JPH0674339A - 圧力リング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特殊合口構造の圧力リングが有する優れた気
密特性を維持しつつ耐折損性が向上していて充分な耐久
性を有する圧力リングを提供する。 【構成】 一方の合い口端部におけるシリンダ内壁側の
隅部に切欠凹部１を設け、他方の合い口端部に、シリン
ダ内に装着した状態で切欠凹部１に収容される凸部２を
設けてなる圧力リングであり、切欠凹部１の合い口端面
によって形成される稜線Ｃが凸部２の基部近傍で凸部２
に接するとともに切欠凹部１の受面１１とこの受面１１
に対応する凸部２の合わせ面２１とにより連続する空隙
が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力リングに関し、さら
に詳しくは優れた気密性を維持しつつ耐折損性の向上が
図られている圧力リングに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に内燃機関のピストンには、圧力リ
ングとオイルリングとが装着されている。ここで、圧力
リングは、高圧の燃焼ガスが燃焼室側からクランク室側
へ流出する現象であるいわゆるブローバイを防止する機
能を有し、オイルリングは潤滑油がクランク室側から燃
焼室側へ侵入して消費される現象であるいわゆるオイル
アップを抑制する機能を有している。

【０００３】そして、従来の標準的なピストンリングの
組合わせとしては、トップリングおよびセカンドリング
からなる２本の圧力リングと１本のオイルリングとの計
３本のピストンリングの組合わせが挙げられる。

【０００４】ところで、内燃機関の低燃費化の要請から
ピストンリングの構成についても種々の検討がなされる
に至り、特に１本の圧力リングと１本のオイルリングと
を組合わせたいわゆる２本構成のピストンリングは、摩
擦損失を低減し、内燃機関の一層の効率化を可能にする
技術として注目されている。

【０００５】しかしながら、この２本構成のピストンリ
ングは、シール性の悪化を伴う。このことから２本構成
のピストンリングに用いられる圧力リングは、気密特性
に優れていることが要求される。そこで、気密特性の向
上を図った圧力リングとして、たとえば図１１に示す特
殊合口構造の圧力リングが提案されている（実公平１−
２２９１６号公報参照）。

【０００６】この特殊合口構造の圧力リングは、図１１
に示すように、一方の合い口端部におけるシリンダ内壁
側の隅部に切欠凹部５０が設けられ、他方の合い口端部
に内燃機関用ピストンに装着され更にシリンダ内に装着
されたときに切欠凹部５０に収容される凸部６０が設け
られているものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特殊合口構造の圧力リングにおいては、燃焼室方向への
オイル上りに対する気密特性が向上しているためオイル
消費量は低減するものの凸部６０は折損が懸念される形
状であるという問題があった。

【０００８】そこで、本発明者らが鋭意検討を重ねた結
果、凸部６０の折損は、図１２に示すようにシリンダ内
に装着した状態において該切欠凹部５０に収容される凸
部６０の先端部Ａが切欠凹部５０の基部Ｂ′の近傍で接
触している場合が強度的にもっとも厳しい状態であると
の知見を得るに至った。すなわち、ピストンリングのよ
うに幅の小さいものを切欠加工すると、加工上、凸部６
０の基部Ｂ側の方が先端部Ａよりも薄くなり、装着状態
で凸部６０の先端部Ａが切欠凹部５０の基部Ｂ′の近傍
で接触する場合もある。この場合、凸部６０の先端部Ａ
に集中荷重が働き、強度的に弱い部分である基部Ｂ側に
曲げモーメントに起因する曲げ応力が加わり、この荷重
入力のモデルにより凸部６０が基部Ｂ側から折損する場
合があるものと推測される。

