JPS6411866B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関あるいは圧縮機におけるピストンは、
一般にピストンとシリンダとの間においてクラン
ク室へのガス漏れとピストンヘツドへの油の漏れ
とを防止することを目的とした１組（セツト）の
ピストンリングを備えている。

現在既知であるピストンリングは作動時に相互
に干渉しあうものであるから、そのアセンブリは
上記した目的の達成を完全に保証するものでな
く、各ピストンリングはその完全な役割を果たす
ことが不可能となつている。

圧縮リングは、燃焼室あるいは圧縮室からクラ
ンク室へのガスの通過（ガス漏れ）を許容し、ま
たオイルリングは両方向において油かきを行ない
かくしてピストンの上向き行程においてはそれら
自体の目的に逆らつて動作するのである。

かくしてそれらの役割は完全には遂行されず、
それにより同調が困難になり、作動が不安定で、
不充分で、かつ不確実になるという結果を生ずる
のである。

最後に、上記したピストンリングは全てシリン
ダに対してかなりな力で当接せしめられるととも
に重いものであるから、その結果、摩擦と慣性と
によつてかなりのエネルギーが消費されることに
なるのである。

本発明に最も密接に関連した公知文献には下記
のものが含まれる。

合衆国特許第3759148号1973年９月18日発行 合衆国特許第3831952号1974年８月27日発行 合衆国特許第3656766号1972年４月18日発行 合衆国特許第3840182号1974年８月８日発行 合衆国特許第3893675号1975年７月８日発行 合衆国特許第3917290号1975年11月４日発行 合衆国特許第4103594号1978年８月１日発行 本発明は、シリンダ内に、既知のピストンリン
グセツト（組）よりも軽量でシリンダに対して非
常に低い張力と摩擦しか生じない効率の高い新規
でより簡単なピストンリングセツトを備えた軽量
化したピストンを備え、圧縮リング要素がガス漏
れを実質的に排除し、かつオイルリングが下向き
行程中のみ油かきを行なつて上向き行程中に潤滑
油を有効に再循環させる様にしたアセンブリに係
るものである。

エンジンあるいは圧縮機の各ピストンにおける
ピストンリングセツトは、円形のリツプをその弾
性張力によつてシリンダに対して当接せしめられ
るとともに、一方においてはガスが燃焼室とクラ
ンク室との間を通過するのを遮断する程ではない
としてもそれを低減せしめ、また他方においては
シリンダとの間の摩擦を低減せしめるための少な
くとも１個の手段を形成せしめた弾性金属製の少
なくとも１個のリングより成る圧縮リングと、円
形に列設された連続的で弾性的な、非常に薄肉の
横方向の羽根より成るばね鋼製の単一片のオイル
リングとを備え、上記羽根はその羽根別のピスト
ンヘツド側に位置する辺縁によつてシールするよ
うに相互に連結するとともにピストンに連結し、
かつその羽根列のクランク室側に位置する辺縁に
よつて各羽根の弾性力によりシリンダに対して当
接せしめ、また上記羽根の外側面はシリンダの形
状にあわせた輪郭とするとともにシリンダの壁面
に対してピストンヘツドに対して開口する非常に
急な円錐形の鋭角を成すようにし、さらに上記羽
根は共働して、ピストンヘツド側が閉じてシール
され、クランク室側が開口した弾性円形スカート
を形成せしめ、さらに上記圧縮リングと上記オイ
ルリングとに加えて上記ピストンリングおよび改
良物をピストンおよびシリンダ内に収納するため
の適応手段を備えて構成したものである。

上記のようなアセンブリは非常に簡単なピスト
ンリングセツトを作成するものであるが、それは
既知のピストンリングよりも煩わしくなく、重量
も小さいのである。

その圧縮リングは燃焼室あるいは圧縮室とクラ
ンク室との間におけるガスの通過を効率高く制御
するものであり、またオイルリングは非常に効率
の高い新しい２つの作用を生ずるものである。

その作用のうち一方は、ピストンの下向き行程
中における簡単で有効な油かきであり、もう一方
はピストンの上向き行程中における簡単で有効な
再循環である。

実際、下向き行程においては、シリンダにほぼ
平行な薄くて弾性的な外面の下縁部が、そのシリ
ンダ上に加える力が非常に小さかつたとしても油
をかき落とす手段として理想的な手段を構成する
のであり、また上向き行程においては、その外面
がシリンダ壁面と成す小さい角が、シリンダ上に
加わる力をやはり非常に小さくした、シリンダ壁
面に残有している油を動的作用によつてクランク
室に向けて再循せしめるためのもう１つの理想的
な平滑化装置を構成するのである。

更に、これらの各ピストンリングの相互に独立
した高い効率は、既知の相互作用よりも他方のピ
ストンリングの作動にとつてより好ましい状態を
創出するものである。

かくして、ピストンリングに課された目的は、
普通のピストンリングセツトよりも高い効率で達
成されるのであり、しかもそれは摩耗が少なく、
エネルギーの節約が大きいのである。

最後に、各ピストンリングのこのより良好な効
率とそのより小さい摩擦とは、ピストンとピスト
ンリングとシリンダとの間に全く新規な潤滑方法
とを生ずるものであり、またこれはいくつかの新
しい作動状態を生ずるものである。

すなわち、シリンダ壁面に対して通常のレベル
よりもはるかに高い研摩レベルを採用し、それに
よつてエネルギーの節約に補助的な貢献をする、
上記新アセンブリの全ての部材における摩擦と摩
耗との更なる低減を生ずる可能性、およびシリン
ダとピストンとの間の機械的な軸承関係をピスト
ンヘツドまで確立し、それによつてシリンダとピ
ストンとの間の熱交換を改良するとともに、それ
がたつた２個のピストンリングしか備えていない
という事実にもよるが、ピストンの長さを短かく
し、かくしてピストンを著しく軽量化するのを許
容する可能性である。

以下には本発明を、添付図面に図示した好まし
い実施例に関して詳細に説明する。

第１図はピストン１１上の複合圧縮リング１２
とオイルリング１３とを示している。

このアセンブリはシリンダ１４内に配設されて
いる。これらのピストンリングと上記アセンブリ
の作動との説明を行なつた後、上記ピストンリン
グを使用することによつて可能とされるピストン
とシリンダとの特質について更に説明することに
する。

