活塞环
阅读：726发布：2020-05-11
专利汇可以提供活塞环专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种 活塞 环，当将所述 活塞环 安装于至少活塞环槽的材质为 钢 制、或者 铸 铁 制的柴油 发动机 用活塞中时，能充分地抑制粘着磨损的发生。为了实现该目的，安装于 柴油发动机 用活塞中的活塞环采用的是，该活塞环的上表面和下表面的表面 载荷 长度率Rmr2（以JIS B 0601：2001为基准）满足Rmr2（0.5%，0.3μm）≥20%和Rmr2（0.5%，0.4μm）≥40%的各条件的活塞环。，下面是活塞环专利的具体信息内容。
1.一种活塞环，所述活塞环是安装于柴油发动机用活塞中的活塞环，其特征在于，所述活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2满足下述数1所标示的式（1）和式（2）的各条件，所述表面载荷长度率Rmr2以JIS B0601：2001为基准，[数1]
Rmr2(0.5％，0.3μm)≥20％…(1)
Rmr2(0.5％，0.4μm)≥40％…(2)；
当所述Rmr2表示为Rmr2（Rmr（Co），z）时，这里将指定的初始磨损后的载荷长度率（%）设为Rmr（Co），将与对应于所述Rmr（Co）的切断水平线Co相距的深度（μm）设为z，则在与所述Rmr（Co）为0.5%时的所述z的关系中，在将所述z表示于x轴、将所述Rmr2表示于y轴的坐标系中，对z为0.1μm和0.3μm的各个所述Rmr2的数据点进行连接的直线的倾斜度为80以上。
2.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环的上表面和下表面的表面十点平均粗糙度RzJIS为0.2μm～2.0μm，所述平均粗糙度RzJIS以JIS B0601：2001为基准。
3.如权利要求1或2所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环的上表面和下表面中形成有硬质层，所述硬质层的维氏硬度（HV）为700HV0.1～3000HV0.1。
4.如权利要求1或2所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环为钢制或者铸铁制，且所述活塞环的上表面和下表面中形成的硬质层是选自氮化处理层、镀铬层、PVD处理层、CVD处理层或者DLC层中的任一种或两种以上。
5.如权利要求3所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环为钢制或者铸铁制，且所述活塞环的上表面和下表面中形成的硬质层是选自氮化处理层、镀铬层、PVD处理层、CVD处理层或者DLC层中的任一种或两种以上。
6.如权利要求1或2所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环的活塞轴方向剖面的形状为矩形形状、梯形形状、或者半梯形形状中的任一种。
7.如权利要求3所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环的活塞轴方向剖面的形状为矩形形状、梯形形状、或者半梯形形状中的任一种。
8.如权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环的活塞轴方向剖面的形状为矩形形状、梯形形状、或者半梯形形状中的任一种。
9.如权利要求5所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环的活塞轴方向剖面的形状为矩形形状、梯形形状、或者半梯形形状中的任一种。
10.如权利要求1或2所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞组合使用。
11.如权利要求3所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞组合使用。
12.如权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞组合使用。
13.如权利要求5所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞组合使用。
