JP2000178695A - 内燃機関用ピストンリング - Google Patents
内燃機関用ピストンリングInfo
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- JP2000178695A JP2000178695A JP10352759A JP35275998A JP2000178695A JP 2000178695 A JP2000178695 A JP 2000178695A JP 10352759 A JP10352759 A JP 10352759A JP 35275998 A JP35275998 A JP 35275998A JP 2000178695 A JP2000178695 A JP 2000178695A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金製ピストンと
組み合わせて使用した場合にピストンの溝摩耗の問題を
起こさないピストンリングを提供する。 【解決手段】 Ｃ０．９５〜１．１０％、Ｓｉ０．１５
〜０．３５％、Ｍｎ０．５０％以下、Ｃｒ１．３０〜
１．６０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
なるピストンリング。さらに、本体の全周にリン酸塩化
成処理皮膜を、本体の少なくとも外周摺動面に硬質クロ
ムめっき皮膜を、本体の外周摺動面に硬質クロムめっき
皮膜を有し、側面にリン酸塩化成処理皮膜を有するピス
トンリング。
組み合わせて使用した場合にピストンの溝摩耗の問題を
起こさないピストンリングを提供する。 【解決手段】 Ｃ０．９５〜１．１０％、Ｓｉ０．１５
〜０．３５％、Ｍｎ０．５０％以下、Ｃｒ１．３０〜
１．６０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
なるピストンリング。さらに、本体の全周にリン酸塩化
成処理皮膜を、本体の少なくとも外周摺動面に硬質クロ
ムめっき皮膜を、本体の外周摺動面に硬質クロムめっき
皮膜を有し、側面にリン酸塩化成処理皮膜を有するピス
トンリング。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用ピストン
リングに関する。
リングに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、内燃機関用ピストンリングは、鋳
鉄またはＳｉ−Ｃｒ鋼等の鋼材で作られており、これら
母材の耐摩耗性、耐焼付性、耐凝着性、摩擦係数等の摺
動特性を改善するために、外周面に電気メッキによる硬
質クロムめっきを施し用いられてきた。ところで、初晶
もしくは共晶Ｓｉにより耐摩耗性が向上しているＡｌ−
Ｓｉ合金製ピストンのピストンリング溝に装着されて使
用されるピストンリングとしてＳｉ含有量の高い鋳鉄ま
たはＳｉ−Ｃｒ鋼を用いた場合には、耐熱性を高める上
では効果があるＳｉ成分が相対するピストンリング溝の
Ｓｉ成分と反応して、凝着摩耗が起こり易いという問題
がある。
鉄またはＳｉ−Ｃｒ鋼等の鋼材で作られており、これら
母材の耐摩耗性、耐焼付性、耐凝着性、摩擦係数等の摺
動特性を改善するために、外周面に電気メッキによる硬
質クロムめっきを施し用いられてきた。ところで、初晶
もしくは共晶Ｓｉにより耐摩耗性が向上しているＡｌ−
Ｓｉ合金製ピストンのピストンリング溝に装着されて使
用されるピストンリングとしてＳｉ含有量の高い鋳鉄ま
たはＳｉ−Ｃｒ鋼を用いた場合には、耐熱性を高める上
では効果があるＳｉ成分が相対するピストンリング溝の
Ｓｉ成分と反応して、凝着摩耗が起こり易いという問題
がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、係る問題点
に鑑みなされたものであって、外周摺動面及びピストン
リング上下面が耐摩耗性に優れ、且つアルミ合金製のピ
ストンリング溝を摩耗させることのないピストンリング
を提供することを目的としている。
に鑑みなされたものであって、外周摺動面及びピストン
リング上下面が耐摩耗性に優れ、且つアルミ合金製のピ
ストンリング溝を摩耗させることのないピストンリング
を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のピストンリング
は、Ｓｉ量を低レベルに抑制しつつ、ピストンリングと
しての機能を損なわない組成とするため、重量％でＣ
０．９５〜１．１０％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｍ
ｎ０．５０％以下、Ｃｒ１．３０〜１．６０％を含み、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る鋼材を母材とし、本体の外周摺動面は母材のままか或
いはリン酸塩化成処理皮膜、例えばリン酸Ｚｎ、リン酸
Ｍｎ等の化成処理皮膜を有するものである。
は、Ｓｉ量を低レベルに抑制しつつ、ピストンリングと
しての機能を損なわない組成とするため、重量％でＣ
