JP2019100379A - ピストンリングセット - Google Patents

Abstract

【課題】オイル消費を十分に抑制できるとともにシール性能を十分に長期にわたって維持できるピストンリングセットを提供する。【解決手段】本開示は内燃機関のピストンに装着される複数のピストンリングを含むピストンリングセットに関する。このピストンリングセットは、トップリングとして使用される第一のリングと、セカンドリングとして使用される第二のリングとを含み、第一のリングは合口部を有する金属材料からなり、第二のリングは合口部を有する樹脂組成物からなる。【選択図】図２５

Description

本開示は内燃機関のピストンに装着される複数のピストンリングを含むピストンリングセットに関する。

自動車等の内燃機関にはピストンリングが用いられている。ピストンリングは、ピストンの外周面に設けられた複数の溝にそれぞれ装着される。ピストンリングには、シリンダボア内壁のオイルがクランク室側から燃焼室側に入り込むこと（オイルアップ）と、ガスが燃焼室側からクランク室側に入り込むこととを抑制するシール性能が求められる。オイルアップはオイル消費の増加につながり、他方、燃焼室側からクランク室側に入り込むガス（ブローバイガス）の増加は燃費の低下につながる。

特許文献１はピストンと二つの圧力リング（トップリング及びセカンドリング）を備えたエンジンのピストン構造を開示している。特許文献１によれば、トップリングが金属製リングであり且つセカンドリングがエラストマー製無端リングであることで、圧力リングの耐久性を高めるとともにピストンの放熱性を高めることができるとされている。また、セカンドリングがエラストマー製無端リングであることでセカンドリングのシール性が高く、ブローバイガスの発生量を低減できるとされている。

特開２０１７−６６８６８号公報

上述のとおり、特許文献１に記載の発明においては、ブローバイガス発生量の低減の点から、セカンドリングとしてエラストマー製無端リングが採用されている。しかし、セカンドリングとしてエラストマー製無端リングを採用すると、その優れたシール性に起因してセカンドリングとトップリングとの間の空間の圧力が燃焼室よりも高くなる瞬間が生じ、ガスとともにオイルが燃焼室に逆流することによってオイル消費が増大するという課題がある。他方、エラストマー製無端リングは、経年の外周面摩耗によって外径が小さくなると、リング外周面とシリンダボア内面との間に隙間が生じ、シール性能が急激に低下するという課題がある。本事象は特に冷間時やエンジン始動時に顕著に生じやすい。すなわち、樹脂材とボア材の熱膨張係数が異なるため、温度差が大きい環境下において、リング外周面とシリンダボア内面の隙間が大きくなる傾向にある。

本開示は、オイル消費を十分に抑制できるとともにシール性能を十分に長期にわたって維持できるピストンリングセットを提供することを目的とする。

本開示は内燃機関のピストンに装着される複数のピストンリングを含むピストンリングセットに関する。このピストンリングセットは、トップリングとして使用される第一のリングと、セカンドリングとして使用される第二のリングとを含み、第一のリングは合口部を有する金属材料からなるリングであり、第二のリングは合口部を有する樹脂組成物からなるリングである。第二のリングは自己張力を有するものであってもよいし、補助部品（金属製もしくはゴム製のリング、バネ及びコイルエキスパンダ）と併用されるものであってもよい。補助リングは、第二のリングの内周側に配置され、第二のリングに張力を付与する、あるいは、第二のリングの張力を高めるためのものである。

従来、セカンドリングとして樹脂組成物からなるリングであって合口部を有しない無端リングを使用することが知られていたところ、これの代わりに、樹脂組成物からなるリングであって合口部を有するリング（第二のリング）を採用したことでオイル消費を十分に抑制することができる。第二のリングの合口部の隙間を設計することで、セカンドランドからクランク室へのガス流量をコントロールでき、その結果、トップリングとセカンドリングとの間の空間の圧力の増加を制御することが可能となる。これに加え、第二のリングが合口部を有し且つ自己張力又は上記補助リングによって張力を有することで、経年劣化によって外周面が摩耗した状態でもリング外周面とシリンダボア内面との間の隙間が生じなくなるため、シール性能を維持することができる。これにより、ブローバイガス発生量及びオイル消費量の両方を十分に長期にわたって少ない状態を維持することができる。

本開示に係るピストンリングセットが含む第一のリング（トップリング）は、合口部がストレート合口であってもよいし、特殊形状の合口であってもよい。特殊形状の合口としては、第一のリングを自由状態から当該合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する少なくとも一対の面を有し、当該一対の面が第一のリングの径方向に広がっている態様が挙げられる。なお、この一対の面はリングの側面に対して傾斜していてもよい。第一のリングがこのような特殊形状の合口部を有していることで、より一層長期にわたってシール性能を維持することができ、特にブローバイガス発生量を長期にわたって低く維持できる。

本開示に係るピストンリングセットが含む第二のリング（セカンドリング）は、合口部がストレート合口であってもよいし、特殊形状の合口であってもよい。特殊形状の合口としては、第二のリングを自由状態から当該合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する少なくとも一対の面を有し、当該一対の面が第二のリングの径方向に広がっている態様が挙げられる。なお、この一対の面はリングの側面に対して傾斜していてもよい。第二のリングがこのような特殊形状の合口部を有していることで、より一層長期にわたってシール性能を維持することができ、特にブローバイガス発生量を長期にわたって低く維持できる。

第二のリングを構成する樹脂組成物は弾性率が０．３〜５０ＧＰａであることが好ましい。なお、本開示における「弾性率」はＪＩＳ Ｋ７１６２に規定される方法に準拠して測定される値を意味する。本発明者らの検討によれば、弾性率が０．３〜５０ＧＰａの範囲である樹脂組成物からなる第二のリングは、低い張力（自己張力）であっても、シリンダボア内壁に対する優れた追従性を有する。かかる樹脂組成物からなる第二のリングを採用することにより、優れた低フリクション性を達成できるとともに、より一層優れたシール性能を達成できる。

第二のリングを構成する樹脂組成物の比重は１．０〜３．０であることが好ましい。第二のリングの比重が十分に小さい（十分に軽い）ことで、ピストンの往復動に伴う慣性力による影響を第二のリングが受けにくい。すなわち、ピストンの往復動に伴って、ピストンの溝内において第二のリングが移動することが抑制され、より一層優れたシール性を実現できる。なお、第一のリングを構成する金属の比重は、例えば、７〜９である。

第二のリングは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、及び、液晶ポリマー（ＬＣＰ）からなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂成分を含む樹脂組成物からなることが好ましい。この樹脂組成物は、ガラス繊維、カーボン繊維及び合成繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種の繊維を更に含んでもよいし、モリブデン、銅、鉄、ブロンズ、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、マイカ、酸化亜鉛及びタルクからなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなる粉体（充填材）を更に含んでもよい。例えば、ピストンリングのサイズ、用途及び使用環境等に適した樹脂成分を選択するとともに、これに配合する繊維及び／又は粉体の種類及びその配合量を適宜設定することで、耐熱性及び耐摩耗性等に優れた第二のリングを得ることができる。

金属材料からなる第一のリングは、内周面、外周面、一方の側面、他方の側面及び合口部の合わせ面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面上に形成された硬質皮膜を有してもよい。硬質皮膜は、例えば、無電解めっき及びメッキ（無電解の後に電解）、硬質塗料コーティング、物理的蒸着法（ＰＶＤ）、化学的蒸着法（ＣＶＤ）、スパッタ法、溶射等によって形成することができる。また、材質としては、非晶質炭素膜、窒化クロム膜（ＣｒＮ)、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ニッケルリン（ＮｉＰ）、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒＮ、セラミック系溶射、複合粉末系溶射、メタル系溶射などが好ましい。

樹脂組成物からなる第二のリングは、内周面、外周面、一方の側面、他方の側面及び合口部の合わせ面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面上に形成された表面処理膜を有してもよい。表面処理膜は、比較的低温度条件で形成され、例えば、無電解めっき及びメッキ（無電解の後に電解）、硬質塗料コーティング、物理的蒸着法（ＰＶＤ）、化学的蒸着法（ＣＶＤ）、スパッタ法によって形成することができる。また、材質としては、非晶質炭素膜、窒化クロム膜（ＣｒＮ）、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ニッケルリン（ＮｉＰ）、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒＮなどが好ましい。

