(57)【要約】【課題】ピストンリング線材の上下面へのコーティング処理を確実に行いつつ、ピストンリングの生産性の向上を図れるようなピストンリングの製造方法を提供する。【解決手段】ピストンリングの製造方法の巻回工程（ステップＳＴ１）では、ピストンリング線材１０を曲げ加工機に供給し、芯金２０に螺旋状に巻回する。次の隙間発生工程（ステップＳＴ２）では、巻回後のピストンリング線材１０間に所要隙間Ｘ１を発生させる。この所要隙間Ｘ１は、ピストンリング線材１０の少なくとも一方の端部を弾性域内で引っ張ることによって発生させる。続くコーティング工程（ステップＳＴ３）では、隙間発生後のピストンリング線材１０の上下面１１，１２にコーティングを施す。次に、切断工程（ステップＳＴ４）では、コーティング後のピストンリング線材１０をリング長に切断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンリング線材からリング状のピストンリングを製造する方法であって、
ピストンリング線材を曲げ加工機に供給し、芯金に螺旋状に巻回する巻回工程と、
前記巻回後のピストンリング線材間に所要隙間を発生させる隙間発生工程と、
前記隙間発生後のピストンリング線材の上下面にコーティングを施すコーティング工程と、
前記コーティング後のピストンリング線材をリング長に切断する切断工程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２】
前記曲げ加工機に供給するピストンリング線材の厚さを、芯金から遠い外径側を芯金に近い内径側に比べて厚くしていることを特徴とする請求項１に記載のピストンリングの製造方法。
【請求項３】
前記所要隙間を、前記ピストンリング線材の少なくとも一方の端部を弾性域内で引っ張ることによって発生させることを特徴とする請求項１に記載のピストンリングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等に用いられるピストンリングを生産性よく効率的に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンリングの線材からリング状のピストンリングを製造するピストンリングの製造方法として、例えば、特許文献１に示されるように、ピストンリング線材をコイリングマシンに供給し、芯金（芯材）に沿って巻回して（巻き付けて）形成する技術が知られている。また、例えば、特許文献２に示されるように、ピストンリング線材を芯金に沿って螺旋状（コイル状）に巻回して形成する技術が知られている。
【特許文献１】特開昭６２−１７３０４３号公報
【特許文献２】特開平０１−２２４１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のピストンリングの製造方法では、リング状のピストンリング線材の上下面（ピストンリングが装着されるピストンのピストンリング溝の上下面に接する面）のコーティング処理（表面処理）、例えば、ダイヤモンド構造とグラファイト構造とを併せ持つＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）等のような耐摩耗性材質の被膜でコーティングを施す処理を行うにあたって、次のような問題点があった。
【０００４】
ピストンリング線材の上下面へのコーティング処理は、例えば、真空蒸着やイオンプレーティングのようなＰＶＤ（物理気相成長法）等によって、多数のリング状のピストンリング線材に対し同時に行われる。このため、コーティング処理の前に多数のピストンリング線材を並べてセッティングしていた。ところが、そのセッティング状態では、それぞれのピストンリング線材が所定の位置に固定されていなかったので、わずかな衝撃が加わるだけでピストンリング線材が移動して、隣り合うピストンリング線材間の間隔が変化する可能性があった。このため、隣り合うピストンリング線材間の間隔が小さくなったり、また、場合によっては、隣り合うピストンリング線材同士が接触して、コーティング処理の不十分な領域が発生するという問題点があった。したがって、ピストンリング線材の上下面へのコーティング処理を確実に行うには、多数のピストンリング線材を所定の間隔を確保しながら１個１個セッティングする必要があるが、そのセッティングの作業には非常に手間がかかり、その分、ピストンリングの生産性が悪くなっていた。
【０００５】
一方、セッティング時に隣り合うピストンリング線材間の間隔を大きくとりすぎた場合、ピストンリング線材の上下面へのコーティング処理の不十分な領域の発生を回避できるものの、その間隔が大きくなるほど、ピストンリングの生産性が低下してしまうという問題点があった。なお、それぞれのピストンリング線材を所定の位置に固定してセッティングすることも考えられる。しかし、この場合にも、多数のピストンリング線材を１個１個固定する作業に手間がかかり、ピストンリングの生産性の低下を招いてしまう。
