2サイクルエンジンの材料について

　 M 罵MOm

　

OF

　

S▲G ▲MI IN 蝕TITUT 甅 OF 　T−CHNOLOGY 　 　 Vo 且

．

14

，

　No

．

1

卩

1980

2

サ

ィ

ク

ル

エ

_{ン ジ ン}

の

材 料

_に

_つ

_い

_て

田 辺 明＊

・平

綿

勝 彦

＊

・

木 村

広

幸

＊ ＊

On

　

the

　

Material

　

Test

　of　

2

　

Cycle

　

Racing

　

Engine

Akira

　

TANABE

_，　

Katsuhiko

　

HIRAwATA

　　　　

and 　

Hiroyuki

　

KIMURA

　 　

The

　

2−

cycle 　engine

，

　which 　we 　have　tested

，

　has　only　a　100　cc　cylinder 　capacity 　and

，

　according 　to

the　co皿 petition 　rules

，

　is　not 　a 且10wed　to　be　equipped 　with 　a　_gear　shifL 

So

　the　engine 　

is

　required 　to

have 　first　of　al1

，　stable 　power 　performance 　

from

　the　

lower

　speed 　 revolution 　range 　to　 that　of　

higher

one

．

_This　requirement 　gives　to　the　2

−

cycle 　 racing 　engine 　quite　a　different　design　from 　that　of　the ordinary 　2

・

cycle 　engine 　which 　is　equipped 　with 　gear　shift 　and 　of　which 　the　perfor皿 ance 　shows 　a　peak

only 　within 　the　particular　revolution 　range

．

　 　

Our

　test　has　the　following　two 　purposes ： First

，　in　orer 　to　find　what 　ingredients　they　contain

，

　we

have　analyzed 　the　metal 　materials 　used 　for　the　racing 　engine 　designed 　under 　such 　conditions

．

　 And 　in

so　

doing，

　we 　have　tried　to　

discover

　what 　metals 　call　prevent 　the　engine 　from 　over

−

heating　

in

　solving the　current 　problem 　of　power 　loss　caused 　

by

　over

・

heating。

　

Secondly，

　 we 　 have　 investigated　various

conditions 　which 　

have

　caused 　the　engine 　to　

be

　over

−heated

　with 　the　

imprQvement

　of　_performance

．

　 　

As

　

for

　the エnetal　test

，

　we 　

have

　tried　various 　experiments 　such 　as　microstructure 　observation 　as　we 至1 as　macro

・

structure

，

　hardness 　test

，

　chemical 　analys 玉s　and 　so　on

．

1．

_{目 的} 　こ こ に取 りあ げた2サ イ クル エ ン ジ ン は， 競 技 用エ ン ジン で

，

100cc とい う限 ら れ た容 積で

，

し か も規 則で は 変速 機が許さ れ ない ことか ら

，

エ ソジ ンに要 求され る性 能 も 低 速 回 転 領域か ら高速 回転領 域まで 安 定し た出 力が 必 要に な り

，

変 速機付 ぎの

2

サ イ クル エ ソジン の トル ク カ

ー

ブの よ うに ある特 定の回転 領域に ピ

ー

クをもつ エ ン ジン_{設 計 と}は異なっ て くる。 我々の テ

ー

マ の 目 的は

，

こ の よ う な条 件 下で 設計された エ ン ジ ンの材 質がどの よう な 成 分で構成さ れて い る か材 質 検査を行い_{， 現}在 問 題と なっ て い るオ

ー

バ

ー

ヒ

ー

ト に よる出 力 低 下に つ い て

，

ど の ような材質を用い るこ とに よ り

，

効 率 よく熱を外 部に 逃 し これを_防止で きる か

，

ま た性 能向 上に伴 な う

2

サ イ クル エ ン ジ ンの焼 付 ぎ 原因 を比 較 検 討 する こ との 2_点に ある。 　 本 報 告は前 記 目的のた めの_第

一

段階と して 現 用の ニ ン ＊_{講 師}

，

＊ ＊_{助 手　機 械工 学科}

1979

_年

10

_月

9

_{日受 理} ジン につ い ての 調 査結_果を比較 考 察し た もの で ある

。

　材質検 査は， 顕 徴鏡組 織観察

，

マ クロ 組 織 観 察

，

硬さ 試 験， 化 学 分析等に つ い て 実 験し比 較 検 討 するv ま た 2 サ イクル エ ン ジン の焼 付 き 原 因を追 求 する た め の

一

環 と して

_，

走 査 型電 子顕微 鏡に よる焼 付 き 状 態の観 察 を 行っ た 結 果につ い て報 告 する。

2．

_{実 験 方 法} 　本 実 験に供 し た 2サ イ ク ル エ ンジ ンは

，

現在

，

数多く 使用 されて い る国 産 メ

ー

カ

ー

で あるヤ マ

ハ

_製 KT100A _， イタ リ ア の メ

ー

カ

ー

で ある IAME 社の コ メ ッ ト （

K88

TT _）

，

パ _{リ ラ （}

TT23

_）の 3種 を 用い た。

　

本 報で は

，

日的で述べ _{た よ う}に

，

問 題と な っ て い る熱 に よ るエ ソ ジ ン の た_{れ （出 力}の低 下 するこ と を ’ ‘_{た れ}

”

とい っ て い る） 現象を追 求する た め に， ピス トソ

，

ピス トン リング， シ リン ダライナ の 3つ の部 分に つ い て比較 検討を行っ た。

Photo

　

1

に 実 験に供 し た各 ＝ ン ジン を_示 して ある。 まず写真左の エ ン ジ ンは， 日本初の国 際公 認 41

相模工業 大学紀要　 第

14

巻 　 第

1

号

Yamaha

　

KT100A



Parilla



TT22

_／

TT23



Komet



K88TT

_／

K78TT

_／

K80TT

Photo 　1

．

_{各 種}2 _{サ イ ク}ル エ ンジン の 形状 エ ン ジ ソの ヤマ ハ

KT100A

で ある

。

52×46　mm _（97

．

6 cc _）とい うシ ョ

ー

ト ス トロ

ー

ク タ イ プで

，

20，

000

回転とい う高速回転に耐え得る高 性能を有するエ ンジ ンである。 　写 真中央は

，

IAME 社の パ _{リ ラ}ェ ン ジ ン で

，

　 TT22 ，

TT23

と

2

つ の タ イ プ が あるが外 観上は全 く同じで 48

．

Ox53

．

8mm _（

97．

3cc _） の P ングス トロ

ー

ク の典 型 的 なエ ン _ジン _{と し て注 目されて}い る。 写 真 右に コ メ ヅ ト ェ ンジン K88TT と K78TT を示 す。 こ れ らは燃 焼 室 が_{異 な}り

，

写 真か ら もわか る よ うに

，ヘ

ッ ドの外 観形状 も変 っ て い る。 また

K78TT

と外 観 形 状は全 く変ら な い

K80TT

があり， これは クランクを全体 的に大 ぎく し て中高速の威力を増し てい る。 ボアス トロ

ー

クはいず れ も 50

．

6×48

．

5mm _（97

．

4cc _） でシ ョ

ー

トス トロ

ー

ク の _{部 類に属}する。 い ずれのエ ン ジンも冷 却 フ ィ ン の 形状 が 異な り

，

大 き く作られてい る のが特 徴である。 　 材質 検査に おける ような顕微 鏡 組 織は， 鋳 鉄の析出 黒 鉛の形 状 と 大い さ を 決 定 するために

