(57)【要約】【課題】リング溝の上下面との間のシールを適性に行える組合せピストンリングを提供する。更に、シリンダとの間のシールを適性に行える組合せピストンリングを提供する。【解決手段】外側リング５と、その内周側に配置され外側リング５を半径方向外方に押圧する内側リング６とからなり、外側リング５と内側リング６の接触面は傾斜面８，１０を有し、内側リング６が外側リング５を半径方向外方に押圧した際に傾斜面８，１０によって両リング５，６に測圧力が発生する構造の組合せピストンリング４において、両リング５，６の傾斜面８，１０の一方又は両方に樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜、ＤＬＣ皮膜又は燐酸塩皮膜等の表面処理皮膜９，１１を形成する。また、外側リング５の下面１２と内側リング６の上面１４の一方又は両方に上記樹脂皮膜等の表面処理皮膜１３，１５を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側リングと、その内周側に配置され外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングとからなり、前記外側リングと内側リングの接触面は傾斜面を有し、内側リングが外側リングを半径方向外方に押圧した際に前記傾斜面によって両リングに測圧力が発生する構造の組合せピストンリングにおいて、
前記両リングの接触面の一方又は両方に樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜、ＤＬＣ皮膜又は燐酸塩皮膜などの表面処理皮膜が形成されていることを特徴とする組合せピストンリング。
【請求項２】
前記皮膜の摩擦係数が円周方向よりも軸方向の方が小さいことを特徴とする請求項１記載の組合せピストンリング。
【請求項３】
前記皮膜が軸方向は連続的で、円周方向は断続的に形成されていることを特徴とする請求項２記載の組合せピストンリング。
【請求項４】
前記外側リングの下面と内側リングの上面の一方又は両方に樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜、ＤＬＣ皮膜又は燐酸塩皮膜などの表面処理皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の組合せピストンリング。
【請求項５】
前記内側リングが樹脂材で作られており、合い口の突き当たった状態で熱膨張により張力が上昇する構造を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の組合せピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外側リングと、その内周側に配置され外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングとからなり、前記外側リングと内側リングの接触面は傾斜面を有し、内側リングが外側リングを半径方向外方に押圧した際に前記傾斜面によって両リングに測圧力が発生する構造の往復動機関用の組合せピストンリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スロットルを持つ内燃機関では、エンジンブレーキ時等のスロットルを閉じた状態でエンジンを回転すると、吸気管内の負圧の値が大きくなり、クランクケース内の圧力より、燃焼室側の圧力が低くなるため、潤滑油が燃焼室側に吸い上げられ、オイル消費が増加する。この問題を解決するため、オイルリングに一対のサイドレールとエキスパンダからなる３ピース構造を採用し、サイドレールを張り出すエキスパンダのサイドレール内周との接触面に角度を設けている。これにより、エキスパンダがサイドレールを半径方向外方に押圧した際にサイドレールに側圧力（ピストンのリング溝の上下面を押す力をいう。以下同じ。）を発生させ、サイドレールをシリンダ内周面のみならずリング溝の上下面にも接触させることにより、リング溝上下面とのシール性を向上してオイル上がりを防止する方法が採られている。
【０００３】
一方、オイル上がりを更に低減するため、コンプレッションリングでも上下面（側面）シールを可能にする側圧力発生構造として、外側リングと内側リングの２ピース構造を採用し、両リングの接触面を傾斜面とし、側圧力を発生するようにした組合せピストンリングが提案されている（特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭５８−１７８４４１号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３９１５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の組合せピストンリングにおいて、内側リングの張力を外側リングとシリンダ内周面との間の摩擦低減のため低くすると、内側リングと外側リングとの接触面の摩擦抵抗により、内側リングと外側リング相互のすべりが悪くなり、傾斜面に沿った動きが阻害される。その結果、充分な側圧力を得られず、リング溝上下面との間のシールが不充分になる場合がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その課題は、リング溝の上下面との間のシールを適性に行える組合せピストンリングを提供することにある。本発明は更にシリンダとの間のシールを適性に行える組合せピストンリングを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次の手段を採る。すなわち、
