JP2013540243A - ピストンリングの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのウェブを備えた半径方向外側の摺動面と、半径方向内側の周面と、これら両面の間を延在している上側面及び下側面とを有する、２ｍｍ未満の軸線方向の高さを有するピストンリングの製造方法に関し、この方法において、各ウェブに、半径方向外側に向かって円錐状に先細りしていく外縁を設け、その後、摺動面に、円錐状の各ウェブのウェブ側面を含めて、少なくとも１つの耐摩耗性の層を設け、次いで、掻取りエッジを形成する各ウェブのウェブ側面だけに、少なくとも部分的に材料除去を行う。

Description

本発明は、２ｍｍ未満の軸線方向の高さを有するピストンリングの製造方法に関する。

例えば電気メッキによりコーティングされ、研磨により輪郭付けされる、最高で２ｍｍのリング高さを持つ、輪郭付けされているか輪郭付けされていないエキスパンダーリング（Schlauchfederring）を摺動面側で加工することができる、という一般的な技術がある。この構成において、一般的には２つのウェブ側面が、対称的に外側溝を含めて加工される。

ドイツ連邦共和国特許第１００００２２８２号には、油掻取りピストンリングの製造方法、及びこの方法により製造された油掻取りピストンリングが開示されている。この方法は、耐摩耗性の被覆部を備えた少なくとも１つの摺動ウェブを有する油掻取りピストンリングを製造するための方法であって、耐摩耗性の被覆部の形成前に、円錐状の領域において、この平面から半径方向に突出している凸部を有する輪郭を摺動ウェブ側に形成して、少なくともこの輪郭に耐摩耗性の被覆部を設け、リング周面に亘ってほぼ均一な摺動面輪郭を調節するために、少なくとも半径方向の凸部の領域において、被覆部の予め規定可能な材料除去を実施し、次いで摺動ウェブ側面を研磨により輪郭付けし、これにより規定された円筒状の残り面が、半径方向の凸部の領域に形成される。

この技術は、今日では、最高で２ｍｍのリング高さのピストンリング、特に油掻取りピストンリングに使用される。内燃機関の絶え間ない発展は、最高で１．５ｍｍ又は１．５ｍｍ未満の範囲へのピストンリング高さのさらなる適応を求めている。現在の先行技術によれば、摺動面構成の軸線方向での小さな寸法に、使用可能な研磨ディスク技術を適用することはできず、したがって、上記リングの摺動面側において研磨により輪郭付けすることはもはやできない。

本発明の根底にある目的は、これまで有効に使用されてきた、ピストンリングにおける摺動面構造を包含したままで、２ｍｍ未満の寸法を持ったピストンリングであっても、シャープ若しくは鋭利な掻取りエッジが付与されているように摺動面を加工することを可能にする手段を提供するだけでなく、さらに経済的な手段を提供することである。

上記目的は、少なくとも１つのウェブを備えた半径方向外側の摺動面と、半径方向内側の周面と、これら両面の間を延在している上側面及び下側面とを有する、２ｍｍ未満の軸線方向の高さを備えるピストンリングの製造方法であって、各ウェブに半径方向外側に向かって円錐状に先細りしていく外縁を設け、その後、摺動面に、円錐状の各ウェブのウェブ側面を含め、少なくとも１つの耐摩耗性の層を設け、次いで、各ウェブの、掻取りエッジを形成するウェブ側面だけから、少なくとも部分的に材料を除去する方法により達成される。

本発明の対象の有利な改良形は、方法技術に関する従属請求項から読み取ることができる。

同様に、本発明に係る方法により製造される油掻取りピストンリングを特許請求の範囲に記載する。

本発明に係る方法により製造されたピストンリング、特に油掻取りピストンリングは、好ましくは極めて高い形状適合性能（Formfuellvermoegen）及び低い接線力を持って、オットーエンジン及びディーゼルエンジンにおいて使用される。

こうして各ウェブの、クランクハウジング寄りの側面側の摩耗層だけを部分的に除去することにより、他の摩擦パートナと作用接続していないピストンリングの他の摺動面領域は、加工されないままにすることができる。したがって、ドイツ連邦共和国特許第１００００２２８２号に基づく先行技術とは異なり、各摺動ウェブの対称的ではなく、むしろ非対称的な加工が行われる。これにより、先行技術と比べた輪郭研磨若しくは研削時のサイクル時間を、著しく高めることができる。

工具、特に研磨ディスクは、シャープな掻取りエッジを形成するために、各ウェブ側面を、各外側溝の深さの約３０〜９０％まで加工するだけでよい、という特別な利点を有する。

本発明の対象は、ドイツ連邦共和国特許第１００００２２８２号に記載されているような輪郭にのみ使用可能なわけではない。むしろ２ｍｍ未満の構成高さ、好ましくは１．５ｍｍ以下の構成高さを持った油掻取りリングを加工することもできる。この油掻取りリングは、他の輪郭を持たない円筒状のウェブ面を有する。この構成において、油室寄りのウェブ側面において部分的な材料除去を行う本発明に係る方法により、シャープな掻取りエッジを形成することもできる。

規定された摺動面輪郭を備えた、１．５ｍｍの全高を有する油掻取りリングの一部分を示す図である。 摺動面にコーティング部を備える、図１に示したピストンリングを示す図である。 摺動面ウェブの規定された面領域を加工するための加工工具を示す図である。 円筒状の摺動面輪郭を備えた油掻取りリングの一部分を示す図である。 摺動面ウェブの規定された面領域を加工するための加工工具を示す図である。 ウェブを備えた油掻取りリングを、加工工具と共に示す図である。

