JP2008267516A - ピストンリング - Google Patents

Abstract

【課題】 別体部材を用いることなく、ピストンリングの合口を経た圧縮もれを防止又は減少させることができるピストンリングを提供する。
【解決手段】一端と他端との間に合口が形成されるピストンリングであって、ピストンのピストンリング溝に嵌着され、該ピストンがシリンダに内嵌された状態である装着状態において、該一端側に形成される内側片部と、該他端側に形成され内側片部の外側に存する外側片部と、内側片部と外側片部とが互いに接することで内面側の空間と外面側の空間との間の連通を遮断する遮断部と、を備えてなる、ピストンリングである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンリングに関し、より詳細には、ピストンリング溝にピストンリングが嵌着されたピストンがシリンダに内嵌された装着状態において、ピストン外面とシリンダ内面との間を気体が流通する圧縮もれを防止又は減少させることができるピストンリングに関する。

ピストンリングは、シリンダに内嵌され往復動するピストンに設けられたピストンリング溝に嵌着され、シリンダ内面とピストン外面との間の隙間を埋めることでピストン外面とシリンダ内面との間を気体が流通する圧縮もれを減少させるために内燃機関（所謂、レシプロエンジン）や気体のコンプレッサー等に多用されてきた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１は、「合口（合口隙間）は、トップリング１１１をシリンダ１０１に装着する際に変形させるために、また、トップリング１１１が熱膨張した場合、膨張分を逃がすための空間を確保するために必要なものである。しかし、燃焼室１０３内の燃焼ガスや排気ガスが合口隙間からシリンダボアに漏出することが問題となる。」（特許文献１、発明の詳細な説明中の段落番号０００４）ことに鑑み「合口隙間を通じたガスの漏出量を長期に亘って低減することのできるピストンリングを提供する」（特許文献１、発明の詳細な説明中の段落番号０００８）ことを目的とした発明であり、具体的には、「内燃機関のシリンダ内を往復動するピストンの外周溝に装着されるピストンリングであって、合口隙間を形成する当該ピストンリングの両端部で前記合口隙間を隔てて対峙する２つの端面に形成された穴と、各穴に挿入される突起部及び前記シリンダの内壁に当接する当接部を備えて前記合口隙間に装着される樹脂製部材と、を有することを要旨とする。同構成によれば、シリンダ内壁に当接する樹脂製部材により、ピストンリングの合口隙間を通じて燃焼室からシリンダボアに漏出するガスの量や、シリンダボアから燃焼室に漏出するオイルの量が低減される。また、ピストンリング本体に対する樹脂製部材の組み付けを、ピストンリング本体の各端面に形成された穴に挿入するといった簡易な工程に従って行うことができる。しかも、組み付け後、樹脂製部材の突起部がピストンリングの各端部に形成された穴に係止されるため、ピストンリングから脱離しにくい。」（特許文献１、発明の詳細な説明中の段落番号０００９）ものが開示されている。

特開２００５−１０５８８０号公報（例えば、要約、発明の詳細な説明中の段落番号０００２〜０００９、第２図、第３図等）

確かに、特許文献１に開示されたピストンリングによれば、合口隙間に装着される樹脂製部材を用いることで、「シリンダ内壁に当接する樹脂製部材により、ピストンリングの合口隙間を通じて燃焼室からシリンダボアに漏出するガスの量や、シリンダボアから燃焼室に漏出するオイルの量が低減される。」が、ピストンリング（本体）とは別体の樹脂製部材を用いる必要があることから、部品数増加によるピストンリングのコスト増加（部品費用及び組立費用の増加）や、ピストンリングの耐久性や信頼性低下（別体の樹脂製部材の変質、破損、脱落等）といった問題を生じる可能性があった。

そこで、本発明においては、ピストンリング（本体）と別体部材を用いることなく、ピストンリングの合口を経た圧縮もれ（合口隙間を通じたガスの漏出）を防止又は減少させることができるピストンリングを提供することを目的とする。

本発明のピストンリング（以下、「本ピストンリング」という。）は、一端と他端との間に合口が形成されるピストンリングであって、ピストンのピストンリング溝に嵌着され、該ピストンがシリンダに内嵌された状態である装着状態において、該一端側に形成される内側片部と、該他端側に形成され内側片部の外側に存する外側片部と、内側片部と外側片部とが互いに接することで内面側の空間と外面側の空間との間の連通を遮断する遮断部と、を備えてなる、ピストンリングである。

