JPH0783330A - 金属間化合物製ピストンリング - Google Patents
金属間化合物製ピストンリングInfo
- Publication number
- JPH0783330A JPH0783330A JP23144993A JP23144993A JPH0783330A JP H0783330 A JPH0783330 A JP H0783330A JP 23144993 A JP23144993 A JP 23144993A JP 23144993 A JP23144993 A JP 23144993A JP H0783330 A JPH0783330 A JP H0783330A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intermetallic compound
- tial
- ring
- top ring
- piston ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 軽量で、且つ高剛性であり、高い限界回転数
を有するＴｉＡｌ系金属間化合物製ピストンリングを提
供する。 【構成】 内燃機関に用いられるピストンリングであっ
て、Ｌ１0 型ＴｉＡｌ（γ相）の体積分率ＶｆがＶｆ≧
３０％であるＴｉＡｌ系金属間化合物より構成されてい
る。
を有するＴｉＡｌ系金属間化合物製ピストンリングを提
供する。 【構成】 内燃機関に用いられるピストンリングであっ
て、Ｌ１0 型ＴｉＡｌ（γ相）の体積分率ＶｆがＶｆ≧
３０％であるＴｉＡｌ系金属間化合物より構成されてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関、油圧機器等に
用いられるピストンリング、特に金属間化合物より構成
されたピストンリングに関する。
用いられるピストンリング、特に金属間化合物より構成
されたピストンリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、内燃機関用ピストンリングとして
は、ＪＩＳ ＳＵＳ４２０Ｊ２等のステンレス鋼より構
成されたものが知られている（例えば、特開昭６４−３
５０５５号公報参照）。
は、ＪＩＳ ＳＵＳ４２０Ｊ２等のステンレス鋼より構
成されたものが知られている（例えば、特開昭６４−３
５０５５号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】現在、内燃機関は高回
転化および高出力化の傾向にあり、それに対応してピス
トンリングには軽量化が要求されるが、その構成材料と
してステンレス鋼を用いると、前記要求を満たすことが
できず、またその重量が大きいことに起因して、例えば
機関回転数約５０００rpm にてフラッタリング現象を発
生するためブローバイガス量およびオイル消費量が急増
し、したがって限界回転数が低く、機関の高回転化に対
応することができない、という問題がある。
転化および高出力化の傾向にあり、それに対応してピス
トンリングには軽量化が要求されるが、その構成材料と
してステンレス鋼を用いると、前記要求を満たすことが
できず、またその重量が大きいことに起因して、例えば
機関回転数約５０００rpm にてフラッタリング現象を発
生するためブローバイガス量およびオイル消費量が急増
し、したがって限界回転数が低く、機関の高回転化に対
応することができない、という問題がある。
【０００４】その上、ステンレス鋼は、機関運転中にお
けるピストンリング周りの雰囲気温度２５０〜３５０℃
にて比較的熱伝導率が低いため、ピストンリングを仲介
とするシリンダ壁へのピストンの放熱性が悪い、という
問題もある。
けるピストンリング周りの雰囲気温度２５０〜３５０℃
にて比較的熱伝導率が低いため、ピストンリングを仲介
とするシリンダ壁へのピストンの放熱性が悪い、という
問題もある。
【０００５】本発明は前記に鑑み、軽量で、且つ高剛性
であると共に前記雰囲気温度２５０〜３５０℃にて高い
熱伝導率を発揮する前記ピストンリングを提供すること
を目的とする。
であると共に前記雰囲気温度２５０〜３５０℃にて高い
熱伝導率を発揮する前記ピストンリングを提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関、油
圧機器等に用いられるピストンリングであって、Ｌ１ 0
型ＴｉＡｌの体積分率ＶｆがＶｆ≧３０％であるＴｉＡ
ｌ系金属間化合物より構成されていることを特徴とす
る。
圧機器等に用いられるピストンリングであって、Ｌ１ 0
型ＴｉＡｌの体積分率ＶｆがＶｆ≧３０％であるＴｉＡ
ｌ系金属間化合物より構成されていることを特徴とす
る。
【０００７】
【作用】構成材料として、前記構成のＴｉＡｌ系金属間
化合物を用いると、ピストンリングの機械加工性を良好
にし、またその軽量化を達成し、さらに前記雰囲気温度
２５０〜３５０℃における熱伝導率を向上させることが
