KR100304202B1 - 피스톤 링 구조체 및 그 조립방법 - Google Patents

피스톤 링 구조체 및 그 조립방법 Download PDF

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와다 아끼히로
도요다 지도샤 가부시끼가이샤
마사시 히사토미
데이코쿠 피스톤 링 가부시끼기이샤
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Abstract

본 발명은, 수지재료로 연속적으로 형성된 바깥쪽 링과, 수지재료로 연속적으로 형성된 안쪽 링과, 바깥쪽 링을 안쪽 링을 거쳐 반경방향 바깥쪽으로 누르게 하는 링 장력 제공부재를 구비한 피스톤 링 구조체에 관한 것이다.
본 발명에 있어서는, 피스톤 링 구조체는 폴리이미드로 연속적으로 형성되어 바깥쪽 링을 PTFE로 연속적으로 형성된 안쪽 링을 거쳐 코일 익스팬더에 의해 피스톤의 반경방향 바깥쪽으로 눌러 구성된다. 바깥쪽 링의 실린더벽과의 슬라이딩면은 각 상단가장자리부에 모따기를 가지는 위쪽, 아래쪽 슬라이딩면으로 분할되고, 안쪽 링의 코일 익스팬더와의 맞닿음부에는 30 내지 60도의 각도로 상, 하 안쪽으로 경사지는 위쪽, 아래쪽 경사면이 형성되어 있다.

Description

피스톤 링 구조체 및 그 조립방법{PISTON RING STRUCTURAL BODY AND METHOD OF MOUNTING THE PISTON RING STRUCTURAL BODY}
본 발명은 내연기관의 피스톤 링 구조체, 특히 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링을, 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링을 거쳐, 링 장력(張力) 제공부재에 의해 반경방향 바깥쪽으로 누르는 피스톤 링 구조체 및 그 조립방법에 관한 것이다.
1998년 2월 20일자로 출원된 일본 특허 출원 평10-39226호의 상세한 설명, 도면 및 요약서가 본 명세서에 참조로 병합되어 있다.
블로우바이 가스를 줄이기 위하여, 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 수지로 만든 피스톤 링을 사용하는 것이 일본국 특개 평9-280373호 공보에 개시되어 있다. 이 공보에는, 플루오르수지 중의 하나인 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)으로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링을, 동일한 PTFE로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링을 거쳐, 금속으로 만든 코일 익스팬더로 이루어지는 링 장력 제공부재에 의해 반경방향 바깥쪽으로 누르도록 한 피스톤 실린더 구조체가 개시되어 있다.
상기 공보의 피스톤 링 구조체는, 링을 안쪽 링과 바깥쪽 링으로 분할하여, 안쪽 링에 의하여 링 홈 주위의 밀봉성을 확보하고, 바깥쪽 링에 의하여 실린더벽면과 바깥쪽 링의 슬라이딩부와의 밀봉성을 확보하도록 하고 있다.
그런데, 상기 공보의 피스톤 링 구조체에서는, 안쪽 링도 바깥쪽 링도 동일한 PTFE를 사용하고 있다. 그러나, PTFE는 한계의 PV치[면압(面壓) P과 미끄럼속도 V의 곱)이 낮아 충분한 내구성을 얻을 수 없다. 또 열팽창률이 크기 때문에 온도가 올라가면 코일 익스팬더의 장력에 의한 실린더벽으로의 밀어붙이는 힘이 커져 기관의 마찰손실을 증대하게 된다는 문제도 있다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여, 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링을, 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 형성된 안쪽 링을 거쳐, 링 장력 제공부재에 의해 반경방향 바깥쪽으로 누르는 타입의 피스톤 링 구조체의 내구성을 높이는 것을 목적으로 한다.
또, 이러한 피스톤 링 구조체를 간단하고 확실하게 피스톤에 장착하는 방법을 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 피스톤 링 구조체를 나타낸 도,
도 2는 링 가이드의 구조를 나타낸 도,
도 3은 링 밀어넣음지그의 구조를 나타낸 도,
도 4는 안쪽 링 누름지그의 구조를 나타낸 도.
