JP4455337B2 - オイルリング - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用オイルリングであって、摺動摩擦を低減させることが可能であり、オイル消費の低減に優れたオイルリングに関するものである。

従来、内燃機関においては、燃費を向上させるために、ピストン内における摩擦の低減が重要となっていた。特に、内燃機関のピストンリングにおいては、摩擦力の低減のため、圧力リングおよびオイルリングに品質の向上が求められている。また、摩擦力の低減と共にオイル消費の低減も求められている。
例えば、オイルリングは、潤滑油の掻き落とし機能と、潤滑油の消費量を制御するオイルコントロール機能を担うものであるが、オイルリングのこれらの機能を高めるため、オイルリングの軸方向幅を薄幅化する技術が開発されている。
従来の薄幅化されたオイルリングの一例について示すと、図４に示すように、オイルリング１は、二つのレール２、３を柱状のウェブ４で連結した断面略Ｉ字形を呈するものである。この例には、二つのレール２、３が対称に形成されている例を示すものである。このようなオイルリング１は、シリンダー２０の内壁２１と摺動する摺動面６を先端に有する摺動部突起５と、当該摺動部突起５の外側部分を形成している摺動部突起外側面７と、内側部分を形成している摺動部突起内側面８とを有する。また、レール２および３をウェブ４で連結して形成される外周溝９は、シリンダー内壁２１から摺動面６によってかきとられたオイルが受容される溝であり、さらに、外周溝９に受容されたオイルは、ウェブ４に多数設けられている油孔１６を通過し、オイルリング１の内周側へと移動する。
このような構成からなるオイルリングにおいては、潤滑油消費量低減の観点から、オイルリング軸方向の幅、すなわち図４に示すｈの高さを薄くすることにより、オイルリングのオイルコントロール機能を高めている。ｈの寸法が小さい程低フリクションとできるので、潤滑油の消費量低減には有利であるが、２ピースオイルリングの摺動面は３ピースオイルリングとは異なり、常にボアにフラットに接触しようとする構造であるため、初期に形成された当たり面が長期にわたり維持されてしまう。
フラットな面には楔効果が寄与しないので摺動面の油膜の厚さは薄く、フラットな広い面で薄い油膜をせん断する場合には摩擦力が大きくなる。オイルリングといえども、工程のほとんどの領域で流体潤滑で運転されるので、薄い油膜の場合は油膜内の速度勾配が大きくなり、速度勾配が大きいほどせん断力が大きくなるので、広いフラットな面は高いせん断力の発生領域が全面にわたリフリクションが大きくなる。
これを回避させる為には、摺動面当たり幅を小さくさせることが最も重要である。
また、実公昭４６−１２４０５号公報には、ピストンリングの軸方向における幅が厚い上下レールを有するピストンリングにおいて、ピストンの上下運動に伴い、ピストンが左右に揺れる首振りといった不都合が生じた場合に、シリンダー内壁と接触するピストンリングのエッジ部分に過大な圧力がかかることを要因として発生するピストンリングの焼きつき等を防止するために、ピストンリングの摺動面の形状を樽形とした技術が開示されている。
更に、オイル消費に優れたオイルリングとしては、特開２００２−７１０２１号公報において、オイルリングの上下レールにそれぞれ、第一テーパー面及び第二テーパー面を設け、更に、下レール側摺動面とつながる第二テーパー面との角度を上レール角度より大きくすることで、リング上昇の際に油膜厚さを厚くし、リング下降の際は油膜を薄くすることによりオイル消費を低減することが開示されている。このオイルリングでは上下テーパーが異なるようにする加工やオイルリングを組み付ける際向きの判別が必要で作業が煩雑になるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ピストンの高速回転域においても摺動摩擦を低減することが可能なオイルリングでオイル消費に優れ、加工も容易なオイルリングを提供することを主目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明は、二つのレールを柱部で連結した断面略Ｉ字形のオイルリングであって、上記二つのレールに形成されている摺動部突起は、上記摺動部突起の外側部分を形成している摺動部突起外側面と、上記摺動部突起の内側部分を形成している摺動部突起内側面と、シリンダー内壁と摺動し、上記摺動部突起の先端部分を形成している摺動面とを有し、上記摺動部突起外側面のテーパー角度が１０°〜６０°の範囲内であり、上記摺動部突起外側面と上記摺動面とが接合する外側エッジ部は曲面状に形成されており、上記摺動面は、上記摺動部突起外側面と接合してなだらかな曲面状に形成されている曲面摺動部を有することを特徴とするオイルリングを提供する。