本発明の対象を実施の形態に基づき図示し、以下に説明する。

本発明の対象は、とりわけドイツ連邦共和国特許第１０００２２８２号の図示の実施の形態を含む。上述のように、上記刊行物の図１〜３に示されている油掻取りリングは、２ｍｍ以上のリング高さに適用可能であり、このピストンリングの摺動面は対称的に加工可能でもある。この使用態様のためには、２つの摺動ウェブの対称的な加工を同時に可能にする加工工具がさらにある。２ｍｍ未満のリング高さ、特に１．５ｍｍ以下のリング高さにとって、研磨ディスク形状に基づき技術はその限界に達するので、ウェブの対称的な加工はもはや可能ではない。

図１に、上記実施の形態において、１．５ｍｍのリング高さｈを有していることになっているピストンリング本体１を示す。横断面形状は、ドイツ連邦共和国特許第１００００２２８２号同様に選択されたので、この実施の形態においても、基本輪郭を形成するために同様の加工基準を用いることができる。第１の作業工程において摺動ウェブ２は、機械加工により、ウェブ側面４，４′が半径方向外側に向かって徐々に先細りするように（図に示すような円錐の）テーパ状に形成される。

各ウェブ２は、半径方向の凸部５が形成されるように加工される。同様に、ウェブ２の間に形成されている溝６′の溝底部から、内側の周面３の方向に延びている油流出孔６が看取可能である。摺動面２′と内側の周面３との間に、上側のリング側面３′及び下側のリング側面３″が延びている。

上述のように準備されたピストンリング本体１には、図２に示したように、ウェブ２、凸部５及びウェブ側面４，４′を含む全摺動面２′の領域に、油流出孔６だけを除き耐摩耗性の層７が設けられる。

各凸部５と、対応付けられたウェブ側面４との間の移行領域に、シャープな掻取りエッジ８を形成するために、図３において単に示唆している研削工具あるいは研磨工具９が使用される。この研磨工具９は、上記移行領域のみを加工し、この移行領域を、図示のように、耐摩耗性の層７から解放する。摺動面２′の他の領域は未加工のままとなる。このように加工されたピストンリング本体１は、完成した油掻取りピストンリングをもたらす。この油掻取りピストンリングには、必要な場合にさらにラッピングプロセスを施すことができる。運転状態において、シャープな各掻取りエッジ８は、クランクハウジング／油室（図示せず）を向いている。

図４〜６は、油掻取りピストンリングの択一的な横断面形状を示す。有利な限りは、図１〜３に対応して同じ符号が用いられる。

図４は、加工状態からしてほぼ図２に相当する。図４においては、各ウェブ２は、その摩擦パートナ（図示せず）寄りの摺動面２′において輪郭付けされておらず、むしろ円筒状に加工されているという点で図１〜３とは異なる。その他の点では、横断面形状は、図１〜３の横断面形状に相当する。各ウェブ側面４，４′には、同様に耐摩耗性の材料７を提供した。

図５は、ほぼ図３に相当する。加工工具９は、各ウェブ側面４に向けて導入可能であり、円筒状の摺動面２′からウェブ側面４への移行領域において、ウェブ２の規定された半径方向の高さに亘って耐摩耗性の材料を除去する。この措置により、摺動面２′からウェブ側面４への移行領域に、シャープな掻取りエッジ８が形成される。

図６は、１つのパッケージにまとめられた複数の油掻取りピストンリングを示す。これらの油掻取りピストンリングは、単に１つの摺動面ウェブ２を有し、その他には、図４から看取可能である横断面形状を有する。摺動面２′は、この実施の形態でも、円筒状に構成されている。図５と同様に、加工工具９は、シャープな掻取りエッジ８を形成するために、摺動面２′からウェブ側面４への移行領域において耐摩耗性の材料を、ウェブ２の規定された半径方向の高さに亘って、ウェブ側面４からのみ除去する。

Claims (6)

1. 少なくとも１つのウェブ（２）を備えた半径方向外側の摺動面（２′）と、半径方向内側の周面（３）と、前記両面の間を延在している上側面（３′）及び下側面（３″）とを有する、２ｍｍ未満の軸線方向の高さを有するピストンリングの製造方法であって、該方法において、
   各ウェブ（２）に、半径方向外側に向かって円錐状に先細りしていく外縁を設け、
   その後、前記摺動面（２′）に、前記各円錐状のウェブ（２）のウェブ側面（４，４′）を含めて、少なくとも１つの耐摩耗性の層（７）を設け、
   次いで、掻取りエッジ（８）を形成する前記各ウェブ（２）のウェブ側面（４）だけに、少なくとも部分的な材料除去を行う、２ｍｍ未満の軸線方向の高さを有するピストンリングの製造方法。
2. 前記各ウェブ（２）の、クランクハウジング寄りの側面側の摩耗層（７）だけを、少なくとも部分的に除去することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記耐摩耗性の層（７）の提供に続いて、前記摺動面（２′）に円筒ラッピングプロセスを施すことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記各ウェブ側面（４）から前記耐摩耗性の層（７）を、半径方向のウェブ高さの３０〜９０％の面領域に亘って、加工工具、特に研磨工具により除去することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記加工された各ウェブ側面（４）の外側に残っている前記摺動面（２′）の面部分を、前記各ウェブ（２）も含め加工しないことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載の方法により製造された油掻取りピストンリング。

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