特許 6222023 オイルリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6222023

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】オイルリング

(51)【国際特許分類】

   F16J 9/06 20060101AFI20171023BHJP

   F16J 9/20 20060101ALI20171023BHJP

   F02F 5/00 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   F16J9/06 B

   F16J9/20

   F02F5/00 C

   F02F5/00 301D

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-186424(P2014-186424)

(22)【出願日】2014年9月12日

(65)【公開番号】特開2016-56935(P2016-56935A)

(43)【公開日】2016年4月21日

【審査請求日】2016年3月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福馬 真生

(72)【発明者】

【氏名】村中 宏彰

(72)【発明者】

【氏名】青木 秀馬

(72)【発明者】

【氏名】詫間 修治

【審査官】 竹村 秀康

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００４／０４０１７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０４０９１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １／００− １／２４

Ｆ１６Ｊ ７／００−１０／０４

Ｆ０２Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンのピストンのリング溝に装着されるオイルリングであって、
所定の軸回りの円環状に形成され、軸方向に並んだ２つのリング本体と、
前記リング本体を半径方向外側へ付勢するエキスパンダとを備え、
前記リング本体の外周には、半径方向外側へ凸状に湾曲し、シリンダ内周面と摺動する摺動面が設けられ、
前記２つのリング本体のうち少なくとも燃焼室側のリング本体の前記摺動面は、最大径となる頂部よりも燃焼室側の第１湾曲面と該頂部よりもクランク室側の第２湾曲面とを有し、
前記摺動面を周方向に直交する平面で切断したときに、前記第１湾曲面と前記第２湾曲面とは、前記頂部において、それぞれの断面形状の接線が一致する状態でつながっており、
前記第１湾曲面及び前記第２湾曲面の断面形状において、前記頂部から軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率を該頂部から軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、前記第１湾曲面の前記変化率は、前記第２湾曲面の前記変化率よりも小さく、
前記第１湾曲面及び前記第２湾曲面の前記断面形状は、円弧状であって、
前記第１湾曲面の曲率半径は、前記第２湾曲面の曲率半径よりも大きいことを特徴とするオイルリング。

【請求項2】

エンジンのピストンのリング溝に装着されるオイルリングであって、
所定の軸回りの円環状に形成されたリング本体と、
前記リング本体を半径方向外側へ付勢するエキスパンダとを備え、
前記リング本体の外周には、軸方向に並んだ２つの円環状の摺動部を有し、
前記摺動部は、半径方向外側へ凸状に湾曲し、シリンダ内周面と摺動する摺動面が設けられ、
前記２つの摺動部のうち少なくとも燃焼室側の摺動部の前記摺動面は、最大径となる頂部よりも燃焼室側の第１湾曲面と該頂部よりもクランク室側の第２湾曲面とを有し、
前記摺動面を周方向に直交する平面で切断したときに、前記第１湾曲面と前記第２湾曲面とは、前記頂部において、それぞれの断面形状の接線が一致する状態でつながっており、
前記第１湾曲面及び前記第２湾曲面の断面形状において、前記頂部から軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率を該頂部から軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、前記第１湾曲面の前記変化率は、前記第２湾曲面の前記変化率よりも小さく、
前記第１湾曲面及び前記第２湾曲面の前記断面形状は、円弧状であって、
前記第１湾曲面の曲率半径は、前記第２湾曲面の曲率半径よりも大きいことを特徴とするオイルリング。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のオイルリングにおいて、
前記第１湾曲面のうち前記頂部とは反対側の端部は、前記ピストンが前記燃焼室側へ移動する際に前記リング本体が前記リング溝内で最も傾いたときに、前記シリンダ内周面とは接触せず、該シリンダ内周面との間にくさび形状の隙間を形成することを特徴とするオイルリング。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか１つに記載のオイルリングにおいて、
前記第１湾曲面の曲率半径は、０．２１〜０．４５ｍｍであり、前記第２湾曲面の曲率半径は、０．０９〜０．１５ｍｍであることを特徴とするオイルリング。

【請求項5】

請求項４に記載のオイルリングにおいて、
前記頂部は、前記摺動面における軸方向中央部よりもクランク室側にオフセットしていることを特徴とするオイルリング。

【請求項6】

請求項４又は５に記載のオイルリングにおいて、
前記第１湾曲面の曲率半径は、前記リング本体の内周縁から前記頂部までの半径方向寸法以下であることを特徴とするオイルリング。

【請求項7】

請求項１乃至６の何れか１つに記載のオイルリングにおいて、
前記第１湾曲面の曲率の中心及び前記第２湾曲面の曲率の中心は共に、前記頂部を通り半径方向に延びる直線上に位置していることを特徴とするオイルリング。

【請求項8】

請求項１に記載のオイルリングにおいて、
前記２つのリング本体のうちクランク室側のリング本体の前記摺動面は、前記第１湾曲面と前記第２湾曲面とを有していることを特徴とするオイルリング。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された技術は、オイルリングに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、エンジンのピストンに装着されるオイルリングが知られている。例えば、特許文献１に記載されたオイルリングは、拡張バネ（エキスパンダ）と一対の円環状のディスク（サイドレール）とを備えている。ディスクの外周面は、半径方向外側へ凸状に湾曲した形状となっている。この外周面が、シリンダ内周面に対して油膜を介在させた状態で摺動する。そして、外周面の頂部（半径方向外側へ最も突出した部分）は、ディスクの厚み方向（即ち、軸方向）中央に対してオフセットしている。つまり、外周面は、厚み方向中央を通る平面に対して非対称な形状をしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００７−５０４４１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に係るディスクの外周面は、頂部よりも燃焼室側とクランク室側とで異なる湾曲面で形成されている。詳しくは、外周面を周方向に直交する平面で切断したときに、燃焼室側の湾曲面の断面形状とクランク室側の湾曲面の断面形状とは、異なる２次曲線で形成されている。そして、これらの湾曲面は頂部で連結されており、その連結部、即ち、頂部は、エッジ形状となっている。

【0005】

頂部がエッジ形状となると、頂部の面圧が高くなりすぎて、頂部が摩耗してしまう虞がある。特にピストンが上死点又は下死点のように摺動速度が０となるときには、頂部とシリンダ内周面とが接触してしまう虞があり、そうすると、シリンダ内周面にも摩耗が生じてしまう。頂部やシリンダ内周面に摩耗が生じると、オイル消費が増大してしまう。また、油膜が薄すぎたり、ディスクとシリンダ内周面とが接触してしまうと、摺動抵抗が増大してしまう。

【0006】

さらに、特許文献１に係るディスクの外周面の頂部近傍では、燃焼室側の湾曲面の方がクランク室側の湾曲面よりもシリンダ内周壁に対する傾斜が大きくなっている。一般的にオイルリングには、ピストンが燃焼室側へ移動する際には適切な厚みの油膜を形成する一方、ピストンがクランク室側のへ移動する際には不要な油を掻き落とす機能が求められる。しかしながら、特許文献１のディスクにおける頂部付近の燃焼室側の湾曲面は、シリンダ内周面に対する傾斜が大きいので、適切な厚みの油膜が形成されず、摺動抵抗が増大してしまう虞がある。

【0007】

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、適切な油膜を形成し摺動抵抗を低減すると共にオイル消費を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

ここに開示された技術は、エンジンのピストンのリング溝に装着されるオイルリングであって、所定の軸回りの円環状に形成され、軸方向に並んだ２つのリング本体と、前記リング本体を半径方向外側へ付勢するエキスパンダとを備え、前記リング本体の外周には、半径方向外側へ凸状に湾曲し、シリンダ内周面と摺動する摺動面が設けられ、前記２つのリング本体のうち少なくとも燃焼室側のリング本体の前記摺動面は、最大径となる頂部よりも燃焼室側の第１湾曲面と該頂部よりもクランク室側の第２湾曲面とを有し、前記摺動面を周方向に直交する平面で切断したときに、前記第１湾曲面と前記第２湾曲面とは、前記頂部において、それぞれの断面形状の接線が一致する状態でつながっており、前記第１湾曲面及び前記第２湾曲面の断面形状において、前記頂部から軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率を該頂部から軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、前記第１湾曲面の前記変化率は、前記第２湾曲面の前記変化率よりも小さく、前記第１湾曲面及び前記第２湾曲面の前記断面形状は、円弧状であって、前記第１湾曲面の曲率半径は、前記第２湾曲面の曲率半径よりも大きくなっている。

