JP3364590B2 - ピストンリングの取り付け方法 - Google Patents
ピストンリングの取り付け方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は互いに摺動するピス
トンとシリンダの間のシールをするシール構造に関し、
特に、樹脂材料で形成されたアウタリングを、インナリ
ングを介して、リング張力提供部材でシリンダ面に押圧
する内燃機関用のピストンリングとしてのシール構造に
関する。 【０００２】 【従来の技術】互いに摺動するピストンとシリンダの間
をシールするためにシール構造を設けることは広くおこ
なわれている。例えば、内燃機関においてもいわゆるピ
ストンリングがピストンリング溝に配置されている。こ
のピストンリングは従来より金属製のものが多く使われ
ているが、樹脂製のピストンリングも開発されている。
例えば、フッ素樹脂の１つであるポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）で合口を設けずエンドレスに形成さ
れたアウタリングを、同じＰＴＦＥで合口を設けずエン
ドレスに形成されたインナリングを介して、金属製のコ
イルエキスパンダから成るリング張力提供部材で半径方
向外側に押圧するようにしたピストンリング構造体とし
てのシール構造が公知である（特開平９−２８０３７３
号公報参照）。上記公報のシール構造は、リングをイン
ナリングとアウタリングに分割し、インナリングにより
リング溝まわりのシール性を確保し、アウタリングによ
りシリンダ壁との摺接部のシール性を確保するようにし
た優れたものである。 【０００３】ところが、上記公報のシール構造では、イ
ンナリングもアウタリングも同じＰＴＦＥを用いてい
る。しかしながら、ＰＴＦＥは限界のＰＶ値（面圧Ｐと
すべり速度Ｖの積）が低くてシリンダ壁との摺接部が充
分な耐久性を得ることができない、また熱膨張率が大き
いために温度が上がるとコイルエキスパンダの張力によ
るシリンダ壁への押しつけ力が大きくなって機関の摩擦
損失を増大してしまうという点がアウタリングに関して
問題となる。また、インナリングに関しては、機関運転
時に高温になるとコイルエキスパンダが食い込み永久歪
みを起こしてしまいそれに起因してリング溝まわりのシ
ール性が低下する等の問題がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】そして、このようなピ
ストンリングはピストンリングに組み付けるのが難し
い。そこで、本発明は 樹脂製のエンドレスのアウタリ
ングとインナリングで構成されるシール部材を付勢手段
でシリンダに向けて付勢するピストンリングを、ピスト
ンリング溝に簡単、確実に組み付ける方法を提供するこ
とを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、内燃機関のシリンダの内側を摺動するピストンのピ
ストンリング溝に、ポリイミド樹脂で形成されるアウタ
リングと、インナリングで構成されるシール部材と、シ
ール部材をシリンダに向けて付勢する付勢手段とから構
成される、ピストンリングを組み付ける方法であって、
ピストンリング溝に付勢手段を装着する第１の工程と、
ピストン外周に合う円筒部に向かって拡がる円錐台部を
有するリングガイドを、円筒部の下端が当該ピストンリ
ング溝の直ぐ上のランドの中央付近にくるようにピスト
ンの頂部側から被せる第２の工程と、インナリングを前
記円錐台状のリングガイドを利用してピストンリング溝
に装着する第３の工程と、ピストンリング溝に装着され
付勢手段で外側に押圧されているインナリングを、その
最外部がピストンリング溝の外側に出ないように、イン
ナリング押さえ治具で径方向内側に押しこんだ状態で、
アウタリングを前記円錐台状のリングガイドを利用して
ピストンリング溝に装着する第４の工程と、を含み、イ
ンナリング押さえ治具がインナリングを径方向内側に押
圧する押圧部分と、他のリング溝に嵌合して位置決めを
する嵌合部分とを備えている、ことを特徴とするピスト
ンリングの組付け方法が提供される。このようにされた
ピストンリングの組み付け方法ではインナリング押さえ
治具で容易かつ確実にインナリングをリング溝の内側に
押し込むことができるので、ピストンリング溝に、ポリ
イミド樹脂で合口を設けずエンドレスに形成されている
アウタリングと、インナリングで構成されるシール部材
と、シール部材をシリンダに向けて付勢する付勢手段と
から構成される、ピストンリングを、ピストンリング溝
に容易に組み付けることができる。 【０００６】 【０００７】 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施の形態を説明する。図１は本発明によるシール構造
のピストンリングの第１の実施の形態を示したものであ
って、ピストンのセカンドリングとして用いられるもの
である。図１において、１００はピストンであり、１２
０はピストン１００に形成されたリング溝、２００はピ
ストン１００が摺動するシリンダ壁である。なお、リン
グ溝１２０はピストン１００の頂部（図示しない）の方
から数えて２番目のセカンドリング溝である。そして、
リング溝１２０に、全体が１０で示されるピストンリン
グがはめ込まれている。ピストンリング１０は、ピスト
ン１００の半径方向外側から内側に順に配設されたアウ
タリング２０、インナリング３０、コイルエキスパンダ
４０から成る。アウタリング２０はポリイミド製であっ
て、熱膨張係数が３×１０-5／Ｋ以下、破断伸びが１０
％以上の特性を有するものである。このアウタリング２
０のピストン軸線方向の高さＢout は、運転状態にある
時に、インナリング３０のピストン軸線方向の高さＢin
よりも小さいように設定されている。 【００１８】図１はこの機関が運転状態で高温ににある
時でピストン１００が下死点から上死点に向かって移動
している途中の様子を示しており、アウタリング２０の
下面２２はリング溝１２０の底部面１２２に押しつけら
れている。なお、上死点から下死点に向かって移動する
ときは逆にアウタリング２０の上面２１がリング溝１２
０の上部面１２１に押しつけられる。このアウタリング
２０の上、下面２１、２２と、リング溝１２０の上部、
