JP2002266698A - 高Ｐｍａｘ用ピストンリング - Google Patents
高Ｐｍａｘ用ピストンリングInfo
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- JP2002266698A JP2002266698A JP2001066526A JP2001066526A JP2002266698A JP 2002266698 A JP2002266698 A JP 2002266698A JP 2001066526 A JP2001066526 A JP 2001066526A JP 2001066526 A JP2001066526 A JP 2001066526A JP 2002266698 A JP2002266698 A JP 2002266698A
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- ring
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Abstract
(57)【要約】
【課題】合口部付近における面圧を低減し、実働時の合
口部周辺における当たり抜けを防止するとともに、合口
部付近における摩耗が少ない、高Ｐｍａｘエンジン用ピ
ストンリングの提供。 【解決手段】略円形状をなし、シリンダに対し摺動する
外周摺動面と、ピストンに形成されたピストンリング溝
の底面に対向する内周面と、外周摺動面と内周面とを結
ぶ上面及び下面と、ピストンリングの該略円形状を半径
方向に分断する合口部とを備えた本体２がスチール製の
ピストンリング１であり、本体の外周摺動面、内周面、
上面、下面の全面に窒化層３Ａ〜３Ｄを形成した後に、
上面及び下面に形成された窒化層を除去する。窒化層が
取除かれたことにより、圧縮応力が開放され、リング全
体の曲率が大きくなる。
口部周辺における当たり抜けを防止するとともに、合口
部付近における摩耗が少ない、高Ｐｍａｘエンジン用ピ
ストンリングの提供。 【解決手段】略円形状をなし、シリンダに対し摺動する
外周摺動面と、ピストンに形成されたピストンリング溝
の底面に対向する内周面と、外周摺動面と内周面とを結
ぶ上面及び下面と、ピストンリングの該略円形状を半径
方向に分断する合口部とを備えた本体２がスチール製の
ピストンリング１であり、本体の外周摺動面、内周面、
上面、下面の全面に窒化層３Ａ〜３Ｄを形成した後に、
上面及び下面に形成された窒化層を除去する。窒化層が
取除かれたことにより、圧縮応力が開放され、リング全
体の曲率が大きくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はピストンリングに関し、
特に高Ｐｍａｘエンジン用のローポイントピストンリン
グに関する。
特に高Ｐｍａｘエンジン用のローポイントピストンリン
グに関する。
【０００２】
【従来の技術】ピストンリングは、リング自由時のリン
グカーブが、シリンダボアとの接触圧力分布（面圧分
布）について、ある種の形状を有するように作製されて
おり、例えば、図１２に示す等面圧分布、図１３に示す
楕円面圧分布、図１４に示す桃型分布（合口高面圧分
布）などが知られている。
グカーブが、シリンダボアとの接触圧力分布（面圧分
布）について、ある種の形状を有するように作製されて
おり、例えば、図１２に示す等面圧分布、図１３に示す
楕円面圧分布、図１４に示す桃型分布（合口高面圧分
布）などが知られている。
【０００３】図１２に示される等面圧分布は、全周に亘
り均一に面圧が分布している。中高回転型４サイクルエ
ンジンでは使用時のリング摩耗によって、合口部の面圧
の低下が生じるため、低回転型エンジンやコンプレッサ
等のリングに用いられる。
り均一に面圧が分布している。中高回転型４サイクルエ
ンジンでは使用時のリング摩耗によって、合口部の面圧
の低下が生じるため、低回転型エンジンやコンプレッサ
等のリングに用いられる。
【０００４】図１３に示される楕円面圧分布は、合口付
近とその反対側位置（１８０°位置）の面圧のみが高く
なるよう面圧が分布している。この分布は、合口部から
９０°位置と２７０°位置の２箇所で面圧が高くなるよ
う分布させても良い。
近とその反対側位置（１８０°位置）の面圧のみが高く
なるよう面圧が分布している。この分布は、合口部から
９０°位置と２７０°位置の２箇所で面圧が高くなるよ
う分布させても良い。
【０００５】図１４に示される桃型分布（合口高圧分
布）は、合口部における面圧が他の部分の面圧と比較し
て高くなる面圧分布である。自動車を始めとする各種高
回転型のエンジンのリングに用いられている。
布）は、合口部における面圧が他の部分の面圧と比較し
て高くなる面圧分布である。自動車を始めとする各種高
回転型のエンジンのリングに用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した等面圧分布等
