JP5772584B2

JP5772584B2 - piston ring

Info

Publication number: JP5772584B2
Application number: JP2011288913A
Authority: JP
Inventors: 飯島　章; 章飯島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013137080A

Description

本発明は、内燃機関のピストンに装着されるピストンリングに関する。 The present invention relates to a piston ring attached to a piston of an internal combustion engine.

通常内燃機関においては、ピストンにピストンリングが装着され、ピストンリングによりガスシール及びオイルシールを行う。近年燃費向上が要求されているが、燃費向上にはピストンリングのフリクション低減も重要な技術である。もちろんピストンリングの張力を下げるとピストンリングのフリクションは下がるが、むやみにピストンリングの張力を下げると、ピストンリングのガスシール性及びオイルシール性が低下する。 Usually, in an internal combustion engine, a piston ring is attached to a piston, and a gas seal and an oil seal are performed by the piston ring. In recent years, improvement in fuel efficiency has been demanded, but reducing the friction of the piston ring is also an important technology for improving fuel efficiency. Of course, when the tension of the piston ring is lowered, the friction of the piston ring is lowered. However, when the tension of the piston ring is lowered unnecessarily, the gas sealing performance and the oil sealing performance of the piston ring are lowered.

そこで、ピストンリングの外周摺動面に微細な凹み（ディンプル）を多数設けることで、ディンプルがオイルを保持する機能を発揮し、ピストンリングのフリクションが下がることが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Therefore, it is known that by providing a large number of fine dents (dimples) on the outer peripheral sliding surface of the piston ring, the dimples function to retain oil and the friction of the piston ring is reduced (for example, Patent Documents). 1).

特開２００４−６０８７３号公報JP 2004-60873 A

しかしながら、ディンプルの深さが単一の場合、図７に示すように、低軸受特性数領域ではかえって摩擦係数が増えてしまう。これは、ピストンの上下死点（特に上死点）付近で摩擦が増え、ピストンリングの摩耗も増える可能性があることを示唆していると考えられる。オイル粘度μ（即ち、潤滑油の粘度）及び荷重Ｗ（即ち、ピストンリングの張力）はほぼ一定とみなすことができるので、低軸受特性数領域は摺動速度Ｕ（即ち、ピストンの速度）が低い領域に相当するためである。なお、図７の「ディンプル付き」は、ディンプルの直径が１００μｍであり、ディンプルの深さが５μｍである場合である。 However, when the depth of the dimple is single, as shown in FIG. 7, the friction coefficient increases on the contrary in the low bearing characteristic number region. This is considered to suggest that friction increases in the vicinity of the top and bottom dead center (especially top dead center) of the piston, and the wear of the piston ring may also increase. Since the oil viscosity μ (that is, the viscosity of the lubricating oil) and the load W (that is, the tension of the piston ring) can be regarded as almost constant, the low bearing characteristic number region has a sliding speed U (that is, the speed of the piston). This is because it corresponds to a low region. Note that “with dimple” in FIG. 7 is a case where the dimple has a diameter of 100 μm and the dimple has a depth of 5 μm.

一方、ディンプルの深さを浅くすると、低軸受特性数領域の摩擦係数を下げることはできる。ただし、ディンプルが浅すぎる場合は、ディンプルがオイルを保持する機能が弱くなり、内燃機関の長時間運転後に、ディンプルがピストンリングの摩耗により消失する可能性がある。 On the other hand, if the depth of the dimple is reduced, the friction coefficient in the low bearing characteristic number region can be lowered. However, when the dimple is too shallow, the dimple has a weak function of retaining oil, and the dimple may disappear due to wear of the piston ring after long-time operation of the internal combustion engine.

そこで、本発明の目的は、低フリクションで且つ耐摩耗性の高いディンプル付きピストンリングを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a piston ring with dimples having low friction and high wear resistance.

