(57)【要約】【課題】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】外周リング５とその内周側に配置される内周リング６とからなり、外周リング５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７を内周面に有し、内周リング６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８を外周面に有し、内外周リング５，６の傾斜面７，８の傾斜角度は同一で、内外周リング５，６が傾斜面７，８で接触する組合せピストンリング４において、外周リング５が金属材料からなり、内周リング６が樹脂材料からなり、内外周リング５，６の傾斜面７，８の傾斜角度が４５°未満で、内周リング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。【選択図】　図１
2004116639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周リングとその内周側に配置される内周リングとからなり、前記外周リング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を内周面に有し、前記内周リング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を外周面に有し、前記内外周リングの傾斜面の傾斜角度は同一で、前記内外周リングが前記傾斜面で接触する組合せピストンリングにおいて、
前記外周リングが金属材料からなり、前記内周リングが樹脂材料からなり、前記内外周リングの傾斜面の傾斜角度が４５°未満で、前記内周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ことを特徴とする組合せピストンリング。
【請求項２】
前記外周リングは下面から上方に向かって半径方向厚さが減少する前記傾斜面に連続した垂直面を内周面に有し、前記内周リングは下面から上方に向かって半径方向厚さが増加する前記傾斜面に連続した垂直面を外周面に有し、ピストンのリング溝の軸方向幅をａ、内周リングの軸方向幅をｂ、外周リングの下面から傾斜面の終点までの軸方向幅をｃ、内周リングの下面から傾斜面の終点までの軸方向幅をｄとしたとき、ａ−ｂ＝ｃ−ｄである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】
前記外周リングは下面から上方に向かって半径方向厚さが減少する前記傾斜面に連続し上方に向かって半径方向厚さが増加する第２の傾斜面を内周面に有し、前記内周リングは下面から上方に向かって半径方向厚さが増加する前記傾斜面に連続し上方に向かって半径方向厚さが減少する第２の傾斜面を外周面に有し、前記内外周リングの第２の傾斜面は同一の傾斜角度を有し、ピストンのリング溝の軸方向幅をａ、内周リングの軸方向幅をｂ、外周リングの下面から、上方に向かって半径方向厚さが減少する傾斜面の終点までの軸方向幅をｃ、内周リングの下面から、上方に向かって半径方向厚さが増加する傾斜面の終点までの軸方向幅をｄとしたとき、ａ−ｂ＝ｃ−ｄである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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外周リングと、その内周側に配置され外周リングを半径方向外方に押圧する内周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】
内周に傾斜面を持つ外周リングと、外周に傾斜面を持つ内周リングとからなり、内周リングが外周リングを半径方向外方に押圧するとき、両リングの傾斜面の接触により、内周リングがリング溝の上面に押し付けられ、外周リングがリング溝の下面に押し付けられる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。）。一方、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３参照。）。
【０００３】
【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
【特許文献３】
特開２０００−１３０５８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
内周に傾斜面を持つ外周リングと、外周に傾斜面を持つ内周リングとからなる組合せピストンリングにおいて、内周リングの張力を大きくすると、シリンダボアへの押圧力のみならず、リング溝の上下面に対する押圧力も大きくなってしまう。その結果、組合せピストンリングがリング溝の上下面に対してすべりが悪くなり、半径方向の動きが阻害されるため、シリンダボア面に追従せず、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、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。
【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、外周リングとその内周側に配置される内周リングとからなり、前記外周リング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を内周面に有し、前記内周リング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を外周面に有し、前記内外周リングの傾斜面の傾斜角度は同一で、前記内外周リングが前記傾斜面で接触する組合せピストンリングにおいて、
前記外周リングが金属材料からなり、前記内周リングが樹脂材料からなり、前記内外周リングの傾斜面の傾斜角度が４５°未満で、前記内周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ことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、内周リングが外周リングを半径方向外方に押圧するとき、両リングの傾斜面の接触により、内周リングがリング溝の上面に押し付けられ、外周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下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、両リングの傾斜面の傾斜角度が４５°未満であるので、内周リングの張力に対し、側面押圧力（ピストンのリング溝の上下面を押す力）を小さくできる。また、内周リングが樹脂材料からなるので、内周リングとリング溝の上面及び外周リングとの間のすべり性が良好である。その結果、内外周リングの半径方向の動きが良好になり、外周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。
【０００８】
そして、シリンダと摺動する外周リングを金属材料から形成したことで、耐摩耗性が高く、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。
【０００９】
一方、内周リングは、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を有しているので、例えば、油温が低いエンジン始動時等には、内周リングの張力を低張力とすることで、外周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、油温が高い高回転時には、内周リングの張力を高張力とすることができるので、外周リングのシリンダボア変形への追従性を向上し、シール性を良好にできる。
