JP2004162632A - 組合せピストンリング - Google Patents
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Abstract
【課題】外側リングを押圧する樹脂製リングを備え、焼き付きや摩擦過大を発生せず、高温時のシール性を良好に保持でき、また、エンジン性能を維持できる組合せピストンリングを提供する。
【解決手段】シリンダ２の内周面２ａと摺動する外側リング５と、外側リング５を半径方向外方に押圧する内側リング６とからなる組合せピストンリング４において、内側リング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樹脂製リングで、樹脂がある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材からなる。外側リングと内側リングとの間に中間リングを入れ、内側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樹脂製リングで、樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなり、中間リングがある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材又は温度上昇により弾性率が低下する樹脂材で作られてもよい。
【選択図】 図１
【解決手段】シリンダ２の内周面２ａと摺動する外側リング５と、外側リング５を半径方向外方に押圧する内側リング６とからなる組合せピストンリング４において、内側リング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樹脂製リングで、樹脂がある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材からなる。外側リングと内側リングとの間に中間リングを入れ、内側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樹脂製リングで、樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなり、中間リングがある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材又は温度上昇により弾性率が低下する樹脂材で作られてもよい。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、その内側に、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を備え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】
往復動機関でのシール性と低摩擦の両立のため、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１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３０５８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記組合せピストンリングでは、樹脂製リングは張力が温度によって変化し、温度上昇とともに張力が高くなるが、エンジンの回転数が上昇して油温が上がった高温時に張力が過大となり、焼き付きが発生したり、摩擦が過大になる場合がある。
【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、外側リングを押圧する樹脂製リングを備えた組合せピストンリングにおいて、焼き付きや摩擦過大を発生せず、高温時のシール性を良好に保持でき、また、エンジン性能を維持でき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、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂がある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材からなっていることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、内側リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、ある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【０００８】
本発明は、次のように構成することもできる。すなわち、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された１本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記中間リングが、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材で作られていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、内側リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、中間リングはある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。また、中間リングの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、中間リングは内側リングの押圧力で変形し、中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リングの張力上昇率が低下する。その結果、内側リングと中間リングの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。また、外側リングを押圧するリングを２本構成とすることで合計張力を高く設定することができる。
【００１０】
本発明は、次のように構成することもできる。すなわち、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された１本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記中間リングが、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材で作られていることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、内側リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、中間リングの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、中間リングが内側リングの押圧力で変形し、中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リングの張力上昇率が低下する。その結果、内側リングと中間リングの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。また、外側リングを押圧するリングを２本構成とすることで合計張力を高く設定することができる。
【００１２】
本発明は次のように構成することもできる。すなわち、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された内側及び外側の２本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、金属製のエキスパンダリングからなり、
前記内側の中間リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記外側の中間リングが、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材で作られていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、内側の中間リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、外側の中間リングはある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。また、外側の中間リングの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、外側の中間リングは内側リングと内側の中間リングとの押圧力で変形し、外側の中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リングと内側の中間リングの合計張力の上昇率が低下する。その結果、内側リングと内側及び外側の中間リングの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。また、外側リングを押圧するリングを３本構成とすることで合計張力を高く設定することができる。また、内側リングのエキスパンダリングの形状も種々選択できることから、張力設定の自由度も増す。また、樹脂の劣化時、張力を確保でき、オイル消費の増加を抑制できる。
