JPS6065956A - セラミツクピストンリング - Google Patents
セラミツクピストンリングInfo
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- piston ring
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- layer
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- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
- C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
- C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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- F02F7/0087—Ceramic materials
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野１
本発明は、往復動式内燃機関のピストンリングに関し、
特にピストンリングにセラミックスを用いたセラミック
ピストンリングに関するものである。
特にピストンリングにセラミックスを用いたセラミック
ピストンリングに関するものである。
［発明の技術的背景とその問題点］
従来の断熱系往復動式内燃機関のピストンリングは金属
製であり、機関運転時、高温のシリンダ内を高速で摺動
するためリングの潤滑が不十分であると、シリンダとの
焼付き、固着あるいはそれ自体の摩耗、へたりといった
不具合を起しやすく、エンジンの破壊、出力低下、オイ
ル劣化、オイル消費増大といった二次的トラブルを引き
起す問題がある。
製であり、機関運転時、高温のシリンダ内を高速で摺動
するためリングの潤滑が不十分であると、シリンダとの
焼付き、固着あるいはそれ自体の摩耗、へたりといった
不具合を起しやすく、エンジンの破壊、出力低下、オイ
ル劣化、オイル消費増大といった二次的トラブルを引き
起す問題がある。
そのためピストンリングにセラミックスを適用すること
が試みられてきている。セラミックスは金属にくらべ耐
熱性、耐焼付性、耐摩耗性が優れ、例えば、高温強度は
ステンレスが約６００℃なのに対し、窒化珪素は約１３
００℃であるためピストンリングの材料として好ましい
が、反面で、もろい、耐衝撃力性が低い、弾性が小さい
といった短所も有するのでセラミックスをピストンリン
グに適用する場合には何らかの手段によって短所を補う
必要がある。今までに提案されたものとして、セラミッ
クス製で半円形のリングを形成し、その半円形のリング
を二つ隙間をおいて向い合せた状態で金属製の弾性リン
グで結合したピストンリングがあるが、このリングの大
部分はセラミックスであり、弾性リングの弾性力でピス
トンにＶｔ’４できたとしても、上述のようにシリンダ
内で高速で往復摺動する際に生じる衝撃により破損しや
すく、長期の使用に耐えられない。また金属リングの外
周面にセラミック粒子を埋設したピストンリングも提案
されているが、表面に金属面が一部露出するため高温に
さらされると金属リングがへたり、セラミック粒子を保
持できなくなり、セラミック粒子が剥れ落ちる問題があ
る。
が試みられてきている。セラミックスは金属にくらべ耐
熱性、耐焼付性、耐摩耗性が優れ、例えば、高温強度は
ステンレスが約６００℃なのに対し、窒化珪素は約１３
００℃であるためピストンリングの材料として好ましい
が、反面で、もろい、耐衝撃力性が低い、弾性が小さい
といった短所も有するのでセラミックスをピストンリン
グに適用する場合には何らかの手段によって短所を補う
必要がある。今までに提案されたものとして、セラミッ
クス製で半円形のリングを形成し、その半円形のリング
を二つ隙間をおいて向い合せた状態で金属製の弾性リン
グで結合したピストンリングがあるが、このリングの大
部分はセラミックスであり、弾性リングの弾性力でピス
トンにＶｔ’４できたとしても、上述のようにシリンダ
内で高速で往復摺動する際に生じる衝撃により破損しや
すく、長期の使用に耐えられない。また金属リングの外
周面にセラミック粒子を埋設したピストンリングも提案
されているが、表面に金属面が一部露出するため高温に
さらされると金属リングがへたり、セラミック粒子を保
持できなくなり、セラミック粒子が剥れ落ちる問題があ
る。
［発明の目的］
本発明は上述した問題を考慮してなされたもので、耐熱
、耐摩耗性の高いセラミックスを用い、しかも充分な弾
性及び耐衝撃性を有するセラミックピストンリングを提
