JP2764972B2 - ピストンリングとシリンダライナの組合せ構造 - Google Patents
ピストンリングとシリンダライナの組合せ構造Info
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- JP2764972B2 JP2764972B2 JP63314890A JP31489088A JP2764972B2 JP 2764972 B2 JP2764972 B2 JP 2764972B2 JP 63314890 A JP63314890 A JP 63314890A JP 31489088 A JP31489088 A JP 31489088A JP 2764972 B2 JP2764972 B2 JP 2764972B2
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- sliding
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，セラミック材料を摺動面に配置したピス
トンリングとシリンダライナの組合せ構造に関する。
トンリングとシリンダライナの組合せ構造に関する。
従来，セラミック材から成るピストンリングの構造に
ついては，例えば，特開昭60−65956号公報に開示され
ている。該特開昭60−65956号公報に開示されたセラミ
ックスピストンリングは，金属製のピストンリング部材
の外周面即ち摺動面にセラミック層を形成したものであ
る。セラミック層は，セラミックスの粉末又は板状タイ
ル等のセラミック材をピストンリング部材の外周にメタ
ライズさせて形成されている。また，セラミック材は窒
化珪素，アルミナ，ボロンナイトライドである。又は，
ピストンリング部材の外周は，コバルト，ニッケル系合
金等であり，セラミック層と熱膨張係数の同じ金属で形
成されている。
ついては，例えば，特開昭60−65956号公報に開示され
ている。該特開昭60−65956号公報に開示されたセラミ
ックスピストンリングは，金属製のピストンリング部材
の外周面即ち摺動面にセラミック層を形成したものであ
る。セラミック層は，セラミックスの粉末又は板状タイ
ル等のセラミック材をピストンリング部材の外周にメタ
ライズさせて形成されている。また，セラミック材は窒
化珪素，アルミナ，ボロンナイトライドである。又は，
ピストンリング部材の外周は，コバルト，ニッケル系合
金等であり，セラミック層と熱膨張係数の同じ金属で形
成されている。
ところで，潤滑油には，酸化防止剤，異物取込み中和
剤，被膜創成剤等の化合物が混入されている。金属剤か
ら成る２物体間の摺動接触の場合には，潤滑油が２物体
間を流れて被膜層が形成され，流体潤滑されている。負
荷が大になると，両者間に存在する潤滑油の被膜層が切
断されるが，その場合に，被膜層の切断部に潤滑油に混
入した上記化合物が金属材表面に付着して金属材の表面
を保護している。
剤，被膜創成剤等の化合物が混入されている。金属剤か
ら成る２物体間の摺動接触の場合には，潤滑油が２物体
間を流れて被膜層が形成され，流体潤滑されている。負
荷が大になると，両者間に存在する潤滑油の被膜層が切
断されるが，その場合に，被膜層の切断部に潤滑油に混
入した上記化合物が金属材表面に付着して金属材の表面
を保護している。
これに対して，セラミック材同士の摺動接触について
は，表面被膜層は不要であって境界潤滑となるものであ
り，負荷が大になると，セラミック材を構成する粒子が
脱落し即ち粒子脱落となって潤滑されている。そして，
セラミック材同士の接触運動即ち摺動運動では，両者間
のフリクションを低減するため，セラミック材の表面に
存在するポロシティーに潤滑油即ち流体を保持すること
が好ましいものである。
は，表面被膜層は不要であって境界潤滑となるものであ
り，負荷が大になると，セラミック材を構成する粒子が
脱落し即ち粒子脱落となって潤滑されている。そして，
セラミック材同士の接触運動即ち摺動運動では，両者間
のフリクションを低減するため，セラミック材の表面に
存在するポロシティーに潤滑油即ち流体を保持すること
が好ましいものである。
そこで，セラミック材料によりピストンリングを構成
する時，ピストンリングとシリンダライナとの間に潤滑
油を介して摺動する場合が多いが，摺動面に潤滑油を保
持するため，金属ライナではプラトーホーニングを行う
ことが多い。しかるに，セラミック材料は耐スティック
