内燃機関ピストンリングの潤滑および摩擦特性に関 する研究

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

内燃機関ピストンリングの潤滑および摩擦特性に関 する研究

北原, 辰巳

九州大学工学機械科学動力機械

https://doi.org/10.11501/3054182

出版情報：Kyushu University, 1990, 工学博士, 課程博士 バージョン：

権利関係：

第

3

章 実 働 運 転 時 に お け る ピ ス ト ン リ ン グ の 摩 傑 特 性

3  .  1 

実 験 装 置 と 方 法

本章では， シ リンダラ イ ナ を 静 圧 軸 受 で 支 持 し またライ ナ の 動 き を 拘 束 し な い ガ ス 庄 除 去機 構 を 採 用 し た 浮 動 ラ イ ナ 法によって， 実 働 運 転 時 に お け る ピ ス ト ン 摩 微 力 を 精 度 良 く 測 定 し そ の 摩 燦 特 性 の 解 明 を 試 み た

図

3‑ 1

に 試験装 置 の概 略を 示 す こ れ は ， 表

2‑ 1

の 諸 元をもっ， ン リ ン ダ 径

1 0 5

皿， ス ト ロ ーク

1 2 0 . .

の 単 気 筒 圧 縮 点 火 機 関 の シ リンダ ラ イ ナ ③ を 静 圧 軸 受 ④ で 支 持 す る こ と に

より. シ リ ン ダ ヘ ッ ド お よ び プ ロ yクから完全に独立させ，

ラ イ ナ の 職 方 向 に 作 用 す る ピ ス ト ン回りの摩機力を， 単 一 の ピ エ ゾ 式 荷 重 セ ン サ ⑤ で 正 確 に 検 出 す る 構 造 で あ る

一方， こ の 浮 動 ラ イ ナ の 方 法 で は ， シ リ ン ダ 内 の ガ ス 圧 が ラ イ ナ の 軸 方 向 に 作 用 し て ， 摩 僚 の 測 定 値 に 影 響 が 及 ぶ こ と を防ぐために， 圧 力 平 衡 型 構 造 を 採 用 し た 点 に 大 き な 特徴が あるが. そ の た め に 独 特 の が ス ン ール機 構が 必 要 に な る

最 初 は ， 従 来 の 浮 動 ラ イ ナ 法 で 採 用 さ れ て い る

O

リ ン グ に よ る ガ ス シ ル法【日トリ

e

】を 試 み て み た こ れ は ， 図

3‑

2

に示すように，

0

リ ン グ の 中 心 と シ リ ン ダ ラ イ ナ の 内 径 を 一致 さ せ る こ と に よ り ， ラ イ ナ の 軸 方 向 に 作 用 す る ガ ス 圧 を

平衡させ. ガス圧が~僚の測定値に介入することを防ぐ方法

で あ り ， そ の 摩 擦測定 結 果 を 図

3‑ 3

に 示 す まず，

0

リン

ー

7 0 ‑

← 

r  f 

1. Piston  8. Supply of hydraulic oi1  2. Gas seal rubber sheet  9. Drain of hydraulic 011  3. Cylinder liner  10. Hydraulic 011  tank  4. Hydrostatic  bearin且 11. 011 cooler 

5. Piezo  load sensor  12. Pump 

6. Spherlcal  bearing  13. Charge amplifier  7. Hydraulic pump  14. Oscilloscope 

図

3‑ 1 

試験装置

f

の 概 略

ー

7 1 ‑

Cyl

工

nder Head  P g  

Combust

工

on Chamber 

世 間

図

3‑2 ^O リ ン グ に よ る ガ ス シ ー ル 法

一

7 2 ‑

{Int曲 e) (Compresslon)(Exp田 810n) (E油 aust) 400rl---~~----~

(Z   ωυ 'H

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‑1000 

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( 

400 

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刊 h

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(b)Tight  contact with O‑ring 

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仏ω60

‑ 1 80  0  180  360 

Crank  An gle ， 8(deg) 

図

3‑ 3 0

リングによるカ'スシ ール法 で 得 ら れ た 摩 機 波 形

一

7 3 ‑

グ と ラ イ ナ の 接 触 が 弱 い 同 図 (a)の 場 合¹ 圧 縮 行 程 後 半 の 波 形をみると， ピストン上界時にもかかわらず， ラ イ ナ に は 下 向 き の 力 が 検 出 さ れ て い る これは， ン リ ン ダ 内 の ガ ス が O リングの接触部から漏れて， ラ イ ナ 上 端 部 に 作 用 し た 結 果 で ある 逆 に 。 接 触 が 強 い 同 図 (b)の場合，ガス漏れの現象は，

ほとんど認められなくなるが，

0

リ ン グ の 摩 僚 に よ り ラ イ ナ の動きが拘束されて， ピ ス ト ン 上 昇 時 の 波 形 が 下 降 時 と 異 な

り

， 速 度 に 依 存 し な い 矩 形 状 に な っ て い る の が わ か る

以 上 の 問 題 点 か ら

，

本研究では最終的に， ガスシ

ールの俄

能は損なわず， 且 つ ラ イ ナ の 動 き を 拘 束 し な い . 薄 い ゴ ム 板 を 用 い た ガ ス シール機 構 を 新 た に 採 用 し た . 図

3 ‑4

に， そ の 詳 細 を 示 す そして. こ の 装 置 に よ っ て 得 ら れ た エ ンジン 実 働 運 転 時 に お け る ピ ス ト ン 摩 微 力 測 定 結 果 の 一 例 を 図

3‑

5

に示す こ こ で

F.

は 膨 張 行 程 初 期 に お け る 最 大 の 摩 擦 力 を表

l

，

P 

^r は lサ イ ク ル の 摩 擦 領 失 仕 事 を 行 程 容 積 で 徐 し た 摩 徳 平 均 有 効 圧 力 を 表 す また， ライナの!it温をトップリ ン グ の 行 程 中 間点に痩め込んだ熱電対で測定し， こ れ を 代 表 温 度

T

，と定め，

T 。

に 対 応 す る 潤 滑 油 粘 度μ を代表粘度と した そ し て 供 試 潤 滑 油 に は S A E 3 0の C D級 エ ン ジ ン 油 を用いた.