100

倍と 400 倍で 比 較 観 察を行っ た 。 　 材 料の硬さ測 定に は， ビッ カ

ー

ス 硬度 計を使用し た。 ま た鋳鉄の基地の _{硬 さ}， ピス トン リング に施 して ある ク ロ ム メ ッ キ層の硬 さは

，

マ イクロ ピ ッ カ

ー

ス硬 度 計を使 用 し

，

ク ロ ム メ ッ キ層の厚さ測 定は， マ イ ク ロ微測 計に て測 定 した。 化学分 析 する金 属 元 素の 決 定は

，

顕 微 鏡組 織観察， 鉄

en1

） t 非鉄21 の

JIS

ハ ン ド ブッ ク， 顕微 鏡写 真s）

・

4）_の 解 説に よ り， 材質を推 定し各元 素につ い て定量 分 析 を行っ た。 　エ ン ジ ン の焼付ぎ状 態の_{観 察}に は

，

IAME 社の エ ソ ジ ンであるパ リラの ピス トソ

，

ピス ト ン リ ソ グ

，

シ リン ダライナにつ い て _明石 製作所の

MINISEM

（

SMS −・

1

）の 走 査 型電子顕微鏡 を 用い_{比較 観察}を 行っ た。

3

．

実 験 結 果 お よ び

考

察 　

3−1

　 ピス トン材 料 につ いて

　

ガソ リン_{機 関}の ピス トン材料として 必要な 性質と し て は

，

1）熱伝導 度の良い こ と。

2

）比 重の小さい こ と。 3） 高 温に おける強度お よび硬さ が大であるこ と。

4

）膨 張 係数 お よび摩 擦 係 数の 小さい こ との 諸性 質があ げられ る。 これ らの諸 条件を満足 する実用 合 金 と して は， ア ル ミ ニ ウ ム_合金 が 最 適で

，

Jlsz

）_{に 規 定 し てい るア}ル ミニ ウ ム_{合 金鋳 物}の _うち ピス トン_{用 と}し て_，

TabIe

　1 に示 す

4

種 類が規 格 化されてい る。

Table

　

2

にそ れ らの金 型 試験 片の機 械的性 質 を 示 す。 本実 験に供し たピス トン も Table　1

・

アル ミニ ウム_合金 鋳 物の化学成 分 （

JIS

） 種 類 5種A8 種A8 種

B8

種

C

記 号 AC5AAC8AAC8BAB8C 化　 　学　 　 成 　 　 分 　 ％

Cu

Si

Mg

Zn

Fe

Mn

Ni

Ti

A1

3

．

5

〜

4

．

5　 0

．

6 以 下　 1

．

2

〜

1

．

8 0

。

8

〜

1

．

3　11

．

0

〜

13

．

0

　0

．

7

〜1．

3

2 ．

O・

−4 。

0

　　

8．

5〜10．

5

　

0．

5

〜

1

．

5

2 ．

O〜4．

0

　　

8．

5〜10．

5

　

0 。

5〜1．

5 0

．

1_{以 下}

0 ．

1

以下 0

．

5以下 0

．

5

以下 0

．

8 _{以 下　0}

．

3 _以下　1

．

7

〜2．

3 　0

．

2 以下 残部 0

．

8 _以下



0

．

1以 下

　

1

。

0

〜

2

．

5

　

0

．

2

以 下



残 部

1．

0

以下　

0 ．

5

以 下 　

O．

5〜1．

5

　

0．

2 以 下　残部

1．

0

以下　

0．

5

以 下　 　

一

　 　〇

・

2 _以下残 部 42

一

2 _サィ クルエ ンジン の 材 料 にっ い て （田 辺　明

・

平 綿 勝 彦

・

木 村広幸 ） 顕微鏡組織か らこれ らに類 似し たもの と想 定して化学 分 析を行っ た。

Table

　

3

に ヤマ

ハ

製と

IAME

製パ リラ

，

コ メ ッ トの ピス トン の分 析 値を示 す。 ま ずヤマ ハ 製の ピ ス トン の場 合

，Table

　

1

の

AC8A

_（ロ

ー

＝ ッ クス）の化 学成 分と 比 較 し て み る と Cu が 1

．

09％ で

，

規 格 0

．

8

〜

1

．

3_{％ 以 内に おさま}っ てい る。 次に

Si

は， 11

，

22 ％ で 規格の

11．

O・

− 13．

O

_{％ 以}内で

，

以下 Mg

，

　Zn

，

　Fe

，

　Mn

，

　 　 　

Table

　

2．

Ni，　Ti すぺて規格内に存在 する含有率であ り

，

ヤ マ ハ 製 KT100A の ピス トソ _{材 質}は

，

アル ミニ ウム _{合 金鋳物}

AC8A

で _あるこ とがわ かっ た。 こ れに対し て IAME 製 の ピ ス トンは

，

ヤマ ハ 製の材 質と 同様に

AC8A

に近い ものだ が Si をか な り多 く添 加し た高 Si ロ

ー

エ ッ クス を使用し てい るこ とが わか っ た。 ま ず

Si

量につ い てみ る と

，

ヤマ ハ _製の 11

．

22_{％ に対 し て} 15

．

41_％ と_多く含 金 型 試 験 片の 機 械 的 性 質 種 類

1

質

　

別 　 　 　 I 　 　 　 c 　 　 　

i

5種

AI

鋳 造の ま ま

　　　［

　 　 　1 焼な ま し 焼 入れ

・

焼 もど し 焼 入 れ ・焼 も ど し 引 張

．

試 験 記 　 　 号 AC5A

−

F

［

弧 強・

象

飆

・

AC5A −

T2112 ° _{以 上} AC5A

−

T6

AC5A −T7

Il22 以 上

1

｛216以上｝ ｛196以 上｝

「

30 以 上

［

｛

294

以上｝ 　

24

以 上 ｛

235

以上 _｝ ブリ ネル 硬 　 　 さ 参 　 　 　考 　 HB （

101500130

） 約　

65

約 110

　　　　

8種AI 鋳 造の ま ま

lAC8A

−

F

　

　

　

…

焼も ど

引

・C・A

−T

・

　　　

1

焼 入 れ

・

焼

「AC8A −T6

　　　

1も どし

　 〔

約 　80

118

以 上 ｛177以 上｝ 　22 以 上 ｛216以 上｝ 　28 以 上

i

｛275以 上 ｝ 8_種BI _{鋳 造}の ま ま 　 　 　 I 　 　 　

I

焼 もどし 　 　 　

1

焼 入れ

・

焼 も どし AC8B

−

F

AC8B −T5

AC8B −T6

　 　 　 　 　 　

　

　 　

　

　

　

　

　 上 上 上 上 上 上 以 以 以 以 以 以 877106875 11 　

22

　 22 　 ｛ 　 　 　 　

　

｛ 　

　

　

　

　

〔 約 　go 約

110

約　

90

約

110

熱 　処 　理 焼な ま し 温 　 度 （°

C

） 約 350 時 間 （h） 約

2

溶 体 化 温 　 度 （°

C

） 時 間 （

h

） 焼も どし 約 520 約 520

8

種

C

鋳造の まま　

AC8C −−F

焼 もど し 焼入れ

。

焼 も どし

AC8C −T5

AC8C

−

T6

18

以 上　

一

｛177以 上｝ 21 _{以 上}

『

｛

206

以 上｝ 28 _{以 上} ｛275以 上｝ 約　

go

約 110 約 520 約 520 約 520 間 ） 　 h 時 （ 度 ） 　

C

　 O 昼 （

、

著 約 7　約 200 約 7　約

320

約

4

約 4 約 4 約

180

約

170

約

180

約 170 約

180

約 170 約　5 約 　4 約　

8

約

10

約　

8

約 10 約　

8

約 10 種 　 類

Table

　

3．

　

