JPH1061767A - 被覆されたピストンリングとその製造方法 - Google Patents
被覆されたピストンリングとその製造方法Info
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- JPH1061767A JPH1061767A JP9127010A JP12701097A JPH1061767A JP H1061767 A JPH1061767 A JP H1061767A JP 9127010 A JP9127010 A JP 9127010A JP 12701097 A JP12701097 A JP 12701097A JP H1061767 A JPH1061767 A JP H1061767A
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Classifications
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃機関または圧縮機のコーティングされた
ピストンリングおよびその製造方法を得る。 【解決手段】 内燃機関または圧縮機のコーティングさ
れたピストンリングおよびその製造方法にして、ピスト
ンリングは内燃機関または圧縮機のシリンダ壁と接触す
る外周表面に実質的に最終仕上げスプレイされた耐摩耗
性コーティングを有する。コーティング材料は高速酸素
燃料スプレイ装置によって堆積せしめられ、鋭い底縁が
ラッピング仕上げで形成されてシリンダ壁と接触する。
製造方法としては、多数のピストンリングを中心軸線の
回りに回転せしめ、高速酸素燃料スプレイ装置によって
熔融材料のコーティングを行う。熔融したコーティング
材料はリング素材に機械的に強固に結合され、その結
果、ピストンリングの周縁に実質的に最終仕上げコーテ
ィングが形成される
ピストンリングおよびその製造方法を得る。 【解決手段】 内燃機関または圧縮機のコーティングさ
れたピストンリングおよびその製造方法にして、ピスト
ンリングは内燃機関または圧縮機のシリンダ壁と接触す
る外周表面に実質的に最終仕上げスプレイされた耐摩耗
性コーティングを有する。コーティング材料は高速酸素
燃料スプレイ装置によって堆積せしめられ、鋭い底縁が
ラッピング仕上げで形成されてシリンダ壁と接触する。
製造方法としては、多数のピストンリングを中心軸線の
回りに回転せしめ、高速酸素燃料スプレイ装置によって
熔融材料のコーティングを行う。熔融したコーティング
材料はリング素材に機械的に強固に結合され、その結
果、ピストンリングの周縁に実質的に最終仕上げコーテ
ィングが形成される
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は全般的には内燃機関およ
び圧縮機の設計および製造に関している。詳細には本発
明は外周縁に耐摩耗性被覆を有するピストンリングに関
する。本発明の実施例は内燃機関および圧縮機について
行われたが、この分野以外でも適用が可能である。
び圧縮機の設計および製造に関している。詳細には本発
明は外周縁に耐摩耗性被覆を有するピストンリングに関
する。本発明の実施例は内燃機関および圧縮機について
行われたが、この分野以外でも適用が可能である。
【０００２】
【従来の技術】ピストンおよびピストンリングの組合わ
せは内燃機関または圧縮機の効果的な圧縮または燃焼過
程に不可欠であることは公知である。代表的には内燃機
関または圧縮機は２種類の形式のピストンリング、すな
わち圧縮リングと油掻きリングとを含んでいる。圧縮リ
ングの一つの機能はピストンとシリンダ壁との間にガス
密の封止を形成するにある。不充分な圧縮リングの封止
はピストンとシリンダ壁との間にガスの漏れ、通常「吹
抜け」を生じ、機関の効率と寿命とを低下せしめる。代
表的な油掻きリングは実質的な圧力をシリンダ壁に与え
ることによって封止リングの上方の区域への油の通過を
実質的に防止する。
せは内燃機関または圧縮機の効果的な圧縮または燃焼過
程に不可欠であることは公知である。代表的には内燃機
関または圧縮機は２種類の形式のピストンリング、すな
わち圧縮リングと油掻きリングとを含んでいる。圧縮リ
ングの一つの機能はピストンとシリンダ壁との間にガス
密の封止を形成するにある。不充分な圧縮リングの封止
はピストンとシリンダ壁との間にガスの漏れ、通常「吹
抜け」を生じ、機関の効率と寿命とを低下せしめる。代
表的な油掻きリングは実質的な圧力をシリンダ壁に与え
ることによって封止リングの上方の区域への油の通過を
実質的に防止する。
【０００３】近代社会の工業化によって内燃機関および
圧縮機の設計者は出力と速度との増加を追及している。
出力と速度との増加要求によって、多くのピストンリン
グの製造者がピストンリングのシリンダ壁との接触面に
耐摩耗性の被覆をコーティングするようにしている。各
種の金属およびセラミックの耐摩耗性のコーティングが
ピストンリングの接触面に長年にわたって設けられてき
た。詳細には４０年以上に亙って金属およびセラミック
で形成されたプラズマ噴射コーティングがピストンリン
グの接触面を被覆するために使用されてきた。さらに、
ピストンリングの外面を例えばクロムなどの耐摩耗性の
コーティングでメッキすることも多年に亙って利用され
ている。
圧縮機の設計者は出力と速度との増加を追及している。
出力と速度との増加要求によって、多くのピストンリン
グの製造者がピストンリングのシリンダ壁との接触面に
耐摩耗性の被覆をコーティングするようにしている。各
種の金属およびセラミックの耐摩耗性のコーティングが
ピストンリングの接触面に長年にわたって設けられてき
た。詳細には４０年以上に亙って金属およびセラミック
で形成されたプラズマ噴射コーティングがピストンリン
グの接触面を被覆するために使用されてきた。さらに、
ピストンリングの外面を例えばクロムなどの耐摩耗性の
コーティングでメッキすることも多年に亙って利用され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマ噴射コ
ーティングされたピストンリングの固有の欠点として、
多孔性、低密度、表面仕上げの不良、および亀裂の発生
がある。プラズマ噴射されたピストンリングの仕上げに
関連する付加的な製造工程として、研削、ラッピング、
およびリングの周縁表面からの「かえり」取りを行って
所望の変数、例えば被覆厚さ、表面仕上げの性質などが
得られるようにする。これらのコーティング後の作業は
コーティングされたピストンリングの価格を著しく上昇
させる。
ーティングされたピストンリングの固有の欠点として、
多孔性、低密度、表面仕上げの不良、および亀裂の発生
がある。プラズマ噴射されたピストンリングの仕上げに
関連する付加的な製造工程として、研削、ラッピング、
およびリングの周縁表面からの「かえり」取りを行って
所望の変数、例えば被覆厚さ、表面仕上げの性質などが
得られるようにする。これらのコーティング後の作業は
コーティングされたピストンリングの価格を著しく上昇
させる。
【０００５】従来のプラズマ噴射コーティングされたピ
ストンリングに関連する第２の制限は、シリンダ壁と接
触するリングに鋭い底縁を設けることが屡々設計者によ
って要求されるが達成困難または実際的に不可能であっ
た点にある。従来の設計者の多くは噴射コーティングの
欠点、例えば縁部が鋸歯状となること、大きい未熔融粒
子が脱落することによる表面欠陥、表面仕上げにおいて
著しく多孔性となることなどによってリングの設計に制
限を受けてきた。リングの縁部を鋭角にすることに伴う
著しい製造上の困難に加えて、多くの場合、従来技術の
コーティングでは欠陥が多くてピストンリングに鋭い底
縁部を形成することができなかった。多くの場合、大き
い未熔融粒子の脱落による多孔性は製造過程において修
復不能であった。
ストンリングに関連する第２の制限は、シリンダ壁と接
触するリングに鋭い底縁を設けることが屡々設計者によ
って要求されるが達成困難または実際的に不可能であっ
