(57)【要約】【課題】フリクションの低減を図れ、オイル掻き能力も良好である組合せオイルリングを提供する。【解決手段】上下レール７，８を有するオイルリング５と、これを半径方向外方に押圧するエキスパンダ６とを有する組合せオイルリング４において、オイルリング５の上レール７の外周面１１を、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面１１ａと、平坦面１１ａの上端から上レール上面１２につながる曲面１１ｂと、平坦面１１ａの下端から上レール下面１３につながる曲面１１ｃとで形成し、下レール８も同じように形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下レールを有しているオイルリングと、オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
前記オイルリングの上レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の上端から上レール上面につながる曲面と、平坦面の下端から上レール下面につながる曲面とから形成され、下レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の上端から下レール上面につながる曲面と、平坦面の下端から下レール下面につながる曲面とから形成されていることを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項２】
上下レールを有しているオイルリングと、オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
前記オイルリングの上レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の上端から上レール上面につながる曲面とから形成され、下レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の下端から下レール下面につながる曲面とから形成されていることを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項３】
上下レールを有しているオイルリングと、オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
前記オイルリングの上レールの外周面が、上レール下端から半径寸法を減じるようにして上レール上面につながる曲面から形成され、下レールの外周面が、下レール上端から半径寸法を減じるようにして下レール下面につながる曲面から形成されていることを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項４】
上下レールを有しているオイルリングと、オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
前記オイルリングの上下レールの各外周面が、レール軸方向幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲面から形成されていることを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項５】
前記曲面の半径方向落差が２５〜７５μｍであることを特徴とする請求項１，２又は３記載の組合せオイルリング。
【請求項６】
前記曲面の上側半径方向落差が２５〜７５μｍで、下側半径方向落差が１〜２０μｍであることを特徴とする請求項４記載の組合せオイルリング。
【請求項７】
前記上下レールの外周面に低フリクション表面処理が施されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の組合せオイルリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関やコンプレッサなどの往復動するピストンに装着され、オイルコントロールを行う組合せオイルリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、オイルリングとエキスパンダとからなる２ピース形の鋼製組合せオイルリングが使用されている。この組合せオイルリングは、ディーゼルエンジンに多く使用されているが、最近では、摩耗による張力減退率が低く、耐久性に優れることからガソリンエンジンにも多く使用されている。また、近年の低燃費化の要求から、オイルリングにおいても低フリクションが求められている。オイルリングに関するフリクションの低減対策としては低張力化や、外周面や上下面への低フリクション表面処理等がある。
【０００３】
上記２ピース形の組合せオイルリング４Ａにおけるオイルリング５Ａは、図６に示されるように、上下２本のレール７Ａ，８Ａがウェブ９で連結され、レールで掻き取ったオイルを通過させる油窓２２がウェブ９に多数形成されている。そして上レール７Ａの外周側突起部１０Ａは、平坦面から形成されている外周面１１Ａとこれに連なる一対の傾斜した上下面１２Ａ，１３Ａからなる断面略台形状をなしており、外周面１１Ａと上下面１２Ａ，１３Ａとでとがった角部を形成している。下レール８Ａも上レール７Ａと同一に形成されている。なお、１はピストン、２はシリンダ、３はリング溝、６はコイルエキスパンダである。
【０００４】
一方、潤滑油消費量低減、耐スカッフ性向上を目的に、レール外周面を軸方向幅中心を頂点とした円弧面に形成した組合せオイルリングが提案されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ピストン上昇時におけるオイルの掻き上げ作用の抑制を目的として、レール外周面を平坦面とテーパ面とから形成した組合せオイルリングが提案されている（特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