本開示によれば、オイル消費を十分に抑制できるとともにシール性能を十分に長期にわたって維持できるピストンリングセットが提供される。

図１はストレート形状の合口部を有するピストンリングの一例を示す斜視図である。 図２はダブルステップ形状の合口部を有するピストンリングの一例を示す斜視図である。 図３は図２に示したピストンリングの合口部の要部拡大斜視図である。 図４は図２に示したピストンリングの合口部を一側面側から示す要部拡大斜視図である。 図５は図２に示したピストンリングの合口部を他側面側から示す要部拡大斜視図である。 図６は図２に示したピストンリングの合口部を他側面側から見た要部拡大図である。 図７（ａ）は、比較の態様に係るピストンリングの縮径時を示す要部拡大斜視図であり、図７（ｂ）は、図２に示したピストンリングの縮径時を示す要部拡大斜視図である。 図８（ａ）は、自由状態におけるピストンリングの合口部を外周面側から見た要部拡大図であり、図８（ｂ）は、ピストンへの組み付け後のピストンリングの合口部を外周面側から見た要部拡大図である。 図９は図２に示したピストンリングの合口部の変形例を他側面側から見た要部拡大図である。 図１０（ａ）は、ダブルステップ形状の合口部を有するピストンリングの他の例を他側面側から見た要部拡大図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示したピストンリングの合口部の変形例を他側面側から見た要部拡大図である。 図１１はダブルアングル形状の合口部を有するピストンリングの一例を示す斜視図である。 図１２はトリプルステップ形状の合口部を有するピストンリングの一例を示す斜視図である。 図１３は図１２に示したピストンリングの合口部の要部拡大斜視図である。 図１４（ａ）はトリプルステップ形状の合口部の平面図であり、図１４（ｂ）はトリプルステップ合口の正面図である。 図１５（ａ）は本体部の断面図（図１２のＸＶ−ＸＶ断面図）であり、図１５（ｂ）は合口端部の概略断面図（図１２のＢ−Ｂ断面図）である。 図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は図１２に示したピストンリングの第１変形例の合口端部の概略断面図である。 図１７は図１２に示したピストンリングの第２変形例の本体部の概略断面図である。 図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は図１７に示したピストンリングの合口端部の概略断面図である。 図１９は図１２に示したピストンリングの第３変形例の本体部の断面図である。 図２０（ａ）は図１９に示したピストンリングの合口部の平面図であり、図２０（ｂ）は図１９に示したピストンリング１Ｃの合口部の正面図である。 図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は図１９に示したピストンリングの合口端部の概略断面図である。 図２２（ａ）は内周面にバネ溝を有するピストンリングの本体部の断面図であり、図２２（ｂ）は合口端部の概略断面図である。 図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は内周面の形状の変更例を示す断面図である。 図２４はダブルカット形状の合口部を有するピストンリングの一例を示す斜視図である。 図２５は実施例及び比較例の結果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

＜ピストンリングセット＞
本実施形態に係るピストンリングセットは、内燃機関のピストンに装着される複数のピストンリングを含む。このピストンリングセットは、トップリングとして使用される第一のリングと、セカンドリングとして使用される第二のリングとを含み、第一のリングは合口部を有する金属材料からなるリングであり、第二のリングは合口部を有する樹脂組成物からなるリングである。

第一及び第二のリングの合口部としては、種々の形状のものを採用できる。図１はストレート形状の合口部を図示しており、図２〜１０はダブルステップ形状の合口部を図示しており、図１１はダブルアングル形状の合口部を図示しており、図１２〜２３はトリプルステップ形状の合口部を図示しており、図２４はダブルカット形状の合口部を図示している。

本実施形態において、第一のリング（トップリング）の合口形状と、第二のリング（セカンドリング）の合口形状との組合せ（ピストンリングセットのバリエーション）は表１に示す１２通りである。なお、表１に示す組合わせは例示であってこれらの組合せに限定されるものではない。

＜第一のリング＞
上述のとおり、第一のリングはトップリングとして使用されるリングであって、金属材料からなり且つ合口部を有する。第一のリングの合口部の隙間を設計することで、燃焼室からクランク室へのガス流量をコントロールでき、その結果、ブローバイガスの発生量を低減できる。

第一のリングの合口部は、ストレート形状であってもよいし（図１参照）、特殊形状であってもよい。特殊形状の合口部としては、ダブルステップ（図２〜１０参照）及びダブルアングル（図１１参照）と称される形状のものが挙げられる。これらの特殊形状の合口部は、第一のリングを自由状態から当該合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する少なくとも一対の面を有し、当該一対の面が第一のリングの径方向（幅方向）に広がっている。なお、この一対の面はリングの側面に対して傾斜していてもよい。特殊形状の合口部は、第一のリングを自由状態から当該合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する他の一対の面を更に有してもよい。当該他の一対の面としては、第一のリングの厚さ方向に広がった面が挙げられる。

第一のリングとして、ストレート形状の合口部を有するピストンリングを採用することにより、合口部特殊形状と比べるとリングの薄幅化が可能となるため、摺動ロスを十分に小さくする傾向にあり、これにより燃費を向上しやすい。第一のリングとして、特殊形状の合口部（ダブルステップ合口又はダブルアングル合口）を有するピストンリングを採用することにより、ブローバイガスを極めて効果的に低減できる傾向にある。

第一のリングは、金属又は合金（複数の金属元素を含有する鋳鉄又は鋼材）からなり、十分な強度、耐熱性及び弾性を有する。第一のリングは、金属材料からなる本体部と、本体部の表面の少なくとも一部を覆うように形成された皮膜（硬質皮膜）とによって構成されるものであってもよい。皮膜は、例えば、硬質クロムめっき層、ＰＶＤ処理層、鉄又はクロム等の窒化物層あるいはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜などの硬質膜である。皮膜が設けられることにより、本体部の耐摩耗性の向上が図られる。皮膜は、ピストンリングの内周面、外周面、一方の側面、他方の側面及び合口部の合わせ面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面上に形成することが好ましい。

＜第二のリング＞
上述のとおり、第二のリングはセカンドリングとして使用されるリングであって、樹脂組成物からなり且つ合口部を有する。第二のリングの合口部の隙間を設計することで、セカンドランドからクランク室へのガス流量をコントロールでき、その結果トップリングとセカンドリングとの間の空間の圧力の増加を制御することが可能となる。

第二のリングの合口部は、ストレート形状であってもよいし（図１参照）、特殊形状であってもよい。特殊形状の合口部としては、ダブルステップ（図２〜１０参照）、トリプルステップ（図１２〜２３参照）及びダブルカット（図２４参照）と称される形状のものが挙げられる。これらの特殊形状の合口部は、第二のリングを自由状態から当該合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する少なくとも一対の面を有し、当該一対の面が第二のリングの径方向（幅方向）に広がっている。なお、この一対の面はリングの側面に対して傾斜していてもよい。特殊形状の合口部は、第二のリングを自由状態から当該合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する他の一対の面を更に有してもよい。当該他の一対の面としては、第二のリングの厚さ方向に広がった面が挙げられる。

第二のリングとして、ストレート形状の合口部を有するピストンリングを採用することにより、第二のリングがオイル掻き性能を発揮し、オイル消費を十分に少なくできる傾向にある。第二のリングとして、特殊形状の合口部（ダブルステップ合口、トリプルステップ合口又はダブルカット合口）を有するピストンリングを採用することにより、ブローバイガスを極めて効果的に低減できる傾向にある。

第二のリングは樹脂組成物からなる。樹脂組成物における樹脂の割合は５０質量％以上であることが好ましい。第二のリングを構成する樹脂は特に限定されないが、高強度耐熱樹脂を選択することができる。高強度耐熱樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等に代表されるスーパーエンジニアリングプラスチックを例示することができる。また、さらに耐熱性の高いポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）も使用できる。そのほか、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、及び、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を用いることもできる。上記の材料の一部は射出成形が可能であり、特殊形状の合口部を有するピストンリングも容易に製造することができる。なお、第二のリングの製造方法は射出成形に限定されず、例えば、樹脂粉末をリング状に圧縮成形した後に合口部を薄刃カッターで形成してもよい。

第二のリングを構成する樹脂組成物にはカーボン繊維、ガラス繊維又は合成繊維を含む繊維強化樹脂とすることで、さらに耐熱性を高めると共に強度を高めることができる。また、当該樹脂組成物に充填材等を添加してもよい。充填材としては、例えば、モリブデン、金属粉（Ｃｕ、Ｆｅ）、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ブロンズ、マイカ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、タルクなどが挙げられる。

第二のリングを構成する樹脂組成物の弾性率は０．３〜５０ＧＰａであることが好ましい。弾性率０．３〜５０ＧＰａの樹脂組成物からなる第二のリングは、低い張力（自己張力）であっても、シリンダボア内壁に対する優れた追従性を有する。高い自己張力及び適度な追従性を実現する観点から、第二のリングを構成する樹脂組成物の弾性率は５〜３０ＧＰａであることがより好ましく、１０〜１６ＧＰａであることが更に好ましい。かかる樹脂組成物からなる第二のリングを採用することにより、優れた低フリクション性を達成できるとともに、より一層優れたシール性能を達成できる。

