CN110431336A

CN110431336A - 活塞环

Info

Publication number: CN110431336A
Application number: CN201880019015.9A
Authority: CN
Inventors: 清水大志; 與口贵之; 近藤孝行; 藤田正显
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2019-11-08
Anticipated expiration: 2038-01-10
Also published as: JP2018159450A; US10982767B2; EP3604866A4; EP3604866A1; JP6404976B2; CN110431336B; WO2018173423A1; US20200018395A1

Abstract

一种树脂制的活塞环(1)，具有环状的主体部(2)和形成于主体部(2)的合口部(3)，所述环状的主体部具有彼此相向的内周面(2c)及外周面(2d)和将内周面(2c)与外周面(2d)之间连接的一对侧面(2a、2b)，在从一对侧面(2a、2b)中的至少任一方以及外周面(2d)观察时，合口部(3)为阶梯形状，外周面(2d)具有随着从主体部(2)的一对侧面中的一方的侧面(2a)侧朝向另一方的侧面(2b)侧而外径变大的锥面。

Description

活塞环

技术领域

本发明涉及用于内燃机的活塞环。

背景技术

用于汽车的内燃机等的活塞环例如设置于活塞外周面的环槽，活塞环的外周面与孔内周面滑动接触，且活塞环的侧面侧与环槽的侧面抵接而成为密封面，由此具有防止窜漏气体从燃烧室侧向曲轴室侧的防止功能。这样的活塞环是具有合口部的开口环形状，因此要求抑制合口部处的窜漏气体。对此，如专利文献1那样，研究了通过将合口形状设为特殊的构造来抑制窜漏气体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-163118号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，关于专利文献1所记载的活塞环，并未着眼于油消耗量的减少。因此，对于油消耗量的减少存在改善的余地。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够兼顾窜漏气体的抑制和油消耗量的减少的活塞环。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的一形态的活塞环是具有环状的主体部和形成于所述主体部的合口部的树脂制的活塞环，所述环状的主体部具有彼此相向的内周面及外周面和将所述内周面与所述外周面之间连接的一对侧面，在从所述一对侧面中的至少任一方及外周面观察时，所述合口部为阶梯形状，所述外周面具有随着从所述一对侧面中的一方的侧面侧朝向另一方的侧面侧而外径变大的锥面。

根据上述活塞环，通过为树脂制，与以往的金属制的活塞环相比，比重小，因此不易引起环的浮起，能够提高基于活塞环的侧面密封性。另外，在从一对侧面中的至少任一方及外周面观察时，活塞环的合口部具有阶梯形状，因此在安装于活塞时，在一对侧面之间形成的流通面积变小，气体量减少。因此，气体密封性提高，能够抑制窜漏气体。另外，活塞环的外周面具有锥面，因此活塞环的外周面的刮油效果提高，能够降低油消耗量。

在此，能够设为如下形态：所述锥面设置于所述外周面中的所述一方的侧面侧的一部分，从所述外周面连续地形成的阶梯形状的台阶部的所述外周面侧的端部设置于与所述锥面不同的位置。通过将从外周面连续地形成的阶梯形状的台阶部的外周面侧的端部设置在与锥面不同的位置，能够抑制窜漏气体在外周面侧的端部附近的移动，因此能够提高窜漏气体的抑制效果。

另外，能够设为如下形态：所述锥面设置于所述外周面中的所述一方的侧面侧的一部分，在所述外周面中的所述另一方的侧面侧的一部分具有随着从所述另一方的侧面侧朝向所述一方的侧面侧而外径变大的倒锥面。这样，通过做成具有倒锥面的结构，能够提高活塞环的外周面的刮油效果，进一步提高油消耗量的降低效果。

另外，能够设为如下形态：在所述外周面中的所述锥面与所述倒锥面之间具有平坦面，从所述外周面连续地形成的阶梯形状的台阶部的所述外周面侧的端部设置于所述平坦面。这样，通过设为阶梯形状的台阶部的端部设置于平坦面的结构，能够防止在阶梯形状的台阶部的端部的外侧在一对侧面之间设置气体的流通路径，能够进一步抑制窜漏气体。

另外，能够设为如下形态：在所述另一方的侧面与所述外周面所成的角部具有切口部。通过设置切口部，能够提高活塞环的外周面的刮油效果，进一步提高油消耗量的降低效果。

另外，能够设为如下形态：所述切口部设置在与所述合口部不同的位置。通过设为在与合口部不同的位置设置切口部的构造，能够维持合口部附近的强度，并且实现油消耗量的降低。

另外，能够设为如下形态：沿着所述主体部断续地设置有所述切口部。通过断续地设置切口部，成为能够对切口部相对于主体部整周所占的比例进行控制的结构。在该情况下，能够将活塞环的侧面密封性控制在适当的范围内。

另外，能够设为如下形态：所述另一方的侧面具有凸状的弯曲面。通过使另一方的侧面具有凸状的弯曲面，从而能够在另一方的侧面降低侧面密封性，能够提高油消耗量的降低效果。

另外，能够设为如下形态：所述另一方的侧面具有凹部。通过使另一方的侧面具有凹部，能够在另一方的侧面降低侧面密封性，能够提高油消耗量的降低效果。

另外，能够设为如下形态：在所述内周面、所述外周面、所述一方的侧面、所述另一方的侧面、所述合口部的对合面中的至少一个面设置有表面处理膜。当设置有表面处理膜时，通过表面处理膜使耐磨损性提高。