14.如权利要求6所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞组合使用。
15.如权利要求7所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞组合使用。
16.如权利要求8所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞组合使用。
17.如权利要求9所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞组合使用。
活塞环
技术领域
背景技术
[0002] 近年，随着延长汽车用发动机寿命以及提高燃油效率的市场要求，对该发动机所使用的活塞环提出了宽度小且重量轻、低张力且摩擦损失小的要求。此处，活塞环被安装在活塞上，用于实现汽缸内中的活塞的平滑往复运动，以及对高温的燃烧气体进行密封。安装有活塞环的活塞使汽缸内形成燃烧室，从而该燃烧室内的燃料的燃烧所产生的爆炸压力转化为曲轴的旋转。因此，要求安装于活塞的活塞环具有能够承受该燃烧室中的爆炸冲击，以及能够长时间地、稳定地密封高温的燃烧气体的功能。如果活塞环无法实现这种密封性的提高时，将造成发动机输出功率的降低或耗油量的增加等。
[0003] 为了提高上述的耐冲击性和气密性，在活塞环中，存在能避免初始运行时的异常磨损的材质、或可有效地防止气体的泄漏（漏气）并适用于润滑理论的形状等与发动机的特征相对应的各种种类。例如，对于柴油发动机用活塞来说，随着根据近年的排放控制措施而导致的内燃机的燃烧压力增大，活塞受到的载荷增大，由于必须能承受这样的严苛的使用条件，因此活塞环槽的材质成为钢制或者铸铁制。因此，当安装与活塞环槽材质相同的活塞环时，容易发生粘着磨损。
[0004] 为了抑制该粘着磨损的发生，柴油发动机用活塞上所安装的活塞环的形状构成为，该活塞环的上表面和/或下表面侧具有和该活塞环槽相同的倾斜角度的形状。如果，活塞和活塞环之间发生粘着磨损，则活塞环上下表面和活塞的活塞环槽之间的密封性变差，造成发动机输出功率的降低或耗油量的增大等。
[0005] 为了避免上述问题，例如，在专利文献1（日本特开2004-92714号）中公开了，适用于如高输出功率发动机这样的、伴随着高燃烧温度和燃烧压力的高输出功率的内燃机的、在耐久性方面优异的活塞和活塞环的组合。具体而言，专利文献1的活塞和活塞环的组合，在至少活塞环槽的材质为钢制的活塞中，安装了至少在外周滑动面形成有硬质膜的铸铁制的活塞环。进而，专利文献1中公开了以下技术构思：通过使活塞环的材质为铸铁制，并借助铸铁特有的石墨的存在，从而在该活塞环的上下表面形成凹凸，该凹凸有助于积油，另外，通过将石墨用作自润滑材料，在与由对偶材料即钢材质构成的活塞环槽之间抑制粘着的发生，从而能获得优异的耐久性。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1：日本特开2004-92714号公报
发明内容
[0009] 发明要解决的问题
[0010] 如上所述，专利文献1的活塞和活塞环的组合可抑制在活塞环上下表面发生的粘着。像这样，一直以来采用了该对策，用以抑制活塞环槽和活塞环上下表面的接触面中的粘着磨损的发生。但是，在专利文献1的活塞和活塞环的组合中，作为该组合的条件，在至少活塞环槽的材质为钢的活塞与铸铁制的活塞环的组合中，双方的材质受到限定，但是把专利文献1的活塞环安装在至少活塞环槽为钢制的活塞上时，并没有从活塞环上下表面的表面性状的角度，为充分地防止粘着来进行研究。
[0011] 据以上所述，本发明的目的在于提供一种活塞环，当所述活塞环被安装在至少活塞环槽的材质为钢制、或者铸铁制的柴油发动机用活塞时，可充分地抑制粘着磨损。
[0012] 解决问题的手段
[0014] 本发明的活塞环是安装于柴油发动机用活塞的活塞环，其特征在于，所述活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2（以JIS B 0601：2001为基准），满足下述的数1所标示的式（1）和式（2）的各条件，
[0015] [数1]
[0016] Rmr2(0.5％，0.3μm)≥20％···(1)