底部面１２１、１２２の交番的な密着により、リング溝
１２０の断面に沿って流れようとするブローバイガスの
シールが行われる。アウタリング２０の、半径方向外側
の、シリンダ壁２００との摺動面は溝２３によって上側
摺動面２４と下側摺動面２５に分割されている。この様
に摺動面を上側摺動面２４と下側摺動面２５に分割する
ことによってアウタリング２０は半径方向の幅Ｔout を
比較的薄くしているにも係わらず安定した姿勢でシリン
ダ壁２００の上を摺動することができる。そして上側摺
動面２４、下側摺動面２５の上端縁部分にはそれぞれ面
取り２６、２７が施されている。面取り２６、２７を設
けることにより、ピストン１００が上昇する時の油膜の
かきあげが小さくなり、いわゆるオイル上がりが抑制さ
れる。 【００１９】またアウタリング２０には全面にわたって
ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のコーティング
が施されている。これにより、上下摺動面２４、２５が
シリンダ壁２００の上を摺動することによる磨耗が低減
されるとともに、アウタリング２０の上面２１がリング
溝１２０の上部面１２１、下面２２がリング溝１２０の
底部面１２２と、それぞれ反復的に当接することによる
磨耗も低減され、耐久性の向上に寄与する。なお、コー
ティングの材質はダイヤモンドライクカーボンの他、窒
化チタン（Ｔi Ｎ）、窒化クロム（Ｃr Ｎ）でもよい。 【００２０】インナリング３０はスチール製であって合
口を設けて形成されている。インナリング３０の内径側
には上方内側に向かう上方傾斜面３３と、下方内側に向
かう下方傾斜面３４が形成されていて後述のコイルエキ
スパンダ４０を一定の位置に保持できるようにされてい
る。そして、スチール製であることによってコイルエキ
スパンダ４０が食い込むことはない。このインナリング
３０は図示されるように径方向に薄肉に形成されていて
変形しやすいが自己張力を有しておらず、コイルエキス
パンダ４０の張力をそのままアウタリング２０に伝える
ことができる。 【００２１】運転時、ピストン１００が上昇する時はア
ウタリング２０はシリンダ壁２００との摩擦により下向
きの力を受け、ピストン１００が下降する時は同じくシ
リンダ壁２００との摩擦により上向きの力を受けるが、
アウタリング２０とインナリング３０が密着しているこ
とにより、インナリング３０もアウタリング２０と同じ
力を受ける。ここで、インナリング３０のピストン軸線
方向の寸法Ｂinは、運転時にピストン１００のリングリ
ング溝１２０の上下方向の巾Ｈよりも小さいように設定
されていることにより、アウタリング２０とインナリン
グ３０は一体となってピストン１００のリング溝１２０
の内を上下することになる。 【００２２】そして、前述の様にアウタリング２０のピ
ストン軸線方向の高さＢout は、運転状態にある時に、
インナリング３０のピストン軸線方向の高さＢinよりも
小さいように設定されている。したがって、ピストン１
００は上昇中はアウタリング２０はリング溝１２０の下
面１２２に押しつけられているので、ピストン１００が
上昇から下降に反転すると、インナリング３０の上面３
１が先ずリング溝１２０の上面１２１に当たる。そして
アウタリング２０の上面２１は、作用する上向きの力が
小さければ、リング溝１２０の上面１２１に当たらない
し、力が大きくて当たった場合でもインナリング３０が
当たった後なのでその衝撃は小さい。図２は上記を説明
する図であって、ピストン１００が下降する時、インナ
リング３０の上面３１がリング溝１２０の上面１２１に
当たった時点の状態を示しており、この時、アウタリン
グ２０の上面２１はリング溝１２０の上面１２１に当た
っていない。 【００２３】同様に、ピストン１００の下降中はアウタ
リング２０はリング溝１２０の上面１２１に押しつけら
れているので、下降から上昇に反転するとインナリング
３０の下面３２が先ずリング溝１２０の下面１２２に当
たる。そしてアウタリング２０の下面２２は、作用する
下向きの力が小さければ、リング溝１２０の下面１２２
に当たらないし、力が大きくて当たった場合でもインナ
リング３０が当たった後なのでその衝撃は小さい。図３
は上記を説明する図であって、ピストン１００が上昇す
る時、インナリング３０の下面３２がリング溝１２０の
下面１２２に当たった時点の状態を示しており、この
時、アウタリング２０の下面２２はリング溝１２０の下
面１２２に当たっていない。したがって、アウタリング
２０の上面２１、下面２２と、リング溝１２０の上面１
２１、下面１２２との当たりが、防止、あるいは、緩和
されるので耐久性が向上する。 【００２４】次に、コイルエキスパンダ４０の構造につ
いて説明する。コイルエキスパンダ４０の構造は公知の
ものであって断面円形のスチールの線材をコイル状に巻
いたスチールコイル４１の中に芯材４２を通し、芯材４
２に沿って円形に曲げたものである。コイルエキスパン
ダ４０は、前述のインナリング３０の前記上下の傾斜面
３３、３４の間に受容されるように配置されるが、受容
されることによってコイルエキスパンダ４０はその長さ
を縮める。したがって、コイルエキスパンダ４０は自由
長さに戻ろうとするのでインナリング３０を外側に押し
広げようとする張力を発生するのである。 【００２５】次に、上記のように構成されたアウタリン
グ２０と、インナリング３０と、コイルエキスパンダ４
０をピストン１００の頂部から数えて２番目のセカンド
リング溝１２０へ組付ける方法について説明する。 （１）第１の工程は、コイルエキスパンダ４０をリング
溝１２０に装着する工程である。これはコイルエキスパ
ンダ４０の開放されている２つの合口部を合わせながら
リング溝にはめ込むことにより行われる。次に、インナ
リング３０を装着するがインナリング３０の内径はピス
トン１００の外径よりも小さいので径を拡げながら装着
することが必要である。 【００２６】そこで、 （２）第２の工程として、インナリング３０を拡げなが
らリング溝１２０に装着するための治具としてのリング
ガイド３００を装着する作業をおこなう。図４はリング
ガイド３００をピストン１に取り付けた状態を示してい
る。リングガイド３００は図示されるように円筒部分３
