JP3255033B2 - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
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Description
【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。より詳細には、本発明は、表面硬度が高い、従
って耐磨耗性の高い樹脂性ピストンリングに関する。
関する。より詳細には、本発明は、表面硬度が高い、従
って耐磨耗性の高い樹脂性ピストンリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関のシリンダ内で往復運動をする
ピストンに装着されるピストンリングは、圧縮行程にお
ける混合気や爆発行程における燃焼ガスの漏れを防止す
る役割を有している。このピストンリングにはシリンダ
内面のシリンダボアとピストンリング溝に対する耐磨耗
性、燃焼ガスに対する耐食性等の特性が要求される。
ピストンに装着されるピストンリングは、圧縮行程にお
ける混合気や爆発行程における燃焼ガスの漏れを防止す
る役割を有している。このピストンリングにはシリンダ
内面のシリンダボアとピストンリング溝に対する耐磨耗
性、燃焼ガスに対する耐食性等の特性が要求される。
【０００３】特開平３−２６０３６２号公報には、エン
ジンのピストン、ピストンリング、ピストン棒等の内燃
機関の構成要素に対し人造ダイヤモンド薄膜を被覆する
ことにより、これらの要素の耐磨耗性を向上させること
が開示されている。
ジンのピストン、ピストンリング、ピストン棒等の内燃
機関の構成要素に対し人造ダイヤモンド薄膜を被覆する
ことにより、これらの要素の耐磨耗性を向上させること
が開示されている。
【０００４】一方、近年、エンジンの高出力化・高回転
化に伴っていわゆるフラッタリングが起こりやすくなっ
ている。このフラッタリングとは、ピストンが高速で往
復運動した際にピストンリングがピストンの動きに追従
することができず、リング溝内で踊る現象をいう。この
ようなフラッタリングを防止するにはより軽量なピスト
ンリングが必要になる。また従来のスチール性のピスト
ンリングはピストンのリング溝に組みつけるために合口
（切れ目）が設けられている。ところがこの合口から燃
焼ガスが漏れるという問題があり、このような合口を有
さないエンドレスリングを用いることが望まれるが、ス
チール製のエンドレスリングではその拡張に限界があ
り、ピストンに装着することができない。
化に伴っていわゆるフラッタリングが起こりやすくなっ
ている。このフラッタリングとは、ピストンが高速で往
復運動した際にピストンリングがピストンの動きに追従
することができず、リング溝内で踊る現象をいう。この
ようなフラッタリングを防止するにはより軽量なピスト
ンリングが必要になる。また従来のスチール性のピスト
ンリングはピストンのリング溝に組みつけるために合口
（切れ目）が設けられている。ところがこの合口から燃
焼ガスが漏れるという問題があり、このような合口を有
さないエンドレスリングを用いることが望まれるが、ス
チール製のエンドレスリングではその拡張に限界があ
り、ピストンに装着することができない。
【０００５】従って、ピストンリングを軽量化し、かつ
ピストンに装着可能な合口を有さないエンドレスリング
を形成するため、スーパーエンプラ等の樹脂によりこの
ピストンリングを製造することが考えられる。この樹脂
は柔軟性が高いため、樹脂製のピストンリングを用いる
ことによりシール性が高くなることも期待される。
ピストンに装着可能な合口を有さないエンドレスリング
を形成するため、スーパーエンプラ等の樹脂によりこの
ピストンリングを製造することが考えられる。この樹脂
は柔軟性が高いため、樹脂製のピストンリングを用いる
ことによりシール性が高くなることも期待される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが樹脂自体は耐
磨耗性が十分ではなく、この樹脂のみではピストンリン
グの使用には十分でない。そこで、この耐磨耗性を高め
るために上記のような人造ダイヤモンド被膜を樹脂製ピ
ストンリングの表面に被覆すると、ビッカース硬度1000
前後のクロムめっき並みの硬度を達成することができる
が、プラズマＣＶＤ等のこの被膜の形成手段により被膜
の母材である樹脂本来の柔軟性が損なわれ、樹脂にクラ
ックが発生してしまう。上記のように樹脂製のピストン
リングは樹脂の柔軟性を活用してシール性を向上させる