供 試 機 関 に は ， 圧 力 リ ン グ 3本 ， オ イ ル リ ン グ 2本 の 合 計

5

本 の ピ ス ト ン リ ン グ が 装 着 さ れ て お り ， 図

2‑ 1

に， その 配 列 と 主 要 寸 法 を 示す

ー

7 4

: 己

Cylinder  Head  A 

‑‑> 

叩

F当

Rubber  Sheet 

2.0 

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A

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4

1 0 J  

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図

3‑4

ゴ ム 板 に よ る ガ ス シ ー ル 機 構 の 詳 細

Combustion 

Chamber 

Cylinder  Liner 

/1 

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2 

Firing 

(NO Load) 

ノ ¥ 

‑360  O  ‑180  o  180  360  Crank An gle.8(deg) 

図

3‑5  ピ ス ト ン 摩 燦 力 測 定 結 果 の

一

例

‑ 7 6  

3.2 

実 験 結 果 と 考 察

3.2 . 1 

モ タ リ ン グ 運 転 時 の 摩

i

曜特性

図

3‑6 . 

並 び に 図

3 ー 7

は ， 無 圧 縮 の モ

ー

タ リ ン グ 運 転 条件下で， 線 開 の 回 転 数 N. あ る い は ラ イ ナ 壁 温 T

，

に対応 す る 潤 滑 油 粘 度 μ の 変 化 が f曹 煉 特 性 に 及 ぼ す 影 響 を 調 べ た 結 果 で あ る

同図より.~隙波形の一 般的な特徴として， 各死点の直後，

す な わ ち ピ ス ト ン が 熔 動 方 向 を 変 え た 直 後 で ， ピ ク 状 の 大 きな摩撚が生じること， し か し そ の 後 は ピ ス ト ン の 速 度 変 化 に 従 っ て 摩 搬 は

t

曽大L.. 行程中央部で録大となり， 粘 性 摩 僚 主 体 の 波 形 で あ る こ と 等 が 認 め ら れ る そ し て ， 行 程 中 央 部 に お け る 愚 大 の 摩 機 力 は 徹 関 の 回 転 数 ， あ る い は 潤 滑 油 粕 度の増加とともに増大L.. 摩 煉 平 均 有 効 圧 力

p

， の 値 も 増 大 するが， い ず れ も 比 例 す る ほ ど で は な い こ と が わ か る

次に， 圧縮運転を行い， ガス圧が作用した場合の ~I軍力の

変 化 に つ い て 調 べ た 結 果 を 図

3‑8

に 示 す 同 図 よ り ， ガ ス 圧の影響は， その作用した期間のみに現れ， 吸 気 あ る い は 排 気 行 程 で は そ の 影響 が 殆 ん ど 現 れ て い な い こ と が わ か る つ まり， 圧 縮 行 程 の 後 半 か ら が ス 庄 の 増 加 と と も に 摩 僚 は 増 大 し 圧 縮 上 死 点 の 直 後 に 生 じ る 最 大 の 摩 機 カ F

聞

は， ガス庄 の 愚 大 値

P •

^a 

^{( )}

の 増 加 と と も に 急 地 す る し か し な が らⁱ サ イ ク ル 平 均 の 摩 傑 力

F

の増加は， ガ ス 庄 作 用 の 期 間 が 全 行 程 の

1 / 4

程 度 と 短 い た め に ， 極 め て 小 さ い と

言

える

ー竹一

F寸 .... 

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‑ 400L ニ ニ ニ ニ ニー こ

. . . .   ‑1 80  0  180  Crank  An gle ， e (deg) 

400  600  800  1000  N(rpm) 

N~400rpm

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Motoring 

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E 

， Tc  =600C 

) 

Engine  Speed ， 

図 3‑ 6 

綴 関 回 転 数 の 彰 響 ( モ ー タ リ ン グ運 転 時 )

E も 仏

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O 

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400 ，   ， ̲

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一 4001Tc=70  o C  IN=600rpm 

よ ー

180 0  180 

Crank 

An

g1e ， e(deg) 

Motoring 

without Compress1on 

2 

Oil 

3  4  5  6  7(X1 σ2)  Viscosity ， μ(Pa . s) 

図 3

ー

7

潤滑油粘度の~響{モータリング運転時)

(Intake)  (Compress10n)(Exp剖 s10n) (Exhaus t) 

ω400 

￡h J  0 '、

t<.

z 

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0 

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‑ 600  ωr

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(MPa)  O 

2  3  4 

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 p

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m

一

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N μ T   Motoring 

P m a x  

ト

l 

‑ O  360  ‑1 80  o  180  360  ̲  Maximum Frictiona1  Force ，  Fm  Crank  An gle ， e(deg) 

図

3‑8

ガ ス 庄 の 彰 響 ( モ ー タ リ ン グ 運 転 時 )

以上， モ

ー

タ リ ン グ 運 転 に よ っ て ピ ス ト ン 回 り の 摩 被 特 性 を調べた結果， 死点の直後においては， す べ り 速 度 が 小 さ い た め に

i

由股が簿く ^I 筏 界 接 触 の 介 入 に よ り ピ

ー

ク状の大き な摩撚が生じるが， そ の 後 は ， す べ り 速 度 の 噌 加 と と も に 油 膜が厚くなり， 粘 性 摩

I

曹が主体の特性を示す. そして， ガス 圧 が 作 用 す る と

i

由股

J

草きが減少するために， 暗号燃は

t

曽大

l .

圧 縮 上 死 点 の 直 後 で は 境 界 接 触 の 度 合 い が

一

段と憎して， 摩 機 カ の ピ クは益々 t曽 大 す る こ と が 明 ら か に な っ た .

3.2.2  発火運転時の摩担堅持性

次に，無負荷で発火運転を行い， 潤 滑 油 粕 度 や 機 関 回 転 数

の変化が ~I軍特性に及ぼす彬響を調べた

図

3‑ 9

は. i!'.，滑油粘度 μ の~響である 同 図 か ら ， ラ イ ナ 壁 温 の 上 昇 に よ り 潤 滑 油 の 粘 度 が 低 下 す る と . 粘 性 摩 僚 が 主 体 で あ る 行 程 中 央 部 で の 摩 燃 は 減 少 し . 同 時 に 摩 擦 平 均 有 効 圧 力 の 値 も 低 下 し て . ~I軍損失の低減に有効であることが わかる し か し 油 般 の 薄 い 死 点 近 傍 で は ， 粘 度 の 低 下 に よ

り

， 一段 と 油 膜 が 薄 く な る た め に ， 境 界 接 触 の 度 合 い が 噌 し て ， 摩 機 カ の ピ

ー

ク は 噌 大 し 潤 滑 状 態 が 益 々 苛 酷 に な る ま た ， 各 行 程 の 末 期 に も 粘 度 低 下 に よ り ， 摩 擦 力 の ピ

ー

クが 生 じ て い る こ と が 認 め ら れ る .

