WO2018173423A1 - ピストンリング - Google Patents

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WO2018173423A1
WO2018173423A1 PCT/JP2018/000345 JP2018000345W WO2018173423A1 WO 2018173423 A1 WO2018173423 A1 WO 2018173423A1 JP 2018000345 W JP2018000345 W JP 2018000345W WO 2018173423 A1 WO2018173423 A1 WO 2018173423A1
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WO
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piston ring
peripheral surface
outer peripheral
tapered
main body
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PCT/JP2018/000345
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English (en)
French (fr)
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大志 清水
貴之 與口
孝行 近藤
正顕 藤田
Original Assignee
株式会社リケン
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/14—Joint-closures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
    • F16J9/206—One-piece oil-scraping rings

Definitions

  • the present invention relates to a piston ring used for an internal combustion engine.
  • a piston ring used in an internal combustion engine of an automobile is provided, for example, in a ring groove on the outer peripheral surface of the piston, the outer peripheral surface of the piston ring is in sliding contact with the inner peripheral surface of the bore, and the side surface side of the piston ring is in contact with the side surface of the ring groove.
  • the sealing surface By being in contact with the sealing surface, it has a function of preventing blow-by gas from the combustion chamber side to the crank chamber side. Since such a piston ring has a split ring shape having a joint portion, it is required to suppress blow-by gas in the joint portion.
  • Patent Document 1 it has been studied to suppress blow-by gas by making the joint shape a special structure.
  • Patent Document 1 the piston ring described in Patent Document 1 is not focused on reducing oil consumption. Therefore, there was room for improvement in reducing oil consumption.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a piston ring that can achieve both suppression of blow-by gas and reduction of oil consumption.
  • a piston ring includes an inner peripheral surface and an outer peripheral surface that face each other, and a pair of side surfaces that connect between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface.
  • a resin-made piston ring having an annular main body part and a joint part formed in the main body part, wherein the joint part has a step shape when viewed from at least one of the pair of side surfaces and the outer peripheral surface.
  • the outer peripheral surface has a tapered surface whose outer diameter increases from one side surface side to the other side surface side of the pair of side surfaces.
  • the specific gravity is small as compared with a conventional metal piston ring, so that the ring is hardly lifted, and the side seal performance by the piston ring can be improved.
  • the joint portion of the piston ring has a step shape when viewed from at least one of the pair of side surfaces and the outer peripheral surface, it is formed between the pair of side surfaces when attached to the piston. The distribution area is reduced and the amount of gas is reduced. Therefore, the gas sealability is improved, and blow-by gas can be suppressed.
  • the outer peripheral surface of the piston ring has a tapered surface, the oil scraping effect by the outer peripheral surface of the piston ring is enhanced, and the oil consumption can be reduced.
  • the tapered surface is provided on a part of the one side surface side of the outer peripheral surface, and the end portion on the outer peripheral surface side of the step-shaped stepped portion formed continuously from the outer peripheral surface is: It can be set as the aspect provided in the position different from the said taper surface.
  • the end of the step-shaped stepped portion formed continuously from the outer peripheral surface is provided at a position different from the tapered surface, thereby suppressing the movement of blow-by gas near the end of the outer peripheral surface. Therefore, the suppression effect of blow-by gas is enhanced.
  • the tapered surface is provided at a part of the one side surface side of the outer peripheral surface, and the one side surface from the other side surface side to a part of the other side surface of the outer peripheral surface. It can be set as the aspect which has a reverse taper surface from which an outer diameter becomes large as it goes to the side.
  • the effect of the oil scraping by the outer peripheral surface of a piston ring is heightened, and the reduction effect of oil consumption is further heightened.
  • the outer peripheral surfaces there is a flat surface between the tapered surface and the reverse tapered surface, and the end portion on the outer peripheral surface side of the stepped step portion formed continuously from the outer peripheral surface is
  • the embodiment may be provided on the flat surface. In this way, by adopting a configuration in which the end of the step-shaped stepped portion is provided on a flat surface, a gas flow path is provided between the pair of side surfaces outside the end of the step-shaped stepped portion. Can be prevented, and blow-by gas can be further suppressed.
  • the cutout portion may be provided at a position different from the joint portion.
  • the cutout portion can be intermittently provided along the main body portion.
  • the ratio of the notches to the entire circumference of the main body can be controlled.
  • the side sealability of the piston ring can be controlled within an appropriate range.
  • the other side surface may have a convex curved surface. Since the other side surface has a convex curved surface, the side surface sealing property can be reduced on the other side surface, and the effect of reducing oil consumption can be enhanced.
  • the other side surface may have a recess. Since the other side surface has the recess, the side surface sealing property can be reduced on the other side surface, and the effect of reducing oil consumption can be enhanced.
  • a surface treatment film may be provided on at least one of the inner peripheral surface, the outer peripheral surface, the one side surface, the other side surface, and the mating surface of the joint portion.
  • the wear resistance is improved by the surface treatment film.
  • a piston ring capable of achieving both suppression of blow-by gas and reduction of oil consumption.
  • FIG. 3A is a plan view of the joint portion
  • FIG. 3B is a front view of the joint portion
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the main body, and corresponds to the IV-IV cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the end portion of the joint, and corresponds to the cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 5A and FIG. 5B show examples of changing the shape of the inner peripheral surface.
  • FIG. 5A and FIG. 5B show examples of changing the shape of the inner peripheral surface.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of the end portion of the piston ring 1A, and corresponds to the cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6B is a schematic cross-sectional view of the joint end 12 of the piston ring 1A, and corresponds to the cross-sectional view taken along the line BB in FIG. It is a schematic sectional drawing of the main-body part of piston ring 1B.
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of the joint end portion of the piston ring 1B, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG.
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of the joint end of the piston ring 1B, and corresponds to the cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the main body of the piston ring 1C.
  • FIG. 10A is a plan view of the joint portion in the piston ring 1C
  • FIG. 10B is a front view of the joint portion in the piston ring 1C.
  • FIG. 11A is a schematic cross-sectional view of the joint end of the piston ring 1C, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG.
  • 11B is a schematic cross-sectional view of the joint end portion of the piston ring 1C, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. It is a top view of piston ring 1D which changed arrangement of notch part 21 to piston ring 1C. It is sectional drawing of the main-body part of piston ring 1E. 14A is a bottom view of the piston ring 1F, and FIG. 14B is a side view of the main body of the piston ring 1F.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view of the main body of the piston ring 1G, and FIG. 15B is a bottom view of the piston ring 1G. It is a perspective view explaining the structure of the joint part of piston ring 1H.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a piston ring according to an embodiment of the present invention.
  • a piston ring 1 shown in FIG. 1 is provided in a ring groove on an outer peripheral surface of a piston in an internal combustion engine such as an automobile.
  • the piston ring 1 has an outer peripheral surface 2d that is in sliding contact with an inner peripheral surface of the bore, and a side surface 2b side of the piston ring 1 is in contact with a side surface of the ring groove to form a seal surface. It has a function to prevent blow-by gas.
  • the piston ring 1 according to the present embodiment includes a first ring (first ring counted from the combustion chamber side) and a second ring (second ring counted from the combustion chamber side) attached to the outer peripheral surface of the piston. Can also be used.
  • the piston ring 1 includes an annular main body portion 2 and a joint portion 3 formed in a part of the main body portion 2.
  • the main body 2 includes a pair of side surfaces 2a and 2b which are end surfaces in the width direction and an inner peripheral surface 2c and an outer peripheral surface 2d which are end surfaces in the thickness direction. It has a substantially rectangular shape with a short side. However, since the outer peripheral surface 2d is inclined as described later, the lengths of the side surface 2a and the side surface 2b are different from each other.
  • the cross-sectional shape is not limited to the above shape.
  • the piston ring 1 is attached to the piston so that the side surface 2a is on the combustion chamber side and the side surface 2b is on the crank chamber side.
  • the pair of side surfaces 2a and 2b are provided so as to connect the inner peripheral surface 2c and the outer peripheral surface 2d, respectively.
  • the abutment portion 3 includes abutment end portions 11 and 12 provided at both end portions of the annular main body portion 2.
  • the joint end portions 11 and 12 are in a state of facing each other with a predetermined interval before the piston ring 1 is mounted in the ring groove.
  • FIG. 2 and 3 are diagrams illustrating the structure of the abutment portion 3.
  • FIG. 2 is a perspective view for explaining the structure of the abutment portion 3
  • FIG. 3A is a plan view of the abutment portion 3 (viewed from the side surface 2 a)
  • FIG. FIG. 6 is a front view of a portion 3 (viewed from the outer peripheral surface 2d side).
  • the abutment portion 3 has a so-called triple step shape.
  • the triple step shape is a step shape when the abutment portion 3 is viewed from three directions.
  • the abutment portion 3 when viewed from the upper side surface 2a side, when viewed from the lower side surface 2b side, and when viewed from the outer peripheral surface 2d side, the abutment portion 3 has a step shape. It has become.
  • the facing surfaces of the abutment end portion 11 and the abutment end portion 12 are compared with the facing surfaces 11 a and 12 a in the substantially half on the inner peripheral surface 2 c side of the main body portion 2. Then, in approximately half of the outer peripheral surface 2d side of the main body 2, the abutment end 12 projects to the abutment end 11 side on the side surface 2a side, and the abutment end 11 projects to the abutment end portion 12 side on the side surface 2b side. As shown in FIG.
  • the abutment end portion 12 is closer to the abutment end portion than the facing surface 12a.
  • a first receiving portion 14 that receives the first protruding portion 13 is provided at the joint end portion 11.
  • the front end surface 13a of the first protrusion 13 and the receiving surface 14a of the first receiving portion 14 face each other.
  • the abutment end 11 is closer to the abutment end 12 than the facing surface 11a.
  • the projecting second projecting portion 15 is provided, and the abutment end portion 12 is provided with a second receiving portion 16 that receives the second projecting portion 15.
  • the front end surface 15a of the second projecting portion 15 and the receiving surface 16a of the second receiving portion 16 face each other.
  • the positions of the 15 front end surfaces 15 a and the receiving surface 16 a of the second receiving portion 16 are different from each other along the longitudinal direction of the main body portion 2, so that a step shape is obtained.
  • the positions where the opposing surfaces 11a and 12a are provided, the tip surface 15a of the second projecting portion 15 and the receiving surface 16a of the second receiving portion 16 are provided. Since the positions to be taken are different from each other along the longitudinal direction of the main body 2, a step shape is formed.
  • the abutment portion 3 has a triple step shape. As shown in FIGS. 2 and 3, between the facing surface 11a and the facing surface 12a, between the tip surface 13a of the first protruding portion 13 and the receiving surface 14a of the first receiving portion 14, and the second Gaps are provided between the front end surface 15 a of the protruding portion 15 and the receiving surface 16 a of the second receiving portion 16.
  • FIG. 4 (A) is a schematic cross-sectional view of the main body 2 of the piston ring 1 and corresponds to the IV-IV cross-sectional view of FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the joint end portion 12 of the piston ring 1, and corresponds to the cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • the piston ring 1 has a diameter of the outer peripheral surface 2 d as it goes from the upper side surface 2 a (one side surface) to the lower side surface 2 b (the other side surface). It has a tapered shape having a tapered surface (tapered face) in which is increased.
  • FIG. 4A shows a cross section of the main body 2 of the piston ring 1.
  • the entire outer peripheral surface 2d is a tapered surface. Therefore, as shown in FIG. 2, the periphery of the joint 3 is also a tapered surface.
  • the outer peripheral surface 2d side of the first projecting portion 13 is a tapered surface at the joint end portion 12.
