JP4175971B2 - ピストンリング - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動機関用のピストンリングに関する。
【0002】
【従来の技術】
往復動機関用のピストンリングが各種開発され使用されている。特許文献1には、外側に金属製の外側リングを配置し、内側に樹脂製の内側リングを配置し、内側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ようにしたピストンリングが提案されている。
ところが、上記公報のピストンリングでは、合口の初期隙間が過少であった場合には、図5に示すように高温になると内側リングにうねりを生じることがある。あるいは、図6に示すように、組み付け時に、合口部が互いに径方向にずれた状態で高温になると、合口部が重なってしまうことがある。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−130583
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、内側リングに熱膨張によってうねりが発生すると所定の張力の上昇が得られなかったり、外周リングとの接触が不連続となって面圧が不均一となり、シール性を悪化する場合がある。又、ピストンのリング溝に内周側リングを挿入する際に内周側リングの合い口が重なった場合、熱膨張による所定の張力の上昇が得られず、シール性が悪化する場合がある。
【0005】
本発明は上記問題に鑑み、外周側リングを内周側リングで外側に押圧するピストンリングにおいて、温度変化による内側リングの径方向の伸縮を全体円の円周方向で均一にすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明によれば、外側リングと、外側リングよりも熱膨張率の大きい材料で形成され外側リングに内接する合口を有する内側リングとを備えて成るピストンリングであって、内側リングの横断面の外周を被覆しながら内側リングの全体円の全周にわたって延伸するガイド部材を具備し、ガイド部材によって、温度変化による内側リングの全体円の径方向の伸縮が全体円の全周にわたって均一になるようにするとともに、前記ガイド部材が、帯状の部材を螺旋巻きにしたコイルエキスパンダであり、更に、前記コイルエキスパンダが帯状の部材を、隙間を有して、螺旋巻きにして形成されていて、内側リングの表面に、前記隙間に係合する少なくとも一つの突起が内側リングに形成されている、ことを特徴とするピストンリングが提供される。
このように構成されるピストンリングでは内側リングはガイド部材によってガイドされ温度変化によって均一に径方向に伸縮する。
また、このように構成されるピストンリングでは内側リングとコイルエキスパンダの相対ずれが防止される。
【0007】
請求項2の発明によれば、請求項1の発明において、ガイド部材の横断面の内径が、内側リングの横断面の外径の2倍よりも小さくされている、ピストンリングが提供される。
このように構成されるピストンリングでは内側リングが合口部分で重なることが防止される。
【0009】
請求項3の発明によれば、請求項1の発明において、内側リングの、合口で対向する、2つの端部の一方、または、両方に、突起が形成されている、ピストンリングが提供される。
【0010】
請求項4の発明によれば、請求項1の発明において、ガイド部材が合口を有して形成されていて、組み付け時に内側リングの合口とガイド部材の合口が同じ位置にないようにされた、ピストンリングが提供される。
このように構成されるピストンリングでは内側リングとコイルエキスパンダの相対ずれが確実に防止される。
【0011】
請求項5の発明によれば、請求項1の発明において、内側リングの材料が、ポリイミド系、または、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)系の樹脂で形成されている、ピストンリングが提供される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1はピストン100の溝部に取り付けられた本発明のピストンリング1の断面を示す図である。このピストンリング1は所謂オイルリングであって、外側リング10と内側リング20を含み、内側リング20はガイド部材としてのコイルエキスパンダ30で覆われている。
また、図2は、図1のようにピストン100の溝部に取り付けられた常温状態のピストンリング1の単体を上面から見た図であるが、外側リング10は上側半分を除去して示してある。また、見やすくするために、径方向の寸法は誇張して大きくしてある。
【0013】
外側リング10は、金属で形成されており、図1に示されるように所謂、M型、あるいは、I型の断面形状を有し、周方向に適切な間隔で形成された穴10aを有する。また、図2に示されるように合口11を有している。
【0014】
内側リング20は、外側リング10よりも熱膨張率の大きな材料で形成され、好ましくは、40×10−6mm/℃より大きな熱膨張率を有する材料で形成される。具体的には、ポリイミド系、あるいは、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)系の樹脂、あるいは、好ましくはリチウムを含有する金属で形成されている。内側リング20の外径は、この実施の形態の場合は、1.5〜2.5mmとされている。また、内側リング20は合口21を有し、常温状態では図示されるように隙間を有するように寸法設定されている。
【0015】