本ピストンリングは、特許文献１に記載の従来のピストンリングと同様に、本ピストンリングをシリンダ（ピストンリング溝）に装着する際に変形させるためや、本ピストンリングの熱膨張分を逃がすための空間を確保するために必要であることから、一端と他端との間に合口が形成される。
そして、ピストンリング溝に本ピストンリングが嵌着されたピストンが、シリンダに内嵌された状態である装着状態において、合口を形成する一端と他端とのうち、内側片部が該一端側に形成されると共に、外側片部が該他端側に形成される。そして、外側片部は内側片部の外側に存する。
さらに、内側片部と外側片部とが互いに接することで構成される遮断部は、内面側の空間と外面側の空間との間の連通を遮断する（内面側の空間と外面側の空間とを連通させる連通空間が内側片部と外側片部との間に形成されることを、内側片部と外側片部とが互いに接する遮断部が防止する。）。
なお、内側とは、ピストンリング溝に本ピストンリングが嵌着されるピストンが存する側（例えば、本ピストンリングが合口部分を除いて円形の環状形状をしている場合であれば、該円形の中心に向かう側）をいい、内面側の空間とは、合口部分を除いて（合口部分も本ピストンリングが連続していると仮定して）本ピストンリングによって取り囲まれる空間をいう。同様に、外側とは、ピストンリング溝に本ピストンリングが嵌着されたピストンがシリンダに内嵌された状態である装着状態において該シリンダが存する側（例えば、本ピストンリングが合口部分を除いて円形の環状形状をしている場合であれば、該円形の中心とは反対に向かう側）をいい、外面側の空間とは、合口部分を除いて（合口部分も本ピストンリングが連続していると仮定して）本ピストンリングによって取り囲まれる空間ではない空間をいう。
このような本ピストンリングは、一端と他端との間に合口が形成される第２のピストンリング（本ピストンリングであってもなくてもよい。）と所定の状態で組み合わされて同一のピストンリング溝に嵌着されることで、圧縮もれ（合口隙間を通じたガスの漏出）を防止又は大幅に減少させることができる。即ち、本ピストンリングを第１のピストンリングと呼べば、第１のピストンリングを嵌着したピストンリング溝に第２のピストンリングをピストンクラウン側（上側）に嵌着すれば、シリンダ内面とピストン外面との間から第２のピストンリングの合口を経て第１のピストンリングに達した気体（例えば、混合気や燃焼ガス等）は第１のピストンリングの上面によってそれ以上下方に向かうことを阻止されると共に、第１のピストンリング内面とピストン外面との間（内面側の空間）に流入した気体（例えば、混合気や燃焼ガス等）は、第１のピストンリング（本ピストンリング）の遮断部が内面側の空間と外面側の空間との間の連通を遮断することで、外面側の空間に流出することができないので、圧縮もれ（合口隙間を通じたガスの漏出）を防止又は大幅に減少させることができる。
なお、上記の説明では、第１のピストンリング（本ピストンリング）と第２のピストンリングとの２本のピストンリングを同一のピストンリング溝に嵌着した例を説明したが、同一のピストンリング溝に第３のピストンリングを第２のピストンリングよりもピストンクラウン側（上側）に嵌着してもよく（３本のピストンリングを同一のピストンリング溝に嵌着）、さらに第４、第５、第６・・・・のピストンリングを第３のピストンリングよりもピストンクラウン側（上側）にさらに嵌着（４、５、６・・・本のピストンリングを同一のピストンリング溝に嵌着）してもよい。
以上のように、本ピストンリングは、別体部材を用いることなく、内側片部と外側片部とが互いに接する（遮断部）ことによりピストンリングの合口を経た圧縮もれ（合口隙間を通じたガスの漏出）を防止又は減少させることができる。

遮断部が、前記ピストンが前記シリンダに対して相対的に往復運動する方向である運動方向に連続して互いに面接触する内側片部が有する内側片部接触面と外側片部が有する外側片部接触面とにより形成されるもの（以下、「面接触本ピストンリング」という。）であってもよい。
内側片部が有する内側片部接触面と、外側片部が有する外側片部接触面と、が該運動方向（前記ピストンが前記シリンダに対して相対的に往復運動する方向）に連続して互いに面接触することで遮断部が形成されることで、内側片部と外側片部とが確実に互いに接することで内面側の空間と外面側の空間との間の連通を確実に遮断することができる。
なお、該運動方向に連続して互いに面接触するとは、該運動方向の一方側（例えば、上方向の端部）に存する内側片部接触面と外側片部接触面との一方側接触位置から、該運動方向の他方側（例えば、下方向の端部）に存する内側片部接触面と外側片部接触面との他方側接触位置まで、内側片部接触面と外側片部接触面とが連続して接触することをいう。

面接触本ピストンリングの場合、前記装着状態において、内側片部接触面と外側片部接触面とが運動方向と略平行であってもよい。
内側片部が有する内側片部接触面と、外側片部が有する外側片部接触面と、を前記運動方向（前記ピストンが前記シリンダに対して相対的に往復運動する方向）に略平行に簡単に形成（本ピストンリングの製造コストを低く抑えることができる。）することができ、それによって前記運動方向に連続して互いに面接触させ遮断部を簡単かつ確実に形成することができる。