のピストンリングでは、シリンダとピストンリングの温
度差による熱膨張量の差や、ピストンリングの内周側と
外周側の温度差による熱応力等により、ピストンリング
のリングカーブの曲率が小さくなり、合口部付近が高面
圧となる。
のピストンリングでは、シリンダとピストンリングの温
度差による熱膨張量の差や、ピストンリングの内周側と
外周側の温度差による熱応力等により、ピストンリング
のリングカーブの曲率が小さくなり、合口部付近が高面
圧となる。
【０００７】また特に、高Ｐｍａｘディーゼルエンジン
（排ガス規制対応大型ディーゼルエンジン）のトップリ
ングとして用いた場合では、極めて過酷な運転条件にあ
るため、ピストン温度が従来のエンジンと比較して高
く、それゆえリング内外の温度差が増加する。このた
め、ピストンリングの内周側と外周側の温度差による熱
応力が極端に大きくなるため、合口部付近での曲率が極
端に小さくなり、筒内圧力作用時以外の行程では、図１
５に示されるように、ピストンリング４０の合口部４２
外周側角部であるα部と、合口部付近の外周面部（β
部）との間の範囲において、シリンダボア４５に対する
当たり抜けが発生する。一方で、このような状態で筒内
圧力が作用した場合は、ピストンリング背部に作用する
筒内圧力によってピストンリングがシリンダボア４５に
押しつけられ、ピストンリングの摺動面がシリンダボア
４５に追従する。これにより、図１５に示すα部とβ部
付近の面圧が高くなる。ここで、α部は特に、高面圧で
シリンダボアに押しつけられる。これが、合口部での摩
耗の増加をもたらす。
（排ガス規制対応大型ディーゼルエンジン）のトップリ
ングとして用いた場合では、極めて過酷な運転条件にあ
るため、ピストン温度が従来のエンジンと比較して高
く、それゆえリング内外の温度差が増加する。このた
め、ピストンリングの内周側と外周側の温度差による熱
応力が極端に大きくなるため、合口部付近での曲率が極
端に小さくなり、筒内圧力作用時以外の行程では、図１
５に示されるように、ピストンリング４０の合口部４２
外周側角部であるα部と、合口部付近の外周面部（β
部）との間の範囲において、シリンダボア４５に対する
当たり抜けが発生する。一方で、このような状態で筒内
圧力が作用した場合は、ピストンリング背部に作用する
筒内圧力によってピストンリングがシリンダボア４５に
押しつけられ、ピストンリングの摺動面がシリンダボア
４５に追従する。これにより、図１５に示すα部とβ部
付近の面圧が高くなる。ここで、α部は特に、高面圧で
シリンダボアに押しつけられる。これが、合口部での摩
耗の増加をもたらす。
【０００８】また、ピストンリングの耐摩擦性を向上さ
せる目的で、ピストンリング外周面にイオンプレーティ
ング被膜（ＰＶＤ皮膜）を形成した場合には、合口部近
傍で皮膜のクラックや剥離の原因となる。
せる目的で、ピストンリング外周面にイオンプレーティ
ング被膜（ＰＶＤ皮膜）を形成した場合には、合口部近
傍で皮膜のクラックや剥離の原因となる。
【０００９】そこで本発明は、合口部付近における面圧
を低減し、実働時の合口部周辺における当たり抜けを防
止するとともに、合口部付近における摩耗が少ない高Ｐ
ｍａｘエンジン用ピストンリングを提供することを目的
とする。
を低減し、実働時の合口部周辺における当たり抜けを防
止するとともに、合口部付近における摩耗が少ない高Ｐ
ｍａｘエンジン用ピストンリングを提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、略円形状をなし、シリンダに対し摺動す
る外周摺動面と、ピストンに形成されたピストンリング
溝の底面に対向する内周面と、該外周摺動面と該内周面
とを結ぶ上面及び下面と、該ピストンリングの該略円形
状を半径方向に分断する合口部とを備えた本体がスチー
ル製のピストンリングにおいて、該本体の該外周摺動
面、該内周面、該上面、該下面の全面に窒化層を形成し
た後に、該上面及び該下面に形成された窒化層を厚さ方
向に関して一部又は全てを該上面及び該下面の全面に亘
って除去した高Ｐｍａｘエンジン用ピストンリングを提
供している。
に、本発明は、略円形状をなし、シリンダに対し摺動す
る外周摺動面と、ピストンに形成されたピストンリング
溝の底面に対向する内周面と、該外周摺動面と該内周面
とを結ぶ上面及び下面と、該ピストンリングの該略円形
状を半径方向に分断する合口部とを備えた本体がスチー
ル製のピストンリングにおいて、該本体の該外周摺動
面、該内周面、該上面、該下面の全面に窒化層を形成し
た後に、該上面及び該下面に形成された窒化層を厚さ方
向に関して一部又は全てを該上面及び該下面の全面に亘
って除去した高Ｐｍａｘエンジン用ピストンリングを提
供している。
【００１１】ここで、該本体は窒化層形成時の断面が矩
形をなし、該上面及び該下面に形成された窒化層を全て
除去し、更に該上面又は上面と下面とをテーパ状に加工
して、ハーフキーストンリング又はフルキーストンリン
グとするのが好ましい。
