JPH03125077A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はピストンリングに係り、特に摺動面の耐摩耗性
に優れると共に、合口部分の耐熱性にも優れるピストン
リングに関する。

［従来の技術］ ディーゼルエンジン等の内燃機関のピストンリングは、
その外周面がシリンダライナと摺動して摩耗を受けるこ
とから、耐摩耗性向上の目的で、該外周の摺動面にセラ
ミックスや金属の溶射材層が形成されたものが近年使用
されるようになってきている。

この溶射材料には十分な耐摩耗性を発揮し得るように、
一般に高硬度材料が使用されている。そして、高硬度材
料は通常脆く、変形能が少ないことから、特に端部にお
いて欠は落ち易いため、第４図（ａ）及び（ｂ）に示す
ように、ピストンリング１０の上下の端縁部ｆｏａ、１
０ｂを残して溶射材層１１を形成した構造のものが用い
られている。なお、第４図（ｂ）は同（ａ）のＢ−Ｂ線
断面図である。このようなピストンリング１０であれば
、溶射材層１１は＃４縁部１０ａ、１０ｂの母材１２で
保護されるため、端部の欠は落ちが防止される０図中、
１３は合口である。

このようなピストンリング１０は、第５図（ａ）〜（Ｃ
）に示す如く、まず、ピストンリングの母材１２に上下
の端縁部１０ａ、１０ｂを残して溝加工を行なって溝１
４を形成しく第５図（ａ））、次いで、この溝１４に溶
射を施して溶射材層１１を形成しく第５図（ｂ））、そ
の後、この溶射材層１１の表面を仕上げ加工して製造さ
れる（第５図（Ｃ））。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、第６図に示す如く、ピストンリングｌＯは、
合口１３の部分を高温度のガスが通過するため、この合
口１３の近傍が局所的に加熱される。このため、第４図
に示すような従来のピストンリング１０では、この合口
１３の部分において、溶射材層１１が、第７図に示す如
く欠は落ちるという問題点があった。なお、第７図にお
いて１５は欠損部を示す、特に燃焼室に近い上部に位置
するピストンリングでは、合口部への超高温ガス流の通
過により、このような溶射材層の欠は落ち現象が起こり
易い。

溶射材層の欠は落ちが生じ、外周の摺動面が破損したピ
ストンリングでは、リングのシール性能が損なわれ、シ
リンダライチを傷付けるなどの不具合が生じる。

本発明は従来のピストンリングの問題点である、合口部
の溶射材層の欠は落ちを防止したピストンリングを提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のピストンリングは、外周の摺動面に耐摩耗性材
料の溶射材層を形成してなるピストンリングにおいて、
該耐摩耗性材料の溶射材層はピストンリングの合口部分
の端面から後退して設けられており、合口部分の端面と
耐摩耗性材料の溶射材層の端部との間の部分には耐熱性
材料の溶射材層又はピストンリングの母材が配置されて
いることを特徴とする。

［作用］ 本発明のピストンリングにおいては、耐摩耗性材料の溶
射材層はピストンリングの合口部分の端面から後退して
設けられており、合口の端面と耐摩耗性材料の溶射材層
の端部との間の部分には耐熱性材料の溶射材層又はピス
トンリングの母材が配置されている。このため、ピスト
ンリングの合口を通過する高温ガス流が直接耐摩耗性材
料の溶射材層に触れることはなく、耐摩耗性材料の溶射
材層は合口の端面と耐摩耗性材料の溶射材層の端部との
間に配置された耐熱性材料の溶射材層又はピストンリン
グの母材により保護されるので、合口付近の耐摩耗性材
料の溶射材層の欠は落ちは防止される。

即ち、耐熱性材料の溶射材層は耐熱性に優れ、変形能が
大きいことから、このような材料で合口部分の端縁を構
成することにより、高温ガス流の通過による合口＠縁の
損傷は防止される。また、ピストンリングの母材も通常
耐熱性に優れ、変形能が大ぎいことから、ピストンリン
グの母材で合口部分の端縁を構成することにより、高温
ガス流の通過による合口端縁の損傷は防止される。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図（ａ）は本発明のピストンリングの一実施例を示
す要部拡大斜視図、第１図（ｂ）は溶射前の状態を示す
拡大斜視図、第２図は他の実施例を示す要部の拡大斜視
図、第３図（ａ）は別の実施例を示す要部の拡大斜視図
、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図
である。

