(57)【要約】      （修正有）【課題】オイルリングにおいて、レール間の狭小化が進む中で、オイル孔を機械加工により容易に設けることができ、且つ総重量を軽くして燃費向上に繋がるリング用線材を提供する。【解決手段】オイルリング用線材の長手方向に対する垂直断面が略Ｖ字形を有しており、Ｖ字の成すアングル部４を部分的に機械加工により除去することでオイル孔を設けることができ、且つ略Ｖ形の弾性による自己拡張力を利用して、従来では必要であったスペーサーやコイルエキスパンダを必要とせず、適切な圧接によりオイル掻きが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に対して垂直方向の断面形状が略Ｖ字を成すオイルリング用線材
【請求項２】
材料が超弾性特性を有する素材からなる請求項１に記載のオイルリング用線材
【請求項３】
上記素材がチタン合金からなる請求項１または２に記載のオイルリング用線材
【請求項４】
長手方向に、一定間隔で直列状に配設したオイル孔を有する請求項１乃至３のいずれかに記載のオイルリング用線材
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のオイルリング用線材を用いたオイルリング。
【請求項６】
シリンダと摺動する部分又は全体に耐摩耗性を目的とした表面加工を施した請求項５に記載のオイルリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピストン機構に使用されるオイルリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のレシプロエンジンにはピストンがある。多くの場合、ピストンは３つのリングを有している。ピストンは１分間に数千回もの往復運動をしており、帯同するピストンリングは非常に過酷な条件下で使用される。その為、強度や、耐摩耗性等、様々な項目において高い品質が要求される。
【０００３】
３種のピストンリングの内の１つにオイルリングがある。オイルリングは燃焼室から最も離れており、その役割はシリンダ壁に付着した余分なオイルを掻き落とすことである。オイルリングの種類には３ピース形と２ピース形の２種類が広く使用されている。
【０００４】
３ピース形とは断面が平線又は略楕円形をなすワイヤをリング状にしたもの（サイドレールと呼ぶ）を２枚と、このリング間に隙間を設ける為の金具（スペーサーと呼ぶ）とを組み合わせたものを言う。これは特許文献１に記載されている。３ピース形はオイルを掻き落とすサイドレールがそれぞれ独立している為、ピストンの往復運動に対して追従性が良い。
【０００５】
２ピース形とは断面が略I形を有するリング（一体型リングと呼ぶ）と、コイルエキスパンダとを組み合わせたものを言う。これは特許文献２に記載されている。一体型リングは断面が円形や角形の線材を圧延することで、断面が略I形にされた異形線材をコイリングして得られる。シリンダ壁と摺接する部分（これをレール部と呼ぶ）が２点ある。レール部でシリンダ壁の余分なオイルを掻き落とす。また、レール間に位置する薄肉部（ウェブ部と呼ぶ）にはオイル孔を有している。オイル孔を設ける方法にはプレス等で打ち抜く方法や、最近ではレーザーを用いて溶融させる方法がある（特許文献３）。オイル孔は円周上を一定間隔で直列に設けられている。オイル孔の目的は掻き落としたオイルがシリンダ壁と２つのレール部、及びウェブ部間で囲まれる空間に溜まらず、ピストン内に逃がす為にある。２ピース形は強度が高く、オイル調整機能にも優れており、広く使用されている。
【０００６】
コイルエキスパンダはスプリングをリング状にしたものである。コイルエキスパンダを必要とする理由は、一体型リングを半径方向に拡張するように広げ、適切な圧力でシリンダ壁と常に摺接させる為である。
【０００７】
しかし、３ピース形や２ピース形にはそれぞれ次のような課題がある。
【０００８】
３ピース形はその名の通り３つのパーツからなり、それぞれが独立している為、初期のオイル掻き性は非常に良い。しかし、継続使用中に発生するスラッジ等が付着し初期の組み付け形状が保たれなくなる。その為、燃費の点からオイルリングには２ピース形を使用する傾向にある。
【０００９】
２ピース形において、一体型リングは非常に複雑且つ精巧な形状を有している。素材としては難加工材である高Ｃｒのマルテンサイト系ステンレス鋼が耐熱、耐侵食性の観点から使用される。この形状を製造する為には、圧延を幾重にも行う必要がありながら、且つ高い精度が要求される。その為、生産する為の条件が厳しく、非常に割れが生じやすい。割れを生じさせないようにする為に少しずつ圧延を行うしかないが、その為、生産性が非常に悪い。
【００１０】
さらに、I形は近年ますます薄幅化が進んでいる。その為、形状を作り出すことがますます難しくなってきている。特にレール間の距離が小さくなってきた為に、ウェブ部に穴を打ち抜いて設ける方法では難しくなってきており、不良の発生も多くなり、生産性をより悪化させる。