た点にある。従来の設計者の多くは噴射コーティングの
欠点、例えば縁部が鋸歯状となること、大きい未熔融粒
子が脱落することによる表面欠陥、表面仕上げにおいて
著しく多孔性となることなどによってリングの設計に制
限を受けてきた。リングの縁部を鋭角にすることに伴う
著しい製造上の困難に加えて、多くの場合、従来技術の
コーティングでは欠陥が多くてピストンリングに鋭い底
縁部を形成することができなかった。多くの場合、大き
い未熔融粒子の脱落による多孔性は製造過程において修
復不能であった。
【０００６】ピストンリングのシリンダ壁との接触表面
のクロムメッキはリングの寿命を長くするため多年に亙
って実用されているが、このリングは潤滑が不足で温度
が高いと摩損しやすい。さらに、クロムメッキは環境的
に有害である。
のクロムメッキはリングの寿命を長くするため多年に亙
って実用されているが、このリングは潤滑が不足で温度
が高いと摩損しやすい。さらに、クロムメッキは環境的
に有害である。
【０００７】従来技術のコーティングされたピストンリ
ングの設計と製造とに関連する別の問題点はリングの仕
上げ工程にある。代表的なコーティング作業はピストン
リングの積み重ねを回転させて耐摩耗性材料をリングの
表面に厚く噴射する。厚く噴射された材料はピストンリ
ングを横切って隣接するリングまで流れ、両者を連結す
る。コーティングされたピストンリングを分離するため
には研削又は切断作業が必要である。さらに、従来のピ
ストンリングの多くは周縁溝を有しており、これがコー
ティング作業またはメッキ作業によって埋められるとい
う問題もある。リングの表面が研削されてリングの素材
が露出しても耐摩耗性被覆は溝内に残留する。これらの
リングを処理するためには付加的な製造工程と多くの費
用とが必要である。
ングの設計と製造とに関連する別の問題点はリングの仕
上げ工程にある。代表的なコーティング作業はピストン
リングの積み重ねを回転させて耐摩耗性材料をリングの
表面に厚く噴射する。厚く噴射された材料はピストンリ
ングを横切って隣接するリングまで流れ、両者を連結す
る。コーティングされたピストンリングを分離するため
には研削又は切断作業が必要である。さらに、従来のピ
ストンリングの多くは周縁溝を有しており、これがコー
ティング作業またはメッキ作業によって埋められるとい
う問題もある。リングの表面が研削されてリングの素材
が露出しても耐摩耗性被覆は溝内に残留する。これらの
リングを処理するためには付加的な製造工程と多くの費
用とが必要である。
【０００８】従来技術のコーティングされたピストンリ
ングとその製造方法は内燃機関又は圧縮機の性能を向上
する正しい方向ではあるが、改良の余地が残されてい
る。本発明はこの課題を解決する新規
ングとその製造方法は内燃機関又は圧縮機の性能を向上
する正しい方向ではあるが、改良の余地が残されてい
る。本発明はこの課題を解決する新規
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関または圧縮機のためのシールにして、その外周縁表面
に該シールを有するピストンリングと、該外周縁表面を
覆う薄い耐摩耗性最終仕上げスプレイ被覆と、を含むシ
ールが提供される。
関または圧縮機のためのシールにして、その外周縁表面
に該シールを有するピストンリングと、該外周縁表面を
覆う薄い耐摩耗性最終仕上げスプレイ被覆と、を含むシ
ールが提供される。
【００１０】本発明によれば、内燃機関または圧縮機の
ピストンとシリンダ壁との間の流体の流れを制限するリ
ング群にして、外周面を有する第１のピストンリング
と、シリンダ壁の一部に接触するための該外周面上の最
終仕上げスプレイ被覆にして該被覆はシリンダ壁との滑
動封止接触を達成する堅く緻密な均質な耐摩耗性被覆で
あり、上方および下方部分を有する第２のピストンリン
グが設けられ、該第２のピストンリングには薄い最終仕
上げスプレイ被覆が外面に設けられ、シリンダ壁と接触
する外面の下方部分には鋭いリング縁部が設けられてい
る、リング群が提供される。
ピストンとシリンダ壁との間の流体の流れを制限するリ
ング群にして、外周面を有する第１のピストンリング
と、シリンダ壁の一部に接触するための該外周面上の最
終仕上げスプレイ被覆にして該被覆はシリンダ壁との滑
動封止接触を達成する堅く緻密な均質な耐摩耗性被覆で
あり、上方および下方部分を有する第２のピストンリン
グが設けられ、該第２のピストンリングには薄い最終仕
上げスプレイ被覆が外面に設けられ、シリンダ壁と接触
する外面の下方部分には鋭いリング縁部が設けられてい
る、リング群が提供される。
【００１１】本発明の別の態様によれば、薄く緻密な耐
摩耗性被覆を有するピストンリングの製造方法が提供さ
れる。該方法は、複数のピストンリングを中心軸線の回
りに回転せしめ、熔融材料を該複数のピストンリングの
外面にスプレイしてピストンリング上に最終的仕上げ被
覆を設け、スプレイ工程の間に隣接するピストンリング
間に熔融材料のブリッジが生ずることを防止する、各工
程を含む。
摩耗性被覆を有するピストンリングの製造方法が提供さ
れる。該方法は、複数のピストンリングを中心軸線の回
りに回転せしめ、熔融材料を該複数のピストンリングの
外面にスプレイしてピストンリング上に最終的仕上げ被
覆を設け、スプレイ工程の間に隣接するピストンリング
間に熔融材料のブリッジが生ずることを防止する、各工
程を含む。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば耐摩耗性被覆を有する新
規なピストンリングが得られる。
規なピストンリングが得られる。
【００１３】
【実施例】本発明の上述以外の効果は以下の説明から明
らかとなされる。
らかとなされる。
【００１４】本発明の理解を容易とするために図面を参
照して説明するが、図示する実施例および関連する用語
は本発明の範囲を制限するものではなく、当業者にとっ
て実施可能な各種の変形例および改変は本発明の範囲内
である。
照して説明するが、図示する実施例および関連する用語
は本発明の範囲を制限するものではなく、当業者にとっ
て実施可能な各種の変形例および改変は本発明の範囲内
である。
【００１５】図１には多数のシールにコーティングを行
う製造装置１０の概略図が示されている。望ましい実施
例においてシールは内燃機関または圧縮機のピストンリ
ングである。しかし、他の形式の実質的に剛体のシール
であってもよい。他の物品、例えば弁ステム、燃料噴射
器部品、ニードル、プランジャなどであってもよい。望
ましい実施例において、多数のピストンリング１１がマ
ンドレル（芯軸）１２の回りに配置され、互いのリング
間隙部２６が重なり合わないようになされる。別の実施
例において、互いのリング間隙部が重なり合うようにし
て複数のピストンリングが配置される。
う製造装置１０の概略図が示されている。望ましい実施
例においてシールは内燃機関または圧縮機のピストンリ
ングである。しかし、他の形式の実質的に剛体のシール
であってもよい。他の物品、例えば弁ステム、燃料噴射
器部品、ニードル、プランジャなどであってもよい。望
ましい実施例において、多数のピストンリング１１がマ
ンドレル（芯軸）１２の回りに配置され、互いのリング
間隙部２６が重なり合わないようになされる。別の実施
例において、互いのリング間隙部が重なり合うようにし
て複数のピストンリングが配置される。
【００１６】ピストンリング１１は望ましい実施例にお
いて上下関係で積重ねられ、バッチとして処理される
が、バッチの大きさは例えば１００個となされる。バッ
チの大きさは本発明には無関係であり、１個でもよい。
いて上下関係で積重ねられ、バッチとして処理される
が、バッチの大きさは例えば１００個となされる。バッ
チの大きさは本発明には無関係であり、１個でもよい。
【００１７】複数のピストンリング１１が底板１４と頂
板１３との間に配置され、締付けカラー１５によって保
持される。積み重ねられたピストンリング１１は中心長
