JPS6145172A - コイルエキスパンダ付オイルリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機１関用ピストンリング、特にシリンダ内
壁から過剰のオイルを掻き取るためのコイルエキスパン
ダ付オイルリングに関する。

ピストンリングはピストンとシリンダの内周壁との間に
置かれるものであるが、特に自動車用エンジンの場合に
は各ピストンに対し１個または２個のオイル掻きリング
が設けられるのが普通である。オイルリングはそのオイ
ル播きという機能上シリンダ内壁に常時押し付けておく
必要がある。

そのためオイルリングの内周にはオイルリングをシリン
ダ内壁に押し当てるための環状のコイルエキスパンダが
設けられる。

斯かるオイルリングは一般に上下のサイドレールと、こ
れら両サイドレールを連結するウェブとから構成される
。サイドレールとウェブとの外側には掻き落としたオイ
ルを受容するための外周溝が形成される。一方、それら
の内周側にはコイルエキスパンダを嵌挿するための内周
溝が形成される。ウェブには掻き落としたオイルを外周
溝から内周溝に逃がすための数個の細長いオイル孔が形
成される。尚、オイルリングの内周溝にきたオイルはピ
ストンのリング構内に設けられるオイルドレンを通して
ピストン内部にもたらされ、そこから最終的にはエンジ
ンのオイルパンに戻される。

上述の如きピストンリングにおいて、従来はオイルリン
グは一般に鋳鉄製でありかつその内周溝の形状はコイル
エキスパンダの断面円形形状に対応した円弧状を呈して
いた。即ち、コイルエキスパンダをその断面円弧の一部
、例えば略半周に亘ってオイルリングの内周溝内に密着
するようにして抱持していた。しかしながらこのように
コイルエキスパンダとオイルリングとが大きな面積に亘
って面接触するとオイルリングのウェブに形成されるオ
イル孔が大部分に亘って塞がれてしまうことになる。そ
のため掻き落としたオイルがオイル孔を通ってオイルリ
ングの外周溝から内周溝に逃れにくくなり、その結果、
時にはオイル孔がオイルスラッジによって完全に塞がれ
てしまうことにもなっていた。こうなるともはやオイル
リングのオイル掻き効果はほとんど期待できず、その結
果オイル消費量の増大をきたしていた。

また、従来の鋳鉄製のオイルリングにおいては必要な強
度を確保するためにはウェブの肉厚をある程度大きくす
る必要があり、従ってピストンリングの軽量化という要
求に逆行することになる。

更にまた、上述の如き鋳鉄製オイルリングにあっては長
時間使用するとコイルエキスパンダがオイルリングの内
周部を容易にけずりとりあるいは摩耗させる結果、コイ
ルエキスパンダが全体的にオイルリングに食い込む状態
となりコイルエキスパンダの張力減退を招来し易かった
。

本発明の目的は上述の如き欠点を解消することにある。

そのため本発明によれば鋼製オイルリングの内周部は従
来の如く丸味を帯びた弧状ではなく角形を呈している。

そのためオイルリングの内周に配設されるコイルエキス
パンダはその横断面で見た場合に２点のみでオイルリン
グに接触保持され、しかもウェブから僅かに離されてい
る。このような２点接触とすることにより、コイルエキ
スパンダの大きさが異なってもその接触点が移動するだ
けであるから種々の大きさく径）のコイルエキスパンダ
を適用できることになる。従来はオイルリングの内周と
コイルエキスパンダとは前述の如く相当の面積に亘って
密着するようになっていたのでコイルエキスパンダとオ
イルリングとは一対一で対応し、オイルリングの径が異
なるとそれに対応したコイルエキスパンダを用意しなけ
ればならなかった。本発明に係るオイルリングは鉄道レ
ールに似た断面略Ｉ形を呈する。