１０と円錐台部分３２０から成る。円筒部分３１０はピ
ストン１００の外周にはめることができる内径を有して
いて、頂部側から被せた時に下端が、インナリング３０
を装着するセカンドリング溝１２０の直ぐ上のセカンド
ランド１２５の中間にくるような深さを有している。一
方、円錐台部分３２０は頂部の外径がインナリング３０
が容易にはめられるような径とされ、下端部の外径は円
筒部分３１０の外径と同じである。インナリング３０を
拡げる量が少ないほど装着作業は容易であるのでリング
ガイド３００の厚さは薄ければ薄いほどよい。 【００２７】（３）第３の工程は、上記のように装着さ
れたリングガイド２０を利用してインナリング３０を当
該第２番目のリング溝に装着する工程である。これは、
例えば、図５に示すようなリング押し込み治具４００を
用いておこなう。このリング押し込み治具４００はそれ
ぞれ適宜バネ４１０によって支持され半径方向に移動可
能な３分割されたリング片４２０を支柱４３０に沿って
上下させるものであって、３つのリング片４２０の形成
する円の内径は、自由状態では作業台４４０の上に適切
に固定されたピストン１２０に装着されているリングガ
イド３００の円錐台部分３２０の頂部の外径よりも大き
く、リングガイド３００に沿ってインナリング３０を押
し込んだ時にはリングガイド３００の円筒部３２０の外
径と同じまで拡がることができるようにされている。図
示したリング押し込み治具はほんの一例であって上記の
ようにインナリングを押し込めるものであればどのよう
な形態のものでもよい。 【００２８】（４）第４の工程は、上記のようにして装
着されたインナリング３０の外側にアウタリング２０を
装着する工程である。ここで、上記のようにして装着さ
れたインナリング３０はコイルエキスパンダ４０の張力
によって外側に押圧され、インナリング３０はリング溝
１２０から外側にはみ出している。そこで、この第４の
工程ではインナリング３０を内側に押し込んでリング溝
１２０からはみ出さないようにしておいてアウタリング
２０を装着する。 【００２９】図６はその様子をピストン１００の軸線に
垂直な方向から見た図である。図において、５００がイ
ンナリング押さえ治具であって、ピストン軸線方向から
見ると２分割されている。インナリング押さえ治具５０
０はインナリング３０を押さえるインナリング押圧部分
５１０とインナリング押圧部分５１０が所定の位置にく
るように位置決めする位置決め部分５２０を有する。位
置決め部分５２０は、インナリング３０が装着されるセ
カンドリング溝１２０の下のオイルリング溝１３０に嵌
合される。インナリング押圧部分５１０は位置決め部分
５２０がオイルリング溝１３０に嵌合された時にインナ
リング３０の最外部がピストン１２０の外径よりも内側
になるようにインナリング３０を内側に押し込む。 【００３０】この様に、インナリング３０をピストンの
外径よりも内側に押し込んだ状態で、リングガイド３０
０とリング押し込み治具４００を用いてアウタリング２
０を押し下げていき、アウタリング２０がインナリング
押さえ治具５００の上面５１０に当たったところでイン
ナリング押さえ治具５００を外し、その後、さらに押し
込み治具４００でアウタリング２０を押し下げてアウタ
リング２０をインナリング３０の外側に嵌め込むのであ
る。 【００３１】以上説明したような第１の工程から第４の
工程を実行することによってポリイミドで合口無しにエ
ンドレスに形成されたアウタリング２０を、金属で合口
を設けて形成されたインナリング３０を介して、スチー
ルのコイルエキスパンダ４０で半径方向外側に押圧して
成るピストンリング構造体１０をピストン１００のセカ
ンドリング溝１２０に簡単、確実に装着することができ
る。 【００３２】尚、インナリング３０をインナリング押圧
部分５１０で押さえる場合、コイルエキスパンダ４０の
中心からオフセットした下方位置でインナリング３０を
押さえると、インナリング３０の上部がコイルエキスパ
ンダ４０の張力によってピストン外形から突出するよう
な捩じれ変形を生じ、アウタリング２０の嵌め込みが困
難となってしまう恐れがある。逆にコイルエキスパンダ
４０の張力中心荷対応するインナリング３０位置を押さ
えることができたとしても、アウタリング２０のインナ
リング３０外側への嵌め合い量が小さいと、アウタリン
グ２０をインナリング３０の外側に嵌めることが困難と
なる恐れがある。 【００３３】そのため、インナリング押さえ治具５００
は、インナリング押圧部分５１０と位置決め部分５２０
に図７のようにピストンのリング溝に対してピストン軸
方向に所定量の隙間Ｃを設け、ピストンに対してピスト
ン軸方向にこの隙間Ｃ分だけ相対移動可能とすることが
できる。このインナリング押さえ治具５００によれば、
アウタリング２０の組付け時、インナリング押圧部分５
１０でコイルエキスパンダ４０の張力中心に近い位置で
インナリング３０を押さえることができるため、インナ
リング３０の捩じれ変形を防止でき、更にアウタリング
２０がインナリング押さえ治具５００の上面５１０に当
接した状態でインナリング押さえ治具５００を所定量だ
け押し下げることにより、アウタリング２０とインナリ
ング３０の外側に嵌め合い量を大きくすることができ、
その結果、アウタリング２０をインナリング３０に確実
に嵌め込むことができる。 【００３４】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。図８はこの第２の実施の形態を図１と同じ見方
で示した図であるが、この第２の実施の形態において
は、アウタリング２０は第１の実施の形態と同じくポリ
イミド製ではあるが合口を設けて形成され、またインナ
リング３０が繊維強化されたポリイミドで形成されてい
るところが異なる。ここで、アウタリング２０の合口は
常温で真円状態にされたエンドレスの部材を斜めに切断
して形成される。常温で真円状態の時に切断するのは、
運転中は略真円状態になるためで運転中において合口に
隙間が出来ないようにするためである。図９が常温で真
円状態の時に切られたアウタリング２０の合口２８を示
す図である。 【００３５】この第２の実施の形態において、アウタリ
ング２０のピストン軸線方向の高さＢout は、運転中に
ピストン１００のリング溝１２０のピストン軸線方向の
