JP2016156411A

JP2016156411A - サイドレール

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Publication number: JP2016156411A
Application number: JP2015033364A
Authority: JP
Inventors: 大志清水; Hiroshi Shimizu; 克己村山; Katsumi Murayama
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: EP3279524B1; WO2016136202A1; EP3279524A4; US20180038483A1; US10508738B2; CN107250627A; JP6530200B2; EP3279524A1

Abstract

【課題】上下の方向性の判別が容易なサイドレールを提供することである。【解決手段】合口を備えた割りリング形状に形成され、円環状のスペーサエキスパンダーに組み合わされて該スペーサエキスパンダーとともに内燃機関用の組合せオイルリングを構成するサイドレール１を、径方向外側を向く外周面１４と、径方向内側を向く内周面１３と、軸方向の一方側を向く第１の軸方向側面１１と、軸方向の他方側を向くとともに第１の軸方向側面１１と平行な第２の軸方向側面１２とを有する構成とするとともに、外周面１４を、第２の軸方向側面１２との間に面取り部３０を有し、面取り部３０が、第１の軸方向側面１１から第２の軸方向側面１２に向けて軸方向に０．０５ｍｍ以上離れた外周面１４上の位置を起点として第２の軸方向側面１２の側に向けて徐々に縮径するテーパ面により形成された構成とする。【選択図】図４

Description

本発明は、円環状のスペーサエキスパンダーに組み合わされて該スペーサエキスパンダーとともに内燃機関用の組合せオイルリングを構成するサイドレールに関する。

レシプロエンジン（往復動内燃機関）のピストンには、燃焼ガスをシールするためのコンプレッションリングに加えて、シリンダ内面のオイルを制御するためのオイルリングが装着されている。このようなオイルリングとしては、円環状のスペーサエキスパンダーに１つまたは一対のサイドレールを組み合わせて構成される組合せオイルリングが多く用いられている。

組合せオイルリングに用いられるサイドレールは合口を備えた割りリング形状に形成されており、スペーサエキスパンダーにより径を拡大させるように付勢されてその外周面においてシリンダ内面に所定の接触圧力（面圧）で接触する。そして、エンジンが作動してピストンが往復動すると、サイドレールはその外周面においてシリンダ内面上を摺動して、シリンダ内面に適切な厚みの油膜を形成するとともにシリンダ内面に付着した余分なオイルをクランク室側に向けて掻き落としてオイル上がりを防止する。

近年、低燃費や低オイル消費などの市場要求による内燃機関用エンジンの性能向上に伴い、組合せオイルリングにも、ピストン上昇行程（圧縮行程および排気行程）時のオイル掻きあげ作用の制御やピストン下降行程（吸入行程および燃焼行程）時のオイル掻き落とし作用の増幅により、シリンダ内面に対するフリクションを低減させつつオイル消費量を低減させ得る性能を有したものが求められている。そして、このような要求に対応するために、径方向外側を向く外周面を種々の形状としたサイドレールが提案されている。

例えば特許文献１には、径方向外側を向く外周面を、軸方向中心位置に頂点を有するとともに径方向外側に突出する湾曲面形状に形成するようにしたサイドレールが記載されている。

特開２００３−１９４２２２号公報

一般的に、外周面のシリンダ内面への当り幅を小さくすればサイドレールのシリンダ内面に対するフリクションが低減することが知られており、当該当り幅を小さくするために、サイドレールの外周面を微小な形状変化を有する上下（表裏）非対称形状に形成することが行われている。

しかしながら、上記のように外周面が微小な形状変化で上下非対称の形状に形成されていると、サイドレールの上下（表裏）の方向性の判別が困難であり、このサイドレールの製造時やピストンのリング溝への組み付け作業時等においてサイドレールが誤った姿勢で組み付けられるおそれがあるという問題点があった。

本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、上下の方向性の判別が容易なサイドレールを提供することにある。