上述の目的を達成するために、本発明は、ピストンリング本体と、前記ピストンリング本体の外周摺動面に形成された多数のディンプルとを有するピストンリングにおいて、前記多数のディンプルは、深さが複数種類となるように形成され、且つ、深さの異なる複数種類のディンプルが前記ピストンリング本体の周方向に交互に配設されるものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a piston ring having a piston ring body and a plurality of dimples formed on an outer peripheral sliding surface of the piston ring body. A plurality of types of dimples formed in a plurality of types and having different depths are alternately arranged in the circumferential direction of the piston ring body.

前記多数のディンプルは、深さが第１深さに形成された第１ディンプルと、深さが前記第１深さより浅い第２深さに形成された第２ディンプルとを含み、前記第１深さが４〜５μｍとされ、前記第２深さが２〜３μｍとされても良い。 The plurality of dimples include a first dimple having a depth of the first depth and a second dimple having a depth of a second depth shallower than the first depth. May be 4 to 5 μm, and the second depth may be 2 to 3 μm.

前記多数のディンプルは、深さが前記第２深さより浅い第３深さに形成された第３ディンプルをさらに含み、前記第３深さが１〜１．５μｍとされても良い。 The plurality of dimples may further include a third dimple formed at a third depth shallower than the second depth, and the third depth may be 1 to 1.5 μm.

本発明によれば、低フリクションで且つ耐摩耗性の高いディンプル付きピストンリングを提供することができるという優れた効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an outstanding effect that the piston ring with a dimple which is low friction and high abrasion resistance can be provided.

（ａ）は本発明の一実施形態に係るピストンリングの平面図であり、（ｂ）はピストンリングの側面図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。(A) is a top view of the piston ring which concerns on one Embodiment of this invention, (b) is a side view of a piston ring, (c) is the sectional view on the AA line of (a). （ａ）は本実施形態のディンプルのパターン図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。(A) is the pattern figure of the dimple of this embodiment, (b) is the BB sectional drawing of (a). （ａ）は深さが３種類の例を示すディンプルのパターン図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。(A) is the dimple pattern figure which shows the example of three types of depth, (b) is CC sectional view taken on the line of (a). ディンプルの形成方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the formation method of a dimple. （ａ）及び（ｂ）は変形例に係るディンプルのパターン図である。(A) And (b) is the pattern figure of the dimple which concerns on a modification. （ａ）及び（ｂ）は変形例に係るディンプルのパターン図である。(A) And (b) is the pattern figure of the dimple which concerns on a modification. ピストンリングの軸受特性数−摩耗係数線図である。It is a bearing characteristic number-wear coefficient diagram of a piston ring.

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１に本実施形態に係るピストンリング１０を示す。 FIG. 1 shows a piston ring 10 according to this embodiment.

本実施形態に係るピストンリング（ディンプル付きピストンリング）１０は、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等）のピストンに装着されるものである。また、本実施形態に係るピストンリング１０は、ピストンに設けられる複数のピストンリング溝のうち最上段に位置するトップリング溝に取り付けられるトップリングである。 A piston ring (a piston ring with dimples) 10 according to this embodiment is attached to a piston of an internal combustion engine (for example, a diesel engine or a gasoline engine). Moreover, the piston ring 10 which concerns on this embodiment is a top ring attached to the top ring groove located in the uppermost step among the several piston ring grooves provided in a piston.

図１に示すように、本実施形態に係るピストンリング１０は、ピストンリング本体１１と、シリンダボア２０の内周面２１（図１（ｃ）参照）に摺接するピストンリング本体１１の外周摺動面１２に規則的に設けられた多数のディンプル（微細な凹み）１３（図１（ｂ）参照）とを有する。 As shown in FIG. 1, the piston ring 10 according to this embodiment includes an outer peripheral sliding surface of the piston ring main body 11 that is in sliding contact with the piston ring main body 11 and an inner peripheral surface 21 of the cylinder bore 20 (see FIG. 1C). 12 has a large number of dimples (fine dents) 13 (see FIG. 1B) regularly provided.

