JPH0198764A - シリンダとピストンリングとの組合わせ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関等に用いられるシリンダ（シリンダス
リーブ、シリンダライナ及びシリンダブロック等を含む
、以下同じ）とピストンリングの組合わせに関するもの
である。

さらに、詳しく述べるならば、本発明は、出願人ノ先願
テアル特１ｔＪ！５９−２７４５５１号（時開６１−１
５７８７５号）の「シリンダとシールリングとの組合わ
せ」の改良に関するものである。

〔従来の技術〕 内燃機関は近年とみに高性能化されるとともに一方では
公害対策や省エネルギ一対策のために、ピストンリング
やシリンダなど機能部品に対する負荷は益々増大し要求
品質もより高度なものとなっている。即ちこれらの機能
部品に対しては、高温高負荷の条件下における潤滑油消
費量（ＬＯＧ）の低減に耐え得る耐摩耗性、保油性、耐
スカッフィング性と同時に軽量化や摩擦損失の低減等が
強く希求され、この要請に対応する摺動面間の性状、換
言すればシリンダとピストンリングのより望ましい組合
わせ或いは相性のよいシリンダとピストンリングの組合
わせが追究されている。

前記要請に対応する一方のシリンダライナ摺動面の耐摩
耗処理方法が特開昭５２−１３８７９７号公報に開示さ
れている。この方法によると、ＳｉＣを含むスラリー又
はペーストを用いてラッピング工具によりシリンダの摺
動面に螺旋溝を形成するとともにＳｉＣ粒子を埋め込む
工程、前工程よりも細かい粒度のＳｉＣ粒子によって各
溝の間のピークを削り取り、微粒子の鋭い角部を除去す
るとともに突出している微粒子を押し込む工程、更に必
要があれば前工程よりも微粒子を含ませたスラリー又は
ペーストを用いてラッピングを施す工程よりなる耐摩耗
処理が行われる。この処理方法は、鋳鉄又は鋼製のシリ
ンダライナーに一部実用化され、シリンダ自身の耐摩耗
性において優れた性能を発揮し、又コスト面においても
特殊耐摩耗鋳鉄或いはクロムめっきシリンダに較べ大幅
な低減を可能とするとともに鋼製薄肉シリンダに適用し
た場合には軽量化及び既製エンジンブロック使用範囲で
ボアアンプを可能にすることから夫れなりの評価を受け
ているものである。

然しなから、この処理を施したシリンダの場合にはシリ
ンダ自身の耐摩耗性において抜群の性能を示すものの一
方では相手ピストンリングを甚だしく摩耗させてしまう
と云う欠陥があり、近時の高性能機関の苛酷な運転条件
の下では自ら適用範囲に制約を受けざるを得ない。

そこで、先願発明は、前述の要求に対応し、かつ在来の
問題点を解消して前記ＳｉＣ粒子を埋設したシリンダ摺
動面の利点を十二分に活用する摺動面対構造、就中、微
細なＳｉＣ粒子を特定パターンの油溜り溝部の内部及び
該溝部によって囲まれたプラトー部の表面に特定の面積
率で分散埋設した鉄鋼又は鋳鉄からなる改良されたシリ
ンダと特定組成のＦｅ−Ｃ−Ｃｒ合金粉末とＭｏ粉末と
を特定割合で混合した混合粉末をプラズマ溶射したシー
ルリングとの組合わせを提供しようとしたものである。

具体的には、鉄鋼又は鋳鉄からなるシリンダの摺動面に
特定パターンの油溜り溝が配設されるとともに面積率で
３〜１２％該溝の内部及びプラトー部に平均粒径５〜２
０μｍの硬質粒子が均一に分散埋設されておりかつ上面
が平滑化されている摺動面を有するシリンダと、重量比
で０３．０〜９．０％、Ｃｒ５５〜７０％を含有し残部
が実質的にＦｅとした粒度が７４μｍより粗粒でないＦ
ｅ−Ｃ−Ｃｒ合金粉末６５〜８５重量％と粒度が７４μ
ｍより粗粒でないＭｏ粉末１５〜３５重量％とを混合し
た混合粉末をプラズマ溶射してなる溶射層を摺動面に形
成したシールリングとからなるシリンダとシールリング
の組合わせを先願で提案した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

