JP2000088102A - 耐摩環 - Google Patents
耐摩環Info
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- JP2000088102A JP2000088102A JP26437798A JP26437798A JP2000088102A JP 2000088102 A JP2000088102 A JP 2000088102A JP 26437798 A JP26437798 A JP 26437798A JP 26437798 A JP26437798 A JP 26437798A JP 2000088102 A JP2000088102 A JP 2000088102A
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- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストンリングへのアルミ凝着の問題、トッ
プリング溝の摩耗を低減し、熱伝導性等の問題を解決す
る耐摩環の提供。 【解決手段】 耐摩環10はピストン3とは異種材料で
あり、ピストンリング溝8面全体に固着され、ピストン
リング7を装着する。製造に際し、溶融したアルミニウ
ム−珪素合金を噴霧化し急冷凝固させて粉末を製造す
る。この粉末は押出成形され管状となり、これをベース
に耐摩環が構成される。耐摩環の組成は珪素15〜40
重量%、鉄1.0〜10.0重量%、銅0.5〜5重量
%、マグネシウム0.1〜3.0重量%、ジルコニウ
ム、ニッケル、マンガン及び亜鉛の合計で3重量%未
満、硬質粒子1〜10重量%、固体潤滑剤1〜10重量
%、残部アルミニウムであり、硬質粒子、固体潤滑剤の
平均粒径はそれぞれ5μmである。
プリング溝の摩耗を低減し、熱伝導性等の問題を解決す
る耐摩環の提供。 【解決手段】 耐摩環10はピストン3とは異種材料で
あり、ピストンリング溝8面全体に固着され、ピストン
リング7を装着する。製造に際し、溶融したアルミニウ
ム−珪素合金を噴霧化し急冷凝固させて粉末を製造す
る。この粉末は押出成形され管状となり、これをベース
に耐摩環が構成される。耐摩環の組成は珪素15〜40
重量%、鉄1.0〜10.0重量%、銅0.5〜5重量
%、マグネシウム0.1〜3.0重量%、ジルコニウ
ム、ニッケル、マンガン及び亜鉛の合計で3重量%未
満、硬質粒子1〜10重量%、固体潤滑剤1〜10重量
%、残部アルミニウムであり、硬質粒子、固体潤滑剤の
平均粒径はそれぞれ5μmである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐摩環に関し、特にディ
ーゼルエンジン用及び高出力ガソリンエンジン用の耐摩
環に関する。
ーゼルエンジン用及び高出力ガソリンエンジン用の耐摩
環に関する。
【0002】
【従来の技術】近年のエンジンの軽量化及び放熱性を高
める目的から、アルミニウム合金製のエンジンが一般化
しつつあり、ピストンもアルミニウム合金製としてい
る。一方で、エンジン高出力化の要請に伴い、エンジン
は高温の燃焼温度にさらされ、またピストンリング材に
も厳しい耐摩耗性が要求されている。そのためピストン
リングを装着するためのピストンリング溝は、硬度の高
いピストンリングの端面で叩きを受けるので、通常のア
ルミ合金ではピストンリング溝のへたりや変形が生じる
おそれがある。特にディーゼルエンジンのトップリング
は、燃焼圧が直接作用するので、トップリング溝はピス
トンリングの衝撃の繰り返しでへたり摩耗が生じ、ガス
漏れやオイル漏れが生じると、エンジン出力の低下を来
たすこととなる。
める目的から、アルミニウム合金製のエンジンが一般化
しつつあり、ピストンもアルミニウム合金製としてい
る。一方で、エンジン高出力化の要請に伴い、エンジン
は高温の燃焼温度にさらされ、またピストンリング材に
も厳しい耐摩耗性が要求されている。そのためピストン
リングを装着するためのピストンリング溝は、硬度の高
いピストンリングの端面で叩きを受けるので、通常のア
ルミ合金ではピストンリング溝のへたりや変形が生じる
おそれがある。特にディーゼルエンジンのトップリング
は、燃焼圧が直接作用するので、トップリング溝はピス
トンリングの衝撃の繰り返しでへたり摩耗が生じ、ガス
漏れやオイル漏れが生じると、エンジン出力の低下を来
たすこととなる。
【0003】この問題を解決するために、ピストンリン
グ溝にピストン材料よりは高強度の材料にて耐摩環を固