ピストンリング本体１１は、リングの一部を切り欠いて形成された合い口すきま（合い口）１４を有する形状とされる。ピストンリング本体１１は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ材）からなる。 The piston ring main body 11 is formed into a shape having a joint gap (joint) 14 formed by cutting out a part of the ring. The piston ring body 11 is made of, for example, stainless steel (SUS material).

ピストンリング本体１１の外周面には、耐摩耗性の向上のための硬質被膜１５が形成されている。硬質被膜１５は、例えば、ＰＶＤ或いはメッキによるＣｒＮ被膜からなる。硬質被膜１５の厚さＴ（図１（ｃ）参照）は、例えば、３０〜４０μｍとされる。係る硬質被膜１５が、ピストンリング１０（ピストンリング本体１１）の外周摺動面１２を構成する。 A hard coating 15 for improving wear resistance is formed on the outer peripheral surface of the piston ring main body 11. The hard coating 15 is made of, for example, a CrN coating by PVD or plating. The thickness T of the hard coating 15 (see FIG. 1C) is, for example, 30 to 40 μm. Such a hard coating 15 constitutes the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10 (piston ring main body 11).

ピストンリング１０の外周摺動面１２（即ち、硬質被膜１５）の表面には、多数のディンプル１３が形成されている。本実施形態では、多数のディンプル１３は、ピストンリング１０（ピストンリング本体１１）の周方向に関して等ピッチＰｘ（図１（ｂ）参照）で配置されていると共に、ピストンリング１０（ピストンリング本体１１）の軸方向に関して等ピッチＰｙ（図１（ｂ）参照）で配置されている。 A large number of dimples 13 are formed on the surface of the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10 (that is, the hard coating 15). In the present embodiment, the multiple dimples 13 are arranged at an equal pitch Px (see FIG. 1B) with respect to the circumferential direction of the piston ring 10 (piston ring body 11), and the piston ring 10 (piston ring body 11). ) With an equal pitch Py (see FIG. 1B).

本実施形態に係るピストンリング１０においては、深さが複数種類（本実施形態では、２種類）となるようにディンプル１３を形成すると共に、深さの異なる複数種類のディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ）をピストンリング１０の周方向に交互に配設している（図２参照）。 In the piston ring 10 according to the present embodiment, the dimples 13 are formed so as to have a plurality of types of depth (two types in this embodiment), and a plurality of types of dimples (first dimples 13a, The second dimples 13b) are alternately arranged in the circumferential direction of the piston ring 10 (see FIG. 2).

図２に本実施形態のディンプル１３のパターン図を示す。なお、図２（ａ）中、ハッチングを付した丸が深めのディンプル（第１ディンプル１３ａ）を示し、白丸が浅めのディンプル（第２ディンプル１３ｂ）を示す。 FIG. 2 shows a pattern diagram of the dimple 13 of the present embodiment. In FIG. 2A, a hatched circle indicates a deep dimple (first dimple 13a), and a white circle indicates a shallow dimple (second dimple 13b).

即ち、本実施形態では、多数のディンプル１３は、深さが第１深さＤ１に形成された第１ディンプル１３ａと、深さが第１深さＤ１より浅い第２深さＤ２に形成された第２ディンプル１３ｂとを含んでいる。 In other words, in the present embodiment, a large number of dimples 13 are formed at the first dimple 13a having a depth of the first depth D1 and at the second depth D2 having a depth shallower than the first depth D1. And a second dimple 13b.

