(57)【要約】【課題】油の掻き落とし性能を向上させることが可能な油掻きリング及び内燃機関を提供することを目的とする。【解決手段】油掻きリング２２は、内燃機関のピストン棒周囲に設けられ、油掻きリング２２は、中空の領域と、中実の領域とを備えるとともに、少なくとも中実の領域にはピストン棒に対して反対側の外周面から中心方向に切り欠かれた切欠き部１が形成されている。切欠き部１が形成されている部分は、切欠き部１が形成されていない部分に比べ、径方向の幅が小さいため、油掻きリング２２の剛性を低下させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストン棒周囲に設けられる油掻きリングであって、
前記油掻きリングは、中空の領域と、中実の領域とを備えるとともに、少なくとも前記中実の領域には前記ピストン棒に対して反対側の外周面から中心方向に切り欠かれた第１切欠き部が形成されている油掻きリング。
【請求項２】
内燃機関のピストン棒周囲に設けられる、周方向に分割された油掻きリングであって、
前記油掻きリングの各分割部材は、端部から周方向に沿って切り欠かれた第２切欠き部が形成されている油掻きリング。
【請求項３】
請求項１または２に記載の前記油掻きリングが収容されたスタッフィングボックスを備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のスタッフィングボックスに収容される油掻きリング及び内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
舶用又は産業用等の低速２サイクル内燃機関等において、掃気室（燃焼室）とクランク室との間は隔壁が設けられ、ピストン棒は、隔壁を貫通して、掃気室とクランク室を往復動する。隔壁には、ピストン棒を自在に支持するスタッフィングボックスが設置される。スタッフィングボックス内部は、シールリングや油掻きリングが設けられ、掃気室の気密性を高める。また、掃気室内の燃焼生成物やシリンダ潤滑油等が、クランク室内に侵入し、クランク室内のシステム油を汚染することを防ぎ、クランク室内でピストン棒に付着したシステム油を掃気室へ掻き上げることを防止する。
【０００３】
特許文献１には、ピストンロッド外周面に対して良好に追従接触して良好な油掻き性能を発揮させるため、油掻きリングの断面を略Ｍ形、Ｉ形又はＨ形にした技術が開示されている。また、特許文献２には、二つ又は一つのリング部分からなる三つより少ない分離部を備えたシールリングの構造とすることによって、密封効果を改善する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９５７７７８号公報
【特許文献２】特開昭６０−６５９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したスタッフィングボックス内の油掻きリングは、周方向に例えば三つに分割される場合があり、外周面に引っ張りばね（コイルばね）が巻かれて、外周面から中心方向に向けて締め付けられている。
【０００６】
ピストン棒の外径が大きくなると、三つに分割された分割部材のそれぞれの周長が長くなる。通常、同一荷重の条件下では、材料の長さが長くになるにつれて、撓み量が大きくなる。そのため、分割部材の周長が長くなると、撓み量が大きくなることから、分割部材がピストン棒の外周面に対して全面的に接触しやすくなると考えられる。
【０００７】
しかし、分割部材が確実に支持されるようにするためには、分割部材の半径方向の幅を小さくすることができない。その結果、分割部材の周長が長い場合でも、分割部材の剛性が高く、分割部材の内周面とピストン棒の外周面は接触しにくい。
【０００８】
また、発明者らによって、分割部材の中心角が１２０°以下であり、三つの金属製の分割部材を組み合わせる場合において、ピストン棒の外径が大きくなるにつれて、金属製の油掻きリングの各分割部材の円弧形状の内径と、ピストン棒の外径との寸法誤差が大きくなり、油掻きリングとピストン棒の間の隙間が大きくなるという知見が得られた。また、分割部材の周長が長い場合、分割部材のピストン棒に対する接触面圧は、分割部材の端部に比べて中央部が低下する傾向になるという知見が得られた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、油の掻き落とし性能を向上させることが可能な油掻きリング及び内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の油掻きリング及び内燃機関は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る油掻きリングは、内燃機関のピストン棒周囲に設けられる油掻きリングであって、前記油掻きリングは、中空の領域と、中実の領域とを備えるとともに、少なくとも前記中実の領域には前記ピストン棒に対して反対側の外周面から中心方向に切り欠かれた第１切欠き部が形成されている。
【００１１】