【０００９】本発明はかかる知見に基づいてなされたも
のであり、本発明の目的は、特殊合口構造（いわゆるダ
ブルラップジョイント構造）の圧力リングが有する優れ
た気密性を維持しつつ耐折損性の向上が図られている圧
力リングを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の構成は、内燃機関用ピストンリングであっ
て一方の合い口端部におけるシリンダ内壁側の隅部に切
欠凹部を設け、ピストンのリング溝に装着され更にシリ
ンダ内に装着されたときに上記切欠凹部に収容される凸
部を他方の合い口端部に設けてなる圧力リングにおい
て、シリンダ内に装着した状態で、上記切欠凹部の合い
口端面によって形成される稜線が上記凸部の基部近傍で
該凸部に接するとともに上記切欠凹部の受面と該受面に
対応する上記凸部の合わせ面とにより連続する空隙が形
成されることを特徴とする圧力リングであり、前記切欠
凹部の受け面が合い口端面から該切欠凹部の終端面を形
成する壁面に向かう下り勾配の傾斜面で形成され、前記
凸部の合わせ面が該凸部の基部から合い口端面に向かう
上り勾配の傾斜面で形成されている圧力リングであり、
前記切欠凹部の受け面が合い口端面から該切欠凹部の終
端面を形成する壁面に向かう下り勾配の傾斜面で形成さ
れ、前記凸部の合わせ面が該凸部の基部から合い口端面
に向かう傾きが水平な面で形成されている圧力リングで
あり、前記切欠凹部の受け面が合い口端面から該切欠凹
部の終端面を形成する壁面に向かう傾きが水平な面で形
成され、前記凸部の合わせ面が該凸部の基部から合い口
端面に向かう上り勾配の傾斜面で形成されている圧力リ
ングである。

【００１１】

【作用】本発明の圧力リングにおいては、一方の合い口
端部におけるシリンダ内壁側の隅部に切欠凹部が設けら
れているとともに、他方の合い口端部に内燃機関用ピス
トンに装着され更にシリンダ内に装着されたときに上記
の切欠凹部に収容される凸部が設けられている。この合
い口端部の構造により本発明の圧力リングは前述の２本
構成のピストンリングの圧力リングに好適に用いること
のできる優れた気密特性を有している。

【００１２】しかも、この圧力リングは、シリンダ内に
装着した状態で、切欠凹部の合い口端面によって形成さ
れる稜線が凸部の基部近傍で該凸部に接するとともに切
欠凹部の受面と該受面に対応する凸部の合わせ面とによ
り連続する空隙が形成されるものである。この構造によ
りシリンダ内に装着した状態において凸部の先端が切欠
凹部の基部と接触しなくなるため、凸部の先端部への集
中荷重が防止されるとともに、凸部の基部に加わる曲げ
モーメントに起因する曲げ応力の低減が図られ、凸部の
先端部および基部近傍に過大な応力が加わることがなく
なる。したがって、この圧力リングにおいては、優れた
気密特性が維持されたまま合い口凸部の耐折損性が向上
する。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図１に示すように、この圧力リングは、
一方の合い口端部におけるシリンダ内壁側の隅部に切欠
凹部１が設けられているとともに、他方の合い口端部に
内燃機関用ピストンに装着され更にシリンダ内に装着さ
れたときに切欠凹部１に収容される凸部２が設けられて
なるものである。

【００１４】図２に示すように、この圧力リングにおけ
る切欠凹部１にはピストン溝上面の内周面側から外周面
側（シリンダ壁面側）に向かう下り勾配を有する受面１
１が形成されている。また、図３に示すように、凸部２
には前記受面１１と同方向の下り勾配を有する合わせ面
２１が形成されている。

【００１５】図４に示すように、凸部２はシリンダ内に
装着した状態で切欠凹部１に収容されるが、装着状態で
は切欠凹部１の合い口端面によって形成される稜線Ｃが
凸部２の基部近傍で凸部２に接する。

