(57)【要約】      （修正有）【課題】耐摩環本体と成形体とが簡単に接合でき接合不良になりにくく、かつ耐摩環本体を効率よく冷却する構造を提供する。【解決手段】エンジン用ピストンの鋳造時にインサートとして使用されるピストン耐摩環１であって、外周面に少なくとも１個のピストンリング溝２００を有し又はピストンリング溝２００が形成される外周面部２０１と外周面部２０１と背向し冷却流体の流体通路４を区画する内周面２０２とを持つリング状本体部２０と、耐摩環本体２と、リング状突壁２１の軸方向他端側の側面に当接して耐摩環本体２に一体的に固定されるリング状の短径側壁部３０と、耐摩環本体２の他端側の側面に当接して耐摩環本体２に一体的に固定されるリング状の長径側壁部３１と、リング状本体部２０の内周面２０２と対向する冷却溝を形成するリング状底壁部３２とからなる冷却管部３と、からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン用ピストンのピストンリング溝を形成するために該ピストンの鋳造時にインサートとして使用されるピストン耐摩環であって、
外周面に少なくとも１個のピストンリング溝を有し又は該ピストンリング溝が形成される外周面部と該外周面部と背向し冷却流体の流体通路を区画する内周面とを持つリング状本体部と、該リング状本体部の該内周面の軸方向の一端側に一体的に形成され該内周面よりもさらに軸心方向に突出したリング状突壁とからなる耐摩環本体と、
前記リング状突壁の前記軸方向他端側の側面に当接して前記耐摩環本体に一体的に固定されるリング状の短径側壁部と、該耐摩環本体の他端側の側面に当接して該耐摩環本体に一体的に固定されるリング状の長径側壁部と、該短径側壁部と該長径側壁部とを一体的に連結し外周側に開口し前記リング状本体部の前記内周面と対向する冷却溝を形成するリング状底壁部とからなる冷却管部と、
からなることを特徴とするピストン耐摩環。
【請求項２】
前記耐摩環本体は前記他端側の側面に前記冷却管部の前記長径側壁部が当接固定されるリング状切り欠きをもつ請求項１記載のピストン耐摩環。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン用ピストンに鋳包まれてピストンリングを保持する耐摩環に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエンジンは、軽量化及び放熱性を高める目的から、アルミニウム合金製が一般化しつつあり、ピストンもアルミニウム合金製となっている。一方、エンジンは低燃費化及び高出力化傾向にあり、より高温の燃焼環境となり、ピストンリングは高い耐摩耗性が要求されているため、高硬度のピストンリングが使用されるようになっている。そのため、ピストンリング溝は高硬度のピストンリングが激しく当接するため、アルミニウム合金ではピストンリング溝がへたったり変形してしまうおそれがある。特に、燃焼温度の高いディーゼルエンジンのトップリングは、燃焼圧が直接作用するので、トップリング溝にはピストンリングによる衝撃が繰り返され、へたり摩耗が生じやすい。トップリング溝が摩耗すると、ガス漏れやオイル漏れが生じ、エンジンも出力低下をきたすこととなる。
【０００３】
これを改善するため、アルミニウム合金製のピストンのトップリング溝近傍に、ピストン本体のアルミニウム合金よりも高硬度の高温時に耐摩耗性のある鋳物製のニレジスト材からなる耐摩環を鋳包んだ、耐摩環付ピストンが種々提案されている。
【０００４】
