(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１枚のサイドレール、１枚のバランスリング、及び前記サイドレールと前記バランスリングとで上下から挟まれたスペーサーエキスパンダからなり、
前記スペーサーエキスパンダは、内周側と外周側から交互に半径方向に切り込まれたスリット及び略Ｈ字状の断面形状を有する環状体で、上側又は下側のいずれか一方には外周側突起部にサイドレール支承面そして内周側突起部にサイドレール押圧面が設けられ、他方には外周側突起部にバランスリング支承面そして内周側突起部にバランスリング押圧面が設けられており、
前記サイドレールは、平板状の環状体で、前記スペーサーエキスパンダのサイドレール支承面及びサイドレール押圧面と接触しており、
前記バランスリングは、平板状の環状体で、シリンダ内径よりも短い装着時外径を有し、前記スペーサーエキスパンダのバランスリング支承面及びバランスリング押圧面と接触しており、
前記サイドレールの反力でサイドレール押圧面が押されることによってスペーサーエキスパンダに発生する回転モーメントが、前記バランスリングの反力でバランスリング押圧面が押し返されることによって相殺されるものであることを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項２】
ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置と、バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接線曲面と、バランスリングとバランスリング押圧面との接線曲面とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称であることを特徴とする請求項１記載の組合せオイルリング。
【請求項３】
ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、スペーサーエキスパンダの上側の形状と下側の形状とが、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称であり、且つ、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置におけるサイドレール内周面の半径方向断面の曲率とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置におけるバランスリング内周面の半径方向断面の曲率とが等しいことを特徴とする請求項２記載の組合せオイルリング。
【請求項４】
ピストンのリング溝に装着された時の静止状態下の半径方向断面において、スペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線からサイドレールとサイドレール押圧面との接触位置までの距離と、サイドレール押圧面を押し返すサイドレールの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積、及び、前記回転モーメントの回転軸線からバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置までの距離と、バランスリング押圧面を押し返すバランスリングの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積が等しいことを特徴とする請求項１記載の組合せオイルリング。
【請求項５】
バランスリングの自由時内径が、オイルリングをピストンのリング溝に装着した時の静止状態におけるバランスリングの内径よりも短いことを特徴とする請求項１記載の組合せオイルリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関のピストンに装着される組合せオイルリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの高速回転化、高出力化、省燃費化等を目的として、ピストンとピストンリングの薄幅化が要求されている。組合せオイルリングは薄幅化が可能で、しかもバネ作用でサイドレールをシリンダ内面に強く押し付けてよく油を掻きとるので、広く使用されている。
【０００３】
特開平４−７８３７６号公報等で公知の３ピース型の組合せオイルリングは、図１及び図２に示すように２枚のサイドレール２、２でスペーサーエキスパンダ１を挟む構造をとっており、低速から高速までの広い回転域において良好なシール性を確保することができる。しかし、３ピース型の場合には２枚のサイドレールがシリンダ内壁面３１と接触して摺動するので、サイドレールを１枚だけ有する２ピース型の組合せオイルリングなみに摺動摩擦を低減することは困難である。
【０００４】
