JP6192524B2 - ピストンリング - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に用いられるピストンリングに関する。

自動車の内燃機関等に用いられるピストンリングは、例えばピストン外周面のリング溝に設けられ、ピストンリングの外周面がボア内周面に摺接し、かつピストンリングの一側面がリング溝の側面に当接することで燃焼室側からクランク室側へのブローバイガスの防止機能を有している。かかるピストンリングは、リング溝への装着の都合上、合口部を有する割りリング形状をなしているため、合口部におけるブローバイガスを抑制することが課題となっている。

このような課題に対し、例えば特許文献１に記載のピストンリングでは、金属製のピストンリングにダブルアングル合口と称される特殊な合口部を形成し、合口部でのガス漏れ面積の縮小を図っている。また、特許文献２に記載のピストンリングでは、合成樹脂製のピストンリングにステップ状の合口部を形成したものが開示されている。また、特許文献３には、トランスミッション等のオイルシールに用いられるシールリングとして、トリプルステップ状の合口部を形成したものが開示されている。

実開昭５９−１２６１５８号公報 実開平４−４１１５３号公報 特開２００３−１５８４号公報

上記特許文献１のような合口構造の加工は複雑であり、加工精度や加工コストの問題がある。また、合口端部から突出する凸部の先端面の面積が小さいため、凸部に荷重がかかったときに凸部が破損し易いという問題がある。また、特許文献２及び特許文献３のような合口構造は、樹脂材を用いて加工することで作製が容易となると考えられるが、樹脂製のピストンリングでは、金属製のピストンリングに比べて耐熱性が十分に得られにくいという問題がある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、合口部の強度及びシール性の双方を良好に確保できるピストンリングを提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係るピストンリングは、環状の本体部と、本体部に形成された合口部とを備えたピストンリングであって、合口部において、本体部の一側面側には、一方の合口端部から他方の合口端部に向かって突出する第１の突出部と、他方の合口端部において第１の突出部を受ける第１の受け部とが設けられ、本体部の他側面側には、他方の合口端部から一方の合口端部に向かって突出する第２の突出部と、一方の合口端部において第２の突出部を受ける第２の受け部とが設けられ、本体部の内周面側には、第２の突出部から第２の受け部に向かって突出する第１のオス部と、第２の受け部において第１のオス部を受ける第１のメス部とが設けられ、本体部の外周面側には、第２の受け部から第２の突出部に向かって突出する第２のオス部と、第２の突出部において第２のオス部を受ける第２のメス部とが設けられていることを特徴としている。

このピストンリングでは、本体部の一側面側で第１の突出部及び第１の受け部が対向する位置と、本体部の他側面側で第２の突出部及び第２の受け部が対向する位置とが互いにずれることでクランクが形成されている。したがって、ピストンリングの使用時に、第１の突出部と第２の突出部とが本体部の幅方向に合わさりクランクが閉鎖することで、ピストンリングの幅方向に抜けるガスを遮断できる。また、このピストンリングでは、本体部の内周面側で第１のオス部及び第１のメス部が対向する位置と、本体部の外周面側で第２のオス部及び第２のメス部が対向する位置とが互いにずれることでクランクが形成されている。このクランクにおいて、第１のオス部における第２のオス部との対向面、及び第２のオス部における第１のオス部との対向面は、温度膨張の影響を受けにくく、ピストンリングの使用時の摩耗の影響も少ないため、対向面間の間隔を小さく保つことができる。したがって、ピストンリングの内周面側に回り込んだガスが外周面側に抜けてしまうことを抑制できる。さらに、このピストンリングでは、本体部の一側面側の第１の突出部と本体部の他側面側の第２の突出部との断面積を十分に確保できることに加え、第２の受け部側の第１のメス部及び第２のオス部よりも第１の突出部が張り出すため、合口部の強度を十分に確保できる。

また、第２の突出部の幅が先端側に向かって狭くなるように、第２の突出部における第１の突出部との合わせ面が、第１の突出部における第２の突出部との合わせ面に対して傾斜していることが好ましい。この場合、第１の突出部と第２の突出部とによって形成されるクランクの長さを十分に確保できるので、クランクでの圧力損失が大きくなり、ピストンリングの幅方向へのガスの抜けを一層確実に抑制できる。また、第２の突出部が肉厚になるため、第２の突出部の強度をより確保することが可能となる。

