(57)【要約】【課題】凝着を抑制しつつ、潤滑油及び燃焼ガスのシール性を確保できるピストンリングを提供する。【解決手段】ピストンリング１において、上面及び下面の少なくとも一方の面には、１つ以上の凹部が形成されており、前記１つ以上の凹部は、軸方向から見た平面視で、外周縁から径方向厚さの１／１０以上、内周縁側の位置に設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面及び下面の少なくとも一方の面には、１つ以上の凹部が形成されており、
前記１つ以上の凹部は、軸方向から見た平面視で、外周縁から径方向厚さの１／１０以上、内周縁側の位置に設けられていることを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
前記少なくとも一方の面における、前記１つ以上の凹部が形成されていない部分を凹部非形成部としたとき、前記平面視で、前記１つ以上の凹部の総面積は、前記凹部非形成部の総面積に対して、３０％以上７０％以下であ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１つ以上の凹部それぞれの最大深さは、１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のピストンリング。
【請求項４】
合口部が更に形成され、
前記１つ以上の凹部は、いずれも前記合口部には到達していないことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項５】
前記上面及び前記下面と連続し、径方向内側を向く内周面を更に備え、
前記１つ以上の凹部は、前記内周面に到達していない閉凹部を含むことを特徴とする、請求項４に記載のピストンリング。
【請求項６】
前記平面視で、前記閉凹部は、前記内周縁から前記径方向厚さの１／１０以上、前記外周縁側の位置に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載のピストンリング。
【請求項７】
前記上面及び前記下面と連続し、径方向内側を向く内周面を更に備え、
前記１つ以上の凹部は、前記内周面に到達した開凹部を含むことを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項８】
前記１つ以上の凹部は、円周方向に沿って延在する凹部を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項９】
前記１つ以上の凹部は、円周方向に沿って配置された複数の凹部を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項１０】
前記少なくとも一方の面には、硬質被膜層又は樹脂製の被膜層が設けられていることを特徴とする、請求項１から９のいずれ一項に記載のピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のピストンリングに関し、特に、上下面の表面微細構造により凝着、並びに、自己及び相手部品の摩耗、を抑制しつつ、潤滑油及び燃焼ガスのシール性を確保できる内燃機関用ピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の構成部品として、ピストンリング（以下、単に「リング」ともいう。）が使用される。ピストンリングは、金属製のピストンの外周に周方向に沿って設けられたリング溝に装着される。ピストンリングは、ピストンが軸方向に往復運動するとき、シリンダ内壁との摺動抵抗によってリング溝の上下面と衝突する。これにより、ピストンのリング溝が摩耗し、ピストンリングの上下面に摩耗粉が凝着する可能性がある。凝着は、ピストンの材料として、軽量化等のためにアルミ合金を用いた場合には、特に顕著となる。
【０００３】
このような凝着を抑制するために、例えば特許文献１及び２には、ピストンリングの下面に溝等の凹部を設けた構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１５９１３５号公報
【特許文献２】実開平６−５６５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２に記載のピストンリングによると、下面に形成した凹部に潤滑油を保持することで、凝着を抑制すると共に、自己及び相手部品（ここではピストン）の摩耗を抑制することができる。しかしながら、ピストンリングの外周面側はピストンのリング溝から突出するため、凹部が形成される位置によっては、潤滑油や燃焼ガスのシール性を低下させる可能性があった。
【０００６】
本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、凝着、並びに自己及び相手部品の摩耗、を抑制しつつ、潤滑油及び燃焼ガスのシール性を確保できるピストンリングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のピストンリングにおいて、上面及び又は下面の少なくとも一方の面には、１つ以上の凹部が形成されており、前記１つ以上の凹部は、軸方向から見た平面視で、外周縁から径方向厚さの１／１０以上、内周縁側の位置に設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、上記構成において、前記少なくとも一方の面における、前記１つ以上の凹部が形成されていない部分を凹部非形成部としたとき、前記平面視で、前記１つ以上の凹部の総面積が、前記凹部非形成部の総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明は、上記構成において、前記１つ以上の凹部それぞれの最大深さが、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明は、上記構成において、合口部が更に形成され、前記１つ以上の凹部が、いずれも前記合口部には到達していないことが好ましい。
【００１１】
本発明は、上記構成において、前記上面及び前記下面と連続し、径方向内側を向く内周面を更に備え、前記１つ以上の凹部が、前記内周面に到達していない閉凹部を含むことが好ましい。