本発明においては、摺動部突起の形状を上述した形状とすることにより、オイルリングに傾きが生じ、シリンダー内壁に対して斜め当たりとなる不都合が生じた場合に、シリンダー内壁と接触する外側エッジ部において、曲面で接触させることができるため、過度な圧力が外側エッジ部に集中することが抑制され、摺動摩擦を低減させることができる。
本発明においてはまた、二つのレールを柱部で連結した断面略Ｉ字形のオイルリングであって、上記二つのレールに形成されている摺動部突起は、上記摺動部突起の外側部分を形成している摺動部突起外側面と、上記摺動部突起の内側部分を形成している摺動部突起内側面と、シリンダー内壁と摺動し、上記摺動部突起の先端部分を形成している摺動面とを有し、上記摺動部突起外側面は、上記摺動部突起外側面と上記摺動面とが接合する外側エッジ部から少なくともその一部分が曲面状に形成されており、上記外側エッジ部は曲面状に形成されており、上記摺動面は、上記摺動部突起外側面と接合してなだらかな曲面状に形成されている曲面摺動部を有することを特徴とするオイルリングを提供する。
本発明においては、上記発明と同様に摺動面に曲面摺動部を設けることにより、摺動摩擦の低減を図ることができる。さらに、摺動部突起外側面に、外側エッジ部から少なくともその一部分を曲面状とした部分が形成されており、これにより、外側エッジ部をより滑らかな曲面状に形成することができる。したがって、オイルリングに傾きが生じ、シリンダー内壁に対して斜め当たりとなる不都合が生じた場合に、外側エッジ部に過度な圧力がかかることを抑制することができるため、これによっても摺動摩擦を低減させる効果を得ることができる。
上記発明においては、上記曲面摺動部と上記摺動部突起内側面とが接合していることが好ましい。摺動面全体を曲面摺動部とすることにより、常に摺動面はシリンダー内壁に対して曲面で接触するため、シリンダー内壁に対する追従性に優れ、摺動摩擦の低減に効果があるからである。
上記発明においては、上記曲面摺動部と上記摺動部突起外側面とが接合している部分から、上記摺動面と上記摺動部突起内側面とが接合している部分までの、オイルリング径方向の幅が、３μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
上述した範囲内の幅を有するのであれば、オイルリングの潤滑油掻き落とし機能およびオイルコントロール機能を損なうことなく、摺動摩擦を低減させることができるからである。
上記発明においては、上記摺動部突起内側面と上記摺動面とが接合する内側エッジ部は曲面状に形成されており、上記摺動面は、上記摺動部突起内側面と接合してなだらかな曲面状に形成されている内側曲面摺動部を有していてもよい。
上記発明においては、上記摺動部突起内側面のテーパー角度が０°〜３０°の範囲内であることが好ましい。摺動部突起内側面におけるテーパー角度を上述した範囲内とすることにより、摺動面と摺動部突起内側面との接合部分において、摺動面と摺動部突起内側面とがなすオイルリング内の角度を大きく確保することができるため、過度な圧力の集中が回避され、摺動面の形状と併せて摺動摩擦の低減に効果を有するからである。

図１は、本発明のオイルリングの一例を示す概略断面図である。
図２は、本発明における摺動部突起の一例を示す説明図である。
図３は、本発明における摺動部突起の他の例を示す説明図である。
図４は、従来のオイルリングの一例を示す概略断面図である。
図５は、従来のオイルリングにおいて傾きが生じた場合に、外側エッジ部がシリンダー内壁に接触している状態を示した概略断面図である。
図６は、本発明のオイルリングの他の例を示す概略断面図である。
図７は、本発明のオイルリングにおいて傾きが生じてもエッジ接触とはならないことを示した概略断面図である。
図８は、本発明のオイルリングの他の例を示す概略断面図である。
図９は、本発明における摺動部突起の他の例を示す説明図である。
図１０は、本発明の実施例における、エンジン回転数に対するオイルリングの機械的損失（ＦＭＥＰ）を示したグラフである。
図１１は、本発明の実施例における、オイルリングのオイル消費量比率を示すグラフである。

以下、本発明のオイルリングについて詳細に説明する。本発明のオイルリングは、摺動部突起の外側部分を形成する摺動部突起外側面の形状の違いにより二つの実施態様に分けることができる。まず、第一実施態様について説明する。