できる。
化合物を用いると、ピストンリングの機械加工性を良好
にし、またその軽量化を達成し、さらに前記雰囲気温度
２５０〜３５０℃における熱伝導率を向上させることが
できる。
【０００８】その上、ピストンリングの高剛性化をも達
成し得るので、そのピストンリングは、ピストンへの装
着時において折損することがなく、また長期に亘りへた
りを生じることなく所期の張力を維持し、したがって優
れた耐久性を有する。
成し得るので、そのピストンリングは、ピストンへの装
着時において折損することがなく、また長期に亘りへた
りを生じることなく所期の張力を維持し、したがって優
れた耐久性を有する。
【０００９】さらに、高剛性化および軽量化に伴い、ピ
ストンリングのフラッタリング現象の発生を抑制して、
その限界回転数を例えば約８０００〜約９０００rpm に
高めることが可能である。
ストンリングのフラッタリング現象の発生を抑制して、
その限界回転数を例えば約８０００〜約９０００rpm に
高めることが可能である。
【００１０】ただし、Ｌ１0 型ＴｉＡｌの体積分率Ｖｆ
がＶｆ＜３０％になると、ピストンリングの機械加工
性、耐久性および限界回転数の低下を招来し、またピス
トンへの装着時において折損し易くなる。
がＶｆ＜３０％になると、ピストンリングの機械加工
性、耐久性および限界回転数の低下を招来し、またピス
トンへの装着時において折損し易くなる。
【００１１】
【実施例】図１，２において、ピストンリングとしての
内燃機関用トップリング１はＴｉＡｌ系金属間化合物よ
り構成される。
内燃機関用トップリング１はＴｉＡｌ系金属間化合物よ
り構成される。
【００１２】トップリング１の製造に当っては、次のよ
うな方法を採用した。（ａ）純度９９．９％以上の素材
を用意し、その素材をプラズマスカル溶解炉により溶解
してＴｉＡｌ系金属間化合物組成の溶湯を調製する、
（ｂ）溶湯を用いて直径１００mm、厚さ５０mmのインゴ
ットを鋳造する、（ｃ）インゴットに、真空中、１００
０℃、７２時間の均質化処理を施す、（ｄ）トップリン
グの自由時形状に合せてインゴットにくり抜き加工を施
す、（ｅ）インゴットに突切り加工を施して所定の幅を
有するリング素材を得る、（ｆ）リング素材外周面にカ
ム旋削加工を施す、（ｇ）リング素材に切断加工を施し
て合い口２に対応するスリットを形成する、（ｈ）リン
グ素材内周面に旋削加工を施す、（ｉ）リング素材の切
断面および内、外周面に仕上げ加工を施す、（ｊ）リン
グ素材の外周面および両端面にイオンプレーティング処
理を施して、例えば厚さ５μｍのＴｉＮ層を形成する、
（ｋ）リング素材外周面にラッピング加工を施す。
うな方法を採用した。（ａ）純度９９．９％以上の素材
を用意し、その素材をプラズマスカル溶解炉により溶解
してＴｉＡｌ系金属間化合物組成の溶湯を調製する、
（ｂ）溶湯を用いて直径１００mm、厚さ５０mmのインゴ
ットを鋳造する、（ｃ）インゴットに、真空中、１００
０℃、７２時間の均質化処理を施す、（ｄ）トップリン
グの自由時形状に合せてインゴットにくり抜き加工を施
す、（ｅ）インゴットに突切り加工を施して所定の幅を
有するリング素材を得る、（ｆ）リング素材外周面にカ
ム旋削加工を施す、（ｇ）リング素材に切断加工を施し
て合い口２に対応するスリットを形成する、（ｈ）リン
グ素材内周面に旋削加工を施す、（ｉ）リング素材の切
断面および内、外周面に仕上げ加工を施す、（ｊ）リン
グ素材の外周面および両端面にイオンプレーティング処
理を施して、例えば厚さ５μｍのＴｉＮ層を形成する、
（ｋ）リング素材外周面にラッピング加工を施す。
【００１３】このような製造方法に則って、組成および
Ｌ１0 型ＴｉＡｌ（以下、本欄においてγ相と称す）の
体積分率Ｖｆを異にする各種トップリング１を製造し、
また比較のためＪＩＳ ＳＵＳ４２０Ｊ２より構成され
るトップリング１を製造した。それらトップリング１に
ついて機械加工性の良否、ピストンへの装着時の折損の
有無および高温保持試験（ＪＩＳ Ｂ８０３２）後の張
力減退の有無を調べ、また比ヤング率およびＳＵＳ４２
０Ｊ２製トップリングに対する重量比を求めたところ、
表１の結果を得た。比ヤング率において、ρは比重（ｇ
／cm3 ）である。
Ｌ１0 型ＴｉＡｌ（以下、本欄においてγ相と称す）の
体積分率Ｖｆを異にする各種トップリング１を製造し、
また比較のためＪＩＳ ＳＵＳ４２０Ｊ２より構成され
るトップリング１を製造した。それらトップリング１に
ついて機械加工性の良否、ピストンへの装着時の折損の
有無および高温保持試験（ＪＩＳ Ｂ８０３２）後の張
力減退の有無を調べ、また比ヤング率およびＳＵＳ４２
０Ｊ２製トップリングに対する重量比を求めたところ、
表１の結果を得た。比ヤング率において、ρは比重（ｇ
／cm3 ）である。
【００１４】γ相の体積分率Ｖｆは、ＳＥＭ反射電子組
成像を画像解析してγ相の面積率を求め、その面積率を
数値演算処理することによって算出された。