  • the outer peripheral surface 2d side of the 2nd protrusion part 15 also becomes a taper surface in the joint end part 11.
  • FIG. 1 In the piston ring 1 having a tapered surface, the region with the largest outer diameter of the piston ring 1 slides in a state in contact with the bore inner peripheral surface.
  • the diameter is the largest at the corner portion 31 formed by the side surface 2b and the outer peripheral surface 2d. Therefore, when the piston ring 1 is attached, the corner portion 31 between the side surface 2b and the outer peripheral surface 2d slides in a state of being in contact with the bore inner peripheral surface.
  • the contact area with the bore inner peripheral surface of the cylinder is reduced, so that the initial familiarity of the oil is enhanced. Further, since the contact area between the piston ring 1 and the bore inner peripheral surface is reduced, the contact surface pressure is increased, and the oil adhering to the bore inner peripheral surface can be scraped well.
  • the inclination angle ⁇ (see FIG. 4: angle of the outer peripheral surface 2d with respect to the axial direction of the piston ring) of the outer peripheral surface 2d constituted by the tapered surface can be 1 ° to 10 °.
  • the outer peripheral surface 2d includes a tapered surface, and the inclination angle ⁇ is set to 1 ° to 10 °, so that the oil scraping effect by the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1 is enhanced and the oil consumption is reduced. can do.
  • the piston ring 1 is provided with a spring groove 2 e that accommodates a coil spring disposed inside the piston ring 1 on the inner peripheral surface 2 c of the main body 2.
  • the coil spring accommodated in the spring groove 2e is provided to press the piston ring 1 radially outward when the piston ring 1 is attached to the ring groove on the piston outer peripheral surface and inserted into the bore of the cylinder. It is done.
  • the spring groove 2e is not near the center of the inner peripheral surface 2c (the region where the distance from the side surface 2a and the side surface 2b is equal), but as shown in FIG. On the side, that is, the position close to the crank chamber side.
  • the position where the spring groove 2e is provided can be changed as appropriate as long as the coil spring attached to the spring groove 2e is not separated from the piston ring 1 when the piston is operated.
  • a state in which the adhesion between the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1 having a tapered surface and the inner peripheral surface of the bore is improved by moving the position where the spring groove 2e is provided to the side surface 2b side (crank chamber side) from the vicinity of the center.
  • the piston ring 1 can be slid.
  • the shape of the spring is not limited to the above as long as it has a function of pressing the piston ring 1 radially outward.
  • the shape of the inner peripheral surface 2c can be appropriately changed according to the shape of the spring. Even if the shape of the spring is the same, the shape of the inner peripheral surface 2c of the piston ring 1 can be changed as appropriate within a range in which the pressing force radially outward by the spring can be received.
  • FIG. 5 shows an example of changing the shape of the inner peripheral surface 2c.
  • the connecting portion between the inner peripheral surface 2c and the side surface 2a is cut away to form a spring contact surface 2f that contacts the coil spring 5 provided on the inner side of the piston ring 1.
  • the coil spring 5 is spring-loaded as shown in FIG. In a state where the spring contact surface 2f is moved to the side where the contact surface 2f is provided (here, the side surface 2a side), the spring contact surface 2f is pressed.
  • the spring contact surface may be provided at a connection portion between the inner peripheral surface 2c and the side surface 2b.
  • FIG. 5B shows an example in which the spring contact surface 2f is provided on the side surface 2b side.
  • Reference numeral 5 denotes a state in which the spring contact surface 2f is pressed to the side where the spring contact surface 2f is provided (here, the side surface 2b side).
  • the shape of the inner peripheral surface 2c can be changed as appropriate.
  • the piston ring 1 is made of resin.
  • the fact that the piston ring 1 is made of resin means that the ratio of the resin contained in the material constituting the piston ring 1 is 50% or more.
  • the resin constituting the piston ring 1 is not particularly limited, but a high-strength heat resistant resin can be selected.
  • the high-strength heat-resistant resin include super engineering plastics represented by polyether ether ketone (PEEK) or polyphenylene sulfide (PPS). Further, polybenzimidazole (PBI) having higher heat resistance can also be used.
  • polyimide (PI), polyamide (PA), polyamideimide (PAI), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyetherketone (PEK), polyetherketoneetherketoneketone (PEKEKK), and liquid crystal polymer (LCP) Etc. can also be used.
  • the above material can be injection-molded, and a complicatedly shaped joint portion such as the piston ring 1 of the present embodiment can be easily formed.
  • the manufacturing method of the piston ring 1 is not limited to injection molding, For example, you may form an abutment part with a thin blade cutter after compression-molding resin powder in a ring shape.
  • the constituent material of the above-described piston ring 1 into a fiber reinforced resin containing carbon fiber or glass fiber, it is possible to further improve heat resistance and strength.
  • a filler or the like may be added to the resin material used for the piston ring 1. Examples of the filler include molybdenum, metal powder (Cu, Fe), graphite, polytetrafluoroethylene (PTFE), bronze, mica, zinc oxide (ZnO), and talc.
  • a film (surface treatment film) for enhancing wear resistance may be formed on the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1 described above.
  • the material of the film for enhancing the wear resistance is not particularly limited, and for example, diamond-like carbon (DLC), hard chromium plating, composite dispersion plating, metal nitride, carbide, or the like can be used.
  • coat to the outer peripheral surface 2d is not specifically limited, For example, electroless plating, electroplating, and physical vapor deposition (PVD) can be used.
  • the film (surface treatment film) may be provided on a surface different from the outer peripheral surface 2d. That is, the side surfaces 2 a and 2 b of the piston ring 1, the inner peripheral surface 2 c, the outer peripheral surface 2 d, the mating surface of the joint portion 3 (the surface facing the joint end portion 12 at the joint end portion 11, or the joint end at the joint end portion 12.
  • a film may be provided on at least one of the surfaces facing the portion 11. In this case, the wear resistance of the surface provided with the film is enhanced.
  • the piston ring 1 is made of resin and has a specific gravity smaller than that of a conventional metal piston ring, it is difficult for the ring to be lifted, and the side sealability by the piston ring can be improved. Moreover, since the resin-made piston ring 1 has a small elastic modulus, the followability when the piston ring 1 moves in the ring groove is also high. Since the joint portion 3 of the piston ring 1 has a triple step shape, it is formed between the side surface 2a side (combustion chamber side) and the side surface 2b side (crank chamber side) when attached to the piston. The distribution area of the gas to be produced can be reduced, and the amount of gas can be reduced.
  • gas-sealing property improves and it becomes possible to suppress blow-by gas.
  • the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1 has a tapered surface, the oil scraping effect by the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1 is enhanced, and the oil consumption can be reduced.
  • the outer peripheral surface 2d is configured to slide in a state in which the outer peripheral surface 2d is in contact with the inner peripheral surface of the bore as a whole, the gas sealability is improved and blow-by gas can be suppressed, but this is improved from the viewpoint of oil consumption. There was room for.
  • the outer peripheral surface 2d has a tapered surface, oil consumption can be reduced by improving the oil scraping performance.
  • the entire periphery of the outer peripheral surface 2d is not a tapered surface, but in the vicinity of the corner portion 31 of the outer peripheral surface 2d, the vicinity of the corner portion 31 is increased so as to increase the area where the outer peripheral surface 2d abuts the bore inner peripheral surface.
  • the bore inner peripheral surface that is, the axial direction of the piston ring
  • may be parallel ( ⁇ 0 °).
  • FIG. 6 shows a piston ring 1A according to a first modification.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of the joint end portion 11 of the piston ring 1A, and corresponds to the AA cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 6 (A) the 2nd protrusion part 15 of the joint end part 11 is shown by the cross section.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view of the joint end portion 12 of the piston ring 1A, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • the 1st protrusion part 13 of the joint end part 12 is shown by the cross section.
  • the piston ring 1A according to the first modified example is different from the piston ring 1 in the following points.
  • 6 shows the periphery of the joint end portions 11 and 12 of the piston ring 1A, but the main body portion 2 similarly has a tapered shape only on the side surface 2a side.
  • a step-shaped step portion (split position) formed by the protruding portion and the receiving portion and continuously formed on the outer peripheral surface 2d moves from the vicinity of the center between the side surface 2a and the side surface 2b to the side surface 2b side.
  • the width of the first receiving portion 14 (the length in the width direction of the piston ring 1 ⁇ / b> A) is larger than that of the second protruding portion 15.
  • the width of the first protrusion 13 (the length in the width direction of the piston ring 1 ⁇ / b> A) is larger than that of the second receiving portion 16.
  • the end portion on the outer peripheral surface 2d side of the step-shaped stepped portion is provided at a position different from the tapered surface.
  • blow-by gas can be further suppressed as compared with the piston ring 1.
  • the piston ring 1 achieves the suppression of blow-by gas by adopting the abutment portion 3 having a triple step shape.
  • the entire outer peripheral surface 2d as a tapered surface, only the corner portion 31 formed by the outer peripheral surface 2d and the side surface 2b comes into contact with the bore inner peripheral surface.
  • FIG. 2 there is a gas movement path from the side surface 2a side to the side surface 2b side in the vicinity of the opposing surface of the tip surface 15a of the second protrusion and the receiving surface 16a of the second receiving portion 16. It is formed.
  • FIG. 4B the arrangement of the bore inner peripheral surface W when the piston ring 1 is attached is indicated by a broken line, but a gas movement path is formed in the portion indicated by the arrow A. As a result, a slight blow-by gas may be generated.
  • the step-shaped step portion (split position) is moved to the side surface 2b side, and the end portion on the outer peripheral surface 2d side is provided at a position different from the tapered surface.
  • the tapered surface of the outer peripheral surface 2d is formed only on the side surface 2a side.
  • the outer peripheral surface 2d on the first projecting portion 13 and the first receiving portion 14 side is partially tapered, but the outer peripheral surface 2d on the second projecting portion 15 and the second receiving portion 16 side is a tapered surface. Instead, it comes into contact with the inner peripheral surface of the bore.
  • the joint portion 3 has a triple step shape like the piston ring 1
  • the gas sealing property is improved, and blow-by gas can be suppressed.
  • a part of the outer peripheral surface 2d is a tapered surface
  • the oil scraping effect by the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1 is enhanced, and the oil consumption can be reduced.
  • the step-shaped step portion (split position) and the outer peripheral surface 2d of the second projecting portion 15 and the second receiving portion 16 on the side surface 2b side with respect to the step portion are not inclined, so that they contact the inner peripheral surface of the bore. Because of the contact, the gas movement path is not formed in the vicinity of the opposing surface of the tip surface 15a of the second protrusion and the receiving surface 16a of the second receiving portion 16, and the effect of suppressing blow-by gas is enhanced.
  • FIG. 7 and 8 show a piston ring 1B according to a second modification.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the main body 2 of the piston ring 1B.
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of the joint end 11 of the piston ring 1B, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the 2nd protrusion part 15 of the joint end part 11 is shown by the cross section.
  • FIG. 8B is a schematic sectional view of the joint end 12 of the piston ring 1B, and corresponds to a sectional view taken along the line BB in FIG.
  • the 1st protrusion part 13 of the joint end part 12 is shown by the cross section.
  • the piston ring 1B according to the second modified example is different from the piston ring 1 in the following points.
  • the outer peripheral surface 2d includes a tapered surface as in the piston ring 1, but the entire outer peripheral surface 2d is not a tapered surface, and only a part on the side surface 2a side is a tapered surface. ing.
  • the remaining portion is not inclined and has an inversely tapered shape.
  • a reverse tapered surface ( ⁇ ⁇ 0 °).
