(57)【要約】      （修正有）【課題】  ２本のレールの外周面がそれぞれ均一に常時シリンダ内壁面に摺接可能で、フリクションを低減するとともにオイル消費に優れ、製造が容易なオイルリングの提供。【解決手段】２本の本体レール部と、２本の本体レール部をつなぐ柱部で連結した断面略Ｉ字形状のオイルリング本体１０と、オイルリングをその半径方向外方に付勢するエキスパンダ２０とを備える。オイルリング本体の外周面側であって２本の本体レール部の間には、軸方向断面が円弧形状の環状溝１４が形成され、環状溝には摺動し且つ揺動可能な揺動リングが配置される。揺動リングの内周面の軸方向断面形状は環状溝の形状に合致しており揺動リングは円弧方向に移動可能である。揺動リングの外周面側には、軸方向で互いに離間する環状の第１レール部３１と第２レール部３２とが設けられ、これらレール部はオイルリング本体の２本の本体レール部１２、１３よりも半径方向外方に突出している。【選択図】  図１
2008008420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の本体レール部と、２本の本体レール部をつなぐ柱部で連結した断面略Ｉ字形状のオイルリング本体と、
該オイルリング本体の内周面側に位置して該オイルリングをその半径方向外方に付勢するエキスパンダとを備えた内燃機関用オイルリングにおいて、
該オイルリング本体の外周面側であって該２本の本体レール部の間には、軸方向断面が円弧形状の環状溝が形成され、
該環状溝には摺動し且つ揺動可能な揺動リングが配置され、該揺動リングの内周面の該軸方向断面形状は該環状溝の形状に合致して該揺動リングが該環状溝に対して円弧方向に移動可能であり、該揺動リングの外周面側にはシリンダ内壁面に対する摺動面を形成し軸方向で互いに離間する環状の第１レール部と第２レール部とが設けられ、該第１レール部と第２レール部は該オイルリング本体の２本の本体レール部よりも半径方向外方に突出していることを特徴とするオイルリング。
【請求項２】
該オイルリング本体は１個の合口部が形成され、該揺動リングには１個の合口部が形成され、該オイルリング本体の合口部と該揺動リングの合口部とは周方向で互いにずれていることを特徴とする請求項１に記載のオイルリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関内のピストンに装着されるオイルリングに関し、特に、オイル掻き作用を果たすオイルリング本体と、オイルリング本体をその半径方向外方に付勢するためのエキスパンダとを備えた低フリクションでオイル消費量の低減が可能なオイルリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年内燃機関においては、燃費向上のために、内燃機関ピストン等における各摺動部の摩擦力の低減が重要な課題となっている。特にシリンダ内壁面と摺動するピストンリングにおいては、圧力リングやオイルリングの摩擦力の低減に対し、張力の低減が有効なことから、低張力化の傾向にある。しかし、低張力化（２本の圧力リングと１本のオイルリングの合計張力をシリンダ内径で除した値が０．２０Ｎ／ｍｍ〜０．２５Ｎ／ｍｍ）に伴い、オイルリングのシール機能が不十分になり、オイル消費が増加する問題があった。
【０００３】
オイルリングの主たる機能は、オイルの掻き落とし機能と、オイルの消費量を制御するオイルコントロール機能を担うものであるが、これらの機能を向上させるため、オイルリング軸方向幅を薄幅化する技術が開発されている。従来の薄幅化されたオイルリングの例について示すと、図５に示すように、オイルリング１は、２本のレール１２Ｂ、１３Ｂを柱部で連結した断面略Ｉ字形状を呈するものである。この例には、２本のレール１２Ｂ、１３Ｂが対称に形成されている例を示すものである。レール１２Ｂおよび１３Ｂを柱部１８Ｂで連結して形成される外周側環状溝１４Ｂは、シリンダ内壁面から摺動面によってかきとられたオイルが受容される溝であり、さらに、外周側環状溝１４Ｂに受容されたオイルは、柱部１８Ｂに多数設けられている貫通孔１５Ｂを通過し、オイルリング１の内周側へと移動する。
【０００４】
このような構成からなるオイルリングにおいては、オイル消費量低減の観点から、オイルリング軸方向の幅、すなわち図５に示す軸方向高さ（ｈ１）を薄くすることにより、オイルリングのオイルコントロール機能を高めている。ｈ１の寸法が小さい程低フリクションとできるので、オイル消費量低減には有利であるが、常にシリンダ内壁面にフラットに接触しようとする構造であるため、初期に形成された当たり面が長期にわたり維持されてしまう。