본 발명의 제 1 형태에서는, 피스톤의 링 홈 내에 장착되는 피스톤 링 구조체는, 제 1 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링과, 제 2 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링과, 상기한 바깥쪽 링을 상기한 안쪽 링을 거쳐 피스톤의 반경방향 바깥쪽으로 누르게 하는 링 장력 제공부재를 구비하고, 상기한 제 1 수지재료는 제 2 수지재료보다 열팽창률과 파단(破斷)신장이 낮다.
이와 같이 구성된 피스톤 링 구조체에서는, 안쪽 링은 고온에서는 더욱 변형되기 쉬우므로 링 홈 주위의 밀봉성을 유지하고, 또 코일 익스팬더의 장력을 바깥쪽 링에 적절하게 작용시킨다. 바깥쪽 링은 고온이 되어도 변형이 적어 바깥쪽 링은 실린더벽면과의 사이의 밀봉성을 손상하는 일 없이 실린더벽면 상을 양호하게 슬라이딩한다.
또, 본 발명의 제 1 형태에 있어서, 링 장력 제공부재를, 금속으로 만든 선재(線材)를 코일형상으로 감은 부재로 이루어지는 코일 익스팬더로 할 수 있다.
또, 본 발명의 제 1 형태에 있어서, 제 1 수지재료는 폴리이미드이고, 제 2 수지재료가 폴리테트라플루오로에틸렌이도록 할 수 있다.
이와 같이 구성된 피스톤 링 구조체에서는, 바깥쪽 링이 폴리이미드로 형성되고, 안쪽 링은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 형성되므로, 안쪽 링은 고온에서는 더욱 변형되기 쉬우므로 링 홈 주위의 밀봉성을 유지하고, 또 코일 익스팬더의 장력을 바깥쪽 링에 적절하게 작용시킨다. 바깥쪽 링은 고온이 되어도 변형이 적어 바깥쪽 링은 실린더벽면과의 사이의 밀봉성을 손상하는 일 없이 실린더벽면 상을 양호하게 슬라이딩한다.
또, 본 발명의 제 1 형태에 있어서, 상기한 바깥쪽 링의 적어도 밑면에 질화 티타늄, 질화 크롬, 다이아몬드 라이크 카본 중의 어느 하나의 코팅을 실시하도록 할 수 있다.
이와 같이 구성함으로써, 폴리이미드로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링을, PTFE로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링을 거쳐 코일 익스팬더에 의해 피스톤의 반경방향 바깥쪽으로 눌러 이루어지는 피스톤 링 구조체의 바깥쪽 링의 밑면이, 질화 티타늄(TiN), 질화크롬(CrN), 다이아몬드 라이크 카본(DLC) 중의 어느 하나의 코팅으로 강화되어, 피스톤의 상하이동에 따라 바깥쪽 링의 밑면이 링 홈에 충돌하는 것에 따른 마모가 억제된다.
또, 본 발명의 제 1 형태의 피스톤 링 구조체는, 피스톤의 꼭대기부쪽으로부터 세어 2번째의 링 홈 내에 장착되는 세컨드 링으로서 사용될 수 있다.
또, 본 발명의 제 1 형태에 있어서, 실린더벽과 미끄럼접촉하는 바깥쪽 링의 바깥쪽 슬라이딩면은 상하방향으로 분할되어, 적어도 가장 위쪽 슬라이딩면의 상단가장자리에 모따기를 실시하도록 할 수 있다.
이와 같이 구성함으로써, 폴리이미드로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링을, PTFE로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링을 거쳐 코일 익스팬더에 의해 피스톤의 반경방향 바깥쪽으로 눌러 이루어지는 피스톤 링 구조체의 바깥쪽 링의 실린더벽과의 슬라이딩면이 상하방향으로 분할되어, 바깥쪽 링의 단면 전체가 어긋나는 것이 방지되어 바깥쪽 링의 실린더벽에 대한 자세의 변동이 억제되며, 또한 위쪽 슬라이딩면의 상단가장자리부에 모따기를 설치함으로써 피스톤 상승시의 오일 그러올림이 억제되어 오일올라감이 억제된다.