成像を画像解析してγ相の面積率を求め、その面積率を
数値演算処理することによって算出された。
【００１５】表１において、機械加工性の良否は、前記
製造過程で旋削、切断等を支障なく行うことができた場
合を「○」で表わし、一方、旋削等に当り治具、加工方
法等について工夫を要した場合を「△」で表わしてあ
る。
製造過程で旋削、切断等を支障なく行うことができた場
合を「○」で表わし、一方、旋削等に当り治具、加工方
法等について工夫を要した場合を「△」で表わしてあ
る。
【００１６】また前記折損の有無は、トップリング１を
拡張してピストンに装着するときに折損しなかった場合
を「無」、一方、折損した場合を「有」で表わしてあ
る。
拡張してピストンに装着するときに折損しなかった場合
を「無」、一方、折損した場合を「有」で表わしてあ
る。
【００１７】さらに前記張力減退の有無は、トップリン
グ１を装着されたピストンを内燃機関のシリンダ内に組
込んで、３００℃、１時間の加熱を行い、常温冷却後ト
ップリング１の張力を測定して、その張力が初期規定範
囲内に収まる場合を「無」、一方、初期規定範囲外にあ
る場合を「有」で表わしてある。なお、前記装着時に折
損したトップリングは高温保持試験からは外されてい
る。
グ１を装着されたピストンを内燃機関のシリンダ内に組
込んで、３００℃、１時間の加熱を行い、常温冷却後ト
ップリング１の張力を測定して、その張力が初期規定範
囲内に収まる場合を「無」、一方、初期規定範囲外にあ
る場合を「有」で表わしてある。なお、前記装着時に折
損したトップリングは高温保持試験からは外されてい
る。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１から明らかなように、トップリング１
の実施例、即ち、例（４）〜（１０）の如く、その構成
材料としてγ相の体積分率ＶｆがＶｆ≧３０％のＴｉＡ
ｌ系金属間化合物を用いると、軽量化および高剛性化を
達成し、また機械加工性を良好にし、さらにピストンへ
の装着時における折損を防止し、その上、高温保持試
験、したがって長期使用による張力減退を回避すること
ができる。
の実施例、即ち、例（４）〜（１０）の如く、その構成
材料としてγ相の体積分率ＶｆがＶｆ≧３０％のＴｉＡ
ｌ系金属間化合物を用いると、軽量化および高剛性化を
達成し、また機械加工性を良好にし、さらにピストンへ
の装着時における折損を防止し、その上、高温保持試
験、したがって長期使用による張力減退を回避すること
ができる。
【００２０】この張力減退の回避により、トップリング
１による気密性を確保してブローバイガス量およびオイ
ル消費量の低減を図ることができるもので、トップリン
グ１が本来の機能を有効に果している、といえる。
１による気密性を確保してブローバイガス量およびオイ
ル消費量の低減を図ることができるもので、トップリン
グ１が本来の機能を有効に果している、といえる。
【００２１】次に、実施例である例（４），（８）〜
（１０）および比較例である例（３），（１１）を用い
て機関単体ファイアリング試験を行って、機関回転数と
ブローバイガス量との関係を求めたところ、図３の結果
を得た。内燃機関としては、直列４気筒ガソリン機関、
ボア径７２mm、行程７６mm、排気量１２３６ccのものを
使用した。また機関単体ファイアリング試験とは、実際
の運転と同様にガソリンを燃焼させて機関を回転し、そ
の特性を評価する試験を意味する。
（１０）および比較例である例（３），（１１）を用い
て機関単体ファイアリング試験を行って、機関回転数と
ブローバイガス量との関係を求めたところ、図３の結果
を得た。内燃機関としては、直列４気筒ガソリン機関、
ボア径７２mm、行程７６mm、排気量１２３６ccのものを
使用した。また機関単体ファイアリング試験とは、実際
の運転と同様にガソリンを燃焼させて機関を回転し、そ
の特性を評価する試験を意味する。
【００２２】図３から明らかなように、実施例である例
（４），（８），（９）の場合、機関回転数約８０００
rpm にてブローバイガス量の増加が認められ、したがっ
て例（４）等の限界回転数は約８０００rpm であるとい
える。特に、実施例である例（１０）の場合にはその限
界回転数は約９０００rpm 以上に高められる。
（４），（８），（９）の場合、機関回転数約８０００
rpm にてブローバイガス量の増加が認められ、したがっ
て例（４）等の限界回転数は約８０００rpm であるとい
える。特に、実施例である例（１０）の場合にはその限
界回転数は約９０００rpm 以上に高められる。
【００２３】これに対し、比較例である例（１１）の限
界回転数は約５０００rpm といったように低い。これ
は、例（１１）では機関回転数約５０００rpm 以上でフ
ラッタリング現象が発生しているからである。比較例で
ある例（３）も例（１１）と略同様の傾向を示すが、こ
の場合のブローバイガス量の増大は張力減退に起因する
ものである。
界回転数は約５０００rpm といったように低い。これ