  • the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1B has a tapered surface 2d 1 , a flat surface 2d 2 , and a reverse tapered surface 2d 3 as it goes from the side surface 2a to the side surface 2b.
  • the taper surface 2d 1 can have an inclination angle ⁇ 1 with respect to the bore inner circumferential surface W of 1 ° to 20 °.
  • the width of the tapered surface 2d 1 (the length in the width direction of the piston ring 1B) can be 30% to 50% with respect to the width of the piston ring 1B.
  • the flat surface 2d 2 is a region that slides in contact with the bore inner circumferential surface W and extends along the axial direction of the piston ring 1.
  • the width of the flat surface 2d 2 (the length in the width direction of the piston ring 1B) can be 0% to 40% with respect to the width of the piston ring 1B. That is, the flat surface 2d 2 may not be provided between the tapered surface 2d 1 and the reverse tapered surface 2d 3 .
  • a preferable width of the flat surface 2d 2 is 3% to 40% with respect to the width of the piston ring 1B.
  • the reverse tapered surface 2d 3 is a region where the diameter of the outer peripheral surface 2d is reduced toward the side surface 2b side.
  • the reverse tapered surface 2d 3 can have an inclination angle ⁇ 2 with respect to the bore inner circumferential surface W of 10 ° to 70 °.
  • a preferred inclination angle ⁇ 2 is 10 ° to 50 °. However, it is preferable that ⁇ 1 ⁇ 2 .
  • the width of the reverse tapered surface 2d 3 (the length in the width direction of the piston ring 1B) can be 30% to 50% with respect to the thickness of the piston ring 1B.
  • the step portion of the step shape is provided such that the flat surface 2d 2 near the center. That is, the outer peripheral surface 2d at the boundary between the first receiving portion 14 and the second projecting portion 15 and the outer peripheral surface 2d at the boundary between the first projecting portion 13 and the second receiving portion 16 are flat surfaces 2d 2. Yes.
  • the outer peripheral surface 2d of the first projecting portion 13 and the first receiving portion 14 includes a tapered face 2d 1 and the flat surface 2d 2, the outer peripheral surface 2d of the second protrusion 15 and the second receiving portion 16, contact The region 2d 2 and the reverse tapered surface 2d 3 are included.
  • the joint portion 3 has a triple step shape like the piston ring 1
  • the gas sealability is improved, and blow-by gas can be suppressed.
  • a part of the outer peripheral surface 2d is a tapered surface 2d 1, in particular scraping up of the oil into the combustion chamber side of the outer peripheral surface 2d of an oil scraping effect of the piston ring 1
  • the suppression effect is enhanced.
  • the outer peripheral surface 2d side of the step-shaped step portion (split position) is a flat surface 2d 2 , gas movement utilizing the outside of the outer peripheral surface 2d can be suppressed. Gas suppression effect is enhanced.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the main body 2 of the piston ring 1C.
  • 10A is a plan view of the joint portion 3 in the piston ring 1C (viewed from the side surface 2a), and
  • FIG. 10B is a front view (outer peripheral surface 2d) of the joint portion 3 in the piston ring 1C. Figure viewed from the side).
  • FIG. 11A is a schematic cross-sectional view of the abutting end portion 11 of the piston ring 1C, and corresponds to the AA cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 11B is a schematic cross-sectional view of the joint end portion 12 of the piston ring 1C, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • the piston ring 1C according to the third modification is different from the piston ring 1B according to the second modification in the following points.
  • the piston ring 1C is provided with a notch 21 (undercut) at a corner 32 formed by the side surface 2b and the outer peripheral surface 2d, as indicated by a virtual line in FIG. That is, the notch 21 is provided in a part of the main body 2 on the side surface 2b side and the outer peripheral surface 2d side.
  • the notch 21 is formed at a position corresponding to a part of the flat surface 2d 2 continuous from the reverse tapered surface 2d 3 and the reverse tapered surface 2d 3 of the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1B according to the second modification. .
  • the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1C in a state that there is a portion of the tapered surface 2d 1 and the flat surface 2d 2.
  • the notch 21 may be formed from the time of injection molding of the piston ring 1C. Further, for example, the notch portion 21 may be formed by notching a part of the main body portion 2 on the side surface 2b side and the outer peripheral surface 2d side with a jig for cutting, grinding, or polishing.
  • the notch 21 has a first surface 21a facing the outer peripheral surface 2d side and a second surface 21b facing the side surface 2b.
  • the angle formed by the first surface 21a and the second surface 21b can be, for example, a right angle (90 °), but is not particularly limited. Moreover, it does not specifically limit about the shape of the boundary part of the 1st surface 21a and the 2nd surface 21b.
  • the depth of the notch 21 (the length of the first surface 21a along the width direction of the piston ring 1C and the length of the second surface 21b along the thickness (radius) direction of the piston ring 1C) is as follows. It can be changed as appropriate.
  • the length of the first surface 21a along the width direction of the piston ring 1C is about 1/5 to about half of the width of the piston ring 1C.
  • the length of the second surface 21b along the axis is about 1/5 to about half of the thickness of the piston ring 1C (the thickness of the main body 2).
  • the notch part 21 may be provided also in the joint end parts 11 and 12 which comprise the joint part 3.
  • the piston ring 1 ⁇ / b> C described in the third modification is an interrupt type in which the cutout portion 21 is not formed in the joint portion 3. Specifically, as shown in FIGS. 10A and 10B, the cutout portion 21 formed along the corner portion 31 of the main body 2 reaches the abutting end portion 11 and the abutting end portion 12. Terminated before As a result, the abutment end 11 and the abutment end 12 and the cutout 21 are not overlapped with each other in plan view.
  • the shape of the joint end 11 and the joint end 12 in the piston ring 1C is the same as that of the piston ring 1B.
  • the outer peripheral surface 2d of the first projecting portion 13 and the first receiving portion 14 the tapered surface 2d 1 and flat is composed from the surface 2d 2
  • the outer peripheral surface 2d of the second protrusion 15 and the second receiving portion 16 is comprised of a bearing region 2d 2 and reverse tapered surface 2d 3.
  • the joint portion 3 has a triple step shape like the piston ring 1
  • the gas sealing performance is improved, and blow-by gas can be suppressed.
  • a part of the outer peripheral surface 2d is a tapered surface 2d 1, scraping up of the oil, especially into the combustion chamber side of the scraping effect of the oil by the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1 The effect which suppresses is heightened.
  • the outer peripheral surface 2d side of the step-shaped stepped portion (split position) is a flat surface 2d 2 , gas movement utilizing the outside of the outer peripheral surface 2d can be suppressed, and the blow-by gas is higher than the piston ring 1.
  • the inhibitory effect is enhanced. Further, the side surface 2b side of the flat surface 2d 2 in the outer peripheral surface 2d, the cutout portion 21 except the abutment portion 3 is formed. Therefore, the cutout portion 21 enhances the effect of promoting the oil scraping to the crank chamber side among the oil scraping effect by the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1C. Therefore, also in the piston ring 1C, it is possible to achieve both suppression of blow-by gas and reduction of oil consumption.
  • the stepped stepped portion (split position) on the outer peripheral surface 2d side is tapered surface 2d 1.
  • the reverse taper surface 2d 3 at the boundary portion can suppress the movement of gas utilizing the outside of the outer peripheral surface 2d, and can enhance the effect of suppressing the blow-by gas more than the piston ring 1.
  • the notch part 21 when the notch part 21 is formed over the perimeter of piston ring 1C including the joint end parts 11 and 12 which comprise the joint part 3, it shows with a virtual line in FIG. 11 (A) and FIG. 11 (B). Thus, the notch 21 is formed. However, if the cutout portion 21 is formed with respect to the protrusion at the abutment end, the strength of the protrusion may decrease as in the second protrusion 15 of the abutment end 11 shown in FIG. Can be considered. Therefore, when providing the notch part 21 also with respect to the abutting edge parts 11 and 12, it is set as the aspect which the intensity
  • FIG. 12 is a plan view of a piston ring 1D in which the arrangement of the notches 21 is changed with respect to the piston ring 1C according to the third modification.
  • a region where the notch portion 21 is not provided is formed between the adjacent notch portions 21. That is, in the piston ring 1D, the cutout portions 21 are intermittently provided.
  • the notch 21 provided in the piston ring 1C or the piston ring 1D has an effect of promoting the oil scraping.
  • the notch portion 21 when the notch portion 21 is provided, the area (flat surface 2d 2 ) where the outer peripheral surface 2d and the bore inner peripheral surface come into contact with each other is reduced, and thus the side sealing performance is lowered.
  • the side sealability if the side sealability is high, the oil scraping effect (particularly the scraping effect) may be reduced, while if the side sealability is too low, the gas sealability may also be reduced. It is conceivable that the performance as a piston ring is lowered. Therefore, as shown in FIG.
  • the ratio of the notches 21 to the entire circumference of the main body 2 can be controlled, so that the side seals can be controlled. It is possible to control the sex within an appropriate range. Moreover, according to said structure, compared with the case where the notch part 21 is provided over the perimeter, the intensity
  • FIG. 13 shows a piston ring 1E according to the fourth modification.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the main body 2 of the piston ring 1E.
  • the piston ring 1E according to the fourth modification differs from the piston ring 1 in the following points. That is, the shape of the side surface 2b is not flat, but a substantially arc-shaped barrel face shape in which a part of the surface protrudes.
  • the resin piston ring has a high side sealing performance.
  • the side sealability is high, the oil scraping effect (particularly the scraping effect) may be reduced.
  • the piston rings 1C and 1D according to the third modification by providing the notch portion 21, the area of the side surface 2b is reduced and the side surface sealing property is lowered.
  • the side surface sealing property is lowered by providing a convex curved surface on the surface of the side surface 2b to form a barrel face shape.
  • the abutment portion 3 has a triple step shape, the gas sealing property is improved, and blow-by gas can be suppressed. Further, in the piston ring 1E, since the outer peripheral surface 2d includes a tapered surface, the oil scraping effect by the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1 is enhanced. Therefore, also in the piston ring 1E, it becomes possible to achieve both suppression of blow-by gas and reduction of oil consumption. Furthermore, the side sealability can be reduced by changing the shape of the side surface 2b. Thereby, in piston ring 1E, the fall of the oil scraping effect is prevented.
  • the surface shape of the side surface 2b is not limited to the above-described barrel face shape.
  • it is good also as a structure which controls a side surface sealing property by providing an unevenness
  • unevenness is provided on the surface of the side surface 2b, if the side surface sealing property between the side surface 2b and the ring groove is lost due to the unevenness, the performance as a piston ring is reduced. Therefore, the shape of the unevenness can be changed within a range in which the side sealability is not impaired, that is, a range in which the sealability can be ensured when the side surface 2b and the ring groove abut.
  • FIG. 14 shows a piston ring 1F according to a fifth modification.
  • FIG. 14A is a bottom view of the piston ring 1F
  • FIG. 14B is a side view of the main body of the piston ring 1F (viewed from the outer peripheral surface 2d side).
  • the piston ring 1F according to the fifth modification is different from the piston ring 1 in the following points. That is, one or more recesses are provided on the side surface 2b. Specifically, a groove 22 is formed on the side surface 2b of the piston ring 1F as a recess that penetrates between the inner peripheral surface 2c side and the outer peripheral surface 2d side. In the case of the piston ring 1F, the groove portions 22 are provided in three locations on the side surface 2b. That is, the side sealability is controlled by providing a recess (groove portion 22) so that irregularities are formed on the surface of the side surface 2b of the piston ring.
  • the resin piston ring has a high side sealing performance.