また、第１の受け部における第１の突出部との対向面が、第１の突出部における第１の受け部との対向面に対して傾斜していることが好ましい。これにより、対向面同士の接触を回避でき、第１の突出部の摩耗を抑制できる。

また、第２の突出部における第２の受け部との対向面が、第２の受け部における第２の突出部との対向面に対して傾斜していることが好ましい。これにより、対向面同士の接触を回避でき、第２の突出部の摩耗を抑制できる。

また、本体部は、金属によって形成されていることが好ましい。これにより、ピストンリングの耐熱性を十分に確保できる。

本発明に係るピストンリングによれば、合口部の強度及びシール性の双方を良好に確保できる。

本発明に係るピストンリングの一実施形態を示す斜視図である。 図１に示したピストンリングの合口部を一側面側から示す要部拡大斜視図である。 図１に示したピストンリングの合口部を他側面側から示す要部拡大斜視図である。 図１に示したピストンリングの合口部を外周面側から見た要部拡大図である。 図１に示したピストンリングの合口部を他側面側から見た要部拡大図である。 変形例に係るピストンリングの合口部を外周面側から見た要部拡大図である。 別の変形例に係るピストンリングの合口部を外周面側から見た要部拡大図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るピストンリングの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係るピストンリングの一実施形態を示す斜視図である。同図に示すピストンリング１は、例えば自動車の内燃機関においてピストン外周面のリング溝に設けられ、ピストンリング１の外周面２ｄがボア内周面に摺接し、かつピストンリング１の側面２ｂ側がリング溝の側面に当接してシール面となることで燃焼室側からクランク室側へのブローバイガスの防止機能を奏するようになっている。

このピストンリング１は、環状の本体部２と、本体部２の一部に形成された合口部３とを備えている。本体部２は、幅方向の端面である側面（一側面）２ａ及び側面（他側面）２ｂと、厚さ方向の端面である内周面２ｃ及び外周面２ｄとによって、厚さ方向が長辺かつ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。この本体部２は、例えば複数の金属元素を含有する鋳鉄或いは鋼材によって十分な強度、耐熱性、及び弾性をもって形成されている。また、本体部２の表面には、例えば硬質クロムめっき層、クロムの窒化物層、或いは鉄の窒化物層などによる表面改質が施され、本体部２の耐摩耗性の向上が図られている。

図２は、図１に示したピストンリング１の合口部３を側面２ａ側から示す要部拡大斜視図であり、図３は、図１に示したピストンリング１の合口部３を側面２ｂ側から示す図である。図２及び図３に示すように、合口部３は、本体部２の一部に形成された切れ目であり、ピストンリング１をピストン外周面のリング溝に装着する際の装着性の確保を目的として設けられている。合口部３では、ピストンリング１をリング溝に装着する前の状態において、一方の合口端部１１と他方の合口端部１２とが所定の間隔をもって互いに対向した状態となっている。

この合口部３において、図２に示すように、本体部２の側面２ａ側には、一方の合口端部１１から他方の合口端部１２に向かって突出する第１の突出部１３と、他方の合口端部１２において第１の突出部１３を受ける第１の受け部１４とが設けられている。また、本体部２の側面２ｂ側には、他方の合口端部１２から一方の合口端部１１に向かって突出する第２の突出部１５と、一方の合口端部１１において第２の突出部１５を受ける第２の受け部１６とが設けられている。

より具体的には、第１の突出部１３では、一方の合口端部１１から本体部２の側面２ａ側の略半分部分が断面略長方形状に突出した状態となっており、第１の受け部１４では、他方の合口端部１２において本体部２の側面２ａ側の略半分部分が第１の突出部１３の形状に対応して断面略長方形状に切り欠かれた状態となっている。

同様に、第２の突出部１５では、他方の合口端部１２から本体部２の側面２ｂ側の略半分部分が断面略長方形状に突出した状態となっており、第２の受け部１６では、一方の合口端部１１において本体部２の側面２ｂ側の略半分部分が第２の突出部１５の形状に対応して断面略長方形状に切り欠かれた状態となっている。

さらに、本体部２の側面２ｂ側において、本体部２の内周面２ｃ側には、図３に示すように、第２の突出部１５から第２の受け部１６に向かって突出する第１のオス部２１と、第２の受け部１６において第１のオス部２１を受ける第１のメス部２２とが設けられている。また、本体部２の側面２ｂ側において、本体部２の外周面２ｄ側には、第２の受け部１６から第２の突出部１５に向かって突出する第２のオス部２３と、第２の突出部１５において第２のオス部２３を受ける第２のメス部２４とが設けられている。