例えば、第１深さＤ１は４〜５μｍ（好ましくは、５μｍ程度）とし、第２深さＤ２は２〜３μｍ（好ましくは、２．５μｍ程度）とする。即ち、本実施形態では、第２深さを第１深さの約１／２倍（約０．５倍）とする。また、多数のディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ）の直径Ｒ１、Ｒ２は、比較的大きくするものとし、深さの種類に拘わらず同じ径（例えば、１００μｍ程度）とする。さらに、多数のディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ）の断面形状は、略円弧状とするのではなく、ディンプル１３の容積を大きくするために略Ｕ字状とした（図２（ｂ）参照）。 For example, the first depth D1 is 4 to 5 μm (preferably about 5 μm), and the second depth D2 is 2 to 3 μm (preferably about 2.5 μm). That is, in the present embodiment, the second depth is set to about ½ times (about 0.5 times) the first depth. Further, the diameters R1 and R2 of a large number of dimples (the first dimple 13a and the second dimple 13b) are relatively large and have the same diameter (for example, about 100 μm) regardless of the type of depth. Furthermore, the cross-sectional shape of a large number of dimples (first dimple 13a, second dimple 13b) is not substantially arc-shaped, but is substantially U-shaped in order to increase the volume of the dimple 13 (FIG. 2B). )reference).

図２（ａ）においては、深さの種類が同じディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ）を、ピストンリング１０の外周摺動面１２にピストンリング１０の軸方向に対して傾斜配置している。即ち、複数の第１ディンプル１３ａを、ピストンリング１０の軸方向と平行な方向に対して角度をつけて直線配置し、複数の第２ディンプル１３ｂを、ピストンリング１０の軸方向と平行な方向に対して角度をつけて直線配置している。 In FIG. 2A, dimples having the same depth type (first dimple 13 a and second dimple 13 b) are arranged on the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10 so as to be inclined with respect to the axial direction of the piston ring 10. ing. That is, the plurality of first dimples 13a are linearly arranged at an angle with respect to the direction parallel to the axial direction of the piston ring 10, and the plurality of second dimples 13b are arranged in a direction parallel to the axial direction of the piston ring 10. They are arranged in a straight line at an angle.

また、図３にディンプル１３の深さを３種類にした例（パターン図）を示す。なお、図３（ａ）中、ハッチングを付した丸が深めのディンプル（第１ディンプル１３ａ）を示し、白丸が中くらいの深さのディンプル（第２ディンプル１３ｂ）を示し、×印を付した丸が浅めのディンプル（第３ディンプル１３ｃ）を示す。 FIG. 3 shows an example (pattern diagram) in which the depth of the dimple 13 is changed to three types. In FIG. 3A, the hatched circle indicates a deep dimple (first dimple 13a), and the white circle indicates a medium depth dimple (second dimple 13b). A dimple having a shallow circle (third dimple 13c) is shown.

即ち、多数のディンプル１３は、深さが第１深さＤ１に形成された第１ディンプル１３ａと、深さが第１深さＤ１より浅い第２深さＤ２に形成された第２ディンプル１３ｂと、深さが第２深さＤ２より浅い第３深さＤ３に形成された第３ディンプル１３ｃとを含んでいても良い。 That is, the plurality of dimples 13 includes a first dimple 13a having a depth of the first depth D1, and a second dimple 13b having a depth of the second depth D2 that is shallower than the first depth D1. And a third dimple 13c formed at a third depth D3 which is shallower than the second depth D2.

例えば、第１深さＤ１は４〜５μｍ（好ましくは、５μｍ程度）とし、第２深さＤ２は２〜３μｍ（好ましくは、２．５μｍ程度）とし、第３深さＤ３は１〜１．５μｍ（好ましくは、１．２５μｍ程度）とする。即ち、第２深さを第１深さの約１／２倍（約０．５倍）とし、第３深さを第２深さの約１／２倍（約０．５倍）としている。また、多数のディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ、第３ディンプル１３ｃ）の直径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、比較的大きくするものとし、深さの種類に拘わらず同じ径（例えば、１００μｍ程度）とする。さらに、多数のディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ、第３ディンプル１３ｃ）の断面形状は、略円弧状とするのではなく、ディンプル１３の容積を大きくするために略Ｕ字状としている（図３（ｂ）参照）。 For example, the first depth D1 is 4-5 μm (preferably about 5 μm), the second depth D2 is 2-3 μm (preferably about 2.5 μm), and the third depth D3 is 1-1. It is 5 μm (preferably about 1.25 μm). That is, the second depth is about 1/2 times (about 0.5 times) the first depth, and the third depth is about 1/2 times (about 0.5 times) the second depth. . The diameters R1, R2, and R3 of a large number of dimples (the first dimple 13a, the second dimple 13b, and the third dimple 13c) are relatively large, and the same diameter (eg, 100 μm) regardless of the depth type. Degree). Furthermore, the cross-sectional shape of a large number of dimples (the first dimple 13a, the second dimple 13b, and the third dimple 13c) is not substantially arc-shaped, but is substantially U-shaped in order to increase the volume of the dimple 13. (See FIG. 3B).

