JPS60155647A - 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】 １、産業上の利用分野 本発明は改良されたピストンリングに関する。

２、従来技術 近年、内燃機関の軽量化と高出力化に伴い、ピストンリ
ングに要求される品質が高度となり、その材料には鋳鉄
に替って鋼が使用されるようになってきている。　現在
、ピストンリング用鋼としては、種々の鋼、例えば、ば
ね鋼が使用されているが、ピストンリング用材料として
要求される緒特性を必ずしも満足していない。　更に、
現在のピストンリングの多くは耐摩耗性を付与するため
に硬質クロムめっきを施しておシ、めっき処理に長時間
を要することと、廃液処理がコスト高の原因になってい
る。

３、発明の目的 本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、硬
質クロムめっきを施さすとも充分使用に耐える耐摩耗性
を有し、而も加工性が良好であって耐熱性や靭性に優れ
るピストンリングを提供することを目的としている。

４、発明の構成及びその作用効果 即ち、本発明の第１の発明は、炭素０．８〜１６１重量
％、クロム９〜１１重量％、モリブデン０．６〜１，５
重量％、バナジウム０．１〜０．５重量％、残部が実質
的に鉄から外るピストンリングに係り、その第２の発明
は、上記化学組成の母材を有し、この母材の少なくとも
外周面に硬質表面処理層を有するピストンリングに係る
。

先ず、第１の発明について説明する。

炭素は鉄、クロム、モリブデン及びバナジウムと共に炭
化物を形成して耐摩耗性に寄与する。

これが０．８重量％（以下、重量％を単に「チ」で表わ
す。）未満では炭化物の形成量が少なくて上記効果が充
分ではなく、ｉ、ｉ＊を越えると靭性が低下するように
なる傾向がみられるので、その範囲を０．８〜１．１−
とするのが好ましい。

クロム及びバナジウムはいずれも鉄及び炭素と共に炭化
物を形成して耐摩耗性に寄与する。　クロムＩは９％未
満、バナジウムヂは０．１％未満では炭化物の形成量が
少なくて上記効果が充分ではなく、クロムタは１１チを
越えると、バナジウム≠は０１５％を越えると靭性が低
下するようになる傾向がみられるので、これらの範囲は
クロム９〜１１％、バナジウム０．１〜０．５％とする
のが好ましい。

モリブデンはクロム、バナジウムと同様に、鉄及び炭素
と共に炭化物を形成して耐摩耗性に寄与するほか、基地
中に固溶して靭性を改善する。

これが０．６俤未満では上記効果が充分ではなく、１．
５俤を越えて含有させても上記効果の増大は顕著では麦
くなる傾向にあるので、その範囲は０．６−１．５％と
するのが好ましい。

次に第２の発明について説明する。

第２の発明は上記第１の発明に係るピストンリングの母
材に窒化等の硬質表面処理を施してその少なくとも摺動
面（ピストンリングの外周面）に硬質表面処理層を形成
させることによシ、耐摩耗性（耐スカツフ性を含む。）
の一層改善されたピストンリングに係る。　窒化処理と
しては、ガス窒化、ガス軟窒化、塩浴窒化、イオン窒化
等いずれの窒化法によることができ、窒化以外にもモリ
プデ／或いは硬質金属の爆射、その他の表面処理を施す
ことができるが、いずれも硬質クロムめっきのような操
業上の面倒さはない。

なお、表面処理を窒化処理とする場合は、クロムは窒素
との親和力が強く、窒化層の硬度を昇げて耐摩耗性、耐
スカツフ性を改善する。　また、窒素との親和力の特に
強いアルミニウムを０．１〜２チ程度含有させることは
、窒化深さを深くし、また、窒化処理時間を短縮するた
めに効果的でおる。　モリブデンは窒化処理によって起
るクロムの含有による焼戻し脆性を防いで靭性の低下を
抑止する。

