JP6438679B2 - オイルリング - Google Patents

Description

本発明は、レシプロエンジン（往復動内燃機関）のピストンに用いられるオイルリングに関し、特に、合口を有する円環状に形成されたオイルリング本体の径方向内側部分にコイルエキスパンダーが装着されてなる２ピースタイプの組合せオイルリングに関する。

従来から、レシプロエンジンのピストンには、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、潤滑用のオイルをシールするためのオイルリングが装着されている。

オイルリングには、主としてガソリンエンジンに用いられる３ピースタイプのものと、主としてディーゼルエンジンに用いられる２ピースタイプのものとがあるが、低燃費化等の要請から、ガソリンエンジンにおいても、より軸方向幅を薄型化することが可能な２ピースタイプのオイルリングが用いられるようになってきている。

このような２ピースタイプのオイルリングとしては、通油孔が設けられたウェブ部とこのウェブ部の軸方向両側（上下）に一体に設けられた一対のレール部とを有するオイルリング本体と、このオイルリング本体の径方向内側部分に装着されてオイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーの２つのパーツで構成されたものが知られている。この場合、オイルリング本体は合口を有する円環状に形成され、コイルエキスパンダーにより径方向外側に向けて付勢されることで拡張（拡径）できるようになっており、オイルリング本体が拡張し、各レール部の径方向外側を向く摺接面がシリンダの内周面に一定の接触圧力（面圧）で接触することにより、ピストンが往復動したときに、一対のレール部の間に滞留するオイルをシリンダの内周面に塗布するとともに余分なオイルをレール部により掻き落としつつ通油孔を通して排出して、シリンダの内周面に適切な厚みの油膜を形成するようになっている。

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、オイルリングにも、ピストン上昇行程時のオイル掻きあげ作用の制御やオイル掻き落とし作用の増幅により、シリンダの内周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。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オイルリングが提案されている。

例えば特許文献１には、上下のレール部の外周面を、軸方向に平行な円筒面状の部分と軸方向に対してＲを有する湾曲形状の部分とを有する形状としたオイルリングが記載されている。

また、特許文献２には、上下のレール部の外周面を、その燃焼室側の一部に、該燃焼室の側に向けて徐々に縮径するテーパ状の部分を設けた形状としたオイルリングが記載されている。

国際公開第２００４／０４０１７４号 特開平９−１４４８８１号公報

上記従来のオイルリングの形状では、シリンダの内周面に対する各レール部の摺接面の面積が小さくなるので、当該摺接面のシリンダの内周面に対する面圧が高まり、これによりオイル上がりを抑制してオイル消費量を低減することができるが、その一方で、摺接面はその面圧が高まることにより摩耗し易くなり、長期間使用するとオイル掻き落とし作用が低減してオイル消費量が増加することになる。また、各レール部のシリンダの内周面との摺接面の面積が小さくなると、当該摺接面に発生する油圧が高まり、これによりシリンダの内周面に対するフリクションが高まって、このオイルリングが用いられるエンジンの燃費を悪化させることになる。

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、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ことができるオイルリングを提供することにある。

発明者らは、上記の課題の解決手段につき鋭意究明したところ、レール部の摺接面の面積を小さくしつつ当該摺接面の摩耗を防止し、且つ、摺接面のシリンダの内周面に対するフリクションを低減するには、レール部の摺接面とシリンダの内周面との間に十分なオイルを供給しつつ当該摺接面とシリンダの内周面との間における油圧を低減させることが肝要であり、そのために、一対のレール部の径方向外側を向く外周面を、それぞれ軸方向外側から軸方向内側に向けて徐々に拡径するテーパ状部と、該テーパ状部の軸方向内側に該テーパ状部に対して径方向外側に向けて突出して設けられる突起部とを備えた形状に形成し、突起部の径方向外側を向く摺接面に、周方向に沿って延びる環状溝を設けて、摺接面を環状溝により軸方向に分離された構成とすることが効果的であることを新規に知見し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明のオイルリングは、通油孔が設けられたウェブ部と該ウェブ部の軸方向両側に一体に設けられる一対のレール部とを備え、合口を有する円環状に形成されたオイルリング本体と、該オイルリング本体の径方向内側部分に装着され、前記オイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーと、を有するオイルリングであって、一対の前記レール部の径方向外側を向く外周面が、それぞれ軸方向外側から軸方向内側に向けて徐々に拡径するテーパ状部と、該テーパ状部の軸方向内側に該テーパ状部に対して径方向外側に向けて突出して設けられる突起部とを備えた形状に形成され、前記突起部の径方向外側を向く摺接面に、周方向に沿って延びる環状溝が設けられ、該摺接面が前記環状溝により軸方向に分離されており、少なくとも何れか一方の前記突起部に設けられた前記摺接面の前記環状溝を挟んだ軸方向両側部分が、それぞれ軸方向に対して前記テーパ状部と同一方向に０．５度〜５．０度の角度で傾斜していることを特徴とするものである。また、本発明のオイルリングは、通油孔が設けられたウェブ部と該ウェブ部の軸方向両側に一体に設けられる一対のレール部とを備え、合口を有する円環状に形成されたオイルリング本体と、該オイルリング本体の径方向内側部分に装着され、前記オイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーと、を有するオイルリングであって、一対の前記レール部の径方向外側を向く外周面が、それぞれ軸方向外側から軸方向内側に向けて徐々に拡径するテーパ状部と、該テーパ状部の軸方向内側に該テーパ状部に対して径方向外側に向けて突出して設けられる突起部とを備えた形状に形成され、前記突起部の径方向外側を向く摺接面に、周方向に沿って延びる環状溝が設けられ、該摺接面が前記環状溝により軸方向に分離されており、前記摺接面の前記環状溝を挟んだ軸方向の一方側部分と前記環状溝の内面との連結部、前記摺接面の前記環状溝を挟んだ軸方向の他方側部分と前記環状溝の内面との連結部、前記摺接面と前記突起部の軸方向外側の側面との連結部および前記摺接面と前記突起部の軸方向内側の側面との連結部の少なくとも何れか１つの連結部が、０．０１ｍｍ以上の曲率半径で丸み面取りされていることを特徴とするものである。