しかしながら、上述の如きオイルリングとコイルエキス
パンダとの２点接触方式は従来の相当な面積の面接触に
比してオイルリングの摩耗を促進することになろう。何
となればオイルリングに作用するコイルエキスパンダの
接触圧力はこれら両者間の接触面積に逆比例するからで
ある。このようなオイルリングの摩耗増大を防止するた
めに本発明によればオイルリングは従来の鋳鉄製に対し
鋼（スチール）で形成される。更にまた好ましくはコイ
ルエキスパンダの表面及びそれに接触するオイルリング
の表面は耐摩耗処理が施される。そして好ましくはオイ
ルリングの内周に接触するコイルエキスパンダの部分に
は接触表面積を確保する目的で平坦表面部が設けられ、
それによりオイルリングの摩耗を抑制してコイルエキス
パンダがオイルリング内周に食い込まないようにする。

また、鋼製オイルリングであれば鋳鉄−オイルリングに
比し強度がはるかに大きいのでウェブの肉厚を相当薄く
しても所要の強度が得られる。ウェブの肉厚を薄くでき
るということはオイルリング全体の可撓性あるいはシリ
ンダ内壁に対する追従性を増大することができるという
ことを意味するので、高いオイル掻き効果が発揮できる
。上下のサイドレール自体は剛性の塊として形成される
のでオイルリングの変形を防止することができ、かつシ
リンダ内壁への所定の押圧力を確保することができる。

本発明の他の特徴あるいは利点等は添付図面を参照して
行う以下の説明により明らかとなろう。

第１．２図にはディーゼルエンジンに用いた本発明のコ
イルエキスパンダ４０とオイルリング１が示される。こ
のオイルリング１はエンジンのピストン５０のリング周
溝５１内に置かれる。ビストン５０はシリンダ６０のシ
リンダボア６３内を往復動する。オイルリング１は一体
成形され、上下のサイドレール３Ａ、３Ｂとこれら両サ
イドレールを連結するウェブ５とを有する。サイドレー
ルは剛性の塊であり、一方、ウェブは相当薄肉でかつ好
ましくは真っすぐに延びている。その結果、本発明に係
るオイルリングは図示の如く略■形を呈する。サイドレ
ール３Ａ、３Ｂはピストン５０の往復動時にシリンダ６
０の内壁６１に摺接する突出周端摺動面部７Ａ、７Ｂを
有する。これら摺動面部７Ａ、７Ｂには好ましくは耐摩
耗層９Ａ。

９Ｂが施される。耐摩耗層９Ａ、９Ｂは例えばクロムめ
っき、あるいは硼化物、炭化物、窒化物、セラミックス
等を分散させたニッケル、ニッケルーリン、クロムある
いは鉄を主成分とする複合めっき、或いはモリブデン、
自溶合金、ステンレス鋼、フェロクロム合金等の単独又
は混合溶射層（プラズマ溶射）により形成される。プラ
ズマ溶射を施す場合には予めニッケルアルミナイド、モ
リブデン−ニッケル系合金等の下地層を設けておくこと
も可能である。ｑれとは別に、耐摩耗層９Ａ、９Ｂを焼
入（レーザ、高周波）、窒化（窒化、ガス又は塩浴によ
る軟窒化）、あるいは滲硫窒化処理してもよい。更にま
た、第１図に示す耐摩耗層９Ａ、９Ｂの代りに第４図に
示す如く摺動面部７Ａ、７Ｂに周溝３０Ａ、３０Ｂを形
成して、そこに耐摩耗性物質を充填するようにしてもよ
い。

その充填物質としては上述の耐摩耗Ｊｉ９Ａ、９Ｂと同
様の材料を用いればよい。

摺動面部７Ａ、７Ｂは好ましくは第１図に示す如く梯形
をなす、この梯形部にはシリンダ壁６１上のオイルの掻
き落としを保証すべく鋭利な端縁を具えた狭い平坦支承
面８Ａ、８Ｂが形成される。