发明效果

根据本发明，提供能够兼顾窜漏气体的抑制和油消耗量的减少的活塞环。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的活塞环的立体图。

图2是说明合口部的构造的立体图。

图3(A)是合口部的俯视图，图3(B)是合口部的主视图。

图4(A)是主体部的剖视图，相当于图1的IV-IV剖视图。图4(B)是合口端部的概略剖视图，相当于图1的B-B剖视图。

图5(A)及图5(B)示出内周面的形状的变更例。

图6(A)是活塞环1A的合口端部的概略剖视图，相当于图1的A-A剖视图。图6(B)是活塞环1A的合口端部12的概略剖视图，相当于图1的B-B剖视图。

图7是活塞环1B的主体部的概略剖视图。

图8(A)是活塞环1B的合口端部的概略剖视图，相当于图1的A-A剖视图。图8(B)是活塞环1B的合口端部的概略剖视图，相当于图1的B-B剖视图。

图9是活塞环1C的主体部的剖视图。

图10(A)是活塞环1C中的合口部的俯视图，图10(B)是活塞环1C中的合口部的主视图。

图11(A)是活塞环1C的合口端部的概略剖视图，相当于图11的A-A剖视图。图11(B)是活塞环1C的合口端部的概略剖视图，相当于图1的B-B剖视图。

图12是相对于活塞环1C变更了切口部21的配置的活塞环1D的俯视图。

图13是活塞环1E的主体部的剖视图。

图14(A)是活塞环1F的仰视图，图14(B)是活塞环1F的主体部的侧视图。

图15(A)是活塞环1G的主体部的剖视图，图15(B)是活塞环1G的仰视图。

图16是说明活塞环1H的合口部的构造的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明用于实施本发明的形态。此外，在附图的说明中对相同要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

图1是示出本发明的一实施方式的活塞环的立体图。图1所示的活塞环1例如在汽车等的内燃机中设置于活塞外周面的环槽。活塞环1的外周面2d与孔内周面滑动接触，且活塞环1的侧面2b侧与环槽的侧面抵接而成为密封面，由此具有防止窜漏气体从燃烧室侧朝向曲轴室侧的防止功能。另外，本实施方式的活塞环1也能够用于安装于活塞的外周面的第一环(从燃烧室侧起第一个环)及第二环(从燃烧室侧起第二个环)中的任一个。

活塞环1具备环状的主体部2和形成于主体部2的一部分的合口部3。主体部2由作为宽度方向上的端面的一对侧面2a、2b和作为厚度方向上的端面的内周面2c及外周面2d构成，截面呈厚度方向为长边且宽度方向为短边的大致矩形状。但是，如后所述，由于外周面2d倾斜，因此侧面2a及侧面2b的长度相互不同。另外，截面形状并不限定于上述形状。此外，活塞环1以侧面2a成为燃烧室侧且侧面2b成为曲轴室侧的方式安装于活塞。一对侧面2a、2b分别以将内周面2c与外周面2d之间连接的方式设置。

合口部3包括设置于环状的主体部2的两端部的合口端部11、12。在将活塞环1安装于环槽之前的状态下，合口端部11、12成为以规定的间隔相向的状态。

图2及图3是说明合口部3的构造的图。图2是说明合口部3的构造的立体图，图3(A)是合口部3的俯视图(从侧面2a侧观察的图)，图3(B)是合口部3的主视图(从外周面2d侧观察的图)。在活塞环1中，合口部3呈所谓的三重阶梯形状。三重阶梯形状是指从三个方向观察合口部3时呈阶梯形状的形状。在本实施方式的活塞环1的情况下，从上侧的侧面2a侧观察时、从下侧的侧面2b侧观察时以及从外周面2d侧观察时，合口部3成为阶梯形状。

更具体而言，如图2、图3所示，在合口端部11及合口端部12的相向面中，与主体部2的内周面2c侧的大致一半中的相向面11a、12a相比，在主体部2的外周面2d侧的大致一半中，以在侧面2a侧合口端部12向合口端部11侧突出且在侧面2b侧合口端部11向合口端部12侧突出的方式形成有凹凸。

具体而言，在主体部2的外周面2d侧的大致一半且侧面2a侧的大致一半(在图2中为大致上半部分的部分)，在合口端部12设置有比相向面12a更向合口端部11侧突出的第一突出部13，另一方面，在合口端部11设置有承接第一突出部13的第一承接部14。第一突出部13的前端面13a与第一承接部14的承接面14a相向。另外，在主体部2的外周面2d侧的大致一半且侧面2b侧的大致一半(在图2中为大致下半部分的部分)，在合口端部11设置有比相向面11a更向合口端部12侧突出的第二突出部15，另一方面，在合口端部12设置有承接第二突出部15的第二承接部16。第二突出部15的前端面15a与第二承接部16的承接面16a相向。

其结果是，在从侧面2a侧观察时，如图3(A)所示，设置相向面11a、12a的位置和设置第一突出部13的前端面13a及第一承接部14的承接面14a的位置沿着主体部2的长度方向相互不同，因此成为阶梯形状。另外，在从外周面2d侧观察时，如图3(B)所示，设置有第一突出部13的前端面13a及第一承接部14的承接面14a的位置与设置有第二突出部15的前端面15a及第二承接部16的承接面16a的位置沿着主体部2的长度方向互相不同，因此成为阶梯形状。而且，在从侧面2b侧观察时，如图2所示，设置相向面11a、12a的位置和设置第二突出部15的前端面15a及第二承接部16的承接面16a的位置也沿着主体部2的长度方向相互不同，因此成为阶梯形状。在各面中的成为阶梯形状的台阶的区域(阶梯的分割位置)分别为大致中央附近。这样，本实施方式的合口部3呈三重阶梯形状。此外，如图2及图3所示，在相向面11a与相向面12a之间、第一突出部13的前端面13a与第一承接部14的承接面14a之间、以及第二突出部15的前端面15a与第二承接部16的承接面16a之间分别设置有空隙。