なお、上記構成において、「オイルリング本体が合口を有する円環状」とは、円環状の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となったＣ字形状に形成されていることを意味する。

本発明は、上記構成において、一対の前記レール部のそれぞれに設けられた前記環状溝の軸方向開口幅の合計が、前記オイルリング本体の軸方向幅の３０％以下であるのが好ましい。

また、本発明は、上記構成において、一対の前記レール部のそれぞれに設けられた前記環状溝の径方向深さが、前記オイルリング本体の径方向厚みの２５％以下であるのが好ましい。

さらに、本発明は、上記構成において、一対の前記レール部のそれぞれに設けられた前記環状溝の周方向に垂直な断面の形状が、開口部の軸方向幅と底部の軸方向幅とが等しい略矩形形状、開口部の軸方向幅よりも底部の軸方向幅が狭い略台形形状、略三角形状および略Ｕ字形状の何れかであるのが好ましい。

さらに、本発明は、上記構成において、前記摺接面が、軸方向に平行な円筒面状に形成されているのが好ましい。

さらに、本発明は、上記構成において、前記オイルリング本体はスチール製であり、該オイルリング本体の少なくとも前記摺接面に、窒化処理層、ＰＶＤ処理層、硬質クロムめっき処理層およびＤＬＣ処理層のうちの少なくとも何れか１つの層からなる硬質層が形成されているのが好ましい。

上記「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。

本発明によれば、テーパ状部がシリンダの内周面との間で生じるくさび効果によって突起部の摺接面とシリンダの内周面との間にオイルを供給し易くするとともに摺接面に設けた環状溝にオイルを保持して、摺接面とシリンダの内周面との間に十分な厚みの油膜を形成することができるので、長期間に亘って摺接面の摩耗を抑制することができる。また、摺接面に設けた環状溝により摺接面とシリンダの内周面との間に発生する油圧を低下させることができるので、摺接面のシリンダの内周面に対するフリクションを低減させることができる。したがって、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ことができるオイルリングを提供することができる。

本発明の一実施の形態であるオイルリングの平面図である。 図１に示すオイルリングをピストンに装着されてシリンダに組み込まれた状態で示す縦断面図である。 （ａ）は上側のレール部の突起部を拡大して示す拡大断面図であり、（ｂ）は下側のレール部の突起部を拡大して示す拡大断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す突起部の形状の変形例を示す拡大断面図である。

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〜図３に示す本発明の一実施の形態であるオイルリング１はオイルコントロールリングとも呼ばれるものであり、例えばディーゼルエンジンのピストンの外周面に形成されたリング溝に装着されて使用される。このオイルリング１は２ピースタイプとなっており、オイルリング本体１０とコイルエキスパンダー２０とを有している。

図１に示すように、オイルリング本体１０は、合口１０ａ、１０ｂを備えた円環状つまり周方向の一部分が切断されて当該切断部分が合口１０ａ、１０ｂとなったＣ字形状に形成されている。オイルリング本体１０は、例えばスチール（鋼材）製とすることができる。オイルリング本体１０は、合口１０ａ、１０ｂが形成されることにより、これらの合口１０ａ、１０ｂを互いに周方向に離間させるように弾性変形して、径方向外側に向けて拡張（拡径）することができる。また、オイルリング本体１０は、ピストンに装着された状態でシリンダ内に配置されると、合口１０ａ、１０ｂが閉じた略円環状となってピストンの全周に亘ってオイルをシールすることができる。

図２に示すように、オイルリング本体１０はウェブ部１１、上側のレール部１２および下側のレール部１３を有し、その断面は略Ｍ字形状となっている。

ウェブ部１１は薄肉の円筒状に形成され、その軸方向の中央位置には、このウェブ部１１を径方向に貫通する複数の通油孔１４が周方向に間隔を空けて並べて設けられている。これらの通油孔１４は、例えば長孔や円形孔に形成することができる。

上側のレール部１２はウェブ部１１の軸方向の一方側に該ウェブ部１１と一体に設けられ、下側のレール部１３はウェブ部１１の軸方向の他方側に該ウェブ部１１と一体に設けられている。各レール部１２、１３の径方向厚み寸法は、それぞれウェブ部１１の径方向厚み寸法よりも大きくなっており、ウェブ部１１は各レール部１２、１３の径方向中間部位において当該レール部１２、１３に連ねられている。

オイルリング本体１０の径方向内側部分（内周面）には、コイルエキスパンダー２０を装着するための装着溝１５が設けられている。この装着溝１５は、ウェブ部１１から両レール部１２、１３にまで達する半円形の凹断面を有し、周方向に沿ってオイルリング本体１０の全周に亘って延びている。

