JP2883743B2 - ピストンリングの製造方法 - Google Patents
ピストンリングの製造方法Info
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はピストンリングを製造す
る方法に関する。
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその欠点】鋳造材料、通常は鋳鉄、
からピストンリングを２つの異なる方法によって製造す
ることが知られている。第１の方法は、個々のピストン
リングブランクが中央の鋳造ゲートに取り付けられた状
態の「ツリー」を鋳造する段階を含む。第２の方法は、
通常は遠心鋳造技術によってチューブを鋳造し、そして
チューブから個々の部片を切断し、それらの部片からピ
ストンリングを製造する各段階を含む。これらの何れの
方法も、多数の製造工程では部片を個別に取り扱うが、
その他の工程では互いに積み重ねた状態となさねばなら
ず、そのために多数の取り扱い工程を必要とする、とい
う欠点を有している。取り扱い工程では製造される部品
番号ごとに専用工具が全て必要とされる。しかしながら
それらの取り扱い工程自体によって損傷が生じて、スク
ラップが増大してしまう。他の欠点としては非常に多数
の機械がそれらの工程を遂行するのに必要とされ、それ
らの機械をセットし運転するのに多数の人員が必要とさ
れ、加工される製品の技術レベルが高く、そしてこれら
の機械および加工製品を収容するのに広い工場面積が必
要とされる、ということが含まれる。このような欠点
は、結果的に製造上の融通性を損ない、顧客の要求上の
変化に対する応答時間が遅くなる、ということを引き起
こす。
からピストンリングを２つの異なる方法によって製造す
ることが知られている。第１の方法は、個々のピストン
リングブランクが中央の鋳造ゲートに取り付けられた状
態の「ツリー」を鋳造する段階を含む。第２の方法は、
通常は遠心鋳造技術によってチューブを鋳造し、そして
チューブから個々の部片を切断し、それらの部片からピ
ストンリングを製造する各段階を含む。これらの何れの
方法も、多数の製造工程では部片を個別に取り扱うが、
その他の工程では互いに積み重ねた状態となさねばなら
ず、そのために多数の取り扱い工程を必要とする、とい
う欠点を有している。取り扱い工程では製造される部品
番号ごとに専用工具が全て必要とされる。しかしながら
それらの取り扱い工程自体によって損傷が生じて、スク
ラップが増大してしまう。他の欠点としては非常に多数
の機械がそれらの工程を遂行するのに必要とされ、それ
らの機械をセットし運転するのに多数の人員が必要とさ
れ、加工される製品の技術レベルが高く、そしてこれら
の機械および加工製品を収容するのに広い工場面積が必
要とされる、ということが含まれる。このような欠点
は、結果的に製造上の融通性を損ない、顧客の要求上の
変化に対する応答時間が遅くなる、ということを引き起
こす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した欠点の幾つかを解決もしくは軽減することである。
した欠点の幾つかを解決もしくは軽減することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】後に説明する本発明の実
施例に使用されている符号を参考のために付記して記載
すると、本発明によれば、ピストンリングが作られるべ
き材料のチューブ（１０）を製造し、該チューブ（１
０）の外径面（１２）と穴（１６）とを機械加工してリ
ング形状とする段階と、このリング形状のチューブ（１
０）に、端面（２０）及び該端面（２０）に備えられる
整合孔（１４）、或いは、該端面（２０）に備えられて
内側の肩部を有する端ぐり、で成る２つの基準面を機械
加工によって形成し、また、基準となる点又はノッチ
（１８）を位置決めと基準のために前記端面（２０）に
機械加工によって形成する段階と、 続いて行われる前記