【００１４】
本発明は、次のように構成することもできる。すなわち、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された内側及び外側の２本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、金属製のエキスパンダリングからなり、
前記内側の中間リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記外側の中間リングが、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材で作られていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、内側の中間リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、外側の中間リングの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、外側の中間リングは内側リングと内側の中間リングとの押圧力で変形し、外側の中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リングと内側の中間リングの合計張力の上昇率が低下する。その結果、内側リングと内側及び外側の中間リングの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。また、外側リングを押圧するリングを３本構成とすることで合計張力を高く設定することができる。また、内側リングのエキスパンダリングの形状も種々選択できることから、張力設定の自由度も増す。また、樹脂の劣化時、張力を確保でき、オイル消費の増加を抑制できる。
【００１６】
上述した本発明における樹脂材料において、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材としては、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＰＳ（ポリフェーレンサルファイド）等の樹脂があり、温度による弾性率が略一定である樹脂材としては、例えばＰＩ（ポリイミド）樹脂等があり、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材としては、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂等がある。
【００１７】
上述した本発明における１本の中間リング、及び２本の中間リングのうちの外側の中間リングの断面形状は、矩形でもよいが、管状、Ｕ字形、Ｉ字形、Ｘ字形、あるいは王形等にすると、変形しやすくなる。
【００１８】
上述した本発明における内側リングのエキスパンダリングは、コイルエキスパンダ、軸方向波形エキスパンダ、板バネ等を使用することができる。また、エキスパンダリングの材質としては、バネ鋼、ステンレス鋼の他、内側の温度も低いことから、軽量化を考慮して、アルミニウムやチタン及びその合金等も使用できる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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、外側リング５と、その内周側に配置され外側リング５をシリンダ２の内周面２ａに押圧する内側リング６とからなっている。
【００２１】
外側リング５は、合い口を有する矩形断面の金属製リングで、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。シリンダと摺動する外側リング５を金属製リングとしたことで、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。
【００２２】
内側リング６は、合い口を有する矩形断面の樹脂製リングで、外側リング５の内周側に配置し、外側リング５と軸方向幅が略同じ厚さを備えている。この内側リング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リングである。すなわち、内側リング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。ただし、内側リング６は、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材（例えばＰＥＥＫやＰＰＳ樹脂、図１６参照）からなっているので、図２に示されているように、内側リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、ある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００２３】
図３は、本発明の別の実施形態２を示している。
【００２４】
図３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３ピースタイプのピストンリングで、外側リング５と、その内周側に配置され外側リング５をシリンダ２の内周面２ａに押圧する内側リング６Ａと、外側リング５と内側リング６Ａとの間に配置する中間リング７とからなっている。
【００２５】
外側リング５は、上記実施形態１で説明したのと同じ構成を備えている。
【００２６】
内側リング６Ａは、合い口を有する矩形断面の樹脂製リングで、外側リング５と軸方向幅が略同じ厚さを備えている。この内側リング６Ａ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リングであり、温度による弾性率が略一定である樹脂材（例えばポリイミド樹脂、図１６参照）からなっている。すなわち、内側リング６Ａ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略一定の割合で増加するようになっており、温度上昇に伴う張力上昇率は略一定である。
【００２７】
中間リング７は、合い口を有する矩形断面の樹脂製リングで、外側リング５の軸方向幅よりも少し小さい軸方向幅を備えている。この中間リング７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リングである。すなわち、中間リング７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。ただし、中間リング７は、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材（例えばＰＥＥＫやＰＰＳ樹脂、図１６参照）からなっている。
【００２８】
したがって、内側リング６Ａは張力が温度上昇に伴って増加するが、中間リング７はある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。また、中間リング７の弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、中間リング７は内側リング６Ａの押圧力で変形し、中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リング６Ａの張力上昇率が低下する。その結果、図４に示されているように、内側リング６Ａと中間リング７の合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００２９】
上記実施形態２では、中間リング７は矩形断面のものを使用したが、中間リング７を変形しやすくするために、中間リング７の断面形状を管状（図５）、Ｘ字形（図６）、Ｕ字形（図７）、Ｉ字形、王形等に形成してもよい。
【００３０】
