(57)【要約】【課題】本発明の目的は、本発明の目的は、金属製のアウタリングと樹脂製の拡張リングとからなり、合い口部の重なりを確実に防止することのできるピストンリングを提供すること。【解決手段】本発明のピストンリング１ａは、金属製のアウタリング１０ａと合成樹脂製の拡張リング１１ａとからなる。拡張リング１１ａは、その合い口部の各端部近傍に、一端が拡張リング１１ａ自身に固定（係止）されたピン１４ａを有している。そして、各ピン１４ａは、アウタリング１０ａの半径方向に貫通形成された貫通孔１３ａに挿通され、かつ、その他端がこのアウタリング１０ａの外周側でアウタリング１０ａと係止されている。貫通孔１３ａは、挿通されたピン１４ａがアウタリング１０ａの円周方向に移動可能となるような大きさに形成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ内のピストンに取り付けられるピストンリングにおいて、
前記シリンダ内面と接して摺動する金属製のアウタリングと、該アウタリングを背面から前記シリンダ内面に向けて付勢する合成樹脂製の拡張リングとからなり、
前記拡張リングは、一端が該拡張リングに固定又は係止されたピンを合い口部の各端部近傍にそれぞれ有しており、
前記各ピンは、前記アウタリングの半径方向に貫通形成された貫通孔に挿通され、かつ、その他端が該アウタリングの外周側で該アウタリングと係止されており、
前記貫通孔は、挿通された前記ピンが前記アウタリングの円周方向に移動可能となるような大きさに形成されていることを特徴とするピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダ内を往復運動するピストンに取り付けられるピストンリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、シリンダ内で吸入空気と燃料とを混合させた混合気を燃焼させ、このときの爆発力をピストンを介して取り出している。ピストンは、シリンダ内で往復運動する。図９（ａ）〜図９（ｃ）に示されるように、このピストン１０１には、シリンダとピストン１０１とによって形成される燃焼室の気密性を保持するためや、シリンダ内面の潤滑オイルの掻き落としを行うためにピストンリング１０２〜１０４がはめ込まれている。
【０００３】
ピストンリング１０２〜１０４は、通常、一つのピストン１０１に三つ取り付けられる。最も上方のトップリング１０２、及び、その下方のセカンドリング１０３はコンプレッションリングであり、主として気密性を確保するためのものである。これに対して、最も下方のオイルリング１０４は、燃焼室でオイルが燃えて消費されてしまうのを抑止するために、ピストン１０１の下降時にシリンダ内面の余分なオイルを掻き取る役割を主としている。
【０００４】
図９（ｃ）に、図９（ｂ）のオイルリング１０４の一部拡大斜視図を示す。図９（ｃ）に示されたものは、いわゆる２ピースタイプのものである。このタイプのオイルリングでは、主としてアウタリング１０４ａの内周側に配置された拡張リング１０４ｂの弾性復元力や体積膨張を利用してアウタリング１０４ａをシリンダ内面に押しつけている。アウタリング１０４ａは、その上下にオイルを掻き取る突起１０４ｃが全周にわたって形成されていると共に、一対の突起１０４ｃの間にはオイル戻し用の孔１０４ｄが、周方向にほぼ一定間隔毎に形成されてい
る。
【０００５】
ここでは、オイルリングを例に説明したが、上述したコンプレッションリングが２ピースタイプとされても構わない。アウタリングを金属製とし、拡張リングを合成樹脂製としたピストンリングも［特許文献１］等によって開示されている。［特許文献１］に記載のピストンリングでは、拡張リングを合成樹脂製とすることで、ピストンリングの軽量化を行いリングの追従性を向上させている。なお、ピストンリングは完全なリング状ではなく、ピストンへの取り付けのために合い口部と呼ばれる隙間を有しており、正確にはＣ字状となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１３０５８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
樹脂製の拡張リング１０４ｂは、温度上昇に伴う膨張によって合い口部を互いに当接させ、当接後のさらなる膨張によって半径を大きくしようとする力を利用してアウタリング１０４ａをシリンダ内面に押圧させる。しかし、樹脂製の拡張リング１０４ｂは樹脂製であるが故に常温での剛性は金属よりも小さい、このため、樹脂製の拡張リング１０４ｂをピストン１０１に組み付けるときなどに、図１０に示されるように合い口部同士が重なりやすい。なお、図１０には、ピストン１０１に組み付けた状態のオイルリング１０４を示してある。
【０００８】