本発明ではウェブの肉厚が従来に比し相当薄いのでオイ
ルリングの可撓性が増大し、従って支承面８Ａ、８Ｂの
表面積は相当小さくしても必要な面圧を確保できる。し
かもその面圧もオイルリングの高可撓性によりシリンダ
壁面に均一に作用する。

耐摩耗層９Ａ、９Ｂが施される場合には支承面８Ａ、８
Ｂはこの耐摩耗層上に設けられることば勿論である。

オイルリング１はサイドレール３Ａ、３Ｂとウェブ５と
によって形成される外周溝１５を有し、摺動面部？Ａ、
７Ｂによって掻き取られたオイルはこの外周溝内に受容
される。また、オイルリング１の内周側にはサイドレー
ル３Ａ、３Ｂとウェブ５とによって形成される内周溝１
７が形成される。内周溝１７を形成するサイドレール３
Ａ。

３Ｂの内側対向壁は傾斜平坦面１１Ａ　、　ＩＩＢとし
て形成される。これら傾斜平坦面のなす角は６０″〜１
２０°、好ましくは９０″である。傾斜平坦面１１Ａ。

１１Ｂにはコイルエキスパンダ４０がこすりつけられる
ので好ましくは耐摩耗処理層１３Ａ　、　１３Ｂが設け
られる。耐摩耗処理層としては例えばクロムめっき、あ
るいは窒化（滲硫窒化を含む）処理層でよい。

オイルリング１のウェブ５には好ましくは第３図に示す
如くその周方向に沿って小さな矩形楕円形あるいは円形
のオイル孔２１が多数配列される。

鋼製オイルリングの場合には鋳鉄製オイルリングに比し
強度が大きいので、オイル孔２１の数を相当増やすこと
ができる。オイル孔２１はオイルリングの内周溝１７と
外周溝１５とを連結するもので、掻き取られたオイルは
オイル孔２１を通ってオイルリングの内周側に流れ込む
。従ってオイル孔２１の数を増やすことができるという
ことは、オイルのスムーズな通過を保証し得るというこ
とを意味する。尚、オイルリングの内側にきたオイルは
コイルエキスパンダ４０の巻線の間を通り、更にピスト
ン５０に設けられたオイル逃がし孔（図示せず）を通っ
てピストン内にもたらされる。

オイルリングはウェブ５の周方向中心線Ｌ（第３図）に
関して対称形となっている。

コイルエキスパンダ４０は第１図に示す如く、好ましく
は円の一部を切欠いた断面の線材４３をコイル状に巻い
たもので、その切欠部により平坦接触表面部４５を形成
する。即ち、コイルエキスパンダ４０はこの平坦接触表
面部４５によりオイルリングの傾斜平坦表面１１Ａ　、
　ＩＩＢと２点で面接触する。平坦接触表面部４５を設
けるのは、接触表面積を大きくすることによりオイルリ
ングに作用する２点での圧力を小さくすることを目的と
したものである。ｖＡ材４３の断面形状は円に限らず、
矩形、正方形あるいはその他の形状でもよい。

コイルエキスパンダ４０はオイルリング１の内周溝１７
内に置かれ、オイルリングをシリンダ壁に押し付ける０
本発明によればコイルエキスパンダ４０は、従来技術の
如くオイルリングの内周に相当な面積に亘って面接触す
るのではなく、サイドレールの傾斜平坦面１１Ａ　、　
ＩＩＢに断面図で見て２点でのみ接触するようになって
いる。即ち、本発明によればコイルエキスパンダ４０は
オイルリングｌのウェブ５には接触せず僅かなギャップ
１９だけ隔てられている。ウェブ５には好ましくはギャ
ップ１９を形成するための°丸味を帯びたコーナ１８′
を有する凹所１８が設けられる。丸コーナ１８′は内部
応力の集中によるきれつを起こし易い角コーナよりも好
ましい。コイルエキスパンダ４０、即ち線材４３の外周
には第１図に４１で示す如くクロムめっきあるいは窒化
処理（滲硫窒化を含む）等の耐摩用処理層を設けるのが
望ましい。従来技術の如くもしもギャップ１９がないと
、オイル孔２１はそのほとんど大部分がコイルエキスパ
ンダにより塞がれ従ってオイルの通りが悪くなるが、本
発明によれば斯かる欠点は解消される。