チューブ（１０）のすべての機械加工作業は前記基準面
及び前記基準となる点又はノッチから算定され、前記チ
ューブ（１０）の外径面（１２）及び穴（１６）を、該
チューブ（１０）の長手方向の軸線に垂直な平面上で見
て、ピストンリングの所望の自由な形状（２２，２４）
に機械加工し、次に、該チューブ（１０）の長手方向の
軸線を含む平面上で見たピストンリングの断面形状に所
望の断面形状（２６，２８）を備え、続いて部分的に完
成されたリング（３４）を前記チューブ（１０）から分
離する段階を有することを特徴とするピストンリングの
製造方法が提供される。
施例に使用されている符号を参考のために付記して記載
すると、本発明によれば、ピストンリングが作られるべ
き材料のチューブ（１０）を製造し、該チューブ（１
０）の外径面（１２）と穴（１６）とを機械加工してリ
ング形状とする段階と、このリング形状のチューブ（１
０）に、端面（２０）及び該端面（２０）に備えられる
整合孔（１４）、或いは、該端面（２０）に備えられて
内側の肩部を有する端ぐり、で成る２つの基準面を機械
加工によって形成し、また、基準となる点又はノッチ
（１８）を位置決めと基準のために前記端面（２０）に
機械加工によって形成する段階と、 続いて行われる前記
チューブ（１０）のすべての機械加工作業は前記基準面
及び前記基準となる点又はノッチから算定され、前記チ
ューブ（１０）の外径面（１２）及び穴（１６）を、該
チューブ（１０）の長手方向の軸線に垂直な平面上で見
て、ピストンリングの所望の自由な形状（２２，２４）
に機械加工し、次に、該チューブ（１０）の長手方向の
軸線を含む平面上で見たピストンリングの断面形状に所
望の断面形状（２６，２８）を備え、続いて部分的に完
成されたリング（３４）を前記チューブ（１０）から分
離する段階を有することを特徴とするピストンリングの
製造方法が提供される。
【０００５】好ましくは、リングの横断面形状はそのリ
ングをチューブから切断する前に例えば研磨加工によっ
て成形されることもできる。
ングをチューブから切断する前に例えば研磨加工によっ
て成形されることもできる。
【０００６】この方法の１つの実施例では、チューブは
遠心鋳造法によって作られる。
遠心鋳造法によって作られる。
【０００７】機械加工したチューブからリングを切り離
す前、或いはこの切り離しの後の何れかに於いて、各リ
ングにはリング間隙が形成される。しかしながら、この
リング間隙はチューブから個々のリングを切り離した後
に形成されるのが好ましい。
す前、或いはこの切り離しの後の何れかに於いて、各リ
ングにはリング間隙が形成される。しかしながら、この
リング間隙はチューブから個々のリングを切り離した後
に形成されるのが好ましい。
【０００８】この製造方法は、シリンダー壁摩接面に被
覆を有さないプレーンリング、例えばクロムメッキ被覆
を有する電気メッキリング、或いは、例えばプラズマス
プレーによってモリブデン被覆を形成されるように物理
的蒸着（ＰＶＤ）処理によって被覆を形成されたリン
グ、を製造するのに使用することができる。リングが電
気メッキ或いはＰＶＤ処理によって被覆を形成される場
合には、チューブの外径面は機械加工されて一連の溝を
形成されるか、或いは各リングに対する要求に合うよう
なその他の特徴を形成される。チューブの外径面はメッ
キやその他の被覆を形成されることができ、又、例えば
研磨のような機械加工に最終的な所望されるリング面形
状と同じ形状に成形されることができる。この方法によ
る幾つかの利点は、従来のリング製造方法でメッキ処理
工程に於いて発生していた問題で、間隙シールが十分で
ないときに発生する問題を排除できることである。例え
ば、間隙から流出したガスは隣接するリングのクロムメ
ッキの付着を妨げる。更に、本発明によれば取付けおよ
び工具操作の技術が容易且つ迅速に行なえるようにな
る。界面が少なくなり、それ故に大きな抵抗の発生する
可能性が低下するために駆動時の動きが改善される。