Ａ．第一実施態様
第一実施態様は、二つのレールを柱部で連結した断面略Ｉ字形のオイルリングであって、上記二つのレールに形成されている摺動部突起は、上記摺動部突起の外側部分を形成している摺動部突起外側面と、上記摺動部突起の内側部分を形成している摺動部突起内側面と、シリンダー内壁と摺動し、上記摺動部突起の先端部分を形成している摺動面とを有し、上記摺動部突起外側面のテーパー角度が１０°〜６０°の範囲内であり、上記摺動部突起外側面と上記摺動面とが接合する外側エッジ部は曲面状に形成されており、上記摺動面は、上記摺動部突起外側面と接合してなだらかな曲面状に形成されている曲面摺動部を有することを特徴とするものである。
本実施態様においては、摺動部突起の形状を上述した形状とすることにより、オイルリングに傾きが生じ、シリンダー内壁に対して斜め当たりとなる不都合が生じた場合に、シリンダー内壁と接触する外側エッジ部において、曲面で接触させることができるため、過度な圧力が外側エッジ部に集中することが抑制され、摺動摩擦を低減させることができる。
このような利点を有する本実施態様のオイルリングについて、図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本実施態様のオイルリングの一例を示した概略断面図である。この例に示すオイルリング１は、二つのレール２、３を柱状のウェブ４で連結した断面略Ｉ字形を呈し、二つのレール２、３が対称に形成されている例を示すものである。
当該オイルリング１は、シリンダー２０の内壁２１を摺動する摺動面６が先端に形成されている摺動部突起５を有し、当該摺動部突起５は、その外側部分を形成している摺動部突起外側面７と、内側部分を形成している摺動部突起内側面８とを有する。また、レール２および３をウェブ４で連結して形成される外周溝９は、シリンダー内壁２１から摺動面６によって掻きとられた潤滑油が受容される溝であり、さらに、外周溝９に受容された潤滑油は、ウェブ４に多数設けられている油孔１６を通過し、オイルリング１の内周側へと移動する。
このような構成を有する本実施態様のオイルリング１においては、摺動面６と摺動部突起外側面７とが接合する部分である外側エッジ部１０が曲面状に形成されており、さらに、摺動面６は、摺動部突起外側面７と接合しなだらかな曲面状に形成されている曲面摺動部１１を有し、さらには、摺動部突起外側面７のテーパー角度が、所定の範囲内にあるように形成されていることを特徴とする。
本実施態様においては、摺動部突起５の形状をこのような形状に形成することにより、オイルリング１に傾きが生じた場合に、外側エッジ部１０がシリンダー内壁２１に強く接触することにより生じる摺動摩擦の増大を抑制している。
すなわち、オイルリング１がピストン２２の溝内で持ち上がり不安定な状態となるフラッタリング等の不都合が生じると、オイルリング１はピストン２２の構内で上下動し傾きが生じる。このようにオイルリング１に傾きが生じると、上下のレール２、３のいずれかの外側エッジ部１０が強くシリンダー内壁２１に押し付けられるため、摺動摩擦が増大するといった問題が生じる。さらにこのような摺動摩擦の増大は、潤滑油の消費量を多くし、オイルコントロール機能の低下といった不都合の発生にも繋がる。
図７は、本実施態様のオイルリングに傾きが生じた場合に、外側エッジ部がシリンダー内壁に接触している状態を示す概略断面図である。図７に示すように、本実施態様においてオイルリング１に傾きが生じた場合は、上下レールの外側エッジ部１０がシリンダー内壁２１に対して曲面で接触することにより、過度な圧力が外側エッジ部１０に集中することを回避することができる。従って、本実施態様のオイルリングであれば、摺動摩擦を低減させることができるのである。
さらに、図１には、上述した構成を有するオイルリング１の内周側に接触し、オイルリング１をオイルリング１の径方向外方へ付勢して、シリンダー内壁２１にオイルリングを押し付けるコイルエキスパンダ１２が示されており、オイルリング１とコイルエキスパンダ１２とからなる２ピースオイルリングの例を示している。
このような利点を有する本実施態様のオイルリングおよびその他エキスパンダについて以下、詳細に説明する。
１．オイルリング
一般的にオイルリングは、シリンダー内壁の余分な潤滑油を掻き落とし、潤滑油の消費量を適性水準に抑えるために設けられているものである。本実施態様のオイルリングは、二つのレールを柱部で連結した断面略Ｉ字形であり、かつ二つのレールに形成されている摺動部突起が、前記摺動部突起の外側部分を形成している摺動部突起外側面と、前記摺動部突起の内側部分を形成している摺動部突起内側面と、前記摺動部突起のシリンダー内壁と摺動する摺動面とを有するものである。