形をなし、該上面及び該下面に形成された窒化層を全て
除去し、更に該上面又は上面と下面とをテーパ状に加工
して、ハーフキーストンリング又はフルキーストンリン
グとするのが好ましい。
【００１２】又は、該本体は窒化層形成時の断面がハー
フキーストンリング又はフルキーストンリング形状をな
し、窒化層形成後に、該上面及び該下面の窒化層を除去
するのが好ましい。
フキーストンリング又はフルキーストンリング形状をな
し、窒化層形成後に、該上面及び該下面の窒化層を除去
するのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態によるピスト
ンリング及びその製造方法について図１、図２に基づき
説明する。図１は、加工前のピストンリング１’を示
し、断面が矩形のスチール製リング母材２には、その全
周に厚さ３０〜１１０ミクロンのガス窒化層３Ａ〜３Ｄ
が形成されている。即ち外周摺動面側の窒化層３Ａ、内
周面側の窒化層３Ｂ、外周摺動面と内周面とを結ぶ上面
側及び下面側の窒化層３Ｃ、３Ｄが形成される。
ンリング及びその製造方法について図１、図２に基づき
説明する。図１は、加工前のピストンリング１’を示
し、断面が矩形のスチール製リング母材２には、その全
周に厚さ３０〜１１０ミクロンのガス窒化層３Ａ〜３Ｄ
が形成されている。即ち外周摺動面側の窒化層３Ａ、内
周面側の窒化層３Ｂ、外周摺動面と内周面とを結ぶ上面
側及び下面側の窒化層３Ｃ、３Ｄが形成される。
【００１４】図２は、第１の実施の形態によるピストン
リング１を示し、図１のピストンリング１’の上面と下
面とに研削加工を施し、上面側窒化層３Ｃと下面側窒化
層３Ｄを全て除去している。上面側窒化層３Ｃと下面側
窒化層３Ｄを全て除去することにより、ガス窒化層３
Ｃ、３Ｄによる圧縮応力が無くなるので、ピストンリン
グ１全体の曲率が大きくなるように変化する。この状態
で呼び径冶具にリングを挿入すると、図７に示されるよ
うに、合口端面７からその近傍の任意の位置まではシリ
ンダボア４５に対して非接触となる。このようなリング
カーブにより、エンジンの運転によってピストンリング
１の熱変形が生じても、ピストンリング外周面側の合口
端部とシリンダボアとの接触面圧の上昇を抑制すること
ができる。
リング１を示し、図１のピストンリング１’の上面と下
面とに研削加工を施し、上面側窒化層３Ｃと下面側窒化
層３Ｄを全て除去している。上面側窒化層３Ｃと下面側
窒化層３Ｄを全て除去することにより、ガス窒化層３
Ｃ、３Ｄによる圧縮応力が無くなるので、ピストンリン
グ１全体の曲率が大きくなるように変化する。この状態
で呼び径冶具にリングを挿入すると、図７に示されるよ
うに、合口端面７からその近傍の任意の位置まではシリ
ンダボア４５に対して非接触となる。このようなリング
カーブにより、エンジンの運転によってピストンリング
１の熱変形が生じても、ピストンリング外周面側の合口
端部とシリンダボアとの接触面圧の上昇を抑制すること
ができる。
【００１５】図８は、第１の実施の形態によるピストン
リング１（図２）と、窒化層を除去しない図１２に示さ
れる従来の等面圧リングの、合口端部からの周方向位置
におけるリングとシリンダボアとのエンジン運転前の曲
率差を示すグラフである。ここで１／Ｒはシリンダボア
の曲率、１／Ｒｒは、リングの曲率であり、曲率差は
（１／Ｒ）−（１／Ｒｒ）で表される。図８から明らか
なように、全周で当り抜けがなく、シリンダボアに追従
する従来のリング及び、本実施の形態によるリングも、
合口部に向うほど、（１／Ｒ）−（１／Ｒｒ）が減少す
るが、従来の等面圧リングでは、合口部近傍でも負の値
は示さない。一方本実施の形態によるピストンリング
は、合口部近傍（合口部から中心角３０度付近まで）で
曲率差が負の値を示しており、この領域でシリンダボア
と非接触となる。
リング１（図２）と、窒化層を除去しない図１２に示さ
れる従来の等面圧リングの、合口端部からの周方向位置
におけるリングとシリンダボアとのエンジン運転前の曲
率差を示すグラフである。ここで１／Ｒはシリンダボア
の曲率、１／Ｒｒは、リングの曲率であり、曲率差は
（１／Ｒ）−（１／Ｒｒ）で表される。図８から明らか
なように、全周で当り抜けがなく、シリンダボアに追従
する従来のリング及び、本実施の形態によるリングも、
合口部に向うほど、（１／Ｒ）−（１／Ｒｒ）が減少す
るが、従来の等面圧リングでは、合口部近傍でも負の値
は示さない。一方本実施の形態によるピストンリング
は、合口部近傍（合口部から中心角３０度付近まで）で
曲率差が負の値を示しており、この領域でシリンダボア
と非接触となる。
【００１６】図３、図４は、第２、第３の実施の形態に
よるピストンリングを示し、具体的にはそれぞれハーフ
キーストンリング１１、フルキーストンリング２１を示
す。これらのリング１１、２１は主に、ディーゼルエン
ジンのトップリングとして用いられ、楔形状をなして、
リング溝内での半径方向の変位に伴い、リング溝内に溜