より具体的には、第１のオス部２１では、第２の突出部１５の内周面２ｃ側の略半分部分が断面略長方形状に突出した状態となっており、第１のメス部２２では、第２の受け部１６の内周面２ｃ側の略半分部分が第１のオス部２１の形状に対応して断面略長方形状に切り欠かれた状態となっている。

同様に、第２のオス部２３では、第２の受け部１６の外周面２ｄ側の略半分部分が断面略長方形状に突出した状態となっており、第２のメス部２４では、第２の突出部１５の外周面２ｄ側の略半分部分が第２のオス部２３の形状に対応して断面略長方形状に切り欠かれた状態となっている。

以上のような構成を有するピストンリング１では、本体部２の側面２ａ側で第１の突出部１３及び第１の受け部１４が対向する位置と、本体部２の側面２ｂ側で第２の突出部１５及び第２の受け部１６が対向する位置とが、本体部２の周方向に互いにずれている。これにより、合口部３を外周面２ｄ側から見た場合、図４に示すように、第１の突出部１３における第１の受け部１４との対向面１３ａ、第１の受け部１４における第１の突出部１３との対向面１４ａ、第１の突出部１３における第２の突出部１５との合わせ面１３ｂ、第２の突出部１５における第１の突出部１３との合わせ面１５ｂ、第２の突出部１５における第２の受け部１６との対向面１５ａ、及び第２の受け部１６における第２の突出部１５との対向面１６ａによってクランクＣ１が形成されている。

したがって、ピストンリング１がピストン外周面のリング溝に装着されてピストンの上下運動による荷重を受けた場合に、第１の突出部１３の合わせ面１３ｂと第２の突出部１５の合わせ面１５ｂとが本体部２の幅方向に合わさり、クランクＣ１が閉鎖することで、ピストンリング１の幅方向に抜けるガスを遮断できる。

また、ピストンリング１では、本体部２の内周面２ｃ側で第１のオス部２１及び第１のメス部２２が対向する位置と、本体部２の外周面２ｄ側で第２のオス部２３及び第２のメス部２４が対向する位置とが、本体部の周方向に互いにずれている。これにより、合口部３を側面２ｂ側から見た場合、図５に示すように、第１のオス部２１における第１のメス部２２との対向面２１ａ、第１のメス部２２における第１のオス部２１との対向面２２ａ、第１のオス部２１における第２のオス部２３との対向面２１ｂ、第２のオス部２３における第１のオス部２１との対向面２３ｂ、第２のオス部２３における第２のメス部２４との対向面２３ａ、及び第２のメス部２４における第２のオス部２３との対向面２４ａによってクランクＣ２が形成されている。

このクランクＣ２において、第１のオス部２１における第２のオス部２３との対向面２１ｂ、及び第２のオス部２３における第１のオス部２１との対向面２３ｂは、ピストンリング１の使用時における温度膨張の影響を受けにくい。また、ピストンの上下運動による荷重がピストンリング１に加わった場合でも当該荷重が対向面２１ｂ，２３ｂの対向方向にかかりにくく、摩耗の影響も小さいため、対向面２１ｂ，２３ｂ間の間隔αを小さく保つことができる。したがって、クランクＣ２におけるガスの流通面積を極小化することが可能となり、ピストンリング１の内周面２ｃ側に回り込んだガスがクランクＣ２を通って外周面２ｄ側に抜けてしまうことを抑制できる。

また、このピストンリング１では、第１の突出部１３は、本体部２の側面２ａ側の略半分部分の断面積を有し、第２の突出部１５は、本体部２の側面２ｂ側の略半分部分の断面積を有している。また、第２の受け部１６に形成される第１のメス部２２及び第２のオス部２３よりも第１の突出部１３が突出しているため、第２のオス部２３が片持ち構造とならずに第１の突出部１３によって支持される。このような構造により、合口部３の強度を十分に確保できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、本体部２を金属によって形成することを例示しているが、加工容易性をより重視する場合には、合成樹脂等によってピストンリング１の本体部２を形成してもよい。

また、上記実施形態では、第１の突出部１３及び第２の突出部１５の断面形状がいずれも長方形状となっているが、例えば図６に示すように、第１の突出部１３及び第２の受け部１６を断面長方形状のまま維持する一方、第２の突出部１５の幅が先端側に向かって狭くなるように、第２の突出部１５における第１の突出部１３との合わせ面１５ｂを、第１の突出部１３における第２の突出部１５との合わせ面１３ｂに対して傾斜させてもよい。

