JP3075368B2 - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
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- JP3075368B2 JP3075368B2 JP03136728A JP13672891A JP3075368B2 JP 3075368 B2 JP3075368 B2 JP 3075368B2 JP 03136728 A JP03136728 A JP 03136728A JP 13672891 A JP13672891 A JP 13672891A JP 3075368 B2 JP3075368 B2 JP 3075368B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/06—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass piston rings from one piece
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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
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/49274—Piston ring or piston packing making
- Y10T29/49281—Piston ring or piston packing making including coating or plating
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/49274—Piston ring or piston packing making
- Y10T29/49282—Piston ring or piston packing making including grinding or honing
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用のピストン
リング、特に鋼製コンプレッションリングの改良に関す
る。
リング、特に鋼製コンプレッションリングの改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、社会的ニーズにより、過給機装置
仕様も含む高回転高出力型仕様、又は高圧縮比仕様等の
出力アップを狙った内燃機関が開発されており、この内
燃機関に使用するピストンリングもこれに見合ってグレ
ードアップさせていかなければならない状況にある。ま
た、公害問題により燃料の無鉛化が進んでいるが、有鉛
燃料も諸外国を中心に未だ広く使用されているのが実状
である。この有鉛燃料を使用する内燃機関のシリンダ内
においては、ＨＣｌやＨ2 ＳＯ4 等の腐食雰囲気が強
く、その腐食雰囲気による摩耗をできる限り抑制すべ
く、ピストンリングの少なくとも摺動面に窒化処理を施
したものが開発されており、耐摩耗性及び耐腐食性につ
いては効果がある。しかしながら、高回転高出力型仕様
の内燃機関であるがゆえに、ピストンリングが折損して
しまう例もあり、耐折損性の向上も図らなければならな
い。
仕様も含む高回転高出力型仕様、又は高圧縮比仕様等の
出力アップを狙った内燃機関が開発されており、この内
燃機関に使用するピストンリングもこれに見合ってグレ
ードアップさせていかなければならない状況にある。ま
た、公害問題により燃料の無鉛化が進んでいるが、有鉛
燃料も諸外国を中心に未だ広く使用されているのが実状
である。この有鉛燃料を使用する内燃機関のシリンダ内
においては、ＨＣｌやＨ2 ＳＯ4 等の腐食雰囲気が強
く、その腐食雰囲気による摩耗をできる限り抑制すべ
く、ピストンリングの少なくとも摺動面に窒化処理を施
したものが開発されており、耐摩耗性及び耐腐食性につ
いては効果がある。しかしながら、高回転高出力型仕様
の内燃機関であるがゆえに、ピストンリングが折損して
しまう例もあり、耐折損性の向上も図らなければならな
い。
【０００３】図１は、ピストリングとしての従来の鋼製
コンプレッションリングの一部を示しており、鋼製母材
１の表面に、窒化処理により窒化層２が形成されてい
る。この窒化処理に伴なって窒化層２の表層部には化合
物層（以下白層という）と称する非常に脆硬な（高硬度
で且つ脆い）ポーラス状の層が生じるが、摺動面３のみ
は後加工によって、脆硬なポーラス状の白層を除去する
ことにより製品化している。従って、コーナー部４，
５、又はコーナー部４，５を含む上面６、下面７には脆
硬なポーラス状の白層が残存している。上記鋼製母材１
の組成としては、例えば重量比率（％）にて、Ｃ：０．
８５〜０．９５、Ｓｉ：０．３５〜０．５０、Ｍｎ：
