JPS6346682Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はピストンリングに関し、更に詳述すれ
ば、上、下面の耐摩耗性に優れると共に、ピスト
ンのリング溝上、下側面を摩耗させることの少な
い内燃機関用圧力リングに関する。

内燃機関の運転中、ピストンのリング溝の上、
下側面と、リング溝に嵌合されたピストンリング
の上、下面との間で、ピストンの上下運動による
叩かれ及びピストンリングの回転による摺動によ
つて摩耗が起る。近年、内燃機関特に空冷４サイ
クルエンジンは高速、高負荷となるに伴つて、ピ
ストンやピストンリングにかかる負荷が大きくな
り、ピストンのリング溝の上、下側面やピストン
リングの上、下面の摩耗が大きくなる傾向にあ
る。特にピストンは殆どがアルミニウム合金で造
られており、ピストンリングの内、圧力リング特
に第１圧力リングは熱負荷の増大によつて局部的
な溶着が多発し、ピストンのリング溝の上、下側
面やピストンリングの上、下面の摩耗を増大させ
る要因となる。これらの摩耗はシール性を低下さ
せ、ガスの吹抜け、馬力の低下の原因となるの
で、その対策として上、下面に硬質クロムめつき
を施したピストンリングが一部に採用されている
が、自身の摩耗は減少するものの、相手ピストン
の摩耗は減少せず、充分な対策とはなつていな
い。

本考案は上記の問題点を解消し、ピストンのリ
ング溝を摩耗させず、而も自身の摩耗も少ない内
燃機関用圧力リングを提供することを目的として
おり、少なくとも上、下面に厚さ１〜20μｍの実
質的に純鉄からなる鉄めつき層を有する内燃機関
用圧力リングに関する。

考案者は研究の結果、圧力リングの上、下面に
鉄めつきを施すことにより、内燃機関の運転中圧
力リングの上、下面とピストンのリング溝上、下
側面との間に起る局部的な溶着が防止され、その
結果、圧力リングの上、下面及びピストンのリン
グ溝上、下側面の摩耗が著しく減少することを見
出した。

その理由は、圧力リング特に第１圧力リングは
内燃機関の運転中に甚だしくは300℃程度の温度
に迄加熱されて鉄めつき層の表面に均一に酸化鉄
の極めて薄い皮膜が容易に生成され、これが圧力
リングの上、下面とピストンのリング溝上、下側
面との間に起る溶着を防ぐためと考えられる。圧
力リングの材料には一般に鉄鋼材料特に鋳鉄が使
用されており、還元作用を有する炭素を含んでい
るので、圧力リング表面に上記の酸化鉄皮膜が生
成されないか、これが生成されるとしても直ちに
還元されて少なくともその一部は消失してしま
う。これに対して鉄めつき層は実質的に純鉄から
なつているので、生成された酸化鉄皮膜は消失す
ることがないからである。なお、上、下面に炭化
珪素のような硬質の微粒子を分散させた鉄めつき
層を形成させて耐摩耗性を改善したピストンリン
グもあるが、このようなピストンリングは圧力リ
ングに使用した場合、特に熱負荷が増大すると、
炭化珪素微粒子が折角生成された酸化鉄皮膜を局
部的に剥落させ、溶着防止の効果が不充分になつ
てしまう。

鉄めつき層の厚さは1μ未満ではめつき層の厚
さを均一にすることが困難で、前述した効果を持
続させるためには少なくとも1μは必要である。
他方、これが20μを越えると、鉄めつき層が剥離
し易くなり、まためつき処理のコストが高くな
る。従つて鉄めつき層の厚さは１〜20μの範囲と
するのが良い。

鉄めつきの方法は通例の鉄めつき法によれば良
く、その厚さは容易に制御することができる。

なお、圧力リングには外周面に硬質クロムめつ
きを施して外周面の耐摩耗性を改善したものが広
く使用されているが、鉄めつきを施するに当つて
外周面をマスクしない限り、上、下面と共に外周
面にもクロムめつき層の上に鉄めつき層が形成さ
れる。この外周面の鉄めつき層は、外周面仕上げ
加工に際して研削除去しても良いし、外周面のク
ロムめつき層の上に残しておいても良い。後者の
場合は圧力リング外周面とシリンダ内周面との間
の初期馴染み性を改善して初期のシール性を良好
にする効果が期待できる。

本考案に係る圧力リングを図解的に縦断面図で
第１図〜第３図に示す。第１図は硬質クロムめつ
きを施していない態様を示し、圧力リング１の
上、下面に鉄めつき層２が形成されている。第２
図は外周面に硬質クロムめつき層１３を有する態
様を示す。１２は圧力リング１１の上、下面に形
成されている鉄めつき層である。第１図及び第２
図はいずれも鉄めつき処理時に形成された外周面
の鉄めつき層を研削除去した態様を示す。第３図
は外周面の硬質クロムめつき層２３の上に鉄めつ
き層２４を残存させた態様を示す。２２は圧力リ
ング２１の上、下面に形成されている鉄めつき層
である。第１図〜第３図に於いて、５、１５及び
２５は圧力リングの内周面に形成された鉄めつき
層で、これらは不要のものであるが、鉄めつき処
理時に同時に形成されたものである。