り易いスラッジを掻きだし、該溝内でスラッジが膠着す
るのを防止するために用いられる。フルキーストンリン
グ２１は上下面ともにテーパ状をなすので、上面のみテ
ーパ状のハーフキーストンリング１１に比較して、スラ
ッジの掻き出し効果はより高い。
よるピストンリングを示し、具体的にはそれぞれハーフ
キーストンリング１１、フルキーストンリング２１を示
す。これらのリング１１、２１は主に、ディーゼルエン
ジンのトップリングとして用いられ、楔形状をなして、
リング溝内での半径方向の変位に伴い、リング溝内に溜
り易いスラッジを掻きだし、該溝内でスラッジが膠着す
るのを防止するために用いられる。フルキーストンリン
グ２１は上下面ともにテーパ状をなすので、上面のみテ
ーパ状のハーフキーストンリング１１に比較して、スラ
ッジの掻き出し効果はより高い。
【００１７】図３に示されるハーフキーストンリング１
１は、図１に示される全面窒化処理をした加工前のピス
トンリング１’の下面側の窒化層３Ｄを全て取除き、ま
た上面側の窒化層３Ｃを全て取除いた後に、上面側を更
にテーパ状に研削加工することによって得られる。ま
た、図４に示されるフルキーストンリング２１は、図１
に示される全面窒化処理をした加工前のピストンリング
１’の上面側及び下面側の窒化層３Ｃ、３Ｄを全て取除
き、更に上面側及び下面側をテーパ状に研削加工するこ
とによって得られる。いずれも、第１の実施の形態によ
るピストンリングと同様に、上面側窒化層３Ｃと下面側
窒化層３Ｄを全て除去することにより、ガス窒化層３
Ｃ、３Ｄによる圧縮応力が無くなるので、ピストンリン
グ１１、２１全体の曲率が大きくなるように変化して、
常温時に図７に示されるような合口部付近での当り抜け
が生じるようになる。
１は、図１に示される全面窒化処理をした加工前のピス
トンリング１’の下面側の窒化層３Ｄを全て取除き、ま
た上面側の窒化層３Ｃを全て取除いた後に、上面側を更
にテーパ状に研削加工することによって得られる。ま
た、図４に示されるフルキーストンリング２１は、図１
に示される全面窒化処理をした加工前のピストンリング
１’の上面側及び下面側の窒化層３Ｃ、３Ｄを全て取除
き、更に上面側及び下面側をテーパ状に研削加工するこ
とによって得られる。いずれも、第１の実施の形態によ
るピストンリングと同様に、上面側窒化層３Ｃと下面側
窒化層３Ｄを全て除去することにより、ガス窒化層３
Ｃ、３Ｄによる圧縮応力が無くなるので、ピストンリン
グ１１、２１全体の曲率が大きくなるように変化して、
常温時に図７に示されるような合口部付近での当り抜け
が生じるようになる。
【００１８】図５、図６は、本発明の第４、第５の実施
の形態によるピストンリングを製造するための加工前の
リング１１’、２１’を示す。第２，第３の実施の形態
とは異なり、加工前のリング１１’及び２１’は、リン
グ本体２’、２”がハーフキーストンリング形状及びフ
ルキーストンリング形状をしており、これら形状のリン
グ本体の全周に窒化処理が施され、その後、上面側及び
下面側の窒化層３Ｃ、３Ｄのみを除去することによっ
て、図３、図４と同様なセミキーストンリング１１及び
フルキーストンリング２１が製造される。
の形態によるピストンリングを製造するための加工前の
リング１１’、２１’を示す。第２，第３の実施の形態
とは異なり、加工前のリング１１’及び２１’は、リン
グ本体２’、２”がハーフキーストンリング形状及びフ
ルキーストンリング形状をしており、これら形状のリン
グ本体の全周に窒化処理が施され、その後、上面側及び
下面側の窒化層３Ｃ、３Ｄのみを除去することによっ
て、図３、図４と同様なセミキーストンリング１１及び
フルキーストンリング２１が製造される。
【００１９】上述した実施の形態によるピストンリング
１，１１，２１によると、均一断面形状で曲げ剛性の減
少及び合口低面圧が可能となり、機関運転時には合口近
傍の局部的摩耗に対して優位となる。
１，１１，２１によると、均一断面形状で曲げ剛性の減
少及び合口低面圧が可能となり、機関運転時には合口近
傍の局部的摩耗に対して優位となる。
【００２０】図９に示される面圧分布測定装置によっ
て、本発明の第１の実施の形態によるピストンリング１
の面圧分布と従来のピストンリングの面圧分布とを測定
し比較した。尚、測定に際しては、各リングの軸方向厚
さや外周面形状、半径方向長さが同一のものを用いた。
ここで従来のピストンリングの構成は、断面矩形のスチ
ール製母材の全周にガス窒化層を形成したものである。
て、本発明の第１の実施の形態によるピストンリング１
の面圧分布と従来のピストンリングの面圧分布とを測定
し比較した。尚、測定に際しては、各リングの軸方向厚
さや外周面形状、半径方向長さが同一のものを用いた。
ここで従来のピストンリングの構成は、断面矩形のスチ
ール製母材の全周にガス窒化層を形成したものである。
【００２１】図９は、測定装置の左半分を示しており、
シリンダ１０２、１０３は、シリンダホルダ１０１に支
持され、シリンダ１０３の外周面の一部に凹部１０３ａ