供するものである。
、耐摩耗性の高いセラミックスを用い、しかも充分な弾
性及び耐衝撃性を有するセラミックピストンリングを提
供するものである。
［発明の概要］
本発明は、金属製のピストンリング部材の外周面にセラ
ミックスの粉末又は板状のタイルなどのセラミック材を
メタライズさせてセラミック層を形成したものであり、
これよりピストンリングの外周面はセラミックスの薄い
層が全体に形成されるため耐熱、耐摩耗性を有し、しか
も弾力性及び耐衝撃性の良好なものとしたことにある。
ミックスの粉末又は板状のタイルなどのセラミック材を
メタライズさせてセラミック層を形成したものであり、
これよりピストンリングの外周面はセラミックスの薄い
層が全体に形成されるため耐熱、耐摩耗性を有し、しか
も弾力性及び耐衝撃性の良好なものとしたことにある。
［発明の実施例］
以下に本発明に係るセラミックピストンリングの好適一
実施例を添付図面に基づいて説明する。
実施例を添付図面に基づいて説明する。
第１図において、１は内燃機関のシリンダ、２はシリン
ダ１内を往復移動するピストンで、ピストン２の溝３内
に本発明のセラミックピストンリング４が装着される。
ダ１内を往復移動するピストンで、ピストン２の溝３内
に本発明のセラミックピストンリング４が装着される。
セラミックピストンリング４は第２図、第３図に示ずよ
う金属製のリング部材５の外周面に、セラミックスの粉
末又は板状タイルなどのセラミック材をメタライズ層６
にて接合してセラミック層７を形成したものからなる。
う金属製のリング部材５の外周面に、セラミックスの粉
末又は板状タイルなどのセラミック材をメタライズ層６
にて接合してセラミック層７を形成したものからなる。
セラミック材は窒化珪素、アルミナ、ボロンナイトライ
ド等を用い、これを粉末状又はタイル状としたものをピ
ストンリング部材５の外周面にメタライズ接合させる。
ド等を用い、これを粉末状又はタイル状としたものをピ
ストンリング部材５の外周面にメタライズ接合させる。
メタライズ接合は、例えばモリブデンとマンガン粉と有
機物とを練ってペースト状とし、これをピストンリング
部材５の外周面に塗布すると共にその塗布層にセラミッ
ク材を付着或いは貼り付けたのち、焼成することにより
セラミック層７をピストンリング部材５の外周にメタラ
イズ接合させるもので、焼成によりメタライズ層６のマ
ンガンがセラミック層７中のアルミナと反応して化合物
を形成し、この化合物がセラミックｍ７中に強固に浸透
してセラミック層７を結合すると共にメタライズ層６の
モリブデンとも結合し、さらにこのモリブデンが金属製
のピストンリング部材５と接合するためにセラミック層
７５− がピストンリング部材５の外周面に接合される。
機物とを練ってペースト状とし、これをピストンリング
部材５の外周面に塗布すると共にその塗布層にセラミッ
ク材を付着或いは貼り付けたのち、焼成することにより
セラミック層７をピストンリング部材５の外周にメタラ
イズ接合させるもので、焼成によりメタライズ層６のマ
ンガンがセラミック層７中のアルミナと反応して化合物
を形成し、この化合物がセラミックｍ７中に強固に浸透
してセラミック層７を結合すると共にメタライズ層６の
モリブデンとも結合し、さらにこのモリブデンが金属製
のピストンリング部材５と接合するためにセラミック層
７５− がピストンリング部材５の外周面に接合される。
このように金ｆｆ１ｌＢＪのピストンリング部材５の外
周面にセラミック層７を形成することにより、シリンダ
１との摺動部はセラミックスにより耐熱性、耐摩耗性が
確保され、またピストンリング部材５がセラミックスの
弾性の小さい点を補い、密着性、シール性、靭性を確保
することができ、断熱エンジンなど発熱を伴ない、かな
り高温度となる内燃 ゛機関のピストンリングに使用で
きる。
周面にセラミック層７を形成することにより、シリンダ
１との摺動部はセラミックスにより耐熱性、耐摩耗性が
確保され、またピストンリング部材５がセラミックスの
弾性の小さい点を補い、密着性、シール性、靭性を確保
することができ、断熱エンジンなど発熱を伴ない、かな
り高温度となる内燃 ゛機関のピストンリングに使用で
きる。
またセラミック層７は熱伝導率が低いため、厚さが薄く
ても、シリンダ１とセラミック層７との摺動面が高温と
なっても金属製のピストンリング部材５にはその熱によ
る影響は全くな（、セラミック層７が薄く形成されるこ
とにより弾力性及び耐衝撃性が向上する。
ても、シリンダ１とセラミック層７との摺動面が高温と
なっても金属製のピストンリング部材５にはその熱によ
る影響は全くな（、セラミック層７が薄く形成されるこ
とにより弾力性及び耐衝撃性が向上する。
セラミックスの熱膨張係数は金属にくらべて小さく、例
えば窒化珪素が４．ｌＸ１０／’Ｃであるのに対し、ス
