JPH11230344A - ピストンリング構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂材料のアウタリングを、コイルエキスパ
ンダで半径方向外側に押圧するタイプのピストンリング
構造体の耐久性を向上する。 【解決手段】 ピストンリング構造体（１０）はポリイ
ミドでエンドレスに形成されたアウタリング（２０）を
ＰＴＦＥで合口を設けず形成されたインナリング（３
０）を介してコイルエキスパンダ（４０）でピストンの
半径方向外側に押圧して構成される。コイルエキスパン
ダのスチールコイル（４１）は矩形断面を有していて、
インナリングと当接する面積が大きくインナリングに食
い込まない。スチールコイルの表面には摩擦低減のため
にテフロンのコーテイングが施されていている。またコ
イルエキスパンダは円形にしてから熱処理がされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のピストン
リング構造体、特に樹脂材料で合口を設けずエンドレス
に形成されたアウタリングを、インナリングを介して、
リング張力提供部材で半径方向外側に押圧するピストン
リング構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブローバイガスを減らすために、合口を
設けずにエンドレスに形成された樹脂製のピストンリン
グを使用することが公知である。例えば、フッ素樹脂の
１つであるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で
合口を設けずエンドレスに形成されたアウタリングを、
同じＰＴＦＥで合口を設けずエンドレスに形成されたイ
ンナリングを介して、金属製のコイルエキスパンダから
成るリング張力提供部材で半径方向外側に押圧するよう
にしたピストンリング構造体が公知である（特開昭９−
２８０３７３号公報参照）。上記公報のピストンリング
構造体は、リングをインナリングとアウタリングに分割
し、インナリングによりリング溝まわりのシール性を確
保し、アウタリングによりシリンダ壁との摺動部のシー
ル性を確保するようにした優れたものである。

【０００３】ところが、ＰＴＦＥは高温になるとかなり
軟化する。そこで高温になるとコイルエキスパンダがイ
ンナリングに食い込み永久歪みを起こしてしまいそれに
起因してリング溝まわりのシール性が低下する等の問題
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、樹脂材料で合口を設けずエンドレスに形成された
リングを、コイルエキスパンダで半径方向外側に押圧す
るタイプのピストンリング構造体において、コイルエキ
スパンダの食い込みを防止することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、ピストンのリング溝内に装着されるピストンリング
構造体であって、合口無しに形成された樹脂製リング
を、金属製の線材をコイル状に巻いた部材の両端を突き
合わせて円形にして成るコイルエキスパンダで半径方向
外側に押圧して成り、樹脂製リングと金属製のコイルエ
キスパンダの当接部にコイルエキスパンダの樹脂製リン
グへの食い込みを防止する食い込み防止手段を設けたピ
ストンリング構造体が提供される。この様に構成された
ピストンリング構造体では、樹脂製リングを金属製の線
材をコイル状に巻いた部材から成るコイルエキスパンダ
で半径方向外側に押圧して成るが、インナリングとコイ
ルエキスパンダの間に食い込み防止手段が設けられてい
るので、高温になってもコイルエキスパンダが食い込ま
ずコイルエキスパンダの張力を常にアウタリングに適切
に作用させることができる。

【０００６】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、コイルエキスパンダを矩形断面の線材をコイ
ル状に巻いて形成してコイルエキスパンダの樹脂製リン
グへの当接面積を拡大して食い込み防止手段としたピス
トンリング構造体が提供される。この様に構成されたピ
ストンリング構造体では、コイルエキスパンダを矩形断
面の線材をコイル状に巻いて形成してコイルエキスパン
ダの樹脂製リングへの当接面積が拡大されコイルエキス
パンダの樹脂製リングへの食い込みが防止される。

【０００７】請求項３の発明によれば、請求項２の発明
において、コイルエキスパンダが突き合わせ部を含め全
長にわたり等ピッチで巻かれているピストンリング構造
体が提供される。この様に構成されたピストンリング構
造体では、コイルエキスパンダが真円状に保たれ、突き
合わせ部が樹脂リング側に突き出て樹脂リングを損傷す
ることが防止される。

