JPH0697069B2 - セラミツクピストンリング及びその製造方法 - Google Patents
セラミツクピストンリング及びその製造方法Info
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- JPH0697069B2 JPH0697069B2 JP61237243A JP23724386A JPH0697069B2 JP H0697069 B2 JPH0697069 B2 JP H0697069B2 JP 61237243 A JP61237243 A JP 61237243A JP 23724386 A JP23724386 A JP 23724386A JP H0697069 B2 JPH0697069 B2 JP H0697069B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、セラミックピストンリング及びその製造方
法に関する。
法に関する。
一般に、内燃機関等のエンジンにはピストンリングが使
用されており、そのピストンリングには、圧力リング及
び油掻きリングがあり、シリンダとピストンとの間の気
密、熱伝達、潤滑、ベアリング等の機能を果たしてい
る。そして、ピストンリングには、矩形断面等の種々の
断面形状のものが開示されている。
用されており、そのピストンリングには、圧力リング及
び油掻きリングがあり、シリンダとピストンとの間の気
密、熱伝達、潤滑、ベアリング等の機能を果たしてい
る。そして、ピストンリングには、矩形断面等の種々の
断面形状のものが開示されている。
また、ピストンとシリンダとの間の気密を保つため、シ
リンダ壁面に対して気密に必要な接触即ち密着するよう
にピストンリングには自己張力を有するように構成され
ている。また、ピストンリングは自由状態即ちピストン
とシリンダとの間に装着されていない状態では真円でな
く合い口のすきまは大きくなっており、装着された状態
で初めて押し縮められて真円になるように構成されてい
る。そして、ピストンリングは、シリンダに装着されな
い状態の自由形状によって装着時のリングの面圧分布が
決定されるようになっている。
リンダ壁面に対して気密に必要な接触即ち密着するよう
にピストンリングには自己張力を有するように構成され
ている。また、ピストンリングは自由状態即ちピストン
とシリンダとの間に装着されていない状態では真円でな
く合い口のすきまは大きくなっており、装着された状態
で初めて押し縮められて真円になるように構成されてい
る。そして、ピストンリングは、シリンダに装着されな
い状態の自由形状によって装着時のリングの面圧分布が
決定されるようになっている。
次に、第５図及び第６図を参照して、ピストンリング20
である圧力リングのについて説明する。第５図は基本的
な圧力リングを示す平面図、及び第６図は第５図の線Ｖ
−Ｖにおける断面図である。一般に、ピストンリング20
（略してリングという）の装着及び使用時の応力Ｆは、
次式で表すことができる。
である圧力リングのについて説明する。第５図は基本的
な圧力リングを示す平面図、及び第６図は第５図の線Ｖ
−Ｖにおける断面図である。一般に、ピストンリング20
（略してリングという）の装着及び使用時の応力Ｆは、
次式で表すことができる。
Ｆ＝M/Z ……（１） 但し、M:任意の点Ｐにおける曲げモーメント、Z:断面係
数である。
数である。
ここで、合い口ＣのすきまＳが指定寸法まで荷重Ｗを掛
けて閉じると、 Ｍ＝WR（１＋cosθ） ……（２） 但し、W:合い口の接線方向に加えた荷重、R:リングの曲
率半径、θ：合い口Ｃの反対側の点Ａからの角度、即
ち、角/AOPである。
けて閉じると、 Ｍ＝WR（１＋cosθ） ……（２） 但し、W:合い口の接線方向に加えた荷重、R:リングの曲
率半径、θ：合い口Ｃの反対側の点Ａからの角度、即
ち、角/AOPである。
リングが矩形断面の時には、 Ｚ＝ＢT2/6 ……（３） 但し、B:リングの幅、T:リングの厚さである。
リングが全周一様な断面であれば、最大応力は合い口Ｃ
の反対側の点Ａに掛かることになる。即ち、上記式
（２）において、θ＝０°の時、 Ｍ＝WR（１＋cosθ） ＝WR（１＋cos0°） ＝2WR 従って、応力Ｆは、 Ｆ＝M/Z ＝12WR/BT2 となる。
の反対側の点Ａに掛かることになる。即ち、上記式
（２）において、θ＝０°の時、 Ｍ＝WR（１＋cosθ） ＝WR（１＋cos0°） ＝2WR 従って、応力Ｆは、 Ｆ＝M/Z ＝12WR/BT2 となる。
リングをピストンに装着する場合には、合い口Ｃを開い
てピストンのリング溝にリングを入れなければならず、
リングに対して張力即ち引張り応力が掛かることにな
る。
てピストンのリング溝にリングを入れなければならず、
リングに対して張力即ち引張り応力が掛かることにな
る。
一般に、ピストンリング20については、リングの寸法を
表すのに、呼び径Ｄ、幅Ｂ、厚さＴを用いて、Ｄ×Ｂ×
Ｔで示す。
