(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンリング本体と、該ピストンリング本体の少なくとも摺動面を含む外面に施される複数のクロムめっき層からなるクロムめっき層群とを有し、該クロムめっき層群を構成する複数の該クロムめっき層は各々の表面に微細亀裂構造を有するピストンリングにおいて、
該クロムめっき層群の最外周層の厚さが、該最外周層以外の各クロムめっき層の厚さと比較して厚く、該最外周層の厚さが１乃至８０μｍであることを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
該ピストンリング本体の少なくとも摺動面を含む外面上に直接アンダーコート層が形成され、該クロムめっき層群は該アンダーコート層上に形成され、該アンダーコート層の厚さが、該最外周層以外の各クロムめっき層の厚さと比較して厚く、該アンダーコート層の厚さが１乃至８０μｍ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はピストンリングに関し、特に複数のめっき層からなる積層構造のめっき層を有するピストンリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用ピストンリングには、シリンダーライナーに対する焼付き性が無く、かつ耐摩耗性を有していることが要求される。これらの要求に対処するため、内燃機関用ピストンリング表面に、耐焼付き性、耐摩耗性に優れた硬質クロムめっきを施すことが知られている。
【０００３】
ここで、硬質クロムめっきの耐摩擦性、耐スカッフ性を高めるため、単一のめっき層からなるクロムめっき層を形成し、クロムめっき皮膜内に網目状の微細亀裂たる亀裂ネットワークを形成し、めっき表面に析出した微細亀裂をオイルポケットとして使用し、潤滑油を保持している。しかし、一層構造の硬質クロムめっきの表面に微細亀裂を形成したのみでは、微細亀裂がめっき表面からピストンリング本体との境界部分まで連続せず、ピストンリング本体付近では微細亀裂構造を有しないため、摩耗により微細亀裂を有する部分が摩滅されると、微細亀裂を有しない部分が露出し、表面が鏡面状となり、耐摩擦性、耐スカッフ性を発揮することができなくなる。一方で、微細亀裂の摩滅の問題を解消するために、微細亀裂をあまり深く形成しすぎると、ピストンリングの疲労強度が低下してしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、微細亀裂を有するクロムめっきの疲労強度を向上しつつ、摩耗後にも微細亀裂を表面に露出させ、めっき中における微小亀裂中の保油量を所定量保つべく、ピストンリング本体付近においても微細亀裂構造を生じさせる目的から、連続的に積層される複数のクロムめっき層からなるクロムめっき皮膜が案出された。
【０００５】
このようなクロムめっき皮膜は、正電工程と逆電工程とを交互に繰返すことにより形成され、微細亀裂構造がクロムめっき皮膜の厚さ方向に断続的に形成されている。具体的には、正電工程により所望の厚さのクロムめっき層を析出させ、逆電工程にてクロムめっき層に微細亀裂を形成し、当該微細亀裂を所定のサイズまで拡大した後、直ちに正電工程を行い、当該微細亀裂を形成したクロムめっき層の上部にクロムめっき層を被せて微細亀裂を封孔し、更に当該上部のクロムめっき層を所望の厚さまで成長させた後、再び逆電工程を実行する。以上の工程を繰返し実行して、個々のクロムめっき皮膜に微細亀裂が形成された積層構造を有するクロムめっき膜を成膜する。よって各クロムめっき層の微細亀裂構造を有する部分が摩滅しても、ピストンリング本体に近い次層のクロムめっき層の微細亀裂構造が出現し、見かけ上、微細亀裂がクロムめっき皮膜の厚さ方向全体に亘り順次出現することとなり、全体的に所望の耐摩擦性、耐スカッフ性を維持することができる。更に、微細亀裂は見かけ上連続的に出現するものの実質上連続していないために、ピストンリングの疲労強度の向上を図ることができる。
【０００６】