【０００６】
特許文献１に記載の技術においても、上述した問題点と同様の問題点が存在する。特許文献２に記載の技術では、芯金に沿ってピストンリング線材をコイル状に巻回しているが、隣り合うピストンリング線材が互いに接触しているので、この状態のままではピストンリング線材の上下面にコーティング処理を行うことができない。このため、コイル状のピストンリング線材をリング長に切断した後、新たにリング状のピストンリング線材を１個１個セッティングする必要があり、したがって、特許文献２に記載の技術においても、上述した問題点と同様の問題点が存在する。
【０００７】
本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、ピストンリング線材の上下面へのコーティング処理を確実に行いつつ、ピストンリングの生産性の向上を図れるようなピストンリングの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、ピストンリング線材からリング状のピストンリングを製造する方法であって、ピストンリング線材を曲げ加工機に供給し、芯金に螺旋状に巻回する巻回工程と、前記巻回後のピストンリング線材間に所要隙間を発生させる隙間発生工程と、前記隙間発生後のピストンリング線材の上下面にコーティングを施すコーティング工程と、前記コーティング後のピストンリング線材をリング長に切断する切断工程とを含むことを特徴としている。ここで、所要隙間は、コーティング工程でピストンリング線材の上下面に十分なコーティングを行うのに必要な隙間を意味する。
【０００９】
上記構成によれば、隣り合うピストンリング線材間に隙間が発生しており、接触していないので、コーティング工程で、ピストンリング線材の上下面への十分なコーティングを確実に行うことができる。また、隙間をあけて芯金に螺旋状に巻き回された状態のピストンリング線材が、コーティング用にセッティングされた状態になっているので、この状態のままでピストンリング線材の上下面にコーティングを施すことができる。これにより、コーティング工程で、リング状のピストンリング線材を１個１個セッティングしていた従来の場合に比べて、ピストンリング線材のセッティングの作業が容易になり、ピストンリングの生産性の向上が図れる。
【００１０】
しかも、芯金の外径を適宜に設定しておけば、切断工程で、コーティング後のピストンリング線材を芯金の長手方向に沿って切断するだけで、螺旋状のピストンリング線材をリング長のピストンリング線材に分断でき、これにより、切断の作業が容易になり、ピストンリングの生産性の向上が図れる。この場合、芯金への巻き数に相当するだけのピストンリングが製造できる。
【００１１】
ここで、本発明において、前記曲げ加工機に供給するピストンリング線材の厚さを、芯金から遠い外径側を芯金に近い内径側に比べて厚くすることが好ましい。このように、前記曲げ加工機に供給するピストンリング線材の断面形状を、前記巻回後のピストンリング線材の断面形状が製品形状となるように、前記芯金への巻回時の断面の変形量をくみこんだ形状としている。こうすれば、芯金への巻回時、ピストンリング線材の外径側ほど引っ張りを受けるので、ピストンリング線材の断面が変形して、芯金への巻回後、ピストンリング線材の上下面が平行、つまり、ピストンリング線材の外径側と内径側との厚さが等しくなる。そして、切断工程の後、上下面が平行になったピストンリングが得られる。
【００１２】
また、本発明において、前記所要隙間を、前記ピストンリング線材の少なくとも一方の端部を弾性域内で引っ張ることによって発生させることが好ましい。こうすれば、隙間発生工程で、螺旋状のピストンリング線材の端部を引っ張るだけで、ピストンリング線材自体のばね性によって、隣り合うピストンリング線材間に適正な隙間が形成されるので、ピストンリング線材間に所要隙間を極めて容易に発生させることができる。そして、多少の衝撃が加わっても所要隙間が発生した状態を保持できる。つまり、隣り合うピストンリング線材間の間隔が小さくなったり、大きくなったりすることがなくなる。このように、隙間をあけて芯金に螺旋状に巻き回された状態のピストンリング線材が、コーティング用にセッティングされた状態になっているので、この状態のままでピストンリング線材の上下面にコーティングを施すことができる。これにより、コーティング工程で、リング状のピストンリング線材を１個１個セッティングしていた従来の場合に比べて、ピストンリング線材のセッティングの作業が極めて容易になり、ピストンリングの生産性の向上が図れる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ピストンリング線材の上下面へのコーティング処理を確実に行いつつ、ピストンリングの生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１５】