  • the side sealability is high, the oil scraping effect (particularly the scraping effect) may be reduced.
  • the area of the side surface 2b is reduced by providing the groove portion 22 penetrating between the inner peripheral surface 2c side and the outer peripheral surface 2d side, and the side surface sealing performance is lowered. I am letting. Further, the side sealability can be controlled by changing the number of the groove portions 22 and the like.
  • FIG. 15 shows a piston ring 1G in which the shape and arrangement of the recesses on the side surface 2b side are changed with respect to the piston ring 1F.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view of the main body of the piston ring 1G
  • FIG. 15B is a bottom view of the piston ring 1G.
  • one or more recesses 23 are provided on the side surface 2b.
  • the recess 23 does not penetrate between the inner peripheral surface 2c side and the outer peripheral surface 2d side, and the inner peripheral surface. It is provided so as to open only on the 2c side.
  • the shape can be changed suitably.
  • the notch 21 is provided on the side surface 2b side like the piston ring 1C, the side surface sealing property by the recess is formed by forming the recess on the side surface 2b at a position different from the notch 21. Can be controlled.
  • FIG. 16 shows a piston ring 1H according to a sixth modification.
  • FIG. 16 is a perspective view illustrating the structure of the joint portion 3 of the piston ring 1H.
  • the piston ring 1 ⁇ / b> H is obtained by changing the structure of the joint portion 3 as compared with the piston ring 1.
  • the abutment portion 3 had a so-called triple step shape.
  • the piston ring 1H according to the sixth modification has a step shape when the abutment portion 3 is viewed from two directions.
  • the abutment portion 3 has a step shape when viewed from the upper side surface 2a side and when viewed from the outer peripheral surface 2d side.
  • the facing surfaces 11a and 12a in the substantially half on the inner peripheral surface 2c side of the main body portion 2 in the joint end portion 11 and the joint end portion 12 are substantially half on the side surface 2a side (see FIG. 2 is different from the piston ring 1 in that it is provided at a substantially upper half portion in FIG.
  • the abutment end 11 protrudes closer to the abutment end 12 than the opposed surface 11a.
  • the second projecting portion 15 is provided, and the abutment end portion 12 is provided with a second receiving portion 16 that receives the second projecting portion 15.
  • the front end surface 15a of the second projecting portion 15 and the receiving surface 16a of the second receiving portion 16 face each other.
  • the piston ring 1H is different from the piston ring 1 in that the second protruding portion 15 and the second receiving portion 16 are formed from the inner peripheral surface 2c to the outer peripheral surface 2d on the side surface 2b side.
  • the first projecting portion 13 and the first receiving portion 14 are substantially half on the outer peripheral surface 2d side of the main body 2 and substantially half on the side surface 2a side (a portion that is substantially upper half in FIG. 16).
  • the piston ring 1 is the same as the piston ring 1 in that the front end surface 13a of the first protrusion 13 and the receiving surface 14a of the first receiving portion 14 face each other.
  • the position where the opposing surfaces 11a and 12a are provided and the position where the tip surface 13a of the first protruding portion 13 and the receiving surface 14a of the first receiving portion 14 are provided are the main body portions. Since they are different from each other along the longitudinal direction of 2, a step shape is obtained. Further, when viewed from the outer peripheral surface 2d side, the positions where the tip surface 13a of the first protrusion 13 and the receiving surface 14a of the first receiving part 14 are provided, and the tip surface 15a and the second receiving part of the second protruding part 15 are provided. Since the positions where the 16 receiving surfaces 16a are provided are different from each other along the longitudinal direction of the main body portion 2, a step shape is formed.
  • the piston ring 1H when viewed from the side surface 2b side, only the second projecting portion 15 and the second receiving portion 16 are visible, and thus the step shape is not obtained. Therefore, the piston ring 1H has a step shape when viewed from the side surface 2a side and the outer peripheral surface 2d side.
  • the positions where the opposing surfaces 11a and 12a are provided, the tip surface 15a of the second protrusion 15 and the receiving surface 16a of the second receiving portion 16 are Since the provided positions are different from each other along the longitudinal direction of the main body 2, a step shape is obtained. Therefore, it can be said that the structure of the joint portion 3 of the piston ring 1H is also a so-called triple step shape that exhibits a step shape when viewed from three directions (side surface 2b, inner peripheral surface 2c, and outer peripheral surface 2d).
  • the structure of the joint portion 3 of the piston ring 1H is not a step shape when viewed from the pair of side surfaces 2a, 2b and the outer peripheral surface 2d, but one side surface (here, 2a) and the outer periphery. It has a step shape when viewed from the surface 2d, and does not have a step shape when viewed from the other side surface (2b in this case). Even if the joint portion 3 of the piston ring 1H has the above-described structure, when the piston ring 1H is attached to the piston, the flow area formed between the pair of side surfaces is reduced, and the amount of gas is reduced. Therefore, the gas sealability is improved, and blow-by gas can be suppressed. It can be changed appropriately as to whether the step shape is obtained when viewed from the side surface 2a or 2b. That is, it may have a step shape when viewed from the side surface 2b.
  • Example 1 As Example 1, a polyether ring was formed by injection molding of polyetheretherketone to produce a piston ring according to Example 1 having a triple step shape and an outer peripheral surface having an overall tapered shape (see FIG. 4).
  • Example 2 A piston ring according to Example 2 was created in the same manner as the piston ring of Example 1 except that a part of the outer peripheral surface (crank chamber side) was a flat surface (see FIG. 6).