手方向軸線Ｗの回りにマンドレル１２によって回転可能
であって、マンドレル１２は軸受構造によって支持され
駆動機構に連結されるが、これらは当業者に公知事項で
ある。マンドレルの回転速度は約１５０〜４００回転／
分とするが、約４００回転／分とすることが望ましい。
もちろん上述以外の速度でもよい。
板１３との間に配置され、締付けカラー１５によって保
持される。積み重ねられたピストンリング１１は中心長
手方向軸線Ｗの回りにマンドレル１２によって回転可能
であって、マンドレル１２は軸受構造によって支持され
駆動機構に連結されるが、これらは当業者に公知事項で
ある。マンドレルの回転速度は約１５０〜４００回転／
分とするが、約４００回転／分とすることが望ましい。
もちろん上述以外の速度でもよい。
【００１８】ピストンリング１１は実質的に剛性の部材
で、通常の開位置すなわちピストンリング素材の両端２
５ａ、２５ｂの間に正常のリング間隙２６が形成された
状態でマンドレル１２内に位置している。ピストンリン
グ素材は金属、金属合金、または超金属合金からなって
いるが、これらは当業者に公知である。本発明の別の実
施例においてピストンリング１１は閉位置すなわち実質
的にリング間隙がない状態で処理される。本発明はリン
グ間隙がないピストンリングにも適用することができ
る。
で、通常の開位置すなわちピストンリング素材の両端２
５ａ、２５ｂの間に正常のリング間隙２６が形成された
状態でマンドレル１２内に位置している。ピストンリン
グ素材は金属、金属合金、または超金属合金からなって
いるが、これらは当業者に公知である。本発明の別の実
施例においてピストンリング１１は閉位置すなわち実質
的にリング間隙がない状態で処理される。本発明はリン
グ間隙がないピストンリングにも適用することができ
る。
【００１９】高温被覆スプレイ装置１６がピストンリン
グ１１の積み重ねに対向して配置され、耐摩耗性被覆１
１０をピストンリングに投射する。望ましい実施例にお
いてスプレイ装置１６は高速酸素燃料投射装置である。
この形式のスプレイ装置としては、米国特許第４９９９
２２５号明細書に記載されたものがあり、パーキンエル
マー社（Perkin Elmer Corporation, Norfork, Connect
icut) で入手可能である。この形式の別の高速酸素燃料
投射装置も市販されており、当業者には公知である。こ
の装置に関連する高温スプレイ方法によれば、セラミッ
ク、金属材または金属粉の熔融コーティングが行われ
る。粉または材料は高速酸素燃料投射装置の中央に導か
れ、熔融したコーティング材料は高速流体流に伴われて
ピストンリングに到達し、堆積する。高速酸素燃料投射
装置によって熔融したコーティング材料は超音波速度で
ピストンリングの外周面２７に配送される。熔融コーテ
ィング材料が超音波速度でピストンリング表面に配送さ
れることによって、機械的な結合がリング素材とコーテ
ィング材料との間に生ずる。熔融材料の速度はマッハ２
〜マッハ３とすることが望ましい。
グ１１の積み重ねに対向して配置され、耐摩耗性被覆１
１０をピストンリングに投射する。望ましい実施例にお
いてスプレイ装置１６は高速酸素燃料投射装置である。
この形式のスプレイ装置としては、米国特許第４９９９
２２５号明細書に記載されたものがあり、パーキンエル
マー社（Perkin Elmer Corporation, Norfork, Connect
icut) で入手可能である。この形式の別の高速酸素燃料
投射装置も市販されており、当業者には公知である。こ
の装置に関連する高温スプレイ方法によれば、セラミッ
ク、金属材または金属粉の熔融コーティングが行われ
る。粉または材料は高速酸素燃料投射装置の中央に導か
れ、熔融したコーティング材料は高速流体流に伴われて
ピストンリングに到達し、堆積する。高速酸素燃料投射
装置によって熔融したコーティング材料は超音波速度で
ピストンリングの外周面２７に配送される。熔融コーテ
ィング材料が超音波速度でピストンリング表面に配送さ
れることによって、機械的な結合がリング素材とコーテ
ィング材料との間に生ずる。熔融材料の速度はマッハ２
〜マッハ３とすることが望ましい。
【００２０】送風装置１８がピストンリング１１の外周
表面２７に平行に間隔をおかれて配置されている。送風
装置１８は冷却媒体をピストンリング１１の外周表面２
７に配送するように制御可能である。望ましい実施例に
おいて冷却流体源２０が通路１９を介して送風装置１８
に連結される。冷却流体はコーティングが行われた後に
ピストンリング１１を冷却する。望ましい実施例におい
て冷却流体源２０は圧縮機であり、冷却媒体は空気とす
る。ピストンリングを冷却する別の方法として高い熱伝
導性の冷却剤または流体で冷却された冷却剤もある。
表面２７に平行に間隔をおかれて配置されている。送風
装置１８は冷却媒体をピストンリング１１の外周表面２
７に配送するように制御可能である。望ましい実施例に
おいて冷却流体源２０が通路１９を介して送風装置１８
に連結される。冷却流体はコーティングが行われた後に
ピストンリング１１を冷却する。望ましい実施例におい
て冷却流体源２０は圧縮機であり、冷却媒体は空気とす
る。ピストンリングを冷却する別の方法として高い熱伝
導性の冷却剤または流体で冷却された冷却剤もある。
【００２１】高速酸素燃料スプレイ装置１６はロボット
腕１７に連結されている。スプレイ装置１６は３方向、
すなわちＸ、Ｙ、Ｚ方向に自由に運動可能である。詳細
にはスプレイ装置１６のスプレイへッド１６ａはピスト
ンリング１１の外周表面２７に対して任意の位置、方向
に位置決め可能であり、傾斜角度０度〜９０度に選定可
能である。当業者に容易に理解されるように、傾斜角度
とピストンリング１１の外周表面２７からの距離はスプ
レイ模様とコーティング１１０の厚さを変化せしめる。
一つの実施例において２度にテーパしたリングは１５度
に傾斜した角度でスプレイされる。さらに、ピストンリ
ング１１の外周表面２７に対するスプレイヘッドの方向
は熔融した材料が隣接するリングにブリッジすることを
防止する点にも関連する。本発明の一つの実施例におい
てスプレイへッド１６ａはピストンリング１１の外周表
面２７から約２２．８ｃｍ（９インチ）離れて位置せし
められる。勿論、所望のスプレイ変数を得るためにこの
距離は任意に変更することができる。
腕１７に連結されている。スプレイ装置１６は３方向、
すなわちＸ、Ｙ、Ｚ方向に自由に運動可能である。詳細
にはスプレイ装置１６のスプレイへッド１６ａはピスト
ンリング１１の外周表面２７に対して任意の位置、方向
に位置決め可能であり、傾斜角度０度〜９０度に選定可
能である。当業者に容易に理解されるように、傾斜角度
とピストンリング１１の外周表面２７からの距離はスプ
レイ模様とコーティング１１０の厚さを変化せしめる。
一つの実施例において２度にテーパしたリングは１５度
に傾斜した角度でスプレイされる。さらに、ピストンリ
ング１１の外周表面２７に対するスプレイヘッドの方向
は熔融した材料が隣接するリングにブリッジすることを
防止する点にも関連する。本発明の一つの実施例におい
てスプレイへッド１６ａはピストンリング１１の外周表
面２７から約２２．８ｃｍ（９インチ）離れて位置せし
められる。勿論、所望のスプレイ変数を得るためにこの
距離は任意に変更することができる。
【００２２】図２にはシリンダ壁２２を有するシリンダ
１０５内に配置されたピストン２１の部分断面図が示さ
れる。シリンダ壁２２はシリンダブロック内に一体に鋳
造してもよく、シリンダ壁スリーブを機関ブロック内に
配置するようにしてもよい。ピストン２１の外面はシリ
ンダ壁から間隔をおかれており、その間に間隙が存在す
る。頂部圧縮リング１１と中間圧縮リング２３とを含む
リング群が、ピストン２１とシリンダ壁２２との間に配
置される。ピストンリング１１、２３の機能はピストン
２１とシリンダ壁２２との間の流体の流れを制限する。
圧縮リングと油掻きリングとの他の形式および数量の組
合わせであってもよい。