一方、特開昭６３−２６４６３号公報等で公知の２ピース型の組合せオイルリングは、図３、図４に示すように、スペーサーエキスパンダ１の片面に１枚のサイドレール２が支承された構造をとっており、サイドレールが１本なのでシリンダ内壁面３１との摺動摩擦をかなり低減できる。しかし、２ピース型の組合せオイルリングをピストンのオイルリング溝に装着した場合には、図４に示すように、遠心方向に広がろうとするスペーサーエキスパンダのサイドレール押圧面８の押圧力Ｗ1 によって、スペーサーエキスパンダの内周側突起部にあるサイドレール押圧面８に接触しているサイドレール内周面１２が押されると同時に、サイドレールの反力Ｆ1 によってサイドレール押圧面８が押し返されるが、この時、サイドレール押圧面はスペーサーエキスパンダの重心（回転軸線）１７から離れているので、スペーサーエキスパンダにはサイドレールの反力によって回転モーメントＭが発生する。そのため、スペーサーエキスパンダがねじれて、サイドレールがサイドレール支承面７によってオイルリング溝の上面３４又は下面に押し付けられることになり、サイドレールとオイルリング溝の上面又は下面の間にはクリアランスがなくなり、サイドレール２が動けなくなる。その結果、オイルリング溝の上面又は下面が異常摩耗や溝荒れを起こしたり、シリンダ内壁面に対するサイドレール外周面１１の緊密性が損なわれたりして、良好なシール性を維持することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みて成し遂げられたものであり、その目的は、従来の３ピース型なみの良好なシール性と従来の２ピース型なみの低い摺動摩擦性を合わせ持つ組合せオイルリングを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、サイドレールを１枚だけ有する３ピース型の組合せオイルリングを提供する。すなわち、本発明の組合せオイルリングは、
１枚のサイドレール、１枚のバランスリング、及び前記サイドレールと前記バランスリングとで上下から挟まれたスペーサーエキスパンダからなり、
前記スペーサーエキスパンダは、内周側と外周側から交互に半径方向に切り込まれたスリット及び略Ｈ字状の断面形状を有する環状体で、上側又は下側のいずれか一方には外周側突起部にサイドレール支承面そして内周側突起部にサイドレール押圧面が設けられ、他方には外周側突起部にバランスリング支承面そして内周側突起部にバランスリング押圧面が設けられており、
前記サイドレールは、平板状の環状体で、前記スペーサーエキスパンダのサイドレール支承面及びサイドレール押圧面と接触しており、
前記バランスリングは、平板状の環状体で、シリンダ内径よりも短い装着時外径を有し、前記スペーサーエキスパンダのバランスリング支承面及びバランスリング押圧面と接触しており、
前記サイドレールの反力でサイドレール押圧面が押されることによってスペーサーエキスパンダに発生する回転モーメントが、前記バランスリングの反力でバランスリング押圧面が押し返されることによって相殺されるものであることを特徴とする組合せオイルリングである。
【０００７】
そして、好適には上記本発明のオイルリングを、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置と、バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接線曲面と、バランスリングとバランスリング押圧面との接線曲面とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称となるようにし、
さらに好適には、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、スペーサーエキスパンダの上側の形状と下側の形状とが、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称であり、且つ、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置におけるサイドレール内周面の半径方向断面の曲率とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置におけるバランスリング内周面の半径方向断面の曲率とが等しくなるようにする。
【０００８】
また、別の好適な限定として、上記本発明のオイルリングを、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態下の半径方向断面において、スペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線からサイドレールとサイドレール押圧面との接触位置までの距離と、サイドレール押圧面を押し返すサイドレールの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積、及び、前記回転モーメントの回転軸線からバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置までの距離と、バランスリング押圧面を押し返すバランスリングの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積が等しくなるようにする。
【０００９】
また、さらに別の好適な限定として、上記本発明のオイルリングを、バランスリングの自由時内径が、オイルリングをピストンのリング溝に装着した時の静止状態におけるバランスリング内径よりも短くなるようにする。
【００１０】
【作用】
本発明のオイルリングは、シリンダー内壁面と接触し摺動するサイドレールが１枚だけであるから、摺動摩擦性を充分に低減させることができる。
【００１１】
