JP4382229B2

JP4382229B2 - 組合せオイルリング

Info

Publication number: JP4382229B2
Application number: JP2000011529A
Authority: JP
Inventors: 政男石田
Original assignee: 帝国ピストンリング株式会社
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: EP1118805A2; EP1118805B1; JP2001208200A; DE60114254T2; US6454271B2; EP1118805A3; DE60114254D1; US20010009319A1

Description

【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】
オイルリングの内周側にエキスパンダを配置して、オイルリング摺動面の面圧を高め、オイル掻き能力の向上を図る技術として、従来、下記の２ピース形の組合せオイルリングが知られている。
（１）オイルリング１Ａの内周面に溝１３Ａを設け、鋼線をコイル状に巻いて環状に形成したコイルエキスパンダ２Ａを前記溝に配置した組合せオイルリング(図４参照）。このタイプの組合せオイルリングが２ピース形の組合せオイルリングとして一般的に用いられている。
（２）オイルリングの内周面に溝を設け、Ｕ字形断面のエキスパンダを前記溝に配置し、Ｕ字形断面の足部でオイルリングの溝を押接する組合せオイルリング（特公昭６２−８６７３号参照）。
（３）オイルリングの内周面に溝を設け、く字形、Ｕ字形又は半円形の断面のエキスパンダを前記溝に配置し、エキスパンダ断面において外方に突出した部分でオイルリングの溝を押接する組合せオイルリング（実公昭４７−３１９２７号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近の自動車用エンジンにおいては、低フリクション化や潤滑油消費量の低減等の高性能化のために、ピストンの軽量化、ピストンリングの薄幅化が求められている。特に、オイルリングについては、シリンダボアへの張り出し力（張力)を充分に確保するため、オイルリングの内周側にエキスパンダを配置しているので、コンプレッションリングに比べて軸方向幅が通常３．０〜４．０ｍｍと大きめになり、薄幅化の必要性が大きい。
【０００４】
しかしながら、従来のコイルエキスパンダやＵ字形断面等のエキスパンダを配置した２ピース形の組合せオイルリングでは、エキスパンダの軸方向幅を薄幅にすることは難しく、また、薄幅にした場合、充分な張力を出すことが困難である。これらのエキスパンダを用いたオイルリングの軸方向幅は、コイルエキスパンダ付きが約２．０ｍｍ、Ｕ字形等の断面を有しているエキスパンダ付きは約２．５ｍｍが限界である。
【０００５】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、オイル掻き能力の優れた薄幅の２ピース形組合せオイルリングを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、オイルリングと、このオイルリングの内周面に形成された溝に配置し、オイルリングを半径方向外方に押圧付勢するエキスパンダとからなる２ピース形の組合せオイルリングにおいて、
前記エキスパンダが軸方向波形の環状板材からなるとともに、前記オイルリングの内周面に形成されている溝の底部を押接し、前記オイルリングの内周面に形成されている溝の底部における角部の曲率半径よりも、この角部に対向配置するエキスパンダの角部の曲率半径の方が大きいことを特徴とする。
【０００７】
エキスパンダは、軸方向波形の環状板材からなっており、軸方向幅を薄くした場合でも、充分なバネ性を得ることができ、高い張力を出すことが可能である。オイルリングの薄幅化は、ピストンの高さを縮小でき、軽量コンパクト化に有効である。また、薄幅にすることにより、リングの柔軟性が増し、シリンダボアへの追従性がよくなり、潤滑油消費量の低減に効果がある。また、薄幅にした場合でも、軸方向波形エキスパンダは高い張力を出すことが可能なため、更に潤滑油消費量の低減が可能である。そして、エキスパンダはオイルリングの溝に配置されているので、エキスパンダのバタツキが抑制され、折損が防止される。
【０００８】
前記オイルリングの内周面に形成される溝の断面は、特に限定されないが、例えば、矩形断面や台形断面などに形成される。前記エキスパンダは、オイルリングの溝の底部を押接するのが、ばらつきのない安定した張力を得る上で好ましい。
【０００９】
前記オイルリングの内周面に形成されている溝の底部における角部の曲率半径よりも、この角部に対向配置する前記エキスパンダの角部の曲率半径の方が大きいことが、エキスパンダがオイルリングの溝の底部を安定して押接する上で好ましい。
【００１０】
前記オイルリングの軸方向幅は１．０〜３．０ｍｍ、より好ましくは、１．０〜２．０ｍｍであるのが、薄幅化の点で好ましい。
【００１１】
前記オイルリングの内周面に形成されている溝の底部における角部の曲率半径と、これに対向配置する前記エキスパンダの角部の曲率半径はそれぞれ０．１〜１．０ｍｍであるのが、オイルリングを薄幅化する上で好ましい。
【００１２】
