JPS59145346A - 内燃機関用ピストンリング - 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】 本発明はセラミック材料を使用して製造した内燃機関用
のピストンリングシニ関する。

実地から鋳鉄または鋼材料からなるピストンリングが公
仰１あるけれど、これらはしばしば付加的にクロムメッ
キされ、またはその摺動面にたとえばモリブデンのよう
な硬質金属被覆を備える。このような提案は西独公開特
許公報第１４２６１２０号公報に見られ、ここにはモリ
ブデンまたはタンタルがピストンリングの摺動面被覆に
提案される。この公開公報のもう１つの提案によればピ
ストンリングは硬物質たとえば金属の炭化物、酸化物、
チツ化物、ホウ化物。

ケイ化物等で被覆される。西独公開特許公報第１９５０
０８］号に含まれる提案によれば油掻取リングの外壁に
切込んだ溝が設けられ、この溝へ溶射またはメタライジ
ングにより金属酸化物または金属炭化物が導入される。

西独特許第２ｆｉ２０１０４号、西独公開特許公報第２
９２６８７９号、第２９３４０２７号、第２９３８１５
１号、第２９４２０３７号、第３０１７９０７号および
第３１０２２２１号に含まれる他の提案によれば、金属
炭化物被覆または金属−金属炭化物混合物被覆が使用さ
れ、どれらはたとえばプラズマ溶射法でピストンリング
の摺動面に被覆される。

これらすべての提案の共通の欠点は熱膨張の異ガる材料
が熱負荷の際異なる膨張率を示し。

そのため被覆層の剥離の危険を有するセラミックー金属
結合の問題にある。この危険はとくに熱伝導の低い材料
マ被覆した場合に太きい。というのはこのようなピスト
ンリングは燃焼過程ｆ発生する熱をシリンダ壁へ導出し
得ないから〒ある。摺動面のみを被覆したピストンリン
グのもう１つの危険はピストンリング溝のピストン材料
とピストンリング材料の間に高温のため融着現象が生じ
、ピストンリングの動きが悪くなることｆある。被覆ピ
ストンの他の欠点は層の複雑な構造およびそのために必
要な複雑な製法ｔある。西独公開特許公報第２９４２０
３７号により公知の比較的高い多孔度に関する要求も不
利であり、この場合２ｏ％ま干の多孔度。

西独公開特許公報第２９４２０３７号によれば３０チま
でも許容される。この比較的多孔度の高い層はもちろん
比較的低い強要を有し、摩耗が太きい。

本発明の目的はセラミック材料〒被覆したピストンリン
グの公知の好ましい滑り特性および良好な緊急運転特性
を前提として前記公知技術の欠点を除去するとと饗ある
。したがって均質構造のためセラミックー金属結合の前
記問題が避けられ、高温負荷の際にも熱的原因の破壊現
象およびピストンリング溝内の融着現象を示さないピス
トンリングを得なければならない。同時に任意の材料の
シリンダライナに対して高い機械的摩耗強度を有し、そ
れによって公知ぎストンリングに比して改善された寿命
を有するピストンリングを得なければならない。

この目的は本発明によりセラミック材料を使用して製造
したピストンリングにおいて、ピストンリングが部分安
定化した酸化ジルコニウム（ｐｓｚ　）の焼結によって
製造した多孔度〈３係の成形体からなり、ピストンリン
グの摺動面が０．０３〜０．１μ扉の平均粗さ値Ｒａを
有することによって解決される。

本発明によるピストンリングは１体の均質な材料からな
るその均一な構造のため、常用ピストンリングによって
公知の被覆剥離の危険が避けられる。部分安定化した酸
化・ジルコニウムからなるぎストンリングの高い熱間強
度によってピストンリング溝との融着現象が発生しない
ことが保証される。部分安定化した酸化ジルコニウムの
使用から得られるもう１つの利点はこの材料が金属ピス
トンリングの場合にしばしば生ずる燃焼ガスから形成さ
れる残渣によるスケール形成の傾向がないことｔある。

しかし本発明の重要な利点は焼結によって製造した部分
安定化した酸化ジルコニウムからなるピストンリングの
高い機械的摩耗強度である。この場合高い摩耗強度は、
焼結した部分安定化した酸化ジルコニウムからなるピス
トンリングが公知金属ピストンリングより硬いけれど、
たとえば焼結した炭化ケイ素より著しく低い硬度を有す
るの〒、意外である。

本発明によるピストンリングの耐摩耗性（二は公知ピス
トンリングに比して著しく低い多孔度、３％とくに１．
５係より低い多孔度がきわめて重要↑ある。この低い多
孔度の値を守る場合のみ、ピストンリングはその摩耗挙
動に十分な組織を有する。