表すのに、呼び径Ｄ、幅Ｂ、厚さＴを用いて、Ｄ×Ｂ×
Ｔで示す。
ピストンリングの呼び径Ｄはリングを装着した場合の真
円状態の時の直径であり、呼び径Ｄは、1mm〜2mmの間隔
に定められており、自動車用エンジンのリングとしては
40mm〜150mmの範囲のものが使用されている。
円状態の時の直径であり、呼び径Ｄは、1mm〜2mmの間隔
に定められており、自動車用エンジンのリングとしては
40mm〜150mmの範囲のものが使用されている。
ピストンリング20の幅Ｂは、リングのすべり面である外
周面７の大きさを示し、エンジンにより幅Ｂをいろいろ
に変えており、高速エンジンになるほど薄幅のものが使
用されており、一般に、1.5mm〜4.5mmのものが使用され
ている。
周面７の大きさを示し、エンジンにより幅Ｂをいろいろ
に変えており、高速エンジンになるほど薄幅のものが使
用されており、一般に、1.5mm〜4.5mmのものが使用され
ている。
また、ピストンリング20の厚さＴは、リングの半径方向
の大きさを示し、張力に大きな影響を与えるものであ
り、0.15mm〜6.0mmのものが使用されている。
の大きさを示し、張力に大きな影響を与えるものであ
り、0.15mm〜6.0mmのものが使用されている。
また、特に、圧力リングについては、気密、熱伝達、ベ
アリング作用を果たし、ピストンリングの摩耗が問題に
なり、そのためピストンリングについては、従来、耐摩
耗性、強度等を改良するものが提供されている。
アリング作用を果たし、ピストンリングの摩耗が問題に
なり、そのためピストンリングについては、従来、耐摩
耗性、強度等を改良するものが提供されている。
このような耐摩耗性等を向上させるものとして、例え
ば、特開昭58-214064号公報に示されるものがある。こ
れについて第７図を参照して概説する。
ば、特開昭58-214064号公報に示されるものがある。こ
れについて第７図を参照して概説する。
第７図において、シリンダと接触する接触面31の表面、
ピストンのリング溝と接触する上面33及び下面34に炭化
珪素の溶射層32を被着したピストンリング30が示されて
いる。
ピストンのリング溝と接触する上面33及び下面34に炭化
珪素の溶射層32を被着したピストンリング30が示されて
いる。
また、図示していないが、ピストンリングをセラミック
材料によって形成するものについても、従来提供されて
おり、セラミックピストンリングの製作については、リ
ング状素材を作成し、粉末のプレス成形等により素材を
作り、焼成する方法が一般的である。
材料によって形成するものについても、従来提供されて
おり、セラミックピストンリングの製作については、リ
ング状素材を作成し、粉末のプレス成形等により素材を
作り、焼成する方法が一般的である。
しかしながら、ピストンリングについては、上記のよう
に、リングの応力分布、応力負荷部分に関して必ずしも
リング全域にわたって大きな強度を必要とするものでは
ない。特に、ピストンリングの内周面６即ちピストンの
リング溝に対向する面と、ピストンリングのすべり面で
ある外周面７即ちシリンダライナーに対して接触摺動す
る面とに関しては、外周面７には引張り応力が作用する
のに対して、内周面６には圧縮力が作用する。そして、
外周面７については強度を向上させることが必要である
ことが分かった。
に、リングの応力分布、応力負荷部分に関して必ずしも
リング全域にわたって大きな強度を必要とするものでは
ない。特に、ピストンリングの内周面６即ちピストンの
リング溝に対向する面と、ピストンリングのすべり面で
ある外周面７即ちシリンダライナーに対して接触摺動す
る面とに関しては、外周面７には引張り応力が作用する
のに対して、内周面６には圧縮力が作用する。そして、
外周面７については強度を向上させることが必要である
ことが分かった。
また、ピストンリングの合い口Ｃの中央点Ｅから角度約
130°までの範囲の部分についての強度は、角度約130°
から角度180°までの範囲の部分についての強度に比較
して約1/2程度で十分であることが分かった。そして、
ピストンリングの角度約130°から角度180°までの範囲
の部分については、高い即ち大きい強度レベルと信頼性
を確保する必要がある。
130°までの範囲の部分についての強度は、角度約130°
から角度180°までの範囲の部分についての強度に比較
して約1/2程度で十分であることが分かった。そして、
ピストンリングの角度約130°から角度180°までの範囲
の部分については、高い即ち大きい強度レベルと信頼性
を確保する必要がある。
ところで、セラミック材料の性質については、一般的に
次のような性質がある。セラミック素材については、主
として、Si＋N2，SiO2＋Ｃ＋N2の反応によって原料粉末
が作られている。セラミック素材を成形し、焼結して製
作するにあたって、通常、Si3N4のみの焼結は困難であ
る。そこで、例えば、MgO（５％），Al2O3＋Y2O3（10〜