【0009】

この構成によれば、第１湾曲面と第２湾曲面とは、頂部において、それぞれの断面形状の接線が一致する状態でつながっている。すなわち、第１湾曲面と第２湾曲面とが連結されている頂部は、湾曲状に形成され、エッジ形状となっていない。これにより、頂部の面圧が低減され、頂部の摩耗が抑制される。

【0010】

それに加えて、頂部から軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率を該頂部から軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、第１湾曲面の変化率は、第２湾曲面の変化率よりも小さくなっている。つまり、第１湾曲面及び第２湾曲面は湾曲しているので、頂部から軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率は、湾曲面上の位置に応じて変化する。そこで、頂部から軸方向への距離が同じ点において第１湾曲面の変化率と第２湾曲面の変化率とを比較すると、第１湾曲面の変化率の方が第２湾曲面の変化率よりも小さくなっている。すなわち、第１湾曲面の方が第２湾曲面よりもシリンダ内周面に対する傾斜が小さくなっている。第１湾曲面は、ピストンが燃焼室側へ移動するときに進行方向前側に位置する面であり、油膜の形成に大きく寄与する。シリンダ内周面に対する第１湾曲面の傾斜を小さくすることによって、ピストンが燃焼室側へ移動するときに、摺動面とシリンダ内周面との間にくさび効果が発生しやすく、適切な厚みの油膜を形成できると共に、燃焼室への油の掻き上げを低減することができる。これにより、摺動抵抗を低減できると共に、オイル消費を低減することができる。

【0011】

一方、第２湾曲面は、ピストンがクランク室側へ移動するときに進行方向前側に位置する面であり、油の掻き落としに大きく寄与する。頂部から軸方向への距離が同じ点において第１湾曲面の変化率と第２湾曲面の変化率とを比較すると、第２湾曲面の変化率の方が第１湾曲面の変化率よりも大きくなっている。すなわち、第２湾曲面の方が第１湾曲面よりもシリンダ内周面に対する傾斜が大きくなっている。そのため、第２湾曲面のくさび効果は、第１湾曲面よりも小さく、むしろ、第２湾曲面は、油を掻き落とす効果が大きくなる。よって、ピストンがクランク室側へ移動するときに、油を効果的に掻き落とすことができ、オイル消費を低減することができる。

【0012】

このように、摺動面の形状によって燃焼室への油の掻き上げを低減し且つクランク室への効果的に油を掻き落とすことができるので、その分、オイルリングの半径方向外側への張力を低減することもできる。オイルリングの張力を低減することができれば、ピストンの摺動抵抗を低減することができる。なお、前記第１湾曲面及び前記第２湾曲面の前記断面形状は、円弧状であって、前記第１湾曲面の曲率半径は、前記第２湾曲面の曲率半径よりも大きくなっている。つまり、第１湾曲面及び第２湾曲面の断面形状を円弧状とするとともに第１湾曲面の曲率半径を第２湾曲面の曲率半径よりも大きくした場合、頂部から軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率を頂部から軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、第１湾曲面の変化率が第２湾曲面の変化率よりも小さくなる。また、第１湾曲面及び第２湾曲面の断面形状を円弧状とすることによって、第１湾曲面及び第２湾曲面を精度よく且つ容易に成形することができる。

【0013】

また、ここに開示された別の技術は、エンジンのピストンのリング溝に装着されるオイルリングであって、所定の軸回りの円環状に形成されたリング本体と、前記リング本体を半径方向外側へ付勢するエキスパンダとを備え、前記リング本体の外周には、軸方向に並んだ２つの円環状の摺動部を有し、前記摺動部は、半径方向外側へ凸状に湾曲し、シリンダ内周面と摺動する摺動面が設けられ、前記２つの摺動部のうち少なくとも燃焼室側の摺動部の前記摺動面は、最大径となる頂部よりも燃焼室側の第１湾曲面と該頂部よりもクランク室側の第２湾曲面とを有し、前記摺動面を周方向に直交する平面で切断したときに、前記第１湾曲面と前記第２湾曲面とは、前記頂部において、それぞれの断面形状の接線が一致する状態でつながっており、前記第１湾曲面及び前記第２湾曲面の断面形状において、前記頂部から軸方向への距離対する半径方向内側への変位の変化率を該頂部から軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、前記第１湾曲面の前記変化率は、前記第２湾曲面の前記変化率よりも小さく、前記第１湾曲面及び前記第２湾曲面の前記断面形状は、円弧状であって、前記第１湾曲面の曲率半径は、前記第２湾曲面の曲率半径よりも大きくなっている。

【0014】

この構成によれば、リング本体に２つの円環状の摺動部が設けられている点で前述のオイルリングと異なる。ただし、２つの摺動部のうち少なくとも燃焼室側の摺動部の摺動面の構成は、前述のオイルリングにおける２つのリング本体のうち燃焼室側のリング本体の摺動面の構成と同様である。

【0015】

つまり、第１湾曲面と第２湾曲面との連結部である頂部を湾曲状に形成することによって、頂部の面圧が低減され、頂部の摩耗が抑制される。それに加えて、頂部から軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率を頂部から軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、第１湾曲面の変化率を第２湾曲面の変化率よりも小さくすることによって、ピストンが燃焼室側へ移動するときには、燃焼室への油の掻き上げを低減しつつ適切な厚みの油膜を形成し、摺動抵抗を低減することができる一方、ピストンがクランク室側へ移動する時には油を効果的に掻き落とすことができる。

【0016】

さらに、前記第１湾曲面のうち前記頂部とは反対側の端部は、前記ピストンが前記燃焼室側へ移動する際に前記リング本体が前記リング溝内で最も傾いたときに、前記シリンダ内周面とは接触せず、該シリンダ内周面との間にくさび形状の隙間を形成するようになっていてもよい。

【0017】

リング本体は、ピストン移動時にリング溝内のクリアランスにより傾き得る。ピストンが燃焼室側へ移動する際には、リング本体は、シリンダ内周面との摩擦により、半径方向外側ほどクランク室側へ傾いた状態となる。そのため、リング本体のうちシリンダ内周面と接している（厳密には、油膜を介して間接的に接している）部分は、頂部ではなく、第１湾曲面上に位置する。ここで、第１湾曲面が狭ければ、リング本体は、第１湾曲面と軸方向の燃焼室側の側面とで形成される稜部においてシリンダ内周面と摺動してしまい、適切な油膜を形成することが困難となるばかりか、油を燃焼室へ掻き上げてしまう。また、リング本体とシリンダ内周面とが直接的に接触する虞もあり、リング本体及びシリンダ内周面が摩耗してしまう。それに対し、前記の構成によれば、第１湾曲面のうち頂部とは反対側の端部は、ピストンが燃焼室側へ移動する際にリング本体がリング溝内で最も傾いたとしても、シリンダ内周面とは接触せず、シリンダ内周面との間にくさび形状の隙間を形成する。つまり、第１湾曲面は、頂部とは反対側へ拡大されており、リング本体の最大傾き時においても、第１湾曲面と燃焼室側の側面との稜部がシリンダ内周面と接触しないようになっている。さらに、該稜部とシリンダ内周面とが接触しないだけでなく、第１湾曲面は、リング本体が最も傾いたときにシリンダ内周面との間にくさび形状の隙間が形成される程度の面積を有している。この第１湾曲面の端部におけるくさび効果により、リング本体が最大に傾いたときであっても、適切な厚みの油膜を形成することができる。