또, 본 발명의 제 1 형태에 있어서, 안쪽 링의 코일 익스팬더에 맞닿은 맞닿음부에, 지름방향 안쪽위쪽으로 경사지는 위쪽 경사면과, 지름방향 안쪽아래쪽으로 경사지는 아래쪽 경사면을 형성하도록 해도 된다. 또한, 상기한 위쪽 경사면과 상기한 아래쪽 경사면의 코일 익스팬더 배치면으로부터의 경사각이 각각 30도 내지 60도 사이가 되도록 형성할 수 있다.
이와 같이 구성함으로써, 폴리이미드로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링을, PTFE로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링을 거쳐 코일 익스팬더에 의해 피스톤의 반경방향 바깥쪽으로 눌러 이루어지는 피스톤 링 구조체에 있어서, 코일 익스팬더의 장력이 상하방향과, 바깥쪽방향으로 최적으로 분할되어, 링 홈 주위의 양호한 밀봉성과, 실린더벽과의 사이의 양호한 밀봉성을 얻을 수 있다.
본 발명의 제 2 형태에서는, 피스톤 링 구조체의 조립방법은, 피스톤 링 홈에 코일 익스팬더를 장착하는 제 1 공정과, 피스톤 외주에 맞는 원통부를 향하여 넓어지는 원뿔대(臺)부를 가지는 링 가이드를, 원통부의 하단이 해당 피스톤 링 홈의 바로 위에 있는 랜드의 중앙 부근에 오도록 피스톤의 꼭대기부쪽으로부터 덮어씌우는 제 2 공정과, 제 2 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링을 상기한 원뿔대 형상의 링 가이드를 이용하여 피스톤 링 홈에 장착하는제 3 공정과, 피스톤 링 홈에 장착되어 코일 익스팬더에 의해 바깥쪽으로 눌려지고 있는 안쪽 링을, 그 가장 외부가 링 홈의 바깥쪽으로 나가지 않도록 안쪽 링 누름지그에 의해 지름방향 안쪽으로 밀어넣은 상태에서, 제 1 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링을 상기한 원뿔대 형상의 링 가이드를 이용하여 피스톤 링 홈에 장착하는 제 4 공정을 구비한다.
이와 같은 조립방법에 의하여, 폴리이미드로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링을, PTFE로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링을 거쳐 코일 익스팬더에 의해 피스톤의 반경방향 바깥쪽으로 눌러 이루어지는 피스톤 링 구조체를 간단하고 확실하게 링 홈에 장착할 수 있다.
또, 본 발명의 제 2 형태에 있어서, 상기한 안쪽 링 누름지그가 안쪽 링을 지름방향 안쪽으로 누르는 누름부분과, 다른 링 홈에 끼워 맞추어 위치결정을 하는 끼워맞춤부분을 구비하도록 할 수 있다.
이와 같이 이루어진 피스톤구조체의 조립방법에서는 안쪽 링 누름지그가 용이하면서도 확실하게 안쪽 링을 링 홈 내부에 밀어넣어 작업성이 향상한다.
이하, 첨부도면을 이용하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 피스톤의 세컨드 링으로서 사용되고 있는 본 발명에 의한 피스톤 링 구조체의 실시형태를 나타낸 것이다.
도 1에 있어서, 부호 100은 피스톤이고, 120은 피스톤(100)에 형성된 링 홈, 200은 피스톤(100)이 슬라이딩하는 실린더벽이다. 또한, 링 홈(120)은 피스톤(100)의 꼭대기부(도시생략)쪽으로부터 세어 2번째의 세컨드 링 홈이다.
그리고, 링 홈(120)에, 전체가 10으로 나타나는 피스톤 링 구조체가 끼워 넣어져 있다. 피스톤 링 구조체(10)는, 피스톤(100)의 반경방향 바깥쪽으로부터 안쪽으로 차례로 배치된 바깥쪽 링(20), 안쪽 링(30), 코일 익스팬더(40)로 이루어진다. 바깥쪽 링(20), 안쪽 링(30)은 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성되어 있다. 또한, 도 1에 있어서, 화살표(위)방향은 피스톤(100)의 위방향을 나타내고, 화살표(밖)방향은 피스톤(100)의 지름방향 바깥쪽으로 향하는 방향을 나타낸다.