また、この微小亀裂中に硬質粒子等を保持させることにより、更に耐摩耗性の向上を図ったクロムめっきも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、高燃費、高出力化等の要求が強くなり、それに伴って内燃機関の諸部品にかかる負荷は、ピストンリングも含め更に増大し続けている。そのため、従来の硬質クロムめっきでは、内燃機関に要求される耐摩耗性能及び疲労強度について十分な対応ができなくなりつつある。
【０００８】
特に硬質クロムめっきは、めっき皮膜の硬度の高さとその微細亀裂の保油作用とにより摩擦係数を低減し、耐摩耗性を発揮するが、めっき皮膜の硬度が高いことは、弾性体という観点から見れば、弾性が低いことを意味し、脆性が高いこととなる。更に、潤滑に必要な油膜の形成を容易とする働きを有する微細亀裂（空洞、または亀裂ネットワーク）は、最外面に大きな凹凸を露出させ、エンジン摺動時に、ピストンリングに負荷される繰返し加重により亀裂進展を招き、やがてはピストンリングが折損に至る恐れがある。即ち、使用に耐えるに十分な疲労強度という観点からは、問題点を有していた。
【０００９】
また、表面に微細亀裂構造を有する薄い硬質クロムめっき層を積層させることにより、成膜方向に独立した複数の微小亀裂が形成されたクロムめっき皮膜においても、微細亀裂構造による外表面の凹凸形状に起因した問題点がある。特に、積層構造を有するクロムめっき皮膜においては、クロムめっき層形成後には逆電が負荷されるため、クロムめっき層の表面は荒れた状態となる。従って、その上に形成される薄いクロムめっき層は、正電工程にて析出された時点で、その下側に形成されたクロムめっき層の荒れた表面状態に倣い、荒れた形状で形成されることとなる。この状態で更に逆電が施されることから、表面状体の荒れが輪をかけて進む。この繰返しによりクロムめっき皮膜が形成されるため、クロムめっき皮膜の表面部（最外周クロムめっき層の表面）は、かなり荒れた状態となるのである。
【００１０】
この現象は、最外周クロムめっき層の表面全体に生じるが、ピストンリング製造における最終工程に、摺動面に沿って研磨が行われるため、製品として完成したピストンリングの摺動面においては、上述のようにして生じた表面の荒れが修正される。しかし、この研磨は摺動面に沿ってのみ行われ、コーナー部には研磨加工が施されないため、コーナー部における表面の荒れは修正されず、コーナー部の凹凸がノッチ効果を生み、コーナー部からの亀裂伝播を招き、最終的には破断を生じ、疲労強度や皮膜衝撃強度を弱める結果となる。
【００１１】
そして、この微小亀裂中に硬質粒子等を保持させたクロムめっき皮膜では、相手材の摩耗を大きくするのみならず、微細亀裂幅をその硬質粒子径と同等の大きさまで広げなければならないため、自己耐摩耗性は向上するものの切欠効果はより大きくなり、疲労強度は更に低下してしまう。
【００１２】
そこで本発明は、保油性に優れ、なおかつ、内燃機関の高出力化に耐える疲労強度及び皮膜衝撃強度を有するクロムめっきを施したピストンリングを提供することを目的とする。
【００１３】
【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、ピストンリング本体と、該ピストンリング本体の少なくとも摺動面を含む外面に施される複数のクロムめっき層からなるクロムめっき層群とを有し、該クロムめっき層群を構成する複数の該クロムめっき層は各々の表面に微細亀裂構造を有するピストンリングにおいて、該クロムめっき層群の最外周層の厚さが、該最外周層以外の各クロムめっき層の厚さと比較して厚く、該最外周層の厚さが１乃至８０μｍであるピストンリングを提供している。
【００１４】
また、該ピストンリング本体の少なくとも摺動面を含む外面上に直接アンダーコート層が形成され、該クロムめっき層群は該アンダーコート層上に形成され、該アンダーコート層の厚さが、該最外周層以外の各クロムめっき層の厚さと比較して厚く、該アンダーコート層の厚さが１乃至８０μｍであることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明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５に基づき説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態によるピストンリングの一部拡大断面図である。ピストンリング本体１の少なくとも摺動面を含む外面にアンダーコート層（最下層クロムめっき層）２が形成され、その上に、クロムめっき層群３が形成される。クロムめっき層群３は、互いに同じ厚さを有する複数のクロムめっき層３ａ、３ｂ等の集合により構成される積層めっき３Ａと、最外周に形成され、摺動面に沿って研磨加工された最外周クロムめっき層３Ｂとにより構成されている。各クロムめっき層３ａ、３ｂ等の表面には、逆電工程により微細亀裂が形成されている。
