(57)【要約】【課題】溶射皮膜のないレール部の先端とシリンダライナ内面との接触面積を減少して圧力リングの特性を向上し、また合金材料の溶射量を減少して溶射コストの低減を達成し得る厚さ０．８０〜１．２０ｍｍの溝付き異形線材を提供することを課題とする。【解決手段】圧力リングのすべり面となる側面長手方向に上下レール部１、２で以て連続する溝部６を構成した、厚さａが０．８０〜１．２０ｍｍである異形線材Ｗであって、上記溝部６の断面形状を、断面積が一定範囲になるように、直線底部３と上下レール部１、２の内側傾斜面４、５とこれらを接続する曲線隅部７、８とで構成したことを特徴とする【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力リングのすべり面となる側面長手方向に上下レール部で以て連続する溝部を構成した、厚さａが０．８０〜１．２０ｍｍである異形線材であって、上記溝部の断面形状を、断面積が一定範囲になるように、直線底部と上下レール部の内側傾斜面とこれらを接続する曲線隅部とで構成したことを特徴とする圧力リング用溝付き異形線材。
【請求項２】
上下レール部の各先端厚さｂが０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ未満、上下レール部の内側傾斜面の各傾斜角度θが１７°〜２１°、曲線隅部の曲率半径Ｒが０．２〜０．３ｍｍ、溝部の深さｃが０．２０〜０．２９ｍｍである請求項１に記載の圧力リング用溝付き異形線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用ピストンリングのうち、特に燃焼室内に発生する高温・高圧ガスの漏れを防止する圧力リングに適した溝付き異形線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力リングは、その特性として、耐摩性、耐久性、耐焼付性が求められる。というのは、ガス漏れ防止機能が損なわれてガス漏れが多くなると、圧力リング周辺の熱負荷の増大、潤滑性の悪化、周辺部材のクラックの発生等をまねくからである。
【０００３】
一般に、上記特性を向上する手段として、圧力リングのすべり面に合金材料の粉末又は粒子を吹き付けて溶射被膜を形成する表面処理が採用されている。しかし、溶射被膜の密着強さは比較的低いため、高温ガス雰囲気での高速運転によって、大きい熱負荷がかかる内燃機関では、溶射被膜の剥離や脱落が運転中に生じることがあった。
【０００４】
そこで、従来技術として、溶射被膜の密着性を高めるため、図３（ａ）に示すように、外周方向に拡開する断面形状を有する環状溝をすべり面に設け、この環状溝を埋めるべく合金材料をプラズマ溶射したピストンリングがある（例えば、特許文献１参照）。
溶射被膜の表面は、すべり面の平滑性を出すために、溶射後に研削（通常０．１ｍｍ程度）が施される。このため、環状溝の断面形状が逆台形状又は円弧状であると、環状溝上下のレール部の先端厚さが大きくなる。そこで、レール部の先端厚さが大きくなるのを解消し、かつ溶射被膜の密着強さを確固にするために、図３（ｂ）に示すように、外周面に向かって閉じ角となる環状溝を設け、この環状溝にプラズマ溶射による溶射層を形成したピストンリングも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５５−６９７４２号公報（６頁、第１図、第３図、第８図、第９図）
【特許文献２】
実開平４−２５０６６号公報（８頁、第１図、第２図）
【０００６】
ところで、現在、リング材として、圧力リングの幅に相当する厚さが１．２５〜１．５５ｍｍである溝付き異形線材が一般に用いられている。また、圧力リングは、ピストンリングメーカにおいて、線材メーカから購入した溝付き異形線材を用いて、所要寸法の呼び径と自由合い口すきまを有するリング状にする曲げ加工−すべり面への溶射−溶射被膜を平滑面にする研削の各工程を経て製造されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、近年、内燃機関は高速運転化、高圧縮化、排ガス対策による熱負荷増大の傾向にある。これに伴って、圧力リングはますます苛酷な運転環境にさらされている。また、溶射コストがリング製造コストにおいて最も高い割合を占めることから、溶射コストの低減のために、合金材料の溶射量の減少が検討されている。
これらの情勢を背景として、最近、ピストンリングメーカから線材メーカに対して、圧力リングの特性を向上し、また溶射コストの低減を図るために、厚さ１ｍｍ前後の溝付き異形線材の開発が要望されるようになってきている。
【０００８】
理論的には、線材の厚さが薄くなると溝は相関的に小になり、溝に埋設する合金材料の溶射量は減少する。しかし、技術的には、線材の厚さが薄くなるにつれて、溝加工が極めて困難になり、単に従来の圧延ローラの形状と相似形で寸法のみを小にした圧延ローラを用いるだけでは、１ｍｍ前後の線材に溝加工することができなかった。その結果、従来技術として、耐摩性を長時間十分に発揮し得るだけの溶射量を埋設できる溝を有する厚さ１ｍｍ前後の圧力リング用異形線材はなかった。
【０００９】
本発明は、最近の開発要望に応えるためになしたものであり、溶射皮膜のないレール部の先端とシリンダライナ内面との接触面積を減少して圧力リングの特性を向上し、また合金材料の溶射量を減少して溶射コストの低減を達成し得る厚さ０．８０〜１．２０ｍｍの溝付き異形線材を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の圧力リング用溝付き異形線材は、圧力リングのすべり面となる側面長手方向に上下レール部で以て連続する溝部を構成した、厚さａが０．８０〜１．２０ｍｍである異形線材であって、上記溝部の断面形状を、断面積が一定範囲になるように、直線底部と上下レール部の内側傾斜面とこれらを接続する曲線隅部とで構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、上下とは、圧力リングとしてリング溝に装着する際の位置関係における上、下を意味する。