【０００８】請求項４の発明によれば、請求項２の発明
において、矩形断面にされたコイルエキスパンダの表面
に摩擦低減材のコーティングが施されているピストンリ
ング構造体が提供される。この様に構成されたピストン
リング構造体では、コイルエキスパンダとジュシリング
との間の滑りやすくなりコイルエキスパンダの樹脂製リ
ングへの食い込みの防止能力が向上する。

【０００９】請求項５の発明によれば、請求項１の発明
において、食い込み防止手段が樹脂製リングと金属製の
コイルエキスパンダの間に介装された薄肉剛性部材とさ
れたピストンリング構造体が提供される。このように構
成されたピストンリング構造体では、樹脂製リングと金
属製のコイルエキスパンダの間に介装される薄肉剛性部
材によって、コイルエキスパンダの樹脂リングへの食い
込みが防止される。

【００１０】請求項６の発明によれば、請求項１の発明
において、樹脂製リングがポリテトラフルオロエチレン
から成るピストンリング構造体が提供される。この様に
構成されたピストンリング構造体は、ポリテトラフルオ
ロエチレンから成る樹脂製リングを金属製の線材をコイ
ル状に巻いた部材の両端を突き合わせて円形にして成る
コイルエキスパンダで半径方向外側に押圧して成るが、
インナリングとコイルエキスパンダの間に食い込み防止
手段が設けられているので、高温になってもコイルエキ
スパンダが樹脂製リングに食い込まずコイルエキスパン
ダの張力を常に樹脂製リングに適切に作用させることが
できる。

【００１１】請求項７の発明によれば、請求項１の発明
において、樹脂製リングがポリイミドから成るアウタリ
ングとポリテトラフルオロエチレンから成るインナリン
グの２分割構造にされたピストンリング構造体が提供さ
れる。この様に構成されたピストンリング構造体は、ポ
リイミドから成るアウタリングをポリテトラフルオロエ
チレンから成るインナリングを介して金属製の線材をコ
イル状に巻いた部材の両端を突き合わせて円形にして成
るコイルエキスパンダで半径方向外側に押圧して成る
が、インナリングとコイルエキスパンダの間に食い込み
防止手段が設けられているので、高温になってもコイル
エキスパンダがインナリングに食い込まずコイルエキス
パンダの張力を常にアウタリングに適切に作用させるこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施の形態を説明する。図１はピストンのセカンドリン
グとして用いられている本発明によるピストンリング構
造体の第１の実施の形態を示したものである。図１にお
いて、１００はピストンであり、１２０はピストン１０
０に形成されたリング溝、２００はピストン１００が摺
動するシリンダ壁である。なお、リング溝１２０はピス
トン１００の頂部（図示しない）の方から数えて２番目
のセカンドリング溝である。

【００１３】そして、リング溝１２０に、全体が１０で
示されるピストンリング構造体がはめ込まれている。ピ
ストンリング構造体１０は、ピストン１００の半径方向
外側から内側に順に配設されたアウタリング２０、イン
ナリング３０、コイルエキスパンダ４０から成る。アウ
タリング２０はポリイミド製であって、熱膨張係数が３
×１０^-5／Ｋ以下、破断伸びが１０％以上の特性を有す
るものである。このアウタリング２０のピストン軸線方
向の高さＢout は、リング溝１２０に装着しない常温の
自由状態でリング溝１２０の高さＨよりも小さいように
設定されていて、リング溝１２０に装着され機関が運転
状態にある時も上記のように熱膨張係数が小さいために
リング溝１２０の高さＨよりも小さい。

【００１４】図１はこの機関が運転状態で高温ににある
時でピストン１００が下死点から上死点に向かって移動
している途中の様子を示しており、アウタリング２０の
下面２２はリング溝１２０の底部面１２２に押しつけら
れている。なお、上死点から下死点に向かって移動する
ときは逆にアウタリング２０の上面２１がリング溝１２
０の上部面１２１に押しつけられる。このアウタリング
２０の上、下面２１、２２と、リング溝１２０の上部、
底部面１２１、１２２の交番的な密着により、リング溝
１２０の断面に沿って流れようとするブローバイガスの
シールが行われる。