【００１１】
打ち抜く方法を克服するべく、レーザーによって溶融させる方法が検討されている。しかし厳しい寸法精度が要求される為に、位置決めが難しく、また溶融するのに時間が掛かる。これらの課題を解消し、生産性を上げる為に、レーザー照射機を複数設けることで生産性は改善される。しかし設備投資や後の維持メンテナンス費用が非常に大きくなる為、現実的でない。またオイル孔を設けた周辺部はレーザーにより熱変質を受ける為、穿孔されていない部分と比較して、極度に強度が弱くなるという欠点がある。
【００１２】
また３ピース形と２ピース形に共通して、付属の弾性体を必要とする。３ピース形のスペーサーや２ピース形のコイルエキスパンダはともにオイルリング本来の目的とする作用に直接関わるものではない。本来の目的であるシリンダ壁のオイル量を調整する上で、付加的に必要となるものである。ところがピストンはこれらの組み付け体を保持し数千回／分の速度でピストン運動した時、余分なエネルギーを要することになる。つまりエネルギーの変換効率が悪くなり、エンジン、強いては自動車等の燃費を極端に下げてしまう。
【特許文献１】特開昭５８−１３７６６５
【特許文献２】特開昭６１−４５１７２
【特許文献３】特開２００７−２７８４０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで今後ますます進む薄幅化に対応でき、且つ総重量を軽くすることで燃費向上を実現するオイルリング用線材及びオイルリングを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明者は以下の２点について考えた。１．薄幅であってもオイル孔を連続的に打ち抜き又は切削等の機械加工によって設けられること。２．燃費向上の為、オイルリングの総重量が軽いこと。これら２点について達成され得る構造体を試行錯誤した結果、断面をＶ字形にすることで達成されることを発見し、鋭意努力の結果、全く新しいタイプのピストンリングを製造することができた。
【００１５】
すなわち、長手方向に対して垂直方向の断面が略Ｖ字を成すオイルリング用線材を発明した。
【００１６】
この発明を実施するには材料が超弾性特性を有する素材からなるオイルリング用線材であることが望まれる。
【００１７】
更に望ましくは上記素材がチタン合金からなるオイルリング用線材である方が良い。
【００１８】
またこの発明品についても、従来同様に長手方向に、一定間隔で直列状に配設したオイル孔を有する。
【００１９】
上記のような線材を用いてリング成形することにより、打抜きと燃費向上という２つの問題を解決するオイルリングができる。以下、この本発明品をＶ形（オイル）リングと呼ぶ。
【００２０】
Ｖ形リングの機能を、図１を用いて説明する。Ｖ形リングはその形状から２つのウイング部３を有し、２つのウイング部３が成すアングル部４で構成される。ウイング部３の両先端が、I形のレール部に相当し、シリンダ壁と摺接し、不要なオイルを掻き落とす部分になる。このリングをピストンにセットする時は、ピストンの有するＶ溝６に押し込む方向に力を加える為、両ウイング部３の成す角度が狭められる。シリンダにセットされると押し込む力が取り除かれる為、元の形状に戻ろうとする力、すなわちＶ字を回復しようとする。これはリングが拡張しようとする力となる。
【００２１】
Ｖ形リングが自己拡張力を有する為には、Ｖ形リングを製造する為の材料として塑性変形し難い弾性に優れたものでなければならない。例えば形状記憶合金などが良い。また、ピストンリングの使用条件に合う根本的な特性として、耐摩耗性や強度等に優れるものでなければならない。
【００２２】
本発明においては、代表的なものとしてＴｉ合金が適している。Ｔｉ合金は従来から種々のものに使用されている。合金元素の配合により、その性質を様々な用途に合わせて変化させることができる。その為、レシプロエンジンの仕様により、弾性・耐摩耗性・強度等を各合金元素の含有率を調整することで達成することができる。
【００２３】
発明品をピストンに適用する為には、ピストン円周にＶ字の溝を有しなければならない。また、このＶ溝６はウイング部３の成す角度よりも鋭角でなければならない。その理由を再び図１を用いて説明する。全周に渡ってピストン７の中心方向に力を加えＶ形リングを溝に押し込むと、ピストンリングのＶ溝６の角度に沿ってＶ形状が狭められる。押し込む力を取り除くと狭められたＶ形状の復元力により、リングが拡張し、溝から出ようとする力が作用する。これは実際に使用する場合においては、リングがシリンダ壁８に摺接する力となる。リングの拡張しようとする自己弾性力により、従来のように例えばコイルエキスパンダのような付属品を必要としない。
【００２４】