【００１７】
ここで、最外周クロムめっき層３Ｂは、積層めっき３Ａを構成する各クロムめっき層３ａ等と比較して厚さが厚く、かつ、最外周クロムめっき層３Ｂの厚さは１μｍ乃至８０μｍの範囲内である（請求項１）。最外周クロムめっき層３Ｂの厚さを、積層めっき３Ａを構成する各クロムめっき層３ａ等と比較して厚くすることにより、最外周クロムめっき層３Ｂを形成する際に端面効果が生じる。具体的には、最外周クロムめっき層３Ｂの厚さが十分なため、上述の積層めっき３Ａを形成する際に生じるコーナー部における表面の荒れが修復され、積層めっき３Ａの最表面の荒れた形状の影響を弱めることができる。また、最外周クロムめっき層３Ｂの厚さが１μｍ乃至８０μｍの範囲内であることが重要である。最外周クロムめっき層３Ｂの厚さが１μｍ未満であると、最外周クロムめっき層３Ｂを形成しても、積層めっき３Ａ形成時に生じるコーナー部におけるノッチ効果で形成された表面の荒れが修復されなくなるからである。一方、８０μｍより大きいと、最外周クロムめっき層３Ｂがなかなか摩耗しきらず、その直下に形成された積層めっき３Ａが摺動面付近に現れないため、微細亀裂構造も表面に現れず、耐摩耗性、耐スカッフ性、疲労強度の向上等、積層めっき３Ａを設けた為に生じる優れた効果を奏しなくなるからである。
【００１８】
また、アンダーコート層２の厚さは、積層めっき３Ａを形成する各クロムめっき層３ａ等と比較して厚さが厚くなっており、かつ、その１μｍ乃至８０μｍの範囲内である（請求項２）。積層めっき３Ａは、それを構成する各クロムめっき層３ａ、３ｂ等が通常のクロムめっき層よりも大きい亀裂幅を有し、また、数多くのクロムめっき層３ａ、３ｂ等を擁することから、その分弾性に富むため、通常のものより大きな変形量にも対応することができる。しかしながら、応力が負荷された場合、クロムめっき皮膜全体が変形追従する必要はなく、むしろ上部側（外周側）のみの変形で対応し、下部（ピストンリング本体１付近）に掛けて変形量を減少するようにすれば、より大きな応力負荷に少ない変形量で対応することができる。そのためにアンダーコート層２を１μｍ乃至８０μｍの範囲の中でなおかつ積層めっき３Ａを構成する各クロムめっき層３ａ、３ｂ等の厚さよりも厚いものと規定する。また、アンダーコート層２の厚さが１μｍ乃至８０μｍの範囲内であることが重要である。アンダーコート層２の厚さが１μｍ未満であると、下部（ピストンリング本体１付近）に掛けて変形量を減少する効果を得ることができないからである。一方、８０μｍより大きいと、アンダーコート層２の厚さに比してクロムめっき層群３の積層めっき３Ａ全体の厚さが相対的に小さくなり、多層構造にしたことによる疲労強度の増加等の優れた効果が低減されてしまうからである。
【００１９】
尚、本実施の形態では、クロムめっき層群３の積層めっき３Ａを構成する各クロムめっき層３ａ、３ｂ、３ｃ等は、各々同一の厚さを有し、厚さの範囲は１μｍ乃至４０μｍである。
【００２０】
次に、図１に示すピストンリングのめっき層の形成工程について説明する。クロムめっき皮膜の生成の工程は、脱脂工程、酸洗浄工程、液体ホーニング工程、電解研磨工程、めっき工程、逆電工程から構成される。まず、脱脂工程、酸洗浄工程、液体ホーニング工程、電解研磨工程にて、ピストンリング本体１の表面を洗浄・加工し、その後に、所定のめっき厚さとなるまでめっき工程と逆電工程とを繰返し行い、複数の硬質または軟質めっき層を積層させる。
【００２１】