第二のリングを構成する樹脂組成物の比重は１．０〜３．０であることが好ましい。第二のリングの比重が十分に小さい（十分に軽い）ことで、ピストンの往復動に伴う慣性力による影響を第二のリングが受けにくい。すなわち、ピストンの往復動に伴って、ピストンの溝内において第二のリングが移動することが抑制され、より一層優れたシール性を実現できる。

第二のリングは、樹脂組成物からなる本体部と、本体部の表面の少なくとも一部を覆うように形成された皮膜（表面処理膜）とによって構成されるものであってもよい。皮膜は、例えば、硬質クロムめっき層、ＰＶＤ処理層、鉄又はクロム等の窒化物層あるいはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜などの硬質膜である。皮膜が設けられることにより、本体部の耐摩耗性の向上が図られる。皮膜は、ピストンリングの内周面、外周面、一方の側面、他方の側面及び合口部の合わせ面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面上に形成することが好ましい。

第二のリングは自己張力を有するものであってもよいし、補助部品（金属製もしくはゴム製のリング、バネ及びコイルエキスパンダ）と併用されるものであってもよい。補助部品は、例えば、第二のリングの内周側に配置され、第二のリングに張力を付与する、あるいは、第二のリングの張力を高めるためのものである。

以下、図面を参照しながら、ピストンリングの合口部の形状について説明する。

（ストレート合口）
図１に部分的に示すピストンリング１は、ストレートと称される合口部（ストレート合口）１ａを有する。合口部１ａは、環状の本体部１ｂの一部に形成されている。本体部１ｂは、幅方向の端面である一方の側面１ｃ及び他方の側面１ｄと、厚さ方向の端面である内周面１ｅ及び外周面１ｆとによって、厚さ方向が長辺かつ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。合口部１ａは、本体部１ｂの一方の端面１ｇと他方の端面１ｈとによって構成されている。

（ダブルステップ合口）
図２に示すピストンリング２は、ダブルステップと称される特殊形状の合口部（ダブルステップ合口）２ａを有する。合口部２ａは、環状の本体部２ｂの一部に形成されている。本体部２ｂは、幅方向の端面である一方の側面２ｃ及び他方の側面２ｄと、厚さ方向の端面である内周面２ｅ及び外周面２ｆとによって、厚さ方向が長辺かつ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。なお、ピストンリング２は、側面２ｃが燃焼室側となり、側面２ｄがクランク室側となるように、ピストンに対して取り付けられる。

図３は合口部２ａの要部拡大斜視図であり、図４は合口部２ａを側面２ｃ側から示す要部拡大斜視図であり、図５は合口部２ａを側面２ｄ側から示す要部拡大斜視図である。図３〜５に示すように、合口部２ａは、本体部２ｂの一部に形成された切れ目であり、ピストンリング２をピストン外周面のリング溝に装着する際の装着性の確保を目的として設けられている。合口部２ａでは、ピストンリング２をリング溝に装着する前の状態において、一方の合口端部１１と他方の合口端部１２とが所定の間隔をもって互いに対向した状態となっている。

合口部２ａにおいては、図３〜５に示すように、本体部２ｂの側面２ｃ側には、一方の合口端部１１から他方の合口端部１２に向かって突出する第１の突出部１３と、他方の合口端部１２において第１の突出部１３を受ける第１の受け部１４とが設けられている。また、本体部２ｂの側面２ｄ側には、他方の合口端部１２から一方の合口端部１１に向かって突出する第２の突出部１５と、一方の合口端部１１において第２の突出部１５を受ける第２の受け部１６とが設けられている。

より具体的には、第１の突出部１３では、一方の合口端部１１から本体部２ｂの側面２ｃ側の略半分部分が断面略長方形状に突出した状態となっている。また、第１の突出部１３において、第１の受け部１４に対向する側面２ｄ側の先端角は切り欠かれている。これにより、第１の突出部１３において第１の受け部１４に対向する側面２ｄ側の先端には、切欠面Ｓ１が形成されている。加えて、第１の受け部１４では、他方の合口端部１２において本体部２ｂの側面２ｃ側の略半分部分が第１の突出部１３の形状に対応して断面略長方形状に切り欠かれた状態となっている。したがって、第１の突出部１３における第１の受け部１４との対向面である先端面１３ａ、及び第１の受け部１４における第１の突出部１３との対向面である先端面１４ａは、それぞれ周方向に対して垂直又は略垂直に延在する略長方形状である。

同様に、第２の突出部１５では、他方の合口端部１２から本体部２ｂの側面２ｄ側の略半分部分が断面略長方形状に突出した状態となっている。また、第２の突出部１５において、第２の受け部１６に対向する側面２ｃ側の先端角は切り欠かれている。これにより、第２の突出部１５において第２の受け部１６に対向する側面２ｃ側の先端には、切欠面Ｓ２が形成されている。加えて、第２の受け部１６では、一方の合口端部１１において本体部２ｂの側面２ｄ側の略半分部分が第２の突出部１５の形状に対応して断面略長方形状に切り欠かれた状態となっている。

さらに、本体部２ｂの側面２ｄ側において、本体部２ｂの内周面２ｅ側には、第２の突出部１５から第２の受け部１６に向かって突出する第１のオス部２１と、第２の受け部１６において第１のオス部２１を受ける第１のメス部２２とが設けられている。また、本体部２ｂの側面２ｄ側において、本体部２ｂの外周面２ｆ側には、第２の受け部１６から第２の突出部１５に向かって突出する第２のオス部２３と、第２の突出部１５において第２のオス部２３を受ける第２のメス部２４とが設けられている。このため、側面２ｄ側においては、第１のオス部２１、第１のメス部２２、第２のオス部２３、及び第２のメス部２４によって、いわゆるステップ合口が形成されている。

以下では、図６を用いながら、第１のオス部２１、第２のオス部２３、第１のメス部２２、及び第２のメス部２４を、これらの順番にて詳細に説明する。図６は、合口部２ａを側面２ｄ側から見た要部拡大図である。

図６に示すように、第１のオス部２１では、第２の突出部１５の内周面２ｅ側の略半分部分が突出した状態となっている。具体的には、第１のオス部２１は、第１のメス部２２との合わせ面２１ａと、第１のオス部２１の先端が先細りとなるように、合わせ面２１ａに対して傾斜し、かつ外周面２ｆ側を向く傾斜面２１ｂとを有している。合わせ面２１ａは、傾斜面２１ｂよりも第１のオス部２１の先端側であって内周面２ｅ側に位置しており、周方向に対して垂直に延在する先端面である。合わせ面２１ａの一端は、内周面２ｅと直交している。傾斜面２１ｂは、合わせ面２１ａの外周面２ｆ側の端につながっている平面であり、例えば第１のオス部２１における外周面２ｆ側の角部を切り欠くことによって形成される。合わせ面２１ａと傾斜面２１ｂとは、鈍角をなしている。合わせ面２１ａと傾斜面２１ｂとがなす角度は、例えば、１００°〜１７０°、１２０°〜１６０°、又は１２０°〜１５０°である。第１のオス部２１の厚さ方向において、傾斜面２１ｂの占める割合は、例えば、合わせ面２１ａの占める割合の０．１倍〜１００倍、０．２倍〜５０倍、又は０．５倍〜３５倍である。

第２のオス部２３では、第２の受け部１６の外周面２ｆ側の略半分部分が突出した状態となっている。具体的には、第２のオス部２３は、第２のメス部２４との合わせ面２３ａと、第２のオス部２３の先端が先細りとなるように、合わせ面２３ａに対して傾斜し、かつ内周面２ｅ側を向く傾斜面２３ｂとを有している。合わせ面２３ａは、傾斜面２３ｂよりも第２のオス部２３の先端側であって外周面２ｆ側に位置しており、周方向に対して垂直に延在する先端面である。合わせ面２３ａの一端は、外周面２ｆと直交している。傾斜面２３ｂは、合わせ面２３ａの内周面２ｅ側の端につながっている平面であり、例えば第２のオス部２３における内周面２ｅ側の角部を切り欠くことによって形成される。合わせ面２３ａと傾斜面２３ｂとは、鈍角をなしている。合わせ面２３ａと傾斜面２３ｂとがなす角度は、例えば、１００°〜１７０°、１２０°〜１６０°、又は１２０°〜１５０°である。第２のオス部２３の厚さ方向において、傾斜面２３ｂの占める割合は、例えば、合わせ面２３ａの占める割合の０．１倍〜１００倍、０．２倍〜５０倍、又は０．５倍〜３５倍である。

