JPH07139631A - 圧力リング - Google Patents

圧力リング

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JPH07139631A
JPH07139631A JP29071593A JP29071593A JPH07139631A JP H07139631 A JPH07139631 A JP H07139631A JP 29071593 A JP29071593 A JP 29071593A JP 29071593 A JP29071593 A JP 29071593A JP H07139631 A JPH07139631 A JP H07139631A
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JP
Japan
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pressure ring
ring
wear
notch
mating
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JP29071593A
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English (en)
Inventor
Takeshi Tsuchiya
武司 土屋
Tsutomu Kimura
勉 木村
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Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12Details
    • F16J9/14Joint-closures

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 特殊合い口構造を有する圧力リングにおける
合い口部の耐折損性を向上させる。 【構成】 内燃機関用ピストンリングであって、一方の
合い口端部2に切欠凸部2aを設けるとともに、他方の
合い口端部3に前記切欠凸部2aと係合する形状の切欠
凹部3aを設けてなる特殊合い口構造の圧力リング1に
おいて、シリンダの内周面と当接するピストンリングの
外周面4に、イオンプレーティング法などによって、厚
さ3〜30μmの耐摩耗性被膜(Cr−N,Cr2 Nな
ど)(図示せず)を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧力リングに関し、特
に、特殊合い口構造を有する圧力リングにおける合い口
部の耐折損性を向上させた圧力リングに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に往復動内燃機関のピストンには、
ピストンリングとして圧力リングとオイルリングとが装
着される。この圧力リングは、高圧の燃焼ガスが燃焼室
側からクランク室側へ流出する現象(ブローバイ)の防
止機能およびシリンダ内壁の余分な潤滑油が燃焼室に流
入することを防止している。一方、オイルリングは、シ
リンダ内壁の余分な潤滑油がクランク室側から燃焼室側
へ侵入して消費される現象(オイルアップ)の抑制機能
を有する。そして、従来の標準的なピストンリングの組
合せとしては、トップリングおよびセカンドリングから
なる2本の圧力リングと1本のオイルリングとの計3本
のピストンリングの組合せが知られている。
【0003】一方、内燃機関の低燃費化の要請からピス
トンリングの構成についても種々の検討がなされ、特に
1本の圧力リングと1本のオイルリングとを組合せた2
本構成のピストンリングは、摩擦損失を低減し、内燃機
関の一層の効率化を可能にする技術として注目されてい
る。
【0004】しかしながら、この2本構成のピストンリ
ングはシール性の維持に留意しなければならない。従っ
て、ここに使用される圧力リングは、気密特性に優れて
いることが要求される。かかる気密特性の向上を図った
圧力リングとして、たとえば図1に示す特殊合い口構造
(いわゆるダブルラップジョイント構造)の圧力リング
が提案されている(実公平1−22916号公報参
照)。
【0005】図1に示すように、この特殊合い口構造の
圧力リング1は、一方の合い口端部2に切欠凸部2aを
設けるとともに、他方の合い口端部3に前記切欠凸部2
aと係合する形状の切欠凹部3aを設けている.そし
て、圧力リング1は、合い口端部2および3で広げられ
ピストン外周面のリング溝に装着され、切欠凸部2aと
切欠凹部3aが互いに係合して圧力リング1の合い口端
