JP2007010096A - 組合せリング及びそのスペーサエキスパンダ並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 組合せリングのスペーサエキスパンダの母材として単純形状の平板材４０を用いながら、上壁部３４と下壁部３５とを径方向にオフセットさせる。
【解決手段】 帯状の平板材４０を、長手方向に直交する横断線４５に対して傾斜する折線４２に沿って折曲することにより、上壁部３４と下壁部３５とを側壁部３６を介して交互かつ連続的に形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば内燃機関のピストン外周に装着される組合せオイルリングのような、スペーサエキスパンダを備えた組合せリングの改良に関する。

内燃機関のピストン外周には、圧力リングの他に、主としてシリンダ壁面からオイルを掻き落とすためのオイルリングが装着される。このようなオイルリングとして、スペーサエキスパンダを備える組合せオイルリングが例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
特開平５−５２２６６号公報 実開平５−１７２６７号公報

本発明は、単純な帯状の平板材から折曲形成されるスペーサエキスパンダでありながら、上壁部と下壁部とを径方向にオフセットさせることにより、例えば内燃機関に適用されるオイルリングにおけるオイル排出性，組立性，オイル掻き上げ性等を向上し得る新規なスペーサエキスパンダを提供することを一つの目的としている。

帯状の平板材を折曲部で折線に沿って折曲することにより上壁部と下壁部が側壁部を介して交互かつ連続的に形成され、上記上壁部と下壁部によりサイドレールが径方向外方へ付勢される組合せリングのスペーサエキスパンダであって、上記折線が平板材の側縁に直交する線に対して傾斜している。

本発明によれば、単純な帯状の平板材から折曲形成されるスペーサエキスパンダでありながら、上壁部と下壁部とを径方向にオフセットさせることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る組合せリングとして、内燃機関のピストン１３の外周に装着される組合せオイルリング１を示す断面図であり、図２は、この組合せオイルリング１を単体で示す斜視図である。内燃機関のシリンダ（ボア）３１にはピストン１３が昇降可能に配設され、このピストン１３の外周には複数のリング溝１６，３２が形成されている。上側のリング溝３２には圧力リング３３が装着され、上記の組合せオイルリング１は下側のオイルリング溝１６に装着されている。

組合せオイルリング１は、上側サイドレール２１及び下側サイドレール２２と、両サイドレール２１，２２間に配置されるスペーサエキスパンダ２０と、を有している。各サイドレール２１，２２は、鋼製で一箇所に合い口部（図示省略）を有するほぼ環状をなしている。

スペーサエキスパンダ２０は、後述するように帯状の金属製の平板材４０を折曲部４１で折線４２に沿って折曲することによって、上壁部３４と下壁部３５とが側壁部３６を介して交互かつ連続的に形成されるもので、全体としてほぼ環状に構成されている。なお、図２等では明瞭化のために折曲部４１が折線４２で鋭角に折曲しているように描いているが、実際には折曲部４１が折線４２にそって湾曲する曲率をもった湾曲形状をなしている。つまり、必ずしも折線４２が折り目として表われるではない。

上壁部３４の内周側の部位には、上側サイドレール２１を径方向外方へ押圧する耳部１１が形成されるとともに、下壁部３５の内周側の部位には、下側サイドレール２２を径方向外方へ押圧する耳部１１が形成されている。各耳部１１は、上，下壁部３４，３５の一般部から外方へ張り出しており、サイドレール２１，２２の内周端に接する面は、近接するリング溝１６の上下面１６Ａ，１６Ｂに向かうに従って径方向内側へ傾斜するテーパ面１１Ａとなっている。このテーパ面１１Ａにより、サイドレール２１，２２の外周端がシリンダ３１の内壁面に押しつけられるとともに、サイドレール２１，２２の内周端部がリング溝１６の上下面１６Ａ，１６Ｂに押しつけられ、シリンダ３１の内壁面との隙間がシールされるとともに、リング溝１６の上下面１６Ａ，１６Ｂとの隙間がシールされる。なお、耳部１１の径方向寸法は上壁部３４と下壁部３５とで同等に設定されている。また、上壁面３４及び下壁部３５の外周寄りの部位には、サイドレール２１，２２の姿勢を保つための突起部１２が形成されている。

