(57)【要約】【課題】  ピストンリングにおいて密閉性及びオイル掻き性能を高める。【解決手段】  一対の合口部２０を有し、合口部２０の一方及び他方を両端とするリング本体１０を備え、リング本体１０の、前記合口部の一方を含む側の厚みと合口部の他方を含む側の厚みとは連続的又は非連続的に異なっており、合口部２０の一方及び他方は、リング本体１０の中心軸に直交する向きからみて相対し、摺動自在に当接可能な傾斜面としての傾斜面２１ｂ及び２２ａを共有している、ピストンリング１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の合口部を有し、前記合口部の一方及び他方を両端とするリング本体を備え、
前記リング本体の、前記合口部の一方を含む側の厚みと前記合口部の他方を含む側の厚みとは連続的又は非連続的に異なっており、
前記合口部の前記一方及び前記他方は、前記リング本体の中心軸に直交する向きからみて相対し、摺動自在に当接可能な傾斜面を共有している、ピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガソリンエンジン等の内燃機関に用いられるピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６（ａ）は、自動車のガソリンエンジンのピストン近傍を模式的に示す要部断面図である。図６（ａ）に示すように、ピストン１００は円筒形のシリンダライナー１０１内に収容され、シリンダライナー１０１の上方に位置する、図示しない燃焼室における混合気の圧縮、膨張その他のプロセスによりシリンダライナー１０１内を図中矢印に沿って往復運動する。ピストン１００の往復運動は、ピストンピン１０４に回動自在に固定されたコンロッド１０６から図示しないクランクシャフトへ伝達されることにより回転運動に変換され、パワートレインへ伝達される。
【０００３】
ピストン１００においては、ピストン外壁部１０２上に形成された複数のリング嵌合溝１０３のそれぞれに、ピストンリング１０５ａ〜１０５ｃが嵌合されている。ピストンリング１０５ａ〜１０５ｃのうち、上段及び中段のピストンリング１０５ａ及び１０５ｂはブローバイガス漏れを抑制するためのコンプレッションリングであり、下段のピストンリング１０５ｃは、シリンダライナー１０１の壁面に付着するオイルを掻き取るオイルリングである。なお、図中では、ピストンリング１０５ｂ及びシリンダライナー１０１を、シリンダライナー１０１の中心軸による断面図として示した。
【０００４】
ピストンリング１０５ａ〜１０５ｃの外周面はピストン１００に従動してシリンダライナー１０１の壁面に摺動する。これにより、ピストン１００とシリンダライナー１０１との密閉性を保つとともに、シリンダライナー１０１の壁面に付着するオイルを掻き取り、オイルの膜厚を適正となるよう調整している。
【０００５】
次に、ピストンリング１０５ａを例にとり、コンプレッションリングであるピストンリングの構成を図６（ｂ）の平面図にて示す。ピストンリング１０５はスチール等の金属製の部材であって、外形環状のリング本体１１０と、リング本体１１０の両端が離隔して相対した合口部１２０とを備える。
【０００６】
一方、ピストンリングはピストン１００に嵌合させるために合口部１２０にてリング本体１１０の両端が離隔しており、ピストン１００への嵌合時においても一定の裕度が必要なことから、気密性及びオイル掻きの性能向上が阻害されていた。これに対して、特許文献１においては、図６（ｃ）の、図６（ｂ）の領域Ｒ０の要部拡大図に示すように、合口部１２０を構成する一方の端部１２０ａ及び他方の端部１２０ｂに、厚み（図６（ｂ）のリング本体の中心軸Ｏの延伸方向に沿った方向）寸法が互いに異なる段差を設けた構成が開示されている。当該構成によれば、厚み方向に直交する端部１２０ａ及び１２０ｂの平坦面同士が当接してピストンリングの合口部が閉じられることにより、気密性を確保するとともにオイル掻きの性能が向上するとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６２−１７７９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のピストンリングには、以下のような課題があった。すなわち、特許文献１に示す構成は、リング本体を隙間無く形成することにより合口部からのガス漏れ及びオイル漏れを抑制することはできるが、ピストンリングとシリンダライナーとの間のガス漏れ及びオイル漏れを抑制することはできず、したがって密閉性とオイル掻き性能を十分に向上させることができなかった。