前記オイルリングの溝の断面が例えば矩形断面の場合、溝の上下面は水平面に形成され、これに対向配置するエキスパンダの上下面部分も水平面に形成されるのが好ましい。前記オイルリングの溝の断面が例えば台形断面の場合、溝の上下面は内周に向かって拡開するテーパ面に形成され、これに対向配置するエキスパンダの上下面部分も内周に向かって拡開するテーパ面に形成されるのが好ましい。このように上下面をテーパ面に形成すると、オイルリングにおける溝の上部部分及び下部部分の強度向上が図られる。
【００１３】
前記オイルリングは、外周摺動面を形成する１又は２つのレール部を有しているものが通常使用される。
【００１４】
前記オイルリングは、窒化処理が施されている、或いは窒化処理後の外周摺動面にＰＶＤ皮膜が形成されているのが好ましい。また、前記エキスパンダは窒化処理、無電解ニッケルめっき、又はクロムめっきが施されているのが好ましい。上記表面処理により、耐摩耗性が向上し、潤滑油消費等の性能の良い状態を長時間維持できる。また、窒化処理等の高温処理を施すと、運転中の温度上昇による張力の減退を防止できる。
【００１５】
前記エキスパンダの合い口方向と合い口直角方向の直径差（真円度）が５ｍｍ以下であることが好ましい。上記真円度により、前記オイルリングの溝にエキスパンダが密着することができ、ピストンへの装着時及びシリンダへの嵌入時に、エキスパンダのはみ出しによるひっかかりや脱落等の不具合を防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態１を図１により説明する。
【００１７】
組合せオイルリングは、鋼製オイルリング１と、軸方向波形エキスパンダ２とからなる２ピース形のリングである。
【００１８】
オイルリング１は、断面略Ｉ字形をなし、上下のレール３，４と、これらを連結する薄肉の真直ぐなウェブ５とからなり、合い口を有している。ウェブ５にオイル逃がし孔は形成されていない。上下のレール３，４において外周側に突出する外側レール部６，７の外周面はシリンダ壁面と接触する摺動面８，９を形成する。また、上下の外側レール部６，７の間の空間部１０は上下の外側レール部６，７でシリンダ壁面から掻き取った潤滑油の受容部を構成する。オイルリング１の材質は鋼（例えばステンレス鋼や低クロム鋼等）が使用され、表面処理（例えば窒化処理あるいは窒化処理後の外周摺動面にＰＶＤ皮膜）が施されている。オイルリング１の軸方向幅は１．５ｍｍである。
【００１９】
上下のレール３，４において内周側に突出する内側レール部１１，１２とウェブ５とでエキスパンダ収容溝１３が形成される。エキスパンダ収容溝１３は断面が矩形形状をなし、水平な上下面１４，１５と垂直な底面１６とで形成されている。このエキスパンダ収容溝１３にエキスパンダ２が嵌装される。
【００２０】
エキスパンダ２は、軸方向波形の環状板材で、合い口を有しており、軸方向に離間して円周方向に交互に配置している水平な上片１７及び下片１８と、これらの上片１７と下片１８の隣接する端部同士を連結する連結片１９とで形成されている。このエキスパンダ２は、矩形断面の板材を板厚方向に波状に成形し、更にそれを環状に成形することにより形成される。従って、オイルリング１のエキスパンダ収容溝１３に配置するエキスパンダ２の上下面２０，２１は水平面をなし、オイルリング２のエキスパンダ収容溝１３の底面１６を押接する外周面２２は垂直面をなしている。エキスパンダ２の材質は鋼（例えば炭素工具鋼、バネ鋼、ステンレス鋼、クロム鋼等）が用いられ、表面処理（例えば窒化処理、無電解ニッケルめっき、又はクロムめっき）が施されている。なお、表面処理は無処理でも使用可能である。
【００２１】
オイルリング１のエキスパンダ収容溝１３の上下面１４，１５と底面１６とで形成される角部の曲率半径は０．２ｍｍ、これに対向配置するエキスパンダ２の角部すなわちエキスパンダ２の上下面２０，２１と外周面２２とで形成される角部の曲率半径は０．３ｍｍである。エキスパンダ２の角部の曲率半径は線材を形成する過程で形成するか、あるいは機械加工で形成可能である。
【００２２】
従って、オイルリング１のエキスパンダ収容溝１３に配置されたエキスパンダ２は、円周方向に圧縮されることによって半径方向外方の拡張力を発生し、エキスパンダ２の外周面２２がエキスパンダ収容溝１３の底面１６を押圧することにより、オイルリング１の摺動面８，９がシリンダ壁面に押接される。
【００２３】
この際、エキスパンダ２は、軸方向波形の環状板材からなっており、軸方向幅を薄くした場合でも、充分なバネ性を得ることができ、高い張力を出すことが可能である。また、薄幅にすることにより、リングの柔軟性が増し、シリンダボアへの追従性がよくなり、潤滑油消費量の低減に効果がある。また、薄幅にした場合でも、軸方向波形エキスパンダ２は高い張力を出すことが可能なため、更に潤滑油消費量の低減が可能である。そして、エキスパンダ２はオイルリング１のエキスパンダ収容溝１３に配置されているので、エキスパンダ２のバタツキが抑制され、折損が防止される。また、エキスパンダ２はエキスパンダ収容溝１３の底面１６を押接するので、ばらつきのない安定した張力を得ることができる。
【００２４】
図２は本発明の別の実施形態２を示す。本実施形態２は、オイルリングに形成されるエキスパンダ収容溝の断面形状と、エキスパンダを形成している板材の断面形状とが、上記実施形態１と相違しており、他の構成は上記実施形態１と同じである。以下、相違点のみ説明する。
【００２５】
