JP6906615B2 - ピストンリングおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
4:レデブライト構造
6:耐摩耗層
8:リングフランク
10:リング面/リング面
14:リング本体
16:ピストンリングブランク
20:熱影響領域
24:研磨したリング面領域
26:リング面に露出したレデブライト構造
28:当接端
30:ピストンリングブランク16のリング面または半径方向外側面
42:耐摩耗層とレデブライト構造とのオーバーラップ領域
Claims (30)
- ねずみ鋳鉄のリング本体(14)を含むピストンリングであって、前記リング本体(14)は、少なくとも一方のリングフランク(8)に、リング面(10)の一方端まで当該リング面(10)内に延びるレデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造(4)の領域を有し;
前記レデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造(4)の領域を含む前記リング面(10)に耐摩耗層が施されており;
前記リングフランク(8)の前記レデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造(4)の厚さが半径方向に変化している、ピストンリング。 - 前記リング本体(14)は、前記リング面(10)にレデブライト構造(4)の領域を有し、当該構造が前記リング面(10)全体にわたって延びている、請求項1に記載のピストンリング。
- 前記耐摩耗層が、溶射層、レーザで施された硬質物質コーティング、クロム分散層、PVD層またはDLC層の形態であり、
前記レデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造(4)の厚さは、断面内で半径方向外側に向かって増加している、請求項1に記載のピストンリング。 - 前記耐摩耗層が、前記リング面(10)と前記少なくとも一方のリングフランク(8)との間の縁部にわたって連続的に延びている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 燃焼室とは反対側の前記リングフランク(8)にレデブライト構造(4)の領域が設けられているか、あるいは両方のリングフランク(8)にレデブライト構造(4)の領域が設けられている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 前記レデブライト構造(4)の深さは、0.05mm〜1.5mmであり、好ましくは0.15mm〜1.0mmであり、より好ましくは0.3mm〜0.7mmである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 前記レデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造(4)の厚さは、当該厚さが当接端で増加するように円周方向に変化している、請求項1〜6のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 前記レデブライト構造(4)の領域が、前記少なくとも一方のリングフランク(8)全体にわたって延びている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 前記少なくとも一方のリングフランク(8)の半径方向内側の領域はいずれのレデブライト構造(4)をも有しておらず、当該半径方向内側の領域は、好ましくは前記リング本体(14)の半径方向寸法の1/3を超えて、より好ましくは2/3を超えて延びている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 前記リング面(10)と前記少なくとも一方のリングフランク(8)との間の縁部が面取り部を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 前記リング面(10)と前記少なくとも一方のリングフランク(8)との間の縁部が丸みを帯びており、当該丸みを帯びた領域が、好ましくは1mm〜3mmの半径を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 前記面取り部の寸法が円周方向に変化している、請求項10に記載のピストンリング。
- 前記丸みを帯びた領域の寸法が円周方向に変化している、請求項11に記載のピストンリング。
- 前記リング面(10)が球形または歪んだ球形である、請求項1〜13のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 当接面が、好ましくは半径方向外側端まで延びるレデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造(4)の領域を有する、請求項1〜14のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 当接面は、少なくとも部分的に耐摩耗層を備え、当該耐摩耗層は、好ましくは半径方向外側端まで延びている、請求項1〜15のいずれか一項に記載のピストンリング。
- 前記ピストンリングが台形のリングである、請求項1〜16のいずれか一項に記載のピストンリング。
- レデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造を有するピストンリングの製造方法であって:
ねずみ鋳鉄製のリング本体(14)を製造するステップと;
前記リング本体(14)の少なくとも一方のリングフランク(8)の領域を再溶融して、少なくとも一方のフランク1上にレデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造を形成するステップと;
前記リング本体(14)の一方のリング面(10)に、レデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造が露出するまで、当該リング面(10)上の材料を研磨するステップと;
前記リング面(10)および当該リング面(10)上に露出した前記レデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造(26)に耐摩耗層を施し、当該耐摩耗層と前記レデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造(4)とによってオーバーラップ領域(42)を形成するステップと;を含み、
再溶融中におけるエネルギー入力を半径方向に変化させて、前記レデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造(4)の厚さが半径方向に変化するようにする、方法。 - 前記少なくとも一方のリングフランク(8)の領域を再溶融した後、かつ前記リング面(10)上の材料を研磨する前に、前記リング本体(14)を無応力アニーリングし、再溶融で生じた熱影響領域(20)を除去するステップをさらに含む、請求項18に記載のピストンリングの製造方法。
- 無応力アニーリングにおける温度は、450℃〜600℃、好ましくは500℃〜54
0℃、より好ましくは510℃〜530℃であり、かつ当該温度は、1時間〜4時間、好
ましくは1.5時間〜3時間、より好ましくは1.8時間〜2.3時間維持される、請求項19に記載のピストンリングの製造方法。 - 前記再溶融は、前記リング本体(14)の半径方向厚さの20%〜30%の半径領域を含む、請求項18〜20のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
- 前記再溶融は、レーザビーム、電子ビーム、電気アーク溶接、プラズマ溶接またはタングステン不活性ガス溶接から選択される、高エネルギー放射線による衝撃によって行われる、請求項18〜21のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
- 前記少なくとも一方のリングフランク(8)の領域を再溶融するステップの後、かつ前記リング面(10)上の材料を研磨するステップの前に、前記リング本体(14)を切り開いて当接端(28)を得るステップをさらに含み、低応力アニーリングを実行する場合には、当該低応力アニーリングの後に前記リング本体を切り開く、請求項18〜22のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
- レーザクラッディングまたは高速フレーム溶射を使用して、前記リング面(10)を前記耐摩耗層で覆う、請求項18〜23のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
- 長方形から台形へ、あるいは台形から長方形へ断面を変えるために、前記リング本体(14)を加工するステップをさらに含む、請求項18〜24のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
- 前記リング面(10)を研磨するために、前記リング本体(14)を切り開いた後に、該リング本体(14)を丸めない形態で固定する、請求項18〜25のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
- 前記再溶融するステップの前に、前記リング本体(14)を予備加熱するステップをさらに含む、請求項18〜26のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
- 前記リング面にレデブライト的に再溶融されたねずみ鋳鉄構造を形成するために、前記リング面上の材料を除去した後、かつ前記耐摩耗層を施す前に、前記リング面(10)を再溶融するステップをさらに含む、請求項18〜27のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
- 前記再溶融ステップの後に、少なくとも一方のリングフランク(8)、好ましくは両方のリングフランクを、表面粗さRaが0.5〜1.0μmとなるように研削するステップをさらに含む、請求項18〜28のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
- 前記リング本体(14)をリン酸塩処理するステップをさらに含む、請求項18〜29のいずれか一項に記載のピストンリングの製造方法。
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