JPH0434268A - 溶射ピストンリング - Google Patents
溶射ピストンリングInfo
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Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高負荷の内燃機関に適した溶射ピストンリング
に関する。
に関する。
Ｃ従来の技術〕
近年の内燃機関は高速、高出力化の傾向が著しい、この
ためピストンリングの受ける負荷はより高温に、より大
きくなってきている。このようなエンジンのピストンリ
ングには、耐摩耗性、耐焼付性、耐食性がより要求され
るため、従来の硬質クロムめっきを施したピストンリン
グを用いることができない。
ためピストンリングの受ける負荷はより高温に、より大
きくなってきている。このようなエンジンのピストンリ
ングには、耐摩耗性、耐焼付性、耐食性がより要求され
るため、従来の硬質クロムめっきを施したピストンリン
グを用いることができない。
従来から、溶射ピストンリングは、自身の耐摩耗性、耐
焼付性、耐食性の優れていることから、硬質クロムめっ
きピストンリングについで用いられている。
焼付性、耐食性の優れていることから、硬質クロムめっ
きピストンリングについで用いられている。
この溶射ピストンリングにあっては、ＭＯ以外の溶射材
料を溶射する場合、′例えば耐摩耗層としてフェロクロ
ムや高クロム鋳鉄系の材料を溶射する場合、母材との密
着性を高めるために、母材と表層の溶射層の間にＡｊ−
Ｎｉ系合金等の下地溶射層を設けるのが一般的である。
料を溶射する場合、′例えば耐摩耗層としてフェロクロ
ムや高クロム鋳鉄系の材料を溶射する場合、母材との密
着性を高めるために、母材と表層の溶射層の間にＡｊ−
Ｎｉ系合金等の下地溶射層を設けるのが一般的である。
一方、溶射層の断面形状に関していえば、第４図のＦｕ
ｌｌ Ｆａｃｅ Ｔｙｐｅ （１はピストンリン
グ母材、２０は母材外周表面に設けた溶射層）はブロー
パイが多くなる欠点があること、及び製造コストが高い
ことのためにほとんど用いられず、第２図のＣｈａｎｎ
ｅｌ Ｔｙｐｅが多く用いられている。第２図におい
て、２はピストンリング母材１の外周面に全周にわたっ
て形成した浅い凹溝、１０は凹溝２内の全表面に設けら
れた下地溶射層、１１は下地溶射層１０上に設けられた
表層の溶射層である。なお、下地溶射層１０と表層の溶
射層１１との結合面はインターロック結合を模式的に示
しである。
ｌｌ Ｆａｃｅ Ｔｙｐｅ （１はピストンリン
グ母材、２０は母材外周表面に設けた溶射層）はブロー
パイが多くなる欠点があること、及び製造コストが高い
ことのためにほとんど用いられず、第２図のＣｈａｎｎ
ｅｌ Ｔｙｐｅが多く用いられている。第２図におい
て、２はピストンリング母材１の外周面に全周にわたっ
て形成した浅い凹溝、１０は凹溝２内の全表面に設けら
れた下地溶射層、１１は下地溶射層１０上に設けられた
表層の溶射層である。なお、下地溶射層１０と表層の溶
射層１１との結合面はインターロック結合を模式的に示
しである。
しかして、従来の溶射ピストンリングは、表層の溶射層
が高融点材料のため、プラズマ溶射法によってもその表
面が多孔質になりやすい、このためその高硬度とあいま
って仕上げ面粗さを１μｍＲｚ以下にすることは、量産
技術上回能である。
が高融点材料のため、プラズマ溶射法によってもその表
面が多孔質になりやすい、このためその高硬度とあいま
って仕上げ面粗さを１μｍＲｚ以下にすることは、量産
技術上回能である。
この仕上げ面粗さの比較的粗いこと、初期なじみ性の乏
しいことから、従来の溶射ピストンリングはシリンダボ
アとピストンリングの間の摩耗係数の高い状態で運転さ
れる期間が長くなり、即ちピストンリングの上下方向の
ツイスト変形の大きい期間が長く続き、溶射層の剥離の
原因となる。
しいことから、従来の溶射ピストンリングはシリンダボ
アとピストンリングの間の摩耗係数の高い状態で運転さ