30％）を混合して、ホットプレスを温度1650〜1750℃
で、真空又は加圧窒素中で行うことによって焼結できる
ものである。
次のような性質がある。セラミック素材については、主
として、Si＋N2，SiO2＋Ｃ＋N2の反応によって原料粉末
が作られている。セラミック素材を成形し、焼結して製
作するにあたって、通常、Si3N4のみの焼結は困難であ
る。そこで、例えば、MgO（５％），Al2O3＋Y2O3（10〜
30％）を混合して、ホットプレスを温度1650〜1750℃
で、真空又は加圧窒素中で行うことによって焼結できる
ものである。
また、セラミク材料の性質については、セラミック原料
の粉末では、α−Si3N4の含有量が多く且つ粉末粒径の
小さい即ち粒度の細かい原料で焼結したものは、セラミ
ック材料の強度は大きくなるが、α−Si3N4の含有量が
少なく且つ粉末粒径の大きい即ち粒度の大きい原料で焼
結したものは、セラミック材料の強度は小さくなる。ま
た、α−Si3N4の含有量が多く且つ粉末粒径の小さい即
ち粒度の細かい原料で焼結したものは、α−Si3N4の含
有量が少なく且つ粉末粒径の大きい即ち粒度の大きい原
料で焼結したものに比較して、材料のコストが高くなっ
ている。
の粉末では、α−Si3N4の含有量が多く且つ粉末粒径の
小さい即ち粒度の細かい原料で焼結したものは、セラミ
ック材料の強度は大きくなるが、α−Si3N4の含有量が
少なく且つ粉末粒径の大きい即ち粒度の大きい原料で焼
結したものは、セラミック材料の強度は小さくなる。ま
た、α−Si3N4の含有量が多く且つ粉末粒径の小さい即
ち粒度の細かい原料で焼結したものは、α−Si3N4の含
有量が少なく且つ粉末粒径の大きい即ち粒度の大きい原
料で焼結したものに比較して、材料のコストが高くなっ
ている。
また、第７図に示す炭化珪素の溶射層32を被着したピス
トンリング30については、ある程度の耐熱性、耐食性、
耐スカッフィング性を有しているが、セラミックピスト
ンリング程ではなく、またリングの周囲部分についての
強度に関しての考慮がなされたものではなく、特に、溶
射層と金属層の接合強度が十分ではなく、曲げ運動時の
剪断力は溶射層の剥離を起こさせる等の点については問
題を有しているものである。
トンリング30については、ある程度の耐熱性、耐食性、
耐スカッフィング性を有しているが、セラミックピスト
ンリング程ではなく、またリングの周囲部分についての
強度に関しての考慮がなされたものではなく、特に、溶
射層と金属層の接合強度が十分ではなく、曲げ運動時の
剪断力は溶射層の剥離を起こさせる等の点については問
題を有しているものである。
この発明の目的は、上記の問題を解決することであり、
リングの強度と摩耗特性を考慮して、強度を必要としな
い部分と強度を要する部分とに分け、それぞれの部分に
適した材料を用いて即ち両者の部分を異なった材料で作
製し、所定の強度レベルを保障し且つ信頼性に富み、し
かもセラミック材料でありながら材料費が安価なセラミ
ックピストンリングを提供すると共に、極めて効率的に
且つ確実に上記組成で作製したセラミックピストンリン
グ及びその製造方法を提供することである。
リングの強度と摩耗特性を考慮して、強度を必要としな
い部分と強度を要する部分とに分け、それぞれの部分に
適した材料を用いて即ち両者の部分を異なった材料で作
製し、所定の強度レベルを保障し且つ信頼性に富み、し
かもセラミック材料でありながら材料費が安価なセラミ
ックピストンリングを提供すると共に、極めて効率的に
且つ確実に上記組成で作製したセラミックピストンリン
グ及びその製造方法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、この出願の第１番目の発明は、
外周面側の部分を強度の大きいセラミック材料で構成
し、また内周面側の部分を強度の小さいセラミック材料
から構成したことを特徴とするセラミックピストンリン
グに関する。
構成されている。即ち、この出願の第１番目の発明は、
外周面側の部分を強度の大きいセラミック材料で構成
し、また内周面側の部分を強度の小さいセラミック材料
から構成したことを特徴とするセラミックピストンリン
グに関する。
また、このセラミックピストンリングにおいて、前記強
度の大きい材料がα−Si3N4の含有量が多く且つ小さい
粒度から成る素材で構成され、また、前記強度の小さい
材料がα−Si3N4の含有量が少なく且つ大きい粒度から
成る素材で構成されており、また、前記強度の大きい材
料の厚さが前記強度の小さい材料の厚さよりも薄いもの
である。
度の大きい材料がα−Si3N4の含有量が多く且つ小さい
粒度から成る素材で構成され、また、前記強度の小さい
材料がα−Si3N4の含有量が少なく且つ大きい粒度から
成る素材で構成されており、また、前記強度の大きい材
料の厚さが前記強度の小さい材料の厚さよりも薄いもの
である。
また、この出願の第２番目の発明は、強度の大きいセラ
ミック材料及び強度の小さいセラミック材料のいずれか
