JP4173353B2 - 組合せピストンリング - Google Patents
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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、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。
【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、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。
【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、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。
【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。
【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。
【００１１】
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。
【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、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。
【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】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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１４参照）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。
【００２１】
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１４参照）からなっている。
【００２２】
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２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。
【００２３】
上記実施形態では、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３）、Ｘ字形（図４）、Ｕ字形（図５）、Ｉ字形、王形等に形成してもよい。
【００２４】
図６は、本発明の別の実施形態２を示している。本実施形態２は、上記実施形態１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１と同じである。
【００２５】
本実施形態２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１４参照）からなっている。
【００２６】
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６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。
【００２７】
図７は、本発明の更に別の実施形態３を示している。
【００２８】
図７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。
【００２９】
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。
【００３０】
内側リング６Ｂは、コイルエキスパンダリングである。
【００３１】
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１４参照）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。
【００３２】
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１４参照）からなっている。
【００３３】
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８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。
【００３４】
上記実施形態３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９）、Ｉ字形（図１０）、王形（図１１）、管状、Ｕ字形等に形成してもよい。なお、図１２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。
【００３５】
図１３は、本発明の更に別の実施形態４を示している。本実施形態４は、上記実施形態３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３と同じである。
【００３６】
本実施形態４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１４参照）からなっている。
【００３７】
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１３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。
【００３８】
【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】 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４】 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６】 本発明の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７】 本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】 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９】 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１０】 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１２】 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１３】 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１４】 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
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、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。
【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、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。
【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、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。
【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。
【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。
【００１１】
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。
【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、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。
【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】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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１４参照）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。
【００２１】
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１４参照）からなっている。
【００２２】
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２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。
【００２３】
上記実施形態では、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３）、Ｘ字形（図４）、Ｕ字形（図５）、Ｉ字形、王形等に形成してもよい。
【００２４】
図６は、本発明の別の実施形態２を示している。本実施形態２は、上記実施形態１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１と同じである。
【００２５】
本実施形態２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１４参照）からなっている。
【００２６】
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６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。
【００２７】
図７は、本発明の更に別の実施形態３を示している。
【００２８】
図７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。
【００２９】
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。
【００３０】
内側リング６Ｂは、コイルエキスパンダリングである。
【００３１】
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１４参照）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。
【００３２】
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１４参照）からなっている。
【００３３】
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８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。
【００３４】
上記実施形態３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９）、Ｉ字形（図１０）、王形（図１１）、管状、Ｕ字形等に形成してもよい。なお、図１２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。
【００３５】
図１３は、本発明の更に別の実施形態４を示している。本実施形態４は、上記実施形態３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３と同じである。
【００３６】
本実施形態４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１４参照）からなっている。
【００３７】
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１３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。
【００３８】
【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】 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４】 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６】 本発明の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７】 本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】 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９】 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１０】 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１２】 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１３】 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１４】 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
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 (4)
- 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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