このような本実施態様のオイルリングについてまず、摺動部突起の形状について説明する。
まず、摺動部突起の外側部分を形成する摺動部突起外側面において、そのテーパー角度が、１０°〜６０°の範囲内である必要があり、その中でも、１５°〜４５°の範囲内であることが好ましい。ここでいう、摺動部突起外側面のテーパー角度とは、摺動部突起の外側の傾斜面がオイルリングの径方向に対しなす角度を意味し、具体的には、図２に示すように、オイルリングの径方向と平行方向にある直線Ａと摺動部突起外側面７とがなす角度αを指している。
本実施態様においては、このような摺動部突起外側面のテーパー角度を上述した範囲外とすると、シリンダー内へオイルリングを組付ける際に、摺動部突起に欠けが生じる可能性が大きく、これによりシリンダー内壁にキズが発生し、シール性能が悪化するため好ましくない。
また、この摺動部突起外側面のテーパー角度を上述した範囲内とすることにより、外側エッジ部の角度、すなわち、図２に示すように、摺動部突起外側面７と摺動面６とがなす部材側の角度γを大きく確保することができるため、オイルリングに傾きが生じシリンダー内壁に対して外側エッジ部が強く押し付けられた場合であっても、狭い面積に高い圧力が集中することを防止することができるので、摺動摩擦の増大を回避することができる。
一方、摺動部突起の内側部分を形成する摺動部突起内側面のテーパー角度は、０°〜３０°の範囲内であることが好ましい。ここでいう、摺動部突起内側面のテーパー角度とは、摺動部突起の内側の傾斜面がオイルリングの径方向に対しなす角度を意味し、具体的には、図２に示すように、オイルリングの径方向と平行方向にある直線Ｂと摺動部突起内側面８とがなす角度βを指している。このような摺動部突起内側面のテーパー角度を上記範囲内とすることにより、摺動面と摺動部突起内側面との接合部分の角度、すなわち、図２に示すように、摺動部突起内側面８と摺動面６とがなす部材側の角度δを大きく確保することができるため、当該接合部分でシリンダー内壁に接触した場合にその部分に圧力が集中することが防止され、摺動摩擦の低減を図ることができる。また、加工が容易であることから製造効率上有利である。
さらに、本実施態様においては、摺動部突起外側面と摺動面とが接合する部分である外側エッジ部が曲面状に形成されているものである。従来では、図４に示すように、外側エッジ部１０の形状は角状に形成されていた。このように角状の外側エッジ部とすると、オイルリングに傾きが生じ、シリンダー内壁に斜め当たりとなった際に、図５に示すように、外側エッジ部１０はシリンダー内壁２１にエッジ部分で接することとなる。これにより、外側エッジ部１０には、過度の圧力が集中するため、摺動摩擦が大幅に増大する問題が生じていたのである。しかしながら、本実施態様においては、外側エッジ部の形状を曲面状としていることから、外側エッジ部への極度な圧力の集中を防止することができ、その結果、摺動摩擦の低減が可能となるのである。また、上述した摺動部突起外側面のテーパー角度との相乗効果により、より一層摺動摩擦の増大を抑制する効果を高めることができる。
また、本実施態様における摺動面は、摺動部突起外側面と接合しなだらかな曲面状に形成されている曲面摺動部を有するものである。この曲面摺動部としては、摺動部突起外側面と接合し、曲面状に形成されているものであれば特に限定はされない。また、この曲面摺動部の設け方としては、外側エッジ部から摺動面の少なくとも一部分にかけて設けられていれば特に限定はされない。例えば、図２に示すように、摺動面６全体が曲面摺動部１１となっている場合でもよく、また図３に示すように、外側エッジ部１０から一部分にかけて曲面摺動部１１が形成されており、残りの部分は平面状に形成された平面摺動部１３となっている摺動面６であってもよい。
このように摺動面に曲面摺動部を設けることにより、外側エッジ部の形状を曲面とすることができるため、上述したように摺動部突起外側面におけるテーパー角度との相乗効果により、より一層、摺動摩擦を低減させる効果を得ることができる。
このような摺動面において、中でも、曲面摺動部と摺動部突起内側面とが接合していることが好ましい。すなわち、図２に示すように、摺動面６全体が曲面摺動部１１となっていることが好ましい。このように摺動面の形状を全体的に曲面状とすることにより、摺動面は常にシリンダー内壁に対して曲面で接触するため、シリンダー内壁に対する追従性に優れ、潤滑油の掻き落とし機能およびオイルコントロール機能を向上させ、かつ摺動摩擦の低減にも効果を有するからである。