５、実施例 第１の発明の試料として０．９５％Ｃ，１０，２％Ｃｒ
、０．９７％Ｍｏ　、　０．４０％ｖ１残部実質的にＦ
ｅ　よシなる試験片を、第２の発明の試料として上記の
試料に通例の塩浴窒化処理を施した試験片を、比較試料
としてオーステンパーを施した弁ばね用銅ｓｗｏｓｃ−
ｖを、同じく比較試料として硬質クロムめっきを施した
鋳鉄を用意し、以下の試験を行った。

（１）　摩耗試験 試験装置は第１図に要部を図解的に示すもので、ステー
タホルダ１に取外し可能に取付けられた直径８０諒の円
板２の中央には裏側から注油孔３を通して潤滑油が注油
される。　ステータホルダ１には図示省略した油圧装置
によって図に於いて右方に向けて所定圧力で押圧力が作
用するようにしである。　円板２に相対向してロータ４
があシ、図示省略した駆動装置によって所定速度で回転
するようにしである。　ロータ４に取外し可能に取付け
られた試験片保持具５には５１１１１Ｅ角、高さ１０ｍ
ｖｔの試験片６が同心円上に等間隔に４個取付けである
。　このような装置に於いてステータホルダ１に所定の
押圧力をかけ、所定の面圧で円板（相手材）２と試験片
６とが接触するようにしておいて、注油孔３から摺動面
に所定給油速度で給油しなからロータ４を回転させる。

　このような試験装置によって試験を行い、試験後、試
験片６を取外して摩耗による高さ寸法の減少を測定した
。

試験片６の内、表面処理を施したものについては、その
表面層を円板２に接触させた。

試験条件は次に示す通シである。

相手円板材料：シリンダライチ用鋳鉄ＦＣ２５、摩擦速
度：　３ｍ／ｓｅｅ　、５ｍ／ｓｅｅ　。

潤滑油及び給油条件：ディーゼルエンジンの５０時間耐
久試験に使用済みの可成シのスラッジが混入したオイル
、油温８０℃、３５０〜４００ｃφｉ１接触面圧：　１
００　ｋｇ／ｎ！。

摩擦距離：１０１００ｋ。

試験結果は第３図に示す通りである。　同図から解るよ
うに、第１の発明に係る試験片は比較のｓｗｏｓｃ−ｖ
に較べて遥かに摩耗量が少なく、従来から耐摩耗性に優
れるといわれている硬質クロムめっき層に較べても優れ
た耐摩耗性を示しておシ、窒化層を有する第２の発明に
係る試験片は第１の発明に係る試験片よシ更に一層耐摩
耗性が改善されている。

（２）　スカッフ試験 試験は前記摩耗試験に使用した試験装置によシ、次のよ
うな方法で行った。　即ち、前記摩耗試験に於けるよう
に、試験片６を円板２に摺動させ、一定時間毎にステー
タホルダ１に作用する圧力を階段的に増加していき、試
験片６の円板２との間の摩擦によってステータホルダ１
に生ずるトルク（摩擦力）Ｔを、第１図の■−■線に沿
う矢視側面図である第２図に示すスピンドル７を介して
ロードセル８に作用せしめ、その変化を動歪計９で読み
、記録計１０に記録させる。　トルクＴが急激に上昇し
たとき、スカッフが生じたものとし、そのときの接触面
圧を以ってスカッフ発生面圧とし、その大小を以って耐
スカツフ性の良否を判断する。

試験条件は次に示す通りである。

摩擦速度：８ｍ／Ｓｅｃ。

潤滑油：モータオイル＃３０、 接触面圧：４０ｋｇ／ｄから３分間経過毎に１０ｋｇ／
ｃ１？Ｌづつ上昇、 その余の条件は前記摩耗試験に於けると同様である。

試験結果は第４図に示す通シである。　同図から解るよ
うに、本発明に係る試験片は比較の試験片に較べてスカ
ッフ発生面圧が高く、耐スカツフ性に優れている。　特
に窒化層を有する第２の発明に係る試験片は第１の発明
に係るそれよりも一層耐スカッ７性が改善されている。