本発明のサイドレールは、合口を備えた割りリング形状に形成され、円環状のスペーサエキスパンダーに組み合わされて該スペーサエキスパンダーとともに内燃機関用の組合せオイルリングを構成するサイドレールであって、径方向外側を向く外周面と、径方向内側を向く内周面と、軸方向の一方側を向く第１の軸方向側面と、軸方向の他方側を向くとともに前記第１の軸方向側面と平行な第２の軸方向側面とを有し、前記外周面が、前記第２の軸方向側面との間に面取り部を有し、前記面取り部が、前記第１の軸方向側面から前記第２の軸方向側面に向けて軸方向に０．０５ｍｍ以上離れた前記外周面上の位置を起点として前記第２の軸方向側面の側に向けて徐々に縮径するテーパ面により形成されていることを特徴とする。

なお、上記構成において、「合口部を備えた割りリング形状」とは、オイルリング本体が、その周方向の一部分において切断されて当該切断部分が合口部となったＣ字形状に形成されていることを意味する。また、「軸方向」とは、割リング形状のサイドレールの軸心に沿う方向を意味する。

本発明は、上記構成において、前記テーパ面が、テーパ面主部と、前記テーパ面主部と前記外周面との間に設けられ、前記テーパ面主部よりも軸方向に対する傾斜角度が小さい第１のテーパ面副部と、前記テーパ面主部と前記第２の軸方向側面との間に設けられ、前記テーパ面主部よりも軸方向に対する傾斜角度が大きい第２のテーパ面副部とを有するのが好ましい。

本発明は、上記構成において、前記面取り部が、直線的に縮径するテーパ面により形成されているのが好ましい。

本発明は、上記構成において、前記面取り部が、凹状に湾曲するテーパ面により形成されているのが好ましい。

本発明は、上記構成において、前記面取り部が、凸状に湾曲するテーパ面により形成されているのが好ましい。

本発明は、上記構成において、前記テーパ面にステップカット部が形成されているのが好ましい。

本発明は、上記構成において、前記テーパ面に凹溝が形成されているのが好ましい。

本発明によれば、外周面と第２の軸方向側面との間に視認性のある面取り部が設けられるので、サイドレールが上下（表裏）の方向性を有していても、その製造時やピストンのリング溝への組み付け作業時等において面取り部を目視することで、サイドレールの上下を容易に判別することができる。

このように、本発明によれば、上下の方向性の判別が容易なサイドレールを提供することができる。

本発明の一実施の形態であるサイドレールを備えた組合せオイルリングの平面図である。図１に示す組合せオイルリングの使用状態を示す縦断面図である。図１に示すサイドレールの平面図である。図３におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４に示すサイドレールの変形例であって、面取り部をテーパ面主部と２つのテーパ面副部とを備えたテーパ面で形成した場合の断面図である。図４に示すサイドレールの変形例であって、面取り部を凹状に湾曲するテーパ面で形成した場合の断面図である。図４に示すサイドレールの変形例であって、面取り部を凸状に湾曲するテーパ面で形成した場合の断面図である。図４に示すサイドレールの変形例であって、テーパ面にステップカット部を形成した場合の断面図である。図４に示すサイドレールの変形例であって、テーパ面に凹溝を形成した場合の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。

図１に示すように、本発明の一実施の形態であるサイドレール１は、スペーサエキスパンダー２とともに組合せオイルリング（オイルコントロールリング）３を構成する。図示する場合では、組合せオイルリング３は、スペーサエキスパンダー２の軸方向の両側に一対のサイドレール１を組み合わせた３ピースタイプとなっており、図２に示すように、ガソリンエンジンなどの往復動内燃機関のピストン４の外周面に形成されたリング溝４ａに装着して使用される。

組合せオイルリング３は、スペーサエキスパンダー２に１つのサイドレール１のみを組み合わせた２ピースタイプとすることもできる。

スペーサエキスパンダー２は鋼材により径方向内外方向に向けて弾性変形自在な円環状に形成されており、縮径方向に弾性変形した状態でピストン４のリング溝４ａに装着されてサイドレール１を径方向外側および軸方向外側に向けて拡径させるように付勢する。