図３は、スペーサエキスパンダ２０の製造装置を簡略的に示している。先ず、平坦な帯状をなす金属製の平板材４０に対し、例えば上記の耳部１１や突起部１２に対応する前加工を施した後、一対のギヤ５１，５２を用いてを連続的に折曲することにより、上壁部３４，側壁部３６及び下壁部３５を平板材４０の長手方向に沿って連続的に形成する。このようにして波形に折曲形成された中間成形体２０Ａを、ローラ５３等を用いて環状にコイリングした後、切断する。そして、切断された端部同士をワイヤ等を用いて連結することにより上記のスペーサエキスパンダ２０が得られる。

図４は、平板材４０の折曲部４１での折線４２の位置を示しており、上段（Ａ）は比較例、下段（Ｂ）は本実施例に対応する。なお、比較例の構成要素には、対応する本実施例の構成要素の後に「Ｈ」を付している。同図に示すように、平板材４０の両側縁４３，４４は、平板材４０の長手方向に沿って互いに平行に延びており、上記のコイリング後には、一方の側縁４３がスペーサエキスパンダ２０の外周縁となり、他方の側縁４４が内周縁となり、平板材４０の長手方向つまり側縁４３，４４に沿う方向がリング１やスペーサエキスパンダ２０の周方向となり、側縁４３，４４に直交する横断線４５がリング１やスペーサエキスパンダ２０の径方向に沿う半径線となる。また、明瞭化のために、上壁部３４となる部位には「上」、下壁部３５となる部位には「下」、側壁部３６となる部位には「側」と図示している。

比較例（Ａ）では、全ての折線４２が横断線４５と平行であるのに対し、本実施例では、折線４２が横断線４５に対して所定の角度αで傾斜している。より具体的には、側壁部３６の両側に位置する一対の折線４２Ａが横断線４５に対して同方向（図４の右方向）で、かつ、互いに平行に傾斜している。一方、上壁部３４及び下壁部３５の両側に位置する一対の折線４２Ｂは横断線４５に対して互いに逆方向（図４の左右方向）に傾斜している。また、外周縁となる側縁４３では上壁部の幅７が下壁部の幅８よりも長く、内周縁となる側縁４４では上壁部の幅９が下壁部の幅１０よりも短い。更に、上壁部３４では外周縁となる側縁の幅７が内周縁となる側縁の幅８よりも長く、下壁部３５では外周縁となる側縁の幅９が内周縁となる側縁の幅１０よりも短い。また、側壁部３６の外郭形状が実質的に平行四辺形状をなし、上壁部３４及び下壁部３５の外郭形状が実質的に台形状をなしている。

このような折線４２に沿って平板材４０を折曲することによって、図５及び図６に示すように、上壁部３４と下壁部３５とが横断線・半径線４５に沿う方向で互いにオフセットすることとなる。より具体的には、上壁部３４が下壁部３５よりも径方向内方寄り（図５の上寄り）に、つまり下壁部３５が上壁部３４よりも径方向外方寄り（図５の下寄り）に位置することとなる。すなわち、側壁部３６が下壁部３５から径方向内方に傾斜した姿勢で立ち上がるように折線４２が半径線４５に対して傾斜している。なお、図６の破線は図４（Ａ）に示す比較例の平板材４０Ｈを折曲形成した場合の形状を表している。

再び図１を参照して、成形後のスペーサエキスパンダ２０にあっては、耳部１１を含めて下壁部３５の全体が上壁部３４に対して径方向内側（図６の上側）寄りにオフセットしている。つまり、下壁部３５のテーパ面１１Ａは上壁部３４のテーパ面１１Ａよりもシリンダ３１の内壁面に近くなっており、従って、上側サイドレール２１の径方向の幅１８は下側サイドレールの径方向の幅１９よりも長く設定されている。また、下壁部３５からオイルリング溝１６の背面までの隙間１５が、上壁部３４からオイルリング溝１６の背面１６Ｃまでの隙間１４よりも長くなる。従って、オイルリング溝１６の下部近傍に通じるオイル落とし穴１７を経由してオイルが排出され易くなり、オイル排出性が向上する。

以上のように本実施例では、スペーサエキスパンダ２０の製造用の母材として一般的に使用されている、安価で単純な形状である平坦かつ帯状の金属製の平板材４０を用いているにもかかわらず、上壁部３４と下壁部３５とを径方向で互いにオフセットさせることができる。このため、下壁部３５を径方向外方寄りに配置することによって、スペーサエキスパンダ２０の下方部におけるリング溝１６の背面１６Ｃとの隙間１５、いわゆるバッククリアランスを大きく確保できるため、オイルの流動性及び排出性が向上し、オイル劣化を抑制できるとともに、デポジットの堆積を軽減することができる。