一方 ， 図 3

‑

1 0は 機 関 の 回 転 数 Nの 影 響 で あ る 回 転 数 が斎くなると， 行 程 中 央 部 の 摩 僚 は 噌 大 し . _{~I控平均有効圧} 力 の 値 も

m

^{大するが， 死 点 直 後 の}

^同

^{居僚力のピ}

^ー

ク は 逆 に 減 少

‑ 8 1 ‑

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寸ーーーーーーーーー目

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μ=2.5X1σ"Pa.s  Tc =70 

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‑400 .h .. 

‑800 

‑360 

Firing  (No Load) 

‑180 

N=1000rp哩

μ=2.5X10.Pa.s  Tc =70 

O c  

‑

o 

180  360  Crank Angle

，

D(deg) 

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500  600  700  800  900  1000  Engine  Speed

， 

N(rpm) 

図

3‑ 1  0 

隙

l

刻 回 転 数 の 彰 響 ( 発 火 運 転 時 )

す る 傾 向 に あ る す な わ ち ， 死 点 近 傍 で も 回 転 数 の 増 加lで油 膜 厚 さ がI曽大するために， 境界接触状態が緩和され. I事保カ のピ

‑ 7

は 減 少 す る も の と 考 え ら れ る

以上の結果から， ピ ス ト ン 回 り の 摩 様 は ， 死 点 近 傍 で は 境 界Jt僚の特性を， 行 程 中 央 部 で は 粘 性 摩 僚 が 主 体 の 特 伎 を 示 す こ と が 明 ら か に な っ た . そして， サ イ ク ル 平 均 の 摩 撚 損 失 低減に!刻して言えばI 死 点 直 後 に 生 じ る 摩 煉 力 の ピ クの影 響 は 極 め て 小 さ く ， 行 程 中 央 部 の 摩 僚 を 低 減 さ せ る こ と が 特 に 重 要 で あ る し か し 高 温 ， 高 圧 で. 潤 滑 状 態 が 肢 も 苛 酷 な 上 死 点 に お け る 摩 燦 力 の ピ

‑ 7

を減少させることは， 摩耗 の 増 大 や ス カ ッ プ イ ン グ 等 の 鍛 傷 発 生 を 防 止 し 織関の耐久 性 や 信 頼 性 を 向 上 さ せ る 上 で 極 め て 重 要 な 課 題 で あ る

3.2.3 

モ タ リ ン グ 運 転 と 発 火 運 転 時 の 摩 燃 特 性 の 比 較

図

3‑ 1  1

は ， 各 運 転 条 件 下 で ， 潤 滑 油 粘 度μ と 平 均 す べ り速度 Uの積， つまり

μ

U と摩燦平均有効圧力

p

，との関 係 を 整 理 し た 結 果 で あ る .

まず， モ

ー

タリング巡転時の特性をみると， カ'ス圧の作用 により

p

， の 絶 対 値 は 若 干t曽大するが

p

， の 値 が が ス 庄 作 用 の 有 無 に 関 わ ら ず . (μ 

u  )  •

・ の 値 に 比 例 し て 同 様

に 噌 加 す る 傾 向 が 認 め ら れ る

一方1 発 火 運 転 時 で も モ

ー

タ リ ン グ 運 転 時 と 同 様 に p， の 値 が (μ

u  ) 

'

.

'の値に比例して t首 加 す る 粘 性 摩 僚 の 特

‑ 8 4 ‑

100 

︒

内 包 (MW

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ーー企一ー

Firing 

(No Load) 

Motoring 

1

 

_ー~-

without Compresslon 

‑ e ← ‑ with Compress1on 

(Pm

a x = 4 M P a )  

40 

0.04 

0 . 05  0.10 

μ

日 (Pa

^田

m)

0 . 1 5 

図

3 ‑ 1  1 

運 転 条 件 に よ る わ と

μU

の 関 係 の 変 化

‑ 8 5 ‑

性が得られるが， そ の 絶 対 値 は モ タ リ ン グ 圧 縮 運 転 時 に 比 較 し て ， か な り 小 さ い こ と が わ か っ た .

そして

N

= 

600 

rpm. 

T ， 

= 

67 

"cの下で， 両者の!車様波 形 を 比 較 し た 図 3

ー

12をみると， 発火運転時では， 膨 張 行

程の初期に， 燃焼によりガス圧が大きく作用すること， 並び

に温度の上昇で. 1由粘

J

.f{が低下することが原因で， 摩 搬 力 の ピークの愚 大 は 極 め て 大 き な 値 と な る が . 行 程 中 央 部 で は¹

逆に~燃は小さくなっている. これは， 同ーの ラ イ ナ 代 表 温 度

T

，で測 定 を 行 っ て も ， 発 火 運 転 時 で は モ タ リ ン グ 運 転 時に比べて， ピ ス ト ン お よ び ピ ス ト ン リ ングの温度が高く，

従 っ て シ リ ン ダ ラ イ ナ と の 摺 動 商 問 に お け る 油 膜 の 粘 度 が 低 く な る た め と 推 察 で き る

そこで， 発 火 運 転 か ら モ

ー

タ リ ン グ 運 転 に 切 り 換 え た 直 後 . す な わ ち 油 膜 の 温 度 分 布 が 発 火 運 転 時 に 極 め て 近 い 状 恕 で 測 定 を 行 っ た 結 果 が 図

3‑ 1  3

であるが， 両 者 の 康 保 平 均 有 効 圧力の値は， ほぽ一致 す る こ と が 確 か め ら れ た

このように. ピストン回りの摩擦測定では， す べ り 面 の 油 膜 温 度 が 結 巣 に 大 き く 彬 響 を 及 ぼ す こ と が 明 ら か に な っ た 従って¹ 従 来 か ら 一 般 に 採 用 さ れ て い る モ

ー

タリング法によ

り 摩 携 を 測 定 し そ の 特 性 を 評 価 す る 場 合 は ， 実 際 の 運 転 時 に 近 い 温 度 分 布 で 測 定 を 行 う こ と が 極 め て 重 要 と な る 。

‑ 8 6

^戸

Firing  p

， 

^=62kPa 

ZD由由HE﹄

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62‑

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OJ

明日V

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(Int曲0) (CO叩 回 目 印n)(Exp回 叫on)(E油 aU8t)

む 400

巳 ね》 同opz、

) 

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+2kL^J  • ‑40D 

‑800  6  ω44 ，、 chmd  

ωコaCz6 ‑ ωφL  ) L 4  

0. 