바깥쪽 링(20)은 폴리이미드로 만든 것으로서, 열팽창계수가 3×10-5/K 이하, 파단신장이 10% 이상인 특성을 가지는 것이다.
이 바깥쪽 링(20)의 피스톤 축선방향의 높이(Bout)는, 링 홈(120)에 장착하지 않은 상온의 자유상태로 링 홈(120)의 높이(H)보다 작도록 설정되어서, 링 홈(120)에 장착되어 기관이 운전상태에 있을 때에도 상기한 바와 같이 열팽창계수가 작기 때문에 링 홈(120)의 높이(H)보다 작다. 도 1은 이 기관이 운전상태에서 고온에 있을 때에 피스톤(100)이 하사점(下死点)으로부터 상사점(上死点)을 향하여 이동하고 있는 도중의 모양을 나타내고 있고, 바깥쪽 링(20)의 밑면(22)은 링 홈(120)의 바닥부면(122)에 밀어붙여져 있다. 또한, 상사점으로부터 하사점을 향하여 이동할 때에는, 바깥쪽 링(20)이 링 홈(120) 내를 위쪽으로 향하여 이동하여, 바깥쪽 링(20)의 윗면(21)이 링 홈(120)의 상부면(121)에 밀어붙여진다.
바깥쪽 링(20)의, 반경방향 바깥쪽의, 실린더벽(200)과의 슬라이딩면에는, 외주방향으로 연속한 홈(23)이 형성되어 있어, 위쪽 슬라이딩면(24)과 아래쪽 슬라이딩면(25)으로 분할되어 있다. 이와 같이 슬라이딩면을 위쪽 슬라이딩면(24)과 아래쪽 슬라이딩면(25)으로 분할함으로써 바깥쪽 링(20)은 반경방향의 폭(Tout)을 비교적 얇게 하고 있음에도 불구하고 안정된 자세로 실린더벽(200) 위를 슬라이딩할 수 있다.
그리고 위쪽 슬라이딩면(24), 아래쪽 슬라이딩면(25)의 상단가장자리부분에는 각각 모따기(26, 27)가 실시되어 있다. 모따기(26, 27)를 설치함으로써, 피스톤(100)이 상승할 때의 오일막의 그러올림이 작아지며, 바깥쪽 링(20)보다 위쪽으로 침입한 오일이 연료와 함께 연소하여 소비되는 것(소위 오일올라감)이 억제된다.
또, 도 1에 나타낸 바와 같이, 바깥쪽 링(20)의 홈(23)은, 바깥쪽 링(20)의 축방향 두께의 중앙보다 소정 높이만큼 위쪽(피스톤설치시에 연소실쪽)에 형성되어 있다. 또, 위쪽슬라이딩면(24)의 위쪽끝단에 형성된 모따기(26)가 아래쪽 슬라이딩면(25)의 위쪽끝단에 형성된 모따기(27)보다 크게 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 피스톤이 실린더 내를 연소실로 향하여 슬라이딩할 때에, 위쪽 슬라이딩면(24)의 큰 모따기(26)에 의하여 실린더벽면의 오일을 적절하게 그러올리면서 균일한 오일막을 형성함과 동시에, 아래쪽 슬라이딩면(25)에서는 형성된 오일막을 흩뜨리지 않을 정도의 모따기에 의하여 오일막의 유지를 도모하여, 결과적으로 실린더 내의 오일막을 안정되게 형성할 수 있다. 또한, 위쪽 슬라이딩면(24)에서의 슬라이딩면적이 아래쪽 슬라이딩면(25)에 비하여 좁은 만큼, 코일 익스팬더의 압압력(押壓力)에 의하여 발생하는 슬라이딩면의 면압이 위쪽 슬라이딩면(24)쪽이 높아지나, 슬라이딩면으로의 오일유입에 의한 동압(動壓)에 의하여 위쪽 슬라이딩면(24)의 과잉 마모를 방지할 수 있다. 한편, 아래쪽 슬라이딩면(25)은 상하방향의 폭이 위쪽 슬라이딩면(24)보다 넓게 형성되어 있으므로, 바깥쪽 링(20)의 안정된 자세를 유지하는 작용이 높고, 링 홈(120) 내에서 바깥쪽 링(20)이 기울어지는 것에 따른 밀봉성의 악화를 억제할 수 있다.