れる期間が長くなり、即ちピストンリングの上下方向の
ツイスト変形の大きい期間が長く続き、溶射層の剥離の
原因となる。
また、上記二層の溶射ピストンリングは以下に述べるよ
うな不都合の起きることがあった。
うな不都合の起きることがあった。
■下地溶射層の１７−Ｎｉ合金は、硬さがＨ，２００程
度で、表層の溶射層や母材よりも軟らかいので、燃焼生
成物の硬質粉などにより摩耗し易く、下地溶射層が摩耗
するとそこに凹部１２（第３図参照）が形成され、切欠
き作用を生じて溶射層の耐剥離性が劣化する。
度で、表層の溶射層や母材よりも軟らかいので、燃焼生
成物の硬質粉などにより摩耗し易く、下地溶射層が摩耗
するとそこに凹部１２（第３図参照）が形成され、切欠
き作用を生じて溶射層の耐剥離性が劣化する。
■上記の凹部の発生に伴い、硬い表層の溶射層の緑にシ
ャープエツジが形成され、シリンダボアの上死点近傍に
おいて段付き摩耗を生じる原因となる。
ャープエツジが形成され、シリンダボアの上死点近傍に
おいて段付き摩耗を生じる原因となる。
■シリンダボアに段付き摩耗が発生すると、ピストンリ
ングのツイスト変形がより大きくなって、溶射層の板状
Ｍ４＃の原因となる。
ングのツイスト変形がより大きくなって、溶射層の板状
Ｍ４＃の原因となる。
また、下地溶射層の厚さは６０ｐｍ±３０μｍ程度とな
っており、母材との結合力を確保する必要上これを低減
することができない、このことは下地溶射層の上に硬く
脆い表層の溶射層が載っている状態であって、ピストン
リングの変形に伴って、クラックを住し易い硬さ構造で
あるといえる。
っており、母材との結合力を確保する必要上これを低減
することができない、このことは下地溶射層の上に硬く
脆い表層の溶射層が載っている状態であって、ピストン
リングの変形に伴って、クラックを住し易い硬さ構造で
あるといえる。
本発明は上記の欠点を解決した高負荷の内燃機関に適し
た溶射ピストンリングを提供することを目的とする。
た溶射ピストンリングを提供することを目的とする。
第１の本発明の構成は、外周に形成した下層の溶射層の
上に上層の溶射層を設け、上層の溶射層の硬さが下層の
溶射層の硬さよりも低いことを特徴とする。
上に上層の溶射層を設け、上層の溶射層の硬さが下層の
溶射層の硬さよりも低いことを特徴とする。
第２の本発明の構成は、外周に形成した下層の溶射層の
上に上層の溶射層を設け、上層の溶射層の硬さがシリン
ダボアの硬さよりも低（、下層の溶射層の硬さがシリン
ダボアの硬さよりも高いことを特徴とする。
上に上層の溶射層を設け、上層の溶射層の硬さがシリン
ダボアの硬さよりも低（、下層の溶射層の硬さがシリン
ダボアの硬さよりも高いことを特徴とする。
上記下層の溶射層はＣｏ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｃ０−Ｐ合金
、又はｃｏ−Ｎｉ−Ｐ合金よりなるマトリックス中に微
細な硬質粒子が分散された組織を有するのがよく、例え
ばＣｏベースにＷＣ％Ｃｒｔ ０３ ％ Ｃｒ ｓ Ｃ
ｔ ｓ Ｔ １０ を等の硬質粒子が分散したものや、
Ｎｉ−Ｐ、Ｃｏ−Ｐ％Ｃｏ−ＮｉＰのマトリックス中に
ＳｉＣ％Ｓ’ｚＮａ 、ＢＮ等の硬質粒子が分散したも
の（例えば特願平２−７６２３４号参照）がよい。
、又はｃｏ−Ｎｉ−Ｐ合金よりなるマトリックス中に微
細な硬質粒子が分散された組織を有するのがよく、例え
ばＣｏベースにＷＣ％Ｃｒｔ ０３ ％ Ｃｒ ｓ Ｃ
ｔ ｓ Ｔ １０ を等の硬質粒子が分散したものや、
Ｎｉ−Ｐ、Ｃｏ−Ｐ％Ｃｏ−ＮｉＰのマトリックス中に
ＳｉＣ％Ｓ’ｚＮａ 、ＢＮ等の硬質粒子が分散したも
の（例えば特願平２−７６２３４号参照）がよい。
本発明は下層の溶射層の上に、それよりも硬さの低い上
層の溶射層を設けているので、下層の溶射層のみのもの
よりも初期なじみ性が向上する。
層の溶射層を設けているので、下層の溶射層のみのもの
よりも初期なじみ性が向上する。
このためピストンリングの上下方向のツイスト変形は、
初期なじみの進行とともに比較的短時間に小さくなり、