ことに利点があるが、被膜形成により柔軟性が低下する
とこのシール性が低下し、さらにリング溝への組みつけ
が困難になり、樹脂製ピストンリングの本来の利点が失
われてしまうという問題がある。
磨耗性が十分ではなく、この樹脂のみではピストンリン
グの使用には十分でない。そこで、この耐磨耗性を高め
るために上記のような人造ダイヤモンド被膜を樹脂製ピ
ストンリングの表面に被覆すると、ビッカース硬度1000
前後のクロムめっき並みの硬度を達成することができる
が、プラズマＣＶＤ等のこの被膜の形成手段により被膜
の母材である樹脂本来の柔軟性が損なわれ、樹脂にクラ
ックが発生してしまう。上記のように樹脂製のピストン
リングは樹脂の柔軟性を活用してシール性を向上させる
ことに利点があるが、被膜形成により柔軟性が低下する
とこのシール性が低下し、さらにリング溝への組みつけ
が困難になり、樹脂製ピストンリングの本来の利点が失
われてしまうという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、樹脂母材と、この母材の外周面上
に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被
膜からなる樹脂製ピストンリングにおいて、このＤＬＣ
被膜の硬度が、この被膜の厚み方向に対しシリンダボア
との摺動面側よりも樹脂母材との境界面側が低くされて
いる。ＤＬＣ被膜の硬度を均一ではなく傾斜を設け、シ
リンダボアとの摺動面側から樹脂との境界面に向かって
低くすることにより、摺動面においては十分な硬度を維
持しつつ樹脂本来の柔軟性の低下を抑制することができ
る。
めに本発明によれば、樹脂母材と、この母材の外周面上
に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被
膜からなる樹脂製ピストンリングにおいて、このＤＬＣ
被膜の硬度が、この被膜の厚み方向に対しシリンダボア
との摺動面側よりも樹脂母材との境界面側が低くされて
いる。ＤＬＣ被膜の硬度を均一ではなく傾斜を設け、シ
リンダボアとの摺動面側から樹脂との境界面に向かって
低くすることにより、摺動面においては十分な硬度を維
持しつつ樹脂本来の柔軟性の低下を抑制することができ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を説明
する。図１は、本発明のピストンリングの一実施形態を
示す断面図である。図１において、１は本発明のピスト
ンリング、４はピストン、７はピストン４に形成された
リング溝、８はシリンダボアである。このピストンリン
グ１は、内燃機関のシリンダの内面形態に一致する円筒
形の外面を有しており、樹脂母材２とその外周面上に形
成されたＤＬＣ被膜３から構成されている。樹脂母材２
の材質としては、機械的性質に優れた、いわゆるエンジ
ニリアリングプラスチックを用いることができ、例えば
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド
等が例示される。
する。図１は、本発明のピストンリングの一実施形態を
示す断面図である。図１において、１は本発明のピスト
ンリング、４はピストン、７はピストン４に形成された
リング溝、８はシリンダボアである。このピストンリン
グ１は、内燃機関のシリンダの内面形態に一致する円筒
形の外面を有しており、樹脂母材２とその外周面上に形
成されたＤＬＣ被膜３から構成されている。樹脂母材２
の材質としては、機械的性質に優れた、いわゆるエンジ
ニリアリングプラスチックを用いることができ、例えば
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド
等が例示される。
【０００９】ＤＬＣ被膜３は従来の方法、例えば化学蒸
着（ＣＶＤ）法等により形成される。図２にこのＣＶＤ
法に用いられるプラズマＣＶＤ装置１０を示す。このプ
ラズマＣＶＤ装置１０にメタン等の炭素原子含有ガスを
導入し、減圧下でＲＦ電源１５によりＲＦ電極１４から
高周波を加えて誘発されたプラズマ空間でこのガスを反
応させ、ヒータ１２で加熱された基板電極１１上の母材
１３上に炭素原子含有ガスから析出された炭素原子の薄
膜を形成することによりＤＬＣ被膜が形成される。
着（ＣＶＤ）法等により形成される。図２にこのＣＶＤ
法に用いられるプラズマＣＶＤ装置１０を示す。このプ
ラズマＣＶＤ装置１０にメタン等の炭素原子含有ガスを
導入し、減圧下でＲＦ電源１５によりＲＦ電極１４から
高周波を加えて誘発されたプラズマ空間でこのガスを反