この構成によれば、ピストン棒の外周面に付着した油を掻き落とす油掻きリングは、中空の領域と、中実の領域とを備え、油掻きリングのうち、少なくとも中実の領域には、外周面から中心方向に向けて切り欠かれていることから、第１切欠き部が形成されている部分は、第１切欠き部が形成されていない部分に比べ、径方向の幅が小さく、剛性が小さい。その結果、油掻きリングの剛性を低下させることができる。
【００１２】
本発明に係る油掻きリングは、内燃機関のピストン棒周囲に設けられる、周方向に分割された油掻きリングであって、前記油掻きリングの各分割部材は、端部から周方向に沿って切り欠かれた第２切欠き部が形成されている。
【００１３】
この構成によれば、分割部材が周方向に並べられて油掻きリングが構成され、油掻きリングがピストン棒の外周面に付着した油を掻き落とす。各分割部材の端部から周方向に沿って切り欠かれていることから、第２切欠き部が形成されている部分は、径方向において空隙部分が形成されるため、第２切欠き部が形成されていない部分に比べ、剛性が小さい。その結果、分割部材の剛性を低下させることができる。そして、分割部材の端部に生じる接触面圧を低下させることができ、分割部材の周方向における接触面圧を均一化できる。その結果、周方向にわたって油掻きリングとピストン棒とを全面的に接触させることができる。
【００１４】
本発明に係る内燃機関は、上述の前記油掻きリングが収容されたスタッフィングボックスを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、油の掻き落とし性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るディーゼル機関を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るディーゼル機関のスタッフィングボックスを示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る油掻きリングを構成する分割部材の第１実施例を示す横断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線で切断した縦断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線で切断した縦断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る油掻きリングを構成する第２実施例を示す横断面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線で切断した縦断面図である。
【図８】図６のＤ−Ｄ線で切断した縦断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る油掻きリングを構成する第３実施例を示す横断面図である。
【図１０】図９のＥ−Ｅ線で切断した縦断面図である。
【図１１】図９のＦ−Ｆ線で切断した縦断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る油掻きリングを構成する第４実施例を示す平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る油掻きリングを構成する第５実施例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るスタッフィングボックスは、例えばクロスヘッド構造のディーゼル機関１０に適用される。ディーゼル機関１０は、図１に示すように、掃気室１１とクランク室１２に分けられ、ピストン１３と、ピストン棒１４と、クロスヘッド１５と、連接棒１６と、クランク軸１７などを備える。クロスヘッド１５は、ピストン棒１４の一端と連接棒１６の一端とを回動可能に接続し、クロスヘッド１５はディーゼル期間１０の本体側に固定された摺動板２０上を摺動しつつ往復動する。ピストン１３を押す圧力は、ピストン棒１４から連接棒１６を介してクランク軸１７に伝達される。
【００１８】
スタッフィングボックス１８は、掃気室１１とクランク室１２を隔てる隔壁１９に設けられ、内部をピストン棒１４が往復動する。
【００１９】
スタッフィングボックス１８は、図２に示すように、ケーシング２１と、複数の金属製の油掻きリング２２と、シールリング２３を備える。複数の油掻きリング２２と、シールリング２３は、ケーシング２１内において、軸方向に複数に並んで収納されている。
【００２０】
油掻きリング２２は、複数段に分けられて収納され、各段には軸方向に２枚の油掻きリング２２が収納される。油掻きリング２２の各段の間には油掻きリング２２を支持する支持部２４がケーシング２１に形成される。油掻きリング２２は、支持部２４によって支持されるような半径方向の幅を有する。
また、ケーシング２１内において、油掻きリング２２の外周面２２ａ側には、ピストン棒１４から外部へ排出される油が流通するドレン流路２５やドレン室２６が形成されている。
【００２１】
油掻きリング２２は、周方向に三つに分割されており、三つの分割部材２２Ａを組み合わせて円環状の油掻きリング２２を構成する。図３に示すように、各分割部材２２Ａの中心角は１２０°より小さく、３枚の分割部材２２Ａを周方向に並べたとき、分割部材２２Ａ間には隙間２７が形成される。