U06 2  に3 2 

日 目 出e) (C。 叩 四ssion)(Exp皿 8100) (E山 aust)

‑800  6  ωh，zーs、 ω2az•   ω、^d ωS^ィ0. 4 

仏倒︒

ω

2 

‑D 360 

¥ 

‑180 

o 

180  360 

‑360 O  ‑180  D  180  360  Crank Ang1e.e(deg)  Crank Ang1e.9(deg) 

図

3‑ 1  2 

モ タ リ ン グ と 発 火 運 転 時 の 摩 擁 波 形 の 比 較

( Int曲 叫 何 回press!on)(Expanslon)(E山 副 叫 }

0 0 

4 ( Z  

ω o

h o

h  

) 

ZDO凶

"

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5  

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‑800  6 

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P 2 

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Eι4 

0. 

倒 婦 に3

2 

‑360 O  ‑180 

。

180  360  Crank Ang1e.S(deg) 

図

3‑ 1  3  発 火 運 転 か ら モ ー タ

リング運転に切り 換

えた

直後の~鍛波形

‑88‑

3. 2.4  圧 力 リ ン グ 段 数 の 彰 響

図 3‑ 1  4 .   並 び に 図 3‑ 1  5

は ， 第二お よ び 第三

圧力リ ン

グ を 取 り 外 し 圧 力 リ ン グ ] 本 。 オ イ ル リ ン グ

2

本 の 合 計

3

本 の ピ ス ト

ン

リ

ン

グ を 装 着 し た 状

I

ili.で， モータ リ ン グ 運 転 を行い¹

圧 力 リ ン グ の 段 数 の 減 少 が E 壁 際 特 性 に 及 ぼ す 膨

響を 調 べ た 結 巣 で あ る

悶図より，

圧 力 リ ン グ の 段 数 が 減 少 す る と ， 行 程 中 央 部 で の 摩 僚 は 減 少 し 摩 傑 平 均 有 効 圧 力 の 値 が 半 減 す る こ と .

し か し 膨 強 行 程 初 期 の 最 大 摩 微 力 は 逆 にt自 大 し 圧 縮 行 程 の

後半にも~微 力 の ピ

ー

クが現れること， そして， ガ ス 庄 の 作 用 に よ る p， 値 の 憎 加 の 程 度 が . か な り 大 き く な る こ と 等 が 認 め ら れ る す な わ ち ， 圧 力 リ ン グ の 段 数 の 減 少 は ， 摩 機 領 失低減の手段として有効であるものの •

t J

ス 圧 の 作 用 す る 上 死 点 近 傍 で の 潤 滑 状 態 を

一

段 と 苛 酷 に す る こ と が わ か る

これは， 圧 力 リ ン グ の 段 数 が

l

本に減少すると， 図

3‑ 1  4

に示すよ

う

に， 第 一 圧 力 リ

ン

グ に 作 用 す る 実 質 的 な ガ ス 圧 力

P

^g 5 C 12'が 極 め て 大 き く な り ， そ の 結 果 . そ こ で の 泊 膜 の 破断が促進されて，境界接触による~僚が期大したためと考

えられる

そして， この結果から， 第

一圧

力 リ ン グ に 作 用 す る 廃 界 摩 僚の大きさが， 圧 縮 上 死 点 の 直 後 に 生 じ る 摩 傑 力 の ピ ーク値 に^a 鼠 も 大 き く 彰 響 を 及 ぼ す こ と が 明 ら か に な

った

‑ 8 9 ‑

(a)  3  Com .  Ring  +

， 2O  11Ring 

Pgs 

= 

( P l  ‑ P2 )  / 2  

(b) 1  Com .  Ring  +  2  Oil  Ring 

/ 

図

3‑ 1  4 

第一圧力リングに作用する実質的なが「ス圧力

‑ 9 0 ‑

、 ー 。

ω u 

L 

f'"' ・~.) (C個".・・L・nXhp刷・S胴}は凶・uU)

400

1 ^{，...._~-，} '1"  ^~._-_._ni

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0 ‑、

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C 

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，  ‑600 

400 

弘

E

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。

‑

・ co 64L 

噌4

Mts ‑40o 

司

ー~

‑800 

5  ωg‑{ 

a

伺qLu 》主C6L ・

~

t凶咽3 

‑360 

。

3 Corn.  Rlng^令 2011 Rlng 

N

・

600rpm

μ.4.1XIO

・

Pa'::I h 

・

4MPa

1 Com. Ring + 2 011  Rlng 

p

， 

p

， 

‑180  0  180  360  Crank Angle O(deg) 

Ring 

1 Com.  + 2 011 

3 Com  + 2 011 

Without Compresslon 

仁 コ

‑

With Compresslon 

(Pm

・

^x=4Mpa)

図

3‑ 1  5 

圧力リ

ン

グ 段 数

の

彰響

3.2.5 

理論解析結果との比較， 並 び に 課 題

以上の~燃測定の結巣から，死点の近傍では，油膜が薄く，

境 界 銀 触 に よ る ピ

ー

ク状のI壁 際 が 生 じ る も の の ， 行 程 の 中 央 部では，粘性油膜主体の!車燃波形が得られ， 図

3‑ 1 1

に示 すように. r，壁際平均有効圧力

p

，の値が， ガ ス 圧 作 用 の 有 無 に か か わ ら ず (μ

u  ) 

.

.

. の 値 に 比 例 し て 噌 加 す る 粘 性 摩 僚 の 特 性 が 得 ら れ た し か し ， 前 章 の 涜 休 潤 滑 理 論 に よ る 解 析 結 果 ( 図

2‑ 2  1 

)と比較すると. (μ ー

u

)の指数が，

理 論 の 場 合 の

0.65

から.

0.40

に 減 少 し て い る こ と や

p

，

の絶対値は実測値の方が 2~3 倍も大きくなること等の相違

が認められる

従 っ て ， 理 論 解 析 に よ り¹ 実 際 の 機 関 に お け る 摩 傑 特 性 を 正確に予測するためには， ピストン本体の摩僚力， オイルス タベーションによる油膜厚さの減少， リ ン グ の 傾 き や ね じ れ

の膨響 ì由膜破断による境界接触領域での~煉， 熔 動 面 の 温 度分布等を解明し， よ り 厳 密 な 解 析 を 行 う こ と が 今 後 の 重 要 な課題である

ベ ) 2 ‑

3.3

結 論

静 圧 軸 受 に よ っ て シ リ ン ダ ラ イ ナ を 支 持 す る 浮 動 ラ イ ナ 法 を用い。 織

f

刻 の 実 働 運 転 時 に お け る ピ ス ト ン回りの巨匠搬カを 精度良く測定した結果， 以 下 の よ う な 摩 微 特 性 が 明 ら か に な った