第２図は、シリンダ２４内のピストン２１の部
分横断面図で、圧縮リング１２，２２の第一の実
施態様を示している。

この圧縮リングは、ピストン２１の溝内に遊隙
２７をあけて配設された２枚の薄肉の部材２５お
よび２６より成る。

この遊隙２７は、両薄肉部材の移動を自由に行
なうとともに、ピストンリング２２の上面と円筒
状内面とにおける間隙２７を介して圧力が燃焼室
あるいは圧縮室から到達するのに必要な最小限の
ものに限定されている。

ピストンリング２２の上記両薄肉部材のうちの
一方は、例えば鋳鉄あるいは鋼などの弾性金属製
の薄肉カツトリング２５（肉厚約0.7mm）であり、
その他方のものは、例えば焼なましした銅あるい
はポリテトラフロロエチレン（テフロン）などの
比較的塑性材料製の薄肉カツトリング２６（肉厚
約0.5mm）である。

塑性リング２６は、弾性金属リング２５と、ピ
ストンのクランク室側の溝面との間に配設され
る。リング２５は、自由状態においては、シリン
ダに対する膨張力を有するのを可能とするために
シリンダよりも大きな径を有しており、またガス
がシリンダの壁面に沿つて実質的な端面遊隙を通
過するのを遮断するのは、第３図に図示された装
置によつて確保されている。

第３図の平面図においては、リング２５は、シ
リンダ３４内において締めつけられた状態にある
リング３５として表わされている。

端面遊隙の長さは、そのカツト面３８と３９と
の間に、金属リング３５と同様の横断面を有して
いるが塑性材料、好ましくはポリテトラフロロエ
チレン（テフロン）製のリングセクタ３１０を収
容するように増大せしめられている。

セクタ３１０は、リング３５およびセクタ３１
０の熱膨張の伸長力、およびリングとセクタの内
面上へのガス圧力による効果のため、これら両部
材がシリンダに対して当接され、それによつてそ
れらが共働してガスが金属リング３５のカツトシ
ールとシリンダとの間を通過するのを遮断するよ
うに、常温状態においてカツト面３８と３９との
間に遊隙が無いようにして挿入される。

セクタ３１０の長さは、テフロンについては、
その長さの４％台である弾性を、リング３５とセ
クタ３１０の膨張の合計よりも大とするかあるい
はそれと等しくして、当該セクタがその長さの永
久的な減縮を受けないようにするに充分な長さと
しなければならない。

第４図は、シリンダ４４内のピストン１の部分
横断面図で、圧縮リング１２の改変例４２を示す
ものである。

この圧縮リング４２は、ピストン４１の溝内に
遊隙４７をあけて配設された３枚の薄肉部材４
５，４６，４１１より構成されている。

この遊隙４７は、これら３枚の薄肉部材を自由
に移動せしめるとともに、圧縮リング４２の上面
と円筒状内面上の遊隙４７を介して圧力を燃焼室
あるいは圧縮室から到達せしめるのに必要な最小
限のものに限定される。

第５図ないし第７図は、それぞれ圧縮リング４
２のこれらの３個の各部材の平面図であり、これ
ら３個の部材は、例えば鋳鉄あるいは鋼などの塑
性金属製のカツトされかつ接合された２枚の薄肉
リング４５，５５および４１１，６１１（肉厚約
0.7mm）と、焼なましした銅あるいはポリテトラ
フロロエチレン（テフロン）などの比較的塑性材
料製の１枚の薄肉のカツトリング４６，７６とさ
れている。

塑性リング４６，７６は、常に中央の弾性リン
グ４５，５５とピストンのクランク室側の溝面と
の間に配設される。

リング４５，５５および４１１，６１１はその
自由状態においては、シリンダに対して膨張力を
作用せしめるようにシリンダよりも大きな径を有
しており、またその端面遊隙は、第１図および第
２図の実施例とは異なり、シリンダ内のピストン
上に装着した時に熱膨張に適応せしめるのに要す
るのと丁度同じ遊隙とされている。

塑性リング４６，７６は、その自由状態におい
ては、シリンダとほぼ同じ寸法を有しており、か
つそのカツト部７１５の遊隙は、常温状態におい
て実質的に零とされており、その結果、熱膨張と
圧縮リングの遊隙４７を介してその円筒状内面に
作用する圧力との複合効果により、リング４６，
７６ならびにリング４５，５５および４１１，６
１１がシリンダに対して当接されるものであり、
それは燃焼室あるいは圧縮室内の圧力がより高い
が故に益々そうなのである。

この実施例においては、ガスがカツト部の遊隙
を介してシリンダに沿つて通過するのを遮断する
ことを可能ならしめるためには、リング４５，５
５および４１１，６１１が相対回転しないように
してそれらのカツト部が重複するのを避けなけれ
ばならない。

だがその場合、それらのリングは、各々がその
平面内において自由に移動するとともにそれ自体
を他のリングあるいはピストンから応力を受ける
こと無しにシリンダに対して自由に当接せしめる
ように締付けを伴なわないようにしなければなら
ない。

第８図はリング５５のＡ−Ａ線横断面図であ
り、適当な相対保持手段、すなわち下方リング４
５，５５，８５，９５（第９図）上に設けられ、
上方リング４１１，６１１，１０１１（第１０
図）の肉厚よりも若干高さが低い突部５１２，８
１２，９１２（第９図）を示している。

上記上方リングには、両リング４５と４１１、
５５と６１１、９５と１０１１（第１０図）とを
締付けないようにするに充分な遊隙を持つて突部
５１２，８１２，９１２を受容する受容部が形成
されている。

そのような受容部の適当な例は、２個の切欠６
１３と６１４、１０１３と１０１４（第１０図）
より形成されている。

これらの切欠はこの位置とするのが有利である
が、それは、この位置であれば、まずピストンの
溝内にリング４５，５５，９５を装着することに
よつて、次にリング４１１，６１１，１０１１を
そのカツト部を突部５１２，９１２に対して揃列
することによつて装着することが可能となるから
である。