第１図に示すピストンリング１は、耐摩耗性材料の溶射
材層２がピストンリング１の合口部分３の端面３ａ、３
ｂから後退して設けられており、合口部分３の端面３ａ
、°３ｂと耐摩耗性材料の溶射材層２の端部２ａ、２ｂ
との間の部分はピストンリング１の母材４で構成されて
いるものである。

このようなピストンリング１は、耐摩耗性材料の溶射材
層２を形成するための溝加工に際し、第１図（ｂ）に示
す如く、合口部分３の端縁部３Ａ、３Ｂを残して溝５を
形成し、合口部分３の端縁部３Ａ、３Ｂはピストンリン
グの母材４で構成されるようにする。そして、形成され
た溝５に耐摩耗性材料を溶射して仕上げ加工することに
より容易に製造することができる。

第２図に示すピストンリングＩＡは、耐摩耗性材料の溶
射材層２がピストンリングＩＡの合口部分３の端面３ａ
、３ｂから後退して設けられており、合口部分３の端面
３ａ、３ｂと耐摩耗性材料の溶射材層２の端部２ａ、２
ｂとの間の部分は耐熱性材料の溶射材層６で構成されて
いるものである。

このようなピストンリングＩＡは、従来と同様にピスト
ンリングの全外周にわたって溝加工した後、合口部分３
の＠縁部分を残して耐摩耗性材料を溶射し、その後、耐
熱性材料を残る合口部分３の端縁部分の溝に溶射するこ
とにより、或いは、耐熱性材料の溶射材層を合口部分３
の端縁部分の溝に形成した後、その他の溝部分に耐摩耗
性材料を溶射することにより、容易に製造することがで
きる。

第３図（ａ）、（ｂ）に示すピストンリングＩＢは、第
２図に示すピストンリングにおいて、耐熱性材料として
ボンドコート材を適用したものである。即ち、通常の溶
射方法においては、被溶射面に予めボンドコートと称す
る下地材料を溶射し、その上に目的とする溶射材料を溶
射する。このボンドコート材が耐熱性に優れ、変形能の
大きいものであれば、当然このボンドコート材を、第２
図における耐熱性材料として利用することができる。

このようなピストンリングＩＢは、従来と同様にピスト
ンリングの全外周にわたって溝加工した後、形成された
溝５にボンドコート材の下地層７Ａを形成すると共に、
合口部分３の端縁部分の溝はボンドコート材の溶射材Ｆ
ｉ７を形成する。次いで、下地層フＡ上に耐摩耗性材料
の溶射材層２を形成することにより容易に製造すること
ができる。

第１図（ａ）に示すピストンリングでは、第１図（ｂ）
に示すように、合口部分３の端縁部３Ａ、３Ｂを歿して
溝５を形成する必要があり、このような溝加工は通常の
旋磐では不可能で、高度な制御機構を僅えるＮＣ９ｇ等
を用いて加工する必要があることから、加工コストが高
くつく。

これに対して、第２図に示すピストンリングＩＡでは、
溝加工は従来と同様にピストンリングの全外周にわたっ
て行なうことができ、溝加工に要する費用が少なくて済
むという利点がある。また、第３図に示すピストンリン
グＩＢでは、耐熱性材料の溶射工程を別途設ける必要が
なく、工程が簡略化されるという利点がある。

なお、本発明において、耐熱性材料の溶射材層又は母材
を配置する、合口部分の端面と耐摩耗性材料の溶射材層
の端部との間の幅（第１図〜第３図におけるＷＩ）には
特に制限はなく、ピストンリングの大きさや耐摩耗性材
料の材質、ピストンリングの使用箇所等に応じて適宜決
定されるが、通常の場合、合口部分３の使用中の幅Ｗ２
が１〜２ｍｍである場合、ＷＩは５〜１０ｍｍ程度とさ
れる。

また、溶射剤層２．６．７を形成する溝５の深さは、通
常の場合０．２〜０゜５ｍｍ程度とされ、溝５のピスト
ンリング軸方向の長さはピストンリングの高さの７０〜
９０％程度とされる。

本発明のピストンリングにおいて、母材４の材質として
は特に制限はないが、各種の鋳鉄、ｎｔ１４、−殻構造
用炭素鋼、銅合金、焼結合金等が用いられる。また、耐
摩耗性材料としては、Ａ　１１２０３、Ｗ　Ｃ％　Ｃｒ
　２０３、Ｚ　ｒ　Ｏ２等のセラミック材料及びこれ等
に金属を加えたサーメットが用いられ、耐熱性材料とし
ては、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ％　Ｆｅ等の金属又はＷ
Ｃ，ＡＪ２２０ｓ等のセラミック材料、或いはこれらの
複合材料が用いられる。更に、耐熱性のボンドコート材
としては、Ｎ１ＣｒＡｊ２Ｙ。