(1)ピストン回りの摩燃は， 招 動 速 度 の 大 き な 行 程 中 央 部 で は 粘 性 摩 僚 が 主 体 で あ る が1 死 点 近 傍 で は 境 界 接 触 の 介 入 に よりピーク状の摩僚が生じ， 筏 界 僚 僚 が 主 体 の 特 性 を 示 す . (2)すなわち， 潤滑油粘度， あ る い は 徴 関 回 転 数 の 低 下 に よ り， 行程中央部での摩燃は減少するが， 死 点 直 後 の 摩 僚 力 の ピー ク は 逆に 増 大 し ， 潤 滑 状 態 は 苛 醗 に な る

( 3 )

シリンダ内にガス圧が作用すると， そ の 作 用 し た 期 間 の み 彰 響 が 現 れ て 摩 僚 は 地 大 し 膨 張 行 程 初 期 の 摩 煉 力 の ピ ー

クは急増するが， サ イ ク ル 平 均 の 摩 擦 娯 失 に 及 ぼ す 影 響 は ， そ の 作 用 す る 期 聞 が 短 い た め に わ ず か で あ る

( 4 ) 摩 擦 損 失 の 低 減 に 関 し て 言 え ば ， 死 点 直 後 に 生 じ る 摩 煉 力 の ピ ー ク の 影 響 は 極 め て 小 さ く ， 行 程 中 央 部 の 摩 僚 を 低 減 さ せ る こ と が 重 要 で あ る し か し 死 点 に お け る 摩 傑 力 の ピ ーク を低減させることは， 摩 耗 増 大 や ス カ ッ フ ィ ン グ 等 の損 傷 発 生 を 防 止 す る 上 で 極 め て 重 要 な 課 題 で あ る

( 5) 発 火 運 転 時 で も モ ー タ リ ン グ 運 転 時 と 同 様 に¹ 摩

I

章平勾 有 効 圧 力 p， の 値 が (μ

u  ) 

...の値に比例して増加する 粘 性

E

官僚の特性が得られるが， そ の 絶 対 値 は 発 火 運 転 時 の 方

‑ 9 3 ‑

が か な り 小 さ く な る

( 6 )

ピスト ン回りの摩際測定では， 間 動 面 の 油 膜 温 度 が 結 果 に 大 き く 影 響 を 及 ぼ す た め ， モータ リ ン グ 法 でf事 僚 を 評 価 す る 場 合^v 実 際 の 運 転 時 に 近 い 温 度 分 布 で 測 定 を 行 う こ と が 極 め て 重 要 で あ る

(  7 )

圧 力 リ ン グ の 段 数 が 減 少 す る と^p 摩 際 損 失 の 低 減 に は 有 効であるが， 圧 縦 上 死 点 近 傍 で の 潤 滑 状 態 は一段 と 苛 酷 に な

る

( 8 )

前 章 の 理 論 解 析 の 結 巣 に よ っ て¹ 実 際 の 機 関 で 得 ら れ る 摩 様 特 性 を 定 性 的 に 説 明 す る こ と は 可 能 で あ る が ， 摩 僚 の 絶 対 値 は ， 実 測 値 の 方 が は る か に 大 き な 値 と な り ， よ り 厳 密 な

理 論 解 析 を 行 う こ と が 重 要 な 課 題 で あ る

‑ 9 4 ‑

第

4 : ! ; i

セラミ ックスのシリ ンダライ ナ と ピ ス ト ン リ ング の 邸 機 お よ び 耐 ス カ ッ フ ィ ン グ 性

4 .  1 

実 験 装 置 と 方 法

本宣言では， ピ ス ト ン リ ン グ の 往 復 す べ り を 模 擬 し た 回 転 円 板 式 往 復 す べ り 摩 際 試 験 機 を 用 い ， 実 働 僚 関 の 潤 滑 状 態 に 近 い 荷 量 や 速 度 の 領 械 で ， 各 種 セ ラ ミ ッ ク ス 材 の 摩 煉 お よ び 耐 ス カ ッ フ ィ ン グ 性 を 調 べf 材質やその組合せ， す べ り 面 の 粗 さや速度， リ ン グ す べ り 面 の 形 状 ， 潤 滑 油 の 種 類 ， 添 加 A l

J

お よ び 劣 化 等 の 彬 響 に つ い て 検 討 し た

4 .  1  .  1 

試 験 装 置

本 実 験 で 用 い る 図

4‑ 1

に示した試験装置は， 回 転 す る 直 径

1 9 0

皿 の 円 板 状 ラ イ ナ 試 験 片 ② の 上 で^l 下 向 き に 荷 重 を

か け た 幅

7

凹 ， 長 さ

2 3

四 の 角 形 リ ン グ 試 験 片③を， 阿板 直 径 方 向 に 往 復 積 移 動 さ せ な が ら 摺 動 さ せ る も の で あ る 従 って， リングの摩僚は.l/<際の機関と同様に， 速 さ と 方 向 が 周 期 的 に 変 化 す る 往 復 す べ り の 状 態 で 与 え ら れ ， そ の 変 化 が 水 平 支 持 棒 ⑧ を 介 し て ロ ド セ ン サ ⑬ に よ り 検 出 さ れ る す べり速度は， 軸 ① の 回 転 で 実 憾 の 程 度 ( 守 =_{4~ 20}

m ! s )  

に 簡 単 に 設 定 で き ， 荷 重 は 面 庄 胃 で

3M P a

に 設 定 し た 潤滑 油 は ラ イ ナ 面 上 へ 微 量 注 油 し 試 験 部 の 温 度 は . ラ イ ナ 試 験 片 の 直 下 部 と 上 側 部 に 設 け ら れ た 電 熱 ヒ ータにより調整した。

‑ 9 5 ‑

1.Rotary Shaft 

2.Liner Specimen Disk  3.Ring Specimen Block  4.Ring Block Holder  5.Load Bellows 

6 . Compressed Air Tube  7 . 0scillatory Arm 

8.Horizontal Rod  9 . Rod Guide 

10 . Vertical Support  11.0scillation Device  12 . Balance Weight 

13.Load Sensor  14.Adjust  Screw 

図

4

ー

l

回 転 円 板 式 往 復 す べ り 邸 機 試 験 憾 の 慨 略

‑ 9 6  

リ ン グ 試 験 片 の バ ル

7

温 度 は ， す べ り 面 側 の 内 部 に 埋 め 込 ん だ 熱 電 対 で 測 定 し た

実験は， 般 初 の

55

分 間 で ， 荷 重 面 圧

F

と 平 均 す べ り 速 度 守 を そ れ ぞ れ の 設 定 値 ま で 交 互 に 段 階 的 に

t

曽大させ， その後 は， ス カ ッ フ ィ ン グ が 発 生 す る ま で 温 度 の み を 一 定 の 割 合 ( 毎 分

2 ' C  

) で 上 昇 さ せ る 方 法 で 行 っ た ス カ ッ フ ィ ン グ の 発 生は， 試 験 商 温 度 の 急 上 昇 と 摩 僚 の 急 噌 の二点 か ら 判 定 し た

(図

4‑2

参 照 )

4.  1  . 2 

供 試 材 料

表

4‑ 1

に， ライナ側， あ る い は リ ン グ 側 の 試 験 片 と し て 用 い る 各 種 の セ ラ ミ yク ス 材 ， 表 面 被 覆 材 お よ び 鋳 鉄 材 の 物 理 的 な 佐 賀 を 示 す 表 中 の

Si

，

N.