この場合、クランクＣ１の長さをより拡張できるので、クランクＣ１での圧力損失が大きくなり、ピストンリング１の幅方向へのガスの抜けを一層確実に抑制できる。また、第２の突出部１５の基端部がより肉厚になるため、第２の突出部１５の強度をより確保できる。

また、図６の例では、第１の受け部１４における第１の突出部１３との対向面１４ａが、第１の突出部１３における第１の受け部１４との対向面１３ａに対して傾斜していると共に、第２の突出部１５における第２の受け部１６との対向面１５ａが、第２の受け部１６における第２の突出部１５との対向面１６ａに対して傾斜している。これにより、対向面１３ａ，１４ａ同士の接触を回避でき、第１の突出部１３の摩耗を抑制できる。同様に、対向面１５ａ，１６ａ同士の接触を回避でき、第２の突出部１５の摩耗を抑制できる。

さらに、図６の例では、第１の突出部１３及び第２の受け部１６を断面長方形状としているが、例えば図７に示すように、第１の突出部１３における第２の突出部１５との合わせ面１３ｂ、第１の突出部１３における第１の受け部１４との対向面１３ａ、及び第２の受け部１６における第２の突出部１５との対向面１６ａを、それぞれ側面２ａ，２ｂに対して傾斜させてもよい。

この場合、クランクＣ１の長さを更に拡張できるので、ピストンリング１の幅方向へのガスの抜けを一層確実に抑制できる。また、第１の突出部１３の基端部がより肉厚になるため、第１の突出部１３の強度をより確保できる。なお、第１の突出部１３は、ピストンリング１の使用時において幅方向にガス圧のバランスが取れるため、第２の突出部１５に比べて強度が多少小さくてもよい。また、図７において、対向面１３ａ，１４ａ同士及び対向面１５ａ，１６ａ同士は、いずれも非平行であることが好ましい。こうすると、対向面１３ａ，１４ａ同士の接触及び対向面１５ａ，１６ａ同士の接触を回避でき、第１の突出部１３及び第２の突出部１５の摩耗を回避できる。

１…ピストンリング、２…本体部、２ａ…側面（一側面）、２ｂ…側面（他側面）、２ｃ…内周面、２ｄ…外周面、３…合口部、１１…一方の合口端部、１２…他方の合口端部、１３…第１の突出部、１３ａ…対向面、１３ｂ…合わせ面、１４…第１の受け部、１４ａ…対向面、１５…第２の突出部、１５ａ…対向面、１５ｂ…合わせ面、１６…第２の受け部、１６ａ…対向面、２１…第１のオス部、２１ａ，２１ｂ…対向面、２２…第１のメス部、２２ａ…対向面、２３…第２のオス部、２３ａ，２３ｂ…対向面、２４…第２のメス部、２４ａ…対向面。

Claims (4)

1. 環状の本体部と、前記本体部に形成された合口部とを備えたピストンリングであって、
   前記合口部において、
   前記本体部の一側面側には、一方の合口端部から他方の合口端部に向かって突出する第１の突出部と、前記他方の合口端部において前記第１の突出部を受ける第１の受け部とが設けられ、
   前記本体部の他側面側には、前記他方の合口端部から一方の合口端部に向かって突出する第２の突出部と、前記一方の合口端部において前記第２の突出部を受ける第２の受け部とが設けられ、
   前記本体部の内周面側には、前記第２の突出部から前記第２の受け部に向かって突出する第１のオス部と、前記第２の受け部において前記第１のオス部を受ける第１のメス部とが設けられ、
   前記本体部の外周面側には、前記第２の受け部から前記第２の突出部に向かって突出する第２のオス部と、前記第２の突出部において前記第２のオス部を受ける第２のメス部とが設けられ、
   前記第１の受け部における前記第１の突出部との対向面が、前記第１の突出部における前記第１の受け部との対向面に対して傾斜していることを特徴とするピストンリング。
2. 前記第２の突出部の幅が先端側に向かって狭くなるように、前記第２の突出部における前記第１の突出部との合わせ面が、前記第１の突出部における第２の突出部との合わせ面に対して傾斜し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。
3. 前記第２の突出部における前記第２の受け部との対向面が、前記第２の受け部における前記第２の突出部との対向面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載のピストンリング。
4. 前記本体部は、金属によって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のピストンリング。

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