【0018】

また、前記第１湾曲面の曲率半径は、０．２１〜０．４５ｍｍであり、前記第２湾曲面の曲率半径は、０．０９〜０．１５ｍｍであってもよい。

【0020】

また、前記頂部は、前記摺動面における軸方向中央部よりもクランク室側にオフセットしていてもよい。

【0021】

この構成によれば、頂部を軸方向中央部よりもクランク室側へオフセットさせることによって、第１湾曲面を拡大することができる。第１湾曲面の、頂部から軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率は比較的小さいので、第１湾曲面は、頂部から軸方向へ離れても、半径方向内側への湾曲量は小さい。このように頂部から軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率が小さいと、ピストンが燃焼室側へ移動する際にリング本体が傾いたときに、第１湾曲面と燃焼室側の側面との稜部がシリンダ内周面に接触しやすくなる。それに対し、第１湾曲面を拡大することによって、ピストンが燃焼室側へ移動する際にリング本体が傾いたとしても、第１湾曲面とシリンダ内周面との接触を維持することができる。

【0022】

また、前記第１湾曲面の曲率半径は、前記リング本体の内周縁から前記頂部までの半径方向寸法以下であってもよい。

【0023】

つまり、ピストンの移動時に、リング本体は、その内周縁を中心にしてリング溝内で傾動する。そのため、第１湾曲面の曲率半径をリング本体の内周縁から頂部までの半径方向寸法以下とすることによって、リング本体が傾動したときに、シリンダ内周面からの抗力によりリング本体が半径方向内側に押し込まれること、即ち、リング本体の摺動抵抗の増大を防止することができる。つまり、第１湾曲面の曲率半径がリング本体の内周縁から頂部までの半径方向寸法以下の場合には、リング本体が傾動したときに、リング本体の内周縁から、第１湾曲面のうちシリンダ内周面と接触する部分までの半径方向距離は、リング本体の内周縁から頂部までの半径方向寸法よりも短くなる。そのため、リング本体がシリンダ内周面を押す押圧力が小さくなるので、リング本体の摺動抵抗が低減される。

【0024】

また、前記第１湾曲面の曲率の中心及び前記第２湾曲面の曲率の中心は共に、前記頂部を通り半径方向に延びる直線上に位置していることが好ましい。

【0025】

さらに、前記２つのリング本体のうちクランク室側のリング本体の前記摺動面は、前記第１湾曲面と前記第２湾曲面とを有していてもよい。

【0026】

つまり、２つのリング本体のうちクランク室側のリング本体は、ピストンがクランク室側へ移動する際の油の掻き落としに大きく寄与する。そして、クランク室側のリング本体は、燃焼室側に第１湾曲面が設けられ、クランク室側に第２湾曲面が設けられている。第２湾曲面は、第１湾曲面に比べてシリンダ内周面に対する傾斜が大きいので、油を掻き落とす効果が大きい。このように、クランク室側のリング本体において、クランク室側に第２湾曲面を設けることによって、効果的に油を掻き落とすことができる。

【発明の効果】

【0027】

前記オイルリングによれば、適切な油膜を形成し摺動抵抗を低減すると共にオイル消費を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】実施形態１に係るオイルリングの横断面図である。

【図2】オイルリングが装着されたピストンの模式図である。

【図3】サイドレールの横断面図である。

【図4】サイドレールの外周面の拡大断面図である。

【図5】ピストンの上昇時のオイルリングの模式図である。

【図6】ピストンの下降時のオイルリングの模式図である。

【図7】クリアランスと最大傾斜角との関係を示すグラフである。

【図8】ピストンの上昇時の第１サイドレールの拡大断面図である。

【図9】ピストンの下降時の第１サイドレールの拡大断面図である。

【図10】実施形態２に係るオイルリングの横断面図である。

【図11】実施形態３に係るオイルリングの横断面図である。

【図12】第１湾曲面の断面形状を示す図である。

【図13】油膜厚さの計算結果である。

【図14】抵抗の計算結果である。

【図15】測定に用いた２種類のサイドレールの摺動面の断面形状を示す図である。

【図16】オイル消費量の測定結果である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0030】

《発明の実施形態１》
図１に、実施形態１に係るオイルリング１００の横断面図を示す。図１の横断面図は、オイルリング１００をその周方向に直交する平面で切断した断面図である。図２に、オイルリング１００が装着されたピストン８０の模式図を示す。図３に、サイドレール２０の横断面図を示す。図３の横断面図は、サイドレール２０をその周方向に直交する平面で切断した断面図である。

【0031】

ピストン８０には、３本のリング溝が形成されており、燃焼室Ｓ１側から１番目と２番目のリング溝には、コンプレッションリング８１，８１が装着されている。

【0032】

オイルリング１００は、３番目のリング溝８２（図１参照）に装着されている。オイルリング１００は、シリンダ内周面９１と摺動する。オイルリング１００の軸心であるＸ軸は、ピストン８０の軸心と一致している。以下、特に断りが無い限り、「軸方向」とは、Ｘ軸に沿った方向を意味し、「半径方向」とは、Ｘ軸を中心とする半径方向を意味し、「周方向」とは、Ｘ軸回りの周方向を意味する。

【0033】

オイルリング１００は、シリンダ内周面９１と摺動する一対のサイドレール２０，２０と、サイドレール２０，２０を少なくとも半径方向外側へ付勢するスペーサエキスパンダ３０とを備えている。オイルリング１００は、いわゆる３ピース型のオイルリングである。尚、２つのサイドレール２０，２０を区別する場合には、燃焼室Ｓ１側のサイドレール２０を第１サイドレール２０Ａと称し、クランク室Ｓ２側のサイドレール２０を第２サイドレール２０Ｂと称する。サイドレール２０は、リング本体の一例である。スペーサエキスパンダ３０は、エキスパンダの一例である。

【0034】

サイドレール２０は、Ｘ軸回りの円環状に形成されている。サイドレール２０は、合口を有し、即ち、円環の一部が切断された形状をしている。サイドレール２０は、例えば、所定の断面形状を有する線条の鋼材を圧延し、曲げて形成することができる。その際、一対の平坦で且つ平行な側面を形成しつつ、内周面を半径方向内側へ、外周面を半径方向外側へ適宜な形状に膨出させる。外周面は、さらに研磨することによって所望の形状に加工することができる。サイドレール２０の外周面には、外周面に沿った形状の硬質皮膜が設けられていてもよい。硬質皮膜は、例えば、硬質クロムめっき、窒化（ＧＮＲ）、イオンプレーティング（ＰＶＤ：物理気相成長）等の各種表面処理により施され得る。

【0035】

サイドレール２０は、軸方向を向く一対の側面２１，２２と、両側面２１，２２を繋ぐ外周面２３と、両側面２１，２２を繋ぐ内周面２４とを有している。外周面２３は、シリンダ内周面９１と摺動する摺動面となっている。外周面２３は、半径方向外側へ凸状な湾曲面となっている。内周面２４は、半径方向内側へ凸状な湾曲面となっている。サイドレール２０の、周方向に直交する平面で切断した断面形状は、全周に亘って一様となっている。

【0036】

スペーサエキスパンダ３０は、サイドレール２０，２０を半径方向外側へ付勢する。スペーサエキスパンダ３０は、Ｘ軸回りの円環状に形成されている。スペーサエキスパンダ３０は、鋼材で形成され、半径方向内側及び外側へ弾性変形可能な環状に形成されている。スペーサエキスパンダ３０には、軸方向の一方側へ突出する凸部と、軸方向の他方側へ陥没する凹部とが周方向において交互に配列された波形に形成されている。この波形部分がサイドレール２０の座面となる。また、スペーサエキスパンダ３０の内周縁には、サイドレール２０の内周面２４を押圧する耳部３１，３１が軸方向一方側と他方側とにそれぞれ突出するように設けられている。