第９図および第１０図は、リング４５および４
１１の別の実施例の平面図である。

上述の如くリング９５および１０１１上には、
突部９１２および切欠１０１３および１０１４も
形成されているが、更に各リングの内周上には、
追加の切欠９１６および１０１６も配設されてい
る。

これらの付加的な切欠を設けた理由およびその
役割は以下に示す通りである。

すなわち、薄肉カツトリングの実質的な幅員
は、その薄肉リングの外縁とシリンダとの間に軽
くて良く分布された接触を与えるのに充分な半径
方向の弾性を得るのを困難とするような幅員とさ
れている。

切欠９１６および１０１６により、薄肉リング
の幅員をピストンの溝内に適切に保持するに要す
る幅員のままとするとともに幅広の薄肉リングに
欠けている半径方向の弾性を回復するのが可能と
される。

更に、普通の肉厚を有する鋳鉄あるいは鋼製の
ピストンリングを製造するのに、ピストンリング
の円形および幅員の変化を利用して、シリンダに
接触するピストンリングの全周上への伸長力の適
切な分布を得て特に端部に隣接する部分の剛性を
避けるのが必要であることが知られている。

上記切欠の個数と位置とは、例えば第１０図に
示すように端部に対向する扇形部RRには切欠を
一様に分布させるとともに端部近傍においてはそ
れより短かい間隔で分布させることによつて、費
用をほとんど伴なわずに上記のような分布に影響
を与えることを可能としている。

故に、適切に配置され分布された切欠９１６お
よび１０１６を形成された弾性金属製の薄肉リン
グをもつてすれば、以下に記載するような特性を
有する薄肉リングを得ることができるものであ
る。

すなわち、弾性、柔軟性および輪郭が、リング
とシリンダとの間にリングの全周にわたつて軽く
かつ均一な接触状態を生ずるのを可能としてい
る。第１１図および第１２図は、オイルリングの
２つの実施例１１３および１２３の斜視図であ
る。

このオイルリングは、肉厚を例えば0.12ないし
0.20mmとした非常に薄肉の弾性羽根１１１７，１
２１７の円錐台形冠状体より成るばね鋼製の単一
片を備えて成るものである。

これらの羽根は、円錐台形冠状体の大径底面側
を相互に分離せしめられるとともに、上記冠状体
の小径底面側を例えば平ワツシヤ１１１８あるい
はシリンダ１２１８を介して相互に連結せしめら
れている。上記オイルリングの金属は、原料の状
態の時かあるいは加工中かのいずれかにおいて最
適の弾性を与えるように熱処理が施こされる。

弾性羽根１１１７，１２１７端部は、その装着
前に作動状態においてラツプ仕上（あるいはホー
ニング）が行なわれる。

それら端部は、シリンダと例えば0.10ないし
0.20mmの幅員の非常に幅狭な円形接触表面を有す
ることになり、また補足的な局部熱処理によつて
焼入れを行なつてシリンダとの高硬度の接触表面
を形成し、それによつてシリンダの摩擦に対する
保護を増大することができるものである。

そのような保護は、そのような幅狭の接触表面
を形成する羽根が後述するように非常に小さな力
の下でシリンダに対して当接せしめられるという
事実から既に生じているものである。

第１３図および第１４図は、シリンダ１３４あ
るいは１４４内に装着され、かつ１３３部分にお
いて第１１図のオイルリングを、また１４３の部
分において第１４図のオイルリングを担持するピ
ストン１３１あるいは１４１の部分横断面図であ
る。

オイルリング１３３は、その平ワツシヤ１１１
８，１３１８を構成する部分によつて最小限の遊
隙１３２１をあけてピストン１３１の溝１３２０
内に保持されている。

ワツシヤ１１１８，１３１８の肉厚は、例えば
0.12ないし0.20mmとしてよいものであるが、溝１
３２０にこのワツシヤの肉厚よりも大きな容易に
形成し得る幅員を与えるために、必要に応じて環
状スペーサ１３２２が使用される。

この環状スペーサ１３２２は、第１５図に１５
２２で示してある。この環状スペーサは、その装
着を可能とするために、必要ならばカツト部１５
２３が設けられる。

またその外径は、当該ワツシヤの目的がシリン
ダに当接することでは無いから、ピストンの外径
よりも小とされており、その休止状態においては
その両端１５２３が相互に接合している。

またその肉厚は、１５２４によつて示してある
が第２０図に関連して以下において説明すること
にする。

上記ワツシヤはまた、金属製、好ましくは軽金
属製とし、あるいは更に良ければ、例えばポリテ
トラフロロエチレン（テフロン）などのプラスチ
ツク材料製、あるいは例えばフツ化したエラスト
マ（Viton）などのカツトの無い弾性材料製とす
ることができるものである。

後者の場合においては、ワツシヤは、単に環状
スペーサとしてだけでなく、環状シールとしても
作用するものである。

オイルリング１４３は、ピストン１４１に形成
された円筒形の凹部１４２５内に、にかわ付け
（例えば嫌気性樹脂あるいはシアノアクリレート）
することによつてその円筒部１２１８，１４１８
によつてピストン１４１上に保持されている。

羽根１３１７あるいは１４１７とピストン１３
１あるいは１４１との間には、ピストンの下降行
程中に羽根１３１７あるいは１４１７によつてか
き落とされた油を収集するのを目的とする環状室
１３２６あるいは１４２６をピストンに形成する
ことができる。

この油のクランク室への復帰は、必要に応じて
一緒にあるいは別個に使用される以下の手段によ
つて行なうことができる。

ピストンの上昇行程中： ●円錐台形状１３２７が室１３２６とピストンの
スカート部１３２８の上端とを接続している。

そのような形状は、シリンダの壁面と油の動
的駆動に好適なある角度、例えば７度を成し、
ピストンとシリンダとの間の遊隙を介して油を
クランク室に復帰せしめるものである。