性に優れているので，潤滑油を多量に供給する必要はな
いが，セラミック材料から成る摺動面の表面粗さが良く
なってくると，該摺動面に対しては潤滑油によるある程
度の潤滑が必要になる。
する時，ピストンリングとシリンダライナとの間に潤滑
油を介して摺動する場合が多いが，摺動面に潤滑油を保
持するため，金属ライナではプラトーホーニングを行う
ことが多い。しかるに，セラミック材料は耐スティック
性に優れているので，潤滑油を多量に供給する必要はな
いが，セラミック材料から成る摺動面の表面粗さが良く
なってくると，該摺動面に対しては潤滑油によるある程
度の潤滑が必要になる。
ところで，本出願人は，セラミック材料から成る相対
摺動部材の各摺動面に関して，種々の実験を繰り返し，
摺動面における表面粗さと気孔率について，摺動特性の
最も好ましい条件を開発し，先に，特願昭63−197151号
（特開平２−49956号公報参照）として出願した。
摺動部材の各摺動面に関して，種々の実験を繰り返し，
摺動面における表面粗さと気孔率について，摺動特性の
最も好ましい条件を開発し，先に，特願昭63−197151号
（特開平２−49956号公報参照）として出願した。
この先願のセラミック材料から成る相対摺動部材は，
セラミック材料から成る摺動面移動側の摺動部材の表面
粗さを約0.3μmRmaxに且つ気孔率を約１％〜0.1％に構
成し，セラミック材料から成る摺動面非移動側の摺動部
材の表面粗さを約0.8μmRmaxに且つ気孔率を約７％〜２
％に構成し，即ち，摺動面移動側の摺動面の表面粗さ及
び気孔率を摺動面非移動側の摺動面の表面粗さ及び気孔
率より小さくなるように構成し，それによって，摺動特
性を最適状態，例えば，摩擦係数μを0.06以下に低減さ
せたものである。
セラミック材料から成る摺動面移動側の摺動部材の表面
粗さを約0.3μmRmaxに且つ気孔率を約１％〜0.1％に構
成し，セラミック材料から成る摺動面非移動側の摺動部
材の表面粗さを約0.8μmRmaxに且つ気孔率を約７％〜２
％に構成し，即ち，摺動面移動側の摺動面の表面粗さ及
び気孔率を摺動面非移動側の摺動面の表面粗さ及び気孔
率より小さくなるように構成し，それによって，摺動特
性を最適状態，例えば，摩擦係数μを0.06以下に低減さ
せたものである。
ところで，セラミック材料から成る相対摺動部材の各
摺動面に対する表面粗さと気孔率とについての上記摺動
特性の好ましい条件を，シリンダライナとピストンリン
グとの各摺動面に当て嵌めてみると，シリンダライナの
摺動面にける表面粗さと気孔率をピストンリングの摺動
面におけるものより良好にすることが，摺動特性を向上
させることとなる。
摺動面に対する表面粗さと気孔率とについての上記摺動
特性の好ましい条件を，シリンダライナとピストンリン
グとの各摺動面に当て嵌めてみると，シリンダライナの
摺動面にける表面粗さと気孔率をピストンリングの摺動
面におけるものより良好にすることが，摺動特性を向上
させることとなる。
また，ピストンリングをピストンのピストンリング溝
に配置し，シリンダライナ内に装填する場合には，ピス
トンリングを縮径して装填するため，ピストンリングの
合い口と反対側に位置する部位の強度については，ピス
トンリングの外周部が最大の引張力を且つ内周部が最大
の圧縮力を受ける。ピストンリングがこのような状態で
過酷な往復運動をした場合に，ピストンリングの折損の
問題が発生する。
に配置し，シリンダライナ内に装填する場合には，ピス
トンリングを縮径して装填するため，ピストンリングの
合い口と反対側に位置する部位の強度については，ピス
トンリングの外周部が最大の引張力を且つ内周部が最大
の圧縮力を受ける。ピストンリングがこのような状態で
過酷な往復運動をした場合に，ピストンリングの折損の
問題が発生する。
そこで，エンジンにおいて使用されているセラミック
材料から成るピストンリングの摺動面について，金属材
料又はセラミック材料から成る表面粗さが良く且つ気孔
率の小さい摺動面を有するシリンダライナに対してピス
トンリングを摺動運動させる場合に，シリンダライナの
表面粗さを良くし且つ気孔率を小さくした時，窒化珪素
等のセラミック材料で構成したピストンリングの構造を
如何にすれば，ピストンリングが折損しない強度を確保
することができ，且つピストンリングに潤滑油の保油性
を確保し，摺動特性を向上させて摺動面のフリクション
を低減できるかの課題がある。