この例のピストンリングの製造方法は、図１のフローチャートに示すように、巻回工程（ステップＳＴ１）と、隙間発生工程（ステップＳＴ２）と、コーティング工程（ステップＳＴ３）と、切断工程（ステップＳＴ４）とを含んでおり、これらの工程を経て、ピストンリング線材からリング状のピストンリングが製造されるようになっている。以下、各工程について説明する。
【００１６】
巻回工程（ステップＳＴ１）は、図２（ａ）に示すように、ピストンリング線材１０を曲げ加工機に供給し、芯金（芯材）２０に螺旋状に巻回する（巻き付ける）工程である。具体的には、ピストンリング線材１０がローラ等によって送られて、例えば、コイリングマシン等のような曲げ加工機に供給される。曲げ加工機に供給されたピストンリング線材１０は、断面円形の芯金２０の外周に沿って螺旋状（コイル状）に巻回される。このとき、ピストンリング線材１０の内径側の面１３が芯金２０の外周に接する。
【００１７】
ここで、ピストンリング線材１０には、ステンレス（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ）等の線材が用いられる。そして、断面形状がほぼ矩形（図３参照）に成形されたピストンリング線材１０が曲げ加工機に供給される。曲げ加工機としては、鋼線材をコイルばねに成形する公知のものを使用することができる。また、芯金２０には、その外径が製品状態のピストンリングの内径と等しいものが用いられる。
【００１８】
このような巻回工程を経ると、ピストンリング線材１０が曲げ加工され、芯金２０の外周に倣った螺旋状に成形される。巻回工程では、上下方向（螺旋状に成形したピストンリング線材１０の中心軸に沿った方向、つまり、芯金２０の長手方向）に隣り合うピストンリング線材１０を、図２（ａ）のように、互いに接触させながら巻回してもよいし、若干の隙間をあけながら巻回してもよい。なお、隙間をあけて巻き回す場合、後述する隙間発生工程で発生させる所要隙間Ｘ１よりも小さくしておく。また、ピストンリング線材１０の芯金２０への巻き数は、できるだけ多いほうがピストンリングの生産性を向上させることができるが、後述する隙間発生工程で所要隙間Ｘ１を発生させた後のピストンリング線材１０の上下方向の全長等も考慮して設定される。なお、図２では、ピストンリング線材１０を芯金２０に１０回、巻回した状態を示している。
【００１９】
隙間発生工程（ステップＳＴ２）は、図２（ｂ）に示すように、巻回工程後のピストンリング線材１０間に所要隙間Ｘ１を発生させる工程である。隙間は、上下方向に隣り合うピストンリング線材１０の上側のピストンリング線材１０の下面１２と、下側のピストンリング線材１０の上面１１との間の隙間である。所要隙間Ｘ１は、後述するコーティング工程でピストンリング線材１０の上下面１１，１２に十分なコーティングを行うのに必要な隙間を意味する。所要隙間Ｘ１は、螺旋状に巻き回されたピストンリング線材１０の少なくとも一方の端部を引っ張り、上下方向に隣り合うピストンリング線材１０を互いに離間させることによって発生される。引っ張り方向は、上下方向に沿った方向であり、ピストンリング線材１０の一方の端部が他方の端部に対し遠ざかるような方向となっている。そして、ピストンリング線材１０が塑性変形しない範囲内（弾性域内）で引っ張るようにしている。
【００２０】
このような隙間発生工程を経ると、上下方向に隣り合うピストンリング線材１０の上側のピストンリング線材１０の下面１２と、下側のピストンリング線材１０の上面１１との間に所要隙間Ｘ１が発生される。この場合、ピストンリング線材１０の端部の引っ張り量を適宜に設定することで、ピストンリング線材１０自体のばね性によって所要隙間Ｘ１が形成される。隙間発生工程では、ピストンリング線材１０の両端部をともに引っ張って隙間を発生させてもよいし、ピストンリング線材１０の一方の端部を固定して、他方の端部を引っ張って隙間を発生させてもよい。なお、所要隙間Ｘ１の大きさは、後述するコーティング工程でピストンリング線材１０の上下面１１，１２に十分なコーティングを行うのに必要な最低限の隙間よりも大きければ、特に限定されない。ただし、ピストンリングの生産性を向上させるには、所要隙間Ｘ１の大きさがその必要最低限の隙間に近いほど好ましい。必要最低限の隙間は、コーティング法、コーティング材等によって異なったものとなる。