前述の状態で、リングが自己弾性力によって拡張を行い易いように、ピストンの有するＶ溝６の圧入口５はＲ形状等であることが望ましい。ピストンが往復運動をする状況下では、シリンダ壁からの圧力を受けたリングがシリンダ溝に押し込まれる方向に力が作用することがある。圧入口が角張っている場合、ウイング部３が食い込みを起こしたり、局部的に磨耗が生じたりする。圧入口をＲ形状等にすることにより、Ｖ形リングは滑らかな拡張と圧入を行うことができる。
【００２５】
略Ｖ形の断面を有するワイヤを製造する方法としては圧延する方法がある。ただし、この方法に限るものではない。圧延方法としてはタークスローラー圧延が良い。数種のローラーを組み合わせて、ローラーに囲まれる異型穴の中に、用意した一般的な線材を通す。ローラー間を抜けた材料の断面は異型穴の形状をしており、段階的に略Ｖ形へと塑性変形を施していく。略Ｖ形への異形加工はその形状から明らかなように、I形に比べて遥かに容易であり、大幅な工程数の削減が可能となる。
【００２６】
断面形状は完全なＶ形である必要はない。図２のように、ウイング部が圧入口で曲がり、シリンダ壁に対してレール部が垂直に当たるように断面形状が形成されても良い。また、アングル部内側が尖っていても、Ｒ形状でも良いが、常時拡張と圧入を繰り返していることから応力が分散し易いＲ形状の方が好ましい。
【００２７】
また、リング用線材にオイル通孔を開けることは難しくない。Ｖ形リングにおいてはアングル４を機械加工で製造できる。従来のＩ形では難しかった幅１ｍｍ以下のリングであってもオイル通孔を確実に開けることができる。
【００２８】
その方法としては種々考えられる。例えば研削による方法を図５により説明する。ワイヤが加工部へと一定長さ送られて停止する。そこに砥石を回転させて行う研削機をアングル部４に押し当てることで研削される。この時、貫通する深さまで、研削されなければならない。研削後、研削機は元の位置に引き戻り、ワイヤが送られる。こうしてワイヤの送りと切削を繰り返すことで連続的にオイル孔を設けることができる。他の方法として、研削機の代わりにシャア切断機による打ち抜きカットでも良い。その他類する方法であれば何ら制限されるものではない。
【００２９】
さらに、オイル孔を設ける工程はリング形成時でも良い。オイル孔を設けた後にリング加工をすると、オイル孔部の強度が弱まり厳密には正多角形をなすような形になる。その為、オイル孔を有する線材からリング加工を行う際は、オイル孔を有しない部分がＲ形状となるような工夫が必要となる。しかし、リング加工後に前述のような穿孔加工を施せば、リング成形時の形状崩れはない。
【００３０】
リング表面、特にレール部２や圧入口５と接するウイング部３は表面硬化の処理を必要とする。熱処理による硬化の他に、窒化処理やショットピーニング法、更にはレーザーや電子ビームによる焼き入れ、その他ＰＶＤやダイヤモンドライクカーボン処理（ＤＬＣ）のような従来から行われている表面硬質化処理を積極的に使用すると良い。
【発明の効果】
【００３１】
このように本発明品を用いることにより、略Ｖ形の弾性による自己拡張力を有することで、従来では必要であったスペーサーやコイルエキスパンダを必要としないことでエンジンの燃費は格段に上がる。また、今後ますます進むレール間の薄幅化においても穿孔加工への対応が可能であることから、多大な効果をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
線径φ０．８ｍｍの断面が略円形を成すチタン合金線材を用意し、冷間圧延を行い図２の形状を得る。この形状を得る為には、約１０回に分けて徐々に圧延を行う。最初の２、３回の圧延においてはタンデムロールにより扁平上に圧延を行う。次にタークスローラーを組み上下左右から圧延し、徐々にＶ字を形成するように圧延を計画する。途中加工硬化が生じる為、適宜熱処理を施す。
【００３３】
穿孔加工は前述のように砥石による研削加工機を用いて順次行う。一度に開けるオイル孔の数は精度を出す為には１０個までが最良であった。こうしてオイルリング用線材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明線材の断面の代表例
【図２】本発明線材の断面のその他の代表例
【図３】本発明を使用したピストンの横断面図
【図４】本発明の線材
【図５】本発明の線材における穿孔加工方法の例
【図６】従来の３ピース形オイルリング
【図７】従来の２ピース形オイルリング
【符号の説明】
【００３５】
１    Ｖ形リング
２    レール部
３    ウイング部
４    アングル部
５    圧入口
６    Ｖ溝
７    ピストン
８    シリンダ壁
９    オイル孔
１０  線材
１１  研削機
１２  砥石
【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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