【００１６】装着状態において切欠凹部１の合い口端面
によって形成される稜線Ｃが凸部２の基部近傍で凸部２
と接することにより、シリンダ内でのピストンの往復運
動に伴う圧力リングの摺動時にこの圧力リングの凸部２
の基部にかかる曲げモーメントは、図５に示すように、
一定の大きさの荷重Ｆが接触的に作用した場合、Ｆ×Ｌ
で表わされるが、この曲げモーメントの大きさは稜線Ｃ
が凸部２の先端側で合わせ面２１に接する場合に比較し
て小さくなる。したがって、凸部２の基部にかかる曲げ
応力よりも小さくなり、この圧力リングは耐折損性が向
上したものとなる。

【００１７】また、この圧力リングにおいては、図４に
示すように、切欠凹部１の受面１１とこの受面１１に対
応する凸部２の合わせ面２１との間に連続する空隙が形
成される。

【００１８】この空隙が形成されることにより、凸部２
の先端が切欠凹部１の基部近傍で受面１１と接するのが
回避され、これにより凸部２の基部近傍に比較的大きな
曲げ応力が集中して母材に至るクラックが発生したり、
また凸部２の先端部にめっき欠けが発生したりすること
が防止される。したがって、この構造によっても耐折損
性の向上が図られることになる。

【００１９】ここで、前記の空隙が形成されるために
は、切欠凹部１の合い口端面側からこの切欠凹部１の終
端面を形成する壁面に向かう方向における受面１１の勾
配と、凸部２の先端部側から基部に向かう方向における
合わせ面２１の勾配とが一定の関係になければならな
い。

【００２０】具体的には、たとえば図４に示すように、
切欠凹部１の合い口端面側からこの切欠凹部１の終端面
を形成する壁面に向かう方向における受面１１の勾配が
下り勾配であり、凸部２の先端部側から基部に向かう方
向における合わせ面２１の勾配が下り勾配であってもよ
いし、あるいは図６に示すように、切欠凹部１の合い口
端面側からこの切欠凹部１の終端面を形成する壁面に向
かう方向における受面１１の勾配が上り勾配であり、凸
部２の先端部側から基部に向かう方向における合わせ面
２１の勾配が受面１１の勾配の傾き量よりも大きな傾き
量の下り勾配であってもよい。ここで、たとえば図４に
示すように、切欠凹部１の合い口端面側からこの切欠凹
部１の終端面を形成する壁面に向かう方向における受面
１１の勾配が下り勾配であり、凸部２の先端部側から基
部に向かう方向における合わせ面２１の勾配が下り勾配
である場合、受面１１の傾き量は、通常、２０′以内で
あり、これに対応する合わせ面２１の傾き量は、通常、
５０′以内である。

【００２１】また、たとえば図７に示すように、切欠凹
部１の合い口端面側からこの切欠凹部１の終端面を形成
する壁面に向かう方向において受面１１が水平に形成さ
れ、凸部２の先端部側から基部に向かう方向における合
わせ面２１の勾配が下り勾配に形成されていてもよい
し、図８に示すように、切欠凹部１の合い口端面側から
この切欠凹部１の終端面を形成する壁面に向かう方向に
おける受面１１の勾配が下り勾配に形成され、凸部２の
先端部側から基部に向かう方向において合わせ面２１が
水平に形成されていてもよい。

【００２２】さらにまた、図９に示すように、凸部２の
基部はアーチ状に形成されていてもよい。これにより、
切欠凹部１との接触が避けられるとともに応力集中の程
度が軽減されることとなり、凸部２の強度が向上する。

【００２３】なお、切欠凹部１および凸部２は、それぞ
れ合い口端部を研削加工することにより形成されるが、
この研削加工には、砥石２０の回転方向を図１０に示す
矢印方向とし、斜面の高い側から低い側に砥石２０を移
動させるいわゆるアップ研削を採用することが好まし
い。このアップ研削を行なうことにより、砥石２０の回
転方向を図１０に示した方向とは逆方向とするいわゆる
ダウン研削を行なう場合に比較して隅部や端部における
いわゆるめっき欠けやむしれの発生が減少するととも
に、いわゆる持ち去りによる凹凸の発生も減少し、これ
によりめっき欠けやクラックの発生を防止して耐折損性
の向上を図ることができる。また、合い口端部について
研削加工の後工程で図１０にクロスハッチで示すような
面取りを施せば、外周面にめっきを施したリングの場
合、めっきの欠けが防止され、耐折損性の一層の向上が
図られる。