先願発明は、シリンダ自身の耐摩耗性を損することなく
充分その特性を発揮させるようにシリンダを構成したた
め、シリンダライナの摩耗は少ないもののピストンリン
グの摩耗は、従来実用化されているクロマードライナ（
硬質クロムめっき表面を研摩処理ライナ）の水準に比較
すると、依然として満足すべき水準に至らず、尚、−層
の改善が望まれる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、重量比でＣ０，３５〜０．５５％、Ｓｉ０．
４０％以下、Ｍｎ　０．４０〜１．００％、残部実質的
にＦｅからなる組成を有するシリンダの摺動面に特定パ
ターンの油溜り溝部が配設されるとともに該溝の内部及
びプラトー部に平均粒径３〜２０μｍの硬質粒子が面積
率で５〜１５％均一に分散埋設されておりかつ上面が平
滑化されている摺動面を有するシリンダと、重量比でＣ
８，５〜９．５％、Ｃｒ６５〜７０％、Ｓｉ１．０％以
下を含有し、残部が実質的にＦｅからなる粒度が７４μ
ｍより粗粒でない高炭素低珪素Ｆｅ　−Ｃ−Ｓｉ　−Ｃ
ｒ合金粉末７０〜８５重量％及び粒度が７４μｍより粗
粒でないＭｏ粉末１５〜３０重量％の混合粉末をプラズ
マ溶射してなる溶射層を摺動面に形成したピストンリン
グとからなるシリンダとピストンリングの組合わせを提
供する。

本発明の構成の最大の特徴は、シリンダの組成を、Ｃ０
，３５〜０．５５％、ＳＬｏ、４０％以下、Ｍｎ　Ｏ，
４０〜１．００％を含有する鋼としたこと、およびＭｏ
粉末と共にピストンリング母材に溶射されるクロム合金
粉末の組成を、Ｃ８，５〜９．５％、Ｃｒ　６５〜７０
％、Ｓ’ｉ　　１％以下、残部ＦｅＯ高炭素低珪素Ｆｅ
　−Ｃ−Ｓｉ−Ｃｒとしたこと、にあり、これらによっ
て先願発明に係るシリンダとピストンリングの組合わせ
のシリンダ摩耗およびリング摩耗を大幅に凌駕する性能
を得ることができた。

以下、本発明の具体的構成について述べる。第１図はシ
リンダライナの縦断面図であって、（１）はシリンダラ
イナ、（２）はシリンダライナの内周面である摺動面、
第２図は本発明を適用したシリンダライナ（１）の摺動
面を示す第１図のＡ部の拡大断面図であって、（３）は
その内周面の略々全周に亘って施された連続及び不連続
の螺旋状交叉溝からなる油溜り溝部、（４）は核油溜り
溝部（３）によって囲まれた平滑な摺動面部（以下プラ
トー部と云う）、（５）は核油溜り溝部の内部及び前記
プラトー部に埋設された硬質粒子、第３図（ａ）は硬質
粒子（５）が核油溜り溝部の内部及びプラトー部に埋設
された直後のシリンダライナ摺動面（Ａ）の表面状況を
模型的に示す一部拡大断面図、第３図（ｂ）は仕上加工
後の第３図（ａ）に対応する一部拡大断面図、第４図は
、触針をシリンダライナ内周面の軸方向に移動させて得
られる断面曲線又はカットオフ値２．５ｎ＋／ｍ以上の
粗らさ曲線（６”）　（ＪＩＳ−８０６０１−１９７０
）の一部を説明する図面であり、ここで断面曲線（６）
の平均線に平行な任意の直線即ち基線（７）がある−定
の基準となる長さしく例えば２．５Ｍ／ＴＩ）の間で該
曲線（６）の実体部を切断する長さを１．、ｌｚ。

ｌｓ、１ａ−１，とＴると、該曲ｖＡ（６）　＜７）基
線（７）におけるプラトー率（プラトー部の占有比率）
は次式によって求められる。

Ｘ　１００　（％） 而して本発明に係るシリンダライナを得るためには、Ｓ
ｉＣ等の硬質粒子を含むスラリー又はペースト状物を混
入した研摩液を用いラフピング工具或いはホーニングシ
ューにより８亥シリンダライナ（１）の内周面を回転及
び往復運動させることによって得られる。即ち、この加
工により硬質粒子（５）は工具の運動により特定される
パターン、例えば交叉する螺旋軌道に沿って菱形模様を
形成するように油溜り溝部（３）を刻み込むと同時に核
油溜り溝部（３）の内部及びプラトー部（４）に埋設さ
れ、又同時に核油溜り溝部によって囲まれた略菱形のプ
ラ・ト一部（４）が形成される（第２図〜第３図（ａ）
（ｂ）参照）。この場合、初期工程で比較的低い工具圧
力によって油溜り溝部（３）のみを形成し、次工程で圧
力を増し、油溜り溝部（３）の深さ及び幅を増大させる
と同時に硬質粒子を核油溜り溝部（３）の内部及びプラ
トー部（４）に埋込むようにする公知の手法を用いるこ
とも出来る。上記のように２工程の操作を用いるとき、
第２工程では各溝の間のシリンダライナ内周面の凸起部
が削り取られ硬質粒子の鋭いエッヂが除去されると共に
突出している硬質粒子が更に溝の内部及びプラトー部に
押し込まれる。前記何れの手法の場合においてもプラト
ー部（４）及び硬質微粒子（５）により構成される摺動
面（２）の上面が平滑化されたシリンダライナ（第３図
（ｂ））を得るために、前記工程の後シリンダライナ内
周面は更に細かい粒度の硬質粒子を含むスラリー等を混
入した研摩液を用いてラフピング又はホーニング仕上げ
するか、或いは細かい粒度の砥石をもったホーニングシ
ューによって研摩仕上げされてそれ以前の工程の凹凸が
取除かれる。