実開平４−９５１６９号公報
【特許文献２】
特開平９−１４４８８１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
組合せオイルリングがピストンのリング溝に装着されてシリンダ内を軸方向に摺動している時、外周面が平坦面のみから形成されている上記従来の組合せオイルリングでは、ピストンの首振りにより、レール外周のとがった角部が局部的にシリンダ内周面に当たり、フリクションが増加することがある。一方、レール外周面を円弧面とした上記従来の組合せオイルリングの場合は、シリンダ内周面と周方向に線状の接触となり、接触圧力が高すぎて、フリクションが増加する場合がある。また、レール外周面を外周面とテーパ面とで形成した上記従来の組合せオイルリングの場合は、ピストン下降時、下レール外周の下側角部により、フリクションが増加する場合がある。また、ピストン姿勢が傾いたときや上昇時に、上レール外周のとがった上側角部が局部的にシリンダ内周面に当たり、フリクションが増加することがある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その課題は、フリクションの低減を図れ、オイル掻き能力も良好である組合せオイルリングを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次の手段を採る。すなわち、
本発明は、上下レールを有しているオイルリングと、オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
前記オイルリングの上レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の上端から上レール上面につながる曲面と、平坦面の下端から上レール下面につながる曲面とから形成され、下レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の上端から下レール上面につながる曲面と、平坦面の下端から下レール下面につながる曲面とから形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、シリンダボア摺動時、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。また、シリンダ内周面と接する外周平坦面の軸方向幅を０．０５〜０．３ｍｍとすることにより、外周摺動面の初期摩耗の低減とオイル消費の安定化が図られる。軸方向幅が０．０５ｍｍ未満では初期摩耗が増加し、０．３ｍｍを越えるとオイル掻き能力が不足する。
【００１１】
上記において、曲面の半径方向落差は２５〜７５μｍであることが好ましい。２５μｍ未満であるとフリクションが増加し、７５μｍを越えるとオイル消費が増加する。
【００１２】
本発明は、次のように構成することもできる。すなわち、
本発明は、上下レールを有しているオイルリングと、オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
前記オイルリングの上レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の上端から上レール上面につながる曲面とから形成され、下レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の下端から下レール下面につながる曲面とから形成されていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、シリンダボア摺動時、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。また、シリンダ内周面と接する外周平坦面の軸方向幅を０．０５〜０．３ｍｍとすることにより、外周摺動面の初期摩耗の低減とオイル消費の安定化が図られる。軸方向幅が０．０５ｍｍ未満では初期摩耗が増加し、０．３ｍｍを越えるとオイル掻き能力が不足する。一方、上レールの下端に確保される角部がオイル掻きに寄与する。
【００１４】
上記において、曲面の半径方向落差は２５〜７５μｍであることが好ましい。２５μｍ未満であるとフリクションが増加し、７５μｍを越えるとオイル消費が増加する。
【００１５】
本発明は、更に次のように構成することもできる。すなわち、
本発明は、上下レールを有しているオイルリングと、オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
前記オイルリングの上レールの外周面が、上レール下端から半径寸法を減じるようにして上レール上面につながる曲面から形成され、下レールの外周面が、下レール上端から半径寸法を減じるようにして下レール下面につながる曲面から形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、シリンダボア摺動時、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。また、上レールの下端に確保される角部がオイル掻きに寄与する。なお、シリンダ内周面と周方向に線状の接触となるが、ピストン上昇行程で油膜を形成しやすいためフリクションの増大を防ぐことができる。
【００１７】
上記において、曲面の半径方向落差は２５〜７５μｍであることが好ましい。２５μｍ未満であるとフリクションが増加し、７５μｍを越えるとオイル消費が増加する。
【００１８】
本発明は、更に次のように構成することもできる。すなわち、
本発明は、上下レールを有しているオイルリングと、オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