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、密閉性及びオイル掻き性能を高めることが可能なピストン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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、一対の合口部を有し、前記合口部の一方及び他方を両端とするリング本体を備え、前記リング本体の、前記合口部の一方を含む側の厚みと前記合口部の他方を含む側の厚みとは連続的又は非連続的に異なっており、前記合口部の前記一方及び前記他方は、前記リング本体の中心軸に平行な面からみて相対し、摺動自在に当接可能な傾斜面を共有している、ピストンリングである。
【００１１】
なお、本発明は、他の側面として、前記リング本体の前記合口部の一方を含む側の厚みは、前記合口部の前記他方に向かって連続的に減じられており、前記傾斜面は、前記リング本体の先端に向かって前記合口部の厚みを減じる向きに形成されているものであってもよい。
【００１２】
更に、本発明は、他の側面として、前記リング本体、及び前記合口部の前記傾斜面は、前記リング本体の中心軸に直交する面に対して対称に形成されているものであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上のような本発明は、密閉性及びオイル掻き性能を高めることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの構成を示す平面図（ｂ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの構成を示す要部拡大図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの動作を説明するための図（ｂ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの動作を説明するための図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの動作を説明するための図（ｂ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの動作を説明するための図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの他の構成例を示す要部拡大図（ｂ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの他の構成例を示す要部拡大図（ｃ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの他の構成例を示す要部拡大図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの他の構成例の動作を説明するための図（ｂ）本発明の実施の形態に係るピストンリングの他の構成例を示す要部拡大図
【図６】（ａ）内燃機関の要部の構成を示す正面図（ｂ）従来のピストンリングの構成を示す平面図（ｃ）従来のピストンリングの構成を示す要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るピストンリングの構成を示す平面図である。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、ピストンリング１は、従来例と同様スチール等の金属製の部材であって、両端が離隔した外形環状のリング本体１０と、リング本体１１０の両端が離隔して相対することにより構成される合口部２０とを備える。なお、ピストンリング１は、図６（ａ）におけるコンプレッションリングとしてのピストンリング１０５ａ、１０５ｂ又はオイルリングとしてのピストンリング１０５ｃのサイドレールとして用いることができる。
【００１８】
次に、図１（ｂ）は、ピストンリング１を、リング本体１０の中心軸Ｏに直交する方向から見た図であって、図１（ａ）に示す、リング本体１０の合口部２０近傍の領域Ｒ１と、リング本体１０上の領域Ｒ２とを同時に表示する模式図である。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、リング本体１０は、境界１０ｂを境として、合口部２０の一方の端部２１を含むテーパー部１０ａと合口部２０の他方の端部２２を含む平坦部１０ｃとに分けられる。テーパー部１０ａは、境界１０ｂから端部２１にかけて、リング本体１０の厚み（リング本体１０の中心軸Ｏに沿った寸法）Ｈが両面から等しい割合で連続的に減じられることにより緩やかな斜面を形成している。また、平坦部１０ｃは、境界１０ｂから端部２２にかけて、リング本体１０の厚みＨが同一に保たれた平行面を形成している。