１０５内に配置されたピストン２１の部分断面図が示さ
れる。シリンダ壁２２はシリンダブロック内に一体に鋳
造してもよく、シリンダ壁スリーブを機関ブロック内に
配置するようにしてもよい。ピストン２１の外面はシリ
ンダ壁から間隔をおかれており、その間に間隙が存在す
る。頂部圧縮リング１１と中間圧縮リング２３とを含む
リング群が、ピストン２１とシリンダ壁２２との間に配
置される。ピストンリング１１、２３の機能はピストン
２１とシリンダ壁２２との間の流体の流れを制限する。
圧縮リングと油掻きリングとの他の形式および数量の組
合わせであってもよい。
【００２３】図３を参照すると図２のリング群の部分拡
大図が示される。望ましい実施例において、ピストンリ
ング２３はその全面を覆う薄い均等な最終仕上げスプレ
イの耐摩耗性コーティングを有する。望ましい実施例に
おいてピストンリング１１は薄い均等な実質的な最終仕
上げスプレイの耐摩耗性コーティングを有し、これは微
細な表面仕上げを達成するためバレルでラッピングされ
ている。ピストンリング１１はバレルでラッピングされ
て表面仕上げを改善しているが、この機能は燃焼ガスを
封止するにある。このスプレイの耐摩耗性コーティング
１１０は未熔融粒子の量が著しく少なく、表面仕上げが
良好で著しく低い多孔性を有する。望ましい実施例にお
いて、コーティングは高速酸素燃料噴射装置１６によっ
てスプレイ被覆される。一実施例においてスプレイされ
た最終仕上げコーティング１１０は表面精度が約４０〜
１２０マイクロインチ（０．００１〜０．００３ｍｍ）
の範囲にある。別の実施例においてコーティング１１０
の表面仕上げ精度は１２０マイクロインチ（０．００３
ｍｍ）以下である。一実施例においてスプレイされた最
終仕上げコーティング１１０の多孔性はコーティングの
断面積の５％以下である。本発明は取付けた状態のピス
トンリングにも適用可能であり、コーティングはピスト
ンリング素材に形成された溝内部にも実施される。
大図が示される。望ましい実施例において、ピストンリ
ング２３はその全面を覆う薄い均等な最終仕上げスプレ
イの耐摩耗性コーティングを有する。望ましい実施例に
おいてピストンリング１１は薄い均等な実質的な最終仕
上げスプレイの耐摩耗性コーティングを有し、これは微
細な表面仕上げを達成するためバレルでラッピングされ
ている。ピストンリング１１はバレルでラッピングされ
て表面仕上げを改善しているが、この機能は燃焼ガスを
封止するにある。このスプレイの耐摩耗性コーティング
１１０は未熔融粒子の量が著しく少なく、表面仕上げが
良好で著しく低い多孔性を有する。望ましい実施例にお
いて、コーティングは高速酸素燃料噴射装置１６によっ
てスプレイ被覆される。一実施例においてスプレイされ
た最終仕上げコーティング１１０は表面精度が約４０〜
１２０マイクロインチ（０．００１〜０．００３ｍｍ）
の範囲にある。別の実施例においてコーティング１１０
の表面仕上げ精度は１２０マイクロインチ（０．００３
ｍｍ）以下である。一実施例においてスプレイされた最
終仕上げコーティング１１０の多孔性はコーティングの
断面積の５％以下である。本発明は取付けた状態のピス
トンリングにも適用可能であり、コーティングはピスト
ンリング素材に形成された溝内部にも実施される。
【００２４】耐摩耗性コーティング１１０の厚さは、リ
ング間隙を有するピストンリングについて約０．００２
〜０．００６インチ（０．０５〜０．１５ｍｍ）の範囲
とする。リング間隙のないリングは厚さを約０．０１５
インチ（０．３８ｍｍ）とすることが望ましい。さら
に、スプレイされた状態でのコーティングの厚さは均斉
で約±０．００１インチ（±０．０２５ｍｍ）以下であ
る。ピストンリングの外周面２７はシリンダ壁２７と滑
動封止接触して、実質的に流体密の封止を達成する。
ング間隙を有するピストンリングについて約０．００２
〜０．００６インチ（０．０５〜０．１５ｍｍ）の範囲
とする。リング間隙のないリングは厚さを約０．０１５
インチ（０．３８ｍｍ）とすることが望ましい。さら
に、スプレイされた状態でのコーティングの厚さは均斉
で約±０．００１インチ（±０．０２５ｍｍ）以下であ
る。ピストンリングの外周面２７はシリンダ壁２７と滑
動封止接触して、実質的に流体密の封止を達成する。
【００２５】図４を参照すると本発明によりコーティン
グされたピストンリング１１の部分斜視図が示される。
ピストンリング１１は薄い均斉な実質的に最終仕上げさ
れた耐摩耗性高速酸素燃料スプレイによるコーティング
１１０を有する。ピストンリングの外周面２７に高速で
衝突する粒子１１５が著しく緻密で均斉なコーティング
１１０を形成する。ピストンリングに適用可能なコーテ
ィングとして各種の金属およびセラミック材料がある
が、以下に記載するコーティングが望ましい結果を与え
ることがわかった。
グされたピストンリング１１の部分斜視図が示される。
ピストンリング１１は薄い均斉な実質的に最終仕上げさ
れた耐摩耗性高速酸素燃料スプレイによるコーティング
１１０を有する。ピストンリングの外周面２７に高速で
衝突する粒子１１５が著しく緻密で均斉なコーティング
１１０を形成する。ピストンリングに適用可能なコーテ
ィングとして各種の金属およびセラミック材料がある
が、以下に記載するコーティングが望ましい結果を与え
ることがわかった。
【００２６】コーティングの一つは、実質的にモリブデ
ン（Ｍｏ）およびモリブデン酸化物を含む。コーティン
グ内のモリブデン酸化物の量は重量で２０〜４０％とす
ることが望ましい。良好な特性を有する第２のコーティ
ングは実質的に炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ）から成る。
第３のコーティングとしてモリブデン（Ｍｏ）と炭化モ
リブデン（Ｍｏ2 Ｃ）との混合物がある。この場合、そ
の組成は重量比で炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ）約２０％
で、残りをモリブデン（Ｍｏ）とする。第３のコーティ
ングの別の実施例は重量比で炭化モリブデン（Ｍｏ2
Ｃ）約４０％で、残りをモリブデン（Ｍｏ）とする。第
４のコーティングの組成は、炭化モリブデン（Ｍｏ2
Ｃ）、ニッケル・クロム（ＮｉＣｒ）およびモリブデン
（Ｍｏ）から成る。第４のコーティングの一例は、重量
比で、炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ）約２０％、ニッケル
・クロム（ＮｉＣｒ）約２０％、残りをモリブデン（Ｍ
ｏ）とする。第４のコーティングの変形例は重量比で、
炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ）約４０％、ニッケル・クロ
ム（ＮｉＣｒ）約２０％、残りをモリブデン（Ｍｏ）と
する。これらのコーティング材料は望ましい実施例を示
すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ン（Ｍｏ）およびモリブデン酸化物を含む。コーティン
グ内のモリブデン酸化物の量は重量で２０〜４０％とす
ることが望ましい。良好な特性を有する第２のコーティ
ングは実質的に炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ）から成る。
第３のコーティングとしてモリブデン（Ｍｏ）と炭化モ
リブデン（Ｍｏ2 Ｃ）との混合物がある。この場合、そ
の組成は重量比で炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ）約２０％
で、残りをモリブデン（Ｍｏ）とする。第３のコーティ
ングの別の実施例は重量比で炭化モリブデン（Ｍｏ2
Ｃ）約４０％で、残りをモリブデン（Ｍｏ）とする。第
４のコーティングの組成は、炭化モリブデン（Ｍｏ2
Ｃ）、ニッケル・クロム（ＮｉＣｒ）およびモリブデン
（Ｍｏ）から成る。第４のコーティングの一例は、重量