图4(A)是活塞环1的主体部2的概略剖视图，相当于图1的IV-IV剖视图。另外，图4(B)是活塞环1的合口端部12的概略剖视图，相当于图1的B-B剖视图。

如图2及图4所示，本实施方式的活塞环1呈具有随着从上方的侧面2a(一方的侧面)侧朝向下方的侧面2b(另一方的侧面)侧而外周面2d的直径变大的锥面(taper face)的锥形状。在图4(A)中示出活塞环1的主体部2的截面。这样，在活塞环1中，外周面2d的整个面为锥面。因此，如图2所示，合口部3周边也成为锥面。具体而言，如图4(B)所示，在合口端部12，第一突出部13的外周面2d侧成为锥面。同样地，在合口端部11，第二突出部15的外周面2d侧也成为锥面。在具有锥面的活塞环1中，活塞环1的外径最大的区域在与孔内周面接触的状态下滑动。在本实施方式的活塞环1的情况下，在由侧面2b和外周面2d形成的角部31处直径最大。因此，在安装有活塞环1的情况下，该侧面2b与外周面2d的角部31在与孔内周面接触的状态下滑动。通过设为这样的结构，与汽缸的孔内周面的接触面积变小，因此油的初始适应性提高。另外，通过减小活塞环1与孔内周面的接触面积，能够提高接触面压，能够良好地刮取附着于孔内周面的油。

由锥面构成的外周面2d的倾斜角θ(参照图4：外周面2d相对于活塞环的轴向的角度)能够设为1°～10°。这样，外周面2d包含锥面，通过将其倾斜角θ设为1°～10°，能够提高活塞环1的外周面2d的刮油效果，能够降低油消耗量。

另外，如图2及图4所示，活塞环1在主体部2的内周面2c设置有收容配置在活塞环1的内侧的螺旋弹簧的弹簧槽2e。收容于该弹簧槽2e内的螺旋弹簧是为了在将活塞环1安装于活塞外周面的环槽而插入到汽缸的孔内时将活塞环1向半径方向外侧按压而设置的。在本实施方式的活塞环1中，弹簧槽2e不是设置在内周面2c的中央(距侧面2a及侧面2b的距离相等的区域)附近，而是如图4所示设置在比中央附近靠近侧面2b侧、即靠近曲轴室侧的位置。设置弹簧槽2e的位置能够在活塞动作时安装于弹簧槽2e的螺旋弹簧不与活塞环1分离的范围内适当变更。通过使设置有弹簧槽2e的位置比中央附近更向侧面2b侧(曲轴室侧)移动，能够在提高具有锥面的活塞环1的外周面2d与孔内周面的紧贴性的状态下使活塞环1滑动。

此外，作为用于将活塞环1向半径方向外侧按压的机构，也可以不使用螺旋弹簧而使用板簧。另外，只要具有将活塞环1向半径方向外侧按压的功能，则弹簧的形状并不限定于上述形状。另外，内周面2c的形状能够根据弹簧的形状而适当变更。另外，即使弹簧的形状相同，也能够在能够承接由弹簧产生的向半径方向外侧的按压力的范围内适当变更活塞环1的内周面2c的形状。

图5示出内周面2c的形状的变更例。在图5(A)所示的变形例中，内周面2c与侧面2a的连接部分被切除，形成与设置在活塞环1的内侧的螺旋弹簧5抵接的弹簧抵接面2f。当对活塞外周面的环槽6安装设置有螺旋弹簧5及弹簧抵接面2f的活塞环1并插入到汽缸的孔内时，如图5(A)所示，螺旋弹簧5在向设置有弹簧抵接面2f的一侧(在此为侧面2a侧)移动了的状态下成为按压弹簧抵接面2f的状态。此外，弹簧抵接面也可以设置在内周面2c与侧面2b的连接部分。在图5(B)中，示出了弹簧抵接面2f设置在侧面2b侧的例子。在该情况下，若对活塞外周面的环槽6安装设置有螺旋弹簧5及弹簧抵接面2f的活塞环1并插入到汽缸的孔内，则如图5(B)所示，螺旋弹簧5在向设置有弹簧抵接面2f的一侧(在此为侧面2b侧)移动了的状态下，成为按压弹簧抵接面2f的状态。这样，内周面2c的形状能够适当变更。

上述活塞环1为树脂制。在本实施方式中，活塞环1为树脂制是指构成活塞环1的材料所包含的树脂的比例为50％以上。构成活塞环1的树脂没有特别限定，能够选择高强度耐热树脂。作为高强度耐热树脂，能够例示以聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS)等为代表的超级工程塑料。另外，还能够使用耐热性高的聚苯并咪唑(PBI)。此外，也能够使用聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)以及液晶聚合物(LCP)等。上述材料能够注射成型，也能够容易地形成如本实施方式的活塞环1那样的复杂形状的合口部。此外，活塞环1的制造方法并不限定于注射成型，例如，也可以在将树脂粉末压缩成型为环状之后利用薄刃刀具形成合口部。