脱脂工程では、トリクロロエチレン等の有機溶剤の蒸気により表面上の油脂分を洗浄する。次に、酸洗浄工程では、３０℃〜８０℃に加熱された塩酸中に１５秒〜３００秒浸漬し、被めっき材からなるピストンリング本体１表面の酸化物等を除去し、被めっき材下地を露出させる。そして、液体ホーニング工程では、酸洗浄により下地が露出したピストンリング本体１の表面全体に、セラミックス等の硬質粒子を懸濁溶解した水溶液を、２〜１０ｋｇ／ｍｍ2の圧力で均一に圧力噴流する。この工程によって、ピストンリング本体１の表面が梨地状となり、ピストンリング本体１の表面とクロムめっき皮膜との密着強度が向上する。
【００２２】
電解研磨工程は、被めっき材の酸化層が強固な場合は、必要に応じて行われるが、被めっき材たるピストンリング本体１をめっき漕に挿入し、被めっき材を陽極、対極を陰極として、電流密度２０Ａ／ｄｍ2〜１００Ａ／ｄｍ2の電流が流れるよう、１０秒〜１２０秒間電圧を印加する。ここで、めっき漕中のめっき浴は、ＣｒＯ3が２５０ｇ／Ｌ、ＳＯ4が２．５ｇ／Ｌの組成である通常のクロムめっき浴に珪フッ化ナトリウム等の添加剤が加えられたものとし、電解研磨工程が行われている間、クロムめっき浴の温度は５５℃に保持する。
【００２３】
次に、母材（被めっき材）直上の第１層（アンダーコート層２）を形成するためのめっき工程が行われる。具体的には、上記電解研磨工程後に被めっき材と対極の極性を急速反転させ、被めっき材を陰極、対極を陽極として、電流密度３０Ａ／ｄｍ2〜１２０Ａ／ｄｍ2の電流が流れるよう、２分〜２００分間電圧を印加し、クロムめっき層（アンダーコート層２）を析出させる。この工程において、電圧印加時間により、析出するめっき層の厚さが決定されるので、所望のめっき厚さに対応する電圧印加時間を設定する。
【００２４】
そして、アンダーコート２の表面に微細亀裂構造を形成するための逆電工程を行う。所定の電圧印加時間経過後に、被めっき材と対極の極性を急速反転させ、被めっき材を陽極、対極を陰極として、電流密度２０Ａ／ｄｍ2〜１００Ａ／ｄｍ2の電流が流れるよう、１０秒〜２００秒間電圧を印加し、クロムめっき層を溶出させる。この溶出により、めっき層の表面に微細亀裂構造が出現する。この工程において、電圧印加時間により、溶出するめっき層の厚さが決定されるので、所望のアンダーコート２のめっき厚さが残るよう電圧印加時間を設定する。
【００２５】
この上に、クロムめっき層群３を形成するためのめっき工程が行われる。具体的には、上記アンダーコート２形成後の逆電工程の電圧印加時間が経過した後、被めっき材と対極の極性を急速反転させ、被めっき材を陰極、対極を陽極として、電流密度３０Ａ／ｄｍ2〜１２０Ａ／ｄｍ2の電流が流れるよう、２分〜１００分間電圧を印加し、クロムめっき層３ａを析出させる。この工程において、電圧印加時間により、析出するめっき層の厚さが決定されるので、所望のめっき層厚さに対応する電圧印加時間を設定する。そして、所定の電圧印加時間経過後に被めっき材と対極の極性を急速反転させ、被めっき材を陽極、対極を陰極として、電流密度２０Ａ／ｄｍ2〜１００Ａ／ｄｍ2の電流が流れるよう、１０秒〜２００秒間電圧を印加し、クロムめっき層を溶出させる。この工程において、電圧印加時間により、溶出するめっき層の厚さが決定されるので、所望のクロムめっき層３ａのめっき層厚さが残るよう電圧印加時間を設定する。
【００２６】
更に、クロムめっき層３ａの上に、クロムめっき層３ａを形成したときと同様の工程により、クロムめっき層３ｂ、クロムめっき層３ｃ、クロムめっき層３ｄ……を各々形成し、積層めっき３Ａを形成する。
【００２７】
そして最後に、最外周クロムめっき層３Ｂを形成する。具体的には、積層めっき３Ａを形成した後、被めっき材たるピストンリング本体１と対極の極性を急速反転させ、被めっき材を陰極、対極を陰極として電流密度３０Ａ／ｄｍ2〜１２０Ａ／ｄｍ2の電流が流れるよう、２分〜２００分間電圧を印加し、クロムめっき層を析出させる。この工程において、電圧印加時間により、析出するめっき層の厚さが決定されるので、所望の最外周クロムめっき層３Ｂのめっき層厚さに対応する電圧印加時間を設定する。なお、最外周クロムめっき層３Ｂについては、本実施の形態では、逆電工程は実行されない。最外周クロムめっき層３Ｂに逆電工程を負荷しなければ、逆電工程を負荷したものに比べ、最外周クロムめっき層３Ｂの微細亀裂の幅は小さくなり、最外周において生じるノッチ効果を低減させ、疲労強度の更なる向上が期待できるからである。