その後洗滌及び脱脂される。ここで核油溜り溝部（３）
の深さ、幅、硬質粒子（５）の埋込み面積率、プラトー
部（４）の占有面積率等は母材の材質、硬質粒子のサイ
ズ、工具圧力、回転数、加工速度及び時間等の因子によ
って支配される。これらの因子の選定については後述す
る。

本発明に係る組合わせの一方であるシリンダにおいて硬
質粒子としてはＳｉＣ，Ａ１ｇＯｔ＋ＣｒｚＯｉ＋５ｉ
Ｊ４よりなる群から選ばれた単一粒子を用いることが出
来るが、母材に対して強固に保持されるように硬質粒子
が埋込まれる性質、すなわち埋込み性、加工中に硬質粒
子が破砕されない性質すなわち耐破砕性等からＳｉＣ粒
子を用いることが望ましい。

ＳｉＣ等の硬質粒子はなるべく鋭い角部をもったものが
埋込効率（すなわち加工圧力に対する埋込深さ比率）の
面で好ましく、その粒子サイズは埋込むべき母材の材質
、工具圧力等にも関係するがシリンダの耐摩耗性、耐ス
カッフィング性を損うことな（、しかも相手ピストンリ
ングの摩耗を低減するためには埋め込まれた後の平均粒
径を３〜２０μｍに限定することが必要である。即ち、
平均粒径が３μｍ未満ではシリンダ自身の耐摩耗性に不
足を来たし２０μｍを越える硬質粒子を埋込むと分散性
（密度）に欠け、相対的に軟質である母材が漸次摩耗す
ると、硬質粒子の局部的面圧が高（なってスカッフィン
グを誘発し相手ピストンリングの摩耗を促進するおそれ
がある。より好ましい範囲は７〜１５μｍである。従っ
て硬質粒子はその埋込み面積率（５〜１５％）を維持し
つつ適正粒度で微細かつ均一にシリンダ摺動面に対して
埋込まれていることが重要である。

硬ｉｔ′Ｒ１粒子のシリンダ摺動面に対する埋込み面積
率の限定理由は５％未満ではシリンダ自身の耐摩耗性、
耐スカッフィング性が不充分であり、１５％を越えると
相手ピストンリングの摩耗を増大させ摺動面対構造とし
てバランスされた摩耗が実現されないので５〜１５％の
範囲とする。より好ましい範囲は５〜１０％である。螺
旋状交叉溝に囲まれたプラトー部の占有面積率（プラト
ー率）については、プラトー率１．０％の基線（８）か
ら２μｍ　（ｈ）の深さにおいて７５〜９５％とするこ
とが好ましい、その限定理由は、プラトー率７５％未満
では必然的に油溜り溝部が増加してり、Ｏ，Ｃ上昇を来
たすので好ましくなく、一方、９５％を越えると逆に油
溜り溝部が減少してスカッフィングの傾向が増大するか
らである。より好ましい範囲は８０〜９０％である。又
、プラトー率をプラトー率１゜０％の基線（８）から２
μｍとしたのはエンジンの馴らし運転初期のシリンダ摺
動面の保油量が適正化されり、Ｏ，Ｃ，を必要最小限に
抑制し得るとともにプラトー率７５〜９５％（受圧面積
７５〜９５％）に至るに要する摩耗量は約２μｍ以下と
なるから初期馴染み運転に要する時間も短縮し得るから
である（第５図参照）。シリンダのプラトー部の最大表
面粗らさＨはエンジンの馴らし運転初期における表面性
状として重要であり、それが３μｍ未満では表面の保油
性に欠は初期スカッフィング発生のおそれがあり、７μ
ｍを越えると局部面圧が上昇してこれ又初期スカッフィ
ング発生の原因となるので３〜７μｍの範囲に限定する
。好ましい範囲は３〜５μｍＴ：ある。