材料から成るピストンリングの摺動面について，金属材
料又はセラミック材料から成る表面粗さが良く且つ気孔
率の小さい摺動面を有するシリンダライナに対してピス
トンリングを摺動運動させる場合に，シリンダライナの
表面粗さを良くし且つ気孔率を小さくした時，窒化珪素
等のセラミック材料で構成したピストンリングの構造を
如何にすれば，ピストンリングが折損しない強度を確保
することができ，且つピストンリングに潤滑油の保油性
を確保し，摺動特性を向上させて摺動面のフリクション
を低減できるかの課題がある。
この発明の目的は，上記の課題を解決することであ
り，ピストンリングの摺動面に窒化珪素等のセラミック
材料を配置し，摺動特性を向上させるため，金属材料又
はセラミック材料から成るシリンダライナの表面粗さ及
び気孔率を，ピストンリングの表面粗さ及び気孔率より
良好に構成し，セラミック材料の強度が加工の方向性に
支配されることに着眼し，ピストンリングの摺動面の加
工方向を考慮してピストンリング自体の強度を確保し，
研削加工方向を円周方向に施すことによって円周方向の
多数の微小加工溝を形成し，前記微小加工溝で保油性を
確保して低フリクションの摺動面を得て，耐焼付性に優
れ且つ摺動過渡状態でも焼付き等の発生を防止できるピ
ストンリングとシリンダライナの組合せ構造を提供する
ことである。
り，ピストンリングの摺動面に窒化珪素等のセラミック
材料を配置し，摺動特性を向上させるため，金属材料又
はセラミック材料から成るシリンダライナの表面粗さ及
び気孔率を，ピストンリングの表面粗さ及び気孔率より
良好に構成し，セラミック材料の強度が加工の方向性に
支配されることに着眼し，ピストンリングの摺動面の加
工方向を考慮してピストンリング自体の強度を確保し，
研削加工方向を円周方向に施すことによって円周方向の
多数の微小加工溝を形成し，前記微小加工溝で保油性を
確保して低フリクションの摺動面を得て，耐焼付性に優
れ且つ摺動過渡状態でも焼付き等の発生を防止できるピ
ストンリングとシリンダライナの組合せ構造を提供する
ことである。
この発明は，上記の目的を達成するために，次のよう
に構成されている。即ち，この発明は，摺動面にセラミ
ック材料を配置したピストンリング，及び前記摺動面の
表面粗さ（μmRmax）より低い表面粗さ（μmRmax）の摺
動面を有するシリンダライナから成り，前記ピストンリ
ングの前記摺動面の周方向に沿って多数の微小加工溝を
形成し，前記ピストンリングの前記摺動面の気孔率を１
％以下に構成し且つ該気孔率よりも前記シリンダライナ
の前記摺動面の気孔率を低くしたことを特徴とするピス
トンリングとシリンダライナの組合せ構造に関する。
に構成されている。即ち，この発明は，摺動面にセラミ
ック材料を配置したピストンリング，及び前記摺動面の
表面粗さ（μmRmax）より低い表面粗さ（μmRmax）の摺
動面を有するシリンダライナから成り，前記ピストンリ
ングの前記摺動面の周方向に沿って多数の微小加工溝を
形成し，前記ピストンリングの前記摺動面の気孔率を１
％以下に構成し且つ該気孔率よりも前記シリンダライナ
の前記摺動面の気孔率を低くしたことを特徴とするピス
トンリングとシリンダライナの組合せ構造に関する。
また，このピストンリングとシリンダライナの組合せ
構造において，前記ピストンリングの前記微小加工溝に
よる前記摺動面が少なくとも２〜0.5μmRmaxの表面粗さ
に構成されている。
構造において，前記ピストンリングの前記微小加工溝に
よる前記摺動面が少なくとも２〜0.5μmRmaxの表面粗さ
に構成されている。
このピストンリングとシリンダライナの組合せ構造に
おいて，セラミック材料は窒化珪素である。
おいて，セラミック材料は窒化珪素である。
この発明によるピストンリングとシリンダライナの組
合せ構造は，上記のように構成したので，前記ピストン
リングの幅方向に加工溝が形成されたものに比較してセ
ラミック材料の強度を十分に確保することができると共
に，前記ピストンリングの潤滑油の保油性を確保でき，
摺動特性を向上できる。
合せ構造は，上記のように構成したので，前記ピストン
リングの幅方向に加工溝が形成されたものに比較してセ
ラミック材料の強度を十分に確保することができると共
に，前記ピストンリングの潤滑油の保油性を確保でき，
摺動特性を向上できる。
従って，このピストンリングとシリンダライナの組合
せ構造は，前記ピストンリングの摩擦係数を低下させ，
