JPS61144470A

JPS61144470A - ピストンリング

Info

Publication number: JPS61144470A
Application number: JP26798084A
Authority: JP
Inventors: Fujio Itabashi; 板橋　不二夫; Hiroshi Hosoo; 細尾　寛; Sakae Minagawa; 皆川　栄
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1986-07-02
Also published as: JPH0239584B2

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】イ、産業上の利用分野本発明はピストンリングに関し、更に詳述すれば、内燃
機関用として特に好適な改良されたピストンリングに関
する。

口、従来技術近年、内燃機関の軽量化と高出力化に伴い、ピストンリ
ングに要求される品質が高度となり、現在、その材料に
は鋼としてはばね鋼等が使用されているが、ピストンリ
ングとして要求される諸特性を必ずしも満足していない
、更に、現在のピストンリングの多くは耐摩耗性を向上
させるために硬質クロムめっきを施しており、めっき処
理に長時間を要することと、廃液処理がコスト高の原因
になっているため、めっきを施さすとも充分使用に耐え
る耐摩耗性を有し、耐熱性や靭性に優れるピストンリン
グの開発が望まれている。

ハ、発明の目的本発明は上記に鑑みてなされたものであって、ピストン
リングに要求される諸特性を備え、硬質クロムめっきを
施さすとも充分な耐摩耗性を有するピストンリングを提
供することを目的としている。

二、発明の構成即ち、本発明の第１の発明は、炭素０．６０〜０．８５
重量％、珪素０．２〜１．０重量％、クロム１７．０〜
１８．０重量％、モリブデン０．８〜１．５重量％、バ
ナジウム０．０５〜０．１５重量％、残部が実質的に鉄
からなるピストンリングに係る。

本発明の第２の発明は、炭素０．６０〜０．８５重量％
、珪素０．２〜１．０重量％、クロム１７．０〜１８．
０重量％、七渣ブデン０．８〜１．５重量％、バナジウ
ム０．０５〜０．１５重量％、残部が実質的に鉄からな
り、少なくとも外周面に窒化層を有するピストンリング
に係る。

先ず、第１の発明について説明する。

炭素は鉄、クロム、モリブデン、バナジウムと共に炭化
物を形成して耐摩耗性に寄与する。これが０．６０重量
％（以下、重量％を単に「％」で表わす。）未満では炭
化物の形成量が不足で上記効果が不充分であり、０．８
５％を越えると靭性が低下するようになるので、その範
囲を０．６０〜０．８５％とする。

珪素は耐熱性を改善するが０．２％未満ではこの効果が
不充分であり、１．０％を越えると脆化させるようにな
るので、その範囲を０．２〜１．０％とする。

クロムは炭化物を形成して耐摩耗性及び耐スカツフ性に
寄与する。また、第２の発明にあっては窒化層の硬度を
昇げて耐スカツフ性を改善する。

これが１７．０％未満では炭化物の硬度が低く、耐摩耗
性、耐スカツフ性に与える効果が不充分であり、１８．
０％を越えると冷間加工性が著しく損われるようになる
ので１７．０〜１８．０％の範囲とする。

モリブデンは炭化物を形成して耐摩耗性に寄与し、第２
の発明にあってはクロムによる脆化を防ぐと共に窒化層
の硬度を昇げて耐スカツフ性を改善する。これが０．８
％未満では上記効果が不充分であり、１．５％を越えて
多量に含有させてもその効果の増大は顕著ではないので
、０．８〜１．５％の範囲とする。

バナジウムは炭化物を形成して耐摩耗性を改善し、更に
、焼戻し軟化に対する抵抗力を付与する。

４！ｃＰｍ某ｔｏ、ｏｓ％未満では上記効果が不充分で
あり、０．１５％を越えても、効果の増大は顕著ではな
いので、その範囲を０．０５〜０．１５％とする。

次に第２の発明について説明する。第２の発明は上記第
１の発明に係るピストンリングに窒化層処理を施してそ
の少なくとも摺動面（ピストンリングの外周面）に窒化
層を成形させることにより、耐スカツフ性や耐摩耗性の
一層改善されたピストンリングに係る。窒化処理として
はガス窒化、ガス軟窒化、塩浴窒化、イオン窒化等いず
れの窒化法によることができる。