０．２５〜０．４０、Ｃｒ：１７．００〜１８．００、
Ｍｏ：１．００〜１．２５、Ｖ：０．０８〜０．１５、
残部Ｆｅと不可避の不純物とからなる組成のもの、又は
重量比率（％）にて、Ｃ：０．８７〜０．９３、Ｓｉ：
０．２０〜０．４０、Ｍｎ：０．２０〜０．４０、Ｃ
ｒ：２１．００〜２２．００、Ｍｏ：０．２０〜０．４
０、Ｎｉ：０．９０〜１．１０、残部Ｆｅと不可避の不
純物とからなる組成のものがある。
コンプレッションリングの一部を示しており、鋼製母材
１の表面に、窒化処理により窒化層２が形成されてい
る。この窒化処理に伴なって窒化層２の表層部には化合
物層（以下白層という）と称する非常に脆硬な（高硬度
で且つ脆い）ポーラス状の層が生じるが、摺動面３のみ
は後加工によって、脆硬なポーラス状の白層を除去する
ことにより製品化している。従って、コーナー部４，
５、又はコーナー部４，５を含む上面６、下面７には脆
硬なポーラス状の白層が残存している。上記鋼製母材１
の組成としては、例えば重量比率（％）にて、Ｃ：０．
８５〜０．９５、Ｓｉ：０．３５〜０．５０、Ｍｎ：
０．２５〜０．４０、Ｃｒ：１７．００〜１８．００、
Ｍｏ：１．００〜１．２５、Ｖ：０．０８〜０．１５、
残部Ｆｅと不可避の不純物とからなる組成のもの、又は
重量比率（％）にて、Ｃ：０．８７〜０．９３、Ｓｉ：
０．２０〜０．４０、Ｍｎ：０．２０〜０．４０、Ｃ
ｒ：２１．００〜２２．００、Ｍｏ：０．２０〜０．４
０、Ｎｉ：０．９０〜１．１０、残部Ｆｅと不可避の不
純物とからなる組成のものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このコンプレッション
リングを、上述した一部の内燃機関のピストン溝内に取
付けて使用すると、コンプレッションリングは、半径方
向への拡縮動作及び軸方向への上下の挙動によりピスト
ン溝と衝突を繰り返すため、運転中コーナー部４，５付
近に脆硬なポーラス状の白層が残存しているとその部分
にクラック等が発生し、この部分が起点となってクラッ
クが進行し、やがて折損に至るケースが多かった。
リングを、上述した一部の内燃機関のピストン溝内に取
付けて使用すると、コンプレッションリングは、半径方
向への拡縮動作及び軸方向への上下の挙動によりピスト
ン溝と衝突を繰り返すため、運転中コーナー部４，５付
近に脆硬なポーラス状の白層が残存しているとその部分
にクラック等が発生し、この部分が起点となってクラッ
クが進行し、やがて折損に至るケースが多かった。
【０００５】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、疲労強度を向上させることができるピス
トンリングを得ることを目的とする。
されたもので、疲労強度を向上させることができるピス
トンリングを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るピストンリ
ングは、摺動面と、この摺動面に各コーナー部を介して
続く第１、第２の面とを有する鋼製母材の表面を窒化法
により処理して窒化層を形成したピストンリングにおい
て、上記摺動面の白層は除去され、上記第１、第２の面
と上記コーナー部との白層は、少なくともその一部にお
いて５μ以下の厚みで存在する。この場合、本発明のピ
ストンリングは、上記コーナー部において、上記白層が
５μ以下の厚みで存在するものであってもよい。
ングは、摺動面と、この摺動面に各コーナー部を介して
続く第１、第２の面とを有する鋼製母材の表面を窒化法
により処理して窒化層を形成したピストンリングにおい
て、上記摺動面の白層は除去され、上記第１、第２の面
と上記コーナー部との白層は、少なくともその一部にお
いて５μ以下の厚みで存在する。この場合、本発明のピ
ストンリングは、上記コーナー部において、上記白層が
５μ以下の厚みで存在するものであってもよい。
【０００７】上記白層の除去手段としては、Ｈ2 ＳＯ4
又はＨＣｌ等を含んだ低濃度の酸性の水溶液に浸漬させ
てもよいが、研削により機械的に白層を除去してもよ
い。
又はＨＣｌ等を含んだ低濃度の酸性の水溶液に浸漬させ
てもよいが、研削により機械的に白層を除去してもよ
い。
【０００８】
【作用】鋼製母材のコーナー部と第１、第２の面に当初
残存する窒化層の白層は、例えば厚みが２０μと厚いの
で、この白層に衝撃等が加えられるとクラックが入って
破壊され易いが、本発明の如く上記白層の厚みを５μ以
下にまですれば、薄くなった白層自体の靭性が向上して
耐折損性が良好となる。また、クラックが入ってもクラ
ックの深さが浅くきずが小さいので、切欠効果が小さく
疲労強度が向上する。
残存する窒化層の白層は、例えば厚みが２０μと厚いの
で、この白層に衝撃等が加えられるとクラックが入って
破壊され易いが、本発明の如く上記白層の厚みを５μ以
下にまですれば、薄くなった白層自体の靭性が向上して
耐折損性が良好となる。また、クラックが入ってもクラ