比で、炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ）約２０％、ニッケル
・クロム（ＮｉＣｒ）約２０％、残りをモリブデン（Ｍ
ｏ）とする。第４のコーティングの変形例は重量比で、
炭化モリブデン（Ｍｏ2 Ｃ）約４０％、ニッケル・クロ
ム（ＮｉＣｒ）約２０％、残りをモリブデン（Ｍｏ）と
する。これらのコーティング材料は望ましい実施例を示
すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】さらに望ましいコーティング材料として、
クラッドされた炭化クロム／ニッケル・クロム（Ｃｒ3
Ｃ2−ＮｉＣｒ）コーティング、または焼結炭化クロム
／ニッケル・クロム（Ｃｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒ）コーティン
グがある。一実施例において、炭化クロム８０％、ニッ
ケル・クロム２０％とする。第２の実施例においては、
炭化クロム７５％、ニッケル・クロム２５％であり、第
３の実施例においては、炭化クロム５０％、ニッケル・
クロム５０％である。最も望ましい実施例では、炭化ク
ロム／ニッケル・クロム（Ｃｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒ）コーテ
ィングにモリブデン（Ｍｏ）を加える。
クラッドされた炭化クロム／ニッケル・クロム（Ｃｒ3
Ｃ2−ＮｉＣｒ）コーティング、または焼結炭化クロム
／ニッケル・クロム（Ｃｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒ）コーティン
グがある。一実施例において、炭化クロム８０％、ニッ
ケル・クロム２０％とする。第２の実施例においては、
炭化クロム７５％、ニッケル・クロム２５％であり、第
３の実施例においては、炭化クロム５０％、ニッケル・
クロム５０％である。最も望ましい実施例では、炭化ク
ロム／ニッケル・クロム（Ｃｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒ）コーテ
ィングにモリブデン（Ｍｏ）を加える。
【００２８】代表的な組成（重量比）をつぎに示す。 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ モリブデン ２４ ５０ ５８ ７３ １００ ニッケル １７ １５ ９ ５ ０ クロム ６０ ３０ １７ ６ ０ その他 ０ ５ １６ １６ ０
【００２９】図５Ａには本発明の一実施例として複数の
中間ピストンリング３０（３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３
０ｈ）が積重ね状態で示される。ピストンリング３０は
前述ピストンリング１１、２３と実質的に同等である。
ピストンリング３０には上方部分３０ａに形成された上
方肩３１と、下方部分３０ｂに形成された下方肩３２と
がある。各肩３１、３２は中断なしにピストンリング３
０の周りに延長している。第１のピストンリング３０ｅ
の肩３２が、第２のピストンリング３０ｆの肩３１と結
合部３５において組合わされて封止構造７０を形成す
る。
中間ピストンリング３０（３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３
０ｈ）が積重ね状態で示される。ピストンリング３０は
前述ピストンリング１１、２３と実質的に同等である。
ピストンリング３０には上方部分３０ａに形成された上
方肩３１と、下方部分３０ｂに形成された下方肩３２と
がある。各肩３１、３２は中断なしにピストンリング３
０の周りに延長している。第１のピストンリング３０ｅ
の肩３２が、第２のピストンリング３０ｆの肩３１と結
合部３５において組合わされて封止構造７０を形成す
る。
【００３０】封止構造７０は２つの隣接するピストンリ
ング間に延長する実質的に環状の溝７１を限定して、コ
ーティング作業時にスプレイが接合部３５に到達するこ
とを防止する。すなわち、封止構造７０はコーティング
１１０が２つの隣接するピストンリングをブリッジする
ことを防止する。溝７１内に入ったスプレイは隣接する
ピストンリングの面８０、８１に当り、従って接合部３
５に大量のスプレイが到達することはない。スプレイ作
業が完了したとき、隣接するピストンリングがコーティ
ングによって結合されている状態は実質的にないから、
それぞれのピストンリングを分離することが容易であ
る。分離作業に切断、研削などが不要であり、従ってコ
ーティング材料が切削屑となることもない。
ング間に延長する実質的に環状の溝７１を限定して、コ
ーティング作業時にスプレイが接合部３５に到達するこ
とを防止する。すなわち、封止構造７０はコーティング
１１０が２つの隣接するピストンリングをブリッジする
ことを防止する。溝７１内に入ったスプレイは隣接する
ピストンリングの面８０、８１に当り、従って接合部３
５に大量のスプレイが到達することはない。スプレイ作
業が完了したとき、隣接するピストンリングがコーティ
ングによって結合されている状態は実質的にないから、
それぞれのピストンリングを分離することが容易であ
る。分離作業に切断、研削などが不要であり、従ってコ
ーティング材料が切削屑となることもない。
【００３１】図５Ｂを参照すると、本発明による中間ピ
ストンリング３６の別の実施例が示される。複数のピス
トンリング３６がピストンリング３０と同様に積重ね関
係で配置される。ピストンリング３６はピストンリング
１１、２３と実質的に同等である。ピストンリング３６
は逃げ部３７が全周に形成された上方部分３６ａと、下
方部分３６ｂとを有する。コーティング作業のためピス
トンリング３６を図示するように積重ね関係で配置した
ときに、逃げ部３７は隣接するピストンリング３６の表
面９１に隣接して配置される。表面９１は逃げ部３７を
越えて延長しているから、スプレイされた材料が溝９２
内に入ることが（スプレイの角度を調節することによ
り）防止される。２つの隣接するピストンリングの逃げ
部３７と表面９１との物理的関係によって接合面３８に
スプレイの到達することが実質的に防止される。接合面
３８は隣接するピストンリング３６の分離位置である。
表面９１と逃げ部３７と溝９２とによって形成される阻
止構造はコーティング材料が隣接するピストンリング３
６を横切って堆積することを防止し、または実質的に減
少せしめる。
ストンリング３６の別の実施例が示される。複数のピス
トンリング３６がピストンリング３０と同様に積重ね関
係で配置される。ピストンリング３６はピストンリング
１１、２３と実質的に同等である。ピストンリング３６
は逃げ部３７が全周に形成された上方部分３６ａと、下
方部分３６ｂとを有する。コーティング作業のためピス
トンリング３６を図示するように積重ね関係で配置した
ときに、逃げ部３７は隣接するピストンリング３６の表
面９１に隣接して配置される。表面９１は逃げ部３７を
越えて延長しているから、スプレイされた材料が溝９２
内に入ることが（スプレイの角度を調節することによ
り）防止される。２つの隣接するピストンリングの逃げ
部３７と表面９１との物理的関係によって接合面３８に
スプレイの到達することが実質的に防止される。接合面
３８は隣接するピストンリング３６の分離位置である。
表面９１と逃げ部３７と溝９２とによって形成される阻
止構造はコーティング材料が隣接するピストンリング３
６を横切って堆積することを防止し、または実質的に減
少せしめる。
【００３２】図５Ｃを参照すると、本発明による頂部ピ
ストンリング２００の別の実施例が示され、複数のピス
トンリング２００が互いに積重ね配置される。ピストン
リング２００は前述ピストンリングと実質的に同等であ
る。ピストンリング２００の積重ねは隣接するピストン
リング間にコーティング材料のブリッジが形成されるこ
とを防止する作用を有する点において前述ピストンリン
グ３０、３６の場合と同様である。ピストンリング２０
０は内燃機関または圧縮機のシリンダ壁と接触するため