【００２０】
更に、合口部２０の一方の端部２１は、テーパー部１０ａから厚み方向上下に等角度で屈曲し、テーパー部１０ａより急峻な角度を有して、リング本体１０の周方向に沿ってリング本体１０ｃの厚みＨを等分する図中直線Ｃに沿って突出した、Ｖ字状の傾斜面２１ｂを形成している。また、合口部２０の他方の端部２２は、一方の端部２１の傾斜面２１ｂの形状に対応して、リング本体１０の周方向にＶ字状の凹みを有する傾斜面２２ａを形成している。テーパー部１０ａ、傾斜面２１ｂ及び傾斜面２２ａは直線Ｃに対して対称を成すよう形成される。
【００２１】
なお、一方の端部２１においてテーパー部１０ａと傾斜面２１ｂとの境界はリング本体１０の周方向に直交する段差面２１ｃが形成され、同様に、他方の端部２２においては段差面２１ｃに相対し、リング本体１０に直交する段差面２２ｂが形成される。一方の端部２１の傾斜面２１ｂは他方の端部２２の段差面２２ｂを超えて傾斜面２２ａの内壁にまで達する。したがってリング本体１０は図１（ａ）の平面図において空隙が生じないように、合口部２０の傾斜面及び段差面により形成された、屈曲した境界により両端が離隔されている。
【００２２】
以上の構成において、ピストンリング１は本発明のピストンリングに相当し、リング本体１０は本発明のリング本体に相当し、リング本体の両端がなす合口部２０は本発明の合口部に相当し、一方の端部２１の傾斜面２１ｂ及び他方の端部２２の傾斜面２２ａは一体として本発明の傾斜面に相当する。
【００２３】
このような構成を有する本実施の形態によるピストンリング１は、リング本体１０において合口部２０を構成する一方の端部２１を含むテーパー部１０ａを備えるとともに、合口部２０の一方の端部２１及び他方の端部２２が相対する面を、傾斜面２１ｂ及び傾斜面２２ａによりＶ字状の傾斜面として形成したことを特徴とする。
【００２４】
すなわち、ピストンリング１を、図６（ａ）に示すピストン１００に組み込んだ場合、ピストン１００の往復運動に伴い、ピストンリング１は、シリンダライナー１０１の表面との摩擦によりピストン１００の運動方向とは逆向きの力が加えられ、リング嵌合溝１０３を上方に横断するように移動する。
【００２５】
ここで図２（ａ）は、ピストン１００がシリンダライナー１０１内を図中矢印に沿って下降している状態におけるピストンリング１の挙動を説明するための図である。図２（ａ）に示すように、合口部２０の一方の端部２１はテーパー部１０ａを形成していることで、厚みが他方の端部２２より小さくなっている。これにより、一方の端部２１と他方の端部２２との間では、リング嵌合溝１０３上を移動する速度に異なりが生じ、ピストン１００の下死点に達するまでの間に、リング嵌合溝１０３の上縁１０３ａには先に他方の端部２２が接触する。そして、一方の端部２１は、テーパー部１０ａが上縁１０３ａに達する前に、傾斜面２１ｂが、他方の端部２２の傾斜面２２ａに接触する。
【００２６】
これにより、合口部２０の間隙は傾斜面２１ｂ及び２２ａの面接触によって封止されることとなり、ピストンリング１の周を横断するガス及びオイルの漏れが抑制されることとなる。
【００２７】
また、図２（ｂ）は、ピストン１００がシリンダライナー１０１内を図中矢印に沿って上昇している状態におけるピストンリング１の挙動を説明するための図であり、ピストンリング１はリング嵌合溝１０３を下方に横断するように移動する。この場合も、図２（ａ）に示す例と同様、合口部２０の一方の端部２１は、テーパー部１０ａを形成することにより生ずるリング嵌合溝１０３上の移動速度の異なりのため、ピストン１００の上死点に達するまでに、ピストンリング１はリング嵌合溝１０３の下縁１０３ｂに他方の端部２２が接触した状態で、合口部２０は傾斜面２１ｂ及び２２ａによって封止される。
【００２８】
このように、本実施の形態のピストンリング１によれば、リング本体１０において合口部２０を構成する一方の端部２１を含むテーパー部１０ａを備えるとともに、合口部２０の一方の端部２１及び他方の端部２２が相対する面を、傾斜面２１ｂ及び傾斜面２２ａによりＶ字状の傾斜面として形成したことにより、ピストン１００の運動に追従してリング本体１０の間隙が封止されることとなり、密閉性及びオイル掻き性能が高められている。
【００２９】