또 바깥쪽 링(20)에는 전체면에 걸쳐 다이아몬드 라이크 카본(DLC)의 코팅이 실시되어 있다. 이에 따라, 상하슬라이딩면(24, 25)이 실린더벽(200) 위를 슬라이딩하는 것에 따른 마모가 저감됨과 동시에, 바깥쪽 링(20)의 윗면(21)이 링 홈(120)의 상부면(121), 밑면(22)이 링 홈(120)의 바닥부면(122)과 각각 반복적으로 맞닿는 것에 따른 마모도 저감되어, 내구성의 향상에 기여한다. 또한, 코팅의 재질은 DLC 외에 질화 티타늄(TiN), 질화 크롬(CrN)이더라도 좋다.
안쪽 링(30)은 PTFE로 만든 것으로서 그 열팽창계수와 파단신장은 상기한 바깥쪽 링(20)의 재료인 폴리이미드보다 크다.
안쪽 링(30)의 내경쪽에는 위쪽안쪽으로 향하는 위쪽경사면(33)과, 아래쪽안쪽으로 향하는 아래쪽경사면(34)이 형성되어 있어, 각 경사면의 링중심면으로부터의 경사각(α, β)은 각각은 30도 내지 60도 사이의 값, 보다 바람직하게는 40도 내지 50도 사이의 값으로 되어 있다. 이 경사각도가 상기 범위 이상이면 안쪽 링(30)의 후술하는 높이방향의 변형이 적어져 링 홈(120)의 위쪽면(121), 아래쪽면(122)과의 사이의 상하방향 밀봉력이 불충분해지고, 반대로 경사각도가 상기 범위 이하이면 상하방향으로 누르는 힘이 너무 커져 안쪽 링(30)의 해당 부분이찌그러뜨려져 영구변형을 일으키기 쉬워 결과적으로 밀봉의 내구성이 악화된다.
이 안쪽 링(30)의 피스톤축선방향의 높이는, 링 홈(120)에 장착하지 않은 상온의 자유상태에서는, 링 홈(120)의 높이(H)보다 작도록, 대략 바깥쪽 링(20)의 높이(Bout)와 동등하게 설정되어 있다.
그러나, 링 홈(120)에 장착되어 기관이 운전상태에 있어 고온이 되었을 때는, 열팽창계수가 크므로 팽창하며, 또 변형하기 쉬워지게 된다. 그와 같은 상태로 코일 익스팬더(40)의 장력에 의하여 상기 경사면을 거쳐 바깥쪽으로 눌러지므로 안쪽 링(30)의 상기 피스톤축선방향의 높이(Bin)는 증대하여, 안쪽 링(30)의 윗면(31)이 링 홈(120)의 위쪽면(121)과, 밑면(32)이 링 홈(120)의 아래쪽면(122)과 밀착한다. 이에 따라 링 홈(120)의 벽면을 따라 흐르려고 하는 가스의 밀봉이 확보되는 것이다.
또, 변형하기 쉬워져 있기 때문에, 코일 익스팬더(40)의 장력을 유효하게 바깥쪽 링(20)에 작용하게 하여 바깥쪽 링(20)을 실린더벽(200)에 밀어붙이는 것을 가능하게 하고 있으며, 이에 따라 바깥쪽 링(20)은 실린더벽(200)과의 사이의 밀봉성을 유지할 수 있는 것이다.