第１のメス部２２では、第２の受け部１６の内周面２ｅ側の略半分部分が、第１のオス部２１と接しないように切り欠かれた状態となっている。第１のメス部２２と第２のオス部２３とがなす第１の入隅部２５には、傾斜面２１ｂに対向する対向面２５ａ（第１の対向面）が設けられている。この対向面２５ａは、内周面２ｅ側を向く凹状の湾曲面をなしており、第２のオス部２３の第１のオス部２１との合わせ面２３ｃと、第１のメス部２２の第１のオス部２１との合わせ面２２ａとを滑らかにつないでいる。なお、第１の入隅部２５をなす第２のオス部２３の基端側は、第２のオス部２３の先端側よりも厚くなっているので、第２のオス部２３の基端側における折れに対する強度（折損強度）が高まっている。

第２のメス部２４では、第２の突出部１５の外周面２ｆ側の略半分部分が、第２のオス部２３と接しないように切り欠かれた状態となっている。第２のメス部２４と第１のオス部２１とがなす第２の入隅部２６には、傾斜面２３ｂに対向する対向面２６ａ（第２の対向面）が設けられている。この対向面２６ａは、外周面２ｆ側を向く凹状の湾曲面をなしており、第１のオス部２１の第２のオス部２３との合わせ面２１ｃと、第２のメス部２４の第２のオス部２３との合わせ面２４ａとを滑らかにつないでいる。なお、第２の入隅部２６をなす第１のオス部２１の基端側は、第１のオス部２１の先端側よりも厚くなっているので、第１のオス部２１の基端側における折れに対する強度（折損強度）が高まっている。

以上のような構成を有するピストンリング２の作用効果について、図７を用いながら説明する。図７（ａ）は、比較の態様に係るピストンリングの縮径時を示す要部拡大斜視図であり、図７（ｂ）はピストンリング２の縮径時を示す要部拡大斜視図である。

ピストンリングの組み付け（ピストン外周面のリング溝へ装着）では、まず、リング内径をピストンの外径以上に拡径することによって、当該リング溝へピストンリングを装着する。ピストンリングが装着されたピストンは、エンジン組み付け工程においてシリンダブロックに挿入される。このとき、ピストンリングによるピストンのシリンダブロックへの挿入を妨げないように、ピストンリングをシリンダ内径まで縮径する。なお、ピストンリングの縮径は、例えばテーパーコーン等の治具を用いて実施される。

ここで、図７（ａ）に示されるように、比較の態様に係るピストンリング１００では、第１のオス部１２１は傾斜面２１ｂを有しておらず、第２のオス部１２３は傾斜面２３ｂを有していない。このため、第１のオス部１２１の外周面２ｆ側の先端には角部１２１ｄが設けられており、第２のオス部１２３の内周面２ｅ側の先端には角部１２３ｄが設けられている。このようなピストンリング１００を縮径すると、図７（ａ）に示されるように、第１のオス部１２１の角部１２１ｄが第２のオス部１２３の先端面１２３ａに衝突し、角部１２１ｄが第２のオス部１２３に引っかかることがある（もしくは、第２のオス部１２３の角部１２３ｄが第１のオス部１２１の先端面１２１ａに衝突し、角部１２３ｄが第１のオス部１２１に引っかかることがある）。この場合、ピストンリング１００を縮径する際に加わる力は、第１のオス部１２１及び第２のオス部１２３に集中し、合口端部１１１，１１２に欠けや破損が発生してしまうことがある。

一方、ピストンリング２では、第１のオス部２１及び第２のオス部２３の先端は共に先細りとなっている。また、第１のオス部２１が有する傾斜面２１ｂと、第２のオス部２３が有する傾斜面２３ｂとは、ピストンリング１の厚さ方向において、互いに対向するように設けられている。このような第１のオス部２１及び第２のオス部２３が合口部２ａに設けられることにより、図７（ｂ）に示されるように、ピストンリング２を縮径するときに合口端部１１，１２同士が衝突する場合、傾斜面２１ｂ，２３ｂを互いに最初に衝突させることができる。この場合、角部が設けられていない傾斜面２１ｂ，２３ｂ同士が衝突するので、第１のオス部２１と第２のオス部２３とが引っかかりにくくなる。加えて、上記衝突時に傾斜面２１ｂ，２３ｂが互いに面接触するので、応力集中が発生しにくくなる。したがって、合口部２ａの破損を良好に抑制できる。さらには、ピストンリング２を縮径する際に加わる力に応じて傾斜面２１ｂ，２３ｂ同士が滑り、ピストンリング２を容易に閉じることができる。

加えて、図６に示すように、ピストンリング２では、本体部２ｂの内周面２ｅ側で第１のオス部２１及び第１のメス部２２が対向する位置と、本体部２ｂの外周面２ｆ側で第２のオス部２３及び第２のメス部２４が対向する位置とが、本体部の周方向に互いにずれている。これにより、合口部２ａを側面２ｄ側から見た場合、図６に示すように、第１のオス部２１の合わせ面２１ａ及び傾斜面２１ｂ、第１のメス部２２の合わせ面２２ａ、第１の入隅部２５の対向面２５ａ、第１のオス部２１の合わせ面２１ｃ、第２のオス部２３の第１のオス部２１との合わせ面２３ｃ、第２の入隅部２６の対向面２６ａ、第２のオス部２３の合わせ面２３ａ及び傾斜面２３ｂ、及び第２のメス部２４の合わせ面２４ａによって、クランクＣ１が形成されている。

このクランクＣ１において、第１のオス部２１の第２のオス部２３との合わせ面２１ｃ、及び第２のオス部２３の第１のオス部２１との合わせ面２３ｃは、ピストンリング２の使用時における温度膨張の影響を受けにくい。また、ピストンの上下運動による荷重がピストンリング２に加わった場合でも当該荷重が合わせ面２１ｃ，２３ｃの対向方向にかかりにくく、摩耗の影響も小さいため、合わせ面２１ｃ，２３ｃ間の間隔を小さく保つことができる。したがって、クランクＣ１におけるガスの流通面積を極小化することが可能となり、ピストンリング２の内周面２ｅ側に回り込んだガスがクランクＣ１を通って外周面２ｆ側に抜けてしまうことを抑制できる。

図８（ａ）は、自由状態におけるピストンリング２の合口部２ａを外周面２ｆ側から見た要部拡大図であり、図８（ｂ）は、ピストンへの組み付け後のピストンリング２の合口部２ａを外周面２ｆ側から見た要部拡大図である。図８（ｂ）に示すように、ピストンリング２をピストン外周面のリング溝へ装着すると、本体部２ｂの側面２ｃ側で第１の突出部１３及び第１の受け部１４が対向する位置と、本体部２ｂの側面２ｄ側で第２の突出部１５及び第２の受け部１６が対向する位置とが、本体部２ｂの周方向に互いにずれている。これにより、合口部２ａを外周面２ｆ側から見た場合、第１の突出部１３の先端面１３ａ、第１の受け部１４の先端面１４ａ、切欠面Ｓ１、第１の突出部１３における第２の突出部１５との合わせ面１３ｂ、第２の突出部１５における第１の突出部１３との合わせ面１５ｂ、切欠面Ｓ２、第２の突出部１５の先端面１５ａ、及び第２の受け部１６の先端面１６ａによってクランクＣ２が形成されている。

したがって、ピストンリング２がピストン外周面のリング溝に装着されてピストンの上下運動による荷重を受けた場合に、第１の突出部１３の合わせ面１３ｂと第２の突出部１５の合わせ面１５ｂとが本体部２ｂの幅方向に合わさり、クランクＣ２が閉鎖することで、ピストンリング２の幅方向に抜けるガスを遮断できる。なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、第１の突出部１３と第２の受け部１６とがなす入隅部３１と、第１の突出部１３と第２の受け部１６とがなす入隅部３２とのそれぞれは、面取りされており、凹状の湾曲面を構成している。

また、第１のオス部２１は、第１のメス部２２との合わせ面２１ａであり、周方向に対して垂直に延在する先端面を有し、第２のオス部２３は、第２のメス部２４との合わせ面２３ａであり、周方向に対して垂直に延在する先端面を有している。このため、第１のオス部２１及び第２のオス部２３の先端は、互いに合わせ面２１ａ，２３ａに相当する厚さを有している。このため、第１のオス部２１及び第２のオス部２３の先端における強度を確保でき、合口部２ａの破損を良好に抑制できる。

また、第１のメス部２２と第２のオス部２３とがなす第１の入隅部２５には、第１のオス部２１の傾斜面２１ｂに対向する対向面２５ａが設けられており、第２のメス部２４と第１のオス部２１とがなす第２の入隅部２６には、第２のオス部２３の傾斜面２３ｂに対向する対向面２６ａが設けられており、対向面２５ａは、内周面２ｅ側を向く凹状の湾曲面であり、対向面２６ａは、外周面２ｆ側を向く凹状の湾曲面であってもよい。この場合、第１のオス部２１が有する傾斜面２１ｂと対向面２５ａとの隙間、及び第２のオス部２３が有する傾斜面２３ｂと対向面２６ａとの隙間を狭めることができる。これにより、上記隙間内におけるスラッジ等の堆積を抑制できる。