の、ほぼ対称的なクラウン部２０１を有する。望ましい
実施例においてクラウン部２０１の最大直径部分の幅
（厚さ）は約０．０００２〜０．０００８インチ（０．
００５〜０．０２０ｍｍ）とする。
ストンリング２００の別の実施例が示され、複数のピス
トンリング２００が互いに積重ね配置される。ピストン
リング２００は前述ピストンリングと実質的に同等であ
る。ピストンリング２００の積重ねは隣接するピストン
リング間にコーティング材料のブリッジが形成されるこ
とを防止する作用を有する点において前述ピストンリン
グ３０、３６の場合と同様である。ピストンリング２０
０は内燃機関または圧縮機のシリンダ壁と接触するため
の、ほぼ対称的なクラウン部２０１を有する。望ましい
実施例においてクラウン部２０１の最大直径部分の幅
（厚さ）は約０．０００２〜０．０００８インチ（０．
００５〜０．０２０ｍｍ）とする。
【００３３】図５Ｄを参照すれば、本発明の別の実施例
として頂部ピストンリング２１０が示され、複数のピス
トンリング２１０がピストンリング２００と同様に積み
重ね配置されている。ピストンリング２１０は前述ピス
トンリングと実質的に同等である。ピストンリング２１
０の積み重ねは隣接するピストンリング間の接合部にコ
ーティング材料が侵入することを実質的に防止するとい
う点で前述したピストンリング３０、３６と同様な物理
的関係を有している。ピストンリング２１０はその外端
部２１１、２１２の形状が非対称であって、部分２１１
の長さ（厚さ）がＹであり、部分２１２の長さ（厚さ）
がＹ’であり、ＹがＹ’より大である。望ましい実施例
において、Ｙは約０．０７０インチ（１．７８ｍｍ）で
あって、Ｙ’は約０．０３０インチ（０．７６ｍｍ）で
ある。勿論、非対称ピストンリングとしてＹおよびＹ’
の値は適宜に定めることができる。
として頂部ピストンリング２１０が示され、複数のピス
トンリング２１０がピストンリング２００と同様に積み
重ね配置されている。ピストンリング２１０は前述ピス
トンリングと実質的に同等である。ピストンリング２１
０の積み重ねは隣接するピストンリング間の接合部にコ
ーティング材料が侵入することを実質的に防止するとい
う点で前述したピストンリング３０、３６と同様な物理
的関係を有している。ピストンリング２１０はその外端
部２１１、２１２の形状が非対称であって、部分２１１
の長さ（厚さ）がＹであり、部分２１２の長さ（厚さ）
がＹ’であり、ＹがＹ’より大である。望ましい実施例
において、Ｙは約０．０７０インチ（１．７８ｍｍ）で
あって、Ｙ’は約０．０３０インチ（０．７６ｍｍ）で
ある。勿論、非対称ピストンリングとしてＹおよびＹ’
の値は適宜に定めることができる。
【００３４】図６を参照すれば本発明によるピストンリ
ングの別の実施例が示される。図示するピストンリング
１００は鋭い底部側縁４０を全周に有する。ピストンリ
ング１００はピストンリング１１、２３と実質的に同等
である。鋭い底部側縁４０を有する外面４１ａはピスト
ンリング１００の外周面４１ａと同一のコーティング１
１０で被覆される。鋭い環状の側縁４０が内燃機関又は
圧縮機のシリンダ壁と滑動接触する。望ましい実施例に
おいて表面２０２にはコーティングが設けられていな
い。
ングの別の実施例が示される。図示するピストンリング
１００は鋭い底部側縁４０を全周に有する。ピストンリ
ング１００はピストンリング１１、２３と実質的に同等
である。鋭い底部側縁４０を有する外面４１ａはピスト
ンリング１００の外周面４１ａと同一のコーティング１
１０で被覆される。鋭い環状の側縁４０が内燃機関又は
圧縮機のシリンダ壁と滑動接触する。望ましい実施例に
おいて表面２０２にはコーティングが設けられていな
い。
【００３５】図７を参照すると本発明によりコーティン
グされたピストンリングの別の実施例が示される。ピス
トンリング５０は鋭い底部面取り部５１を有する。ピス
トンリング５０は実質的にピストンリング１１、２３と
同様である。鋭い底部面取り部５１は他の部分と同一の
材料でコーティング１１０されている。底部面取り部５
１はその端部で内燃機関又は圧縮機のシリンダ壁と滑動
接触する。
グされたピストンリングの別の実施例が示される。ピス
トンリング５０は鋭い底部面取り部５１を有する。ピス
トンリング５０は実質的にピストンリング１１、２３と
同様である。鋭い底部面取り部５１は他の部分と同一の
材料でコーティング１１０されている。底部面取り部５
１はその端部で内燃機関又は圧縮機のシリンダ壁と滑動
接触する。
【００３６】図１ないし図７に関連して、耐摩耗性コー
ティングをピストンリングに設ける高速酸素燃料スプレ
イ方法について説明する。複数のピストンリング素材が
積重ね関係で互いに隣接するようにしてマンドレルに頂
部保持板と底部保持板との間に位置決めされる。積重ね
られたピストンリングは錠止めカラーを含む錠止め装置
によって所定位置に保持される。積重ねられたピストン
リングは長手方向軸線Ｗの回りに回転せしめられる。高
速酸素燃料スプレイ装置がピストンリングの外周表面か
ら間隔をおかれて配置される。スプレイ装置は長手方向
中心軸線に平行な平面内に運動可能であり、スプレイ工
程中に運動せしめられる。
ティングをピストンリングに設ける高速酸素燃料スプレ
イ方法について説明する。複数のピストンリング素材が
積重ね関係で互いに隣接するようにしてマンドレルに頂
部保持板と底部保持板との間に位置決めされる。積重ね
られたピストンリングは錠止めカラーを含む錠止め装置
によって所定位置に保持される。積重ねられたピストン
リングは長手方向軸線Ｗの回りに回転せしめられる。高
速酸素燃料スプレイ装置がピストンリングの外周表面か
ら間隔をおかれて配置される。スプレイ装置は長手方向
中心軸線に平行な平面内に運動可能であり、スプレイ工
程中に運動せしめられる。
【００３７】高速酸素燃料スプレイ装置から火炎が発生
し、これが回転する複数のピストンリングの外周面に指
向されて予熱を行う。温度が選定された材料の堆積温度
に到達するとコーティング材料が高速酸素燃料スプレイ
装置を通って供給される。スプレイ装置および火炎の長
手方向運動速度は１インチ（２．５４ｃｍ）／秒程度と
し、ピストンリングの温度が１５０〜４００度Ｆ（６５
〜２０４゜Ｃ）の範囲にあるようにする。望ましい予熱
時間は５〜１０分とする。予熱が完了するとコーティン
グ材料がスプレイされる。高速酸素燃料装置はピストン
リングの望ましい予熱方法であるが、別の装置を使用し
て予熱を行ってもよい。
し、これが回転する複数のピストンリングの外周面に指
向されて予熱を行う。温度が選定された材料の堆積温度
に到達するとコーティング材料が高速酸素燃料スプレイ
装置を通って供給される。スプレイ装置および火炎の長
手方向運動速度は１インチ（２．５４ｃｍ）／秒程度と
し、ピストンリングの温度が１５０〜４００度Ｆ（６５
〜２０４゜Ｃ）の範囲にあるようにする。望ましい予熱
時間は５〜１０分とする。予熱が完了するとコーティン
グ材料がスプレイされる。高速酸素燃料装置はピストン
リングの望ましい予熱方法であるが、別の装置を使用し
て予熱を行ってもよい。
【００３８】スプレイ装置は回転するピストンリングの
積重ねの軸線に平行に運動し、そのときピストンリング
の外周表面に熔融したコーティング材料がスプレイされ
る。一実施例において厚さ約０．００３インチ（０．０
７５ｍｍ）の厚さがスプレイ装置を約２０回運動せしめ
ることによって得られた。得られたコーティングは、中
間ピストンリングについて最終仕上げスプレイ被覆であ
り、頂部ピストンリングについては実質的に最終仕上げ
スプレイ被覆である。ピストンリングが所望の厚さにコ
ーティングされると、スプレイ装置は遮断され、冷却空
気が外周表面に向かって放出されピストンリングの表面
温度を低下せしめる。冷却空気がピストンリングに対し
て連続的に旋転して放出されるようにすることにより温
度が低下する。多くのピストンリングの場合、ピストン
リングに鋭い縁部を設けることが望ましい。そこで、マ