다음으로, 코일 익스팬더(40)의 구조에 대하여 설명한다. 코일 익스팬더(40)의 구조는 공지의 것으로서 단면원형의 강철 선재를 코일형상으로 감은 강철 코일(41) 속에 심재(芯材)(42)를 통과시키고, 심재(42)를 따라 원형으로 구부린 것이다. 강철 코일(41), 심재(42)에는 각각 이음매부가 설치되어 있다. 코일 익스팬더(40)는, 상기한 안쪽 링(30)의 상기한 상하의 경사면(33, 34) 사이에수용되도록 배치되나, 수용됨으로써 코일 익스팬더(40)는 그 길이를 단축한다. 따라서, 코일 익스팬더(40)는 자유길이로 복귀하려고 하므로 안쪽 링(30)을 바깥쪽으로 눌러 넓히려고 하는 힘이 발생하는 것이다.
이어서, 상기한 바와 같이 구성된 바깥쪽 링(20)과, 안쪽 링(30)과, 코일 익스팬더(40)를 피스톤(100)의 꼭대기부로부터 세어 2번째의 세컨드 링 홈(120)에 대해 조립하는 방법을 설명한다.
제 1 공정은, 코일 익스팬더(40)를 링 홈(120)에 장착하는 공정이다. 이것은, 강철 코일(41)의 이음매부와 심재(42)에 이음매부를 둘레방향으로 일치시키고, 이들 이음매부를 동시에 확대하면서 링 홈에 끼워넣음으로써 행하여진다.
다음으로, 안쪽 링(30)을 장착하는데 안쪽 링(30)의 내경은 상온에서는 피스톤(100)의 외경보다 작으므로 지름을 넓히면서 장착하는 것이 필요하다.
그래서, 제 2 공정으로서, 안쪽 링(30)을 넓히면서 링 홈(120)에 장착하기 위한 지그로서의 링 가이드(300)를 장착하는 작업을 행한다.
도 2는 링 가이드(300)를 피스톤(1)에 설치한 상태를 나타내고 있다. 링 가이드(300)는 도시된 바와 같이 원통부분(310)과 원뿔대부분(320)으로 이루어진다. 원통부분(310)은 피스톤(100)의 외주에 끼울 수 있는 내경을 가지고 있고, 꼭대기부쪽으로부터 덮어씌웠을 때에 하단이, 안쪽 링(30)을 장착하는 세컨드 링 홈(120) 바로 위의 세컨드 랜드(125)의 중간에 오는 깊이를 가지고 있다.
한편, 원뿔대부분(320)은 꼭대기부의 외경이 안쪽 링(30)이 용이하게 끼워지는 지름으로 되고, 하단부의 외경은 원통부분(310)의 외경과 동일하다.
안쪽 링(30)을 넓히는 양이 적을수록 장착작업은 용이하므로 링 가이드(300)의 두께는 얇으면 얇을수록 좋다.
제 3 공정은, 상기한 바와 같이 장착된 링 가이드(300)를 이용하여 안쪽 링(30)을 해당 제 2번째의 링 홈에 장착하는 공정이다.
이것은, 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같은 링 밀어넣음지그(400)를 사용하여 행한다. 이 링 밀어넣음지그(400)는 각각 적절하게 스프링(410)에 의하여 지지되어 반경방향으로 이동 가능한 3분할된 링조각(420)을 지주(支柱)(430)를 따라 상하시키는 것으로서, 3개의 링조각(420)이 형성하는 원의 내경은, 자유상태에서는 작업대(440) 위에 적절하게 고정된 피스톤(120)에 장착되어 있는 링 가이드(300)의 원뿔대부분(320)의 꼭대기부의 외경보다 크고, 링 가이드(300)를 따라 안쪽 링(30)을 밀어넣었을 때에는 링 가이드(300)의 원통부(320)의 외경과 동일할 때까지 넓어질 수 있도록 되어 있다.
도시한 링 밀어넣음지그는 단지 일례에 불과하며 상기한 바와 같이 안쪽 링을 밀어넣을 수 있는 것이라면 어떠한 형태의 것이더라도 좋다.
제 4 공정은, 상기한 바와 같이 하여 장착된 안쪽 링(30)의 바깥쪽에 바깥쪽 링(20)을 장착하는 공정이다.