即ち、本実施形態２においては、オイルリング１の内周面に形成されているエキスパンダ収容溝１３は、断面が台形形状をなしており、内周に向かって拡開するテーパ面に形成されている上下面１４，１５と、垂直面をなしている底面１６とで形成されている。
【００２６】
一方、エキスパンダ２を形成している板材は略ひし形断面を有している。この略ひし形断面は、横方向に細長いひし形の左右両端が横方向対角線に対して垂直に切断されて垂直な平面とされている断面形状である。本実施形態２のエキスパンダ２も、上記実施形態１と同じように、略ひし形断面の板材を板厚方向に波状に成形し、更にそれを環状に成形することにより形成されているので、エキスパンダ２の上下面２０，２１は外周端から内周に向かって拡開するテーパ面２０ａ，２１ａと、その内周端から内周に向かって縮小するテーパ面２０ｂ，２１ｂで形成され、オイルリング２のエキスパンダ収容溝１３の底面１６を押接する外周面２２は垂直な平面をなしている。上下面２０，２１の中で、内周に向かって拡開するテーパ面２０ａ，２１ａのテーパ角度は、エキスパンダ収容溝１３の上下面１４，１５のテーパ角度と同一又は少し小さい角度に形成すればよい。例えば、エキスパンダ収容溝１３の上下面１４，１５の水平面に対する各テーパ角度は１０°とし、対向配置するエキスパンダ２の上下面２０，２１における各テーパ面２０ａ，２１ａのテーパ角度も同じく１０°とする。オイルリング１のエキスパンダ収容溝１３の上下面１４，１５と底面１６とで形成される角部の曲率半径は０．２ｍｍ、これに対向配置するエキスパンダ２の角部すなわちエキスパンダ２の上下面２０，２１と外周面２２とで形成される角部の曲率半径は０．３ｍｍである。
【００２７】
従って、上記実施形態１と同じように、オイルリング１のエキスパンダ収容溝１３に配置されたエキスパンダ２は、円周方向に圧縮されることによって半径方向外方の拡張力を発生し、エキスパンダ２の外周面２２がエキスパンダ収容溝１３の底面１６を押圧することにより、オイルリング１の摺動面８，９がシリンダ壁面に押接される。そして、この場合、エキスパンダ２の上下面２０，２１の中で内周に向かって拡開するテーパ面２０ａ，２１ａがオイルリング１のエキスパンダ収容溝１３に配置し、外周面２２がエキスパンダ収容溝１３の底面１６を押接する。上記のようにオイルリング１のエキスパンダ収容溝１３の上下面１４，１５と、これに対向配置するエキスパンダ２の上下面２０，２１部分（テーパ面２０ａ，２１ａ）をテーパ形状にすると、オイルリング１の内周側に突出する内側レール部１１，１２の根元部の強度向上が図られる。
【００２８】
なお、上記実施形態１，２は、オイルリング１のウェブ５にオイル逃がし孔を形成しない例を示したが、ウェブ５にオイル逃がし孔を形成することも勿論ある。ウェブ５にオイル逃がし孔を形成するかどうかは、リングの軸方向幅等を考慮して決定すればよい。
【００２９】
以下、１．５リッターのディーゼルエンジンを使用して、潤滑油消費量を測定した試験を説明する。
【００３０】
試験に使用した組合せオイルリングは次の通りである。
・比較例１
リング軸方向幅：３．０ｍｍ
エキスパンダ：コイルエキスパンダ
エキスパンダ張力：１２Ｎ
・比較例２
リング軸方向幅：２．０ｍｍ
エキスパンダ：コイルエキスパンダ
エキスパンダ張力：１２Ｎ
・実施例１
リング軸方向幅：２．０ｍｍ
エキスパンダ：前記実施形態１で説明した軸方向波形エキスパンダ
エキスパンダ張力：１５Ｎ
・実施例２
リング軸方向幅：１．５ｍｍ
エキスパンダ：前記実施形態１で説明した軸方向波形エキスパンダ
エキスパンダ張力：１２Ｎ
【００３１】
試験結果は図３に示す通りである。
比較例１に比べると、比較例２では薄幅化の効果で、潤滑油消費量の低減が見られる。ただし、従来のコイルエキスパンダ付きの組合せオイルリングでは、薄幅化、張力アップは限界にある。従って、これ以上の潤滑油消費性能の向上は望めない。これに対して、本発明の組合せオイルリングにあっては、実施例１に見られるように、リングの軸方向幅が２．０ｍｍで張力アップが可能なため、潤滑油消費量の低減が見られる。更に、実施例２においては、リングの軸方向幅を１．５ｍｍと薄幅にすることで、張力アップをせずに、潤滑油消費量の低減を図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、オイル掻き能力の優れた薄幅の２ピース形組合せオイルリングを得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示し、（ａ）はエキスパンダの一部分を示す斜視図、（ｂ）は組合せオイルリングの縦断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態を示す組合せオイルリングの縦断面図である。
【図３】潤滑油消費量の試験結果を示すグラフである。
【図４】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ従来の組合せオイルリングを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１・・オイルリング、２・・エキスパンダ、３，４・・レール、５・・ウェブ、６，７・・外側レール部、８，９・・摺動面、１０・・空間部、１１，１２・・内側レール部、１３・・エキスパンダ収容溝、１４・・上面、１５・・下面、１６・・底面、１７・・上片、１８・・下片、１９・・連結片、２０・・上面、２１・・下面、２０ａ，２１ａ・・テーパ面、２２・・外周面。