コイルエキスパンダ30は長い円形断面の金属製の線材(この実施の形態では径は0.5mm)を隙間を有するように螺旋状に巻いて形成されている。コイルエキスパンダ30の内径D3は、最大でも、内側リング20の内径D2の2倍よりも小さくされ、好ましくは、図示されるように内側リング20が移動できる程度の微少な隙間が確保できる程度の大きさとされている。
また、コイルエキスパンダ30も合口31を有している。
【0016】
図3の(A)は組立て後の、常温状態における内側リング20の合口21を拡大して示す図であり、内側リング20がコイルエキスパンダ30を介して外側リング10を径方向外側に押圧する力Fは、内側リング20とコイルエキスパンダ30が直線に戻ろうとする力によるものだけである。なお、内側リング20とコイルエキスパンダ30は、それぞれ、直線的に延伸するように製造され、組み付け時に外側リング10の内側に沿って曲げて使用される。その際、内側リング20の合口21とコイルエキスパンダ30の合口31がずれるようにされる。
【0017】
図3の(B)は運転中の高温状態における内側リング20の合口21の部分を拡大して示す図であり、合口21は隙間なく密接し、且つ、熱膨張によって径を拡大しようとしている状態を示している。したがって、内側リング20がコイルエキスパンダ30を介して外側リング10を径方向外側に押圧する力Fは、上記の内側リング20とコイルエキスパンダ30が直線に戻ろうとする力に、熱膨張で拡大することによる力が加わり大きくなる。
【0018】
上記の力によって、内側リング20の径が拡大するが、コイルエキスパンダ30により外側が覆われているので、高温時に図5に示すようなうねりは発生しない。また、組み付け時に図6の(A)のようになることも防止され、したがって、図6の(B)のようになることもない。
【0019】
図4は、内側リング20の合口21を形成する端部の一方にコイルエキスパンダ30の隙間に係合する突起22を設けた変形例を示す図である。この場合、内側リング20の外径に、突起22の突出量を加えた値がコイルエキスパンダ30の内径よりも小さくされている。したがって、突起22とコイルエキスパンダ30の合口の位置関係を任意にすることができる。したがって、組み立て状態で突起22をコイルエキスパンダ30の合口ではない部分にあるようにすれば、突起22がコイルエキスパンダ30の隙間に係合し、内側リング20とコイルエキスパンダ30の相対位置がずれない。なお、突起22は、内側リング20の合口を形成する両方の端部に設けてもよいし、端部以外の場所に設けてもよい。
【0020】
以上、ガイド部材としてコイルエキスパンダを使用したオイルリングの場合を例にとって説明したが、ガイド部材はコイルエキスパンダに限られることはなく、例えば、チューブ状のものを使用することもでき、また、オイルリングではないピストンリングにも適用することも可能である。
【0021】
【発明の効果】
各請求項に記載のピストンリングでは、内側リングはガイド部材によってガイドされ温度変化によって均一に径方向に伸縮し、うねりが発生しない。
特に請求項2のようにすれば、合口における内側リングの径方向のずれの発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のピストンリングの断面図である。
【図2】本発明のピストンリングの全体を示す上面図であって、外側リングは上半分を除去して示してある。
【図3】(A)常温時の内側リングの合口部を示す図である。
(B)高温時の内側リングの合口部を示す図である。
【図4】内側リングに設けた突起を示す図である。
【図5】従来技術において内側リングに発生するうねりを説明する図であって、
(A)は常温時の状態を示し、
(B)は高温時のうねりの発生した状態を示している。
【図6】従来技術において内側リングに発生するズレを説明する図であって、
(A)は常温時の状態を示し、
(B)は高温時の状態を示している。
【符号の説明】
10…外側リング
11…合口
20…内側リング
21…合口
22…突起
30…コイルエキスパンダ
31…合口
Claims (5)
- 外側リングと、外側リングよりも熱膨張率の大きい材料で形成され外側リングに内接する合口を有する内側リングとを備えて成るピストンリングであって、
内側リングの横断面の外周を被覆しながら内側リングの全体円の全周にわたって延伸するガイド部材を具備し、ガイド部材によって、温度変化による内側リングの全体円の径方向の伸縮が全体円の全周にわたって均一になるようにするとともに、
前記ガイド部材が、帯状の部材を螺旋巻きにしたコイルエキスパンダであり、
更に、前記コイルエキスパンダが帯状の部材を、隙間を有して、螺旋巻きにして形成されていて、内側リングの表面に、前記隙間に係合する少なくとも一つの突起が内側リングに形成されている、ことを特徴とするピストンリング。 - ガイド部材の横断面の内径が、内側リングの横断面の外径の2倍よりも小さい、ことを特徴とする請求項1に記載のピストンリング。
- 内側リングの合口で対向する2つの端部の一方、または、両方に、突起が形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載のピストンリング。
- ガイド部材が合口を有して形成されていて、組み付け時に内側リングの合口とガイド部材の合口が同じ位置にないようにされる、ことを特徴とする請求項1に記載のピストンリング。
- 内側リングの材料が、ポリイミド系、または、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)系の樹脂で形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載のピストンリング。
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