JP2009138812A - ピストンリング形成用シート、ピストンリングの製造方法及びピストン - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンリングのリップ部は低摩擦であって、凹凸部では高強度を有するピストンリング形成用シート、ピストンリングの製造方法及びピストンを提供すること。
【解決手段】中心に円形透孔を有する円形状のシートからなり、該透孔の周囲に内リングと外リングが順に各々接設され、該内リングの材質がＰＴＦＥと炭素繊維、該外リングの材質がＰＴＦＥと球状カーボンを含むことを特徴とするピストンリング形成用シート、前記ピストンリング形成用シートを絞り成形してピストン本体の外周に有する係合溝に係合させ、前記内リングによって凹凸部、前記外リングによってリップ部を形成することを特徴とするピストンリングの製造方法、及び、ピストン本体の係合溝にピストンリング本体の凹凸部が圧着され、ピストンリング本体の端部にリップ部が形成され、前記凹凸部はＰＴＦＥと炭素繊維、前記リップ部はＰＴＦＥと球状カーボンを含むことを特徴とするピストン。
【選択図】 図２

Description

本発明はピストンリング形成用シート、ピストンリングの製造方法及びピストンに関し、詳しくはピストンリングのリップ部は低摩擦であって、凹凸部では高強度を有するピストンリング形成用シート、ピストンリングの製造方法及びピストンに関する。

従来、自動車、自動２輪車等のショックアブソーバーに用いられるピストンは知られており、かかるピストンは、ロッドに連結されるピストン本体と該ピストン本体の外周に被覆されるピストンリングからなる。通常のショックアブソーバーは、オイルを貯留したシリンダ内に前記ピストンを摺動可能に嵌合されており、このピストンの上下位置にオイルが貯留された状態において、オリフィス孔を有するピストンがシリンダ内を上下動することによって減衰力を発生させ、車両走行時に生じる振動を吸収する機能を果たす。

特許文献１の図９には、凹凸部と外方に反り返ったリップ部とが一体成形により同一材質で形成されているピストンリングが記載されている。
特開２００４−２１８７９４号公報 特開２０００−１０４８２９号公報：ピストンリングをテフロン（登録商標）基材に球状カーボンを充填した樹脂組成物によって構成する。 特開２００１−５９５３７号公報：ピストンリングをＰＴＦＥの基材に芳香族ポリアミド繊維やグラファイトを添加した樹脂組成物によって構成する。 特開２００２−２１３５１４号公報：ピストンリングをＰＴＦＥの基材にグラファイトを添加した強化樹脂によって構成する。

しかし、特許文献１の図９の技術では、ピストンリングを同一材質により一体成形しているため、低摩擦を要求するリップ部に合わせて低摩擦材を用いてピストンリングを形成すると、高強度を要求する凹凸部では強度が足りないという問題がある。また、高強度を要求する凹凸部に合わせて高強度材を用いてピストンリングを形成すると、低摩擦を要求するリップ部において、フリクションが高くなるという問題がある。

そこで、本発明の課題は、ピストンリングのリップ部は低摩擦であって、凹凸部では高強度を有するピストンリング形成用シート、ピストンリングの製造方法及びピストンを提供することである。

本発明の他の課題は以下の記載によって明らかになる。

上記課題は以下の発明によって解決される。

（請求項１）
中心に円形透孔を有する円形状のシートからなり、該透孔の周囲に内リングと外リングが順に各々接設され、該内リングの材質がＰＴＦＥと炭素繊維を含み、該外リングの材質がＰＴＦＥと球状カーボンを含むことを特徴とするピストンリング形成用シート。

（請求項２）
請求項１記載のピストンリング形成用シートを絞り成形してピストン本体の外周に有する係合溝に係合させ、前記内リングによってピストンリング本体の凹凸部を形成し、前記外リングによってリップ部を形成することを特徴とするピストンリングの製造方法。

