JPH0289873A - ピストンリングとその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、舶用ディーゼルエンジンのピストンその他各
種産業機械等のピストンを用いた摺動部分を構成する製
品に装腑されるピストンリング及びその製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来一般に、ピストンリングは、第１１図て示したよう
に一部に開口部（合い口と呼ぶ）を有する構成よりなる
リングが普通で、通常鋳鉄が用いられている。このピス
トンリングは、第１０図に示すように、シリンダライナ
３と摺動する部分が摩耗し、耐久性向上が課頚である。

そのため、一部には上記摺動面に高硬度の材料をコーテ
ィングしたり、ビス！・ンリング材自体の表層部を熱処
理により、高硬度にす６方法が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来の技術により製造されたピストンリング
は、（１）作動中の環境と作用力とによって腐食疲労割
れを生じ、トラブルを起す不具合がある。また（２）表
面処理（高硬度）を行ったリングは、最大０．５　［（
厚さ）程度の硬化層しかないため耐久性に間鴇があり、
一方、硬化層全厚くすれば割れたり剥離が生じ、やはり
１廿久性、ゲ劣る。などの不具合がある。

本発明は、このような従来のピストンリングの材料、構
成を変えて、耐久性を従来の２倍から数倍し改良するこ
とを目的としたもので、本発明によって最も重要なピス
トンリング摺動部分の高硬度化全図り、かつ高硬度部分
の厚さを少なくとも数ミリ２メートル（従来の数倍）と
することによって耐久性を大幅に改良すると共に、ピス
トンリング本体材を従来の鋳鉄から合金鋼等よりなる金
属材料に変えて耐食性を増加し、かつ腐食疲労強度を高
めることができるピストンリング及びその製造方法を提
供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明のピストンリングは、外
因摺動面て高硬度材リングまたは小片を円筒状に拡散接
合により配列埋設したことを特徴とするものであり、そ
してその製造方法としては、管状の合金鋼基材等よりな
る金属材料の外表面の円周上に、連続したリング状の凹
みまたは断続的に一列に配列した複数の凹みを穿設し、
該凹み部分に高硬度材よりなるリングまたは小片を嵌着
したのち読管を薄肉円筒内に挿入し、次いでこれらの両
端を真空雰囲気下でシールしたのち拡散接合処理を施し
、その後外側の薄肉円筒を削除し、管状の基材をリング
状に輪切ＱＧ離した製造方法がある。

〔作用〕

上述の本発明のピストンリングとその製造方法では、従
来のピストンリングの基材である鋳鉄から合金鋼等の材
料に変えると共てピストンリングの構成を高硬度材と合
金鋼との複合としたことによりピストンリングの折損を
防ぎ、ピストンリングの摩耗を大幅に低減し耐久性を増
太し、また高硬度部分を従来の数倍の厚さとし、かつ、
リング母材との接合力を拡散接合処理により著しく高め
たことにより高硬度材の剥離、欠落を防正し、シリンダ
の損傷などの２次トラブルを防止した。史に本発明製造
方法ではリング単体の消造方式に替え、鋼管を用いて複
数のピストンリングを機械加工のみによって製造可能と
した。

〔実施例〕

以下図面により本発明の一実施例について説明すると、
第１図は本発明のピストンリングの基材となる管状の合
金ｉ％　ｔ　ａの外表面に直径数ミリメートル、深さ数
ミリメートル程度の凹みｌｂｉ加工穿設したものの外観
図であり、第２図は上記の基材を長手方向に切断した場
合の基材断面の一部を示す。第３図は２ル２１ソＩの凹
み１ｂＫ装狩される高硬度材２ａを示し、第４１夕］は
、高硬度材２ａの装着状況全断面図にて示したもので・
″・）る。第５図はＨＩＰ（ＨＯＴ　ｌ５Ｏ８ＴＡＴＩ
ＣＰＲＥＳＳ　）処理（熱間等方圧処理）によって、基
材１ａと高硬度材２ａを接合するための構成全断面図で
示したもので、高硬度材を装着した基材の外側に薄肉の
円筒３ａを配し、両端にシール材４ａを配して図中のＡ
部を電子ビーム溶接によってシールする。第６図は本発
明製造方法の一実施例として高温下で等方圧プレス（Ｈ
Ｉ　Ｐ処理）を行っている状況を示し、第７図はＨＩＰ
処理後、外側の円筒３ａを削除（−１かつ、個々のピス
トンリング基材本体１　ａ／を輪切り分離して造りだす
状況を示している。第８図は本発明のピストンリングの
完成図であり、第９図に本発明の構成を断面で示した。