【００１０】
本発明は、上記組合せピストンリングにおいて次のように構成することも好ましい。すなわち、前記外周リングは下面から上方に向かって半径方向厚さが減少する前記傾斜面に連続した垂直面を内周面に有し、前記内周リングは下面から上方に向かって半径方向厚さが増加する前記傾斜面に連続した垂直面を外周面に有し、ピストンのリング溝の軸方向幅をａ、内周リングの軸方向幅をｂ、外周リングの下面から傾斜面の終点までの軸方向幅をｃ、内周リングの下面から傾斜面の終点までの軸方向幅をｄとしたとき、ａ−ｂ＝ｃ−ｄであることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、内周リングの外周面と外周リングの内周面が傾斜面のみで形成されている場合に比べて、傾斜面の傾斜角度は同一でも、内周リングの張力に対する側面押圧力（ピストンのリング溝の上下面を押す力）を小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明は、上記組合せピストンリングにおいて次のように構成することも好ましい。すなわち、前記外周リングは下面から上方に向かって半径方向厚さが減少する前記傾斜面に連続し上方に向かって半径方向厚さが増加する第２の傾斜面を内周面に有し、前記内周リングは下面から上方に向かって半径方向厚さが増加する前記傾斜面に連続し上方に向かって半径方向厚さが減少する第２の傾斜面を外周面に有し、前記内外周リングの第２の傾斜面は同一の傾斜角度を有し、ピストンのリング溝の軸方向幅をａ、内周リングの軸方向幅をｂ、外周リングの下面から、上方に向かって半径方向厚さが減少する傾斜面の終点までの軸方向幅をｃ、内周リングの下面から、上方に向かって半径方向厚さが増加する傾斜面の終点までの軸方向幅をｄとしたとき、ａ−ｂ＝ｃ−ｄであることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、内周リングの外周面と外周リングの内周面が傾斜面のみで形成されている場合に比べて、傾斜面の傾斜角度は同一でも、内周リングの張力に対する側面押圧力（ピストンのリング溝の上下面を押す力）を更に小さくすることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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、外周リング５と、その内周側に配置され外周リング５をシリンダ２の内壁２ａに押接する内周リング６とから構成されている。
【００１６】
外周リング５は、合い口を有する略矩形状断面の金属製リングで、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。外周リング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７からなっている。傾斜面７のリング軸方向に対する傾斜角度θは４５°未満とされている。
【００１７】
内周リング６は、外周リング５の内周側に配置し、外周リング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樹脂製リングである。内周リング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８からなっている。傾斜面８のリング軸方向に対する傾斜角度θは４５°未満とされ、外周リング５の傾斜面７の傾斜角度と同じ傾斜角度とされている。
【００１８】
内周リング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の樹脂製リングである。すなわち、内周リング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。内周リング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。
【００１９】
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、外周リング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、内周リング６によって外周リング５が半径方向外方に押圧されると、内周リング６と外周リング５は互いの傾斜面７，８で接触するため、内周リング６はリング溝３の上面３ａに押し付けられ、外周リング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、両リング５，６の傾斜面７，８の傾斜角度が４５°未満であることから、内周リング６の張力に対し、リング溝３に対する側面押圧力を小さくすることができ、また、内周リング６とリング溝上面３ａ及び外周リング５との間のすべり性が良好であるため、内外周リング５，６の半径方向の動きが良好になり、外周リング５がシリンダ壁面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。
【００２０】
本実施形態では、内周リング６は、図２に示されているように、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、それ以降、略一定の割合で張力が増加していく。したがって、内周リング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以降
温度上昇とともに略一定の割合で張力が増加する。
【００２１】
したがって、外周リング５及び内周リング６のリング溝３に対する上下面押圧力は、図２に示されているように、次のようになる。
（イ）常温〜温度Ｔ１
上下面押圧力は発生しない。
（ロ）温度Ｔ１以降
温度上昇とともに略一定の割合で上下面押圧力が増加する。
【００２２】
そして、エンジン始動時等の低温時には、内周リング６は低張力とされているため、外周リング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、内周リング６は高張力を発生するため、外周リング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。
【００２３】
図３及び図４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、内周リング６の外周面と外周リング５の内周面の構成が上記実施形態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、内周リング６の外周面と外周リング５の内周面は次のように構成されている。すなわち、外周リング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７と、この傾斜面７に連続した垂直面９とからなっている。内周リング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８と、この傾斜面８に連続した垂直面１０とからなっている。このとき、ピストン１のリング溝３の軸方向幅をａ、内周リング６の軸方向幅をｂ、外周リング５の下面から傾斜面７の終点までの軸方向幅をｃ、内周リング６の下面から傾斜面８の終点までの軸方向幅をｄとしたとき、ａ−ｂ＝ｃ−ｄの関係を有している。