図３（ａ）においては、深さの種類が同じディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ、第３ディンプル１３ｃ）を、ピストンリング１０の外周摺動面１２にピストンリング１０の軸方向に対して傾斜配置している。即ち、複数の第１ディンプル１３ａを、ピストンリング１０の軸方向と平行な方向に対して角度をつけて直線配置し、複数の第２ディンプル１３ｂを、ピストンリング１０の軸方向と平行な方向に対して角度をつけて直線配置し、複数の第３ディンプル１３ｃを、ピストンリング１０の軸方向と平行な方向に対して角度をつけて直線配置している。 In FIG. 3A, dimples having the same depth type (first dimple 13 a, second dimple 13 b, and third dimple 13 c) are placed on the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10 in the axial direction of the piston ring 10. It is inclined with respect to it. That is, the plurality of first dimples 13a are linearly arranged at an angle with respect to the direction parallel to the axial direction of the piston ring 10, and the plurality of second dimples 13b are arranged in a direction parallel to the axial direction of the piston ring 10. The plurality of third dimples 13c are linearly arranged at an angle with respect to a direction parallel to the axial direction of the piston ring 10.

次に、ディンプル１３の形成方法を例示する。 Next, a method for forming the dimple 13 is illustrated.

〔１〕レーザー
ディンプル１３の深さを３種類（第１深さＤ１、第２深さＤ２、第３深さＤ３）とした場合について説明する。 [1] The case where the laser dimple 13 has three types of depths (first depth D1, second depth D2, and third depth D3) will be described.

レーザーとしては、例えば、エキシマレーザー等のガスレーザーを用いることができる。 As the laser, for example, a gas laser such as an excimer laser can be used.

レーザーの場合は照射時間によってディンプル１３の深さが変わる。そのため、パターンに応じてそれぞれのディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ、第３ディンプル１３ｃ）の照射時間を変えることで、ディンプル１３の深さをコントロールする。 In the case of a laser, the depth of the dimple 13 varies depending on the irradiation time. Therefore, the depth of the dimple 13 is controlled by changing the irradiation time of each dimple (first dimple 13a, second dimple 13b, and third dimple 13c) according to the pattern.

〔２〕エッチング
ディンプル１３の深さを３種類（第１深さＤ１、第２深さＤ２、第３深さＤ３）とした場合について説明する。 [2] Etching A case where the depth of the dimple 13 is set to three types (first depth D1, second depth D2, and third depth D3) will be described.

図４に示す３種類のフォトマスクＡ〜Ｃを用いて、それぞれのディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ、第３ディンプル１３ｃ）のエッチング時間を変えることで、ディンプル１３の深さをコントロールする。 The depth of the dimple 13 is controlled by changing the etching time of each dimple (first dimple 13a, second dimple 13b, and third dimple 13c) using the three types of photomasks A to C shown in FIG. To do.

まず、光硬化樹脂に、第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ及び第３ディンプル１３ｃのパターンを露光し、ピストンリング１０の外周摺動面１２上にフォトマスクＡを作る。フォトマスクＡを用いてエッチングし、全てのディンプル１３にエッチングを行うことにより、全てのディンプル１３を浅い状態（第３深さＤ３）にする。 First, a pattern of the first dimple 13 a, the second dimple 13 b, and the third dimple 13 c is exposed to a photo-curing resin, and a photomask A is formed on the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10. Etching is performed using the photomask A, and all the dimples 13 are etched to make all the dimples 13 shallow (third depth D3).