本発明のオイルリングは例えばＪＩＳ規格で５ＷＲＳ、
５ＷＲＨ，５ＷＯＳＣ，５ＷＯＣＶ　、ＳＫ、ＳＵＰ　
、ＳＯＳなどの鋼材で形成し得る。また本発明のオイル
リングは均一断面を有する、棒状、線状あるいは帯状の
鋼材から通常の引き抜きあるいは圧延方法により簡単に
製造し得る。第１図に示す如き断面形状に引き抜き加工
あるいは圧延された素材は熱処理によって硬化されるが
、一般にはオイル孔２１は硬化工程の前にポンチ加工さ
れる。しかしながら本発明ではウェブの肉厚は相当薄い
ので硬化処理後にオイル孔２１をポンチ加工することさ
え可能である。オイル孔をポンチ加工したら素材をコイ
ル状に巻いて所定の長さに切断し、合口にビンを挿入し
て合口を衝合すれば環状のコイルエキスパンダが得られ
る。

尚、従来の鋳鉄製オイルリングの場合はポンチ加工がで
きないのでオイル孔はフライス加工によらざるを得なか
った。しかしながら周知の如くフライス加工で孔を穿け
ると孔の縁にばりが生じ易く、しかも孔近傍の肉厚が他
の部分に比し盛り上り、従って均一なオイルリングの幅
寸法（第５図の８寸法に相当）及び平坦度が得られなか
った。

ぼりはエンジンの稼動中にはがれてピストンリングとシ
リンダ壁との間に入り込みエンジントラブルの原因を惹
き起こす。オイル孔をポンチ加工すればこの種の問題は
すべて解消される。

本発明に係るオイルリングの他の主たる利点を要約すれ
ば以下の通りである。

１、薄肉ウェブとすることによりオイルリング全体とし
ての軽量化がはかれる。

２、　　Ｔｒｉ肉ウェブとすることによりシリンダ壁に
対するオイルリングの追従性が良くなる。

３、　オイルリングとコイルエキスパンダとの２点接触
により、また薄肉ウェブとすることによりコイルエキス
パンダの径を大きくすることができる。コイルエキスパ
ンダの径が大きくなるとそのばね定数が小さくなり、従
って使用中におけるコイルエキスパンダの張力の減少度
合が小さくなる。

４、　オイルリングをピストンに組み込む際及び使用中
におけるオイルリングの変形あるいはひずみに対する抵
抗が強（なる、これはオイル孔をフライス加工に代えて
ポンチ加工により形成することにより、内部応力が減少
されることによる。

５、　オイル孔をポンチ加工することにより、また薄肉
ウェブとしたことにより、鋳鉄製オイルリングにおける
フライス加工では困難であったオイルリングの真円度及
び上下サイドレールの上下面の平坦度が容易に得られる
。またそれにより全体的な摩耗量が減り更に上下面のシ
ール性が向上するためオイル消費量の低減に通じる。

６、鋼製オイルリングを引抜きあるいは圧延加工２（に
より製造することにより精確な輪郭形状のオイルリング
が容易に得られる。

７．　シリンダ壁に対する所定の面圧を小さな面積のサ
イドレール摺動面により得ることができる。

８、　全体的にオイルリングを小さくできるので適用範
囲が広がり、従来の鋳鉄製オイルリングでは無理であっ
たオートバイの如き二輪車用の小さなピストンに対して
さえ用いることができる。