【0037】

スペーサエキスパンダ３０の波形部分の軸方向一方側と他方側とにサイドレール２０，２０がそれぞれ配置される。このとき、耳部３１，３１がそれぞれのサイドレール２０の内周面に接触している。

【0038】

オイルリング１００は、サイドレール２０及びスペーサエキスパンダ３０が半径方向内側に圧縮された状態で、リング溝８２内に収容される。これにより、サイドレール２０は、合口が略閉じた状態となる。また、スペーサエキスパンダ３０は、耳部３１，３１によりサイドレール２０，２０を半径方向外側へ押圧している。

【0039】

ここで、耳部３１のうち、サイドレール２０の内周面と接触する部分は、Ｘ軸に対して傾斜した傾斜面となっている。詳しくは、耳部３１の傾斜面は、軸方向への突出量が増加するほど半径方向内側に位置するように傾いている。そのため、耳部３１に押圧されるサイドレール２０は、半径方向外側に押圧されるだけでなく、リング溝８２の側壁（軸方向を向く面）の方へも押圧される。その結果、サイドレール２０は、シリンダ内周面９１に接触すると共に、リング溝８２の側壁にも接触する。

【0040】

このように構成されたオイルリング１００は、ピストン８０の移動時にシリンダ内周面９１と摺動する。その際、オイルリング１００は、シリンダ内周面９１に適切な厚みの油膜を形成すると共に、不要な油を掻き落として回収する。

【0041】

続いて、サイドレール２０の外周面２３の形状について詳しく説明する。図４に、サイドレール２０の外周面２３の拡大断面図を示す。尚、図４では、断面のハッチングを省略している。

【0042】

外周面２３には、シリンダ内周面９１と摺動する摺動面２５と、摺動面２５と一方の側面２１とを繋ぐ第１接続面２３ａと、摺動面２５と他方の側面２２とを繋ぐ第２接続面２３ｂとが設けられている。摺動面２５は、半径方向外側へ凸状に湾曲している。摺動面２５は、最大径となる頂部Ｐよりも軸方向一方側の第１湾曲面２６と、頂部Ｐよりも軸方向他方側の第２湾曲面２７とを有している。頂部Ｐは、摺動面２５の軸方向中央よりも軸方向他方側へオフセットしている。このように、摺動面２５は、サイドレール２０の軸方向中央部を通り、Ｘ軸に直交する平面に対して非対称な形状をしている。すなわち、図４において、摺動面２５は、上下非対称な形状をしている。

【0043】

具体的には、第１湾曲面２６及び第２湾曲面２７の、周方向に直交する平面で切断した断面形状は、円弧状に形成されている。そして、第１湾曲面２６の断面形状の曲率半径Ｒ１は、第２湾曲面２７の断面形状の曲率半径Ｒ２よりも大きい。例えば、曲率半径Ｒ１は、０．２１〜０．４５ｍｍであり、曲率半径Ｒ２は、０．０９〜０．１５ｍｍである。以下、特段の断りが無い限り、「曲率半径」という場合は、周方向に直交する平面で切断した断面形状の曲率半径を意味する。

【0044】

また、第１湾曲面２６と第２湾曲面２７とは、頂部Ｐにおいて、それぞれの断面形状の接線ｔ１，ｔ２が一致する状態でつながっている。つまり、第１湾曲面２６の断面形状の頂部Ｐにおける接線ｔ１は、Ｘ軸と平行に延びており、第２湾曲面２７の断面形状の頂部Ｐにおける接線ｔ２は、Ｘ軸と平行に延びている。その結果、第１湾曲面２６と第２湾曲面２７との連結部となる頂部Ｐ及びその周辺は、連続的に湾曲する湾曲面となっており、エッジ形状を有していない。尚、第１湾曲面２６の曲率の中心Ｃ１及び第２湾曲面２７の曲率の中心Ｃ２は共に、頂部Ｐを通り半径方向に延びる直線上に位置している。

【0045】

このように第１湾曲面２６と第２湾曲面２７との連結部を湾曲状に形成することによって、頂部Ｐの面圧が低下するので、摺動抵抗を低減することができると共に、頂部Ｐの摩耗及びシリンダ内周面９１の摩耗を抑制することができる。特に、摺動速度が０となる、ピストン８０の上死点及び下死点においては、頂部Ｐとシリンダ内周面９１とが接触してしまう虞がある。それに対し、前記連結部を湾曲面とすることによって、絞り膜効果が発生し、頂部Ｐとシリンダ内周面９１との接触を防止することができる。万が一、頂部Ｐとシリンダ内周面９１とが接触したとしても、接触圧力を低減することができ、摺動抵抗及び摩耗を低減することができる。

【0046】

ここで、頂点Ｐから軸方向への距離をｘ（ただし、０≦ｘとする）とし、頂点Ｐから半径方向内側への距離をｙとし、第１湾曲面２６の断面形状がｙ＝ｆ１（ｘ）、第２湾曲面２７の断面形状がｙ＝ｆ２（ｘ）で表されるとすると、本実施形態では、任意のｘ１（ただし、０≦ｘ１＜ｈ２）に対して以下の式（１）が満たされる。

【0047】

ｆ１’（ｘ１）＜ｆ２’（ｘ１） ・・・（１）
ｆ１’（ｘ）は、ｆ１（ｘ）の微分関数であり、ｆ２’（ｘ）は、ｆ２（ｘ）の微分関数である。この関係によれば、第１湾曲面２６及び第２湾曲面２７において、頂部Ｐから軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率を頂部Ｐから軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、第１湾曲面２６の変化率は、第２湾曲面２７の変化率よりも小さくなっている。つまり、第１湾曲面２６及び第２湾曲面２７上の頂部Ｐからの距離が同じ任意の２点における接線の傾きを比べると、第１湾曲面２６の接線の傾きの方が、第２湾曲面２７の接線の傾きよりも小さくなっている。

【0048】

尚、本実施形態では、第１湾曲面２６及び第２湾曲面２７が円弧状であり、第１湾曲面２６の曲率半径が第２湾曲面２７の曲率半径よりも大きいので、前記式（１）が満たされる。

【0049】

ここで、適切な厚みの油膜を形成するためには、接線の傾きが小さいことが好ましい。接線の傾きが小さいと、くさび効果が発生しやすくなり、摺動面２５とシリンダ内周面９１との間に油が導入されて、適切な厚みの油膜を形成できる。一方、シリンダ内周面９１に付着した油を掻くという観点からは、接線の傾きが大きいと、くさび効果が弱まり、油を掻く量が増加する一方、接線の傾きが小さいと、くさび効果が強まり、油を掻く量が低減する。

【0050】

本実施形態では、燃焼室Ｓ１側のサイドレール２０は、第１湾曲面２６を燃焼室Ｓ１側に、第２湾曲面２７をクランク室Ｓ２側にしてスペーサエキスパンダ３０の座面に配置されている。それに加えて、クランク室Ｓ２側のサイドレール２０は、第１湾曲面２６を燃焼室Ｓ１側に、第２湾曲面２７をクランク室Ｓ２側にしてスペーサエキスパンダ３０の座面に配置されている。燃焼室Ｓ１側の面は、ピストン８０が燃焼室Ｓ１側へ移動する際に進行方向前側に位置する面であり、クランク室Ｓ２側の面は、ピストン８０がクランク室Ｓ２側へ移動する際に進行方向前側に位置する面である。以下、「ピストン８０が上昇する」という場合には、ピストン８０が燃焼室Ｓ１側へ移動すること意味し、「ピストン８０が下降する」いう場合には、ピストン８０がクランク室Ｓ２側へ移動することを意味する。