●ピストンに下向きに配設され、環状室１４２６
の底部をピストンの中心に連通する１列の半径
方向の穴１４２９が、その配設方向を介してピ
ストンの中心に油を駆動する動的効果を生ず
る。（環状室１３２６に連通する同様の穴を設
けることも随意にできるであろう。） ピストンの下降行程中： ●環状室１３２６あるいは１４２６をピストンの
中心に連通する、ピストンの軸線に対して垂直
の１連の半径方向の穴１３３０、あるいはピス
トンの頭部に向かつて配設された１連の穴１４
３１が、油をピストンの中心に駆動する。

穴１４３１はその配設方向によつてそれに動
的効果を付加するものである。

第１６図および第１７図は、第１１図および第
１３図のオイルリング１１３，１３３の半径方向
平面に垂直としたスリツト１６３２を各羽根１６
１７間に設けたオイルリングの自由状態における
半径方向の図および断面図である。

第１８図および第１９図は、各羽根１８１７の
間にオイルリングの半径方向平面に対して傾斜さ
せたスリツト１８３３を設けた同じオイルリング
の別の実施例を同様にして示す図である。

油かきの下降行程中と再循環の上昇行程中とに
おける羽根とシリンダとの間の接触差のため、上
記の傾斜したスリツトはオイルリングを回転せし
めるが、このことはオイルリングをシリンダ内に
おいて完全に適応させることと、その効率とにと
つて好ましいことである。

ピストンをシリンダ内に装着する場合、弾性羽
根１３１７および１４１７はシリンダによつて収
縮せしめられる。

すなわちそれら弾性羽根はその壁面と角度α
（第１３図および第１４図）を成し、またオイル
リングのカツト部の両面１１１９および１２１９
が相互に当接している。

この状態においては、それらの構造のため、作
動、すなわち主として熱による膨張あるいは変形
と潤滑とのために必要とされるような非常に小さ
な遊隙を除くと、羽根１３１７および１４１７
は、シリンダ内にある時のように接続された状態
で示している第１１図および第１２図に表示され
ているように結合されているのである。

例えば、80mmのシリンダにおいては、各羽根の
間の非常に小さい遊隙を総計すると0.2ないし0.4
mmに成り得るものである。

この径の場合だと羽根の個数は約48であるか
ら、シリンダ内に位置せしめられている羽根の間
の遊隙は、0.004ないし0.008mm、すなわち４ない
し８ミクロンである。

この遊隙が非常に小さい値であるということ
は、上記羽根の構造を実質的に「横接合羽根」と
するものである。

これらの遊隙は、操作上および潤滑上の必要性
に対処するために非常に小さくしたまま変動せし
めることができるものである。

下降行程においては油かき状態にあり、上昇行
程においては再循環状態にある上記羽根のクラン
ク室側の辺縁は、シリンダと連結的に接触してい
る円形で幅狭の表面を有している。

シリンダ外部の自由状態においては、両端１１
１９および１２１９は、それをシリンダ内に装着
する前にピストン上に位置決めするのを容易とす
るために構造から閉鎖せしめるのが好ましいが、
弾性羽根１１１７および１２１７は開いている、
すなわちそれら弾性羽根の外径をより大とし、最
早接触していないようにしている。

すなわちそれらは、それらの間に間隔１６３２
および１８３３を形成するとともに、ピストンが
装着されている時にシリンダの壁面に平行なオイ
ルリングの軸線に対して角度αより大きな角度β
を成している。

角度βとαとの間の差は、各オイルリングがシ
リンダ内に装着されている時に各羽根をシリンダ
に対して当接させる弾性力を生ずるものである。

これら２個の角度の間の差を変化させるととも
に弾性羽根の肉厚を変化させると、製造中に、各
羽根をシリンダに当接させることによつて供給さ
れる弾性圧力に所望の調整を行なうことが可能で
ある。

シリンダ壁面に対する羽根１３１７と１４１７
の角度αは、ピストンの上昇行程中の油の再循環
ならびに下降行程中の油かきにとつて好ましいの
と同じくらいに作動している壁面相互間の油の駆
動に関するキングスベリー効果にとつて好ましい
ものとして知られているように非常に小さく、例
えば７度の角度とされている。

第２０図は、オイルリングの平ワツシヤ２０１
８の各端部に配設した小さな直角の突起２０３４
および２０３５をカツト部の各面上に付加した第
１１図に示す種類のオイルリングにおけるカツト
部の斜視図である。

上記突起の高さは、最高でも環状スペーサある
いはシール１３２２，１５２２の肉厚に等しくさ
れる。

その長所は、作動時に両端部が相互に当接され
るオイルリングのカツト部に対する確実なストツ
パを形成することである。

この確実なストツパは、上記両端部を、それら
の肉厚が小なるが故に生じ得るであろう重複する
という危険から保護するものである。

第２１図は、平坦な環状リング２１１８が撓曲
可能な羽根２１１７を相互に接続しているがカツ
ト部は有せず、よつて開くことができないように
した、第１１図のピストンリング１１３に類似し
たピストンリング２１１３を示している。

このピストンリング２１１３は、故に各々の接
続平面にオイルリングの溝の横面を形成させた少
なくとも２個の部材より成るピストン上にしか装
着し得ないのである。

これは、1981年７月８日出願のフランス特許第
8113437号の第５図および第６図に図示されたピ
ストンについても該当することである。

オイルリングを無端構造とすれば、製造工程を
省くことができるであろうし、このリングをカツ
トリングよりも取扱かい良くし、また位置決めを
非常に容易とするとともに作動時における両端部
が重複するという危険を排除するものである。

その構造は２個の部材より成るピストンを必要
とするが、このように装置することは、ある場合
においては最良の構造になるかも知れないのであ
る。

第２２図は、第１１図のピストンリング１１３
に類似しているが、環状リング２２１８にその幅
員の全部あるいは一部にわたつて延在する内方に
開口した半径方向のカツト部２２３６を形成した
ピストンリング２２１３を示している。

これらの半径方向カツト部は、平リング２２１
８のまわりに多くとも羽根２２１７の個数と同じ
個数だけ分布せしめられており、かつそれら各カ
ツト部は、各半径方向カツト部の底部と羽根の分
離用カツト部の底部との間のカツトされていない
材料の間隔を可能な最大なものとするように上記
羽根を画成する両カツト部から等しい間隔をおい
て羽根２２１７に対向して配設されている。