【０００５】
フラットな面には楔効果が寄与しないので摺動面の油膜の厚さは薄く、フラットな広い面で薄い油膜をせん断する場合には摩擦力が大きくなる。オイルリングといえども、工程のほとんどの領域で流体潤滑で運転されるので、薄い油膜の場合は油膜内の速度勾配が大きくなり、速度勾配が大きいほどせん断力が大きくなるので、広いフラットな面は高いせん断力の発生領域が全面にわたりフリクションが大きくなる。
【０００６】
これを回避させるためには、摺動面当たり幅を小さくさせることが最も重要である。しかし、摺動面当たり幅を小さくすることでシリンダ内壁面との接触面圧が増大すると、オイルの掻き落とし機能やオイルコントロール機能は向上するが、摩耗が進行する為、安易に面圧を高く設定することはできない。
【０００７】
特許文献１に記載された従来のオイルリングは、オイルリング本体の外周側面に沿って一対の環状レール溝が形成され、一対の環状レール溝に、オイルリング本体の合口部を通過するように薄板状の環状レールが装着される。環状レールの外周縁部は、オイルリング本体の外周面よりも半径方向外方に突出して、シリンダ内壁面に対して摺動する。係る構成によれば、摺動部分をなす環状レールのみを耐摩耗性の良好な材質で形成すればよく、オイルリング本体を低コスト材料で製造することができ、オイルリング本体に表面処理を施す必要がなくなる。更にオイルリング本体の合口部からのオイルの漏出は一対の環状レールによって防止できる。
【特許文献１】特開平３−８８９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし特許文献１によるオイルリングでは、環状レールを装着させるためにオイルリング本体の外周面に環状レール溝加工を施す必要があるため、製造コストの上昇が考えられる。またピストンの上下動によりシリンダ内壁面と摺動する環状レールにねじれが生じ、薄板状の環状レール自体がそのねじれに耐えられなくなり、折損する恐れがあると考えられる。
【０００９】
更に、ピストンの真円加工の不完全さや組立誤差等に起因して、ピストンの軸心がシリンダ内壁面軸心に対してわずかに傾いてピストンが往復動作する場合に、一対の環状レールの外周面が均一にシリンダ内壁面に接触するとは限らず、一方の環状レールの外周面の一部がシリンダ内壁面から離間して微小な隙間が発生すると、この隙間からオイルが漏れてオイル消費に悪影響を来すおそれがある。
【００１０】
そこで本発明は、ピストンの上下動によりシリンダ内壁面と摺動し、ねじれが生じても折損の問題がなく、２本のレールの外周面がそれぞれ均一に常時シリンダ内壁面に摺接可能で、なおかつ摺動摩擦を低減するとともに、オイル消費に優れ製造が容易なオイルリング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】
【００１１】
係る目的を達成するため、本発明は２本の本体レール部と、２本の本体レール部をつなぐ柱部で連結した断面略Ｉ字形状のオイルリング本体と、該オイルリング本体の内周面側に位置して該オイルリングをその半径方向外方に付勢するエキスパンダとを備えた内燃機関用オイルリングにおいて、該オイルリング本体の外周面側であって該２本の本体レール部の間には、軸方向断面が円弧形状の環状溝が形成され、該環状溝には摺動し且つ揺動可能な揺動リングが配置され、該揺動リングの内周面の該軸方向断面形状は該環状溝の形状に合致して該揺動リングが該環状溝に対して円弧方向に移動可能であり、該揺動リングの外周面側にはシリンダ内壁面に対する摺動面を形成し軸方向で互いに離間する環状の第１レール部と第２レール部とが設けられ、該第１レール部と第２レール部は該オイルリング本体の２本の本体レール部よりも半径方向外方に突出しているオイルリングを提供している。
【００１２】
ここで、該オイルリング本体は１個の合口部が形成され、該揺動リングには１個の合口部が形成され、該オイルリング本体の合口部と該揺動リングの合口部とは周方向で互いにずれている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載のオイルリングによれば、揺動リングはオイルリング本体に対して揺動可能であるので、ピストンの往復動作中に、第１レール部と第２レール部の外周面全体が常時シリンダ内壁面に摺接可能となる。従ってオイルの漏れが防止でき、オイル消費量の上昇を抑えることができる。またシリンダ内壁面に対してピストンが傾いて、オイルリングに傾きが生じても、揺動リングの揺動によって第１レール部と第２レール部の外周面全体が良好にシリンダ内壁面に追従することができる。