０．９５〜１．１０％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｍ
ｎ０．５０％以下、Ｃｒ１．３０〜１．６０％を含み、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る鋼材を母材とし、本体の外周摺動面は母材のままか或
いはリン酸塩化成処理皮膜、例えばリン酸Ｚｎ、リン酸
Ｍｎ等の化成処理皮膜を有するものである。
【０００５】
【作用】次にピストンリング母材各成分の限定理由を述
べる。Ｃはα−Ｆｅ中に固溶し、強度向上に寄与する元
素であり、またＣｒ炭化物を形成し、耐摩耗性に寄与す
る重要な元素であるため、少なくとも０．９５％は必要
である。しかしＣはＮと同様Ｆｅ中において侵入型固溶
元素であるため、多量の添加は加工時の伸び・絞りの低
下を招き、さらに耐熱性向上のため添加する元素である
Ｃｒとの間の過多量の炭化物形成は、同元素添加の効果
を弱める。また、相手材のＡｌ−Ｓｉ合金を摩耗させる
ことになるので、上限を１．１０％とした。Ｓｉは耐熱
性を向上させる元素であるため、少なくとも０．１５％
は必要である。しかし多量の添加は冷間加工性を低下さ
せるだけでなく、熱伝導率を低下させることにより、摺
動による接触面の昇温を助長し耐焼付性を害するばかり
でなく、相手材のＡｌ−Ｓｉ合金中のＳｉ成分と反応し
て凝着摩耗を発生するため、上限を０．３５％とした。
Ｍｎは鋳塊製造時に脱酸剤として添加される元素であ
り、多量の添加は熱間加工性を低下させるため、０．５
０％を上限とした。Ｃｒは炭化物形成元素であり、耐摩
耗性付与のため重要である。また、Ｃｒはフェライトを
安定させかつ耐熱性・耐酸化性を向上させる元素であ
る。これらの効果を十分に得るためには、少なくとも
１．３０％は必要である。しかし、多量のＣｒ添加は過
多量の炭化物を形成し靭性を低下させ、さらにα−Ｆｅ
に多量に固溶して加工性も低下させるなどの理由から、
上限を１．６０％とした。
べる。Ｃはα−Ｆｅ中に固溶し、強度向上に寄与する元
素であり、またＣｒ炭化物を形成し、耐摩耗性に寄与す
る重要な元素であるため、少なくとも０．９５％は必要
である。しかしＣはＮと同様Ｆｅ中において侵入型固溶
元素であるため、多量の添加は加工時の伸び・絞りの低
下を招き、さらに耐熱性向上のため添加する元素である
Ｃｒとの間の過多量の炭化物形成は、同元素添加の効果
を弱める。また、相手材のＡｌ−Ｓｉ合金を摩耗させる
ことになるので、上限を１．１０％とした。Ｓｉは耐熱
性を向上させる元素であるため、少なくとも０．１５％
は必要である。しかし多量の添加は冷間加工性を低下さ
せるだけでなく、熱伝導率を低下させることにより、摺
動による接触面の昇温を助長し耐焼付性を害するばかり
でなく、相手材のＡｌ−Ｓｉ合金中のＳｉ成分と反応し
て凝着摩耗を発生するため、上限を０．３５％とした。
Ｍｎは鋳塊製造時に脱酸剤として添加される元素であ
り、多量の添加は熱間加工性を低下させるため、０．５
０％を上限とした。Ｃｒは炭化物形成元素であり、耐摩
耗性付与のため重要である。また、Ｃｒはフェライトを
安定させかつ耐熱性・耐酸化性を向上させる元素であ
る。これらの効果を十分に得るためには、少なくとも
１．３０％は必要である。しかし、多量のＣｒ添加は過
多量の炭化物を形成し靭性を低下させ、さらにα−Ｆｅ
に多量に固溶して加工性も低下させるなどの理由から、
上限を１．６０％とした。
【０００７】上述のように、本発明のピストンリング鋼
材は高炭素−Ｃｒ炭化物系材料に属するが、基地中に固
溶したＣｒが耐熱性向上に寄与することも重要である。
このような機能を発揮するための調質状態としてはＨｖ
３００〜４５０程度の硬度が得られるように、例えば焼
き戻し、焼鈍を行い、固溶Ｃｒ量を多くすることが好ま
しい。したがって同種の鋼材よりは使用状態における硬
度が著しく低くなる。また、Ｃｒによる耐熱性向上に加
えて少量のＳｉを基地に固溶させることにより、耐熱性
を確保するとともに、Ｓｉの固溶によりフェライト域を
拡大してＣｒの固溶量を多くしている。但し、Ｓｉはピ
ストンのＳｉ成分との凝着摩耗の原因となるので、上限
を０．３５％に抑えることにより、Ｓｉ含有量を必要最
小限としている。
材は高炭素−Ｃｒ炭化物系材料に属するが、基地中に固
溶したＣｒが耐熱性向上に寄与することも重要である。
このような機能を発揮するための調質状態としてはＨｖ
３００〜４５０程度の硬度が得られるように、例えば焼
き戻し、焼鈍を行い、固溶Ｃｒ量を多くすることが好ま
しい。したがって同種の鋼材よりは使用状態における硬
度が著しく低くなる。また、Ｃｒによる耐熱性向上に加
えて少量のＳｉを基地に固溶させることにより、耐熱性
を確保するとともに、Ｓｉの固溶によりフェライト域を
拡大してＣｒの固溶量を多くしている。但し、Ｓｉはピ
ストンのＳｉ成分との凝着摩耗の原因となるので、上限
を０．３５％に抑えることにより、Ｓｉ含有量を必要最
小限としている。
【０００８】また、本発明のピストンリングは、本体の
全周にリン酸塩化成処理皮膜を有する形態、本体の少な
くとも外周摺動面に、硬質クロムめっき皮膜を有する形