そして前記要件を満足するシリンダを得るには、通常、
第１工程（溝入れ及びＳｉＣ微粒子の埋込み）において
、１２０〜２８０メツシユの平均粒径のＳｉＣ微粒子を
含むスラリーを用いシリンダ摺動面をホーニングシュー
圧力０．５〜２．０ｋｇ／ｃｄ、回転数Ｘストロークｘ
時間：５０〜２５０ｒｐＩｌｌ／ｌｌｌ１ｎ×２０〜６
０回／ｎ＋ｉｎ　Ｘ　１〜３分の条件で、又第２工程（
仕上）において２８０〜８００メツシユの平均粒径のＳ
ｉＣ微粒子を含むスラリーを用いホーニングシュー圧力
０、５〜２．０　ｋｇ／ａＪ、回転数Ｘストローク×時
間＝５０〜２５Ｏｒｐｍ／ａ＋ｉｎ　Ｘ２０〜６０回／
ａｋｉｎ　Ｘ　１〜３分の条件でシリンダ摺動面を仕上
ホーニングすればよい。

斯くして、第１工程の後では第３図（ａ）、第２工程の
後では第３図（ｂ）に示したような表面状態が得られる
が第１工程の加工条件及びシリンダ母材の材質殊にその
均質性の如何によっては、第３図（Ｃ）に示すように５
ｉＣ１ｉ粒子がシリンダ母材中に埋没した表面状態を呈
する場合がある。

このような表面状態の場合、シリンダの第１次摺動面は
比較的軟質かつ低融点の母材によってその殆んどが占め
られてしまうので境界潤滑等の苛酷な条件下ではスカッ
フィングを誘発するおそれがあるが、第３図（ｂ）図示
の表面状態でかつＳｉＣ微粒子の全埋込み面積率５〜１
５％に対し、３０％以下であれば第３図（Ｃ）の表面状
態が混在しても実害はない。

次いで、本発明に係る組合わせの他方ピストンリングに
ついて述べる。

ピストンリングの特徴は、高炭素低珪素のＦｅ−Ｃ−Ｓ
ｉ−Ｃｒ合金とＭｏの混合粉末のプラズマ溶射リングを
用いたことにあり、その意義は、Ｆｅ　−Ｃ−Ｓｉ　−
Ｃｒ合金粉末は従来のＦＣｒＨ３（高炭素フエロクロム
）に較べＳｔ含有量が低いため、α鉄の析出がなく殆ん
ど（ＣｒＦｅ）　？Ｃ３の粉末となり、耐摩耗性を高め
たところにある。

又、母材の材質は、Ｃ０，３５〜０．５５％、ＳｉＯ，
４０％以下、Ｍｎ　０．４０〜１．００％、残部実質的
にＦｅからなるものである。炭素およびマンガンは何れ
もマトリックスの強化元素であり、含有量がそれぞれ０
．３５％および０．４０％未満であると、硬質粒子の保
持能力が低下する。炭素が０．３５％未満ではパーライ
トの析出が少なく初晶フェライトが多くなり、マンガン
が０．４０％未満ではフェライト中の固溶マンガンが少
なくなり、かつ初析フェライトが多くなり、何れも強度
低下をもたらす。一方、炭素含有量が０．５５％を越え
るとパーライトの析出が過多となりＳ’ｒＣ等の硬質粒
子が埋め込みにくくなりＳｉｃ等の硬質粒子の細粒化と
ともにＳｉＣ粒子が脱落しやすくなるし、薄肉ライナの
鍔出しに際し塑性加工性の悪化を招く。。

又、マンガン含有量が１．００％を越えると、硬さ力（
必要以上に高くなり、塑性加工性の悪化をまねく。よっ
て、炭素含有量は０．３５〜０．５５％、マンガン含有
量は０．４０〜１．００％とするが、より好ましくは炭
素含有１０．４０〜０．５０％、マンガン含有ｔｏ、４
〜０．８％である。ケイ素は、脱酸元素として必要であ
り、また硬質粒子の埋収性に強い影響をフェライトの形
成元素として必要である。その含有量が０．４０％を越
えると、フェライトの量が過剰になりすぎて、硬質粒子
の脱落が起こり易くなる。

母材の調質状態は、熱間圧延のまま、焼なまし、焼なら
し、焼入れ焼もどし等であるが、初析フェライトとパー
ライトがバランスした組織が得られ昌い点で焼ならしお
よび焼なまし、特に焼ならしが好ましい。焼ならしは８
００〜ｂ 均熱後空冷し、パーライト体積率４０〜６０％、残部初
析フェライト組織が得られるように行なうことが好まし
い。