着し、ピストンリングを耐摩環により支持する構成が提
案されている。例えば、ディーゼルエンジン用のトップ
リング溝には、ニレジスト合金により構成されるインサ
ート(耐摩環)を鋳ぐるんだピストンが提案されてお
り、この耐摩環によってシリンダ内におけるピストン摺
動時のピストンリング溝の摩耗を防止している。
グ溝にピストン材料よりは高強度の材料にて耐摩環を固
着し、ピストンリングを耐摩環により支持する構成が提
案されている。例えば、ディーゼルエンジン用のトップ
リング溝には、ニレジスト合金により構成されるインサ
ート(耐摩環)を鋳ぐるんだピストンが提案されてお
り、この耐摩環によってシリンダ内におけるピストン摺
動時のピストンリング溝の摩耗を防止している。
【0004】また特開昭58−93835号公報では、
アルミナ−シリカ繊維を複合化したアルミニウム基MM
C材(金属マトリックス複合材)からなる耐摩環が提案
されており、また特開平6−264079号公報では、
炭素質粉末と金属で被覆した固体潤滑材とアルミニウム
基金属からなる摺動部材が提案されている。
アルミナ−シリカ繊維を複合化したアルミニウム基MM
C材(金属マトリックス複合材)からなる耐摩環が提案
されており、また特開平6−264079号公報では、
炭素質粉末と金属で被覆した固体潤滑材とアルミニウム
基金属からなる摺動部材が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしニレジスト合金
により耐摩環を構成する場合には、鋳造品であるため材
料費が高くなりかつ歩留まりが悪く加工性も悪く、総合
的にコスト高となっていた。さらに鋳ぐるみ性を向上さ
せるためにアルミナイズ処理が必要不可欠であり、また
鉄合金のため密度が高くなりエンジン性能の低下を招い
ていた。また熱伝導率も今一つ不充分であった。
により耐摩環を構成する場合には、鋳造品であるため材
料費が高くなりかつ歩留まりが悪く加工性も悪く、総合
的にコスト高となっていた。さらに鋳ぐるみ性を向上さ
せるためにアルミナイズ処理が必要不可欠であり、また
鉄合金のため密度が高くなりエンジン性能の低下を招い
ていた。また熱伝導率も今一つ不充分であった。
【0006】一方特開昭58−93835号公報に記載
されているように、アルミニウム基MMC材により耐摩
環が構成される場合には、近年のディーゼルエンジンの
出力向上とそれに伴うピストンリング溝部の温度上昇に
より、ピストンリング溝とピストンリングとの間で相互
に発生する凝着(アルミ凝着)が生じていた。即ちピス
トンリング溝が高温と叩きとにより軟化してピストンリ
ングの端面に固着することである。この現象は特に、ピ
ストンリングの下面側(燃焼室と対向していない側)で
顕著である。
されているように、アルミニウム基MMC材により耐摩
環が構成される場合には、近年のディーゼルエンジンの
出力向上とそれに伴うピストンリング溝部の温度上昇に
より、ピストンリング溝とピストンリングとの間で相互
に発生する凝着(アルミ凝着)が生じていた。即ちピス
トンリング溝が高温と叩きとにより軟化してピストンリ
ングの端面に固着することである。この現象は特に、ピ
ストンリングの下面側(燃焼室と対向していない側)で
顕著である。
【0007】また特開平6−264079号公報に記載
されている材料では、トップリング溝用の耐摩環として
は耐熱性が十分でなく、また強度も十分ではなかった。
されている材料では、トップリング溝用の耐摩環として
は耐熱性が十分でなく、また強度も十分ではなかった。
【0008】そこで本発明は、ピストンリングへのアル
ミ凝着の問題が生じず、トップリング溝の摩耗を低減
し、熱伝導性、加工性等の問題を解決する耐摩環を提供
することを目的とする。
ミ凝着の問題が生じず、トップリング溝の摩耗を低減
し、熱伝導性、加工性等の問題を解決する耐摩環を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、内燃機関のピストンとは異なる材料で形
成され、ピストンリング溝面全体に固着されてシリンダ
ライナに対して摺動するピストンリングを装着する耐摩
環において、組成が、珪素を15〜40重量%、鉄を
1.0〜10.0重量%、銅を0.5〜5重量%、マグ
ネシウムを0.1〜3.0重量%、ジルコニウム、ニッ
ケル、マンガン及び亜鉛の合計が3.0重量%未満、残
部アルミニウムであるアルミニウム合金体からなり、該
アルミニウム合金体は、上記組成からなる溶融したアル