面接触本ピストンリングの場合、前記装着状態において、内側片部接触面と外側片部接触面とが前記シリンダの内面に略平行なものであってもよい。
こうすることで内側片部接触面と外側片部接触面とがシリンダの内面に略平行であるので、本ピストンリングの外面（例えば、外側片部接触面を有する外側片部の外面）がシリンダ内面と摩擦することにより本ピストンリングに摩擦力（シリンダの内面に略平行方向の力）が加わっても、内側片部接触面と外側片部接触面との密接が保たれやすい（内面側の空間と外面側の空間との間の連通を持続して遮断することができる。）。

前述したように、本ピストンリングは、一端と他端との間に合口が形成される第２のピストンリングと組み合わされて所定の状態で同一のピストンリング溝に嵌着されることで、圧縮もれ（合口隙間を通じたガスの漏出）を防止又は大幅に減少させることができる。このような本ピストンリングと第２のピストンリングとを含む組立体（以下、「本組立体」という。）としては、前記ピストンと、該ピストンのピストンリング溝に嵌着される第１のピストンリング（本ピストンリング）と、該ピストンリング溝に嵌着され、第１のピストンリングよりも前記ピストンのピストンクラウン側に配設される第２のピストンリングと、を備えてなる、組立体である。
かかる本組立体においては、上述の如く、第１のピストンリングを嵌着したピストンリング溝に第２のピストンリングをピストンクラウン側（上側）に嵌着することで、シリンダ内面とピストン外面との間から第２のピストンリングの合口を経て第１のピストンリングに達した気体（例えば、混合気や燃焼ガス等）は第１のピストンリングの上面によってそれ以上下方に向かうことを阻止されると共に、第１のピストンリング内面とピストン外面との間（内面側の空間）に流入した気体（例えば、混合気や燃焼ガス等）は、第１のピストンリング（本ピストンリング）の遮断部が内面側の空間と外面側の空間との間の連通を遮断することで、外面側の空間に流出することができないので、圧縮もれ（合口隙間を通じたガスの漏出）を防止又は大幅に減少させることができる。
ここでは、第１のピストンリング（本ピストンリング）と第２のピストンリングとの２本のピストンリングを同一のピストンリング溝に嵌着した例を説明したが、本組立体においては、同一のピストンリング溝に第３のピストンリングを第２のピストンリングよりもピストンクラウン側（上側）に嵌着してもよく（３本のピストンリングを同一のピストンリング溝に嵌着）、さらに第４、第５、第６・・・・のピストンリングを第３のピストンリングよりもピストンクラウン側（上側）にさらに嵌着（４、５、６・・・本のピストンリングを同一のピストンリング溝に嵌着）してよいことは上述と同様である。

本組立体においては、第２のピストンリングが、合口である第２ピストンリング合口を有し、第１のピストンリングが有する前記合口が、第２ピストンリング合口とは前記運動方向に対して垂直方向にずれて存するもの（以下、「合口異位置本組立体」という。）であってもよい。
こうすることでシリンダ内面とピストン外面との間から第２のピストンリングの合口（第２ピストンリング合口）を経て第１のピストンリングに達した気体（例えば、混合気や燃焼ガス等）が、第１のピストンリングが有する前記合口とは異なる第１のピストンリングの上面（第１のピストンリングが有する前記合口は、第２ピストンリング合口とは前記運動方向に対して垂直方向にずれて存するので、第２ピストンリング合口を経て第１のピストンリング達した気体は第１のピストンリングが有する前記合口とは異なる位置に衝突する。）によってそれ以上下方に向かうことを一層確実に阻止されるので、圧縮もれ（合口隙間を通じたガスの漏出）を効果的に防止又は減少させることができる。
なお、「前記運動方向に対して垂直方向にずれて存する」とは、前記運動方向に対して垂直な平面に第２ピストンリング合口から下ろした垂線の足の位置と、該垂直な平面に第１のピストンリングが有する前記合口から下ろした垂線の足の位置と、が異なることをいう。

