JPH08303298A - 組合せリングおよびそれを装着したシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 漏れを低減でき、かつ、耐久性に優れた組合
せリングによるシール構造を提供する。 【構成】 組合せリングは合成樹脂製リング１と金属製
リング６とからなる。合成樹脂製リング１は摺動面をな
す外周面２に環状溝３を有し、合口を有している。合口
は使用状態では突き当たった状態とされる。金属製リン
グ６は合成樹脂製リング１の環状溝３に嵌め込まれてお
り、合口を有し、外周面７が摺動面をなす。両リング
１，６の合口は互いにずれた位置に位置されている。組
合せリングはピストン４０のリング溝４２に装着されて
シリンダ４３のボア４４に挿入される。その状態で、両
リング１，６の外周面２，７はシリンダ４３のボア内周
面４５に所定の接触面圧で接触し、合成樹脂製リング１
の内周面１１がリング溝４２の底面４６に接触する。合
成樹脂製リング１は合成ゴム製リングとしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、組合せリングおよびそ
れを装着したシール構造に関し、内燃機関、圧縮機また
はトランスミッション等におけるピストンまたは軸部材
のシールに利用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関、圧縮機またはトランスミッシ
ョンにおいて、ピストンまたは軸部材にリング溝が形成
され、このリング溝にピストンリングやシールリングが
装着される。そして、一般的にピストンリングやシール
リングは金属製である。

【０００３】金属製リングの場合、 ・使用時の熱膨張を考慮して合口隙間が設定されるの
で、リング合口部に隙間が存在する。 ・合成樹脂または合成ゴム製リングと比較して、ピスト
ンスラップの際の変形量を大きくできないため、リング
溝底面とリング内周面、リング溝上下面とリング上下面
との間に隙間を必要とする。

【０００４】現在、金属製リングを使用したシール構造
は、上記した２つの隙間を通る漏れの低減に関して、限
界に達していると考えられる。

【０００５】エンジン性能の向上や排気ガス対策が将来
重要な課題となるので、より漏れの少ないシール構造が
必要となっている。このため、合口隙間が全く無い合成
樹脂または合成ゴム製のエンドレスリングで、リングの
外周面と内周面（または上下面）を同時にシールする、
漏れ通路の無いシール構造が検討されている。このシー
ル構造は一部の圧縮機に既に採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、摩耗条件の激
しい内燃機関においては、合成樹脂または合成ゴム製リ
ングの耐久性が不足するので使用できない。

【０００７】そこで、合成樹脂または合成ゴム製リング
に強化繊維を複合して、耐摩耗性を向上させることが研
究されているが、未だ充分な成果を挙げていない。

【０００８】他方、金属製リングと合成樹脂または合成
ゴム製リングとからなる組合せリングの提案もある（実
開昭５９−１８４３４６号、実開昭５９−１９２６５０
号参照）。これらは、合成樹脂または合成ゴム製リング
の追従性が優れていることを利用し、金属製リングのば
ね性で合成樹脂または合成ゴム製リングの弾性率が小さ
いことを補って、シール性を向上させようとしたもので
ある。

【０００９】しかし、 ・前述した隙間を通る漏れを減少させること。 ・合成樹脂または合成ゴム製リングの耐摩耗性不足を補
うこと。 ができない。

【００１０】本発明は漏れを低減でき、かつ、耐久性に
優れた組合せリング、およびそれを装着したシール構造
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の組合せリング
は、合口を有している金属製リングと、合成樹脂または
合成ゴム製リングとからなる組合せリングであって、前
記金属製リングが前記合成樹脂または合成ゴム製リング
の外周面に形成されている切欠部に配置されており、か
つ、前記金属製リングと合成樹脂または合成ゴム製リン
グが外周摺動面を有していることを特徴とする。

【００１２】前記合成樹脂または合成ゴム製リングは合
口を有しているリングか、合口を有していないエンドレ
スリングとして形成される。合口を有している場合に
は、合成樹脂または合成ゴム製リングの合口隙間を金属
製リングの合口隙間よりも小さくするのが漏れの低減の
ために好ましい。また、金属製リングの合口と合成樹脂
または合成ゴム製リングの合口とが円周方向において互
いにずれた位置に位置するようにするのが漏れの低減の
ために好ましい。