【００２８】
最後に、最外周クロムめっき層３Ｂの外周面のみを研磨することにより、ピストンリングを製品として仕上げる。
【００２９】
本発明のピストンリングの効果を立証するため、以下の７種のピストンリングを用意し、耐摩耗性、耐スカッフ性、疲労強度、皮膜衝撃強度の実験を行った。その結果を図２乃至図５に示す。
【００３０】
摩耗試験では、アムスラー型摩耗試験機を用いて試験を行った。少なくとも摺動面にピストンリング完成品と同等のクロムめっきが施された固定片を固定し、ほぼ半分を潤滑油に浸漬させた。回転材たる相手材を接触させ、所定の荷重を負荷した状態で、相手材を回転させた。そして、試験後の固定片について、粗さ計による段差プロフィールにて摩耗量（μｍ）を測定した。
【００３１】
摩耗試験の試験条件は、次の通りである。
相手材              ＦＣ２５（ＨＲＢ  ９８）
潤滑油              タービン油（＃１００）
油温                ８０℃
周速                １ｍ／秒（４７８  ｒｐｍ）
荷重                ８０ｋｇ
時間                ７ｈｒ
【００３２】
スカッフ試験では、アムスラー型摩耗試験機を用いて試験を行った。少なくとも摺動面にピストンリング完成品と同等のクロムめっきが施された固定片を固定した。そして、回転材たる相手材に潤滑油を付着させ、固定片に接触させ、スカッフが発生するまで荷重を負荷し続けた。負荷される荷重は５ｋｇ／分の割合で線形連続的に増加させて行き、スカッフによって負荷信号が発生したときの荷重をスカッフ荷重とした。ただし、潤滑油はセット時に付着させたのみであり、以後の補給は行わなかった。
【００３３】
スカッフ試験の試験条件は、次の通りである。
相手材              ＦＣ２５（ＨＲＢ  ９８）
潤滑油              ２号スピンドル油
油温                成行き
周速                １ｍ／秒（４７８  ｒｐｍ）
【００３４】
疲労強度試験では、リング実体型疲労試験機を用いて試験を行った。少なくとも摺動面にクロムめっきが施された完成品のピストンリングに所定の一定の荷重を繰返し負荷した。ピストンリングが１０7回の荷重負荷に耐えず、途中で折損した場合、その時点で当該荷重の負荷を終了し、そのときの荷重は当該ピストンリングの折損限界以上であると見なした。次にピストンリングに与える荷重の大きさを低減して同様の試験を行い、ピストンリングが１０7回の荷重負荷に耐え、途中で折損しなかった場合、そのときの負荷荷重を当該ピストンリングの折損限界以下であると見なし、そのピストンリングの疲労強度とした。
【００３５】
疲労強度試験の試験条件は、次の通りである。
繰返し速度          ２０００ｃｙｃｌｅ／分
荷重                各所定の設定荷重
【００３６】
皮膜衝撃強度試験では、ＮＰＲ式衝撃試験機（特許第２９３６６２号）を用いて試験を行った。少なくとも摺動面にクロムめっきがされた完成品のピストンリングのリングコーナー４５°（図１の矢印Ａ）に、所定の一定の衝撃エネルギーを加えながら、めっき表面を観察し、めっき表面に剥離が発生するまでこれを続けた。ピストンリングのめっき表面に剥離が発生した時点で試験を終了し、それまでにピストンリングに衝撃エネルギーを与え続けた回数を、そのピストンリングの皮膜衝撃強度とした。
【００３７】
皮膜衝撃強度試験の試験条件は、次の通りである。
ストローク          １．５ｍｍ
荷重                所定の設定荷重
【００３８】
本実験で試片として用いたピストンリング▲１▼乃至▲７▼は以下の通りである。
【００３９】
試片▲１▼は、一層構造のクロムめっきにより形成されるクロムめっき皮膜を有するピストンリング（従来技術）である。
【００４０】
試片▲２▼は、厚さが１０μｍの複数のクロムめっき層のみを積層させて形成されたクロムめっき皮膜を有するピストンリング（従来技術）である。
【００４１】