図１においては簡略化して示すが、コイルエキスパンダー２０は、鋼材等により形成された線材をコイル状に巻いたものを、その両端を接続して円環状に形成して構成されている。このコイルエキスパンダー２０は径方向内外方向に向けて弾性変形自在となっており、その自然状態における外径寸法はオイルリング本体１０の内径寸法よりも大きくなっている。そして、コイルエキスパンダー２０は、図２に示すように、縮径方向に弾性変形した状態でオイルリング本体１０の装着溝１５に装着され、オイルリング本体１０を径方向外側に向けて付勢する。

なお、コイルエキスパンダー２０の周方向に垂直な方向から見た半径は、オイルリング本体１０の装着溝１５の半径よりも僅かに小さくなっている。

上側のレール部１２のウェブ部１１よりも径方向外側に突出した部分はランド１２ａとなっており、このランド１２ａの径方向外側を向く外周面は、テーパ状部１６ａと突起部１６ｂとを備えた形状に形成されている。また、下側のレール部１３のウェブ部１１よりも径方向外側に突出した部分はランド１３ａとなっており、このランド１３ａの径方向外側を向く外周面は、テーパ状部１７ａと突起部１７ｂとを備えた形状に形成されている。

より具体的に説明すると、上側のレール部１２のランド１２ａの外周面に設けられるテーパ状部１６ａは、軸方向外側つまりランド１２ａの図２中で上方側となる上方端縁から軸方向内側つまり下方側に向けて徐々に拡径しながら延びるテーパ面状に形成されている。一方、突起部１６ｂは、テーパ状部１６ａに対して径方向外側に向けて突出する環状突起に形成されている。図示する場合では、突起部１６ｂは、径方向外側に向けて徐々に軸方向幅が狭まる略台形形状の断面を有する形状に形成され、テーパ状部１６ａの軸方向内側つまり下方側に隣接して配置されている。なお、突起部１６ｂとテーパ状部１６ａとの間は湾曲面により滑らかに連ねられ、また、突起部１６ｂの下側面はランド１２ａの軸方向内側面（下面）に同一面状に連ねられている。

同様に、下側のレール部１３のランド１３ａの外周面に設けられるテーパ状部１７ａは、軸方向外側つまりランド１３ａの図２中で下方側となる下方端縁から軸方向内側つまり上方側に向けて徐々に拡径しながら延びるテーパ面状に形成されている。一方、突起部１７ｂは、テーパ状部１７ａに対して径方向外側に向けて突出する環状突起に形成されている。図示する場合では、突起部１７ｂは、突起部１６ｂと同様に、径方向外側に向けて徐々に軸方向幅が狭まる略台形形状の断面を有する形状に形成され、テーパ状部１７ａの軸方向内側つまり上方側に隣接して配置されている。なお、突起部１７ｂとテーパ状部１７ａとの間は湾曲面により滑らかに連ねられ、また、突起部１７ｂの上側面はランド１３ａの軸方向内側面（上面）に同一面状に連ねられている。

各突起部１６ｂ、１７ｂの周方向に垂直な断面形状は、上記した略台形形状に限らず、例えば長方形状など他の形状とすることもできる。

図３（ａ）に示すように、突起部１６ｂの径方向外側を向く外周面は、シリンダ３０の内周面３０ａに摺接する摺接面１６Ａとなっており、図３（ｂ）に示すように、突起部１７ｂの径方向外側を向く外周面は、シリンダ３０の内周面３０ａに摺接する摺接面１７Ａとなっている。図示する場合では、摺接面１６Ａは、それぞれ軸方向に平行な円筒面状に形成されて互いに同一面状に並んで配置される摺接面１６ｃ、１６ｄからなり、摺接面１７Ａは、それぞれ軸方向に平行な円筒面状に形成されて互いに同一面状に並んで配置される摺接面１７ｃ、１７ｄからなっている。

突起部１６ｂの摺接面１６ｃと摺接面１６ｄとの間には、その全周に亘って周方向に沿って延びる環状溝１６ｅが設けられ、突起部１７ｂの摺接面１７ｃと摺接面１７ｄとの間には、その全周に亘って周方向に沿って延びる環状溝１７ｅが設けられている。図示する場合では、環状溝１６ｅは摺接面１６ｃと摺接面１６ｄの軸方向の間、好ましくは、軸方向の略中心位置に設けられ、環状溝１７ｅは摺接面１７ｃと摺接面１７ｄの軸方向の間、好ましくは、軸方向の略中心位置に設けられる。つまり、突起部１６ｂの径方向外側を向く摺接面１６ｃ、１６ｄは、環状溝１６ｅを挟んで上下に分離され、突起部１７ｂの径方向外側を向く摺接面１７ｃ、１７ｄは、環状溝１７ｅを挟んで上下に分離されている。図示する場合では、摺接面１６ｃ、１７ｃの軸方向幅寸法ｗ１と摺接面１６ｄ、１７ｄの軸方向幅寸法ｗ２とは同一とされているが（図３参照）、軸方向幅寸法ｗ１と軸方向幅寸法ｗ２とを相違させた構成とすることもできる。

環状溝１６ｅ、１７ｅの周方向に垂直な断面の形状は、例えば図示するように、その開口部の軸方向幅よりも底部の軸方向幅が狭い略台形形状とすることができる。なお、環状溝１６ｅ、１７ｅの周方向に垂直な断面の形状は上記した略台形形状に限らず、例えば、開口部の軸方向幅と底部の軸方向幅とが等しい略矩形形状、略三角形状（Ｖ溝）および略Ｕ字形状など、種々の形状とすることもできる。

