JPH01216168A - 内燃機関用繊維強化軽合金ピストンリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ０発明の目的 （１）　　産業上の利用分野 本発明は内燃機関用繊維強化軽合金ピストンリングに関
する。

（２）従来の技術 従来、この種ピストンリングは鋳鉄、ばね鋼、ステンレ
ス鋼等の鉄系材料より構成されている（例えば、日刊工
業新聞社発行、「ピストンリング」参照）。

（３）発明が解決しようとする課題 近時、内燃機関は高回転および高出力化の傾向にあり、
その高回転化に対応してピストンリングには一層の軽量
化が要求され、また前記高出力化に対応してピストンリ
ングには高剛性化が要求される。

しかしながら従来の鉄系ピストンリングは高比重（６，
８〜７．１）のため慣性質量が大きく、その結果、機関
の高回転化に伴いピストンスピードが高速になると、燃
焼ガス圧とピストンリングの慣性力とが平衡してピスト
ンリングがリング溝の対向内壁面に接触せずに浮いた状
態となる、いわゆるフラッタリングを発生してシール機
能が損われ、ブローバイガス量が増加するという問題が
ある。

この問題に対処するためには、鉄系ピストンリングにお
いては、幅（軸方向長さ）を減じるといった手段を採ら
ざるを得ないが、このような手段を採用すると、ピスト
ンリングの剛性が損われるため機関の高出力化に伴う高
燃焼ガス圧によってピストンリングがバックリングおよ
びうねりを発生するという問題を生じる。

本発明者等は、前記問題を解決するために軽量で、且つ
高剛性なピストンリングとして、強化用繊維および軽合
金マトリックスより構成されるものを開発しているが、
前記ピストンリングについて種々検討を加えたところ、
表！、■に示すように、各種材質のシリンダボア内壁お
よびピストンのリング溝内壁との摺動において、耐焼付
性、耐摩耗性、耐融着性といった摺動特性について改善
すべき点のあることが判明した。なお、表■、Ｈにおい
て、Ｏ印は良、Δ印は条件によっては不良、Ｘ印は不良
を示す。××印は特に悪い場合に該当する。

表　　　　１ 表　　　　■ 本発明は前記に鑑み、摺動特性の優れた前記ピトンリン
グを提供することを目的とする。

Ｂ０発明の構成 （１）　　課題を解決するための手段 本発明は、強化用繊維および軽合金マトリックスより構
成される環状複合主体の表面に軽合金マトリックス単体
層を設け、該軽合金マトリックス単体層の表面に硬質金
属メッキ層を設けたことを第１の特徴とする。

また本発明は、強化用繊維および軽合金マトリックスよ
り構成される環状複合主体の表面に、セラミック層を設
けたことを第２の特徴とする。

（２）作　用 前記第１の特徴によれば、硬質金属メッキ層により耐焼
付性等の摺動特性を改善した繊維強化軽合金ピストンリ
ングを提供することができる。この場合、複合主体表面
に強化用繊維が露出していると、硬質金属メッキ層の密
着性が悪く、そのメッキ層が剥離するおそれがあるが、
前記のように軽合金マトリックス単体層を設けると、そ
の層と硬質金属メッキ層との密着性を良好にすることが
できる。

前記第２の特徴によれば、セラミック層により耐焼付性
等の摺動特性を改善した繊維強化軽合金ピストンリング
を提供することができる。この場合、複合主体表面に強
化用繊維が露出していても、セラミックスは良好な密着
性を呈するので、軽合金マトリックス単体層を設けなく
てもよい。

（３）実施例 第１．第２図は第１実施例を示し、その内燃機関用繊維
強化軽合金ピストンリング１＋は、強化用繊維ｆおよび
軽合金マトリックスｍより構成される環状複合主体２と
、その表面に設けられた軽合金マトリックス単体層３と
、その単体層３表面に設けられた硬質金属メッキ層４と
を備えている。

強化用繊維ｒとしてはカーボン長繊維が用いられ、その
繊維はピストンリング１１の高剛性化の目的でピストン
リング周方向に配向し、またその繊維体積率（ｖｒ）は
５〜６０％に設定される。

この場合、繊維体積率が５％を下回ると、剛性が低下し
、一方、６０％を上回ると軽合金マトリックスｍの充填
性が悪化する。

カーボン長繊維としては、東し社製商品名　Ｔ３００、
Ｍ２Ｏ、ユニオンカーバイト社製商品名Ｐ７５、Ｐｌｏ
ｏ等が用いられる。その他、強化用繊維としては、Ｓｉ
Ｃ長繊維等が使用される。