【００１３】本発明のシール構造は、ピストンまたは軸
部材が挿入するボアを有している部材と、前記ボアに挿
入されているピストンまたは軸部材とのシール構造にお
いて、前記ピストンまたは軸部材の外周面に形成されて
いるリング溝に上記の組合せリングが装着され、上記組
合せリングにおける金属製リングの外周面と合成樹脂ま
たは合成ゴム製リングの外周面とが前記ボアの内周面に
接触しており、前記合成樹脂または合成ゴム製リングが
前記リング溝の壁面と接触していることを特徴とする。

【００１４】上記において、合成樹脂または合成ゴム製
リングとリング溝壁面との接触は、次のいずれかの形態
をとる。すなわち、合成樹脂または合成ゴム製リングの
内周面がリング溝の底面と接触している。あるいは、合
成樹脂または合成ゴム製リングの上下面がリング溝の上
下面と接触している。あるいは、合成樹脂または合成ゴ
ム製リングの内周面がリング溝の底面と接触し、合成樹
脂または合成ゴム製リングの上下面がリング溝の上下面
と接触している。

【００１５】

【作用】本発明の組合せリングは金属製リングと合成樹
脂または合成ゴム製リングが外周摺動面を有しているた
め、確実なシールを行える。そして合成樹脂または合成
ゴム製リングは合口の無いエンドレスリングにすること
ができる。あるいは、合口を有している場合には合成樹
脂または合成ゴム製リングの合口隙間は金属製リングの
合口隙間に比べて小さくすることができる。その結果、
合口隙間を通る漏れを低減することができる。また、金
属製リングの合口と合成樹脂または合成ゴム製リングの
合口の位置を円周方向において互いにずれた位置に位置
させることで、合口隙間を通る漏れをより一層低減する
ことができる。

【００１６】さらには、リング溝の壁面と合成樹脂また
は合成ゴム製リングとが接触するように構成することに
よって、リング溝壁面と組合せリングとの間を通る漏れ
を低減できる。

【００１７】また、金属製リングが合成樹脂または合成
ゴム製リングの外周面に形成されている切欠部に配置さ
れていることにより、合成樹脂または合成ゴム製リング
の半径方向外方への張り出しが金属製リングによって制
限される。そのため、合成樹脂または合成ゴム製リング
の外周摺動面の摩耗が制限されるので、合成樹脂または
合成ゴム製リングの寿命が長くなる。

【００１８】軸方向に金属製リングと合成樹脂または合
成ゴム製リングを積層した組合せリングを用いたシール
構造の場合、金属製リングの上下面とリング溝との接触
により上下面の摩耗が生じると、リング溝とリング上下
面との隙間を通る漏れが生じる。これに対し、本発明の
シール構造は、金属製リングは上下面がリング溝に直接
接触しないので、金属製リングの上下面摩耗が漏れに影
響しない。さらに、合成樹脂または合成ゴム製リングの
内周面をリング溝の底面と接触するように構成すること
により、リング溝の上下面とリング上下面との隙間を通
る漏れは、リング溝底面とリング内周面との間でシール
されるので、リング上下面の摩耗により、漏れが増加す
ることはない。

【００１９】

【実施例】図１および図２は本発明の一実施例を示す。
組合せリング３０は２ピース形のリングで、合成樹脂製
リング１と金属製リング６とから構成されている。

【００２０】合成樹脂製リング１は、外周面２の軸方向
中央部に矩形断面の環状溝３が形成されているコ字形断
面リングで、直角合口を有しており、外周面２が摺動面
をなす。合口は自由状態では隙間４を有しているが、使
用状態では合口端面５ａ，５ｂが突き当たった状態とさ
れる。このように、合口を有し、使用状態で合口隙間の
無い状態とすることにより、リング溝への装着性と、合
口隙間を通る漏れの低減とを両立することができる。し
かしながら、合口の無いエンドレスリングとすることも
可能である。

【００２１】合成樹脂製リング１の材質は、ＰＴＦＥ樹
脂等が使用できる。

【００２２】金属製リング６は、合成樹脂製リング１の
環状溝３の断面と同じ形状、大きさの矩形断面を有して
いるリングで、直角合口を有しており、外周面７が摺動
面をなす。合口は自由状態で隙間８を有しており、使用
状態でも合口端面９ａ，９ｂは突き当たらずに隙間を有
している。

【００２３】金属製リング６の材質は、従来使用されて
いる鋳鉄、鋼、ステンレス鋼等でよい。また、外周摺動
面は硬質Ｃｒめっき、窒化処理、溶射、ＰＶＤ処理等を
施して、金属製リング６の摺動面の耐摩耗性を向上する
ことが好ましい。