ックの深さが浅くきずが小さいので、切欠効果が小さく
疲労強度が向上する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２はピストンリングとしての鋼製コンプレッ
ションリング１０の断面図で、窒化処理前の状態を示し
ている。例えばＳＵＳ４２０Ｊ2 等のステンレス鋼で形
成された鋼製母材１１は、外周側に位置してシリンダと
摺接する摺動面１２と、この摺動面１２にコーナー部１
３を介して続く第１の面としての上面１４と、摺動面１
２にコーナー部１５を介して続く第２の面としての下面
１６と、内周側に位置する内周面１７とを有している。
この図２に示す鋼製母材１１の表面を窒化法によって処
理（窒化処理、軟窒化処理のいずれの場合であってもよ
い）すると、図３に示すように、鋼製母材１１の全表面
に窒化層が形成される。この窒化層の表層部には光学的
顕微鏡下で白く見えるいわゆる白層２０（化合物層）が
生じ、この白層は非常に脆硬なポーラス状の層となって
いる。また、窒化層はこの白層２０に続いて拡散層１９
が母材１１側に形成されている。白層と拡散層には鉄、
Ｃｒ等が窒素と化合した化合物が存在するが、表面から
窒素が内部に次第に拡散しているので窒素の濃度は内部
にいくに従って順次薄くなっている。
明する。図２はピストンリングとしての鋼製コンプレッ
ションリング１０の断面図で、窒化処理前の状態を示し
ている。例えばＳＵＳ４２０Ｊ2 等のステンレス鋼で形
成された鋼製母材１１は、外周側に位置してシリンダと
摺接する摺動面１２と、この摺動面１２にコーナー部１
３を介して続く第１の面としての上面１４と、摺動面１
２にコーナー部１５を介して続く第２の面としての下面
１６と、内周側に位置する内周面１７とを有している。
この図２に示す鋼製母材１１の表面を窒化法によって処
理（窒化処理、軟窒化処理のいずれの場合であってもよ
い）すると、図３に示すように、鋼製母材１１の全表面
に窒化層が形成される。この窒化層の表層部には光学的
顕微鏡下で白く見えるいわゆる白層２０（化合物層）が
生じ、この白層は非常に脆硬なポーラス状の層となって
いる。また、窒化層はこの白層２０に続いて拡散層１９
が母材１１側に形成されている。白層と拡散層には鉄、
Ｃｒ等が窒素と化合した化合物が存在するが、表面から
窒素が内部に次第に拡散しているので窒素の濃度は内部
にいくに従って順次薄くなっている。
【００１０】摺動面１２に形成された窒化層における白
層２０を、図４に示すように本実施例では、次工程の機
械加工によって除去して所定硬度以上の拡散層を露出さ
せ、上下面１４，１６及びコーナー部１３，１５の白層
２０の厚みを機械加工により５μ以下（零μを含む）に
まで除去している。従来、この図４に示す状態のコンプ
レッションリング１０は白層２０の厚みが２０μ程度で
あるので、半径方向への拡縮動作及び軸方向への上下動
によりピストン溝と衝突を繰り返すと、その衝撃により
上記残存白層２０にクラックが発生する恐れがあり、ま
た白層２０が脱落して摩耗粉となると相手材を含めて異
常摩耗を誘発し易いが、白層２０の厚みが５μ以下であ
ればかかる恐れはなくなる。また、図５に示すように、
図４に示すコンプレッションリング１０の各コーナー部
１３，１５及び上下面１４，１６に残存している窒化層
の白層２０を完全に除去してもよい。この白層の除去手
段としては、Ｈ2 ＳＯ4 又はＨＣｌ等の低濃度の酸性水
溶液を用いてもよいが、砥石を備えた研削機による機械
加工を用いてもよい。（実験例） 以下、発明者の行なった実験について説明する。
層２０を、図４に示すように本実施例では、次工程の機
械加工によって除去して所定硬度以上の拡散層を露出さ
せ、上下面１４，１６及びコーナー部１３，１５の白層
２０の厚みを機械加工により５μ以下（零μを含む）に
まで除去している。従来、この図４に示す状態のコンプ
レッションリング１０は白層２０の厚みが２０μ程度で
あるので、半径方向への拡縮動作及び軸方向への上下動
によりピストン溝と衝突を繰り返すと、その衝撃により
上記残存白層２０にクラックが発生する恐れがあり、ま
た白層２０が脱落して摩耗粉となると相手材を含めて異
常摩耗を誘発し易いが、白層２０の厚みが５μ以下であ
ればかかる恐れはなくなる。また、図５に示すように、
図４に示すコンプレッションリング１０の各コーナー部
１３，１５及び上下面１４，１６に残存している窒化層
の白層２０を完全に除去してもよい。この白層の除去手
段としては、Ｈ2 ＳＯ4 又はＨＣｌ等の低濃度の酸性水
溶液を用いてもよいが、砥石を備えた研削機による機械
加工を用いてもよい。（実験例） 以下、発明者の行なった実験について説明する。
【００１１】実験Ａ 実験Ａ乃至Ｄでは、白層を上記厚み（５μ以下（零μを
含む））にまで除去するのに低濃度の酸性薬品を用いて
いる。即ち、図３に示すコンプレッションリング１０を
上記酸性薬品に浸漬させて上記白層の除去を行なった。