覆を有さないプレーンリング、例えばクロムメッキ被覆
を有する電気メッキリング、或いは、例えばプラズマス
プレーによってモリブデン被覆を形成されるように物理
的蒸着（ＰＶＤ）処理によって被覆を形成されたリン
グ、を製造するのに使用することができる。リングが電
気メッキ或いはＰＶＤ処理によって被覆を形成される場
合には、チューブの外径面は機械加工されて一連の溝を
形成されるか、或いは各リングに対する要求に合うよう
なその他の特徴を形成される。チューブの外径面はメッ
キやその他の被覆を形成されることができ、又、例えば
研磨のような機械加工に最終的な所望されるリング面形
状と同じ形状に成形されることができる。この方法によ
る幾つかの利点は、従来のリング製造方法でメッキ処理
工程に於いて発生していた問題で、間隙シールが十分で
ないときに発生する問題を排除できることである。例え
ば、間隙から流出したガスは隣接するリングのクロムメ
ッキの付着を妨げる。更に、本発明によれば取付けおよ
び工具操作の技術が容易且つ迅速に行なえるようにな
る。界面が少なくなり、それ故に大きな抵抗の発生する
可能性が低下するために駆動時の動きが改善される。
【０００９】製品の正確な形状を機械加工するための
「基準面」又は「基準点」を備えるために製品のブラン
クに予じめ施される施削を試験施削（ｐｒｏｏｆ ｔｕ
ｒｎｉｎｇ）というが、この試験施削の後、鋳造チュー
ブは基準面を付与され、この面から全ての機械加工が演
算されるのである。この基準面としては、チューブの端
面に備えられた内側の肩部を有する端ぐり、或いはチュ
ーブの端面及び端面に備えられた単純な穴が含まれる。
更に、このチューブの端面は半径方向の基準として働く
点を備えることができる。このような点には、端面に形
成されたノッチ、或いはドリル加工孔およびそれと組み
合うダボ等が含まれる。
「基準面」又は「基準点」を備えるために製品のブラン
クに予じめ施される施削を試験施削（ｐｒｏｏｆ ｔｕ
ｒｎｉｎｇ）というが、この試験施削の後、鋳造チュー
ブは基準面を付与され、この面から全ての機械加工が演
算されるのである。この基準面としては、チューブの端
面に備えられた内側の肩部を有する端ぐり、或いはチュ
ーブの端面及び端面に備えられた単純な穴が含まれる。
更に、このチューブの端面は半径方向の基準として働く
点を備えることができる。このような点には、端面に形
成されたノッチ、或いはドリル加工孔およびそれと組み
合うダボ等が含まれる。
【００１０】本発明の方法による特別な利点は、工程の
最後に近い箇所で部分切削工程を遂行することができ
る。このことは、チューブの半径方向の壁厚がその工程
にて最小となるので、生産性にかなりの改善を与える。
閉じた状態で１２５mmの基準外径寸法および５mmの半径
方向幅を有するピストンリングが従来の方法で作られる
場合には、約１１mmの壁厚を有するチューブを必要とす
る。従って、この部分切削工程では通常の場合に於ける
壁厚の５０％以下の壁厚が与えられる。このことは、切
削する厚さを減少し、しかも引き続く研磨工程を最少限
とすることができるので、部分切削による幅寸法の精度
を格段に高めることができる。狭い幅の部分切削工具／
ホイールが使用できるので、材料も節約される。これ
は、機械加工される各々のチューブ長さに関するリング
容量を増大するように変換することができる。
最後に近い箇所で部分切削工程を遂行することができ
る。このことは、チューブの半径方向の壁厚がその工程
にて最小となるので、生産性にかなりの改善を与える。
閉じた状態で１２５mmの基準外径寸法および５mmの半径
方向幅を有するピストンリングが従来の方法で作られる
場合には、約１１mmの壁厚を有するチューブを必要とす
る。従って、この部分切削工程では通常の場合に於ける
壁厚の５０％以下の壁厚が与えられる。このことは、切
削する厚さを減少し、しかも引き続く研磨工程を最少限
とすることができるので、部分切削による幅寸法の精度
を格段に高めることができる。狭い幅の部分切削工具／