が形成されて最薄部となる。テストピースであるピスト
ンリングを、ピストン１０５のリング溝１０５ａに装着
し、ピストンリングの外周面をシリンダ１０３の内周面
に当接させる。すると、シリンダ１０３の最薄部にはピ
ストンリングからの面圧が作用し、歪みが生じることと
なる。よって、凹部１０３ａの底部に歪みゲージ１０４
を貼りつけ、歪みゲージ１０４をストレインアンプ１０
７に接続し、ペンレコーダ１０８に歪みの値を記録する
ことによって、歪み値を面圧として測定した。また、ピ
ストンリング溝１０５ａ付近と、ピストンリングに対向
する位置にあるシリンダ１０３の内周面付近に、Ｊ型熱
電対１０９を備え、高速打点計１１０に接続すること
で、温度を計測した。更に、ピストンリングを保持する
ピストン１０５の上側に、ヒーター１０６を取付けて、
ピストンリングを加熱する一方で、シリンダ１０３の外
周側には冷却水を接触させてシリンダ１０３の冷却を行
い、ピストン１０５からシリンダ１０３まで実機運転時
に近い温度勾配を分布させた。
シリンダ１０２、１０３は、シリンダホルダ１０１に支
持され、シリンダ１０３の外周面の一部に凹部１０３ａ
が形成されて最薄部となる。テストピースであるピスト
ンリングを、ピストン１０５のリング溝１０５ａに装着
し、ピストンリングの外周面をシリンダ１０３の内周面
に当接させる。すると、シリンダ１０３の最薄部にはピ
ストンリングからの面圧が作用し、歪みが生じることと
なる。よって、凹部１０３ａの底部に歪みゲージ１０４
を貼りつけ、歪みゲージ１０４をストレインアンプ１０
７に接続し、ペンレコーダ１０８に歪みの値を記録する
ことによって、歪み値を面圧として測定した。また、ピ
ストンリング溝１０５ａ付近と、ピストンリングに対向
する位置にあるシリンダ１０３の内周面付近に、Ｊ型熱
電対１０９を備え、高速打点計１１０に接続すること
で、温度を計測した。更に、ピストンリングを保持する
ピストン１０５の上側に、ヒーター１０６を取付けて、
ピストンリングを加熱する一方で、シリンダ１０３の外
周側には冷却水を接触させてシリンダ１０３の冷却を行
い、ピストン１０５からシリンダ１０３まで実機運転時
に近い温度勾配を分布させた。
【００２２】図１０、１１は、縦軸が面圧、横軸が合口
端面７からの周方向角度を示す。また、黒丸は常温時
（リング・ライナともに２０℃）、白丸は実働時（ピス
トン２５０℃、ライナ１２０℃）の実験結果を示す。従
来例の等面圧のピストンリングでは、図１０白丸で示さ
れるように熱負荷の作用が働くと、合口端部付近の面圧
が極端に上昇した。そして、合口端部付近においてピス
トンリングがシリンダに強く押しつけられるのに伴い、
５°乃至２０°の範囲において、当たり抜けが生じた。
端面７からの周方向角度を示す。また、黒丸は常温時
（リング・ライナともに２０℃）、白丸は実働時（ピス
トン２５０℃、ライナ１２０℃）の実験結果を示す。従
来例の等面圧のピストンリングでは、図１０白丸で示さ
れるように熱負荷の作用が働くと、合口端部付近の面圧
が極端に上昇した。そして、合口端部付近においてピス
トンリングがシリンダに強く押しつけられるのに伴い、
５°乃至２０°の範囲において、当たり抜けが生じた。
【００２３】これに対して本発明の第１の実施の形態に
よるピストンリング１（図２）では、図１１から明らか
なように、黒丸で示す常温時の外周面のシリンダ１０３
に対する面圧の分布は、合口端部から合口端面７を始点
として該中心角１５°の範囲に亘り、面圧はゼロであ
り、当たり抜けが生じている。１５°を過ぎると、面圧
が徐々に高くなってゆき、その後なだらかに減少した後
に略一定値となり、面圧が略一定値となり始める位置
は、合口端面７を始点として中心角が略８０°の位置で
ある。しかし、実働時とほぼ同様の熱負荷を与えた時に
は、白丸に示されるように、合口端部近傍における面圧
が上昇し、合口端部近傍における当たり抜けは見られな
くなった。また従来のピストンリングと比して、合口端
部の急激な面圧上昇が見られない。従って、これに伴
い、合口端部の周辺における当たり抜けが生じなくなっ
ており、合口部における面圧の極端な上昇は見られない
ことがわかる。尚、本実験においては常温時における合
口部近辺以外の部分の面圧が約１．５ｋｇｆ／ｃｍ２程
度のピストンリングを試作し、実験を行ったが、この数
値はその用途に応じて様々に設定しうることは言うまで
もない。
よるピストンリング１（図２）では、図１１から明らか
なように、黒丸で示す常温時の外周面のシリンダ１０３
に対する面圧の分布は、合口端部から合口端面７を始点
として該中心角１５°の範囲に亘り、面圧はゼロであ
り、当たり抜けが生じている。１５°を過ぎると、面圧
が徐々に高くなってゆき、その後なだらかに減少した後
に略一定値となり、面圧が略一定値となり始める位置
は、合口端面７を始点として中心角が略８０°の位置で
ある。しかし、実働時とほぼ同様の熱負荷を与えた時に
は、白丸に示されるように、合口端部近傍における面圧
