(57)【要約】【課題】金属製リングを押圧する樹脂製リングの張力をエンジンの始動時から高回転時にわたって適性な値とすることを可能にした組合せピストンリングを提供する。【解決手段】金属製リング５と、金属製リング５を半径方向外方に押圧する樹脂製リング６とからなり、樹脂製リング６が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のリングである組合せピストンリング４において、樹脂製リング６を中間樹脂リング７とその内側に配置する内周樹脂リング８の２本構成とし、中間樹脂リング７と内周樹脂リング８は合い口の突き当たる温度が相違している。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製リングと、金属製リングを半径方向外方に押圧する樹脂製リングとからなり、前記樹脂製リングが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のリングである組合せピストンリングにおいて、
前記樹脂製リングを中間樹脂リングとその内側に配置する内周樹脂リングの２本構成とし、中間樹脂リングと内周樹脂リングは合い口の突き当たる温度が相違し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】
合い口の突き当たる温度が、内周樹脂リングの方が中間樹脂リングよりも低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】
中間樹脂リングと内周樹脂リングは温度による張力の上昇率が相違していることを特徴とする請求項１又は２記載の組合せピストンリング。
【請求項４】
温度による張力の上昇率が、内周樹脂リングの方が中間樹脂リングよりも低いことを特徴とする請求項３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、金属製リングと、金属製リングを半径方向外方に押圧する樹脂製リングとからなる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】
外側に金属製リングを配置し、内側に樹脂製リングを配置し、樹脂製リングの合い口が所定温度以上において熱膨張により突き当たり、金属製リングを半径方向外方に押圧する張力を発生する組合せピストンリングが提案されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３０５８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
樹脂製リングは常温で合い口が突き当たるようにされる（図９参照）、あるいは所定温度以上において熱膨張により合い口が突き当たるようにされる（図１０参照）。そして、樹脂製リングは張力が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（図９及び図１０参照）。このように、樹脂製リングの張力は温度上昇とともに高くなるが、エンジンの回転数が上昇して油温が上がり、より張力が必要な高回転時に、高い張力を得られず、シールが不充分になる場合がある。
【０００５】
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、金属製リングを押圧する樹脂製リングの張力をエンジンの始動時から高回転時にわたって適性な値とすることを可能にした組合せピストンリングを提供することにある。
【０００６】
【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、金属製リングと、金属製リングを半径方向外方に押圧する樹脂製リングとからなり、前記樹脂製リングが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のリングである組合せピストンリングにおいて、
前記樹脂製リングを中間樹脂リングとその内側に配置する内周樹脂リングの２本構成とし、中間樹脂リングと内周樹脂リングは合い口の突き当たる温度が相違していることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、中間樹脂リングと内周樹脂リングの張力発生温度を相違させることができるため、樹脂製リングの張力の上昇率を温度に応じて変化させることができる。したがって、例えば、油温が低いエンジン始動時等には、中間樹脂リングと内周樹脂リングの一方が張力を発生するようにすることにより、樹脂製リングの張力を低張力とすることで、金属製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る。そして、所定温度でもう一方の樹脂リングにも張力を発生するようにすることで、油温が高い高回転時には樹脂製リングの張力を高張力とすることができるので、金属製リングのシリンダボア変形などへの追従性を向上し、シール性を良好にできる。