一方のセラミック材料で押圧成形して外周側部分及び内
周側部分のいずれか一方を成形し、次いで前記セラミッ
ク材料の他方のセラミック材料で前記成形した外周側部
分又は内周側部分の周面に接触させた状態で他方の外周
側部分又は内周側部分を押圧成形して前記強度の大きい
セラミック材料で前記外周側部分と強度の小さいセラミ
ック材料で前記内周側部分とを一体的に成形し、該成形
体を焼結して製造することを特徴とするセラミックピス
トンリングの製造方法に関する。
ミック材料及び強度の小さいセラミック材料のいずれか
一方のセラミック材料で押圧成形して外周側部分及び内
周側部分のいずれか一方を成形し、次いで前記セラミッ
ク材料の他方のセラミック材料で前記成形した外周側部
分又は内周側部分の周面に接触させた状態で他方の外周
側部分又は内周側部分を押圧成形して前記強度の大きい
セラミック材料で前記外周側部分と強度の小さいセラミ
ック材料で前記内周側部分とを一体的に成形し、該成形
体を焼結して製造することを特徴とするセラミックピス
トンリングの製造方法に関する。
また、このセラミックピストンリングの製造方法におい
て、前記強度の大きいセラミック材料及び強度の小さい
セラミック材料のいずれか一方を金型内で第１押圧型及
び第２押圧型によって押圧成形し、前記第２押圧型を前
記金型から抜取り、次いで前記セラミック材料の他方を
前記金型に投入し、再び前記第２押圧型によって前記セ
ラミック材料の他方を押圧成形したものである。
て、前記強度の大きいセラミック材料及び強度の小さい
セラミック材料のいずれか一方を金型内で第１押圧型及
び第２押圧型によって押圧成形し、前記第２押圧型を前
記金型から抜取り、次いで前記セラミック材料の他方を
前記金型に投入し、再び前記第２押圧型によって前記セ
ラミック材料の他方を押圧成形したものである。
また、このセラミックピストンリングの製造方法におい
て、前記金型は前記強度の大きいセラミック材料及び強
度の小さいセラミック材料の前記内周面、前記外周面及
び上面又は下面の一方の面を規制し、前記第１押圧型は
前記セラミック材料の一方の上面又は下面の一方の面を
規制し、並びに前記第２押圧型は前記強度の大きいセラ
ミック材料と前記強度の小さいセラミック材料との接合
面、及び前記セラミック材料の他方の上面又は下面の一
方の面を規制して押圧成形したものである。
て、前記金型は前記強度の大きいセラミック材料及び強
度の小さいセラミック材料の前記内周面、前記外周面及
び上面又は下面の一方の面を規制し、前記第１押圧型は
前記セラミック材料の一方の上面又は下面の一方の面を
規制し、並びに前記第２押圧型は前記強度の大きいセラ
ミック材料と前記強度の小さいセラミック材料との接合
面、及び前記セラミック材料の他方の上面又は下面の一
方の面を規制して押圧成形したものである。
この発明によるセラミックピストンリング及びその製造
方法は、以上のように構成されており、次のように作用
する。即ち、この第１番目の発明によるセラミックピス
トンリングは、外周面側の部分を強度の大きいセラミッ
ク材料で構成し、また、内周面側の部分を強度の小さい
セラミック材料から構成したので、最も強度を必要とす
る部分即ち前記すべり面である外周面の部分は十分な強
度を有しており、所定の強度レベルを保障することがで
きる。そして、前記強度の大きい材料がα−Si3N4の含
有量が多く、摩擦係数が小さく、そのため摩耗量も少な
くすることができる。前記外周面は引張り応力に強く、
強度を高めることができ、シリンダライナに対して摺動
性を向上させることができる。
方法は、以上のように構成されており、次のように作用
する。即ち、この第１番目の発明によるセラミックピス
トンリングは、外周面側の部分を強度の大きいセラミッ
ク材料で構成し、また、内周面側の部分を強度の小さい
セラミック材料から構成したので、最も強度を必要とす
る部分即ち前記すべり面である外周面の部分は十分な強
度を有しており、所定の強度レベルを保障することがで
きる。そして、前記強度の大きい材料がα−Si3N4の含
有量が多く、摩擦係数が小さく、そのため摩耗量も少な
くすることができる。前記外周面は引張り応力に強く、
強度を高めることができ、シリンダライナに対して摺動
性を向上させることができる。
更に、この第２番目の発明によるセラミックピストンリ
ングの製造方法は、強度の大きいセラミック材料或いは
強度の小さいセラミック材料の一方を押圧成形して外周
側部分或いは内周側部分を成形し、次いで前記セラミッ
ク材料の他方を前記成形した外周側部分の内周面或いは
内周側部分の外周面と接触させた状態で内周側部分或い
は外周側部分を押圧成形することにより強度の大きいセ
ラミック材料で成形された外周側部分と強度の小さいセ
ラミック材料で形成され内周側部分とを一体的に成形
し、該成形体を焼結して製造しているので、極めて簡潔
に且つ確実に異なった原料を１つの製品に構成すること
ができる。
ングの製造方法は、強度の大きいセラミック材料或いは