[0017] Rmr2(0.5％，0.4μm)≥40％···(2)。
[0018] 在本发明的活塞环中，当所述Rmr2表示为Rmr2（Rmr（Co），z）（此处，将指定的初始磨损后的载荷长度率（%）设为Rmr（Co），将与对应于该Rmr（Co）的切断水平线Co相距的深度（μm）设为z）时，则在与所述Rmr（Co）为0.5%时的所述z的关系中，优选在将所述z表示于x轴、将所述Rmr2表示于y轴的坐标系中，对z为0.1μm和0.3μm的各个所述Rmr2的数据点进行连接的直线的倾斜度为80以上。
[0019] 在本发明的活塞环中，所述活塞环的上表面和下表面的表面十点平均粗糙度RzJIS（JIS B 0601：2001）优选为0.2μm～2.0μm。
[0020] 在本发明的活塞环中，所述活塞环的上表面以及下表面中，优选形成有硬质层，所述硬质层的维氏硬度（HV）为700HV0.1～3000HV0.1。
[0021] 在本发明的活塞环中，所述活塞环优选为钢制或者铸铁制，且形成于所述活塞环的上表面和下表面中的硬质层为选自氮化处理层、镀铬层、PVD处理层、CVD处理层或者DLC层中的任意一种或者两种以上。
[0022] 在本发明的活塞环中，所述活塞环的活塞轴方向剖面的形状优选为矩形形状、梯形形状、或者半梯形形状中的任一种。
[0023] 本发明的活塞环，优选与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞来组合使用。
[0024] 发明的效果
[0026] 图1是表示为了说明将本发明的活塞环安装在活塞环槽后的状态，而在轴方向上切断而得到的概略剖面图。
[0027] 图2是使用由糙度曲线画成的载荷曲线来对载荷长度率Rmr2进行说明的图。
[0028] 图3是表示在本发明的实施例和比较例中的、环槽磨损比和发动机运转时间（hr）的关系的图表。
[0029] 图4是表示在本发明的实施例和比较例中的、载荷长度率Rmr2（Rmr（Co）＝0.5%）和磨损深度z（Co-Cn（μm））的关系的图表。
[0030] 部件代表符号说明
[0031] 1活塞环
[0032] 2活塞环上表面
[0033] 3活塞环下表面
[0034] 4活塞环滑动面
[0035] 5活塞
[0036] 6活塞环槽
[0037] 7活塞环槽上侧面
[0038] 8活塞环槽下侧面
[0039] 9汽缸
[0040] 10汽缸内壁面
[0041] 11硬质层
[0042] 12耐磨损层
具体实施方式
[0043] 针对本发明的活塞环的优选实施方式，以下用图演示并对本发明进行更详细的说明。
[0044] 图1是表示为了说明将本发明的活塞环安装在活塞环槽后的状态，而在轴方向上切断而得到的概略剖面图。如图1所示，活塞环1在安装于活塞环槽6内的状态下，填补了汽缸9和活塞5之间的几十微米大小的缝隙，在密封燃烧气体的同时，通过活塞5的往复运动，借助自身具有的张力而被推压于汽缸内壁面10的活塞环的滑动面4对油膜的厚度进行适当地控制。进而，通过使活塞环1经由油膜而与汽缸内壁面10接触、同时追随活塞5的往复运动（图中的箭头方向），使得活塞环1在活塞环槽6内发生上下运动，使该活塞环1的上表面2、下表面3分别与活塞环槽的上表面7、下表面8之间进行反复接触。此时，如果钢制的活塞环槽6内中采用钢制的活塞环，则活塞环的上表面2、下表面3分别与活塞环槽6的上表面7、下表面8之间的接触部分将发生粘着磨损。
[0045] 从图1也可理解，活塞环的上表面2、下表面3分别与活塞环槽6的上表面7、下表面8之间的接触部分中一旦发生粘着磨损，则在活塞环的上表面2或者下表面3中的任一方的表面与该活塞环槽6的上表面7、下表面8相接的状态下，产生缝隙，导致耗油量或漏气量的增大。因此，与活塞环槽的上表面7、下表面8分别接触的活塞环1的上表面2、下表面3的表面粗糙度就成为重要的条件。且，如图1所示的活塞环1是被称为所谓梯形环的种类，这种活塞环1具有在环上下表面设有倾斜的楔形剖面形状，但本发明的活塞环的形状并不限于此。例如，本发明的活塞环可以具有，活塞环的下表面侧形成为与汽缸轴大致垂直、而只在上表面侧设置倾斜的被称为所谓半梯形环的种类的形状，或矩形形状。
[0046] 本发明的活塞环，其特征在于，如图1所示的活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2（以JIS B 0601：2001为基准）满足下述数1所示的式（1）和（2）的条件。