側面２ｃ，２ｄ、内周面２ｅ及び外周面２ｆの少なくとも一面上には、皮膜（硬質皮膜又は表面処理膜）が設けられていてもよい。この場合、本体部２ｂを皮膜によって保護できる。

上記実施形態では、第１のオス部２１は傾斜面２１ｂを有しているが、例えば図９に示すように、変形例では、第１のオス部２１は、その合わせ面２１ａに対して傾斜し、かつ外周面２ｆ側を向く凸状の湾曲面２１ｄを有してもよい。同様に、変形例では、第２のオス部２３は、その合わせ面２３ａに対して傾斜し、かつ内周面２ｅ側を向く凸状の湾曲面２３ｄを傾斜面２３ｂの代わりに有してもよい。このように合口部２ａに湾曲面２１ｄ，２３ｄが設けられることによって、ピストンリング２のピストン外周面のリング溝への装着時に、第１のオス部２１及び第２のオス部２３の引っかかりを良好に抑制できる。加えて、図９に示すように、第１のオス部２１が有する湾曲面２１ｄと、第１の入隅部２５の対向面２５ａとの隙間をさらに狭めることができると共に、第２のオス部２３が有する湾曲面２３ｄと、第２の入隅部２６の対向面２６ａとの隙間をさらに狭めることができるので、上記隙間内におけるスラッジ等の堆積を良好に抑制できる。

以下では、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を用いながら、ダブルステップ形状の合口部を有するピストンリングの他の実施形態及びその変形例について説明する。なお、上記実施形態と重複する事項の説明は省略する。

図１０（ａ）は、他の実施形態に係るピストンリングの合口部を他側面側から見た要部拡大図である。図１０（ａ）に示されるピストンリング２Ａは、第１のオス部２１、第１のメス部２２、第２のオス部２３、及び第２のメス部２４の設けられる位置の点で、ピストンリング２と異なっている。具体的には、本体部２ｂの側面２ｄ側において、本体部２ｂの外周面２ｆ側には、第２の突出部１５から第２の受け部１６に向かって突出する第１のオス部２１と、第２の受け部１６において第１のオス部２１を受ける第１のメス部２２とが設けられている。また、本体部２ｂの側面２ｄ側において、本体部２ｂの内周面２ｅ側には、第２の受け部１６から第２の突出部１５に向かって突出する第２のオス部２３と、第２の突出部１５において第２のオス部２３を受ける第２のメス部２４とが設けられている。

ピストンリング２Ａにおける第１のオス部２１は、その先端が先細りとなるように、第１のメス部２２との合わせ面２２ａに対して傾斜し、かつ内周面２ｅ側を向く傾斜面２１ｂを有している。同様に、第２のオス部２３は、その先端が先細りとなるように、第２のメス部２４との合わせ面２４ａに対して傾斜し、かつ外周面２ｆ側を向く傾斜面２３ｂを有している。加えて、第１のメス部２２と第２のオス部２３とがなす第１の入隅部２５に設けられる対向面２５ａは、外周面２ｆ側を向く凹状の湾曲面をなしており、第２のメス部２４と第１のオス部２１とがなす第２の入隅部２６に設けられる対向面２６ａは、内周面２ｅ側を向く凹状の湾曲面をなしている。

ピストンリング２Ａにおいても、当該ピストンリング２Ａを縮径するときに合口端部１１，１２同士が衝突する場合、傾斜面２１ｂ，２３ｂを互いに最初に衝突させることができる。したがって、ピストンリング２Ａも、ピストンリング２と同様の作用効果が奏される。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すピストンリングの変形例に係る合口部を他側面側から見た要部拡大図である。図１０（ｂ）に示される変形例の第１のオス部２１は、その合わせ面２１ａに対して傾斜し、かつ内周面２ｅ側を向く凸状の湾曲面２１ｄを有してもよい。同様に、変形例では、第２のオス部２３は、その合わせ面２３ａに対して傾斜し、かつ外周面２ｆ側を向く凸状の湾曲面２３ｄを傾斜面２３ｂの代わりに有してもよい。このように合口部２ａに湾曲面２１ｄ，２３ｄが設けられることによって、ピストンリング２の変形例と同様の作用効果が奏される。

（ダブルアングル合口）
図１１に示す部分的にピストンリング３は、ダブルアングルと称される特殊形状の合口部（ダブルアングル合口）３ａを有する。合口部３ａは、環状の本体部３ｂの一部に形成されている。本体部３ｂは、幅方向の端面である一方の側面３ｃ及び他方の側面３ｄと、厚さ方向の端面である内周面３ｅ及び外周面３ｆとによって、厚さ方向が長辺かつ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。なお、ピストンリング３は、側面３ｃが燃焼室側となり、側面３ｄがクランク室側となるように、ピストンに対して取り付けられてもよいし、この逆であってもよい。前者の向きはオイル消費量の削減に特に効果があり、後者の向きはブローバイガス量の低減に特に効果がある。

合口部３ａは、本体部３ｂの一方の端面３ｇと、他方の端面３ｈと、端面３ｇに設けられた突出部３３と、他方の端面３ｈ側に設けられた受け部３４とによって構成されている。受け部３４は側面３ｃの途中から外周面３ｆと途中に至る傾斜面３４ａを有し、突出部３３は受け部３４に対応する形状を有する。

（トリプルステップ合口）
図１２に示すピストンリング４は、トリプルステップと称される特殊形状の合口部（トリプルステップ合口）４ａを有する。合口部４ａは、環状の本体部４ｂの一部に形成されている。本体部４ｂは、幅方向の端面である一方の側面４ｃ及び他方の側面４ｄと、厚さ方向の端面である内周面４ｅ及び外周面４ｆとによって、厚さ方向が長辺かつ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。ただし、後述のように外周面４ｆが傾斜しているため、側面４ｃ及び側面４ｄの長さは互いに異なる。また、断面形状は上記の形状に限定されない。なお、ピストンリング４は、側面４ｃが燃焼室側となり、側面４ｄがクランク室側となるように、ピストンに対して取り付けられる。

合口部４ａは、環状の本体部４ｂの両端部に設けられた合口端部４１，４２を含む。合口端部４１，４２は、ピストンリング４をリング溝に装着する前の状態において、所定の間隔をもって対向した状態となっている。

図１３及び図１４は合口部４ａの構造を説明する図である。図１３は、合口部４ａの構造を説明する斜視図であり、図１４（ａ）は、合口部４ａの平面図（側面４ｃ側から見た図）であり、図１４（ｂ）は、合口部４ａの正面図（外周面４ｆ側から見た図）である。合口部４ａは、所謂トリプルステップ形状を呈している。トリプルステップ形状とは、合口部４ａを三方向から見た際にステップ形状を呈しているものである。ピストンリング４の場合、上側の側面４ｃ側から見たとき、下側の側面４ｄ側から見たとき、及び、外周面４ｆ側から見たときに、合口部４ａがステップ形状となっている。

より具体的には、図１３，１４に示すように、合口端部４１及び合口端部４２の対向面は、本体部４ｂの内周面４ｅ側の略半分における対向面４１ａ，４２ａと比較して、本体部４ｂの外周面４ｆ側の略半分では、側面４ｃ側において合口端部４２が合口端部４１側に突出し、側面４ｄ側において合口端部４１が合口端部４２側に突出するように凹凸が形成されている。

具体的には、本体部４ｂの外周面４ｆ側の略半分且つ側面４ｃ側の略半分（図１３において略上半分となる部分）において、合口端部４２には対向面４２ａよりも合口端部４１側に突出する第１突出部４３が設けられる一方、合口端部４１には、第１突出部４３を受ける第１受け部４４が設けられる。第１突出部４３の先端面４３ａと、第１受け部４４の受け面４４ａとが対向する。また、本体部４ｂの外周面４ｆ側の略半分且つ側面４ｄ側の略半分（図１３において略下半分となる部分）において、合口端部４１には対向面４１ａよりも合口端部４２側に突出する第２突出部４５が設けられる一方、合口端部４２には、第２突出部４５を受ける第２受け部４６が設けられる。第２突出部４５の先端面４５ａと、第２受け部４６の受け面４６ａとが対向する。

この結果、側面４ｃ側から見たときには、図１４（ａ）に示すように、対向面４１ａ，４２ａが設けられる位置と、第１突出部４３の先端面４３ａ及び第１受け部４４の受け面４４ａが設けられる位置と、が本体部４ｂの長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。また、外周面４ｆ側から見たときには、図１４（ｂ）に示すように、第１突出部４３の先端面４３ａ及び第１受け部４４の受け面４４ａが設けられる位置と、第２突出部４５の先端面４５ａ及び第２受け部４６の受け面４６ａが設けられる位置と、が本体部４ｂの長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。さらに、側面４ｄ側から見たときも、図１３に示すように、対向面４１ａ，４２ａが設けられる位置と、第２突出部４５の先端面４５ａ及び第２受け部４６の受け面４６ａが設けられる位置と、が本体部４ｂの長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。各面でのステップ形状の段差となる領域（ステップの割位置）は、それぞれ略中央付近となっている。なお、図１３及び図１４に示すように、対向面４１ａと対向面４２ａとの間、第１突出部４３の先端面４３ａと第１受け部４４の受け面４４ａとの間、及び、第２突出部４５の先端面４５ａと第２受け部４６の受け面４６ａとの間にはそれぞれ空隙が設けられている。