本発明は、外側リングと、その内周側に配置され外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングとからなり、前記外側リングと内側リングの接触面は傾斜面を有し、内側リングが外側リングを半径方向外方に押圧した際に前記傾斜面によって両リングに測圧力が発生する構造の組合せピストンリングにおいて、
前記両リングの接触面の一方又は両方に樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ皮膜（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＤＬＣ皮膜（Ｄｉａｍｏｎｄ  ＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）又は燐酸塩皮膜などの表面処理皮膜が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、内側リングが外側リングを半径方向外方に押圧した際、両リングの傾斜面の接触により、内側リングがリング溝の側面に押し付けられ、外側リングがシリンダボア面に押し付けられると同時にリング溝の側面に押し付けられるので、シリンダとの間のシール並びにリング溝の上下面との間のシールが行われる。この際、外側リングと内側リングの接触面は、接触面に施された皮膜によって良好なすべり特性を持つため、内側リングと外側リングは傾斜面に沿った動きが円滑になる。その結果、充分な側圧力が得られ、リング溝上下面との間のシール性を良好に保持できる。
【０００９】
樹脂皮膜としては、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂、ＰＴＦＥと二硫化モリブデンとの混合樹脂、ＰＴＦＥとグラファイトとの混合樹脂、ポリイミドアミドと二硫化モリブデンとの混合樹脂、ポリイミドアミドとグラファイトとの混合樹脂、あるいはポリベンゾイミダゾール樹脂等からなる皮膜が使用される。ＰＶＤ皮膜及びＣＶＤ皮膜としては、例えばＣｒＮやＣｒ２Ｎ等からなる皮膜が使用される。
【００１０】
上記皮膜の摩擦係数は円周方向よりも軸方向の方が小さいことが好ましい。これは、外側リングと内側リングの軸方向の動きは円滑にする一方、円周方向の動きは抑制して両リングが一体回転し易くすることにより、合い口が一致するのを防止して、シール性を良好に保持するためである。摩擦係数を円周方向よりも軸方向の方を小さくする方法としては、例えば、皮膜が軸方向は連続的で、円周方向は断続的に形成されているようにする。この例としては例えば図３に示されているように、皮膜を円周方向に縦縞状に形成する。樹脂皮膜の場合は、皮膜を軸方向に被覆してもよい。また、下地加工のツールマークの方向を軸方向にし、下地粗さを円周方向よりも軸方向の方を小さくすることなどで行うことも可能である。
【００１１】
前記外側リングの下面と内側リングの上面の一方又は両方に樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜、ＤＬＣ皮膜又は燐酸塩皮膜などの表面処理皮膜が形成されていることが好ましい。樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜としては例えば前述した皮膜が使用される。これにより、外側リング、内側リングとリング溝上下面とのすべり特性が良好になり、外側リング、内側リングの半径方向の動きが円滑になるため、外側リングのシリンダボアへの追従性が向上し、シール性が良好になる。
【００１２】
外側リングの材質は耐摩耗性の観点から通常は金属とされる。内側リングの材質は金属の他、樹脂材が使用されることもある。特に、内側リングが樹脂材で作られており、合い口の突き当たった状態で熱膨張により張力が上昇する構造を有していると、油温が低いエンジン始動時等には、内側リングの張力を低張力とすることで、外側リングとシリンダとの摺動を低摩擦とし、始動性等を良好にすることができ、油温が高い高回転時には、内側リングの張力を高張力とすることができるので、外側リングのシリンダボアへの追従性を向上し、シール性を良好にできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１において、１はピストン、２はシリンダで、ピストン１の外周に形成されているリング溝３に組合せピストンリング４が装着されている。組合せピストンリング４は２ピースタイプのピストンリングで、外側リング５と、その内周側に配置され外側リング５をシリンダ２の内壁２ａに押圧する内側リング６とから構成されている。
【００１５】
外側リング５は、合い口を有する略矩形状断面の金属製リングで、外周面には耐摩耗性向上のため、窒化、クロムめっき、複合めっき、ＰＶＤ皮膜等の所定の表面処理層７が形成されている。外側リング５の内周面は、下面から上方に向かって半径方向厚さが減少する傾斜面８からなっており、傾斜面８には樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜、ＤＬＣ皮膜又は燐酸塩皮膜などの表面処理皮膜９が形成されている。
【００１６】
内側リング６は、外側リング５の内周側に配置し、外側リング５と軸方向幅が略同じ厚さを備え、合い口を有する略矩形状断面の金属製リングである。内側リング６の外周面は、下面から上方に向かって半径方向厚さが増加する傾斜面１０からなっている。内側リング６の傾斜面１０のリング軸方向に対する傾斜角度は、外側リング５の傾斜面８の傾斜角度と同じ傾斜角度とされており、傾斜面１０には樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜、ＤＬＣ皮膜又は燐酸塩皮膜などの表面処理皮膜１１が形成されている。