図８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、上記実施形態２とは中間リング７の樹脂材料が相違しているだけで、他の構成は上記実施形態２と同じである。
【００３１】
本実施形態３では、中間リング７は、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材（例えばＰＴＦＥ樹脂、図１６参照）からなっている。
【００３２】
上記構成によれば、内側リング６Ａは張力が温度上昇に伴って増加するが、中間リング７の弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、中間リング７は内側リング６Ａの押圧力で変形し、中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リング６Ａの張力上昇率が低下する。その結果、図８に示されているように、内側リング６Ａと中間リング７の合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００３３】
図９は、本発明の更に別の実施形態４を示している。
【００３４】
図９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４ピースタイプのピストンリングで、外側リング５と、その内周側に配置され外側リング５をシリンダ２の内周面２ａに押圧する内側リング６Ｂと、外側リング５と内側リング６Ｂとの間に配置する内側及び外側の２本の中間リング７Ａ，７Ｂとからなっている。
【００３５】
外側リング５は、前記実施形態１で説明したのと同じ構成を備えている。
【００３６】
内側リング６Ｂは、コイルエキスパンダリングである。
【００３７】
内側の中間リング７Ａは、合い口を有し、矩形断面の内側を上下一対の傾斜面とした断面形状を備えた樹脂製リングで、外側リング５と軸方向幅が略同じ厚さを備えている。この内側の中間リング７Ａ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リングであり、温度による弾性率が略一定である樹脂材（例えばポリイミド樹脂、図１６参照）からなっている。すなわち、内側の中間リング７Ａ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略一定の割合で増加するようになっており、温度上昇に伴う張力上昇率は略一定である。
【００３８】
外側の中間リング７Ｂは、合い口を有する矩形断面の樹脂製リングで、外側リング５の軸方向幅よりも少し小さい軸方向幅を備えている。この外側の中間リング７Ｂ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リングである。すなわち、外側の中間リング７Ｂ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。ただし、外側の中間リング７Ｂは、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材（例えばＰＥＥＫやＰＰＳ樹脂、図１６参照）からなっている。
【００３９】
したがって、内側の中間リング７Ａは張力が温度上昇に伴って増加するが、外側の中間リング７Ｂはある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。また、外側の中間リング７Ｂの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、外側の中間リング７Ｂは内側リング６Ｂと内側の中間リング７Ａとの押圧力で変形し、外側の中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リング６Ｂと内側の中間リング７Ａの合計張力の上昇率が低下する。その結果、図１０に示されているように、内側リング６Ｂと内側及び外側の中間リング７Ａ，７Ｂの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００４０】
上記実施形態４では、外側の中間リング７Ｂは矩形断面のものを使用したが、外側の中間リング７Ｂを変形しやすくするために、外側の中間リング７Ｂの断面形状をＸ字形（図１１）、Ｉ字形（図１２）、王形（図１３）、管状、Ｕ字形等に形成してもよい。なお、図１４は、外側の中間リング７Ｂの断面形状はＸ字形であるが、内側リング６Ｂを軸方向波形エキスパンダとした例を示しており、内側の中間リング７Ａは矩形断面を有している。
【００４１】
図１５は、本発明の更に別の実施形態５を示している。本実施形態５は、上記実施形態４とは外側の中間リング７Ｂの樹脂材料が相違しているだけで、他の構成は上記実施形態４と同じである。
【００４２】
本実施形態５では、外側の中間リング７Ｂは、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材（例えばＰＴＦＥ樹脂、図１６参照）からなっている。
【００４３】
上記構成によれば、内側の中間リング７Ａは張力が温度上昇に伴って増加するが、外側の中間リング７Ｂの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、外側の中間リング７Ｂは内側リング６Ｂと内側の中間リング７Ａの押圧力で変形し、外側の中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リング６Ｂと内側の中間リング７Ａの合計張力の上昇率が低下する。その結果、図１５に示されているように、内側リング６Ｂと内側及び外側の中間リング７Ａ，７Ｂの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シリンダ内周面と摺動する外側リングを押圧する樹脂製リングを備えた組合せピストンリングにおいて、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【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ある。
【図２】本発明の組合せピストンリングの温度−張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ある。
【図４】本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図５】上記実施形態において、中間リングの断面形状を変えた例であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は温度上昇時、（ｃ）は中間リングが完全に潰れた状態を示す。
【図６】上記実施形態において、中間リングの断面形状を変えた別の例であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は温度上昇時、（ｃ）は中間リングが完全に潰れた状態を示す。
【図７】上記実施形態において、中間リングの断面形状を変えた更に別の例であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は温度上昇時、（ｃ）は中間リングが完全に潰れた状態を示す。
【図８】本発明の更に別の実施形態を示し、組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図９】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図１１】上記実施形態において、外側の中間リングの断面形状を変えた例を示す組合せピストンリングの縦断面図である。
【図１２】上記実施形態において、外側の中間リングの断面形状を変えた別の例を示す組合せピストンリングの縦断面図である。
【図１３】上記実施形態において、外側の中間リングの断面形状を変えた更に別の例を示す組合せピストンリングの縦断面図である。
【図１４】上記実施形態において、内側リングの構造及び外側の中間リングの断面形状を変えた例を示す組合せピストンリングの縦断面図である。
【図１５】本発明の更に別の実施形態を示し、組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図１６】ＰＥＥＫ，ＰＰＳ，ＰＩ，ＰＴＦＥ樹脂の温度−弾性率特性の代表例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 シリンダ内周面
３ リング溝
４ 組合せピストンリング
５ 外側リング
６，６Ａ，６Ｂ 内側リング
７ 中間リング
７Ａ 内側の中間リング
７Ｂ 外側の中間リング