部2および3をオイルシールする構造になっている。
【0006】また、上記特殊合い口構造の圧力リングに
おいては、図7に示すように、シリンダの内周面と当接
するピストンリングの外周面4に、厚さ100〜150
μm程度のクロムメッキ処理5を施し、耐摩耗性を付与
している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の特殊合い口構造の圧力リングは、ピストンリン
グの外周面4に施されるクロムメッキ5等の厚さtが、
100〜150μm程度と厚いため、その分ピストンリ
ングの幅(通常1.2mm〜1.5mm)および切欠凸
部2aの幅Tが制約を受け、その結果、切欠凸部2aの
曲げ強度を示す断面係数(Z)(N方向)が小さくな
り、切欠凸部2aが折れやすくなるという問題がある。
【0008】また、クロムメッキ等は、摺動面摩耗によ
るピストンリング合い口の広がりによって、図2に示す
ラップ長lが減少し、特に高速回転時のオイルシール性
が悪化し、オイル消費が増大するという問題がある。す
なわち、ラップ長lとオイル消費量とは図3に示す関係
があり、ラップ長lの下限値はオイル消費量を考慮する
と約1.0mmを確保する必要があり、ラップ長lが減
少し約1.0mm以下になるとオイルシール性が悪化
し、オイル消費が増大する。
【0009】一方、図2に示すように、摩耗によるピス
トンリング合い口の広がりによってラップ長lが減少す
るのを補うため、あらかじめラップ長lをこの減少分だ
け長くすると、その分切欠凸部2aの長さ(腕の長さ)
Lも長くなり、一定荷重が切欠凸部2aに加わった場
合、基端部Aにより大きな曲げモーメントが加わり、切
欠凸部2aの細い基端部Aが折れやすくなるという問題
がある。
【0010】本発明は上記問題点にがんがみてなされた
ものであり、特殊合い口構造を有する圧力リングにおけ
る合い口部の耐折損性を向上させた圧力リングの提供を
目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の圧力リングは、内燃機関用ピストンリングで
あって、一方の合い口端部に切欠凸部を設けるととも
に、他方の合い口端部に前記切欠凸部と係合する形状の
切欠凹部を設けてなる特殊合い口構造の圧力リングにお
いて、シリンダの内周面と当接するピストンリングの外
周面に厚さ3〜30μmの耐摩耗性被膜を形成した構成
としてある。
【0012】また、本発明の圧力リングは、必要に応
じ、前記耐摩耗性被膜を、イオンプレーティング法、ス
パッタ法、真空蒸着法、または化学的蒸着法によって形
成した構成とし、あるいは、前記耐摩耗性被膜が、Cr
−N,Cr2 N,TiN,Ti/TiN,TaN,Zr
N,TiC,TaC,SiCまたはTa2 5 である構
成とした。
【0013】
【作用】上記構成からなる本発明の圧力リングは、図4
に示すように、シリンダの内周面と当接するピストンリ
ングの外周面4に施される耐摩耗性被膜5の厚さを3〜
30μmとしてあるので、従来(図7)に比べピストン
リングの幅および切欠凸部2aの幅Tを長く取ることが
でき、その結果、切欠凸部2aの曲げ強度アップに寄与
できる断面係数を大きくすることができ、したがって、
切欠凸部2aが折れにくくなる。
【0014】また、ピストンリングの外周面4に施され
る耐摩耗性被膜5の耐摩耗性は、従来のクロムメッキ等
に比べ耐摩耗性が大きいので、摩耗によるピストンリン
グの広がりによってラップ長が減少し、オイルシール性
が悪化し、オイル消費が増大しにくい。さらに、摩耗に
よるピストンリング合い口の広がりがなく、ラップ長を
その分短くできるので、曲げモーメントの腕の長さが短
くでき、切欠凸部2aの細い基端部が折れにくい。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本発明の圧力リングは、図1に示すように、特殊
合い口構造(ダブルラップジョイント構造)の圧力リン
グ1であり、一方の合い口端部2には切欠凸部2aが設
けてあり、他方の合い口端部3には前記切欠凸部2aと
係合する形状の切欠凹部3aを設けてある。
【0016】本発明の圧力リング1においては、シリン
ダの内周面と当接するピストンリングの外周面4に厚さ
3〜30μmの耐摩耗性被膜5を形成してある。ここ
で、耐摩耗性被膜5の厚さを3〜30μmとすると、断
面係数は図5に示すようになり、断面係数の値が大きく
なると耐折損強度(疲労限界強度)は増大し、また、図
5から明らかなようにクロムメッキ厚100μmに対
し、本発明の耐摩耗性被膜30μmで計算した断面係数
の最小強度向上は、0.146〜0.153mm3 であ
