JP4901806B2 - ピストンリング - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関や圧縮機用のピストンリングに関し、特にガス漏れを低減できるピストンリングに関する。
ピストンリングとシリンダの熱膨張率の差により、運転時の温度上昇で、ピストンリングの周長がシリンダボアの周長より長くなり、ピストンリングの相対する合口端面が突き当たると、その押力によってシリンダボアとの間で高面圧が発生し、ピストンリングに焼付や折損が生じてしまう。これを防ぐために、通常、ピストンリングは運転時においても合口隙間を有しているように構成されている。しかしながら、合口隙間の存在により、合口隙間を通じたガス漏れなどを生じるため、合口隙間はできる限り小さくすることが望まれている。なお、合口形状としては、ＩＳＯ６６２１−２に規定されているようなストレート形状が一般的に用いられている。
したがって、運転時の温度上昇により、相対する合口端面が突き当たる、すなわち合口隙間がなくなるように構成することが提案されている。特許文献１では、径方向と所定の交叉角を有する合口形状の圧縮機用ピストンリングが提案されている。これにより、往復動圧縮機の圧縮工程時にガス差圧及び熱膨張により合口隙間がゼロになり、漏洩する圧縮ガスの低減を図っている。特許文献２では、斜め形状に切断した合口形状における鋭角端縁部を切除したバックアップリングが提案されている。これにより、バックリングの損傷防止を図っている。
実開平２−１１０７５５号公報
実開昭５８−１３２２６４号公報
ピストンリングの合口がストレート形状のものでは、運転時の温度上昇で、相対する合口端面が突き当たった場合、その押力によってシリンダボアとの間で高面圧が発生し、ピストンリングに焼付や折損が生じてしまう。特許文献１及び特許文献２に記載のピストンリングは、合口が半径方向斜め合口であるため、相対する合口端面が突き当たった場合、一方の合口端面が径方向にずれる。そのため、ピストンリングに焼付や折損が生じるのを防止できる。しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載のピストンリングは、図７に示されているように、相対する合口端面５Ａ，６Ａが互いに平行に形成されていることから、相対する合口端面５Ａ，６Ａは略全面で当たる。その結果、一方の合口端面５Ａの径方向におけるずれ量が大きくなり、ピストンリング４Ａの外周面７Ａとシリンダ２の内周面８との間の隙間Ｌが大きくなる。そのため、前記隙間を通じたガス漏れが多くなる問題を有している。
本発明の目的は、ピストンリングの相対する合口端面の突き当たり後も、焼付や折損の発生を防止でき、かつ、ガス漏れも低減できるピストンリングを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は次の解決手段を採る。すなわち、
本発明は、シリンダ内に挿入された半径方向斜め合口のピストンリングが、運転時の温度上昇で、相対する合口端面が突き当たるように設定されているピストンリングにおいて、合口隙間が外周側より内周側が大きいことを特徴とする。半径方向斜め合口とは、ピストンリングがシリンダボアに挿入された時、ピストンリングの合口端面が、ピストンリング外周が接するシリンダボア内周の円の法線に対し角度を有するように形成されている合口形状をいう。
本発明は、シリンダ内に挿入された半径方向斜め合口のピストンリングが、運転時の温度上昇で、相対する合口端面が突き当たるように設定されているピストンリングにおいて、合口隙間が外周側より内周側が大きいことを特徴とする。半径方向斜め合口とは、ピストンリングがシリンダボアに挿入された時、ピストンリングの合口端面が、ピストンリング外周が接するシリンダボア内周の円の法線に対し角度を有するように形成されている合口形状をいう。
前記合口端面に低摩擦係数表面処理が施されていることが好ましい。低摩擦係数表面処理としては、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ又はＰＢＩの樹脂コーティング、前記樹脂コーティングにグラファイト又はＭｏＳ２を含有させた樹脂コーティング、ＤＬＣ処理、あるいはＰＴＦＥを含有したＮｉめっきなどが用いられる。
外周面と合口端面とのなす角度が鈍角である角部に円弧状の面取りが施されていることが好ましい。
請求項１によれば、運転時の温度上昇で、ピストンリングが膨張し、相対する合口端面が突き当たり、一方の合口端面が他方の合口端面に沿って内周側にずれるため、ピストンリング外周面がシリンダボアに対して局部的に高面圧にならず、焼付や折損の発生を防止できる。また、一方の合口端面の内周側へのずれにより、ピストンリング外周とシリンダボアとの間に隙間ができるが、合口隙間を外周側より内周側の方を大きく形成しているため、相対する合口端面は外周側で局部的に当たる。その結果、一方の合口端面の内周側へのずれ量は小さく、ピストンリング外周とシリンダボアとの隙間を低減できる。そのため、前記隙間を通じたガス漏れを低減できる。