巾Ｈよりも小さくなるように設定されている。図１０が
この運転状態における合口２８の様子を示すものであっ
て、運転中はアウタリング２０は熱膨張するが斜めに合
口を形成したことにより、合口の対向する両端面２８ａ
と２８ｂが互いに他方の上にせりあがるようにしてずれ
る。その結果、端面２８ａを有する端部の上面はピスト
ン１００のリング溝１２０の上面１２１に接し、端面２
８ｂを有する端部の下面はピストン１００のリング溝１
２０の下面１２２に接する状態となるが端面２８ａと端
面２８ｂの大部分は密着しており上面から下面に通じる
隙間は存在しない。なお、この第２の実施の形態におい
ては、合口２８を有するので、第１の実施の形態に関し
て説明したような治具を使用しなくてもリング溝１２０
に組み付けることができる。 【００３６】一方、インナリング３０を繊維強化された
ポリイミド樹脂製としたことで軽量になり、運転中の慣
性力が小さくなり運転中のリング溝下面１２２からの浮
き上がり回転数が高回転側に移り実用域でのインナリン
グ３０の浮き上がりによるブローバイガス量を低減でき
る。また、金属で形成する場合は特殊断面形状の材料を
成形した後に精密機械加工を要するが、この第２の実施
の形態のように樹脂製とした場合は適切な鋳造方法で一
度で成形が可能で機械加工の必要性は極めて少なく、不
要な場合もあり得る。 【００３７】なお、以上の第１に実施の形態、第２の実
施の形態ともピストンリング１０をピストンの頂部側か
ら数えて２番目のセカンドリング溝に装着されるセカン
ドリングとして使用する場合を例にとって説明したが、
セカンドリングとしてだけではなくピストンの頂部側か
ら数えて１番目のリング溝に装着されるトップリングと
して使用することも可能である。 【００３８】 【発明の効果】請求項１の発明は、内燃機関のシリンダ
の内側を摺動するピストンのピストンリング溝に、ポリ
イミド樹脂で形成されるアウタリングとインナリングで
構成されるシール部材と、シール部材をシリンダに向け
て付勢する付勢手段とから構成される、ピストンリング
を組み付ける方法であるが、ピストンリング溝に付勢手
段を装着する第１の工程と、ピストン外周に合う円筒部
に向かって拡がる円錐台部を有するリングガイドを、円
筒部の下端が当該ピストンリング溝の直ぐ上のランドの
中央付近にくるようにピストンの頂部側から被せる第２
の工程と、インナリングを前記円錐台状のリングガイド
を利用してピストンリング溝に装着する第３の工程と、
ピストンリング溝に装着され付勢手段で外側に押圧され
ているインナリングを、その最外部がピストンリング溝
の外側に出ないように、インナリング押さえ治具で径方
向内側に押しこんだ状態で、アウタリングを前記円錐台
状のリングガイドを利用してピストンリング溝に装着す
る第４の工程と、を含み、インナリング押さえ治具がイ
ンナリングを径方向内側に押圧する押圧部分と、他のリ
ング溝に嵌合して位置決めをする嵌合部分とを備えてい
る。したがって、インナリング押さえ治具で容易かつ確
実にインナリングをリング溝の内側に押し込むことがで
き、ピストンリング溝に、ポリイミド樹脂で合口を設け
ずエンドレスに形成されているアウタリングとインナリ
ングで構成されるシール部材と、シール部材をシリンダ
に向けて付勢する付勢手段とから構成される、ピストン
リングを、ピストンリング溝に容易に組み付けることが
できる。 【００３９】請求項１１から１２の発明によれば、ポリ
イミド樹脂で、特に、合口を設けずエンドレスに形成さ
れたアウタリングを、インナリングを介して、付勢手段
によって、シリンダに押圧して成るピストンリングを、
簡単、確実にピストンのリング溝内に装着することがで
きる。特に請求項１２のようにすれば、さらに容易にア
ウタリングを装着できる。
トンとシリンダの間のシールをするシール構造に関し、
特に、樹脂材料で形成されたアウタリングを、インナリ
ングを介して、リング張力提供部材でシリンダ面に押圧
する内燃機関用のピストンリングとしてのシール構造に
関する。 【０００２】 【従来の技術】互いに摺動するピストンとシリンダの間
をシールするためにシール構造を設けることは広くおこ
なわれている。例えば、内燃機関においてもいわゆるピ
ストンリングがピストンリング溝に配置されている。こ
のピストンリングは従来より金属製のものが多く使われ
ているが、樹脂製のピストンリングも開発されている。
例えば、フッ素樹脂の１つであるポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）で合口を設けずエンドレスに形成さ
れたアウタリングを、同じＰＴＦＥで合口を設けずエン
ドレスに形成されたインナリングを介して、金属製のコ
イルエキスパンダから成るリング張力提供部材で半径方
向外側に押圧するようにしたピストンリング構造体とし
てのシール構造が公知である（特開平９−２８０３７３
号公報参照）。上記公報のシール構造は、リングをイン
ナリングとアウタリングに分割し、インナリングにより
リング溝まわりのシール性を確保し、アウタリングによ
りシリンダ壁との摺接部のシール性を確保するようにし
た優れたものである。 【０００３】ところが、上記公報のシール構造では、イ
ンナリングもアウタリングも同じＰＴＦＥを用いてい
る。しかしながら、ＰＴＦＥは限界のＰＶ値（面圧Ｐと
すべり速度Ｖの積）が低くてシリンダ壁との摺接部が充
分な耐久性を得ることができない、また熱膨張率が大き
いために温度が上がるとコイルエキスパンダの張力によ
るシリンダ壁への押しつけ力が大きくなって機関の摩擦
損失を増大してしまうという点がアウタリングに関して
問題となる。また、インナリングに関しては、機関運転
時に高温になるとコイルエキスパンダが食い込み永久歪
みを起こしてしまいそれに起因してリング溝まわりのシ
ール性が低下する等の問題がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】そして、このようなピ
ストンリングはピストンリングに組み付けるのが難し
い。そこで、本発明は 樹脂製のエンドレスのアウタリ
ングとインナリングで構成されるシール部材を付勢手段
でシリンダに向けて付勢するピストンリングを、ピスト
ンリング溝に簡単、確実に組み付ける方法を提供するこ