さらに、本実施態様においては、上述した曲面摺動部に加えて、内側曲面摺動部を摺動面に設けてもよい。この内側曲面摺動部は、摺動部突起内側面と接合し、曲面状に形成されているものであれば特に限定はされない。また、この内側曲面摺動部の設け方としては、摺動面と摺動部突起内側面とが接合する部分である内側エッジ部から摺動面の少なくとも一部分にかけて設けられていれば特に限定はされない。例えば、図９に示すように、摺動面６を、外側エッジ部１０から一部分にかけて形成されている曲面摺動部１１と、この曲面摺動部１１に連続し平面状に形成された部分である平面摺動部１３と、上記平面摺動部１３と接合し、なだらかな曲面状に形成されている内側曲面摺動部１４とから形成する場合や、図９に示す平面摺動部１３を設けずに、曲面摺動部１１と内側曲面摺動部１４とを連続して形成し、摺動面６を外側エッジ部１０から内側エッジ部１５にかけて全体的に曲面状とする場合等を挙げることができる。このように内側曲面摺動部１４を設けることにより内側エッジ部１５を曲面状に形成することができるため、オイルリングに傾きが生じ、シリンダー内壁に対して斜め当たりとなる不都合が生じた場合に、過度な圧力が一点に集中することを抑制することができ、摺動摩擦の低減を図ることができる。
さらに本実施態様では、例えば図３および図９に示すように、摺動面６の一部分に平面摺動部１３を設けた場合において、この平面摺動部１３のオイルリング軸方向の長さは、５μｍ〜１００μｍの範囲内、中でも５０μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。ここでいう平面摺動部のオイルリング軸方向の長さとは、図３に示す場合では、平面摺動部１３および曲面摺動部１１が接合している部分を通りオイルリング径方向に平行にひいた直線Ｃと、摺動面６および摺動部突起内側面８の接合部分、すなわち内側エッジ部１５を通りオイルリング径方向に平行にひいた直線Ｄとの間隔ａを指している。一方、図９に示す場合では、内側曲面摺動部１４を設けているが、平面摺動部１３および曲面摺動部１１が接合している部分を通りオイルリング径方向に平行にひいた直線Ｃと、摺動面６および摺動部突起内側面８の接合部分、すなわち内側エッジ部１５を通りオイルリング径方向に平行にひいた直線Ｄとの間隔ａを指している。
このように摺動面の一部分に平面摺動部を設けた場合、オイルリングが正常な状態で上下動している際には、この平面摺動部でシリンダー内壁に接触する。よって平面摺動部のオイルリング軸方向の長さを上述した範囲内とすることにより、オイルの掻き落とし機能およびオイルコントロール機能等の機能に支障をきたすおそれが少ないからである。
このような摺動面において、曲面摺動部と摺動部突起外側面とが接合している部分から、摺動面と摺動部突起内側面とが接合している部分までの、オイルリング径方向の幅、具体的には、図２に示すように、曲面摺動部１１と摺動部突起外側面７とが接合している部分、すなわち、外側エッジ部１０から、摺動面６と摺動部突起内側面８とが接合している部分までの、オイルリング径方向における幅ｘは、３μｍ〜１００μｍの範囲内、中でも３μｍ〜３０μｍの範囲内、特に、１０μｍ〜２０μｍの範囲内であることが好ましい。摺動面におけるオイルリング径方向に対する幅を上述した範囲内とすることにより、オイルリングとしての機能を損なうことがなく、かつ摺動摩擦を低減させる効果を得ることができるからである。
一方、内側曲面摺動部を有する場合の曲面摺動部のオイルリング径方向の幅、すなわち、図９に示すように外側エッジ部１０を通りオイルリング軸方向に平行にひいた直線Ｅと、曲面摺動部１１のうち最もオイルリング径方向の外方に位置する部分を通りオイルリング軸方向に平行にひいた直線Ｆとの間隔ｂは、３μｍ〜１００μｍの範囲内、中でも３μｍ〜５０μｍの範囲内、特に３μｍ〜３０μｍの範囲内、さらには１０μｍ〜２０μｍの範囲内であることが好ましい。
さらに、内側曲面摺動部のオイルリング径方向の幅、すなわち、図９に示すように内側エッジ部１５を通りオイルリング軸方向に平行にひいた直線Ｇと、内側曲面摺動部１４のうち最もオイルリング径方向の外方に位置する部分を通りオイルリング軸方向に平行にひいた直線Ｆとの間隔ｃは、３μｍ〜１００μｍの範囲内、中でも３μｍ〜５０μｍの範囲内、特に３μｍ〜３０μｍの範囲内、さらには５μｍ〜１５μｍの範囲内であることが好ましい。