また、エンジンの高温燃焼環境により、ピストン頂部や近傍のトップリング溝部の温度が高温となるため、熱低減することが必要である。そのため、従来から、耐摩環の近傍に冷却媒体（冷却流体）が循環するための環状の冷却用空洞を配置し、耐摩環を直接冷却する構造が検討されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、ピストンの軸方向断面が略コ字状の成形体と、成形体の二箇所の端部と接合する接合面をピストンの内周面側に有し外周面側にピストンリング溝を有する耐摩環本体とが接合し、冷却媒体が循環する冷却媒体通路を成形してピストンリング溝を冷やす仕組みを提案している。しかし、この成形体は、通常、金属板をロール成形加工等して製造されるため、スプリングバック等があり精度良く製造するのが困難で、図１０に示すように、成形体３の両端部と耐摩環本体２の内周面２０２とがぴったり合うように製造できず、製造不良が生じやすい。製造不良の成形体と耐摩環本体とが接合しても、成形体の端部のどちらか一端が耐摩環本体の内周面と接触することができず接合不良となり、冷却媒体通路に隙間ができることとなり、冷却媒体が漏れ出してしまう恐れがある。
【０００６】
特許文献２では、成形体が精度良く製造されなくても耐摩環本体と成形体とが接合できる発明を提案している。図１１に示すように、耐摩環本体２の内周面側が、ピストンの軸方向断面で略コ字状の溝２３を有し、軸方向断面が略コ字状の成形体３の両端部がこの溝に嵌め込まれ、冷却媒体通路４を形成する。成形体の両端部の長さが精度良く作られなくても耐摩環本体に嵌め込むため、冷却媒体通路に隙間ができない。
【０００７】
また、特許文献３の発明は、特許文献２と同様に、耐摩環本体が内周面側にピストンの軸方向断面で略コ字状の溝（段付部）を有し、成形体が外周面側の軸方向上端部と下端部とに切り欠き部を有しており、この切り欠き部を耐摩環の内周面の溝に嵌め込むものである。成形体は内部にリング状の空洞があり、その空洞に冷却媒体を循環させるものであるため、耐摩環と成形体とが接合不良で隙間ができたとしても冷却媒体通路に影響はない。
【特許文献１】特開平５−２３１５３９号公報
【特許文献２】特開平５−２４０３４７号公報
【特許文献３】特開２００３−９０４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２及び特許文献３の発明は、共に略コ字状を有する部材に別の部材の端部を嵌め込むことで接合する。特許文献１に比べ、接合に隙間ができず、特許文献２の発明は冷却媒体が漏れ出すことがなく、特許文献３の発明は冷却媒体通路を有する成形体が耐摩環本体から剥離しにくい。
【０００９】
しかし、例えば耐摩環本体に成形体を嵌め込むとき、ピストンの軸方向の上下方向から見た場合、嵌め込まれる部材も嵌め込む部材もリング状であるため、リング状に成形されたものを軸心側内部にリング状の部材を嵌め込むのは至難の技であると想像される。つまり、耐摩環本体の内周側径より成形体の外周側径が大きいため、耐摩環本体の内周側径を拡げるか成形体の外周側径を縮めるかを一時的にしなければ互いが嵌合することが難しいと思われ、一時的に径を変更するとしたら、その手間も余分に掛かる。
【００１０】
また、上記の特許文献３の発明では、冷却媒体通路が成形体の内部にあるため、成形体の外周側の壁と耐摩環本体の内周面側の壁とがあり、冷却媒体から耐摩環本体までに距離があり、耐摩環本体を冷却するためには冷却効率が悪いと思われる。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、耐摩環本体と成形体とが簡単に接合でき接合不良になりにくく、かつ耐摩環本体を効率よく冷却する構造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】
【００１２】
本発明のピストン耐摩環は、エンジン用ピストンのピストンリング溝を形成するために該ピストンの鋳造時にインサートとして使用されるピストン耐摩環であって、外周面に少なくとも１個のピストンリング溝を有し又は該ピストンリング溝が形成される外周面部と該外周面部と背向し冷却流体の流体通路を区画する内周面とを持つリング状本体部と、該リング状本体部の該内周面の軸方向の一端側に一体的に形成され該内周面よりもさらに軸心方向に突出したリング状突壁とからなる耐摩環本体と、前記リング状突壁の前記軸方向他端側の側面に当接して前記耐摩環本体に一体的に固定されるリング状の短径側壁部と、該耐摩環本体の他端側の側面に当接して該耐摩環本体に一体的に固定されるリング状の長径側壁部と、該短径側壁部と該長径側壁部とを一体的に連結し外周側に開口し前記リング状本体部の前記内周面と対向する冷却溝を形成するリング状底壁部とからなる冷却管部と、からなることを特徴とする。