図１５（ａ）は、ピストンリング４の本体部４ｂの概略断面図であり、図１２のＸＶ−ＸＶ断面図に相当する。また、図１５（ｂ）は、ピストンリング４の合口端部４２の概略断面図であり、図１２のＢ−Ｂ断面図に相当する。

ピストンリング４は、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、上方の側面４ｃ（一方の側面）側から下方の側面４ｄ（他方の側面）側に向かうにつれて、外周面４ｆの径が大きくなるテーパ面（テーパフェース）を有するテーパ形状を呈している。図１５（ａ）では、ピストンリング４の本体部４ｂの断面を示している。このように、ピストンリング４においては、外周面４ｆの全面がテーパ面となっている。したがって、図１３に示すように、合口部４ａ周辺もテーパ面となっている。具体的には、図１５（ｂ）に示すように、合口端部４２では、第１突出部４３の外周面４ｆ側がテーパ面となる。同様に、合口端部４１では、第２突出部４５の外周面４ｆ側もテーパ面となる。テーパ面を有しているピストンリング４では、ピストンリング４の外径が最も大きい領域が、ボア内周面と接した状態で摺動する。ピストンリング４の場合には、側面４ｄと外周面４ｆとにより形成される角部Ｔ１において最も径が大きくなっている。したがって、ピストンリング４を取り付けた場合には、この側面４ｄと外周面４ｆとの角部Ｔ１がボア内周面と接した状態で摺動する。このような構成とすることで、シリンダのボア内周面との接触面積が小さくなるため、オイルの初期馴染み性が高められる。また、ピストンリング４とボア内周面との接触面積が小さくなることで、接触面圧が高められ、ボア内周面に付着するオイルを良好に掻き取ることができる。

テーパ面により構成される外周面４ｆの傾斜角α（図１５参照：ピストンリングの軸方向に対する外周面４ｆの角度）は、１°〜１０°とすることができる。このように、外周面４ｆがテーパ面を含み、その傾斜角αを１°〜１０°とすることで、ピストンリング４の外周面４ｆによるオイルの掻き取り効果が高められ、オイル消費量を低減することができる。なお、側面４ｄとボア内周面Ｗのなす角β（図１５参照）は９０°であり、角部Ｔ１の図１５における上下方向の位置を調整することで９０°前後（例えば、８０〜１００°）としてもよい。

なお、外周面２ｆの全面をテーパ面とするのではなく、外周面２ｆの角部Ｔ１近傍において、外周面２ｆとボア内周面とが当接する領域を大きくするように、角部Ｔ１近傍はテーパ面とせず、ボア内周面（すなわち、ピストンリングの軸方向）と平行とする（α＝０°とする）構成としてもよい。

（変形例−１）
次に、ピストンリング４の変形例について、説明する。まず、図１６に第１変形例に係るピストンリング４Ａを示す。図１６（ａ）は、ピストンリング４Ａの合口端部４１の概略断面図であり、図１２のＡ−Ａ断面図に相当する。図１６（ａ）では、合口端部４１の第２突出部４５が断面で示されている。また、図１６（ｂ）は、ピストンリング４Ａの合口端部４２の概略断面図であり、図１２のＢ−Ｂ断面図に相当する。また、図１６（ｂ）では、合口端部４２の第１突出部４３が断面で示されている。

第１変形例に係るピストンリング４Ａは、ピストンリング４と比較して、以下の点が相違する。まず、ピストンリング４Ａは、ピストンリング４と同様に外周面４ｆがテーパ形状を呈しているが、外周面４ｆ全面がテーパ面となっているのではなく、側面４ｃ側の一部（図１６では略半分）のみがテーパ面となっていて、側面４ｄ側の残りの部分は、傾斜していない（α＝０°）。なお、図１６では、ピストンリング４Ａの合口端部４１，４２周辺を示しているが、本体部４ｂにおいても、同様に側面４ｃ側の一部のみがテーパ形状となっている。

そして、突出部と受け部とにより形成されて外周面４ｆに連続して形成されるステップ形状の段差部（割位置）が、側面４ｃと側面４ｄとの間の中央付近から側面４ｄ側に移動されている。すなわち、図１６（ａ）に示すように、第１受け部４４の幅（ピストンリング４Ａの幅方向の長さ）が第２突出部４５よりも大きくなっている。また、図１６（ｂ）に示すように、第１突出部４３の幅（ピストンリング４Ａの幅方向の長さ）が第２受け部４６よりも大きくなっている。その結果、ステップ形状の段差部の外周面４ｆ側の端部は、上記テーパ面とは異なる位置に設けられる。

上記のピストンリング４Ａの構造を採用すると、ピストンリング４と比較して、ブローバイガスをさらに抑制することができる。ピストンリング４は、上述したように、トリプルステップ形状の合口部４ａを採用することで、ブローバイガスを抑制することを実現している。しかしながら、外周面４ｆの全面をテーパ面とすることで、外周面４ｆと側面４ｄとによる角部Ｔ１のみがボア内周面と当接する構造となる。この場合、図１３に示すように、第２突出部の先端面４５ａと、第２受け部４６の受け面４６ａとの対向面の付近で側面４ｃ側から側面４ｄ側へのガスの移動経路が形成される。図１５（ｂ）では、ピストンリング４を取り付けた際のボア内周面Ｗの配置を破線で示しているが、矢印Ａで示す部分にガスの移動経路が形成されてしまう。その結果、僅かながらブローバイガスが発生する可能性がある。

これに対して、ピストンリング４Ａでは、ステップ形状の段差部（割位置）を側面４ｄ側に移動し、外周面４ｆ側の端部がテーパ面とは異なる位置に設けられる構成としている。その上で、ピストンリング４Ａでは、外周面４ｆのテーパ面を側面４ｃ側のみに形成している。この結果、第１突出部４３及び第１受け部４４側の外周面４ｆは一部テーパ面となっているが、第２突出部４５及び第２受け部４６側の外周面４ｆは、テーパ面ではなく、ボア内周面に当接する状態となる。

上記の構造を有するピストンリング４Ａでは、ピストンリング４と同様に合口部４ａがトリプルステップ形状を有しているため、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。また、ピストンリング４Ａにおいても、外周面４ｆの一部がテーパ面となっているため、ピストンリング４の外周面４ｆによるオイルの掻き取り効果が高められ、オイル消費量を低減することができる。さらに、ステップ形状の段差部（割位置）と、段差部よりも側面４ｄ側の第２突出部４５及び第２受け部４６の外周面４ｆは、傾斜していないため、ボア内周面に当接することから、第２突出部の先端面４５ａと、第２受け部４６の受け面４６ａとの対向面の付近ではガスの移動経路は形成されず、ブローバイガスの抑制効果が高められる。

（変形例−２）
図１７及び図１８に第２変形例に係るピストンリング４Ｂを示す。図１７は、ピストンリング４Ｂの本体部４ｂの概略断面図である。また、図１８（ａ）は、ピストンリング４Ｂの合口端部４１の概略断面図であり、図１２のＡ−Ａ断面図に相当する。図１８（ｂ）では、合口端部４１の第２突出部４５が断面で示されている。また、図１８（ｂ）は、ピストンリング４Ｂの合口端部４２の概略断面図であり、図１２のＢ−Ｂ断面図に相当する。また、図１８（ｂ）では、合口端部４２の第１突出部４３が断面で示されている。

第２変形例に係るピストンリング４Ｂは、ピストンリング４と比較して、以下の点が相違する。まず、ピストンリング４Ｂは、ピストンリング４と同様に外周面４ｆがテーパ面を含んでいるが、外周面４ｆ全面がテーパ面であるのではなく、側面４ｃ側の一部のみがテーパ面となっている。また、ピストンリング４Ａでは、側面４ｄ側の残りの部分は傾斜していない（α＝０°）のに対して、ピストンリング４Ｂでは、残りの部分は、傾斜していない領域と、逆テーパ形状（α＜０°）である逆テーパ面とを有する。