とを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、内燃機関のシリンダの内側を摺動するピストンのピ
ストンリング溝に、ポリイミド樹脂で形成されるアウタ
リングと、インナリングで構成されるシール部材と、シ
ール部材をシリンダに向けて付勢する付勢手段とから構
成される、ピストンリングを組み付ける方法であって、
ピストンリング溝に付勢手段を装着する第１の工程と、
ピストン外周に合う円筒部に向かって拡がる円錐台部を
有するリングガイドを、円筒部の下端が当該ピストンリ
ング溝の直ぐ上のランドの中央付近にくるようにピスト
ンの頂部側から被せる第２の工程と、インナリングを前
記円錐台状のリングガイドを利用してピストンリング溝
に装着する第３の工程と、ピストンリング溝に装着され
付勢手段で外側に押圧されているインナリングを、その
最外部がピストンリング溝の外側に出ないように、イン
ナリング押さえ治具で径方向内側に押しこんだ状態で、
アウタリングを前記円錐台状のリングガイドを利用して
ピストンリング溝に装着する第４の工程と、を含み、イ
ンナリング押さえ治具がインナリングを径方向内側に押
圧する押圧部分と、他のリング溝に嵌合して位置決めを
する嵌合部分とを備えている、ことを特徴とするピスト
ンリングの組付け方法が提供される。このようにされた
ピストンリングの組み付け方法ではインナリング押さえ
治具で容易かつ確実にインナリングをリング溝の内側に
押し込むことができるので、ピストンリング溝に、ポリ
イミド樹脂で合口を設けずエンドレスに形成されている
アウタリングと、インナリングで構成されるシール部材
と、シール部材をシリンダに向けて付勢する付勢手段と
から構成される、ピストンリングを、ピストンリング溝
に容易に組み付けることができる。 【０００６】 【０００７】 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施の形態を説明する。図１は本発明によるシール構造
のピストンリングの第１の実施の形態を示したものであ
って、ピストンのセカンドリングとして用いられるもの
である。図１において、１００はピストンであり、１２
０はピストン１００に形成されたリング溝、２００はピ
ストン１００が摺動するシリンダ壁である。なお、リン
グ溝１２０はピストン１００の頂部（図示しない）の方
から数えて２番目のセカンドリング溝である。そして、
リング溝１２０に、全体が１０で示されるピストンリン
グがはめ込まれている。ピストンリング１０は、ピスト
ン１００の半径方向外側から内側に順に配設されたアウ
タリング２０、インナリング３０、コイルエキスパンダ
４０から成る。アウタリング２０はポリイミド製であっ
て、熱膨張係数が３×１０-5／Ｋ以下、破断伸びが１０
％以上の特性を有するものである。このアウタリング２
０のピストン軸線方向の高さＢout は、運転状態にある
時に、インナリング３０のピストン軸線方向の高さＢin
よりも小さいように設定されている。 【００１８】図１はこの機関が運転状態で高温ににある
時でピストン１００が下死点から上死点に向かって移動
している途中の様子を示しており、アウタリング２０の
下面２２はリング溝１２０の底部面１２２に押しつけら
れている。なお、上死点から下死点に向かって移動する
ときは逆にアウタリング２０の上面２１がリング溝１２
０の上部面１２１に押しつけられる。このアウタリング
２０の上、下面２１、２２と、リング溝１２０の上部、
底部面１２１、１２２の交番的な密着により、リング溝
１２０の断面に沿って流れようとするブローバイガスの
シールが行われる。アウタリング２０の、半径方向外側
の、シリンダ壁２００との摺動面は溝２３によって上側
摺動面２４と下側摺動面２５に分割されている。この様
に摺動面を上側摺動面２４と下側摺動面２５に分割する
ことによってアウタリング２０は半径方向の幅Ｔout を
比較的薄くしているにも係わらず安定した姿勢でシリン
ダ壁２００の上を摺動することができる。そして上側摺
動面２４、下側摺動面２５の上端縁部分にはそれぞれ面
取り２６、２７が施されている。面取り２６、２７を設
けることにより、ピストン１００が上昇する時の油膜の
かきあげが小さくなり、いわゆるオイル上がりが抑制さ
れる。 【００１９】またアウタリング２０には全面にわたって
ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のコーティング
が施されている。これにより、上下摺動面２４、２５が
シリンダ壁２００の上を摺動することによる磨耗が低減
されるとともに、アウタリング２０の上面２１がリング
溝１２０の上部面１２１、下面２２がリング溝１２０の
底部面１２２と、それぞれ反復的に当接することによる
磨耗も低減され、耐久性の向上に寄与する。なお、コー
ティングの材質はダイヤモンドライクカーボンの他、窒
化チタン（Ｔi Ｎ）、窒化クロム（Ｃr Ｎ）でもよい。 【００２０】インナリング３０はスチール製であって合
口を設けて形成されている。インナリング３０の内径側
には上方内側に向かう上方傾斜面３３と、下方内側に向
かう下方傾斜面３４が形成されていて後述のコイルエキ
スパンダ４０を一定の位置に保持できるようにされてい
る。そして、スチール製であることによってコイルエキ
スパンダ４０が食い込むことはない。このインナリング
３０は図示されるように径方向に薄肉に形成されていて
変形しやすいが自己張力を有しておらず、コイルエキス
パンダ４０の張力をそのままアウタリング２０に伝える
ことができる。 【００２１】運転時、ピストン１００が上昇する時はア
ウタリング２０はシリンダ壁２００との摩擦により下向
きの力を受け、ピストン１００が下降する時は同じくシ
リンダ壁２００との摩擦により上向きの力を受けるが、
アウタリング２０とインナリング３０が密着しているこ
とにより、インナリング３０もアウタリング２０と同じ
力を受ける。ここで、インナリング３０のピストン軸線
方向の寸法Ｂinは、運転時にピストン１００のリングリ
ング溝１２０の上下方向の巾Ｈよりも小さいように設定
されていることにより、アウタリング２０とインナリン
グ３０は一体となってピストン１００のリング溝１２０