  • Example 3 A tapered surface (combustion chamber side) and a reverse tapered surface (crank chamber side) are formed on the outer peripheral surface, and a flat surface is formed between the tapered surface and the reverse tapered surface.
  • a piston ring according to Example 3 was prepared in the same manner as the piston ring of Example 1 except that the end was provided on a flat surface (see FIGS. 7 and 8).
  • Example 4 A taper surface (combustion chamber side) and a reverse taper surface (crank chamber side) are formed on the outer peripheral surface, and the outer peripheral surface side end of the step-shaped stepped portion is provided at the connection portion between the taper surface and the reverse taper surface. Except for this, a piston ring according to Example 3 was prepared in the same manner as the piston ring of Example 1. The piston ring according to the fourth embodiment corresponds to the piston ring according to the third embodiment in which the length of the flat surface is zero.
  • Example 5 The piston ring according to the fifth embodiment is mounted in the same manner as the piston ring according to the first embodiment except that a notch is provided in the main body on the side surface 2b and the outer peripheral surface other than the joint portion (see FIGS. 9 to 11). Created.
  • Comparative Example 1 As Comparative Example 1, a martensitic stainless steel piston ring was prepared.
  • the abutment portion is a straight abutment (gap 0.25 m), and the outer peripheral surface has a barrel face shape. Further, a CrN-based hard coating is applied to the outer peripheral surface.
  • Comparative Example 2 The piston ring which concerns on the comparative example 2 was created by the same method as Example 1 except the outer peripheral surface shape being straight shape.
  • the piston ring of Comparative Example 2 is made of resin.
  • the operating conditions were 4,000 rpm and full load (WOT: Wide Open Throttle) conditions.
  • the operation time was 10 hours.
  • the amount of blow-by gas and the amount of oil consumed when operated under the above operating conditions were measured.
  • the abutment shape, the inclination angle ⁇ 1 (°) of the tapered portion (tapered surface), the length when the outer peripheral surface has a flat surface (ratio to the width dimension) ), The inclination angle ⁇ 2 (°) of the reverse tapered surface, and the blow-by gas amount and oil consumption amount are shown in Table 1 as the performance evaluation results. About a measurement result, it is set as the ratio when the amount of blow-by gas and oil consumption when using the piston ring of the comparative example 1 are set to 100, respectively.
  • a piston ring capable of achieving both suppression of blow-by gas and reduction of oil consumption.
  • SYMBOLS 1 Piston ring, 2 ... Main-body part, 2a, 2b ... Side surface, 2c ... Inner peripheral surface, 2d ... Outer peripheral surface, 3 ... Joint part, 11, 12 ... Joint part.

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Abstract

互いに対向する内周面（２ｃ）及び外周面（２ｄ）と、内周面（２ｃ）と外周面（２ｄ）との間を接続する一対の側面２ａ，２ｂ）と、を有する環状の本体部（２）と、本体部（２）に形成された合口部３とを有する樹脂製のピストンリング（１）であって、合口部（３）は、一対の側面（２ａ、２ｂ）の少なくとも何れか及び外周面２ｄ）からみてステップ形状であり、外周面（２ｄ）は、本体部（２）の一対の側面のうちの一方の側面（２ａ）側から他方の側面（２ｂ）側に向かうにつれて外径が大きくなるテーパ面を有する。

Description

ピストンリング
　本発明は、内燃機関に使用さ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、且つ、ピストンリングの側面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有する。このようなピストンリングは、合口部を有する割りリング形状であるため、合口部におけるブローバイガスを抑制することが求められる。これに対して、特許文献１のように、合口形状を特殊な構造とすることで、ブローバイガスを抑制することが検討されている。
特開２０１２－１６３１１８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のピストンリングについては、オイル消費量の軽減について着目されていない。そのため、オイル消費量の軽減について改善の余地があった。
　本発明は上記を鑑みてなされたものであり、ブローバイガスの抑制とオイル消費量の軽減とを両立することができるピストンリングを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るピストリングは、互いに対向する内周面及び外周面と、前記内周面と前記外周面との間を接続する一対の側面と、を有する環状の本体部と、前記本体部に形成された合口部とを有する樹脂製のピストンリングであって、前記合口部は、前記一対の側面の少なくとも何れか及び外周面から見てステップ形状であり、前記外周面は、前記一対の側面のうちの一方の側面側から他方の側面側に向かうにつれて外径が大きくなるテーパ面を有する。
　上記のピストンリングによれば、樹脂製であることで、従来の金属製のピストンリングと比較して比重が小さいため、リングの浮き上がりが起こりにくく、ピストンリングによる側面シール性を高めることができる。また、ピストンリングの合口部が一対の側面の少なくとも何れか及び外周面から見たときにステップ形状を有しているため、ピストンに対して取り付けた際に、一対の側面の間に形成される流通面積が小さくなり、ガス量が低減する。したがって、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。また、ピストンリングは、外周面がテーパ面を有しているため、ピストンリングの外周面によるオイル掻き効果が高められ、オイル消費量を低減することができる。
　ここで、前記テーパ面は、前記外周面のうち前記一方の側面側の一部に設けられ、前記外周面から連続して形成されるステップ形状の段差部の前記外周面側の端部は、前記テーパ面とは異なる位置に設けられる態様とすることができる。外周面から連続して形成されるステップ形状の段差部の外周面側の端部がテーパ面とは異なる位置に設けられることで、外周面側の端部付近でのブローバイガスの移動が抑制されるため、ブローバイガスの抑制効果が高められる。
　また、前記テーパ面は、前記外周面のうち前記一方の側面側の一部に設けられ、前記外周面のうち、前記他方の側面側の一部に、前記他方の側面側から前記一方の側面側に向かうにつれて外径が大きくなる逆テーパ面を有する態様とすることができる。このように、逆テーパ面を有する構成とすることで、ピストンリングの外周面によるオイルの掻き効果が高められ、オイル消費量の低減効果がさらに高められる。
　また、前記外周面のうち、前記テーパ面と前記逆テーパ面との間に平坦面を有し、前記外周面から連続して形成されるステップ形状の段差部の前記外周面側の端部は、前記平坦面に設けられる態様とすることができる。このように、ステップ形状の段差部の端部が平坦面に設けられる構成とすることで、ステップ形状の段差部の端部の外方において一対の側面の間にガスの流通経路が設けられることを防ぐことができ、ブローバイガスをさらに抑制することができる。
　また、前記他方の側面と前記外周面とがなす角部に切欠部を有する態様とすることができる。切欠部が設けられていることで、ピストンリングの外周面によるオイルの掻き効果が高められ、オイル消費量の低減効果がさらに高められる。
　また、前記切欠部は、前記合口部とは異なる位置に設けられている態様とすることができる。合口部とは異なる位置に切欠部を設ける構造とすることで、合口部付近の強度を維持しながら、オイル消費量の低減を実現することができる。
　また、前記本体部に沿って、前記切欠部が断続的に設けられている態様とすることができる。切欠部を断続的に設けることで、本体部全周に対して切欠部が占める割合を制御可能な構成となる。この場合、ピストンリングの側面シール性を適切な範囲に制御することが可能となる。
　また、前記他方の側面は凸状の湾曲面を有している態様とすることができる。他方の側面が凸状の湾曲面を有していることで、他方の側面において、側面シール性を低減することができ、オイル消費量の低減効果を高めることができる。
　また、前記他方の側面は凹部を有している態様とすることができる。他方の側面が凹部を有していることで、他方の側面において、側面シール性を低減することができ、オイル消費量の低減効果を高めることができる。
　また、前記内周面と、前記外周面と、前記一方の側面、前記他方の側面、前記合口部の合わせ面、の少なくとも一面に、表面処理膜が設けられている態様とすることができる。表面処理膜が設けられていると、表面処理膜により耐摩耗性が向上する。
　本発明によれば、ブローバイガスの抑制とオイル消費量の軽減とを両立することができるピストンリングが提供される。
本発明の一実施形態に係るピストンリングを示す斜視図である。 合口部の構造を説明する斜視図である。 図３（Ａ）は、合口部の平面図であり、図３（Ｂ）は、合口部の正面図である。 図４（Ａ）は、本体部の断面図であり、図１のIV－IV断面図に相当する。図４（Ｂ）は、合口端部の概略断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、内周面の形状の変更例を示すものである。 図６（Ａ）は、ピストンリング１Ａの合口端部の概略断面図であり、図１のＡ－Ａ断面図に相当する。図６（Ｂ）は、ピストンリング１Ａの合口端部１２の概略断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。 ピストンリング１Ｂの本体部の概略断面図である。 図８（Ａ）は、ピストンリング１Ｂの合口端部の概略断面図であり、図１のＡ－Ａ断面図に相当する。図８（Ｂ）は、ピストンリング１Ｂの合口端部の概略断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。 図９は、ピストンリング１Ｃの本体部の断面図である。 図１０（Ａ）は、ピストンリング１Ｃにおける合口部の平面図であり、図１０（Ｂ）は、ピストンリング１Ｃにおける合口部の正面図である。 図１１（Ａ）は、ピストンリング１Ｃの合口端部の概略断面図であり、図１１のＡ－Ａ断面図に相当する。図１１（Ｂ）は、ピストンリング１Ｃの合口端部の概略断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。 ピストンリング１Ｃに対して、切欠部２１の配置を変更したピストンリング１Ｄの平面図である。 ピストンリング１Ｅの本体部の断面図である。 図１４（Ａ）は、ピストンリング１Ｆの底面図であり、図１４（Ｂ）は、ピストンリング１Ｆの本体部の側面図である。 図１５（Ａ）は、ピストンリング１Ｇの本体部の断面図であり、図１５（Ｂ）は、ピストンリング１Ｇの底面図である。 ピストンリング１Ｈの合口部の構造を説明する斜視図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るピストンリングを示す斜視図である。図１に示すピストンリング１は、例えば自動車等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る。ピストンリング１は、外周面２ｄがボア内周面に摺接し、且つ、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有する。また、本実施形態に係るピストンリング１は、ピストンの外周面に取り付けられるファーストリング（燃焼室側から数えて１番目のリング）及びセカンドリング（燃焼室側から数えて２番目のリング）のいずれにも利用することができる。