【００１２】
本発明は、上記構成において、前記平面視で、前記閉凹部が、前記内周縁から前記径方向厚さの１／１０以上、前記外周縁側の位置に形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明は、上記構成において、前記上面及び前記下面と連続し、径方向内側を向く内周面を更に備え、前記１つ以上の凹部が、前記内周面に到達した開凹部を含むことが好ましい。
【００１４】
本発明は、上記構成において、前記１つ以上の凹部が、円周方向に沿って延在する凹部を含むことが好ましい。
【００１５】
本発明は、上記構成において、前記１つ以上の凹部が、円周方向に沿って配置された複数の凹部を含むことが好ましい。
【００１６】
本発明は、上記構成において、前記少なくとも一方の面には、硬質皮膜層又は樹脂製の被膜層が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、凝着、並びに自己及び相手部品の摩耗、を抑制しつつ、潤滑油及び燃焼ガスのシール性を確保できるピストンリングを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態としてのピストンリングの平面図である。
【図２】ピストンに装着され、シリンダ内に挿入された状態の、図１に示すピストンリングを示す断面図である。
【図３】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第１の態様を示す平面図である。
【図４】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第２の態様を示す平面図である。
【図５】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第３の態様を示す平面図である。
【図６】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第４の態様を示す平面図である。
【図７】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第５の態様を示す平面図である。
【図８】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第６の態様を示す平面図である。
【図９】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第７の態様を示す平面図である。
【図１０】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第８の態様を示す平面図である。
【図１１】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第９の態様を示す平面図である。
【図１２】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第１０の態様を示す平面図である。
【図１３】図１に示すピストンリングに形成された凹部の第１１の態様を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。各図において共通の構成には、同一の符号を付している。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態としてのピストンリング１の平面図である。図２は、ピストン１００に装着され、シリンダ２００内に挿入された状態のピストンリング１を示す断面図である。以下、ピストンリング１の中心軸をＯとし、ピストンリング１の円周方向をＡとし、中心軸Ｏに沿う軸方向をＢとし、ピストンリング１の径方向をＣとする。
【００２１】
図１及び図２に示すように、ピストンリング１は、径方向Ｃの外側を向く外周面１０と、径方向Ｃの内側を向く内周面２０と、軸方向Ｂの一方側（図１の紙面手前側、図２の上側）を向く上面３０と、軸方向Ｂの他方側（図１の紙面奥側、図２の下側）を向く下面４０と、を有する。内周面２０は、上面３０及び下面４０と連続する。また、外周面１０は、上面３０及び下面４０と連続する。図１に示すように、ピストンリング１は、合口部６が形成された割りリング形状に形成されている。
【００２２】
図２に示すように、ピストンリング１の外周面１０は、軸方向Ｂの中心位置に頂点を有する、凸状の湾曲面（バレルフェイス）形状に形成されている。ピストンリング１の内周面２０は、軸方向Ｂに平行な円筒面形状に形成されている。ピストンリング１の上面３０及び下面４０は、径方向Ｃに平行な平坦面に形成されている。上面３０及び下面４０の少なくともいずれか一方の面には、１つ以上の凹部５０（図３〜図１３参照）が形成されている。ここで、１つ以上の凹部５０が形成された面における、１つ以上の凹部５０が形成されていない部分を、凹部非形成部６０ａ〜６０ｋ（図３〜図１３）とする。なお、１つ以上の凹部５０の詳細については後述する。
【００２３】
ピストンリング１は、例えば自動車等のエンジン（内燃機関）のピストン１００にトップリング（第１圧力リング）として装着して使用される。具体的に、図２に示すように、ピストンリング１は、ピストン１００の外周で周方向に沿って形成されたリング溝１１０に装着される。より詳細には、図２に示すように、リング溝１１０に装着された状態のピストンリング１は、内周面２０全体を含む径方向Ｃの内側の一部分がリング溝１１０の内部に位置し、外周面１０全体を含む径方向Ｃの外側の他の部分がリング溝１１０の外部に位置する。図２に示すように、リング溝１１０に装着された状態のピストンリング１は、ピストン１００が軸方向Ｂに往復運動するとき、外周面１０を摺動面として、シリンダ２００の内壁２１０（以下、単に「シリンダ内壁２１０」ともいう。）と摺動しながら、軸方向Ｂに沿って往復運動する。
【００２４】