(窒化 け い 索 )，

S  i  C 

(炭化 け い 紫 )，

ZrO

，(ジルコニア) ，

TiC 

(サ ーメッ ト) お よ び Alε0，(アル ミ ナ ) は い ず れ も 常 圧 焼 結 セ ラ ミッ ク ス単一体であり，

C 

r， 

0， 

Coa tは 鋼 の 表 面 に 約

O . I

皿 の厚

さ で セ ラ ミ ッ ク ス を 被 覆 し た 酸 化

7

ロム士完成膜 CI e 3】を表わ す また

Cr P  1  a  t e  

(クロムめっき鋼) や

FC 

(鋳鉄)は，

現 在 使 わ れ て い る ラ イ ナ や リ ングの代 表 的 な 材 料 と し て ， 比 較 の た め に 供 試 す る も の で あ る

試験片は， そのすべり面を平面研削仕上げ， あるいはラッ プ 仕 上 げ し 有 線 溶 剤

l

中 で 超 音 波 洗 浄 の 後 . 実 験 に 供 し た

‑‑'JI‑

唱

。

。

Material  Bu1k Density  [g/cm'J  Vickers Hardness  [GPa] 

Fracture  Toughness [MN/m 3/2 ] 

Young's  Modulus [GPa] 

Poisson's  Ratio 

Coefficient of Linear Thermal  Expansion  [l/OC J 

Therma1 Conductivity  [W/(m'K) )  Specific Heat [kJ/(k且・K))  Mel ti唱 Point [.C ) 

Thermal Shock Resistance [OC] 

表

4 ‑ 1 

SiJN~

3.2  14.7  8.3  294  0.28  2.6  )(10‑⁵  20.9  0.67  1900  600 

供 試 試 験 片 の 物 理 的 佐 賀

SiC  Zr02  TiC  A!zOs  3.2  6.0  6.0  3.8  19.6  12.3  16.0  14.7  5.6  6.7  8.5  6.0  432  206  441  245  0.16  0.31  0.23  0.20  4.4  11.0  7.4  8.0  )(10‑⁶  x10‑⁶  )(10‑⁶  xlO‑

 

62.8  3.8  16.7  20.9  0.63  0.46  0.71  0.92 

2350  2677  2050 

400  300  350  200 

Cr20

， 

Cr  Coat  Plate  FC 

3.3  7.0  7.2  17.7  8.8  2.3 

108  88  108  0.27  13.3  9.4  11. 5  )(10‑'  xlO‑⁶  .10・s

3.7  67.0  45.2  0.59  0.46  0.54  1610  1850  1200 

800 

4 .  1  .3 

供 試 潤 滑

i l ! l

潤 滑 油 と し て は ， 表

4‑ 2

に 示 す よ う な ， 粘 度 グ レ ードが

S  A  E 30

の パ ラ フ ィ ン 系 鉱 油 の 無 添 加 泊

M 30

と 添 加 油

M 30A

お よ び

α

ーオ レ フ ィ ン 系 合 成 油 の 添 加 油

S3  0  A

の三 種類を用い，

C D

級エンジン油並の清浄分散剤，極圧if!

l

等 の 添加if!

l

添 加 の 効 果 を 調 べ た り¹ ま た 添 加 鉱j由

M30A

を 実 機 で 長 時 間 使 用 し た 後 の ク ラ ン ク ケ ースj由

UM30A

(劣化油 と称し， そ の 性 状 や 成 分 を 表

4‑ 3

に示す)を用い， 混 入 異 物 等 の 彰 響 に つ い て も 調 べ た 各 試 料 油 の 供 給 は ， 時 間 当 り 約

2

gの 極 く 微 量 と し 比 較 的 に 泊 量 不 足 の 状 態 で 実 験 を 行

った

イ殉ー

表

4 ‑ 2 

供試i!'I

l

滑 油 の 性 状

Lubricant  M30  M30A  S30A  Viscosity  400C  100.5  90.3  81.8 

(cSt)  1000C  11.1  10.9  12.0  Viscosity  Index  96  105  142 

TBN  (mgKOH/g)  0.0  8.2  9.7 

表

4‑3 

劣化 泊 の 性 状

Lubricant  UM30A 

Viscosity  400

C  210.4 

(cSt)  1000C  35.7 

Additives  Inso1ub1es  TBN(mgKOH/邑) 1.5  Soot  (Wt覧) 7.1 

Ca (ppm)  1630  Dust  Si(ppm)  9 

Ba  10 

Wear  Fe(ppm)  69 

Zn  250  Cu  15 

P  380  Debris Cr  5 

ー

1 0 0 ‑

4.2 

実 験 結 果 と 考 察

4.2 .  1 

材 質 お よ び 組 合 せ の 影 響

図

4‑2

に， 骸化クロム焼成膜のライナ， リングの組 合 せ で， 実験中の摩微力波形の経時変化， 並 び に リ ン グ 試 験 片 の バ ル ク 温 度

T

とサイクル最大の周官僚係数μの 変 化 を 調 べ た 一 例を示す.

一方， 図

4‑3

は ラ イ ナ 試験片の材質が鋳鉄， ジルコニア.