図１１（ａ）に示されるように組み付け時に合い口部が重なってしまうと、温度上昇につれて図１１（ｂ）に示されるように重なり量が増えるのだけで合い口部の端部同士が当接しないので、拡張リング１０４ｂの膨張を利用してアウタリング１０４ａをシリンダ内面に押圧させることが不十分（不可能）となる。また、この合い口部の重なりは、ピストンへの組み付け時だけでなく、通常の使用過程でも生じる可能性がある。一旦発生してしまうと、アウタリング１０４ａの内周側にスティックしてなかなか元に戻らない状況が発生してしまうおそれもある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、金属製のアウタリングと樹脂製の拡張リングとからなり、合い口部の重なりを確実に防止することのできるピストンリングを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のピストンリングは、シリンダ内面と接して摺動する金属製のアウタリングと、このアウタリングを背面からシリンダ内面に向けて付勢する合成樹脂製の拡張リングとからなる。拡張リングは、その合い口部の各端部近傍に、一端が拡張リング自身に固定（係止）されたピンを有している。そして、各ピンは、アウタリングの半径方向に貫通形成された貫通孔に挿通され、かつ、その他端がこのアウタリングの外周側でアウタリングと係止されている。貫通孔は、挿通されたピンがアウタリングの円周方向に移動可能となるような大きさに形成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のピストンリングの各実施形態について以下に説明する。なお、以下に説明する各実施形態においては、ピストンリングがオイルリングである場合を例にして説明している。図１及び図２に、第一実施形態のオイルリング１ａを示す。図１には、ピストンに組み付けられた状態ではなく、自由状態（外力が加えられていない状態）が示されている。
【００１２】
本実施形態のオイルリング１ａも、基本となる構成部品は上述した図９に示された従来のオイルリング１０４と同様な２ピースタイプのものである。シリンダ内面と接して摺動する金属製のアウタリング１０ａと、このアウタリング１０ａを背面からシリンダ内面に向けて付勢する合成樹脂製の拡張リング１１ａとからなっている。アウタリング１０ａの外周側の上下にオイルを掻き取る突起１２ａが全周にわたって形成されている点や、この一対の突起１２ａの間の角溝にオイル戻し孔（貫通孔）１３ａが周方向に一定間隔毎に形成されている点も従来のものと同様である。
【００１３】
アウタリング１０ａの内周側にも丸溝が形成されており、拡張リング１１ａの外周側の半分はこの丸溝内に収納された形となっている。上述したオイル戻し孔１３ａは上述した角溝の底部から丸溝の底部にかけて、即ち、アウタリング１０ａの半径方向に貫通形成されている。そして、合い口部の端部近傍では、拡張リング１１ａの各端部がアウタリング１０ａの各端部に対してピン１４ａによって係止されている。
【００１４】
ピン１４ａは、金属製であり、その一端が拡張リング１１ａの端部近傍に埋設されて固定されている。この一端部の方向は、拡張リング１１ａの半径方向に向いている。また、ピン１４ａの中央部分はアウタリング１０ａの合い口部近傍に位置するオイル戻し孔１３ａに挿通されており、ピン１４ａの他端が折り曲げられることで拡張リング１１ａの端部がアウタリング１０ａの端部に係止されている。ピン１４ａの他端は、アウタリング１０ａの円周方向に沿って折り曲げられている。
【００１５】
オイル戻し孔１３ａはアウタリング１０ａの周方向に長い長孔とされており、これに対してピン１４ａの断面は小さく、ピン１４ａはオイル戻し孔１３ａの内部でアウタリング１０ａの周方向に移動可能とされている。ただし、ピン１４ａ他端の折り曲げ量がオイル戻し孔１３ａの大きさよりも長くされており、ピン１４ａが移動しても拡張リング１１ａの端部がアウタリング１０ａから外れることはない。
【００１６】
ピン１４ａがオイル戻し孔１３ａの内部でアウタリング１０ａの周方向に移動可能であるため、自由状態のオイルリング１ａの径を拡大させてピストンのリング溝に収納させることや、オイルリング１ａの径を拡大させてピストンをシリンダ内に収納させることが可能となる。また、上述したように、樹脂製の拡張リング１１ａでは、温度上昇に伴う膨張で合い口部の各端部同士を当接させ、当接後の膨張でアウタリング１０ａをシリンダ内面に押圧させる。このとき、ピン１４ａがオイル戻し孔１３ａの内部でアウタリング１０ａの周方向に移動可能であるため、膨張が阻害されることがない。
【００１７】