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、その内側に、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を備え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】
往復動機関でのシール性と低摩擦の両立のため、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１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３０５８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記組合せピストンリングでは、樹脂製リングは張力が温度によって変化し、温度上昇とともに張力が高くなるが、エンジンの回転数が上昇して油温が上がった高温時に張力が過大となり、焼き付きが発生したり、摩擦が過大になる場合がある。
【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、外側リングを押圧する樹脂製リングを備えた組合せピストンリングにおいて、焼き付きや摩擦過大を発生せず、高温時のシール性を良好に保持でき、また、エンジン性能を維持でき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、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂がある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材からなっていることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、内側リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、ある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【０００８】
本発明は、次のように構成することもできる。すなわち、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された１本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記中間リングが、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材で作られていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、内側リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、中間リングはある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。また、中間リングの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、中間リングは内側リングの押圧力で変形し、中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リングの張力上昇率が低下する。その結果、内側リングと中間リングの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。また、外側リングを押圧するリングを２本構成とすることで合計張力を高く設定することができる。
【００１０】
本発明は、次のように構成することもできる。すなわち、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された１本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記中間リングが、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材で作られていることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、内側リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、中間リングの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、中間リングが内側リングの押圧力で変形し、中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リングの張力上昇率が低下する。その結果、内側リングと中間リングの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。また、外側リングを押圧するリングを２本構成とすることで合計張力を高く設定することができる。
【００１２】
本発明は次のように構成することもできる。すなわち、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された内側及び外側の２本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、金属製のエキスパンダリングからなり、
前記内側の中間リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記外側の中間リングが、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材で作られていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、内側の中間リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、外側の中間リングはある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。また、外側の中間リングの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、外側の中間リングは内側リングと内側の中間リングとの押圧力で変形し、外側の中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リングと内側の中間リングの合計張力の上昇率が低下する。その結果、内側リングと内側及び外側の中間リングの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。また、外側リングを押圧するリングを３本構成とすることで合計張力を高く設定することができる。また、内側リングのエキスパンダリングの形状も種々選択できることから、張力設定の自由度も増す。また、樹脂の劣化時、張力を確保でき、オイル消費の増加を抑制できる。
【００１４】
本発明は、次のように構成することもできる。すなわち、シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された内側及び外側の２本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、金属製のエキスパンダリングからなり、
前記内側の中間リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記外側の中間リングが、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材で作られていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、内側の中間リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、外側の中間リングの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、外側の中間リングは内側リングと内側の中間リングとの押圧力で変形し、外側の中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リングと内側の中間リングの合計張力の上昇率が低下する。その結果、内側リングと内側及び外側の中間リングの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。また、外側リングを押圧するリングを３本構成とすることで合計張力を高く設定することができる。また、内側リングのエキスパンダリングの形状も種々選択できることから、張力設定の自由度も増す。また、樹脂の劣化時、張力を確保でき、オイル消費の増加を抑制できる。