組合せオイルリング１を装着したピストン１３をシリンダ３１に下方より挿入する際に、上側サイドレール２１がオイルリング溝１６から外れることがない程度に、上側サイドレール２１の径方向の幅１８を大きくする必要がある。一方、サイドレール２１，２２の幅を小さくするほど、シリンダ（ボア）３１への追従性が向上し、オイル掻き落し性能を向上させることができる。上記実施例では、上側サイドレール２１の幅１８が相対的に大きく、下側サイドレール２２の幅１９が相対的に小さいために、上側サイドレール２１の幅１８をリング溝１６から脱落しない程度に確保しつつ、下側サイドレール２２の幅１９を小さくすることができるので、シリンダ３１へのピストン挿入性・組付性とオイル掻き落とし性とを高いレベルで両立することができる。つまり、上側サイドレール２１の幅１８は組付性を、下側サイドレール２２の幅１９はオイル掻き落とし性を考慮して設定することにより、組付性を損なうことなくオイル掻き落とし性能を向上することができる。

但し、径方向幅１９の小さい下側サイドレール２２では、径方向幅１８の大きい上側サイドレール２１に比して、外周追従性が高いことから、シリンダ３１の壁面とのフリクション（摺動抵抗）が増大するおそれがあるものの、本実施例では、下壁部３５から下側サイドレール２２に作用する径方向外方への付勢力を効果的に抑制して、下側サイドレール２２のフリクションの増大を相殺・抑制することができる。この理由について、図５を参照して説明する。スペーサエキスパンダの反発力Ｆ１は傾斜する折線４２に対して直交方向に作用するため、上壁部３４では反発力Ｆ１の径方向合力Ｆ２が径方向外方へ作用し、下壁部３５では反発力Ｆ１の径方向合力Ｆ３が径方向内方へ向かって作用する。この結果、上壁部３４では径方向合力Ｆ２がスペーサエキスパンダの撓みにより発生する張力（上側サイドレール２１を径方向外方へ付勢する付勢力）を増加する方向に作用し、下壁部３５では径方向合力Ｆ３がスペーサエキスパンダの撓みにより発生する張力（下側サイドレール２２を径方向外方へ付勢する付勢力）を減少させる方向に作用する。このため、下側サイドレール２２を径方向外方へ付勢する付勢力を効果的に低減・相殺することができる。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想について上記実施例を参照して以下に説明する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形，変更を含むものである。例えば、図７に示すように突起部（１２）を省略しても良い。また、上壁部を下壁部よりも径方向外方へオフセットし、上側サイドレールを下側サイドレールよりも短くすることも可能である。

本発明に係る組合せリング１及びそのスペーサエキスパンダ２０は、帯状の平板材４０を折曲部４１で折線４２に沿って折曲することにより上壁部３４と下壁部３５が側壁部３６を介して交互かつ連続的に形成されており、上記上壁部３４と下壁部３５によりサイドレール２１，２２が径方向外方へ付勢される。そして、下記に列記するような特徴を備えている。
・図４（Ｂ）に示すように折線４２が平板材４０の側縁４３，４４に直交する線４５に対して傾斜している。
・図４（Ｂ）に示すように側壁部３６の両側の一対の折線４２Ａが径方向に沿う半径線４５に対して同じ側に傾斜しており、上記上壁部３４と下壁部３５の両側の一対の折線４２Ｂが上記半径線４５に対して互いに逆側に傾斜している。
・図４（Ｂ）に示すように側壁部３６の外郭形状が実質的に平行四辺形状をなし、上壁部３４及び下壁部３５の外郭形状が実質的に台形状をなしている。
・図１に示すように下壁部３５が上壁部３４に比して径方向外方寄りに位置している。
・図１に示すように上側サイドレール２１の径方向幅１８が下側サイドレール２２の径方向幅１９よりも大きい。

上壁部３４と下壁部３５によりサイドレール２１，２２が径方向外方へ付勢される組合せリング１のスペーサエキスパンダ２０の製造方法であって、帯状の平板材４０を折曲することにより上壁部３４と下壁部３５とを側壁部３６を介して交互かつ連続的に形成する際に、平板材４０の長手方向に直交する横断方向４５に対して傾斜する折線４２に沿って平板材４０を折曲する。