また、本発明のオイルリングにおいては、スペーサーエキスパンダの押圧力に対するサイドレールの反力でサイドレール内周面に接触しているサイドレール押圧面が押し返されると、連鎖的にバランスリング押圧面がバランスリング内周面を押すことになるが、それと同時にバランスリングには反力が発生し、バランスリング内周面がバランスリング押圧面を押し返す。したがって、スペーサーエキスパンダに発生する回転モーメントがオイルリング全体として相殺されてシリンダ内での摺動時におけるスペーサーエキスパンダとサイドレールの姿勢が安定し、サイドレールがオイルリング溝の上面又は下面に押し付けられなくなる。その結果、リング溝における異常摩耗や溝荒れが防止されると共にシリンダ内壁面とサイドレール外周面の間の良好な緊密性も維持されるので、良好なシール性が得られる。
【００１２】
本発明においては、好適には、オイルリングの上側と下側とが静止状態時に対称的な構造となるようにする。具体的には、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置と、バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接線曲面と、バランスリングとバランスリング押圧面との接線曲面とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称となるようにし、さらに好適には、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、スペーサーエキスパンダの上側の形状と下側の形状、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称であり、且つ、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置におけるサイドレール内周面の半径方向断面の曲率とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置におけるバランスリング内周面の半径方向断面の曲率とが等しくなるようにする。
【００１３】
また、本発明のオイルリングを、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態下の半径方向断面において、スペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線からサイドレールとサイドレール押圧面との接触位置までの距離と、サイドレール押圧面を押し返すサイドレールの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積、及び、前記回転モーメントの回転軸線からバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置までの距離と、バランスリング押圧面を押し返すバランスリングの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積が等しくなるようにすることによっても、オイルリングの上側と下側を対称的構造にすることができる。
【００１４】
本発明のオイルリングがシリンダ内で摺動しているときには、スペーサーエキスパンダ、サイドレール及びバランスリングの姿勢が変動し続けており、それにつれてスペーサーエキスパンダの回転モーメントとそれに対するバランスリングの反力も変動し続けているので、摺動状態下で常時完全に回転モーメントを相殺し続けることは困難である。
【００１５】
しかし、本発明のオイルリングの上側と下側とが静止状態時に対称的な構造となるようにすれば、静止時の回転モーメントを完全に相殺でき、しかも摺動時における回転モーメントの変動に比較的よく同調してバランスリングの反力も増減するので、たとえ摺動時であっても、変動し続ける回転モーメントの大部分を相殺することができる。
【００１６】
さらに、バランスリングの自由時内径を装着時の内径よりも短くすればバランスリングの反力が強まるので、バランスリングの反力を調節することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例に沿って、本発明をさらに詳しく説明する。
第５図は、本発明の一実施例である組合せオイルリング（１０１）の部分斜視図であり、第６図は、同じオイルリング（１０１）をピストンのリング溝に装着した状態の縦断面図である。
【００１８】
本発明の組合せオイルリングは、１枚のサイドレール２、１枚のバランスリング３、及びサイドレールとバランスリングとで上下から挟まれたスペーサーエキスパンダ１からなる。図示されたオイルリング１０１はスペーサーエキスパンダの上側にサイドレール２が支承され、下側にバランスリング３が支承されているが、この上下関係は逆であっても差し支えない。スペーサーエキスパンダ、サイドレール及びバランスリングは、通常、鋼材製で、引抜加工や圧延加工などによって成形されている。
【００１９】
スペーサーエキスパンダ１は、内周側と外周側から交互に半径方向に切り込まれたスリット４を有する環状体で、図示されてはいないが、通常のピストンリングと同様に切り離された合口も有している。スペーサーエキスパンダの外周側端部と内周側端部は上下に隆起している。この隆起によって、スペーサーエキスパンダの上下両側に外周側突起部５と内周側突起部６が形成され、その縦断面は略Ｈ字形状となる。サイドレールが支承されている側には、外周側突起部にサイドレール支承面７そして内周側突起部にサイドレール押圧面８が設けられており、バランスリングが支承されている側には、外周側突起部にバランスリング支承面９そして内周側突起部にバランスリング押圧面１０が設けられている。摺動時のサイドレール及びバランスリングの姿勢を安定させるために、上記の支承面と押圧面は、適宜、調節された角度を有する傾斜面とすることができる。