発明の一実施の形態である一対のサイドレール１は互いに同一の構成を有するものであり、図３に示すように、長尺で平板状の鋼材（スチール材）を曲げることにより、合口１０を備えた割リング形状に形成されている。つまり、サイドレール１は、その周方向の一部分が切断されて当該切断部分が合口１０となったＣ字形状に形成されている。サイドレール１は、合口１０の間隔を周方向に拡大させるように弾性変形して、径方向外側に向けて拡径することができる。

図４に示すように、このサイドレール１は、軸方向の一方側（図中下側）を向く第１の軸方向側面１１、軸方向の他方側（図中上側）を向く第２の軸方向側面１２、径方向内側を向く内周面１３および径方向外側を向く外周面１４を備えており、その周方向に垂直な断面形状は全周に亘って略一様となっている。なお、「軸方向」とは、割リング形状のサイドレール１の軸心に沿う方向である。

第１の軸方向側面１１は軸方向に垂直な平坦面に形成されている。図２に示すように、第１の軸方向側面１１は、このサイドレール１を用いた組合せオイルリング３がピストン４に装着された状態においてエンジンのクランク室側に向けられる。

図４に示すように、第２の軸方向側面１２は軸方向に垂直つまり第１の軸方向側面１１に平行な平坦面に形成されている。図２に示すように、第２の軸方向側面１２は、このサイドレール１を用いた組合せオイルリング３がピストン４に装着された状態においてエンジンの燃焼室側に向けられる。

なお、図示する場合では、サイドレール１の一対の軸方向側面１１、１２の軸方向間隔つまりサイドレール１の軸方向厚み（レール幅）Ｗは０．３５ｍｍ、内周面１３と外周面１４との間隔つまり径方向長さＬは１．５２ｍｍとなっている。

図４に示すように、サイドレール１の内周面１３は軸方向中心位置に頂点を有する湾曲面形状（バレルフェース）に形成されている。図２に示すように、サイドレール１の内周面１３は、サイドレール１を用いた組合せオイルリング３がピストン４に装着された状態においてスペーサエキスパンダー２の座面２ａに当接する。

なお、内周面１３は、上記形状に限らず、例えば軸方向に平行な円筒面形状など種々の形状を採用することができる。

図４に示すように、サイドレール１の外周面１４は軸方向に平行な円筒面形状に形成されている。図２に示すように、サイドレール１は、この外周面１４においてシリンダ内面２０に接する。

このサイドレール１では、外周面１４の軸方向の両端部のうち一方側の端部に面取り部３０が設けられている。つまり、外周面１４と第２の軸方向側面１２との間に面取り部３０が設けられている。なお、外周面１４と第１の軸方向側面１１との間は面取り部が設けられない形状に形成されてもよいが、丸みを帯びたＲ形状に形成されてもよく、この場合、Ｒ形状は面取り部３０よりも径方向幅および軸方向幅が小さく形成される。

面取り部３０は、第１の軸方向側面１１から第２の軸方向側１２面に向けた軸方向距離Ｂが０．０５ｍｍ以上となる外周面１４上の位置、つまり第１の軸方向側面１１から第２の軸方向側１２面に向けて軸方向に０．０５ｍｍ以上離れた外周面１４上の位置を起点とし、該起点から第２の軸方向側面１２の側に向けて徐々に縮径しながら第２の軸方向側面１２にまで延びるテーパ面３０ａにより形成されている。

なお、面取り部３０の起点となる軸方向距離Ｂは、より好ましくは０．１０ｍｍ以上に設定される。

図４に示す場合では、テーパ面３０ａは直線的に縮径する形状（円錐面形状）つまり線形テーパ面に形成されている。この場合、テーパ面３０ａが軸方向に対して成す角度θを１０°より大きく設定するのが好ましく、より好ましくは３０°以上である。

また、テーパ面３０ａの径方向長さＴは０．０５ｍｍ以上とするのが好ましい。

このように、本発明のサイドレール１では、外周面１４の軸方向の両端部のうち一方側の端部に視認性のある面取り部３０を設けるようにしたので、面取り部３０を設けることによりサイドレールが上下（表裏）の方向性を有することになっても、このサイドレール１の製造時やピストンのリング溝への組み付け作業時等において面取り部３０を目視することで、サイドレール１の上下を容易に判別することができる。したがって、当該作業時においてサイドレール１が誤った姿勢に誤組みされることを防止することができる。