【0051】

ピストン８０が上昇する際には、燃焼室Ｓ１側の第１サイドレール２０Ａが油膜の形成に大きく寄与する。第１サイドレール２０Ａにおいては、ピストン８０が上昇する際には、第１湾曲面２６が進行方向前側に位置している。前述の如く、第１湾曲面２６の接線の傾きは比較的小さいので、摺動面２５とシリンダ内周面９１との間に油が導入されやすく、適切な厚みの油膜が形成される。それと共に、燃焼室Ｓ１への油の掻き上げ量が低減される。つまり、ピストン８０の上昇時には、適切な厚みの油膜が形成されることによって摺動抵抗が低減されると共に、燃焼室Ｓ１への油の掻き上げ量が低減される。

【0052】

尚、クランク室Ｓ２側の第２サイドレール２０Ｂも油膜の形成に多少なりとも寄与する。第２サイドレール２０Ｂにおいても、ピストン８０が上昇する際には、第１湾曲面２６が進行方向前側に位置している。そのため、第１サイドレール２０Ａと同様に、適切な厚みの油膜が形成されると共に、燃焼室Ｓ１への油の掻き上げ量が低減される。

【0053】

一方、ピストン８０が下降する際には、クランク室Ｓ２側の第２サイドレール２０Ｂが油の掻き落としに大きく寄与する。第２サイドレール２０Ｂにおいては、ピストン８０が下降する際には、第２湾曲面２７が進行方向前側に位置している。前述の如く、第２湾曲面２７の接線の傾きは比較的大きいので、くさび効果が弱く、摺動面２５とシリンダ内周面９１との間への油の導入量が低減され、むしろ、シリンダ内周面９１に付着した油を効果的に掻き落とすことができる。つまり、ピストン８０の下降時には、シリンダ内周面９１に付着した油を効果的に掻き落とすことができる。

【0054】

尚、燃焼室Ｓ１側の第１サイドレール２０Ａも油の掻き落としに多少なりとも寄与する。第１サイドレール２０Ａにおいても、ピストン８０が下降する際には、第２湾曲面２７が進行方向前側に位置している。そのため、第２サイドレール２０Ｂと同様に、シリンダ内周面９１に付着した油を効果的に掻き落とすことができる。このように、第２サイドレール２０Ｂと第１サイドレール２０Ａとの両方でシリンダ内周面９１に付着した油を効果的に掻き落とすことができる。

【0055】

このように構成されたオイルリング１００においては、ピストン８０の移動時にサイドレール２０，２０がリング溝８２内で傾動し得る。図５に、ピストン８０の上昇時のオイルリング１００の模式図を示す。図６に、ピストン８０の下降時のオイルリング１００の模式図を示す。

【0056】

詳しくは、図５に示すように、リング溝８２とオイルリング１００との間には溝幅方向（即ち、軸方向）のクリアランスＧがあり、サイドレール２０は、リング溝８２の溝幅方向へ僅かに移動することができる。このクリアランスＧは、微小であり、例えば、０．１ｍｍ程度である。基本的には、サイドレール２０は、スペーサエキスパンダ３０の耳部３１によりリング溝８２の側壁へ押圧され、該側壁に接触している。ピストン８０が移動すると、サイドレール２０は、シリンダ内周面９１に対して摺動し、シリンダ内周面９１から進行方向とは反対向きの摩擦力を受ける。その結果、サイドレール２０は、半径方向内側の部分がリング溝８２の側壁に接触し、半径方向外側の部分ほど進行方向後側に位置するように傾斜する。

【0057】

図７に、クリアランスＧと最大傾斜角θとの関係を示す。サイドレール２０の最大傾斜角θは、リング溝８２内におけるオイルリング１００の軸方向のクリアランスＧによって決まる。クリアランスＧは微小であるため、最大傾斜角θは、クリアランスＧに実質的に比例する。

【0058】

尚、このような傾動は、２つのサイドレール２０のうちピストン８０の進行方向前側のサイドレール２０に生じ、進行方向後側のサイドレール２０は、傾斜することなく、リング溝８２の側壁に押し付けられた状態となる。例えば、ピストン８０の上昇時には、図５に示すように、第１サイドレール２０Ａが傾斜し、第２サイドレール２０Ｂは、傾斜することなく、リング溝８２の側壁に押し付けられた状態となっている。一方、ピストン８０の下降時には、図６に示すように、第２サイドレール２０Ｂが傾斜し、第１サイドレール２０Ａは、傾斜することなく、リング溝８２の溝壁に押し付けられた状態となっている。

【0059】

ここで、第１湾曲面２６及び第２湾曲面２７は、サイドレール２０が最も傾斜した場合であっても、シリンダ内周面９１の接点が第１湾曲面２６上又は第２湾曲面２７上に位置するだけの面積を有している。詳しくは、図４に示すように、第１湾曲面２６の断面形状は、頂部Ｐから最大傾斜角θだけ回転した点ｐ１よりも軸方向一方側へ延びている。また、第２湾曲面２７の断面形状は、頂部Ｐから最大傾斜角θだけ回転した点ｐ２よりも軸方向他方側へ延びている。

【0060】

図８に、ピストン８０の上昇時の第１サイドレール２０Ａの拡大断面図を示す。尚、図８では、断面のハッチングを省略している。ピストン８０の上昇時には、前述の如く、第１サイドレール２０Ａは、半径方向外側ほどクランク室Ｓ２側に位置するように傾斜するので、第１サイドレール２０Ａとシリンダ内周面９１との接点は、頂部Ｐから第１湾曲面２６上へ移動する。そして、第１サイドレール２０Ａがクランク室Ｓ２側へ最も傾いたときには、図８に示すように、第１サイドレール２０Ａとシリンダ内周面９１とは、第１湾曲面２６上の点ｐ１において接している。このように、第１サイドレール２０Ａがクランク室Ｓ２側へ最も傾いた場合であっても、シリンダ内周面９１との接点は、第１湾曲面２６上にある。これにより、端面２１と第１接続面２３ａとで形成される稜部ｒ１だけでなく第１接続面２３ａがシリンダ内周面９１と接触することが防止される。

【0061】

図９に、ピストン８０の下降時の第１サイドレール２０Ａの拡大断面図を示す。尚、図９では、断面のハッチングを省略している。ピストン８０の下降時には、前述の如く、第１サイドレール２０Ａは、半径方向外側ほど燃焼室Ｓ１側に位置するように傾斜するので、第１サイドレール２０Ａとシリンダ内周面９１との接点は、頂部Ｐから第２湾曲面２７上へ移動する。そして、第１サイドレール２０Ａが燃焼室Ｓ１側へ最も傾いたときには、図９に示すように、第１サイドレール２０Ａとシリンダ内周面９１とは、第２湾曲面２７上の点ｐ２において接している。このように、第１サイドレール２０Ａが燃焼室Ｒ２側へ最も傾いた場合であっても、シリンダ内周面９１との接点は、第２湾曲面２７上にある。これにより、端面２２と第２接続面２３ｂとで形成される稜部ｒ２だけでなく第２接続面２３ｂがシリンダ内周面９１と接触することが防止される。

【0062】

ここで、第１湾曲面２６は、曲率半径Ｒ１が大きいので、最大傾斜角θに相当する円弧の長さが長くなる。つまり、摺動面２５の断面形状において、頂部Ｐから点ｐ１までの長さは、頂部Ｐから点ｐ２までの長さよりも長い。そこで、図３に示すように、頂部Ｐをサイドレール２０の軸方向中央Ｍよりも第２湾曲面２７側へ偏心量ｅだけオフセットさせることによって、第１湾曲面２６を拡大している。具体的には、第１湾曲面２６の軸方向寸法ｈ１は、第２湾曲面２７の軸方向寸法ｈ２よりも大きい。

