JPH0121164Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は耐摩環に関し、更に詳しくはアルミ
ニウム合金でなる耐摩環の改良に関する。

従来、往復動内燃機関にはアルミニウム合金製
のピストンが使用されている。このアルミニウム
合金製ピストンの使用は、機関の軽量化と効率の
向上に有効である。

しかしながら、従来、内燃機関用ピストンとし
て一般に使用されているアルミニウム合金は、そ
の耐熱強度と耐摩耗特性が充分でなく、したがつ
て、苛酷な使用条件の下で使用されるとピストン
リングが挿入されているリング溝の壁面、特に下
側壁面に摩耗や変形が発生しピストンの機能が損
われ易い。それ故、アルミニウム合金製ピストン
の上記難点を解消することを目的として、ピスト
ンリングが装着される部分に耐熱耐摩耗特性が良
好で且つ高強度を有する材質でなる環体、即ち、
耐摩環を鋳包み、リング溝側壁部分の耐熱耐摩耗
特性を増強させたアルミニウム合金製ピストンの
使用が増加してきている。

この種のアルミニウム合金製ピストンに使用さ
れる耐摩環は、耐熱特性や耐摩耗特性が良好であ
り且つ高強度を有する材質でなることが必要であ
るが、アルミニウム合金で鋳包まれて使用される
関係でその熱膨張係数が該アルミニウム合金のそ
れに近似する材質でなることが必要である。

これらの要求を満足する耐摩環として、ニレジ
ストと称されている高Niオーステナイト鋳鉄よ
りなる耐摩環が一般に使用されている。

しかしながら、従来使用されている高Niオー
ステナイト鋳鉄製の耐摩環は、高価なNiを多量
含有し且つ鋳造性の良くない材質でなるために製
造コストが高く経済的でなく、また、重量が大で
あるためにピストンの軽量化の観点からも充分満
足されるものではない。

この考案は、上記に鑑み、耐摩環に要求される
前記諸要求特性を具有し、且つ安価な耐摩環を提
供することを目的としてなされたもので、硬質微
粒子を分散させて有し且つ外表面にZnめつき層
またはSnめつき層を有するアルミニウム合金製
耐摩環に係る。

以下、図示の実施例により本考案の詳細を説明
する。

耐摩環１は、第２図に示す如く硬質粒子２，２
２を微細均一に分散させて有するアルミニウム合
金でなる環体であり、その外表面にはZnめつき
層３が形成されている。本考案の耐摩環１はその
基質がアルミニウム合金でなり、且つ該基質はそ
の中に微細均一に分散された硬質粒子によつて分
散強化されているものであるために、その熱膨張
係数はアルミニウム合金製ピストン本体のそれに
近似し、機関作動時の高温に更されても高硬度お
よび高強度を維持し変形を生じることがない。

また、本考案の耐摩環は、その基質中に微細均
一に分散している硬質粒子２の存在によつて良好
な耐摩耗特性を示し、苛酷な条件で使用されるピ
ストンに用いる場合においてもリング溝壁面に生
ずる摩耗を最少に抑えることができる。

本考案でアルミニウム合金でなる基質中に分散
さつれる硬質粒子としては、その粒径が大きくて
も15μｍ以下、実質的には5μｍ以下のSi粒子が望
ましい。Si粒子の粒径が15μｍを越えて大きい場
合には耐摩環の被削加工性が悪くなり製造コスト
が高くなるとともにピストンリングやシリンダ等
の摺動相手材の摩耗を増大させ易くなる。それ
故、本考案では分散させるSi粒子の粒径を15μｍ
以下とした。また、本考案においては、前記Si粒
子とともに粒径が20μｍ以下のFe，Mn，Niの少
なくとも一以上とAlまたはSiとの金属間化合物
粒子をアルミニイウム合金基質中に微細均一に分
散さあせることにより、耐摩環の高温強度と耐摩
耗特性とを更に向上させることができる。アルミ
ニウム合金基質中に分散させるFe，Mn，Ni等と
AlまたはSiとの金属間化合物粒子は、これらを
微細均一に分散させることにより耐摩環の高温強
度を高め且つ高温時における耐摩耗特性を向上さ
せることを狙いとするものであるが、これらの金
属間化合物粒子が粗大であると分散強化の効果が
充分に得られなくなるとともに被削加工性が悪く
製造コストが高くなる。それ故、本考案の耐摩環
にあつては、これらの金属間化合物粒子の粒径は
大きいものでも20μｍ以下、実質的には5μｍ以下
にすることが望ましい。なお、本考案の耐摩環の
基質３を構成するアルミニウム合金はFe，Mn，
Niの少なくとも一つの元素を含有するAl−Si共
晶合金でなつている。