強度の小さいセラミック材料の一方を押圧成形して外周
側部分或いは内周側部分を成形し、次いで前記セラミッ
ク材料の他方を前記成形した外周側部分の内周面或いは
内周側部分の外周面と接触させた状態で内周側部分或い
は外周側部分を押圧成形することにより強度の大きいセ
ラミック材料で成形された外周側部分と強度の小さいセ
ラミック材料で形成され内周側部分とを一体的に成形
し、該成形体を焼結して製造しているので、極めて簡潔
に且つ確実に異なった原料を１つの製品に構成すること
ができる。
また、このセラミックピストンリングの製造方法におい
て、前記強度の大きいセラミック材料或いは強度の小さ
いセラミック材料の一方を金型内で第１押圧型及び第２
押圧型によって押圧成形し、前記第２押圧型を前記金型
から抜取り、次いで前記セラミック材料の他方を前記金
型に投入し、再び前記第２押圧型によって前記セラミッ
ク材料の他方を押圧成形したので、外周側部分と内周側
部分との厚さを最適の寸法に適宜に調節して形成するこ
とができる。
て、前記強度の大きいセラミック材料或いは強度の小さ
いセラミック材料の一方を金型内で第１押圧型及び第２
押圧型によって押圧成形し、前記第２押圧型を前記金型
から抜取り、次いで前記セラミック材料の他方を前記金
型に投入し、再び前記第２押圧型によって前記セラミッ
ク材料の他方を押圧成形したので、外周側部分と内周側
部分との厚さを最適の寸法に適宜に調節して形成するこ
とができる。
以下、図面を参照して、この発明によるセラミックピス
トンリング及びその製造方法の一実施例を詳述する。第
１図はこの発明によるセラミックピストンリングの一実
施例を示す平面図、及び第２図は第１図の線II−IIにお
ける断面図である。
トンリング及びその製造方法の一実施例を詳述する。第
１図はこの発明によるセラミックピストンリングの一実
施例を示す平面図、及び第２図は第１図の線II−IIにお
ける断面図である。
ピストンリング１には、合い口４が形成されている。ピ
ストンリング１は、断面矩形の形状であり、シリンダラ
イナ（図示省略）に接触するすべり面である外周面７、
ピストンのリング溝（図示省略）の上面及び下面に接触
する上面８及び下面９、並びにピストンのリング溝（図
示省略）の底面に対向する内周面６から形成されてい
る。また、ピストンリング１は、上面８及び下面９の厚
さＴ（第２図参照）、外周面７の幅Ｂ（第２図参照）、
合い口４のすきまＳを有する。
ストンリング１は、断面矩形の形状であり、シリンダラ
イナ（図示省略）に接触するすべり面である外周面７、
ピストンのリング溝（図示省略）の上面及び下面に接触
する上面８及び下面９、並びにピストンのリング溝（図
示省略）の底面に対向する内周面６から形成されてい
る。また、ピストンリング１は、上面８及び下面９の厚
さＴ（第２図参照）、外周面７の幅Ｂ（第２図参照）、
合い口４のすきまＳを有する。
更に、ピストンリング１の装着されていない時の合い口
４のすきまＳを自由合い口すきまと呼び、この自由合い
口すきまは、装着時の合い口すきまＳよりも大きくなっ
ており、シリンダライナとピストンとの間に装着された
状態では荷重Ｗが掛けられて真円の形状にまで押し縮め
られる。
４のすきまＳを自由合い口すきまと呼び、この自由合い
口すきまは、装着時の合い口すきまＳよりも大きくなっ
ており、シリンダライナとピストンとの間に装着された
状態では荷重Ｗが掛けられて真円の形状にまで押し縮め
られる。
ピストンリング１の内周面６側の部分は、強度の小さい
セラミック材料３から構成している。また、ピストンリ
ング１の外周面７側の部分は、強度の大きいセラミック
材料２から構成している。第２図（第３図又は第４図参
照）に示すように、ピストンリング１の外周面７側の部
分における厚さＸは、内周面６側の部分における厚さＹ
よりも薄く形成されている。
セラミック材料３から構成している。また、ピストンリ
ング１の外周面７側の部分は、強度の大きいセラミック
材料２から構成している。第２図（第３図又は第４図参
照）に示すように、ピストンリング１の外周面７側の部
分における厚さＸは、内周面６側の部分における厚さＹ
よりも薄く形成されている。
更に、強度の大きいセラミック材料２は、α−Si3N4の
含有量が多く且つ小さい粒度から成る素材で構成されて
いる。また、強度の小さいセラミック材料３は、α−Si
3N4の含有量が少なく且つ大きい粒度から成る素材で構
成されている。例えば、α−Si3N4の含有量が多く、且
つ粒径の小さい即ち粒子径の細かい素材については、粒
径0.5μ以下であり、α−Si3N4の含有量即ちα率90％以
上であり、不純物としてCa0.2％以下、Fe0.2％以下であ
る原料から構成している。
含有量が多く且つ小さい粒度から成る素材で構成されて
いる。また、強度の小さいセラミック材料３は、α−Si
3N4の含有量が少なく且つ大きい粒度から成る素材で構
成されている。例えば、α−Si3N4の含有量が多く、且