【0063】

例えば、頂部Ｐがサイドレール２０の軸方向中央部に位置する場合には、サイドレール２０の最大傾斜角θに相当する第１湾曲面２６の面積を確保できない場合もあり得る。その場合には、サイドレール２０が最も傾いたときには、稜部ｒ１だけでなく第１接続面２３ａがシリンダ内周面９１と接触してしまう。それに対し、頂部Ｐを軸方向において第２湾曲面２７側へオフセットさせることによって第１湾曲面２６を拡大することができるので、最大傾斜角θに相当する第１湾曲面２６の面積を確保しやすくなる。

【0064】

それに加えて、第１湾曲面２６は、点ｐ１から頂部Ｐまでの摺動部２６ａと、点ｐ１から頂部Ｐと反対側の延長部２６ｂとを有している。この延長部２６ｂの断面形状の長さは、第２湾曲面２７の断面形状における点ｐ２から頂部Ｐと反対側の部分の長さ以上に長くなっている。詳しくは、第２湾曲面２７に主として求められる機能は、シリンダ内周面９１に付着した油を掻き落とすことである。そのため、第２湾曲面２７は、稜部ｒ２とシリンダ内周面９１との接触を防止できるように、最大傾斜角θに相当する面積よりも少し余裕を持った面積があれば機能的には十分である。それに対し、第１湾曲面２６に主として求められる機能は、適切な厚さの油膜形成である。第１湾曲面２６は、ピストン８０の下降時にシリンダ内周面９１に形成された油膜を、ピストン８０の上昇時に掻き上げることなく、該油膜に乗り上げることが好ましい。そのため、第１湾曲面２６は、稜部ｒ１とシリンダ内周面９１との接触を防止さえできれば十分というわけではなく、適切なくさび効果により第１湾曲面２６とシリンダ内周面９１との間に適切な厚さの油膜を形成する必要がある。そのため、第１湾曲面２６の延長部２６ｂの断面形状は、サイドレール２０がクランク室Ｓ２側へ最も傾いたときにシリンダ内周面９１との間にくさび形状の隙間を形成するのに十分な長さを有している。

【0065】

このように、摺動部２６ａは、サイドレール２０が傾動する場合にシリンダ内周面９１と摺動し得る部分である。一方、延長部２６ｂは、サイドレール２０が最大に傾斜した場合であってもシリンダ内周面９１と摺動することはないが、シリンダ内周面９１とでくさび効果を発揮する部分である。

【0066】

好ましくは、延長部２６ｂの軸方向寸法は、第２湾曲面２７の軸方向寸法ｈ２以上となっている。詳しくは、第２湾曲面２７は、サイドレール２０が水平な状態のときに、シリンダ内周面９１との間にくさび形状を形成する面積が最も大きく、即ち、くさび効果が最も大きくなり、形成する油膜の厚みが最も厚くなる。それに対し、ピストン８０の上昇時にサイドレール２０が最も傾いた状態においては、延長部２６ｂがシリンダ内周面９１との間にくさび形状を形成する。ここで、延長部２６ｂの軸方向寸法は、第２湾曲面２７の軸方向寸法ｈ２以上であり且つ、第１湾曲面２６の曲率半径Ｒ１の方が第２湾曲面２７の曲率半径Ｒ２よりも大きいので、延長部２６ｂによるくさび効果は、第２湾曲面２７とシリンダ内周面９１とのくさび効果が最も大きくなる場合よりも大きくなる。すなわち、ピストン８０の下降時の最も条件が良い場合のくさび効果よりも、ピストン８０の上昇時の最も条件が悪い場合のくさび効果の方が大きい。その結果、ピストン８０の下降時に最も厚い油膜が形成されたとしても、ピストン８０の上昇時に第１湾曲面２６が該油膜に容易に乗り上げ、該油膜の掻き上げを抑制することができる。こうして、ピストン８０の上昇時の摺動抵抗を低減できると共に、オイル上がりを抑制することができる。

【0067】

また、第１湾曲面２６の曲率半径Ｒ１は、サイドレール２０の内周縁から頂部Ｐまでの半径方向寸法ａ（図３参照）以下となっている。これにより、サイドレール２０が傾動したときに、シリンダ内周面９１からサイドレール２０へ作用する抗力が増大することを防止することができる。詳しくは、サイドレール２０が傾斜していないときには、摺動面２５は頂部Ｐにおいてシリンダ内周面９１と接触しており、サイドレール２０の内周縁から摺動面２５におけるシリンダ内周面９１との接点までの半径方向距離は、サイドレール２０の半径方向寸法ａと一致している。一方、サイドレール２０が傾動すると、摺動面２５におけるシリンダ内周面９１との接点は、頂部Ｐから摺動面２５上を移動する。このとき、第１湾曲面２６の曲率半径Ｒ１がサイドレール２０の半径方向寸法ａよりも大きい場合には、サイドレール２０の内周縁から摺動面２５におけるシリンダ内周面９１との接点までの半径方向距離がサイドレール２０の半径方向寸法ａよりも大きくなってしまう。その結果、サイドレール２０がシリンダ内周面９１から受ける抗力が増大し、サイドレール２０及びスペーサエキスパンダ３０が半径方向内側へさらに圧縮される。これは、サイドレール２０の摺動抵抗が増大することを意味する。それに対し、第１湾曲面２６の曲率半径Ｒ１をサイドレール２０の半径方向寸法ａ以下とすることによって、サイドレール２０が傾動したときに、サイドレール２０の内周縁から摺動面２５におけるシリンダ内周面９１との接点までの半径方向距離がサイドレール２０の半径方向寸法ａよりも小さくなる。これにより、サイドレール２０の摺動抵抗が増大することを防止することができる。

【0068】

さらに、第２湾曲面２７の曲率半径は、第１湾曲面２６の曲率半径よりも小さく、好ましくは、０．０９〜０．１５ｍｍである。曲率半径を０．０９ｍｍ以上とすることによって、第２湾曲面２７を形成しやすくすることができる。つまり、曲率半径が０．０９ｍｍより小さくなると、第２湾曲面２７の形成が難しくなる。また、曲率半径を０．１５ｍｍ以下とすることによって、サイドレール２０が第２湾曲面２７を進行方向前側にして摺動する際に、第２湾曲面２７とシリンダ内周面９１との間に入り込む油を低減することができ、油を効果的に掻き落とすことができる。

【0069】

尚、第１接続面２３ａ及び第２接続面２３ｂの断面形状は、湾曲面で形成されている。ただし、第１接続面２３ａ及び第２接続面２３ｂの断面形状は、サイドレール２０が傾斜した場合であってもシリンダ内周面９１に接触しない限りは任意の形状とすることができ、例えば、直線状であってもよい。

【0070】

以上のように、オイルリング１００は、Ｘ軸回りの円環状に形成され、Ｘ軸方向に並んだ２つのサイドレール２０，２０と、サイドレール２０，２０を半径方向外側へ付勢するスペーサエキスパンダ３０とを備え、サイドレール２０の外周には、半径方向外側へ凸状に湾曲し、シリンダ内周面９１と摺動する摺動面２５が設けられ、２つのサイドレール２０，２０のうち燃焼室Ｓ１側の第１サイドレール２０Ａの摺動面２５は、最大径となる頂部Ｐよりも燃焼室Ｓ１側の第１湾曲面２６と頂部Ｐよりもクランク室Ｓ２側の第２湾曲面２７とを有し、摺動面２５を周方向に直交する平面で切断したときに、第１湾曲面２６と第２湾曲面２７とは、頂部Ｐにおいて、それぞれの断面形状の接線ｔ１，ｔ２が一致する状態でつながっており、第１湾曲面２６及び第２湾曲面２７の断面形状において、頂部Ｐから軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率を頂部Ｐから軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、第１湾曲面２６の変化率は、第２湾曲面２７の変化率よりも小さくなっている。

【0071】

この構成により、ピストン８０の上昇時には適切な油膜を形成する共にオイルの掻き上げ量を低減することができ、ピストン８０の下降時にはオイルの効果的に掻き落とすことができる。その結果、ピストン８０の摺動抵抗を低減できると共に、オイル消費を抑制することができる。