上記白層の除去条件としては、薬品の濃度、処理温度及
び処理時間の三つの要因があるが、作業性、安全性及び
コストを考慮して白層の残存厚みが５μ以下になるよう
に決めればよい。
含む））にまで除去するのに低濃度の酸性薬品を用いて
いる。即ち、図３に示すコンプレッションリング１０を
上記酸性薬品に浸漬させて上記白層の除去を行なった。
上記白層の除去条件としては、薬品の濃度、処理温度及
び処理時間の三つの要因があるが、作業性、安全性及び
コストを考慮して白層の残存厚みが５μ以下になるよう
に決めればよい。
【００１２】実験Ａでは下記の試験方法により疲労試験
を行ない、従来の方法で製作した供試材と、本発明によ
る方法で製作した供試材との疲労強度の比較を行なっ
た。 試験装置：ピストンリング疲労試験機 試験条件：応力→０kg／mm2 から５０kg／mm2 までの
繰り返し。 雰囲気→ｐＨ３．５、Ｈ2 ＳＯ4 水溶液中でピストンリ
ングが折損するまでの繰返し数で評価。
を行ない、従来の方法で製作した供試材と、本発明によ
る方法で製作した供試材との疲労強度の比較を行なっ
た。 試験装置：ピストンリング疲労試験機 試験条件：応力→０kg／mm2 から５０kg／mm2 までの
繰り返し。 雰囲気→ｐＨ３．５、Ｈ2 ＳＯ4 水溶液中でピストンリ
ングが折損するまでの繰返し数で評価。
【００１３】供試材 ・従来品：重量比率（％）として、Ｃ：０．８７、Ｓ
ｉ：０．４２、Ｍｎ：０．３０、Ｃｒ：１７．５０、Ｍ
ｏ：１．０３、Ｖ：０．１０及び残部Ｆｅと不可避の不
純物とからなる組成の鋼製母材に窒化処理を施し、従来
の方法であるから表面の脆硬な白層については摺動面の
み除去されている。コーナー部に白層が２０μ程度形成
されている。
ｉ：０．４２、Ｍｎ：０．３０、Ｃｒ：１７．５０、Ｍ
ｏ：１．０３、Ｖ：０．１０及び残部Ｆｅと不可避の不
純物とからなる組成の鋼製母材に窒化処理を施し、従来
の方法であるから表面の脆硬な白層については摺動面の
み除去されている。コーナー部に白層が２０μ程度形成
されている。
【００１４】・本発明品：鋼製母材（上記従来品と同一
の組成）に窒化処理（比較のため従来品と同一の処理条
件）を施し、低濃度の酸性水溶液に浸漬し、表面の非常
に脆硬な白層を除去した。なお、この白層の除去条件及
びその時の白層残存量は以下の通りである。 ・白層除去条件：（イ）処理液：硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）水
溶液 （ロ）処理濃度：１．２％ （ハ）処理温度：３５℃ （ニ）処理時間：１３分 （ホ）白層の残存量（完成品にて） 摺動面 ０μ 上面 ０μ 下面 ０μ 内周面 ０μ コーナー部 ０μ 結果：試験結果を表１に示す。この表１に示すよう
に、従来品に比較し、本発明品は、おおよそ１０倍以上
の疲労強度をもっていることが分かる。
の組成）に窒化処理（比較のため従来品と同一の処理条
件）を施し、低濃度の酸性水溶液に浸漬し、表面の非常
に脆硬な白層を除去した。なお、この白層の除去条件及
びその時の白層残存量は以下の通りである。 ・白層除去条件：（イ）処理液：硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）水
溶液 （ロ）処理濃度：１．２％ （ハ）処理温度：３５℃ （ニ）処理時間：１３分 （ホ）白層の残存量（完成品にて） 摺動面 ０μ 上面 ０μ 下面 ０μ 内周面 ０μ コーナー部 ０μ 結果：試験結果を表１に示す。この表１に示すよう
に、従来品に比較し、本発明品は、おおよそ１０倍以上
の疲労強度をもっていることが分かる。
【００１５】
【表１】
【００１６】実験Ｂ 上記実験Ａとは異なる材質の鋼製母材の供試材を用い
て、従来品と本発明品との疲労強度の比較を行なった。 試験装置：実験Ａと同じ 試験条件：実験Ａと同じ 供試材 ・従来品：重量比率（％）として、Ｃ：０．９１、Ｓ
ｉ：０．３０、Ｍｎ：０．２９、Ｃｒ：２１．６３、Ｍ
ｏ：０．３０、Ｎｉ：０．９９及び残部Ｆｅと不可避の
不純物とからなる組成の鋼製母材に窒化処理を施し、従
来の方法であるから表面の脆硬な白層は摺動面のみ除去
されている。コーナー部に白層が２０μ程度形成されて
いる。
て、従来品と本発明品との疲労強度の比較を行なった。 試験装置：実験Ａと同じ 試験条件：実験Ａと同じ 供試材 ・従来品：重量比率（％）として、Ｃ：０．９１、Ｓ
ｉ：０．３０、Ｍｎ：０．２９、Ｃｒ：２１．６３、Ｍ
ｏ：０．３０、Ｎｉ：０．９９及び残部Ｆｅと不可避の
不純物とからなる組成の鋼製母材に窒化処理を施し、従
来の方法であるから表面の脆硬な白層は摺動面のみ除去
されている。コーナー部に白層が２０μ程度形成されて
いる。
【００１７】・本発明品：鋼製母材（上記従来品と同一
の組成）に窒化処理（従来品と同一条件）を施し、低濃
度の酸性水溶液に浸漬し、表面の非常に脆硬な白層を除