半径方向カツト部２２３６は、羽根の個数より
も少ない個数とすることができる。

だがその場合においては、それらカツト部はピ
ストンリングの周囲にできるだけ規則正しく配設
されるものである。

上記半径方向カツト部は、非常に幅狭の溝内に
おいても変形を避けながらピストンリングを拡開
し、かつそれを容易に位置決めするのを可能とす
るものである。

上記した基本フランス特許に対する追加特許願
によると、上記した第２図および第４図の圧縮ピ
ストンリングとは別の実施態様は、圧縮ピストン
リングについて既知の任意の断面と薄肉断面とを
有する弾性金属製、例えば鋳鉄製あるいは鋼製の
平リングであつて、周囲を構造によつてシリンダ
の形状および寸法とするとともに、当該リングの
肉厚を越えない肉厚のマイクロばねの作用を受け
てシリンダに接触する少なくとも１個のカツト部
を有せしめた少なくとも１個の部材を備え、上記
リングの溝内に収容した上記マイクロばねは、上
記リングが自由状態にある時にはその径を少し増
大し、その結果上記リングがシリンダ内にある時
には、一方においてはシリンダに接触するカツト
部が上記リングの熱膨張に対して必要とされる遊
隙を形成し、また他方においては上記マイクロば
ねが圧縮されて上記リング上に該リングの円周に
平行な拡開力を作用させるようにし、かつ該拡開
力は、上記リングをシリンダに対して当接させる
円周上のいかなる点においても同一の力を生ずる
ことによつて上記リング全体に対して伝達せしめ
るようにしたことを特徴とする平リングより成る
ものである。

そのようなピストンリングをシリンダに対して
当接させる場合における接触の分布が良くかつ該
リングが非常に精密であること、ならびにシリン
ダに加えられる弾性力が規則的であることによ
り、気（液）密性が非常に有効なものとなるとと
もに、シリンダに加わるリングの圧力が非常に低
レジルのものに低減され、しかもその圧力は、リ
ングの肉厚が小さくなればなる程低くなるもので
ある。

第２３図は、弾性金属製のリング２３３７より
成る本発明による圧縮リングを示している。

この圧縮リングは、ばね鋼製とし、かつその肉
厚を小さく、80mm径の圧縮リングに対して例えば
0.60mmとするのが好ましい。

上記リングは、上述した1981年７月８日付フラ
ンス特許第8113437号の第７図の場合における様
に、数個の部材より成るピストンに装着する場合
には、カツト部の無い単一の部品から形成しても
よい。

あるいは上記リングは、１個あるいはそれ以上
の個数のカツト部を設けてもよい。

第２３図はそのようなカツト部の無いリングを
図示しているが、同図には３個の可能なカツト部
を示す３本の点線２３３８があり、この場合にお
いては、このリングは３個のセクタより構成され
るであろう。

各カツト部の面は、カツト部とセクタとの個
数、すなわち最低限１個のカツト部と２個のセク
タとが少くとも理論上はリングの行動に何の影響
も与えないように、リングが装着されている時に
は相互に接合せしめられる。

上記リングは、少なくとも１群の部分的な交互
の半径方向カツト部を有している。

第２３図は、そのようなカツト部２３３９を３
個示している。

第２４図は１群の部分的な交互の半径方向カツ
ト部２４３９を備えたセクタ２４４０を示してお
り、また第２５図は、各々部分的な外向きに開口
する少なくとも１個のカツト部２５４１と部分的
な内向きに開口するカツト部２５４２とを備えた
上記部分的な交互の半径方向カツト部の群のうち
の１つを詳細に示している。

上記部分的な交互の半径方向カツト部２４３９
の各群においては、内方に開口するカツト部２５
４２の幅員は、少なくとも外方に開口するカツト
部２５４１の幅員と等しくしなければならない。

各群は、外方および内方に開口するもつと多数
の部分的な交互カツト部を設けることもできるで
あろう。

リングがシリンダ内に装着されている場合に
は、上記した部分的なカツト部、特に外側カツト
部２５４１は、それら全体がリングの熱膨張に要
する遊隙に等しくなければならないから、非常に
幅狭となつている。

例えば80mmのリングにおいては、そのような遊
隙は0.40mm台である。

もしこのリングが各々１群の部分的な交互の半
径方向カツト部２４３９を有する３個のセクタ２
４４０より成るならば、シリンダ内に位置してい
る時の各カツト部２５４１の幅員は約0.13mmとな
るであろう。各交互カツト部が例えば0.50mmの幅
員でもつて形成せしめられていると仮定すれば、
シリンダの円周を超過している自由状態のリング
の円周の長さは、３×0.50−３×0.13＝1.11mmと
なるであろう。

そしてこの長さは、シリンダの径を1.111π＝
0.353mmだけ超過する径に相当するであろう。

リングをシリンダ内に装着するには、各セクタ
のカツト部を相互に当接させて結合するが、そう
すれば各群の部分的な交互の半径方向カツト部は
圧縮を受けてリング径を増大するように付勢する
マイクロばねとして作用し、それによつてリング
をシリンダに対して当接させることになる。

このような強制力はリングの輪郭上に規則正し
く分布せしめられることになるが、それは、一方
においてはリングの輪郭がその形状と寸法になる
ように形成されているためにシリンダの内壁面に
正確に従がうからであり、また他方においてはマ
イクロばね、特に規則的に配設された少なくとも
３個のマイクロばねがその付勢を円周方向に及ぼ
し、それによつてリングの円周の全ての点に正確
に同一の力を伝達するからである。

リングの所与の厚さに対して、リングのカツト
部の底面と外縁および内縁との間に形成されてい
る第２５図における幅員ＢおよびＤと、一方にお
いては各部分的カツト部の幅員Ｃ、また他方にお
いては自由なピストンリングの径を増大させるで
あろうカツト部２５４１および２５４２の幅員と
は、リングとシリンダとの間に最も正確な所要の
接触圧を得るとともに摩耗効果に対処するために
各マイクロばね２３３９，２４３９の特性を調整
するための手段を構成する。