[0047] [数1]
[0048] Rmr2(0.5％，0.3μm)≥20％···(1)
[0049] Rmr2(0.5％，0.4μm)≥40％···(2)
[0050] 这里用图对载荷长度率Rmr2进行说明。图2是用于说明载荷长度率Rmr2的、由糙度曲线画成的载荷曲线的示意图。且，载荷曲线是指，根据糙度曲线并以JIS B 0601：2001为基准来求取各切断水平线下的载荷长度率Rmr，并将该载荷长度率Rmr（%）表示于横轴，将切断水平线（切断高度（单位：%或者μm））表示于纵轴而画成的曲线。载荷长度率Rmr2是指，在该载荷曲线上，从与所指定的初始磨损后的载荷长度率Rmr（Co）（%）对应的切断水平线Co开始、只磨损了深度z（＝Co-Cn）μm后的载荷长度率（%），且此时被表示为“Rmr2（Rmr（Co），z）”。
[0051] 针对本发明的活塞环，在减小活塞环上表面和下表面的粗糙度的技术构思中，通过使该上表面和下表面具有上述式子（数1）所示的条件的表面性状，从而在抑制粘着的效果方面进一步增加了稳定性。如果，与活塞环槽的上表面、下表面分别接触的活塞环的上表面、下表面的表面粗糙度较大时，活塞环导致的对活塞环槽的攻击性变大，容易引起粘着磨损。在本发明的活塞环中，针对活塞环上表面和下表面的表面性状，通过使载荷长度率Rmr2在本发明所规定的条件范围内，可减小活塞环对活塞环槽造成的攻击性，充分抑制粘着磨损的发生。因此，通过采用本发明的活塞环，可有效地抑制耗油量、漏气量的增大。
[0052] 另外，在本发明的活塞环中，载荷长度率Rmr2可表示为Rmr2（Rmr（Co），z）（此处，将指定的初始磨损后的载荷长度率（%）设为Rmr（Co），将与对应于该Rmr（Co）的切断水平线Co相距的深度（μm）设为z。）。进而此时，针对该载荷长度率Rmr2与该Rmr（Co）为0.5%时的该z的关系而言，优选在将该z表示于x轴、该Rmr2表示于y轴的坐标系中，连接z为0.1μm和0.3μm时的各个所述Rmr2的数据点的直线的倾斜度为80以上。
[0053] 针对载荷长度率Rmr2，以Rmr（Co）为0.5%作为基准，设定了本发明的活塞环的上表面和下表面的表面性状的条件。根据经验，通过以Rmr（Co）为0.5%作为基准来设定条件，可使活塞环对活塞环槽造成的攻击性变小，可稳定地获得充分抑制粘着磨损发生的效果。进而，针对与本发明的活塞环的上表面或者下表面的Rmr（Co）为0.5%时的z的关系中，进一步优选，在将该z表示于x轴、该Rmr2表示于y轴的坐标系中，满足连接该z为0.1μm和0.3μm的各个所述Rmr2的数据点的直线的倾斜度a为80以上的条件。通过满足该条件，活塞环的润滑油的保持能力显著上升，能获得优异的耐磨损性和耐粘着性，因此能进一步发挥耗油量、漏气量的削減效果。
[0054] 另外，本发明的活塞环优选将其上表面和下表面的表面十点平均粗糙度RzJIS（JIS B 0601：2001）设为0.2μm～2.0μm。由此，通过根据上述的载荷长度率Rmr2来规定活塞环的上表面和下表面的表面粗糙度，从而能极其有效地减轻其与活塞环槽上下表面的接触面上的摩擦损伤，能实现活塞环滑动行为的稳定性。其结果是，即使在把本发明的活塞环安装在至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞中时，也能进一步抑制耗油量、漏气量的增大。
[0055] 此处，当活塞环的上表面和下表面的表面十点平均粗糙度RzJIS（JIS B0601：2001）不足0.2μm时，由于存在引入用于形成粗糙度形状的设备而导致的成本增加、产品收率降低等问题，因此不优选。另外，当活塞环的上表面和下表面的表面十点平均粗糙度RzJIS（JIS B 0601：2001）超过2.0μm时，由于表面的粗糙度较大，因此初始运行性能也降低，同时很可能使活塞环的上表面和下表面的凸起部分对接触的活塞环槽的上下表面造成摩擦损伤，从而不优选。
[0056] 另外，本发明的活塞环，优选在其上表面和下表面上形成有硬质层，且该硬质层的维氏硬度（HV）为700HV0.1～3000HV0.1。通过在本发明的活塞环的上表面和下表面上形成硬质层，可实现活塞环的耐久性的提高。且，伴随着该硬质层的形成，活塞环的表面粗糙度略微变大，不但对活塞和活塞环的接触面发生的粘着磨损影响甚微，而且对于原本就把表面粗糙度设定得小的本发明的活塞环也没有特别的问题。