去した。なお、この白層の除去条件及びその時の白層残
存量は以下の通りである。 ・白層除去条件：全て実験Ａと同じ ・白層の残存量（完成品として） 摺動面 ０μ 上面 ０μ 下面 ０μ 内周面 ３μ コーナー部 ３μ 結果：試験結果を表２に示す。この表２から分かるよ
うに、従来品に比較し、本発明品はおおよそ１０倍以上
の疲労強度を持っている。
の組成）に窒化処理（従来品と同一条件）を施し、低濃
度の酸性水溶液に浸漬し、表面の非常に脆硬な白層を除
去した。なお、この白層の除去条件及びその時の白層残
存量は以下の通りである。 ・白層除去条件：全て実験Ａと同じ ・白層の残存量（完成品として） 摺動面 ０μ 上面 ０μ 下面 ０μ 内周面 ３μ コーナー部 ３μ 結果：試験結果を表２に示す。この表２から分かるよ
うに、従来品に比較し、本発明品はおおよそ１０倍以上
の疲労強度を持っている。
【００１８】
【表２】
【００１９】実験Ｃ 実験Ｂと同一の組成の供試材を使用し、試験条件を変更
して、従来品と本発明品との疲労強度の比較を行なっ
た。 試験装置：実験Ａと同じ 試験条件：エアー中にて、Ｓ−Ｎ曲線から疲労強度を
求める。
して、従来品と本発明品との疲労強度の比較を行なっ
た。 試験装置：実験Ａと同じ 試験条件：エアー中にて、Ｓ−Ｎ曲線から疲労強度を
求める。
【００２０】供試材 ・従来品：実験Ｂと同じ ・本発明品：実験Ｂと同じ 結果：試験結果を表３に示す。この表３に示すよう
に、従来品に比較し、本発明品の疲労強度は高いレベル
にある。
に、従来品に比較し、本発明品の疲労強度は高いレベル
にある。
【００２１】
【表３】
【００２２】実験Ｄ 下記供試機関により実機耐久試験を行ない、折損の有無
を確認した。 供試機関：水冷２．８ｌ、直４ディーゼル機関 試験条件：アイドル⇔４７５０rpm （アップダウ
ン）、２０万サイクル（約４２０Ｈｒ） 供試材：第１気筒：実験Ｂの本発明品 第２気筒：実験Ａの従来品 第３気筒：実験Ｂの従来品 第４気筒：実験Ａの本発明品 結果：試験結果を表４に示す。この表４に示すよう
に、今回の試験では第２，第３気筒のピストンリングが
折損してしまった。
を確認した。 供試機関：水冷２．８ｌ、直４ディーゼル機関 試験条件：アイドル⇔４７５０rpm （アップダウ
ン）、２０万サイクル（約４２０Ｈｒ） 供試材：第１気筒：実験Ｂの本発明品 第２気筒：実験Ａの従来品 第３気筒：実験Ｂの従来品 第４気筒：実験Ａの本発明品 結果：試験結果を表４に示す。この表４に示すよう
に、今回の試験では第２，第３気筒のピストンリングが
折損してしまった。
【００２３】
【表４】
【００２４】以上、実験Ａ乃至Ｄの結果から明らかなよ
うに、本発明による白層の除去で、疲労強度の大幅な向
上が得られ、また、運転中の折損も無かった。従って、
本発明によるコンプレッションリングを使用すれば、特
に高回転高出力型の内燃機関において非常に有効であ
る。実験Ｅ 実験Ｅでは、コンプレッションリング１０の各コーナー
部１３，１５及び上下面１４，１６（図５）に残存して
いる白層を５μ以下の厚みにまで除去する手段として、
研削により行なっている。この研削には砥石又はバイト
等が用いられ、白層の残存厚みが５μ以下になるまで研
削している。
うに、本発明による白層の除去で、疲労強度の大幅な向
上が得られ、また、運転中の折損も無かった。従って、
本発明によるコンプレッションリングを使用すれば、特
に高回転高出力型の内燃機関において非常に有効であ
る。実験Ｅ 実験Ｅでは、コンプレッションリング１０の各コーナー
部１３，１５及び上下面１４，１６（図５）に残存して
いる白層を５μ以下の厚みにまで除去する手段として、
研削により行なっている。この研削には砥石又はバイト
等が用いられ、白層の残存厚みが５μ以下になるまで研
削している。
【００２５】実験Ｅでは下記試験方法により疲労試験を
行ない、従来の方法で製作したものと、本発明による方
法で製作したものとの疲労強度の比較を行なった。 試験装置：実験Ａと同じ 試験条件：実験Ａと同じ 供試材 ・従来品：実験Ｂの従来品と同じ ・本発明品：鋼製母材（実験Ｂと同じ）に窒化処理を施
し、コーナー部及び上下面の白層を、砥石を用いて研削
除去した。研削方法については湿式加工とした。なお、
その時の白層の残存量は以下の通りであった。
行ない、従来の方法で製作したものと、本発明による方
法で製作したものとの疲労強度の比較を行なった。 試験装置：実験Ａと同じ 試験条件：実験Ａと同じ 供試材 ・従来品：実験Ｂの従来品と同じ ・本発明品：鋼製母材（実験Ｂと同じ）に窒化処理を施
し、コーナー部及び上下面の白層を、砥石を用いて研削
除去した。研削方法については湿式加工とした。なお、
その時の白層の残存量は以下の通りであった。
【００２６】 ・白層の残存量（完成品として） 摺動面 ０μ 上面 ０μ 下面 ０μ 内周面 １５μ コーナー部 ０μ 結果：試験結果を表５に示す。この表５に示すよう