試片▲３▼は、最外周クロムめっき層３Ｂの厚さが１５μｍ、積層めっき３Ａを構成する各クロムめっき層３ａ、３ｂ等の厚さが１０μｍで、最下層クロムめっき層（アンダーコート層２）の厚さも１０μｍである本発明によるピストンリングである。
【００４２】
試片▲４▼は、最外周クロムめっき層の厚さが９０μｍ、積層めっきを構成する各クロムめっき層の厚さが１０μｍで、最下層クロムめっき層（アンダーコート層）の厚さも１０μｍであるピストンリング（比較例）である。
【００４３】
試片▲５▼は、最外周クロムめっき層３Ｂの厚さが１５μｍ、積層めっき３Ａを構成する各クロムめっき層３ａ、３ｂ等の厚さが１０μｍで、アンダーコート層２の厚さが１μｍの本発明によるピストンリングである。
【００４４】
試片▲６▼は、最外周クロムめっき層３Ｂの厚さが１５μｍ、積層めっき３Ａを構成する各クロムめっき層３ａ、３ｂ等の厚さが１０μｍで、アンダーコート層２の厚さが３０μｍの本発明によるピストンリングである。
【００４５】
試片▲７▼は、最外周クロムめっき層３Ｂの厚さが１５μｍ、積層めっき３Ａを構成する各クロムめっき層３ａ、３ｂ等の厚さが１０μｍで、アンダーコート層２の厚さが９０μｍの本発明によるピストンリングである。
【００４６】
図２乃至図５では、比較の基準として、試片▲１▼の耐摩耗性、耐スカッフ性、疲労強度を１００としている。
【００４７】
試片▲２▼は、積層構造を有するため、柔構造となっており、一層構造のクロムめっき皮膜を有するピストンリング▲１▼よりも弾力性の面で優れており、耐摩耗性、耐スカッフ性ともに優れており、疲労強度においても試片▲１▼よりは若干優れている。しかし、最外周クロムめっき層の厚さが他の積層めっき層を構成する各クロムめっき層の厚さと比較して厚くなっていないので、コーナー部における表面の荒れが修復されておらず、皮膜衝撃強度が試片▲１▼と比較して却って若干弱くなっている。
【００４８】
試片▲３▼は、試片▲２▼と同様、積層構造を有するため、耐摩耗性、耐スカッフ性ともに優れている。更に、最外周クロムめっき層の厚さが他の積層めっき層を構成する各クロムめっき層の厚さと比較して厚くなっているので、コーナー部における表面の荒れが端面効果により修復されており、疲労強度において極めて優れた特性を有するとともに、試片▲１▼、▲２▼と比較して、皮膜衝撃強度が飛躍的に向上している。
【００４９】
試片▲４▼は、積層構造を有してはいるが、最外周クロムめっき層の厚さが厚すぎるため、積層構造を有することによる弾力性の向上等がほとんど見られず、耐摩擦性、耐スカッフ性、疲労強度、皮膜衝撃強度のいずれにおいても一層構造のクロムめっき皮膜を有する試片▲１▼とほぼ同程度の特性となっている。
【００５０】
試片▲５▼は、試片▲２▼、▲３▼と同様、積層構造を有するため、耐摩耗性、耐スカッフ性ともに優れており、更に、最外周クロムめっき層の厚さが他の積層めっき層を構成する各クロムめっき層の厚さと比較して厚くなっているので、コーナー部における表面の荒れが端面効果により修復されており、疲労強度においても極めて優れた特性を有する。しかし、アンダーコート層、即ち最下層クロムめっき層の厚さが試片▲３▼に比較して薄いために、クロムめっき皮膜において下部側（ピストンリング本体付近）にて変形量を減少する効果を得ることができず、皮膜衝撃強度については却って若干低下する。
【００５１】
試片▲６▼は、試片▲２▼、▲３▼、▲５▼と同様、積層構造を有するため、耐摩耗性、耐スカッフ性ともに優れており、更に、最外周クロムめっき層の厚さが他の積層めっき層を構成する各クロムめっき層の厚さと比較して厚くなっているので、疲労強度においても極めて優れた特性を有する。更に、アンダーコート層、即ち最下層クロムめっき層の厚さがアンダーコート層２の上に施される積層めっき３Ａを構成する各クロムめっき層３ａ等の厚さと比較して厚く、かつその厚さが適正であるので、クロムめっき皮膜において下部側（ピストンリング本体付近）にて変形量を減少する効果を得ることができ、クロムめっき皮膜全体の変形によらず、上部側（外周側）のみの変形で対応することができる。更に、最外周クロムめっき層の厚さが、他の積層めっき層を構成する各クロムめっき層の厚さと比較して厚くなっているので、コーナー部における表面の荒れが端面効果により修復されており、疲労強度において極めて優れた特性を有するとともに、皮膜衝撃強度が飛躍的に向上している。