【００１３】
本発明のピストン耐摩環は、円柱状のピストンの周壁に沿って配置されるもので、耐摩環本体及び冷却管部は概形がリング形状を有し、耐摩環本体が外周側に位置し、冷却管部が耐摩環本体より軸心方向の内周側に位置する。この耐摩環本体は、内周面の一部が軸心方向に突出したリング状突壁を持ち、冷却管部のリング状の短径側壁部と当接し、冷却管部のリング状の長径側壁部が耐摩環本体の他端部と当接する。耐摩環本体の内周面、冷却管部の短径側壁部、長径側壁部及びリング状低壁部によって、冷却流体の流体通路が形成される。
【００１４】
本発明のピストン耐摩環では、ピストンの軸方向において、耐摩環本体のリング状突壁のある逆方向から、冷却管部の短径側壁部側を嵌め込むだけで、冷却管部と耐摩環本体とが接合することができる。一時的に、耐摩環本体側の径を拡げたり冷却管部側の径を狭めたりすることもなく、簡単に接合でき、隙間なく冷却流体の流体通路が形成することができる。また、冷却流体が耐摩環本体の内周面側に直接接するため、ピストン耐摩環の冷却効率も良い。
【００１５】
本発明のピストン耐摩環で用いられる耐摩環本体は、他端側の側面に冷却管部の長径側壁部が当接固定されるリング状切り欠きをもつことが好ましい。この切り欠きにより、長径側壁部が切り欠きに嵌り込むことができ、耐摩環本体と冷却管部とがより安定した固定を実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のピストン耐摩環によれば、耐摩環本体の径を拡げず、あるいは冷却管部の径を狭めず、耐摩環本体と冷却管部とがピストンの軸方向に嵌め込むだけで簡単に接合することができる。
【００１７】
また、冷却流体が耐摩環本体の内周面側を直接循環しているため、耐摩環本体の冷却効率も良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
【００１９】
（実施例１）
本実施例１のピストン耐摩環１の軸方向断面図を図１に示す。ピストン耐摩環１は、外周側に位置するリング状の耐摩環本体２と、耐摩環本体２より内周側に位置するリング状の冷却管部（成形体）３とからなる。
【００２０】
耐摩環本体２は、外周面にピストンリング溝２００が形成される外周面部２０１と、外周面部２０１と背向きし冷却流体の流体通路４を区画する内周面２０２とを持つリング状本体部２０と、リング状本体部２０の内周面２０２の軸方向の下端側に一体的に形成される内周面２０２より軸心方向に突出したリング状突壁２１と、内周面２０２の軸方向上端側にリング状切り欠き２２とからなる。外周面部２０１側に開口するピストンリング溝２００はエンジン用ピストンに鋳包まれて成型後、削り取られる。リング状突壁２１は軸心方向側に断面が長方形に突出しており、リング状切り欠き２２は放射方向側に断面が長方形状に切り欠かれている。
【００２１】
冷却管部３は、耐摩環本体２のリング状突壁２１と当接する短径側壁部３０と、リング状切り欠き２２と当接する長径側壁部３１と、短径側壁部３０と長径側壁部３１とを一体的に連結し外周面側に開口しリング状本体部２０の内周面２０２と対向する冷却溝を形成するリング状底壁部３２とからなる軸方向断面が略コ字状である。
【００２２】
耐摩環本体２と冷却管部３とは、耐摩環本体２に冷却管部３を軸方向上側から下に向かって嵌め込んで接合する。リング状突壁２１の軸方向上側の第１接合面２１０と短径側壁部３０の軸方向下側の面とが当接し、リング状切り欠き２２の軸方向上側の第２接合面２２０と長径側壁部３１の軸方向下側の面とが当接することにより、冷却流体が循環するための流体通路４が隙間なく形成される。
【００２３】