合口異位置本組立体の場合、前記ピストンリング溝に嵌着され第１のピストンリングと第２のピストンリングとが密接した状態において、第２ピストンリング合口が、第１のピストンリングの上面によって前記運動方向の下方側から封鎖され、第１ピストンリング合口が、第２のピストンリングの下面によって前記運動方向の上方側から封鎖されるもの（以下、「合口封鎖本組立体」という。）であってもよい。
ピストンが下死点から上死点に移動しているとき（圧縮時）等には、第１のピストンリング及び第２のピストンリングとシリンダ内面との摩擦によって、第１のピストンリング及び第２のピストンリングはピストンリング溝の下部に嵌着された状態で密接した状態になりやすい（なお、第１のピストンリングは、それが嵌着されたピストンリング溝の下縁に密接する。）。かかる両リングが密接した状態において、第２ピストンリング合口が、第１のピストンリングの上面によって前記運動方向の下方側から封鎖され、第１ピストンリング合口が、第２のピストンリングの下面によって前記運動方向の上方側から封鎖されるようにすれば、第１ピストンリング合口及び第２ピストンリング合口を経由した圧縮もれを効果的に防止又は減少させることができる。
なお、本明細書中において、「上」方向とは、第１のピストンリングが嵌着されたピストンリング溝から見て、該ピストンリング溝を有するピストンのピストンクラウンの方向（即ち、上死点方向）をいい、「下」方向とは、第１のピストンリングが嵌着されたピストンリング溝から見て、該ピストンリング溝を有するピストンが連結されるクランクシャフトの方向（即ち、下死点方向）をいう。

合口封鎖本組立体の場合、前記組立体が前記シリンダに内嵌された状態において、第２ピストンリング合口が隙間を形成しているものであってもよい。
合口封鎖本組立体の場合には、第２ピストンリング合口は、第１のピストンリングの上面によって下方側から封鎖されるので、本組立体がシリンダに内嵌された状態において第２ピストンリング合口が隙間を形成していても、第２ピストンリング合口を経由した圧縮もれは効果的に防がれる。このためシリンダに内嵌された状態において合口が隙間を形成するような従来からのピストンリングを第２ピストンリングとして用いることができ、本組立体を従来からのピストンリング（第２ピストンリング）と本ピストンリング（第１のピストンリング）とにより構成することができるので、本ピストンリング（第１のピストンリング）を準備すれば従来の部品（ピストン、従来からのピストンリング（第２ピストンリング））を用いて本組立体を簡単かつ安価に構成することもできる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。しかしながら、これらによって本発明は何ら制限されるものではない。

図１は、本組立体を構成する第１のピストンリング（本ピストンリング）１１を示す平面図（図示しないピストンのピストンリング溝に嵌着されたとき、該ピストンのピストンクラウン側から見たところを示している。）であり、図２は図１の円Ａ内の拡大図であり、図３は第１のピストンリング１１の一端２１と他端３１との拡大図（図２と同様の方向から見たところを示している。図３（ａ）は他端３１側を示し、図３（ｂ）は一端２１側を示している。）である。図１乃至図３を参照して、第１のピストンリング１１について説明する。
なお、図１乃至図３に示した第１のピストンリング１１は、図示しないピストンのピストンリング溝に第１のピストンリング１１が嵌着され、該ピストンがシリンダに内嵌された状態である装着状態（即ち、第１のピストンリング１１の外面１３ａが、図示しない該シリンダの内面（内周面）に密接している状態）における第１のピストンリング１１を示したものである。

第１のピストンリング１１は、従来のピストンリングと同様の鋼製（バネ弾性を有する。）の板状部材（厚さがｔ１である。）から一体に形成されており、具体的には、軸Ｂ（図１が示す面に対して垂直な線分）を中心軸とする半径ｒ１ｂの直円柱の側面形状を略した内面１３ｂと、軸Ｂを中心軸とする半径ｒ１ａの直円柱の側面形状を略した外面１３ａと、軸Ｂに対して垂直な距離ｔ１離れた２の平面に属する上面１５及び下面１７（後述の図５を参照されたい）と、を有しており、一端２１と他端３１との間に合口（分断部）が形成されている。
具体的には、一端２１側に内側片部２３が形成されると共に他端３１側に外側片部３３が形成されているが、軸Ｂを中心軸とする半径ｒ１ａの高さｔ１の直円柱から、軸Ｂを中心軸とする半径ｒ１ｂの高さｔ１の直円柱をくり抜いたドーナツ形状の環状円盤部材を分断（一端２１と他端３１との間の合口）し「Ｃ」形状として第１のピストンリング１１は一体的に形成されている。