ミニウム合金を急冷凝固させてアルミニウム合金粉末を
製造し、次に該アルミニウム合金粉末を押出成形させる
ことにより製造される耐摩環を提供している。
に、本発明は、内燃機関のピストンとは異なる材料で形
成され、ピストンリング溝面全体に固着されてシリンダ
ライナに対して摺動するピストンリングを装着する耐摩
環において、組成が、珪素を15〜40重量%、鉄を
1.0〜10.0重量%、銅を0.5〜5重量%、マグ
ネシウムを0.1〜3.0重量%、ジルコニウム、ニッ
ケル、マンガン及び亜鉛の合計が3.0重量%未満、残
部アルミニウムであるアルミニウム合金体からなり、該
アルミニウム合金体は、上記組成からなる溶融したアル
ミニウム合金を急冷凝固させてアルミニウム合金粉末を
製造し、次に該アルミニウム合金粉末を押出成形させる
ことにより製造される耐摩環を提供している。
【0010】ここで、前記アルミニウム合金粉末には、
炭化珪素及びアルミナからなる硬質粒子の合計が1〜1
0重量%含有され、該炭化珪素、アルミナの平均粒径は
5μm以下であるのが好ましい。また、前記アルミニウ
ム合金粉末には、グラファイト、硫化物及びフッ化物か
らなる固体潤滑剤の合計が1〜10重量%含有され、該
グラファイト、硫化物、フッ化物の平均粒径は5μm以
下であるのが好ましい。
炭化珪素及びアルミナからなる硬質粒子の合計が1〜1
0重量%含有され、該炭化珪素、アルミナの平均粒径は
5μm以下であるのが好ましい。また、前記アルミニウ
ム合金粉末には、グラファイト、硫化物及びフッ化物か
らなる固体潤滑剤の合計が1〜10重量%含有され、該
グラファイト、硫化物、フッ化物の平均粒径は5μm以
下であるのが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による耐摩環
について図1乃至図3に基づき説明する。
について図1乃至図3に基づき説明する。
【0012】図1はディーゼルエンジンの要部を示して
おり、鋳造されたクランクケース2内にシリンダライナ
6を内周面側に圧入したライナ4が設けられ、このシリ
ンダライナ6内にアルミ合金製のピストン3が摺動可能
に案内されている。クランクケース2内でシリンダ胴4
の周りには、シリンダ冷却用ウォータージャケット5が
形成されている。またクランクケース2の上部には、シ
リンダヘッド1が設けられ、ピストン3の上面との間で
燃焼室が画成される。またピストンの上部側には複数の
ピストンリング7が装着されている。
おり、鋳造されたクランクケース2内にシリンダライナ
6を内周面側に圧入したライナ4が設けられ、このシリ
ンダライナ6内にアルミ合金製のピストン3が摺動可能
に案内されている。クランクケース2内でシリンダ胴4
の周りには、シリンダ冷却用ウォータージャケット5が
形成されている。またクランクケース2の上部には、シ
リンダヘッド1が設けられ、ピストン3の上面との間で
燃焼室が画成される。またピストンの上部側には複数の
ピストンリング7が装着されている。
【0013】図2に示されるように、ピストンリング7
を装着するためのリング溝8が、ピストン3の外周面に
環状に形成されている。リング溝8は上面、下面、底面
からなる断面コの字状をしており、リング溝8にはピス
トンより高強度材料により形成される断面コの字状の耐
摩環10が固着されている。ピストン3の摺動に伴いピ
ストンリングとリング溝8との間に相対的移動が生じる
が、耐摩環10によりピストンリング溝の摩耗やへた
り、変形が防止できる。
を装着するためのリング溝8が、ピストン3の外周面に
環状に形成されている。リング溝8は上面、下面、底面
からなる断面コの字状をしており、リング溝8にはピス
トンより高強度材料により形成される断面コの字状の耐
摩環10が固着されている。ピストン3の摺動に伴いピ
ストンリングとリング溝8との間に相対的移動が生じる
が、耐摩環10によりピストンリング溝の摩耗やへた
り、変形が防止できる。
【0014】次に耐摩環10の組成及びその製造方法に
ついて説明する。耐摩環10の材料は、重量%で次の組
成を有している。 珪素 15〜40% 鉄 1.0〜10.0% 銅 0.5〜5% マグネシウム 0.1〜3.0% ジルコニウム、ニッケル、マンガン、亜鉛の合計 3.
0%未満 アルミニウム 残部
ついて説明する。耐摩環10の材料は、重量%で次の組
成を有している。 珪素 15〜40% 鉄 1.0〜10.0% 銅 0.5〜5% マグネシウム 0.1〜3.0% ジルコニウム、ニッケル、マンガン、亜鉛の合計 3.