ＣｏＣｒＡｊ２Ｙ、Ｎ１ＣｏＣｒＡｊＺＹ。

ＣｏＮｌＣｒＡＪＺＹ％　ＦｅＣｒＡｉＹ。

ＮｉＣｒ％Ｍｏ及びこれらの複合材料等が用いられる。

以下に実験例について説明する。

実験例１ 第１図〜第４図に示すピストンリングＮ００１〜Ｎ００
４を下記仕様にて製造した。なお、ピストンリングの大
きさはいずれも外径３０ｃｍ、内径２７．９ｃｍ、高さ
０．６ｃｍ、合口部分の幅０．１ｃｍであり、母材は鋳
鉄製である。また、溝の深さは０．４ｍｍ、溝のピスト
ンリング軸方向の長さは０．５ｃｍとした。

ピストンリングＮｏ、１　　（第１図に示すピストンリ
ング） 合口部分にＷ、＝０．５ｃｍの母材を残して溝加工し、
溝にＣｒ２０ｓ　−Ｍｏ複合材料の耐摩耗性材料の溶射
材層を形成した。

ピストンリングＮｏ、２（第２図に示すピストンリング
） ピストンリング全周にわたって溝加工し、ｗ、＝ｏ、５
ｃｍの部分に耐熱性材料としてＮｉＣｒ合金を溶射し、
その他の部分にＣｒ２Ｏ５−Ｍｏ複合材料の耐摩耗性材
料の溶射材層を形成した。

ピストンリングＮｏ、３　（第３図に示すピストンリン
グ） ピストンリング全周にわたフて溝加工し、Ｗｌ　＝０．
５ｃｍの部分にはボンドコート材（ＮｉＣｒＡｕＹ）を
表面にまで溶射し、その他の部分にＣｒＣｒ２０ｓ−複
合材料の耐摩耗性材料の溶射材層を形成した。

ピストンリングＮｏ、４（第４図に示すピストンリング
） ピストンリング全周にわたって溝加工し、Ｃｒ２０３−
Ｍｏ複合材料の耐摩耗性材料の溶射材層を形成した。

各々のピストンリングＮｏ、１〜４を実験用４サイクル
デイーゼル機関に実使用し、耐摩耗性材料の溶射材層の
欠は落ちの有無を調べ、結果を第１表に示した。

第１表 ［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のピストンリングでは、耐熱
性材料の溶射材層又はピストンリングの母材で合口部分
の端縁が構成され耐摩耗性材料の溶射材層はこれにより
保護されているため、高温ガス流の通過による合口端縁
の耐摩耗性材料の溶射材層の損傷は防止される。

このため、本発明によれば、外周面の摺動面の耐摩耗性
に優れると共に、耐熱性にも優れ、耐久性の高い著しく
長寿命のピストンリングが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のピストンリングの一実施例を示
す要部の拡大斜視図、第１図（ｂ）は溶射前の状態を示
す拡大斜視図、第２図は本発明のピストンリングの他の
実施例を示す要部の拡大斜視図、第３図（ａ）は別の実
施例を示す要部の拡大斜視図、第３図（ｂ）は第３図（
ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、第４図（ａ）は従来のピ
ストンリングの斜視図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）の
Ｂ−Ｂ線に沿う断面の拡大図、第５図は製造手順を示す
断面図、第６図は第４図（ａ）の要部拡大図、第７図は
耐摩耗性材料の溶射材層の欠は落ちを示す拡大斜視図で
ある。 １、ＩＡ、ＩＢ・・・ピストンリング、２・・・耐摩耗
性材料の溶射材層、 ３・・・合口部分、　　　４・・・母材、５・・・溝、 ６・・・耐熱性材料の溶射材層、 ７・・・ボンドコート材の溶射材層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周の摺動面に耐摩耗性材料の溶射材層を形成し
   てなるピストンリングにおいて、該耐摩耗性材料の溶射
   材層はピストンリングの合口部分の端面から後退して設
   けられており、合口部分の端面と耐摩耗性材料の溶射材
   層の端部との間の部分には耐熱性材料の溶射材層又はピ
   ストンリングの母材が配置されていることを特徴とする
   ピストンリング。