JPS627382B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ピストンリング及びその製造方法
に関する。特に、この発明は、往復動ピストン内
燃機関におけるピストンと拡張スプリング間の摩
耗および埋没の問題を減少するための方法に関す
る。

先行技術において、この種の油かきリングは、
分割された、環状の、相対的に軟かな鋳鉄製の密
封リングと、より硬い、金属製拡張スプリングを
使用することが記載されており、該リングとその
内径を取り巻くスプリング間の高単位荷重は、リ
ングとスプリング両者の摩耗の原因となる。摩耗
が過大となると、リング内へのスプリングの埋没
を招来し、両部品の利用は、油膜制御の喪失と、
最終的にはエンジンの破壊の原因となる。この摩
耗と理没の問題は、取り付け及び運転時におい
て、リングとスプリング間の相対的移動が大きな
量となる部分、即ち密封リングのギヤツプの領域
において、特に顕著である。従来技術は、ウイレ
ムへの米国特許第3955823号のようにスプリング
デザインの変更、ルースナーへの米国特許第
3459432号のようにリングのギヤツプ領域におけ
るオイルリングの幾何学的変形、および、ウイレ
ムとシヤンタへの米国特許第4045036号のように
リングとスプリング間にスペーサあるいはシムを
配置することによつて、摩耗及び一体化の問題に
取入ろうとしている。リング内径面へのクロムメ
ツキもまた試みられているけれども、不当に高価
なものとなり、スプリングの過度の摩耗原因とな
ることがわかつている。

この発明の目的は、製造においては経済的であ
り、運転時においては信頼できるピストン密封リ
ング及びその製造方法を提供し、密封リングと拡
張スプリング間の摩耗と埋没の問題を減少あるい
は除去することである。

この発明の特徴および長所は、他の目的と共
に、下記の説明、特許請求の範囲おび添付図面に
よつて、良く理解されよう。

第１図において、普通のピストン２０は、ガソ
リンあるいはデイーゼル内燃機関のシリンダ２２
内に往復動自在に配置されている。ピストン２０
は周溝を有しており、少くとも一本の油膜調節リ
ング組立体２４が配置されている。第２〜３図
は、油かきリング組立体２４を拡大して詳細に示
しており、組立体は、分割された、環状の鋳鉄製
密封リング２６と、該リング２６の内側で関連す
るピストン溝内に配設される環状に巻かれた拡張
スプリング２８とから成つており、スプリング２
８は、リング２６における半径方向内側向きに相
対向しているスプリング受溝あるいはチヤンネル
３０内に配設されている。スプリング２８は、リ
ング溝３０の対向表面３２に対して円周方向に伸
長すべく適合しており、而して、リング２６はス
プリング２８によつて円周方向に広げられ、シリ
ンダ２２の対向壁面に密封係合する（第１図）。

リング２６の半径方向外面、即ち密封エツジ
は、一対の外方に向けてテーパ状の截頭円錐形側
部３４を具えており、摩耗を減少するために、３
６で示すように、クロムメツキがなされている。
環状の油収集チヤンネル３８がリング側部３４間
に設けられ、内部リングチヤンネル３０に複数の
円周方向に延設され、半径方向内側にテーパ状の
油排出孔、即ちリングの円周方向に沿つて整列し
た孔４０を介して連通している。分割されたリン
グ２６は、相対向するリング端４４によつて限定
されるリングギヤツプ４２を有しており、リング
と対向するシリンダ壁の形状の変化に追従するよ
うに、リング２６の円周方向の可撓性を許容して
いる。

この発明に従つて、密封リング２６と拡張スプ
リング２８間の摩耗と埋没は、リングのスプリン
グ係合表面３２の硬化によつて、減少および除去
される。特に、この発明の決定的な特徴は、リン
グギヤツプ４２に直近の区域あるいは範囲におい
て、リング端４４部分のみでリング表面３２を硬
化することであり、リング円周の残りの部分は軟
かい状態のままにしておき、疲労や挫折をもたら
すことなくリングを拡張・収縮させてシリンダボ
アに追従させることである。リングギヤツプに隣
接したリング端４４の硬化された部分は、第３図
において、リング円周の残部に比べ密な斜線で図
示されている。この発明の試験の結果、焼入れ可
能なダクタイル鋳鉄から成る密封リングは、下記
の組成のものが有効であつた：炭素3.10〜3.70
％、珪素2.0〜2.6％、硫黄、最大0.05％、燐、最
大0.1％、マンガン0.6〜0.9％、クロム0.15〜0.35
％、モリブデン0.15〜0.35％、ニツケル0.7〜1.0
％、マグネシウム0.02〜0.07％、および、鉄、残
部。リングは、マルテンサイト微小組織をしてお
り、加工を容易にするために、ロツクウエルＢス
ケール995〜108の硬度に焼入された。この発明に
従つて、リング端がロツクウエルＣスケールで最
低50、好ましくは、同Ｃスケール55〜60に焼入れ
された時、該焼入れされた部分は、焼の入つてい
ないマルテンサイト微小組織を呈する。リング表
面３２の焼入れされた部分は、第３図において、
３２ａで示されている。３０２ステンレススチー
ルスプリング用材から構成されるスプリング２８
は、ロツクウエルＣスケール４０の硬度を持つて
いる。