次に、光硬化樹脂に第１ディンプル１３ａ及び第２ディンプル１３ｂのパターンを露光し、フォトマスクＡ上にフォトマスクＢを作る。フォトマスクＢを用いてエッチングし、浅く残したいディンプル（第３ディンプル１３ｃ）以外のディンプル１３にエッチングを行うことにより、浅く残したいディンプル（第３ディンプル１３ｃ）以外のディンプル１３を中くらいの深さの状態（第２深さＤ２）とする。 Next, a pattern of the first dimple 13a and the second dimple 13b is exposed to the photo-curing resin, and a photomask B is formed on the photomask A. Etching using the photomask B and etching the dimples 13 other than the dimples (third dimples 13c) desired to remain shallow, so that the dimples 13 other than the dimples (third dimples 13c) desired to remain shallower have a medium depth. (Second depth D2).

次に、光硬化樹脂に第１ディンプル１３ａのパターンを露光し、フォトマスクＢ上にフォトマスクＣを作る。フォトマスクＣを用いてエッチングし、深くしたいディンプル（第１ディンプル１３ａ）のみにエッチングを行うことにより、深くしたいディンプル（第１ディンプル１３ａ）のみを深い状態（第１深さＤ１）とする。 Next, the pattern of the first dimple 13 a is exposed to the photo-curing resin, and the photomask C is formed on the photomask B. Etching is performed using the photomask C, and only the dimple (first dimple 13a) to be deepened is etched, so that only the dimple (first dimple 13a) to be deepened is brought into a deep state (first depth D1).

最後に、フォトマスクＡ〜Ｃをピストンリング１０の外周摺動面１２から剥離させることにより、ディンプル１３の深さを３種類（第１深さＤ１、第２深さＤ２、第３深さＤ３）としたピストンリング１０が得られる。なお、フォトマスクＢ及びＣをフォトマスクＡ上に順次重ねていくのではなく、エッチングが完了したフォトマスクＡを剥離させ、フォトマスクＢ及びＣを直接外周摺動面１２上に作っても良い。 Finally, the photomasks A to C are peeled off from the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10 so that the dimple 13 has three types of depths (first depth D1, second depth D2, and third depth D3). The piston ring 10 is obtained. The photomasks B and C may not be sequentially stacked on the photomask A, but the photomask A after the etching may be peeled off and the photomasks B and C may be directly formed on the outer peripheral sliding surface 12. .

〔３〕ショットブラスト
ディンプル１３の深さを３種類（第１深さＤ１、第２深さＤ２、第３深さＤ３）とした場合について説明する。 [3] Shot Blast A case where the dimple 13 has three types of depths (first depth D1, second depth D2, and third depth D3) will be described.

エッチングの場合と同様に図４に示す３種類のフォトマスクＡ〜Ｃを用いて、それぞれのディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ、第３ディンプル１３ｃ）のショットブラスト時間を変えることで、ディンプル１３の深さをコントロールする。なお、フォトマスク以外のマスクを用いてピストンリング１０の外周摺動面１２にマスキングを施しても良い。 As in the case of etching, by using the three types of photomasks A to C shown in FIG. 4, by changing the shot blast time of each dimple (first dimple 13a, second dimple 13b, and third dimple 13c), Controls the depth of the dimple 13. In addition, you may mask the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10 using masks other than a photomask.

まず、光硬化樹脂に、第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ及び第３ディンプル１３ｃのパターンを露光し、ピストンリング１０の外周摺動面１２上にフォトマスクＡを作る。フォトマスクＡを用いてショットブラストをし、全てのディンプル１３にショットブラストを行うことにより、全てのディンプル１３を浅い状態（第３深さＤ３）にする。 First, a pattern of the first dimple 13 a, the second dimple 13 b, and the third dimple 13 c is exposed to a photo-curing resin, and a photomask A is formed on the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10. Shot blasting is performed using the photomask A, and all the dimples 13 are shot blasted to make all the dimples 13 in a shallow state (third depth D3).