[0057] 此处，如果形成于活塞环的上表面和下表面的硬质层的维氏硬度（HV）不足700HV0.1，则无法充分地实现活塞环的耐久性的提高。另外，如果形成于活塞环的上表面和下表面的硬质层的维氏硬度（HV）超过3000HV0.1，则活塞环的上表面和下表面变得过硬，发生脆化而变脆，从而缺乏耐冲击特性，因此不优选。
[0058] 另外，本发明的活塞环为钢制或者铸铁制，形成于该活塞环的上表面和下表面的硬质层优选从氮化处理层、镀铬层、PVD处理层、CVD处理层或者DLC层中选出的任一种或者两种以上。由此，通过在活塞环的上表面和下表面中形成硬质层，即使将钢制或者铸铁制的活塞环与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞进行组合使用，也能够实现内燃机所要求的寿命延长。且，如图1所示，该硬质层11不仅可在与活塞环的活塞环槽接触的上表面和下表面形成，还可在包含了与汽缸内壁面的滑动面的整个表面形成。由此，通过在活塞环的整个表面形成硬质层11，使活塞环自身的耐久性得以提高。从而，可进一步在以上所述的硬质层11的表面进行采用镀铬、复合镀铬、复合镀、热喷镀、物理蒸镀（PVD）、化学蒸镀（CVD）等方法的表面处理。另外，针对本发明的活塞环，可将类钻碳层（以下称为“DLC层”）设置在形成有上述氮化处理层、镀铬层、或者PVD处理层的上表面和下表面的最外层上。该DLC层公知为摩擦系数很低的低摩擦材料，除了形成有该上表面和下表面的硬质层之外，还进一步形成DLC层，从而可使活塞环的耐磨损特性得到飞跃性的提高。且，如图1所示，本发明的活塞环为了进一步实现耐久性的提高，还可将DLC层作为耐磨损层12而设置于环的外周滑动面4。
[0059] 通常，活塞环可将顶环、二环和油环作为一套而被安装使用于活塞中。本发明的活塞环可适用于顶环、二环中的任一者。再有，顶环和二环由于受到来自燃烧气体与活塞的热，因此由耐热性优异的材质、而且为了不引起发动机输出功率的降低或润滑油消費量的增加而考虑到耐磨损性、耐摩擦性等的材质而构成。例如，顶环中广泛采用了对其与气缸衬垫的滑动面进行了氮化处理的马氏体类不锈钢制环、在其与气缸衬垫的滑动面中进行了镀铬的SWOSC-V钢制的环等。另外，二环中采用高级铸铁制环或者合金铸铁制环，尤其多采用对高级铸铁制环的滑动面进行了镀铬的环。
[0060] 另外，本发明的活塞环优选为轴方向剖面的形状为矩形形状、梯形形状、或者半梯形形状中的任一种。此处，当将活塞环的轴方向剖面的形状设定为矩形形状时，可抑制高压的燃烧气体从燃烧室侧向曲轴侧流出的漏气。另外，当将活塞环的轴方向剖面的形状设定为诸如梯形形状或者半梯形形状那样的、在活塞环的上下表面或者上表面设有倾斜的形状时，则通过活塞环槽内的活塞环朝向半径方向的运动，该活塞环的设置有倾斜的上表面或者下表面对槽内堆积的污泥或碳进行倾斜地碰撞，从而可容易地将污泥等击碎或者削落。其结果是，通过采用轴方向剖面的形状为梯形形状或者半梯形形状的活塞环，可防止发生堆积于活塞环槽内的污泥等固定或者胶着到环上的所谓“粘着”而导致环不动。再有，由于在活塞环中发生粘着，除了容易发生活塞环的破损、漏气量增加之外，还可能会导致控油功能降低，甚至还有可能导致活塞老化。
[0061] 如上所述，本发明的活塞环优选与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞组合使用。通过至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制，能实现作为内燃机所要求的寿命延长。再有，作为活塞环槽的材质，优先使用耐蚀高镍铸铁、球状石墨铸铁、JIS规格的铬钼钢（SCM415H、SCM418H、SCM420H、SCM425H、SCM435H、SCM440H、SCM445H）等。
[0062] 且，通过使本发明的活塞环的上表面和下表面的表面性状满足本发明规定的条件，从而例如即使本发明的活塞环与具有相同材质的活塞环槽的活塞相组合，也能充分抑制粘着磨损。另外，由于本发明的活塞环母材即使与至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞相组合，也难以引起老化，另外热膨胀差也小，从而不会使活塞环的气密功能降低，能有效地防止漏气的发生。