一端２１側に形成された内側片部２３は、内側片部２３の内面２３ｂは内面１３ｂの一部をなしており、内側片部２３の外面２３ａは、軸Ｂを中心軸とする半径ｒ１ｃ（但し、ｒ１ｂ＜ｒ１ｃ＜ｒ１ａである。）の直円柱（高さ：ｔ１）の側面形状を略なしている。また、内側片部２３の先端部２３ｃは、軸Ｂを含む平面に沿って切断された形状を有しており、さらに内側片部２３の外面２３ａと外面１３ａとの間には軸Ｂを含む平面に沿って形成された段差部２３ｄが形成されている。
他端３１側に形成された外側片部３３は、外側片部３３の外面３３ａは外面１３ａの一部をなしており、外側片部３３の内面３３ｂは、軸Ｂを中心軸とする半径ｒ１ｃ（但し、ｒ１ｃは内側片部２３の外面２３ａにて説明したｒ１ｃに同じであり、ｒ１ｂ＜ｒ１ｃ＜ｒ１ａである。）の直円柱（高さ：ｔ１）の側面形状を略なしている。また、外側片部３３の先端部３３ｃは、軸Ｂを含む平面に沿っており、さらに外側片部３３の内面３３ｂと内面１３ｂとの間には軸Ｂを含む平面に沿って形成された段差部３３ｄが形成されている。
なお、内側片部２３の外面２３ａが軸Ｂの周りに形成する中心角（即ち、段差部２３ｄと先端部２３ｃとが軸Ｂの周りに形成する角度）と、外側片部３３の内面３３ｂが軸Ｂの周りに形成する中心角（即ち、段差部３３ｄと先端部３３ｃとが軸Ｂの周りに形成する角度）と、は略同じにされている（即ち、内側片部２３の外面２３ａと外側片部３３の内面３３ｂとはほぼ同じ周長さにされている。）。
このような第１のピストンリング１１は、図５に示すよう、何も力が加わっていない状態では外側片部３３と内側片部２３とはそれらの間に隙間を形成し離れているが、第１のピストンリング１１が嵌着されたピストンがシリンダに内嵌された装着状態（第１のピストンリング１１が内方に縮められた状態でシリンダに挿入されるので、第１のピストンリング１１の外面１３ａがシリンダの内面（内周面）を押圧し密接する状態）においては、図１及び図２に示すが如く、外側片部３３の内面３３ｂと内側片部２３の外面２３ａとは互いに面接触し密接する。

図４は、本組立体を構成する第２のピストンリング５１を示す平面図（図示しないピストンのピストンリング溝に嵌着されたとき、該ピストンのピストンクラウン側から見たところを示している。）である。図４を参照して、第２のピストンリング５１について説明する。なお、図４に示した第２のピストンリング５１は、図１及び図２に示した第１のピストンリング１１と同様、図示しないピストンのピストンリング溝に第２のピストンリング５１が嵌着され、該ピストンがシリンダに内嵌された状態である装着状態（即ち、第２のピストンリング５１の外面５３ａが、図示しない該シリンダの内面（内周面）に密接している状態）における第２のピストンリング５１を示したものである。

第２のピストンリング５１は、従来のピストンリングと同様の鋼製（バネ弾性を有する。）の板状部材（厚さがｔ２である。）から一体に形成されており、具体的には、軸Ｂ（図４が示す面に対して垂直な線分）を中心軸とする半径ｒ２ｂの直円柱の側面形状を略した内面５３ｂと、軸Ｂを中心軸とする半径ｒ２ａの直円柱の側面形状を略した外面５３ａと、軸Ｂに対して垂直な距離ｔ２離れた２の平面に属する上面３５及び下面３７（後述の図５を参照されたい）と、を有しており、一端６１と他端７１との間に合口（分断部）が形成されている。
具体的には、軸Ｂを中心軸とする半径ｒ２ａの高さｔ２の直円柱から、軸Ｂを中心軸とする半径ｒ２ｂの高さｔ２の直円柱をくり抜いたドーナツ形状の環状円盤部材を分断（一端６１と他端７１との間の合口）し「Ｃ」形状として第２のピストンリング５１は一体的に形成されている。なお、一端６１と他端７１とは、いずれも軸Ｂを含む平面に沿って切断した形状にされているが、かかる第２のピストンリング５１は従来から用いられてきたピストンリングと同様のものである。

以上説明した第１のピストンリング（本ピストンリング）１１と第２のピストンリング５１とを、ピストンの同一のピストンリング溝に嵌着することで本組立体を構成する。
図５は、同一のピストンリング溝にこれら２本のピストンリング１１、５１を嵌着する際の位置関係を示す図である。図５を参照して、同一のピストンリング溝に２本のピストンリング１１、５１を嵌着する位置関係について説明するが、ここでは図示及び理解を容易にするため２本のピストンリング１１、５１同士の間を離して示している。軸Ｄは、これら２本のピストンリング１１、５１が嵌着されるピストンリング溝を有するピストンが、該ピストンが内嵌されるシリンダに対して相対的に往復運動する方向である運動方向（軸Ｄは該運動方向と平行な線分である。）を示していると共に、該ピストンが形成する略直円柱形状の軸と同一の直線上に存している。
第１のピストンリング１１の上述した軸Ｂと、第２のピストンリング５１の上述した軸Ｂと、は軸Ｄ上に略存している。そして、第１のピストンリング１１の合口（一端２１と他端３１との間に形成される。）と、第２のピストンリング５１の合口（一端６１と他端７１との間に形成される。）と、は軸Ｄに対して丁度反対位置（両合口は軸Ｄの周りに約１８０度ずれている。）に存している。詳細には、後述する図７における角度Ｚは、第１のピストンリング１１の合口と第２のピストンリング５１の合口とが軸Ｄの周りになす角度（但し、角度Ｚは０度以上１８０度以下である。）であるが、好ましくは４５度以上、より好ましくは９０度以上、最も好ましくは１２０度以上である（無論、上限は１８０度である）が、ここでは角度Ｚは約１８０度（約１７０〜１８０度）とされている。