低フリクションの摺動面を得ることができる。即ち，前
記ピストンリングの前記摺動面は，前記シリンダライナ
の前記摺動面に対して線接触に近い状態となって潤滑油
を引張って往復運動するため，前記ピストンリングの前
記摺動面はオイル溜め部となる大きいボイドを多く必要
とするが，前記微小加工溝はその条件を満足させること
ができる。
せ構造は，前記ピストンリングの摩擦係数を低下させ，
低フリクションの摺動面を得ることができる。即ち，前
記ピストンリングの前記摺動面は，前記シリンダライナ
の前記摺動面に対して線接触に近い状態となって潤滑油
を引張って往復運動するため，前記ピストンリングの前
記摺動面はオイル溜め部となる大きいボイドを多く必要
とするが，前記微小加工溝はその条件を満足させること
ができる。
以下，図面を参照して，この発明によるピストンリン
グとシリンダライナの組合せ構造の実施例を詳述する。
第１図はこの発明によるピストンリングとシリンダライ
ナの組合せ構造の一実施例を示す斜視図，及び第２図は
第１図のピストンリングが装填された状態を示す断面図
である。
グとシリンダライナの組合せ構造の実施例を詳述する。
第１図はこの発明によるピストンリングとシリンダライ
ナの組合せ構造の一実施例を示す斜視図，及び第２図は
第１図のピストンリングが装填された状態を示す断面図
である。
ピストンリング１は，プレーン形に形成され，合い口
３を有している。ピストンリング１は，シリンダブロッ
ク10のシリンダに嵌合したシリンダライナ７に接触する
摺動面2,ピストン６の外周面に形成されたピストンリン
グ溝11の上面に接触する上面８及びピストンリング溝11
の下面に接触する下面9,及びピストンリング溝11の底面
に対向する内周面４から形成されている。また，ピスト
ンリング１は，上面８と下面９との間即ち摺動面２の幅
B,上面８及び下面９の厚さT,及び合い口３の隙間Ｌを有
する。ピストンリング１については，ピストンリング溝
11に装着されていない時の自由合い口隙間Ｌは，ピスト
ンリング溝11に装着された時の合い口隙間よりも大きく
なっている。
３を有している。ピストンリング１は，シリンダブロッ
ク10のシリンダに嵌合したシリンダライナ７に接触する
摺動面2,ピストン６の外周面に形成されたピストンリン
グ溝11の上面に接触する上面８及びピストンリング溝11
の下面に接触する下面9,及びピストンリング溝11の底面
に対向する内周面４から形成されている。また，ピスト
ンリング１は，上面８と下面９との間即ち摺動面２の幅
B,上面８及び下面９の厚さT,及び合い口３の隙間Ｌを有
する。ピストンリング１については，ピストンリング溝
11に装着されていない時の自由合い口隙間Ｌは，ピスト
ンリング溝11に装着された時の合い口隙間よりも大きく
なっている。
このピストンリングとシリンダライナの組合せ構造
は，第２図に示すように，ピストンリング１自体を窒化
珪素（Si3N4）等のセラミック材料から構成するか，又
は，図示していないが，前掲特開昭60−65956号公報に
開示したように，金属材料から成るピストンリング部材
の摺動面に窒化珪素（Si3N4）等のセラミック材料を配
置した構造に構成されている。
は，第２図に示すように，ピストンリング１自体を窒化
珪素（Si3N4）等のセラミック材料から構成するか，又
は，図示していないが，前掲特開昭60−65956号公報に
開示したように，金属材料から成るピストンリング部材
の摺動面に窒化珪素（Si3N4）等のセラミック材料を配
置した構造に構成されている。
ところで，摺動部材をセラミック材料で構成した場合
に，セラミック材料は耐スティック性に優れているの
で，摺動面に潤滑油を多量に供給する必要はないが，シ
リンダライナ７の摺動面12の表面粗さ，及びセラミック
材料を摺動面２に配置したピストンリングの表面粗さが
良くなってくると，ある程度の潤滑油が必要になる。
に，セラミック材料は耐スティック性に優れているの
で，摺動面に潤滑油を多量に供給する必要はないが，シ
リンダライナ７の摺動面12の表面粗さ，及びセラミック
材料を摺動面２に配置したピストンリングの表面粗さが
良くなってくると，ある程度の潤滑油が必要になる。
第３図には，ピストンリング１の摺動面２を構成する
セラミック材料である窒化珪素（Si3N4）の表面粗さ（S
URFACE ROUGHNESS:μmRmax）と破壊強度（FRACTURE STR
ENGTH:Kg/mm2）との関係が示されている。第３図におい