[0063] 以下通过实施例和比较例来对本发明进行具体的说明。但本发明并不限于以下的实施例。
[0064] 实施例
[0065] 活塞环槽的磨损量确认试验：在本磨损量确认试验中，进行排气量为10000cc的六缸柴油发动机的实机试验，针对活塞环的上表面和下表面的表面性状，通过不同的载荷长度率Rmr2，对安装了顶环的活塞环槽进行活塞环槽的磨损量是否会发生不同的确认。
[0066] 且，当实施本磨损量确认试验时，是在发动机的运转条件为全载荷（WOT）、转数1800rpm下进行50小时。进而，使活塞环的组合成为顶环、二环、油环的三层结构。此时的顶环采用的是，对由17Cr钢构成的梯形环、且轴方向的高度为3.5mm、径方向厚度为4.7mm的环进行了气体氮化处理而得到的顶环。二环采用的是，由FCD材构成的、轴方向高度为
2.5mm、径方向厚度为5.4mm的环。油环采用的是，轴方向高度3.0mm、径方向厚度2.35mm的环。
2.5mm、径方向厚度为5.4mm的环。油环采用的是，轴方向高度3.0mm、径方向厚度2.35mm的环。
[0067] 对构成顶环的17Cr钢和构成二环的FCD700材质进行说明。这里所说的17Cr钢具有碳0.90质量%、硅0.40质量%、锰0.30质量%、铬17.5质量%、钼1.10质量%、钒0.12质量%、磷0.02质量%、硫磺0.01质量%、余量为铁和不可避免的杂质的组成，且经过了气体氮化处理，在外周滑动面中进行了PVD。即，17Cr钢是相当于JIS规格的SUS440B材质。进而，这里所说的FCD材质指的是，具有碳3.60质量%、硅3.05质量%、锰0.65质量%、磷
0.20质量%、硫磺0.02质量%、铬0.10质量%、铜0.30质量%、余量为铁和不可避免的杂质的组成的FCD700材质。
0.20质量%、硫磺0.02质量%、铬0.10质量%、铜0.30质量%、余量为铁和不可避免的杂质的组成的FCD700材质。
[0068] 另外，油环主体采用的是由碳0.65质量%、硅0.38质量%、锰0.35质量%、铬13.50质量%、钼0.3质量%、磷0.01质量%、硫磺0.01质量%、余量为铁和不可避免的杂质组成的、称为13Cr钢（JIS规格的SUS410材质）的、且进行了气体氮化处理的环。
[0069] 另外，当实施本磨损量确认试验时，活塞采用的是具有碳0.41质量%、硅0.2质量%、锰0.75质量%、磷0.02质量%、硫磺0.02质量%、铬1.1质量%、钼0.21质量%、余量为铁和不可避免杂质的组成的、相当于DIN规格中的42CrMo4（JIS规格的SCM440H）的材质。
[0070] 进而，采用的是活塞环槽的上下表面的粗糙度为十点平均粗糙度RzJIS（JIS B0601：2001）2μm以下的材质。
[0071] 把在上述条件下进行顶环的活塞环槽的磨损量确认试验的结果示于表1。表1表示的是，在将活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2设于本发明的条件范围内的实施例试样、以及将上述表面载荷长度率Rmr2设于本发明的条件范围之外的比较例试样（相当于现有产品）的情况下，对各发动机的每隔一定运转时间的活塞环槽的磨损量进行确认的结果。进而，作为其结果，图3中用图表来表示本发明的实施例和比较例中的环槽磨损比与发动机运转时间（hr）之间的关系。此处，将实施例试样的最大磨损量作为“1”，以相对于该最大磨损量的相对比率来表示环槽磨损比。
[0072] 且，当实施本磨损量确认试验时，活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2是在活塞环的上表面和下表面中，使用探针的R为2μm的探针式表面形状测定器对径方向进行测定的。
[0073] 实施例与比较例的对比
[0074] 以下参照表示活塞环槽的磨损量确认试验的结果的表1和图3，将本发明的实施例、和与其对应的比较例进行对比。
[0075] 表1
[0076]