溶射層のＰＡｌｌｌｌが起きにくい。
初期なじみの進行とともに比較的短時間に小さくなり、
溶射層のＰＡｌｌｌｌが起きにくい。
更に、下層の溶射層は上層の溶射層より硬いので、燃焼
生成物の硬質粉などにより優先的に摩耗することがなく
、前述した凹部が形成されず、溶射層の剥離やシャープ
エツジの形成によるシリンダボアの異常摩耗は起きにく
い。
生成物の硬質粉などにより優先的に摩耗することがなく
、前述した凹部が形成されず、溶射層の剥離やシャープ
エツジの形成によるシリンダボアの異常摩耗は起きにく
い。
そして、下層の溶射層がＣｏ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｃｏ−Ｐ
合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｐ合金よりなるマトリックス中
に微細な硬質粒子が分散された組織を有すると、母材と
の結合力が良好であるとともに、耐摩耗性も良好である
。
合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｐ合金よりなるマトリックス中
に微細な硬質粒子が分散された組織を有すると、母材と
の結合力が良好であるとともに、耐摩耗性も良好である
。
以下、本発明の一実施例を説明する０球状黒鉛鋳鉄製の
ピストンリング素材に、外周の溝付は加工後、ブラスト
処理を行った０次いでＭＦ、ＴＣＯ社製の７ＭＣプラズ
マ溶射機を使用して、粒度分布１０〜４４．ｕｍのＷＣ
−１７重量％Ｃｏ（ＷＣ粉末にＣｏをめっきにより被覆
したもの）を溶射した後、火炎溶射機（日本ユテック株
式会社製のテロダインシステム２０００）を用いて、ナ
イロン１１樹脂（日本ユテック株式会社製粉末隊２９３
３０）を溶射し、上層の溶射層を研磨、仕上加工した。
ピストンリング素材に、外周の溝付は加工後、ブラスト
処理を行った０次いでＭＦ、ＴＣＯ社製の７ＭＣプラズ
マ溶射機を使用して、粒度分布１０〜４４．ｕｍのＷＣ
−１７重量％Ｃｏ（ＷＣ粉末にＣｏをめっきにより被覆
したもの）を溶射した後、火炎溶射機（日本ユテック株
式会社製のテロダインシステム２０００）を用いて、ナ
イロン１１樹脂（日本ユテック株式会社製粉末隊２９３
３０）を溶射し、上層の溶射層を研磨、仕上加工した。
第１図に本発明の溶射ピストンリングを示し、２はピス
トンリング母材ｌの外周面に全周にわたって形成した浅
い凹溝、３は凹溝２内の全表面に設けられた下層の溶射
層で耐摩耗性を担い、４は下層の溶射層３上に設けられ
た上層の溶射層で主として初期なじみ性を担う、下層の
溶射層３の厚さは５０μｍ１硬さはＨｖ８５０で、上層
の溶射層４の厚さは１５μｍである。この溶射ピストン
リングの下層の溶射層３と母材ｌとの密着強さは６８Ｍ
Ｐａで、従来下地溶射層として用いられてきた５Ａｊ−
９５Ｎ＋の密着強さ６８ＭＰａと同等であり、母材との
密着性は良好である。
トンリング母材ｌの外周面に全周にわたって形成した浅
い凹溝、３は凹溝２内の全表面に設けられた下層の溶射
層で耐摩耗性を担い、４は下層の溶射層３上に設けられ
た上層の溶射層で主として初期なじみ性を担う、下層の
溶射層３の厚さは５０μｍ１硬さはＨｖ８５０で、上層
の溶射層４の厚さは１５μｍである。この溶射ピストン
リングの下層の溶射層３と母材ｌとの密着強さは６８Ｍ
Ｐａで、従来下地溶射層として用いられてきた５Ａｊ−
９５Ｎ＋の密着強さ６８ＭＰａと同等であり、母材との
密着性は良好である。
従来の溶射ピストンリングの下地溶射層厚さ５０μｍ、
表層の溶射層厚さ１００μｍ、合計１５０μｍと比較し
て、本例の下層の溶射層の厚さは５０μｍ、上層の溶射
層の厚さは１５μｍ、合計６５μｍであり、溶射厚さは
１／２以下に低減された。これにより、生産性が上がり
、溶射層の耐剥離性も向上する。
表層の溶射層厚さ１００μｍ、合計１５０μｍと比較し
て、本例の下層の溶射層の厚さは５０μｍ、上層の溶射
層の厚さは１５μｍ、合計６５μｍであり、溶射厚さは