耐摩環本体２と冷却管部３とは、アルミニウム合金よりも高硬度で高温時に耐摩耗性のあるニレジスト材からなる。冷却管部３は、金属板をロール成形加工等して製造されるため、成形誤差を生じやすく高精度に製造するのは困難である。例えば、図２に示すように、長径側壁部３２の放射方向長さが足りない場合が考えられる。しかし、本実施例１のピストン耐摩環１では、長径側壁部３２の軸方向下側の面がリング状きり欠き２２の第２接合面２２０に当接することができれば、流体通路４からピストン耐摩環１の外部へ冷却流体が漏れ出す隙間ができずに耐摩環本体２と冷却管部３とが接合することができる。つまり、ピストンの放射方向において、長径側壁部３２かつ短径側壁部３１の長さが短くとも、長径側壁部３２の下側とリング状きり欠き２２の第２接合面２２０と、かつ短径側壁部３１の下側とリング状突壁２１の第１接合面２１０と、が当接すれば流体通路４は隙間なく形成される。よって、耐摩環本体２に冷却管部３がきっちり嵌め込まなければならないほどの製造精度が要求されず、ピストンの放射方向（軸心方向）において、遊嵌があっても良い。
【００２４】
図３は、本実施例１のピストン耐摩環１を鋳包んだエンジン用ピストン５の一部の軸方向断面図である。本実施例１のピストン耐摩環１は、エンジン用ピストン５のトップリングの位置に配置される。ピストン耐摩環１は、エンジン用ピストンに鋳包まれて成型された後に、ピストンリング溝２００を削り取る。流体通路４を循環する冷却流体は、エンジン用ピストン５の下方から流体通路４へ連通する配管があり、この配管を通して供給される。
【００２５】
本実施例１のピストン耐摩環１では、耐摩環本体２と冷却管部３とがピストンの軸方向に嵌め込むだけで簡単に接合することができ、その上、冷却流体が循環する流体通路４が隙間なく形成される。そして、冷却流体が耐摩環本体２の内周面２０２に直接接して循環しているため、耐摩環本体２の冷却効率も良い。
【００２６】
（実施例２）
本実施例２のピストン耐摩環１は、実施例１のピストン耐摩環１の冷却管部３の形状が異なるだけであり、それ以外は実施例１と同様の構成のものである。よって、以下に説明する実施例において特に言及しない部材については、実施例１と同様の部材であり、詳細な説明を省略する。
【００２７】
本実施例２のピストン耐摩環１の軸方向断面図を図４に示し、本実施例２のピストン耐摩環１をエンジン用ピストン５に鋳包んだ軸方向断面図を図５に示す。
【００２８】
実施例２のピストン耐摩環１に用いられている冷却管部３は、リング状底壁部３２が軸方向中央部分で放射方向にくぼみを有し、軸方向断面がシグマ形状である。これにより、冷却管部３の受熱面積が増加し、エンジン用ピストン５頂部の温度を低減させることができる。
【００２９】
（実施例３）
本実施例３のピストン耐摩環１は、実施例２のピストン耐摩環１の耐摩環本体２の内周面２０２の形状が異なるだけであり、それ以外は実施例２と同様の構成のものである。よって、以下に説明する実施例において特に言及しない部材については、実施例２と同様の部材であり、詳細な説明を省略する。
【００３０】
本実施例３のピストン耐摩環１の軸方向断面図を図６に示す。
【００３１】
実施例３のピストン耐摩環１に用いられている耐摩環２は、内周面２０２の表面に、ウォータージェット等により微細な凹凸が設けられている。これにより、内周面２０２のオイル保持性が向上し、耐摩環本体２の温度の低減が効率よく行える。
【００３２】
（実施例４）
本実施例４のピストン耐摩環１は、実施例２のピストン耐摩環１の耐摩環本体２の形状が異なるだけであり、それ以外は実施例２と同様の構成のものである。よって、以下に説明する実施例において特に言及しない部材については、実施例２と同様の部材であり、詳細な説明を省略する。
【００３３】
本実施例４のピストン耐摩環１の軸方向断面図を図７に示す。
【００３４】
実施例４のピストン耐摩環１に用いられている耐摩環２は、リング状本体部２０の軸方向上面２０３と下面２０４とが凹凸に加工されている。これにより、冷却管部３だけでなく耐摩環本体２の受熱面積も増加し、エンジン用ピストン５頂部の温度の低減を行うことができる。
【００３５】
（実施例５）
本実施例５のピストン耐摩環１は、実施例１のピストン耐摩環１の耐摩環本体２を軸方向に２段積み上げ、冷却管部３も２段組の耐摩環本体２に接合する形状となっただけであり、それ以外は実施例１と同様の構成のものである。よって、以下に説明する実施例において特に言及しない部材については、実施例１と同様の部材であり、詳細な説明を省略する。