霊化けい索， 並 び に 酸 化 ク ロ ム 焼 成 膜 の 四 種 類 に 対 す る ， 各 リ ン グ 試 験 片 材 質 の ス カ ッ フ ィ ン グ 発 生 温 度

T

，と 最 小 摩 煉 係数μ .， ， の 値 を 調 べ た 結 果 で あ る . 図中の R^r ̲ 3の値は，試 験前の す べ り 函 の 自 乗 平 均 平 方 銀 粗 き で あ る また， μ '" 

は， 図

4‑4

に示すように， 実 験 途 中 の 招 動 条 件 の 変 化 ( 摩 燦 特 性 幽 線 す な わ ち ス ト ラ イ ベ ック 線 図 で 表 わ し た 横 舶 の 軸 受 定 数 η 守/ j5'の値が減少する)に伴い変わる摩傑係数μ の 最 小 到 達 値 で あ る ここで， ηは リ ン グ 試験片の バ ル ク 温 度 から推定した潤滑油の粘性係数j5'はリング試験片単位長さ

当 り の 荷 重 を そ れ ぞ れ 表 わ す . そして， 図

4‑

5 の (a)~(c)

に 実 験 で 生 じ た す べ り 面 の ス カ ，7ィ ン グ 損 傷 の 例 を 示 す 図

4‑ 3

から， まずライナ材が現行の鋳鉄の場合， リング 材 が 鋳 鉄 の と き

T

，は

1 3

7"

C

，μ.; ⁿは

0.038

であり. クロ ム め っ き の と き

T

，は

1 5 4 " < :

，μ ."は

0.012

であるが， リン グ 材 が ラ ッ プ 仕 上 げ の セ ラ ミ ッ ク ス で あ っ て も

T

，が

250

℃を 超え， かつμ 欄川が

0.01

以 下 と な る よ う な 潤 滑 性 や 耐 ス

ー

1 0 1 ‑

1 0  

‑z 

.

0 

.   ‑ 1 0 

ス 0.2 c 

刊

o 

ゐJ

o 

刊

hh •

、4

。

2 ω

 

0.1 

H 

o 

、 刊、44 

に。ω )

O 

5 0  m 1 n  

Liner: 

Ring 

LI 

O 

図

4‑ 2 

1 0   1 0  

(  〔

z  z 

o 

} 

. 。

⁾ 

.

  _{‑ 1 0}     . . _{1 0} 

1 0 0  m 1 n   1 5 0  m 1 n   (Friction Diagram) 

( 

Cn03  Coat  Ts  =2880 C 

コに

Cr203  Coat  μmin=0.007  300 こ

E‑< 

ω 

コ臼

V=15m/s 

べ

 ^，...

p=3MPa  200 

_ω 

~ p  ‑ r . . / ( p   . A )   E 0 g

^q

 

^噌J •

h‑

E  。

h 

F

^刷

F m :   M a x p C l m u m  F o n t r l l l c c t t  P l o n r  F e a a o u r r c f e l    

^Q) 

100a  o 

h 

A C o n t a c t  A r ・ ・

司

. E

 

^O 

， 

^O 

圃 " e

Uコ³ 

2

h  

‑院h

μ 

^叫に

出.. 

唱F T ' 曹 曹 司 . ‑

O 

50  100  150 

Time  (m in ) 

リ ン グ の 温 度 と 摩 嫌 力 の 経 時 変 化

‑ 1 0 2 ‑

Liner  Ring  Rrms  Ts (0 C) 

μm1 n  

(μm)  100  200  300 

FC  0.31  0.038 

FC  Si3N

、

0.04  0.023 

Cr  0.10  0.012 

(Rrms  ZrO

， 

0.03  0.013  0.11 ‑ TiC  0.05  0.039  0.19

凶 ， )

_SiC 

0.08  0.034 

Cr20

， 

0.04  0.013 

SiC  0.04  0.026 

Zr02  Zr02  0.05  0.012  (Rrms =  Cr  0.14  0.006  0.04 ‑ Si

，

^N句 0.08  0.012  0.07

，

^m)  TiC  0.06  0.012  Cr20

， 

0.04  0.006  A120

， 

0.13  0.046  Si

，

^{N句 SiC  0.07  0.022} 

Zr02  0.04  0.0051 

(Rrms  Cr  0.13  0.010 

0.11 ‑ Si3N

、

0.05  0.010  0.14μm) 

TiC  0.03  0.009 

Cr20

， 

0.04  0.009 

Al

，

O

， 

0.13  0.028  Cr203  SiC  0.08  0.037  (Rr悶 = Cr  0.17  0.008  0.04 ‑ TiC  0.03  0.013  0.0μm7 )  Si

，

N  ..0.05  0.007 

Cr20

， 

0.05  0.007 

図

4 ‑ 3 

材 質お よ び組合 せ の 彬響

( p =3MPa

， 

v =15皿/s

，

M30ilh) 

一103‑

ュ

、

c 

0 . 2 L L n e r RIng  I  ̲ . . ‑ 0 ‑ ー

FC FC 

f 

o  I ‑‑.‑‑‑ ZrO

， 

51C 

μ同υ  一念ー ‑51 

，

^N

、

^ZrO 1 

..< 

一 一

0

一 一

CrlQ

，

Cr20

， 

"

L 

"

 、 。

⁴

0 . 1

以c 

Q) 

，ィ 仁J .< 

ら ら44 

ζω

。 )

 

0 

1 0 ‑

⁶ 

1 0 ‑

⁵ 

1 0 ‑ '  

円号

/ i

う'

図

4 ‑4

材 質 の 組 合 せ に よ る 摩 燦 特 性 曲 線 の 変 化

ー

1 0 4 ‑

ヲ労労必労労労クィ

I ^{ヲタ勿勿汚物}

Test  Before 

10}

︹) 凶

ラ イ ナ 材

‑

lmm 

C  rε0 ， 

す べ り 面 の ス カ ッ フ ィ ン グ 損 傷 例 (c) 

T 

i 

C 

リング材 (b) 

Z 

^r 

0 ， 

リング材 (a) 

図

4‑5 

カ ッフ ィ ン グ 性 の 向 上 は 期 待 で き な い こ と が わ か る 次に，

ライナ材がジルコニア，室化けい索， 並 び に 酸 化 ク ロ ム 焼 成 膜 の 高 硬 度 な セ ラ ミ ッ ク ス の 場 合 . リング材が室化けい索，

サ

ーメ ッ ト あ る い は 酸 化 ク ロ ム 焼 成 般 の セ ラ ミ ッ ク ス で あ れ

ば

T ，

は

2 0 0

"C以上と高く， μ .， ，は

0 . 0 1

付近に小さく なる. しかし，リ ング材がアルミナや炭化けい紫では， μ .  ， ，  は大きく

T

，は 相 手 ラ イ ナ 材 の 硬 度 が 高 く な る 程 高 く な る 傾向にあるが， その値は

2 0 0

"C以下とかなり低く.またジル コニアでも μ .