の内を上下することになる。 【００２２】そして、前述の様にアウタリング２０のピ
ストン軸線方向の高さＢout は、運転状態にある時に、
インナリング３０のピストン軸線方向の高さＢinよりも
小さいように設定されている。したがって、ピストン１
００は上昇中はアウタリング２０はリング溝１２０の下
面１２２に押しつけられているので、ピストン１００が
上昇から下降に反転すると、インナリング３０の上面３
１が先ずリング溝１２０の上面１２１に当たる。そして
アウタリング２０の上面２１は、作用する上向きの力が
小さければ、リング溝１２０の上面１２１に当たらない
し、力が大きくて当たった場合でもインナリング３０が
当たった後なのでその衝撃は小さい。図２は上記を説明
する図であって、ピストン１００が下降する時、インナ
リング３０の上面３１がリング溝１２０の上面１２１に
当たった時点の状態を示しており、この時、アウタリン
グ２０の上面２１はリング溝１２０の上面１２１に当た
っていない。 【００２３】同様に、ピストン１００の下降中はアウタ
リング２０はリング溝１２０の上面１２１に押しつけら
れているので、下降から上昇に反転するとインナリング
３０の下面３２が先ずリング溝１２０の下面１２２に当
たる。そしてアウタリング２０の下面２２は、作用する
下向きの力が小さければ、リング溝１２０の下面１２２
に当たらないし、力が大きくて当たった場合でもインナ
リング３０が当たった後なのでその衝撃は小さい。図３
は上記を説明する図であって、ピストン１００が上昇す
る時、インナリング３０の下面３２がリング溝１２０の
下面１２２に当たった時点の状態を示しており、この
時、アウタリング２０の下面２２はリング溝１２０の下
面１２２に当たっていない。したがって、アウタリング
２０の上面２１、下面２２と、リング溝１２０の上面１
２１、下面１２２との当たりが、防止、あるいは、緩和
されるので耐久性が向上する。 【００２４】次に、コイルエキスパンダ４０の構造につ
いて説明する。コイルエキスパンダ４０の構造は公知の
ものであって断面円形のスチールの線材をコイル状に巻
いたスチールコイル４１の中に芯材４２を通し、芯材４
２に沿って円形に曲げたものである。コイルエキスパン
ダ４０は、前述のインナリング３０の前記上下の傾斜面
３３、３４の間に受容されるように配置されるが、受容
されることによってコイルエキスパンダ４０はその長さ
を縮める。したがって、コイルエキスパンダ４０は自由
長さに戻ろうとするのでインナリング３０を外側に押し
広げようとする張力を発生するのである。 【００２５】次に、上記のように構成されたアウタリン
グ２０と、インナリング３０と、コイルエキスパンダ４
０をピストン１００の頂部から数えて２番目のセカンド
リング溝１２０へ組付ける方法について説明する。 （１）第１の工程は、コイルエキスパンダ４０をリング
溝１２０に装着する工程である。これはコイルエキスパ
ンダ４０の開放されている２つの合口部を合わせながら
リング溝にはめ込むことにより行われる。次に、インナ
リング３０を装着するがインナリング３０の内径はピス
トン１００の外径よりも小さいので径を拡げながら装着
することが必要である。 【００２６】そこで、 （２）第２の工程として、インナリング３０を拡げなが
らリング溝１２０に装着するための治具としてのリング
ガイド３００を装着する作業をおこなう。図４はリング
ガイド３００をピストン１に取り付けた状態を示してい
る。リングガイド３００は図示されるように円筒部分３
１０と円錐台部分３２０から成る。円筒部分３１０はピ
ストン１００の外周にはめることができる内径を有して
いて、頂部側から被せた時に下端が、インナリング３０
を装着するセカンドリング溝１２０の直ぐ上のセカンド
ランド１２５の中間にくるような深さを有している。一
方、円錐台部分３２０は頂部の外径がインナリング３０
が容易にはめられるような径とされ、下端部の外径は円
筒部分３１０の外径と同じである。インナリング３０を
拡げる量が少ないほど装着作業は容易であるのでリング
ガイド３００の厚さは薄ければ薄いほどよい。 【００２７】（３）第３の工程は、上記のように装着さ
れたリングガイド２０を利用してインナリング３０を当
該第２番目のリング溝に装着する工程である。これは、
例えば、図５に示すようなリング押し込み治具４００を
用いておこなう。このリング押し込み治具４００はそれ
ぞれ適宜バネ４１０によって支持され半径方向に移動可
能な３分割されたリング片４２０を支柱４３０に沿って
上下させるものであって、３つのリング片４２０の形成
する円の内径は、自由状態では作業台４４０の上に適切
に固定されたピストン１２０に装着されているリングガ
イド３００の円錐台部分３２０の頂部の外径よりも大き
く、リングガイド３００に沿ってインナリング３０を押
し込んだ時にはリングガイド３００の円筒部３２０の外
径と同じまで拡がることができるようにされている。図
示したリング押し込み治具はほんの一例であって上記の
ようにインナリングを押し込めるものであればどのよう
な形態のものでもよい。 【００２８】（４）第４の工程は、上記のようにして装
着されたインナリング３０の外側にアウタリング２０を
装着する工程である。ここで、上記のようにして装着さ
れたインナリング３０はコイルエキスパンダ４０の張力
によって外側に押圧され、インナリング３０はリング溝
１２０から外側にはみ出している。そこで、この第４の
工程ではインナリング３０を内側に押し込んでリング溝
１２０からはみ出さないようにしておいてアウタリング
２０を装着する。 【００２９】図６はその様子をピストン１００の軸線に
垂直な方向から見た図である。図において、５００がイ
ンナリング押さえ治具であって、ピストン軸線方向から
見ると２分割されている。インナリング押さえ治具５０
０はインナリング３０を押さえるインナリング押圧部分
５１０とインナリング押圧部分５１０が所定の位置にく
るように位置決めする位置決め部分５２０を有する。位
置決め部分５２０は、インナリング３０が装着されるセ
カンドリング溝１２０の下のオイルリング溝１３０に嵌
合される。インナリング押圧部分５１０は位置決め部分
５２０がオイルリング溝１３０に嵌合された時にインナ
リング３０の最外部がピストン１２０の外径よりも内側