つ粒径の小さい即ち粒子径の細かい素材については、粒
径0.5μ以下であり、α−Si3N4の含有量即ちα率90％以
上であり、不純物としてCa0.2％以下、Fe0.2％以下であ
る原料から構成している。
また、α−Si3N4の含有量が少なく且つ粒径の大きい即
ち粒子径の粗い素材については、粒径0.5μ〜0.3μの範
囲であり、α−Si3N4の含有量即ちα率80％以上の原料
から構成し、焼成したものである。
ち粒子径の粗い素材については、粒径0.5μ〜0.3μの範
囲であり、α−Si3N4の含有量即ちα率80％以上の原料
から構成し、焼成したものである。
次に、この発明によるセラミックピストンリングの製造
方法について説明する。セラミック原料であるα−Si3N
4等の粉末分布については、それぞれ分割された部分を
金型で分割し、粉末充填をして、異なった粉末即ち異な
った粒度及び異なった混合比の粉末を接合させて押圧成
形することによって構成することができるものであり、
まず、金型10内に第２押圧型11を挿入し、金型10と第２
押圧型11とで形成された空間部に第１素材即ち強度の大
きいセラミック材料２の素材を充填し、次いで第１押圧
型12を金型10を挿入して強度の大きいセラミック材料２
の素材を押圧成形する。
方法について説明する。セラミック原料であるα−Si3N
4等の粉末分布については、それぞれ分割された部分を
金型で分割し、粉末充填をして、異なった粉末即ち異な
った粒度及び異なった混合比の粉末を接合させて押圧成
形することによって構成することができるものであり、
まず、金型10内に第２押圧型11を挿入し、金型10と第２
押圧型11とで形成された空間部に第１素材即ち強度の大
きいセラミック材料２の素材を充填し、次いで第１押圧
型12を金型10を挿入して強度の大きいセラミック材料２
の素材を押圧成形する。
その後に、金型10から第２押圧型11を抜取り、金型10と
第１素材２及び第１押圧型12とで形成される空間部に第
２素材即ち強度の小さいセラミック材料３の素材を充填
する。
第１素材２及び第１押圧型12とで形成される空間部に第
２素材即ち強度の小さいセラミック材料３の素材を充填
する。
次いで、強度の小さいセラミック材料の素材３の上から
金型10と第１素材２及び第１押圧型12とで形成される空
間部に第２押圧型11を挿入して強度の小さいセラミック
材料３の素材を押圧成形する。この場合、強度の小さい
セラミック材料３の素材を強度の大きいセラミック材料
２の素材の幅方向の面を接触させた状態で押圧成形を行
い、強度の大きいセラミック材料２の素材と強度の小さ
いセラミック材料３の素材とを接合状態で焼結して製造
する。
金型10と第１素材２及び第１押圧型12とで形成される空
間部に第２押圧型11を挿入して強度の小さいセラミック
材料３の素材を押圧成形する。この場合、強度の小さい
セラミック材料３の素材を強度の大きいセラミック材料
２の素材の幅方向の面を接触させた状態で押圧成形を行
い、強度の大きいセラミック材料２の素材と強度の小さ
いセラミック材料３の素材とを接合状態で焼結して製造
する。
また、ピストンリング１のサイズは適用されるエンジン
のシリンダ、シリンダライナー、ピストン及びリング溝
のサイズによって異なるが、すべり面である外周面７側
の部分に配置された強度の大きいセラミック材料２は、
厚さＹが、例えば、約1mm〜1.5mmを占めるように構成す
ることができる。
のシリンダ、シリンダライナー、ピストン及びリング溝
のサイズによって異なるが、すべり面である外周面７側
の部分に配置された強度の大きいセラミック材料２は、
厚さＹが、例えば、約1mm〜1.5mmを占めるように構成す
ることができる。
この発明によるセラミックピストンリング及びその製造
方法は、以上のように構成されているので、次のような
効果を有する。即ち、このセラミックピストンリング
は、外周面側の部分を強度の大きいセラミック材料で構
成し、また、内周面側の部分を強度の小さいセラミック
材料から構成したので、最も強度を必要とする部分即ち
すべり面である前記外周面の部分は十分な強度を有して
おり、必要とする強度レベルを保障することができ、高
い信頼性がある。
方法は、以上のように構成されているので、次のような
効果を有する。即ち、このセラミックピストンリング
は、外周面側の部分を強度の大きいセラミック材料で構
成し、また、内周面側の部分を強度の小さいセラミック
材料から構成したので、最も強度を必要とする部分即ち
すべり面である前記外周面の部分は十分な強度を有して
おり、必要とする強度レベルを保障することができ、高
い信頼性がある。
また、前記強度の大きい材料がα−Si3N4の含有量が多
く、摩擦係数が小さいので、そのためシリンダライナ及
びリングの摩耗量も少なくすることができ、前記外周面
は引張り応力に強く、強度を高めることができ、しか
も、シリンダライナに対して摺動性を向上させることが
でき、また、ピストンリングの前記外周面に作用する引