更に、本考案の耐摩環１は、その外表面にZn
めつき層またはSnめつき層６が形成されている。
耐摩環は、アルミニウム合金でなるピストンの第
一圧力リングが装着される部位に鋳包まれ、ピス
トンリング（第一圧力リング）用リング溝５が削
設されて使用されものであるが、本考案の耐摩環
１はその外表面にZnめつき層またはSnめつき層
６を有しているために酸化被膜の形成が防止さ
れ、ピストン本体中への鋳包みに際して完全な拡
散結合をなして一体に鋳包まれる。このことは耐
摩環とピストン本体との強固な結合を可能にする
上で有利であるばかりでなくピストンからピスト
ンリングへの熱放出特性を改善しピストンの受け
る熱負荷を軽減させる上で有効である。

以上説明した通りで、本考案の耐摩環は実質的
にはアルミニウム合金でなり、その熱膨張係数は
ピストン本体の熱膨張係数と近似するものであ
る。したがつて、加熱．冷却が繰返されてもピス
トン本体から耐摩環が分離するようなことがな
い。

また、本考案の耐摩環は、アルミニウム合金で
なる基質中に硬質粒子を微細均一に分散させた組
織構造をなしているために高温強度が高く、耐摩
耗特性が良好であり、更に耐摩環の外表面には
Znめつき層またはSnめつき層が形成されている
ためにピストン本体中に拡散結合して鋳包まれ
る。したがつて、苛酷な運転条件の下での使用に
際してもリング溝が摩耗したり変形したりするこ
とがない。

次に、本考案の耐摩環の製造方法について述
る。本考案者らは先に「耐熱耐摩耗高力アルミニ
ウム合金粉末と該合金粉末成形体およびその製造
方法」について提案した（特願昭57−119901号及
特願昭57−119902号）。

本考案の耐摩環は、例えば上記耐熱耐摩耗高力
アルミニウム合金粉末成形体の製造方法に従つて
容易に製造することができる。

即ち、重量比でSi10.0〜30.0％と、Fe3.0〜15.0
％，Mn5.0〜15.0％またはNi5.0〜15.0％のうち１
種以上（ただしNi＋Fe＋Mnの合計で6.0〜15.0％
とすることが望ましい。）と、さらに必要に応じ
てCu0.5〜5.0％およびMg0.3〜3.0％とを含有する
アルミニウム合金溶湯を分散急冷凝固させて合金
粉末とし、次いで得られた合金粉末を熱間押出成
形することにより円筒体とした後、該円筒体を輪
切りにして環状体とする。次いで該環状体の外表
面に通常の溶融めつき等の方法でZnめつき層ま
たはSnめつき層６を形成することにより耐摩環
１を得ることができる。

上記方法による場合には、硬質で微細な初晶Si
粒子２とFe，Mn，Ni等とAlまたはSiとの金属
間化合物粒子２２とが、Fe，Mn，Ni等を含有す
るAl−Si共晶合金基質中に微細均一に分散した
組織構造をなし、外表面にZnめつき層またはSn
めつき層６を有する耐摩環を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐摩環の斜視図。第２図は本考案の耐
摩環の組織構造を示す。第３図は耐摩環の断面
図。第４図は耐摩環を有するピストンの断面図。 図中：１……耐摩環、２……硬質粒子、２２…
…硬質粒子、３……アルミニウム合金基質、４…
…ピストン、５……リング溝、６……めつき層。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 少くともSiを含有するAl合金溶湯を、硬質
   微粒子が微細に均一に分散させられるよう、分
   散急冷凝固させたAl合金粉末の押出成型体か
   らなる環の外表面にZnまたはSnめつき層を設
   けた耐摩環。 (2) 前記硬質微粒子が粒径15μｍ以下のSi粒子で
   ある第１項記載の耐摩環。 (3) 前記硬質微粒子が、粒径15μｍ以下のSi粒子
   と、並びに粒径20μｍ以下のFe，Mn，Niの少
   なくとも一つとAlまたはSiとの金属間化合物
   粒子とである第１項記載の耐摩環。