[0077] 根据表1和图3，特别是在发动机运转时间长达10小时的所谓初始运行期间，在实施例试样与比较例试样的情况下，其结果是，活塞环槽的磨损量中产生大的差异。例如，根据表1，在发动机运转时间经过10小时后，相对于采用了实施例试样时的活塞环槽磨损比0.67，采用了比较例试样时的活塞环槽磨损比为7.19，即产生了大的差异。进而，在发动机运转时间经过50小时后，相对于采用了实施例试样时的活塞环槽磨损比1.00，采用了比较例试样时的活塞环槽磨损比为9.69，两者的差异进一步扩大。该结果证明，只要是活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2为满足本发明的条件范围的活塞环，则在初始运行期间，该活塞环与活塞之间难以发生粘着磨损，即使经过长时间也能发挥优异的粘着磨损抑制效果。即，根据该结果可想到：通过抑制初始运行期间的活塞环表面的粘着的发生，可防止之后粘着的发生变得严重，从而可抑制活塞环槽磨损的加深。
[0078] 根据以上所述，为了抑制活塞环的表面发生粘着，对更优选的条件进行了以下研究。
[0079] 初始运行期间的活塞环的粘着发生确认试验：且，当实施本粘着发生确认试验时，作为具体的构成，本申请人采用了上文提到的日本特开2008-76132号所公开的“对活塞环与活塞环槽的双方或者任一方的磨损进行评估的磨损试验装置”。进而，在本粘着发生确认试验中，以使得驱动源的驱动频率为33Hz、环槽底温度为200℃的方式进行温度控制。另外，将气压控制为0.5MPa。进而，以1ml/30sec的供给量供给润滑油30分钟后，以每经过1小时就减少润滑油的供给量的方式继续供给润滑油。进而，进行本粘着发生确认试验的时间为25小时。但，从试验开始到达25小时之前，当出现表示粘着正在发生的漏气增加的现象、无法测定漏气量时，在该时刻终止试验。
[0080] 进而，在本粘着发生确认试验中，根据上述条件，分别采用了活塞环的表面性状不同的六种试样进行了试验。此时，与上述活塞环槽的磨损量确认试验相同地，使用了组合有顶环、二环、油环的活塞环，且该二环和油环与所述磨损量确认试验中使用的二环和油环相同。另外，当实施本粘着发生确认试验时，活塞对应部同样使用了与所述磨损量确认试验中使用的相同的活塞对应部。进而，本粘着发生确认试验中使用的顶环，除了活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2的条件不同以外，使用了与所述磨损量确认试验中使用的尺寸形状相同的顶环。
[0081] 在本粘着发生确认试验中，针对顶环的上表面和下表面的表面性状，以载荷长度率Rmr2（Rmr（Co）＝0.5%）为基准，对深度z（Co-Cn（μm））时的Rmr2的数值（%）的关系与粘着发生之间的关联进行了调查。此处，针对载荷长度率Rmr2，将Rmr（Co）为0.5%时的情况设为基准的原因在于，正如以上所述的那样，根据经验能使活塞环对活塞环槽造成的攻击性变小，能稳定地获得充分抑制粘着磨损发生的效果。
[0082] 表2中表示的是当实施本粘着发生确认试验时，利用该磨损试验装置进行的粘着磨损确认试验的结果。另外，图4是将表2的数据绘成图表的图，表示的是各试样中的载荷长度率Rmr2（Rmr（Co）＝0.5%）与磨损深度z（Co-Cn（μm））之间的关系。且，表2中，关于进行本粘着发生确认试验的结果，将未发生粘着的表示为“○”，发生变色的表示为“△”，发生粘着的表示为“×”。另外，关于进行本粘着发生确认试验的结果的判定基准，在总计五次的试验的结果中，在活塞环的上下表面中，将发生一次以上粘着的情形、以及发生三次以上变色的情形表示为NG，其他表示为OK。此处，变色指的是由于活塞环的上下表面的损伤而出现的变色，虽然没发生粘着，但可认为是其前兆。
[0083] [表2]
[0084]
[0085] （※1）连接z（Co-Cn（μm））为0.1和0.3的Rmr2（%）的数据点的直线的倾斜度[0086] （※2）○：未发生粘着△：发生变色×：发生粘着
[0087] （※3）发生一次以上粘着的或者发生三次以上变色的表示为NG，其他表示为OK。
[0088] 粘着发生确认试验评估结果