具体的には、図１７に示すように、ピストンリング４Ｂの外周面４ｆは、側面４ｃ側から側面４ｄ側に向かうにつれて、テーパ面４ｆ_１、平坦面４ｆ_２、及び逆テーパ面４ｆ_３がこの順となるように配置される。テーパ面４ｆ_１は、ボア内周面Ｗに対する傾斜角α_１を１°〜２０°とすることができる。テーパ面４ｆ_１の幅（ピストンリング４Ｂの幅方向の長さ）は、ピストンリング４Ｂの幅に対して３０％〜５０％とすることができる。また、平坦面４ｆ_２は、ボア内周面Ｗに対して当接して摺動する領域であり、ピストンリング４Ｂの軸方向に沿って延びる面である。平坦面４ｆ_２の幅（ピストンリング４Ｂの幅方向の長さ）は、ピストンリング４Ｂの幅に対して０％〜４０％とすることができる。すなわち、平坦面４ｆ_２は、テーパ面４ｆ_１と逆テーパ面４ｆ_３との間に設けられていなくてもよい。なお、平坦面４ｆ_２を設ける場合、好ましい平坦面４ｆ_２の幅は、ピストンリング４Ｂの幅に対して３％〜４０％である。さらに、逆テーパ面４ｆ_３は、側面４ｄ側に向かうにつれて外周面４ｆの径が小さくなる領域である。逆テーパ面４ｆ_３は、ボア内周面Ｗに対する傾斜角α_２を１０°〜７０°とすることができる。好ましい傾斜角α_２は、１０°〜５０°である。ただし、α_１＜α_２であることが好ましい。逆テーパ面４ｆ_３の幅（ピストンリング４Ｂの幅方向の長さ）は、ピストンリング４Ｂの厚さに対して３０％〜５０％とすることができる。

また、合口部４ａ付近においては、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、ステップ形状の段差部（割位置）が中央付近の平坦面４ｆ_２となるように設けられる。すなわち、第１受け部４４と第２突出部４５との境界の外周面４ｆ、及び、第１突出部４３と第２受け部４６との境界の外周面４ｆは、平坦面４ｆ_２となっている。したがって、第１突出部４３及び第１受け部４４の外周面４ｆは、テーパ面４ｆ_１及び平坦面４ｆ_２から構成され、第２突出部４５及び第２受け部４６の外周面４ｆは、接領域４ｆ_２及び逆テーパ面４ｆ_３から構成される。

上記の構造を有するピストンリング４Ｂでは、ピストンリング４と同様に合口部４ａがトリプルステップ形状を有しているため、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。また、ピストンリング４Ｂにおいては、外周面４ｆの一部がテーパ面４ｆ_１となっているため、ピストンリング４Ｂの外周面４ｆによるオイルの掻き効果のうち特に燃焼室側へのオイルの掻き上げを抑制する効果が高められる。また、ステップ形状の段差部（割位置）の外周面４ｆ側は平坦面４ｆ_２となるため、外周面４ｆの外側を利用したガスの移動を抑制することができるため、ピストンリング４よりもブローバイガスの抑制効果が高められる。さらに、外周面４ｆにおいて平坦面４ｆ_２よりも側面４ｄ側に逆テーパ面４ｆ_３が形成されていると、ピストンリング４Ｂの外周面４ｆによるオイルの掻き取り効果のうち特にクランク室側へのオイルの掻き下げを促進する効果が高められる。したがって、ピストンリング４Ｂにおいても、ブローバイガスの抑制とオイル消費量の軽減とを両立することが可能となる。上記の効果は、テーパ面４ｆ_１におけるボア内周面Ｗに対する傾斜角α_１と、逆テーパ面４ｆ_３におけるボア内周面Ｗに対する傾斜角α_２と、がα_１＜α_２の関係を満たしている場合に顕著である。ただし、α_１≧α_２の関係を満たしている場合であっても、逆テーパ面が設けられることで、オイル消費量の軽減効果は高められる。

（変形例−３）
図１９〜２１に第３変形例に係るピストンリング４Ｃを示す。図１９は、ピストンリング４Ｃの本体部４ｂの断面図である。図２０（ａ）は、ピストンリング４Ｃにおける合口部４ａの平面図（側面４ｃ側から見た図）であり、図２０（ｂ）は、ピストンリング４Ｃにおける合口部４ａの正面図（外周面４ｆ側から見た図）である。図２１（ａ）は、ピストンリング４Ｃの合口端部４１の概略断面図であり、図１２のＡ−Ａ断面図に相当する。また、図２１（ｂ）は、ピストンリング４Ｃの合口端部４２の概略断面図であり、図１２のＢ−Ｂ断面図に相当する。

第３変形例に係るピストンリング４Ｃは、第２変形例に係るピストンリング４Ｂと比較して、以下の点が相違する。ピストンリング４Ｃには、図１９の仮想線にて示されるように、側面４ｄと外周面４ｆとがなす角部Ｔ２に切欠部４８（アンダーカット）が設けられている。すなわち、切欠部４８は、側面４ｄ側且つ外周面４ｆ側の本体部４ｂの一部に設けられている。切欠部４８は、第２変形例に係るピストンリング４Ｂの外周面４ｆのうちの逆テーパ面４ｆ_３及び逆テーパ面４ｆ_３から連続する平坦面４ｆ_２の一部に対応する位置に形成される。したがって、ピストンリング４Ｃの外周面４ｆには、テーパ面４ｆ_１と平坦面４ｆ_２の一部とが存在する状態となっている。

切欠部４８は、ピストンリング４Ｃの射出成型時から形成されていてもよい。また、例えば、切削用、研削用、又は研磨用の治具等によって、側面４ｄ側且つ外周面４ｆ側の本体部４ｂの一部を切り欠くことで切欠部４８を形成してもよい。

切欠部４８は、外周面４ｆ側を向く第１面４８ａと、側面４ｄを向く第２面４８ｂとを有している。第１面４８ａと第２面４８ｂとがなす角度は、例えば、直角（９０°）とすることができるが、特に限定されない。また、第１面４８ａと第２面４８ｂとの境界部分の形状についても特に限定されない。また、切欠部４８の深さ（ピストンリング４Ｃの幅方向に沿った第１面４８ａの長さ、及び、ピストンリング４Ｃの厚さ（半径）方向に沿った第２面４８ｂの長さ）は適宜変更することができる。例えば、ピストンリング４Ｃでは、ピストンリング４Ｃの幅方向に沿った第１面４８ａの長さは、ピストンリング４Ｃの幅に対して約１／５〜略半分程度であり、ピストンリング４Ｃの半径方向に沿った第２面４８ｂの長さは、ピストンリング４Ｃの厚さ（本体部４ｂの厚さ）に対して約１／５〜略半分程度である。

なお、切欠部４８は、合口部４ａを構成する合口端部４１，４２にも設けられていてもよい、すなわち、ピストンリング４Ｃの全周にわたって形成されていてもよい。ただし、第３変形例で説明するピストンリング４Ｃでは、合口部４ａにおいては、切欠部４８が形成されていない、インターラプト型となっている。具体的には、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示すように、本体部４ｂの角部Ｔ１に沿って形成される切欠部４８は、合口端部４１及び合口端部４２に到達する前に終端される。この結果、平面視において、合口端部４１及び合口端部４２と、切欠部４８とは互いに重ならない状態となっている。したがって、ピストンリング４Ｃにおける合口端部４１及び合口端部４２の形状は、ピストンリング４Ｂと同様となる。具体的には、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すように、ピストンリング４Ｃにおいても、第１突出部４３及び第１受け部４４の外周面４ｆは、テーパ面４ｆ_１及び平坦面４ｆ_２から構成され、第２突出部４５及び第２受け部４６の外周面４ｆは、接領域４ｆ_２及び逆テーパ面４ｆ_３から構成される。

上記の構造を有するピストンリング４Ｃでは、ピストンリング４と同様に合口部４ａがトリプルステップ形状を有しているため、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。また、ピストンリング４Ｃにおいては、外周面４ｆの一部がテーパ面４ｆ_１となっているため、ピストンリング４Ｃの外周面４ｆによるオイルの掻き取り効果のうち特に燃焼室側へのオイルの掻き上げを抑制する効果が高められる。また、ステップ形状の段差部（割位置）の外周面４ｆ側は平坦面４ｆ_２となるため、外周面４ｆの外側を利用したガスの移動を抑制することができ、ピストンリング４よりもブローバイガスの抑制効果が高められる。さらに、外周面４ｆにおいて平坦面４ｆ_２よりも側面４ｄ側には、合口部４ａを除いて切欠部４８が形成されている。したがって、切欠部４８により、ピストンリング４Ｃの外周面４ｆによるオイルの掻き取り効果のうち特にクランク室側へのオイルの掻き下げを促進する効果が高められる。したがって、ピストンリング４Ｃにおいても、ブローバイガスの抑制とオイル消費量の軽減とを両立することが可能となる。

