(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
滑り面(2)、上部及び下部フランク領域(4)、内周面(3)、及び継ぎ手(5)を具えたピストンリング、特に圧縮ピストンリングであって、
前記ピストンリング(1)の肉厚は、当該ピストンリングの外周全体にわたって見て等値に実現され、少なくとも前記滑り面(2)は、単一のＰＶＤまたはＣＶＤの滑り面層(6)を設けられ、前記滑り面層(6)は、前記継ぎ手(5)のそれぞれの継ぎ手エッジ(9, 10)から始まり２０°未満の周囲角(α)までの、前記継ぎ手付近の外周領域(7, 8)内では、前記滑り面(2)の残りの外周領域内より大きい粗さを有し、かつ、前記滑り面(2)の残りの外周領域内の層厚(s)より小さい層厚(s’)を有することを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
前記層厚(s)は２０μｍ〜５０μｍであり、前記継ぎ手付近の外周領域(7, 8)内では、１〜１０μｍだけ低下することを特徴とする請求項１に記載のピストンリング。
【請求項３】
前記層厚(s)から、前記継ぎ手付近の外周領域(7, 8)内の層厚(s’)への遷移は、凹部(11)を形成することによって行われることを特徴とする請求項１または２に記載のピストンリング。
【請求項４】
前記より小さい層厚を有する前記外周領域(7, 8)は、０．８〜１．２μｍの範囲の粗さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のピストンリング。
【請求項５】
前記より小さい層厚を有する前記外周領域(7, 8)外の粗さは、０．０８μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のピストンリング。
【請求項６】
ピストンリングを製造する方法であって、
滑り面(2)、上部及び下部フランク領域(4)、内周面(3)、及び継ぎ手(5)を具えたピストンリングを用意するステップであって、前記ピストンリング(1)の肉厚は、当該ピストンリングの外周全体にわたって見て等値に実現されるステップと；
少なくとも前記滑り面(2)を、単一のＰＶＤまたはＣＶＤの滑り面層を用いてコーティングし、これにより、前記継ぎ手(5)のそれぞれの継ぎ手エッジ(9, 10)から始まり２０°未満の周囲角(α)までの、前記継ぎ手付近の外周領域(7, 8)内では、前記滑り面(2)の残りの外周領域内の層厚(s)より小さい層厚(s’)を有するステップと；
前記滑り面(2)を周辺処理し、これにより、前記滑り面層(6)は、前記残りの外周領域内では、前記継ぎ手付近の外周領域(7, 8)内より小さい粗さを得るステップと
を含むことを特徴とするピストンリングの製造方法。
【請求項７】
前記残りの外周領域内の層厚と前記継ぎ手付近の外周領域内の層厚との比率(s:s’)は、前記コーティングに後続する前記滑り面(2)または前記滑り面層(6)の前記周辺処理中に、前記ピストンリング(1)の前記継ぎ手(5)付近の外周領域(7, 8)のそれぞれが前記周辺処理を受けないような比率であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記より小さい層厚を有する前記外周領域(7, 8)は、前記滑り面(2)または前記滑り面層(6)の前記周辺処理中に、コーティング状態に留まることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記周辺処理は、ラッピングを含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記周辺処理は、前記継ぎ手付近の外周領域(7, 8)内と、前記残りの外周領域内とで、異なる材料操作法を用いることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンリング、特に圧縮ピストンリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関内のピストンリング、特に圧縮ピストンリングの滑り面は、熱的及び機械的衝撃により、リング継ぎ手（ジョイント）の端部に特別な応力が生じる。このことは一般に、この箇所に過度の損耗を生じさせ、場合によっては、熱的過負荷及びその後の腐食を生じさせる。従って、継ぎ手領域は、ピストンリング、特に圧縮ピストンリングの耐用年数にとって、最も本質的な弱点の１つである。
【０００３】
ピストンリングにハードコーティングを施すことが、一般に知られている。しかし、一般に、これらのコーティングは、リング継ぎ手の端部領域内の部分的現象を防止することができない。半径方向圧力の分布を最適化し、これにより、継ぎ手圧力を低減して継ぎ手領域の圧力を緩和することができる。半径方向の断面状の弱化領域は、１番目及び４番目の四分円内にあることが好ましく、明確な圧力緩和を生じさせることができる。しかし、すべての方策を一緒にしても、特に、軸方向の高さを低くして構成したピストンリングの場合は、継ぎ手過負荷の現象を完全には改善していない。
【０００４】
米国特許第１２７８０１５号明細書（特許文献１）は、継ぎ手領域内をより薄くして実現したピストンリングを開示している。このピストンリングの滑り面は、スズを用いてコーティングされ、このスズ層は、継ぎ手の所を残りの外周領域内より薄くして実現することができる。
【０００５】
ピストンリングが、特開２０００−１２０８６６号公報（特許文献２）より知られ、このピストンリングは、滑り面、上部及び下部フランク（逃げ面）領域、及び内周面を含む。内周面の領域は、継ぎ手端部の領域内に断面状の弱化領域を設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第１２７８０１５号明細書