【0072】

《実施形態２》
続いて、実施形態２に係るオイルリング２００について説明する。図１０に、実施形態２に係るオイルリング２００の横断面図を示す。図１０の横断面図は、オイルリング２００をその周方向に直交する平面で切断した断面図である。

【0073】

オイルリング２００は、第２サイドレール２０Ｂの向きが実施形態１のオイルリング１００と異なる。詳しくは、オイルリング２００では、第２サイドレール２０Ｂは、第１湾曲面２６がクランク室Ｓ２側を向き、第２湾曲面２７が燃焼室Ｓ１側を向くように配置されている。

【0074】

このような構成であっても、オイルリング１００と同様の作用効果を奏することができる。詳しくは、ピストン８０の上昇時には、第１サイドレール２０Ａが第１湾曲面２６を進行方向前側にしてシリンダ内周面９１に対して摺動する。そのため、ピストン８０の上昇時には第１サイドレール２０Ａによって適切な厚みの油膜が形成されると共に、燃焼室Ｓ１への油の掻き上げ量が低減される。尚、ピストン８０の上昇時には第１サイドレール２０Ａの後方において第２サイドレール２０Ｂがシリンダ内周面９１を摺動する。第２サイドレール２０Ｂは、第２湾曲面２７を進行方向前側としているので、シリンダ内周面９１に付着した油を掻き上げ易い。しかしながら、第２サイドレール２０Ｂは、第１サイドレール２０Ａよりもクランク室Ｓ２側に位置するので、第２サイドレール２０Ｂにより掻き上げられた油が第１サイドレール２０Ａよりも燃焼室Ｓ１側へ移動することはない。さらに、第２サイドレール２０Ｂが油を掻き上げたとしても、その油はピストン８０が下降するときに第１サイドレール２０Ａにより掻き落とされる。

【0075】

一方、ピストン８０の下降時には、第２サイドレール２０Ｂが第１湾曲面２６を進行方向前側にしてシリンダ内周面９１に対して摺動する。第１湾曲面２６は、第２湾曲面２７に比べて油の掻き落とし効果が弱いものの、少なからず油を掻き落とす機能を有する。それに加え、第２サイドレール２０Ｂの後方から第１サイドレール２０Ａがシリンダ内周面９１に対して摺動している。第１サイドレール２０Ａは、第２湾曲面２７を進行方向前側にして摺動している。そのため、第２サイドレール２０Ｂの通過後にシリンダ内周面９１に付着している油は、第１サイドレール２０Ａにより掻き落とされる。このように、第２サイドレール２０Ｂの油の掻き落とし効果が弱いとしても、第１サイドレール２０Ａが油の掻き落とし効果を補って、オイルリング２００全体としては、効果的に油を掻き落とすことができる。

【0076】

《実施形態３》
続いて、実施形態３に係るオイルリング３００について説明する。図１１に、実施形態３に係るオイルリング３００の横断面図を示す。図１１の横断面図は、オイルリング３００をその周方向に直交する平面で切断した断面図である。

【0077】

オイルリング３００は、リング本体３２０と、コイルエキスパンダ３３０とを有する、いわゆる２ピース型のオイルリングである。コイルエキスパンダ３３０は、エキスパンダの一例である。

【0078】

リング本体３２０は、Ｘ軸回りの円環状に形成されている。リング本体３２０は、合口を有し、即ち、円環の一部が切断された形状をしている。リング本体３２０の外周には、軸方向に並んだ２つの円環状の摺動部３２４，３２４が設けられている。２つの摺動部３２４は、円筒状のウェブ３２８によって連結されている。ウェブ３２８には、半径方向に貫通形成された複数のオイル戻し孔３２８ａが周方向に並んで設けられている。尚、２つの摺動部３２４，３２４を区別する場合には、燃焼室Ｓ１側の摺動部３２４を第１摺動部３２４Ａと称し、クランク室Ｓ２側の摺動部３２４を第２摺動部３２４Ｂと称する。

【0079】

摺動部３２４の外周面には、シリンダ内周面９１と摺動する摺動面３２５が設けられている。摺動面３２５は、半径方向外側へ凸状な湾曲面となっている。リング本体３２０の、周方向に直交する平面で切断した断面形状は、全周に亘って一様となっている。

【0080】

コイルエキスパンダ３３０は、リング本体３２０を半径方向外側へ付勢する。コイルエキスパンダ３３０は、Ｘ軸回りの円環状に形成されている。コイルエキスパンダ３３０は、螺旋状のバネを円環状に形成したものであり、半径方向内側及び外側へ弾性変形可能となっている。

【0081】

コイルエキスパンダ３３０は、リング本体３２０の内側に配置され、リング本体３２０の内周縁と接触している。

【0082】

オイルリング３００は、リング本体３２０及びコイルエキスパンダ３３０が半径方向内側に圧縮された状態で、リング溝８２内に収容される。これにより、リング本体３２０は、合口が略閉じた状態となる。また、コイルエキスパンダ３３０は、リング本体３２０を半径方向外側へ押圧している。その結果、リング本体３２０は、シリンダ内周面９１に接触する。

【0083】

このように構成されたオイルリング３００は、ピストン８０の移動時にシリンダ内周面９１と摺動する。その際、オイルリング３００は、シリンダ内周面９１に適切な厚みの油膜を形成すると共に、不要な油を掻き落として回収する。

【0084】

リング本体３２０の摺動面３２５は、前記サイドレール２０と同様の第１湾曲面２６及び第２湾曲面２７を有している。詳しくは、第１摺動部３２４Ａは、燃焼室Ｓ１側に第１湾曲面２６が設けられ、クランク室Ｓ２側に第２湾曲面２７が設けられている。一方、第２摺動部３２４Ｂは、クランク室Ｓ２側に第１湾曲面２６が設けられ、燃焼室Ｓ１側に第２湾曲面２７が設けられている。

【0085】

このように構成されたオイルリング３００は、オイルリング１００と同様の作用効果を奏する。詳しくは、ピストン８０の上昇時には、第１摺動部３２４Ａが第１湾曲面２６を進行方向前側にしてシリンダ内周面９１に対して摺動する。そのため、ピストン８０の上昇時には第１摺動部３２４Ａによって適切な厚みの油膜が形成されると共に、燃焼室Ｓ１への油の掻き上げ量が低減される。尚、ピストン８０の上昇時には第１摺動部３２４Ａの後方において第２摺動部３２４Ｂがシリンダ内周面９１を摺動する。第２摺動部３２４Ｂは、第２湾曲面２７を進行方向前側としているので、シリンダ内周面９１に付着した油を掻き上げ易い。しかしながら、第２摺動部３２４Ｂは、第１摺動部３２４Ａよりもクランク室Ｓ２側に位置するので、第２摺動部３２４Ｂにより掻き上げられた油が第１摺動部３２４Ａよりも燃焼室Ｓ１側へ移動することはない。また、第２摺動部３２４Ｂが掻き上げた油は、オイル戻し孔３２８ａを介して排出される。さらに、第２摺動部３２４Ｂが油を掻き上げたとしても、その油はピストン８０が下降するときに第１摺動部３２４Ａにより掻き落とされる。

【0086】

一方、ピストン８０の下降時には、第２摺動部３２４Ｂが第１湾曲面２６を進行方向前側にしてシリンダ内周面９１に対して摺動する。第１湾曲面２６は、第２湾曲面２７に比べて油の掻き落とし効果が弱いものの、少なからず油を掻き落とす機能を有する。それに加え、第２摺動部３２４Ｂの後方から第１摺動部３２４Ａがシリンダ内周面９１に対して摺動している。第１摺動部３２４Ａは、第２湾曲面２７を進行方向前側にして摺動している。そのため、第２摺動部Ｂの通過後にシリンダ内周面９１に付着している油は、第１摺動部３２４Ａにより掻き落とされる。このように、第２摺動部３２４Ｂの油の掻き落とし効果が弱いとしても、第１摺動部３２４Ａが油の掻き落とし効果を補って、オイルリング３００全体としては、効果的に油を掻き落とすことができる。