図２に示すように、ピストンリング１の上面３０と下面４０との間の幅は、リング溝１１０の上面１１１と下面１１２との間の幅よりも小さい。そのため、ピストンリング１がリング溝１１０に装着された状態で軸方向Ｂに沿って往復運動すると、ピストンリング１の上面３０の一部及びリング溝１１０の上面１１１の一部が接触しつつピストンリング１の下面４０及びリング溝１１０の下面１１２が離れた状態と、ピストンリング１の下面４０の一部及びリング溝１１０の下面１１２の一部が接触しつつピストンリング１の上面３０及びリング溝１１０の上面１１１が離れた状態と、が繰り返される。このとき、ピストンリング１の上面３０は、外周面１０の最大外径部１１から内周面２０側に向かって、径方向厚さＤの１／１０より手前の位置から内周面２０側の全範囲に亘って、リング溝１１０の上面１１１と接触する。同様に、ピストンリング１の下面４０は、外周面１０の最大外径部１１から内周面２０側に向かって、径方向厚さＤの１／１０より手前の位置から内周面２０側の全範囲に亘って、リング溝１１０の下面１１２と接触する。ここで、径方向厚さＤは、ピストンリング１の内周面２０の最小内径部２１から外周面１０の最大外径部１１までの径方向Ｃにおける厚さである。最大外径部１１は、外周面１０の最も外径の大きい位置であり、図２に示す例では、外周面１０の軸方向Ｂの中心位置である。最小内径部２１は、内周面２０の最も内径の小さい位置であり、図２に示す例では、内周面２０が軸方向Ｂに平行であるため、内周面２０の任意の位置である。
【００２５】
以下、図３〜図１３を参照して、ピストンリング１の上面３０及び下面４０の少なくともいずれか一方の面に形成された凹部５０の各態様を例示して説明する。詳細は後述するが、図３〜図１３に示す凹部５０はいずれも、軸方向Ｂから見た平面視（図１参照）で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に設けられている。
【００２６】
図３は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第１の態様としての凹部５０ａを示す平面図である。ここで、ピストンリング１の平面視において、実際には円周方向Ａは湾曲しているが、図３では、説明の便宜上、円周方向Ａを直線状に示している。このことは、以下で参照する図４〜図１３においても同様である。
【００２７】
図３に示すように、凹部５０ａは、円周方向Ａに沿って延在する２本の周方向溝と、円周方向Ａに等間隔に、径方向Ｃに沿って、当該２本の周方向溝と直交しながら直線状に延在する複数の径方向溝と、が一体となって形成されている。凹部５０ａは、全体として、円周方向Ａに沿って延在する。ここで、円周方向Ａに沿って延在する周方向溝は、図３では２本図示したが、１本でもよく、また３本以上でもよい。
【００２８】
図３に示すように、軸方向Ｂから見た平面視（以下、単に「平面視」ともいう。）で、凹部５０ａは、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。なお、図３の平面視における外周縁は、外周面１０の最大外径部１１により構成されている。また、図３の平面視における内周縁は、内周面２０の最小内径部２１により構成されている。このことは、以下で参照する図４〜図１３においても同様である。ここで、上述の通り、ピストンリング１の上面３０は、外周面１０の最大外径部１１から内周面２０側に向かって、径方向厚さＤの１／１０より手前の位置から内周面２０側の全範囲に亘って、リング溝１１０（図２参照）の上面１１１（図２参照）と接触する。従って、凹部５０ａがピストンリング１の上面３０に形成されている場合には、上面３０とリング溝１１０の上面１１１とが接触するとき、凹部５０ａの径方向Ｃの外側の位置で、上面３０とリング溝１１０の上面１１１とが接触する領域が存在する。つまり、凹部５０ａは、上面３０の凹部５０ａよりも径方向Ｃの外側に位置する凹部非形成部６０ａとリング溝１１０の上面１１１とが接触する領域によって、外周面１０側が封鎖される。
【００２９】
また、上述の通り、ピストンリング１の下面４０は、外周面１０の最大外径部１１から内周面２０側に向かって、径方向厚さＤの１／１０より手前の位置から内周面２０側の全範囲に亘って、リング溝１１０（図２参照）の下面１１２（図２参照）と接触する。従って、凹部５０ａがピストンリング１の下面４０に形成されている場合には、下面４０とリング溝１１０の下面１１２とが接触するとき、凹部５０ａの径方向Ｃの外側の位置で、下面４０とリング溝１１０の下面１１２とが接触する領域が存在する。つまり、凹部５０ａは、下面４０の凹部５０ａよりも径方向Ｃの外側に位置する凹部非形成部６０ａとリング溝１１０の下面１１２とが接触する領域によって、外周面１０側が封鎖される。
【００３０】
従って、ピストンリング１の上面３０又は下面４０の凹部非形成部６０ａと、リング溝１１０の上面１１１又は下面１１２との接触によって、凹部５０ａから外周面１０側へ通じる流路が封鎖されるので、凹部５０ａを通じて潤滑油及び燃焼ガスが外周面１０側に漏れ出ることが抑制される。よって、凹部５０ａにより、後述するようにリング溝１１０からの摩耗粉のピストンリング１への凝着を抑制できると共に、潤滑油及び燃焼ガスのシール性を向上させることができる。
【００３１】
凹部５０ａは、合口部６（図１参照）には到達していない。これにより、ピストンリング１の上面３０又は下面４０の凹部非形成部６０ａと、リング溝１１０（図２参照）の上面１１１（図２参照）又は下面１１２（図２参照）との接触によって、凹部５０ａから合口部６を通じて潤滑油及び燃焼ガスが漏れ出ることが抑制される。よって、潤滑油及び燃焼ガスのシール性をより向上させることができる。
【００３２】
図３に示すように、凹部５０ａは、内周面２０にも到達していない。すなわち、凹部５０ａがピストンリング１の上面３０に形成されている場合には、上面３０とリング溝１１０（図２参照）の上面１１１（図２参照）が接触するとき、凹部５０ａは、上面３０の凹部５０ａの径方向Ｃの内側及び外側に位置する凹部非形成部６０ａとリング溝１１０の上面１１１とが接触する領域によって、径方向Ｃの内側及び外側が閉じられた凹部となる。同様に、凹部５０ａがピストンリング１の下面４０に形成されている場合には、下面４０とリング溝１１０の下面１１２（図２参照）が接触するとき、凹部５０ａは、下面４０の凹部５０ａの径方向Ｃの内側及び外側に位置する凹部非形成部６０ａとリング溝１１０の下面１１２とが接触する領域によって、径方向Ｃの内側及び外側が閉じた凹部となる。なお、上述したように、凹部５０ａは合口部６（図１参照）にも到達していないため、凹部５０ａは、円周方向Ａの両側も閉じられている。つまり、凹部５０ａは、円周方向Ａの両側、並びに、径方向Ｃの内側及び外側、が閉じられた凹部（以下、「閉凹部」ともいう。）となる。これにより、閉凹部としての凹部５０ａに潤滑油が滞留し、凹部５０ａに滞留した潤滑油が動圧効果によって凹部５０ａの周囲の凹部非形成部６０ａの表面に油膜を形成するため、ピストンリング１とリング溝１１０との接触応力が緩和される。よって、ピストン１００のリング溝１１０のフレッティングによる摩耗が抑制されて摩耗粉が減少するため、リング溝１１０からの摩耗粉のピストンリング１への凝着を抑制することができる。