さらに内側曲面摺動部を設けた場合に、上述した曲面摺動部のオイルリング径方向の幅と内側曲面摺動部のオイルリング径方向の幅との関係、すなわち図９に示す間隔ｂおよび間隔ｃの関係は、特に限定はされないが、間隔ｂの方が、間隔ｃよりも広いことが好ましい。このようにすることにより、より摺動摩擦の低減に効果があり、また、加工が容易であるからである。
次に、オイルリング軸方向における摺動面幅について説明する。ここでいうオイルリング軸方向における摺動面幅とは、外側エッジ部から、摺動面と摺動部突起内側面との接合部分までの、オイルリング軸方向における幅を意味し、具体的には、図２に示すように、外側エッジ部１０を通りオイルリング径方向に平行にひいた直線Ａと、摺動面および摺動部突起内側面の接合部分を通りオイルリング径方向に平行にひいた直線Ｂとの幅ｙを示し、かつ、本実施態様においては、上下二つのレールの両方の幅を足し合わせた数値とすることとする。このようなオイルリング軸方向における摺動面幅は、本実施態様においては、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内、中でも、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内であることが好ましい。ピストンリングの軽量化およびオイル消費の低下を実現するために、一般的にオイルリングでは、オイルリング軸方向幅を薄幅化することが好ましく、このような要求にも上述した範囲内であれば、十分に対応することが可能であるからである。さらに、オイルリングの薄幅化が進むにつれ、特にピストンの高速回転域では、オイルリングにフラッタリングが生じる可能性が大きく、摺動摩擦が増大するおそれがあるが、本実施態様においては、特にオイルリングの薄幅化によるこのような問題の発生を十分に防止することが可能である。
また、本実施態様におけるオイルリング軸方向幅は、オイルリングの潤滑油を掻き落とす機能や、潤滑油のオイルコントロール機能に支障がないのであれば特に限定はされない。
なお、ここでいうオイルリング軸方向幅とは、オイルリングを構成する上下レールにおいて、上レールの上面から下レールの下面までのオイルリング軸方向におけるオイルリングの幅を意味し、具体的には、図１に示すように、上レール２の上面から下レール３の下面までのオイルリング軸方向における幅ｉを指している。本実施態様においては、このようなオイルリング軸方向幅が、具体的に、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲内その中でも、１．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲内であることが好ましい。上述したように、ピストンリングの軽量化および潤滑油の消費量の低下を実現するためには、オイルリング軸方向幅の薄幅化が好ましいからである。また、本実施態様は、上記範囲内にある薄幅化のオイルリングにおいて、ピストンの高速回転域で特に生じることが多いオイルリングの傾きを要因とする、摺動摩擦の増大に対して、摺動摩擦を低減させる効果を有するものである。
また、本実施態様のオイルリングの張力は、シリンダー内壁に良好に付勢できるのであれば特に限定はされないが、より具体的には、オイルリング張力（Ｎ）をリングボア径（ｍｍ）で割った値、オイルリング張力比率（Ｎ／ｍｍ）が０．５Ｎ／ｍｍ以下であることが好ましく、中でも、０．２Ｎ／ｍｍ以下であることが好ましい。上記範囲内の張力を有するオイルリングは一般的に低張力オイルリングと呼ばれるものであるが、このような低張力オイルリングにおいては、ピストンの低速回転域ではオイルリングにフラッタリングは生じにくいが、高速回転域では生じる可能性が高く、本実施態様の効果を十分に活かすことが可能であるからである。
次いで、本実施態様のオイルリングの全体的な形状としては、二つのレールを柱部で連結した断面略Ｉ字形であり、また摺動部突起の形状が上述した形状を有していれば特に限定はされない。例えば、図６（Ａ）に示すように、摺動部突起５の内側部分が階段状に形成されている形状や、図６（Ｂ）に示すように摺動部突起５がオイルリング１の軸方向の内方側に設けられており軸方向外方側には、一般的に肩３０と呼ばれる部分がある形状等を挙げることができる。
また、本発明において摺動面及び摺動突起部に施される表面処理皮膜としては、ガス窒化皮膜、イオン窒化皮膜、イオンプレーティング皮膜、ダイヤモンドライクカーボン皮膜や金属を含む硬質炭素皮膜を形成することが望ましい。ガス窒化皮膜はマスキングをしなければ全周に形成することができるが、本発明においては外周のみに形成しても、全周に形成してもよく、形成する箇所は適宜選択することができる。