テンレスでは１２〜１６×１０／℃であり、そのためセ
ラミック層７とピストンリング部材５とでは熱膨張率が
違い、セラミック６− 層７に引張応力が生じるか、メタライズｌ１ｌＷ６がこ
の熱膨張率の差を吸収することができる。また第３図に
示したように熱膨張率の差及び弾性変形などによりセラ
ミック層７の表面には多数の亀裂８が生じるが、亀裂８
が生じてもシリンダ１との密着性やシール性には影響が
ない。
えば窒化珪素が４．ｌＸ１０／’Ｃであるのに対し、ス
テンレスでは１２〜１６×１０／℃であり、そのためセ
ラミック層７とピストンリング部材５とでは熱膨張率が
違い、セラミック６− 層７に引張応力が生じるか、メタライズｌ１ｌＷ６がこ
の熱膨張率の差を吸収することができる。また第３図に
示したように熱膨張率の差及び弾性変形などによりセラ
ミック層７の表面には多数の亀裂８が生じるが、亀裂８
が生じてもシリンダ１との密着性やシール性には影響が
ない。
［変形実施例］
第４図は、セラミック層７と金属性のピストンリング部
材５との熱Ｉｌｉ服係数の違いを補う実施例を示したも
ので、図において、セラミック層７は、セラミックスと
熱膨張率の同じコバルト・ニッケル系合金（以下コバー
と称す）などからなる中間リング部材９にメタライズ接
合され、この中間リング部材９が、特殊鋳鉄で形成され
た内側リング部材１０にロー接１１される。この場合、
中間リング部材９と内側リング部材１０とで形成される
ピストンリング部材５の外周部は、コバーなどからなる
中間リング部材９によりセラミック層７の熱膨張率と略
同−なため、高温によりセラミック層７に引張応力を生
じさせない効果があり、かつセラミック層７と中間リン
グ部材９間のメタライズ層６に剪断応力を生じさせない
効果がある。
材５との熱Ｉｌｉ服係数の違いを補う実施例を示したも
ので、図において、セラミック層７は、セラミックスと
熱膨張率の同じコバルト・ニッケル系合金（以下コバー
と称す）などからなる中間リング部材９にメタライズ接
合され、この中間リング部材９が、特殊鋳鉄で形成され
た内側リング部材１０にロー接１１される。この場合、
中間リング部材９と内側リング部材１０とで形成される
ピストンリング部材５の外周部は、コバーなどからなる
中間リング部材９によりセラミック層７の熱膨張率と略
同−なため、高温によりセラミック層７に引張応力を生
じさせない効果があり、かつセラミック層７と中間リン
グ部材９間のメタライズ層６に剪断応力を生じさせない
効果がある。
［発明の効果］
以上詳述してきたことから明らかなように本発明によれ
ば次のごとき優れた効果を発揮する。
ば次のごとき優れた効果を発揮する。
（１） 金属製のピストンリング部材の外周面にセラミ
ック層を形成することにより、高温強度、耐摩耗性が従
来のものに比べて格段に向上し、シリンダなどの摺動部
の焼付、摩耗、へたりに起因するエンジンの不調、故障
がなくなりリングを交換するわずられしさを省くことが
できる。
ック層を形成することにより、高温強度、耐摩耗性が従
来のものに比べて格段に向上し、シリンダなどの摺動部
の焼付、摩耗、へたりに起因するエンジンの不調、故障
がなくなりリングを交換するわずられしさを省くことが
できる。
（２） 高過給あるいは燃焼室の断熱化による、より高
温化しても、又は潤滑油が充分でないか或いは全くの無
潤滑の条件下においても使用が可能となる。
温化しても、又は潤滑油が充分でないか或いは全くの無
潤滑の条件下においても使用が可能となる。
（３） 多孔質セラミック層は熱伝導率が低いため薄く
ても金属製のピストンリング部材まで高熱が伝わらず、
また層状に薄く形成することにより弾力性及び耐衝撃性
に優れ、かつセラミック層による密着性、シール性も従
来の金属性のピストンリングと同等の効果を有するもの
とすることができる。
ても金属製のピストンリング部材まで高熱が伝わらず、
また層状に薄く形成することにより弾力性及び耐衝撃性
に優れ、かつセラミック層による密着性、シール性も従
来の金属性のピストンリングと同等の効果を有するもの
とすることができる。
第１図は内燃機関に本発明に係るセラミックピストンリ
ングを装着した状態を示す一部断面図、第２図は本発明
に係るセラミックピストンリングの一実施例を示す要部
の断面図、第３図は第２図の■−■線矢視図、第４図は
本発明に係るセラミックピストンリングの他の実施例を
示す要部の断面図である。 図中、５はピストンリング部材、６はメタライズ層、７
はセラミック層、９は中間リング部材、１０は内側リン
グ部材である。 特許出願人 いすず自動車株式会社 代理人弁理士 絹 谷 信 雄 ９−
ングを装着した状態を示す一部断面図、第２図は本発明
に係るセラミックピストンリングの一実施例を示す要部