に、従来品に比較し、本発明品は疲労強度が大幅に向上
している。
に、従来品に比較し、本発明品は疲労強度が大幅に向上
している。
【００２７】
【表５】
【００２８】以上実験Ｅの結果から明らかなように、本
発明による白層の除去により疲労強度の向上が得られ
た。この場合、内周面の研削は行なわないので、内周面
には白層が残存しているが、これはコンプレッションリ
ングの疲労強度には全く影響を与えない。なお、上下面
１４，１６及びコーナー部１３，１５の白層は厚み零に
まで完全に除去してもよいが、これでは加工コストがか
かりすぎ過剰品質となる。即ち、加工を簡略化してコス
ト低減を図りながら疲労強度の向上をも実現するには、
上述のように上記白層の厚みは５μ以下であれば十分で
あり、最小限の品質で最大限の効果を挙げることができ
る。
発明による白層の除去により疲労強度の向上が得られ
た。この場合、内周面の研削は行なわないので、内周面
には白層が残存しているが、これはコンプレッションリ
ングの疲労強度には全く影響を与えない。なお、上下面
１４，１６及びコーナー部１３，１５の白層は厚み零に
まで完全に除去してもよいが、これでは加工コストがか
かりすぎ過剰品質となる。即ち、加工を簡略化してコス
ト低減を図りながら疲労強度の向上をも実現するには、
上述のように上記白層の厚みは５μ以下であれば十分で
あり、最小限の品質で最大限の効果を挙げることができ
る。
【００２９】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、白
層にクラックが入り難くなり、ピストンリングの疲労強
度が向上し、耐折損性が向上する。
層にクラックが入り難くなり、ピストンリングの疲労強
度が向上し、耐折損性が向上する。
【図１】従来のコンプレッションリングの一部を示す断
面斜視図である。
面斜視図である。
【図２】図２乃至図５は本発明の一実施例を示す図で、
図２は窒化処理前のコンプレッションリングの断面図で
ある。
図２は窒化処理前のコンプレッションリングの断面図で
ある。
【図３】図２に示すコンプレッションリングの表面に窒
化処理を行なって窒化層を形成した状態を示す断面図で
ある。
化処理を行なって窒化層を形成した状態を示す断面図で
ある。
【図４】図３に示すコンプレッションリングの摺動面の
白層を機械加工により除去し、各コーナー部及び上下面
の白層を５μ以下の厚みにまで除去した状態を示す断面
図である。
白層を機械加工により除去し、各コーナー部及び上下面
の白層を５μ以下の厚みにまで除去した状態を示す断面
図である。
【図５】図４に示すコンプレッションリングの各コーナ
ー部及び上下面に残存している窒化層の白層を完全に除
去した状態の断面図である。
ー部及び上下面に残存している窒化層の白層を完全に除
去した状態の断面図である。
１０…鋼製コンプレッションリング（ピストンリング） １１…鋼製母材 １２…摺動面 １３，１５…コーナー部 １４…上面（第１の面） １６…下面（第２の面） １８…窒化層 １９…拡散層 ２０…白層
フロントページの続き (72)発明者 川嶋 聡 埼玉県与野市本町西五丁目２番６号 日 本ピストンリング株式会社与野工場内 (56)参考文献 特開 昭60−172773（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−164661（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−168362（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−110853（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16J 9/26 C23C 8/26
Claims (2)
- 【請求項１】 摺動面と、この摺動面に各コーナー部を
介して続く第１、第２の面とを有する鋼製母材の表面を
窒化法により処理して窒化層を形成したピストンリング
において、 上記摺動面の白層は除去され、上記第１、第２の面と上
記コーナー部との白層は、少なくともその一部において
５μ以下の厚みで存在することを特徴とするピストンリ
ング。 - 【請求項２】 前記コーナー部において、前記白層が５
μ以下の厚みで存在することを特徴とする請求項１記載
のピストンリング。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03136728A JP3075368B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | ピストンリング |
| US07/893,847 US5405154A (en) | 1991-06-07 | 1992-06-04 | Piston ring |
| DE4218668A DE4218668C2 (de) | 1991-06-07 | 1992-06-05 | Kolbenring |