　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一対の側面２ａ，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、断面は厚さ方向が長辺且つ幅方向が短辺となる略矩形状をなしている。ただし、後述のように外周面２ｄが傾斜しているため、側面２ａ及び側面２ｂの長さは互いに異なる。また、断面形状は上記の形状に限定されない。なお、ピストンリング１は、側面２ａが燃焼室側となり、側面２ｂがクランク室側となるように、ピストンに対して取り付けられる。一対の側面２ａ，２ｂは、それぞれ内周面２ｃと外周面２ｄとの間を接続するように設けられる。
　合口部３は、環状の本体部２の両端部に設けられた合口端部１１，１２を含む。合口端部１１，１２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、所定の間隔をもって対向した状態となっている。
　図２及び図３は合口部３の構造を説明する図である。図２は、合口部３の構造を説明する斜視図であり、図３（Ａ）は、合口部３の平面図（側面２ａ側から見た図）であり、図３（Ｂ）は、合口部３の正面図（外周面２ｄ側から見た図）である。ピストンリング１において、合口部３は、所謂トリプルステップ形状を呈している。トリプルステップ形状とは、合口部３を三方向から見た際にステップ形状を呈しているものである。本実施形態のピストンリング１の場合、上側の側面２ａ側から見たとき、下側の側面２ｂ側から見たとき、及び、外周面２ｄ側から見たときに、合口部３がステップ形状となっている。
　より具体的には、図２，図３に示すように、合口端部１１及び合口端部１２の対向面は、本体部２の内周面２ｃ側の略半分における対向面１１ａ，１２ａと比較して、本体部２の外周面２ｄ側の略半分では、側面２ａ側において合口端部１２が合口端部１１側に突出し、側面２ｂ側において合口端部１１が合口端部１２側に突出するように凹凸が形成されている。
　具体的には、本体部２の外周面２ｄ側の略半分且つ側面２ａ側の略半分（図２において略上半分となる部分）において、合口端部１２には対向面１２ａよりも合口端部１１側に突出する第１突出部１３が設けられる一方、合口端部１１には、第１突出部１３を受ける第１受け部１４が設けられる。第１突出部１３の先端面１３ａと、第１受け部１４の受け面１４ａとが対向する。また、本体部２の外周面２ｄ側の略半分且つ側面２ｂ側の略半分（図２において略下半分となる部分）において、合口端部１１には対向面１１ａよりも合口端部１２側に突出する第２突出部１５が設けられる一方、合口端部１２には、第２突出部１５を受ける第２受け部１６が設けられる。第２突出部１５の先端面１５ａと、第２受け部１６の受け面１６ａとが対向する。
　この結果、側面２ａ側から見たときには、図３（Ａ）に示すように、対向面１１ａ，１２ａが設けられる位置と、第１突出部１３の先端面１３ａ及び第１受け部１４の受け面１４ａが設けられる位置と、が本体部２の長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。また、外周面２ｄ側から見たときには、図３（Ｂ）に示すように、第１突出部１３の先端面１３ａ及び第１受け部１４の受け面１４ａが設けられる位置と、第２突出部１５の先端面１５ａ及び第２受け部１６の受け面１６ａが設けられる位置と、が本体部２の長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。さらに、側面２ｂ側から見たときも、図２に示すように、対向面１１ａ，１２ａが設けられる位置と、第２突出部１５の先端面１５ａ及び第２受け部１６の受け面１６ａが設けられる位置と、が本体部２の長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。各面でのステップ形状の段差となる領域（ステップの割位置）は、それぞれ略中央付近となっている。このように、本実施形態に係る合口部３は、トリプルステップ形状を呈している。なお、図２及び図３に示すように、対向面１１ａと対向面１２ａとの間、第１突出部１３の先端面１３ａと第１受け部１４の受け面１４ａとの間、及び、第２突出部１５の先端面１５ａと第２受け部１６の受け面１６ａとの間にはそれぞれ空隙が設けられている。
　図４（Ａ）は、ピストンリング１の本体部２の概略断面図であり、図１のIV－IV断面図に相当する。また、図４（Ｂ）は、ピストンリング１の合口端部１２の概略断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。
　本実施形態に係るピストンリング１は、図２及び図４に示すように、上方の側面２ａ（一方の側面）側から下方の側面２ｂ（他方の側面）側に向かうにつれて、外周面２ｄの径が大きくなるテーパ面（テーパフェース）を有するテーパ形状を呈している。図４（Ａ）では、ピストンリング１の本体部２の断面を示している。このように、ピストンリング１においては、外周面２ｄの全面がテーパ面となっている。したがって、図２に示すように、合口部３周辺もテーパ面となっている。具体的には、図４（Ｂ）に示すように、合口端部１２では、第１突出部１３の外周面２ｄ側がテーパ面となる。同様に、合口端部１１では、第２突出部１５の外周面２ｄ側もテーパ面となる。テーパ面を有しているピストンリング１では、ピストンリング１の外径が最も大きい領域が、ボア内周面と接した状態で摺動する。本実施形態のピストンリング１の場合には、側面２ｂと外周面２ｄとにより形成される角部３１において最も径が大きくなっている。したがって、ピストンリング１を取り付けた場合には、この側面２ｂと外周面２ｄとの角部３１がボア内周面と接した状態で摺動する。このような構成とすることで、シリンダのボア内周面との接触面積が小さくなるため、オイルの初期馴染み性が高められる。また、ピストンリング１とボア内周面との接触面積が小さくなることで、接触面圧が高められ、ボア内周面に付着するオイルを良好に掻き取ることができる。
　テーパ面により構成される外周面２ｄの傾斜角θ（図４参照：ピストンリングの軸方向に対する外周面２ｄの角度）は、１°～１０°とすることができる。このように、外周面２ｄがテーパ面を含み、その傾斜角θを１°～１０°とすることで、ピストンリング１の外周面２ｄによるオイルの掻き取り効果が高められ、オイル消費量を低減することができる。
　また、ピストンリング１は、図２及び図４に示すように、本体部２の内周面２ｃにピストンリング１の内側に配置されるコイルバネを収容するバネ溝２ｅが設けられる。このバネ溝２ｅ内に収容されるコイルバネは、ピストンリング１をピストン外周面のリング溝に取り付けて、シリンダのボア内に挿入した際に、ピストンリング１を半径方向外方に押圧するために設けられる。本実施形態のピストンリング１では、バネ溝２ｅは、内周面２ｃの中央（側面２ａ及び側面２ｂからの距離が等しい領域）付近ではなく、図４に示すように、中央付近よりも側面２ｂ側、すなわち、クランク室側に近付いた位置に設けられる。バネ溝２ｅを設ける位置は、ピストンの動作時にバネ溝２ｅに取り付けられたコイルバネがピストンリング１と離間しない範囲で適宜変更することができる。バネ溝２ｅが設けられる位置を中央付近よりも側面２ｂ側（クランク室側）に移動させることで、テーパ面を有するピストンリング１の外周面２ｄとボア内周面との密着性を高めた状態でピストンリング１を摺動させることが可能となる。
　なお、ピストンリング１を半径方向外方に押圧するための手段として、コイルバネではなく板バネを用いてもよい。また、ピストンリング１を半径方向外方に押圧する機能を有していればバネの形状は上記に限定されない。また、バネの形状に応じて内周面２ｃの形状は適宜変更することができる。また、バネの形状が同一であっても、バネによる半径方向外方への押圧力を受け止めることが可能な範囲で、ピストンリング１の内周面２ｃの形状は適宜変更することができる。
　図５は、内周面２ｃの形状の変更例を示すものである。図５（Ａ）に示す変更例では、内周面２ｃと側面２ａとの接続部分が切り欠かれ、ピストンリング１の内側に設けられるコイルバネ５と当接するバネ当接面２ｆを形成している。ピストン外周面のリング溝６に対して、コイルバネ５及びバネ当接面２ｆを設けたピストンリング１を取り付けてシリンダのボア内に挿入すると、図５（Ａ）に示すように、コイルバネ５はバネ当接面２ｆが設けられている側（ここでは、側面２ａ側）へ移動した状態で、バネ当接面２ｆを押圧する状態となる。なお、バネ当接面は、内周面２ｃと側面２ｂとの接続部分に設けられていてもよい。図５（Ｂ）では、バネ当接面２ｆが側面２ｂ側に設けられている例を示している。この場合、ピストン外周面のリング溝６に対して、コイルバネ５及びバネ当接面２ｆを設けたピストンリング１を取り付けてシリンダのボア内に挿入すると、図５（Ｂ）に示すように、コイルバネ５はバネ当接面２ｆが設けられている側（ここでは、側面２ｂ側）へ移動した状態で、バネ当接面２ｆを押圧する状態となる。このように、内周面２ｃの形状は、適宜変更することができる。
　上記のピストンリング１は樹脂製である。本実施形態において、ピストンリング１が樹脂製であるとは、ピストンリング１を構成する材料に含まれる樹脂の割合が５０％以上であることをいう。ピストンリング１を構成する樹脂は特に限定されないが、高強度耐熱樹脂を選択することができる。高強度耐熱樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等に代表されるスーパーエンジニアリングプラスチックを例示することができる。また、さらに耐熱性の高いポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）も使用できる。そのほか、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、及び、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を用いることもできる。上記の材料は射出成形が可能であり、本実施形態のピストンリング１のような複雑形状の合口部も容易に形成することができる。なお、ピストンリング１の製造方法は射出成形に限定されず、例えば、樹脂粉末をリング状に圧縮成形した後に合口部を薄刃カッターで形成してもよい。
　なお、上記のピストンリング１の構成材料を、カーボン繊維又はガラス繊維を含む繊維強化樹脂とすることで、さらに耐熱性を高めると共に強度を高めることができる。また、ピストンリング１に用いられる樹脂材料に対して、充填材等を添加してもよい。充填材としては、例えば、モリブデン、金属粉（Ｃｕ、Ｆｅ）、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ブロンズ、マイカ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、タルクなどが挙げられる。
　なお、上記のピストンリング１の外周面２ｄには、耐摩耗性を高めるための皮膜（表面処理膜）が形成されていてもよい。耐摩耗性を高めるための皮膜の材料は特に限定されないが、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、硬質クロムめっき、複合分散めっき、金属の窒化物や炭化物等を用いることができる。また、外周面２ｄへの皮膜の形成方法は特に限定されず、例えば、無電解めっき及び電気めっき、物理蒸着（ＰＶＤ）を用いることができる。
　また、皮膜（表面処理膜）は、外周面２ｄとは異なる面に設けられていてもよい。すなわち、ピストンリング１の側面２ａ，２ｂ、内周面２ｃ、外周面２ｄ、合口部３の合わせ面（合口端部１１において合口端部１２と対向する面、又は、合口端部１２において合口端部１１と対向する面）の少なくとも一面に皮膜が設けられていてもよい。この場合、皮膜が設けられている面は、耐摩耗性が高められる。
　上記のピストンリング１は、樹脂製であることで、従来の金属製のピストンリングと比較して比重が小さいため、リングの浮き上がりが起こりにくく、ピストンリングによる側面シール性を高めることができる。また、樹脂製のピストンリング１は、弾性率が小さいことから、リング溝内をピストンリング１が移動した場合の追従性も高い。そして、ピストンリング１の合口部３がトリプルステップ形状を有しているため、ピストンに対して取り付けた際に、側面２ａ側（燃焼室側）から側面２ｂ側（クランク室側）の間に形成されるガスの流通面積を小さくすることができ、ガス量を減らすことができる。したがって、上記のピストンリング１によれば、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。また、ピストンリング１は、外周面２ｄがテーパ面を有しているため、ピストンリング１の外周面２ｄによるオイル掻き取り効果が高められ、オイル消費量を低減することができる。外周面２ｄが全体的にボア内周面と当接した状態で摺動する構成である場合、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することができるが、オイル消費量の観点からは改善の余地があった。これに対して、外周面２ｄがテーパ面を有していることで、オイルの掻き取り性能を高めることで、オイル消費量を低減することができる。
　なお、外周面２ｄの全面をテーパ面とするのではなく、外周面２ｄの角部３１近傍において、外周面２ｄとボア内周面とが当接する領域を大きくするように、角部３１近傍はテーパ面とせず、ボア内周面（すなわち、ピストンリングの軸方向）と平行とする（θ＝０°とする）構成としてもよい。
（変形例－１）