0%未満 アルミニウム 残部
【0015】珪素については、微細な初晶珪素粒子が耐
摩耗性を高める。含有率が15重量%未満であるとその
効果が認められない。一方、含有率が40重量%を超え
ると粉末が硬くなり過ぎ、耐摩環の製造過程で後述する
押出成形を行う際に、押出形成性が悪くなる。
摩耗性を高める。含有率が15重量%未満であるとその
効果が認められない。一方、含有率が40重量%を超え
ると粉末が硬くなり過ぎ、耐摩環の製造過程で後述する
押出成形を行う際に、押出形成性が悪くなる。
【0016】鉄は、耐熱性を高める効果がある。含有率
が1.0重量%未満ではその効果が認められない。一
方、含有率が10重量%を超えると高融点成分が増える
ことになり、後述するアルミニウム合金粉末製造の際の
アトマイズ工程における噴霧性を低下させる。
が1.0重量%未満ではその効果が認められない。一
方、含有率が10重量%を超えると高融点成分が増える
ことになり、後述するアルミニウム合金粉末製造の際の
アトマイズ工程における噴霧性を低下させる。
【0017】銅は、時効硬化性を付与し、機械的強度、
硬度、耐摩耗性を改善する効果がある。含有率が0.5
重量%未満ではその効果は認められない。一方、含有率
が5重量%を超えると強度、伸びが低下する。
硬度、耐摩耗性を改善する効果がある。含有率が0.5
重量%未満ではその効果は認められない。一方、含有率
が5重量%を超えると強度、伸びが低下する。
【0018】マグネシウムは、銅とともに時効硬化性を
付与し、機械的強度、硬度、耐摩耗性を改善する効果が
あるが、含有率が0.1重量%未満ではその効果が認め
られない。一方、含有率が3.0重量%を超えると、熱
膨張が増加する。
付与し、機械的強度、硬度、耐摩耗性を改善する効果が
あるが、含有率が0.1重量%未満ではその効果が認め
られない。一方、含有率が3.0重量%を超えると、熱
膨張が増加する。
【0019】ジルコニウム、ニッケル、マンガン、亜鉛
は、高温強度、熱膨張を改善する効果があるが、これら
の合計の含有率が3.0重量%を超えると、強度、伸び
が低下する。
は、高温強度、熱膨張を改善する効果があるが、これら
の合計の含有率が3.0重量%を超えると、強度、伸び
が低下する。
【0020】次に耐摩環10の製造過程について説明す
る。
る。
【0021】はじめに、アトマイズ法により、アルミニ
ウム−珪素合金の粉末を製造する。一般にアトマイズ法
とは溶解した金属を細いノズルから流出させ、高圧の不
活性ガス雰囲気の室の中に霧状に滴化することをいう。
ガスアトマイズされた金属溶滴が飛行中に急冷凝固する
ことにより、マクロ偏析がなく、微細均一等方性の組
織、微細に析出した組織、低酸素含有量、熱間加工性の
良好な粉末が得られる。
ウム−珪素合金の粉末を製造する。一般にアトマイズ法
とは溶解した金属を細いノズルから流出させ、高圧の不
活性ガス雰囲気の室の中に霧状に滴化することをいう。
ガスアトマイズされた金属溶滴が飛行中に急冷凝固する
ことにより、マクロ偏析がなく、微細均一等方性の組
織、微細に析出した組織、低酸素含有量、熱間加工性の
良好な粉末が得られる。
【0022】本実施の形態においては、アルミニウムマ
トリックス中に初晶珪素が形成され、合金マトリックス
内において、硬質の粒子が細かく分散した分布及び均質
な分布が得られる。
トリックス中に初晶珪素が形成され、合金マトリックス
内において、硬質の粒子が細かく分散した分布及び均質
な分布が得られる。
【0023】具体的には、アトマイズされた溶湯滴は、
高速のガスにより急速に加速され、飛行速度が急激に上
昇し、ついにはガス速度と等しくなり、最高速度は溶湯
滴の径によっても異なるが30〜100m/秒となる。
またアトマイズされた粒子はガスによって冷却され、温
度が急激に低下する。この冷却の速度は、103K/S
以上であり、粒子は固化して粉末状になる。この粉末状
のものは、珪素の含有率の高いアルミ合金であり、初晶
珪素をはじめとする析出物が微細化されたものである。
高速のガスにより急速に加速され、飛行速度が急激に上
昇し、ついにはガス速度と等しくなり、最高速度は溶湯
滴の径によっても異なるが30〜100m/秒となる。
またアトマイズされた粒子はガスによって冷却され、温
度が急激に低下する。この冷却の速度は、103K/S
以上であり、粒子は固化して粉末状になる。この粉末状
のものは、珪素の含有率の高いアルミ合金であり、初晶
珪素をはじめとする析出物が微細化されたものである。
【0024】即ち、アトマイズされた溶湯滴は、ガスに
よって急速に冷却され過冷されて、凝固し粉末状とな
る。凝固までの冷却速度は最後まで変化はなく、均一な
微細組織を有する粉末が得られる。特に急冷凝固により
微細な凝固組織が得られ、析出物の微細化、均一化が達
成される。また偏析が低減されるとともに、非晶質相、
過飽和固溶体等の準安定相が出現するという効果があ
る。
よって急速に冷却され過冷されて、凝固し粉末状とな
る。凝固までの冷却速度は最後まで変化はなく、均一な
微細組織を有する粉末が得られる。特に急冷凝固により
微細な凝固組織が得られ、析出物の微細化、均一化が達
成される。また偏析が低減されるとともに、非晶質相、
過飽和固溶体等の準安定相が出現するという効果があ
る。
【0025】アトマイズ後には、得られた粉末を押出成
形法によって管状に成形する。この押出成形法は、管状
等の形状の製品を成形する際に、極めて有効な方法であ
る。