【００３３】
図３に示すように、平面視で、凹部５０ａは、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。これにより、凹部５０ａから内周面２０側を通じて潤滑油及び燃焼ガスが漏れ出ることをより確実に抑制することができる。
【００３４】
なお、図３には閉凹部としての凹部５０ａを図示したが、凹部５０ａは、内周面２０に到達した開凹部であってもよい。この場合、開凹部としての凹部５０ａは、内周面２０側で潤滑油の経路を形成するため、凹部５０ａへの潤滑油の導入と、凹部５０ａからの潤滑油の排出とが円滑に行われる。これにより、ピストンリング１とリング溝１１０との接触面の温度の上昇が抑制されるので、リング溝１１０の摩耗が抑制されて発生する摩耗粉が減少する。従って、摩耗粉のピストンリング１への凝着を抑制することができる。また、凹部５０ａへの潤滑油の導入と、凹部５０ａからの潤滑油の排出とが円滑に行われることで、リング溝１１０からの摩耗粉が凹部５０ａの内周面２０側から排出される。従って、リング溝１１０からの摩耗粉のピストンリング１への凝着を更に抑制することができる。
【００３５】
図３に示すように、平面視で、凹部５０ａの総面積は、凹部非形成部６０ａの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。凹部５０ａの平面視での総面積を上記範囲内とすることで、例えば凹部５０ａが閉凹部である場合には、ピストンリング１とリング溝１１０との接触応力をより一層緩和できるため、リング溝１１０からの摩耗粉のピストンリング１への凝着をより一層抑制することができる。
【００３６】
凹部５０ａの最大深さは、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましい。凹部５０ａの最大深さを上記下限値以上とすることで、凹部５０ａによる上述の効果を得ることができる。また、凹部５０ａの最大深さは、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。凹部５０ａの最大深さを上記上限値以下とすることで、凹部５０ａ内に潤滑油が流れ込むことによる凹部非形成部６０ａの表面の油膜切れを抑制し、リング溝１１０の摩耗を抑制することができる。
【００３７】
図４は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第２の態様としての凹部５０ｋを示す平面図である。図４に示すように、凹部５０ｋは、径方向Ｃに沿って直線状に延在する凹部であり、複数の凹部５０ｋが円周方向Ａに沿って配置されている。複数の凹部５０ｋは、閉凹部５０ｋ１と、内周面２０に到達した開凹部５０ｋ２と、を含む。閉凹部５０ｋ１及び開凹部５０ｋ２は、円周方向Ａに沿って交互に配置されている。
【００３８】
図４に示すように、複数の凹部５０ｋそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、複数の凹部５０ｋそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも合口部６（図１参照）には到達していない。また、閉凹部５０ｋ１は、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、複数の凹部５０ｋの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図４に示す平面視で、凹部非形成部６０ｋの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、複数の凹部５０ｋそれぞれの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａによる上記効果と同様である。
【００３９】
上記したように、複数の凹部５０ｋは、閉凹部５０ｋ１と、内周面２０に到達した開凹部５０ｋ２と、を含むので、閉凹部５０ｋ１に上記動圧効果を得るのに十分な量の潤滑油が保持されつつ、開凹部５０ｋ２からの閉凹部５０ｋ１への潤滑油の供給、及び、閉凹部５０ｋ１からの開凹部５０ｋ２への余分な潤滑油の排出が行われる。従って、開凹部５０ｋ２に加えて、閉凹部５０ｋ１に保持される潤滑油の温度の上昇も抑制し、閉凹部５０ｋ１に蓄積されたリング溝１１０からの摩耗粉も排出することができる。よって、リング溝１１０からの摩耗粉のピストンリング１への凝着をより一層抑制することができる。閉凹部５０ｋ１と開凹部５０ｋ２による上記相乗効果を得るためには、平面視で、閉凹部５０ｋ１と開凹部５０ｋ２との最小間隔Ｅが５０μｍ以上であることが好ましい。最小間隔Ｅが上記下限値以上であれば、閉凹部５０ｋ１と開凹部５０ｋ２とがそれぞれ独立した凹部として機能するために必要な間隔を保つことができる。また、最小間隔Ｅは、平面視で、１０００μｍ以下であることが好ましく、６００μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることが更に好ましく、２００μｍ以下であることが特に好ましい。最小間隔Ｅが上記上限値以下であれば、上記した閉凹部５０ｋ１と開凹部５０ｋ２との相乗効果を得ることができる。
【００４０】
図５は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第３の態様としての凹部５０ｂを示す平面図である。図５に示すように、凹部５０ｂは、径方向Ｃに沿って往復しながら円周方向Ａに沿って波状に延在する凹部である。ここで、図５では２つの凹部５０ｂを図示したが、凹部５０ｂは１つでもよく、また３つ以上でもよい。凹部５０ｂは、径方向Ｃに沿って往復しながら円周方向Ａに沿って波状に延在するため、円周方向Ａのみに沿って延在する凹部よりも、全体の長さを長くすることができる。