Yamaha

_と

IAME

ピス トン の化 学 成 分

　 　 　 分 　 　析 　 　元　 　 素

IAMEYamaha

Cu

Si

Mg



Zn



FeMn

NiTiAl

1．

24



15．

41



0．

43



0．

02



0 ．

62



0．

43



1．

96



0．

04

残 1

．

09　　 　11

．

22　　　1

．

08　　　0

．

03　　　0

．

41　　　0

．

04　　　1

．

30　　　0

．

12　 　　〃

＿

43

＿

相 模工 業 大 学 紀 要　第

14

巻　第 1 号 有 して い る。 他の添 加元素

，

不 純 物元素は AC8A に も と ず き分析し た結 果である。 以 下

，

添加 元素に よる影響 に つ い て比較 考察し て み る。 　 こ の_{競 技 用}

2V

イ クル エ ン ジン は

，

他の熱 機 関に 比 較 して

100

　cc _{の 小} 排 気 量で高回転 （エ ソ ジンに よっ て は_，

20，

000 回転以 上に も達 する）高 負荷 （ク ラ ッ チ が ない た め衝撃 負荷が大 ） とい う非常に過 酷な使 用 条 件を ピス ト ソに 要 求し て い る こ と か ら高 温に お け る強 度お よび_硬さ が問 題になっ て くる。KT100A に 痩用されて い るピス ト ン_{材 料}

，

AC8A は T6 処理 （520

°

C −

4　h _{溶 体 化 処 理後}

，

約

170

°C

−

10　h 時_{効 処 理} ）を施 し て使 用され るもの で， 硬 さにつ い て み ると， ヤマ ハ 製ピス トン の 硬 さは

，

Hv 123 _{を示 し たQ} これ は， HB　107 に 相 当 する値で ほぼ規 格の

HB

　

110

に近い値を得た。 これに 対 して

，

　

IAME

製 ピス トン は

，

Hv　122 と 両 者 ほぼ同 じ よ う な硬さ を得 た。 化 学 分 析 値か ら判 断し た場合

，

高温 強 度に必 要な添 加元素 Ni が IAME 製の方が

，

　 o

．

66_{％ 多 く含 有}し て い る。

Ni

は耐熱性 効 果に著 しい 影 響 を もつ 添 加 元 素で ある が高 価であるた め

， JIS

で は

，

　 Table　1 に示 すよ うに

AC8B

から高価 な 添 加 元 素で ある

Ni

を除い た

AC8C

が規格 化さ れ て い る。 しか し IAME 製 ピス トン の場 合

，

競技用エ ン ジン として わ ずかで _{も 耐 熱 性}の す ぐ れた安全率の高い材 質を とい うこ とで Ni を添 加 し て あ るもの と判 断 し たQ 次に Mg の 添 加 量に つ い て み た場 合

，IAME

製の O

．

43％ に対 して

，

ヤ マ

ハ

_製は

，1．

08

_％ と2倍 以上の量が_添加 さ れて い る。 Mg は熱 処 理 効 果の 非常に大 きい添 加 元 素で

AC8A

で は，　 O

．

7

〜

1

．

396 まで の成 分範囲で規定 されて い る。 し か し

Mg

が規格の上 限ま で添加さ れ る とピス トン _{製造 上 問 題が多く}

，

_{ピス ト} ン の 性能上 か ら も M9 は 下限に近い_方が好ま しく

，

R

，

F ．

　

Smart5

｝等の 報 告で は

，

　Mg の機械 的性質に及 ぼ す 影響につ い て

0 ．

4

％ ま で は著しい _{添 加}効果があるが

，

そ れ 以上で は

，

こ の効 果は小さい として い る

。

も う

一

つ 高温強度の点で注 目 したい添 加 元素に

Mn

がある。 ヤ マ

ハ

製の 場合は

， O ．

04

％ とほ と ん ど存 在 しない の に対 し て IAME _製の場 合

，

　O

．

43％ 含 有して い る。 工業 的に

Ni

が_{高 価}とい う点で，　

Ni

を含まない ピス トン用アル ミ ＝ ウム合 金で は ，

Ni

の 代用 と し て Mn を添 加し てい る が

，LF ．

コ ロ ブ ネ フ6忙 よれ ば

，

こ の Mn 添 加は

，

硬 さ に お よぼす 影響が_著し く， ま た

Mn

が合金の高温カ タ サ を 上げてい るの は

，

原 子 間の結 合 が 大 きい こ と お よ び Photo 　

2．

ピス トン の マ ク ロ_{組 織} AI 内 で の拡 散係数が他の元素に比べ て 小 さい こ と を 理 由づけ として い る。 Photo　2 は， ピス トン の マ クロ 組織 を示 した もの である。 写 真 左が ヤマ

ハ

製で

，

右が

IAME

製の ピス トン である。 ヤマ

・

・

製の v ク ロ 組織は， IAME 製に比較し全 般に_均

一

かつ微 細化 してい る。

IAME

製 は

，

写 真か らわか る よ うに金 型に接 し た 部 分か ら柱 状 晶 が中 心 部に向っ て発 達 し た 凝 固組 織が ボ ト ム リ ン グ

（

bottom

　ring _{） 下 部 付 近}に認め られる。　

AC8A

の 添 加

元素の

一

つ で あ る Ti に つ い てみた場 合

，

ヤ v

ハ

_製の O

．

12_％ に対 し て IAME 製では

，

　 O

．

04

_％ と ほ とん ど含 まれて い ない_。 Ti _添加は結 晶粒微細 化を 目的と し て添 加 する 元素であるが， その添 加 量は

JIS

に規定して あ る よ うに

0・

2

％ 以下で 充 分 その 効 果 を発揮 する。 ゆ え に ヤマ ハ _製の 0

．

12_％ Ti _{が添 加されてい る}マ _ク卩 _{組 織} からわか る ように

，

結 晶は均

一

かつ _細か _{く微 細 化}さ_れて い るが

，

IAME _製は柱 状 晶の_{発 達}な ど KT100A に比較 して あ らい凝 固 組織で あっ た。

Photo

　3 は

，

ヤマ

ハ

製 と

IAME

製の ピス トン の 顕 微 鏡 組織写 真で ある。 撮 影 倍 率 は 50 倍と 200 倍で

，

研摩の状 態で撮 影 し たもの で あ る。 まず 左側の

KT100A

に つ い てみてみ ると

，

初 晶 α （A1）と灰 色の共 晶 中の Si が晶 出して い る。 　次にこ の

Al−Si−Ni−

Mg

−Cu

系 実用合 金の_{凝 固 過 程}を 状 態図的に説明する。 幸田 71_{らに よれぽ}

_AC8A

_{に 含ま} れ る

Cu

と大 半の

M9

は初晶 α に固 溶する と し て， 凝 固 組織を Fig

．

1 に示した AI

−Si−

Ni 系の 3元 合 金 と し て考えるこ と がで きる と して い る。 こ の 系の 不変 点

ET

は 0568 °

C，

5

．

40 ％

Ni

， 11

．

35％

Si

で

ET

：ム＃ α＋

AlsNi

＋

Si

な る 不変系反 応で ある

。 3

元系 と し て み た この合 金の _{組 成}は

，

Fig

．

1 の AI

−

Si共 晶 線 上

，

1

．

3％

N

量 _側に入っ た付 近に相 当 する。 し た がっ て

2

元 共 晶線

一 44 一

2 サ ィ クル ェ ン ジン の 材 料につ い て （田 辺 　 明・ 平_綿勝 彦 ・木 村_{広 幸}） ×

50

KT100A ピス トン ×

50

　 　×200　 　 　

1AME

ピス トン

Photo

　3

．

ピス トン の 顕 微 鏡 組 織 x200 ・

f

’ t

・

_J

　 　 　

_、。 ，．，η。

　 　

、 。

　 　 　 　

，。 　 　 　 5i　 ‘％7 　 　 　 Fig

．

1

．

　Al

−

Ni

−

S正3 元 系 A1 側 状 態 図 上 で は， α と

Si

が 共 晶で晶 出 し， 恥 点で α，　Si および A1sNi が 3元 共 晶と して 晶 出 するD 写真上

，

　

Si

（初 晶 ） よ りも若 干明か るい板_状の 明灰 色の析 出 物が ε_（A13Ni_） で あ る。 ま た 骸 骨 状の黒 色の析出物は

，

固 溶 限 以 上の Mg が Si と結合 し て生 じ た Mg2Si で あ る

。

次 に左側 に示 す

IAME

製 ピス トソ の場合

，

　