ホ、実施例次に実施例について説明する。

第１の発明の試料として、０．６６％Ｃ，０，７０％Ｓ
ｔ、１７．５６％Ｃｒ、１．１２％Ｍｏ、０．１３％Ｖ
、残部実質的にＦｅよりなる合金鋼を、第２の発明の試
料として上記の合金鋼に通例のガス窒化処理を施した試
料を、比較材としてオイルテンパーを施した弁ばね用銅
ｓｗｏｓｃ−ｖを、同じく比較材として硬質クロムめっ
きを施した鋳鉄を用意し、以下の試験を行った。　　　
・（１）　　摩耗試験試験装置は第１図に要部を図解的に示すもので、ステー
タホルダ１に取外し可能に取付けられた直径８０鶴の円
板２の中央には裏側から注油孔３を通して潤滑油が注油
される。ステータホルダ１には図示省略した油圧装置に
よって図に於いて右方に向けて所定圧力で押圧力が作用
するようにしである。円板２に相対向してロータ４があ
り、図示省略した駆動装置によって所定速度で回転する
ようにしである。ロータ４に取外し可能に取付けられた
試験片保持具５には５ｍｍ角、高さＩｏｎの試験片６が
同心円上に等間隔に４個取付けである。このような装置
に於いてステータホルダ１に所定の押圧力をかけ、所定
の面圧で円板（相手材）２と試験片６とが接触するよう
にしておいて、注油孔３から摺動面に所定給油速度で給
油しながらロータ４を回転させる。このような試験装置
によって試験を行い、試験後、試−駒片６を取外して摩
耗による高さ寸法の減少を測定した。試験片６の内、表
面処理を施したものについては、その表面層を円板２に
接触させた。

試験条件は次に示す通りである。相手円板材料：シリン
ダライナ用鋳鉄ＦＣ２５、摩擦速度：　３ｍ　／ｓｅｃ
５ｍ　／ｓｅｃ　、潤滑油及び給油条件：アルミナ粉ｌ
（粒度５’５０．ｃｚｍ）　　Ｉｇ　／ｊ！入り＃３０
モーターオイル、油温８０℃、３５０〜４００ｃｃ／ｍ
ｉｎ　、接触面圧：１００ｋｇ／ａｄ、摩擦距離：３０
ｋｍ。

試験結果は第３図に示す通りである。同図から解るよう
に、第１の発明に係るピストンリングの材料は比較のｓ
ｗｏｓｃ−ｖに比べて遥かに摩耗量が少なく、従来から
耐摩耗性に優れるといわれているクロムめっき層と同等
の耐摩耗性を示しており、窒化層を有する第２の発明に
係るピストンリングの材料はクロムめっき層よりも摩耗
量が少なくなっており、一層耐摩耗性が改善されている
。

（２）　　スカッフ試験試験は前記摩耗試験に使用した試験装置により、次のよ
うな方法で行った。即ち、前記摩耗試験に於けるように
、試験片６を円板２に摺動させ、一定時間毎にステータ
ホルダ１に作用する圧力を階段的に増加していき、試験
片６の円板２との間の摩擦によってステータホルダ１に
生ずるトルク（摩擦力）Ｔを、第１図のｎ−ｎ線に沿う
矢視側面図である第２図に示すスピンドル７を介してロ
ードセル８に作用せしめ、その変化を動歪計９で読み、
記録計１０に記録させる。トルクＴが急激に上昇したと
き、スカッフが生じたものとし、そのときの接触面圧を
以ってスカッフ発生面圧とし、その大小を以って耐スカ
ツフ性の良否を判断する。

試験条件は次に示す通りである。摩擦速度：８ｍ　／ｓ
ｅｅ　、潤滑油：モータオイル＃３０、接触面圧：４０
ｋｇ／ｃ＋＋ｔから３分間経過毎に１０ｋｇ／ｄづつ上
昇、その余の条件は前記摩耗試験に於けると同様である
。