【００２４】

【発明の効果】以上に詳述したとおり、本発明によれ
ば、特殊合口構造の圧力リングが有する優れた気密特性
を維持しつつめっき欠けやクラックの発生が無く、耐折
損性が向上していて特に２本構成のピストンリングに好
適な充分な耐久性を有する圧力リングが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧力リングにおける合い口部の一例を
示す部分説明図である。

【図２】本発明の一実施例における切欠凹部側の合い口
端部を示す正面図である。

【図３】本発明の一実施例における凸部側の合い口端部
を示す正面図である。

【図４】本発明の一実施例における合い口構造を示す説
明図である。

【図５】本発明の一実施例における曲げモーメントの状
態を示す説明図である。

【図６】本発明の他の実施例における合い口構造を示す
説明図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例における合い口構造
を示す説明図である。

【図８】本発明のさらに他の実施例における合い口構造
を示す説明図である。

【図９】本発明の一実施例における凸部の基部形状を示
す説明図である。

【図１０】本発明の圧力リングにおける切欠凹部および
凸部の研削加工法を模式的に示す説明図である。

【図１１】特殊合口構造の圧力リングの従来例を示す説
明図である。

【図１２】従来の圧力リングの合い口構造の一例を示す
説明図である。

【符号の説明】

１…切欠凹部 ２…凸部 １１…受面 ２１…合わせ面 Ｃ…稜線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 勉 埼玉県与野市本町西５丁目２番６号 日本 ピストンリング株式会社与野工場内 (72)発明者 牛尾 俊治 埼玉県与野市本町西５丁目２番６号 日本 ピストンリング株式会社与野工場内 (72)発明者 近藤 知二 埼玉県与野市本町西５丁目２番６号 日本 ピストンリング株式会社与野工場内 (72)発明者 橋本 実 埼玉県与野市本町西５丁目２番６号 日本 ピストンリング株式会社与野工場内 (72)発明者 村田 徹郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 斉 正昭 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関用ピストンリングであって一方
   の合い口端部におけるシリンダ内壁側の隅部に切欠凹部
   を設け、ピストンのリング溝に装着され更にシリンダ内
   に装着されたときに上記切欠凹部に収容される凸部を他
   方の合い口端部に設けてなる圧力リングにおいて、シリ
   ンダ内に装着した状態で、上記切欠凹部の合い口端面に
   よって形成される稜線が上記凸部の基部近傍で該凸部に
   接するとともに上記切欠凹部の受面と該受面に対応する
   上記凸部の合わせ面とにより連続する空隙が形成される
   ことを特徴とする圧力リング。
2. 【請求項２】 前記切欠凹部の受け面が合い口端面から
   該切欠凹部の終端面を形成する壁面に向かう下り勾配の
   傾斜面で形成され、前記凸部の合わせ面が該凸部の基部
   から合い口端面に向かう上り勾配の傾斜面で形成されて
   いる請求項１記載の圧力リング。
3. 【請求項３】 前記切欠凹部の受け面が合い口端面から
   該切欠凹部の終端面を形成する壁面に向かう下り勾配の
   傾斜面で形成され、前記凸部の合わせ面が該凸部の基部
   から合い口端面に向かう傾きが水平な面で形成されてい
   る請求項１記載の圧力リング。
4. 【請求項４】 前記切欠凹部の受け面が合い口端面から
   該切欠凹部の終端面を形成する壁面に向かう傾きが水平
   な面で形成され、前記凸部の合わせ面が該凸部の基部か
   ら合い口端面に向かう上り勾配の傾斜面で形成されてい
   る請求項１記載の圧力リング。