ンドレルから取り外したピストンリングにラッピング作
業を行って鋭い縁部または面取り部を設ける。頂部ピス
トンリングの場合はバレルでラッピング作業を行って、
表面性状を良好にする。さらに、ピストンリングに「か
えり」が存在しているときは、「かえり」取り作業を行
う。一つの実施例において「かえり」取り作業は高エネ
ルギ作業とする。
積重ねの軸線に平行に運動し、そのときピストンリング
の外周表面に熔融したコーティング材料がスプレイされ
る。一実施例において厚さ約０．００３インチ（０．０
７５ｍｍ）の厚さがスプレイ装置を約２０回運動せしめ
ることによって得られた。得られたコーティングは、中
間ピストンリングについて最終仕上げスプレイ被覆であ
り、頂部ピストンリングについては実質的に最終仕上げ
スプレイ被覆である。ピストンリングが所望の厚さにコ
ーティングされると、スプレイ装置は遮断され、冷却空
気が外周表面に向かって放出されピストンリングの表面
温度を低下せしめる。冷却空気がピストンリングに対し
て連続的に旋転して放出されるようにすることにより温
度が低下する。多くのピストンリングの場合、ピストン
リングに鋭い縁部を設けることが望ましい。そこで、マ
ンドレルから取り外したピストンリングにラッピング作
業を行って鋭い縁部または面取り部を設ける。頂部ピス
トンリングの場合はバレルでラッピング作業を行って、
表面性状を良好にする。さらに、ピストンリングに「か
えり」が存在しているときは、「かえり」取り作業を行
う。一つの実施例において「かえり」取り作業は高エネ
ルギ作業とする。
【００３９】本発明は図面を参照する前述説明で充分に
明らかとなされたが、本発明の望ましい実施例を例示し
たものであり、本発明の精神に基づく総ての変形および
改変は本発明の範囲内である。
明らかとなされたが、本発明の望ましい実施例を例示し
たものであり、本発明の精神に基づく総ての変形および
改変は本発明の範囲内である。
【図１】 図１は本発明の被覆されたピストンリングを
製造する製造装置の概略図。
製造する製造装置の概略図。
【図２】 図２は本発明のピストンリングがピストンと
シリンダ壁との間に位置する状態を示す概略断面図。
シリンダ壁との間に位置する状態を示す概略断面図。
【図３】 図３は第２図の部分拡大図。
【図４】 図４は本発明のピストンリングの部分斜視
図。
図。
【図５】 図５Ａは図１のピストンリングの積み重ねの
部分拡大断面図。図５Ｂはピストンリングの積み重ねの
別の態様の部分拡大断面図。図５Ｃはピストンリングの
積み重ねのさらに別の態様の部分拡大断面図。図５Ｄは
ピストンリングの積み重ねのさらに別の態様の部分拡大
断面図。
部分拡大断面図。図５Ｂはピストンリングの積み重ねの
別の態様の部分拡大断面図。図５Ｃはピストンリングの
積み重ねのさらに別の態様の部分拡大断面図。図５Ｄは
ピストンリングの積み重ねのさらに別の態様の部分拡大
断面図。
【図６】 図６は鋭い底縁を有する本発明のピストンリ
ングの部分拡大断面図。
ングの部分拡大断面図。
【図７】 図７は面取りされた底縁を有する本発明のピ
ストンリングの部分拡大断面図。
ストンリングの部分拡大断面図。
１１、３０、３６、５０、１００、２００、２１０：ピ
ストンリング １２： マンドレル １３： 頂板 １４： 底板 １６： スプレイ装置 １８： 送風装置 ２０： 冷却流体源 ２１： ピストン ２２： シリンダ壁 ２３： 中間圧縮リング ２７： ピストンリングの外周表面 ３１： 上方肩 ３２： 下方肩 ３５： 接合部 ３７： 逃げ部 ３８： 接合面 ４０： 底部側縁 ７０： 封止構造 ７１： 溝 １００： コーティング １１０： 耐摩耗性被覆（最終仕上げコーティング） １１５： 高速粒子
ストンリング １２： マンドレル １３： 頂板 １４： 底板 １６： スプレイ装置 １８： 送風装置 ２０： 冷却流体源 ２１： ピストン ２２： シリンダ壁 ２３： 中間圧縮リング ２７： ピストンリングの外周表面 ３１： 上方肩 ３２： 下方肩 ３５： 接合部 ３７： 逃げ部 ３８： 接合面 ４０： 底部側縁 ７０： 封止構造 ７１： 溝 １００： コーティング １１０： 耐摩耗性被覆（最終仕上げコーティング） １１５： 高速粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・エス・ウィンター アメリカ合衆国サウス・カロライナ州 29483，サマーヴィル，サヴァンナ・ラウ ンド 254 (72)発明者 ダナ・イー・リチャードソン アメリカ合衆国サウス・カロライナ州 29418，チャールストン，ナイティンゲー ル・メイナー 105
Claims (29)
- 【請求項１】 内燃機関または圧縮機のためのシール装
置にして、 その外周縁表面にシール装置を有するピストンリング
と、 該外周縁表面を覆う薄い耐摩耗性最終仕上げスプレイ被
覆と、を含むことを特徴とする前記シール装置。 - 【請求項２】 内燃機関または圧縮機のピストンとシリ
ンダ壁との間の流体の流れを制限するシール装置にし
て、 外周面を有する実質的に剛性のリング部材と、 シリンダ壁の一部に接触するための前記外周面上の最終
仕上げスプレイ被覆にして、該被覆はシリンダ壁との滑
動封止接触を達成する堅く緻密な均質な耐摩耗性被覆で
あることを特徴とする前記シール装置。 - 【請求項３】 内燃機関または圧縮機のピストンとシリ
ンダ壁との間に位置するシール装置にして、 外表面を有し、該表面が上部と下部とを有する第１のピ
ストンリングと、 前記下部に設けられ、シリンダ壁の一部に接触する周縁
面取り部と、 前記外表面に設けられ、硬く緻密で均質で耐摩耗性の最
終仕上げスプレイ被覆と、を含むことを特徴とする前記
シール装置。 - 【請求項４】 内燃機関または圧縮機のピストンとシリ
ンダ壁との間の流体の流れを制限するリングパック装置
にして、 外周表面を有する第１のピストンリングと、 該表面に設けられシリンダ壁の一部と接触する薄い最終
仕上げスプレイ被覆にして、該被覆はシリンダ壁と滑動
可能な封止接触を達成する高速酸素燃料密の耐摩耗被覆
であるスプレイ被覆と、 上方部分と下方部分とを有する外部表面を有する第２の
ピストンリングであって、該外部表面に前記薄い最終仕
上げスプレイ被覆を有する第２のピストンリングと、 前記スプレイ被覆を有する第１のピストンリングの外周
表面と該スプレイ被覆とは重なり合って表面仕上げを良
好としており、 シリンダ壁と接触する前記外部表面の下方部分は鋭いリ
ング縁部となされている、ことを特徴とするリングパッ
ク装置。 - 【請求項５】 薄い緻密な耐摩耗性の被覆を有するピス
トンリングを製造する方法にして、 複数のピストンリングを中心軸線の回りに回転せしめ、 該複数のピストンリングの外面に熔融した材料をスプレ
イして、該スプレイによってピストンリング上に最終的
に仕上げ被覆を形成し、 前記スプレイ工程の間に複数のピストンリングの隣接す
るピストンリングを横切る熔融した材料のブリッジの形
成を防止する、 各工程を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項６】 ピストンリングに薄い緻密な耐摩耗性の
被覆を設ける方法にして、 複数のピストンリングを互いに載せられた関係で位置せ
しめ、 該複数のピストンリングを中心軸線の回りに回転せし
め、 該複数のピストンリングの外面上に或る材料を含む超音
波スプレイ流れをスプレイし、 互いに載せられて隣接するピストンリングの結合を防止
する、 各工程を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項７】 耐摩耗性の被覆をピストンリングに被覆
する方法にして、 それぞれ第１の上方部分と第２の下方部分とを有する複
数のピストンリングを準備し、 該複数のピストンリングを互いに載せられた関係で位置
決めし、複数のピストンリングの一つの第１の上方部分
が別のピストンリングの一つの第２の下方部分と当接す