形法によって管状に成形する。この押出成形法は、管状
等の形状の製品を成形する際に、極めて有効な方法であ
る。
【0026】ここで、押出成形を行う前に、必要に応じ
て硬質粒子又は個体潤滑剤の粒子を粉末に添加し混合わ
せる。硬質粒子、固体潤滑剤はそれぞれ、粒子の平均粒
径が5μm以下のものであり、粉末中で含有率がそれぞ
れ1〜10重量%となる量だけ添加される。硬質粒子は
耐摩耗性に効果があるが、含有率が1重量%未満では効
果がなく、一方、含有率が10重量%を超えると加工性
が悪化する。硬質粒子の平均粒径が5μmを超えると、
耐摩環として使用された際に、相手材であるピストンリ
ングを過度に摩耗させる。固体潤滑剤は、耐摩耗性を向
上させる効果があるが、含有率が1重量%未満では効果
がなく、一方、含有率が10重量%を超えると強度が低
下する。固体潤滑剤の平均粒径が5μmを超えると、さ
らに強度が低下する。硬質粒子としては、炭化珪素(S
iC)、アルミナ(Al2O3)等が挙げられ、また、固
体潤滑剤としては、グラファイト、二硫化モリブデン
(MoS2)、硫化タングステン(WS2)、硫化マンガ
ン(MnS)等の硫化物、フッ化カルシウム(Ca
F2)、フッ化リチウム(LiF)等のフッ化物等が挙
げられる。これらの硬質粒子、固体潤滑剤は、1種類、
若しくは2種類以上添加される。
て硬質粒子又は個体潤滑剤の粒子を粉末に添加し混合わ
せる。硬質粒子、固体潤滑剤はそれぞれ、粒子の平均粒
径が5μm以下のものであり、粉末中で含有率がそれぞ
れ1〜10重量%となる量だけ添加される。硬質粒子は
耐摩耗性に効果があるが、含有率が1重量%未満では効
果がなく、一方、含有率が10重量%を超えると加工性
が悪化する。硬質粒子の平均粒径が5μmを超えると、
耐摩環として使用された際に、相手材であるピストンリ
ングを過度に摩耗させる。固体潤滑剤は、耐摩耗性を向
上させる効果があるが、含有率が1重量%未満では効果
がなく、一方、含有率が10重量%を超えると強度が低
下する。固体潤滑剤の平均粒径が5μmを超えると、さ
らに強度が低下する。硬質粒子としては、炭化珪素(S
iC)、アルミナ(Al2O3)等が挙げられ、また、固
体潤滑剤としては、グラファイト、二硫化モリブデン
(MoS2)、硫化タングステン(WS2)、硫化マンガ
ン(MnS)等の硫化物、フッ化カルシウム(Ca
F2)、フッ化リチウム(LiF)等のフッ化物等が挙
げられる。これらの硬質粒子、固体潤滑剤は、1種類、
若しくは2種類以上添加される。
【0027】その後、粉末を冷間静水圧プレスで圧縮成
形し、円柱状のコンパクトを作成する。このコンパクト
が、図3に示されるような押出機によって熱間押出成形
に供される。
形し、円柱状のコンパクトを作成する。このコンパクト
が、図3に示されるような押出機によって熱間押出成形
に供される。
【0028】押出機11は、押出室13を画成するとと
もに、押出室内には押出棒14が移動可能に設けられて
いる。押出室13の開口端には金型12が配置され、金
型12を囲むように管状成形部材16が設けられてい
る。金型12は円形開口部を画成し、管状成形部材16
も金型12の円形開口部と同軸の円形開口部が形成され
ている。押出棒14内には、それと同軸の断面円形のガ
イド穴14aが形成され、ガイド穴14a内には断面円
形のロッド17が延び、該ロッド17は、金型12の円
形開口及び管状成形部材16の円形開口とも同軸に固定
されている。従ってロッド17の先端部と管状成形部材
16の円形開口部とによって管状空間をなす押出口15
が画成される。押出室13の断面積とこの押出口15の
断面積は、押出の断面収縮率が約20対1となるように
形成されている。
もに、押出室内には押出棒14が移動可能に設けられて
いる。押出室13の開口端には金型12が配置され、金
型12を囲むように管状成形部材16が設けられてい
る。金型12は円形開口部を画成し、管状成形部材16
も金型12の円形開口部と同軸の円形開口部が形成され
ている。押出棒14内には、それと同軸の断面円形のガ
イド穴14aが形成され、ガイド穴14a内には断面円
形のロッド17が延び、該ロッド17は、金型12の円
形開口及び管状成形部材16の円形開口とも同軸に固定
されている。従ってロッド17の先端部と管状成形部材
16の円形開口部とによって管状空間をなす押出口15
が画成される。押出室13の断面積とこの押出口15の
断面積は、押出の断面収縮率が約20対1となるように
形成されている。
【0029】押出成形を行っている間、押出室13内の
温度は、約500℃の高温に維持されている。この高温
下で押出棒14が、押出室13内で図3の矢印の方向に
摺動され、溶融した粉末を押出口15より押出す。押出
口15からは、管状に成形され固形化された、SiC
(炭化珪素)粒子分散型のアルミ合金基複合材料である
押出材18が得られる。
温度は、約500℃の高温に維持されている。この高温
下で押出棒14が、押出室13内で図3の矢印の方向に
摺動され、溶融した粉末を押出口15より押出す。押出
口15からは、管状に成形され固形化された、SiC
(炭化珪素)粒子分散型のアルミ合金基複合材料である
押出材18が得られる。
【0030】押出成形後、得られた押出材18に必要に
応じて鍛造(ハンマリング)を行い、最後に軸方向で所
定幅毎にスライスしてリング状部材を得て、リング溝8
に嵌着させる。嵌着後、ピストン全体を切削機にセット
して、リング溝8に嵌着されたリング状部材に対して環