　次に、本実施形態の変形例に係るピストンリングについて、説明する。まず、図６に第１変形例に係るピストンリング１Ａを示す。図６（Ａ）は、ピストンリング１Ａの合口端部１１の概略断面図であり、図１のＡ－Ａ断面図に相当する。図６（Ａ）では、合口端部１１の第２突出部１５が断面で示されている。また、図６（Ｂ）は、ピストンリング１Ａの合口端部１２の概略断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。また、図６（Ｂ）では、合口端部１２の第１突出部１３が断面で示されている。
　第１変形例に係るピストンリング１Ａは、ピストンリング１と比較して、以下の点が相違する。まず、ピストンリング１Ａは、ピストンリング１と同様に外周面２ｄがテーパ形状を呈しているが、外周面２ｄ全面がテーパ面となっているのではなく、側面２ａ側の一部（図６では略半分）のみがテーパ面となっていて、側面２ｂ側の残りの部分は、傾斜していない（θ＝０°）。なお、図６では、ピストンリング１Ａの合口端部１１，１２周辺を示しているが、本体部２においても、同様に側面２ａ側の一部のみがテーパ形状となっている。
　そして、突出部と受け部とにより形成されて外周面２ｄに連続して形成されるステップ形状の段差部（割位置）が、側面２ａと側面２ｂとの間の中央付近から側面２ｂ側に移動されている。すなわち、図６（Ａ）に示すように、第１受け部１４の幅（ピストンリング１Ａの幅方向の長さ）が第２突出部１５よりも大きくなっている。また、図６（Ｂ）に示すように、第１突出部１３の幅（ピストンリング１Ａの幅方向の長さ）が第２受け部１６よりも大きくなっている。その結果、ステップ形状の段差部の外周面２ｄ側の端部は、前記テーパ面とは異なる位置に設けられる。
　上記のピストンリング１Ａの構造を採用すると、ピストンリング１と比較して、ブローバイガスをさらに抑制することができる。ピストンリング１は、上述したように、トリプルステップ形状の合口部３を採用することで、ブローバイガスを抑制することを実現している。しかしながら、外周面２ｄの全面をテーパ面とすることで、外周面２ｄと側面２ｂとによる角部３１のみがボア内周面と当接する構造となる。この場合、図２に示すように、第２突出部の先端面１５ａと、第２受け部１６の受け面１６ａとの対向面の付近で側面２ａ側から側面２ｂ側へのガスの移動経路が形成される。図４（Ｂ）では、ピストンリング１を取り付けた際のボア内周面Ｗの配置を破線で示しているが、矢印Ａで示す部分にガスの移動経路が形成されてしまう。その結果、僅かながらブローバイガスが発生する可能性がある。
　これに対して、変形例に係るピストンリング１Ａでは、ステップ形状の段差部（割位置）を側面２ｂ側に移動し、外周面２ｄ側の端部がテーパ面とは異なる位置に設けられる構成としている。その上で、ピストンリング１Ａでは、外周面２ｄのテーパ面を側面２ａ側のみに形成している。この結果、第１突出部１３及び第１受け部１４側の外周面２ｄは一部テーパ面となっているが、第２突出部１５及び第２受け部１６側の外周面２ｄは、テーパ面ではなく、ボア内周面に当接する状態となる。
　上記の構造を有するピストンリング１Ａでは、ピストンリング１と同様に合口部３がトリプルステップ形状を有しているため、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。また、ピストンリング１Ａにおいても、外周面２ｄの一部がテーパ面となっているため、ピストンリング１の外周面２ｄによるオイルの掻き取り効果が高められ、オイル消費量を低減することができる。さらに、ステップ形状の段差部（割位置）と、段差部よりも側面２ｂ側の第２突出部１５及び第２受け部１６の外周面２ｄは、傾斜していないため、ボア内周面に当接することから、第２突出部の先端面１５ａと、第２受け部１６の受け面１６ａとの対向面の付近ではガスの移動経路は形成されず、ブローバイガスの抑制効果が高められる。
（変形例－２）
　図７及び図８に第２変形例に係るピストンリング１Ｂを示す。図７は、ピストンリング１Ｂの本体部２の概略断面図である。また、図８（Ａ）は、ピストンリング１Ｂの合口端部１１の概略断面図であり、図１のＡ－Ａ断面図に相当する。図８（Ａ）では、合口端部１１の第２突出部１５が断面で示されている。また、図８（Ｂ）は、ピストンリング１Ｂの合口端部１２の概略断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。また、図８（Ｂ）では、合口端部１２の第１突出部１３が断面で示されている。
　第２変形例に係るピストンリング１Ｂは、ピストンリング１と比較して、以下の点が相違する。まず、ピストンリング１Ｂは、ピストンリング１と同様に外周面２ｄがテーパ面を含んでいるが、外周面２ｄ全面がテーパ面であるのではなく、側面２ａ側の一部のみがテーパ面となっている。また、ピストンリング１Ａでは、側面２ｂ側の残りの部分は傾斜していない（θ＝０°）のに対して、ピストンリング１Ｂでは、残りの部分は、傾斜していない領域と、逆テーパ形状（θ＜０°）である逆テーパ面とを有する。
　具体的には、図７に示すように、ピストンリング１Ｂの外周面２ｄは、側面２ａ側から側面２ｂ側に向かうにつれて、テーパ面２ｄ１、平坦面２ｄ２、及び逆テーパ面２ｄ３がこの順となるように配置される。テーパ面２ｄ１は、ボア内周面Ｗに対する傾斜角θ１を１°～２０°とすることができる。テーパ面２ｄ１の幅（ピストンリング１Ｂの幅方向の長さ）は、ピストンリング１Ｂの幅に対して３０％～５０％とすることができる。また、平坦面２ｄ２は、ボア内周面Ｗに対して当接して摺動する領域であり、ピストンリング１の軸方向に沿って延びる面である。平坦面２ｄ２の幅（ピストンリング１Ｂの幅方向の長さ）は、ピストンリング１Ｂの幅に対して０％～４０％とすることができる。すなわち、平坦面２ｄ２は、テーパ面２ｄ１と逆テーパ面２ｄ３との間に設けられていなくてもよい。なお、平坦面２ｄ２を設ける場合、好ましい平坦面２ｄ２の幅は、ピストンリング１Ｂの幅に対して３％～４０％である。さらに、逆テーパ面２ｄ３は、側面２ｂ側に向かうにつれて外周面２ｄの径が小さくなる領域である。逆テーパ面２ｄ３は、ボア内周面Ｗに対する傾斜角θ２を１０°～７０°とすることができる。好ましい傾斜角θ２は、１０°～５０°である。ただし、θ１＜θ２であることが好ましい。逆テーパ面２ｄ３の幅（ピストンリング１Ｂの幅方向の長さ）は、ピストンリング１Ｂの厚さに対して３０％～５０％とすることができる。
　また、合口部３付近においては、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、ステップ形状の段差部（割位置）が中央付近の平坦面２ｄ２となるように設けられる。すなわち、第１受け部１４と第２突出部１５との境界の外周面２ｄ、及び、第１突出部１３と第２受け部１６との境界の外周面２ｄは、平坦面２ｄ２となっている。したがって、第１突出部１３及び第１受け部１４の外周面２ｄは、テーパ面２ｄ１及び平坦面２ｄ２から構成され、第２突出部１５及び第２受け部１６の外周面２ｄは、接領域２ｄ２及び逆テーパ面２ｄ３から構成される。
　上記の構造を有するピストンリング１Ｂでは、ピストンリング１と同様に合口部３がトリプルステップ形状を有しているため、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。また、ピストンリング１Ｂにおいては、外周面２ｄの一部がテーパ面２ｄ１となっているため、ピストンリング１の外周面２ｄによるオイルの掻き効果のうち特に燃焼室側へのオイルの掻き上げを抑制する効果が高められる。また、ステップ形状の段差部（割位置）の外周面２ｄ側は平坦面２ｄ２となるため、外周面２ｄの外側を利用したガスの移動を抑制することができるため、ピストンリング１よりもブローバイガスの抑制効果が高められる。さらに、外周面２ｄにおいて平坦面２ｄ２よりも側面２ｂ側に逆テーパ面２ｄ３が形成されていると、ピストンリング１Ｂの外周面２ｄによるオイルの掻き取り効果のうち特にクランク室側へのオイルの掻き下げを促進する効果が高められる。したがって、ピストンリング１Ｂにおいても、ブローバイガスの抑制とオイル消費量の軽減とを両立することが可能となる。上記の効果は、テーパ面２ｄ１におけるボア内周面Ｗに対する傾斜角θ１と、逆テーパ面２ｄ３におけるボア内周面Ｗに対する傾斜角θ２と、がθ１＜θ２の関係を満たしている場合に顕著である。ただし、θ１≧θ２の関係を満たしている場合であっても、逆テーパ面が設けられることで、オイル消費量の軽減効果は高められる。
（変形例－３）
　図９、図１０及び図１１に第３変形例に係るピストンリング１Ｃを示す。図９は、ピストンリング１Ｃの本体部２の断面図である。図１０（Ａ）は、ピストンリング１Ｃにおける合口部３の平面図（側面２ａ側から見た図）であり、図１０（Ｂ）は、ピストンリング１Ｃにおける合口部３の正面図（外周面２ｄ側から見た図）である。図１１（Ａ）は、ピストンリング１Ｃの合口端部１１の概略断面図であり、図１のＡ－Ａ断面図に相当する。また、図１１（Ｂ）は、ピストンリング１Ｃの合口端部１２の概略断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。
　第３変形例に係るピストンリング１Ｃは、第２変形例に係るピストンリング１Ｂと比較して、以下の点が相違する。ピストンリング１Ｃには、図９の仮想線にて示されるように、側面２ｂと外周面２ｄとがなす角部３２に切欠部２１（アンダーカット）が設けられている。すなわち、切欠部２１は、側面２ｂ側且つ外周面２ｄ側の本体部２の一部に設けられている。切欠部２１は、第２変形例に係るピストンリング１Ｂの外周面２ｄのうちの逆テーパ面２ｄ３及び逆テーパ面２ｄ３から連続する平坦面２ｄ２の一部に対応する位置に形成される。したがって、ピストンリング１Ｃの外周面２ｄには、テーパ面２ｄ１と平坦面２ｄ２の一部とが存在する状態となっている。
　切欠部２１は、ピストンリング１Ｃの射出成型時から形成されていてもよい。また、例えば、切削用、研削用、又は研磨用の治具等によって、側面２ｂ側且つ外周面２ｄ側の本体部２の一部を切り欠くことで切欠部２１を形成してもよい。
　切欠部２１は、外周面２ｄ側を向く第１面２１ａと、側面２ｂを向く第２面２１ｂとを有している。第１面２１ａと第２面２１ｂとがなす角度は、例えば、直角（９０°）とすることができるが、特に限定されない。また、第１面２１ａと第２面２１ｂとの境界部分の形状についても特に限定されない。また、切欠部２１の深さ（ピストンリング１Ｃの幅方向に沿った第１面２１ａの長さ、及び、ピストンリング１Ｃの厚さ（半径）方向に沿った第２面２１ｂの長さ）は適宜変更することができる。例えば、ピストンリング１Ｃでは、ピストンリング１Ｃの幅方向に沿った第１面２１ａの長さは、ピストンリング１Ｃの幅に対して約１／５～略半分程度であり、ピストンリング１Ｃの半径方向に沿った第２面２１ｂの長さは、ピストンリング１Ｃの厚さ（本体部２の厚さ）に対して約１／５～略半分程度である。
　なお、切欠部２１は、合口部３を構成する合口端部１１，１２にも設けられていてもよい。すなわち、切欠部２１は、ピストンリング１Ｃの全周にわたって形成されていてもよい。ただし、第３変形例で説明するピストンリング１Ｃでは、合口部３においては切欠部２１が形成されていない、インターラプト型となっている。具体的には、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、本体部２の角部３１に沿って形成される切欠部２１は、合口端部１１及び合口端部１２に到達する前に終端される。この結果、平面視において、合口端部１１及び合口端部１２と、切欠部２１とは互いに重ならない状態となっている。したがって、ピストンリング１Ｃにおける合口端部１１及び合口端部１２の形状は、ピストンリング１Ｂと同様となる。具体的には、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、ピストンリング１Ｃにおいても、第１突出部１３及び第１受け部１４の外周面２ｄは、テーパ面２ｄ１及び平坦面２ｄ２から構成され、第２突出部１５及び第２受け部１６の外周面２ｄは、接領域２ｄ２及び逆テーパ面２ｄ３から構成される。
　上記の構造を有するピストンリング１Ｃでは、ピストンリング１と同様に合口部３がトリプルステップ形状を有しているため、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。また、ピストンリング１Ｃにおいては、外周面２ｄの一部がテーパ面２ｄ１となっているため、ピストンリング１の外周面２ｄによるオイルの掻き取り効果のうち特に燃焼室側へのオイルの掻き上げを抑制する効果が高められる。また、ステップ形状の段差部（割位置）の外周面２ｄ側は平坦面２ｄ２となるため、外周面２ｄの外側を利用したガスの移動を抑制することができ、ピストンリング１よりもブローバイガスの抑制効果が高められる。さらに、外周面２ｄにおいて平坦面２ｄ２よりも側面２ｂ側には、合口部３を除いて切欠部２１が形成されている。したがって、切欠部２１により、ピストンリング１Ｃの外周面２ｄによるオイルの掻き取り効果のうち特にクランク室側へのオイルの掻き下げを促進する効果が高められる。したがって、ピストンリング１Ｃにおいても、ブローバイガスの抑制とオイル消費量の軽減とを両立することが可能となる。
　なお、テーパ面２ｄ１と逆テーパ面２ｄ３との間に平坦面２ｄ２が設けられていない場合であっても、ステップ形状の段差部（割位置）の外周面２ｄ側をテーパ面２ｄ１と逆テーパ面２ｄ３との境界部分にすることで、外周面２ｄの外側を利用したガスの移動を抑制することができ、ピストンリング１よりもブローバイガスの抑制効果を高めることができる。
　なお、切欠部２１が、合口部３を構成する合口端部１１，１２を含むピストンリング１Ｃの全周にわたって形成されている場合、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に仮想線で示すように切欠部２１が形成される。ただし、合口端部の突出部に対して切欠部２１が形成されると、図１１（Ａ）に示す合口端部１１の第２突出部１５のように、突出部の強度が低下する可能性が考えられる。したがって、合口端部１１，１２に対しても切欠部２１を設ける場合には、例えば、切欠部２１の深さを変更する等により合口端部１１，１２の各部の強度が低下しない態様とすることができる。
　図１２は、第３変形例に係るピストンリング１Ｃに対して、切欠部２１の配置を変更したピストンリング１Ｄの平面図である。ピストンリング１Ｃのように切欠部２１を本体部２の全周に設けることに代えて、図１２のピストンリング１Ｄのように、本体部２に沿って複数の切欠部２１を離間して設ける構成としてもよい。このようなピストンリング１Ｄの場合、隣接する切欠部２１の間に、切欠部２１が設けられていない領域が形成される。つまり、ピストンリング１Ｄでは、切欠部２１が断続的に設けられている状態となる。ピストンリング１Ｃ又はピストンリング１Ｄに設けられる切欠部２１は、オイルの掻き下げを促進する効果を有する。一方で、切欠部２１が設けられていると、外周面２ｄとボア内周面とが当接する領域（平坦面２ｄ２）が小さくなるため、側面シール性が低下する。上述したように、側面シール性が高いとオイルの掻き取り効果（特に掻き下げ効果）が低下する可能性が有る一方、側面シール性が低すぎると、ガスシール性も低下する可能性があり、ピストンリングとしての性能が低下することが考えられる。そこで、図１２のように、複数の切欠部２１を離間して断続的に設けることで、本体部２全周に対して切欠部２１が占める割合を制御可能な構成とすることで、側面シール性を適切な範囲に制御することが可能となる。また、上記の構成によれば、切欠部２１が全周にわたって設けられている場合と比較して、ピストンリングの強度も高められる。