オイルリング本体１０の摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄには、硬質層（硬質皮膜）１８が形成されるのが好ましい。硬質層１８は、オイルリング本体１０の少なくとも摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄに設けられていればよいが、その他の部分に形成することもできる。例えば、図示する場合では、ウェブ部１１の径方向外側を向く外周面、各レール部１２、１３の径方向外側を向く外周面および各レール部１２、１３のウェブ部１１と連なる軸方向内側面に硬質層１８が形成されている。この場合、各突起部１６ｂ、１７ｂの摺接面１６ｃ、１６ｄ、摺接面１７ｃ、１７ｄおよび環状溝１６ｅ、１７ｅの内面にも硬質層１８が形成される。なお、図２、図３においては、便宜上、硬質層１８をオイルリング本体１０とは別の部材として記載しているが、硬質層１８は実質的にオイルリング本体１０の一部として構成される。

この硬質層１８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処理層のうち少なくとも何れか１つの層を備えた構成のものとすることができる。つまり、上記各処理層の何れか１つの層のみを備えた硬質層１８とすることができるとともに、上記各処理層の２種類以上の層を備えた硬質層１８とすることもできる。

このような硬質層１８を設けることにより、環状溝１６ｅ、１７ｅが設けられることによって摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄの面積が小さくなり、当該摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄのシリンダ３０の内周面３０ａに対する面圧が高まっても、当該摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄの摩耗を抑制することができる。これにより、摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄとの間に設けられる環状溝１６ｅ、１７ｅを長期間に亘り所定の形状に維持することができる。

なお、オイルリング本体１０の外周面に硬質層１８を設けない構成とすることもできる。

このような構成のオイルリング１は、ピストン３１のリング溝３１ａに装着されてシリンダ３０内に組み込まれると、その自己の弾性力に加えてコイルエキスパンダー２０により付勢されて径方向外側に向けて拡張する。これにより、図２に示すように、オイルリング本体１０の軸方向の中心位置側にずれて配置された一対の突起部１６ｂ、１７ｂの摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄが、シリンダ３０の内周面３０ａに所定の面圧で接触する。また、各突起部１６ｂ、１７ｂの軸方向外側には、それぞれテーパ状部１６ａ、１７ａとシリンダ３０の内周面３０ａとで区画されたくさび状の隙間が設けられる。

そして、エンジンが作動してピストン３１がシリンダ３０の内部で往復動すると、上下のレール部１２、１３の間に滞留するオイルをシリンダ３０の内周面３０ａに塗布するとともに余分なオイルをレール部１２、１３の突起部１６ｂ、１７ｂにより掻き落とし、また、上下のレール部１２、１３の間の過剰なオイルを、通油孔１４を通してピストン３１のリング溝３１ａに設けられた排油孔（不図示）に案内して、シリンダ３０の内周面３０ａに所定の厚みの油膜を形成する。

このとき、各突起部１６ｂ、１７ｂの軸方向外側にはテーパ状部１６ａ、１７ａとシリンダ３０の内周面３０ａとで区画されたくさび状の隙間が設けられるので、当該くさび状の隙間が突起部１６ｂ、１７ｂに対して前方側となる方向にピストン３１が移動する際には、当該隙間が生じるくさび効果によって突起部１６ｂの摺接面１６ｃ、１６ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間および突起部１７ｂの摺接面１７ｃ、１７ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間にオイルが効果的に供給されることになる。また、摺接面１６ｃ、１６ｄの間、および摺接面１７ｃ、１７ｄの間には、それぞれ環状溝１６ｅ、１７ｅが設けられているので、突起部１６ｂの摺接面１６ｃ、１６ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間および突起部１７ｂの摺接面１７ｃ、１７ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間に供給されたオイルを環状溝１６ｅ、１７ｅで保持して当該摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄに効果的にオイルを供給することができる。これにより、突起部１６ｂの摺接面１６ｃ、１６ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間および突起部１７ｂの摺接面１７ｃ、１７ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間に十分な厚みの油膜を形成することができる。したがって、突起部１６ｂの摺接面１６ｃ、１６ｄおよび突起部１７ｂの摺接面１７ｃ、１７ｄの摩耗を長期間に亘って抑制して、このオイルリング１が設けられるエンジンのオイル消費量を長期間に亘って低減させることができる。

また、摺接面１６ｃと摺接面１６ｄとの間および摺接面１７ｃと摺接面１７ｄの間にそれぞれ環状溝１６ｅ、１７ｅが設けられることにより、摺接面１６ｃ、１６ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間および摺接面１７ｃ、１７ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間に発生する油圧をそれぞれ低下させることができる。したがって、摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄのシリンダ３０の内周面３０ａに対するフリクションを低減させて、このオイルリング１が設けられるエンジンの燃費を長期間に亘って低減させることができる。

本発明のオイルリング１では、上記の構成において、一対のレール部１２、１３のそれぞれに設けられた環状溝１６ｅ、１７ｅの軸方向開口幅ｗ３（図３参照）の合計を、オイルリング本体１０の軸方向幅ｈ（図２参照）の３０％以下とするのが好ましい。例えば、本実施の形態では、環状溝１６ｅ、１７ｅの軸方向開口幅ｗ３の合計を、オイルリング本体１０の軸方向幅ｈの６．０％に設定するようにしている。

このように、一対のレール部１２、１３のそれぞれの突起部１６ｂ、１７ｂに設けられた環状溝１６ｅ、１７ｅの軸方向開口幅ｗ３の合計を、オイルリング本体１０の軸方向幅ｈの３０％以下とすることにより、摺接面１６ｃ、１６ｄの面積および摺接面１７ｃ、１７ｄの面積を所望面積以上に確保しつつ環状溝１６ｅ、１７ｅによる上記効果を効果的に生じさせることができる。