応させ、ヒータ１２で加熱された基板電極１１上の母材
１３上に炭素原子含有ガスから析出された炭素原子の薄
膜を形成することによりＤＬＣ被膜が形成される。
【００１０】ところで、前記のように、樹脂製ピストン
リングのシリンダボアとの摺動面に均一の硬度の数ミク
ロンの被膜を形成すると、母材である樹脂の破断伸びを
大幅に低減させ、合口を有さないエンドレスリングとし
てピストンのリング溝に装着する際にリング破損をおこ
してしまう。また均一な硬いＤＬＣ被膜の形成には、母
材側の樹脂に高いプラズマエネルギーを与えることにな
り、樹脂を変質させ、もろくしてしまう。そこで、本発
明では、ＤＬＣ被膜の硬度を均一ではなく傾斜を設け、
この被膜の厚み方向に対しシリンダボアとの摺動面側か
ら樹脂との境界面に向かって低くしている。このような
ＤＬＣ被膜の硬度に傾斜を設ける手段としては、母材で
ある樹脂の表面に与えるプラズマエネルギーを当初は小
さくし、ＤＬＣと樹脂とを化学結合させ、形成されるＤ
ＬＣ被膜が厚くなるに従ってプラズマエネルギーを高
め、ＤＬＣの最表面層、すなわちシリンダボアとの摺動
面は摺動磨耗に耐えることができる十分な硬さにする。
具体的には、例えば図２に示すようなプラズマＣＶＤ装
置において、基板電極１１とＲＦ電極１４の間の電極間
距離を当初は大きくしておいて母材へ与えるエネルギー
を小さくしておき、ＤＬＣ被膜の形成に従って徐々に電
極間の距離を最終硬度が得られるまで縮め、高エネルギ
ーを与える。又は、ＲＦ電源１５を制御し、放電するエ
ネルギーを初期は弱くしておき、徐々にこのエネルギー
を高める。さらには反応ガスの濃度を初期は薄くしてお
き、徐々にこの反応ガスの濃度を高める。
リングのシリンダボアとの摺動面に均一の硬度の数ミク
ロンの被膜を形成すると、母材である樹脂の破断伸びを
大幅に低減させ、合口を有さないエンドレスリングとし
てピストンのリング溝に装着する際にリング破損をおこ
してしまう。また均一な硬いＤＬＣ被膜の形成には、母
材側の樹脂に高いプラズマエネルギーを与えることにな
り、樹脂を変質させ、もろくしてしまう。そこで、本発
明では、ＤＬＣ被膜の硬度を均一ではなく傾斜を設け、
この被膜の厚み方向に対しシリンダボアとの摺動面側か
ら樹脂との境界面に向かって低くしている。このような
ＤＬＣ被膜の硬度に傾斜を設ける手段としては、母材で
ある樹脂の表面に与えるプラズマエネルギーを当初は小
さくし、ＤＬＣと樹脂とを化学結合させ、形成されるＤ
ＬＣ被膜が厚くなるに従ってプラズマエネルギーを高
め、ＤＬＣの最表面層、すなわちシリンダボアとの摺動
面は摺動磨耗に耐えることができる十分な硬さにする。
具体的には、例えば図２に示すようなプラズマＣＶＤ装
置において、基板電極１１とＲＦ電極１４の間の電極間
距離を当初は大きくしておいて母材へ与えるエネルギー
を小さくしておき、ＤＬＣ被膜の形成に従って徐々に電
極間の距離を最終硬度が得られるまで縮め、高エネルギ
ーを与える。又は、ＲＦ電源１５を制御し、放電するエ
ネルギーを初期は弱くしておき、徐々にこのエネルギー
を高める。さらには反応ガスの濃度を初期は薄くしてお
き、徐々にこの反応ガスの濃度を高める。
【００１１】これらの方法を用いることにより、シリン
ダボアとの摺動面において磨耗に耐える十分な硬度を確
保し、この硬度を樹脂母材との境界面に向かって徐々に
低下させ十分な柔軟性を確保するＤＬＣ被膜を形成する
ことができる。このようにして形成したＤＬＣ被膜の厚
さは0.01〜10μｍ程度であることが好ましい。0.1 μｍ
未満では十分な硬度を達成することができず、10μｍよ
り厚いと母材の柔軟性を損なうおそれがあるからであ
る。またこのＤＬＣ被膜の硬さは、ビッカース硬さ相当
でＨｖ200 〜2000程度であることが好ましい。
ダボアとの摺動面において磨耗に耐える十分な硬度を確
保し、この硬度を樹脂母材との境界面に向かって徐々に
低下させ十分な柔軟性を確保するＤＬＣ被膜を形成する
ことができる。このようにして形成したＤＬＣ被膜の厚
さは0.01〜10μｍ程度であることが好ましい。0.1 μｍ
未満では十分な硬度を達成することができず、10μｍよ
り厚いと母材の柔軟性を損なうおそれがあるからであ
る。またこのＤＬＣ被膜の硬さは、ビッカース硬さ相当
でＨｖ200 〜2000程度であることが好ましい。
【００１２】こうして樹脂母材にＤＬＣ被膜を被覆させ
たピストンリングは、表面が十分な硬度を有しており、
かつ適度に柔軟性であるため、それ自体のみでピストン
のリング溝に装着して用いることができる。しかしなが