次いで、本発明に係る組合わせの他方ピストンリングに
ついて述べる。

ピストンリングの特徴はＦｅ　−Ｃ−Ｓｉ　−Ｃｒ合金
粉末とＭｏ粉末とを混合した混合粉末をプラズマ溶射す
ることにあり、その意義はＦｅ−Ｃ−Ｓｉ　−Ｃｒ合金
粉末及びＭｏ粉末とが夫々相互補完的作用によ″って、
ピストンリングのシリンダに対する相性を飛躍的に向上
させ、双方の摩耗を適度にバランスさせると共に耐スカ
ッフィング性を改善し、以って内燃機間の耐久性信頼性
をより高度化するところにある。

次いで、Ｆｅ　−Ｃ−Ｓｉ　−Ｃｒ合金粉末及びＭｏ粉
末の組成限定理由について述べる。

ＣはＣｒとの関係でＣｒをカーバイドの形（ＣｒＦｅ）
　？Ｃ３として固定するのに不可欠の元素であり、Ｃが
８．５重量％未満では（ＣｒＦｅ）　？Ｃ３の絶対量が
不足してピストンリングの耐摩耗性、耐スカッフィング
性に不満足を来たし、９．５重量％を越えると被溶射基
材との密着性を阻害する。遊離炭素（黒鉛）がＦｅ　−
Ｃ−Ｓｉ　−Ｃｒ合金中に発生するおそれがあるので９
．５％以下に留めるのが望ましい。

ＣｒはＦｅ　−Ｃ−Ｓｉ　−Ｃｒ合金の主要成分であり
、強い炭化物形成作用をもつ元素であって、合金中に含
有されるＣの殆んどを（ＣｒＦｅ）　？ＣＩ等の炭化物
として固定する。したがって、これらの炭化物は、Ｆｅ
　−Ｃ−Ｓｉ　−Ｃｒ合金の主要構成要素であり、かつ
若干の組成変化は伴うが混合溶射されたピストンリング
の摺動面中にも介在相として含まれ、シリンダの硬質粒
子に対する耐摩耗性及び耐スカッフィング性を付与する
重要な作用をもつ。上記組成中、遊離黒鉛としてＦｅ−
Ｃ−Ｓｉ　−Ｃｒ合金中に存在することがある若干量の
Ｃは溶射中に燃焼されるので、溶射層には混入されない
。このＦｅ　　Ｃ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末中のＣｒ含有量
は６５重量％未満ではピストンリング摺動面中の炭化物
の硬度、耐熱性等が不足してピストンリング自身の耐摩
耗性及び耐スカッフィング性が低下し、７０重量％を越
えると炭化物として固定されないＣｒがピストンリング
の耐摩耗性が劣化する傾向がある反面、相手シリンダの
摩耗を促進する傾向が現われる。従ってＣｒ含有量は６
５〜７０重量％の範囲とする。

本発明で使用される高炭素低珪素Ｆｅ−Ｃ−Ｓｉ　−Ｃ
ｒ合金粉末はスタンピング法により製造されている。あ
るいはＪＩＳ規格フェロクロムではない特殊フェロクロ
ムとして粟村金属工業株式会社よりＱＣ−クロムの商品
名で製造されている。

ＪＩＳに規定される高炭素フエロクロム（例：ＦＣｒＨ
３：Ｓｔ　２．０％以下、Ｃ：８．０％以下）はα鉄と
（ＣｒＦｅ）　、ｃｓで構成されるが、Ｓｉ含有量が高
い場合、Ｓｉを固溶したα鉄を多く析出する。然し、本
願の場合は１．０％以下とＳｉを低位に留めたためα鉄
の析出がなく殆んどが（ＣｒＦｅ）　？Ｃ３になる。

次にＦｅＣ−Ｃｒ合金粉末を７４μｍ以下の粒度に限定
した理由について述べる。

−ａに溶射層は気孔を有し、これが油溜りとなって耐ス
カッフィング性に貢献するが一方気孔が粗大になると溶
射粒子間の自己結合力が不足して摺動中に溶射粒子が脱
落して摺動面間に介在し、シールリング及び相手シリン
ダが摩耗する結果を招く。そこで潤滑油保持及び双方の
゛摺動面の耐摩耗性の面から気孔率、気孔の大きさ及び
その分布状態を適正に制御すべきであり、これは溶射法
をプラズマ溶射と特定した場合主として溶射材料特に溶
射粉末の粒度に大きく影響されるから前記諸点を勘案し
て７４μｍ以下の粒度に限定した。更に、溶射の作業性
ひいては溶射層の性質も溶射粉末粒度によって影響を受
は余りに微粉になると流動性が低下し、溶射ノズルへの
粉末の安定供給が困難になるのでこの面から２０μｍ以
上の粒度が好ましい。