【００２４】金属製リング６は合成樹脂製リング１の環
状溝３に嵌め込まれている。この際、金属製リング６の
合口と合成樹脂製リング１の合口とは円周方向において
互いにずれた位置に位置している。すなわち、金属製リ
ング６の一方の合口端部１０ａが合成樹脂製リング１の
合口隙間４に突出しており、他方の合口端部１０ｂが合
成樹脂製リング１の合口隙間４よりも少し引っ込んだ位
置に配置されている。このように、互いの合口の位置を
ずらすことは、合口隙間４，８を通る漏れを低減する上
で好ましい。

【００２５】上記合成樹脂製リング１と金属製リング６
とからなる組合せリング３０は、ピストン４０の外周面
４１に形成されている矩形断面のリング溝４２に装着さ
れ、合成樹脂製リング１の外周面２と金属製リング６の
外周面７は、ピストン４０が挿入されているシリンダ４
３のボア４４の内周面４５に所定の接触面圧で接触され
る。

【００２６】そして、本実施例においては、合成樹脂製
リング１は、内周面１１がリング溝４２の底面４６と接
触する半径方向厚さを有している。したがって、リング
溝４２に装着された状態で、合成樹脂製リング１は外周
面２がシリンダ４３のボア内周面４５に接触すると同時
に、内周面１１がリング溝４２の底面４６と接触した状
態とされる。

【００２７】したがって、合成樹脂製リング１の外周面
２と金属製リング６の外周面７がシリンダ４３のボア内
周面４５に接触していることにより、ピストン４０の外
周面４１とシリンダ４３のボア内周面４５との間を確実
にシールすることができる。そして、合成樹脂製リング
１の合口端面５ａ，５ｂが突き当たって合口に隙間が無
い状態とされており、さらには、合成樹脂製リング１の
合口と金属製リング６の合口の位置がずれていることに
より、合成樹脂製リング１と金属製リング６の合口隙間
を通る漏れが低減する。

【００２８】また、合成樹脂製リング１の内周面１１が
リング溝４２の底面４６と接触していることにより、組
合せリング３０とリング溝４２の壁面との間を通る漏れ
が低減する。

【００２９】また、金属製リング６が合成樹脂製リング
１の外周面２に形成されている環状溝３に配置されてい
ることにより、合成樹脂製リング１の半径方向外方への
張り出しが金属製リング６によって制限される。そのた
め、合成樹脂製リング１の外周面２の摩耗が制限される
ので、合成樹脂製リング１の寿命を長くできる。

【００３０】なお、上記例では、金属製リング６の半径
方向厚さを合成樹脂製リング１の環状溝３の深さと同じ
厚さとし、組合せリング３０をシリンダ４３に挿入され
たピストン４０のリング溝４２に装着した状態で、合成
樹脂製リング１の環状溝３の底面１２に金属製リング６
の内周面１３が接触するように構成した。しかしなが
ら、図３（ａ）に示されているように、金属製リング６
の半径方向厚さが合成樹脂製リング１の環状溝３の深さ
よりも僅かに薄く、合成樹脂製リング１の環状溝３の底
面１２と、金属製リング６の内周面１３との間に僅かな
隙間が存在していてもよい。使用初期に合成樹脂製リン
グ１の外周面２の摩耗が進行して、合成樹脂製リング１
の環状溝３の底面１２と金属製リング６の内周面１３と
が接触するからである。そして両者が接触後、合成樹脂
製リング１の外周面２の摩耗が金属製リング６によって
制限される。

【００３１】また、金属製リング６の外周形状は、上記
例では一般的なストレート形状としたが、これに限定さ
れるものではなく、例えばテーパフェース形（図３
（ｂ）参照）、バレルフェース形（図３（ｃ）参照）
や、図３（ｄ）に示されているように外周面７が上下一
対の傾斜面７ａ，７ｂからなる山形状をなしているもの
等でもよい。

【００３２】また、金属製リング６の断面形状は、上記
例では矩形断面形状としたが、これに限定されるもので
はなく、例えば図３（ｅ）に示されているように、外周
面７の軸方向中央部に環状溝１４が形成されており、そ
の上下に２本の摺動レール部１５，１６を形成している
もの等でもよい。このようにすると、摺動面圧を高くす
ることができる。また、後述する２本の金属製リングを
設ける場合に比較して、組み付け性が優れる。