９、オイルリングの剛性が高いのでより薄幅のリングが
制作できる結果、シリンダボアに対するオイルリングの
摩耗抵抗（フリクションロス）を小さくできる。

１０、全体的にオイルリングを小さくできるのでそれを
嵌め込むピストングループが小さくでき延いてはピスト
ンの小型、軽量化に通じる。

尚、本発明においてはコイルエキスパンダの代りに例え
ば波形スプリング等の所謂“均等圧スプリングを用いる
こともできる。その場合にはオイルリングの傾斜平坦面
１１Ａ　、　ＩＩＢと接触する部分を平坦表面とすれば
よい。

下表は本発明に係る、ガソリン、ディーゼルあるいはそ
の他の多目的エーンジン用として作られたピストンリン
グの各部の３種の寸法例を示すものである。

〔単位：ｍｍ 尚、表中の文字記号の意味するところは以下の通りであ
る。

φ ＤＩ・・・オイルリングの外径 Ｂ・・・オイルリングの幅 Ｔ・・・断面におけるオイルリングの半径方向厚さｂ・
・・サイドレールの最外支承表面の幅ｔ・・・ウェブの
厚さ φ Ｄ、・・・コイルエキスパンダの外径 Ｘ・・・サイドレールの梯形の成長 ｙ・・・傾斜平坦面の成長 一般に鋳鉄製オイルリングのウェブの厚さは０、８　ｍ
ｍより小さくすることができなかった０本発明によれば
ウェブの厚さｔはすべて０．８ｓ＋＋ｗ以下であり、従
ってシリンダ壁に対する追従性が良くなることは前述の
通りである。しかしながら強度の関係でウェブ厚さｔの
下限値は０．３＋−以上であることが望ましい、即ち０
．３＋ｍ−≦ｔ≦０．８　ｎｕｎが望ましいということ
は実験的に確認されている。更にまた、Ｘとｂ、及びｙ
とｔとの関係が夫々２．５≦ｘ　／　ｂ≦８．０．２．
０　≦ｙ　／　ｔ　≦５．５　（７）範囲ニアルときが
サイドレールの支承面の摩耗量を小さくし従ってオイル
消費量を低減する上で最も好ましいということも実験的
に確認されている。

第６．７図はオイルリングの外周摩耗量とオイル消費量
とに関する実験結果を示すものである；第６図において
従来技術としてはコイルエキスパンダが密着する弧状の
円周溝を有する鋳鉄製のオイルリングが用いられた。ま
た本発明のものとしては上記表の第２番目の例が用いら
れた。第６図から明らかな如く本発明においては摩耗量
が従来技術に比し低減される。

第７図に示す実験においてはピストンリング全体として
のオイル消費量を見るために、第１．第２コンブレツジ
フンリングと１個のオイルリングとから成るピストンリ
ングの組合せが用いられた。

第１．第２コンブレソシツンリングについては当然のこ
とながら本発明、従来技術ともに同じものが用いられた
。オイルリングについては第６図の実験と同じものが用
いられた。尚、第７図中における測定値は平均値である
。使用したエンジンの仕様は以下の通りである。

排気量２１８８ｃｃの４サイクルデイーゼルエンジンφ シリンダボア・”　（９０（ｍｓ））　ｘストローク（
８６ｍｍ）馬力　・−７２ＰＳ 第７図から明らかな如く本発明におけるオイル消費量は
従来技術に比し少くなっている。

第８図（Ａ）　、　（Ｂ）は更に別の条件下での第７図
と同様の実験結果を示すもので、この実験においては従
来品と本発明のリング仕様は第９図（Ａ）　、　（Ｂ）
、第１０図（Ａ）　、　（Ｂ）に示す通りである。尚、
第８図、第９図、第１０図において夫々（Ａ）は従来技
術、（Ｂ）は本発明を夫々示す、実験は２時間のならし
運転の後に５００時間の耐久試験を行ったもので、口径
９５φ龍×ストローク１１０Ｂ・６シリンダ排気１ｉ４
７００ｃｃ、のディーゼルエンジンを使用して同一の運
転条件のもとで行われた。テスト条件は第８図に示され
る通りである。