試験結果は第４図に示す通りである。同図から解るよう
に、第１の発明に係る試料は硬質クロムめっき層と同程
度のスカッフ発生面圧を示している。窒化層が形成され
ている第２の発明に係るピストンリングの材料は第１の
発明に係るそれよりも一層耐スカソフ性が改善されてい
る。

（３）張力減退試験？６．０ｆＩＸ　１．２ｍｍＸ　３．１ｍｍのプレーン
形圧力リングによってＪＩＳ　　Ｂ　　８０３２ｒピス
トンリング」に規定されている張力減退試験を行った。

加熱温度は規定通りの３００℃としたが、加熱時間は規
格の１時間のほかに５時間及び１０時間についても行っ
た。

ストンリングは、いずれも張力減退度が極めて低く、優
れた耐熱性を有することが解る。（ＪＩＳ規格では３０
０℃、１時間の加熱で１０％以下と規定されている。）張力減退試験に供した第１の発明に基くピストンリング
は、第６に示すように、前述した化学組成の材料１１か
らなっている。

同じく第２の発明に基くピストンリングは、第７図に示
すように、窒化処理によって外周面及び内周面には母材
１１上に窒化層１２ａ、１２ｃが夫々形成されている。

内周面の窒化層１２ｃは、（図示せず）と摺接するので
、有効である。）が、窒化処理時に外周面の窒化層１２
ａと同時に形成されたものである。また、窒化処理に際
しては、ピストンリングを多数上、下面を合わせてスタ
ックしておいて窒化処理を施したため、上、下面には窒
化層が形成されていない。

然し、ピストンリングを上記のようにスタックしないで
窒化処理を施せば、第８図のように、内、外周面のほか
に上、下面にも窒化層１２ｂが形成され、ピストンのリ
ング溝側面（図示せず）との間の耐摩耗性が改善される
。

おり、その第２の発明に係るピストンリングの材料は更
に一層耐摩耗性、耐スカツフ性が改善されている。また
、いずれも優れた耐熱性を有していて、これらの材料で
製造されたピストンリングは張力減退度が極めて低い。

従って、本発明に基くピストンリングを使用するときは
、ピストンリングの耐久性が著しく向上していて、内燃
機関のオーバーホールから次のオーバーホール塩の所謂
開放期間が大幅に延長され、産業上の利用価値は大きい
。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示すものであって・第１図は摩耗試験及びスカッフ試験に使用した試験装置
の要部を示す部分断面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線に沿う矢視側面図、第３図は
摩耗試験の結果を示すグラフ、第４図はスカッフ試験の
結果を示すグラフ、第５図は張力減退試験の結果を示す
グラフ、第６図、第７図、及び第８図はピストンリング
（圧力リング）の断面図である。なお、図面に示された符号に於いて、１・・・・・・・・・ステータホルダ２・・・・・・・・・円板（相手材）３・・・・・・・・・注油孔４・・・・・・・・・ロータ５・・・・・・・・・試験片保持具６・・・・・・・・・試験片７・・・・・・・・・スピンドル８・・・・・・・・・ロードセル９・・・・・・・・・動歪計１０・・・・・・記録針１１・・・・・・母材１２ａ、１２ｂ、１２　ｃ　・・・・・・窒化層である
。

Claims

【特許請求の範囲】１　炭素０．６０〜０．８５重量％、珪素０．２〜１．
０重量％、クロム１７．０〜１８．０重量％、モリブデ
ン０．８〜１．５重量％、バナジウム０．０５〜０．１
５重量％、残部が実質的に鉄からなるピストンリング。２　炭素０．６０〜０．８５重量％、珪素０．２〜１．
０重量％、クロム１７．０〜１８．０重量％、モリブデ
ン０．８〜１．５重量％、バナジウム０．０５〜０．１
５重量％、残部が実質的に鉄からなり、少なくとも外周
面に窒化層を有するピストンリング。