なお、テーパ面４ｆ_１と逆テーパ面４ｆ_３との間に平坦面４ｆ_２が設けられていない場合であっても、ステップ形状の段差部（割位置）の外周面４ｆ側をテーパ面４ｆ_１と逆テーパ面４ｆ_３との境界部分にすることで、外周面４ｆの外側を利用したガスの移動を抑制することができ、ピストンリング４よりもブローバイガスの抑制効果を高めることができる。

なお、切欠部４８が、合口部４ａを構成する合口端部４１，４２を含むピストンリング４Ｃの全周にわたって形成されている場合、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に仮想線で示すように切欠部４８が形成される。ただし、合口端部の突出部に対して切欠部４８が形成されると、図２１（ａ）に示す合口端部４１の第２突出部４５のように、突出部の強度が低下する可能性が考えられる。したがって、合口端部４１，４２に対しても切欠部４８を設ける場合には、例えば、切欠部４８の深さを変更する等により合口端部４１，４２の各部の強度が低下しないようにすることが好ましい。

以上、ピストンリング４及びその変形例に係るピストンリング４Ａ〜４Ｃについて説明したが、これらのピストンリングはいずれも、内周面４ｅにコイルバネを収容するためのバネ溝が形成されていてもよい。図２２は内周面４ｅにバネ溝４ｇが設けられたピストンリング４Ｄを図示したものである。図２２（ａ）は図１２のＸＶ−ＸＶ断面図に相当し、図２２（ｂ）は図１２のＢ−Ｂ断面図に相当する。

ピストンリング４Ｄは、図２２に示すように、本体部４ｂの内周面４ｅにピストンリング４の内側に配置されるコイルバネを収容するバネ溝４ｇが設けられる。このバネ溝４ｇ内に収容されるコイルバネは、ピストンリング１をピストン外周面のリング溝に取り付けて、シリンダのボア内に挿入した際に、ピストンリング４Ｄを半径方向外方に押圧するために設けられる。ピストンリング４Ｄでは、バネ溝４ｇは、内周面４ｅの中央（側面４ｃ及び側面４ｄからの距離が等しい領域）付近ではなく、図２２に示すように、中央付近よりも側面４ｄ側、すなわち、クランク室側に近付いた位置に設けられる。バネ溝４ｇを設ける位置は、ピストンの動作時にバネ溝４ｇに取り付けられたコイルバネがピストンリング４Ｄと離間しない範囲で適宜変更することができる。バネ溝４ｇが設けられる位置を中央付近よりも側面４ｄ側（クランク室側）に移動させることで、テーパ面を有するピストンリング４Ｄの外周面４ｆとボア内周面との密着性を高めた状態でピストンリング４Ｄを摺動させることが可能となる。

なお、ピストンリングを半径方向外方に押圧するための手段として、コイルバネではなく板バネを用いてもよい。また、ピストンリングを半径方向外方に押圧する機能を有していればバネの形状は上記に限定されない。また、バネの形状に応じて内周面４ｅの形状は適宜変更することができる。また、バネの形状が同一であっても、バネによる半径方向外方への押圧力を受け止めることが可能な範囲で、ピストンリングの内周面４ｅの形状は適宜変更することができる。

図２３は、内周面４ｅの形状の変更例を示すものである。図２３（ａ）に示す変更例では、内周面４ｅと側面４ｃとの接続部分が切り欠かれ、ピストンリングの内側に設けられるコイルバネ８と当接するバネ当接面４ｈを形成している。ピストン外周面のリング溝６に対して、コイルバネ８及びバネ当接面４ｈを設けたピストンリングを取り付けてシリンダのボア内に挿入すると、図２３（ａ）に示すように、コイルバネ８はバネ当接面４ｈが設けられている側（ここでは、側面４ｃ側）へ移動した状態で、バネ当接面４ｈを押圧する状態となる。なお、バネ当接面は、内周面４ｅと側面４ｄとの接続部分に設けられていてもよい。図２３（ｂ）では、バネ当接面４ｈが側面４ｄ側に設けられている例を示している。この場合、ピストン外周面のリング溝６に対して、コイルバネ８及びバネ当接面４ｈを設けたピストンリングを取り付けてシリンダのボア内に挿入すると、図２３（ｂ）に示すように、コイルバネ８はバネ当接面４ｈが設けられている側（ここでは、側面４ｄ側）へ移動した状態で、バネ当接面４ｈを押圧する状態となる。このように、内周面４ｅの形状は、適宜変更することができる。

なお、トリプルステップ合口のピストンリングが図１５〜２１に示す外周形状を有することをここでは説明したが、他の形状（ストレート、ダブルステップ、ダブルアングル及びダブルカット）の合口部を有するピストンリングがこれらの外周形状を有してもよい。

（ダブルカット合口）
図２４に示す部分的にピストンリング５は、ダブルカットと称される特殊形状の合口部（ダブルカット合口）５ａを有する。合口部５ａは、環状の本体部５ｂの一部に形成されている。本体部３５は、幅方向の端面である一方の側面５ｃ及び他方の側面５ｄと、厚さ方向の端面である内周面５ｅ及び外周面５ｆとによって、厚さ方向が長辺かつ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。なお、ピストンリング５は、側面５ｃが燃焼室側となり、側面５ｄがクランク室側となるように、ピストンに対して取り付けられる。

合口部５ａは、環状の本体部５ｂの両端部に設けられた合口端部５１，５２を含む。合口端部５２の外周面５ｆ側に図２４に示す凹部５２ａが形成されており、他方、合口端部５１の内周面５ｅはこれに対応した形状を有する。なお、ダブルカット形状及び上述のトリプルステップ形状の合口部は特許第４１１４８４９号公報に記載の方法によって形成することができる。

以下、本発明について実施例に基づいて説明する。本発明は以下の実施例の内容に限定されるものではない。

表２に示す組合せのピストンリングセットを準備した。

表２において、Ｏ／Ｓ量は無端リング（合口なしリング）の外径オーバーサイズ代（単位：ｍｍ）を意味する。

水冷４サイクルの自然吸気式ガソリンエンジンを用いて、ブローバイ量及びオイル消費量の測定を行った。運転条件は、４，０００ｒｐｍ、全負荷（ＷＯＴ：Wide Open Throttle）条件とした。上記の運転条件で運転した際のブローバイガス量及びオイル消費量をそれぞれ測定した。結果を図２５に示す。

１，２，３，４，５…ピストンリング、１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ…合口部、１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂ…本体部、１ｃ，１ｄ，２ｃ，２ｄ，３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄ，５ｃ，５ｄ…側面、１ｅ，２ｅ，３ｅ，４ｅ，５ｅ…内周面、１ｆ，２ｆ，３ｆ，４ｆ，５ｆ…外周面

Claims (14)

1. 内燃機関のピストンに装着される複数のピストンリングを含むピストンリングセットであって、
   トップリングとして使用される第一のリングと、
   セカンドリングとして使用される第二のリングと、
   を含み、
   前記第一のリングは合口部を有する金属材料からなり、前記第二のリングは合口部を有する樹脂組成物からなる、ピストンリングセット。
2. 前記第二のリングが自己張力を有する、請求項１に記載のピストンリングセット。
3. 前記第二のリングの内周側に配置され、前記第二のリングに張力を付与する、あるいは、前記第二のリングの張力を高める、補助部品を更に含む、請求項１又は２に記載のピストンリングセット。
4. 前記第一のリングの前記合口部がストレート合口である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストンリングセット。
5. 前記第一のリングの前記合口部は、前記第一のリングを自由状態から当該合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する少なくとも一対の面を有し、
   前記一対の面が前記第一のリングの径方向に広がっている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストンリングセット。
6. 前記第二のリングの前記合口部がストレート合口である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のピストンリングセット。
7. 前記第二のリングの前記合口部は、前記第二のリングを自由状態から当該合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する少なくとも一対の面を有し、
   前記一対の面が前記第二のリングの径方向に広がっている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のピストンリングセット。
8. 前記樹脂組成物の弾性率が０．３〜５０ＧＰａである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のピストンリングセット。
9. 前記樹脂組成物の比重が１．０〜３．０である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のピストンリングセット。
10. 前記樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン及び液晶ポリマーからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂成分を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のピストンリングセット。
11. 前記樹脂組成物は、ガラス繊維、カーボン繊維及び合成繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種の繊維を更に含む、請求項１０に記載のピストンリングセット。
12. 前記樹脂組成物は、モリブデン、銅、鉄、ブロンズ、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、マイカ、酸化亜鉛及びタルクからなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなる粉体を更に含む、請求項１０又は１１に記載のピストンリングセット。
13. 前記第一のリングは、内周面、外周面、一方の側面、他方の側面及び前記合口部の合わせ面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面上に形成された硬質皮膜を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のピストンリングセット。
14. 前記第二のリングは、内周面、外周面、一方の側面、他方の側面及び前記合口部の合わせ面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面上に形成された表面処理膜を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のピストンリングセット。

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