になるようにインナリング３０を内側に押し込む。 【００３０】この様に、インナリング３０をピストンの
外径よりも内側に押し込んだ状態で、リングガイド３０
０とリング押し込み治具４００を用いてアウタリング２
０を押し下げていき、アウタリング２０がインナリング
押さえ治具５００の上面５１０に当たったところでイン
ナリング押さえ治具５００を外し、その後、さらに押し
込み治具４００でアウタリング２０を押し下げてアウタ
リング２０をインナリング３０の外側に嵌め込むのであ
る。 【００３１】以上説明したような第１の工程から第４の
工程を実行することによってポリイミドで合口無しにエ
ンドレスに形成されたアウタリング２０を、金属で合口
を設けて形成されたインナリング３０を介して、スチー
ルのコイルエキスパンダ４０で半径方向外側に押圧して
成るピストンリング構造体１０をピストン１００のセカ
ンドリング溝１２０に簡単、確実に装着することができ
る。 【００３２】尚、インナリング３０をインナリング押圧
部分５１０で押さえる場合、コイルエキスパンダ４０の
中心からオフセットした下方位置でインナリング３０を
押さえると、インナリング３０の上部がコイルエキスパ
ンダ４０の張力によってピストン外形から突出するよう
な捩じれ変形を生じ、アウタリング２０の嵌め込みが困
難となってしまう恐れがある。逆にコイルエキスパンダ
４０の張力中心荷対応するインナリング３０位置を押さ
えることができたとしても、アウタリング２０のインナ
リング３０外側への嵌め合い量が小さいと、アウタリン
グ２０をインナリング３０の外側に嵌めることが困難と
なる恐れがある。 【００３３】そのため、インナリング押さえ治具５００
は、インナリング押圧部分５１０と位置決め部分５２０
に図７のようにピストンのリング溝に対してピストン軸
方向に所定量の隙間Ｃを設け、ピストンに対してピスト
ン軸方向にこの隙間Ｃ分だけ相対移動可能とすることが
できる。このインナリング押さえ治具５００によれば、
アウタリング２０の組付け時、インナリング押圧部分５
１０でコイルエキスパンダ４０の張力中心に近い位置で
インナリング３０を押さえることができるため、インナ
リング３０の捩じれ変形を防止でき、更にアウタリング
２０がインナリング押さえ治具５００の上面５１０に当
接した状態でインナリング押さえ治具５００を所定量だ
け押し下げることにより、アウタリング２０とインナリ
ング３０の外側に嵌め合い量を大きくすることができ、
その結果、アウタリング２０をインナリング３０に確実
に嵌め込むことができる。 【００３４】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。図８はこの第２の実施の形態を図１と同じ見方
で示した図であるが、この第２の実施の形態において
は、アウタリング２０は第１の実施の形態と同じくポリ
イミド製ではあるが合口を設けて形成され、またインナ
リング３０が繊維強化されたポリイミドで形成されてい
るところが異なる。ここで、アウタリング２０の合口は
常温で真円状態にされたエンドレスの部材を斜めに切断
して形成される。常温で真円状態の時に切断するのは、
運転中は略真円状態になるためで運転中において合口に
隙間が出来ないようにするためである。図９が常温で真
円状態の時に切られたアウタリング２０の合口２８を示
す図である。 【００３５】この第２の実施の形態において、アウタリ
ング２０のピストン軸線方向の高さＢout は、運転中に
ピストン１００のリング溝１２０のピストン軸線方向の
巾Ｈよりも小さくなるように設定されている。図１０が
この運転状態における合口２８の様子を示すものであっ
て、運転中はアウタリング２０は熱膨張するが斜めに合
口を形成したことにより、合口の対向する両端面２８ａ
と２８ｂが互いに他方の上にせりあがるようにしてずれ
る。その結果、端面２８ａを有する端部の上面はピスト
ン１００のリング溝１２０の上面１２１に接し、端面２
８ｂを有する端部の下面はピストン１００のリング溝１
２０の下面１２２に接する状態となるが端面２８ａと端
面２８ｂの大部分は密着しており上面から下面に通じる
隙間は存在しない。なお、この第２の実施の形態におい
ては、合口２８を有するので、第１の実施の形態に関し
て説明したような治具を使用しなくてもリング溝１２０
に組み付けることができる。 【００３６】一方、インナリング３０を繊維強化された
ポリイミド樹脂製としたことで軽量になり、運転中の慣
性力が小さくなり運転中のリング溝下面１２２からの浮
き上がり回転数が高回転側に移り実用域でのインナリン
グ３０の浮き上がりによるブローバイガス量を低減でき
る。また、金属で形成する場合は特殊断面形状の材料を
成形した後に精密機械加工を要するが、この第２の実施
の形態のように樹脂製とした場合は適切な鋳造方法で一
度で成形が可能で機械加工の必要性は極めて少なく、不
要な場合もあり得る。 【００３７】なお、以上の第１に実施の形態、第２の実
施の形態ともピストンリング１０をピストンの頂部側か
ら数えて２番目のセカンドリング溝に装着されるセカン
ドリングとして使用する場合を例にとって説明したが、
セカンドリングとしてだけではなくピストンの頂部側か
ら数えて１番目のリング溝に装着されるトップリングと
して使用することも可能である。 【００３８】 【発明の効果】請求項１の発明は、内燃機関のシリンダ
の内側を摺動するピストンのピストンリング溝に、ポリ
イミド樹脂で形成されるアウタリングとインナリングで
構成されるシール部材と、シール部材をシリンダに向け
て付勢する付勢手段とから構成される、ピストンリング
を組み付ける方法であるが、ピストンリング溝に付勢手
段を装着する第１の工程と、ピストン外周に合う円筒部
に向かって拡がる円錐台部を有するリングガイドを、円
筒部の下端が当該ピストンリング溝の直ぐ上のランドの
中央付近にくるようにピストンの頂部側から被せる第２
の工程と、インナリングを前記円錐台状のリングガイド
を利用してピストンリング溝に装着する第３の工程と、
ピストンリング溝に装着され付勢手段で外側に押圧され
ているインナリングを、その最外部がピストンリング溝
の外側に出ないように、インナリング押さえ治具で径方
向内側に押しこんだ状態で、アウタリングを前記円錐台
状のリングガイドを利用してピストンリング溝に装着す