Si

量が

15・

41％ と 多く高 Si ロ

ー

エ ッ ク ス と して考え るこ と がで きる。 ヤ マ ハ 製と 同様

，

ほ とん どの Cu

，

　Mg が 初 晶 α _に固溶 し

，

ま た AC8A に は含まれて いない O

・

43％ の Mn も

Hansen

の

Al−Mn

合 金 状 態 図81より

，

658

・

5°C _で 1

・

4 ％ Mn の固 溶 限か ら Cu

，

　Mg と同 様ほ とん ど固 溶 する も の と すれば

， Al−Si−Ni

系とし て考え るこ とがで _きる。

Fig．1

　

il

こお い て ヤ マ

ハ

_製よ り

Si

側，　

Ni

側， に 入っ た ところ に相 当 する。 した がっ て初 晶 と して

Si

が晶 出 す る。 写 真上

，

灰 色

，

多 角 形の塊 状がそれで等 しい 大 きさ で 分 布 し てい る。 後は AC8A と同 じ2元 共 晶 線上で α と

Si

の共 晶の 晶出

，

　

ET

_点で αp　

Si

お よび

A13Ni

が

3

元 共 晶と して 晶 出 する。

IAME

社の ピス トソの場 合， 高 Si ロ

ー

エ ッ クス が使 用されてい る が

，

こ の Si の働 きは

，

ピス トン_{材 料}に要 求される性 質の _うちで 熱 膨 張 係 数を減少させ る効 果があり

，

特oeA19 】 _{の 熱 膨 張} 係数は 24

・

58×10

−

6_／°C _と 大 きく， 14

．

5％

Si

で

19．

8×

10−

6_／

°

C

にまで減少するこ と が で きる。 ヤ マ

ハ

製 ピス トン の場 合， Si は 共 晶 程 度の 含 有 率 とい うこ とで

，

ピ ス トン を 真 円で な くカ ム_仕上げ するこ とに よ り

，

熱 膨 張に よる焼 付 きを防 止 し て い る といわれて い るが

，

現 実に は

，

膨 張 の_著しい と思わ れ る排 気 側を設 計に た よ り， 取 り 除 くわ けである。 ゆえ に ヤマ

ハ

製ピス トンはtIAME 製ピス トンに_{比 較}し て エ ン ジ ソ _が冷えて いる間は _{， 事 実}上， 吹 抜け が お こっ てい る。 た と えエ ン ジ ソが あっ た まっ た状 態でもそ れが真円に 膨 張 し てい るとはかぎらず不安 定な 要素が 残る。 45

相 模 工業大 学 紀 要 　 第

14

巻 　 第

1

号 　

3−

2　ピス トリン グ につ い て 　こ こ で と り

’

あ げた3種 類の ビス トン リン グは， 2本で 構成 さ れてい る。 リン グ材 とし て現在最 も広 く使用され てい る材 料は鋳 鉄である。 材料の安定性 とい う点から考 えて鋳鉄より も鋼の ほうが すぐれてい るに もか か わらず 鋳鉄が使用されてい る。 これは単に鋳鉄が安 価であり， 製造しやすい とい う理 由だけか らで は ない。 む し ろ鋳鉄 がもつ_{材 質的特性 が}リン グ_材と し て優れてい るこ とが真 の理 由である。 す なわち リン グ材と し ての必 要 条 件は， 耐摩 耗 性

，

強 靱 性

，

耐熱 性

，

熱 伝 達の 良さなどの ほかに 設 計上材料の_弾性率の _{大 ぎ さ が}ち ょ うど都合よい こ とが あげら れる。 鋳 鉄は よ くこれ らの条 件に か なっ た材 料 と い うこ と がいえ る。 まず IAME 社の パ リ ラ， コ メ ッ ト の リング は_， その_{鋳 鉄 製}で あるこ とが顕微 鏡組 織か らわ か っ た ため， こ れ ら に 含まれる合 金 添 加元素 として，

Ni

，　

Cr

，　

Cu

，　

Zr

，　

Mo

に つ いて化 学 分 析 を 行っ た。 ヤ マ ハ

KT100A

の場 合は

，

鋼製で作られてい るこ とが わか り

，

分析する元 素は

，

パ _リラ ， コ メ ッ ト と同 じ元素につ い て行っ た。 そ れ らの結 果 を Tab 且e　4　ta示す。 ま た各 機 種の リングの顕 微鏡組織を

Photo

　4

−−

6 _{に示 す} 。 まず Photo　4 は

，

ヤマ ハ

1

（

T100A

の 顕_{微 鏡 組 織}で あ り ， ト ッ プ リン グ， ボ トム リン グと も 同 じ材 質で作 られてお り 形 状 も 同じで ある。 写 真上 段 が 100倍

，

中段 が 400倍

，

下段が 同 じ

400

倍で撮 影した リン グ地の組 織で あ る。 写 真上段にみ ら れ るメ ッ キ 層の厚さ は

101

μ で その硬 さ は

，

Hv　749 を示 し た。 次に

Table

　4 の化学成 分につ い て み て み ると， 炭 素 量が

0．

77％ 含 まれる他に 0

．

3

％

Si

と 0

，

48％ Mn で構成され，　

Cu

，　

Ni

，　

Cr

，　

Mg ，

　

Mo

は殆ん ど 含まれてい ない こ とがわ か っ た。 鋼 単 体の リン グを圧 力 リソグ と し て用い て い る例は少 な く

，

使用材 料 に は炭素 鋼

，

低 合 金 鋼の 他

，

ス テ ン レ ス_{鋼 等}が用い られ

てい る。

Table

　

5

と

Table

　

6

に

JIS

に よ る ば ね鋼 材

料の_{種 類}と その_機械的性質を 示 す。 さきの結 果と比較し て み る と　

SUP

　

3

_{に相 当する材質と}い うこ とがわか っ た。 ま たこの バ ネ鋼 材料は， 焼入 れ （

830〜860

°

C

油 焼 入れ ） 焼 も どし （450

〜

500°C ）の処 理を施 し て使用する ×

100

　 　 　 x400

Photo

　

4．

　

Yamaha

　KT100A 　piston　ring の 顕 微 　 　 　 鏡組 織

Table　4

．

_{各 種ピス} トン リングの 化 学 成 分 （wt ％ ）

種 類

Yamaha

　Ring

Komet 　Top 　Ring

Komet

　

Bottom

　

Ring

Parilla

　

Top

　

Ring

Parilla　Bottom 　

Ring

分 　 　 析 　 　 元 　 　 素

C

SiMnP

S

NiCrCu

ZrMo

　 　

Fe

0

．

773

．

623

．

893

．

973

．

94 0

．

302

．

742

．

922

．

742

．

93 O

．

480

．

500

．

510

．

470

．

59 0

．

050

．

310

．

320

．

390

．

36 0

．

0260

。

0330

．

0450

。

0420

．

044 O

。

030

，

030

．

050

．

080

．

06 0

．

030

．

070

．

190

．

240

．

24 O

．

020

．

170

，

110

．

120

．

10 0

．

010

．

010

．

010

．

010

．

01 0

．

OlO

．

OlO

．

010

．

020

．

01 残 〃 〃 〃 〃

（注）

Yamaha

　

Ring

_は Top

．　Bottom と も 同 材質で あ る。

2 サ イ クルエ ン ジ ンの材 料につ い て （田 辺　明

・

平 綿 勝 彦

・

木 村広幸 ） Table　

5．

ば ね 鋼 鋼材の化学 成分 （

JIS

） 種 類記号 化　 　学　 　成　 　分　 　 ％

C

Si

Mn

P

S

Cr

V

B

SUP

　

3SUP

　4SUP 　

6SUP

　7SUP 　gSUP 　

gASUP10SUPl1A

　