（請求項３）
外周に係合溝を有するピストン本体と該ピストン本体に被覆されたピストンリング本体からなり、前記ピストン本体の係合溝にピストンリング本体の凹凸部が圧着され、ピストンリング本体の端部にリップ部が形成され、前記凹凸部はＰＴＦＥと炭素繊維を含み、前記リップ部はＰＴＦＥと球状カーボンを含むことを特徴とするピストン。

ピストンリングのリップ部は低摩擦であって、凹凸部では高強度を有するピストンリング形成用シート、ピストンリングの製造方法及びピストンを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

＜ピストンリング形成用シート＞
本発明のピストンリング形成用シートの一例を図１に基づいて説明する。

図１において、１はピストンリング形成用シートであり、該シート１は、中心に円形透孔１１を有する円形状のシートからなる。円形透孔１１の周囲には、内リング１２と外リング１３が順に環状に接設されている。

本発明のピストンリング形成用シートを形成する手法は特に限定されないが、例えば２色成形法により形成することは内リング１２と外リング１３の密着性を確実にする上で好ましい。

２色成形法において、一次成形時には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に炭素繊維を充填した樹脂組成物を成型機（例えば射出成型機）の第一シリンダのノズルから噴出して内リング１２を形成する（一次成形品）。

次いで、二次成形時には、一次成形品をコア側に付着させたまま、ＰＴＦＥに球状カーボンを充填した樹脂組成物を上記成型機の第二シリンダのノズルから噴出して内リング１２の外周に外リング１３を融着する。

このように形成された本発明のピストンリング形成用シート１は、内リング１２と外リング１３が２色成形等により熱融着されているため、剥離することはない。

上記内リング１２用に用いられる材質は、ＰＴＦＥ基材に、炭素繊維を含む樹脂組成物であり、配合割合は、ＰＴＦＥ１００重量部に対して、炭素繊維が５〜４０重量部の範囲であることが好ましい。

外リング１３用に用いられる材質は、ＰＴＦＥ基材に、球状カーボンを含む樹脂組成物であり、配合割合は、ＰＴＦＥ１００重量部に対して球状カーボンが５〜４０重量部の範囲であることが好ましい。

ピストンリング形成用シート１の寸法は、本発明のピストンリング形成用シート１を適用するピストンにより適宜変えることができるが、内径ａはピストン外径の０．５〜１倍の範囲であることが好ましく、外径ｂはピストン外径の１〜１．５倍の範囲であることが好ましい。また厚みｃは０．３〜１．０ｍｍの範囲であることが好ましい。

内リングの幅ｄは０．５〜３ｍｍの範囲であることが好ましい。

本発明では、内リング１２と外リング１３が異なった材質で、しかも上記のような材質で構成される点に特徴がある。

ピストンリング形成用シート１を絞り成形すると、ピストンを被覆するピストンリング本体が形成され、外リング１３は絞り成形後、図２に示すようなリップ部１３０となり、内リング１２は、油圧を受ける凹凸部１２０を構成する。

リップ部１３０と凹凸部１２０は一体形成されている。本明細書では、ピストンリングリップ形成用シート１の内リング１２によって形成される部位をピストンリング形成用シート１の内径部と称し、外リング１３によって形成される部位をピストンリング形成用シート１の外径部と称する場合もある。

アブソーバーが作動すると、図２に示すように、Ｐ方向からの油圧を受け、このリップ部１３０でシールしている。また、Ｐ方向から油圧を受けると、符号１２０で示す凹凸部で油圧の力を受ける。

したがって、リップ部１３０には低摩擦係数材が、凹凸部１２０には高強度のＰＴＦＥ材が各々必要であるが、低摩擦係数材で高強度を両立した材料が従来なかった。そのために本発明では、例えば２色成形により上記２種類の異なる材質をリング状に成形加工し、所望の厚みに加工したピストンリング形成用シートを用い、そのシートを絞り成形して、上記の材質で形成されたリップ部１３０と凹凸部１２０からなるピストンリングを製造した。