Claims

オイルリングと、このオイルリングの内周面に形成された溝に配置し、オイルリングを半径方向外方に押圧付勢するエキスパンダとからなる２ピース形の組合せオイルリングにおいて、
前記エキスパンダが軸方向波形の環状板材からなるとともに、前記オイルリングの内周面に形成されている溝の底部を押接し、前記オイルリングの内周面に形成されている溝の底部における角部の曲率半径よりも、この角部に対向配置するエキスパンダの角部の曲率半径の方が大きいことを特徴とする組合せオイルリング。
前記オイルリングの軸方向幅が１．０〜３．０ｍｍ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。
前記オイルリングの内周面に形成されている溝の底部における角部の曲率半径と、この角部に対向配置する前記エキスパンダの角部の曲率半径がそれぞれ０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の組合せオイルリング。
前記オイルリングの内周面に形成されている溝の上下面が水平面に形成されており、これに対向配置する前記エキスパンダの上下面部分が水平面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の組合せオイルリング。
前記オイルリングの内周面に形成されている溝の上下面が内周に向かって拡開するテーパ面に形成されており、これに対向配置する前記エキスパンダの上下面部分が内周に向かって拡開するテーパ面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の組合せオイルリング。
前記オイルリングが、外周摺動面を形成する１又は２つのレール部を有していることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の組合せオイルリング。
前記オイルリングに窒化処理が施されている、或いは窒化処理後の外周摺動面にＰＶＤ皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の組合せオイルリング。
前記エキスパンダに窒化処理、無電解ニッケルめっき、又はクロムめっきが施されていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の組合せオイルリング。