【００２２】
油掻きリング２２の外周面２２ａには、周方向に沿って引張りばね２９（図１参照）が巻かれ、油掻きリング２２は、引張りばね２９によって、外周面２２ａから中心方向に向けて締め付けられている。また、引張りばね２９によって付勢されていることから、シリンダ棒１４が軸方向だけでなく軸方向に対して垂直方向等にぶれる場合でも、油掻きリング２２がシリンダ棒１４に追従しながら油を掻き続けることができる。
【００２３】
油掻きリング２２には、周方向の複数箇所に油を排出する排出孔２８が形成される（図３参照）。排出孔２８は、油掻きリング２２において半径方向、すなわち内周面２２ｂ側から外周面２２ａ側に貫通して形成される。排出孔２８は、例えばフライス等の工具で形成される。
【００２４】
次に、図３〜図１３を参照して、本実施形態に係る油掻きリング２２を構成する分割部材２２Ａに形成される切欠き部ついて説明する。
【００２５】
（第１実施例）
図３〜図５に示すように、各分割部材２２Ａには、外周面２２ａ側から半径方向に切り欠かれたスリット溝１が形成される。スリット溝１は切欠き部の一例である。スリット溝１の長さは、外周面２２ａ側から分割部材２２Ａの径方向の途中までである。スリット溝１の溝幅は、例えば一定である。スリット溝１は、分割部材２２Ａの上面から下面まで貫通している。スリット溝１の長さや幅に応じて、分割部材２２Ａの剛性の程度が調整される。なお、スリット溝１の溝幅は、分割部材２２の外周面２２ａ側が幅広で、次第に細くなるようにしてもよい。
【００２６】
スリット溝１が形成された部分は、分割部材２２Ａの径方向の幅が小さいため、スリット溝１が形成されていない部分に比べ、剛性が小さい。
上述したスリット溝１が形成されることによって、スリット溝１が形成された部分近傍の比較的狭い範囲について、油掻きリング２２の剛性を低下させることができる。また、スリット溝１は、ドリルやカッター等の簡易な切削工具で形成できる。
【００２７】
スリット溝１は、上述の排出孔２８が形成された中空の領域（図５参照）、すなわち分割部材２２Ａの天板と底板それぞれに設けられてもよいし、排出孔２８が形成されていない中実の領域に設けられてもよい（図４参照）。中空の領域又は中実の領域のいずれに形成するかによって、剛性の程度を調整できる。なお、中実の領域にスリット溝１を設けるほうが中空の領域にスリット溝１を設けるよりも剛性を低下させることができる。
【００２８】
スリット溝１は、例えば、一つの分割部材２２Ａに例えば５本程度で形成される。これにより、分割部材２２Ａの任意の周方向位置で剛性を低下させることができる。なお、分割部材２２Ａの端部の剛性が中央部分に比べて小さくなるようにスリット溝１を形成することが望ましい。これにより、分割部材２２Ａの端部に生じる接触面圧を低下させることができ、分割部材２２Ａの周方向における接触面圧を均一化できる。その結果、周方向にわたって油掻きリング２２とピストン棒１４とを全面的に接触させることができる。
【００２９】
（第２実施例）
図６〜図８に示すように、スリット溝１の端部は、スリット溝１の幅よりも長い直径を有する円形部２が形成されてもよい。これにより、スリット溝１の端部における応力集中を回避でき、分割部材２２Ａの耐久性を向上させることができる。円形部２は、例えばドリル等の簡易な切削工具で形成される。また、スリット溝１の径方向内側の先端部への応力集中を第１実施例のスリット溝１よりも緩和できるため、油掻きリングの耐久性を高めることができる。
【００３０】
（第３実施例）
図９〜図１１に示すように、スリット溝１の代わりに円弧状に切欠き部３を形成してもよい。円弧状の切欠き部３は、外周面２２ａ側から分割部材２２Ａの径方向の途中まで形成される。
【００３１】
円弧状の切欠き部３が形成された部分は、分割部材２２Ａの径方向の幅が小さいため、切欠き部３が形成されていない部分に比べ、剛性が小さい。
【００３２】
上述した円弧状の切欠き部３が形成されることによって、スリット溝１を形成する場合に比べて比較的広い範囲について、油掻きリング２２の剛性を低下させることができる。また、円弧状の切欠き部３は、フライス等の簡易な切削工具で形成でき、上述した排出孔２８と同一の工具を用いることができるため、作業を簡略化できる。また、切欠き部３の径方向内側の先端部への応力集中を第１実施例のスリット溝１よりも緩和できるため、油掻きリングの耐久性を高めることができる。
【００３３】
円弧状の切欠き部３は、上述の排出孔２８が形成された中空の領域、すなわち分割部材２２Ａの天板と底板それぞれに設けられてもよいし（図１１参照）、排出孔２８が形成されていない中実の領域に設けられてもよい（図１０参照）。スリット溝１の場合と同様に、中空の領域又は中実の領域のいずれに形成するかによって、剛性の程度を調整できる。
【００３４】
（第４実施例）
図１２に示すように、スリット溝４は、分割部材２２Ａの端部付近にスリット溝４の幅と同程度の間隔で複数本が形成されて、分割部材２２Ａの端部付近を櫛状にしてもよい。櫛状とする領域は、剛性を低下させる領域に応じて決定される。この場合、スリット溝１が１本のみ設けられる場合に比べて、剛性をより低下させることができる。
【００３５】