여기서, 상기한 바와 같이 하여 장착된 안쪽 링(30)은 코일 익스팬더(40)의 장력에 의하여 바깥쪽으로 눌러져, 안쪽 링(30)은 링 홈(120)으로부터 바깥쪽으로 밀려나오고 있다. 그래서, 이 제 4 공정에서는 안쪽 링(30)을 안쪽으로 밀어넣어 링 홈(120)으로부터 밀려나오지 않도록 해 두고 바깥쪽 링(20)을 장착한다.
도 4는 그 모양을 피스톤(100)의 축선에 수직인 방향에서 본 도면이다. 도면에 있어서, 부호 500이 안쪽 링 누름지그로서, 피스톤축선방향에서 보면 2분할되어 있다. 안쪽 링 누름지그(500)는 안쪽 링을 누르는 안쪽 링 누름부분(510)과 안쪽 링 누름부분(510)이 소정의 위치에 오도록 위치결정하는 위치결정부분(520)을 갖는다. 위치결정부분(520)은, 안쪽 링(30)이 장착되는 세컨드 링 홈(120) 아래의 오일 링 홈(130)에 끼워맞추어진다. 안쪽 링 누름부분(510)은 위치결정부분(520)이 오일 링 홈(130)에 끼워맞추어졌을 때에 안쪽 링(30)의 가장 외부가 피스톤(120)의 외경보다 안쪽이 되도록 안쪽 링(30)을 안쪽으로 밀어넣는다.
이와 같이, 안쪽 링(30)을 피스톤의 외경보다 안쪽으로 밀어넣은 상태에서, 링 가이드(300)와 링 밀어넣음지그(400)를 사용하여 바깥쪽 링(20)을 밀어내려, 바깥쪽 링(20)이 안쪽 링 누름지그(500)의 윗면(510)에 닿은 곳에서 안쪽 링 누름지그(500)를 빼내고, 그 후, 다시 밀어넣음지그(400)로 바깥쪽 링(20)을 밀어내려 바깥쪽 링(20)을 안쪽 링(30)의 바깥쪽에 끼워넣는 것이다.
이상 설명한 바와 같은 제 1 공정 내지 제 4 공정을 실행함으로써 폴리이미드로 이음매없이 연속적으로 형성된 바깥쪽 링(20)을, PTFE로 이음매없이 연속적으로 형성된 안쪽 링(30)을 거쳐 강철의 코일 익스팬더(40)에 의해 반경방향 바깥쪽으로 눌러 이루어지는 피스톤 링 구조체(10)를 피스톤(100)의 세컨드 링 홈(120)에 간단하고 확실하게 장착할 수 있다.
또, 이상의 설명은 피스톤 링 구조체를 피스톤의 꼭대기부쪽으로부터 세어 2번째의 세컨드 링 홈에 장착되는 세컨드 링으로서 사용하는 경우의 예이나, 이 피스톤 링 구조체는 세컨드 링으로서뿐만 아니라 피스톤의 밀봉링으로서 작용하는 세컨드 링 이외의 링으로서도 사용할 수 있다.
상기의 실시형태에 의하면, 안쪽 링은 고온에서는 더욱 변형되기 쉬우므로 링 홈 주위의 밀봉성을 유지하고, 또 코일 익스팬더의 장력을 바깥쪽 링에 적절하게 작용하게 한다. 바깥쪽 링은 고온이 되더라도 변형이 적어 바깥쪽 링은 실린더벽면과의 사이의 밀봉성을 손상하는 일 없이 실린더벽면 상을 양호하게 슬라이딩한다. 따라서, 밀봉성의 열화가 적고 내구성이 높으며, 또 코일 익스팬더의 장력에 의한 실린더벽으로 밀어붙이는 힘의 증대가 억제되어 마찰손실의 증대가 없는 피스톤 링 구조체를 얻을 수 있다.
또, 상기의 조립방법에 의하면, 간단하고 확실하게 피스톤의 링 홈 내에 장착할 수 있다.