【００３３】また、金属製リング６の合口形状は、上記
例では直角合口としたが、これに限定されるものではな
く、例えば図４に示されている段付き合口や、図５に示
されている斜め合口等でもよい。段付き合口や斜め合口
とすればより一層の漏れの低減を図ることができる。

【００３４】合成樹脂製リング１の外周形状、断面形状
および合口形状も、上記金属製リング６と同じように種
々変更可能である。

【００３５】図６は本発明の別の実施例２を示してい
る。本実施例２が上記実施例１と異なる点は、組合せリ
ング３０とリング溝４２の壁面との間のシールを、組合
せリング３０の上下面１７，１８とリング溝４２の上下
面４７，４８との間で行わせるようにしている点であ
る。すなわち、合成樹脂製リング１を、上下面１７，１
８がリング溝４２の上下面４７，４８と接触する軸方向
幅を有しているように形成することにより、組合せリン
グ３０とリング溝４２の壁面との間のシールを行うよう
にしている。

【００３６】なお、合成樹脂製リング１の環状溝３の底
面１２と金属製リング６の内周面１３は、図６（ａ）に
示されているように初めから接触状態になるように形成
したが、図６（ｂ）に示されているように僅かな隙間が
存在するように形成することもできる。

【００３７】図７および図８は本発明のさらに別の実施
例３であり、組合せリング３０が３ピース形のリング
で、１本の合成樹脂製リング１と２本の金属製リング６
とから構成されている。上述の２ピース形の組合せリン
グと相違する点は、合成樹脂製リング１が外周面２に２
本の矩形断面の環状溝３を有しているＥ字断面リングで
あり、これらの各環状溝３にそれぞれ矩形断面の金属製
リング６が嵌め込まれている点である。そして、２本の
金属製リング６の合口と合成樹脂製リング１の合口とは
円周方向において互いにずれた位置に位置している。す
なわち、２本の金属製リング６の各一方の合口端部１０
ａが合成樹脂製リング１の合口隙間４に互いに円周方向
にずれた状態で突出しており、各他方の合口端部１０ｂ
が合成樹脂製リング１の合口隙間４よりも少し引っ込ん
だ位置に互いに円周方向にずれた状態で配置されてい
る。このように、互いの合口の位置をずらすことは、合
口隙間４，８を通る漏れを低減する上で好ましい。他の
構成は上述の実施例１で説明した２ピース形の組合せリ
ングと同じように構成されている。

【００３８】図９も本発明のさらに別の実施例４である
３ピース形の組合せリングを示しており、１本の合成樹
脂製リング１と２本の金属製リング６とから構成されて
いる。上述の３ピース形の組合せリングと相違する点
は、合成樹脂製リング１が外周面の上部と下部に全周に
わたってそれぞれ矩形断面の切欠部３Ａを有している横
向きＴ字断面のリングであり、各切欠部３Ａ（１２Ａは
切欠部底面）にそれぞれ矩形断面の金属製リング６が配
置されている点である。他の構成は上述の３ピース形の
組合せリングと同じように構成されている。

【００３９】図１０は本発明のさらに別の実施例５を示
す。本実施例５は上記実施例１における図３（ｅ）で説
明した組合せリング３０にコイルエキスパンダを装着し
たものである。すなわち、図３（ｅ）で説明した金属製
リング６の内周面１３に円弧断面の環状溝１９を形成
し、この環状溝１９に、金属製リング６の内周面１３を
半径方向外方に押圧するコイルエキスパンダ２０を装着
したものである。このようにすると、金属製リング６の
摺動面圧を一層高めることができる。

【００４０】なお、上記各実施例における合成樹脂製リ
ングは合成ゴム製リングとすることもできる。合成ゴム
製リングの材質はフッ素ゴム、シリコンゴム等が使用で
きる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の組合せリン
グおよびそれを装着したシール構造は、内燃機関、圧縮
機またはトランスミッション等におけるブローバイ、オ
イル消費を低減できるとともに、耐久性においても優れ
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であり、シリンダに挿入され
ているピストンのリング溝に組合せリングが装着されて
いる状態を示しており、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はピ
ストン部分の側面図である。