＜ピストンリングの製造方法＞
本発明に係るピストンリングの製造方法を図３に基づき説明する。

図３は圧入工程及び絞り工程からなるピストンリングの製造方法を示している。

圧入工程では、先ずピストンリング形成用シート１を用意する。ピストンリング形成用シート１を装着するピストン２は、ピストン本体２０の外周に係合溝２１が設けられている。

この圧入工程は、圧着手段３を用いて、ピストン本体２０外周の係合溝２１にシート１を圧着する圧着工程（ア）と、シート１の一端を押圧して折曲しピストン本体２０外周に設けたテーパー溝２２に係合する係合工程（イ）とを備える。

絞り工程は、外周にシート１を取付けたピストン本体２０を加熱シリンダ９内に圧入してシートを加熱する加熱工程（ウ）と、ピストン本体２０に取付けたシート１を冷却する冷却工程（エ）とを備えている。

圧入工程の圧着工程（ア）では、押えシリンダ４０によりテーパー治具５は動かないように固定される。次いで圧入シリンダ４１により板状体４２をロッド４３を介して下方に押し下げる。板状体４２は孔４４を介してテーパー治具５に挿通され、圧入シリンダ４１の下降に伴って、板状体４２の孔４４がテーパー治具５の外周面に沿って拡張される。

ピストンリング形成用シート１は板状体４２の下面によってテーパー治具５の外周面に押圧され、外周面に沿ってすべりながら内径が拡がり、徐々に円筒状に成形され、ピストン本体２０の外周面に装着される。

係合工程（イ）では、テーパー治具５を回転させ、図示しないシリンダ等によりローラー６を水平方向に移動させてピストン本体２０に取り付けられたピストンリング形成用シート１の上端を押圧し、ピストン本体２０の上端側のテーパー溝２２内に固定する。

次いで、加熱工程（ウ）では、ピストン本体２０は載置台７の図示しない押し棒を介して図示しないシリンダによって押し上げられ、開口テーパ部８により加熱シリンダ９内に圧入される。加熱シリンダ９内ではピストンリング形成用シート１が軟らかくなっており、ピストンリング形成用シート１の外周面が半径方向に押圧されて、ピストンリング形成用シート１の内周は、ピストン本体外周面の係合溝２１内に入り込む。さらに次にピストン本体２０が圧入されると、そのピストン本体２０により上方に押されて、ピストン本体２０の軸方向の長さ分ずつ順に上方に送られて行く。

冷却工程（エ）では、加熱シリンダ９から冷却シリンダ１０に送られ、加熱シリンダ９で成形されたそのままの状態で冷却されて固まり排出される。

加熱シリンダ９及び冷却シリンダ１０内周面はホーニング加工により鏡面に仕上げられているため、成形されたピストンのピストンリングの外周面はなめらかになり、摺動抵抗は一層低減される。

＜本発明のピストン＞
本発明のピストン２の一例は、図２に示すように、外周に係合溝２１を有するピストン本体と該ピストン本体２０に被覆されたピストンリングからなり、前記ピストン本体２０の係合溝２１にピストンリングの凹凸部１２０が圧着され、ピストンリングの端部（外径部）にリップ部１３０が形成される。

前記凹凸部１２０はＰＴＦＥと炭素繊維を含み、前記リップ部１３０はＰＴＦＥと球状カーボンを含む。材質及びその配合比等については前述した記載を援用してここでは省略する。

本発明のピストンを製造するには、上記のピストンリングの製造方法を用いることが好ましく、上記製造方法により、本発明のピストンリングが装着されたピストンが製造される。

本発明のピストンリングのリップ部１３０は、図１のピストンリング形成用シート１の内リング２により成形され、また、凹凸部１２０は、図１のピストンリング形成用シート１の外リング１３により成形される。

本発明のピストンリングが装着されたピストンは、本発明のピストンリング形成用シートを用いることで、低フリクションを実現し、かつ使用条件が厳しい用途でも使用可能となる。