上述したようにオイルリング１ａを構成させることで以下のような利点がある。まず、拡張リング１１ａを合成樹脂製としたことで、低負荷（低回転：低温）時におけるシリンダ−ピストン間のフリクション低減による燃費向上と、高負荷（高回転：高温）時におけるシール性向上によるオイル消費抑制及びブローバイ抑制とを両立させることができる。前者はリング張力を低減させ、後者はリング張力を高くさせることとなり、相反する要求であるため両立は困難であったが、樹脂製の拡張リング１１ａを用いることで、軽負荷時には拡張リング１１ａの膨張が少な目となるのでリング張力が抑制され、その結果シリンダとピストン間のフリクションが低減されて燃費性能を向上させることができる。また、冷間始動時には、フリクション低減による始動性向上も見込める。
【００１８】
一方、高負荷時には、合成樹脂の大きな膨張率を利用して大きなリング張力を得ることができ、シリンダとピストン間のシール性向上によるオイル消費抑制及びブローバイ抑制を実現できる。高負荷時には、温度が高くなるだけでなくエンジン回転数が上がるのでピストンの往復運動も速くなる。この結果、温度上昇によるオイル粘度低下・蒸発成分増加やオイルリングの追従性低下によってオイル消費が悪化しやすいが、上述したように、樹脂製拡張リング１１ａを用いることで高負荷時のリング張力を増強することでオイル消費を低減させることができる。
【００１９】
さらに、拡張リングが金属製でなく合成樹脂製であるためオイルリング１ａの慣性質量を小さくでき、軽量化によるオイルリング１ａの追従性向上の効果もある。このような場合でも、拡張リング１１ａの合い口部の端部はピン１４ａによってアウタリング１０ａに係止されているので、重なり合ってしまうことがなく、リング張力を確実に発生させることができる。なお、ピン１４ａによって運転時の拡張リング１１ａの端部重なり合いが抑止されるだけでなく、オイルリング１ａのピストンへの組み付け時の端部重なり合いも抑止され、組み付け性も向上する。
【００２０】
合成樹脂は概して金属よりも膨張率が大きく、低負荷時のリング張力と高負荷時のリング張力とに大きな差を設けることができ、低負荷時の要求性能と高負荷時の要求性能とを両立させ易いという利点もある。これに対して、金属製の拡張リングの場合は合成樹脂に比べて膨張率が小さいので、低負荷時のリング張力と高負荷時のリング張力とに大きな差を設けることが困難であり、低負荷時の要求性能と高負荷時の要求性能とを両立させにくい。即ち、本実施形態のオイルリング１ａによれば、低負荷域から高負荷域までの全域で良好なオイルリング性能を実現することができる。
【００２１】
なお、樹脂製拡張リング１１ａに用いる樹脂としては、熱膨張係数が大きく、かつ、耐熱性に優れているという観点から、ポリイミド系の合成樹脂が好ましい。熱膨張性を重視する場合は、ポリイミド系の合成樹脂にＰＴＦＥ（Ｐｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：四フッ化エチレン）を充填材として混入させたものが好ましい。
【００２２】
図３に、第二実施形態のオイルリング１ｂを示す。図３は第一実施形態の図２相当図である。本実施形態のオイルリング１ｂは、ピン１４ｂの拡張リング１１ｂへの固定・係止形態が上述した第一実施形態のオイルリング１ａと異なるだけである。このため、第一実施形態のものと同一又は同等の構成部分には、第一実施形態に使用した符号の添え字（アルファベット）をａからｂに変更して示し、その詳しい説明を省略する。以下には、第一実施形態と異なる部分（ピン１４ｂの拡張リング１１ｂへの固定・係止形態）についてのみ詳しく説明する。
【００２３】
本実施形態においては、ピン１４ｂの中央部分は拡張リング１１ｂの端部近傍に形成された挿通孔１５ｂに挿通され、その一端側（リング内周側）先端がリング円周方向に折り曲げられて拡張リング１１ｂに係止されている。挿通孔１５ｂは、拡張リング１１ｂの半径方向に貫通形成されており、その開口形状はピン１４ｂの断面とほぼ等しい大きさとされている。ピン１４ｂの一端側の折り曲げ量は、ピン１４ｂが拡張リング１１ｂから抜け落ちるのを防止する程度の量とされている。ピン１４ｂの他端側（リング外周側）については、第一実施形態と同様である。本実施形態のオイルリング１ｂによっても、第一実施形態で説明した効果と全く同様の効果を実現することができる。
【００２４】
図４に、第三実施形態のオイルリング１ｃを示す。図４も第一実施形態の図２相当図である。本実施形態のオイルリング１ｃも、ピン１４ｃの拡張リング１１ｂへの固定・係止形態が上述した第一実施形態のオイルリング１ａと異なるだけである。特に、ピン１４ｃの一端側（リング内周側）の折り曲げ方向が第二実施形態と異なるだけである。第一（二）実施形態のものと同一又は同等の構成部分には、第一（二）実施形態に使用した符号の添え字（アルファベット）を変更して示す。
【００２５】