ら、樹脂製ピストンリングではリング溝の上面又は下面
に対してのシール性が十分でないことがあり、リング溝
に沿ってリングの背面から燃焼室内のガスがクランクケ
ースへ漏れるおそれがある。また、シリンダボアとの摺
動面はＤＬＣ被膜が形成されているため、柔軟性が若干
劣っており、シリンダボアに沿ってガスが漏れるおそれ
もある。
たピストンリングは、表面が十分な硬度を有しており、
かつ適度に柔軟性であるため、それ自体のみでピストン
のリング溝に装着して用いることができる。しかしなが
ら、樹脂製ピストンリングではリング溝の上面又は下面
に対してのシール性が十分でないことがあり、リング溝
に沿ってリングの背面から燃焼室内のガスがクランクケ
ースへ漏れるおそれがある。また、シリンダボアとの摺
動面はＤＬＣ被膜が形成されているため、柔軟性が若干
劣っており、シリンダボアに沿ってガスが漏れるおそれ
もある。
【００１３】そこで、図１に示すような構成をとること
が好ましい。すなわち、リング溝７にピストンリング１
を挿入すると共に、このピストンリング１を外方向に押
圧するリング状のコイルエキスパンダ６を配置する。さ
らに、ピストンリング１とコイルエキスパンダ６との間
には、ピストンリング１と同様の材料により形成された
弾性リング５が介在されている。弾性リング５は、リン
グ溝７への挿入を容易にするために、リング溝７の上下
幅よりわずかに小さな上下幅を有している。また、弾性
リング５には、コイルエキスパンダ６との当接面とし
て、上下２つの互いに対向する傾斜面が形成されてい
る。
が好ましい。すなわち、リング溝７にピストンリング１
を挿入すると共に、このピストンリング１を外方向に押
圧するリング状のコイルエキスパンダ６を配置する。さ
らに、ピストンリング１とコイルエキスパンダ６との間
には、ピストンリング１と同様の材料により形成された
弾性リング５が介在されている。弾性リング５は、リン
グ溝７への挿入を容易にするために、リング溝７の上下
幅よりわずかに小さな上下幅を有している。また、弾性
リング５には、コイルエキスパンダ６との当接面とし
て、上下２つの互いに対向する傾斜面が形成されてい
る。
【００１４】このような構成をとることにより、コイル
エキスパンダ６が弾性リング５を介してピストンリング
１を外方向に押圧し、この結果ピストンリング１とシリ
ンダボア８との間のシール性が確保される。また、この
押圧によって弾性リング５とピストンリング１との間の
シール性も確保される。前記のように、本発明のシリン
ダリングはある程度の伸縮性を有しており、従って合口
を設けることなくリング溝への装着が可能であり、従来
のピストンリングのように合口からのガスの漏れを防ぐ
ことができ、シリンダボアに沿ったシール性をかなり高
いものとすることができる。
エキスパンダ６が弾性リング５を介してピストンリング
１を外方向に押圧し、この結果ピストンリング１とシリ
ンダボア８との間のシール性が確保される。また、この
押圧によって弾性リング５とピストンリング１との間の
シール性も確保される。前記のように、本発明のシリン
ダリングはある程度の伸縮性を有しており、従って合口
を設けることなくリング溝への装着が可能であり、従来
のピストンリングのように合口からのガスの漏れを防ぐ
ことができ、シリンダボアに沿ったシール性をかなり高
いものとすることができる。
【００１５】さらに、コイルエキスパンダ６によるピス
トンリング１の外方向への押圧に際して、コイルエキス
パンダ６は弾性リング５に形成された上下２つの傾斜面
に当接しているために、図１に示すように、弾性リング
５は外方向のみならず上下方向にも押圧され、ピストン
リングの上下面におけるシール性を高くし、ピストンリ
ングの背面からのガスの漏れを防ぐことができる。
トンリング１の外方向への押圧に際して、コイルエキス
パンダ６は弾性リング５に形成された上下２つの傾斜面
に当接しているために、図１に示すように、弾性リング
５は外方向のみならず上下方向にも押圧され、ピストン
リングの上下面におけるシール性を高くし、ピストンリ
ングの背面からのガスの漏れを防ぐことができる。
【００１６】
【発明の効果】このように、本発明によるピストンリン
グによれば、樹脂製ピストンリングの外周表面にダイヤ
モンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜が形成されている
ために、このピストンリングのシリンダボアとの摺動面
に十分な硬度を確保することができると共に、このＤＬ
Ｃ被膜の硬度が摺動面から樹脂母材との境界面に向かっ
て低下しているために、ＤＬＣ被膜の形成による樹脂の