状溝加工を行うことにより、耐摩環10が製造される。
応じて鍛造(ハンマリング)を行い、最後に軸方向で所
定幅毎にスライスしてリング状部材を得て、リング溝8
に嵌着させる。嵌着後、ピストン全体を切削機にセット
して、リング溝8に嵌着されたリング状部材に対して環
状溝加工を行うことにより、耐摩環10が製造される。
【0031】アトマイズ法による製造方法により耐摩環
を製造し、耐摩環の材料組成を上述のように構成するこ
とにより、ピストンリングへの耐摩環のアルミ凝着を低
減させ、またリング溝特にトップリング溝の摩耗を低減
させることができる。また従来問題となっていた熱伝導
性、加工性を大幅に改善することができる。さらに押出
成形法による製造方法により、粉末から有形固形物を成
形することを容易にしている。
を製造し、耐摩環の材料組成を上述のように構成するこ
とにより、ピストンリングへの耐摩環のアルミ凝着を低
減させ、またリング溝特にトップリング溝の摩耗を低減
させることができる。また従来問題となっていた熱伝導
性、加工性を大幅に改善することができる。さらに押出
成形法による製造方法により、粉末から有形固形物を成
形することを容易にしている。
【0032】次に本実施の形態による耐摩環の試験方法
及び試験結果について図4及び表1に基づき説明する。
及び試験結果について図4及び表1に基づき説明する。
【0033】図4は耐摩環についての試験機19を示
す。試験機19は高温弁座摩耗試験機を用いた。耐摩環
10に対応するピストン側材21を試験機19に対して
軸方向に移動不能に固定し、ピストンリング7に対応す
るリング材20をピストン側材21に同心に装着し、リ
ング材20の内周面側にシリンダライナに対応する鋳鉄
製円柱棒23を軸方向に往復動作させ、ピストン側の摩
耗量(耐摩環材21の摩耗量)、リング摩耗量(リング
材20の摩耗量)、リング材へのアルミ凝着性について
試験を行った。試験機19は加熱するためのヒーター2
2を有しており、実際には燃料の燃焼を行わなくともエ
ンジン内の燃焼時の高温状態を作り出すことができ、耐
摩環の状態変化を試験することができる。
す。試験機19は高温弁座摩耗試験機を用いた。耐摩環
10に対応するピストン側材21を試験機19に対して
軸方向に移動不能に固定し、ピストンリング7に対応す
るリング材20をピストン側材21に同心に装着し、リ
ング材20の内周面側にシリンダライナに対応する鋳鉄
製円柱棒23を軸方向に往復動作させ、ピストン側の摩
耗量(耐摩環材21の摩耗量)、リング摩耗量(リング
材20の摩耗量)、リング材へのアルミ凝着性について
試験を行った。試験機19は加熱するためのヒーター2
2を有しており、実際には燃料の燃焼を行わなくともエ
ンジン内の燃焼時の高温状態を作り出すことができ、耐
摩環の状態変化を試験することができる。
【0034】試験条件は次のとおりであった。 ピストン側材温度 340℃ 繰返し数 1500回/分 ローテーション 3.0rpm 面圧 20kg/cm2 試験時間 10Hr なお、ローテーションとはリング材の回転数のことであ
る。
る。
【0035】試験片としては本発明によるピストン側材
21として、組成を表1のように異ならせた本発明材1
乃至5を用意した。比較材1は表1の組成を有するアル
ミニウム鋳造引抜き材であり、比較材2はアルミニウム
材(JISAC8A)、比較材3はアルミニウム材(J
ISAC8A)をアルマイト処理したもの、比較材4は
ニレジストから構成されるものである。
21として、組成を表1のように異ならせた本発明材1
乃至5を用意した。比較材1は表1の組成を有するアル
ミニウム鋳造引抜き材であり、比較材2はアルミニウム
材(JISAC8A)、比較材3はアルミニウム材(J
ISAC8A)をアルマイト処理したもの、比較材4は
ニレジストから構成されるものである。
【0036】一方リング材20としては、リング材1乃
至3の3種を用意した。リング材1はFCDを母材とし
て、外周面をクロムでメッキしたもの、リング材2は珪
素−クロム鋼を母材として、外周面をクロムでメッキし
たもの、リング材3は17クロムステンレス鋼をガス窒
化したものである。なお、FCDとは、球状黒鉛鋳鉄品
のことであり、JIS G 5502に規定されるもの
である。また表1において、アルミ凝着の欄のAは「ア
ルミ凝着なし且つ表面状態良好」を意味し、Bは「アル
ミ凝着なし」を意味する。又Cは「アルミ凝着あり」を
意味する。
至3の3種を用意した。リング材1はFCDを母材とし
て、外周面をクロムでメッキしたもの、リング材2は珪
素−クロム鋼を母材として、外周面をクロムでメッキし
たもの、リング材3は17クロムステンレス鋼をガス窒
化したものである。なお、FCDとは、球状黒鉛鋳鉄品
のことであり、JIS G 5502に規定されるもの
である。また表1において、アルミ凝着の欄のAは「ア
ルミ凝着なし且つ表面状態良好」を意味し、Bは「アル
ミ凝着なし」を意味する。又Cは「アルミ凝着あり」を
意味する。
【0037】
【表1】
【0038】試験結果は表1に示されるとおりであり、
珪素、鉄、銅、マグネシウム、ジルコニウム、ニッケ
ル、マンガン、亜鉛、アルミニウムの比率が本発明の重
量%に収まっている本発明材1乃至5の場合には、ピス
トン側摩耗、リング側摩耗、アルミ凝着のいずれをとっ
ても試験結果は良好であった。ピストン側摩耗について
はリング材1〜3のどの場合でも2.0〜5.0mgの