第二実施形態では、ピン１４ｂの一端側（リング内周側）の端部がアウタリング１０ｂや拡張リング１１ｂの端部側に折り曲げられていたが、本実施形態ではこれとは反対側に折り曲げられている。なお、ピン１４ｃの他端側端部（リング外周側）は、第一（二）実施形態と同様にアウタリング１０ｂや拡張リング１１ｂの端部側に折り曲げられているが、これも反対側に折り曲げられても構わない。本実施形態以外の実施形態においても、ピン１４ｃの他端側端部（リング外周側）がアウタリング１０ｂや拡張リング１１ｂの端部側とは反対側に折り曲げられても構わない。本実施形態のオイルリング１ｃによっても、第一実施形態で説明した効果と全く同様の効果を実現することができる。
【００２６】
図５に、第四実施形態のオイルリング１ｄを示す。図５も第一実施形態の図２相当図である。本実施形態のオイルリング１ｄも、ピン１４ｄの拡張リング１１ｄへの固定・係止形態が上述した第一実施形態のオイルリング１ａと異なるだけである。このため、第一実施形態のものと同一又は同等の構成部分には、第一実施形態に使用した符号の添え字（アルファベット）をａからｄに変更して示し、その詳しい説明を省略する。以下には、第一実施形態と異なる部分（ピン１４ｄの拡張リング１１ｄへの固定・係止形態）についてのみ詳しく説明する。
【００２７】
本実施形態においては、ピン１４ｂの一端側（リング内周側）先端が拡張リング１１ｄの端部近傍に形成された挿通孔１５ｄに挿入・係止されている。挿通孔１５ｄは、拡張リング１１ｂの半径方向に貫通形成されており、その開口形状はピン１４ｂの断面に対して大きく形成されている。ピン１４ｄの一端側は、リング外周側の他端側に対して鋭角に折り曲げられており、この部分が挿通孔１５ｄに係止されている。ピン１４ｄの他端側（リング外周側）については、第一実施形態と同様である。本実施形態のオイルリング１ｄによっても、第一実施形態で説明した効果と全く同様の効果を実現することができる。
【００２８】
図６に、第五実施形態のオイルリング１ｅを示す。図６も第一実施形態の図２相当図である。本実施形態のオイルリング１ｅも、ピン１４ｅの拡張リング１１ｅへの固定・係止形態が上述した第一実施形態のオイルリング１ａと異なるだけである。特に、ピン１４ｅの一端側（リング内周側）の形態が第四実施形態と異なるだけである。第一（四）実施形態のものと同一又は同等の構成部分には、第一（四）実施形態に使用した符号の添え字（アルファベット）を変更して示す。
【００２９】
第四実施形態では、ピン１４ｄの一端側（リング内周側）の端部が他端側（リング外周側）に対して鋭角な角度でほぼ直線状にされていたが、本実施形態では波状に屈曲されている。なお、ピン１４ｃの他端側端部（リング外周側）は、第一（四）実施形態と同様にアウタリング１０ｂや拡張リング１１ｂの端部側に折り曲げられている。本実施形態のオイルリング１ｅによっても、第一実施形態で説明した効果と全く同様の効果を実現することができる。
【００３０】
図７に、第六実施形態のオイルリング１ｆを示す。図７も第一実施形態の図２相当図である。本実施形態のオイルリング１ｆも、ピン１４ｆの拡張リング１１ｆへの固定・係止形態が上述した第一実施形態のオイルリング１ａと異なるだけである。このため、第一実施形態のものと同一又は同等の構成部分には、第一実施形態に使用した符号の添え字（アルファベット）をａからｆに変更して示し、その詳しい説明を省略する。以下には、第一実施形態と異なる部分（ピン１４ｆの拡張リング１１ｆへの固定・係止形態）についてのみ詳しく説明する。
【００３１】
本実施形態におけるピン１４ｆは、当初は円錐形の形態を有しており、リング内周側から拡張リング１１ｆ端部近傍に形成された挿通孔に嵌入され、さらにアウタリング１０ｆのオイル戻し孔１３ｆに挿通された後、先端（他端側：リング外周側）がカシメられている。カシメの大きさがオイル戻し孔１３ｆよりも大きいのでアウタリング１０ｆの端部と係止され、かつ、円錐状の裾野部分で拡張リング１１ｆの端部と係止されている。ピン１４ｆがオイル戻し孔１３ｆ内でリング周方向に移動可能であるのは上述した実施形態と同様である。本実施形態のオイルリング１ｆによっても、第一実施形態で説明した効果と全く同様の効果を実現することができる。
【００３２】
図８に、第七実施形態のオイルリング１ｇを示す。図８は第一実施形態の図２（ａ）相当図である。本実施形態のオイルリング１ｇも、ピン１４ｇの拡張リング１１ｇへの固定・係止形態が上述した第一実施形態のオイルリング１ａと異なるだけである。特に、ピン１４ｇの形態が第六実施形態と異なるだけである。第一（六）実施形態のものと同一又は同等の構成部分には、第一（六）実施形態に使用した符号の添え字（アルファベット）を変更して示す。
【００３３】
第七実施形態では、ピン１４ｆが単なる円錐状の形態を有していたが、本実施形態ではその周面上にネジ溝が形成されており、拡張リング１１ｇの端部近傍に形成された挿通孔に対して螺合されている。このため、図示されない円錐底面部分にはドライバーなどで回転させるための−溝や＋溝などが形成されている。ピン１４ｇの先端（他端側：リング外周側）がカシメられるのは第六実施形態と同様である。本実施形態のオイルリング１ｇによっても、第一実施形態で説明した効果と全く同様の効果を実現することができる。