る第４の工程と、を含み、インナリング押さえ治具がイ
ンナリングを径方向内側に押圧する押圧部分と、他のリ
ング溝に嵌合して位置決めをする嵌合部分とを備えてい
る。したがって、インナリング押さえ治具で容易かつ確
実にインナリングをリング溝の内側に押し込むことがで
き、ピストンリング溝に、ポリイミド樹脂で合口を設け
ずエンドレスに形成されているアウタリングとインナリ
ングで構成されるシール部材と、シール部材をシリンダ
に向けて付勢する付勢手段とから構成される、ピストン
リングを、ピストンリング溝に容易に組み付けることが
できる。 【００３９】請求項１１から１２の発明によれば、ポリ
イミド樹脂で、特に、合口を設けずエンドレスに形成さ
れたアウタリングを、インナリングを介して、付勢手段
によって、シリンダに押圧して成るピストンリングを、
簡単、確実にピストンのリング溝内に装着することがで
きる。特に請求項１２のようにすれば、さらに容易にア
ウタリングを装着できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のピストンリングを
示す図である。 【図２】ピストンが上昇から下降に反転するときにイン
ナリング３０が先ずリング溝の上面に当たる様子を示す
図である。 【図３】ピストンが上昇から下降に反転するときにイン
ナリング３０が先ずリング溝の下面に当たる様子を示す
図である。 【図４】リングガイドの構造を示す図である。 【図５】リング押し込み治具の構造を示す図である。 【図６】インナリング押さえ治具の構造を示す図であ
る。 【図７】インナリング押さえ治具の変形例の構造を示す
図である。 【図８】本発明の第２の実施の形態のピストンリングを
示す図である。 【図９】第２の実施の形態における斜めに切ったアウタ
リング２０の合口部の様子を示す図である。 【図１０】図９のアウタリング２０の運転中の様子を示
す図である。 【符号の説明】 １０…ピストンリング ２０…アウタリング ２３…溝 ２４…上側摺動面 ２５…下側摺動面 ２６、２７…面取り ２８…合口 ３０…インナリング ３３…上側摺動面 ３４…下側摺動面 ４０…コイルエキスパンダ １００…ピストン １２０…リング溝 ２００…シリンダ壁 ３００…リングガイド ４００…リング押し込み治具 ５００…インナリング押さえ治具
示す図である。 【図２】ピストンが上昇から下降に反転するときにイン
ナリング３０が先ずリング溝の上面に当たる様子を示す
図である。 【図３】ピストンが上昇から下降に反転するときにイン
ナリング３０が先ずリング溝の下面に当たる様子を示す
図である。 【図４】リングガイドの構造を示す図である。 【図５】リング押し込み治具の構造を示す図である。 【図６】インナリング押さえ治具の構造を示す図であ
る。 【図７】インナリング押さえ治具の変形例の構造を示す
図である。 【図８】本発明の第２の実施の形態のピストンリングを
示す図である。 【図９】第２の実施の形態における斜めに切ったアウタ
リング２０の合口部の様子を示す図である。 【図１０】図９のアウタリング２０の運転中の様子を示
す図である。 【符号の説明】 １０…ピストンリング ２０…アウタリング ２３…溝 ２４…上側摺動面 ２５…下側摺動面 ２６、２７…面取り ２８…合口 ３０…インナリング ３３…上側摺動面 ３４…下側摺動面 ４０…コイルエキスパンダ １００…ピストン １２０…リング溝 ２００…シリンダ壁 ３００…リングガイド ４００…リング押し込み治具 ５００…インナリング押さえ治具
フロントページの続き
(72)発明者 岡本 道生
東京都中央区八重洲１丁目９番９号 帝
国ピストンリング株式会社内
(56)参考文献 特開 平10−68464（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−280373（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−338530（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−224446（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−301128（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−71946（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−11057（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16J 9/06
F16J 9/28
F02F 5/00
B25B 27/12
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内燃機関のシリンダの内側を摺動するピ
ストンのピストンリング溝に、ポリイミド樹脂で合口を
設けずエンドレスに形成されるアウタリングと、インナ
リングで構成されるシール部材と、シール部材をシリン
ダに向けて付勢する付勢手段とから構成される、ピスト
ンリングを組み付ける方法であって、 ピストンリング溝に付勢手段を装着する第１の工程と、 ピストン外周に合う円筒部に向かって拡がる円錐台部を
有するリングガイドを、円筒部の下端が当該ピストンリ
ング溝の直ぐ上のランドの中央付近にくるようにピスト
ンの頂部側から被せる第２の工程と、 インナリングを前記円錐台状のリングガイドを利用して
ピストンリング溝に装着する第３の工程と、 ピストンリング溝に装着され付勢手段で外側に押圧され
ているインナリングを、その最外部がピストンリング溝
の外側に出ないように、インナリング押さえ治具で径方
向内側に押しこんだ状態で、アウタリングを前記円錐台
状のリングガイドを利用してピストンリング溝に装着す
る第４の工程と、を含み、 インナリング押さえ治具がインナリングを径方向内側に
押圧する押圧部分と、他のリング溝に嵌合して位置決め
をする嵌合部分とを備えている、 ことを特徴とするピストンリングの組付け方法。
Priority Applications (6)
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