範囲に収まっており、比較材1〜4を試験した場合のピ
ストン側摩耗の範囲である6.8〜23.0mgを大き
く下回っていることが判る。また、硬質粒子、固体潤滑
剤が添加されている本発明材2〜4は、これらが添加さ
れていない本発明材1よりも、ピストン側摩耗がさらに
少ないことが判る。リング材摩耗についても本発明材で
は、5.0〜10.5mgであるのに対して、比較材1
〜4では4.8〜15.0mgとばらつきが大きく、本
発明による耐摩環がピストンリング7の摩耗の改善にも
寄与していることが判る。
珪素、鉄、銅、マグネシウム、ジルコニウム、ニッケ
ル、マンガン、亜鉛、アルミニウムの比率が本発明の重
量%に収まっている本発明材1乃至5の場合には、ピス
トン側摩耗、リング側摩耗、アルミ凝着のいずれをとっ
ても試験結果は良好であった。ピストン側摩耗について
はリング材1〜3のどの場合でも2.0〜5.0mgの
範囲に収まっており、比較材1〜4を試験した場合のピ
ストン側摩耗の範囲である6.8〜23.0mgを大き
く下回っていることが判る。また、硬質粒子、固体潤滑
剤が添加されている本発明材2〜4は、これらが添加さ
れていない本発明材1よりも、ピストン側摩耗がさらに
少ないことが判る。リング材摩耗についても本発明材で
は、5.0〜10.5mgであるのに対して、比較材1
〜4では4.8〜15.0mgとばらつきが大きく、本
発明による耐摩環がピストンリング7の摩耗の改善にも
寄与していることが判る。
【0039】更に、アルミ凝着は、本発明による耐摩環
の場合には全く生じなかった。一方比較材については、
比較材1及び2ではアルミ凝着が生じており、また比較
材3ではアルミ凝着は生じないものの、耐摩環及びピス
トンリング表面の状態は良好ではなかった。
の場合には全く生じなかった。一方比較材については、
比較材1及び2ではアルミ凝着が生じており、また比較
材3ではアルミ凝着は生じないものの、耐摩環及びピス
トンリング表面の状態は良好ではなかった。
【0040】以上の試験結果から、本発明による耐摩環
はピストン側摩耗性、リング側摩耗性及びアルミ凝着の
どの特性をとっても良好であることが判明した。
はピストン側摩耗性、リング側摩耗性及びアルミ凝着の
どの特性をとっても良好であることが判明した。
【0041】本発明は上述した実施の形態に限定され
ず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変形が可
能である。例えば、上述した実施の形態では、押出成形
後、得られた押出材に必要に応じて鍛造(ハンマリン
グ)を行い、軸方向で所定幅毎にスライスしてリング状
部材を得たが、押出形成後にT6(焼入後焼もどし処
理)等の時効硬化処理を加えてもよい。
ず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変形が可
能である。例えば、上述した実施の形態では、押出成形
後、得られた押出材に必要に応じて鍛造(ハンマリン
グ)を行い、軸方向で所定幅毎にスライスしてリング状
部材を得たが、押出形成後にT6(焼入後焼もどし処
理)等の時効硬化処理を加えてもよい。
【0042】
【発明の効果】請求項1記載の耐摩環によれば、耐摩環
自体の耐摩耗性が向上するばかりか、ピストンリング自
体の摩耗量を低下させ、またアルミ凝着の発生を防止す
ることができる。また、溶融したアルミニウム合金を1
03K/S以上の速度で急冷凝固することができ、この
急冷凝固により耐摩環用の合金粉末を形成するので、微
細均一等方性の組織、微細に析出した組織、低酸素含有
量、熱間加工性の良好な合金組織が得られる。得られた
良好な合金組織を有する粉末を押出形成し、耐摩環とし
て使用することにより、工程の簡素化等の改善を図るこ
とができる。また、押出形成により、アルミニウム合金
粉末を容易に固形化できる。
自体の耐摩耗性が向上するばかりか、ピストンリング自
体の摩耗量を低下させ、またアルミ凝着の発生を防止す
ることができる。また、溶融したアルミニウム合金を1
03K/S以上の速度で急冷凝固することができ、この
急冷凝固により耐摩環用の合金粉末を形成するので、微
細均一等方性の組織、微細に析出した組織、低酸素含有
量、熱間加工性の良好な合金組織が得られる。得られた
良好な合金組織を有する粉末を押出形成し、耐摩環とし
て使用することにより、工程の簡素化等の改善を図るこ
とができる。また、押出形成により、アルミニウム合金
粉末を容易に固形化できる。
【0043】請求項2記載の耐摩環によれば、硬質粒子
を粉末に混ぜて押出形成することにより耐摩環を製造す
るため、より耐摩耗性に優れた耐摩環とすることができ
る。
を粉末に混ぜて押出形成することにより耐摩環を製造す
るため、より耐摩耗性に優れた耐摩環とすることができ
る。
【0044】請求項3記載の耐摩環によれば、固体潤滑
剤を粉末に混ぜて押出形成することにより耐摩環を製造
するため、より耐摩耗性に優れた耐摩環とすることがで
きる。
剤を粉末に混ぜて押出形成することにより耐摩環を製造
するため、より耐摩耗性に優れた耐摩環とすることがで
きる。
【図1】本発明の実施の形態による耐摩環が固着された
内燃機関を示す断面図。
内燃機関を示す断面図。
【図2】本発明の実施の形態による耐摩環を備えたピス
トンの一部断面図。
トンの一部断面図。
【図3】本発明の実施の形態による耐摩環を製造する過
程で行われる押出成形機を示す断面図。
程で行われる押出成形機を示す断面図。