張り応力、及びその内周面に作用する圧縮力にも、強度
上十分に対応することができる。
く、摩擦係数が小さいので、そのためシリンダライナ及
びリングの摩耗量も少なくすることができ、前記外周面
は引張り応力に強く、強度を高めることができ、しか
も、シリンダライナに対して摺動性を向上させることが
でき、また、ピストンリングの前記外周面に作用する引
張り応力、及びその内周面に作用する圧縮力にも、強度
上十分に対応することができる。
更に、ピストンリング全体にわたって前記強度の大きい
セラミック材料を使用する必要がないので、ピストンリ
ング自体を安価に製造することができる。
セラミック材料を使用する必要がないので、ピストンリ
ング自体を安価に製造することができる。
また、このセラミックピストンリングの製造方法は、強
度の大きいセラミック材料或いは強度の小さいセラミッ
ク材料の一方を押圧成形して外周側部分或いは内周側部
分を成形し、次いで前記セラミック材料の他方を前記成
形した外周側部分の内周面或いは内周側部分の外周面と
接触させた状態で内周側部分或いは外周側部分を押圧成
形することにより強度の大きいセラミック材料で成形さ
れた外周側部分と強度の小さいセラミック材料で形成さ
れ内周側部分とを一体的に成形し、該成形体を焼結して
製造しているので、極めて簡潔に且つ確実に異なった原
料ピストンリングを構成することができる。
度の大きいセラミック材料或いは強度の小さいセラミッ
ク材料の一方を押圧成形して外周側部分或いは内周側部
分を成形し、次いで前記セラミック材料の他方を前記成
形した外周側部分の内周面或いは内周側部分の外周面と
接触させた状態で内周側部分或いは外周側部分を押圧成
形することにより強度の大きいセラミック材料で成形さ
れた外周側部分と強度の小さいセラミック材料で形成さ
れ内周側部分とを一体的に成形し、該成形体を焼結して
製造しているので、極めて簡潔に且つ確実に異なった原
料ピストンリングを構成することができる。
また、このセラミックピストンリングの製造方法におい
て、前記強度の大きいセラミック材料或いは強度の小さ
いセラミック材料の一方を金型内で第押圧型及び第２押
圧型によって押圧成形し、前記第２押圧型を前記金型か
ら抜取り、次いで前記セラミック材料の他方を前記金型
に投入し、再び前記第２押圧型によって前記セラミック
材料の他方を押圧成形したので、外周側部分と内周側部
分との厚さを最適の寸法に適宜に調節して形成すること
ができる。
て、前記強度の大きいセラミック材料或いは強度の小さ
いセラミック材料の一方を金型内で第押圧型及び第２押
圧型によって押圧成形し、前記第２押圧型を前記金型か
ら抜取り、次いで前記セラミック材料の他方を前記金型
に投入し、再び前記第２押圧型によって前記セラミック
材料の他方を押圧成形したので、外周側部分と内周側部
分との厚さを最適の寸法に適宜に調節して形成すること
ができる。
第１図はこの発明によるセラミックピストンリングの一
実施例を示す平面図、第２図は第１図の線II−IIにおけ
る断面図、第３図はこの発明によるセラミックピストン
リングを製造する製造工程における金型及び押圧型の関
係を示す断面図、第４図は第３図とは別の製造工程にお
ける金型及び押圧型の関係を示す断面図、第５図は従来
の基本的なピストンリングを示す平面図、第６図は第５
図の線Ｖ−Ｖにおける断面図、及び第７図は従来のピス
トンリングを示す断面図である。 １……ピストンリング、２……強度の大きいセラミック
材料、３……強度の小さいセラミック材料、４……合い
口、６……内周面、７……外周面、８……上面、９……
下面、10……金型、11……第２押圧型、12……第１押圧
型、Ｂ……リングの幅、Ｓ……合い口のすきま、Ｔ……
リングの厚さ。
実施例を示す平面図、第２図は第１図の線II−IIにおけ
る断面図、第３図はこの発明によるセラミックピストン
リングを製造する製造工程における金型及び押圧型の関
係を示す断面図、第４図は第３図とは別の製造工程にお
ける金型及び押圧型の関係を示す断面図、第５図は従来
の基本的なピストンリングを示す平面図、第６図は第５
図の線Ｖ−Ｖにおける断面図、及び第７図は従来のピス
トンリングを示す断面図である。 １……ピストンリング、２……強度の大きいセラミック
材料、３……強度の小さいセラミック材料、４……合い
口、６……内周面、７……外周面、８……上面、９……
下面、10……金型、11……第２押圧型、12……第１押圧
型、Ｂ……リングの幅、Ｓ……合い口のすきま、Ｔ……
リングの厚さ。
Claims (6)
- 【請求項１】外周面側の部分を強度の大きいセラミック
材料で構成し、また、内周面側の部分を強度の小さいセ
ラミック材料から構成したことを特徴とするセラミック
ピストンリング。 - 【請求項２】前記強度の大きい材料はα−Si3N4の含有
量が多く且つ小さい粒径から成る素材で構成され、また
前記強度の小さい材料はα−Si3N4の含有量が少なく且