【０００８】
上記の場合、合い口の突き当たる温度は、内周樹脂リングの方が中間樹脂リングよりも低いことが好ましい。すなわち、内周樹脂リングの合い口を先に突き当て、張力を発生させることで、中間樹脂リングのバタツキを防止し、シール性の向上を図ることができる。
【０００９】
中間樹脂リングと内周樹脂リングは温度による張力の上昇率が相違していることが好ましい。このようにすれば、例えば、最初に張力を発生するリングの温度による張力の上昇率を低く、次に張力を発生するリングの温度による張力の上昇率を高くすることにより、低温時には樹脂製リングの張力を低く保つことができるので、金属製リングとシリンダとの間で低摩擦を保持することができ、高温時には樹脂製リングが高張力を確保することができるので、金属製リングとシリンダとの間で高いシール性を実現できる。
【００１０】
この場合、合い口の突き当たる温度を、内周樹脂リングの方が中間樹脂リングよりも低くした場合には、温度による張力の上昇率は、内周樹脂リングの方が中間樹脂リングよりも低くなるようにすればよい。
【００１１】
シリンダと摺動するリングを金属製リングとしたことで、高寿命化を図れる。また、剛性も高いことから、薄幅化も可能になる。外周面に窒化、クロムめっき、複合めっき、ＰＶＤ皮膜等の表面処理を施すことにより、耐摩耗性を向上できる。
【００１２】
【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。
【００１３】
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３ピースタイプのピストンリングで、金属製リング５と、その内周側に配置され金属製リング５をシリンダ２の内壁２ａに押接する樹脂製リング６とから構成され、樹脂製リング６は中間樹脂リング７と内周樹脂リング８とからなっている。
【００１４】
金属製リング５は、合い口を有する矩形断面のリングで、低張力を有しており、外周面には窒化、クロムめっき、複合めっき、ＰＶＤ皮膜等の所定の表面処理が施される。
【００１５】
樹脂製リング６は、中間樹脂リング７が金属製リング５の内周側に配置し、内周樹脂リング８が中間樹脂リング７の内周側に配置している。中間樹脂リング７と内周樹脂リング８は金属製リング５と軸方向幅が略同じ厚さを備え、合い口を有する矩形断面のリングである。
【００１６】
樹脂製リング６すなわち中間樹脂リング７と内周樹脂リング８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のリングである。すなわち、樹脂製リング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ようになっている。
【００１７】
本実施形態では、中間樹脂リング７と内周樹脂リング８は、断面積は等しく、同一材料すなわちヤング率の等しい材料で形成されている。したがって、中間樹脂リング７と内周樹脂リング８は、温度による張力の上昇率が同一である。樹脂材料としては、例えばポリイミド樹脂が用いられる。
【００１８】
上記樹脂製リング６の張力は、例えば次の（１）又は（２）のように構成される。
【００１９】
（１）図２に示されているように、内周樹脂リング８は、常温で合い口が突き当たっており、温度上昇とともに張力が略一定の割合で増加する。中間樹脂リング７は、常温で合い口すきまがあり、所定の高温度Ｔ２で合い口が突き当たり、それ以降、内周樹脂リング８の張力の上昇率と同じ割合で張力が増加していく。
したがって、樹脂製リング６の張力は次のようになる。
（イ）常温〜高温度Ｔ２
温度上昇とともに略一定の割合で張力が増加する。
（ロ）高温度Ｔ２以降
内周樹脂リング８の張力に中間樹脂リング７の張力が加わり、常温〜高温度Ｔ２までの張力の上昇率よりも高い上昇率で張力が上昇していく。
【００２０】
（２）図３及び図４に示されているように、内周樹脂リング８は、常温で合い口すきまがあり、所定の温度Ｔ１で合い口が突き当たり、温度上昇とともに張力が略一定の割合で増加する。中間樹脂リング７は、常温で合い口すきまがあり、内周樹脂リング８の合い口が突き当たる温度Ｔ１よりも高い所定の高温度Ｔ２で合い口が突き当たり、それ以降、内周樹脂リング８の張力の上昇率と同じ割合で張力が増加していく。
したがって、樹脂製リング６の張力は次のようになる。
（イ）常温〜温度Ｔ１
張力は発生しない。
（ロ）温度Ｔ１〜高温度Ｔ２
温度上昇とともに略一定の割合で張力が増加する。
（ハ）高温度Ｔ２以降
内周樹脂リング８の張力に中間樹脂リング７の張力が加わり、温度Ｔ１〜高温度Ｔ２までの張力の上昇率よりも高い上昇率で張力が上昇していく。