るようにし、 該複数のピストンリングを回転せしめ、 該複数のピストンリングの外面に耐摩耗性の被覆材料を
含む超音波スプレイ流れをスプレイする、各工程を含
み、 前記位置決め工程が被覆材料が隣接するピストンリング
を横切ってブリッジする関係で堆積することを防止する
スプレイを形成する、ことを特徴とする被覆する方法。 - 【請求項８】 ピストンリングに薄い緻密な実質的に均
質な耐摩耗性の被覆を被覆する方法にして、 上方縁と下方縁とを有する複数のピストンリングを積み
重ね関係で互いに隣接して配置し、 該複数のピストンリングを中心軸線の回りに回転せし
め、 該複数のピストンリングのそれぞれの周縁表面を被覆す
る超音波最終仕上げスプレイ流れをスプレイし、該スプ
レイによって著しく低い未熔融粒子を有する硬質の高密
度の均質な被覆を生ぜしめ、 前記上方縁と下方縁との一方に鋭いリング縁部を仕上げ
形成する、各工程を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項９】 ピストンリングにして、 外周支持表面を有する実質的に剛性のリング本体と、 該支持表面の高速酸素燃料被覆にして、該被覆はスプレ
イされた状態で最終仕上げ状態で耐摩耗性である、こと
を特徴とするピストンリング。 - 【請求項１０】 請求項１または請求項３のいづれか１
項に記載のシールにして、ピストンリングが実質的に剛
性であって、ピストンリングと被覆との間には機械的な
相互結合が存在することを特徴とするシール。 - 【請求項１１】 請求項２、請求項４または請求項９の
いづれか１項に記載の装置にして、前記リングと被覆と
の間には機械的な相互結合が存在することを特徴とする
装置。 - 【請求項１２】 請求項１、請求項２、請求項３、請求
項４または請求項９のいづれか１項に記載の装置にし
て、前記被覆が均一な厚さを有することを特徴とする装
置。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の装置にして、前記
被覆が少量の非熔融粒子を有し、表面仕上げが緻密すな
わち多孔性でないことを特徴とする装置。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の装置にして、それ
ぞれのリングにはリング間隙が設けられ、前記被覆の厚
さが０．０５〜０．１５ｍｍ（０．００２〜０．００６
インチ）であることを特徴とする装置。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載の装置にして、前記
被覆の表面仕上げが０．００１〜０．００３ｍｍ（４０
〜１２０マイクロインチ）であることを特徴とする装
置。 - 【請求項１６】 請求項１、請求項２、請求項３、請求
項４または請求項９のいづれか１項に記載の装置にし
て、前記リングが上方部分と底部部分と該上方部分に形
成された上方肩と該底部部分に形成された底部肩とを有
し、前記リングの１対が一方が他方の上方に位置して配
置されたとき該１対のリングの他方の上方肩が一方の底
部肩と組合わされてコーティングのスプレイが両リング
間の接合部を通ることを防止する阻止構造を形成するこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項１７】 請求項１、請求項２、請求項３、請求
項４または請求項９のいづれか１項に記載の装置にし
て、前記リングが上方部分と下方部分とを有しており、
該上方部分を囲んで逃げ部が形成され、下方部分には前
記逃げ部を越えて延長する表面が設けられ、前記リング
の１対が、一方が上方に、他方の該１対のリングの一方
を越えて延長する表面が前記リングの他方の逃げ部と作
用して、コーティングのスプレイが両リングが互いに接
合する位置に到達することを防止することを特徴とする
装置。 - 【請求項１８】 請求項１、請求項２または請求項９の
いづれか１項に記載の装置にして、前記リングが対象的
なクラウン部を有して内燃機関または圧縮機のシリンダ
壁と接触することを特徴とする装置。 - 【請求項１９】 請求項１、請求項２または請求項９の
いづれか１項に記載の装置にして、前記リングが非対象
的なクラウン部を有して内燃機関または圧縮機のシリン
ダ壁と接触することを特徴とする装置。 - 【請求項２０】 請求項５に記載の方法にして、前記防
止する工程が、１対のピストンリングを互いに隣接して
配置したとき阻止構造が形成されて、互いに接合するリ
ング間の接合部にコーティングのスプレイが侵入するこ
とを実質的に防止することを特徴とする方法。 - 【請求項２１】 請求項２０、請求項６、請求項７また
は請求項８のいづれか１項に記載の方法にして、スプレ
イが高速酸素燃料装置によって行われることを特徴とす
る方法。 - 【請求項２２】 請求項２１に記載の方法にして、前記
コーティングのスプレイが約マッハ２〜３の範囲の速度
で行われ、コーティングとリングとの間に機械的相互結
合が生ずることを特徴とする方法。 - 【請求項２３】 請求項２１に記載の方法にして、材料
の堆積に適当な温度にピストンリングを予熱する工程を
含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２４】 請求項２３に記載の方法にして、前記
予熱が高速酸素燃料装置の炎によって達成されることを
特徴とする方法。 - 【請求項２５】 請求項２４に記載の方法にして、スプ
レイ装置を前記複数のピストンリングに沿ってピストン
リングの中心軸線に平行に運動せしめることを特徴とす
る方法。 - 【請求項２６】 請求項２５に記載の方法にして、前記
回転が被覆モードと予熱モードとを含み、前記被覆モー
ドの回転速度が予熱モードより大であることを特徴とす
る方法。 - 【請求項２７】 請求項２５に記載の方法であって、前
記回転が少なくとも１００個のピストンリングを同時に
回転せしめ、回転の速度が約１５０〜４００回転／分で
あることを特徴とする方法。 - 【請求項２８】 請求項２５に記載の方法にして、コー
ティングが完了したピストンリングを冷却する工程を含
むことを特徴とする方法。 - 【請求項２９】 請求項５、請求項６、請求項７または
請求項８のいづれか１項に記載の方法にして、コーティ
ングが完了したピストンリングを分離する工程を含み、
該分離する工程がそれぞれのリングを分離するための切
断または研削工程を含まず、コーティングの実質的な脱
落を生じないことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/649,217 US5713129A (en) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | Method of manufacturing coated piston ring |
| US649217 | 1996-05-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1061767A true JPH1061767A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=24603897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9127010A Pending JPH1061767A (ja) | 1996-05-16 | 1997-05-16 | 被覆されたピストンリングとその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5713129A (ja) |
| JP (1) | JPH1061767A (ja) |
| BR (1) | BR9703564A (ja) |
| DE (1) | DE19720627A1 (ja) |
| GB (1) | GB2313171B (ja) |
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