0．

75

− O ．

90　　0

．

15

〜

0

．

35　　0

．

30

〜

0

．

60 　

0 ．

90

〜

1

．

10　0

．

15

〜

0

．

35　0

．

30

〜0 ．

60

　

0 ．

55〜0 ．

65

　　

1．

50〜1．

80

　

0．

70

−

1

．

00

　

0 ．

55

〜0 ．

65　　1

，

80

〜

2

．

20　　0

．

70

−

1

．

00 　0

．

50

〜

0

。

60　0

．

15

〜

0

．

35　0

．

65−

0

．

95 　

0 ，

55− O ．

65

　

0 ．

15〜0．

35

　

0．

70

〜1 ．

00

　0

。

45〜

0

．

55

　0

．

15

〜

0

．

35　0

．

65〜O ．

95

1

・

・

55−

・

・

65

…

5−

・

・

35

・

・

7

・

一

・… 0

．

035_以下

0 ．

035

以 下 0

．

035以下 O

．

035以 下 0

．

035_以下

0 ．

035

_以下

0 ，

035

以 下

0 ．

035

以下 0

．

035_{以 下}

｝

0 ．

035

以 下　 　 　

冖

0

．

035以下　 　 　

一

〇

．

035_{以 下}

一

〇

．

035

_以下　

O．

65

・

−O。95

0

．

035_{以 下}O

．

70 〜

1

．

OO

O 。

035

以 下　

0。

80〜1．

OO

O ．

035

以 下　

0 ．

70

〜

1

．

00O

．

15

〜

O

．

25　　　　

−

　 　

＿

　 　 　

0 ．

0005

以 上

Table

　

6・

機 械 的 性 質 （耐 力

，

引 張 強さ

，

伸び

，

絞 り及 び硬さ） 記 　 　 号

SUP

　

3

】

SUP

　4 SUP 　6 SUP 　7

SUP

　

9

SUP

　gA SUP10 SUPl1A 熱 　処　理 　

゜

C 焼 入 れ

瞬

もど ・ 機 　 　 械 　 　的　 　性　 　質

830〜860

油　 　 冷

830 〜860

油　 　 冷 830

〜

860 油　 　 冷 830

−

860 油　 　 冷 830

〜

860 油　 　 冷

830 − 860

湘 　 　 冷 840

〜

870 油　 　 冷 830

〜

860 油 　 　 冷 450

〜500

450〜500

480

〜

530 490

〜

540 460

〜

510

46G− 520

470

〜

540 460

〜

520 耐 　 　 力

0．

2

％ kgf_！mm2 （N！mm2 _） 引 張 強 さ kgf_！mm2 （N！mm2 _） 伸 び ％ 絞 り ％ 　 　 硬　 　さ 4_号 ま た は 　 　 　 　4号 試 験片 7号 試験片 HB 　

85

以 上 （834）以 上 　 90 以 上 （

883

）以 上 　110 以 上 （1079）以 上 　110 以 上 （1079）以 上 　110 以 上 （1079）以 上 　110 以上 （

1079

）以 上 　110 以 上 （

1079

）以 上 　110 以 上 （

1079

）以上 　

110

以上 （1079）以上 　115 以上 （1128）以上 　125 以 上 （1226）以 上 　125 以 上 （1226）以上 　

125

以 上 （1226）以 上 　125 以上 （

1226

）以 上 　135 以 上 （

1226

）以上 　

125

以上 （1226）以上

8

_以上 7 _以上 9 以 上

9

以 上 9 _{以 上}

9

_以

_一

_ヒ 10 以 上

9

_以上 10 _以上 20 以 上 20 以上 20 以 上 20 _{以 上} 30 _以上 20 _以上

341〜401

352

〜415

363−W429

363

〜429

363

〜

429

363〜

429 363

〜

₄₂₉ 363

〜429

もの で

，

リン グ地の硬 さにつ い てみて み ると，　

Hv

　

380

（HB 　368_{＞を 示} し

，

規 格の HB　341

〜

401 _以内で ある こ とが わか っ た。 ま た， さ きに述べ た顕 微 鏡組織は

，

ソル バ _{イ ト組 織と}い うこ とになる。 　次にパ _{リラの ピ}ス トγ リ ン グ につ い て で あ る が，

Photo

　

5

は ， パ リ ラの顕微 鏡組 織で あり， トッ プ リン グ を左側に_， ボ トム リ ングを右側に示 す。 ヤマ ハ の リン グ 構成とは異 な り

，

トッ プリン グの L 型と ボ トム リン グ で構 成されて い る。 鋳 鉄 製 とい うこ とか ら

，

鋼 製に比べ て 厚め に 作 られて い る。 トッ プ， ボ トム リング と もに析 出 黒鉛10）_{の 形} 状は，

B

型黒鉛でバ ラ状を 呈 し ていて無方 向配 列に属 し

，

黒鉛の大い さは

， No ・5

_（析出 黒鉛片の 長 さ 12

．

7

〜

6

．

3mm ）の等 級で細か く晶 出し て い る。 次 に ク ロ ム メ ッ キ層 とリング地の硬さにつ い て み る と

，

ト ッ プ リングの ク ロ ム メ ッ キ層 厚さ　

30

μ

，

ボ トム リン グ が， 35μと ほぼ 同 様 な 厚さを 示 し た。 これはヤマ

ハ

製 と 比 較 し た場 合

，

1／2 以 下で非 常に うすい もの である。 メ ッ キ層の硬 さは

，

トッ ブ リン グ が

Hv

　

749

， ボ トム リン グ が Hv　790 で ヤマ ハ _{製 と同 程 度で あ る} 。 リン グ地の硬 さは トッ プ リン グ が

Hv

　234

，

ボ トム リン グが Hv　263 と

Hv

　

30

ほ ど ボトム リン グの硬さ が大 きい。 こ こ で 析 出 黒 鉛 を 除いたマ ト リ ッ クス の硬 さを 知る ため に

，

V イ

47

相摸工業 大学 紀 要　 第 14 巻　第 1 号 x100 X400 ×100 ×400 　 　 　 ×

400

Top

　ring 　　　　　　

Bottom

　ring

　 　　

Phote

　5

。

　

Parilla

　piston　ring の顕微鏡組 織

×400 ク ロ ビ _ッ カ

ー

ス_{硬 度 計 （}

P

：50gT ：30s_）に て測 定 を行 っ た。 その 結 果， トッ プ リ ン グの マ ト リッ ク ス の硬さ は

Hv

　

367，

ボ トム リン グ

Hv

　

423

_{と非 常に硬 く}

，

ボ ト ム リ ン グで， リン グ地の硬さ よ り Hv　160 も硬い こ とが わ か っ た。 ま た Table　4 に 示 す 分 析 結 果で は

，

　 トッ プ

，

ボ トム リ ング ともに 同 様な組 成を 示 し， 合金 元素と し て_， O

．

24 ％ の Cr

，

約 O

．

1％ の

Cu ，

ま た 0

．

06〜

0 ．

08

_％ のわ ずかの

Ni

を含ん だ合金鋳鉄 製リン _{グ で}あ るこ と が判 明 し たQ こ の リソグに 含まれ る

Cr

添 加の 効 果は， 耐 熱 性の改善

，

硬 さの増 加 さ らに高 温 耐 摩 耗 性の 向 上に_有効であ り，

CU

は

，

パ

ー

ライ ト基地の 緻密化

，

黒 鉛の_均

一

_{分 布 化}， 更に チ ル 化の防 止に役 立っ て い る。 　

Photo

　