【００１７】
以上の構成を有する本発明の組合せピストンリング４は、外側リング５がシリンダ２の内壁２ａを摺動し、シリンダ２の内壁２ａとの間をシールする。この際、内側リング６によって外側リング５が半径方向外方に押圧されると、内側リング６と外側リング５が傾斜面８，１０で接触するため、内側リング６はリング溝３の上面３ａに押し付けられ、外側リング５はリング溝３の下面３ｂに押し付けられ、リング溝３の上下面３ａ，３ｂのシールが行われる。そして、外側リング５と内側リング６の接触面である傾斜面８，１０は、皮膜９，１１によって良好なすべり特性を持つため、内側リング６と外側リング５は傾斜面８，１０に沿った動きが円滑になる。その結果、両リング５，６は充分な側圧力が得られ、リング溝上下面３ａ，３ｂとの間のシール性を良好に保持できる。
【００１８】
図２は、本発明の別の実施形態２を示している。本実施形態２は、外側リング５の下面と内側リング６の上面にも樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜、ＤＬＣ皮膜又は燐酸塩皮膜などの表面処理皮膜が形成されている点が、上記実施形態１と相違しているだけで、他の構成は上記実施形態１と同じである。
【００１９】
すなわち、外側リング５には内周面の傾斜面８と下面１２とに樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜、ＤＬＣ皮膜又は燐酸塩皮膜などの表面処理皮膜９，１３が形成されており、内側リング６には外周面の傾斜面１０と上面１４とに樹脂皮膜、ＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜、ＤＬＣ皮膜又は燐酸塩皮膜などの表面処理皮膜１１，１５が形成されている。
【００２０】
したがって、本実施形態２の場合は、内側リング６と外側リング５は、両リング５，６の接触面に施された皮膜９，１１によって上記実施形態１と同じように充分な側圧力が得られ、リング溝上下面３ａ，３ｂとの間のシール性を良好に保持できるとともに、外側リング５の下面１２及び内側リング６の上面１４に施された皮膜１３，１５によってリング溝上下面３ａ，３ｂとのすべり特性が良好になり、半径方向の動きが円滑になるため、外側リング５がシリンダ内壁２ａの変形に良好に追従でき、シール性を良好に保持できる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、外側リング５と内側リング６の接触面の両方に表面処理皮膜を形成した例を示したが、両リング５，６の接触面の一方に表面処理皮膜を形成してもよい。また、外側リング５の下面１２と内側リング６の上面１４の両方に表面処理皮膜を形成したが、いずれか一方に表面処理皮膜を形成してもよい。
【００２２】
また、上記実施形態では、外側リング５と内側リング６の接触面の全体に表面処理皮膜を形成したものであるが、皮膜が軸方向は連続的で、円周方向は断続的に形成されているようにしてもよい。例えば、図３に示されているように、表面処理皮膜を縦縞状に形成し、摩擦係数を円周方向よりも軸方向の方を小さくすることができる。
【００２３】
本発明の更に別の実施形態としては、内側リング６は、合い口の突き当たった状態で熱膨張により張力が上昇する構造、すなわち内側リング６の張力は温度によって変化し、温度が高くなるに伴って張力が増加する構造の樹脂製リングとすることもできる。内側リング６の樹脂材料としては、例えばポリイミド樹脂が用いられる。
【００２４】
このようにすれば、エンジン始動時等の低温時には、内側リング６は低張力とされ、外側リング５とシリンダ２の内壁２ａとの間を低摩擦とすることにより、始動性等が良好になる。一方、高温時には、内側リング６は高張力を発生するため、外側リング５のシリンダ内壁２ａへの追従性が良好で、高いシール性を確保することができる。
【００２５】
なお、上記実施形態では、外側リング５の内周面と内側リング６の外周面は、傾斜面のみで形成した例を示したが、傾斜面と垂直面や、傾斜が反対向きの２つの傾斜面などで形成されてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、外側リングと内側リングの接触面が傾斜面を有し、接触面に樹脂皮膜等の表面処理皮膜を形成したことにより、両リングの接触面での上下の動きが円滑になるので、リング溝上下面との間のシール性が良好になる。また、外側リングの下面や内側リングの上面に樹脂皮膜等の表面処理皮膜を形成することにより、外側リング、内側リングの半径方向の動きが良好になり、外側リングがシリンダボアの変形に良好に追従でき、シール性を良好に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。
【図３】リングに形成された皮膜を正面から見た図である。
【符号の説明】
１  ピストン
２  シリンダ
２ａ  シリンダ内壁
３  リング溝
４  組合せピストンリング
５  外側リング
６  内側リング
７  外周表面処理層
８，１０  傾斜面
９，１１，１３，１５  表面処理皮膜
１２  外側リング下面
１４  内側リング上面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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