部分的カツト部２５４１，２５４２の底部は、
そのまわりにおいて金属疲労による破損が始まる
のを防止するために丸くするのが好ましい。

上記ピストンリングの周囲は、シリンダの径に
非常に近い径、あるいはそれと正確に等しい径に
圧延、機械削り、研削することによる等の既知の
どのような形成手段によつても得られる。

もしリングが単一片でカツト部を有していない
ならば、シリンダ内にマイクロばねの圧縮後の熱
膨張に対応する遊隙を得るためにそのリングをシ
リンダの径よりも若干大きな径にすることが必要
であろう。

もしリングが数個のセクタより成るものである
ならば、各セクタは、その自由状態においては、
そのマイクロばね２４３９の圧縮を確保するとと
もにその部分的カツト部２５４１の幅員をリング
の熱膨張に要する遊隙にまで低減するために、シ
リンダの円周のうちのその各セクタが占めなけれ
ばならない部分よりも若干長く２４４３なつてい
る。

そのようにセクタを延長することは、スチール
ベルトを連続的に圧延することによつて作られた
リングについて特に容易である。

実際、そのような工程によつて、外側をシリン
ダとちようど同じ寸法に研削することができる接
合して巻かれたロールを得ることができ、このロ
ールをカツトすればいかなる長さのセクターも得
ることができる。

最後に、例えば巨大なモータにおいてリングに
充分な肉厚があり、かつリング自体が少なくとも
１個のカツト部を備えている場合には、第２５図
に図示されている種類のマイクロばねは、第２６
図に図示されているように、カツト部の面に形成
された穴２６４７内に収納された１個（あるいは
それ以上）のコイルばねによつて置換えることが
できる。

材料の肉厚、羽根とシリンダとの間の接触幅、
様々な遊隙などに対する上に例示した全ての寸法
は、80mm台のシリンダ径のための部品に対応する
ものである。

これら種々の寸法は、シリンダの径に基いて変
り得るものであるが、上記した数値の例によつて
決定される比率は変らないのである。

シリンダと軽量ピストンとピストンリングとの
この新しいアセンブリの作動と特長とは下記の通
りである。

第２図および第４図の圧縮リングは、両端にガ
スがシリンダに沿つて通過するのをシールするた
めの閉鎖手段を備えるとともにその両端をもう１
つの例えばテフロン製のシールに関連せしめられ
た少なくとも１個の薄肉の弾性金属製リングを備
えている。

リング端部の通過を閉鎖したこと、およびシー
ルが助力していることとにより、この圧縮リング
は、薄肉リングの圧縮力が普通のもつと厚肉の圧
縮リングの圧縮力よりもはるかに小さいためにシ
リンダ上への摩擦力が小さくなるにもかかわら
ず、ガスの通過に対しては非常に高い気密性を生
ずるものである。

第２３，２４および２５図の圧縮リングについ
ては、それは既知のリングに比して新規な結果を
生ずるのを可能とするものである。

すなわち、この圧縮リングのシリンダとの接触
は、このリングがシリンダの形状およびサイズと
正確に同じではないとしてもそれと非常に近い形
状およびサイズに形成、機械削り、あるいは研削
されているために、可能な限り最良のものであ
る。

●リングの円周がシリンダ上に加える力が全ての
点について同一である。

この２つの理由により、この力は、他のいかな
るリングの力よりもはるかに小さくなつている。

更に、その力は、非常に小さな力しか生じ得な
いマイクロばね２３３９，２４３９，２６３９の
反応から生ずるだけなのである。

●最後に、マイクロばね２３３９，２４３９の場
合においては、このリングは、もしあるとすれ
ばその合計のカツト部２３３８が接合的である
ためにその合計カツト部からの遊隙を有せず、
また熱膨張のために必要とされるリングの周囲
上のカツト部遊隙はマイクロばね２４３９の個
数によつて分割せしめられている。

これらのマイクロばねは、多数の通路に分解す
ることによりガス漏れを薄切りにするものであ
る。かくしてこのリングは、摩擦および摩耗がは
るかに小さいのに既知のどのリングよりもはるか
に気密なのである。

更に、このリングは、他のリングに関連して記
載したように取外しできないピストンに装着する
場合のようにカツト部無しとしてもあるいはカツ
ト部を設けたとしてもテフロン製の溝シールの使
用に非常に良く適用され、それによつてガスの通
過に抗する効率を更に増大しているのである。

更に、上記リングは、部分的な交互の半径方向
カツト部の群の個数を増大することによつて大き
な円周方向の可撓性を有しているのであり、かつ
そのことは、作動時に大きな変形を受けるシリン
ダを有するエンジンについて顕著な利点をもたら
すものである。

最後に、上に説明した様に圧延によつて実現さ
れる、薄いスチールから上記リングを製造すると
いうことは、現在使用されている普通のリングの
製造よりもはるかに経済的なものである。

他方、ガスの通過に対して密な圧縮リングは、
シリンダの上端部に油を押上げる効果を生ずると
いう欠点を有することが知られている。

以下で見る様に非常に効率の高いオイルリング
と共働させれば、この欠点は矯正されるのであ
る。また、プラスチツク材料（特にテフロン）製
のシールの保守における安定性が優れていること
も知られている。

すなわちそれは、シリンダの壁面に油の貯溜部
を設けて、損傷を避けるために現在の技術レベル
においては必要とされるシリンダの凹凸によるリ
ングの外縁部の攻撃を除くと、エンジンと同じく
らい長くもつかも知れないのである。

しかしながら、シリンダ上および圧縮リングの
まわりにおいて、摩耗性燃焼残留物を引きずつて
いくこと、圧縮リングの熱点、および油の燃焼を
排除することによつてガスの通過および圧縮リン
グの摩擦を非常に大きく減少させると、次の新し
い２つの利点に導く新しい潤滑条件が創出される
ものである。

その利点とは、 ●一方においては、通常はオイルリングより下の
ピストンジヤケツトに限定されていたピストン
とシリンダとの間の接触がピストン上端部にま
で延長されること、 ●他方においては、シリンダの内表面の対して非
常に高い研摩レベルが利用されることである。