また、本発明のオイルリング１では、上記の構成において、一対のレール部１２、１３のそれぞれに設けられた環状溝１６ｅ、１７ｅの径方向深さｄ（図３参照）を、オイルリング本体１０の径方向厚みａ（図２参照）の２５％以下とするのが好ましい。例えば、本実施の形態では、環状溝１６ｅ、１７ｅの径方向深さｄを、オイルリング本体１０の径方向厚みａの２．０％に設定するようにしている。

このように、一対のレール部１２、１３のそれぞれに設けられた環状溝１６ｅ、１７ｅの径方向深さｄを、オイルリング本体１０の径方向厚みａの２５％以下とすることにより、突起部１６ｂ、１７ｂやランド１２ａ、１３ａの強度を保持しつつ環状溝１６ｅ、１７ｅによる上記効果を効果的に生じさせることができる。

図３に示すように、本発明のオイルリング１では、上記の構成において、各摺接面１６Ａ、１７Ａの環状溝１６ｅ、１７ｅを挟んだ軸方向の一方側部分となる摺接面１６ｃ、１７ｃと環状溝１６ｅ、１７ｅの内面との第１連結部４１、摺接面１６Ａ、１７Ａの環状溝１６ｅ、１７ｅｄを挟んだ軸方向の他方側部分となる摺接面１６ｄ、１７ｄと環状溝１６ｅ、１７ｅの内面との第２連結部４２、摺接面１６ｃ、１７ｃと突起部１６ｂ、１７ｂの軸方向外側の側面との第３連結部４３および摺接面１６ｄ、１７ｄと突起部１６ｂ、１７ｂの軸方向内側の側面との第４連結部４４の少なくとも何れか１つの連結部４１〜４４を、０．０１ｍｍ以上の曲率半径で丸み面取りされた構成とするのが好ましい。例えば、本実施の形態では、摺接面１６ｃ、１７ｃと環状溝１６ｅ、１７ｅの内面との第１連結部４１、摺接面１６ｄ、１７ｄと環状溝１６ｅ、１７ｅの内面との第２連結部４２、摺接面１６ｃ、１７ｃと突起部１６ｂ、１７ｂの軸方向外側の側面との第３連結部４３および摺接面１６ｄ、１７ｄと突起部１６ｂ、１７ｂの軸方向内側の側面との第４連結部４４の全ての連結部４１〜４４に０．０１ｍｍの曲率半径で丸み面取りを施すようにしている。

このように、摺接面１６ｃ、１７ｃと環状溝１６ｅ、１７ｅの内面との第１連結部４１および摺接面１６ｄ、１７ｄと環状溝１６ｅ、１７ｅの内面との第２連結部４２を、０．０１ｍｍ以上の曲率半径で丸み面取りすることにより、環状溝１６ｅ、１７ｅにオイルを保持し易くして、環状溝１６ｅ、１７ｅによる上記効果をさらに効果的に生じさせることができる。

また、摺接面１６ｃ、１７ｃと突起部１６ｂ、１７ｂの軸方向外側の側面との第３連結部４３および摺接面１６ｄ、１７ｄと突起部１６ｂ、１７ｂの軸方向内側の側面との第４連結部４４を、０．０１ｍｍ以上の曲率半径で丸み面取りすることにより、テーパ状部１６ａ、１７ａとシリンダ３０の内周面３０ａとの間のくさび状の隙間が生じるくさび効果をさらに高めるとともにオイルリング本体１０の軸方向内側から摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄにオイルが入り込み易くして、摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄの摩耗をさらに効果的に抑制しつつ摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄのシリンダ３０の内周面３０ａに対するフリクションをさらに低減することができる。

なお、本実施の形態では、上記全ての連結部４１〜４４を０．０１ｍｍ以上の曲率半径で丸み面取りを施すようにしているが、これに限らず、任意の連結部にのみ０．０１ｍｍ以上の曲率半径で丸み面取りを施すこともできる。また、全ての連結部４１〜４４を丸み面取りが施されない構成とすることもできる。

図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す突起部の形状の変形例を示す拡大断面図である。

図４（ａ）に示す変形例では、上側のレール部１２の突起部１６ｂに設けられた摺接面１６Ａの環状溝１６ｅを挟んだ軸方向両側部分である摺接面１６ｃ、１６ｄを、それぞれ軸方向に対してテーパ状部１６ａと同一方向に傾斜したテーパ面状に形成するようにしている。

このように、上側のレール部１２の突起部１６ｂに設けられた摺接面１６ｃ、１６ｄを、それぞれ軸方向に対してテーパ状部１６ａと同一方向に傾斜したテーパ面状に形成することにより、ピストン３１が上死点に向けて移動する際における摺接面１６ｃ、１６ｄのシリンダ３０の内周面３０ａに対するフリクションをさらに低減することができるとともに、摺接面１６ｃ、１６ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間により効果的にオイルを供給することができる。

上記構成において摺接面１６ｃ、１６ｄに付される軸方向に対する傾斜角度αは、０．５度〜５．０度とするのが好ましい。摺接面１６ｃ、１６ｄに付される傾斜角度αを上記の角度範囲とすることにより、摺接面１６ｃ、１６ｄのシリンダ３０の内周面３０ａに接する面積が過度に小さくなることを防止しつつ傾斜角度を付けたことによる上記効果をより効果的に生じさせることができる。