上記の表面処理のうち、イオン窒化皮膜、またはイオンプレーティング皮膜は外周面のみに形成することが望ましい。イオンプレーティング皮膜の種類の具体的な例としては、Ｃｒ−Ｎ系やＣｒ−Ｂ−Ｎ系、更にＴｉ−Ｎ系等が挙げられる。
上記のような硬質皮膜を形成する場合は、摺動面とその下側の摺動面突起内側面がシャープエッジになると、欠けや剥離が生じやすいので、なだらかな曲面状（Ｒ面）とすることが望ましい。
本実施態様において、オイルリングを形成する材料としては、適度な靭性を有し、また、２ピースオイルリングとする場合には、エキスパンダからの張力により変形するおそれのない材料、具体的には、従来からのオイルリングに用いられている鋼材であれば特に限定はされない。その中でも、マルテンサイトステンレス鋼（ＳＵＳ４４０、ＳＵＳ４１０材）、１０Ｃｒ、８Ｃｒ、合金工具鋼（ＳＫＤ材）、ＳＫＤ６１、ＳＷＯＳＣ−Ｖ、ＳＷＲＨ相当材等を好適に用いることができる。
２．その他
本実施態様のオイルリングは、上述した構成を有するオイルリングのみからなる１ピースオイルリングとする場合であってもよく、さらに本実施態様のオイルリングをオイルリングの径方向外方へ付勢するエキスパンダと組み合わせる２ピースオイルリングとする場合であってもよい。
例えば、２ピースオイルリングとする場合に用いるエキスパンダとしては、オイルリングの径方向外方への拡張力を生じるように形成されているものであれば特に限定されるものではない。例えば、断面円形の線材をコイル状に巻き、コイルエキスパンダの外周面を研削処理することによりリング状としたもの等が可能である。また図１に図示したコイルエキスパンダの一例は断面円形状で表しているが、その形状は特に上記の形状に限定されるものではない。このエキスパンダは、上述のコイルエキスパンダに代わって、プレートエキスパンダとしてもよい。
Ｂ．第二実施態様
次に第二実施態様について説明する。本実施態様は、二つのレールを柱部で連結した断面略Ｉ字形のオイルリングであって、前記二つのレールに形成されている摺動部突起は、前記摺動部突起の外側部分を形成している摺動部突起外側面と、前記摺動部突起の内側部分を形成している摺動部突起内側面と、シリンダー内壁と摺動し、前記摺動部突起の先端部分を形成している摺動面とを有し、前記摺動部突起外側面は、前記摺動部突起外側面と前記摺動面とが接合する外側エッジ部から少なくともその一部分が曲面状に形成されており、前記外側エッジ部は曲面状に形成されており、前記摺動面は、前記摺動部突起外側面と接合してなだらかな曲面状に形成されている曲面摺動部を有することを特徴とするものである。
本実施態様においては、第一実施態様と同様に摺動面に曲面摺動部を設けることにより、オイルリングに傾きが生じ、シリンダー内壁に対して斜め当たりとなる不都合が生じた場合に、シリンダー内壁と接触する外側エッジ部において、曲面で接触させることができることから、過度な圧力が外側エッジ部に集中することを抑制でき、摺動摩擦の低減を図ることができる。
また、本実施態様においては、摺動部突起外側面が外側エッジ部から少なくともその一部分が曲面状に形成されている。このように摺動部突起外側面において、外側エッジ部から少なくともその一部分を曲面状に形成することにより、摺動部突起外側面と曲面摺動部とが接合している部分、すなわち外側エッジ部において、より滑らかな曲面状に形成することができる。
本実施態様において、摺動部突起外側面のうち曲面状に形成されている部分は、外側エッジ部と接合している部分から、摺動部突起外側面の少なくとも一部分であれば特に限定はされなく、図８に示すように、摺動部突起外側面７の全体が曲面状に形成されている場合であってもよく、また、外側エッジ部１０からその一部分が曲面状に形成されている場合であってもよい。
このような曲面状に形成された部分を有する摺動部突起外側面において、曲面状に形成されている部分のオイルリング径方向の幅、すなわち、図８に示すように、曲面状に形成されている部分の摺動部突起外側面７のうち、最もオイルリング径方向の内方に位置する部分を通り、オイルリング軸方向に平行にひいた直線Ｈと、外側エッジ部１０を通りオイルリング軸方向に平行にひいた直線Ｉとの間隔ｄは、５０μｍ〜５００μｍの範囲内であることが好ましい。一方、曲面状に形成されている部分の摺動部突起外側面においてオイルリング軸方向の幅、すなわち、図８に示すように、曲面状に形成されている部分の摺動部突起外側面７のうち、最もオイルリング径方向の内方に位置する部分を通り、オイルリング径方向に平行方向にひいた直線Ｊと、外側エッジ部１０を通りオイルリング径方向に平行にひいた直線Ｋとの間隔ｅは、１０μｍ〜２００μｍの範囲内であることが好ましい。曲面状に形成されている部分の摺動部突起外側面の形状を上述した範囲内とすることにより、外側エッジ部をより滑らかな曲面状に容易に加工することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