リング端４４におけるリング表面３２の焼入れ
方法の一つが、第４図に略図的に示されており、
誘導加熱コイル５０は、対向するリング端４４を
取り囲んでおり、高周波電気信号の適当な電源５
２に接続されている。高周波焼入れがなされた
時、リング端は、その断面全体が硬化する。リン
グ製造の一方法において、リング端は760〜898.9
℃（1400〜1650〓）級の温度まで誘導加熱された
後に、油で急冷される。これらの高周波誘導焼入
れ工程は、クロムメツキ３６（第２図）を施す段
階、該クロムメツキ層のラツプ仕上げ、油排出孔
４０の穿孔および軸方向リング側壁の研削の諸工
程に先立つて好ましくは実施される。後に行なわ
れるこれらの加工処理は、リング端の誘導加熱お
よびそれに続く冷却に起因するリングの歪のほと
んど、あるいは全部を取り除くことがわかつた。
熱処理される範囲がギヤツプ４２に近く、そこで
の動的応力は非常に小さく、更にリング端が全体
に焼入れされたことによる多少の脆弱性は有害で
はないという理由によつて、誘導焼入れの後にオ
イルリングを焼戻す、即ちテンパーすることの必
要性は考慮されていなかつた。好ましくは、油排
出孔４０は、リング端４４における誘導焼入れさ
れる部分には穿設されない。「ボア直径」（シリン
ダ２２の直径）139.7mm（5.5インチ）の誘導焼入
れされたリング２６の一実施態様において、リン
グ表面３２は、ギヤツプ４２から両方向に、19mm
（0.75インチ）の弧にわたつて焼入れされた。現
技術水準に於ける誘導焼入れ装置は精密でないた
めに、焼入れされる端部円弧の特定の長さに対し
て誤差範囲は±6.35mm（0.25インチ）である。こ
のために、約19mm（0.75インチ）の弧の長さにわ
たつて焼入れすることは、他のボア直径の密封リ
ングに対しても有効であろうことは予期し得る。

第５図は、スプリングの係合するリング表面３
２を硬化させる他の方法を示しており、好ましく
は、油排出孔４０を穿設したり、クロムメツキ３
６を施したりなどの加工を行つた後に、例えば、
レーザ５４からの輻射エネルギーがリングギヤツ
プ４２に隣接した表面３２上に照射される。第５
図に略図的に記載されたレーザ焼入れ法は、自己
冷却の利点を具えていると共に、第５図におい
て、表面部分３２ａに密な斜線で示したように、
ギヤツプ４２に隣接したリング溝の表面のみを焼
入れできる利点を具えている。レーザ焼入れ技術
は、リング端にほとんど歪を残さないので、リン
グ製造の最終段階に用いることができる。又、約
19mm（0.75インチ）の長さの焼入れされた弧の長
さも期待できる。多数の評価試験と、特別に設計
された試供品による200時間の連続運転の後、焼
入れされたリング表面部分を持たない第２図に示
された形式のオイルリングは、リングギヤツプ４
２に隣接して、平均0.0508mm（2/1000インチ）の
埋没深さを持つたことが見いだされた。同様の試
験状態下において、レーザ及び誘導焼入れした上
記形式のリングは、リングギヤツプに隣接した焼
入れリング表面域３２ａ、あるいは、リングギヤ
ツプから間隔を置いた表面３２に、測定可能なほ
どの摩耗は見いだせなかつた。