１／２以下に低減された。これにより、生産性が上がり
、溶射層の耐剥離性も向上する。
なお、上記実施例では、上層の溶射層としてナイロン１
１樹脂を用いたが、上層の溶射層はこれに限ることはな
く、この他例えば銅−ニンケル合金、グラファイト粉末
にニッケルをめっきにより被覆したもの、又はシリコン
−アルミニウム合金とポリエステルの混合材等の軟質の
透隙被削性コーティング材を溶射したものでもよい、こ
の上層の溶射層は、下層の溶射層の表面粗さ、気孔など
を封口し、平滑にするために少なくとも５μｍ以上が必
要である。ただし、初期なじみ代が３０μｍを越えると
、初期の摩耗量が増すので好ましくない、したがって、
上層の溶射層の厚さは５〜３０μｍが好ましい、また、
下層の溶射層の厚さは、）１ｖ７００以上の硬さを有す
る場合、５０．ｕｍで十分である。ｔＳ射方法は上記の
ように溶射材料の融点の関係から、下層の溶射層の場合
、プラズマ溶射等の高出力の溶射法を採用するが、上層
の溶射層は低温度の溶射法を利用できる。
１樹脂を用いたが、上層の溶射層はこれに限ることはな
く、この他例えば銅−ニンケル合金、グラファイト粉末
にニッケルをめっきにより被覆したもの、又はシリコン
−アルミニウム合金とポリエステルの混合材等の軟質の
透隙被削性コーティング材を溶射したものでもよい、こ
の上層の溶射層は、下層の溶射層の表面粗さ、気孔など
を封口し、平滑にするために少なくとも５μｍ以上が必
要である。ただし、初期なじみ代が３０μｍを越えると
、初期の摩耗量が増すので好ましくない、したがって、
上層の溶射層の厚さは５〜３０μｍが好ましい、また、
下層の溶射層の厚さは、）１ｖ７００以上の硬さを有す
る場合、５０．ｕｍで十分である。ｔＳ射方法は上記の
ように溶射材料の融点の関係から、下層の溶射層の場合
、プラズマ溶射等の高出力の溶射法を採用するが、上層
の溶射層は低温度の溶射法を利用できる。
以上説明したように本発明によれば、下層の溶射層の上
に、それよりも硬さの低い上層の溶射層を設けているの
で、初期なじみ性が向上し、溶射層の剥離が起きに（い
。
に、それよりも硬さの低い上層の溶射層を設けているの
で、初期なじみ性が向上し、溶射層の剥離が起きに（い
。
更に、下層の溶射層は上層の溶射層より硬いので、凹部
が形成されず、溶射層の剥離やシャープエツジの形成に
よるシリンダボアの異常摩耗は起きにくい。
が形成されず、溶射層の剥離やシャープエツジの形成に
よるシリンダボアの異常摩耗は起きにくい。
そして、下層の溶射層をＣ０１Ｎｉ−Ｐ合金、Ｃｏ−Ｐ
合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｐ合金よりなるマトリックス中
に微細な硬質粒子が分散された組織を有するものにすれ
ば、母材との密着性が良好であるとともに、耐摩耗性も
良好である。
合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｐ合金よりなるマトリックス中
に微細な硬質粒子が分散された組織を有するものにすれ
ば、母材との密着性が良好であるとともに、耐摩耗性も
良好である。
第１図は本発明の一実施例を示し、溶射ピストンリング
の一部分を示す断面図、第２図は従来の溶射ピストンリ
ングの一部分を示す断面図、第３図は摩耗した従来の溶
射ピストンリングの一部分を示す断面図、第４図はＦｕ
ｌｌ Ｆａｃｅ Ｔｙｐｅの溶射ピストンリングの
一部分を示す断面図である。 ｌはピストンリング母材、２は凹溝、３は下層の溶射層
、４は上層の溶射層。 特許出願人 帝国ピストンリング株式会社代理人
弁理士 岡 部 健 第 図 第３図 第 図 第４図
の一部分を示す断面図、第２図は従来の溶射ピストンリ
ングの一部分を示す断面図、第３図は摩耗した従来の溶
射ピストンリングの一部分を示す断面図、第４図はＦｕ
ｌｌ Ｆａｃｅ Ｔｙｐｅの溶射ピストンリングの
一部分を示す断面図である。 ｌはピストンリング母材、２は凹溝、３は下層の溶射層
、４は上層の溶射層。 特許出願人 帝国ピストンリング株式会社代理人