【図4】本発明の実施の形態による耐摩環の特性試験を
行う試験機を示す斜視図。
行う試験機を示す斜視図。
3 ピストン 6 シリンダライナ 7 ピストンリング 10 耐摩環
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B22F 5/12 B22F 9/08 A 5/00 C22C 1/04 C 9/08 1/05 C22C 1/04 1/10 J 1/05 21/00 E 1/10 21/02 21/00 F02F 5/00 E 21/02 B22F 5/00 B F02F 5/00 G Fターム(参考) 3J044 AA02 AA08 AA18 BA04 BB14 BC03 CA07 DA09 EA01 EA10 4E029 AA02 AA07 AC02 CA03 EA02 4K017 AA04 BA01 BB13 BB15 BB16 EB01 4K018 AA16 AB01 AB02 AB05 AB07 AC01 BA08 BA20 BB04 EA32 KA09 4K020 AA22 AA23 AA27 AC01 BB24
Claims (3)
- 【請求項1】 内燃機関のピストンとは異なる材料で形
成され、ピストンリング溝面全体に固着されてシリンダ
ライナに対して摺動するピストンリングを装着する耐摩
環において、 組成が、珪素を15〜40重量%、鉄を1.0〜10.
0重量%、銅を0.5〜5重量%、マグネシウムを0.
1〜3.0重量%、ジルコニウム、ニッケル、マンガン
及び亜鉛の合計が3.0重量%未満、残部アルミニウム
であるアルミニウム合金体からなり、 該アルミニウム合金体は、上記組成からなる溶融したア
ルミニウム合金を急冷凝固させてアルミニウム合金粉末
を製造し、次に該アルミニウム合金粉末を押出成形させ
ることにより製造されることを特徴とする耐摩環。 - 【請求項2】 前記アルミニウム合金粉末には、炭化珪
素及びアルミナからなる硬質粒子の合計が1〜10重量
%含有され、該炭化珪素、アルミナの平均粒径は5μm
以下であることを特徴とする請求項1記載の耐摩環。 - 【請求項3】 前記アルミニウム合金粉末には、グラフ
ァイト、硫化物及びフッ化物からなる固体潤滑剤の合計
が1〜10重量%含有され、該グラファイト、硫化物、
フッ化物の平均粒径は5μm以下であることを特徴とす
る請求項1又は2記載の耐摩環。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26437798A JP2000088102A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 耐摩環 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26437798A JP2000088102A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 耐摩環 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000088102A true JP2000088102A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17402317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26437798A Pending JP2000088102A (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 耐摩環 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000088102A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007211349A (ja) * | 2007-04-02 | 2007-08-23 | Yamaha Motor Co Ltd | エンジンのシリンダライナ |
CN105603271A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-05-25 | 东莞佛亚铝业有限公司 | 一种高硅铝合金线材及其制备方法 |
-
1998
- 1998-09-18 JP JP26437798A patent/JP2000088102A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007211349A (ja) * | 2007-04-02 | 2007-08-23 | Yamaha Motor Co Ltd | エンジンのシリンダライナ |
CN105603271A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-05-25 | 东莞佛亚铝业有限公司 | 一种高硅铝合金线材及其制备方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20060811 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061003 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070227 |