此外，通过将上述活塞环1的构成材料设为包含碳纤维或玻璃纤维的纤维强化树脂，能够进一步提高耐热性并提高强度。另外，也可以对活塞环1所使用的树脂材料添加填充材料等。作为填充材料，例如能够列举钼、金属粉(Cu、Fe)、石墨、聚四氟乙烯(PTFE)、溴、云母、氧化锌(ZnO)、滑石等。

此外，在上述活塞环1的外周面2d也可以形成有用于提高耐磨损性的覆膜(表面处理膜)。用于提高耐磨损性的覆膜的材料没有特别限定，例如能够使用类金刚石碳(DLC)、硬质镀铬、复合分散镀敷、金属的氮化物、碳化物等。另外，对外周面2d的覆膜的形成方法没有特别限定，例如能够使用无电解镀敷以及电镀、物理蒸镀(PVD)。

另外，覆膜(表面处理膜)也可以设置于与外周面2d不同的面。即，也可以在活塞环1的侧面2a、2b、内周面2c、外周面2d、合口部3的对合面(合口端部11中与合口端部12相向的面或者在合口端部12中与合口端部11相向的面)中的至少一面设置覆膜。在该情况下，设置有覆膜的面的耐磨损性提高。

上述活塞环1通过为树脂制，与以往的金属制的活塞环相比，比重小，因此不易引起环的浮起，能够提高活塞环的侧面密封性。另外，由于树脂制的活塞环1的弹性模量小，因此活塞环1在环槽内移动的情况下的追随性也高。并且，活塞环1的合口部3具有三重阶梯形状，因此在安装于活塞时，能够减小从侧面2a侧(燃烧室侧)到侧面2b侧(曲轴室侧)之间形成的气体的流通面积，能够减少气体量。因此，根据上述活塞环1，气体密封性提高，能够抑制窜漏气体。另外，活塞环1的外周面2d具有锥面，因此活塞环1的外周面2d的刮油效果提高，能够降低油消耗量。在外周面2d为整体与孔内周面抵接的状态下滑动的结构的情况下，气体密封性提高，能够抑制窜漏气体，但从油消耗量的观点出发存在改善的余地。与此相对，通过使外周面2d具有锥面，能够提高油的刮取性能，从而能够降低油消耗量。

此外，也可以不是将外周面2d的整个面设为锥面的结构，而是以在外周面2d的角部31附近使外周面2d与孔内周面抵接的区域变大的方式，将角部31附近不设为锥面而与孔内周面(即，活塞环的轴向)平行(设为θ＝0°)的结构。

(变形例-1)

接着，对本实施方式的变形例的活塞环进行说明。首先，图6示出第一变形例的活塞环1A。图6(A)是活塞环1A的合口端部11的概略剖视图，相当于图1的A-A剖视图。在图6(A)中，合口端部11的第二突出部15以截面示出。另外，图6(B)是活塞环1A的合口端部12的概略剖视图，相当于图1的B-B剖视图。另外，在图6(B)中，合口端部12的第一突出部13以截面示出。

第一变形例的活塞环1A与活塞环1相比在以下方面不同。首先，活塞环1A与活塞环1同样地，外周面2d呈锥形状，但外周面2d整个面并不成为锥面，仅侧面2b侧的一部分(在图6中为大致一半)成为锥面，侧面2b侧的剩余的部分不倾斜(θ＝0°)。此外，在图6中示出活塞环1A的合口端部11、12周边，但在主体部2中也同样地仅侧面2a侧的一部分成为锥形状。

并且，由突出部和承接部形成并在外周面2d连续地形成的阶梯形状的台阶部(分割位置)从侧面2a与侧面2b之间的中央附近移动到侧面2b侧。即，如图6(A)所示，第一承接部14的宽度(活塞环1A的宽度方向的长度)比第二突出部15大。另外，如图6(B)所示，第一突出部13的宽度(活塞环1A的宽度方向的长度)比第二承接部16大。其结果是，阶梯形状的台阶部的外周面2d侧的端部设置在与所述锥面不同的位置。

当采用上述活塞环1A的构造时，与活塞环1相比，能够进一步抑制窜漏气体。如上所述，活塞环1通过采用三重阶梯形状的合口部3来实现抑制窜漏气体。然而，通过将外周面2d的整个面设为锥面，成为仅由外周面2d和侧面2b形成的角部31与孔内周面抵接的构造。在该情况下，如图2所示，在第二突出部的前端面15a与第二承接部16的承接面16a的相向面的附近形成气体从侧面2a侧向侧面2b侧的移动路径。在图4(B)中，用虚线表示安装活塞环1时的孔内周面W的配置，但在箭头A所示的部分形成气体的移动路径。其结果是，存在稍微产生窜漏气体的可能性。

与此相对，在变形例的活塞环1A中，构成为阶梯形状的台阶部(分割位置)移动到侧面2b侧，外周面2d侧的端部设置在与锥面不同的位置。而且，在活塞环1A中，仅在侧面2a侧形成外周面2d的锥面。其结果是，第一突出部13以及第一承接部14侧的外周面2d成为一部分锥面，但第二突出部15以及第二承接部16侧的外周面2d不是锥面，而是与孔内周面抵接的状态。