また、断面積が一定範囲になるようにとは、溶射後の研削によって平滑面にした溶射皮膜が耐摩性を長時間にわたって発揮し得る厚みと幅を有するようにすることを意味する。
【００１２】
一定範囲の断面積を有する特定断面形状の溝部を形成する具体的手段としては、溝部を、上下レール部の各先端厚さｂが０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ未満、上下レール部の内側傾斜面の各傾斜角度θが１７°〜２１°、曲線隅部の曲率半径Ｒが０．２〜０．３ｍｍ、溝部の深さｃが０．２０〜０．２９ｍｍに設定することにより達成することができる。
【００１３】
ところで、上記構成における数値限定の理由は次のとおりである。
上下レール部の先端厚さｂを０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ未満にしたのは、０．０８ｍｍ未満にするとシリンダライナ内面との接触面積はより一層減少するが、上下レール部の強度が低下してリング加工時に変形が生じやすくなり、また０．１５ｍｍ以上にするとシリンダライナ内面との接触面積が増大し、また溝部の開口寸法が小さくなって耐摩性に必要な溶射被膜の幅が得られなくなり、圧力リングの要求特性の向上に寄与し難くなるからである。
また、上下レール部の内側傾斜面の各傾斜角度θを１７°〜２１°の範囲にしたのは、１７°未満になると必要な溶射量を埋設できるだけの断面積を有する断面形状に溝加工することができず、また圧延ローラの食い込みが垂直に近くなって、食い込みにくくなり、ローラ割れ等が発生しやすくなるからである。また、２１°を越えると溶射後の研削によって、レール部の厚さが大きくなるからである。
さらに、曲線隅部の曲率半径Ｒを０．２〜０．３ｍｍの範囲にしたのは、０．２ｍｍ未満にする圧延ローラの先端角が小さく成りすぎて圧延ローラが食い込みにくくなり、ローラ割れ等が発生しやすくなるからである。また０．３ｍｍを越えると、溶射後の研削によって、レール部の厚さが大きくなるからである。
溝部の深さｃを０．２０〜０．２９ｍｍの範囲にしたのは、０．２０ｍｍ未満にすると溶射皮膜の研削によって厚みがさらに薄くなって、耐摩性を長時間保持するのに必要な厚みが得られなくなり、０．２９ｍｍを越えると圧延ローラが食い込みにくくなり、ローラ割れ等が発生するからである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１において、異形線材Ｗは、その厚さａが０．８０〜１．２０ｍｍであり、一方の側面長手方向に連続する上下のレール部１、２間に、一定範囲の断面積を有するように、所定長さの直線底部３と上下レール部の先端内側傾斜面４、５とを曲率半径Ｒ０．２〜０．３ｍｍの曲線隅部７、８とで以て接続して構成した所定断面形状の溝部６を形成して成る。
図１に示す異形線材は、溝部を形成する側面と対抗する側面が断面で直線状となっているが、曲線（ラウンドエッジと呼ばれる）状であるものもある。
【００１６】
上記溝部６の断面積は、０．１１５〜０．３６６ｍｍ２であり、この断面積は一般的な画像処理装置によって測定することができる。
また、上下レール部１、２の各先端厚さｂは、０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ未満であり、上下レール部の内側傾斜面４、５の傾斜角度θは１７°〜２１°であり、溝部６の深さｃは０．２０〜０．２９ｍｍである。
なお、上下レール部の先端厚さｂは、上レール部１を例にとれば、上下レール１、２の先端を結んだ直線２１と上レール部１の先端内側傾斜面２２の延長線２３との交点２４から異形線材Ｗの側面２５までの距離を意味する（図３参照）。
【００１７】
次に、この実施の形態に係る溝付き異形線材Ｗは、例えば、次に示す方法によって加工することができる。
【００１８】
線径が５．５ｍｍのＳｉ−Ｃｒ鋼線材に焼鈍処理、伸線加工を繰り返し施して、線径２．５ｍｍまで減径したのち、これを最終焼鈍処理し、次いで上下圧延ロールにて断面をトラック形状に加工する。次に４方向圧延ロールにて、上記トラック形状を有する鋼線材を上下左右から圧延加工する。この４方向ロールのうち、一側面を押圧するロールには溝加工のために凸部を設けてある。
上記４方向圧延においては、１回で所望の形状を得るべく押圧するのではなく、徐々に圧延量を増加して所望形状まで数回に渡って圧延するのが、圧延ローラへの負担を考慮すると好ましい。
また、凸高さを徐々に高くした複数の圧延ロールを用意し、これらの圧延ローラによって徐々に溝部の深さを深くするようにすれば圧延ローラへの負荷が軽減されるのでさらに好ましい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によるときは、厚さ０．８０〜１．２０ｍｍの異形線材の側面長手方向に、所定範囲の断面積を有する特定断面形状の溝を形成したから、溶射皮膜のないレール部の先端とシリンダライナ内面との接触面積が従来に比して約２０％減少し、また溶射量が従来の約３５％減少し、さらに耐摩性、耐久性をより一層向上した圧力リングを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力リング用溝付き異形線材の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の圧力リング用溝付き異形線材のレール部の厚みを説明するための拡大部分断面図である。
【図３】従来の溝付き圧力リングを示す断面図である。
【符号の説明】
１  上レール部
２  下レール部
３  直線底部
４、５  内側傾斜面
６  溝部
７、８  曲線隅部
Ｗ  異形線材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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