【００２０】
スペーサーエキスパンダの上下いずれかの側に支承されるサイドレール２は、平板状の環状体で、図示されてはいないが、通常のピストンリングと同様に切り離された合口も有している。このサイドレール２は、スペーサーエキスパンダのサイドレール支承面７及びサイドレール押圧面８と接触した状態でスペーサーエキスパンダに支承されている。また、リング溝３３に装着されてシリンダ内に挿入された状態下で、サイドレールの外周面１１はシリンダ内壁面３１に接触している。
【００２１】
スペーサーエキスパンダ上のサイドレールとは反対側に支承されるバランスリング３は、平板状の環状体で、図示されてはいないが、通常のピストンリングと同様に切り離された合口も有している。このバランスリング３は、スペーサーエキスパンダのバランスリング支承面９及びバランスリング押圧面１０と接触した状態でスペーサーエキスパンダに支承されている。サイドレールの呼び径がシリンダ内径と一致しているのと異なり、バランスリングの呼び径、すなわちスペーサーエキスパンダに支承されてリング溝に装着された状態下でのバランスリングの外径は、バランスリング３とバランスリング支承面９との接触が可能な程度の長さは有するものの、シリンダ内径よりは短い。そのため、バランスリングの外周面１３はシリンダ内面壁３１と接触していない。
【００２２】
図７は、本発明の組合せオイルリング１０１においてスペーサーエキスパンダに発生する回転モーメントがバランスリングの反力によって相殺される様子を模式的に示した図である。図７に描かれたオイルリング１０１の縦断面において、スペーサーエキスパンダの上側に支承されているサイドレール２は一般的なサイドレールであり、それ自身はほとんど張力を有さないが、スペーサーエキスパンダのサイドレール押圧面８から受ける押圧力Ｗ1 によってサイドレール内周面が押されて、サイドレール外周面がシリンダ内面壁に押し付けられる（Ｗ2 ）。一方、スペーサーエキスパンダによって押されたサイドレール２には反力Ｆ1 が発生し、この反力Ｆ1 によってサイドレール押圧面が押し返される。もし２ピース型の組合せオイルリングであるなら、このサイドレールからの反力によってスペーサーエキスパンダには上記反力によって回転モーメントＭ1 が発生する。しかし本発明においては、サイドレール押圧面が押し返されるのに連鎖して、スペーサーエキスパンダの下側でバランスリング押圧面がバランスリング内周面を押し（Ｆ2 ）、それと同時にバランスリングには反力Ｆ3 が発生してバランスリング内周面がバランスリング押圧面を押し返すことによって回転モーメントＭ2 が発生し、全体の回転モーメントが相殺される。
【００２３】
本発明のオイルリングがシリンダ内で摺動しているときには、スペーサーエキスパンダ、サイドレール及びバランスリングの姿勢が変動し続けており、それにつれてスペーサーエキスパンダの回転モーメントとそれに対するバランスリングの反力も変動し続けているので、摺動状態下で常時完全に回転モーメントを相殺し続けることは困難である。
【００２４】
しかし、本発明のオイルリングの上側と下側とが静止状態時に対称的な構造となるようにすれば、少なくとも静止時の回転モーメントを完全に相殺でき、しかも摺動時における回転モーメントの変動に比較的よく同調してバランスリングの反力も増減するので、たとえ摺動時であっても、変動し続ける回転モーメントの大部分を相殺することができる。
【００２５】
図８は、そのような対称的構造を有するものの一例の縦断面図である。このオイルリング１０２は、ピストンのリング溝３３に装着された時の静止状態において、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５と、バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６とが、スペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線１７を含む仮想平面１８に関して面対称であり、且つ、サイドレールとサイドレール押圧面との接線曲面１９と、バランスリングとバランスリング押圧面との接線曲面２０とが、同様に、上記仮想平面１８に関して面対称である構造をとっている。なお、回転モーメントの回転軸線１７を３次元的に見ればスペーサーエキスパンダ内部を水平方向に貫く円形の軌跡を描くので、これを含む仮想平面はスペーサーエキスパンダを水平に分割するただ一つの平面として特定される。
【００２６】
このような対称的構造を得るためには、たとえば、ピストンのリング溝３３に装着された時の静止状態において、スペーサーエキスパンダの上側の形状と下側の形状、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線１７を含む仮想平面１８に関して面対称となるようにし、且つ、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５におけるサイドレール内周面１２の半径方向断面（縦断面）の曲率と、バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６におけるバランスリング内周面１４の半径方向断面（縦断面）の曲率とが等しくなるようにすればよい。