前記オイルリングの上下レールの各外周面が、レール軸方向幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲面から形成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、シリンダボア摺動時、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。また、オイル掻き能力の向上と耐スカッフ性の向上が図られる。なお、シリンダ内周面と周方向に線状の接触となるが、ピストン上昇行程で油膜を形成しやすいためフリクションの増大を防ぐことができる。
【００２０】
上記において、非対称バレル曲面の上側半径方向落差が２５〜７５μｍで、下側半径方向落差が１〜２０μｍであることが好ましい。上側半径方向落差が２５μｍ未満であると、フリクションが増加し、また、オイルの掻き上げによりオイル消費が増加する。７５μｍを越えるとオイル消費が増加する。下側半径方向落差が１μｍ未満であると、フリクションの増加やスカッフが発生しやすくなる。２０μｍを越えるとオイル消費が増加する。
【００２１】
シリンダと摺動する上下レールの外周面に低フリクション表面処理が施されているのが好ましい。低フリクション表面処理としては、窒化層や、ＣｒＮやＣｒ２Ｎ等からなるＰＶＤ皮膜（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｆｉｌｍ）又はＤＬＣ皮膜（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｌｍ）が形成されるのが好ましい。これにより、耐摩耗性が向上するとともに、フリクションの低減を図れる。なお、ＰＶＤ皮膜やＤＬＣ皮膜の場合は、皮膜の内側に窒化層を形成するのが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１において、１はピストン、２はシリンダで、ピストン１の外周に形成されているリング溝３に組合せオイルリング４が装着されている。組合せオイルリング４は２ピースタイプの鋼製組合せオイルリングで、オイルリング５と、コイルエキスパンダ６から構成されている。
【００２４】
オイルリング５は、合い口を有する略Ｉ字形断面の鋼製リングで、円周方向に延びる上下一対のレール７，８と、円周方向に延び上下レール７，８を連結する真直ぐなウェブ９とからなっている。
【００２５】
上レール７の外周側突起部１０は、外周面１１と、外周面１１に連なる一対の傾斜した上下面１２，１３とからなる断面略台形状をなしており、外周面に向かって幅が狭くなっている。外周面１１はシリンダ内周面２ａと摺動する平坦面１１ａと、平坦面１１ａの上端と上レール上面１２とに滑らかにつながる円弧状曲面１１ｂと、平坦面１１ａの下端と上レール下面１３とに滑らかにつながる円弧状曲面１１ｃとからなっている。平坦面１１ａの軸方向幅ａは０．０５〜０．３ｍｍの範囲にある。円弧状曲面１１ｂ，１１ｃの半径方向落差ｂは２５〜７５μｍの範囲にある。
【００２６】
下レール８も、上レール７と同一に形成されており、１４は外周側突起部、１５は外周面、１６，１７は外周面１５に連なる一対の傾斜した上下面で、外周面１５は平坦面１５ａと上下一対の円弧状曲面１５ｂ，１５ｃとから形成されている。
【００２７】
オイルリング５における上下レール７，８の外周面１１，１５、すなわち平坦面１１ａ，１５ａと上下一対の円弧状曲面１１ｂ，１１ｃ、１５ｂ，１５ｃとには、低フリクション表面処理が施されている。本実施形態では、ＣｒＮやＣｒ２ＮからなるＰＶＤ皮膜又はＤＬＣ皮膜１８，１９が被覆されており、その内側に窒化層１８ａが形成されている。なお、窒化層１８ａはオイルリング５の全表面に形成されている。
【００２８】
オイルリング５の内周側に形成されている内周溝２０には、コイルエキスパンダ６が装着されており、オイルリング５を半径方向外方すなわちシリンダ内周面２ａに押圧する。
【００２９】
したがって、コイルエキスパンダ６によってシリンダ内周面２ａに押し付けられたオイルリング５が、シリンダ内周面２ａを摺動し、シリンダ内周面２ａから掻き取ったオイルは、上下レール７，８の外周側突起部１０，１４の間の外周溝２１から、ウェブ９に円周方向に間隔を置いて多数形成されている油窓２２を通ってオイルリング５の内周側に移動し、ピストン１に形成されているオイル戻し孔２３を通ってオイルパンに戻される。
【００３０】
この際、ピストン１の傾きを生じても、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。また、所定の軸方向幅の外周平坦面１１ａ，１５ａによって、外周摺動面の初期摩耗の低減とオイル消費の安定化が図られる。
【００３１】
図２は、本発明の別の実施形態２を示している。本実施形態２は、上記実施形態１とは、オイルリングにおける外周面形状が相違しているだけで、他の構成は上記実施形態１と同じである。
【００３２】
本実施形態２では、オイルリング５における上レール７の外周面１１は、シリンダ内周面２ａと摺動する平坦面１１ａと、平坦面１１ａの上端と上レール上面１２とに滑らかにつながる円弧状曲面１１ｂとからなっている。平坦面１１ａの軸方向幅ａは０．０５〜０．３ｍｍの範囲にある。円弧状曲面１１ｂの半径方向落差ｂは２５〜７５μｍの範囲にある。
【００３３】
下レール８の外周面１５は、シリンダ内周面２ａと摺動する平坦面１５ａと、平坦面１５ａの下端と下レール下面１７とに滑らかにつながる円弧状曲面１５ｃとからなっている。平坦面１５ａの軸方向幅は０．０５〜０．３ｍｍの範囲にある。円弧状曲面１５ｃの半径方向落差は２５〜７５μｍの範囲にある。
【００３４】
本実施形態２の場合も、ピストン１の傾きを生じても、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。また、所定の軸方向幅の外周平坦面１１ａ，１５ａによって、外周摺動面の初期摩耗の低減とオイル消費の安定化が図られる。更に、上レール７の下端にとがった角部が確保されるので、オイル掻き能力が向上する。