| GB9212073A GB2256467B (en) | 1991-06-07 | 1992-06-08 | Piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03136728A JP3075368B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | ピストンリング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362371A JPH04362371A (ja) | 1992-12-15 |
| JP3075368B2 true JP3075368B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=15182118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03136728A Expired - Lifetime JP3075368B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | ピストンリング |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5405154A (ja) |
| JP (1) | JP3075368B2 (ja) |
| DE (1) | DE4218668C2 (ja) |
| GB (1) | GB2256467B (ja) |
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| JPH0763266A (ja) * | 1993-08-25 | 1995-03-07 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
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| JP2000097339A (ja) * | 1998-09-22 | 2000-04-04 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリングの組合せ |
| DE10221800B4 (de) * | 2002-05-15 | 2005-04-07 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Verfahren zur Erzeugung von Verschleißschichten an Strahlkolbenringen |
| DE10359802B3 (de) * | 2003-12-19 | 2005-03-31 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Kolbenring sowie Verfahren zur Herstellung desselben |
| US20140020555A1 (en) * | 2010-12-27 | 2014-01-23 | Marcio Silverio | Piston assembly for alternative compressor |
| BR102014004402B1 (pt) * | 2014-02-25 | 2022-08-09 | Mahle Metal Leve S/A | Anel de pistão e seu processo de fabricação |
| BR102015010736B1 (pt) * | 2015-05-05 | 2021-05-25 | Mahle Metal Leve S/A | anel de pistão |
| DE102016113198A1 (de) * | 2016-07-18 | 2018-01-18 | Abb Turbo Systems Ag | Kolbenring, Turbolader mit Kolbenring und Verfahren zum Herstellen eines Kolbenrings |
| US20200284344A1 (en) * | 2019-03-04 | 2020-09-10 | Tenneco Inc. | Piston ring with inlaid dlc coating and method of manufacturing |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1069980B (ja) * | 1959-11-26 | Alfred Teves Maschinen- und Armaturenfabrik Kommandit-Gesellschaft, Frankfurt/M | ||