在具有上述构造的活塞环1A中，与活塞环1同样地，合口部3具有三重阶梯形状，因此气体密封性提高，能够抑制窜漏气体。另外，在活塞环1A中，由于外周面2d的一部分成为锥面，因此能够提高活塞环1的外周面2d的刮油效果，能够降低油消耗量。而且，阶梯形状的台阶部(分割位置)和比台阶部靠侧面2b侧的第二突出部15以及第二承接部16的外周面2d不倾斜，因此由于与孔内周面抵接，所以在第二突出部的前端面15a与第二承接部16的承接面16a的相向面的附近不形成气体的移动路径，能够提高窜漏气体的抑制效果。

(变形例-2)

图7及图8示出第二变形例的活塞环1B。图7是活塞环1B的主体部2的概略剖视图。另外，图8(A)是活塞环1B的合口端部11的概略剖视图，相当于图1的A-A剖视图。在图8(A)中，合口端部11的第二突出部15以截面示出。另外，图8(B)是活塞环1B的合口端部12的概略剖视图，相当于图1的B-B剖视图。另外，在图8(B)中，合口端部12的第一突出部13以截面示出。

第二变形例的活塞环1B与活塞环1相比在以下方面不同。首先，活塞环1B与活塞环1同样地外周面2d包含锥面，但外周面2d整个面并不是锥面，仅侧面2a侧的一部分成为锥面。另外，在活塞环1A中，侧面2b侧的剩余部分不倾斜(θ＝0°)，相对于此，在活塞环1B中，剩余的部分具有不倾斜的区域和倒锥形状(θ＜0°)的倒锥面。

具体而言，如图7所示，活塞环1B的外周面2d以随着从侧面2a侧朝向侧面2b侧而锥面2d₁、平坦面2d₂以及倒锥面2d₃以成为该顺序的方式配置。能够将锥面2d₁相对于孔内周面W的倾斜角θ₁设为1°～20°。锥面2d₁的宽度(活塞环1B的宽度方向的长度)相对于活塞环1B的宽度能够为30％～50％。另外，平坦面2d₂是与孔内周面W抵接而滑动的区域，是沿着活塞环1的轴向延伸的面。平坦面2d₂的宽度(活塞环1B的宽度方向的长度)相对于活塞环1B的宽度能够为0％～40％。即，平坦面2d₂也可以不设置在锥面2d₁与倒锥面2d₃之间。此外，在设置平坦面2d₂的情况下，优选的平坦面2d₂的宽度相对于活塞环1B的宽度为3％～40％。而且，倒锥面2d₃是外周面2d的直径随着朝向侧面2b侧而变小的区域。能够将倒锥面2d₃相对于孔内周面W的倾斜角θ₂设为10°～70°。优选的倾斜角θ₂为10°～50°。其中，优选θ₁＜θ₂。倒锥面2d₃的宽度(活塞环1B的宽度方向的长度)相对于活塞环1B的厚度能够为30％～50％。

另外，在合口部3附近，如图8(A)及图8(B)所示，阶梯形状的台阶部(分割位置)以成为中央附近的平坦面2d₂的方式设置。即，第一承接部14与第二突出部15的边界的外周面2d以及第一突出部13与第二承接部16的边界的外周面2d成为平坦面2d₂。因此，第一突出部13以及第一承接部14的外周面2d由锥面2d₁以及平坦面2d₂构成，第二突出部15以及第二承接部16的外周面2d由接触区域2d₂以及倒锥面2d₃构成。

在具有上述构造的活塞环1B中，与活塞环1同样地，合口部3具有三重阶梯形状，因此气体密封性提高，能够抑制窜漏气体。另外，在活塞环1B中，外周面2d的一部分成为锥面2d₁，因此能够提高抑制活塞环1的外周面2d的刮油效果中特别是向燃烧室侧的刮油的效果。另外，阶梯形状的台阶部(分割位置)的外周面2d侧成为平坦面2d₂，因此能够抑制利用外周面2d的外侧的气体的移动，因此与活塞环1相比，能够提高窜漏气体的抑制效果。而且，若在外周面2d中比平坦面2d₂靠侧面2b侧的位置形成有倒锥面2d₃，则能够提高促进活塞环1B的外周面2d的刮油效果中的特别是向曲轴室侧的刮油的效果。因此，在活塞环1B中，也能够兼顾窜漏气体的抑制和油消耗量的减少。上述效果在锥面2d₁中的相对于孔内周面W的倾斜角θ₁和倒锥面2d₃中的相对于孔内周面W的倾斜角θ₂满足θ₁＜θ₂的关系的情况下显著。但是，即使在满足θ₁≥θ₂的关系的情况下，通过设置倒锥面，也能够提高油消耗量的减少效果。

(变形例-3)

图9、图10及图11示出第三变形例的活塞环1C。图9是活塞环1C的主体部2的剖视图。图10(A)是活塞环1C中的合口部3的俯视图(从侧面2a侧观察的图)，图10(B)是活塞环1C中的合口部3的主视图(从外周面2d侧观察的图)。图11(A)是活塞环1C的合口端部11的概略剖视图，相当于图1的A-A剖视图。另外，图11(B)是活塞环1C的合口端部12的概略剖视图，相当于图1的B-B剖视图。

第三变形例的活塞环1C与第二变形例的活塞环1B相比在以下方面不同。如图9的假想线所示，在活塞环1C中，在侧面2b与外周面2d所成的角部32设置有切口部21(底切)。即，切口部21设置于侧面2b侧且外周面2d侧的主体部2的一部分。切口部21形成在第二变形例的活塞环1B的外周面2d中的与倒锥面2d₃以及从倒锥面2d₃连续的平坦面2d₂的一部分对应的位置。因此，成为在活塞环1C的外周面2d存在锥面2d₁和平坦面2d₂的一部分的状态。