【００４１】
図５に示すように、２つの凹部５０ｂそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、２つの凹部５０ｂは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも合口部６（図１参照）には到達していない。また、図５に示すように、２つの凹部５０ｂは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも内周面２０にも到達していない。また、図５に示すように、２つの凹部５０ｂそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、図５には２つの凹部５０ｂをいずれも閉凹部として図示したが、２つの凹部５０ｂは、図３に示した凹部５０ａと同様に、内周面２０に到達した開凹部を含んでいてもよい。２つの凹部５０ｂが、閉凹部及び開凹部を含む場合、平面視で、開凹部と閉凹部との最小間隔が５０μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以下であることが好ましく、６００μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることが更に好ましく、２００μｍ以下であることが特に好ましい。また、２つの凹部５０ｂの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図５に示す平面視で、凹部非形成部６０ｂの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、２つの凹部５０ｂそれぞれの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａによる上記効果と同様である。
【００４２】
図６は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第４の態様としての凹部５０ｃを示す平面図である。図６に示すように、凹部５０ｃは、平面視で円周方向Ａを上下方向とするＶ字状に形成された凹部であり、複数の凹部５０ｃが円周方向Ａに沿って配置されている。ここで、図６では、複数の凹部５０ｃを円周方向Ａに沿って１列に配置した例を図示したが、２列以上に配置してもよい。凹部５０ｃは、径方向Ｃから所定の角度だけ円周方向Ａに傾いて延在する溝で構成されているため、径方向Ｃのみに沿って延在する凹部よりも、全体の長さを長くすることができる。
【００４３】
図６に示すように、複数の凹部５０ｃそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、複数の凹部５０ｃは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも合口部６（図１参照）には到達していない。また、図６に示すように、複数の凹部５０ｃは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも内周面２０にも到達していない。また、図６に示すように、複数の凹部５０ｃそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、図６には複数の凹部５０ｃの全てを閉凹部として図示したが、複数の凹部５０ｃは、図５に示した凹部５０ｂと同様に、内周面２０に到達した開凹部を含んでいてもよい。複数の凹部５０ｃが、閉凹部及び開凹部を含む場合、平面視で、開凹部と閉凹部との最小間隔が５０μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以下であることが好ましく、６００μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることが更に好ましく、２００μｍ以下であることが特に好ましい。また、複数の凹部５０ｃの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図６に示す平面視で、凹部非形成部６０ｃの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、複数の凹部５０ｃそれぞれの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａ及び図５に示した凹部５０ｂによる上記効果と同様である。
【００４４】
図７は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第５の態様としての凹部５０ｄを示す平面図である。図７に示すように、凹部５０ｄは、平面視で図６に示した凹部５０ｄに更に折り返し部分を追加してＮ字状に形成された凹部５１ｄ１、及び、凹部５１ｄ１に対して径方向Ｃに沿う直線について線対称な形状の凹部５１ｄ２である。複数の凹部５０ｄが、円周方向Ａに沿って配置されている。具体的には、複数の凹部５０ｄとしての複数の凹部５１ｄ１及び複数の凹部５１ｄ２が、円周方向Ａに沿って交互に配置されている。ここで、図６では、複数の凹部５０ｄを円周方向Ａに沿って１列に配置した例を図示したが、２列以上に配置してもよい。凹部５０ｄは、径方向Ｃから所定の角度だけ円周方向Ａに傾いて延在する溝で構成されているため、径方向Ｃのみに沿って延在する凹部よりも、全体の長さを長くすることができる。
【００４５】
