| 【発明の名称】 |
ピストンリング |
| 【発明者】 |
【氏名】富士岡 泰雄
【氏名】影山 裕史
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| 【要約】 |
【課題】製造簡単でかつブローバイガス等の流体漏れを極めて有効に防止することができるピストンリングを提供すること。
【解決手段】一部を切断したリング状に形成され、合い口３を広げてピストンの外周面に嵌装され、ピストンのシリンダ嵌入時にその両者間に形成される隙間を塞ぐピストンリング１の合い口３に弾性材５の嵌合部１４を介在させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】一部を切断したリング状に形成され、切断部を広げてピストンの外周面に嵌装され、前記ピストンのシリンダ嵌入時にその両者間に形成される隙間を塞ぐピストンリングにおいて、前記切断部に弾性材を介在させたことを特徴とするピストンリング。
【請求項２】前記弾性材は、前記切断部以外に、ピストンをシリンダに嵌入したときにピストンヘッドとシリンダヘッドとの間に形成される燃焼室側に面するピストンリングの上面とピストンリングの内側に沿った内周面とに設けられることを特徴とする請求項１記載のピストンリング。
【請求項３】前記切断部は、この切断部をピストンリングの径方向に正対して見たときの形状が、ピストンリングの前記上面側で広くかつ下面側で狭い先細り形状であることを特徴とする請求項１または２記載のピストンリング。
【請求項４】前記切断部は、この切断部をピストンリングの径方向に正対して見たときの形状が円形状または楕円形状であることを特徴とする請求項１または２記載のピストンリング。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はピストンリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】ピストンリングは、その一部を切断した鋳鉄または鋼鉄製の弾力のあるリングであって、切断部を広げてピストンの外周面に形成したリング溝に嵌装され、前記ピストンのシリンダ嵌入時にその両者間に形成される隙間を塞ぐ。
【０００３】また、ピストンリングは、燃焼室の気密を保ちクランクケースへのガス漏れであるいわゆるブローバイガスを防いだり、ピストンが受けた熱をシリンダ壁に伝えたり、シリンダ壁を潤滑するオイルのうち余分なものを欠き落として燃焼室に入るのを防いだりする。
【０００４】ピストンリングがこのような気密作用等を満足に奏するためには、常にシリンダ壁に密着していることが必要である。このため、ピストンリングは、これをシリンダに組み込んだときに、外側に張り広がる力（以下「張力」という。）が生じるように作られる。
【０００５】この張力を得るために、ピストンリングは前記の如く一部を切断してある。ピストンリングの切断部分を合い口といい、合い口はわずかな隙間を確保した状態で突き合わされる。突き合わされる面のことを合い口面という。また、前記隙間を合い口隙間といい、ピストンリングは、この合い口隙間の分だけ伸び縮んで合い口隙間の大きさに応じた張力を生み出す。
【０００６】また、ピストンリングをピストンに嵌め込むときは、リングの合い口を広げて行う。合い口の形状には、ピストンリングの周方向に対して直角に切ったバット・ジョイント型，斜めに切ったアングル・ジョイント型，段付き状に切った、いわゆるステップカットしたラップ・ジョイント型などがある。そして、ピストン作動時における高熱状態の中でエンジン性能が低下しないように、合い口隙間から燃焼ガスが漏れないように作られる。
【０００７】しかし、燃焼ガスは僅かずつでも合い口隙間から漏れてブローバイガスになる。そして、合い口隙間が大き過ぎるとブローバイガスの量が多くなる。そして、反対に小さ過ぎるとピストン作動時のピストンリングの熱膨張によって合い口が接触してしまい張力が大き過ぎるため、ピストンリングやシリンダ壁を損傷したりあるいはそれらに焼きつきを起こしたりする虞がある。
【０００８】したがって、ピストンリングの合い口隙間の設定を有効に設定することは重要であり、特に近年の排ガス規制に対処するためにも合い口隙間から漏れるブローバイガスの低減を一層図ることが求められている。
【０００９】そこで、例えば特開平８−８２３７５号公報に開示されているラップ・ジョイント型のピストンリングの技術のように、リングを段付きに切断後、合い口を押圧して平面化することで合わせ面同士を密着させる技術が知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記技術をもってしても有効にブローバイガス等の流体漏れを極めて有効に防止するのは難しかった。
【００１１】本発明は上記実状に鑑みて発明されたものであって、その解決しようとする課題は、製造簡単でかつブローバイガス等の流体漏れを極めて有効に防止することができるピストンリングを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するために本発明のピストンリングは、次の手段を採用した。