切口部21也可以从活塞环1C的注塑成型时形成。另外，例如也可以通过利用切削用、磨削用或研磨用的夹具等对侧面2b侧且外周面2d侧的主体部2的一部分进行切除而形成切口部21。

切口部21具有朝向外周面2d侧的第一面21a和朝向侧面2b的第二面21b。第一面21a与第二面21b所成的角度例如能够设为直角(90°)，但并不特别限定。另外，关于第一面21a与第二面21b的边界部分的形状也没有特别限定。另外，切口部21的深度(活塞环1C的沿着宽度方向的第一面21a的长度以及活塞环1C的沿着厚度(半径)方向的第二面21b的长度)能够适当变更。例如，在活塞环1C中，活塞环1C的沿着宽度方向的第一面21a的长度相对于活塞环1C的宽度约为1/5～大致一半左右，活塞环1C的沿着半径方向的第二面21b的长度相对于活塞环1C的厚度(主体部2的厚度)约为1/5～大致一半左右。

此外，切口部21也可以设置于构成合口部3的合口端部11、12。即，切口部21也可以遍及活塞环1C的整周而形成。但是，在第三变形例中说明的活塞环1C中，成为在合口部3处未形成切口部21的中断型。具体而言，如图10(A)及图10(B)所示，沿着主体部2的角部31形成的切口部21在到达合口端部11及合口端部12之前形成终端。其结果是，在俯视时，合口端部11及合口端部12与切口部21成为相互不重叠的状态。因此，活塞环1C中的合口端部11以及合口端部12的形状与活塞环1B相同。具体而言，如图11(A)以及图11(B)所示，在活塞环1C中，第一突出部13以及第一承接部14的外周面2d也由锥面2d₁以及平坦面2d₂构成，第二突出部15以及第二承接部16的外周面2d由接触区域2d₂以及倒锥面2d₃构成。

在具有上述构造的活塞环1C中，与活塞环1同样地，合口部3具有三重阶梯形状，因此气体密封性提高，能够抑制窜漏气体。另外，在活塞环1C中，外周面2d的一部分成为锥面2d₁，因此能够提高抑制活塞环1的外周面2d的刮油效果中的特别是向燃烧室侧的刮油的效果。另外，阶梯形状的台阶部(分割位置)的外周面2d侧成为平坦面2d₂，因此能够抑制利用外周面2d的外侧的气体的移动，与活塞环1相比，窜漏气体的抑制效果提高。而且，在外周面2d的比平坦面2d2靠侧面2b侧的位置，除了合口部3以外还形成有切口部21。因此，通过切口部21，能够提高促进活塞环1C的外周面2d的刮油效果中的特别是向曲轴室侧的刮油的效果。因此，在活塞环1C中，也能够兼顾窜漏气体的抑制和油消耗量的减少。

此外，即使在锥面2d₁与倒锥面2d₃之间未设置平坦面2d₂的情况下，也能够通过将阶梯形状的台阶部(分割位置)的外周面2d侧设为锥面2d₁与倒锥面2d₃的边界部分，从而抑制利用外周面2d的外侧的气体的移动，从而与活塞环1相比能够提高窜漏气体的抑制效果。

此外，在切口部21遍及包含构成合口部3的合口端部11、12在内的活塞环1C的整周而形成的情况下，如图11(A)及图11(B)中假想线所示，形成切口部21。但是，若相对于合口端部的突出部形成切口部21，则如图11(A)所示的合口端部11的第二突出部15那样，有可能使突出部的强度降低。因此，在相对于合口端部11、12也设置切口部21的情况下，例如能够设为通过变更切口部21的深度等而使合口端部11、12的各部分的强度不降低的形态。

图12是相对于第三变形例的活塞环1C变更切口部21的配置的活塞环1D的俯视图。也可以取代如图12的活塞环1D那样将切口部21设置于主体部2的整周，而采用如图12的活塞环1D那样沿着主体部2分离地设置多个切口部21的结构。在这样的活塞环1D的情况下，在相邻的切口部21之间形成未设置切口部21的区域。即，在活塞环1D中，成为断续地设置有切口部21的状态。设置于活塞环1C或活塞环1D的切口部21具有促进刮油的效果。另一方面，若设置有切口部21，则外周面2d与孔内周面抵接的区域(平坦面2d₂)变小，因此侧面密封性降低。如上所述，若侧面密封性高，则有可能油的刮取效果(特别是刮下效果)降低，另一方面，若侧面密封性过低，则气体密封性也有可能降低，作为活塞环的性能降低。因此，如图12所示，通过分离地断续地设置多个切口部21，能够控制切口部21相对于主体部2整周所占的比例，从而能够将侧面密封性控制在适当的范围。另外，根据上述结构，与切口部21遍及整周设置的情况相比，活塞环的强度也提高。

(变形例-4)

图13示出第四变形例的活塞环1E。图13是活塞环1E的主体部2的剖视图。

第四变形例的活塞环1E与活塞环1相比在以下方面不同。即，侧面2b的形状不是平坦的，成为表面的一部分突出的大致圆弧状的桶面形状。

如上所述，树脂制的活塞环的侧面密封性高。另一方面，若侧面密封性高，则会产生油的刮取效果(特别是刮下效果)降低的情况。与此相对，在第三变形例的活塞环1C、1D中，通过设置切口部21而减小侧面2b的面积，使侧面密封性降低。与此相对，在第四变形例的活塞环1E中，通过在侧面2b的表面设置凸状的弯曲面，形成桶面形状，从而使侧面密封性降低。