【００１４】
又、第１レール部と第２レール部とは揺動リングの一部であって一体であるため、板状のレールと比較して剛性に優れ、折損のおそれがない。
【００１５】
更に揺動リングの第１レール部と第２レール部の外周面（摺動面）のシリンダ内壁面に対する当たり幅を小さく形成しておけば、高面圧のオイルリングを提供することができる。
【００１６】
更に、揺動リングのシリンダ内壁面に対する当たり幅の小さい第１レール部摺動面と第２レール部摺動面のみがシリンダ内壁面に対して摺動する。そして揺動リングの第１レール部摺動面及び第２レール部摺動面の摩耗が進行した場合には、これらの摺動面は、オイルリング本体の２本の本体レール部摺動面と第１レール部摺動面及び第２レール部摺動面がシリンダ内壁面に対して同一面となり、本体レール部の摺動面もシリンダ内壁面に対して摺動する。この時、シリンダ内壁面に対しては、本体レール部と揺動リングの第１レール部及び第２レール部の摺動により、摩耗の進行を防止することができる。
【００１７】
請求項２記載のオイルリングによれば、オイルリング本体の合口部と揺動リングの合口部とはリング周方向で互いにずれて配置されているので、オイルリング本体の合口部からのオイルの漏出を揺動リングによって防止できる。よって、第１レール部摺動面と第２レール部摺動面の摩耗が進行して面圧が減少しても、合口部からのオイル漏れが防止できるので、全体としてオイル消費量低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施の形態によるオイルリングについて図１、図２を参照して説明する。オイルリング１は、オイルリング本体１０と、コイルエキスパンダ２０と揺動リング３０とを有する。オイルリング本体１０はスチール製であり、合口部１６を備える。内周面側にはリング軸方向断面が略半円形状の内周側環状溝１１が形成され、コイルエキスパンダ２０が組み合わされる。外周面側には本体レール部１２、１３が設けられる。本体レール部１２、１３の摺動面には、ＰＶＤ、ＤＬＣ、窒化、Ｃｒめっき等の耐摩耗性皮膜を形成させることが望ましい。そして本体レール部１２、１３の間には、軸方向断面が円弧形状の外周側環状溝１４が形成されている。オイルリング本体１０の軸方向略中央には、半径方向に延びる複数の貫通孔１５がリング周方向で等間隔に形成されている。貫通孔１５はリング軸方向よりも周方向に長い長円形状である。貫通孔１５を通じて掻き取られたオイルを図示せぬオイルリング溝の背面側のオイルドレイン穴へすばやく排出することができる。
【００１９】
コイルエキスパンダ２０はオイルリング本体１０をその半径方向外方に付勢して張力を付与するためのものであり、オイルリング本体１０の内周側環状溝１１に装着される。なお図１においてコイルエキスパンダ２０内に示されたハッチングの丸は、コイルエキスパンダ２０を構成する線材の断面を示す。
【００２０】
揺動リング３０は、オイルリング本体１０の外周側環状溝１４に摺動しつつ揺動可能に配置される。揺動リング３０の内周面のリング軸方向に沿った断面形状は、外周側環状溝１４の断面形状に合致しており、揺動リング３０は外周側環状溝１４に対して外周側環状溝１４の円弧方向に移動可能である。揺動リング３０の外周面側には図示せぬシリンダ内壁面に対する摺動面をなしリング軸方向で互いに離間する環状の第１レール部３１と第２レール部３２とが設けられる。第１レール部３１と第２レール部３２は、オイルリング本体１０の本体レール部１２、１３よりも半径方向外方に突出している。第１レール部３１と第２レール部３２のシリンダ内壁面と摺動する面には耐摩耗層として、ＰＶＤ、ＤＬＣ、窒化、Ｃｒめっき等の耐摩耗性皮膜を形成させることが望ましい。
【００２１】