本発明の範囲で部分安定化した酸化ジルコニウムとは正
方晶系変態が析出している立方晶系変態の形ｆ存在する
粒子からなる均質組織を有する酸化ジルコニウムを表わ
す。

有利な実施例によれば本発明のピストンリングはマグネ
シウム、カルシウムまたはイツトリウムの酸化物の１つ
または多数↑安定化され。

その際酸化マグネシウムがとく（二有利であり。

とくに酸化ジルコニウムに対し２．７〜３．２重量％の
量↑使用される。この量の酸化マグネシウム！安定化し
た酸化ジルコニウムは強度したがって摩耗強度が最大で
ある。

本発明のもう１つのとぐに有利な実施例によればピスト
ンリングは個々の変態の割合の合計を１００重量％とし
て、立方晶系変態が８０重隼チ以下、正方晶系変態が２
０〜６０ｆｉ量チおよび単斜晶系変態が６重量％以下で
ある部分安定化した酸化ジルコニウムからなる。このよ
うな部分安定化した酸化・ジルコニウムからなるピスト
ンリングの利点は個々の粒子の分離したがって早期の摩
耗に耐える著しく高い組織均一性にある。

本発明によるピストンリングの優れた性質が何に基くか
はまだ完全に解明されていないけれど１部分安定化した
酸化ジルコニウムの曲げ破壊強度σＢとして測定した高
い強度がこれに関係していると推定される。それゆえ本
発明には少なくとも４００　ＭＰａの曲げ破壊強度を有
する部分安定化した酸化ジルコニウムがとくに適当↑あ
る。

本発明による部分安定化した酸化ジルコニウムからなる
ピストンリングは高い硬度すなわちビッカース硬度（Ｈ
ｖ）として測定して少なくとも１．２　Ｘ　１０’　Ｎ
　／　ｍｍ２．　（７）硬度ノタメ、内燃機関のならし
運転の際シリンダライナとピストンリングの間の本来の
ならし過程はほとんどもっばらシリンダライナで行われ
る。本発明によるピストンリングの均一組成およびその
均一な組織により、ならし運転過程で２つの摩擦部材組
合せすなわちシリンダ壁とピストンリングの不均一な摩
耗の生ずる危険がなくなる。本発明によるピストンリン
グは公知の予防手段すなわちピストンリング（二とぐに
ならし運転過程のために備えるとくに迅速に摩耗する被
覆を設ける必要もない。

本発明（二よるピストンリングのもう１つの利点は鋼リ
ング（ニルして２０％低い重量〒ある。

次に本発明によるピストンリングの有利な実施例を図面
により説明する。

第１図は多孔度１４チ、平均粗さ値Ｒａ（１，Ｑ９μｍ
０）、酸化マグネシウム２．９重量％で部分安定化した
酸化ジルコニウムからなるピストンリングｌの平面図で
ある。ピストンリングはスリット２を有する。

第２図は第１図Ａ−Ｂ線１析面の拡大図である。内側の
切取部３によって１図示されていないシリンダライナと
接触する摺動面４は運転の開田錐形に形成される。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明によるピストンリングの平面図、第２図
は第１図Ａ−Ｂ線断面図１ある。 １・・・イストンリング、２・・・スリット、３・・・
切取部、４・・・摺動面 ニ！ノ ー１叩ｒｇ、２ 第１頁の続き ＠発明者７’イータ−・フィンゲルレ ドイッ連邦共和国ホッポドルフ 、・キルヒハイマー・シュトラ− セ３４ ０発　明　者　ウルリッヒ・クローン ドイツ連邦共和国レオンベルク ・エルスターヴ工−り８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　セラミック材料を使用して製造する内燃機関用ピ
   ストンリングにおいて、ピストンリング（１）が部分安
   定化した酸化ジルコニウムから焼結によって製造した多
   孔度が３％より低い成形体からなり、ピストンリング（
   １〕の摺動面（４）が０．０３〜０．１μｍの平均粗さ
   値Ｒａを有することを特徴とする内燃機関用ピストンリ
   ング。 ２、　　ｆｌＲ化）ルコニウムがマグネシウム、カルシ
   ウムおよびイツトリウムの酸化物の１つまたは多数によ
   って部分安定化されている特許請求の範囲第１項記載の
   ピストンリング。 ３、　部分安定化した酸化・ジルコニウムが個々の変態
   の割合の合計を１００重量％として、立方晶系変態の割
   合が８０重量％以下、正方晶系変態の割合が２０〜６０
   重量％、単斜晶系変態の割合が６重量％以下ｆある特許
   請求の範囲第１項または第２項記載のピストンリング。 ４、　部分安定化した酸化ジルコニウムの曲げ破８壊強
   度σＢが少なくと４４００　ＭＰａである特許請求の範
   囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載のぎストンリン
   グ。