【００１６】
上述した本発明における樹脂材料において、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材としては、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＰＳ（ポリフェーレンサルファイド）等の樹脂があり、温度による弾性率が略一定である樹脂材としては、例えばＰＩ（ポリイミド）樹脂等があり、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材としては、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂等がある。
【００１７】
上述した本発明における１本の中間リング、及び２本の中間リングのうちの外側の中間リングの断面形状は、矩形でもよいが、管状、Ｕ字形、Ｉ字形、Ｘ字形、あるいは王形等にすると、変形しやすくなる。
【００１８】
上述した本発明における内側リングのエキスパンダリングは、コイルエキスパンダ、軸方向波形エキスパンダ、板バネ等を使用することができる。また、エキスパンダリングの材質としては、バネ鋼、ステンレス鋼の他、内側の温度も低いことから、軽量化を考慮して、アルミニウムやチタン及びその合金等も使用できる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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、外側リング５と、その内周側に配置され外側リング５をシリンダ２の内周面２ａに押圧する内側リング６とからなっている。
【００２１】
外側リング５は、合い口を有する矩形断面の金属製リングで、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。シリンダと摺動する外側リング５を金属製リングとしたことで、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。
【００２２】
内側リング６は、合い口を有する矩形断面の樹脂製リングで、外側リング５の内周側に配置し、外側リング５と軸方向幅が略同じ厚さを備えている。この内側リング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リングである。すなわち、内側リング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。ただし、内側リング６は、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材（例えばＰＥＥＫやＰＰＳ樹脂、図１６参照）からなっているので、図２に示されているように、内側リングは張力が温度上昇に伴って増加するが、ある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００２３】
図３は、本発明の別の実施形態２を示している。
【００２４】
図３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３ピースタイプのピストンリングで、外側リング５と、その内周側に配置され外側リング５をシリンダ２の内周面２ａに押圧する内側リング６Ａと、外側リング５と内側リング６Ａとの間に配置する中間リング７とからなっている。
【００２５】
外側リング５は、上記実施形態１で説明したのと同じ構成を備えている。
【００２６】
内側リング６Ａは、合い口を有する矩形断面の樹脂製リングで、外側リング５と軸方向幅が略同じ厚さを備えている。この内側リング６Ａ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リングであり、温度による弾性率が略一定である樹脂材（例えばポリイミド樹脂、図１６参照）からなっている。すなわち、内側リング６Ａ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略一定の割合で増加するようになっており、温度上昇に伴う張力上昇率は略一定である。
【００２７】
中間リング７は、合い口を有する矩形断面の樹脂製リングで、外側リング５の軸方向幅よりも少し小さい軸方向幅を備えている。この中間リング７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リングである。すなわち、中間リング７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。ただし、中間リング７は、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材（例えばＰＥＥＫやＰＰＳ樹脂、図１６参照）からなっている。
【００２８】
したがって、内側リング６Ａは張力が温度上昇に伴って増加するが、中間リング７はある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。また、中間リング７の弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、中間リング７は内側リング６Ａの押圧力で変形し、中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リング６Ａの張力上昇率が低下する。その結果、図４に示されているように、内側リング６Ａと中間リング７の合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００２９】
上記実施形態２では、中間リング７は矩形断面のものを使用したが、中間リング７を変形しやすくするために、中間リング７の断面形状を管状（図５）、Ｘ字形（図６）、Ｕ字形（図７）、Ｉ字形、王形等に形成してもよい。
【００３０】
図８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、上記実施形態２とは中間リング７の樹脂材料が相違しているだけで、他の構成は上記実施形態２と同じである。
【００３１】
本実施形態３では、中間リング７は、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材（例えばＰＴＦＥ樹脂、図１６参照）からなっている。
【００３２】
上記構成によれば、内側リング６Ａは張力が温度上昇に伴って増加するが、中間リング７の弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、中間リング７は内側リング６Ａの押圧力で変形し、中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リング６Ａの張力上昇率が低下する。その結果、図８に示されているように、内側リング６Ａと中間リング７の合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００３３】
図９は、本発明の更に別の実施形態４を示している。
【００３４】
図９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４ピースタイプのピストンリングで、外側リング５と、その内周側に配置され外側リング５をシリンダ２の内周面２ａに押圧する内側リング６Ｂと、外側リング５と内側リング６Ｂとの間に配置する内側及び外側の２本の中間リング７Ａ，７Ｂとからなっている。
【００３５】
外側リング５は、前記実施形態１で説明したのと同じ構成を備えている。
【００３６】
内側リング６Ｂは、コイルエキスパンダリングである。
【００３７】
内側の中間リング７Ａは、合い口を有し、矩形断面の内側を上下一対の傾斜面とした断面形状を備えた樹脂製リングで、外側リング５と軸方向幅が略同じ厚さを備えている。この内側の中間リング７Ａ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リングであり、温度による弾性率が略一定である樹脂材（例えばポリイミド樹脂、図１６参照）からなっている。すなわち、内側の中間リング７Ａ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略一定の割合で増加するようになっており、温度上昇に伴う張力上昇率は略一定である。
【００３８】