図６は、第１のピストンリング（本ピストンリング）１１と第２のピストンリング５１とを、ピストン６６の同一のピストンリング溝６３に嵌着することで構成した本組立体７６を示す正面図である。なお、ピストン６６は、レシプロエンジン（内燃機関）に用いられるものであり、オイルリング６７が嵌着される他のピストンリング溝６５を有すると共に、図示しないピストンピンが貫入されるピストンピン穴６９を有している。
なお、図６中に「上」方向を矢印Ｅとして示し（第１のピストンリング１１が嵌着されたピストンリング溝６３から見て、ピストンリング溝６３を有するピストン６６のピストンクラウン６２の方向（即ち、上死点方向））、「下」方向を矢印Ｆとして示した（第１のピストンリング１１が嵌着されたピストンリング溝６３から見て、ピストンリング溝６３を有するピストン６６が連結されるクランクシャフト（図示せず）の方向（即ち、下死点方向））。

図７は、図６に示した本組立体７６をシリンダ８１に内嵌した状態の断面図（図６に示すＧ−Ｇ断面にて切断したところを示している。）である。そして、図８及び図９は、図６に示した本組立体７６をシリンダ８１に内嵌した状態の一部拡大端面図である。具体的には、図８（Ｈ）は図７のＨ−Ｈ端面位置を示しており、図８（Ｊ）は図７のＪ−Ｊ端面位置を示しており、図８（Ｋ）は図７のＫ−Ｋ端面位置を示しており、図９（Ｌ）は図７のＬ−Ｌ端面位置を示しており、そして図９（Ｍ）は図７のＭ−Ｍ端面位置を示している。なお、図示を容易にするため、図７乃至図９においては、シリンダ８１及びピストン６６の内部構造の図示は省略している。また、第１のピストンリング（本ピストンリング）１１の厚さｔ１と第２のピストンリング５１の厚さｔ２とは、Ｔ＝（ｔ１＋ｔ２）とすると、ここではＴが従来の１本のピストンリングの厚みとほぼ同じ程度になるように４〜６ｍｍとされる（なお、ここではｔ２は２．５〜３．５ｍｍ程度とされる。）。また、ピストンリング溝６３の幅Ｑ（図８（Ｈ）中、寸法Ｑにて示す。）は、ピストンリングの遊び（即ち、遊び：（ＱーＴ））が、従来のピストンリングが従来のピストンリング溝に嵌着される場合の遊びと略同じ程度になるように決められている。
本組立体７６に含まれる第２のピストンリング５１の外面５３ａと、第１のピストンリング１１の外面１３ａ（外面３３ａを含む）と、はいずれもシリンダ８１の内面８３（内周面）を押圧し密接している。

このような本組立体７６をシリンダ８１に内嵌した状態においては、シリンダ内面８３とピストン６６の外面との間を上方から下方（図８及び図９においても上方から下方）に流動してきた混合気は、大部分が第２のピストンリング５１の上面３５に衝突するが、第２のピストンリング５１の合口（一端６１と他端７１との間に形成される。）から第１のピストンリング１１に達するものもある。しかしながら第２のピストンリング５１の合口から第１のピストンリング１１に達した混合気は、第１のピストンリング１１の上面１５によってそれ以上下方に向かうことを阻止される（図９（Ｌ）参照）。
一方、第２のピストンリング５１の上面３５に衝突し上面３５に沿って流動した混合気や、上述した第２のピストンリング５１の合口から第１のピストンリング１１の上面１５に衝突しその上面１５に沿って流動した混合気は、ピストンリング溝６３の内部空間６４（第１のピストンリング１１の内面１３ｂ（内面２３ｂを含む）とピストン６６の外面との間の空間）に流入する。該内部空間６４に流入した混合気は、第１のピストンリング１１の面接触し密接した外側片部３３の内面３３ｂと内側片部２３の外面２３ａとの間を通過することができないため、圧縮もれ（合口隙間を通じたガスの漏出）を防止することができる。なお、第１のピストンリング１１の下面１７は、ピストンリング溝６３の下面６３ｂ（軸Ｄに対して略垂直な平面に属するよう軸Ｄの周りを巡るように形成されている。）に軸Ｄの周りの全ての位置（軸Ｄの周りを巡るように）にて密接しているので、第１のピストンリング１１の下面１７とピストンリング溝６３の下面６３ｂとの間から圧縮もれすることも防止されている（なお、図８（Ｋ）に示すように、軸Ｄを中心とするピストン６６の半径ＰＤは半径ｒ１ｃよりも大きくされているので、内側片部２３と面していない外側片部３３の部分においても、内部空間６４からの圧縮もれは生じない。）。第１のピストンリング１１の下面１７はピストンリング溝６３の下面６３ｂにより塞がれると共に、第１のピストンリング１１の上面１５は、一端６１と他端７１との間に形成される合口を除いて第２のピストンリング５１の下面３７によって塞がれている。また、一端６１と他端７１との間に形成される第２のピストンリング５１の合口は、第１のピストンリング１１の上面１５により塞がれている。軸Ｄの周りの全ての位置において、第２のピストンリング５１の外面５３ａと、第１のピストンリング１１の外面１３ａ（外面３３ａを含む）と、の両外面５３ａ、１３ａ（外面３３ａを含む）の少なくともいずれかがシリンダ８１の内面８３（内周面）を押圧し密接している。