図７に示すように、複数の凹部５０ｄそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、複数の凹部５０ｄは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも合口部６（図１参照）には到達していない。また、図７に示すように、複数の凹部５０ｄは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも内周面２０にも到達していない。また、図７に示すように、複数の凹部５０ｄそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、図７には複数の凹部５０ｄの全てを閉凹部として図示したが、複数の凹部５０ｄは、図５に示した凹部５０ｂと同様に、内周面２０に到達した開凹部を含んでいてもよい。複数の凹部５０ｄが、閉凹部及び開凹部を含む場合、平面視で、開凹部と閉凹部との最小間隔が５０μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以下であることが好ましく、６００μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることが更に好ましく、２００μｍ以下であることが特に好ましい。また、複数の凹部５０ｄの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図７に示す平面視で、凹部非形成部６０ｄの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、複数の凹部５０ｄそれぞれの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａ及び図５に示した凹部５０ｂによる上記効果と同様である。
【００４６】
図８は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第６の態様としての凹部５０ｅを示す平面図である。図８に示すように、凹部５０ｅは、平面視で正六角形の凹部であり、複数の凹部５０ｅが、互いの辺を対向させながら、径方向Ｃに沿って配置されると共に、円周方向Ａに沿って配置されている。ここで、図８では、径方向Ｃに沿って配置された３つの凹部５０ｅの群、及び、径方向Ｃに沿って配置された４つの凹部５０ｅの群を、円周方向Ａに沿って交互に配置したが、凹部５０ｅが径方向Ｃに沿って配置される数は限定されず、２つ以下でもよいし、５つ以上でもよい。
【００４７】
図８に示すように、複数の凹部５０ｅそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、複数の凹部５０ｅは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも合口部６（図１参照）には到達していない。また、図８に示すように、複数の凹部５０ｅは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも内周面２０にも到達していない。また、図８に示すように、複数の凹部５０ｅそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、図８には複数の凹部５０ｅの全てを閉凹部として図示したが、複数の凹部５０ｅは、図５に示した凹部５０ｂと同様に、内周面２０に到達した開凹部を含んでいてもよい。複数の凹部５０ｅが、閉凹部及び開凹部を含む場合、平面視で、開凹部と閉凹部との最小間隔が５０μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以下であることが好ましく、６００μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることが更に好ましく、２００μｍ以下であることが特に好ましい。また、複数の凹部５０ｅの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図８に示す平面視で、凹部非形成部６０ｅの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、複数の凹部５０ｅそれぞれの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａ及び図５に示した凹部５０ｂによる上記効果と同様である。
【００４８】
図９は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第７の態様としての凹部５０ｆを示す平面図である。図９に示すように、凹部５０ｆは、平面視で、互いの辺を対向させながら径方向Ｃ及び円周方向Ａに沿って配置された複数の正六角形の周囲に配置された溝によって形成されている。凹部５０ｆは、全体として、円周方向Ａに沿って延在している。ここで、図９では、径方向Ｃに沿って配置された３つの正六角形の群、及び、径方向Ｃに沿って配置された４つの正六角形の群を、円周方向Ａに沿って交互に配置したが、正六角形が径方向Ｃに沿って配置される数は限定されず、２つ以下でもよいし、５つ以上でもよい。
【００４９】
図９に示すように、凹部５０ｆは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、凹部５０ｆは、図３に示した凹部５０ａと同様に、合口部６（図１参照）には到達していない。また、図９に示すように、凹部５０ｆは、図３に示した凹部５０ａと同様に、内周面２０にも到達していない。また、図９に示すように、凹部５０ｆは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、図９には閉凹部としての凹部５０ｆを図示したが、凹部５０ｆは、図３に示した凹部５０ａと同様に、内周面２０に到達した開凹部であってもよい。また、凹部５０ｆの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図９に示す平面視で、凹部非形成部６０ｆの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、凹部５０ｆの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａ及び図５に示した凹部５０ｂによる上記効果と同様である。
【００５０】
図１０は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第８の態様としての凹部５０ｇを示す平面図である。図１０に示すように、凹部５０ｇは、平面視で円状の凹部であり、複数の凹部５０ｇが、径方向Ｃ及び円周方向Ａに沿って配置されている。ここで、図１０では、径方向Ｃに沿って５つの凹部５０ｇを配置したが、凹部５０ｇが径方向Ｃに沿って配置される数が限定されず、４つ以下でもよいし、６つ以上でもよい。