の断面図、第３図は第２図の■−■線矢視図、第４図は
本発明に係るセラミックピストンリングの他の実施例を
示す要部の断面図である。 図中、５はピストンリング部材、６はメタライズ層、７
はセラミック層、９は中間リング部材、１０は内側リン
グ部材である。 特許出願人 いすず自動車株式会社 代理人弁理士 絹 谷 信 雄 ９−
Claims (4)
- （１） 金属製のピストンリング部材の外周面にセラミ
ック層を形成したことを特徴とするセラミックピストン
リング。 - （２） セラミック層がセラミックスの粉末又は板状タ
イルなどセラミック材をピストンリング部材の外周にメ
タライズさせて形成される上記特許請求の範囲第１項に
記載のセラミックピストンリング。 - （３） セラミック材が窒化珪素、アルミナ、ボロンナ
イトライドなどからなる上記特許請求の範囲第２項に記
載のセラミックピストンリング。 - （４） 金属製のピストンリング部材の外周が、コバル
ト・ニッケル系合金などセラミック層と熱膨張率の同じ
金属で形成される上記特許請求の範囲第１項乃至第３項
いずれかに記載のセラミックピストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16933783A JPS6065956A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | セラミツクピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16933783A JPS6065956A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | セラミツクピストンリング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6065956A true JPS6065956A (ja) | 1985-04-15 |
| JPH0553991B2 JPH0553991B2 (ja) | 1993-08-11 |
Family
ID=15884683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16933783A Granted JPS6065956A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | セラミツクピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6065956A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014518996A (ja) * | 2011-05-25 | 2014-08-07 | フェデラル−モーグル ブルシェイド ゲーエムベーハー | 複合コーティングを有するピストンリング |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5123940A (en) * | 1974-08-20 | 1976-02-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Kureenno koteisochi |
| JPS58117896A (ja) * | 1982-01-07 | 1983-07-13 | Riken Corp | 摺動部材 |
-
1983
- 1983-09-16 JP JP16933783A patent/JPS6065956A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5123940A (en) * | 1974-08-20 | 1976-02-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Kureenno koteisochi |
| JPS58117896A (ja) * | 1982-01-07 | 1983-07-13 | Riken Corp | 摺動部材 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014518996A (ja) * | 2011-05-25 | 2014-08-07 | フェデラル−モーグル ブルシェイド ゲーエムベーハー | 複合コーティングを有するピストンリング |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0553991B2 (ja) | 1993-08-11 |
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