て,Aはホットプレス（HOT PRESSED）による窒化珪素の
素材を示し，また,Bは低圧焼結（LOW PRESSURE SINTERE
D）による窒化珪素の素材を示す。第３図のグラフよ
り，ピストンリング１の摺動面２の表面粗さを２〜0.5
μmRmaxに構成することによって，ピストンリング１と
しての十分な強度を得ることができることが分かる。こ
の場合に，シリンダライナ７の摺動面12の表面粗さを，
ピストンリング１の摺動面２の表面粗さより良好にする
ため，例えば，約0.3μmRmaxに構成することが好まし
い。
セラミック材料である窒化珪素（Si3N4）の表面粗さ（S
URFACE ROUGHNESS:μmRmax）と破壊強度（FRACTURE STR
ENGTH:Kg/mm2）との関係が示されている。第３図におい
て,Aはホットプレス（HOT PRESSED）による窒化珪素の
素材を示し，また,Bは低圧焼結（LOW PRESSURE SINTERE
D）による窒化珪素の素材を示す。第３図のグラフよ
り，ピストンリング１の摺動面２の表面粗さを２〜0.5
μmRmaxに構成することによって，ピストンリング１と
しての十分な強度を得ることができることが分かる。こ
の場合に，シリンダライナ７の摺動面12の表面粗さを，
ピストンリング１の摺動面２の表面粗さより良好にする
ため，例えば，約0.3μmRmaxに構成することが好まし
い。
また，摺動面２にセラミック材料を配置したピストン
リング１が，ある程度の保油性を有し，両者間に低フリ
クションの摺動面を提供し，耐焼付性に優れ且つ摺動過
渡状態でも焼付き等の発生を防止できるように構成する
ため，ピストンリング１の摺動面２に多数の微小加工溝
５を形成した。
リング１が，ある程度の保油性を有し，両者間に低フリ
クションの摺動面を提供し，耐焼付性に優れ且つ摺動過
渡状態でも焼付き等の発生を防止できるように構成する
ため，ピストンリング１の摺動面２に多数の微小加工溝
５を形成した。
この場合に，ピストンリング１の摺動面２に形成する
微小加工溝５がピストンリング１の破壊強度に如何なる
影響を及ぼすかを知るために，セラミック材料の強度が
加工の方向性に支配されることを考慮し，セラミック材
料から成るピストンリング１の摺動面２について，第４
図（Ａ）に示すように，ピストンリング１の摺動面２に
対して研削加工を円周方向に施したものと，第４図
（Ｂ）に示すように，ピストンリング１の摺動面２に対
して加工を軸方向即ち幅方向に施したものとを製作し，
両者の破壊強度を比較した。
微小加工溝５がピストンリング１の破壊強度に如何なる
影響を及ぼすかを知るために，セラミック材料の強度が
加工の方向性に支配されることを考慮し，セラミック材
料から成るピストンリング１の摺動面２について，第４
図（Ａ）に示すように，ピストンリング１の摺動面２に
対して研削加工を円周方向に施したものと，第４図
（Ｂ）に示すように，ピストンリング１の摺動面２に対
して加工を軸方向即ち幅方向に施したものとを製作し，
両者の破壊強度を比較した。
また，セラミック材料として窒化珪素（Si3N4）を使
用し，良好な摺動特性を得るため，窒化珪素（Si3N4）
を摺動面２に配置したピストンリング１の気孔率を１％
以下にすると共に，第３図に示す結果を考慮して，所定
の強度を確保できるように，研削加工による微小加工溝
５を，少なくとも２μｍ〜0.5μmRmaxの表面粗さになる
ように加工した。
用し，良好な摺動特性を得るため，窒化珪素（Si3N4）
を摺動面２に配置したピストンリング１の気孔率を１％
以下にすると共に，第３図に示す結果を考慮して，所定
の強度を確保できるように，研削加工による微小加工溝
５を，少なくとも２μｍ〜0.5μmRmaxの表面粗さになる
ように加工した。
この結果，第４図（Ａ）に示すように，研削方向をピ
ストンリング１の円周方向に加工し，ピストンリング１
の摺動面２に微小加工溝５を形成した場合には，第５図
に示すように，破壊強度が900MPa以下ではセラミック材
料の破壊は発生しなかった。これに対して，第４図
（Ｂ）に示すように，研削方向をピストンリング１の軸
方向即ち幅方向に加工し，ピストンリング１の摺動面２
に微小加工溝13を形成した場合には，第５図に示すよう
に，破壊強度が750MPaにおいてセラミック材料の破壊が
発生した。
ストンリング１の円周方向に加工し，ピストンリング１