[0089] 如表2所示，本粘着发生确认试验的结果为，试样1～试样3的判定是OK，试样4～试样6的判定是NG。此处，在试样1～试样3的活塞环中，顶环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2具有本发明条件范围内的表面性状。另一方面，在试样4～试样6的活塞环中，顶环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2具有本发明条件范围外的表面性状。因此，从该结果也可证实，与上述活塞环槽的磨损量确认试验相同，即，只要是活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2为满足本发明条件范围的活塞环，就难以在活塞环与活塞之间发生粘着磨损。进而，根据表2，试样1和试样2在总计五次的试验中，在顶环的上下表面中一次粘着都未发生。另外，试样3和试样4在总计五次的试验中，虽然顶环的上下表面中一次粘着都未发生，但能看到变色的发生。另外，试样5和试样6在总计五次的试验中，在活塞环的上下表面能看到粘着的发生以及变色的发生。此处，试样3中变色的发生为两次，因此表示为OK，试样4中变色的发生为三次，因此表示为NG。根据该结果并参照图4可知，越是随着深度z（Co-Cn（μm））的增加而表面载荷长度率Rmr2的数值（%）的增加率大的试样，则粘着发生的抑制效果越大。即，在根据试样3与试样4的数据确定OK与NG的临界值时可参考图4。
[0090] 观察图4时，作为显著地显现判定为OK的试样1～试样3、与判定为NG的试样4～试样6的区别的要素，优选参考对各试样的深度z（Co-Cn（μm））与Rmr2（%）的关系的数据点而描绘的近似曲线的形状。例如，如图4所示，在深度z（Co-Cn（μm））与0.1～0.3范围内的Rmr2（%）的关系的数据点中，画出连接该深度z（Co-Cn（μm））为0.1和0.3的各个该Rmr2的数据点的直线，通过参考该直线的倾斜度，从而能稳定地获得良好的性能。表2表示了连接该z为0.1μm和0.3μm的各Rmr2（%）的数据点的直线的倾斜度的数值。
根据表2，该直线的倾斜度为：试样1是360，试样2是140，试样3是107，试样4是51，试样5是24，试样6是15。即，根据该结果可知，试样1～试样3的直线的倾斜度比试样4～试样6的直线的倾斜度大。
根据表2，该直线的倾斜度为：试样1是360，试样2是140，试样3是107，试样4是51，试样5是24，试样6是15。即，根据该结果可知，试样1～试样3的直线的倾斜度比试样4～试样6的直线的倾斜度大。
[0091] 因此，当参照图4并根据试样3与试样4的数据来确定OK与NG的临界值时，优选从连接深度z（Co-Cn（μm））为0.1和0.3的各个该Rmr2的数据点的直线的倾斜度来判断。进而，从Rmr2（%）的条件来看，根据图4和表2可判断，OK与NG的临界值必须设置在试样3的条件与试样4的条件的中间。因此，关于该直线的倾斜度，可认为试样3的107的倾斜度与试样4的51的倾斜度的中间存在临界的倾斜度。进而，根据发明人的经验，也可明确得知，该直线的倾斜度为80以上时，可获得良好的结果。即，针对本发明的活塞环的上下表面的表面性状，在载荷长度率Rmr2与Rmr（Co）为0.5%时的深度z（Co-Cn（μm））的关系中，优选的是连接该深度z为0.1μm和0.3μm的各个该Rmr2的数据点的直线的倾斜度为80以上。且，在图4中，为了能形象地描绘该倾斜度为80的直线，指出了Y＝80X＋b（b是z为0.1μm时的每种素材确定的固有值。）的直线（图中的虚线）。
[0092] 且，在本粘着发生确认试验中，作为试样的顶环的材质，除了与上述的活塞环槽的磨损量确认试验相同的17Cr钢以外，还使用13Cr钢（相当于JIS规格的SUS410材质）进行了试验。但是，本粘着发生确认试验的结果，当顶环的材质为13Cr钢时，也能得到与表2所示的17Cr钢的情形相同的结果。
[0093] 如上所述，当使用具有活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2在本发明条件范围内的表面性状的活塞环时，即使经过长时间也能发挥优异的粘着磨损的抑制效果。
[0094] 工业实用性
[0095] 本发明的活塞环，通过使活塞环的上表面和下表面的表面载荷长度率Rmr2（以JIS B 0601：2001为基准）满足（0.5%，0.3μm）≥20%以及（0.5%，0.4μm）≥40%的各条件，当该活塞环安装于至少活塞环槽的材质为钢制或者铸铁制的活塞中时，可充分地抑制粘着磨损的发生。因此，只要采用本发明的活塞环，则可减少任何发动机旋转区域中的耗油量，因而可满足高功率发动机等的广泛用途的需求。
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