)域的第一滑動(dòng)面和占據(jù)從所述第一滑動(dòng)面的端部到另一端的區(qū)域的第二滑動(dòng)面構(gòu)成， 所述第一滑動(dòng)面由硬質(zhì)覆膜形成， 所述第二滑動(dòng)面不由硬質(zhì)覆膜形成， 所述第二滑動(dòng)面設(shè)置在比將所述第一滑動(dòng)面向另一端方向延長(zhǎng)的假想線更向內(nèi)側(cè)偏移的位置。
2.如權(quán)利要求I所述的活塞環(huán)，其特征在于， 所述第一滑動(dòng)面通過(guò)在活塞環(huán)的母材上形成凹部并在該凹部設(shè)置硬質(zhì)覆膜而形成， 在活塞環(huán)的垂直于徑向的截面中，所述凹部由第一面和第二面構(gòu)成，所述第一面以與活塞環(huán)外周面平行的方式從母材的上下表面中的任一表面向另一表面延伸，所述第二面從所述第一面的一端向活塞環(huán)外周面延伸， 形成所述凹部的第二面和活塞環(huán)外周面以1(Γ30°角度相接。
3.如權(quán)利要求I或2所述的活塞環(huán)，其特征在于，形成所述第一滑動(dòng)面的硬質(zhì)覆膜為由PVD法形成的Cr-N系或Cr-B — N系的覆膜。
4.如權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的活塞環(huán)，其特征在于，所述第二滑動(dòng)面由活塞環(huán)的母材形成。
5.如權(quán)利要求廣4中任一項(xiàng)所述的活塞環(huán)，其特征在于，外周的形狀為筒面形狀或偏心筒面形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種活塞環(huán)，其能夠同時(shí)滿足耐磨損性、氣密性乃至防漏油性，并且在該活塞環(huán)的滑動(dòng)面上不產(chǎn)生擦傷或磨損，因此，不會(huì)使作為配合件的缸體內(nèi)周面損傷或磨損，另外，其自身也不會(huì)異常磨損。在外周具有滑動(dòng)面的活塞環(huán)中，在所述活塞環(huán)的垂直于徑向的截面中，所述滑動(dòng)面由占據(jù)自一端起的規(guī)定區(qū)域的第一滑動(dòng)面和占據(jù)從所述第一滑動(dòng)面的端部到另一端的區(qū)域的第二滑動(dòng)面構(gòu)成，所述第一滑動(dòng)面由硬質(zhì)覆膜形成，所述第二滑動(dòng)面不由硬質(zhì)覆膜形成，并且所述第二滑動(dòng)面設(shè)置在比將所述第一滑動(dòng)面向另一端方向延長(zhǎng)的假想線更向內(nèi)側(cè)偏移的位置。
文檔編號(hào)F16J9/20GK102639851SQ20098016265
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者千葉篤, 平石嚴(yán), 秋元直行, 藤村和浩 申請(qǐng)人:日本活塞環(huán)株式會(huì)社