つ大きい粒径から成る素材で構成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載のセラミックピスト
ンリング。 - 【請求項３】前記強度の大きい材料の厚さは前記強度の
小さい材料の厚さよりも薄いことを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載のセラミックピストンリング。 - 【請求項４】強度の大きいセラミック材料及び強度の小
さいセラミック材料のいずれか一方のセラミック材料で
押圧成形して外周側部分及び内周側部分のいずれか一方
を成形し、次いで前記セラミック材料の他方のセラミッ
ク材料で前記成形した外周側部分又は内周側部分の周面
に接触させた状態で他方の外周側部分又は内周側部分を
押圧成形して前記強度の大きいセラミック材料で前記外
周側部分と強度の小さいセラミック材料で前記内周側部
分とを一体的に成形し、該成形体を焼結して製造するこ
とを特徴とするセラミックピストンリングの製造方法。 - 【請求項５】前記強度の大きいセラミック材料及び強度
の小さいセラミック材料のいずれか一方を金型内で第１
押圧型及び第２押圧型によって押圧成形し、前記第２押
圧型を前記金型から抜取り、次いで前記セラミック材料
の他方を前記金型に投入し、再び前記第２押圧型によっ
て前記セラミック材料の他方を押圧成形することを特徴
とする特許請求の範囲第４項に記載のセラミックピスト
ンリングの製造方法。 - 【請求項６】前記金型は前記強度の大きいセラミック材
料及び強度の小さいセラミック材料の前記内周面、前記
外周面及び上面又は下面の一方の面を規制し、前記第１
押圧型は前記セラミック材料の一方の上面又は下面の一
方の面を規制し、並びに前記第２押圧型は前記強度の大
きいセラミック材料と前記強度の小さいセラミック材料
との接合面、及び前記セラミック材料の他方の上面又は
下面の一方の面を規制して押圧成形することを特徴とす
る特許請求の範囲第４項に記載のセラミックピストンリ
ングの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61237243A JPH0697069B2 (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | セラミツクピストンリング及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61237243A JPH0697069B2 (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | セラミツクピストンリング及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6392868A JPS6392868A (ja) | 1988-04-23 |
| JPH0697069B2 true JPH0697069B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=17012516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61237243A Expired - Lifetime JPH0697069B2 (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | セラミツクピストンリング及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697069B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002115759A (ja) * | 2000-10-05 | 2002-04-19 | Hino Motors Ltd | 圧力ピストンリング |
| GB202014614D0 (en) * | 2020-09-16 | 2020-10-28 | Carnot Ltd | Internal combustion engine |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5983869A (ja) * | 1982-11-02 | 1984-05-15 | Nippon Piston Ring Co Ltd | シ−ルリング |
| JPS59224307A (ja) * | 1983-06-03 | 1984-12-17 | 酒井 良仁 | セラミツクス製ピストンリングの製造方法 |
-
1986
- 1986-10-07 JP JP61237243A patent/JPH0697069B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6392868A (ja) | 1988-04-23 |
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