が上昇し、合口端部近傍における当たり抜けは見られな
くなった。また従来のピストンリングと比して、合口端
部の急激な面圧上昇が見られない。従って、これに伴
い、合口端部の周辺における当たり抜けが生じなくなっ
ており、合口部における面圧の極端な上昇は見られない
ことがわかる。尚、本実験においては常温時における合
口部近辺以外の部分の面圧が約１．５ｋｇｆ／ｃｍ２程
度のピストンリングを試作し、実験を行ったが、この数
値はその用途に応じて様々に設定しうることは言うまで
もない。
【００２４】本発明によるピストンリングは上述した実
施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲
で種々の変形や改良が可能である。例えば、本実施の形
態では常温時に合口端部にて当たり抜けが生じるよう構
成したが、合口端部の面圧が他の部分に比して極端に小
さくなっていれば、当たり抜けが生じないよう構成して
も良い。また、窒化層としてはガス窒化層の他軟窒化層
等を含むものである。
施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲
で種々の変形や改良が可能である。例えば、本実施の形
態では常温時に合口端部にて当たり抜けが生じるよう構
成したが、合口端部の面圧が他の部分に比して極端に小
さくなっていれば、当たり抜けが生じないよう構成して
も良い。また、窒化層としてはガス窒化層の他軟窒化層
等を含むものである。
【００２５】また上述した実施の形態では、上下面の窒
化層を厚み方向で全て除去しているが、ピストンリング
の曲率を所望の値にするために、窒化層を厚さ方向で全
て除去せずともよい。即ち、上下面の窒化層は、上下面
全面に亘って研削加工を施すのであるが、その際に、窒
化層の厚さ方向（ピストンリングの軸方向）の研削量を
大きくするほど、曲率が大きく変化することが判ってい
る。よって、常温時に合口部での非接触を確保するため
には、上下面の窒化層全てを研削するのが好ましい。
化層を厚み方向で全て除去しているが、ピストンリング
の曲率を所望の値にするために、窒化層を厚さ方向で全
て除去せずともよい。即ち、上下面の窒化層は、上下面
全面に亘って研削加工を施すのであるが、その際に、窒
化層の厚さ方向（ピストンリングの軸方向）の研削量を
大きくするほど、曲率が大きく変化することが判ってい
る。よって、常温時に合口部での非接触を確保するため
には、上下面の窒化層全てを研削するのが好ましい。
【００２６】更に、ピストンリングの耐摩耗性を重視す
るときは、外周側窒化層３Ａの摺動面上に厚さ１０〜１
００ミクロンのイオンプレーティング層を形成してもよ
い。但しこの場合には、上面側窒化層３Ｃと下面側窒化
層３Ｄとを除去した後に、イオンプレーティング層を形
成する必要がある。イオンプレーティング層を形成した
後に、上下面の窒化層を除去すると、除去時にイオンプ
レーティング層が剥離する可能性があるからである。本
発明では上述したように、実働時において合口部におけ
る極端な面圧の上昇を抑えることができるので、合口部
の極端な摩耗を防止すると同時に、特にピストンリング
外周面にイオンプレーティング被膜を施した場合には、
膜のクラック、剥離等の障害を阻止することができる。
るときは、外周側窒化層３Ａの摺動面上に厚さ１０〜１
００ミクロンのイオンプレーティング層を形成してもよ
い。但しこの場合には、上面側窒化層３Ｃと下面側窒化
層３Ｄとを除去した後に、イオンプレーティング層を形
成する必要がある。イオンプレーティング層を形成した
後に、上下面の窒化層を除去すると、除去時にイオンプ
レーティング層が剥離する可能性があるからである。本
発明では上述したように、実働時において合口部におけ
る極端な面圧の上昇を抑えることができるので、合口部
の極端な摩耗を防止すると同時に、特にピストンリング
外周面にイオンプレーティング被膜を施した場合には、
膜のクラック、剥離等の障害を阻止することができる。
【００２７】
【発明の効果】請求項１記載の高Ｐｍａｘエンジン用ピ
ストンリングによれば、ピストンリングの全周に形成さ
れた窒化層のうち、ピストンリング上下面側の窒化層を
面全体に亘って厚さ方向の一部又は全部を除去している
ので、上下面側で窒下層が備える圧縮応力が低下又は無
くなり、ピストンリング全体の曲率が大きくなるように
変化するので、合口端部の面圧を低減することができ、
実動時において合口部における極端な面圧の上昇を抑え
ることができる。従って合口部の極端な摩耗を防止する
と同時に、特にピストンリング外周面にイオンプレーテ
ィング被膜を施した場合には、膜のクラック、剥離等の
障害を阻止することができる。
ストンリングによれば、ピストンリングの全周に形成さ
れた窒化層のうち、ピストンリング上下面側の窒化層を
面全体に亘って厚さ方向の一部又は全部を除去している
ので、上下面側で窒下層が備える圧縮応力が低下又は無
くなり、ピストンリング全体の曲率が大きくなるように