【００３４】
なお、本発明のピストンリングは、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した各実施形態は、本発明がオイルリングに適用された場合であったが、本発明はコンプレッションリングに適用されても良い。また、その際の作用効果も上述したオイルリングの場合と同様の作用効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のピストンリングによれば、熱膨張率の大きな材質である合成樹脂によって拡張リングを構成したことで、低負荷（低回転：低温）時におけるシリンダ−ピストン間のフリクション低減による燃費向上と、高負荷（高回転：高温）時におけるシール性向上によるオイル消費抑制／ブローバイ抑制とを両立させることができる。即ち、本発明のピストンリングによれば、低負荷域から高負荷域までの全域で良好なピストンリング性能を実現することができる。また、冷間始動時には、フリクション低減による始動性向上も見込める。
【００３６】
さらに、拡張リングが金属製でなく合成樹脂製であるためピストンリングの慣性質量を小さくでき、軽量化によるピストンリングのシリンダ内面への追従性向上の効果もある。そして、拡張リングの合い口部の端部がピンによってアウタリングに係止されているので、拡張リングの端部同士が重なり合ってしまうことがなく、リング張力を確実に発生させることができる。また、ピンによって運転時の拡張リングの端部重なり合いを抑止することができるだけでなく、ピストンリングのピストンへの組み付け時の端部重なり合いも抑止でき、組み付け性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピストンリング（オイルリング）の第一実施形態を示す平面図である。
【図２】本発明のピストンリング（オイルリング）の第一実施形態を示す断面図であり、（ａ）は合い口部の端部断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明のピストンリング（オイルリング）の第二実施形態を示す断面図であり、（ａ）は合い口部の端部断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】本発明のピストンリング（オイルリング）の第三実施形態を示す断面図であり、（ａ）は合い口部の端部断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明のピストンリング（オイルリング）の第四実施形態を示す断面図であり、（ａ）は合い口部の端部断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】本発明のピストンリング（オイルリング）の第五実施形態を示す断面図であり、（ａ）は合い口部の端部断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明のピストンリング（オイルリング）の第六実施形態を示す断面図であり、（ａ）は合い口部の端部断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】本発明のピストンリング（オイルリング）の第七実施形態を示す合い口部の端部断面図である。
【図９】従来のピストンリングを示す図であり、（ａ）はピストンリングが取り付けられるピストンの斜視図（一部断面）であり、（ｂ）はピストンの及びピストンリングの断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるオイルリングの拡大斜視図である。
【図１０】従来のピストンリングにおける拡張リング端部の重なりを示す平面図である。
【図１１】従来のピストンリングにおける拡張リング端部の重なりを示す拡大平面図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｇ…オイルリング（ピストンリング）、１０ａ〜１０ｇ…アウタリング、１１ａ〜１１ｇ…拡張リング、１２ａ〜１２ｇ…突起、１３ａ〜１３ｇ…オイル戻し孔（貫通孔）、１４ａ〜１４ｇ…ピン、１５ｂ〜１５ｅ…挿通孔。
【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】
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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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