は、例（１１）では機関回転数約５０００rpm 以上でフ
ラッタリング現象が発生しているからである。比較例で
ある例（３）も例（１１）と略同様の傾向を示すが、こ
の場合のブローバイガス量の増大は張力減退に起因する
ものである。
【００２４】図４は、実施例である例（１０）と比較例
である例（１１）に関する温度と熱伝導率との関係を示
す。図４より、機関運転中におけるトップリング周りの
雰囲気温度２５０〜３５０℃の範囲で、例（１０）の方
が例（１１）よりも熱伝導率が高いことが判る。これに
よりピストンのシリンダ壁への放熱性を良好にすること
ができる。
である例（１１）に関する温度と熱伝導率との関係を示
す。図４より、機関運転中におけるトップリング周りの
雰囲気温度２５０〜３５０℃の範囲で、例（１０）の方
が例（１１）よりも熱伝導率が高いことが判る。これに
よりピストンのシリンダ壁への放熱性を良好にすること
ができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、ピストンリング構成材
料として、前記のようにＬ１0 型ＴｉＡｌの体積分率Ｖ
ｆを特定されたＴｉＡｌ系金属間化合物を用いることに
より、軽量で、且つ高剛性であると共に機関運転中にお
いて高い熱伝導率を発揮するピストンリングを提供する
ことができる。
料として、前記のようにＬ１0 型ＴｉＡｌの体積分率Ｖ
ｆを特定されたＴｉＡｌ系金属間化合物を用いることに
より、軽量で、且つ高剛性であると共に機関運転中にお
いて高い熱伝導率を発揮するピストンリングを提供する
ことができる。
【図１】トップリングの平面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】機関回転数とブローバイガス量との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】温度と熱伝導率との関係を示すグラフである。
１ トップリング（ピストンリング） ２ 合い口
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１２月２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】
【表１】
Claims (1)
- 【請求項１】 内燃機関、油圧機器等に用いられるピス
トンリングであって、Ｌ１0 型ＴｉＡｌの体積分率Ｖｆ
がＶｆ≧３０％であるＴｉＡｌ系金属間化合物より構成
されていることを特徴とする金属間化合物製ピストンリ
ング。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23144993A JPH0783330A (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 金属間化合物製ピストンリング |
| DE1994607525 DE69407525T2 (de) | 1993-09-17 | 1994-09-19 | Kolbenring aus TiAl basierender intermetallischer Verbindung und Verfahren zur Oberflächenbehandlung |
| EP19940114746 EP0645463B1 (en) | 1993-09-17 | 1994-09-19 | TiAl-based intermetallic compound piston ring and process for treating the surfaces thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23144993A JPH0783330A (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 金属間化合物製ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0783330A true JPH0783330A (ja) | 1995-03-28 |
Family
ID=16923706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23144993A Pending JPH0783330A (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 金属間化合物製ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783330A (ja) |
-
1993
- 1993-09-17 JP JP23144993A patent/JPH0783330A/ja active Pending
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