このように本発明に係るピストンリングは耐摩耗性力従
来のピストンリングに較べて著しく改善されているが、
附言すれば、特に高鉛ガソリンを燃料とするエンジンや
ディーゼルエンジンに使用されるピストンリングの材料
としては、上記以外に、０．４〜１．６％Ｃ，５〜１１
　’１６Ｃｒ鋼や炭素含有量を低く、クロム含有量を増
加させた０、１〜０．８％Ｃ１１９〜２３％Ｃｒ鋼、或
いはこれらに前述した量のＭｏ及び／まだはＶを含有さ
せた合金銅、更に０．４〜１．６チＣ及びＭＯｌＷ、Ｖ
の１種または２種以上を合計で０６５〜６．０チ含有す
る合金鋼、或いはこれに前述した量のＣｒを含有させた
合金鋼が優れた耐摩耗性を示す好適な材料である。

６、発明の詳細 な説明したように、第１の発明に係るピストンリングは
前記「４０発明の構成」の項で述べたような化学組成と
しであるので、靭性を具備し、硬質の炭化物相を組織中
に含んでいる結果、耐摩耗性、耐スカツフ性が従来のピ
ストンリングに較べて著しく改善されておシ、第２の発
明に係るピストンリングはそれに加えて摺動面に硬質の
表面処理層を有しているので、耐摩耗性、耐スカツフ性
が一層改善され飢 甚鴫妙暁で１４四に増回辷を泌ツ稲。

【図面の簡単な説明】

第１図は摩耗試験及びスカッフ試験装置の要部を示す部
分断面図、 第２図は第１図の■−■線矢視側面図、第３図は摩耗試
験の結果を示すグラフ、第４図はスカッフ試験の結果を
示すグラフである。 なお、図面に示された符号に於いて、 １・・・・・・・・・・・・・・・・・・ステータ２・
・・・・・・・・・・・・・・・・・円板（相手材）３
・・・・・・・・・・・・・・・・・・注油孔４・−・
・・・・・・・・・・・・・・・ロータ６・・・・・・
・・・・・・・・・・・・試験片８・・・・・・・・・
・・・・・・・・・ロードセル９・・・・・・・・・・
・・・・・・・・動歪計である。 代理人　弁理士　逢　坂　宏（他１名）栴１図 熟２図 処３図 静４図 （自発）手続ネ甫正書 昭和５９年２月１３日 １、事件の表示 昭和５９年　特許願第１０７０３号 ２、発明の名称 ピストンリング ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区九段北１丁目１３番５号名　称
　株式会社　リケン ４、代理人 図面の第３図及び第４図を別紙の通り訂正します。 ６３図 彩４図 （自発）手続ネ甫正書 昭和５９年３月３ρ日 １、事件の表示 昭和５９年　特許願第１０７０３号 ２、発明の名称 ピストンリング ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区九段北１丁目１３番５号名　称
　株式会社　リケン ４、代理人 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 （１１明細書第５頁第３行「を」を削除します。 （２）　同第４行「２％程度」の次に、「及びチタン０
．０５〜０．５％程度のいずれか一方または双方を」を
挿入します。 一以　上−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素０．８〜１．１重量％、クロム９〜１１重量％
   、モリブデン０．６〜１．５重量％、バナジクム０．１
   〜０．５重量％、残部が実質的に鉄からなるピストンリ
   ング。 ２、炭素０．８〜１．１重量％、クロム９〜１１重量％
   、モリブデン０．６〜１．５重量％、バナジウム０．１
   〜０．５重量％、残部が実質的に鉄からなる化学組成の
   母材を有し、この母材の少なくとも外周面に硬質表面処
   理層を有するピストンリング。