更に、本実施の形態のピストンリング１によれば、合口部２０において、一方の端部２１及び他方の端部２２が相対する面を、傾斜面２１ｂ及び傾斜面２２ａによりＶ字状の傾斜面として形成したことにより、以下の効果を奏する。すなわち、図３（ａ）に示すように、ピストン１００の下死点近傍においてリング嵌合溝１０３の上縁１０３ａに他方の端部２２が接触し、合口部２０が傾斜面２１ｂ及び２２ａにより面接触した状態において、さらにピストンリング１に力が加わると、傾斜面２１ｂ及び２２ａにおいてはリング本体１０の周に平行な向きに分力を生じる。したがって、傾斜面２１ｂ及び２２ａは面接触を保ったまま、図中矢印に示すように互いに離隔する方向に摺動する。
【００３０】
これにより、リング本体１０の外形は、図３（ｂ）に示すように、図中点線に示す初期状態の形状１０Ｘより形状１０Ｙにまで拡大される。これはシリンダライナー１０１内においてピストンリングの締め代の増分として働き、ピストンリングによるシリンダライナー１０１への押し付け力を向上させる。これにより、ピストンリングとシリンダライナーとの間のガス漏れ及びオイル漏れも抑制される。したがって、ピストンリングの密閉性及びオイル掻き性能が十分に高められる。
【００３１】
なお、シリンダライナー１０１内におけるピストン１００の速度は、上死点及び下死点の近傍でそれぞれ最少となり、上死点及び下死点の中間近傍で最大となり、リング本体１０の外形の拡大に起因するシリンダライナー１０１とピストンリング１との摩擦力は、シリンダライナー１０１の上死点及び下死点の中間近傍で最大となり、上死点及び下死点の近傍でそれぞれ最少となる。
【００３２】
そこで、拡大時の形状１０Ｙの寸法を考慮してリング本体１０の初期状態の形状１０Ｘにおける締め代を最適化することにより、エンジン動作にピストンリング１の締め代の変化を対応させて、エンジンのサイクルにおけるピストンリング１の摩擦損失を抑制することが可能となる。
【００３３】
以上のように、本発明の実施の形態のピストンリングによれば、ガス及びオイルがリング本体１０を横断することを抑制し、更にリング本体１０とシリンダライナー１０１との間を横断することを抑制することにより、密閉性及びオイル掻き性能を高めることが可能になる。
【００３４】
ただし、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。上記の説明においては、ピストンリング１の合口部２０は、一方の端部２１及び他方の端部２２において、リング本体１０に直交する段差面２１ｃ及び段差面２２ｂを含むものとした。しかしながら、本発明のピストンリングは、図４（ａ）の合口部３０に示すように、リング本体に直交する段差面を省略し、一方の端部３１がテーパー部３１ａ及び傾斜面３１ｂのみから構成され、他方の端部３２が傾斜面３２ａのみから構成されるものとしてもよい。この場合、上記実施の形態の効果を奏しつつ、合口部の構成が簡素化されるため、製造工程を削減して低コストなピストンリングを得ることが可能となる。
【００３５】
更に、上記の説明においては、ピストンリング１は、リング本体１０のテーパー部１０ａ、合口部２０の傾斜面２１ｂ及び傾斜面２２ａは、いずれもリング本体１０の周方向に沿ってリング本体１０ｃの厚みＨを等分する図中直線Ｃに対称に形成されたＶ字状の形状を有するものとした。しかしながら、本発明のピストンリングは、図４（ｂ）の合口部４０に示すように、一方の端部４１が、リング本体の一方の面のみに形成された平坦面からなるテーパー部４１ａ及び傾斜面４１ｂを有し、他方の端部３２も、傾斜面４１ｂに対応した平坦面からなる傾斜面４２ａを有するものとしてもよい。
【００３６】
この場合、上記したピストン１００の往復運動に伴い合口部４０の傾斜面４１ｂ及び４２ａの移動速度の異なりにより生ずる面接触は、ピストン１００の上昇又は下降のいずれか一方向の運動時に生じ易くなる。したがって、ピストンの運動の向きに対応してテーパー部４１ａ並びに傾斜面４１ｂ及び４２ａの向きをあらかじめ定めておくことにより、図６（ａ）に示すピストンリング１０５ａ〜１０５ｃであるコンプレッションリング、及びオイルリングのサイドレールのそれぞれの性能を最適化して、エンジンの吸気時、排気時等の各サイクルにおける摩擦損失やオイル掻き性能に対応して、エンジンの効率を高め、ひいては燃費を向上させることが可能となる。更にリング本体の形状が簡素化されるため、製造工程を削減して低コストなピストンリングを得ることが可能となる。
【００３７】
なお、リング本体１０のテーパー部１０ａ、合口部２０の傾斜面２１ｂ及び傾斜面２２ａは、いずれも図中直線Ｃに対して非対称となるように形成された構成としてもよい。この場合も図４（ｂ）の構成と同様、ピストンリングの向きを適宜変更することにより、ピストンリングの性能を最適化して、エンジンの燃費を向上させることが可能となる。