6

はコ _{メ ッ} ト の顕微 鏡組 織で リソ グ構 成は， パ リ ラと同 じで ある。

Table

　4 に 化 学 分析結果を 示 して ある。 まず顕 微 鏡 組織につ い て である が， 析 出 黒 鉛の形 状 を 見る と

，

トッ プ リ ン グ は

，

黒 鉛が球 状を 呈 し てい る。 いわ ゆる球 状 黒 鉛鋳鉄で，

Mg

を 溶 融鋳鉄に投 入 し た後

，

接種 を行 う と黒 鉛が球 状 化し

，

片 状 黒 鉛 鋳 鉄tc比 べ て _著しく機 械的 性 質が向上 し衝 撃 値

，

弾 性 率

，

振 動 吸 収能も優れてい る。 マ

F

リヅ クスの組織は

，

針 状の マ ル テ ソ サ イ ト_組織で熱 処 理が施さ れ て い る のが わか る。 こ れに_対して ポ トム リ7 グは A ＋B 型 黒 鉛 形 状で片 状 黒 鉛 とバ ラ状 黒 鉛が混 在 した組 織で

，

そ の 黒鉛の大い さ は_，

No ．5

_（析出 黒鉛の_{長 さ}

12，

7

〜6 ．

3mm

_） とパ _リラ リン グのパ _{ラ状黒鉛と同 様の 大い さである} 。 マ ト リッ ク ス_組織は ， ソ ル パ イ ト に幾 分パ

ー

ラ イ トが 残っ て い る状 態 が観察で きるが， これ は冷却過程に よ るもの か熱処 理 によるものか明ら か で ない 。 リン グ地の 硬さ結果で は

，

トッ プ

゜

リング が H▽ 285_， ボ トム リング が

Hv

　250 で ト ッ プ リン グ の方が優る硬 さ結 果であっ た。 ま た， マ イク

一 48

2

サ ィ クル エ ン ジン の 材_料にっ い て （田 辺 　明

・

平綿 勝彦

・

木村広 幸 ） ×

100

x400 Top 　Ring

の

欝_鐸

、

X100 薯

_韈

欝

x400 　 　 　 　 x400 

Bottom

　

Ring

Photo 　6

．

　 Komet 　piston　ring の 顕 微 鏡 組 織

x400 卩 ビ ッ カ

　

ス 硬 度 計に よる マ トリ ッ ク ス の 硬 さは ， トッ プ リング が Hv　362

，

_ボ トム リングが Hv 　386 _とパ _リラ の リソ グ程 で は ない が

，

トッ プリン グ で Hv 　77

，

ボ ト ム リン グで

Hv

　

136

_とv _{ト リ} ッ クス の 方 が非常に硬い こ と が わか る。 次に メ ッ キ 層につ い て で あるが

，

トッ プ リン _グの硬さ 65_μに対 して ボ トム リン グ41_{μ と}約 20μ トッ プ リング の方 が厚く施 さ れて い る。 硬 さは

，

トッ プ リ ン グ

Hv

　761 ， ボ トム リング

Hv

　

750

とヤマ ハ ， パ リ ラ と同 様な硬さ を示 し てい る。 　次に化 学 分 析結 果で ある が

，

トッ ブリ ン グ の 3

．

62％

C

に対 し て ボ トム リン グが

3 ．

89

％

C

と若干，

C

量が ボ トム リン グの方が多 く含 有 し て い る。 合 金 元 素と し て は， パ リ ラ の リン グの よ うに同 じ成 分で は な く

，

トッ プ は

，

O

．

17％ の Cu と 0

．

07％ Cr これに対 し て ボ トム は O

．

19％

Cr

と

0．

11

％

Cu

を含む合 金鋳鉄である こ と が判明 し た 。 　3

−

3　 シ リンダ ラ イ ナ につ い て 　アル ミニ ウム _合金製の シ リンダブロ _ッ ク では

，

シ リン ダ部に 鋳 鉄 製の ラ イ ナが使われる。

Photo

　7 に各機 種の シ リン ダライナ の顕微 鏡組織写 真を 示 す。

．

．

L

段が ヤマ ハ KT100A ， 中段 がパ リ ラ

，

下 段が コ メ ッ トで

，

研 摩の ま ま での_状態を撮 影し た もの で _ある。 また

Photo

　

8

に こ れ らをナ イタル _（Nital_）液で腐食_{し た}状態_{を 示}す_。 これ らの組織から判断 するといず れ も鋳鉄 製で_作られて い る こ とがわ か る。 まずヤマ ハ 製ライナ の場 合， 析出 黒鉛の 場合の形状 は

，A

型で いわゆる均

一

分 布

，

無 方 向 配 列の 部 類に属 し

，

黒鉛の大い さは，

No ・4

（黒鉛の長さ

25 ・

4

〜12．

7mm ） の等 級 順 序で ある。 その硬 さは

，

　 Hv 　207 を 示し た。 マ ト リッ クス の 組織は， 層 状パ

ー

ライ トを示 し てい る。 ピス トン リン グの マ ト リッ クス 硬さ測 定 と同 様に， マ イク ロ ビ ッ カ

ー

ス_{硬度 計 （}

P

：50gT ：

30s

_） に よ りマ ト リッ ク ス の硬さを 測 定 し た結 果

，

Hv　303 を

＿ 49

相 模 工業 大 学 紀 要　第 14 巻　 第 1 号 Yalnaha ×

100

ParMa

x100 ×400 ×

400

×400

Photo

　7

・

シ リンダラ イ ナ の顕 微 鏡 組 織 （no 　etching ） 示し

，

マ ト リ_ッ クス ＋ グラ フ ァ イ トに比べ ， 約

Hv

　

100

程マ _{ト リ} ッ クス の方が 硬い結 果であっ た。

’

次に パ リ ラ の シ リンダ ライナにつ い て で あるが， 析 出 黒 鉛の形 状は

，

B 型の バ _{ラ状 黒 鉛}

_，

_{無 方 向 配 列 を 示 して} い る。 析 出黒鉛の大い さは

，

ヤマ ハ 製と 同 じ

No ．

4 （析 出黒鉛 片の長さ 25

・

4

〜

12

・

7mm ） の大い さで_{分 布}し て い るが， ヤマ ハ 製で見られた， 均

一

分布し た片状黒鉛に 比較 して こ の 種の パ ラ状 黒 鉛の方が_{機 械 的 強 度}で は劣 る。 　硬 さ は Hv　229 とヤマ

ハ

_製よ り Hv　20 程度硬い結 果 であっ た。 マ トリッ ク ス は， ソ ル パ イ ト組 織を 呈 し，

Hv

　

341

の_硬さで

，

ヤ マ ハ 製の マ トリッ クス よ りも優る 結 果で あっ た。 最 後に コ メ ッ ト の シ リン ダライナ につ い て である が， 析出 黒 鉛の形状は

，

ヤマ ハ 製の

A

型

，

パ リラ製の B 型に 対し て D 型で樹 枝 状 偏析

，

無 方 向配 列 とい っ た形 状を呈 し

，

その大い さも No

・

5 （黒鉛片の長 さ

12．

7〜6 ，

3mm

）とい う

，3

機 種 中

一

番 小さ な分 布を 示 し た。 Photo　8 の 左 側に 示し た 100倍の組織で 見て み ると

一

部

B

型の バ ラ状 黒鉛が混 在して い る部 分 も観 察 された

。

こ の コ メ ッ トに見ら れ た

D

型 は

，

析 出黒鉛の 大い さが

No ．5

で

一

番 小さい こ と か ら もわかるよ うに 強 さ は確かに大 きい が

，

靱 性が低 く

，

ま た原 則 的に 耐摩 粍性 も 低い こ とが しばしば 報告されて い る。 硬さは

Hv

218

を示し

，

3 機 種を比較し た場 合

，

パ _{リ ラ （}

Hv

　

229

_）

50 一

2

サ ィク ル エ _{ン ジン}の材 料にっ い て （田 辺　明

。

平 綿 勝彦

。

木 村広幸 ） 〉 コ メ ッ ト （

Hv

　

218

）〉 ヤ マ

ハ

（

Hv

　

207

）の順であるこ とがわ か っ た。 v ト リッ ク ス の硬さは

Hv

　277 で パ リ ラ （

Hv

　341 ）〉 ヤ マ

！

・

_（Hv　303_）〉 コ メ ッ ト （

Hv

　