【００３５】
図３は、本発明の更に別の実施形態３を示している。本実施形態３は、上記実施形態１とは、オイルリングにおける外周面形状が相違しているだけで、他の構成は上記実施形態１と同じである。
【００３６】
本実施形態３では、オイルリング５における上レール７の外周面１１は、上レール７の下端から半径寸法を減じるようにして上レール上面１２に滑らかにつながる円弧状曲面１１ｂから形成されている。円弧状曲面１１ｂの半径方向落差ｂは２５〜７５μｍの範囲にある。
【００３７】
下レール８の外周面１５は、下レール８の上端から半径寸法を減じるようにして下レール下面１７に滑らかにつながる円弧状曲面１５ｃから形成されている。円弧状曲面１５ｃの半径方向落差は２５〜７５μｍの範囲にある。
【００３８】
本実施形態３の場合も、ピストン１の傾きを生じても、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。更に、上レール７の下端にとがった角部が確保されるので、オイル掻き能力が向上する。
【００３９】
図４は、本発明の更に別の実施形態４を示している。本実施形態４は、上記実施形態１とは、オイルリングにおける外周面形状が相違しているだけで、他の構成は上記実施形態１と同じである。
【００４０】
本実施形態４では、オイルリング５における上レール７の外周面１１は、上レール７の軸方向幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲面１１ｄから形成され、上レール上面１２に滑らかにつながっている。非対称バレル曲面１１ｄの上側半径方向落差ｃは２５〜７５μｍ、下側半径方向落差ｄは１〜２０μｍの範囲にある。
【００４１】
下レール８の外周面１５も上レール７の外周面１１と同一に形成されており、下レール８の軸方向幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲面１５ｄから形成され、下レール下面１７に滑らかにつながっている。
【００４２】
本実施形態４の場合も、ピストン１の傾きを生じても、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。更に、オイル掻き能力の向上と耐スカッフ性の向上が図られる。
【００４３】
次に、本発明の組合せオイルリングと従来の組合せオイルリングをそれぞれ装着したエンジンを使用した単気筒モータリング試験について説明する。
【００４４】
このモータリング試験は、図５に示されているように、モータ２４でエンジン２５を駆動し、エンジン２５の摩擦損失力をトルクメータ２６で測定し、１サイクル当たりの摩擦損失力を測定するものである。試験条件は、次の通りである。
・ヘッド開放
・水、オイルポンプ別駆動
・オイル５Ｗ３０
・油、水温８０度
【００４５】
上記単気筒モータリング試験機による摩擦力測定結果を表１に示す。表１において、摩擦力比は従来例を１とした時の値である。表１に示されている通り、本発明の組合せオイルリングは従来の組合せオイルリングに比べて摩擦力が低く、低フリクション化を図れる。更に、外周面における最表面が窒化層の場合に比べて、ＰＶＤ皮膜又はＤＬＣ皮膜の方が摩擦力が低下することがわかる。
【００４６】
【表１】
2004197818.tif 000003
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の組合せオイルリングによれば、フリクションの低減を図れ、オイル掻き能力も良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示し、（ａ）はシリンダ内のピストンに装着されている組合せオイルリングを示す縦断面図、（ｂ）は上レールの一部分を示す拡大断面図、（ｃ）は下レールの一部分を示す拡大断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態を示し、（ａ）はシリンダ内のピストンに装着されている組合せオイルリングを示す縦断面図、（ｂ）は上レールの一部分を示す拡大断面図、（ｃ）は下レールの一部分を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の更に別の実施形態を示し、（ａ）はシリンダ内のピストンに装着されている組合せオイルリングを示す縦断面図、（ｂ）は上レールの一部分を示す拡大断面図、（ｃ）は下レールの一部分を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の更に別の実施形態を示し、（ａ）はシリンダ内のピストンに装着されている組合せオイルリングを示す縦断面図、（ｂ）は上レールの一部分を示す拡大断面図、（ｃ）は下レールの一部分を示す拡大断面図である。
【図５】モータリング試験機の構成を示す図である。
【図６】従来例を示し、（ａ）はシリンダ内のピストンに装着されている組合せオイルリングを示す縦断面図、（ｂ）は上レールの一部分を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１  ピストン
２  シリンダ
２ａ  シリンダ内周面
３  リング溝
４  組合せオイルリング
５  オイルリング
６  コイルエキスパンダ
７，８  レール
９  ウェブ
１０，１４  外周側突起部
１１，１５  外周面
１１ａ，１５ａ  平坦面
１１ｂ，１１ｃ，１５ｂ，１５ｃ  円弧状曲面
１１ｄ，１５ｄ  非対称バレル曲面
１２，１６  上面
１３，１７  下面
１８，１９  皮膜
１８ａ  窒化層
２０  内周溝
２１  外周溝
２２  油窓
２３  オイル戻し孔
【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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