次に、光硬化樹脂に第１ディンプル１３ａ及び第２ディンプル１３ｂのパターンを露光し、フォトマスクＡ上にフォトマスクＢを作る。フォトマスクＢを用いてショットブラストをし、浅く残したいディンプル（第３ディンプル１３ｃ）以外のディンプル１３にショットブラストを行うことにより、浅く残したいディンプル（第３ディンプル１３ｃ）以外のディンプル１３を中くらいの深さの状態（第２深さＤ２）とする。 Next, a pattern of the first dimple 13a and the second dimple 13b is exposed to the photo-curing resin, and a photomask B is formed on the photomask A. By performing shot blasting using the photomask B and performing shot blasting on the dimples 13 other than the dimple (third dimple 13c) desired to remain shallow, the dimples 13 other than the dimple (third dimple 13c) desired to remain shallower are medium. The depth state (second depth D2).

次に、光硬化樹脂に第１ディンプル１３ａのパターンを露光し、フォトマスクＢ上にフォトマスクＣを作る。フォトマスクＣを用いてショットブラストをし、深くしたいディンプル（第１ディンプル１３ａ）のみにショットブラストを行うことにより、深くしたいディンプル（第１ディンプル１３ａ）のみを深い状態（第１深さＤ１）とする。 Next, the pattern of the first dimple 13 a is exposed to the photo-curing resin, and the photomask C is formed on the photomask B. By performing shot blasting using the photomask C and performing shot blasting only on the dimple (first dimple 13a) to be deepened, only the dimple (first dimple 13a) to be deepened is in a deep state (first depth D1). To do.

次に、本実施形態の作用効果を説明する。 Next, the effect of this embodiment is demonstrated.

本実施形態に係るピストンリング１０は、ピストンリング本体１１と、ピストンリング本体１１の外周摺動面１２に形成された多数のディンプル１３とを有するので、ディンプル１３がオイルを保持する機能を発揮し、ピストンリング１０のフリクションを下げることができる。 Since the piston ring 10 according to the present embodiment includes the piston ring main body 11 and a large number of dimples 13 formed on the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring main body 11, the dimple 13 exhibits a function of holding oil. The friction of the piston ring 10 can be lowered.

特に、本実施形態に係るピストンリング１０では、多数のディンプル１３は、深さが複数種類（本実施形態では、２種類）となるように形成され、且つ、深さの異なる複数種類のディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ）がピストンリング１０（ピストンリング本体１１）の周方向に交互に配設されるので、低フリクションで且つ耐摩耗性の高いディンプル付きピストンリングを製作することが可能となる。 In particular, in the piston ring 10 according to the present embodiment, a large number of dimples 13 are formed so as to have a plurality of types of depths (two types in the present embodiment), and a plurality of types of dimples having different depths ( Since the first dimple 13a and the second dimple 13b) are alternately arranged in the circumferential direction of the piston ring 10 (piston ring body 11), it is possible to manufacture a piston ring with dimples having low friction and high wear resistance. It becomes possible.

即ち、多数のディンプル１３は、深さが複数種類（本実施形態では、２種類）となるように形成されるので、深めのディンプル（第１ディンプル１３ａ）によりピストンリング１０の耐摩耗性を確保しつつ、浅めのディンプル（第２ディンプル１３ｂ）によりピストンリング１０のフリクションを下げることができる。 That is, since a large number of dimples 13 are formed to have a plurality of types of depth (in this embodiment, two types), the wear resistance of the piston ring 10 is ensured by the deeper dimples (first dimples 13a). However, the friction of the piston ring 10 can be lowered by the shallow dimple (second dimple 13b).