変化するので、合口端部の面圧を低減することができ、
実動時において合口部における極端な面圧の上昇を抑え
ることができる。従って合口部の極端な摩耗を防止する
と同時に、特にピストンリング外周面にイオンプレーテ
ィング被膜を施した場合には、膜のクラック、剥離等の
障害を阻止することができる。
【００２８】請求項２、３記載の高Ｐｍａｘエンジン用
ピストンリングによれば、ディーゼルエンジンのトップ
リングとして用いられるハーフキーストンリングやフル
キーストンリングについても、合口端部の面圧を低減す
ることができ、実動時において合口部における極端な面
圧の上昇を抑えることができる。また請求項３記載の高
Ｐｍａｘエンジン用ピストンリングによれば、本体の窒
化層形成時の断面がハーフキーストンリング又はフルキ
ーストンリング形状をなしているので、上下面の窒下層
の除去量を厚み方向で調整でき、所望の曲率を得ること
ができる。
ピストンリングによれば、ディーゼルエンジンのトップ
リングとして用いられるハーフキーストンリングやフル
キーストンリングについても、合口端部の面圧を低減す
ることができ、実動時において合口部における極端な面
圧の上昇を抑えることができる。また請求項３記載の高
Ｐｍａｘエンジン用ピストンリングによれば、本体の窒
化層形成時の断面がハーフキーストンリング又はフルキ
ーストンリング形状をなしているので、上下面の窒下層
の除去量を厚み方向で調整でき、所望の曲率を得ること
ができる。
【図１】本発明の第１乃至第３の実施の形態によるピス
トンリングの加工前の断面図。
トンリングの加工前の断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるピストンリン
グの断面図。
グの断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるピストンリン
グの断面図。
グの断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態によるピストンリン
グの断面図。
グの断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態によるピストンリン
グを製造するための加工前のリングを示す断面図。
グを製造するための加工前のリングを示す断面図。
【図６】本発明の第５の実施の形態によるピストンリン
グを製造するための加工前のリングを示す断面図。
グを製造するための加工前のリングを示す断面図。
【図７】本発明の第１の実施の形態による常温時のピス
トンリングの合口部付近の形状を示す図。
トンリングの合口部付近の形状を示す図。
【図８】本発明の第１の実施の形態によるピストンリン
グと、従来の等面圧ピストンリングの合口端部付近の形
状を示すグラフ。
グと、従来の等面圧ピストンリングの合口端部付近の形
状を示すグラフ。
【図９】本発明の第１実施の形態によるピストンリング
の面圧分布と従来のピストンリングの面圧分布との測定
に用いた面圧分布測定装置を示す断面図。
の面圧分布と従来のピストンリングの面圧分布との測定
に用いた面圧分布測定装置を示す断面図。
【図１０】従来の等面圧ピストンリングの面圧分布を示
す折線図。
す折線図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態によるピストンリ
ングの面圧分布を示す折線図。
ングの面圧分布を示す折線図。
【図１２】等面圧分布の面圧分布を示す図。
【図１３】楕円面圧分布の面圧分布を示す図。
【図１４】桃型分布（合口高圧分布）の面圧分布を示す
図。
図。
【図１５】従来のピストンリングの機関動作中の合口部
付近の形状を示す図。
付近の形状を示す図。
１、１１、２１ ピストンリング ２、２’、２” 母材（本体） ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ ガス窒化層 ７ 合口端面
Claims (3)
- 【請求項１】 略円形状をなし、シリンダに対し摺動す
る外周摺動面と、ピストンに形成されたピストンリング
溝の底面に対向する内周面と、該外周摺動面と該内周面
とを結ぶ上面及び下面と、該ピストンリングの該略円形
状を半径方向に分断する合口部とを備えた本体がスチー
ル製のピストンリングにおいて、 該本体の該外周摺動面、該内周面、該上面、該下面の全
面に窒化層を形成した後に、 該上面及び該下面に形成された窒化層を厚さ方向に関し
て一部又は全てを該上面及び該下面の全面に亘って除去
したことを特徴とする高Ｐｍａｘエンジン用ピストンリ
ング。 - 【請求項２】 該本体は窒化層形成時の断面が矩形をな
し、該上面及び該下面に形成された窒化層を全て除去
し、更に該上面又は上面と下面とをテーパ状に加工し
て、ハーフキーストンリング又はフルキーストンリング
としたことを特徴とする請求項１記載の高Ｐｍａｘエン
ジン用ピストンリング。 - 【請求項３】 該本体は窒化層形成時の断面がハーフキ