在具有上述构造的活塞环1E中，合口部3具有三重阶梯形状，因此气体密封性提高，能够抑制窜漏气体。另外，在活塞环1E中，外周面2d包含锥面，因此活塞环1的外周面2d的刮油效果提高。因此，在活塞环1E中，也能够兼顾窜漏气体的抑制和油消耗量的减少。而且，通过变更侧面2b的形状，能够降低侧面密封性。由此，在活塞环1E中，能够防止油的刮取效果的降低。

此外，侧面2b的表面形状并不限定于上述桶面形状。例如，也可以构成为在活塞环的侧面2b的表面设置凹凸，减小侧面2b与活塞的环槽的接触面积，从而控制侧面密封性。但是，在侧面2b的表面设置凹凸的情况下，若因凹凸而使侧面2b与环槽之间的侧面密封性丧失，则会导致作为活塞环的性能降低。因此，在不损害侧面密封性的范围、即侧面2b与环槽抵接时能够确保密封性的范围内，能够设为变更凹凸的形状的形态。

(变形例-5)

图14示出第五变形例的活塞环1F。图14(A)是活塞环1F的仰视图，图14(B)是活塞环1F的主体部的侧视图(从外周面2d侧观察的图)。

第五变形例的活塞环1F与活塞环1相比在以下方面不同。即，在侧面2b设置有一个以上的凹部。具体而言，在活塞环1F的侧面2b形成有作为贯通内周面2c侧与外周面2d侧之间的凹部的槽部22。在活塞环1F的情况下，槽部22分散设置在侧面2b上的三处。即，通过以在活塞环的侧面2b的表面形成凹凸的方式设置凹部(槽部22)，从而控制侧面密封性。

如上所述，树脂制的活塞环的侧面密封性高。另一方面，若侧面密封性高，则会产生油的刮取效果(特别是刮下效果)降低的情况。关于这一点，在第五变形例的活塞环1F中，通过设置贯通内周面2c侧与外周面2d侧之间的槽部22，从而减小侧面2b的面积，使侧面密封性降低。另外，通过变更槽部22的数量等，能够进行侧面密封性的控制。

图15示出相对于活塞环1F变更侧面2b侧的凹部的形状及配置的活塞环1G。图15(A)是活塞环1G的主体部的剖视图，图15(B)是活塞环1G的仰视图。

在活塞环1G的情况下，在侧面2b设置有一个以上的凹部23，但凹部23以不贯通内周面2c侧与外周面2d侧之间而仅在内周面2c侧开口的方式设置。这样，在活塞环的侧面2b设置凹部的情况下，其形状能够适当变更。此外，如活塞环1C那样，在侧面2b侧设置有切口部21的情况下，通过相对于与切口部21不同的位置的侧面2b形成凹部，也能够进行基于凹部的侧面密封性的控制。

(变形例-6)

图16示出第六变形例的活塞环1H。图16是说明活塞环1H的合口部3的构造的立体图。活塞环1H与活塞环1相比变更合口部3的构造。

上述活塞环1的合口部3呈所谓的三重阶梯形状。与此相对，第六变形例的活塞环1H在从两个方向观察合口部3时呈阶梯形状。在活塞环1H的情况下，在从上侧的侧面2a侧观察时以及从外周面2d侧观察时，合口部3成为阶梯形状。

更具体而言，在活塞环1H中，合口端部11以及合口端部12中的主体部2的内周面2c侧的大致一半中的相向面11a、12a设置于侧面2a侧的大致一半(在图2中为大致上半部分的部分)这一点与活塞环1不同。另外，在活塞环1H中，在主体部2的侧面2b侧的大致一半(在图16中为大致下半部分的部分)，在合口端部11设置有比相向面11a更向合口端部12侧突出的第二突出部15，并且在合口端部12设置有承接第二突出部15的第二承接部16。第二突出部15的前端面15a与第二承接部16的承接面16a相向。在活塞环1H中，第二突出部15以及第二承接部16在侧面2b侧从内周面2c形成至外周面2d这一点与活塞环1不同。

此外，在活塞环1H中，在主体部2的外周面2d侧的大致一半且侧面2a侧的大致一半(在图16中为大致上半部分的部分)设置有第一突出部13和第一承接部14，第一突出部13的前端面13a与第一接受部14的承接面14a相向这一点与活塞环1相同。

其结果是，在从侧面2a侧观察时，设置有相向面11a、12a的位置和设置有第一突出部13的前端面13a及第一承接部14的承接面14a的位置沿着主体部2的长度方向相互不同，因此成为阶梯形状。另外，在从外周面2d侧观察时，设置有第一突出部13的前端面13a及第一承接部14的承接面14a的位置和设置有第二突出部15的前端面15a及第二承接部16的承接面16a的位置沿着主体部2的长度方向相互不同，因此成为阶梯形状。另一方面，在活塞环1H的情况下，在从侧面2b侧观察时，仅能够看到第二突出部15以及第二承接部16，因此不会成为阶梯形状。因此，在活塞环1H中，呈在从侧面2a侧及外周面2d侧观察时成为阶梯形状的形状。此外，在活塞环1H的情况下，在从内周面2c侧观察时，设置有相向面11a、12a的位置和设置有第二突出部15的前端面15a及第二承接部16的承接面16a的位置沿着主体部2的长度方向相互不同，因此成为阶梯形状。因此，活塞环1H的合口部3的构造也可以说是在从三个方向(侧面2b、内周面2c以及外周面2d)观察时呈阶梯形状的所谓的三重阶梯形状。