（１）一部を切断したリング状に形成され、切断部を広げてピストンの外周面に嵌装され、前記ピストンのシリンダ嵌入時にその両者間に形成される隙間を塞ぐピストンリングにおいて、前記切断部に弾性材を介在させたことを特徴とする。
【００１３】なお、ピストンリングは金属を、また弾性材は樹脂またはゴムを用いると好適である。
（２）前記弾性材は、前記切断部以外に、ピストンをシリンダに嵌入したときにピストンヘッドとシリンダヘッドとの間に形成される燃焼室側に面するピストンリングの上面とピストンリングの内側に沿った内周面とに設けることが好ましい。
【００１４】（３）前記切断部は、この切断部をピストンリングの径方向に正対して見たときの形状が、ピストンリングの前記上面側で広くかつ下面側で狭い先細り形状であるものでもよい。
【００１５】（４）前記切断部は、この切断部をピストンリングの径方向に正対して見たときの形状が円形状または楕円形状でも適用できる。しかして、このような構成の本発明のピストンリングは上記構成であるから次のような作用効果を奏する。
【００１６】本発明では、ピストンリングの切断部（以下「合い口」という。）に弾性材を介在させてあるが、例えばピストンリングと弾性材とを接着材等で固定しておいた場合、ピストンリングをピストンに嵌め込むためにリングの合い口を広げると、それに応じて弾性材が延びるので、弾性材をピストンリングに介在させたことが合い口を広げる上で妨げにならない。したがって、ピストンリングのピストンへの取付への支障もない。
【００１７】また、合い口にできる隙間（以下「合い口隙間」という。）にそれよりも大きな弾性材を介在しておけば、ピストンリングの張力によって弾性材は常時ピストンリングの周方向に両側から押圧された状態になる。このため、合い口の加工精度がそれほど良くなくともその精度の悪さを弾性材が吸収するので、合い口の密閉度が高まりシール性が向上するので、合い口隙間からブローバイガスが漏れることはない。
【００１８】さらに、弾性材を合い口隙間に入れたときにピストンリングに所望の張力を得られるように、弾性材と合い口隙間との大きさを設定しておけば、合い口隙間が小さ過ぎることに起因してピストンリングの張力が得られなくなることもない。このため、従来技術の問題点であったピストンリングの破損，シリンダ壁の損傷および焼きつき等を起こしたりすることもない。
【００１９】加えて、弾性材を前記合い口以外にピストンリングの上面と内周面とに設けておけば、ピストンリングをピストンのリング溝に嵌装したときに、ピストンリングの上面と内周面とに設けた弾性材は、ピストンリングとリング溝との間に介在されるので、ピストンリングは、その上面と内周面が直接リング溝に触れなくなる。よって、ピストンリングの背面および上面は、表面あらさが弾性材によって吸収されてしまうので、その加工精度を高めなくともよいため製造が簡単になる。
【００２０】また、合い口隙間は、その隙間幅が一定ではなく、ピストンの往復運動によって変化する。このため、合い口隙間に介在してある弾性材にはピストンの往復運動に合わせて応力が発生するので、弾性材はこれを合い口隙間に接着剤等で固着してあっても経年変化するに連れて分離し易くなることが考えられる。
【００２１】一方、エンジンの作動行程のうち爆発および圧縮行程の作動時にピストンリングの上面に圧力が特に加わる。このため、前記合い口の形状を、ピストンリングの径方向に正対して見たときに、ピストンリングの前記上面側で広くかつ下面側で狭い先細りになるようにしておけば、ピストンリングに係る上からの圧力に対しては先細り形状の合い口面が妨げとなって、弾性材は合い口に一層密着してシール性が極めて高まる。よって、ガス漏れには極めて有効になる。
【００２２】なお、ピストン作動中に弾性材に下からかかる力は上からかかる力に比して小さいが、この場合、前記合い口隙間は、力の向きから考慮すると末広がりになるため、弾性材が剥がれ易い。
【００２３】そこで弾性材の形状を例えば円形状または楕円形状にしておけば、上下いずれの側からの力に対しても弾性材は取れにくくなる。また、合い口における弾性材との接触長さは、円形の合い口隙間の方が長いため、円形の合い口隙間にした方がガス漏れは少なくなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明のピストンリングの実施の形態を添付した図面に基いて説明する。
〈実施の形態〉図１〜図３を用いて、本発明のピストンリングの実施の形態を説明する。
【００２５】本発明に係るピストンリング１が従来のピストンリングと大きく異なる点は、ピストンリング１の切断部である合い口３にできた合い口隙間４に弾性材５を介在させたことにある。
【００２６】図１に示すように、弾性材５は、これをピストンリング１に備えたときに、合い口隙間４だけでなくピストンをシリンダに嵌入したときにピストンヘッドとシリンダヘッドとの間に形成される燃焼室側に面するピストンリング１の上面７とピストンリング１の内側に沿った内周面９とにも配されるようにその形状が特定されている。
【００２７】すなわち、弾性材５の概観は、ピストンリング１と同様にリング状をしている。詳しくは、弾性材５をピストンリング１に組み込んだときに、ピストンリング１の上面７および背面９にそれぞれ対応して位置する天板部１１および背板部１３と、合い口隙間４に嵌合される形状にされているとともに合い口隙間４の隙間幅Ａよりも幾分厚みがある嵌合部１４とを一体成形してなるものである。なお、嵌合部１４の厚みとは、弾性材５の周方向における寸法のことである。