【００２１】
コーティング工程（ステップＳＴ３）は、図２（ｃ）に示すように、隙間発生工程後のピストンリング線材１０の上下面（上面１１および下面１２）にコーティングを施す工程である。この例では、後述する切断工程の前にコーティングを済ませるようにしている。具体的には、コーティングは、芯金２０に沿って螺旋状に巻回し、所要隙間Ｘ１を発生させた状態のピストンリング線材１０に対してそのまま施される。この場合、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２は、ピストンリングが装着されるピストンのピストンリング溝の上下面に接する面となっている。コーティング材には、例えば、ダイヤモンド構造とグラファイト構造とを併せ持つＤＬＣのような耐摩耗性材質が用いられる。なお、ＤＬＣ以外であってもよく、例えば、窒化クロム、窒化チタン等を用いてもよい。
【００２２】
このようなコーティング工程を経ると、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２に耐摩耗材質の被膜１５，１６がそれぞれ形成される。この場合、プラズマＣＶＤ等のようなＣＶＤ（化学気相成長法）によってコーティングを行うことが可能である。ＣＶＤでコーティングを行う場合、ピストンリング線材１０が巻き回された芯金２０をチャンバー内にセットして成膜を行う。ＣＶＤでコーティングを行えば、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２への被膜１５，１６の成膜速度も速く、上記所要隙間Ｘ１がわずか（例えば、５ｍｍ程度）であっても、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２に方向性によらない均一な膜厚の被膜１５，１６を形成でき、有利である。なお、コーティング法はＣＶＤ以外であってもよく、例えば、真空蒸着やイオンプレーティングのようなＰＶＤ、ガス窒化処理、イオン窒化処理等によってコーティングを行ってもよい。
【００２３】
切断工程（ステップＳＴ４）は、図２（ｄ）に示すように、コーティング工程後のピストンリング線材１０をリング長に切断する工程である。リング長は、製品状態のピストンリングの周長であり、この場合、芯金２０に沿って巻き回された螺旋状のピストンリング線材１０の１周分の長さとなっている。ピストンリング線材１０は、上下方向の一端側から他端側にわたって切断される。そして、ピストンリング線材１０の切断箇所（切断面）１７が、上下方向に延びる直線と径方向に延びる直線を含む平面に平行になるように切断される。
【００２４】
このような切断工程を経ると、螺旋状のピストンリング線材１０が上下方向の一端側から他端側にわたって切断される。これにより、リング長に分断された多数のピストンリング線材が得られる。この場合、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２へのコーティングが既に済んでいるので、リング長に切断されたピストンリング線材は、製品状態のピストンリングとなっている。つまり、螺旋状のピストンリング線材１０の切断にともない、１個のピストンリング線材１０から多数の製品状態のピストンリングが得られる。製品状態のピストンリングは、芯金２０へのピストンリング線材１０の巻き数に相当する分だけ得られる。また、ピストンリング線材１０の切断面１７が製品状態のピストンリングの合い口となる。
【００２５】
上述したようなピストンリングの製造方法によれば、次のような作用効果が得られる。
【００２６】
上下方向に隣り合うピストンリング線材１０間に隙間が発生しており、接触していないので、コーティング工程で、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２への十分なコーティングを確実に行うことができる。また、隙間発生工程で、螺旋状のピストンリング線材１０の端部を引っ張るだけで、ピストンリング線材１０自体のばね性によって、上下方向に隣り合うピストンリング線材１０間に適正な隙間が形成されるので、ピストンリング線材１０間に所要隙間Ｘ１を極めて容易に発生させることができる。そして、多少の衝撃が加わってもその所要隙間Ｘ１が発生した状態を保持できる。つまり、隣り合うピストンリング線材１０間の間隔が小さくなったり、大きくなったりすることがなくなる。このように、隙間をあけて芯金２０に螺旋状に巻き回された状態のピストンリング線材１０が、コーティング用にセッティングされた状態になっているので、この状態のままでピストンリング線材１０の上下面１１，１２にコーティングを施すことができる。これにより、コーティング工程で、リング状のピストンリング線材を１個１個セッティングしていた従来の場合に比べて、ピストンリング線材１０のセッティングの作業が極めて容易になり、ピストンリングの生産性の向上が図れる。