本発明のシールリングにおいては更にＭｏが混合溶射さ
れる。Ｍｏ単独溶射は耐スカッフィング性に優れている
ものの、耐アブレーシブ摩耗に劣る他、耐酸化性に劣る
ため溶射層内のＭｏ粒子相互の結合力が弱く、応々にし
て眉間剥離を起し易い欠陥がある。

本発明においては、Ｍｏ粉末はＦｅ−Ｃ−Ｓｉ−Ｃｒ合
金粉末との混合粉末としてプラズマ溶射法によって混合
溶射されるから、各溶射粒子は溶融状態において共存し
Ｍｏ粒子自身の低い耐酸化性も緩和される。

Ｍｏ粉末は単独粉末でもよいが、Ｍｏ微粒子を有機その
他のバインダーで結合したＭｏ造粒粉末を使用すれば、
Ｍｏ粒子が微細に分散した溶射層が得られ各溶射粒子間
の結合強度の向上が期待される。しかも単独粉末ではＭ
ｏの昇華性故に使用できない超微粉も造粒することによ
って均−分布性達良好となるので使用可能となる。Ｍｏ
粉末を７４μ以下の粒度としたのは、７４μｍよりも粗
粒であると溶射層の表面気孔率が高くなり耐アブレーシ
ブ摩耗性が劣化する地均−分布性が損われるからである
。

そしてＭｏ粉末の粒度は好ましくは５μｍ以上である。

Ｍｏ造粒粉末の見掛密度を２．５ｇ／ｃＪ以下、好まし
くは２．０〜２．５ｇ／ｃｊ以下とすれば、溶射段階で
Ｆｅ　−Ｃ−Ｓｉ　−Ｃｒ合金粉末とＭ。

粉末との均一分布が良好となり、微粉の造粒粉を使用し
ても溶射の際の流動性悪化による溶射操作トラブルを解
消することが出来る。次にＭｏ粉末混合量の限定理由に
ついては、その混合量が１５％未満ではＭｏ独自の耐ス
カツフイング性、各溶射粒子間の結合強度の向上による
摺動面相互間のアブレーシブな摩耗に対する抵抗性等の
効果が発揮されず、３０％を越えると溶射層の耐酸化性
が劣化して、内燃機関運転中に粒子間結合力が急速に低
下する結果を招きアブレーシブ摩耗を促す。

従って、Ｍｏ粉末の混合量は１５〜３０重景％の重量、
好ましくは１５〜２５重量％の範囲とする。一方、Ｆｅ
−Ｃ−Ｃｒ合金粉末の混合量はＭｏ粉末混合量に見合っ
て７０〜８５重景％、重量しくは７５〜８５重量％であ
る。

シールリングは、母材としての鋳鉄又は鋼材に直接溶射
した場合でも可成りな密着強度を得られるが、より苛酷
な条件下で使用する場合には下地溶射としてＮｉ−Ｍｏ
系合金（Ｍｏ７０％）等を用いてもよい。

以下、実施例により詳しく説明する。

〔実施例〕

本発明の実施例および比較例としてのシリンダライナと
ピストンリングの組合わせを次表に示す。

以下余白 第１表 比較例１の硬質クロムメツキライナ（クロマードライナ
）の作り方は次のとおりである。

加工前熱処理として８００〜８５０℃×３０〜６０分後
、空冷の焼ならしを行ったＳＴＫＭ１５Ａの管素材の内
径を中ぐりしてセミ仕上とし、更にシリンダライナの鍔
出しのためプレス加工を施した管素材に、２００′の粗
砥石で粗ラッピング、次いで６００”の仕上砥石で仕上
ラッピングを施して１０７φ　（外径）×１０５φ　（
内径’）　Ｘ２０３（長さ）＋Ｉｌ／Ｉｌ＋の薄肉ライ
ナを作成した。前記ラッピングの条件としては７０〜１
１００ｒｐ　（回転数）×２０回／分（ストローク）×
１〜３分゛（時間）の条件を用いた。