， 

，は 小 さ い が

T

，は高くならないこと等がわ かる

このよ うなライナ材やリング材， あ る い は そ れ ら の 組 合 せ に よ っ て 摩 僚 や ス カ ッ フ ィ ン グ 発 生 温 度 の 変 化 が 起 こ る 理 由 を 以 下 に 考 察 す る ま ず 前 提 と な る す べ り 面 の 状 態 で あ る が . 図

4 ‑4

の摩煉特性曲線から， い ず れ の 場 合 も 混 合 潤 滑 岐 に

あり， す べ り 面 内 に 局 所 的 な 団 体 接 触 が 常 時 起 き て い る も の と想定した

最 初 に ラ イ ナ 材 が 鋳 鉄 の 場 合 ， 相 手 リ ン グ 材 に セ ラ ミ ッ ク ス の よ う な 高 硬 度 で ， 高 融 点 の 材 質 を 選 ぶ 仁 摩 傑 熱 は . 主 として， 低 温 で目熱 伝 導 率 と 熱 容 量 ( こ の 両 者 の 大 き さ で 材 料 の 熱 放 散 性 が 決 ま る ) の 大 き な ラ イ ナ 側 へ 逃 げ 去 り tI 1 21 

リング材が融ける程の温度上昇にはなりにくいものの， 団体 接 触 都 の 変 形， 涜動， あるいはせん断が，低硬度で， 敵点の 低い鋳鉄のライナ側で激しく起こるために， 摩 擦 は 高 く， 低 い

T ，

値でスカップイ ング が 発 生 し た も の と 考 え ら れ る

‑ 1

0)‑

次にライナ材がセラミックスの場合， そ の 材 質 に よ り ， 硬 度， 破壊靭位， 熱放散性， 融点等が異なるものの， 前述のよ

うな リングの材質に対する 一様な差遣が生じた原因として，

まず， ア ル ミ ナ は 低 い 硬 度 と 破 峨 靭 性 値 に よ る 高 摩 擦 (116) 

並 び に 耐 熱 衝 撃 性 が 低 い こ と ， 炭 化 け い 索 は 高 硬 度 で， 相手 ラ イ ナ 材 の 硬 度 が 高 く な る 寝 な じ み 易 く な り .

T.

は 高 くなる 傾 向 に あ るものの. 低 い 破 峨 靭 性 値 に よ る 高 摩 擦 や 耐 熱 衝撃 性 が 低 い こ と 等 が 考 え ら れ る. また， ジ ル コ ニ ア は 比 較 的 低 硬 度 で， 破 媛 靭 性 値 が 高 <. 摩 擦 は 低 くな る が ， 熱 放 散 性 に 乏しく， 固 体 接 触 部 の 温 度 上 昇 が 大 き く な る た め に . 熱的強 度 の 不 足 ( 結 晶 転 移 に よ る 機 械 的 強 度 の 劣 化 や 耐 熱 衝掌性の 低さ)により， そ の 摩 機 面 に 図

4‑ 5 

(a) の よ う な 多 数 の 亀 裂 の 発 生 ， 進 展 か ら表面 の は く厳 に 至 る マ ク ロ 的 破 捜 が 起 こ

り易いこと等が指摘できる<<1111) 

さ ら に ， 霊 化 け い 索 ， サ メ ッ ト お よ び 酸 化 ク ロ ム 焼 成 膜 の場合は

T.

が

i l

く. μ .inは小さくなったが， そ の 原 因 は い ず れ も 硬 質 ， 高靭性で R・，gが小 さ く ， 融 点 や 耐 熱 衝翠性 が 高 い た め と 忠 わ れ る

な か で も 酸 化 ク ロ ム 焼 成 股 が ， 箆化け い 索 や サ ーメッ トに 比べ， よ り 高 い 耐 ス カ yフ ィ ン グ 性 を 示 す こ と は 注 目 に 値 す る こ れ は 熱 伝 導 率 と 熱 容 量 が ジル コ ニ ア 並 に 小 さ く， 熱放 散 性 に 欠 け る が ， ヤ ン グ 率 Eと硬さ Hの比 (E / H )を求め る と 鋳 鉄 が

4 7

. サ ーメッ トから ジル コ ニ ア ま で の 単一体セ ラ ミ ッ ク ス が

1 7 ‑ 2 8 .  

ク ロ ム め っ き が

1 0

であるのに対1‑.

ー

1 0 7

酸 化 ク ロ ム

t

完成股は

6

と小さ く， 実 験 で 使 用 し た 材 料の中で 固 体 接 触 に 伴 う微 小 突 起 部 の 変 形 が 最 も 算 性 的 と な る 機 械 的 な 性 質 を も つことがわかる'" 引. つ まり，

E /H

の 値 が 小 さ い 程 ， 固 体 内 の 塑 性 変 形 戚 (

1

脆性破峨の規模)が小さく.

深部まで及』まないことから. 突 起 先 端 部 の み の ミ ク ロ な 破 嫌 にとどまり， 面は平滑化されてなじみ， ス カ ッ フ ィ ン グ が 発 生 しにくく な る も の と 考 え ら れ る (I I • ) • ( 1 I S 1 

一方， ラ イ ナ 材 と し て の セ ラ ミ ッ ク ス を 評 価 す る と ， 室 化 け い 索 は 而 粗 度 が 大 き い に も か か わ ら ず 低 摩 僚 で ス カ ッフィ ング を 起 こ し に く く ， 酸 化 ク ロ ム 焼 成 膜 と 共 に 優 れ た 材 料 で あるが， ジル コ ニ ア は 商 粗 度 が 小 さ い 割 に

T .

^{値 が 若 干 低}

く， 耐スカ y フィ ング性に多少劣るといえる.

さらに， ライナ， リングの組合せとして， 低 摩 僚 と 耐 ス カ ッフィ ング性の観点から， 材料問の相性をみると， 同一材料 同士の組合せにより不利となることはないこと， ラ イ ナ 材 の もつ機 械 的 強 度， とくに硬度が相手リ ング 表 面 の な じ み を 促

す適正な大きさであること， ライナ側は熱放散性に優れ， リ

ン グ 側 は 耐 熱 性 に 優 れ る よ う な 組 合 せ が 望 ま し い こ と 等 が 指 摘できる

結局， ラ イ ナ 材 と し て は 酸 化 ク ロ ム 焼 成 膜 と 蜜 化 け い 素 が 優れ， ジルコニアは若干劣ること， またリ ング材としては，

現行のクロムめっき以上の特性を示したものの中で， 酸化ク ロム焼成膜が最も優れ. そ れ に 続 い て サ

ー

メ ッ ト と 室 化 け い 索 が 優 れ て い る こ と が 明 ら か に な っ た

‑108‑