【００５１】
図１０に示すように、複数の凹部５０ｇそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、複数の凹部５０ｇは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも合口部６（図１参照）には到達していない。また、図１０に示すように、複数の凹部５０ｇは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも内周面２０にも到達していない。また、図１０に示すように、複数の凹部５０ｇそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、図１０には複数の凹部５０ｇの全てを閉凹部として図示したが、複数の凹部５０ｇは、図５に示した凹部５０ｂと同様に、内周面２０に到達した開凹部を含んでいてもよい。複数の凹部５０ｇが、閉凹部及び開凹部を含む場合、平面視で、開凹部と閉凹部との最小間隔が５０μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以下であることが好ましく、６００μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることが更に好ましく、２００μｍ以下であることが特に好ましい。また、複数の凹部５０ｇの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図１０に示す平面視で、凹部非形成部６０ｇの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、複数の凹部５０ｇそれぞれの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａ及び図５に示した凹部５０ｂによる上記効果と同様である。
【００５２】
図１１は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第９の態様としての凹部５０ｈを示す平面図である。図１１に示すように、凹部５０ｈは、平面視で十字状の溝で構成された凹部であり、複数の凹部５０ｈが、径方向Ｃ及び円周方向Ａに沿って配置されている。平面視で、複数の凹部５０ｈそれぞれの中心には、凹部非形成部６０ｈが配置されている。ここで、図１１では、径方向Ｃに沿って配置された４つの凹部５０ｈの群、及び、径方向Ｃに沿って配置された５つの凹部５０ｈの群を、円周方向Ａに沿って交互に配置したが、凹部５０ｈが径方向Ｃに沿って配置される数は限定されず、３つ以下でもよいし、６つ以上でもよい。
【００５３】
図１１に示すように、複数の凹部５０ｈそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、複数の凹部５０ｈは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも合口部６（図１参照）には到達していない。また、図１１に示すように、複数の凹部５０ｈは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも内周面２０にも到達していない。また、図１１に示すように、複数の凹部５０ｈそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、図１１には複数の凹部５０ｈの全てを閉凹部として図示したが、複数の凹部５０ｈは、図５に示した凹部５０ｂと同様に、内周面２０に到達した開凹部を含んでいてもよい。複数の凹部５０ｈが、閉凹部及び開凹部を含む場合、平面視で、開凹部と閉凹部との最小間隔が５０μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以下であることが好ましく、６００μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることが更に好ましく、２００μｍ以下であることが特に好ましい。また、複数の凹部５０ｈの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図１１に示す平面視で、凹部非形成部６０ｈの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、複数の凹部５０ｈそれぞれの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａ及び図５に示した凹部５０ｂによる上記効果と同様である。
【００５４】
図１２は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第１０の態様としての凹部５０ｉを示す平面図である。図１２に示すように、凹部５０ｉは、平面視でその中心を含む全体が十字状の溝で構成された凹部であり、複数の凹部５０ｉが、径方向Ｃ及び円周方向Ａに沿って配置されている。ここで、図１１では、径方向Ｃに沿って配置された４つの凹部５０ｉの群、及び、径方向Ｃに沿って配置された５つの凹部５０ｉの群を、円周方向Ａに沿って交互に配置したが、凹部５０ｉが径方向Ｃに沿って配置される数は限定されず、３つ以下でもよいし、６つ以上でもよい。
【００５５】