【００１５】アウタリング２０の、半径方向外側の、シ
リンダ壁２００との摺動面は溝２３によって上側摺動面
２４と下側摺動面２５に分割されている。この様に摺動
面を上側摺動面２４と下側摺動面２５に分割することに
よってアウタリング２０は半径方向の幅Ｔout を比較的
薄くしているにも係わらず安定した姿勢でシリンダ壁２
００の上を摺動することができる。そして上側摺動面２
４、下側摺動面２５の上端縁部分にはそれぞれ面取り２
６、２７が施されている。面取り２６、２７を設けるこ
とにより、ピストン１００が上昇する時の油膜のかきあ
げが小さくなり、いわゆるオイル上がりが抑制される。

【００１６】インナリング３０はＰＴＦＥ製であってそ
の熱膨張係数と破断伸びは前記アウタリング２０の材料
であるポリイミドよりも大きい。インナリング３０の内
径側には上方内側に向かう上方傾斜面３３と、下方内側
に向かう下方傾斜面３４が形成されている。このインナ
リング３０のピストン軸線方向の高さは、リング溝１２
０に装着しない常温の自由状態では、リング溝１２０の
高さＨよりも小さいように、略アウタリング２０の高さ
Ｂout と同等に設定されている。

【００１７】しかしながら、リング溝１２０に装着され
機関が運転状態にあり高温になった時は、熱膨張係数が
大きいので膨張し、また変形しやすくなっている。その
ような状態でコイルエキスパンダ４０の張力により前記
傾斜面を介して外側に押圧されるのでインナリング３０
の前記ピストン軸線方向の高さＢinは増大し、インナリ
ング３０の上面３１がリング溝１２０の上側面１２１
と、下面３１がリング溝１２０の下側面１２２と密着す
る。これによりリング溝１２０の壁面に沿って流れよう
とするガスのシールが確保されるのである。また、変形
しやすくなっていることから、コイルエキスパンダ４０
の張力を、有効にアウタリング２０に作用せしめ、アウ
タリング２０をシリンダ壁３に押しつけることを可能に
しており、これによりアウタリング２０はシリンダ壁２
００との間のシール性を維持することができるのであ
る。

【００１８】次に、コイルエキスパンダ４０の構造につ
いて説明する。コイルエキスパンダ４０は、前述のイン
ナリング３０の前記上下の傾斜面３３、３４の間に受容
されるように配置されるが、受容されることによってコ
イルエキスパンダ４０はその長さを縮める。したがっ
て、コイルエキスパンダ４０は自由長さに戻ろうとする
のでインナリング３０を外側に押し広げようとする張力
を発生する。

【００１９】そして、この第１の実施の形態におけるコ
イルエキスパンダ４０はスチールの線材をコイル状に巻
いたスチールコイル４１の中に芯材４２を通し、芯材４
２に沿って円形に曲げたものであるが、線材の断面が矩
形である点が大きな特徴である。図２は図１のII−II線
にそって見た断面図である。一方、図３は従来の円形断
面の線材を利用して形成されたコイルエキスパンダの断
面図である。両者を比較すると、図２の本発明の第１の
実施の形態のものはインナリング３０への当接面積が広
いのに比べて、図３のコイルエキスパンダ４０ａのスチ
ールコイル４１ａは当接面積が小さく、その結果、スチ
ールコイル４１ａがインナリング３０に食い込んでいる
ことがわかる。

【００２０】また、このコイルエキスパンダ４０のスチ
ールコイル４１は、円形に曲げた時に突き合わせられる
部分を含めて全長にわたって等ピッチで巻かれている。
このようにすることにより、突き合わせたときに突き合
わせ部が外側に突出してインナリング３０を損傷するこ
とが防止されるのである。また、さらに、円形に曲げて
から熱処理が施されており、実際の使用時における張力
の均等性を向上している。また、コイルエキスパンダ４
０のスチールコイル４１の表面には摩擦低減材のコーテ
ィングがされており、この実施の形態では、その材質と
してテフロンが用いられているが、他の材質、例えば、
ポリイミド等を用いることも可能である。