【００３８】
更に、上記の説明においては、ピストンリング１は、リング本体１０において境界１０ｂから合口部の一方の端部２１にかけて等しい割合で厚みが連続的に減じられることにより形成されるテーパー部１０ａを有するものとした。しかしながら、本発明のピストンリングは、図４（ｃ）の合口部５０に示すように、一方の端部５１の厚みＨ１と、他方の端部５２の厚みＨ２とが、段差をもって非連続的に変化した態様であるとしてもよい。なお、上記の構成においては合口部５０を構成する傾斜面５１ａ及び５２ａは図４（ｂ）の構成例と同様、平坦面からなるものとしたが、図１（ｂ）と同様、Ｖの字状であるとしてもよい。
【００３９】
更に、上記の説明においては、ピストンリング１は、合口部２０の一方の端部２１が、テーパー部１０ａより急峻な角度を有して、図中直線Ｃにて示すリング本体１０の周方向に突出したＶ字状の傾斜面２１ｂを形成し、合口部２０の他方の端部２２は、一方の端部２１の傾斜面２１ｂの形状に対応して、リング本体１０の周方向にＶ字状の凹みを有する傾斜面２２ａを形成しているものとした。しかしながら、本発明のピストンリングは、図５（ａ）の合口部６０に示すように、一方の端部６１における傾斜面６１ｄは、テーパー部１０ａと逆向きの傾斜角をもって、先端へ向けて広がるように突出した逆Ｖ字状の形状を有し、他方の端部６２は、一方の端部６１の傾斜面６１ｄの形状に対応して、リング本体１０の周方向に台形状の凹みを有する傾斜面６２ｃを形成しているものとしてもよい。
【００４０】
この場合、ピストン１００の往復運動に追従して合口部６０の傾斜面６１ｄ及び６２ｃが当接してリング本体１０の間隙を封止することによる、密閉性の確保及びオイル掻きの性能の効果を奏することに加えて、傾斜面６１ｄが先端に向けて広がる角度を有することにより、傾斜面６１ｄ及び６２ｃは、外力が加わった際に面接触を保ったまま、図中矢印に示すように互いに近接する方向に摺動する。
【００４１】
これにより、リング本体１０の外形は、図５（ｂ）に示すように、図中点線に示す初期状態の形状１０Ｘより形状１０Ｚにまで縮小される。これはシリンダライナー１０１内においてピストンリングの締め代の減少分として働き、シリンダライナー１０１への押し付け力を低下させる。したがって、ガス漏れ及びオイル漏れを考慮して、初期状態の形状１０Ｘにおける締め代を従来のものより大きく設定した場合であっても、エンジン動作中のシリンダライナー１０１とピストンリングとのクリアランスを拡大させて、ピストンリングとシリンダライナー１０１との摩擦損失を低減させることができる。その結果、摩擦損失の低減とガス漏れ及びオイル漏れの抑制とを両立させた、上記実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４２】
以上のように、本発明のピストンリングは、合口部の一方を含む側の厚みと前記合口部の他方を含む側の厚みとは連続的又は非連続的に異なっており、合口部の一方及び他方は、前記リング本体の中心軸に直交する向きからみて相対し、摺動自在に当接可能な傾斜面を共有する構成であればよく、合口部の厚みの異ならせ方の具体的な構成や、傾斜面の具体的な態様、又は傾斜面以外の部分の具体的な構成によって限定されるものではない。
【００４３】
したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のような本発明は、密閉性及びオイル掻き性能を高めることが可能な効果を有し、例えばガソリンエンジンその他内燃機関のピストンに用いられるピストンリングにおいて有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１、１０５ａ、１０５ａ〜１０５ｃ  ピストンリング
１０  リング本体
１０ａ、３１ａ、４１ａ  テーパー部
１０ｂ  境界
１０ｃ  平坦部
２０  合口部
２１、２２  端部
２１ｂ、２２ａ  傾斜面
２１ｃ、２２ｂ  段差面
１００  ピストン
１０１  シリンダライナー
１０３  リング嵌合溝
１０３ａ  上縁
１０３ｂ  下縁
【図１】
2016061407.tif 000003
【図２】
2016061407.tif 000004
【図３】
2016061407.tif 000005
【図４】
2016061407.tif 000006
【図５】
2016061407.tif 000007
【図６】
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