なお、このような第２のピストンリング５１と第１のピストンリング１１とによる圧縮もれの防止効果は、これら両ピストンリング５１、１１がシリンダ８１の内面８３との摩擦により摩耗しても保持されるものであり、従来の１本のピストンリング（第２のピストンリング５１と同様のもの）を１のピストンリング溝に嵌着する場合にはシリンダ内面との摩擦により摩耗することで合口が広がり圧縮もれが増大することとは著しく異なる。このため本組立体７６を用いて内燃機関（レシプロエンジン）を構成することにより圧縮もれを防止又は減少させることができ、燃費向上、環境破壊の防止又は減少、内燃機関の出力向上、潤滑油（エンジンオイル）の劣化防止等を図ることができる。
また、ここでは第２のピストンリング５１は従来のトップリングと同様に機能し、そして第１のピストンリング１１は従来のセカンドリングと同様に機能するものである。このため、トップリングとセカンドリングとをそれぞれのピストンリング溝に嵌着する従来のピストンに比して、本実施形態では、ピストンリング数は２本で同じであっても１本のピストンリング溝６３で足りるので、コスト低減等に資することができる。

以上説明した第１のピストンリング（本ピストンリング）１１は、一端２１と他端３１との間に合口が形成されるピストンリングであって、ピストン６６のピストンリング溝６３に嵌着され、該ピストン６６がシリンダ８１に内嵌された状態である装着状態において、該一端２１側に形成される内側片部２３と、該他端３１側に形成され内側片部２３の外側に存する外側片部３３と、内側片部２３と外側片部３３とが互いに接することで内面側の空間Ｓ１と外面側の空間Ｓ２との間の連通を遮断する遮断部（ここでは互いに面接触する外側片部３３の内面３３ｂと内側片部２３の外面２３ａとによって形成される。）と、を備えてなる、ピストンリングである。
そして、遮断部（ここでは互いに面接触する外側片部３３の内面３３ｂと内側片部２３の外面２３ａとによって形成される。）が、前記ピストン６６が前記シリンダ８１に対して相対的に往復運動する方向である運動方向（軸Ｄに沿った方向）に連続して互いに面接触する内側片部２３が有する内側片部接触面（ここでは外面２３ａ）と外側片部３３が有する外側片部接触面（ここでは内面３３ｂ）とにより形成されるものである（外面２３ａと内面３３ｂとのいずれも軸Ｂを中心軸とする半径ｒ１ｃ（但し、ｒ１ｂ＜ｒ１ｃ＜ｒ１ａである。）の直円柱（高さ：ｔ１）の側面形状を略なしているので、軸Ｄに沿った方向に連続して互いに面接触する。）。
さらに、前記装着状態（ピストン６６のピストンリング溝６３に第１のピストンリング１１が嵌着され、該ピストン６６がシリンダ８１に内嵌された状態）において、内側片部接触面（外面２３ａ）と外側片部接触面（内面３３ｂ）とが運動方向（軸Ｄに沿った方向）と略平行である。
加えて、前記装着状態（ピストン６６のピストンリング溝６３に第１のピストンリング１１が嵌着され、該ピストン６６がシリンダ８１に内嵌された状態）において、内側片部接触面（外面２３ａ）と外側片部接触面（内面３３ｂ）とが前記シリンダ８１の内面８３に略平行なものである（シリンダ８１の内面８３は、軸Ｄを中心軸とする直円柱の側面形状を略なしている。）。