比較例２および実施例におけるライナの作成方法は次の
とおりである。

規定寸法に加工しかつ脱脂洗滌した１０７φ　（外径）
ｍ／ｍ　Ｘ　１０５φ　（内径）＋／ｍ　Ｘ２０３ｍ／
ｍ（長さ）の鋼製シリンダライナ（材質：第１表記載の
通り）の内周面を平均粒径２２０メツシユのＳｉＣ粒子
を含むスラリーを用いて、ホーニングシュー圧力１．０
ｋｇ／ｊ、回転数ｘストロークＸ時間：　８０　ｒｐｍ
／■１ｎＸ３０回／ｌ１ｌｉｎ×２分の条件で、その内
周摺動面に螺旋状交叉溝を加工すると同時に該溝内及び
プラトー部にＳｉＣ粒子を埋め込み、次いで、平均粒径
４００メツシユのＳｉＣ微粒子を含むスラリーを用い、
ホーニングシュー圧力１．０ｋｓｒ／ａＪ、回転゛数ｘ
ストロークＸ時間：　８０　ｒｐｍ／ａ＋ｉｎ　ｘ　３
０回／ｌｌｌ１ｎ×２分の条件で内周摺動面を研摩仕上
し、最後に灯油で洗滌し常法により脱脂した。

この加工によって得られたシリンダライナの摺動面はＳ
ｉＣ粒子が埋め込み面積率で約６％螺旋状交叉溝及びプ
ラトー部に均一に埋め込まれ、該交叉溝によって囲まれ
た略菱形のプラトー部の占有面積率（プラトー率ンは約
８０％、該プラトー、部の最大表面粗らさは約３μｍ、
であった、一方、本発明のピストンリングセントとして
は、１０５φｆｌＩ／ｌｌ＋（外径）　ｘ２．５　ｍ／
ａ＋（幅）　Ｘ３．５５　ｔｍ／ｍ　　（厚）の球状黒
鉛鋳鉄製ピストンリング（ＴＯＰリング）の外周面に削
設した溝内にＮｉ　−Ｍｏ系合金を約２０μｍの厚さに
下地溶射した後下記に示す組成及び粒度を有するＦｅ　
−Ｃ−Ｓｉ　−Ｃｒ合金粉末及びＭｏ粉末とを混合した
混合粉末をＭＥＴＣＯ７ＭＢガンを用いてプラズマ溶射
し、混合溶射層の厚さが１８０μｍで該溝が完全に充填
され、かつ表面粗らさが０．５〜１．５μｍになるよう
に研摩加工を施し供試ピストンリングとした。又、２ｎ
ｄリングには外周面クロムメツキの鋳鉄製リングを、ｏ
Ｎリングには内外周クロムメツキのコイルエキスパンダ
付鋼製リングを用いた。

各実施例及び比較例に用いた溶射粉末の組成及び粒度は
下記のとおりである。

−ＦＣｒＨ３６３μｍ以下 ６４．２％Ｃｒ、　６．５６％Ｃ，１，６％Ｓｔ・高ク
ロム鋳鉄　６３μｍ以下２０１１ｍ以上３４．８％Ｃｒ
、　５．７４％Ｃ ・Ｆｅ−Ｃ−５ｉ−Ｃｒ　　　６３μｍ以下６６．３％
Ｃｒ、９．１％Ｃ，０，２％Ｓｔ・Ｍｏ粉末（３−５ｔ
ｔｍのＭｏ　ｊｊ１１粉末を有機バインダで造粒） ９９％以上Ｍｏ　　７４＃ｍ以下 ・比較例の硬質クロムめっき：めっき厚さ０．３ｍ／ｍ
硬さＨｖ９６０ 尚、第２表に本発明に係るシールリングと比較例として
のシールリングの各溶射粉末の混合割合、Ｆｅ−Ｃ−Ｃ
ｒ合金粉末との混合粉末のＣ及びＣｒ含有量、各溶射層
の表面気孔率、仕上面の表面粗らさ及び表面硬さを示す
。

第２表 前記処理を施した鋼製シリンダライナと第１表の本発明
及び比較例のピストンリングを組付け、台上耐久摩耗比
較テストを行った結果を第６図に示す。

第７図は本発明に係るピストンリングの＠面図であって
、（８）はピストンリング、（９）は摺動面の溝（１０
）は溶射層を示す。

供試、エンジン及びテスト条件は以下のとおりであった
。

内径（１０５φ−７ｍ）Ｘ工程（１２５ｍ／＠）　Ｘ　
６気筒総排気量６．４９４ＣＣ１７５ＰＳデイ一ゼルエ
ンジン運転条件３１００ｒｐｍ　ｘ全負荷Ｘ　１００”
水温１１０℃　（機関出口） 高水温テスト 第６図において、シリンダライナの摩耗量はＴＯＰリン
グ上死点位置における１００　Ｈｒ当りの各４５°方向
計測値の平均摩耗Ｍ（μｍ）を示し、ピストンリングの
摩耗量はＴＯＰリングの平均外周摩耗量（μｍ）を示す
。又、ライナとリング摩耗量の合計は比較例１の合計摩
耗量（μｍ／１００Ｈｒ）を１００％とした相対値であ
る。