277

）の 順である

。

しか しながらマ ト リ_ッ クス の組織は

，

パ _{リ ラ} と 同 じように ソ ル パ _イ ト_状を呈して い る。 Yamaha X　

100

Parilla

×100

Komet

Photo

　

8．

　

次にシ リン _ダライ ナ の分 析 結 果 を Table　7 に示す。 その _{結 果}からヤマ

ハ

製シ リンダ ライナは

，O ．

17

％

Cr

を 含む 合 金 鋳鉄で ある。

一

方 パ リ ラ の ラ ィ ナ は

，

0

．

12％

Ni ，0 ．

24

％

Cr ，0．

9

％

Cu

に少 量の

Mo

，　

V

を 含 む 合 金鋳鉄であ り

，

も う

一

つ の コ メ ッ ト の シ リ ン ダ ラ イ ナ x400 ×

400

　 　 ×100 シ y ン ダラ イ ナの _{顕微鏡組織 （}ナ イ タル で腐 食） ×400

Table

　7

．

_各種 シ リン _ダラ イ ナ の 化学 成 分 種　 類

KometParillaYamaha

分 　 　 　析 元 　 　 　 素

C

S

董

Mn

P

S

Ni

Cr

　 　

Mo

V

Cu

Mg

　 　

Fe

2

．

94

　　　2

．

42　　　

0 ．

66

　　　0

，

082　　　0

．

092

3．

23

　　2

．

57　　0

．

81　　0

，

076

　　

0．

118

3．

00

　　

2 ，

03

　　

0 ．

76

　　0

．

015 　　

0．

115

0

．

23　　　0

．

24　　　0

，

04　　　0

．

05

　　　0

．

19　　　0

．

002　　　残 0

．

12　　　0

．

24　　　0

．

06　　　

0．

04

　　　

0 ．

90

　　　

0 ．

001

　　　〃

0．

05

　　　

0 ．

17

　　　

0．

01

　　　

0．

01

　　　0

．

05　　　0

。

002

　　　　

〃

51

相模工業 大学紀 要 　 第 14 巻 　 第 1 号 は

，

0

．

24％ Ni， とパ リ ラ に比べ 2 倍 近い添 加 量で

，

　 Cr は，

O ．

24

％ 　と同 じで あっ た。 また添 加 元 素の

一

つ であ る Cu は

，

パ _{リ ラ の} 1_／4 _以下で ，　 Mo

，

　 V は ほ と ん ど パ _{リ ラ の分 析 値と同じ程 度含ま れ て}い る。 硬さ結 果に お い て

，

V ト リッ クス の硬 さ を比較した結 果

，

パ リ ラ （

Hv

341_）〉ヤ マ ハ _（Hv　303_）〉 コ メ ッ ト （Hv 　

277

）の

1

順で パ リラ とコ メ _ッ ト で Hv　64 _{だ け} パ _リラ の_{方が 硬}い_結果で あっ た。 パ リ ラ， コ メ ッ ト の マ ト リッ ク ス 組織 が同 様の ソ ル バ イ ト状を 呈 し てい たに もか か わ らず硬さ が 異 なっ た 理 由と して

，Cu

の_添加量 がコ メ ッ トに 比べ

4

倍 以 上 含まれて い た こ とに よ る影 響と考え られる。 また

Culo

［ 添 加は

，

すべ _{り摩耗抵抗 性を向 上 する 目 的}で シ リ ンダラ イ ナや プ レ

ー

キ胴な どe：　1_％ 内外の _少量 を配 合 する 場合 があ り

，

これ と同時に

0 ．

3〜0 ．

5

％ の

Cr

を 併 用 し て

一

層 よ い結 果を 得た報 告も あ る。 　

3−

4 　走 査型電 子 顕 微 鏡 に よ る 焼 付 き状態の観 察 　エ ソ ジン の _{焼 付}き状 態の _観察には

，

パ リ ラの ピス トン

，

ピス トン リン グ

_，

シ リ ン ダ ライナ _{を 用}い

，

Photo　

9

に 焼 付 き を 生 じ た ピス トンの側 面と頭 部を示す。 排気側の か じ り か ら は じ ま り

，

次に トヅ プ リン グが 折損 して

，

ピ ス ト ン頭 部に強 く うち くだ かれ

，

端 部が破 壊 し て しまっ たもの で ある。 これは ピス トン とラ イ ナ の ク リ ア ラ ン ス が 6／

100

に とっ てあるもの で走 行 後_，

20

分た らずで焼 付いたもの である。 Photo　10 に ラ イ ナの カジ リ を生じ x30

Pheto

　9

．

_{焼 付} きを盗 じ た Parilla の ピス トン ×100 　 　 　 x400

Photo

　10

．

　 Parilla シ リンダラ イ ナ の焼 付き状況 　 　 　 （電子顕微鏡）

52

2 サ イ クrU エ _{ン ジ}ン の _{材 料} につ い て （田 辺　明

・

平綿勝 彦

・

木村広幸 ） て い る部分の 顕微 鏡 組 織 を 示 す。 上か ら30倍

，

100 倍， 4QO _倍で撮 影 し た もの で_{， 写 真}の _{縦 方}向 が ピス トン の _運 動方向で

，

こ の 方 向に沿 っ てカ ジ リに よっ て 生 じた 凹 凸 が_波の うね りの よ う な状 態に波 しぶ きの よ う な様相で ピ ス トン か らの摩 耗 粉 が付着して い る。 Photo　11 は， ピ ス トン側の ボ トム _リン _{グ付 近}の_焼付き状態を 撮 影 し たも x30

灘

鞍

謎

鞍

崢

 

戛

…

饕

_店

卍

慈 貿 愚

、

ぎ 鱒 儺

幅職「

転 　 ま　 　

’

擁

準 　

、

鋤 瓢

，

　

100x

　 　 　 ×

200

Photo

　11

．

　

Parilla

ピス トン の ボ ト ム リン グ 付 近 　 　 　の焼 付き状 況 （電子顕 微鏡） の で倍 率は

，

30倍

，

100倍

，

200 倍で_観察した もの で あ る。 30 倍の 観 察で は

，

中 央 ボ トム リン グ 面 に ピ ス ト ン

，

ス リ

ー

ブの _{摩 粍 粉}が凝着し て い る。 ま た 100倍の写 真で は

，

リン グとピス トンのす き間は ピス トン_{端 部}の た だれた部 分 と破 壊さ れた リン グ との_溶着 状態，

200

倍で 撮 影 し たピス トン面に は

，

ス リ

ー

ブ と同 様に カジ リに よ る焼 付 き状 態が観 察で _きるDPhoto 　

12

は ピス トン側の 焼 付き状 態の _少ない 部 分を

30

倍

，

100 倍で撮 影し た も の で ある。 さきに示 した付 着の激しい 部分に比べ て リン グ， ピス トン の面が な め らか で あ るこ とがわ か る。 こ の ような ピス トン リン グ とス リ

ー

ブ_間の _{焼 付 き}は， 溶 着摩 耗 （ScuMng ） とい われて い るもの で ある。

一

般に平 滑 な 面 も

，

ミ ク 卩 _的には_{数 多}くの _{凹 凸}を もっ て お り_， した がっ て平 滑な画 に お け る接 触 も

，

有 効 接 触 面 積 比は，

0 ．

01_{％ 以 下}で ある と さ れ て い る

。

こ の た め入念に 仕 上 げ られた面 同 志で あっ ても 初 期の摩 擦に おい ては突起 部に 負 荷が集 中し

，

単位 面 積 当りの圧 力 が 非常に 大 き くな る。 その ため摩擦熱に よる温 度上昇

，

さ らに 局部 的 軟 x30 　 　 　 × 100

Photo

　

12．

　 Parilla _{ピ ス トンの ボ ト}ム _リン グ 付 近 　 　 　の _{焼 付}き 状 況 （電子顕 微 鏡 ）

53 一

相 模工 業 大 学 紀 要 　 第 14 巻 　 第

1

号 化

，

溶融 をひ き起 こ し て こ の よ うな焼 付 きの原因 とな る

。Photo

　