これらの２つの手段は、摩擦を減少させ、シリ
ンダとピストンとの間の熱交換を改良するととも
に、たつた２個のリングセグメントを有せしめる
ことによつてピストンをより下のレベルに位置せ
しめ得るという事実に加えてその高さの低減、よ
つてその重量のかなりな低減を可能とするのであ
る。更に、これらの手段は、プラスチツク材料
（特にテフロン）製のシールの横方向の摩耗を緩
和するものである。

オイルリングの作動によいては、その弾性羽根
は、非常に軽い圧力でシリンダに接触する円形の
幅狭の表面のみを有するとともに、下降行程にお
いては油をかき落とし、上昇行程においてはそれ
を再循環させるのに理想的な位置に配置される。

故に、それらの弾性羽根は、その最高のレベル
において、燃焼室に向かつて上昇して行く油の制
御と、シリンダとの狭い接触表面ではなく、もつ
と広い接触面積を有し、かつシリンダに対して直
交する位置で動作するリツプから高圧を介して油
かきを行なう普通のオイルリングの非常に高い摩
擦の低減とを可能とするものである。

上記したシリンダに対して直交する位置で動作
することは、２つの行程のうちの一方、すなわち
上昇行程においては、シリンダに対して直交位置
するオイルリングがクランク室とは逆の側におい
て油をかき落とし、かつそれを誤まつた方向に復
帰させるため、油かきおよび再循環にとつて望ま
しくないのである。

かくしてこの新しいアセンブリは、その様々な
要素の新しい共働によつて ●ピストンとシリンダとの間におけるガスの通過
を無視し得るレベルにまで低減するかあるいは
抑制すること、 ●油の上昇を更に有効に制御すること、 ●ピストンとシリンダとの摩擦と摩耗とを大部分
低減すること ●ピストンとそのピストンリングとを軽量化する
こと、 を確実に組合わせるものである。

この組合せは、エネルギー、油、機械的な摩耗
および保守の費用を低減させるものである。

上記から更に別の利点が生ずるが、その中でも
特に、圧縮を改良することによつて殊にデイーゼ
ルエンジンについて常温による起動が良くなり、
またピストンとピストンリングとシリンダとの間
における空気と燃料の遊隙容積を減少せしめるこ
とによつて汚染が減少するのである。

最後に、本願において説明した様な圧縮リング
とオイルリングとを別個に使用することは本発明
の要旨内にあることに注意しなければならない。
というのは、そのような使用法は上述した組合せ
からの全ての効果を生ずるものではないが、別個
に使用される各要素はそれ自体の利点を生ずるか
らである。

特に、 ●圧縮リングについては、ガス漏れに対する高い
気密性、摩擦の低減、摩耗の減少、圧縮リング
の軽量化、より良い性能、構成要素の改良され
た耐久性、およびエネルギーの節約である。

●オイルリングについては、油をクランク室に復
帰させることにより下向きの行程において非常
に効率的な簡単で有効な油かきと油をクランク
室回路に通過させることにより上向きの工程に
おいて非常に効率的な、シリンダ上に残つてい
る油膜の簡単で有効な再循環、シリンダ上の摩
擦の、他の全てのオイルリングによつて生ぜし
められる摩擦のほんの何分の１かへの低減、摩
耗の低減、オイルリングの軽量化、より良い性
能、構成要素の改良された耐久性、およびエネ
ルギーの節約である。

故に、本発明の２つの主な構成要素は、単独で
も有益なままに留まる特性を有しているが、それ
らの組合わされた共働のみが本発明の全ての利点
を生ずるのである。

特に ●圧縮リングは、もし非常に有効な油制御装置を
有するオイルリングとは別々に使用したなら
ば、不可能ではないとしても大量生産において
充分にかつ安全に低減せしめることが非常に困
難な、余分な油の消費を引起こす既に上に述べ
た油押上げ効果を排除することはできない。

●もしオイルリングを圧縮リングとは別個に使用
したならば、 ●オイルリングは、一方においては、通常の圧縮
リングからのガスの通路に露出され、かくして
そのようなガスと一緒に、それによつて生成さ
れかつ駆動され摩耗性燃焼残留物を受取るが、
これはそのオイルリングのシリンダとの幅狭の
接触表面の摩耗の原因なのであり、また ●他方においては、オイルリングは、非常に高レ
ベルの研摩を有するシリンダを使用するかわり
に、普通の凹凸レベルを有するそのようなシリ
ンダ内において作動せざるを得ないのである。