【００２７】
しかも、芯金２０の外径が製品状態のピストンリングの内径と等しくなるように設定されているので、切断工程で、螺旋状のピストンリング線材１０をリング長のピストンリング線材に切断する作業が容易になり、ピストンリングの生産性の向上が図れる。つまり、切断工具を上下方向に沿って移動させるだけで、ピストンリング線材１０を容易に切断できる。この場合、芯金２０に上下方向に沿って延びる溝（凹部）を設けておけば、ピストンリング線材１０を切断する作業をさらに容易に行うことができるようになる。
【００２８】
ここで、製品状態では、ピストンリングの上下面が平行になっていることが好ましい。上述したように、曲げ加工機に供給されるピストンリング線材１０は、断面形状がほぼ矩形に成形されているが、そのピストンリング線材１０の上下面が平行であれば、芯金２０への巻回後には、ピストンリング線材１０の断面が変形して、上下面が平行にはならない。詳しくは、芯金２０への巻回時、芯金２０に近いピストンリング線材１０の内径側に比べて、芯金２０から遠い外径側のほうが引っ張られる結果、ピストンリング線材１０の断面が変形する。このため、曲げ加工機に供給するピストンリング線材１０の上下面が平行であれば、芯金２０への巻回後には、上下面が平行からずれたものとなる。
【００２９】
この例では、芯金２０への巻回後のピストンリング線材１０の断面形状が製品形状、つまり、そのピストンリング線材１０の上下面１１，１２が平行な形状となるように、曲げ加工機に供給するピストンリング線材１０（巻回前のピストンリング線材１０）の断面形状を、芯金２０への巻回時の断面の変形量をくみこんだ形状としている。具体的には、曲げ加工機に供給するピストンリング線材１０の断面形状を、図３に示すように、ピストンリング線材１０の厚さ（上下方向の厚さ）が、芯金２０から遠い外径側が芯金２０に近い内径側に比べて厚くなったほぼ矩形の形状（テーパ形状）としている。ピストンリング線材１０の外径側を内径側に比べて厚くする量は、ピストンリング線材１０の材料や、幅（内径側の面１３と外径側の面１４との距離）、芯金２０の外径等によって設定される。このようなピストンリング線材１０の成形は、例えば、ダイスを用いた伸線加工によって行うことができる。
【００３０】
こうすれば、芯金２０への巻回時、ピストンリング線材１０の外径側の面１４に近い箇所ほど引っ張りを受けるので、ピストンリング線材１０の断面が変形して、芯金２０への巻回後、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２が平行になる。つまり、ピストンリング線材１０の外径側の厚さと内径側との厚さが等しくなる。そして、切断工程で切断した後、上下面が平行になったピストンリングが得られる。この例の場合、芯金２０への巻回後に、螺旋状のピストンリング線材１０の上下面１１，１２に対して研磨、研削等の加工を行うことは困難であり、また、切断工程でリング状に切断した後に、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２に対し研磨、研削等の加工を行うと、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２へのコーティングが既に済んでいるため、既に行ったコーティングが無駄になってしまう。したがって、この例では、曲げ加工機に供給する前に、予めピストンリング線材１０の断面形状を上述した形状に成形することによって、リング状に切断した後に、ピストンリング線材１０の上下面１１，１２に対する研磨、研削等の加工を不要としている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用するピストンリングの製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】ピストンリングの製造方法の各工程について示す説明図である。
【図３】曲げ加工機に供給するピストンリング線材の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    ピストンリング線材
１１    上面
１２    下面
１３    内径側の面
１４    外径側の面
２０    芯金
Ｘ１    所要隙間
【図１】
2008128283.tif 000003
【図２】
2008128283.tif 000004
【図３】
2008128283.tif 000005