次に実施例について説明する。

実施例 １ 焼戻マルテンサイト基地の球状黒鉛鋳鉄を材料
として、56.5mm×1.2mm×2.5mmの第２図に示す上、
下面に厚さ7.5μの鉄めつき層を形成させたバレル
フエイス形圧力リングを製作し、これを第１圧力
リングに使用し、ローエツクス合金製ピストンに
嵌装して排気量125c.c.、12.5馬力、１気筒の空冷
４サイクルガソリンエンジンに組込み、プラグ座
温度238〜240℃、潤滑油温度140〜142℃、回転数
9500rpm、全負荷の条件で１時間運転のベンチテ
ストを行い、第１圧力リング上、下面のピストン
材料の溶着面積率を測定した。第２圧力リングに
はねずみ鋳鉄製テーパフエイスリング、油掻きリ
ングには鋼製組合せリングを使用した。比較のた
めに、上、下面に炭化珪素微粒子を分散させた鉄
めつき層を有する第１圧力リング及び上、下面に
めつきを施していない第１圧力リングを使用して
同様の試験を行つた。試験は同種の第１圧力リン
グについて各々２回づつ行つた。

試験結果は第４図に示す通りである。第４図か
ら、上、下面にめつきを施していない比較圧力リ
ングは、相手ピストン材の溶着が約30％の面積率
で認められ、上、下面に炭化珪素微粒子を分散さ
せた鉄めつき層を有する比較圧力リングは、溶着
が面積率10％前後と耐溶着性が大幅に改善されて
いる。これら比較圧力リングに対して本考案圧力
リングはピストン材の溶着が認められず、一層優
れた耐溶着性を有することが判る。

実施例 ２ プラグ座温度を248〜250℃に、潤滑油温度を
149〜150℃に夫々上げ、その他は前記実施例１に
於けると同一条件の試験を行つた。

試験結果は第５図に示す通りである。前記実施
例１の結果と同様の傾向にあるが、比較圧力リン
グは熱負荷の若干の増大によつて、第４図と比較
するといずれも溶着が促進されているのに対し、
本考案圧力リングは前記実施例１に於けると同様
に溶着を認めず、熱負荷の増大によつてもなお優
れた耐溶着性を示している。

実施例 ３ プラグ温度を230〜235℃に、潤滑油温度を130
〜135℃に、運転時間を50時間に採り、その他は
前記実施例１に於けると同一条件のベンチテスト
を行つて、ピストンのリング溝上、下側面の溶着
による局部摩耗の深さを測定した。

試験結果は第６図に示す通りである。第６図か
ら上、下面にめつきを施していない比較圧力リン
グは相手ピストンのリング溝上、下側面の摩耗が
最も大きく、上、下面に炭化珪素微粒子を分散さ
せた鉄めつき層を有する比較圧力リングはこれが
１／４程度に減少しており、耐溶着性が大幅に改善
されている。これらに対して本考案圧力リングは
相手ピストンのリング溝の局部摩耗が認められ
ず、一層優れた耐溶着性を有することが判る。

実施例 ４ プラグ座温度を240〜245℃に、潤滑油温度を
135〜140℃に夫々上げ、その他は前記実施例３に
於けると同一条件の試験を行つた。

試験結果は第７図に示す通りである。第７図を
前記第６図と比較すると、上、下面にめつきを施
していない比較圧力リングは熱負荷の若干の増大
によつて相手ピストンのリング溝の摩耗が倍増し
ており、上、下面に炭化珪素微粒子を分散させた
鉄めつき層を有する比較圧力リングは相手ピスト
ンのリング溝の摩耗が第６図に比較して僅か増大
している。これらに対して本考案圧力リングは相
手ピストンのリング溝の摩耗が認められないか、
或いはこれが極めて僅かであり、極めて優れた耐
溶着性を示している。

なお、前記実施例に使用した本考案圧力リング
は、いずれも試験後、その上、下面は酸化第二鉄
を除く酸化鉄の皮膜に特有の暗青色を呈してお
り、酸化第一鉄乃至は四三酸化鉄と見られる極め
て薄い皮膜が形成されていることが認められた。

以上説明したように、本考案圧力リングを使用
するときは、大きな熱負荷の下でも圧力リングと
アルミニウム合金製ピストンのリング溝との間で
溶着を起すことが殆どなく、両者共に摩耗が著し
く低減されるので、内燃機関の耐久性を著しく改
善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はいずれも本考案の実施態様を
図解的に示す圧力リングの縦断面図である。図
中、１、１１、及び２１は圧力リング、２、１２
及び２２は圧力リングの上、下面に形成された鉄
めつき層、１３及び２３は圧力リングの外周面に
設けられた硬質クロムめつき層、２４は硬質クロ
ムめつき層２３の上に残存させた鉄めつき層であ
る。 第４図〜第７図はベンチテストの結果を示すグ
ラフである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. アルミニウム合金製ピストンに装着されて使用
   される圧力リングであつて、少なくとも上、下面
   に厚さ１〜20μの実質的に純鉄からなる鉄めつき
   層が形成されている内燃機関用圧力リング。