この実験結果からも明らかな如く本発明に係る鋼製のオ
イルリングは従来の鋳鉄製オイルリングに比しオイル消
費量が約４分の１と格段に少い。

更にまた、リング外周面の摩耗量も従来の鋳鉄製オイル
リングの２４．９μに対し、本発明では１７．７μとは
るかに少いことが確認された。

第１１図は面圧とオイル消費量（Ｌ、０．Ｃ）との関係
についての実験結果を示すもので、この実験における使
用ディーゼルエンジンの仕様は以下の通りである。

以下余白 使用ディーゼルエンジン 口径１１９φ鶴×ストローク１３５鰭×ｖ型８気筒エン
ジン・排気量：１２０１０ｃｃ ２８０ｐｓ　／　２４００ｒｐ＋＊ ターボチヤージヤ搭載 また実験は（２４００ｒｐｍ　Ｘスロットル全開Ｘ　１
２ｈｒ）並びに（１８００ｒｐｍ　Ｘスロットル全開Ｘ
　１２ｈｒ）の条件で夫々２度繰り返した。

第１１図から明らかな如く、オイル消費量は夫々のオイ
ルリングにおける面圧の変化によって僅かに変動するが
、いずれにしても本発明においてはオイル消費量は従来
のものに比し少くなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はピストンとシリンダ壁との間に置かれた、本発
明に係るコイルエキスパンダ付オイルリングの要部断面
図、第２図は第１図に示されるコイルエキスパンダ付オ
イルリングの要部斜視図、第３Ａ図は第１図に示される
オイルリングのみを示す斜視図、第３Ｂ図は第３Ａ図の
Ａ部拡大図、第４図はオイルリングの別の実施例を示す
断面図、第５図は本発明に係るコイルエキスパンダ及び
オイルリングの各部の寸法関係を示す図、第６図は本発
明に係るコイルエキスパンダ付オイルリングの摩耗量を
従来技術との比較において示す線図、第７図は本発明に
係るコイルエキスパンダ付オイルリングのオイル消費量
を従来技術との比較において示す線図、第８図（Ａ）　
、　（Ｂ）は従来技術と本発明とのオイル消費量の差を
示す実験結果の線図で（Ａ）が従来技術、（Ｂ）が本発
明を示し、第９図（Ａ）　、　（Ｂ）及び第１０図（Ａ
）　、　（Ｂ）は夫々第８図（Ａ）　、　（Ｂ）に示す
実験に使用したオイル掻きリングのリング仕様並びに断
面形状を示すもので（Ａ）が従来技術、（Ｂ）が本発明
を示し、第１１図は面圧とオイル消費量との関係につい
ての実験結果を示す線図。 １・・・オイルリング、 ３Ａ、３Ｂ・・・サイドレール、 ５・・・ウヱブ、 １９・・・ギャップ、 ２１・・・オイル孔、 ４０・・・コイルエキスパンダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、剛性の塊である上下のサイドレールとこれら両サイ
   ドレールを連結する多数のオイル孔を備えた薄肉ウェブ
   とから構成される断面略Ｉ形の鋼製オイル掻きリングを
   有し、該オイル掻きリングの外周には掻き取ったオイル
   を受容するための周溝が形成され、他方、内周には環状
   のコイルエキスパンダを収容するための周溝が形成され
   、該コイルエキスパンダは横断面で見て上下のサイドレ
   ールと実質上二点のみで接触し、これら接触点以外の部
   分においてコイルエキスパンダは上記ウェブから隔てら
   れ該ウェブとの間に所定の微小間隙が形成されているこ
   とを特徴とするコイルエキスパンダ付オイルリング。