这样，活塞环1H的合口部3的构造并不是在从一对侧面2a、2b以及外周面2d观察时成为阶梯形状，而是在从一方的侧面(在此为2a)以及外周面2d观察时成为阶梯形状，在从另一方的侧面(在此为2b)观察时未成为阶梯形状。即使活塞环1H的合口部3为上述那样的构造，在安装于活塞时，在一对侧面之间形成的流通面积也变小，气体量减少。因此，气体密封性提高，能够抑制窜漏气体。能够适当地变更从侧面2a、2b的哪一个观察时成为阶梯形状。即，也可以在从侧面2b观察时成为阶梯形状。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变更。

实施例

(实施例1)

作为实施例1，通过对聚醚醚酮进行注射成型，制作合口部为三重阶梯形状且外周面为整面锥形形状(参照图4)的实施例1的活塞环。

(实施例2)

除了将外周面的一部分(曲轴室侧)设为平坦面(参照图6)以外，利用与实施例1的活塞环相同的方法制作实施例2的活塞环。

(实施例3)

除了在外周面形成锥面(燃烧室侧)和倒锥面(曲轴室侧)，在锥面与倒锥面之间形成平坦面，并且阶梯形状的台阶部的外周面侧端部设置于平坦面(参照图7、8)以外，利用与实施例1的活塞环相同的方法制作实施例3的活塞环。

(实施例4)

除了在外周面形成锥面(燃烧室侧)和倒锥面(曲轴室侧)，阶梯形状的台阶部的外周面侧端部设置于锥面与倒锥面的连接部分以外，利用与实施例1的活塞环相同的方法制作实施例3的活塞环。实施例4的活塞环在实施例3的活塞环中相当于将平坦面的长度设为0的活塞环。

(实施例5)

除了在合口部以外的侧面2b侧且外周面侧的主体部设置有切口部(参照图9～图11)以外，利用与实施例1的活塞环相同的方法制作实施例5的活塞环。

(比较例1)

作为比较例1，制作了马氏体系不锈钢制的活塞环。此外，比较例1的活塞环的合口部为直合口(间隙0.25m)，外周面为桶面形状。而且，在外周面实施CrN系的硬质覆膜。

(比较例2)

除了外周面形状为直线形状以外，利用与实施例1相同的方法制作比较例2的活塞环。比较例2的活塞环为树脂制。

(性能评价)

使用水冷四循环的自然吸气式汽油发动机，进行窜漏气体量和油消耗量的测定。在上述发动机的活塞的顶环用的环槽中安装评价对象(实施例1～5和比较例1、2)的活塞环。此时，以从内周面侧作用约6N的张力的方式安装螺旋弹簧。此外，第二环的油环使用从前以来安装于上述发动机的活塞槽中的油环。

运转条件为4000rpm、全负载(WOT：Wide Open Throttle，节气门全开)条件。运转时间为10hr。分别测定在上述运转条件下运转时的窜漏气体量和油消耗量。

对于实施例1～5及比较例1、2的活塞环，示出合口形状、锥形状部分(锥面)的倾斜角θ1(°)、外周面具有平坦面的情况下的长度(相对于宽度尺寸的比率)、倒锥面的倾斜角θ2(°)，并且作为性能评价结果，将窜漏气体量以及油消耗量示于表1。关于测定结果，将使用比较例1的活塞环时的窜漏气体量及油消耗量分别作为100时的比率。

表1

产业上的可利用性

标号说明

1…活塞环、2…主体部、2a、2b…侧面、2c…内周面、2d…外周面、3…合口部、11、12…合口端部。

Claims

1.一种活塞环，是具有环状的主体部和形成于所述主体部的合口部的树脂制的活塞环，所述环状的主体部具有彼此相向的内周面及外周面和将所述内周面与所述外周面之间连接的一对侧面，

在从所述一对侧面中的至少任一方及所述外周面观察时，所述合口部为阶梯形状，

所述外周面具有随着从所述一对侧面中的一方的侧面侧朝向另一方的侧面侧而外径变大的锥面。

2.根据权利要求1所述的活塞环，其中，

所述锥面设置于所述外周面中的所述一方的侧面侧的一部分，

从所述外周面连续地形成的阶梯形状的台阶部的所述外周面侧的端部设置于与所述锥面不同的位置。

3.根据权利要求1所述的活塞环，其中，

在所述外周面中的所述另一方的侧面侧的一部分具有随着从所述另一方的侧面侧朝向所述一方的侧面侧而外径变大的倒锥面。

4.根据权利要求3所述的活塞环，其中，

在所述外周面中的所述锥面与所述倒锥面之间具有平坦面，

从所述外周面连续地形成的阶梯形状的台阶部的所述外周面侧的端部设置于所述平坦面。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的活塞环，其中，

在所述另一方的侧面与所述外周面所成的角部具有切口部。

6.根据权利要求5所述的活塞环，其中，

所述切口部设置在与所述合口部不同的位置。

7.根据权利要求5或6所述的活塞环，其中，

沿着所述主体部断续地设置有所述切口部。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的活塞环，其中，

所述另一方的侧面具有凸状的弯曲面。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的活塞环，其中，

所述另一方的侧面具有凹部。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的活塞环，其中，

在所述内周面、所述外周面、所述一方的侧面、所述另一方的侧面、所述合口部的对合面中的至少一个面设置有表面处理膜。