【００２１】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図４が第２の実施の形態の構造を示す図であ
って、この第２の実施の形態におけるコイルエキスパン
ダは図３に示された従来技術のコイルエキスパンダ４０
ａと同じ円形断面を有するものである。したがって、参
照番号も同様に４０ａとしてあり、スチールコイルの番
号、芯材の番号もそれぞれ４１ａ、４２ａとされてい
る。図５は図４のV-V 線にそって見た断面図である。

【００２２】そして、この第２の実施の形態では、スチ
ールの薄板をインナリング３０の内周側の面にそって折
り曲げて形成した食い込み防止板５０がインナリング３
０とコイルエキスパンダ４０ａとの間に配設されている
のが特徴である。この結果、従来技術と同じ円形断面の
スチールコイル４１ａを使用しているにもかかわらず、
インナリング３０に食い込むのが防止されている。

【００２３】また、以上の説明はピストンリング構造体
１０をピストンの頂部側から数えて２番目のセカンドリ
ング溝に装着されるセカンドリングとして使用する場合
の例であるが、セカンドリングとしてだけではなくピス
トンの頂部側から数えて１番目のリング溝に装着される
トップリングとして使用することも可能である。

【００２４】

【発明の効果】各請求項の発明によれば、ピストンのリ
ング溝内において、樹脂製のリングを金属製の線材をコ
イル状に巻いた部材の両端を突き合わせて円形にして成
るコイルエキスパンダで半径方向外側に押圧して成るピ
ストンリング構造体において、樹脂製リングとコイルエ
キスパンダの当接部に食い込み防止手段が配設され、コ
イルエキスパンダが樹脂製のリングに食い込むことが防
止されて耐久性が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のピストンリング構
造体を示す図である。

【図２】図１のII-II 線にそって見たコイルエキスパン
ダとインナリングの当接部を示す断面図である。

【図３】従来技術のコイルエキスパンダとインナリング
の当接部の様子を図２と同じ様に示した図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態のピストンリング構
造体を示す図である。

【図５】図４のV-V 線にそって見たコイルエキスパンダ
とインナリングの当接部を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…ピストンリング構造体 ２０…アウタリング ２３…溝 ２４…上側摺動面 ２５…下側摺動面 ２６、２７…面取り ３０…インナリング ３３…上側摺動面 ３４…下側摺動面 ４０、４０ａ…コイルエキスパンダ ４１、４１ａ…スチールコイル ５０…食い込み防止板 １００…ピストン １２０…リング溝 ２００…シリンダ壁

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンのリング溝内に装着されるピス
   トンリング構造体であって、合口無しに形成された樹脂
   製リングを、金属製の線材をコイル状に巻いた部材の両
   端を突き合わせて円形にして成るコイルエキスパンダで
   半径方向外側に押圧して成り、 樹脂製リングと金属製のコイルエキスパンダの当接部に
   コイルエキスパンダの樹脂製リングへの食い込みを防止
   する食い込み防止手段を設けたことを特徴とするピスト
   ンリング構造体。
2. 【請求項２】 食い込み防止手段が、コイルエキスパン
   ダを矩形断面の線材をコイル状に巻いて形成したことに
   よるコイルエキスパンダの樹脂製リングへの当接面積の
   拡大であることを特徴とする請求項１に記載のピストン
   リング構造体。
3. 【請求項３】 コイルエキスパンダが突き合わせ部を含
   め全長にわたり等ピッチで巻かれていることを特徴とす
   る請求項２に記載のピストンリング構造体。
4. 【請求項４】 矩形断面にされたコイルエキスパンダの
   表面に摩擦低減材のコーティングが施されていることを
   特徴とする請求項２に記載のピストンリング構造体。
5. 【請求項５】 食い込み防止手段が樹脂製リングと金属
   製のコイルエキスパンダの間に介装された薄肉剛性部材
   であることを特徴とする請求項１に記載のピストンリン
   グ構造体。
6. 【請求項６】 樹脂製リングがポリテトラフルオロエチ
   レンから成ることを特徴とする請求項１に記載のピスト
   ンリング構造体。
7. 【請求項７】 樹脂製リングがポリイミドから成るアウ
   タリングとポリテトラフルオロエチレンから成るインナ
   リングの２分割構造に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構造体。