【００２８】また、この実施の形態では、ピストンリング１は、バット・ジョイント型であり、例えば鋳鉄または鋼鉄製である。また、弾性材５は軟質性の樹脂またはゴムであってピストンリング１に対する固体充填材として使用される。そして、弾性材５は、例えば接着剤等の固定手段でピストンリング１に一体化される。
【００２９】そして、前記のように、ピストンリング１は、バット・ジョイント型であり、その横断面は矩形状である。よって、合い口隙間４は直方体形状の隙間となる。このため、弾性材５の嵌合部１４も直方体形状を呈するように形成されている。
【００３０】また、弾性材５の嵌合部１４における横断面は、矩形であるが、嵌合部１４以外の箇所での横断面はＬの字を横倒しにした如き形状をしている。
〈実施の形態の作用効果〉しかして、ピストンリング１は、合い口隙間４に弾性材５を介在させてピストンリング１と弾性材５とを一体化したので、ピストンリング１をピストンに嵌め込むために合い口３を広げた場合は、それに応じて弾性材５が延びる。このため、弾性材５の嵌合部１４をピストンリング１の合い口隙間４に介在させてもピストンリング１のピストンへの取付けには何ら支障ない。
【００３１】また、合い口隙間４の隙間幅Ａよりも嵌合部１４の厚み寸法が大きめであるので弾性材５をピストンリング１に取り付けて合い口隙間４に嵌合部１４が嵌合されると、ピストンリング１に張力が生じこのときの張力によって嵌合部１４は常時ピストンリング１の周方向に押圧された状態になる。
【００３２】このため、合い口３の加工精度がそれほど良くなくともその精度の悪さを弾性材５が吸収するので、合い口３の密閉度が向上し、シール性が高まる。よって合い口隙間４からのブローバイガスの漏れを極めて良好に防止できる。
【００３３】さらに、弾性材５の嵌合部１４を合い口隙間４に入れたときにピストンリングに所望の張力を得られるように嵌合部１４と合い口隙間４との大きさを設定しておけば、合い口隙間４が小さ過ぎることに起因してピストンリング１の張力が得られなくなることはない。このため、ピストンリング１が破損したり、シリンダ壁の損傷や焼きつきを起こしたりすることもない。
【００３４】加えて、ピストンリング１の上面７および背面９にそれぞれ弾性材５の天板部１１および背板部１３を配してあるので、ピストンリング１の上面７および背面９は、直接、ピストンのリング溝に触れなくなる。よって、ピストンリング１の上面７および背面９にあっては、その加工精度をさほど高める必要がないので、ピストンリング１の製造が簡単にできる。
【００３５】また、合い口隙間４に介在してある嵌合部１４にはピストンの往復運動に合わせて応力を生じる関係で、嵌合部１４を合い口隙間４に固着してあっても経年変化によって分離してしまうことが考えられる。
【００３６】そして、エンジンの作動行程のうち爆発および圧縮行程の作動時にピストンリング１の上面７に圧力が特に加わる。このため、ピストンリング１の径方向に正対してピストンリング１を見たときの合い口隙間４の形状が図２に示すようにピストンリング１の上面７側で広くかつ下面側で狭い先細り形状にしておけば、上からの圧力を受けても合い口面４ａが妨げとなって嵌合部１４が外れ難くなる。
【００３７】なお、下から嵌合部１４にかかる力は上から嵌合部１４にかかる力に比して小さいが、ピストンリング１の径方向に正対して合い口隙間４を見たときに、その形状が円形状または楕円形状のごとく合い口の形状をそこに嵌合される嵌合部１４を囲繞するように設定しておけば、上下いずれの側からの力に対しても嵌合部１４は外れにくくなる。
【００３８】また、合い口３における嵌合部１４との接触長さは、円形等の合い口隙間の方が長いため、円形等の合い口隙間にした方がガス漏れは少なくなる。合い口隙間４の形状を前記のように変えた場合は、それに応じて嵌合部１４の形状も変形させることはあえて述べるまでもない。
【００３９】
【発明の効果】本発明のピストンリングによれば、その製造を簡単にすることができるばかりか本発明のピストンリングをピストンに適用すればブローバイガス等の流体漏れを極めて有効に防止することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２０日（１９９９．１０．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９２４４
【弁理士】
【氏名又は名称】遠山 勉 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１１６１４５（Ｐ２００１−１１６１４５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２７日（２００１．４．２７） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２９８４４７ |
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