上記の本組立体７６は、前記ピストン６６と、該ピストン６６のピストンリング溝６３に嵌着される第１のピストンリング１１（本ピストンリング）と、該ピストンリング溝６３に嵌着され、第１のピストンリング１１よりも前記ピストン６６のピストンクラウン６２側に配設される第２のピストンリング５１と、を備えてなる、組立体である。
そして、第２のピストンリング５１が、合口である第２ピストンリング合口（一端６１と他端７１との間に形成される。）を有し、第１のピストンリング１１が有する前記合口（一端２１と他端３１との間に形成される。）が、第２ピストンリング合口（一端６１と他端７１との間に形成される。）とは前記運動方向（軸Ｄに沿った方向）に対して垂直方向（例えば、図７に表された面に沿った方向）にずれて存するものである（ここでは具体的には、角度Ｚ＝約１８０度（約１７０〜１８０度））。
さらに、前記ピストンリング溝６３に嵌着され第１のピストンリング１１と第２のピストンリング５１とが密接した状態（特に、図８及び図９参照）において、第２ピストンリング合口（一端６１と他端７１との間に形成される。）が、第１のピストンリング１１の上面１５によって前記運動方向（軸Ｄに沿った方向）の下方側（下死点側）から封鎖され、第１ピストンリング合口（一端２１と他端３１との間に形成される。）が、第２のピストンリング５１の下面３７によって前記運動方向（軸Ｄに沿った方向）の上方側（上死点側）から封鎖されるものである。
また、ここでは前記組立体７６が前記シリンダ８１に内嵌された状態において、第２ピストンリング合口（一端６１と他端７１との間に形成される。）が隙間を形成しているものである。

本組立体を構成する第１のピストンリング（本ピストンリング）を示す平面図である。 図１の円Ａ内の拡大図である。 第１のピストンリングの一端と他端との拡大図である。 本組立体を構成する第２のピストンリングを示す平面図である。 ピストンリング溝に２本のピストンリングを嵌着する際の位置関係を示す図である。 第１のピストンリングと第２のピストンリングとを同一のピストンリング溝に嵌着することで構成した本組立体を示す正面図である。 本組立体をシリンダに内嵌した状態の断面図である。 本組立体をシリンダに内嵌した状態の一部拡大端面図である。 本組立体をシリンダに内嵌した状態の一部拡大端面図である。

符号の説明

１１ 第１のピストンリング
１３ａ 外面
１３ｂ 内面
１５ 上面
１７ 下面
２１ 一端
２３ 内側片部
２３ａ 外面
２３ｂ 内面
２３ｃ 先端部
２３ｄ 段差部
３１ 他端
３３ 外側片部
３３ａ 外面
３３ｂ 内面
３３ｃ 先端部
３３ｄ 段差部
３５ 上面
３７ 下面
５１ 第２のピストンリング
５３ａ 外面
５３ｂ 内面
６１ 一端
６２ ピストンクラウン
６３ ピストンリング溝
６３ｂ 下面
６４ 内部空間
６５ ピストンリング溝
６７ オイルリング
６９ ピストンピン穴
７１ 他端
７６ 本組立体
８１ シリンダ
８３ 内面

Claims (8)

1. 一端と他端との間に合口が形成されるピストンリングであって、
   ピストンのピストンリング溝に嵌着され、該ピストンがシリンダに内嵌された状態である装着状態において、該一端側に形成される内側片部と、該他端側に形成され内側片部の外側に存する外側片部と、
   内側片部と外側片部とが互いに接することで内面側の空間と外面側の空間との間の連通を遮断する遮断部と、
   を備えてなる、ピストンリング。
2. 遮断部が、前記ピストンが前記シリンダに対して相対的に往復運動する方向である運動方向に連続して互いに面接触する内側片部が有する内側片部接触面と外側片部が有する外側片部接触面とにより形成されるものである、請求項１に記載のピストンリング。
3. 前記装着状態において、内側片部接触面と外側片部接触面とが運動方向と略平行である、請求項２に記載のピストンリング。
4. 前記装着状態において、内側片部接触面と外側片部接触面とが前記シリンダの内面に略平行なものである、請求項２又は３に記載のピストンリング。
5. 前記ピストンと、
   該ピストンのピストンリング溝に嵌着される請求項１乃至５のいずれか１に記載の第１のピストンリングと、
   該ピストンリング溝に嵌着され、第１のピストンリングよりも前記ピストンのピストンクラウン側に配設される第２のピストンリングと、
   を備えてなる、組立体。
6. 第２のピストンリングが、合口である第２ピストンリング合口を有し、
   第１のピストンリングが有する前記合口が、第２ピストンリング合口とは前記運動方向に対して垂直方向にずれて存するものである、請求項５に記載の組立体。
7. 前記ピストンリング溝に嵌着され第１のピストンリングと第２のピストンリングとが密接した状態において、
   第２ピストンリング合口が、第１のピストンリングの上面によって前記運動方向の下方側から封鎖され、
   第１ピストンリング合口が、第２のピストンリングの下面によって前記運動方向の上方側から封鎖されるものである、請求項６に記載の組立体。
8. 前記組立体が前記シリンダに内嵌された状態において、第２ピストンリング合口が隙間を形成しているものである、請求項８に記載の組立体。

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