請求項２及び請求項３によれば、相対する合口端面間のすべりが容易になり、一方の合口端面が内周側へ円滑にずれるため、ピストンリング外周の面圧の上昇をより一層防止できる。
請求項４によれば、合口端面接触後の滑り出しを容易にすることができる。
請求項４によれば、合口端面接触後の滑り出しを容易にすることができる。
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
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にピストンリング４が装着されている。
ピストンリング４は矩形断面リングであり、鋼、鋳鉄等の金属材料、あるいは樹脂材料から形成されている。ピストンリング４は半径方向斜め合口（図２及び図３参照）を有している。すなわち、ピストンリング４がシリンダ２内に挿入されている状態で、ピストンリング４の相対する一対の合口端面５，６が、ピストンリング４の外周面７が接するシリンダ２の内周面８の円の法線に対し角度を有するように形成されている。ピストンリング４とシリンダ２の熱膨張率の差により、運転時の温度上昇で、ピストンリング４の相対する一対の合口端面５，６は突き当たるように設定されている。また、合口隙間９はピストンリング４の外周側より内周側が大きく形成されている。すなわち、相対する一対の合口端面５，６は、平面視でピストンリング４の外周側から内周側に向かって広がるハ字形状をなす一対の平坦面として形成されている。シリンダ内周面８の円の法線Ｎと、一対の合口端面５，６の中間線Ｍとのなす角度は０＜θ＜９０°で、４５≦θ＜９０°が望ましい。
また、一対の合口端面５，６には低摩擦係数表面処理が施されている。低摩擦係数表面処理としては、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ又はＰＢＩの樹脂コーティング、前記樹脂コーティングにグラファイト又はＭｏＳ２を含有させた樹脂コーティング、ＤＬＣ処理、あるいはＰＴＦＥを含有したＮｉめっきなどが用いられる。
したがって、ピストンリング４のシリンダ２挿入時の状態（図３参照）から、運転時の温度上昇で、ピストンリング４が膨張すると、図４（ａ）に示すように相対する一対の合口端面５，６が突き当たり、図４（ｂ）に示すようにピストンリング４の外周面７と合口端面５とのなす角度が鈍角である一方の合口端面５が、他方の合口端面６に沿って内周側にずれる。このため、ピストンリング４の外周面７がシリンダ２の内周面８に対して局部的に高面圧にならず、焼付や折損の発生を防止できる。また、一方の合口端面５の内周側へのずれにより、ピストンリング４の外周面７とシリンダ２の内周面８との間に隙間Ｌ（図４（ｂ）参照）ができるが、合口隙間９をピストンリング４の外周側より内周側を大きく形成しているため、相対する一対の合口端面５，６は外周側で局部的に当たる。その結果、一方の合口端面５の内周側へのずれ量は小さく、ピストンリング外周面７とシリンダ内周面８との隙間を低減できる。そのため、前記隙間Ｌを通じた燃焼ガス等のガス漏れを低減できる。
上記ピストンリング４において、図５に示されているように、ピストンリング４の外周面７と一方の合口端面５とのなす角度が鈍角である角部に円弧状の面取り１０を施してもよい。このようにすれば、合口端面５，６接触後の滑り出しを容易にすることができる。
上記実施形態では、半径方向斜め合口は、一対の平行な合口端面の内周側を両方外側に開いて平面視でハ字状とした一対の合口端面５，６を示したが、これに限ることはなく、例えば図６に示されているように、一対の平行な合口端面の一方の合口端面５はそのままで、もう一方の合口端面の内周側を外側に開いて合口端面６とするように構成してもよいことは勿論である。
１ ピストン
２ シリンダ
３ リング溝
４ ピストンリング
５，６ 合口端面
７ ピストンリング外周面
８ シリンダ内周面
９ 合口隙間
１０ 面取り
２ シリンダ
３ リング溝
４ ピストンリング
５，６ 合口端面
７ ピストンリング外周面
８ シリンダ内周面
９ 合口隙間
１０ 面取り
Claims (4)
- シリンダ内に挿入された半径方向斜め合口のピストンリングが、運転時の温度上昇で、相対する合口端面が突き当たるように設定されているピストンリングにおいて、合口隙間が外周側より内周側が大きいことを特徴とするピストンリング。
- 前記合口端面に低摩擦係数表面処理が施されていることを特徴とする請求項１記載のピストンリング。
- 前記低摩擦係数表面処理がＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ又はＰＢＩの樹脂コーティング、前記樹脂コーティングにグラファイト又はＭｏＳ２を含有させた樹脂コーティング、ＤＬＣ処理、あるいはＰＴＦＥを含有したＮｉめっきであることを特徴とする請求項２記載のピストンリング。
- 外周面と合口端面とのなす角度が鈍角である角部に円弧状の面取りが施されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載のピストンリング。
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