面取り部３０は、複数のテーパ面を組み合わせた形状に構成することもできる。例えば、図５に示すように、面取り部３０を構成するテーパ面を、軸方向に対して角度θ１で傾斜するテーパ面主部３０ａ１と、テーパ面主部３０ａ１と外周面１４との間に設けられてテーパ面主部３０ａ１よりも小さい角度θ２で軸方向に対して傾斜する第１のテーパ面副部３０ａ２と、テーパ面主部３０ａ１と第２の軸方向側面１２との間に設けられてテーパ面主部３０ａ１よりも大きい角度θ３で軸方向に対して傾斜する第２のテーパ面副部３０ａ３とを有する構成とすることができる。

このように、面取り部３０を複数のテーパ面を組み合わせた形状に構成することにより、面取り部３０の径方向長さＴを確保してその視認性を高めつつ、それぞれのテーパ面副部３０ａ２、３０ａ３により外周面１４および第２の軸方向側面１２に対する入射角度を低減させることができる。これにより、面取り部３０にシリンダ内面２０に対する外周面１４のエッジによるオイル掻き上げを防止させてオイル消費を低減させ、さらに第２の軸方向側面１２とリング溝４ａの内面との間へオイルを積極的に導入させて、このサイドレール１のリング溝４ａの内面に対するフリクションを低減させることができる。

図６に示すように、面取り部３０のテーパ面３０ａは凹状に湾曲する形状に形成することもできる。この場合、テーパ面３０ａは一定の曲率半径を有する湾曲形状とするのが好ましいが、曲率半径が徐々に変化する湾曲形状とすることもできる。

また、図７に示すように、面取り部３０のテーパ面３０ａは凸状に湾曲する形状に形成することもできる。この場合においても、テーパ面３０ａは一定の曲率半径を有する湾曲形状とするのが好ましいが、曲率半径が徐々に変化する湾曲形状とすることもできる。

このように、面取り部３０を凹状や凸状に湾曲するテーパ面３０ａによって形成することにより、面取り部３０をより視認し易くして、このサイドレール１の上下判別をさらに容易にすることができる。

また、図８に示すように、面取り部３０は、テーパ面３０ａにステップカット部３１を形成した構成とすることもできる。ステップカット部３１は、軸方向に垂直な垂直面３１ａと軸方向に平行な平行面３１ｂとを有し、テーパ面３０ａの略中央部分に設けられている。

このようなステップカット部３１がテーパ面３０ａに設けられることにより、この面取り部３０をより視認し易くして、このサイドレール１の上下判別をさらに容易にすることができる。

図９に示すように、面取り部３０は、テーパ面３０ａにステップカット部３１に替えて凹溝３２を形成した構成とすることもできる。

この場合、テーパ面３０ａは滑らかに湾曲する凸形状の湾曲面に形成されており、凹溝３２は滑らかに湾曲する凹形状の湾曲面に形成されてテーパ面３０ａの略中央部分に設けられている。テーパ面３０ａと凹溝３２は互いに滑らかな湾曲面で連接されており、また、テーパ面３０ａと外周面１４や第２の軸方向側面１２も滑らかに連接されている。

このような凹溝３２がテーパ面３０ａに設けられることによっても、この面取り部３０をより視認し易くして、このサイドレール１の上下判別をさらに容易にすることができる。また、面取り部３０を構成するテーパ面３０ａを滑らかに湾曲する凸形状の湾曲面に形成したことにより、面取り部３０の径方向長さＴを確保してその視認性を高めつつ、テーパ面３０ａにより外周面１４および第２の軸方向側面１２に対する入射角度を低減させることができる。これにより、ピストン上昇行程において、面取り部３０にシリンダ内面２０に対する外周面１４のエッジによるオイル掻き上げを防止させてオイル消費を低減させ、さらに第２の軸方向側面１２とリング溝４ａの内面との間へオイルを積極的に導入させて、このサイドレール１のリング溝４ａの内面に対するフリクションを低減させることができる。