なお、図４（ａ）に示す変形例の構成は、上下のレール部１２、１３に設けられる摺接面１６ｃ、１６ｄおよび摺接面１７ｃ、１７ｄのそれぞれをテーパ面状に形成するなど、上下のレール部１２、１３の少なくとも何れか一方に設けられる摺接面１６ｃ、１６ｄおよび／または摺接面１７ｃ、１７ｄをテーパ面状に形成する構成とすることもできる。この場合、上側のレール部１２に設けられる摺接面１６ｃ、１６ｄのみをテーパ面状に形成するのが好ましい。

詳細は図示しないが、下側のレール部１３の突起部１７ｂに設けられた摺接面１７ｃ、１７ｄを、それぞれ軸方向に対してテーパ状部１７ａと同一方向に傾斜したテーパ面状に形成するようにした場合には、ピストン３１が下死点に向けて移動する際における摺接面１７ｃ、１７ｄのシリンダ３０の内周面３０ａに対するフリクションをさらに低減することができるとともに、摺接面１７ｃ、１７ｄとシリンダ３０の内周面３０ａとの間により効果的にオイルを供給することができる。

図４（ｂ）に示す変形例では、上側のレール部１２に設けられる突起部１６ｂの、摺接面１６ｃと環状溝１６ｅの内面との第１連結部４１および摺接面１６ｄと環状溝１６ｅの内面との第２連結部４２には丸み面取りを施さず、摺接面１６ｃと突起部１６ｂの軸方向外側の側面との第３連結部４３および摺接面１６ｄと突起部１６ｂの軸方向内側の側面との第４連結部４４にのみ、０．０５ｍｍの曲率半径で丸み面取りを施すようにしている。

このように、突起部１６ｂの、摺接面１６ｃと環状溝１６ｅの内面との第１連結部４１および摺接面１６ｄと環状溝１６ｅの内面との第２連結部４２には丸み面取りを施さず、摺接面１６ｃと突起部１６ｂの軸方向外側の側面との第３連結部４３および摺接面１６ｄと突起部１６ｂの軸方向内側の側面との第４連結部４４にのみ、０．０５ｍｍの曲率半径で丸み面取りを施すことにより、図３に示す構成の場合に比べて、テーパ状部１６ａとシリンダ３０の内周面３０ａとの間で生じるくさび効果をさらに高めるとともにオイルリング本体１０の軸方向内側から摺接面１６ｃ、１６ｄへオイルをさらに入り込み易くして、摺接面１６ｃ、１６ｄの摩耗をさらに効果的に抑制することができる。また、環状溝１６ｅの開口端には丸み面取りが施されないので、環状溝１６ｅにオイルを保持し易くして摺接面１６ｃ、１６ｄのシリンダ３０の内周面３０ａに対するフリクションをさらに低減させることができる。

なお、詳細は図示しないが、図４（ｂ）に示す変形例の構成は、下側のレール部１３に設けられる突起部１７ｂにも同様に適用することができる。

本発明の効果を確認するために、本発明の実施例１〜６のオイルリングと、本発明との比較のための比較例１、２のオイルリングとを用意し、これらのオイルリングについて摩擦力（摩擦損失）の測定試験とオイル消費量の測定試験とを行い、その試験結果を比較した。

実施例１〜３のオイルリングでは、オイルリング本体の軸方向幅寸法（図２における寸法ｈ）を４．００ｍｍ、径方向厚み寸法（図２における寸法ａ）を２．５０ｍｍ、突起部の環状溝を挟んだ各摺接面の軸方向幅寸法（図３における寸法ｗ１とｗ２の和）を０．２０ｍｍ（上下合計で０．４０ｍｍ）、環状溝の軸方向開口幅（図３における寸法ｗ３）を０．１２ｍｍ、環状溝の径方向深さ（図３における寸法ｄ）を０．０５ｍｍとした。

実施例１、３のオイルリングでは、摺接面は軸方向に平行な円筒面状とした一方、実施例２のオイルリングでは、各突起部の摺接面の環状溝を挟んだ軸方向両側部分を、図４（ａ）に示す変形例のように、軸方向に対して傾斜面と同一方向に傾斜するテーパ面状に形成し、その軸方向に対する傾斜角度（図４（ａ）におけるα）を２．０度とした。

また、実施例１、２のオイルリングでは、０．０１ｍｍの曲率半径で第１連結部から第４連結部の全ての連結部を丸み面取りし、実施例３のオイルリングでは、図４（ｂ）に示す変形例のように、各レール部に設けられる突起部の、摺接面の環状溝を挟んだ軸方向の一方側部分と環状溝の内面との第１連結部および摺接面の環状溝を挟んだ軸方向の他方側部分と環状溝の内面との第２連結部には丸み面取りは施さず、摺接面と突起部の軸方向外側の側面との第３連結部および摺接面と突起部の軸方向内側の側面との第４連結部にのみ０．０５ｍｍの曲率半径で丸み面取りを施した。さらに、実施例３のオイルリングのみに、そのオイルリング本体の摺接面を含む外周面に硬質層を形成した。

実施例４〜６のオイルリングでは、オイルリング本体の軸方向幅寸法（図２における寸法ｈ）を４．００ｍｍ、径方向厚み寸法（図２における寸法ａ）を３．１０ｍｍ、突起部の環状溝を挟んだ各摺接面の軸方向幅寸法（図３における寸法ｗ１とｗ２の和）を０．４３ｍｍ（上下合計で０．８６ｍｍ）、環状溝の軸方向開口幅（図３における寸法ｗ３）を０．２２ｍｍ、環状溝の径方向深さ（図３における寸法ｄ）を０．７３ｍｍとした。