Claims (14)

  1. 피스톤의 링 홈 내에 장착되는 피스톤 링 구조체에 있어서,
    제 1 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링과,
    제 2 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링과,
    상기한 바깥쪽 링을 상기한 안쪽 링을 거쳐 피스톤의 반경방향 바깥쪽으로 누르게 하는 링 장력 제공부재를 구비하고,
    상기한 제 1 수지재료는 제 2 수지재료보다 열팽창률과 파단신장이 낮은 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    링 장력 제공부재가 금속으로 만든 선재를 코일형상으로 감은 부재로 이루어지는 코일 익스팬더임을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 수지재료가 폴리이미드이고, 제 2 수지재료가 폴리테트라플루오로에틸렌임을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기한 바깥쪽 링의 적어도 밑면은, 질화 티타늄, 질화 크롬, 다이아몬드 라이크 카본 중의 어느 하나의 코팅이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    적어도 실린더벽과 미끄럼접촉하는 상기한 바깥쪽 링의 바깥쪽슬라이딩면은, 질화 티타늄, 질화크롬, 다이아몬드 라이크 카본 중의 어느 하나의 코팅이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    피스톤의 꼭대기부쪽으로부터 세어 2번째의 링 홈 내에 장착되는 세컨드 링임을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    실린더벽과 미끄럼접촉하는 바깥쪽 링의 바깥쪽 슬라이딩면은 상하방향으로 분할되어, 적어도 가장 위쪽 슬라이딩면의 상단가장자리에 모따기를 실시한 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분할된 각 슬라이딩면은, 각각의 상단가장자리에 모따기가 실시되어 있고, 각 모따기는 서로의 크기가 다른 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기한 바깥쪽 링의 바깥쪽 슬라이딩면이 분할된 아래쪽 슬라이딩면의 상단가장자리에는 모따기가 실시되어 있으며,
    상기한 위쪽 슬라이딩면의 모따기는 상기한 아래쪽 슬라이딩면의 모따기보다 크게 형성되고,
    상기한 위쪽 슬라이딩면은 상하방향의 폭이 상기한 아래쪽 슬라이딩면보다 좁은 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    안쪽 링의 코일 익스팬더에 맞닿는 맞닿음부에, 지름방향 안쪽위쪽으로 경사지는 위쪽 경사면과, 지름방향 안쪽아래쪽으로 경사지는 아래쪽 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기한 위쪽 경사면과 상기한 아래쪽 경사면의 코일 익스팬더 배치면으로부터의 경사각이 각각 30도 내지 60도 사이로 되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기한 위쪽 경사면과 상기한 아래쪽 경사면의 코일 익스팬더의 배치면으로부터의 경사각이 각각 40도 내지 50도 사이로 되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체.
  13. 피스톤 링 홈에 코일 익스팬더를 장착하는 제 1 공정과,
    피스톤 외주에 맞는 원통부를 향하여 넓어지는 원뿔대부를 가지는 링 가이드를, 원통부의 하단이 해당 피스톤 링 홈의 바로 위에 있는 랜드의 중앙 부근에 오도록 피스톤의 꼭대기부쪽으로부터 덮어씌우는 제 2 공정과,
    제 2 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 안쪽 링을 상기한 원뿔대 형상의 링 가이드를 이용하여 피스톤 링 홈에 장착하는 제 3 공정과,
    피스톤 링 홈에 장착되어 코일 익스팬더에 의해 바깥쪽으로 눌려지고 있는 안쪽 링을, 그 가장 외부가 링 홈의 바깥쪽으로 나가지 않도록 안쪽 링 누름지그에 의해 지름방향 안쪽으로 밀어넣은 상태에서, 제 1 수지재료로 이음매를 설치하지 않고 연속적으로 형성된 바깥쪽 링을 상기한 원뿔대 형상의 링 가이드를 이용하여 피스톤 링 홈에 장착하는 제 4 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체의 조립방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기한 안쪽 링 누름지그가 안쪽 링을 지름방향 안쪽으로 누르는 누름부분과, 다른 링 홈에 끼워 맞추어 위치결정을 하는 끼워맞춤부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조체의 조립방법.
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