また、深さの異なる複数種類のディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ）がピストンリング１０（ピストンリング本体１１）の周方向に交互に配設されるので、ピストンリング１０（ピストンリング本体１１）の外周摺動面１２（硬質被膜１５）の周方向に関する偏摩耗が抑制される。また、内燃機関の長時間運転後に、たとえ浅めのディンプル（第２ディンプル１３ｂ）がピストンリング１０の摩耗により消失してしまったとしても、残りのディンプル（第１ディンプル１３ａ）がピストンリング１０（ピストンリング本体１１）の周方向に等ピッチ（Ｐｘの２倍）で配置されている状態は維持される。 Further, since plural types of dimples (first dimple 13a, second dimple 13b) having different depths are alternately arranged in the circumferential direction of the piston ring 10 (piston ring body 11), the piston ring 10 (piston ring body) 11) The uneven wear in the circumferential direction of the outer peripheral sliding surface 12 (hard coating 15) is suppressed. Further, even if the shallow dimple (second dimple 13b) disappears due to wear of the piston ring 10 after long-time operation of the internal combustion engine, the remaining dimple (first dimple 13a) remains in the piston ring 10 (piston The state of being arranged at an equal pitch (twice Px) in the circumferential direction of the ring body 11) is maintained.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments can be adopted.

図５及び図６にディンプル１３の変形例を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）においては、深さの種類が同じディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ、第３ディンプル１３ｃ）を、ピストンリング１０の外周摺動面１２にピストンリング１０の軸方向と平行な方向に沿って千鳥配置している。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）においては、深さの種類が同じディンプル（第１ディンプル１３ａ、第２ディンプル１３ｂ、第３ディンプル１３ｃ）を、ピストンリング１０の外周摺動面１２にピストンリング１０の軸方向と平行な方向に沿って直線配置している。 5 and 6 show a modification of the dimple 13. 5 (a) and 5 (b), dimples having the same depth type (first dimple 13a, second dimple 13b, and third dimple 13c) are placed on the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10 as pistons. A staggered arrangement is provided along a direction parallel to the axial direction of the ring 10. 6 (a) and 6 (b), dimples having the same depth type (first dimple 13a, second dimple 13b, and third dimple 13c) are connected to the outer peripheral sliding surface 12 of the piston ring 10. Are arranged linearly along a direction parallel to the axial direction of the piston ring 10.

また、上述の実施形態では、ピストンリング１０はトップリングであるとしたが、これには限定はされず、本発明はトップリング以外のセカンドリングやオイルリングに適用することも可能である。なお、トップリングはセカンドリングやオイルリングと比較して外周摺動面が大きいので、本発明はトップリングに好適に適用される。 In the above embodiment, the piston ring 10 is a top ring. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a second ring or an oil ring other than the top ring. In addition, since a top ring has a large outer periphery sliding surface compared with a second ring or an oil ring, this invention is applied suitably for a top ring.

１０ピストンリング
１１ピストンリング本体
１２外周摺動面
１３ａ第１ディンプル（ディンプル）
１３ｂ第２ディンプル（ディンプル）
１３ｃ第３ディンプル（ディンプル） 10 piston ring 11 piston ring body 12 outer peripheral sliding surface 13a first dimple (dimple)
13b Second dimple (dimple)
13c Third dimple (dimple)

Claims

In a piston ring having a piston ring body and a large number of dimples formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring body,
The plurality of dimples are formed to have a plurality of types of depth, and a plurality of types of dimples having different depths are alternately arranged in the circumferential direction of the piston ring body. .

The plurality of dimples includes a first dimple having a depth of a first depth and a second dimple having a depth of a second depth shallower than the first depth,
2. The piston ring according to claim 1, wherein the first depth is 4 to 5 μm and the second depth is 2 to 3 μm.

The plurality of dimples further includes a third dimple formed at a third depth shallower than the second depth,
The piston ring according to claim 2, wherein the third depth is 1 to 1.5 μm.