の摺動面２に微小加工溝５を形成した場合には，第５図
に示すように，破壊強度が900MPa以下ではセラミック材
料の破壊は発生しなかった。これに対して，第４図
（Ｂ）に示すように，研削方向をピストンリング１の軸
方向即ち幅方向に加工し，ピストンリング１の摺動面２
に微小加工溝13を形成した場合には，第５図に示すよう
に，破壊強度が750MPaにおいてセラミック材料の破壊が
発生した。
それ故に，このピストンリングとシリンダライナの組
合せ構造については，ピストンリング１の摺動面２に形
成した微小加工溝５がピストンリング１の強度に悪影響
を及ぼさないように，上記のように，セラミック材料の
強度が加工の方向性に支配されることを考慮し，微小加
工溝５の加工方向をピストンリング１の円周方向に延び
るように施してピストンリング自体の強度を確保するよ
うに構成した。即ち，ピストンリング１が，第５図から
分かるように,900MPa程度まで破壊に耐えることができ
れば，ピストンリング１として強度上十分に機能を果た
すことができ，折損等の事故は発生しない。
合せ構造については，ピストンリング１の摺動面２に形
成した微小加工溝５がピストンリング１の強度に悪影響
を及ぼさないように，上記のように，セラミック材料の
強度が加工の方向性に支配されることを考慮し，微小加
工溝５の加工方向をピストンリング１の円周方向に延び
るように施してピストンリング自体の強度を確保するよ
うに構成した。即ち，ピストンリング１が，第５図から
分かるように,900MPa程度まで破壊に耐えることができ
れば，ピストンリング１として強度上十分に機能を果た
すことができ，折損等の事故は発生しない。
このピストンリングとシリンダライナの組合せ構造
は，ピストンリング１のセラミック材料から成る摺動面
２の気孔率を１％以下に構成して低フリクションの摺動
特性を確保し，更に，摺動面２の気孔率を良くした場合
に，ピストンリング１の摺動面２の周方向に沿って延び
るように多数の微小加工溝５を形成して潤滑油の保油性
を確保し，しかもピストンリング自体の強度を十分に確
保することができる。
は，ピストンリング１のセラミック材料から成る摺動面
２の気孔率を１％以下に構成して低フリクションの摺動
特性を確保し，更に，摺動面２の気孔率を良くした場合
に，ピストンリング１の摺動面２の周方向に沿って延び
るように多数の微小加工溝５を形成して潤滑油の保油性
を確保し，しかもピストンリング自体の強度を十分に確
保することができる。
従って，ピストンリング１が表面粗さの良いシリンダ
ライナ７に対して摺動往復運動を行う時に，ピストンリ
ング１の摺動面２に適度な潤滑油の保油性を持たせ，耐
焼付性に優れ且つ摺動過渡状態でも焼付き等の発生を防
止できるように構成できる。これらの微小加工溝５は，
少なくとも２〜0.5μmRmaxの表面粗さに研削加工されて
いる。
ライナ７に対して摺動往復運動を行う時に，ピストンリ
ング１の摺動面２に適度な潤滑油の保油性を持たせ，耐
焼付性に優れ且つ摺動過渡状態でも焼付き等の発生を防
止できるように構成できる。これらの微小加工溝５は，
少なくとも２〜0.5μmRmaxの表面粗さに研削加工されて
いる。
また，ピストンリング１の摺動面２とシリンダライナ
７の摺動面12との表面粗さ及び気孔率については，低フ
リクションの良好な摺動特性を得るため，上記前掲特開
平２−49956号公報に開示したセラミック材料から成る
相対摺動部材を考慮して，金属材料又はセラミック材料
から成るシリンダライナ７の表面粗さをピストンリング
１の摺動面２の表面粗さより良好にし，且つシリンダラ
イナ７の気孔率を0.8％以下に構成したものを使用し
た。
７の摺動面12との表面粗さ及び気孔率については，低フ
リクションの良好な摺動特性を得るため，上記前掲特開
平２−49956号公報に開示したセラミック材料から成る
相対摺動部材を考慮して，金属材料又はセラミック材料
から成るシリンダライナ７の表面粗さをピストンリング
１の摺動面２の表面粗さより良好にし，且つシリンダラ
イナ７の気孔率を0.8％以下に構成したものを使用し
た。
また，シリンダライナ７の摺動面12及びピストンリン
グ１の摺動面２の表面粗さ及び気孔率について説明す
る。
グ１の摺動面２の表面粗さ及び気孔率について説明す
る。
ピストンリング１及びシリンダライナ７の接触面即ち
摺動面の表面粗さを検出するための表面粗さ検出センサ
ーは，摺動面2,12に存在する表面粗さ値，例えば，約0.