（変形例－４）
　図１３に第４変形例に係るピストンリング１Ｅを示す。図１３は、ピストンリング１Ｅの本体部２の断面図である。
　第４変形例に係るピストンリング１Ｅは、ピストンリング１と比較して、以下の点が相違する。すなわち、側面２ｂの形状が平坦ではなく、表面の一部が突出している略円弧状のバレルフェース形状となっている。
　上述したように、樹脂製のピストンリングは、側面シール性が高い。一方、側面シール性が高いとオイルの掻き効果（特に掻き下げ効果）が低下する場合が生じる。これに対して、第３変形例に係るピストンリング１Ｃ，１Ｄでは、切欠部２１を設けることで側面２ｂの面積を小さくし、側面シール性を低下させていた。これに対して、第４変形例に係るピストンリング１Ｅでは、側面２ｂの表面に凸状の湾曲面を設けて、バレルフェース形状とすることで、側面シール性を低下させている。
　上記の構造を有するピストンリング１Ｅでは、合口部３がトリプルステップ形状を有しているため、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。また、ピストンリング１Ｅにおいては、外周面２ｄがテーパ面を含んでいるため、ピストンリング１の外周面２ｄによるオイルの掻き取り効果が高められる。したがって、ピストンリング１Ｅにおいても、ブローバイガスの抑制とオイル消費量の軽減とを両立することが可能となる。さらに、側面２ｂの形状が変更されていることで、側面シール性を低減することができる。これにより、ピストンリング１Ｅでは、オイルの掻き取り効果の低下が防がれている。
　なお、側面２ｂの表面形状は、上述のバレルフェース形状に限定されない。例えば、ピストンリングの側面２ｂの表面に凹凸を設け、側面２ｂとピストンのリング溝との接触面積を小さくする構成とすることで、側面シール性を制御する構成としてもよい。ただし、側面２ｂの表面に凹凸を設ける場合、凹凸によって側面２ｂとリング溝との間の側面シール性が失われるとピストンリングとしての性能低下につながる。したがって、側面シール性が損なわれない範囲、すなわち、側面２ｂとリング溝とが当接した際にシール性が確保できる範囲で、凹凸の形状を変更する態様とすることができる。
（変形例－５）
　図１４に第５変形例に係るピストンリング１Ｆを示す。図１４（Ａ）は、ピストンリング１Ｆの底面図であり、図１４（Ｂ）は、ピストンリング１Ｆの本体部の側面図（外周面２ｄ側から見た図）である。
　第５変形例に係るピストンリング１Ｆは、ピストンリング１と比較して、以下の点が相違する。すなわち、側面２ｂに１以上の凹部が設けられている。具体的には、ピストンリング１Ｆの側面２ｂには、内周面２ｃ側と外周面２ｄ側との間を貫通する凹部としての溝部２２が形成されている。ピストンリング１Ｆの場合には、溝部２２は、側面２ｂ上の三箇所に分散して設けられている。つまり、ピストンリングの側面２ｂの表面に凹凸が形成されるように凹部（溝部２２）を設けることで、側面シール性を制御している。
　上述したように、樹脂製のピストンリングは、側面シール性が高い。一方、側面シール性が高いとオイルの掻き効果（特に掻き下げ効果）が低下する場合が生じる。この点について、第５変形例に係るピストンリング１Ｆでは、内周面２ｃ側と外周面２ｄ側との間を貫通する溝部２２を設けることで側面２ｂの面積を小さくし、側面シール性を低下させている。また、溝部２２の数等を変更することで、側面シール性の制御を行うことが可能となっている。
　図１５は、ピストンリング１Ｆに対して、側面２ｂ側の凹部の形状及び配置を変更したピストンリング１Ｇを示している。図１５（Ａ）は、ピストンリング１Ｇの本体部の断面図であり、図１５（Ｂ）は、ピストンリング１Ｇの底面図である。
　ピストンリング１Ｇの場合には、側面２ｂに１以上の凹部２３が設けられているが、凹部２３は、内周面２ｃ側と外周面２ｄ側との間を貫通しておらず、内周面２ｃ側のみに開口するように設けられている。このように、ピストンリングの側面２ｂに凹部を設ける場合には、その形状は適宜変更することができる。なお、ピストンリング１Ｃのように、側面２ｂ側に切欠部２１が設けられている場合にも、切欠部２１とは異なる位置の側面２ｂに対して凹部を形成することで、凹部による側面シール性の制御を行うことができる。
（変形例－６）
　図１６に第６変形例に係るピストンリング１Ｈを示す。図１６は、ピストンリング１Ｈの合口部３の構造を説明する斜視図である。ピストンリング１Ｈは、ピストンリング１と比較して合口部３の構造を変更したものである。
　上述のピストンリング１は、合口部３が、所謂トリプルステップ形状を呈していた。これに対して、第６変形例に係るピストンリング１Ｈは、合口部３を二方向から見た際にステップ形状を呈しているものである。ピストンリング１Ｈの場合、上側の側面２ａ側から見たとき、及び、外周面２ｄ側から見たときに、合口部３がステップ形状となっている。
　より具体的には、ピストンリング１Ｈにおいては、合口端部１１及び合口端部１２における本体部２の内周面２ｃ側の略半分における対向面１１ａ，１２ａが、側面２ａ側の略半分（図２において略上半分となる部分）に設けられている点がピストンリング１と相違する。また、ピストンリング１Ｈにおいては、本体部２の側面２ｂ側の略半分（図１６において略下半分となる部分）において、合口端部１１には、対向面１１ａよりも合口端部１２側に突出する第２突出部１５が設けられると共に、合口端部１２には、第２突出部１５を受ける第２受け部１６が設けられる。第２突出部１５の先端面１５ａと、第２受け部１６の受け面１６ａとが対向する。ピストンリング１Ｈでは、第２突出部１５及び第２受け部１６が、側面２ｂ側において内周面２ｃから外周面２ｄにかけて形成されている点がピストンリング１と相違する。
　なお、ピストンリング１Ｈにおいて、本体部２の外周面２ｄ側の略半分且つ側面２ａ側の略半分（図１６において略上半分となる部分）において、第１突出部１３と第１受け部１４が設けられ、第１突出部１３の先端面１３ａと、第１受け部１４の受け面１４ａとが対向する点は、ピストンリング１と同じである。
　この結果、側面２ａ側から見たときには、対向面１１ａ，１２ａが設けられる位置と、第１突出部１３の先端面１３ａ及び第１受け部１４の受け面１４ａが設けられる位置と、が本体部２の長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。また、外周面２ｄ側から見たときには、第１突出部１３の先端面１３ａ及び第１受け部１４の受け面１４ａが設けられる位置と、第２突出部１５の先端面１５ａ及び第２受け部１６の受け面１６ａが設けられる位置と、が本体部２の長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。一方、ピストンリング１Ｈの場合には、側面２ｂ側から見たときには、第２突出部１５及び第２受け部１６しか見えないため、ステップ形状とならない。したがって、ピストンリング１Ｈにおいては、側面２ａ側及び外周面２ｄ側から見たときにステップ形状となる形状を呈している。なお、ピストンリング１Ｈの場合、内周面２ｃ側から見たときに、対向面１１ａ，１２ａが設けられる位置と、第２突出部１５の先端面１５ａ及び第２受け部１６の受け面１６ａが設けられる位置と、が本体部２の長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。したがって、ピストンリング１Ｈの合口部３の構造も、三方向（側面２ｂ、内周面２ｃ及び外周面２ｄ）から見た際にステップ形状を呈している所謂トリプルステップ形状であるといえる。
　このように、ピストンリング１Ｈの合口部３の構造は、一対の側面２ａ，２ｂ及び外周面２ｄから見たときにステップ形状となっているのではなく、一方の側面（ここでは２ａ）及び外周面２ｄから見たときにステップ形状となっていて、他方の側面（ここでは２ｂ）から見たときにはステップ形状となっていない。ピストンリング１Ｈの合口部３が上記のような構造であっても、ピストンに対して取り付けた際に、一対の側面の間に形成される流通面積が小さくなり、ガス量が低減する。したがって、ガスシール性が向上し、ブローバイガスを抑制することが可能となる。側面２ａ，２ｂのどちらから見たときにステップ形状となるかは適宜変更することができる。すなわち、側面２ｂから見たときにステップ形状となっていてもよい。
　以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。
（実施例１）
　実施例１として、ポリエーテルエーテルケトンを射出成形することによって、合口部がトリプルステップ形状であり外周面が全面テーパ形状（図４参照）の実施例１に係るピストンリングを作成した。
（実施例２）
　外周面の一部（クランク室側）を平坦面とした（図６参照）こと以外は実施例１のピストンリングと同じ方法で、実施例２に係るピストンリングを作成した。
（実施例３）
　外周面にテーパ面（燃焼室側）と逆テーパ面（クランク室側）とが形成されると共にテーパ面と逆テーパ面との間に平坦面が形成され、ステップ形状の段差部の外周面側端部が平坦面に設けられた（図７，８参照）以外は、実施例１のピストンリングと同じ方法で、実施例３に係るピストンリングを作成した。
（実施例４）
　外周面にテーパ面（燃焼室側）と逆テーパ面（クランク室側）とが形成され、ステップ形状の段差部の外周面側端部がテーパ面と逆テーパ面との接続部分に設けられたこと以外は、実施例１のピストンリングと同じ方法で、実施例３に係るピストンリングを作成した。実施例４に係るピストンリングは、実施例３のピストンリングにおいて平坦面の長さを０としたものに相当する。
（実施例５）
　合口部以外の側面２ｂ側且つ外周面側の本体部に切欠部を設けた（図９～図１１参照）以外は、実施例１のピストンリングと同じ方法で、実施例５に係るピストンリングを作成した。
（比較例１）
　比較例１として、マルテンサイト系ステンレス鋼製のピストンリングを作成した。なお、比較例１のピストンリングは、合口部はストレート合口（隙間０．２５ｍ）であり、外周面はバレルフェース形状となっている。さらに、外周面には、ＣｒＮ系の硬質皮膜が施されている。
（比較例２）
　外周面形状がストレート形状であること以外は、実施例１と同じ方法で、比較例２に係るピストンリングを作成した。比較例２のピストンリングは、樹脂製である。
（性能評価）
　水冷４サイクルの自然吸気式ガソリンエンジンを用いて、ブローバイ量及びオイル消費量の測定を行った。上記エンジンのピストンのトップリング用のリング溝に、評価対象（実施例１～５，比較例１，２）のピストンリングを装着した。このとき、内周面側から約６Ｎの張力が働くようコイルバネを装着した。なお、セカンドリングは、オイルリングは、上記のエンジンのピストン溝に従前から装着されていたものを使用した。
　運転条件は、４，０００ｒｐｍ、全負荷（ＷＯＴ：Wide　Open　Throttle）条件とした。運転時間は１０ｈｒとした。上記の運転条件で運転した際のブローバイガス量及びオイル消費量をそれぞれ測定した。
　実施例１～５及び比較例１，２のピストンリングについて、合口形状、テーパ形状部分（テーパ面）の傾斜角θ１（°）、外周面が平坦面を有する場合の長さ（幅寸法に対する比率）、逆テーパ面の傾斜角θ２（°）を示すと共に、性能評価結果として、ブローバイガス量及びオイル消費量を表１に示す。測定結果については、比較例１のピストンリングを用いたときのブローバイガス量及びオイル消費量をそれぞれ１００としたときの比率としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明によれば、ブローバイガスの抑制とオイル消費量の軽減とを両立することができるピストンリングが提供される。
　１…ピストンリング、２…本体部、２ａ，２ｂ…側面、２ｃ…内周面、２ｄ…外周面、３…合口部、１１，１２…合口端部。

Claims (10)

  1. 　互いに対向する内周面及び外周面と、前記内周面と前記外周面との間を接続する一対の側面と、を有する環状の本体部と、前記本体部に形成された合口部とを有する樹脂製のピストンリングであって、
    　前記合口部は、前記一対の側面の少なくとも何れか及び前記外周面から見てステップ形状であり、
    　前記外周面は、前記一対の側面のうちの一方の側面側から他方の側面側に向かうにつれて外径が大きくなるテーパ面を有する、ピストンリング。
  2. 　前記テーパ面は、前記外周面のうち前記一方の側面側の一部に設けられ、
    　前記外周面から連続して形成されるステップ形状の段差部の前記外周面側の端部は、前記テーパ面とは異なる位置に設けられる、請求項１に記載のピストンリング。
  3. 　前記テーパ面は、前記外周面のうち前記一方の側面側の一部に設けられ、
    　前記外周面のうち、前記他方の側面側の一部に、前記他方の側面側から前記一方の側面側に向かうにつれて外径が大きくなる逆テーパ面を有する、請求項１に記載のピストンリング。
  4. 　前記外周面のうち、前記テーパ面と前記逆テーパ面との間に平坦面を有し、
    　前記外周面から連続して形成されるステップ形状の段差部の前記外周面側の端部は、前記平坦面に設けられる、請求項３に記載のピストンリング。
  5. 　前記他方の側面と前記外周面とがなす角部に切欠部を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のピストンリング。
  6. 　前記切欠部は、前記合口部とは異なる位置に設けられている、請求項５に記載のピストンリング。
  7. 　前記本体部に沿って、前記切欠部が断続的に設けられている、請求項５又は６に記載のピストンリング。
  8. 　前記他方の側面は凸状の湾曲面を有している、請求項１～７のいずれか一項に記載のピストンリング。
  9. 　前記他方の側面は凹部を有している、請求項１～７のいずれか一項に記載のピストンリング。
  10. 　前記内周面と、前記外周面と、前記一方の側面、前記他方の側面、前記合口部の合わせ面、の少なくとも一面に、表面処理膜が設けられている、請求項１～９のいずれか一項に記載のピストンリング。
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