態、および本体の外周摺動面に、硬質クロムめっき皮膜
を有し、側面にリン酸塩化成処理皮膜を有する形態とし
て具体化することもできる。ここで、リン酸塩化成処理
皮膜の厚さは１〜１０μｍ、硬質クロムめっき皮膜の厚
さは５０〜１５０μｍであることが好ましい。さらに、
本発明に係るピストンリングは、Ｓｉを１１〜１３％含
有するＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金製ピストンと組み
合わせて使用することが好ましい。以下、実施例により
さらに詳しく本発明を説明する。
全周にリン酸塩化成処理皮膜を有する形態、本体の少な
くとも外周摺動面に、硬質クロムめっき皮膜を有する形
態、および本体の外周摺動面に、硬質クロムめっき皮膜
を有し、側面にリン酸塩化成処理皮膜を有する形態とし
て具体化することもできる。ここで、リン酸塩化成処理
皮膜の厚さは１〜１０μｍ、硬質クロムめっき皮膜の厚
さは５０〜１５０μｍであることが好ましい。さらに、
本発明に係るピストンリングは、Ｓｉを１１〜１３％含
有するＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金製ピストンと組み
合わせて使用することが好ましい。以下、実施例により
さらに詳しく本発明を説明する。
【０００９】
【実施例】ここで、次に本発明の実施に用いたピストン
リングを表１に示す。
リングを表１に示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】表１は、本実験に用いたピストンリング材
の化学組成と芯部の硬度及び表面処理を示すもので、表
中供試材Ｎｏ．１〜２は本発明鋼（請求項４および
１）、Ｎｏ．３〜５は現在ピストンリングとして使用さ
れている材料で、Ｎｏ．３はＳｉ−Ｃｒ鋼（ＳＷＯＳＣ
−Ｖ）、Ｎｏ．４は球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ７００相
当）、Ｎｏ．５は片状黒鉛鋳鉄（ＦＣ２５０相当）であ
る。これらの材料を用い、通常のピストンリング加工
で、φ８６×１．５×３．３の２ｎｄリングを製造し、
エンジンテストを実施した。エンジンテスト条件および
結果は下記のとおりである。
の化学組成と芯部の硬度及び表面処理を示すもので、表
中供試材Ｎｏ．１〜２は本発明鋼（請求項４および
１）、Ｎｏ．３〜５は現在ピストンリングとして使用さ
れている材料で、Ｎｏ．３はＳｉ−Ｃｒ鋼（ＳＷＯＳＣ
−Ｖ）、Ｎｏ．４は球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ７００相
当）、Ｎｏ．５は片状黒鉛鋳鉄（ＦＣ２５０相当）であ
る。これらの材料を用い、通常のピストンリング加工
で、φ８６×１．５×３．３の２ｎｄリングを製造し、
エンジンテストを実施した。エンジンテスト条件および
結果は下記のとおりである。
【００１２】１．エンジンテスト条件 使用エンジン 水冷６気筒２，５００ｃｃエンジン （ピストンリング ２ｎｄ：φ８６×１．５×３．３） ピストン−Ａｌ−１３％Ｓｉ合金 ６０００ｒｐｍ×４／４×１００時間 ２．エンジンテスト結果 次表に示す。
【００１３】
【表２】
【００１４】エンジンテスト結果から以下のことが言え
る。 （１）本発明ピストンリング１は硬質クロムめっきの効
果でピストンリング外周摺動面の摩耗が少ないばかりで
なく、Ｓｉが少ないためピストン溝との凝着が発生せ
ず、リング上下面摩耗量およびＡｌピストン溝摩耗量も
少ない。Ｓｉが少ないため、張力減退率が原用材リング
に比べて、多くなったが今回のテスト条件で５％以下で
あれば実用上問題にならない。 （２）本発明ピストンリング２は母材の耐摩耗性が硬質
クロムめっきよりも劣るためピストンリング外周摺動面
の摩耗が現用材リングに比べて、多くなったが今回のテ
スト条件で５．０μｍ以下であれば実用上問題にならな
い。Ｓｉが少ないためピストン溝との凝着が発生せず、
リング上下面摩耗量およびＡｌピストン溝摩耗量も少な
い。Ｓｉが少ないため、張力減退率が現用材リングに比
べて、多くなったが、今回のテスト条件で５％以下であ
れば実用上問題にならない。 （３）現用ピストンリング材１〜３はＳｉが多いためピ
ストン溝との凝着が発生し、リング上下面摩耗量および
Ａｌピストン溝摩耗量が多くなった。ただし、現用ピス
トンリング材１は同２、３に比べて母材硬度が高いた
め、リング上下面摩耗量が少なく、現用ピストンリング
材２は熱伝導率が同１、３に比べて低いため、Ａｌピス
トン溝摩耗量が多く、現用ピストンリング材３は同１、
２に比べて母材硬度が低いため、リング上下面摩耗量が
多くなっている。 （４）リング上下面摩耗量およびＡ１ピストン溝摩耗量
は、今回のテスト条件では、いずれも５μｍ以下であれ
ば実用上問題にならないので、本発明ピストンリングお
よび現用ピストンリング材３のみ今回のエンジンテスト
使用で適用可能である。しかし、現用ピストンリング材
１および２は何らかのリング上下面摩耗およびＡｌピス
トン溝摩耗量対策が必要である。現用ピストンリング材