本発明ピストンリングはピストンリング基材本体１８′
と、高硬度材２ａＫよって構成される。

図示の実施例では、高硬度材２ａを円周上に断続的に一
列に配しているが、これ以外の実施例として連続したリ
ング状の高硬度材を配することも出来るし、又、−列だ
けでなく複列に配することも出来る。

これらのうち、どれを選択するかはピストンリングの大
きさによって制約を受けるが、製造コストをも大きく左
右する。

本実施例は製造コストが最も安価な代表例を示している
。

また本発明のピストンリングの製造方法の一実施例とし
てＦ（ＩＰ処理を行うことにより、両部材（被接合材）
は高温、高圧下におかれ、両者の接合界面は圧着される
と共に、両部材を構成する分子が互いに固体内拡散を生
じ接合に至る。

ＨＩＰ処理以外にも拡散接合の方法はあるが、接合部の
品質、生産性の面ではＨＩＰ処理の方法が優れている。

ＨＩＰ処理の場合、第６図示のように高温下で処理室内
の空間部分には全て一定の圧力が負荷されており被処理
物の内側からも圧力がかかる。

又両端は真空中の電子ビーム溶接によってシールされろ
ため、両部材間のすき間は高真空に保たれることになる
。もしシールが破れるさ、両部材間のすき間にも一定の
圧力かがかり、両者の接合面に所定の圧着力が負荷され
なくなり、リング母材と高硬度材間の剥離、欠落を発生
する。

以上本発明の一実施例てついて棲々説明したが、本発明
はこれに限定されることなく、本発明技術思想の範囲内
に於て種々設計変更し得るものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明ピストンリングとその製造方法
によれば次に示す効果が得られる。

（１）　　ピスト／リングの摺動部分の一部に高硬度材
を配すること傾よって摩耗を少なくし、耐久性を向上さ
せた。

（２）高硬度材の厚さを増加させることによって、その
分だけ耐久性を高めた。

（３）　　ピストンリング基材と高硬度材の接合力をＨ
ＩＰ処理等の拡散接合処理の採用によって、大幅に向上
させ、作動中の剥離、脱落を防止した。

（４）従来のようなリング単体の鋳造方式による製造に
代え、本発明では鋼管を用いて複数のピストンリング’
ｔ　ト′ｉ械加工のみによって製造可能としたので、生
産性を著しく向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のピストンリングの基材となる管状体の
斜視図、第２図は管状体の一部断面図、第３図は高硬度
材の斜視図、第４図は管状体の凹みに装着された高硬度
材の状況を示す部分断面図、第５図は高硬度材が装着さ
れた管状体の外周をンーリングする構成を示す部分断面
図。第６図はＨＩＰ処理の概念を示す斜視図、第７図は
本発明のピストンリングを加工する工程を示す斜視図、
第８図は完成した本発明のピストンリングの斜視図、第
９図は本発明のピストンリングの構成を示す第８図のＡ
−Ａ線断面図、第１０図はエンジンのシリンダライナと
ピストンの構成の一部を示す断面図、第１１図は従来の
ピストンリングの斜視図を示す。 ■・・ピストン、　　Ｉａ・・・’１体、１ａ・・・ピ
ストンリング基材本体、 １ｂ・・・凹み、　　２・・・ピストン、２ａ・・・高
硬度材、　　３・・・シリンダライナ、３ａ・・・薄肉
円筒、　　４ａ・・・シール材、Ａ・・・電子ビーム溶
接部。 月１！２１ Ａｑ囚 Ｉｔｔ′　　と−くＦンノ〕７゛杢俸 肩す閉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周摺動面に高硬度材リングまたは小片を円筒状
   に拡散接合により配列埋設してなるピストンリング。
2. （２）管状の合金鋼基材等よりなる金属材料の外表面の
   円周上に、連続したリング状の凹みまたは断続的に一列
   に配列した複数の凹みを穿設し、該凹み部分に高硬度材
   よりなるリングまたは小片を嵌着したのち該管を薄肉円
   筒内に挿入し、次いでこれらの両端を真空雰囲気下でシ
   ールしたのち拡散接合処理を施し、その後外側の薄肉円
   筒を削除し、管状の基材をリング状に輪切り分離したこ
   とを特徴とする請求項１記載のピストンリングの製造方
   法。