【００３６】
本実施例５のピストン耐摩環１をエンジン用ピストン５に鋳包んだ軸方向断面図を図８に示す。
【００３７】
実施例５のピストン耐摩環１は、耐摩環本体２を軸方向に２つ連ね、下側の耐摩環本体２が下端部にリング状突壁２１を有し、上側の耐摩環本体２が上端部にリング状切り欠き２２を有し、冷却管部３は軸方向にリング状底壁部３２が延長された形状をしている。これにより、エンジン用ピストン５のトップリングからセカンドリング近辺まで冷却することができる。
【００３８】
（実施例６）
本実施例６のピストン耐摩環１は、実施例１のピストン耐摩環１の耐摩環本体２の一部と冷却管部３の一部の形状が異なるだけであり、それ以外は実施例１と同様の構成のものである。よって、以下に説明する実施例において特に言及しない部材については、実施例１と同様の部材であり、詳細な説明を省略する。
【００３９】
本実施例６のピストン耐摩環１の軸方向断面図を図９に示す。
【００４０】
実施例６のピストン耐摩環１に用いられる耐摩環本体２は、リング状突壁２１が軸心方向に軸方向幅が減少し、第１接合面２１０が斜め形状である。内周面２０２の上端部のリング状切り欠き２２を有していない。冷却管部３は、短径側壁部３０が放射方向に軸方向幅が減少し、下面が斜め形状である。リング状突壁２１の第1接合面２１０と短径側壁部３０の下面とが当接し、長径側壁部３１とリング本体部２０の軸方向上面２０３とが当接し、流体通路４が形成される。
【００４１】
本実施例６のピストン耐摩環１では、リング状突壁２１の第１接合面２１０と短径側壁部３０の下面とがスライド可能で当接するため、軸心方向（放射方向）及び軸方向で、冷却管部３が耐摩環本体２と接合するのに余裕がある。つまり、冷却管部３が軸心向及び軸方向においても高精度に製造できなかったとしても、スライド形状により当接することができ、結果、流体通路４を隙間なく形成することが可能となる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、耐摩環本体２及び冷却管部３はニレジスト材に限られず、アルミニウム合金より高硬度で高温に耐性があるものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施例１のピストン耐摩環１の軸方向断面図である。
【図２】本実施例１のピストン耐摩環１の軸方向断面図である。
【図３】本実施例１のピストン耐摩環１を鋳包んだエンジン用ピストン５の一部の軸方向断面図である。
【図４】本実施例２のピストン耐摩環１の軸方向断面図である。
【図５】本実施例２のピストン耐摩環１を鋳包んだエンジン用ピストン５の一部の軸方向断面図である。
【図６】本実施例３のピストン耐摩環１の軸方向断面図である。
【図７】本実施例４のピストン耐摩環１の軸方向断面図である。
【図８】本実施例５のピストン耐摩環１を鋳包んだエンジン用ピストン５の一部の軸方向断面図である。
【図９】本実施例６のピストン耐摩環１の軸方向断面図である。
【図１０】従来技術のピストン耐摩環
【図１１】従来技術のピストン耐摩環
【符号の説明】
【００４４】
１：ピストン耐摩環
２：耐摩環本体
３：冷却管部
４：流体通路
５：エンジン用ピストン
２０：リング状本体部
２１：リング状突壁
２２：リング状切り欠き
２３：溝
３０：短径側壁部
３１：長径側壁部
３２：リング状底壁部
２００：ピストンリング溝
２０１：外周面部
２０２：内周面
２０３：上面
２０４：下面
２１０：第１接合面
２２０：第２接合面
【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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【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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