これら２つの条件は、シリンダに対するオイル
リングの弾性羽根の幅狭の円周方向当接面を摩耗
させること無しに適切に保護することに対しては
不利益となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、圧縮リングとオイルリングとより成
るピストンリングセツトを備えた、シリンダ内に
配設されたピストンを示す図、第２図および第４
図は、圧縮リングの異なつた実施例を示すシリン
ダ内のピストンの一部の拡大横断面図、第３図
は、圧縮リングの分離せしめられた端部を介して
ガスが通過するのを遮断する手段を示す図、第
５，６および７図は、第４図の複合圧縮リングを
構成する３個のリングの平面図、第８図は、第５
図および第９図のＡ−Ａ線における拡大横断面
図、第９図および第１０図は、第５図および第６
図のリングの変形例の平面図、第１１図および第
１２図は、オイルリングとその変形例の斜視図、
第１３図および第１４図は、各々作用位置にある
第１１図および第１２図のオイルリングの断面を
示すピストンの一部の横断面図、第１５図は、オ
イルリングのための環状スペーサの斜視図、第１
６図および第１８図は、自由状態にある第１１図
のオイルリングおよびその改変例の側面図、第１
７図および第１９図は、第１６図および第１８図
の横断面図、第２０図は、第１１，１３および１
６図のオイルリングに付設された間隙突起の斜視
図、第２１図および第２２図は、第１１図のリン
グの変形例の斜視図、第２３図および第２４図
は、圧縮リングの変形例を示す図、第２５図およ
び第２６図は、第２３図および第２４図の圧縮リ
ングの変形例の詳細を示す図である。 １２：圧縮リング、１４：シリンダ、２１：ピ
ストン、２５：金属製薄肉カツトリング、２６：
塑性材料製薄肉カツトリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関用あるいは圧縮機用のシリンダと、
   ピストンと、ピストンリングセツトとを備えたア
   センブリにおいて、摩擦と、ガス漏れと、油の上
   昇（クライミング）とを低減せしめるための改良
   された低減手段を備えて成り、該低減手段には、
   円形のリツプをその弾性張力によつて上記シリン
   ダに対して当接せしめられる弾性金属製の少なく
   とも１個の薄肉カツトリングと、そのカツト部の
   遊隙を介してガスが通過するのをシールするため
   の閉鎖手段と、円形のリツプをその直径の効果を
   通して上記シリンダに対して当接せしめられると
   ともに端部７１５の両辺縁を相互に接触せしめら
   れた塑性材料製の少なくとも１個の薄肉カツトリ
   ング２６，７６とより成る複合圧縮リング手段を
   備え、上記両リングを上記ピストンの溝内に小さ
   な遊隙２７をあけて配設するとともに上記塑性材
   料製のリング２６，７６を上記ピストン２１のク
   ランク室側の溝面と上記金属製リング２５，３５
   との間に配置し、また上記低減手段には更に、上
   記ピストンの下向き行程中は油をシリンダ壁面か
   らかき落とし、かつ上記ピストンの上向き行程中
   は油を上記クランク室に再循環させるためのオイ
   ルリング手段１３，１１３，１２３，１３３，１
   ４３，２１１３，２２１３を備え、該オイルリン
   グ手段を１個のばね鋼片から形成して該ばね鋼片
   には円形に列設された非常に薄くて弾性のある横
   方向の羽根１１１７，１２１７，１３１７，１４
   １７，２１１７，２２１７を形成し、かつ該横方
   向の羽根はピストンヘツド側に位置する上記列の
   共通のサイド１１１８，１２１８，１３１８，１
   ４１８，２０１８，２１１８，２２１８によつて
   相互に連結するとともに上記ピストンに連結し、
   また上記羽根を各羽根の弾性力を通じて上記クラ
   ンク室側に位置する上記列の辺縁によつて上記シ
   リンダ１３４，１４４に対して当接せしめるとと
   もに該羽根の外側面を上記シリンダの壁面に対し
   て上記ピストンヘツドに向かつて開口する円錐形
   の鋭角αを形成せしめ、また更に上記羽根を共働
   させて上記ピストンヘツド側をシールされるとと
   もに上記クランク室に対して開口した閉じた弾性
   スカート部を形成せしめ、上記ピストンには、そ
   の円周上であつて上記オイルリング１３１７，１
   ４１７の上記羽根の高さ位置に、かき落とされた
   油を回収するための環状空間１３２６，１４２６
   とその油を上記クランク室内に復帰せしめる手段
   １３２７，１４２９，１３３０，１４３１とを備
   えて成ることを特徴とするアセンブリ。 ２ 内燃機関用あるいは圧縮機用のシリンダと、
   ピストンと、ピストンリングセツトとを備えたア
   センブリにおいて、摩擦と油の上昇とを低減せし
   めるための改良された低減手段を備えて成り、該
   低減手段には、上記ピストンの下向き行程中は油
   をシリンダ壁面からかき落とし、かつ上記ピスト
   ンの上向き行程中は油を上記クランク室に再循環
   させるためのオイルリング手段１３，１１３，１
   ２３，１３３，１４３，２１１３，２２１３を備
   え、該オイルリング手段を１個のばね鋼片から形
   成して該ばね鋼片には円形に列設された非常に薄
   くて弾性のある横方向の羽根１１１７，１２１
   ７，１３１７，１４１７，２１１７，２２１７を
   形成し、かつ該横方向の羽根はピストンヘツド側
   に位置する上記列の共通の側１１１８，１２１
   ８，１３１８，１４１８，２０１８，２１１８，
   ２２１８によつて相互に連結するとともに上記ピ
   ストンに連結し、また上記羽根を各羽根の弾性力
   を通じて上記クランク室側に位置する上記列の辺
   縁によつて上記シリンダ１３４，１４４に対して
   当接せしめるとともに該羽根の外側面を上記シリ
   ンダの壁面に対して上記ピストンヘツドに対して
   開口する円錐形の鋭角αを形成せしめ、また更に
   上記羽根を共働させて上記ピストンヘツド側をシ
   ールされるとともに上記クランク室に対して開口
   した閉じた弾性スカート部を形成せしめ、上記ピ
   ストンには、その円周上であつて上記オイルリン
   グ１３１７，１４１７の上記羽根の高さ位置に、
   かき落とされた油を回収するための環状空間１３
   ２６，１４２６とその油を上記クランク室内に復
   帰せしめる手段１３２７，１４２９，１３３０，
   １４３１とを備えて成ることを特徴とするアセン
   ブリ。 ３ 上記圧縮ピストンリングを、その全輪郭上に
   おいて規則的とした、圧縮ピストンリングについ
   て既知の任意断面と薄肉断面とを有する弾性金属
   製、好ましくはばね鋼製とした平リング２３３７
   より構成し、該リングの周囲を構造についてシリ
   ンダの形状および寸法に適合せしめるとともに該
   リングにマイクロばね２３３９，２４３９の作用
   を受けてシリンダに接触する少なくとも１個のカ
   ツト部を有せしめ、上記リングの溝内に収容した
   上記マイクロばねは、上記リングが自由状態にあ
   る時にはその径を少し増大し、その結果上記リン
   グがシリンダ内にある時には、一方においてはシ
   リンダに接触するカツト部２５４１が上記リング
   の熱膨張に対して必要とされる遊隙を形成し、ま
   た他方においては上記マイクロばねが圧縮されて
   上記リング上に、該リングをシリンダに対して当
   接させる力を生ずることによつて上記リングの円
   周に平行な拡開力を作用させるようにし、かつ上
   記力を上記リングの円周の各点において同一とな
   るようにし、さらに、上記シリンダの円周のうち
   の各セクタが占める部分より若干長く２４４３な
   つている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   アセンブリ。 ４ 上記マイクロばね２３３９，２４３９を、突
   部２５４３によつて分離された少なくとも外方お
   よび内方の２個を１群とした半径方向の部分的な
   各交互カツト部２５４１および２５４２より構成
   して成る特許請求の範囲第３項記載のアセンブ
   リ。