ホイールが使用できるので、材料も節約される。これ
は、機械加工される各々のチューブ長さに関するリング
容量を増大するように変換することができる。
【００１１】本発明を更に詳しく理解するために、添付
図面を参照して図解例としての意図のもとに１つの実施
例が以下に説明される。
図面を参照して図解例としての意図のもとに１つの実施
例が以下に説明される。
【００１２】
【実施例】図面を参照すれば、同じ部分は共通の符号に
よって示されていて、遠心鋳造による鋳鉄チューブ（１
０）が図１に示されている。このチューブ（１０）は外
径面（１２）を試験施削（ｐｒｏｏｆ ｔｕｒｎｉｎ
ｇ）された後、試験施削のための穴（１６）を用いて基
準となる整合孔（１４）が機械加工され、且つ軸線方向
の基準となる基準面として端面（２０）が機械加工さ
れ、更に、この端面（２０）に横方向の位置決めと基準
を与えるための点であるノッチ（１８）が切削加工され
る（図２参照）。その後に行われるチューブ（１０）の
すべての機械加工作業は、端面（２０）及び整合孔（１
４）を含む２つの基準面及びノッチ（１８）で成る前記
点から算定される。外径面（１２）及び穴（１６）はそ
の後ＣＮＣ加工法又はカム加工法によって、チューブ
（１０）の長手方向の軸線に垂直な任意の平面上で見
て、ピストンリングの所望の自由な形状（２２，２４）
に機械加工されるのであり、これらの形状は、例えば、
外径面（１２）及び穴（１６）を、軸線からの半径方向
の距離が等しくない部分を有する外径面（２２）及び穴
（２４）となるようにされる（図３参照）。次に、チュ
ーブ（１０）の長手方向の軸線を含む任意の平面上で見
て、ピストンリングの断面形状に所望の断面形状を備え
るように機械加工する。例えば、外径面（２２）に一連
の円周溝（２６）を機械加工する。これらの円周溝（２
６）はピストンリングのための被覆（２８）を受け入れ
るためのものである。この実施例においてはこの被覆
（２８）はクロム電気メッキで施される（図４及び図５
を参照）。２つの機械加工されたチューブ（１０，１
０）が互いにノッチ（１８，１８）を整合させて治具
（図示せず）に取付けられ、既知装置で既知方法によっ
て処理されクロムメッキされる。円周溝（２６）を含め
たチューブ（１０）の全外径面（２２）に所望厚さでク
ロムの被覆（２８）が施される（図５参照）。チューブ
（１０）のクロムの被覆（２８）の外面は、所望のピス
トンリング形状と同じ形状の凹部（３２）を有する成形
された研磨ホイール（３０）によって形成研磨される
（図６参照）。このようにして作られた各々のリングブ
ランク（３４）の間には、それらのブランク（３４）を
チューブ（１０）から切り離すことのできる厚さだけの
間隔部分（３６）が形成される（図７参照）。この切り
離しは工具、すなわち弾性ホイール（３８）によって行
われるのであり、この弾性ホイール（３８）には例えば
立方形の窒化ボロン（３８）が含まれている（図８参
照）。個々のリングブランク（３４）は側面研磨加工を
施され、所望の公差内に収められる。しかる後、個々の
リングブランク（３４）が積み重ねられ、この積み重ね
体から各リングのためのリング間隙（ピストンリングの
合い口）が一緒に形成されるのである。すなわち、スリ
ット形成ホイール（４２）を用いてリングから金属片
（４０）を除去することによって、各リングのためのリ
ング間隙を形成するのである（図９及び図１０を参
照）。
よって示されていて、遠心鋳造による鋳鉄チューブ（１
０）が図１に示されている。このチューブ（１０）は外
径面（１２）を試験施削（ｐｒｏｏｆ ｔｕｒｎｉｎ
ｇ）された後、試験施削のための穴（１６）を用いて基
準となる整合孔（１４）が機械加工され、且つ軸線方向
の基準となる基準面として端面（２０）が機械加工さ
れ、更に、この端面（２０）に横方向の位置決めと基準
を与えるための点であるノッチ（１８）が切削加工され
る（図２参照）。その後に行われるチューブ（１０）の
すべての機械加工作業は、端面（２０）及び整合孔（１