実施例４、６のオイルリングでは、摺接面は軸方向に平行な円筒面状とした一方、実施例５のオイルリングでは、各突起部の摺接面の環状溝を挟んだ軸方向両側部分を、図４（ａ）に示す変形例のように、軸方向に対して傾斜面と同一方向に傾斜するテーパ面状に形成し、その軸方向に対する傾斜角度（図４（ａ）におけるα）を４．０度とした。

また、実施例４、５のオイルリングでは、０．０１ｍｍの曲率半径で第１連結部から第４連結部の全ての連結部を丸み面取りし、実施例６のオイルリングでは、図４（ｂ）に示す変形例のように、各レール部に設けられる突起部の、摺接面の環状溝を挟んだ軸方向の一方側部分と環状溝の内面との第１連結部および摺接面の環状溝を挟んだ軸方向の他方側部分と環状溝の内面との第２連結部には丸み面取りは施さず、摺接面と突起部の軸方向外側の側面との第３連結部および摺接面と突起部の軸方向内側の側面との第４連結部にのみ０．０５ｍｍの曲率半径で丸み面取りした。さらに、実施例６のオイルリングのみに、そのオイルリング本体の摺接面を含む外周面に硬質層を形成した。

なお、実施例３、６では、各連結部の丸み面取りされた部分の実際の曲率半径は、硬質層が形成される分だけ大きくなる。

このように、実施例１、４のオイルリングの突起部は図３に示す形状、実施例２、５のオイルリングは図４（ａ）に示す形状、実施例３、６のオイルリングは図４（ｂ）に示す形状とした。

比較例１、２のオイルリングでは、摺接面は軸方向に平行な円筒面状とし、その摺接面に環状溝を設けない構成とした。また、比較例１のオイルリングでは、オイルリング本体の軸方向幅寸法（図２における寸法ｈ）を４．００ｍｍ、径方向厚み寸法（図２における寸法ａ）を２．５０ｍｍ、突起部の摺接面の軸方向幅寸法を０．３４ｍｍ（上下合計０．６８ｍｍ）とし、比較例２のオイルリングでは、オイルリング本体の軸方向幅寸法（図２における寸法ｈ）を４．００ｍｍ、径方向厚み寸法（図２における寸法ａ）を３．１０ｍｍ、突起部の摺接面の軸方向幅寸法を０．６７ｍｍ（上下合計１．３４ｍｍ）とした。さらに、比較実１、２のオイルリングは、何れも、そのオイルリング本体の摺接面を含む外周面に硬質層が形成されない構成とした。

実施例１〜６および比較例１、２のオイルリングは、何れも、ディーゼルエンジンのピストンに装着して用いられるものとし、そのオイルリング本体をＪＩＳ ＳＷＲＨ７７Ｂ相当の鋼材製とし、その呼称径をφ８６とした。また、実施例１〜６および比較例１、２のオイルリングは、何れも、オイルリング本体とスペーサエキスパンダーとの組合せ張力を摺接面の面圧が２．０ＭＰａとなるように設定した。

摩擦力（摩擦損失）の測定試験は、浮動ライナー式のリング単体往復動試験機（ボア径８６ｍｍ、ストローク７２ｍｍ）を用いて行い、摩擦平均有効圧力（ＦＭＥＰ：Friction Mean Effective Pressure）により評価した。この試験機において、オイルリングの外周面が摺動する相手材としては、面粗度が十点平均粗さ（Ｒｚ）で２〜４μｍとなる鋳鉄のシリンダライナーを用いた。

この試験機のピストンに実施例１〜６のオイルリングおよび比較例１〜２のオイルリングを順次装着し、ピストンが往復動するときにオイルリングからシリンダライナーに加えられる摩擦力を荷重測定用センサーにより測定した。測定時の回転数は１５００ｒｐｍ、シリンダライナーの内面に供給するオイルの温度は２５℃とした。

一方、オイル消費量の測定試験は、水冷４サイクルの自然吸気式のガソリンエンジン（４気筒、排気量２０００ｃｃ）を用い、このエンジンのピストンに実施例１〜６のオイルリングおよび比較例１、２のオイルリングを順次装着して行った。試験条件は、回転数６５００ｒｐｍ、全負荷（ＷＯＴ：Wide Open Throttle）とした。オイル消費量は、所定時間行った測定試験の前後におけるオイルの量から算出した。

表１に、摩擦力（摩擦損失）とオイル消費量の試験結果を示す。何れの試験結果も、比較例１を基準（ＢＭ：ベンチマーク）とし、当該比較例１の試験結果を１００とした場合における当該ＢＭとの比率で示した。

表１から、本発明の実施例１〜３のオイルリングは、何れも、オイルリング本体の外形寸法が同一とされた比較例１のオイルリングに対して、摩擦損失およびオイル消費量が低減されることが解った。また、本発明の実施例４〜６のオイルリングは、何れも、オイルリング本体の外形寸法が同一とされた比較例２のオイルリングに対して、摩擦損失およびオイル消費量が低減されることが解った。

さらに、実施例１と実施例２との比較および実施例４と実施例５との比較から、図４（ａ）に示す変形例のように、摺接面の環状溝を挟んだ軸方向両側部分を、それぞれ軸方向に対してテーパ状部と同一方向に０．５度〜５．０度の角度で傾斜させることにより、摩擦損失およびオイル消費量をさらに低減でき、特にオイル消費量を効果的に低減できることが解った。