揺動リング３０はスチール製の線材を引き抜き加工又は切削加工することにより、所望の断面形状が得られる。具体的には、直径０．５〜１．５ｍｍの線材から作製され、第１レール部３１と第２レール部３２のシリンダ内壁面に対する当たり幅（図３のＬ３）をそれぞれ０．１〜０．３ｍｍ程度とする。揺動リング材料としてはマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｂ、ＳＵＳ４４０Ｃ）を用いることが好ましい。本実施の形態では、揺動リング３０の第１レール部３１と第２レール部３２の間の外周面側はリング軸方向断面において凹部形状をなしている。ここで第１レール部３１と第２レール部３２は、摺動面側から反摺動面側に向かって徐々にリング軸方向における厚さが大きくなるように形成される。第１レール部３１と第２レール部３２の外周面（摺動面）のシリンダ内壁面に対する当たり幅を小さく形成しておけば、高面圧のオイルリングを提供することができる。また、厚さを徐々に大きくすることにより、第１レール部３１と第２レール部３２の摩耗の進行によって徐々にシリンダ内壁面に対する当たり幅が大きくなり、面圧が減少して摩耗量を減少させることができる。
【００２２】
揺動リング３０の軸方向略中央には、半径方向に延びオイルリング本体１０の貫通孔１５の個数よりも多い複数の貫通孔３３が、リング周方向で等間隔に、かつオイルリング本体１０の貫通孔１５と連通可能に形成されている。貫通孔３３は真円形状が好ましく、その内径はオイルリング本体１０の貫通孔１５のリング軸方向における長さやリング周方向における長さよりも小さい。揺動リング３０がオイルリング本体１０に対して揺動するため、揺動している状態でも貫通孔１５との連通を確保するためである。揺動リング３０の貫通孔３３の個数をオイルリング本体１０の貫通孔１５の個数よりも多くすると共に、貫通孔１５、３３のサイズを互いに異ならせているので、貫通孔１５，３３とを可能な限り互いに連通させることができる。
【００２３】
揺動リング３０は合口部３４を有し、その位置はリング周方向においてオイルリング本体１０の合口部１６と異なる。合口部１６、３４を互いにずらして装着することにより、見かけ上の合口隙間をなくすことができ、オイルの掻き残しがなくなるため、オイル消費量を増加させることなく、耐摩耗性を維持することができる。よって、第１レール部３１と第２レール部３２の摩耗が進行して面圧が減少しても、合口部１６からのオイルの漏れが防止できるので、全体としてオイル消費量低減を図ることができる。
【００２４】
このように、揺動リング３０はオイルリング本体１０に対して揺動可能であるので、ピストンの往復動作中に、第１レール部３１と第２レール部３２の外周面全体が常時シリンダ内壁面に摺接可能となる。従ってオイルの漏れが防止でき、オイル消費量の上昇を抑えることができる。またシリンダ内壁面に対してピストンが傾いて、オイルリングに傾きが生じても、揺動リング３０の揺動によって第１レール部３１と第２レール部３２の外周面全体が均一にシリンダ内壁面に追従できる。又、第１レール部３１と第２レール部３２とは揺動リング３０の一部であって一体であるため、板状のレールと比較して剛性に優れ、折損のおそれがない。
【００２５】
更に、揺動リング３０のシリンダ内壁面に対する当たり幅の小さい第１レール部３１摺動面と第２レール部３２摺動面のみがシリンダ内壁面に対して摺動する。そして揺動リング３０の第１レール部摺動面３１及び第２レール部３２摺動面の摩耗が進行した場合には、これらの摺動面は、オイルリング本体１０の本体レール部１２、１３と第１レール部摺動面３１と第２レール部摺動面がシリンダ内壁面に対して同一面となり、当たり幅の広い本体レール部１２、１３の摺動面もシリンダ内壁面に対して摺動する。従って低面圧のリングとして機能して摩耗の進行を防止することができる。
【００２６】
次に、本実施の形態によるオイルリング（実施例１と称す）のオイル消費試験について図３乃至図６に基づき説明する。
【００２７】
図３に示されるように、実施例１のオイルリング本体１０の材質は、ＳＵＳ４１０材相当（Ｃ：０．６５質量％、Ｓｉ：０．４０質量％、Ｍｎ：０．３５質量％、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｃｒ：１３．５質量％、Ｍｏ：０．３質量％、残部：Ｆｅ）であり、軸方向長さｈ１は１．５ｍｍ、半径方向幅ａ１は１．７ｍｍであった。又本体レール部１２、１３のリング軸方向における長さＬ１は０．２ｍｍであった。更に、リング軸方向における長さが０．５ｍｍでありリング周方向における長さが１．５ｍｍ の貫通孔１５をパンチを用いて３４箇所形成した。揺動リング３０の材質は、ＳＵＳ４４０Ｂ相当（Ｃ：０．９０質量％、Ｓｉ：０．４０質量％、Ｍｎ：０．３５質量％、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０４質量％以下、Ｃｒ：１７．５質量％、Ｍｏ：１．１５質量％、Ｖ：０．１２質量％）であり、ダイスを用いて熱間引抜加工にて作成した。オイルリング本体の外周側環状溝のリング軸方向における長さＬ２は１．１ｍｍ、第１、第２レール部３１、３２の外周面のリング軸方向における長さ（当たり幅）Ｌ３は０．１ｍｍであった。貫通孔３３はドリルを用いて内径を０．３ｍｍとし４０箇所形成した。揺動リング３０をオイルリング本体１０に装着したとき、本体レール部１２、１３の外周面からの揺動リングの第１、第２レール部３１、３２の外周面の突出量ｘは５μｍであった。また第１、第２レール部３１、３２の外周面からエキスパンダ２０の内周面までのリング半径方向の距離ａ１２は２．３ｍｍであった。