また、櫛状部分を形成するスリット溝４のそれぞれの深さは、分割部材２２Ａの端部側が最も深く、分割部材２２Ａの中央に向かうにつれて浅くなることが望ましい。これにより、分割部材２２Ａの端部の剛性が中央部分に比べて小さくなり、分割部材２２Ａ端部に生じる接触面圧を低下させることができる。その結果、分割部材２２Ａの周方向における接触面圧が均一化され、周方向にわたって油掻きリング２２とピストン棒１４とを全面的に接触させることができる。
【００３６】
複数本のスリット溝４が分割部材２２Ａの端部において周方向に配列されることにより、分割部材２２Ａの端部の剛性が中央部分に比べて小さくなり、分割部材２２Ａ端部に生じる接触面圧を低下させることができる。その結果、分割部材２２Ａの周方向における接触面圧が均一化され、周方向にわたって油掻きリング２２とピストン棒１４とを全面的に接触させることができる。
【００３７】
（第５実施例）
図１３に示すように、分割部材２２Ａには、径方向の中間付近において、端部から周方向に沿って切り欠かれたスリット溝５が形成される。スリット溝５は、切欠き部の一例である。
【００３８】
スリット溝５の長さは、端部から分割部材２２Ａの周方向の途中までである。スリット溝５の溝幅は、例えば一定である。スリット溝は、分割部材２２Ａの両端部に形成される。スリット溝５は、分割部材２２Ａの上面から下面まで貫通している。スリット溝５の長さや幅は、剛性を低下させる領域や剛性の程度に応じて決定される。
【００３９】
スリット溝５が形成された部分は、分割部材２２Ａの径方向において空隙部分が形成されるため、スリット溝５が形成されていない部分に比べ、剛性が小さい。
【００４０】
上述したスリット溝５が形成されることによって、スリット溝５が形成された分割部材２２Ａの端部の比較的広い範囲について、油掻きリング２２の剛性を低下させることができる。また、スリット溝５は、ドリルやカッター等の簡易な切削工具で形成できる。
【００４１】
このスリット溝５についても、上述の排出孔２８が形成された中空の領域、すなわち分割部材２２Ａの天板と底板それぞれに設けられてもよいし、排出孔２８が形成されていない中実の領域に設けられてもよい。中空の領域又は中実の領域のいずれか、または両者にわたって周方向に形成するかによって、剛性の程度を調整できる。
【００４２】
以上、本実施形態によれば、ピストン棒１４に付着した油を直接掻く部材である油掻きリング２２の剛性を低減することができる。また、分割部材２２Ａの端部の剛性を中央部分に比べて小さくし、分割部材２２Ａ端部に生じる接触面圧を低下させることで、分割部材２２Ａの周方向における均一な接触面圧を確保できる。その結果、周方向にわたって油掻きリング２２とピストン棒１４とを全面的に接触させることができる。そして、ピストン棒１４の外径が大径化し、分割部材２２Ａの円弧形状の内径と、ピストン棒１４の外径との寸法誤差が大きくなる場合でも、油掻きリング２２の内周面とピストン棒１４の外周面がほぼ全長にわたって接触することになり、ピストン棒１４の外周面から確実に油を掻き落とすことができる。
【００４３】
特に、クランク軸１７の作動半径が長いロングストロークのディーゼル機関１０において、ピストン棒１４が軸方向に対して垂直方向へぶれる場合でも、本実施形態では、油掻きリング２２の追従性が高いため、油掻きリング２２の内周面２２ｂとピストン棒１４の外周面に隙間ができにくく、油掻き性能を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施形態のスリット溝や円弧状の切欠き部は、簡単な切削加工で実現できる。したがって、既に使用されている油掻きリング２２や、ストック品として保管されている油掻きリング２２に対しても、船内又は簡単な作業場と比較的簡易な切削工具があれば、容易に剛性を低下させることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態と異なり、油掻きリング２２の切断部分を１か所とした場合や油掻きリング２２を２分割とした場合は、剛性が高くなり、本実施形態のように剛性を低下させたとしても、面当たりが悪い。また、油掻きリング２２の切断部分を１か所とした場合は、ピストン棒１４の半径方向に油掻きリング２２を外すことができないため、保守性が悪い。これに対し、本実施形態では、油掻きリング２２を３分割としていることから、４分割以上にして分割数を多くすることによる部品点数の増加を避けつつ、油掻き性能を向上させることができ、かつ、保守時の交換作業を効率的に行うことができる。
【符号の説明】
【００４６】
１，２，４  スリット溝（第１切欠き部）
３  切欠き部（第１切欠き部）
５  スリット溝（第２切欠き部）
１０  ディーゼル機関（内燃機関）
１１  掃気室
１２  クランク室
１４  ピストン棒
１８  スタッフィングボックス
２２  油掻きリング
２２Ａ  分割部材
２３  シールリング
２８  排出孔
２９  引張りばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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