3μｍ程度の表面粗さ値を検出することはできるが，ピ
ストンリング１及びシリンダライナ７の摺動面2,12に存
在している多数のポロシティーを検出することはできな
い。即ち，表面粗さはミクロン（μｍ）の単位の大きさ
であるが，ポロシティーはナノ（nm）の単位の大きさで
ある。そこで，摺動面2,12の表面粗さは表面粗さ検出セ
ンサーにて検出し，摺動面2,12上に存在するポロシティ
ーの検出については，摺動面2,12を画像処理し，摺動面
2,12に形成されているポロシティーを検出して気孔率
（％）を測定した。
摺動面の表面粗さを検出するための表面粗さ検出センサ
ーは，摺動面2,12に存在する表面粗さ値，例えば，約0.
3μｍ程度の表面粗さ値を検出することはできるが，ピ
ストンリング１及びシリンダライナ７の摺動面2,12に存
在している多数のポロシティーを検出することはできな
い。即ち，表面粗さはミクロン（μｍ）の単位の大きさ
であるが，ポロシティーはナノ（nm）の単位の大きさで
ある。そこで，摺動面2,12の表面粗さは表面粗さ検出セ
ンサーにて検出し，摺動面2,12上に存在するポロシティ
ーの検出については，摺動面2,12を画像処理し，摺動面
2,12に形成されているポロシティーを検出して気孔率
（％）を測定した。
〔発明の効果〕 この発明によるピストンリングとシリンダライナの組
合せ構造は，以上のように構成されているので，ピスト
ンリングの幅方向に微小加工溝が形成されたものに比較
してセラミック材料の強度を十分に確保することがで
き，ピストンリングとしての機能を果たす強度を確保で
きると共に，前記微小加工溝によってピストンリングの
摺動面に対して潤滑油の保油性を向上できる。
合せ構造は，以上のように構成されているので，ピスト
ンリングの幅方向に微小加工溝が形成されたものに比較
してセラミック材料の強度を十分に確保することがで
き，ピストンリングとしての機能を果たす強度を確保で
きると共に，前記微小加工溝によってピストンリングの
摺動面に対して潤滑油の保油性を向上できる。
従って，このピストンリングとシリンダライナの組合
せ構造は，表面粗さの良好なシリンダライナ内を往復運
動するピストンリングの摩擦係数を低下させ，両者間に
低フリクションの摺動面を得ることができる。即ち，ピ
ストンリングがセラミック材料の強度が加工の方向性に
支配されることに着眼し，ピストンリングの摺動面の加
工方向をピストンリング自体の強度を最大限確保できる
円周方向に研削加工方向を施すことによって円周方向の
多数の微小加工溝を形成し，強度上の問題を解決して前
記微小加工溝で保油性を確保して摺動特性を向上させ，
低フリクションの摺動面を得て，耐焼付性に優れ且つ摺
動過渡状態でも焼付き等の発生を防止できる また，前記ピストンリングの前記摺動面の気孔率を１
％以下に構成し，それに対して，前記シリンダライナの
前記摺動面の気孔率をより良好に，例えば，気孔率を0.
8％以下に形成することによって，各摺動面の強度を確
保できると共に，摺動特性を極めて向上させることがで
きる。
せ構造は，表面粗さの良好なシリンダライナ内を往復運
動するピストンリングの摩擦係数を低下させ，両者間に
低フリクションの摺動面を得ることができる。即ち，ピ
ストンリングがセラミック材料の強度が加工の方向性に
支配されることに着眼し，ピストンリングの摺動面の加
工方向をピストンリング自体の強度を最大限確保できる
円周方向に研削加工方向を施すことによって円周方向の
多数の微小加工溝を形成し，強度上の問題を解決して前
記微小加工溝で保油性を確保して摺動特性を向上させ，
低フリクションの摺動面を得て，耐焼付性に優れ且つ摺
動過渡状態でも焼付き等の発生を防止できる また，前記ピストンリングの前記摺動面の気孔率を１
％以下に構成し，それに対して，前記シリンダライナの
前記摺動面の気孔率をより良好に，例えば，気孔率を0.