つまり、アブソーバーが作動すると油圧の力を受ける凹凸部１２０は、本発明のピストンリング形成用シート１の内リング１２で形成されているので、高強度であるため、圧力が高い条件下においても破壊されることなく使用することができる。また、アブソーバーが作動すると油圧を受けるとシール作用をするリップ部１３０は、本発明のピストンリング形成用シート１の外リング１３で形成されているので低フリクションを実現することができる。つまり、外径部に低摩擦係数材、内径部に高強度材の２色成形したＰＴＦＥ素材を作製し、リング状に加工後、絞り成形し、リップ部に低摩擦係数材、凹凸部に高強度材となっているピストンを製作することで、低フリクションを実現し、かつ使用条件が厳しい用途でも使用可能となる。

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されない。

実施例１
＜配合成分と配合量＞
第一成形品用材料
・ＰＴＦＥ ・・・・・・１００重量部
・炭素繊維 ・・・・・・・１５重量部
第二成形品用材料
・ＰＴＦＥ ・・・・・・１００重量部
・球状カーボン ・・・・・・・２０重量部

＜ピストンリング形成用シートの製造＞
以上の各配合成分を２色成形機の第一シリンダ又は第二シリンダ内に投入して、外径３４ｍｍ、内径１８ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、内リングの幅６．０ｍｍ、外リングの幅２．０ｍｍである本発明のピストンリング形成用シートを製造した。

＜ピストンの製造＞
得られた上記ピストンリング形成用シートを、図２に示すように、ピストンに、ピストンリングを密着させて被覆した。

上記ピストンのピストンリングの摩擦摩耗特性（摩擦係数及び摩耗係数）及びせん断強度を測定した。

＜測定方法＞
以下のようにピストンリングの摩擦摩耗特性（摩擦係数及び摩耗係数）及びせん断強度を測定し、結果を表１に示した。

（１）摩擦係数
測定方法：以下の条件で測定した。
測定条件：環境：Ｄｒｙ
圧力：０．８ＭＰａ
速度：０．５ｍ／ｓ
時間：２４ｈｒｓ
相手材：Ｓ４５Ｃディスク（粗さ１．５Ｓ）
（２）摩耗係数
測定方法：以下の条件で測定した。
測定条件：環境：Ｄｒｙ
圧力：０．８ＭＰａ
速度：０．５ｍ／ｓ
時間：２４ｈｒｓ
相手材：Ｓ４５Ｃディスク（粗さ１．５Ｓ）
（３）せん断強度：ＪＩＳ Ｋ ７２１４に準拠した。

本発明のピストンリング形成用シートの一例を示す図 本発明のピストンの一例を示す要部断面図 本発明のピストンリングの製造方法の一例を示す説明図

符号の説明

１：ピストンリング形成用シート
１１：円形透孔
１２：内リング
１３：外リング
２：ピストン
２０：ピストン本体
２１：係合溝
２２：テーパー溝
１２０：凹凸部
１３０：リップ部
３：シリンダ
４：圧着手段
５：テーパー治具
６：ローラー
７：載荷台
８：開口テーパー部
９：加熱シリンダ
１０：冷却シリンダ

Claims (3)

1. 中心に円形透孔を有する円形状のシートからなり、該透孔の周囲に内リングと外リングが順に各々接設され、該内リングの材質がＰＴＦＥと炭素繊維を含み、該外リングの材質がＰＴＦＥと球状カーボンを含むことを特徴とするピストンリング形成用シート。
2. 請求項１記載のピストンリング形成用シートを絞り成形してピストン本体の外周に有する係合溝に係合させ、前記内リングによってピストンリング本体の凹凸部を形成し、前記外リングによってリップ部を形成することを特徴とするピストンリングの製造方法。
3. 外周に係合溝を有するピストン本体と該ピストン本体に被覆されたピストンリング本体からなり、前記ピストン本体の係合溝にピストンリング本体の凹凸部が圧着され、ピストンリング本体の端部にリップ部が形成され、前記凹凸部はＰＴＦＥと炭素繊維を含み、前記リップ部はＰＴＦＥと球状カーボンを含むことを特徴とするピストン。
   
   

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