詳細は図示しないが、少なくとも外周面１４と面取り部３０つまりテーパ面３０ａの表面に硬質皮膜（硬質層）を設けた構成とすることもできる。硬質皮膜としては、例えば窒化処理層、ＰＶＤ処理層、硬質クロムめっき処理層およびＤＬＣ層のうちの少なくとも何れか１種の層を備えた構成を採用することができる。

なお、「ＰＶＤ処理層」とは「物理気相成長（Physical Vapor Deposition）により形成された層」を意味し、「ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）層」とは主として炭化水素や炭素の同素体から成る非晶質の硬質炭素膜を意味する。

このような硬質皮膜を設けることにより、外周面１４の摩耗による形状変化がなく、外周面形状が維持され、面圧減少も少なく、オイルコントロール機能が持続され、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減する効果を得ることができるとともに、目視により視認される面取り部３０の色相を、第２の軸方向側面１２や外周面１４に対してより鮮明に変えることができる。特に、外周面１４にラッピング加工を施した場合には、その色相の差はより大きくなる。したがって、当該硬質皮膜を設けることにより、この面取り部３０をより視認し易くして、このサイドレール１の上下判別をさらに容易にすることができる。

図４に示す形状を有するとともに、軸方向厚み（Ｗ）が０．３５ｍｍ、面取り部の面取り位置を示す軸方向距離（Ｂ）が０．１５ｍｍ、面取り部のテーパ面の軸方向に対する角度（θ）が３０°とされた１００本のサイドレールを用意し、作業者１０名によりこれらのサイドレールの目視での上下の方向判別を実施した。その結果、全てのサイドレールについて作業者は、その上下の方向性を正しく判別することができた。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態では、外周面１４を軸方向に平行な円筒面形状としているが、外周面１４を微小な形状変化を有する上下（表裏）非対称形状などの他の形状に形成することもできる。

１サイドレール
２スペーサエキスパンダー
２ａ座面
３組合せオイルリング
４ピストン
４ａリング溝
１０合口
１１第１の軸方向側面
１２第２の軸方向側面
１３内周面
１４外周面
２０シリンダ内面
３０面取り部
３０ａテーパ面
３０ａ１テーパ面主部
３０ａ２第１のテーパ面副部
３０ａ３第２のテーパ面副部
３１ステップカット部
３１ａ垂直面
３１ｂ平行面
３２凹溝
Ｗ軸方向厚み
Ｌ径方向長さ
Ｂ軸方向距離
θ 角度
Ｔ径方向長さ
θ１角度
θ２角度
θ３角度

Claims

合口を備えた割りリング形状に形成され、円環状のスペーサエキスパンダーに組み合わされて該スペーサエキスパンダーとともに内燃機関用の組合せオイルリングを構成するサイドレールであって、
径方向外側を向く外周面と、
径方向内側を向く内周面と、
軸方向の一方側を向く第１の軸方向側面と、
軸方向の他方側を向くとともに前記第１の軸方向側面と平行な第２の軸方向側面とを有し、
前記外周面が、前記第２の軸方向側面との間に面取り部を有し、
前記面取り部が、前記第１の軸方向側面から前記第２の軸方向側面に向けて軸方向に０．０５ｍｍ以上離れた前記外周面上の位置を起点として前記第２の軸方向側面の側に向けて徐々に縮径するテーパ面により形成されていることを特徴とするサイドレール。
前記テーパ面が、
テーパ面主部と、
前記テーパ面主部と前記外周面との間に設けられ、前記テーパ面主部よりも軸方向に対する傾斜角度が小さい第１のテーパ面副部と、
前記テーパ面主部と前記第２の軸方向側面との間に設けられ、前記テーパ面主部よりも軸方向に対する傾斜角度が大きい第２のテーパ面副部とを有することを特徴とする請求項１に記載のサイドレール。
前記面取り部が、直線的に縮径するテーパ面により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のサイドレール。
前記面取り部が、凹状に湾曲するテーパ面により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のサイドレール。
前記面取り部が、凸状に湾曲するテーパ面により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のサイドレール。
前記テーパ面にステップカット部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のサイドレール。
前記テーパ面に凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のサイドレール。