8％以下に形成することによって，各摺動面の強度を確
保できると共に，摺動特性を極めて向上させることがで
きる。
更に，前記ピストンリングの前記摺動面に形成した前
記微小加工溝が少なくとも２μｍ〜0.5μmRmaxの表面粗
さになるように，前記ピストンリングの前記摺動面を研
削加工することによって，更に十分な強度，例えば,900
MPaの強度を確保することができる。
記微小加工溝が少なくとも２μｍ〜0.5μmRmaxの表面粗
さになるように，前記ピストンリングの前記摺動面を研
削加工することによって，更に十分な強度，例えば,900
MPaの強度を確保することができる。
また，前記ピストンリングの前記摺動面を構成するセ
ラミック材料は：窒化珪素であるので，耐スティック性
に優れており，前記ピストンリングの摺動特性を向上で
きる。
ラミック材料は：窒化珪素であるので，耐スティック性
に優れており，前記ピストンリングの摺動特性を向上で
きる。
第１図はこの発明によるピストンリングとシリンダライ
ナの組合せ構造の一実施例を示す斜視図，第２図は第１
図のピストンリングをピストンのピストンリング溝に嵌
合してシリンダライナに装着した一実施例を示す断面
図，第３図は窒化珪素の表面粗さと破壊強度を示すグラ
フ，第４図（Ａ）は素材の長手方向に微小加工溝を形成
した状態を示す斜視図，第４図（Ｂ）は素材の幅方向に
微小加工溝を形成した状態を示す斜視図，及び第５図は
窒化珪素の研削方向と破壊強度を示すグラフである。 １……ピストンリング,2……ピストンリングの摺動面,5
……微小加工溝,6……ピストン,7……シリンダライナ,1
0……シリンダブロック,11……ピストンリング溝,12…
…シリンダライナの摺動面。
ナの組合せ構造の一実施例を示す斜視図，第２図は第１
図のピストンリングをピストンのピストンリング溝に嵌
合してシリンダライナに装着した一実施例を示す断面
図，第３図は窒化珪素の表面粗さと破壊強度を示すグラ
フ，第４図（Ａ）は素材の長手方向に微小加工溝を形成
した状態を示す斜視図，第４図（Ｂ）は素材の幅方向に
微小加工溝を形成した状態を示す斜視図，及び第５図は
窒化珪素の研削方向と破壊強度を示すグラフである。 １……ピストンリング,2……ピストンリングの摺動面,5
……微小加工溝,6……ピストン,7……シリンダライナ,1
0……シリンダブロック,11……ピストンリング溝,12…
…シリンダライナの摺動面。
Claims (3)
- 【請求項１】摺動面にセラミック材料を配置したピスト
ンリング，及び前記摺動面の表面粗さより低い表面粗さ
の摺動面を有するシリンダライナから成り，前記ピスト
ンリングの前記摺動面の周方向に沿って多数の微小加工
溝を形成し，前記ピストンリングの前記摺動面の気孔率
を１％以下に構成し且つ該気孔率よりも前記シリンダラ
イナの前記摺動面の気孔率を低くしたことを特徴とする
ピストンリングとシリンダライナの組合せ構造。 - 【請求項２】前記ピストンリングの前記微小加工溝によ
る前記摺動面は少なくとも２〜0.5μmRmaxの表面粗さに
構成されていることを特徴とする請求項１に記載のピス
トンリングとシリンダライナの組合せ構造。 - 【請求項３】セラミック材料は窒化珪素であることを特
徴とする請求項１に記載のピストンリングとシリンダラ
イナの組合せ構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63314890A JP2764972B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | ピストンリングとシリンダライナの組合せ構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63314890A JP2764972B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | ピストンリングとシリンダライナの組合せ構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02161156A JPH02161156A (ja) | 1990-06-21 |
| JP2764972B2 true JP2764972B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=18058858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63314890A Expired - Lifetime JP2764972B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | ピストンリングとシリンダライナの組合せ構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2764972B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101809271B (zh) * | 2007-10-05 | 2013-06-12 | 日本活塞环株式会社 | 气缸 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5077798B2 (ja) * | 2008-08-06 | 2012-11-21 | 三菱重工業株式会社 | 往復動機関のピストンリング |
| JP5331235B2 (ja) * | 2012-08-17 | 2013-10-30 | 三菱重工業株式会社 | 往復動機関 |
| CN105804885A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-07-27 | 江苏大学 | 一种内燃机活塞环及安装该活塞环的内燃机 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58146848U (ja) * | 1982-03-29 | 1983-10-03 | 帝国ピストンリング株式会社 | バレルフエ−ス形鋼製ピストンリング |
| JPS6113064A (ja) * | 1984-06-28 | 1986-01-21 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 内燃機関用ピストンリング |
| JPS6273158U (ja) * | 1985-10-28 | 1987-05-11 |
-
1988
- 1988-12-15 JP JP63314890A patent/JP2764972B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101809271B (zh) * | 2007-10-05 | 2013-06-12 | 日本活塞环株式会社 | 气缸 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02161156A (ja) | 1990-06-21 |
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