【００２１】
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、樹脂製リング６によってシリンダ２の内壁２ａに押し付けられた金属製リング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。
【００２２】
この際、エンジン始動時等の低温時には、樹脂製リング６は低張力とされているため、金属製リング５とシリンダ２の内壁２ａとの間は低摩擦となり、始動性等が良好になる。一方、高温時には、樹脂製リング６は高張力を発生するため、金属製リング６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。
【００２３】
図５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、温度による張力の上昇率が中間樹脂リング７と内周樹脂リング８で相違し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。
【００２４】
本実施形態２では、温度による張力の上昇率は、内周樹脂リング８の方が中間樹脂リング７よりも低くされている。すなわち、中間樹脂リング７と内周樹脂リング８の断面積は等しいが、内周樹脂リング８のヤング率が中間樹脂リング８のヤング率よりも低い材料で形成されている。したがって、内周樹脂リング８は、温度上昇時、熱膨張による圧縮に対するバネ定数が下がり、張力の上昇が中間樹脂リング７よりも低く抑えられる。樹脂材料としては、例えば内周樹脂リング８はポリイミド樹脂、中間樹脂リング７はポリベンズイミザゾール樹脂が用いられる。
【００２５】
本実施形態２における樹脂製リング６の張力は、例えば次のように構成される。
【００２６】
図５に示されているように、内周樹脂リング８は、常温で合い口すきまがあり、所定の温度Ｔ１で合い口が突き当たり、温度上昇とともに張力が略一定の割合で増加する。中間樹脂リング７は、常温で合い口すきまがあり、内周樹脂リング８の合い口が突き当たる温度Ｔ１よりも高い所定の高温度Ｔ２で合い口が突き当たり、それ以降、内周樹脂リング８の張力の上昇率よりも高い割合で張力が増加していく。
したがって、樹脂製リング６の張力は次のようになる。
（イ）常温〜温度Ｔ１
張力は発生しない。
（ロ）温度Ｔ１〜高温度Ｔ２
温度上昇とともに内周樹脂リング８が持つ上昇率で張力が増加する。
（ハ）高温度Ｔ２以降
上昇率の低い内周樹脂リング８の張力に上昇率の高い中間樹脂リング７の張力が加わり、温度Ｔ１〜高温度Ｔ２までの張力の上昇率よりも高い上昇率で張力が上昇していく。
【００２７】
したがって、上記実施形態１の場合よりも、樹脂製リング６の低温時での張力をより低く保つことができ、低温時で金属製リング５とシリンダ２との間の摩擦をより低く保持できる。そして、高温時には上記実施形態１と同様に、金属製リング５とシリンダ２との間で高いシール性を確保することが可能である。
【００２８】
なお、本実施形態２では、内周樹脂リング８は常温で合い口すきまを持つようにしたが、これに限ることはなく、内周樹脂リング８は常温で合い口が突き当たっているように構成し、上記実施形態１（図２参照）で示したと同じように構成することもできる。
【００２９】
図６は、本発明の更に別の実施形態３を示している。本実施形態３は、温度による張力の上昇率が中間樹脂リング７と内周樹脂リング８で相違している点が上記第１の実施形態１と相違しているだけで、他の構成は上記第１の実施形態１と同じである。
【００３０】
本実施形態３では、温度による張力の上昇率は、内周樹脂リング８の方が中間樹脂リング７よりも低くされている。すなわち、内周樹脂リング８のヤング率は中間樹脂リング８のヤング率と等しいか、中間樹脂リング８のヤング率よりも低い材料で形成され、内周樹脂リング８の断面積は中間樹脂リング７の断面積よりも小さくされている。すなわち、本実施形態３では、中間樹脂リング７は矩形断面をなしているが、内周樹脂リング８はコ字形断面をなしている。そして、内周樹脂リング８は内周側に開口を向けて中間樹脂リング７の内周側に配置されており、両樹脂リング７，８は同じ軸方向幅を備えている。
【００３１】
したがって、内周樹脂リング８は、温度上昇時、熱膨張による圧縮に対するバネ定数が下がり、張力の上昇が中間樹脂リング７よりも低く抑えられる。樹脂材料としては、例えば、中間樹脂リング７及び内周樹脂リング８ともポリイミド樹脂、あるいは内周樹脂リング８はポリイミド樹脂、中間樹脂リング７はポリベンズイミザゾール樹脂が用いられる。
【００３２】
樹脂製リング６の張力は、例えば上記第２の実施形態２で説明したのと同じように設定すればよい。
【００３３】