ーストンリング又はフルキーストンリング形状をなし、
窒化層形成後に、該上面及び該下面の窒化層を除去する
ことを特徴とする請求項１記載の高Ｐｍａｘエンジン用
ピストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001066526A JP2002266698A (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 高Ｐｍａｘ用ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001066526A JP2002266698A (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 高Ｐｍａｘ用ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002266698A true JP2002266698A (ja) | 2002-09-18 |
Family
ID=18924999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001066526A Pending JP2002266698A (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 高Ｐｍａｘ用ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002266698A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010527426A (ja) * | 2007-02-17 | 2010-08-12 | フェデラル−モーグル ブルシャイト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ピストンリング |
| WO2014100871A1 (pt) * | 2012-12-27 | 2014-07-03 | Mahle Metal Leve S/A | Anel de pistão e processo de fabricação de anel de pistão |
| WO2014206386A1 (de) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Verfahren zur herstellung eines kolbenrings sowie kolbenring mit reduziertem stossdruck |
| JP7116718B2 (ja) | 2019-12-11 | 2022-08-10 | 株式会社リケン | 圧力リング |
-
2001
- 2001-03-09 JP JP2001066526A patent/JP2002266698A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010527426A (ja) * | 2007-02-17 | 2010-08-12 | フェデラル−モーグル ブルシャイト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ピストンリング |
| WO2014100871A1 (pt) * | 2012-12-27 | 2014-07-03 | Mahle Metal Leve S/A | Anel de pistão e processo de fabricação de anel de pistão |
| WO2014206386A1 (de) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Verfahren zur herstellung eines kolbenrings sowie kolbenring mit reduziertem stossdruck |
| JP7116718B2 (ja) | 2019-12-11 | 2022-08-10 | 株式会社リケン | 圧力リング |
| US11933407B2 (en) | 2019-12-11 | 2024-03-19 | Kabushiki Kaisha Riken | Compression ring |
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060801 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081111 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081112 |
|
| A02 | Decision of refusal |
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