より詳しくは図４（Ｂ）に示すように、横断方向４５に対して同方向に傾斜する隣り合う２つの折線からなる第１折線群４２Ｃと、上記横断方向４５に対して上記第１折線群４２Ｃと反対方向に傾斜する隣り合う２つの第２折線群４２Ｄと、が平板材４０の長手方向に沿って交互に設けられる。

本発明の一実施例に係る組合せオイルリングを適用した内燃機関の要部を示す断面図。 組合せオイルリングの一部を簡略的に示す斜視図。 本実施例の組合せオイルリングのスペーサエキスパンダの製造装置を簡略的に示す説明図。 （Ａ）が比較例、（Ｂ）が本実施例に係るスペーサエキスパンダの母材である平板材を簡略的に示す上面対応図。 本実施例に係るスペーサエキスパンダ（中間成形体）を簡略的に示す上面図。 本実施例に係るスペーサエキスパンダ（中間成形体）を簡略的に示す斜視図。 突起部のないスペーサエキスパンダを備えた組合せオイルリングを示す斜視図。

符号の説明

１…組合せオイルリング
２０…スペーサエキスパンダ
２１…上側サイドレール
２２…下側サイドレール
３４…上壁部
３５…下壁部
３６…側壁部
４０…平板材
４１…折曲部
４２…折線

Claims (8)

1. 帯状の平板材を折曲部で折線に沿って折曲することにより上壁部と下壁部が側壁部を介して交互かつ連続的に形成され、上記上壁部と下壁部によりサイドレールが径方向外方へ付勢される組合せリングのスペーサエキスパンダであって、
   上記折線が平板材の側縁に直交する線に対して傾斜していることを特徴とするスペーサエキスパンダ。
2. 上壁部と下壁部が側壁部を介して交互かつ連続的に折曲部で折線に沿って折曲形成され、上記上壁部と下壁部によりサイドレールが径方向外方へ付勢される組合せリングのスペーサエキスパンダであって、
   上記側壁部の両側の一対の折線が径方向に沿う半径線に対して同じ側に傾斜しており、
   上記上壁部と下壁部の両側の一対の折線が上記半径線に対して互いに逆側に傾斜していることを特徴とするスペーサエキスパンダ。
3. 上壁部と下壁部とが側壁部を介して交互かつ連続的に折曲形成され、上壁部と下壁部によりサイドレールが径方向外方へ付勢される組合せリングのスペーサエキスパンダであって、
   上記側壁部の外郭形状が実質的に平行四辺形状をなし、
   上記上壁部及び下壁部の外郭形状が実質的に台形状をなしていることを特徴とするスペーサエキスパンダ。
4. 上記下壁部が上壁部に比して径方向外方寄りに位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスペーサエキスパンダ。
5. 上壁部と下壁部とが側壁部を介して交互かつ連続的に折曲形成され、上壁部と下壁部によりサイドレールが径方向外方へ付勢される組合せリングのスペーサエキスパンダであって、
   上記下壁部が上壁部に比して径方向外方寄りにオフセットしていることを特徴とするスペーサエキスパンダ。
6. 上壁部と下壁部とが側壁部を介して交互かつ連続的に折曲形成されるスペーサエキスパンダと、上記上壁部により径方向外方へ付勢される上側サイドレールと、上記下壁部により径方向外方へ付勢される下側サイドレールと、を有する組合せリングであって、
   上記上側サイドレールの径方向幅が下側サイドレールの径方向幅よりも大きいことを特徴とする組合せリング。
7. 上壁部と下壁部によりサイドレールが径方向外方へ付勢される組合せリングのスペーサエキスパンダの製造方法であって、
   帯状の平板材を折曲することにより上壁部と下壁部とを側壁部を介して交互かつ連続的に形成する際に、平板材の長手方向に直交する横断方向に対して傾斜する折線に沿って平板材を折曲することを特徴とするスペーサエキスパンダの製造方法。
8. 上記横断方向に対して同方向に傾斜する隣り合う２つの折線からなる第１折線群と、上記横断方向に対して上記第１折線群と反対方向に傾斜する隣り合う２つの第２折線群と、が平板材の長手方向に沿って交互に設けられることを特徴とする請求項７に記載のスペーサエキスパンダの製造方法。

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