【００２５】
両リング５，６の傾斜面７，８のリング軸方向に対する傾斜角度は４５°未満とされ、同一の傾斜角度とされている。
【００２６】
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、外周リング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、内周リング６によって外周リング５が半径方向外方に押圧されると、内周リング６と外周リング５は互いの傾斜面７，８及び垂直面９，１０で接触するため、内周リング６はリング溝３の上面３ａに押し付けられ、外周リング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、両リング５，６の傾斜面７，８の傾斜角度が４５°未満であり、更に両リング５，６が垂直面９，１０でも接触することから、内周リング６の張力に対し、リング溝３に対する側面押圧力を上記第１の実施形態の場合よりも小さくすることができる。
【００２７】
本実施形態２では、内周リング６は、図４に示されているように、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、それ以降、略一定の割合で張力が増加していく。したがって、内周リング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以降
温度上昇とともに略一定の割合で張力が増加する。
【００２８】
したがって、外周リング５及び内周リング６のリング溝３に対する上下面押圧力は、図４に示されているように、次のようになる。
（イ）常温〜温度Ｔ１
上下面押圧力は発生しない。
（ロ）温度Ｔ１以降
温度上昇とともに略一定の割合で上下面押圧力が増加する。ただし、上下面押圧力は、上記第１の実施形態における上下面押圧力の上昇よりも低い上昇率で上昇していく。
【００２９】
図５及び図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、内周リング６の外周面と外周リング５の内周面の構成が上記第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、内周リング６の外周面と外周リング５の内周面は次のように構成されている。すなわち、外周リング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第１の傾斜面７と、この傾斜面７に連続し上方に向かって半径方向厚さが増加する第２の傾斜面１１とからなっている。内周リング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第１の傾斜面８と、この傾斜面８に連続し上方に向かって半径方向厚さが減少する第２の傾斜面１２とからなっている。このとき、ピストン１のリング溝３の軸方向幅をａ、内周リング６の軸方向幅をｂ、外周リング５の第１の傾斜面７の終点までの軸方向幅をｃ、内周リング６の第１の傾斜面８の終点までの軸方向幅をｄとしたとき、ａ−ｂ＝ｃ−ｄの関係を有している。
【００３１】
両リング５，６の第１の傾斜面７，８のリング軸方向に対する傾斜角度は４５°未満とされ、同一の傾斜角度とされている。また、両リング５，６の第２の傾斜面１１，１２のリング軸方向に対する傾斜角度も４５°未満とされ、同一の傾斜角度とされている。また、外周リング５の第１の傾斜面７は、第２の傾斜面１１よりも大きい軸方向幅を有している。
【００３２】
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、外周リング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、内周リング６によって外周リング５が半径方向外方に押圧されると、内周リング６と外周リング５は互いの対向する傾斜面７，８及び１１，１２で接触するため、内周リング６はリング溝３の上面３ａに押し付けられ、外周リング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、両リング５，６の第１の傾斜面７，８の傾斜角度が４５°未満であり、更に両リング５，６が第２の傾斜面１１，１２でも接触することから、内周リング６の張力に対し、リング溝３に対する側面押圧力を上記第２の実施形態の場合よりも更に小さくすることができる。
【００３３】
本実施形態３では、内周リング６は、図６に示されているように、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、それ以降、略一定の割合で張力が増加していく。したがって、内周リング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以降
温度上昇とともに略一定の割合で張力が増加する。
【００３４】
したがって、外周リング５及び内周リング６のリング溝３に対する上下面押圧力は、図６に示されているように、次のようになる。
（イ）常温〜温度Ｔ１
上下面押圧力は発生しない。
（ロ）温度Ｔ１以降
温度上昇とともに略一定の割合で上下面押圧力が増加する。ただし、上下面押圧力は、上記第２の実施形態における上下面押圧力の上昇よりも更に低い上昇率で上昇していく。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シリンダとの間及びリング溝の上下面との間のシールを行える。そして、内周リングの張力に対し、側面押圧力を小さくでき、また、内周リングとリング溝の上面及び外周リングとの間のすべり性が良好であることから、内外周リングの半径方向の動きが良好になり、外周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。一方、油温が低いエンジン始動時等には内周リングの張力を低張力とすることで、外周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、また、油温が高い高回転時には内周リングの張力を高張力とすることができるため、外周リングのシリンダボア変形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、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時を示す。
【図２】本発明の組合せピストンリングの温度−張力・上下面押圧力特性を示すグラフである。
【図３】本発明の別の実施形態を示す縦断面図で、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時を示す。
【図４】本発明の組合せピストンリングの温度−張力・上下面押圧力特性を示すグラフである。
【図５】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図で、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時を示す。
【図６】本発明の組合せピストンリングの温度−張力・上下面押圧力特性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　外周リング
６　内周リング
７，８　傾斜面
９，１０　垂直面
１１，１２　傾斜面
【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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