り、クロムメッキ厚150μmに対し、本発明の耐摩耗
性被膜3μmで計算した断面係数の最大強度向上は、
0.146〜0.162mm3 である。
【0017】本発明の圧力リングにおいて、厚さ3〜3
0μmの耐摩耗性被膜を形成する方法としては、耐摩耗
性の点でメッキ法より耐摩耗性に優れるすべての処理が
挙げられる。
【0018】かかる処理としては、加熱蒸発させた蒸発
原子をアルゴングロー放電中でイオン化し、負に印加し
た素地表面上に衝突させ、凝固させるイオンプレーティ
ング法、アルゴングロー放電によって不活性ガスをイオ
ン化し、この不活性ガスイオンを負に印加したターゲッ
トに衝突させ、飛散したターゲット物質を素地表面上に
凝固させるスパッタ法、高真空中で金属を加熱蒸発さ
せ、蒸発原子を素地表面上に凝固させる真空蒸着法など
の物理的蒸着法(PVD法)、あるいは、熱CVD法、
プラズマCVD法、光CVD法等の化学的蒸着法(CV
D法)等が挙げられる。
【0019】これらの方法で形成される耐摩耗性被膜
は、クロムメッキに比べ摩耗量が1/36であり、ほと
んど摩耗がないため、0.1mmのラップ長で間に合
う。したがって、ラップ長を必要最小限に抑え、腕の長
さLを減じて耐折損強度の向上を図ることができる。ま
た、ラップ長が摩耗によって減少しないので、図3にお
いて説明したように、オイルシール性が悪化し、オイル
消費が増大することがない。
【0020】本発明の圧力リングにおいて、ピストンリ
ングの外周面に形成される耐摩耗性被膜の種類として
は、Cr−N,Cr2 Nのほか,TiN,Ti/Ti
N,TaN,ZrN,TiC,TaC,SiC,Ta2
5 等が挙げられる。
【0021】なお、本発明の圧力リングの切欠凹部およ
び切欠凸部の形状は、図1に示す形状に限定されず、例
えば、図6(a)〜(c)に示す形状であってもよい。
【0022】
【発明の効果】以上に説明したように本発明の圧力リン
グによれば、特殊合い口構造を有する圧力リングにおけ
る合い口部の耐折損性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧力リングの特殊合い口構造を示す斜
視図図である。
【図2】図1の正面図である。
【図3】ラップ長さとオイル消費量の関係を示すグラフ
である。
【図4】本発明の圧力リングの特殊合い口構造部分の断
面図である。
【図5】断面係数と耐折損強度の関係を示すグラフであ
る。
【図6】圧力リングの特殊合い口構造の他の態様を示す
斜視図図である。
【図7】従来の圧力リングの特殊合い口構造部分の断面
図である。
【符号の説明】
1…圧力リング 2…一方の合い口端部 2a…切欠凸部 3…他方の合い口端部 3a…切欠凹部 4…ピストンリングの外周面 5…耐摩耗性被膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関用ピストンリングであって、一
    方の合い口端部に切欠凸部を設けるとともに、他方の合
    い口端部に前記切欠凸部と係合する形状の切欠凹部を設
    けてなる特殊合い口構造の圧力リングにおいて、 シリンダの内周面と当接するピストンリングの外周面に
    厚さ3〜30μmの耐摩耗性被膜を形成したことを特徴
    とする圧力リング。
  2. 【請求項2】 前記耐摩耗性被膜が、イオンプレーティ
    ング法、スパッタ法、真空蒸着法、または化学的蒸着法
    によって形成された被膜であることを特徴とする請求項
    1記載の圧力リング。
  3. 【請求項3】 前記耐摩耗性被膜が、Cr−N,Cr2
    N,TiN,Ti/TiN,TaN,ZrN,TiC,
    TaC,SiCまたはTa2 5 であることを特徴とす
    る請求項1または2記載の圧力リング。
JP29071593A 1993-11-19 1993-11-19 圧力リング Pending JPH07139631A (ja)

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GB9422513A GB2284037B (en) 1993-11-19 1994-11-08 Piston ring
DE19944441136 DE4441136A1 (de) 1993-11-19 1994-11-18 Druckring

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DE (1) DE4441136A1 (ja)
GB (1) GB2284037B (ja)

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