第６図の結果を見ると、現用されているクロマードライ
ナと燐酸塩処理ピストンリングの組合わせである比較例
１はライナ摩耗において極めて優れた性能を示すものの
相手リングを異常に摩耗させ、相性において好ましくな
いことが明瞭に把握される。

比較例２はライナ摩耗およびシリンダ摩耗の両面で比較
例１より劣る性能となっている。

これに対して本発明の実施例ではライナ摩耗およびシリ
ンダ摩耗の両面で最良の結果が得られている。

が飛躍的に改善され、クロマードライナと同等以上の性
能が得られ、しかもクロマードライナのようにめっきの
ための湿式１程に起因する廃液公害がないために、本発
明に係るシリンダとピストンリングとの組合わせは理想
的なものと云うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリンダライナの縦断面図、第２図は本発明に
係るシリンダライナの摺動面を示す第１図のＡ部拡大断
面図、第３図（ａ）は本発明に係るシリンダライナ摺動
面の仕上加工前の表面状況を模型的に示す一部拡大断面
図、第３図（ｂ）は仕上加工後の第３図（ａ）に対応す
る一部拡大断面図、第３図（Ｃ）は硬質粒子がシリンダ
ライナ母材中に埋没した表面状態を示す第３図（ｂ）に
準じた一部拡大断面図、第４図はプラトー率計算法の説
明図、第５図はシリンダライナ摺動面の表面粗らさを示
す説明図、第６図は本発明に係る鋼製シリンダライナと
、本発明及び比較例のピストンリングを組付は台上耐久
摩耗比較テストを行った結果を示すグラフ、第７図は本
発明に係るピストンリングの断面図である。 １ニジリンダライナ、　　２：摺動面、３：油溜′り溝
部、　　　４ニブラド一部、５：硬質粒子、　　　　６
：断面曲線、７：基線、　　　　　　　８：ピストンリ
ング、９：外周摺動面の溝、１０：溶射層、 Ｈ：油溜り溝部の深さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比でＣ０．３５〜０．５５％、Ｓｉ０．４０％
   以下、Ｍｎ０．４０〜１．００％、残部実質的にＦｅか
   らなる組成を有するシリンダの摺動面に特定パターンの
   油溜り溝部が配設されるとともに該溝の内部及びプラト
   ー部に平均粒径３〜２０μｍの硬質粒子が面積率で５〜
   １５％均一に分散埋設されておりかつ上面が平滑化され
   ている摺動面を有するシリンダと、重量比でＣ８．５〜
   ９．５％、Ｃｒ６５〜７０％、Ｓｉ１．０％以下を含有
   し、残部が実質的にＦｅからなる粒度が７４μｍより粗
   粒でない高炭素低珪素Ｆｅ−Ｃ−Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末７
   ０〜８５重量％及び粒度が７４μｍより粗粒でないＭｏ
   粉末１５〜３０重量％の混合粉末をプラズマ溶射してな
   る溶射層を摺動面に形成したピストンリングとからなる
   シリンダとピストンリングの組合わせ。 ２、油溜り溝部の特定パターンが連続及び不連続の螺旋
   状交叉溝状である特許請求の範囲第１項記載のシリンダ
   とピストンリングの組合わせ。 ３、油溜り溝によって囲まれたシリンダ摺動面における
   プラトー部の占有面積率（プラトー率）がプラトー率１
   ．０％の基線から２μｍの深さにおいて７５〜９５％で
   ある特許請求の範囲第１項記載のシリンダとピストンリ
   ングの組合わせ。 ４、硬質粒子がＳｉＣ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｃｒ＿２Ｏ＿
   ３、Ｓｉ＿３Ｎ＿４よりなる群から選ばれた単一粒子で
   ある特許請求の範囲第１項記載のシリンダとピストンリ
   ングの組合わせ。 ５、シリンダ摺動面のプラトー部の最大表面粗らさが３
   〜７μｍ、ピストンリング摺動面の表面粗らさが１．０
   μｍ以下、気孔の深さが２〜５μｍである特許請求の範
   囲第１項記載のシリンダとピストンリングの組合わせ。 ６、ピストンリングの溶射層が高炭素低珪素Ｆｅ−Ｃ−
   Ｓｉ−Ｃｒ合金粉末７５〜８５％、Ｍｏ粉末１５〜２５
   重量％の混合粉末をプラズマ溶射してなる特許請求の範
   囲第１項記載のシリンダとピストンリングの組合わせ。 ７、Ｍｏ粉末が１０μｍ以下のＭｏ微粉末を７４μｍよ
   り粗粒でないようにバインダーで造粒した造粒粉末であ
   る特許請求の範囲第１項記載のシリンダとピストンリン
   グの組合わせ。