外側の中間リング７Ｂは、合い口を有する矩形断面の樹脂製リングで、外側リング５の軸方向幅よりも少し小さい軸方向幅を備えている。この外側の中間リング７Ｂ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リングである。すなわち、外側の中間リング７Ｂ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。ただし、外側の中間リング７Ｂは、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材（例えばＰＥＥＫやＰＰＳ樹脂、図１６参照）からなっている。
【００３９】
したがって、内側の中間リング７Ａは張力が温度上昇に伴って増加するが、外側の中間リング７Ｂはある一定温度で弾性率が急激に降下して張力上昇率が低下する。また、外側の中間リング７Ｂの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、外側の中間リング７Ｂは内側リング６Ｂと内側の中間リング７Ａとの押圧力で変形し、外側の中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リング６Ｂと内側の中間リング７Ａの合計張力の上昇率が低下する。その結果、図１０に示されているように、内側リング６Ｂと内側及び外側の中間リング７Ａ，７Ｂの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００４０】
上記実施形態４では、外側の中間リング７Ｂは矩形断面のものを使用したが、外側の中間リング７Ｂを変形しやすくするために、外側の中間リング７Ｂの断面形状をＸ字形（図１１）、Ｉ字形（図１２）、王形（図１３）、管状、Ｕ字形等に形成してもよい。なお、図１４は、外側の中間リング７Ｂの断面形状はＸ字形であるが、内側リング６Ｂを軸方向波形エキスパンダとした例を示しており、内側の中間リング７Ａは矩形断面を有している。
【００４１】
図１５は、本発明の更に別の実施形態５を示している。本実施形態５は、上記実施形態４とは外側の中間リング７Ｂの樹脂材料が相違しているだけで、他の構成は上記実施形態４と同じである。
【００４２】
本実施形態５では、外側の中間リング７Ｂは、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材（例えばＰＴＦＥ樹脂、図１６参照）からなっている。
【００４３】
上記構成によれば、内側の中間リング７Ａは張力が温度上昇に伴って増加するが、外側の中間リング７Ｂの弾性率が温度上昇に伴ってある値まで低下すると、外側の中間リング７Ｂは内側リング６Ｂと内側の中間リング７Ａの押圧力で変形し、外側の中間リング断面半径寸法が減少するので、内側リング６Ｂと内側の中間リング７Ａの合計張力の上昇率が低下する。その結果、図１５に示されているように、内側リング６Ｂと内側及び外側の中間リング７Ａ，７Ｂの合計張力の上昇率が低下する。そのため、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シリンダ内周面と摺動する外側リングを押圧する樹脂製リングを備えた組合せピストンリングにおいて、高温時に張力が過大にならないので、焼き付きの発生を防ぐことができ、高温時のシール性を良好に保持できる。また、摩擦過大を防ぐことができ、エンジン性能を維持できる。
【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ある。
【図２】本発明の組合せピストンリングの温度−張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ある。
【図４】本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図５】上記実施形態において、中間リングの断面形状を変えた例であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は温度上昇時、（ｃ）は中間リングが完全に潰れた状態を示す。
【図６】上記実施形態において、中間リングの断面形状を変えた別の例であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は温度上昇時、（ｃ）は中間リングが完全に潰れた状態を示す。
【図７】上記実施形態において、中間リングの断面形状を変えた更に別の例であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は温度上昇時、（ｃ）は中間リングが完全に潰れた状態を示す。
【図８】本発明の更に別の実施形態を示し、組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図９】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図１１】上記実施形態において、外側の中間リングの断面形状を変えた例を示す組合せピストンリングの縦断面図である。
【図１２】上記実施形態において、外側の中間リングの断面形状を変えた別の例を示す組合せピストンリングの縦断面図である。
【図１３】上記実施形態において、外側の中間リングの断面形状を変えた更に別の例を示す組合せピストンリングの縦断面図である。
【図１４】上記実施形態において、内側リングの構造及び外側の中間リングの断面形状を変えた例を示す組合せピストンリングの縦断面図である。
【図１５】本発明の更に別の実施形態を示し、組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図１６】ＰＥＥＫ，ＰＰＳ，ＰＩ，ＰＴＦＥ樹脂の温度−弾性率特性の代表例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 シリンダ内周面
３ リング溝
４ 組合せピストンリング
５ 外側リング
６，６Ａ，６Ｂ 内側リング
７ 中間リング
７Ａ 内側の中間リング
７Ｂ 外側の中間リング
Claims (5)
- シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂がある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材からなっていることを特徴とする組合せピストンリング。 - シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された１本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記中間リングが、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材で作られていることを特徴とする組合せピストンリング。 - シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された１本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記中間リングが、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材で作られていることを特徴とする組合せピストンリング。 - シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された内側及び外側の２本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、金属製のエキスパンダリングからなり、
前記内側の中間リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記外側の中間リングが、ある一定温度で材料の弾性率が急激に降下する変曲点を持つ樹脂材で作られていることを特徴とする組合せピストンリング。 - シリンダ内周面と摺動する外側リングと、この外側リングを半径方向外方に押圧する内側リングと、前記外側リングと内側リングとの間に配置された内側及び外側の２本の中間リングとからなる組合せピストンリングにおいて、
前記内側リングが、金属製のエキスパンダリングからなり、
前記内側の中間リングが、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樹脂製リングであり、前記樹脂が温度による弾性率が略一定である樹脂材からなっており、
前記外側の中間リングが、温度上昇により弾性率が低下する樹脂材で作られていることを特徴とする組合せピストンリング。
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2002
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