３はリン酸Ｚｎ系化成処理皮膜を施しているが、上下面
摩耗が非常に多くなっている。。
る。 （１）本発明ピストンリング１は硬質クロムめっきの効
果でピストンリング外周摺動面の摩耗が少ないばかりで
なく、Ｓｉが少ないためピストン溝との凝着が発生せ
ず、リング上下面摩耗量およびＡｌピストン溝摩耗量も
少ない。Ｓｉが少ないため、張力減退率が原用材リング
に比べて、多くなったが今回のテスト条件で５％以下で
あれば実用上問題にならない。 （２）本発明ピストンリング２は母材の耐摩耗性が硬質
クロムめっきよりも劣るためピストンリング外周摺動面
の摩耗が現用材リングに比べて、多くなったが今回のテ
スト条件で５．０μｍ以下であれば実用上問題にならな
い。Ｓｉが少ないためピストン溝との凝着が発生せず、
リング上下面摩耗量およびＡｌピストン溝摩耗量も少な
い。Ｓｉが少ないため、張力減退率が現用材リングに比
べて、多くなったが、今回のテスト条件で５％以下であ
れば実用上問題にならない。 （３）現用ピストンリング材１〜３はＳｉが多いためピ
ストン溝との凝着が発生し、リング上下面摩耗量および
Ａｌピストン溝摩耗量が多くなった。ただし、現用ピス
トンリング材１は同２、３に比べて母材硬度が高いた
め、リング上下面摩耗量が少なく、現用ピストンリング
材２は熱伝導率が同１、３に比べて低いため、Ａｌピス
トン溝摩耗量が多く、現用ピストンリング材３は同１、
２に比べて母材硬度が低いため、リング上下面摩耗量が
多くなっている。 （４）リング上下面摩耗量およびＡ１ピストン溝摩耗量
は、今回のテスト条件では、いずれも５μｍ以下であれ
ば実用上問題にならないので、本発明ピストンリングお
よび現用ピストンリング材３のみ今回のエンジンテスト
使用で適用可能である。しかし、現用ピストンリング材
１および２は何らかのリング上下面摩耗およびＡｌピス
トン溝摩耗量対策が必要である。現用ピストンリング材
３はリン酸Ｚｎ系化成処理皮膜を施しているが、上下面
摩耗が非常に多くなっている。。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
重量％でＣ０．９５〜１．１０％、Ｓｉ０．１５〜０．
３５％、Ｍｎ０．５０以下、Ｃｒ１．３０〜１．６０％
を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材を
ピストンリング母材としているので、Ｓｉ成分を必要最
小限しか含まず、ピストンリングとしての機能を損なわ
ないで、リング上下面摩耗およびＡｌピストン溝摩耗が
実用上問題にならない程度に抑えることができる。
重量％でＣ０．９５〜１．１０％、Ｓｉ０．１５〜０．
３５％、Ｍｎ０．５０以下、Ｃｒ１．３０〜１．６０％
を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材を
ピストンリング母材としているので、Ｓｉ成分を必要最
小限しか含まず、ピストンリングとしての機能を損なわ
ないで、リング上下面摩耗およびＡｌピストン溝摩耗が
実用上問題にならない程度に抑えることができる。
Claims (5)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ０．９５〜１．１０％、Ｓ
ｉ０．１５〜０．３５％、Ｍｎ０．５０％以下、Ｃｒ
１．３０〜１．６０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなることを特徴とする内燃機関用ピストンリ
ング。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ０．９５〜１．１０％、Ｓ
ｉ０．１５〜０．３５％、Ｍｎ０．５０％以下、Ｃｒ
１．３０〜１．６０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる本体の全周にリン酸塩化成処理皮膜を有
することを特徴とする内燃機関用ピストンリング - 【請求項３】 重量％で、Ｃ０．９５〜１．１０％、Ｓ
ｉ０．１５〜０．３５％、Ｍｎ０．５０％以下、Ｃｒ
１．３０〜１．６０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる本体の少なくとも外周摺動面に、硬質ク
ロムめっき皮膜を有することを特徴とする内燃機関用ピ
ストンリング。 - 【請求項４】 重量％で、Ｃ０．９５〜１．１０％、Ｓ
ｉ０．１５〜０．３５％、Ｍｎ０．５０％以下、Ｃｒ
１．３０〜１．６０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる本体の外周摺動面に、硬質クロムめっき
皮膜を有し、側面にリン酸塩化成処理皮膜を有すること
を特徴とする内燃機関用ピストンリング。 - 【請求項５】 Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金製ピスト
ンと組み合わせて使用される請求項１から４までの何れ