さらに、実施例１と実施例３との比較および実施例４と実施例６との比較から、図４（ｂ）に示す変形例のように、各レール部に設けられる突起部の、摺接面と突起部の軸方向外側の側面との第３連結部および摺接面と突起部の軸方向内側の側面との第４連結部にのみ０．０５ｍｍの曲率半径で丸み面取りするとともにオイルリング本体の摺接面を含む外周面に硬質層を形成することにより、摩擦損失をさらに低減できることが解った。

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、前記実施の形態においては、本発明のオイルリング１をディーゼルエンジンのピストンに装着されるものとして説明しているが、これに限らず、ガソリンエンジンのピストンに装着されるオイルリングに本発明を適用することもできる。

また、オイルリング本体１０の材質は鋼材に限らず他の材質とすることもできる。

１ オイルリング
１０ オイルリング本体
１０ａ、１０ｂ 合口
１１ ウェブ部
１２ 上側のレール部
１２ａ ランド
１３ 下側のレール部
１３ａ ランド
１４ 通油孔
１５ 装着溝
１６Ａ 摺接面
１６ａ テーパ状部
１６ｂ 突起部
１６ｃ 摺接面
１６ｄ 摺接面
１６ｅ 環状溝
１７Ａ 摺接面
１７ａ テーパ状部
１７ｂ 突起部
１７ｃ 摺接面
１７ｄ 摺接面
１７ｅ 環状溝
１８ 硬質層
２０ コイルエキスパンダー
３０ シリンダ
３０ａ 内周面
３１ ピストン
３１ａ リング溝
４１ 第１連結部
４２ 第２連結部
４３ 第３連結部
４４ 第４連結部
ｗ１、ｗ２ 摺接面の軸方向開口幅
ｗ３ 環状溝の軸方向開口幅
ｈ オイルリング本体の軸方向幅
ａ オイルリング本体の径方向厚み
ｄ 環状溝の径方向深さ
α 傾斜角度

Claims (7)

1. 通油孔が設けられたウェブ部と該ウェブ部の軸方向両側に一体に設けられる一対のレール部とを備え、合口を有する円環状に形成されたオイルリング本体と、該オイルリング本体の径方向内側部分に装着され、前記オイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーと、を有するオイルリングであって、
   一対の前記レール部の径方向外側を向く外周面が、それぞれ軸方向外側から軸方向内側に向けて徐々に拡径するテーパ状部と、該テーパ状部の軸方向内側に該テーパ状部に対して径方向外側に向けて突出して設けられる突起部とを備えた形状に形成され、
   前記突起部の径方向外側を向く摺接面に、周方向に沿って延びる環状溝が設けられ、該摺接面が前記環状溝により軸方向に分離されており、
   少なくとも何れか一方の前記突起部に設けられた前記摺接面の前記環状溝を挟んだ軸方向両側部分が、それぞれ軸方向に対して前記テーパ状部と同一方向に０．５度〜５．０度の角度で傾斜していることを特徴とするオイルリング。
2. 通油孔が設けられたウェブ部と該ウェブ部の軸方向両側に一体に設けられる一対のレール部とを備え、合口を有する円環状に形成されたオイルリング本体と、該オイルリング本体の径方向内側部分に装着され、前記オイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーと、を有するオイルリングであって、
   一対の前記レール部の径方向外側を向く外周面が、それぞれ軸方向外側から軸方向内側に向けて徐々に拡径するテーパ状部と、該テーパ状部の軸方向内側に該テーパ状部に対して径方向外側に向けて突出して設けられる突起部とを備えた形状に形成され、
   前記突起部の径方向外側を向く摺接面に、周方向に沿って延びる環状溝が設けられ、該摺接面が前記環状溝により軸方向に分離されており、
   前記摺接面の前記環状溝を挟んだ軸方向の一方側部分と前記環状溝の内面との連結部、前記摺接面の前記環状溝を挟んだ軸方向の他方側部分と前記環状溝の内面との連結部、前記摺接面と前記突起部の軸方向外側の側面との連結部および前記摺接面と前記突起部の軸方向内側の側面との連結部の少なくとも何れか１つの連結部が、０．０１ｍｍ以上の曲率半径で丸み面取りされていることを特徴とするオイルリング。
3. 一対の前記レール部のそれぞれに設けられた前記環状溝の軸方向開口幅の合計が、前記オイルリング本体の軸方向幅の３０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のオイルリング。
4. 一対の前記レール部のそれぞれに設けられた前記環状溝の径方向深さが、前記オイルリング本体の径方向厚みの２５％以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のオイルリング。
5. 一対の前記レール部のそれぞれに設けられた前記環状溝の周方向に垂直な断面の形状が、開口部の軸方向幅と底部の軸方向幅とが等しい略矩形形状、開口部の軸方向幅よりも底部の軸方向幅が狭い略台形形状、略三角形状および略Ｕ字形状の何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のオイルリング。
6. 前記摺接面が、軸方向に平行な円筒面状に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項に記載のオイルリング。
7. 前記オイルリング本体はスチール製であり、該オイルリング本体の少なくとも前記摺接面に、窒化処理層、ＰＶＤ処理層、硬質クロムめっき処理層およびＤＬＣ処理層のうちの少なくとも何れか１つの層からなる硬質層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１項に記載のオイルリング。

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