9

_{に 見ら れ た よ うに ト} ッ プ リン グ が折 損 し て い る状態が観 察 さ れ た が

，

こ の焼 付 き 原 因と し ては

，

リ ング破 損に よ る もの か

，

潤 滑 油がき れて_発生 した溶 着 摩 耗に よる もの かは 不 明で ある。 溶 着 摩 耗 が 原 因だ とすれ ば

，

あ らか じ め入 念 な な じみ運 転 を 行 っ て

，

接触面 積 を 大 き くして お く必 要 が ある。 　 競技用エ _ンジ ンの _{出 力 向 上}の_{手 段 と}して ピス トγ とシ リソ ダラ イ ナの ク リア ラン ス _をせ ま くと る方法がある。 〔3

−

1〕で述ぺ た よ うに ヤ マ

ハ

_製 ピス トンは

，

燃 焼 熱に よ る ピス トンの _膨張を カ ム仕上 げに より焼 付 きを防 止 し て い るが

，

こ の場合

，

その膨 張 部の取 り し ろ を どの程 度に し た らよ い か が問題 とな り， 取り方に よっ て は溶 着摩 耗 を誘 発する原 因にな りかね ない。 ゆえ に各々 のエ ン ジン の ピス トンとシ リン ダライナ の ク リア ラ ソ ス の_適正値を 選 定するこ とは， 焼 付き 防 止に役立つ もの と判断し た。

4

_{． 結}

_論

　ヤrt

ハ KTIOOA

_，　

IAME

_社の パ リ ラ

TT23

， コ メ ッ ト K88TT の ピ ス ト ン

，

ピス トン リン グ

，

シ リソダ ラ イナ につ い て の材 質 検 査お よ び走 査 型 電子顕微 鏡に よ る パ リ ラ

TT23

の 焼 付 き状 態の_{観 察}を行っ た結 果

，

次の 事 柄が得 られ た。 　1）　ピ ス トン につ い て 　ヤ v ハ 製ピス トンは，

AC8A

とい う

Al−Si−Ni−Mg −

Cu _{系 合金} （ロ

ー

エ ッ クス ）であるこ とがわ か り

，

これ に対 し て IAME 製の ピス トン は_，　 AC8A _中に 含 まれる

Si

をかな り多くした高

Si

　P

一

エ ッ クス である。 　

IAME

製 ピス トンに は

，

_高温 強 度 を 高め る

Ni

と

Mn

が併 用 添 加 さ れて い るの に対 して_， ヤ マ ハ _製 ピス トンの 場合，

Ni

量 は

IAME

製よ り も 少なく，　 Mn は 含 ま れ て い ない こと が わか っ た。 　結 晶 粒 微 細 化を目的 とした Ti は

，

ヤ マ

ハ

_製ピス トソ に は

，

添 加されて いた が

，

IAME _製ピス トンに は含ま れて い ない0 　

2

）　ピス トン リン グにつ い て 　ヤ マ

ハ

_{製 リン グ が鋼製} リン グ （ば ね鋼

SUP

　

3

_） で作 られてい るの に対 し て， パ リ ラ

，

コ メ ッ トリン グは

，

鋳 鉄製で作られて お り

Cr

，　

Cu

，　

Ni

を含む合 金 鋳鉄であ る こ と が判 明 し たQ

　

3 機種の リン グ中

，

＝ メ ッ ト の ピス トン リン グ は， ト ッ プ リン グ に 球 状 黒 鉛 鋳鉄

，

ボ トム リン グIC　A ＋B 型の 片 状 黒鉛とパ _{ラ状 黒鉛が混 在 する組 織を もつ 材質で構 成} されて い たが

，

通 常， 上死 点 付 近は

，

燃 焼 熱に よ り油 膜 が切れやすい と か

，

ボ トム リン グ より強い 衝 撃 応 力 を 受 ける こ とに なる等 を 考 慮 して

，

片 状 黒鉛 鋳鉄よ りも強 度 の _高い _{球状 黒鉛 鋳鉄}を用い

，

さ らに 必 然 的 に摩 耗 も 多 く なるこ とを 考 慮し

，

表 面に施 した ク 卩 _{ム メ ッ キ}層_もボト ム リング よ り厚 く作 られて お り

，

ピス トン _リン _グの材 質 と し て適 切 な 考 え 方 を して い るこ とがわか っ た。 　

3

）　シ リン ダ ライナ につ い て 　ヤv

ハ

KT100A ， パ リラ

TT23

，　コ メ ッ ト

K88TT

とも

，

いずれ も鋳鉄 製で 作られて お り

，Ni

，　

Cr

，　

Cu

な ど を含む合金鋳 鉄で あ るこ と が わ か っ た。 　 析出黒鉛の形 状と大い さに つ いて

，

3 機種 中 最 もの ぞ まし い 形 をして い た の は，

A

型 （均

一

分 布， 無 方向配 列）で大いさ

No ．4

（析 出 黒鉛 片の長さ

25 ．

4〜12．

7mm

） を 示 した ヤマ

ハ KTIOOA

で あっ た。 （

Table

　

8

を 参 照 ） Table 　

8．

_{各 種}シ リン ダラ イナの析 出 黒 鉛の 　 　 　 形 状 と大い さ エ ン ジン の 種 類 Yamaha

ParillaKomet

組 織 片 状黒鉛 　 析出 黒鉛の形状A 大い さ　

No ．4

片状黒 鉛　析 出 黒 鉛 の形状

B

　大い さ　

No ．4

片 状黒鉛 　 析 出黒鉛の形 状D 　大い さ　No

．5

　

4

） 走 査型電子 顕微鏡に よ る焼 付き状態 の 観察に つ 　 　 い て 　パ リ ラ

TT23

の ピス トン

，

ピス トン リン グ

，

シ リソ ダライナ につ い て 焼 付 き 状 態 を 観察 した 結 果， ピス ト ン

，

ピス トン リソ グ， シ リン ダライナ各 面に摩 耗 粉が付 着し てい る状 況 や

，

溶着摩耗の_{状況 が 明瞭}に観察するこ とが でぎた。 　 終 りに本研 究の _{御 指 導}をい た だいた千葉工 _業大 学

，

金 属工学 科

，

助 教 授　水島輝 夫 氏に感 謝の 意 を 表 しま す。 1_）

2

_）

3

） 4） 5） 参 考 文献 日本 規格協 会 ：

JIS

　ノ

・

ン ド ブヅ ク鉄 鋼　 1979

．

日本 規 格 協 会：

JIS

ハ ン ドブ ッ _ク非鉄　

1979．

佐藤知雄 著： _{鉄 鋼}の 顕微鏡写 真 と解 説

．

渡辺久 藤

・

佐 藤 英

一

郎 著：実 用 合 金 状 態 図 説

．

R

．

F ．

　

Smart

：

British

　

Foundryman

，

64

（

1971

），

430

，

一

₅₄

）

6

） 7 ） 8 2 サ ィ クル エ ン ジン の 材 料につ い て （田 辺　明 ・平_綿勝 彦 ・木 村_広幸）

LF ．

コ ロ _{ブ ネ フ}： _{鋳 物 用}アル ミニ ウ ム 合 金 の耐 熱性

，

軽金 属協会

．

幸田成 康

・

和 泉 　 修

・

諸 住正太 郎

・

寺沢正武 著： 金 属 組 織 写 真 集 （非 鉄 材 料 編 ）

，

Hansen

　M

．

： Constitution　of　Binary 　Alloys

．

）

9

10）

1958

，　p

．

110−114．

東 京大学工 学 部必携 編 集 委 員 会 編： _{基 礎} 工 学 必 携

．

斎 藤弥 平 著： 鋳 鉄工学， p

．

12

〜

36

．

一 55 一