か１項記載の内燃機関用ピストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35275998A JP3450727B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 内燃機関用ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35275998A JP3450727B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 内燃機関用ピストンリング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000178695A true JP2000178695A (ja) | 2000-06-27 |
| JP3450727B2 JP3450727B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=18426255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35275998A Expired - Fee Related JP3450727B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 内燃機関用ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3450727B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1201781A2 (en) * | 2000-10-04 | 2002-05-02 | Dana Corporation | Non-stainless steel nitrided piston ring, and method of making the same |
| KR100593087B1 (ko) * | 1998-12-31 | 2006-08-30 | 두산인프라코어 주식회사 | 내연기관 엔진용 피스톤링 |
| WO2014024996A1 (ja) * | 2012-08-09 | 2014-02-13 | サンデン株式会社 | 斜板式圧縮機 |
| WO2020104438A1 (de) * | 2018-11-20 | 2020-05-28 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Materialzusammensetzung für eine beschichtung für bauteile von brennkraftmaschinen |
-
1998
- 1998-12-11 JP JP35275998A patent/JP3450727B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100593087B1 (ko) * | 1998-12-31 | 2006-08-30 | 두산인프라코어 주식회사 | 내연기관 엔진용 피스톤링 |
| EP1201781A2 (en) * | 2000-10-04 | 2002-05-02 | Dana Corporation | Non-stainless steel nitrided piston ring, and method of making the same |
| EP1201781A3 (en) * | 2000-10-04 | 2002-05-08 | Dana Corporation | Non-stainless steel nitrided piston ring, and method of making the same |
| WO2014024996A1 (ja) * | 2012-08-09 | 2014-02-13 | サンデン株式会社 | 斜板式圧縮機 |
| JP2014034929A (ja) * | 2012-08-09 | 2014-02-24 | Sanden Corp | 斜板式圧縮機 |
| US9874204B2 (en) | 2012-08-09 | 2018-01-23 | Sanden Corporation | Swash plate compressor |
| WO2020104438A1 (de) * | 2018-11-20 | 2020-05-28 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Materialzusammensetzung für eine beschichtung für bauteile von brennkraftmaschinen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3450727B2 (ja) | 2003-09-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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