| US1435592A (en) * | 1920-03-11 | 1922-11-14 | D & M Autoparts Co | Method of making piston rings |
| US1783047A (en) * | 1927-06-01 | 1930-11-25 | Lewis C Marshall | Method of making steel piston rings |
| US2380654A (en) * | 1942-11-30 | 1945-07-31 | Muskegon Piston Ring Co Inc | Method of piston ring manufacture |
| DE2406420A1 (de) * | 1973-02-16 | 1974-08-29 | Nippon Piston Ring Co Ltd | Verfahren zur herstellung einer oeldichtung fuer drehkolbenmaschinen mit innerer verbrennung |
| JPS60155056A (ja) * | 1984-01-23 | 1985-08-14 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 鋼製圧縮ピストンリング |
| JPS60153455A (ja) * | 1984-01-23 | 1985-08-12 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 鋼製ピストンリング |
| JPH061064B2 (ja) * | 1984-03-07 | 1994-01-05 | 日本ピストンリング株式会社 | ピストンリングの製造方法 |
| US4570946A (en) * | 1985-02-27 | 1986-02-18 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Nitrided piston ring with outer layer on surface |
| JPS63280960A (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-17 | Hitachi Metals Ltd | スチ−ル製ピストンリング |
| JPH0231219B2 (ja) * | 1987-08-05 | 1990-07-12 | Riken Kk | Pisutonringu |
| JPH0285569A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-27 | Riken Corp | ピストンリング |
| JPH02134468A (ja) * | 1988-11-11 | 1990-05-23 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
| JP2572445B2 (ja) * | 1989-06-05 | 1997-01-16 | 株式会社日立製作所 | 輪郭補正回路 |
| JP2859339B2 (ja) * | 1989-12-29 | 1999-02-17 | 日本ピストンリング株式会社 | ピストンリング及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP03136728A patent/JP3075368B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-06-04 US US07/893,847 patent/US5405154A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-06-05 DE DE4218668A patent/DE4218668C2/de not_active Revoked
- 1992-06-08 GB GB9212073A patent/GB2256467B/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5405154A (en) | 1995-04-11 |
| GB9212073D0 (en) | 1992-07-22 |
| DE4218668C2 (de) | 1995-09-14 |
| GB2256467A (en) | 1992-12-09 |
| DE4218668A1 (de) | 1992-12-10 |
| JPH04362371A (ja) | 1992-12-15 |
| GB2256467B (en) | 1994-12-07 |
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