【００２７】
しかし、上記のような設計ができない場合には、本発明のオイルリングがピストンのリング溝に装着され且つ静止状態にある時の半径方向断面において、スペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線１７からサイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５までの距離と、サイドレール押圧面を押し返すサイドレールの反力Ｆ1 の、前記回転モーメントの回転軸線１７と、前記サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積、及び、前記回転モーメントの回転軸線１７からバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６までの距離と、バランスリング押圧面を押し返すバランスリングの反力Ｆ3 の、前記回転モーメントの回転軸線１７と、前記バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積を等しくなるように設計することによって、バランスリングの締め付け力（反力）を調整する必要がある。
【００２８】
本発明においては、バランスリングの自由時内径を変えることによって、バランスリングの反力を調節することができる。図８においては、バランスリングの自由時内径を、オイルリング静止時のバランスリング内径よりも小さくなるようすることによって、バランスリングの締め付け力（反力）を強め、静止時の回転モーメントを完全に相殺するように調節している。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の組合せオイルリングは、シリンダー内壁面と接触し摺動するサイドレールが１枚だけであるから、従来の２ピース型組合せオイルリングなみの低い摺動摩擦性を有する。しかも、回転モーメントによるスペーサーエキスパンダの傾きが起きにくく、サイドレールがオイルリング溝の上面または下面に押し付けられて溝荒れを起こしたりオイルリングの安定した動きが阻害されたりすることがないので、従来の３ピース型組合せオイルリングなみの良好なシール性を併せ持っている。
【００３０】
したがって本発明は、内燃機関の高出力化、低燃費化とオイル消費量の低減化に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の３ピース型組合せオイルリングの部分斜視図である。
【図２】従来の３ピース型組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着した状態の縦断面図である。
【図３】従来の２ピース型組合せオイルリングの部分斜視図である。
【図４】従来の２ピース型組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着した状態の縦断面図である。
【図５】本発明の組合せオイルリングの一例を示す部分斜視図である。
【図６】本発明の組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着した状態の縦断面図である。
【図７】回転モーメントが相殺される様子を模式的に示す説明図である。
【図８】本発明の組合せオイルリングの他の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…スペーサーエキスパンダ
２…サイドレール
３…バランスリング
４…スリット
５…外周側突起部
６…内周側突起部
７…サイドレール支承部
８…サイドレール押圧面
９…バランスリング支承部
１０…バランスリング押圧面
１１…サイドレール外周面
１２…サイドレール内周面
１３…バランスリング外周面
１４…バランスリング内周面
１５…サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置
１６…バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置
１７…スペーサーエキスパンダに発生する回転モーメントの回転軸線
１８…回転軸線を含む仮想平面
１９…サイドレールとサイドレール押圧面との接線曲線
２０…バランスリングとバランスリング押圧面との接線曲線
３０…シリンダ
３１…シリンダ内壁面
３２…ピストン
３３…リング溝
３４…リング溝の上面
３５…リング溝の下面
３６…ドレンホール
Ｗ1 …サイドレール押圧面の押圧力
Ｗ2 …サイドレール外周面の押圧力
Ｆ1 …サイドレールの反力
Ｆ2 …バランスリング押圧面の押圧力
Ｆ3 …バランスリングの反力
Ｍ…回転モーメント
Ｍ1 …サイドレールの反力によって発生する回転モーメント
Ｍ2 …バランスリングの反力によって発生する回転モーメント
【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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