軽合金マトリックスｍとしては、Ｓｉを０．１重量％以
上、Ｍｇを０．２〜６重景％含有するアルミニウム合金
が用いられ、これには、ＪＩＳ　　ＡＣ４Ｃ，ＡＳＴＭ
　　２０１４，５０５２．７０７５等が該当する。

なお、軽合金マトリックスｍの充填性およびピストンリ
ング１１の剛性を考慮すると、強化用繊維の繊維体積率
は３０〜４０％が好ましい。

硬質金属メッキ層４は耐焼付性、耐摩耗性、耐融着性に
優れており、この種メッキ層４としては、クロムメッキ
層、ニッケルメッキ層、ニッケル系分散メッキ層、鉄系
分散メッキ層、ニッケル系合金メッキ層等が該当する。

硬質金属メッキ層４において、シリンダボア内壁と摺接
する部分４ａおよびリング溝内壁の対向部と摺接する部
分４ｂ、４ｃの厚さｔ１〜ｔ、は５〜１１００ｐが適当
である。この場合、厚さｔ１〜も、が５μｍを下回ると
、摺動特性改善効果が少なく、一方、１００μｍを上回
ると、厚さの増加に伴い硬質金属メッキ層４に割れ等の
不具合が発生する。このような硬質金属メッキ層４を密
着形成するためには、前記軽合金マトリックス単体層３
の厚さｔ４は１０ｐｎ以上であることが望ましい。なお
、この単体層３は複合主体２の鋳造工程で同時に成形さ
れる。

第３図は第２実施例を示し、その内燃機関用繊維強化軽
合金ピストンリングｌｔは、前記と同一構成の複合主体
２と、その表面に設けられた耐焼付性、耐摩耗性、耐融
着性に優れたセラミック層５とよりなる。

セラミックスとしては、ＴｉＮ、ＴｉＣ％Ａ２ｇｏｓ、
ＣｒＮ等が用いられ、そのセラミックスはＰＶＤ法（物
理蒸着法）等により複合主体２表面にコーティングされ
る。この場合、複合主体２の表面にカーボン長繊維が露
出していてもセラミックスは確実に付着し、したがって
・密着性の良好なセラミック層５が得られる。

第４図は本発明に係るピストンリングおよび比較例のも
の一耐焼付性テスト結果を示す。テストは乾式にて行わ
れ、シリンダボア内壁構成材およびピストン、したがっ
てリング溝内壁構成材よりなる回転円盤の速度は２．５
ｍ／ｓｅｃに設定される。

第４図において本発明■〜■および比較例１〜■は下記
の組合せによる。なお、ＣＦＲＭはカーボン長繊維とア
ルミニウム合金マトリックスとの複合材を示す。

（ａ）　　本発明Ｉおよび比較例■ （ｂ）　　本発明■および比較例■ （Ｃ）　　本発明■および比較例■ （ｄ）　　本発明■ （ｅ）　　本発明■ （ｆ）　　本発明■ （８）本発明■ 第４図より明らかなように、本発明■〜■は比較例Ｉ〜
■に比べて高い耐焼付性を有し、また本発明■〜■は、
特に優れている。

Ｃ８発明の効果 本発明によれば、密着性の優れた硬質金属メッキ層によ
り耐焼付性、耐摩耗性、耐融着性といった摺動特性を改
善された、軽量で、且つ高剛性な繊維強化軽合金ピスト
ンリングを提供することができる。

また関連発明によれば、前記同様にセラミック層により
摺動特性を改善された軽量で、且っ高剛性な前記ピスト
ンリングを提供することができる。

この場合、複合主体の表面に強化用繊維が露出していて
もセラミックスは良好な密着性を呈するので、複合主体
表面に軽合金マトリックス単体層を設ける必要がないと
いった、その分製造上の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の平面図、第２図は第１図
ト」線断面図、第３図は本発明の第２実施例の、第２図
に対応する断面図、第４図は耐焼付性テスト結果を示す
グラフである。 ｆ・・・強化用繊維、ｍ・・・軽合金マトリックス、２
・・・環状複合主体、３・・・軽合金マトリックス単体
層、４・・・硬質金属メッキ層、５・・・セラミック層
第１ｔ２１ 第２図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）強化用繊維および軽合金マトリックスより構成さ
   れる環状複合主体の表面に軽合金マトリックス単体層を
   設け、該軽合金マトリックス単体層の表面に硬質金属メ
   ッキ層を設けたことを特徴とする内燃機関用繊維強化軽
   合金ピストンリング。
2. （２）強化用繊維および軽合金マトリックスより構成さ
   れる環状複合主体の表面に、セラミック層を設けたこと
   を特徴とする内燃機関用繊維強化軽合金ピストンリング
   。