４）を含む２つの基準面及びノッチ（１８）で成る前記
点から算定される。外径面（１２）及び穴（１６）はそ
の後ＣＮＣ加工法又はカム加工法によって、チューブ
（１０）の長手方向の軸線に垂直な任意の平面上で見
て、ピストンリングの所望の自由な形状（２２，２４）
に機械加工されるのであり、これらの形状は、例えば、
外径面（１２）及び穴（１６）を、軸線からの半径方向
の距離が等しくない部分を有する外径面（２２）及び穴
（２４）となるようにされる（図３参照）。次に、チュ
ーブ（１０）の長手方向の軸線を含む任意の平面上で見
て、ピストンリングの断面形状に所望の断面形状を備え
るように機械加工する。例えば、外径面（２２）に一連
の円周溝（２６）を機械加工する。これらの円周溝（２
６）はピストンリングのための被覆（２８）を受け入れ
るためのものである。この実施例においてはこの被覆
（２８）はクロム電気メッキで施される（図４及び図５
を参照）。２つの機械加工されたチューブ（１０，１
０）が互いにノッチ（１８，１８）を整合させて治具
（図示せず）に取付けられ、既知装置で既知方法によっ
て処理されクロムメッキされる。円周溝（２６）を含め
たチューブ（１０）の全外径面（２２）に所望厚さでク
ロムの被覆（２８）が施される（図５参照）。チューブ
（１０）のクロムの被覆（２８）の外面は、所望のピス
トンリング形状と同じ形状の凹部（３２）を有する成形
された研磨ホイール（３０）によって形成研磨される
（図６参照）。このようにして作られた各々のリングブ
ランク（３４）の間には、それらのブランク（３４）を
チューブ（１０）から切り離すことのできる厚さだけの
間隔部分（３６）が形成される（図７参照）。この切り
離しは工具、すなわち弾性ホイール（３８）によって行
われるのであり、この弾性ホイール（３８）には例えば
立方形の窒化ボロン（３８）が含まれている（図８参
照）。個々のリングブランク（３４）は側面研磨加工を
施され、所望の公差内に収められる。しかる後、個々の
リングブランク（３４）が積み重ねられ、この積み重ね
体から各リングのためのリング間隙（ピストンリングの
合い口）が一緒に形成されるのである。すなわち、スリ
ット形成ホイール（４２）を用いてリングから金属片
（４０）を除去することによって、各リングのためのリ
ング間隙を形成するのである（図９及び図１０を参
照）。
【図１】遠心鋳造された鋳造チューブを通る軸線方向お
よび横断方向の図面。
よび横断方向の図面。
【図２】整合穴および半径方向の位置決めノッチを機械
加工された図１のチューブの図面。
加工された図１のチューブの図面。
【図３】基準外径面および機械加工された穴を有する図
２のチューブの図面。
２のチューブの図面。
【図４】クロムメッキする前に外径面に所要の形状を機
械加工した図３のチューブの図面。
械加工した図３のチューブの図面。
【図５】互いに結合し且つクロムメッキを施した２つの
チューブを示す図面。
チューブを示す図面。
【図６】形状研磨されたクロムメッキされているチュー
ブの図面。
ブの図面。
【図７】２つの隣接するリング面を示す図６の詳細図。
【図８】個々のリングに分離された図６および図７の研
磨されたリングの図面。
磨されたリングの図面。
【図９】積み重ねられた状態で形成されたリング間隙を
示す図面。
示す図面。
【図１０】リング間隙が形成された図９のリングの端面
を示す図面。
を示す図面。
１０ チューブ １２ 外径面 １４ 整合孔 １６ 試験施削のための穴 １８ ノッチ ２０ 端面 ２２ 外径面 ２４ 穴 ２６ 円周溝 ２８ 被覆 ３０ 研磨ホイール ３２ 凹部 ３４ リングブランク ３８ 立方形の窒化ボロン ４０ 金属片 ４２ スリット形成ホイール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−63360（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−161037（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−189477（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−89873（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16J 9/00 - 9/28 B23P 15/06 - 15/08