【特許文献２】特開２０００−１２０８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、特に、軸方向の高さを低くして構成したピストンリングの場合に、継ぎ手の過度の損耗を低減し、潤滑を改善した滑り面形状を提供して、ピストンリングの耐用年数の向上を達成する目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、滑り面、上部及び下部フランク領域、内周面、及び継ぎ手を具えたピストンリング、特に圧縮ピストンリングによって達成され、このピストンリングの肉厚は、その外周全体にわたって見て等値に実現され、少なくとも滑り面はＰＶＤ層またはＣＶＤ層を設けられ、この滑り面層は、継ぎ手付近の外周領域では、滑り面の残りの外周領域より薄い層厚を有する。
【０００９】
本発明の目的物の有利な改良は、従属請求項より推測される。
【００１０】
ここで、本発明の目的物によれば、継ぎ手付近の高負荷領域では、ピストンリング、特に軸方向に構成された高さの低い圧縮ピストンリングの残りの外周領域とは異なる表面品質を生じさせることができる。
【００１１】
例えば、継ぎ手領域の粗さは０．８〜１．２μｍの間で変動するのに対し、残りの滑り面は、ラッピング（粗研磨）状態では０．０８μｍ未満の粗さを有する。
【００１２】
層厚を低減された、ピストンリングの継ぎ手付近の外周領域は、ピストンリングの外周領域の処理の場合に、この処理により悪影響されることもなく、継ぎ手付近のこの外周領域は、残りの外周面より粗い。この方策によって、継ぎ手付近の領域では、より良好な油蓄積能力を達成することができる。
【００１３】
異なる表面品質を達成するために、一方では継ぎ手付近の外周領域と、他方ではピストンリングの残りの領域とで、異なる研磨法を用い、これにより、目的に応じた異なる滑り面形状を生成することも考えられる。
【００１４】
この場合は、ラッピングは研磨法であると考えられる。本発明の他の概念によれば、それぞれの継ぎ手エッジから始まり、２０°未満、特に１０°未満の周囲角から成る部分によって、それぞれの領域を継ぎ手付近に規定する。
【００１５】
ピストンリング上の滑り面コーティングの実施は、一般的な設置手順後のエンジン運転中にも、継ぎ手付近の領域では表面が以前のように維持され、既存の燃焼条件による平滑化を受けないように実行すべきである。
【００１６】
従来技術と同様に、特定用途向けでは、ピストンリングの継ぎ手付近の領域を、コーティングの前に削減することが望ましくあり得る。
【００１７】
既知のＣrＮ、ＣrＯＮ、ＣrＡＩＮ、多層、ＤＬＣ（Diamond-like Carbon：ダイヤモンド状カーボン）、Ｔi、または硬質材料に基づく他の層が、ＰＶＤ層として考えられる。
【００１８】
本発明の目的物を、好適な実施例に基づく図面中に示して、以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるピストンリングの上面図である。
【図２】図１によるピストンリングの継ぎ手付近の端部領域の一方の部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、本発明によるピストンリング１を示し、この例では、ピストンリング１は圧縮ピストンリングによって形成されている。ピストンリング１は、外側滑り面２、内周面３、及び上部及び下部フランク領域４を含む。これに加えてピストンリング１は継ぎ手（ジョイント）５を有する。ピストンリング１の肉厚Ｄは、その周長全体にわたって見て、基本的に等値に実現されている。この例では、滑り面２にＰＶＤ層６、例えばＣrＮ層を設けている。図１より推測できるように、継ぎ手付近の周囲領域７、８は、継ぎ手５の領域の各側に形成され、この例では、それぞれの継ぎ手エッジ９、１０から始まり１０°の周囲各αにわたって延在する。層厚ｓは、継ぎ手付近のそれぞれの領域７、８の外側では等値に実現される。この例については、３０μｍであると仮定する。
【００２１】
これとは対照的に、この例では、継ぎ手付近の領域では８μｍだけ低減され、即ち、このピストンリングは厚さ２２μｍの層を有する。これらの値は仮定値であり、それぞれの使用事例に応じて異ならせることもできる。滑り面２のコーティング後に、層ｓに、例えばラッピングによる周辺処理を施す。層ｓ’の層厚は、層厚ｓより小さく寸法決めされているので、継ぎ手付近の領域７、８でのこうした周辺処理中に、材料の摩耗は発生しない。従って、この方策によって、継ぎ手付近の領域７、８の外側には、継ぎ手付近のそれぞれの領域７、８とは異なる表面品質が生成される。この例では、上記材料厚を有する上記ＣrＮコーティングは、さらなる表面処理を受けることがなく、このためコーティング状態に留まる。従って、ここでは、残りの外周面に対して、より大きい粗さが与えられる。この例については、同様のことを次のように仮定する：それぞれの継ぎ手領域内では０．９μｍ。残りのラッピングした滑り面領域は０．０５μｍ以下の厚さを有する。継ぎ手付近の領域７、８内のこのように増加させた厚さによって、より良好な油蓄積能力を達成することができる。
【００２２】
図２に、継ぎ手付近の端部領域７の部分図を示す。外側滑り面２、内周面３、及び上部フランク領域４が認められる。さらに、異なる層厚ｓ及びｓ’が認められる。ピストンリング１の均一な肉厚Ｄにより、継ぎ手付近の領域７では層厚が幾分沈み、従って後続する滑り面２の周辺処理を受けない。ここでは、層厚ｓから層厚ｓ’への遷移が凹部１１によって形成されている。
【図１】
0005511974.tif 000002
【図２】
0005511974.tif 000003