図７は、本発明の更に別の実施形態４を示している。本実施形態４は、内周樹脂リング８の配置の仕方が上記第３の実施形態３と相違しているだけで、他の構成は上記第３の実施形態３と同じである。
【００３４】
本実施形態４では、内周樹脂リング８は、外周側に開口を向けて中間樹脂リング７の内周側に配置されている。
【００３５】
したがって、本実施形態４においても、内周樹脂リング８は、温度上昇時、熱膨張による圧縮に対するバネ定数が下がり、張力の上昇が中間樹脂リング７よりも低く抑えられる。
【００３６】
樹脂製リング６の張力は、例えば上記第２の実施形態２で説明したのと同じように設定すればよい。
【００３７】
図８は、本発明の更に別の実施形態５を示している。本実施形態５は、温度による張力の上昇率が中間樹脂リング７と内周樹脂リング８で相違している点が上記第１の実施形態１と相違しているだけで、他の構成は上記第１の実施形態１と同じである。
【００３８】
本実施形態５においても、温度による張力の上昇率は、内周樹脂リング８の方が中間樹脂リング７よりも低くされている。すなわち、内周樹脂リング８のヤング率は中間樹脂リング８のヤング率と等しいか、中間樹脂リング８のヤング率よりも低い材料で形成され、内周樹脂リング８の断面積は中間樹脂リング７の断面積よりも小さくされている。
【００３９】
すなわち、本実施形態５では、内周樹脂リング８はコ字形断面のリングで、金属製リング５と同じ軸方向幅を備えている。一方、中間樹脂リング７は矩形断面のリングであるが、軸方向幅が内周樹脂リング８の開口部８ａの軸方向幅と略同じ幅を備え、半径方向厚さが内周樹脂リング８の開口部８ａの半径方向厚さよりも厚い長さを備えている。内周樹脂リング８は開口を外側に向けて配置され、中間樹脂リング７は一部分が内周樹脂リング８の開口部８ａに挿入されて内周樹脂リング８の外周側に一部が突出した状態で配置されている。
【００４０】
したがって、内周樹脂リング８は、温度上昇時、熱膨張による圧縮に対するバネ定数が下がり、張力の上昇が中間樹脂リング７よりも低く抑えられる。樹脂材料としては、例えば、中間樹脂リング７及び内周樹脂リング８ともポリイミド樹脂、あるいは内周樹脂リング８はポリイミド樹脂、中間樹脂リング７はポリベンズイミザゾール樹脂が用いられる。
【００４１】
樹脂製リング６の張力は、例えば上記第２の実施形態２で説明したのと同じように設定すればよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、樹脂製リングの張力の上昇率を温度に応じて変化させることができる。したがって、油温が低いエンジン始動時等には樹脂製リングの張力を低張力とすることで、金属製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る。また、油温が高い高回転時には樹脂製リングの張力を高張力とすることができるため、金属製リングのシリンダボア変形などへの追従性を向上し、シール性を良好にできる。
【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】本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図３】本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性の別の例を示すグラフである。
【図４】温度に応じた合い口の突き当たり状況を示す本発明の組合せピストンリングの平面図で、（ａ）は常温時、（ｂ）は温度Ｔ１時、（ｃ）は高温度Ｔ２時を示す。
【図５】本発明の別の実施形態を示し、本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図６】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図９】従来の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図１０】従来の組合せピストンリングの温度−張力特性の別の例を示すグラフである。
【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　金属製リング
６　樹脂製リング
７　中間樹脂リング
８　内周樹脂リング
【図１】
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【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】
2004116648.tif 000009
【図８】
2004116648.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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