この発明は、現在望まれているリング構造及び
リング組立体に関連して図示、説明してきたけれ
ども、他の構造あるいは断面形状の焼入れ可能な
リング、および他の形状の円周方向に圧縮可能な
拡張スプリングにも期待し得ることは理解されよ
う。同様に、レーザ５４（第５図）は、リングギ
ヤツプに隣接した表面を加熱及び焼入れするため
にリング表面３２上に輻射エネルギーを照射する
適当なメーザ等に置き換えることが出来る。実際
に、例えばトーチのような他の熱源をリング端の
加熱焼入れに用いることがきるけれども、この発
明を実施するためのこのような変更態様は、リン
グ形状に過度の歪を招来する。しかし、この発明
が、添付した特許請求の範囲の精神と範囲内にお
いて、上述の、あるいは他の全ての変更、修正を
包含することを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、シリンダと、この発明に係る密封リ
ングを含むオイルリング組立体を備えたピストン
の部分図であり、ピストンとリングの部分は、リ
ング組立体を示すために破断されている。第２
図、第３図は、第１図２―２線、３―３線に沿つ
た断面図である。第４図は、この発明に係るリン
グ製造法を略図的に示す部分断面平面図である。
第５図は、この発明に係る別のリング製造法を示
す、第４図と同様の部分図である。 ２４：リング組立体、２６：密封リング、２
８：拡張スプリング、３０：スプリング受溝、３
２：リング表面、３２ａ：焼入れ表面、４２：リ
ングギヤツプ、４４：リング端、５０：誘導加熱
コイル、５４：レーザ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 往復動ピストンにおけるピストンオイルリン
   グ組立体に使用するためのピストンリングであつ
   て、分割された環状の密封リングからなり、該リ
   ングはピストンリング溝内に配設されるように構
   成されていると共に、シリンダ壁と密封係合すべ
   く前記リングを拡張させるように前記溝内に配設
   される拡張スプリングが係合するに適した半径方
   向内方を向いたリング表面を具えており、リング
   ギヤツプに隣接した各々のリング端領域のリング
   表面部分は他のリング表面部分に比較して実質的
   に硬く焼入れされていることを特徴とする密封ピ
   ストンリング。 ２ 前記リング端領域が、リング端の夫々に隣接
   して約19mmの長さの弧上に夫々延びている特許請
   求の範囲第１項に記載の密封ピストンリング。 ３ 前記リング端領域のリング表面部分が表面焼
   入れされている特許請求の範囲第１項に記載の密
   封ピストンリング。 ４ 前記表面焼入れが前記リング端領域の内部に
   まで及んでいる特許請求の範囲第３項に記載の密
   封ピストンリング。 ５ 前記リング端領域のリング表面部分が、少な
   くともロツクウエルＣスケールで50の硬度まで焼
   入れされている特許請求の範囲第１項に記載の密
   封ピストンリング。 ６ 密封リングは、ロツクウエルＢスケールで95
   〜108の範囲の硬度を持つた分割された環状の鋳
   鉄製リング部材から成つていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第５項に記載の密封ピ
   ストンリング。 ７ 前記リング端領域のリング表面部分がロツク
   ウエルＣスケールで55〜60の硬度を持つた特許請
   求の範囲第６項に記載の密封ピストンリング。 ８ シリンダ壁に対して密封係合状にリングを拡
   張させるために、環状スプリングが係合するに適
   した半径方向内方に向かうリング表面を含むピス
   トンオイルリング組立体のための分割された環状
   密封リングの製造法において、分割されたリング
   端に極めて隣接したリング端領域において、リン
   グ表面を焼入れする工程を含むことを特徴とする
   密封ピストンリングを製造する方法。 ９ 前記リング表面に焼入れする工程が、前記リ
   ング端領域上に輻射電磁エネルギーを照射する工
   程を含んでいる特許請求の範囲第８項に記載の方
   法。 １０ 前記リング表面に焼入れする工程が、前記
   リング端領域上をレーザ焼入れする工程を含んで
   いる特許請求の範囲第８項に記載の方法。 １１ 前記リング表面を焼入れする工程が、前記
   リング端領域の内部にまでの焼入れをともなう特
   許請求の範囲第８項に記載の方法。 １２ 前記リング端領域の内部にまでの焼入れを
   ともなう前記リング表面を焼入れする工程が、該
   リング端領域を誘導焼入れする工程を含んでいる
   特許請求の範囲第１１項に記載の方法。 １３ 前記リング端領域が、各々のリング端から
   約19mmの長さの弧上に広がつている特許請求の範
   囲第８項に記載の方法。 １４ 前記リング表面を焼入れする工程が、リン
   グ端領域の誘導加熱と急冷の工程を含んでおり、
   この焼入れする工程後に前記リングの半径方向に
   貫通するオイル排出孔を穿設することを含む加工
   を行い、前記リング端領域の誘導加熱と急冷した
   工程に起因してリングに発生した歪を同時に減少
   させることを特徴とする特許請求の範囲第８項に
   記載の方法。 １５ 前記リングがロツクウエルＢスケールで95
   〜108の範囲の硬度を有する焼入れ可能な鋳鉄で
   形成されており、前記リング表面をリング端領域
   において、ロツクウエルＣスケールで最低50に焼
   入れする特許請求の範囲第８項に記載の方法。 １６ 前記リング端領域のリング表面をロツクウ
   エルＣスケールで55〜60に焼入れする特許請求の
   範囲第８項に記載の方法。