Claims (7)
- 【請求項１】 ピストンリングが作られるべき材料のチ
ューブ（１０）を製造し、該チューブ（１０）の外径面
（１２）と穴（１６）とを機械加工してリング形状とす
る段階と、このリング形状のチューブ（１０）に、 端面（２０）及
び該端面（２０）に備えられる整合孔（１４）、或い
は、該端面（２０）に備えられて内側の肩部を有する端
ぐり、で成る２つの基準面を機械加工によって形成し、
また、基準となる点又はノッチ（１８）を位置決めと基
準のために前記端面（２０）に機械加工によって形成す
る段階と、 続 いて行われる前記チューブ（１０）のすべての機械加
工作業は前記基準面及び前記基準となる点又はノッチか
ら算定され、前記チューブ（１０）の外径面（１２）及
び穴（１６）を、該チューブ（１０）の長手方向の軸線
に垂直な平面上で見て、ピストンリングの所望の自由な
形状（２２，２４）に機械加工し、次に、該チューブ
（１０）の長手方向の軸線を含む平面上で見たピストン
リングの断面形状に所望の断面形状（２６，２８）を備
え、続いて部分的に完成されたリング（３４）を前記チ
ューブ（１０）から分離する段階を有することを特徴と
するピストンリングの製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記チ
ューブ（１０）の端面（２０）上に機械加工された前記
点又はノッチ（１８）は、前記チューブ（１０）の長手
方向の軸線から隔置されていることを特徴とする方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の方法において、
前記所望の断面形状に含まれる複数の円周溝（２６）
が、前記チューブ（１０）から複数の部分的に完成した
リング（３４）を分離する前に、前記所望の自由な形状
とされた前記チューブ（１０）の外径面（２２）に機械
加工によって備えられ、各該円周溝（２６）はピストン
リングのための被覆（２８）を受け入れるようになって
いることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項１から３までのいずれか１つに記
載の方法において、複数の部分的に完成されたリング
（３４）を前記チューブから分離する前に、前 記チュー
ブ（１０）の長手方向の軸線に垂直な平面上で見て、該
チューブ（１０）の外径面（１２）及び穴（１６）を、
前記軸線からの半径方向の距離が等しくない部分を有す
る外径面（２２）及び穴（２４）となるように機械加工
することを特徴とする方法。 - 【請求項５】 請求項１から４までのいずれか１つに記
載の方法において、複数の部分的に完成されたリング
（３４）を前記チューブ（１０）から分離する前に、部
分的に完成されたリングの各々の半径方向外周にリング
状の被覆（２８）が備えられて、前記所望の断面形状が
形成されることを特徴とする方法。 - 【請求項６】 請求項１から５までのいずれか１つに記
載の方法において、複数の部分的に完成されたリング
（３４）を前記チューブ（１０）から分離する前に、各
リングのためのリング間隙が形成されることを特徴とす
る方法。 - 【請求項７】 請求項１から５までのいずれか１つに記
載の方法において、複数の部分的に完成されたリング
（３４）を前記チューブ（１０）から分離した後に、各
リングのためのリング間隙が形成されることを特徴とす
る方法。
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