柔軟性の低下を抑制することができる。
グによれば、樹脂製ピストンリングの外周表面にダイヤ
モンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜が形成されている
ために、このピストンリングのシリンダボアとの摺動面
に十分な硬度を確保することができると共に、このＤＬ
Ｃ被膜の硬度が摺動面から樹脂母材との境界面に向かっ
て低下しているために、ＤＬＣ被膜の形成による樹脂の
柔軟性の低下を抑制することができる。
【図１】本発明によるピストンリングの断面図である。
【図２】ＤＬＣ被膜の形成装置の概略図である。
１…ピストンリング ２…樹脂母材 ３…ＤＬＣ被膜 ４…ピストン ５…弾性リング ６…コイルエキスパンダ ７…リング溝 ８…シリンダボア １０…プラズマＣＶＤ装置 １１…基板電極 １２…ヒータ １３…母材 １４…ＲＦ電極 １５…ＲＦ電源
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16J 9/26 F02F 5/00
Claims (1)
- 【請求項１】 樹脂母材と、この母材の外周面上に形成
されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜から
なる樹脂製ピストンリングであって、このＤＬＣ被膜の
硬度が、この被膜の厚み方向に対しシリンダボアとの摺
動面側よりも樹脂母材との境界面側が低いことを特徴と
するピストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22670196A JP3255033B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22670196A JP3255033B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | ピストンリング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068464A JPH1068464A (ja) | 1998-03-10 |
| JP3255033B2 true JP3255033B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=16849299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22670196A Expired - Fee Related JP3255033B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3255033B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5658585B2 (ja) * | 2011-02-03 | 2015-01-28 | 株式会社リケン | 組合せピストンリング |
| EP3961034B1 (de) * | 2020-08-31 | 2025-04-23 | Burckhardt Compression AG | Drosselring |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03260362A (ja) * | 1990-03-05 | 1991-11-20 | Jerome H Lemelson | 内燃機関とその要素 |
| JPH0790553A (ja) * | 1993-09-27 | 1995-04-04 | Shojiro Miyake | 摺動部品およびその製造方法 |
| JP3117378B2 (ja) * | 1994-12-14 | 2000-12-11 | 京セラ株式会社 | 摺動部材 |
| JP3637687B2 (ja) * | 1996-07-13 | 2005-04-13 | 日新電機株式会社 | 自動車用ダイヤフラムの製造方法 |
-
1996
- 1996-08-28 JP JP22670196A patent/JP3255033B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1068464A (ja) | 1998-03-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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