【００５２】
試片▲７▼は、アンダーコート層の厚さが試片▲５▼や▲６▼と比較して厚いため、クロムめっき皮膜全体に対する積層めっき構造の比率が小さくなり、弾力性の点で不利になる。このため、疲労強度は試片▲１▼と同程度である。また、皮膜衝撃強度も、試片▲１▼、▲４▼と比較して僅かに改良される程度である。しかし、試片▲２▼、▲３▼、▲５▼、▲６▼と同様に、最外周層付近で積層構造を有するため、耐摩耗性、耐スカッフ性ともに優れている。
【００５３】
以上の実験から、クロムめっき皮膜を積層構造とし、なおかつ最外周クロムめっき層の厚さを所定の厚さとすることにより、耐摩耗性、耐スカッフ性を向上することができることがわかった。また、アンダーコート層の厚さを所定の値とすることにより、クロムめっき皮膜全体に対する積層めっき構造の比率を高くすることができ、クロムめっき皮膜の弾力性を向上することとなり、疲労強度がある程度向上することがわかった。更に、積層めっき層の外周に設けた最外周クロムめっき層の厚さを、積層めっき層を構成する各クロムめっき層の厚さよりも厚くすることにより、コーナー部における表面の荒れを修正することができ、疲労強度を更に高めることができることがわかった。加えて、積層めっき層を形成し、アンダーコート層の厚さと最外周クロムめっき層の厚さの双方を適正にすることにより、皮膜衝撃強度が飛躍的に向上することがわかった。
【００５４】
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、この微小亀裂中に硬質粒子等を保持させることにより、更に耐摩耗性を向上させることができる。また上述した実施の形態では、電圧印加時間を変化させることで、めっき層の厚さを調整したが、電流密度を変化させることでも層厚を調整することができる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載のピストンリングによれば、クロムめっき層を複数の積層構造とし、なおかつ最外周クロムめっき層の厚さを所定の値とすることにより、耐摩耗性、耐スカッフ性を向上することができる。また、積層めっき層の外周に設けた最外周クロムめっき層の厚さを、積層めっき層を構成する各クロムめっき層の厚さよりも厚くすることにより、コーナー部における表面の荒れを修正することができ、疲労強度を更に高めることができる。
【００５６】
請求項２記載のピストンリングによれば、アンダーコート層の厚さを所定の値とすることにより、クロムめっき皮膜全体に対する積層めっき構造の比率を大きくすることができ、クロムめっき皮膜の弾力性を向上することとなり、疲労強度をある程度向上させることができる。またアンダーコート層の厚さと最外周クロムめっき層の厚さの双方を適正にすることにより、皮膜衝撃強度を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるピストンリングを示す拡大部分断面図。
【図２】本発明の実施の形態によるピストンリング及び比較例たるピストンリングの、耐摩耗性試験の結果を示すグラフ。
【図３】本発明の実施の形態によるピストンリング及び比較例たるピストンリングの、耐スカッフ性試験の結果を示すグラフ。
【図４】  本発明の実施の形態によるピストンリング及び比較例たるピストンリングの、疲労強度試験の結果を示すグラフ。
【図５】本発明の実施の形態によるピストンリング及び比較例たるピストンリングの、皮膜衝撃強度試験の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１  ピストンリング本体
２  アンダーコート層
３  クロムめっき層群
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  クロムめっき層
３Ｂ  クロムめっき層群の最外周層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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