図１２に示すように、複数の凹部５０ｉそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、複数の凹部５０ｉは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも合口部６（図１参照）には到達していない。また、図１２に示すように、複数の凹部５０ｉは、図３に示した凹部５０ａと同様に、いずれも内周面２０にも到達していない。また、図１２に示すように、複数の凹部５０ｉそれぞれは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、図１２には複数の凹部５０ｉの全てを閉凹部として図示したが、複数の凹部５０ｉは、図５に示した凹部５０ｂと同様に、内周面２０に到達した開凹部を含んでいてもよい。複数の凹部５０ｉが、閉凹部及び開凹部を含む場合、平面視で、開凹部と閉凹部との最小間隔が５０μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以下であることが好ましく、６００μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることが更に好ましく、２００μｍ以下であることが特に好ましい。また、複数の凹部５０ｉの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図１２に示す平面視で、凹部非形成部６０ｉの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、複数の凹部５０ｉそれぞれの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａ及び図５に示した凹部５０ｂによる上記効果と同様である。
【００５６】
図１３は、ピストンリング１に形成された凹部５０の第１１の態様としての凹部５０ｊを示す平面図である。図１３に示すように、凹部５０ｊは、円周方向Ａに沿って延在する８本の周方向溝と、円周方向Ａに等間隔に、径方向Ｃに沿って、当該８本の周方向溝と直交しながら直線状に延在する複数の径方向溝と、が一体となって形成されている。凹部５０ｊは、全体として、円周方向Ａに沿って延在する。ここで、円周方向Ａに沿って延在する周方向溝は、図１３では８本図示したが、７本以下でもよく、また９本以上でもよい。
【００５７】
図１３に示すように、凹部５０ｊは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、外周縁から径方向厚さＤの１／１０以上、内周縁側の位置に形成されている。また、凹部５０ｊは、図３に示した凹部５０ａと同様に、合口部６（図１参照）には到達していない。また、図１３に示すように、凹部５０ｊは、図３に示した凹部５０ａと同様に、内周面２０にも到達していない。また、図１３に示すように、凹部５０ｊは、図３に示した凹部５０ａと同様に、平面視で、内周縁を構成する、内周面２０の最小内径部２１から径方向厚さＤの１／１０以上、外周縁を構成する、外周面１０の最大外径部１１側の位置に形成されている。また、図１３には閉凹部としての凹部５０ｊを図示したが、凹部５０ｊは、図３に示した凹部５０ａと同様に、内周面２０に到達した開凹部であってもよい。また、凹部５０ｊの総面積は、図３に示した凹部５０ａと同様に、図１３に示す平面視で、凹部非形成部６０ｊの総面積に対して、３０％以上７０％以下であることが好ましい。さらに、凹部５０ｊの最大深さは、図３に示した凹部５０ａと同様に、表面粗さＲｚ以上である必要があり、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。上記各構成による効果は、図３に示した凹部５０ａ及び図５に示した凹部５０ｂによる上記効果と同様である。
【００５８】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、ピストンリング１の外周面１０は、バレルフェイス形状であるとして説明したが、バレルフェイス形状には限定されず、例えば、プレーン形状、テーパーフェイス形状等、他の任意の形状であってもよい。また、ピストンリング１の内周面２０、上面３０、及び下面４０の各形状は、上記した各形状には限定されない。
【００５９】
また、凹部５０は、径方向Ｃに沿って直線状に延在する凹部であり、当該凹部が円周方向Ａに沿って複数配置されていてもよい。また、凹部５０は、円周方向Ａに沿って延在する凹部であってもよい。また、凹部５０は、径方向Ｃから所定の角度だけ円周方向Ａに傾いて延在する凹部であり、当該凹部が円周方向Ａに沿って複数配置されてもよい。さらに、凹部５０は、平面視で任意の形状の凹部であり、当該凹部が径方向Ｃ及び円周方向Ａの少なくともいずれか一方に沿って複数配置されていてもよい。
【００６０】
また、上面３０及び下面４０のうち、少なくとも凹部５０が形成された面には、硬質皮膜層又は樹脂製の被膜層が設けられていてもよい。硬質皮膜層としては、例えば、窒化処理層、ＰＶＤ処理層、硬質クロムめっき処理層およびＤＬＣ層のうち少なくともいずれか１つの層を備えた構成を採用することができる。このような硬質被膜層を設けることにより、上面３０又は下面４０の摩耗による凹部５０の消失を長期間に亘って防止して、凝着、並びに自己及び相手部品の摩耗、を抑制することができる。なお、「ＰＶＤ処理層」とは「物理気相成長（Physical Vapor Deposition）により形成された層」を意味し、「ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）層」とは主として炭化水素や炭素の同素体から成る非晶質の硬質炭素膜を意味する。
【００６１】
被膜層は、凹部５０が形成された後で、表面処理によって設けられてもよい。或いは、被膜層は、凹部５０が形成される前に表面処理によって設けられ、その後、凹部５０が形成されてもよい。凹部５０が形成される前に表面処理によって被膜層が設けられ、その後、凹部５０が形成される方が、好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、内燃機関用のピストンリングに関する。
【符号の説明】
【００６３】
１：ピストンリング
６：合口部
１０：外周面
１１：最大外径部（外周縁）
２０：内周面
２１：最小内径部（内周縁）
３０：上面
４０：下面
５０、５０ａ〜５０ｋ：凹部
５０ｋ１：閉凹部
５０ｋ２：開凹部
６０ａ〜６０ｋ：凹部非形成部
１００：ピストン
１１０：リング溝
１１１：リング溝の上面
１１２：リング溝の下面
２００：シリンダ
２１０：シリンダ内壁
Ａ：円周方向
Ｂ：軸方向
Ｃ：径方向
Ｄ：径方向厚さ
Ｅ：閉凹部と開凹部との最小間隔
Ｏ：中心軸
【図１】
2019116954.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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