【0087】

以上のように、オイルリング３００は、Ｘ軸回りの円環状に形成されたリング本体３２０と、リング本体３２０を半径方向外側へ付勢するコイルエキスパンダ３３０とを備え、リング本体３２０の外周には、軸方向に並んだ２つの円環状の摺動部３２４を有し、摺動部３２４は、半径方向外側へ凸状に湾曲し、シリンダ内周面９１と摺動する摺動面２５が設けられ、２つの摺動部３２４のうち少なくとも燃焼室Ｓ１側の第１摺動部３２４Ａの摺動面２５は、最大径となる頂部Ｐよりも燃焼室Ｓ１側の第１湾曲面２６と頂部Ｐよりもクランク室Ｓ２側の第２湾曲面２７とを有し、摺動面２５を周方向に直交する平面で切断したときに、第１湾曲面２６と第２湾曲面２７とは、頂部Ｐにおいて、それぞれの断面形状の接線ｔ１，ｔ２が一致する状態でつながっており、第１湾曲面２６及び第２湾曲面２７の断面形状において、頂部Ｐから軸方向への距離に対する半径方向内側への変位の変化率を頂部Ｐから軸方向への距離が同じ点で比べた場合に、第１湾曲面２６の変化率は、第２湾曲面２７の変化率よりも小さくなっている。

【0088】

この構成により、ピストン８０の上昇時には適切な油膜を形成する共にオイルの掻き上げ量を低減することができ、ピストン８０の下降時にはオイルの効果的に掻き落とすことができる。その結果、ピストン８０の摺動抵抗を低減できると共に、オイル消費を抑制することができる。

【0089】

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0090】

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0091】

前記オイルリングの構成は、一例に過ぎない。例えば、摺動面２５，３２５の断面形状は、円弧状でなくてもよい。例えば、摺動面２５，３２５の断面形状は、二次曲線や指数関数で表される曲線であってもよい。さらに、摺動面２５，３２５の断面形状は、頂部Ｐから軸方向に離れるに従って曲率半径が変化する形状であってもよい。

【0092】

外周面２３には、第１接続面２３ａと、摺動面２５と、第２接続面２３ｂとが設けられているが、第１接続面２３ａ及び第２接続面２３ｂを省略してもよい。その場合、第１湾曲面２６が側面２１に連結され、第２湾曲面２７が側面２２に連結される。

【0093】

また、スペーサエキスパンダ３０及びコイルエキスパンダ３３０は、前記の構成に限られるものではない。サイドレール２０及びリング本体３２０を半径方向外側へ付勢することができる限り、任意のエキスパンダを採用することができる。

【0094】

また、図１１に示す実施形態３に係るオイルリング３００において、第２摺動部３２４Ｂは、クランク室Ｓ２側に第１湾曲面２６が設けられ、燃焼室Ｓ１側に第２湾曲面２７が設けられているが、これに替えて、第２摺動部３２４Ｂが第１摺動部３２４Ａと同様に、燃焼室Ｓ１側に第１湾曲面２６を設け、クランク室Ｓ２側に第２湾曲面２７を設けるように形成してもよい。

【0095】

《実施例》
続いて、第１湾曲面２６の曲率半径を変えた場合の油膜厚さの変化及び摺動抵抗の変化について説明する。

【0096】

第１湾曲面２６の軸方向寸法ｈ１を０．１ｍｍ、リング面圧を０．４ＭＰａとし、粘度０Ｗ−２０（９０℃）のエンジンオイルを用い、ピストン８０を３３ｍ／ｓで上昇させた場合の油膜厚さを、第１湾曲面２６の曲率半径を変えて、レイノルズ方程式により計算した。曲率半径は、０．１５ｍｍと、０．７ｍｍとした。図１２に第１湾曲面２６の断面形状を示す。図１３に、油膜厚さの計算結果を示し、図１４に、抵抗の計算結果を示す。図１３では、曲率半径が０．１５ｍｍの場合の油膜厚さを１とし、図１４では、曲率半径が０．１５ｍｍの場合の抵抗を１としている。

【0097】

図１３，１４からわかるように、曲率半径を０．１５ｍｍから０．７ｍｍに変えると、油膜厚さは約３．０倍に増大し、抵抗は約０．８倍に減少する。尚、曲率半径が０．１５ｍｍのときの油膜厚さは約０．５０μｍであり、抵抗は１７Ｎ／ｍであった。

【0098】

このように、曲率半径を大きくすることによって、油膜厚さが厚くなり且つ抵抗が低減されることがわかる。

【0099】

次に、実際のエンジンにおいて複数のサイドレール２０を用いてオイル消費量を測定した結果を示す。図１５に、測定に用いた２種類のサイドレール２０の摺動面２５の形状を示す。図１６に、オイル消費量の測定結果を示す。

【0100】

エンジンは、自然吸気型の水冷４ストロークガソリンエンジンであって、ボア径は８９ｍｍ、ストロークは１００ｍｍであった。このエンジンを回転数６０００ｒｐｍで且つ全負荷で運転したときのオイル消費量を測定した。

【0101】

２種類のサイドレールは、軸方向寸法、即ち、厚みが０．３５ｍｍである。

【0102】

比較例に係るサイドレールは、摺動面２５が上下対称な形状をしている。詳しくは、頂部Ｐが下側の側面２２から軸方向において０．１７５ｍｍの位置に位置しており、第１湾曲面２６及び第２湾曲面２７の曲率半径は共に、０．１２５ｍｍである。第１実施例及び第２実施例に係るサイドレールは、摺動面２５が上下非対称な形状をしている。詳しくは、頂部Ｐが下側の側面２２から軸方向において０．１５ｍｍの位置に位置しており、第１湾曲面２６の曲率半径が０．３１ｍｍであり、第２湾曲面２７の曲率半径が０．０９ｍｍであった。

【0103】

比較例及び第１実施例に係るサイドレールは、スペーサエキスパンダ３０と共にリング溝８２内に収容された場合に、１８．５Ｎの張力を発生するように構成されていた。第２実施例に係るサイドレールは、スペーサエキスパンダ３０と共にリング溝８２内に収容された場合に、９．５Ｎの張力を発生するように構成されていた。

【0104】

このようなサイドレールを用いて前記運転条件で同じ時間だけエンジンを運転した場合、比較例のサイドレールのオイル消費量を１とすると、第１実施例のサイドレールのオイル消費量は約０．５であり、大幅に低減された。

【0105】

また、比較例と第２実施例とを比較すると、第２実施例のサイドレールのオイル消費量は、比較例のサイドレールの１に対して、約０．９５であり、僅かに低減された。しかしながら、第２実施例のサイドレールは、比較例のサイドレールに比べて、張力が略半分である。つまり、この結果からは、摺動面の形状を比較例の形状から第２実施例の形状に変更することによって、オイル消費量を増大させることなく、摺動抵抗を低減できることがわかる。

【産業上の利用可能性】

【0106】

以上説明したように、ここに開示された技術は、オイルリングついて有用である。

【符号の説明】

【0107】

１００ オイルリング
２０Ａ 第１サイドレール（リング本体）
２０Ｂ 第２サイドレール（リング本体）
２３ 外周面
２５ 摺動面
２６ 第１摺動面
２７ 第２摺動面
３０ スペーサエキスパンダ
２００ オイルリング
３００ オイルリング
３２０ リング本体
３２４Ａ 第１摺動部
３２４Ｂ 第２摺動部
３２５ 摺動面
３３０ コイルエキスパンダ
８０ ピストン
８２ リング溝
９１ シリンダ内周面
Ｒ１ 燃焼室
Ｒ２ クランク室
ｔ１ 接線
ｔ２ 接線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】