[发明专利]活塞环

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机用的活塞环，更详细而言，涉及作为内燃机用的第二压力环而使用的活塞环。

背景技术

近年来，以温暖化为代表的环境问题在地球范围内受到广泛关注。对于发动机，要求降低CO₂向大气中的排出量，也进一步要求低燃耗化。进而，活塞环中，由于要求其的低燃耗化，因此，要求降低与缸套的滑动时的摩擦力。另外，随着发动机的高输出化，要求活塞环的质量越来越高，而要求其相应的滑动特性（例如，耐磨损性、耐擦伤性等）。

鉴于这些情况，耐磨损性及耐烧结性优异且可最大限度地发挥摩擦力降低效果的活塞环的开发、对这样的活塞环的表面处理技术的开发及表面改质技术的开发等在进行。

通常，在内燃机用的活塞中安装有作为压力环的第一压力环及第二压力环以及油环这三个活塞环。暴露于恶劣的环境中的第一压力环使用马氏体系不锈钢即相当于SUS440（JIS标准）等的钢材。与此相对，对于热负荷或压力负荷少的第二压力环，使用含有的9～14质量％程度的Cr的不锈钢材。

而且，如上所述，随着高输出化，即使热负荷或压力负荷变大，为了得到呈现良好的滑动特性的活塞环，通常对活塞环基材实施氮化处理。

但是，在对活塞环基材的至少外周滑动面实施了氮化处理的情况下，具有活塞环基材的尺寸精度下降、氮化处理后的加工变得非常困难的问题。另外，在实施氮化处理工序的情况下，具有加工工序多、成本高的缺点。

本申请人为了解决与这种内燃机用活塞环有关的问题点，反复进行试验，到目前为止，也提案有各种各样的解决手段。

例如，专利文献1中提案有一种碳钢材制的活塞环，其包含：C：0.50～0.75质量％、Si：0.15～0.35质量％、Mn：0.61～0.95质量％、P：0.03质量％以下、S：0.03质量％以下，且其余部分由Fe及不可避免的杂质构成。在该文献1中，本申请人提案对第二压力环的至少外侧滑动面实施氮化处理，或作为氮化处理的替代而实施硬质镀铬。

专利文献2中还提案有一种活塞环，其由包含：Cr：9.0质量％以上11.0质量％以下及C：0.45质量％以上0.55质量％以下的碳钢材构成，在上面、下面、外周面及内周面上，以2μm以上25μm以下的深度形成具有700Hv（0.05）以上的硬度的氮化扩散层。

在该文献2中提案的活塞环是考虑到第二压力环而形成的。而且，通过以具有上述组成的碳钢材构成活塞环基材，以抑制白层生成的状态在环整周均匀且均匀、较薄地形成氮化扩散层。这样，不需要氮化后的磨削加工，实现大幅度的成本降低。

专利文献1：（日本）特开2002－194500号公报

专利文献2：（日本）特开2007－270880号公报

专利文献1及专利文献2中提案的发明对于内燃机用活塞环，在以低成本形成具备耐磨损性和高强度的活塞环的方面是优异的。

本发明人进一步进行研究发现对活塞环基材实施氮化处理会产生上述不良情况的事态，从而尝试不对活塞环基材实施氮化处理而形成内燃机用的活塞环。于是，在该过程中克服遇到的各种课题，并最终完成本申请发明。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而创立的，其目的在于，提供一种活塞环，其对于内燃机用活塞环，特别对于第二压力环，能以耐磨损性优异且低成本形成。

用于解决所述课题的本发明的活塞环，其为内燃机用活塞环的第二压力环，以外周面形状为锥形面且径向截面形状成为矩形环、刮油环（scraper ring）及钩形环（Napier ring）的任一种而形成，其特征在于，具有活塞环基材和设于该活塞环基材的至少外周滑动面的硬质覆盖膜，所述活塞环基材由维氏硬度Hv350以上且Hv550以下的碳钢材或低合金钢构成，所述外周滑动面形成为从所述活塞环基材的上端朝向下端逐渐向外侧伸出的锥形状，且形成为锥形状的所述外周滑动面的外缘端部和从该外缘端部朝向轴向的下端逐渐向内侧缩径的曲面与环下面平行的下端面或与下端部相接的虚拟线之间的轴向的长度形成为0.01mm以上且0.30mm以下，所述硬质覆盖膜由膜厚5μm以上且30μm以下、孔隙率0.5％以上且1.5％以下及维氏硬度Hv800以上且Hv2300以下的离子镀覆盖膜构成，所述硬质覆盖膜形成于所述活塞环基材的表面。