【００２８】
図４に示されるように、比較例１のオイルリングは、特許文献１記載のオイルリングである。オイルリング本体の材料、寸法ｈ１、ａ１，ａ１２や貫通孔の大きさと個数は実施例１と同様である。オイルリング本体１０Ａの外周面側には、１対の環状レール３５を装着するための環状溝が形成されている。環状レール３５は実施例１の揺動リングと同一材であり、その外周面のリング軸方向における長さ（当たり幅）は１対の環状レールで０．２ｍｍであった。また環状レール３５の外周面とオイルリング本体１０Ａの外周面との距離ｘは５μｍであった。
【００２９】
図５に示されるように、比較例２のオイルリングは、従来のオイルリングである。オイルリング本体１０Ｂの材料、寸法ｈ１、ａ１２や貫通孔の大きさと個数は実施例１と同様である。寸法ａ１’は、上記寸法ａ１とｘとの和に相当する。
【００３０】
排気量２０００ｃｃ、直列４気筒（シリンダ内径：８６ｍｍ）のエンジンを用いて、実施例１及び比較例１、比較例２のオイルリングのオイル消費試験を行った。この際、ＷＯＴ（全負荷）により機関回転数を４０００ｒｐｍ、３時間後のオイル消費量を調べた。比較例１のオイル消費量（ｇ／ｈ）を１．００とした時のそれぞれのオイル消費指数（オイル消費比率）を図６に示す。図６のグラフから明らかなように、比較例１のオイル消費量を１．００とした場合に、比較例２のオイル消費量は１．１５であるが、実施例１のオイル消費量は０．８０ときわめて低く、本実施の形態において、良好なオイル消費量低減効果が認められた。
【００３１】
本実施の形態の揺動リングの変形例を図７、図８に示す。図７の揺動リング３０’は、パイプ状の線材を円形断面で略２等分したものであり、端面が第１レール部３１’、第２レール部３２’の外周面に対応する。図８の揺動リング３０”は、その外周面が内周面よりも半径の大きい円弧形状をしており、第１レール部３１”や第２レール部３２”の肉厚が反シリンダ内壁面方向に向かって徐々に大きくなっている。なお３３’３３”は貫通孔である。いずれの変形例においても第１の実施の形態による揺動リング３０と同等の性能を発揮することができる。
【００３２】
尚、本発明のオイルリングは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えばエキスパンダはオイルリング本体に張力を付与するものであればコイルエキスパンダに限定されず、プレートエキスパンダであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態によるオイルリングの概略断面図。
【図２】本発明の実施の形態によるオイルリングをその外周面側から視た部分斜視図。
【図３】本発明の実施の形態に基づく実施例１のオイルリングの寸法を示す概略断面図。
【図４】比較例１のオイルリングの寸法を示す概略断面図。
【図５】比較例２のオイルリングの寸法を示す概略断面図。
【図６】比較例１に対する比較例２、実施例１のオイル消費量比を示すグラフ。
【図７】本発明のオイルリングに用いられる揺動リングの第１の変形例を示す概略断面図。
【図８】本発明のオイルリングに用いられる揺動リングの第２の変形例を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  オイルリング
１０  オイルリング本体
１１  内周側環状溝
１２、１３  本体レール部
１４  外周側環状溝
１５、３３、３３’３３”  貫通孔
１６、３４  合口部
１８  柱部
２０  コイルエキスパンダ
３０  揺動リング
３１  第１レール部
３２  第２レール部
３５  環状レール
【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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