【図２】上記の組合せリングを示す斜視図である。

【図３】各種変形例を示しており、（ａ）〜（ｅ）はそ
れぞれ図１（ａ）に対応する縦断面図である。

【図４】合口の変形例を示しており、（ａ）は組合せリ
ングの合口部分の斜視図、（ｂ）および（ｃ）は図１の
（ａ）および（ｂ）に対応する縦断面図と側面図であ
る。

【図５】合口の変形例を示しており、（ａ）は組合せリ
ングの合口部分の斜視図、（ｂ）および（ｃ）は図１の
（ａ）および（ｂ）に対応する縦断面図と側面図であ
る。

【図６】本発明の別の実施例を示し、（ａ）および
（ｂ）とも図１（ａ）に対応する縦断面図である。

【図７】本発明のさらに別の実施例であり、（ａ）およ
び（ｂ）は図１の（ａ）および（ｂ）に対応する縦断面
図と側面図である。

【図８】上記の組合せリングを示す斜視図である。

【図９】本発明のさらに別の実施例で、図１（ａ）に対
応する縦断面図である。

【図１０】本発明のさらに別の実施例で、図１（ａ）に
対応する縦断面図である。

【符号の説明】

１ 合成樹脂製リング ２ 外周面 ３ 環状溝（切欠部） ３Ａ 切欠部 ４ 合口隙間 ５ａ、５ｂ 合口端面 ６ 金属製リング ７ 外周面 ７ａ、７ｂ 傾斜面 ８ 合口隙間 ９ａ、９ｂ 合口端面 １０ａ、１０ｂ 合口端部 １１ 内周面 １２ 環状溝底面 １２Ａ 切欠部底面 １３ 内周面 １４ 環状溝 １５、１６ 摺動レール部 １７ 上面 １８ 下面 １９ 環状溝 ２０ コイルエキスパンダ ３０ 組合せリング ４０ ピストン ４１ 外周面 ４２ リング溝 ４３ シリンダ ４４ ボア ４５ 内周面 ４６ リング溝底面 ４７ リング溝上面 ４８ リング溝下面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 元一 愛知県豊田市トヨタ町１ トヨタ自動車株 式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合口を有している金属製リングと、合成
   樹脂または合成ゴム製リングとからなる組合せリングで
   あって、 前記金属製リングが前記合成樹脂または合成ゴム製リン
   グの外周面に形成されている切欠部に配置されており、
   かつ、前記金属製リングと合成樹脂または合成ゴム製リ
   ングが外周摺動面を有していることを特徴とする組合せ
   リング。
2. 【請求項２】 前記合成樹脂または合成ゴム製リングが
   合口を有しており、前記合成樹脂または合成ゴム製リン
   グの合口隙間が前記金属製リングの合口隙間よりも小さ
   いことを特徴とする請求項１記載の組合せリング。
3. 【請求項３】 前記合成樹脂または合成ゴム製リングが
   合口を有しており、前記金属製リングの合口と合成樹脂
   または合成ゴム製リングの合口とが円周方向において互
   いにずれた位置に位置していることを特徴とする請求項
   １または２記載の組合せリング。
4. 【請求項４】 前記合成樹脂または合成ゴム製リングが
   エンドレスリングであることを特徴とする請求項１記載
   の組合せリング。
5. 【請求項５】 ピストンまたは軸部材が挿入するボアを
   有している部材と、前記ボアに挿入されているピストン
   または軸部材とのシール構造において、 前記ピストンまたは軸部材の外周面に形成されているリ
   ング溝に請求項１〜４のいずれかに記載の組合せリング
   が装着され、前記組合せリングにおける金属製リングの
   外周面と合成樹脂または合成ゴム製リングの外周面とが
   前記ボアの内周面に接触しており、前記合成樹脂または
   合成ゴム製リングが前記リング溝の壁面と接触している
   ことを特徴とするシール構造。
6. 【請求項６】 前記合成樹脂または合成ゴム製リングの
   内周面が前記リング溝の底面と接触していることを特徴
   とする請求項５記載のシール構造。
7. 【請求項７】 前記合成樹脂または合成ゴム製リングの
   上下面が前記リング溝の上下面と接触していることを特
   徴とする請求項５記載のシール構造。
8. 【請求項８】 前記合成樹脂または合成ゴム製リングの
   内周面が前記リング溝の底面と接触し、前記合成樹脂ま
   たは合成ゴム製リングの上下面が前記リング溝の上下面
   と接触していることを特徴とする請求項５記載のシール
   構造。