弁理士 岡 部 健 第 図 第３図 第 図 第４図
Claims (3)
- （１）外周に形成した下層の溶射層の上に上層の溶射層
を設け、上層の溶射層の硬さが下層の溶射層の硬さより
も低いことを特徴とする溶射ピストンリング。 - （２）外周に形成した下層の溶射層の上に上層の溶射層
を設け、上層の溶射層の硬さがシリンダボアの硬さより
も低く、下層の溶射層の硬さがシリンダボアの硬さより
も高いことを特徴とする溶射ピストンリング。 - （３）下層の溶射層がＣｏ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｃｏ−Ｐ合
金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｐ合金よりなるマトリックス中に
微細な硬質粒子が分散された組織を有することを特徴と
する請求項１又は２記載の溶射ピストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14050290A JPH0434268A (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | 溶射ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14050290A JPH0434268A (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | 溶射ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0434268A true JPH0434268A (ja) | 1992-02-05 |
Family
ID=15270134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14050290A Pending JPH0434268A (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | 溶射ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0434268A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000000328A1 (en) * | 1998-06-30 | 2000-01-06 | Nikon Corporation | Surface plate |
| JP2005272971A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Okasugi Kosakusho:Kk | 溶射方法 |
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| JP2021196057A (ja) * | 2020-06-15 | 2021-12-27 | エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・エスイー・ティスクランド | クロスヘッド型ターボ過給式大型２ストロークユニフロー掃気内燃機関のピストンのリングパックで使用されるピストンリング |
-
1990
- 1990-05-30 JP JP14050290A patent/JPH0434268A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20240109967A (ko) * | 2020-06-15 | 2024-07-12 | 만 에너지 솔루션즈, 필리알 아프 만 에너지 솔루션즈 에스이, 티스크란드 | 크로스헤드를 갖는 대형 2행정 터보차징 단류-소기식 내연기관 피스톤의 링 팩에 사용하기 위한 피스톤 링 |
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