［単体試験］
まず、本発明のオイルリングに関し、単体試験機による摩擦力による機械的損失（ＦＭＥＰ）を求めた。その際の試験方法は、ピストンにオイルリングをセットし、なじみ運転をした後、オイル温度８０℃にてエンジンスピードに相当する回転数を変化させ、摩擦力を測定した。
本実施例に用いたオイルリングには、Ｃｒ：８．０ｗｔ％、Ｃ：０．７２ｗｔ％、Ｓｉ：０．２５ｗｔ％、Ｍｎ：０．２８ｗｔ％、Ｐ：０．０２ｗｔ％、Ｓ：０．０１ｗｔ％、その他不可避不純物からなるピストンリング用線材を用いた。そのピストンリング用線材に対し、引き抜き加工及び公知の加工法（研削加工等）を施し、更に、表面にガス窒化処理を施してＨｖ７００以上の拡散層を１００μｍの厚さで形成した。バレル量の調整は、セット治具の角度と処理時間を調整することにより、外周摺動面のバレル加工を行なった。
上記方法で製造したピストンリングの仕様を以下に示す（ｙ、α、βに関しては図２参照）。
オイルリングｄ１：８１ｍｍ、ｈ１：２ｍｍ、ａ１：２ｍｍ、
レールの幅ｙ＝０．２ｍｍ
面取り角度α：２５°、面取り角度β：１０°
合口隙間：０．１ｍｍ
オイルリング張力比率は０．１９Ｎ／ｍｍ
また、エキスパンダは、φ０．６ｍｍの線材を用い、エキスパンダ直径１．５ｍｍ、ピッチ０．６ｍｍとなるよう作成した。
本実施例においては、バレル処理をしていないもの（ＳＴＤ）、図２における「ｘ」の値が８μｍ、１５μｍ、２５μｍの４種類に関してＦＭＥＰの測定を行なった。測定結果を図１０に示す。
図１０から、何れの回転域でもＳＴＤと比較して、バレル面を有するオイルリングのＦＭＥＰ値は低く、バレル高さに関わらず、低減している。当たり幅を小さく維持することを考慮するとバレル量は高い方が望ましい。以上のことから、摺動面をバレル形状にすることで、フリクションを小さくできることが分かる。
［実機試験］
さらに、上記のオイルリングに関し、排気量：２６９４ｃｃ、ボア径：φ９５ｍｍの４気筒ガソリンエンジンにてオイル消費量の確認を行った。
この際のピストンリングの組合せは、１ｓｔリングは、１０Ｃｒ材からなるｈ１：１．２ｍｍ、ａ１：２．９ｍｍのものにガス窒化処理を施したもの、２ｎｄリングは、ＦＣ材からなるｈ１：１．２ｍｍ、ａ１：３．４ｍｍのものである。オイルリングは単体試験で用いた外周形状の仕様（ＳＴＤ及びバレル仕様）のものを用い、試験は１ｓｔリング及び２ｎｄリングの仕様は一定とし、オイルリングのみを変化させて行った。オイルリングには、「ｘ」の値が１５〜２０μｍの範囲内であるバレル形状オイルリングを用いた。
［試験方法］
ＷＯＴ（全負荷）によりエンジン回転数５２００ｒｐｍにて、ＳＴＤオイルリングを用いたオイル消費量（ｇ／ｈ）の数値を１とし、バレル形状オイルリングを用いた試験結果を指数（オイル消費量比率）として求めた。その結果を図１１に示す。
この結果よりオイル消費量比率は、バレル形状オイルリングを用いた試験結果が、低い値を示し良い結果が得られていることがわかる。その数値の差は約１１％であった。

本発明によれば、摺動部突起外側面のテーパー角度が１０°〜６０°の範囲内であり、さらに上記摺動部突起外側面と摺動面とが接合する外側エッジ部が曲面状に形成されており、上記摺動面は、上記摺動部突起外側面と接合してなだらかな曲面状に形成されている曲面摺動部を有することにより、オイルリングに傾きが生じ、シリンダー内壁に対して斜め当たりとなる不都合が生じた場合に、シリンダー内壁と接触する外側エッジ部において、曲面で接触させることができるため、過度な圧力が外側エッジ部に集中することが抑制され、摺動摩擦を低減させることができ、さらに、オイル消費量を小さくできるという効果を奏する。

Claims (5)

1. 二つのレールを柱部で連結した断面略Ｉ字形のオイルリングであって、前記二つのレールに形成されている摺動部突起は、前記摺動部突起の外側部分を形成している摺動部突起外側面と、前記摺動部突起の内側部分を形成している摺動部突起内側面と、シリンダー内壁と摺動し、前記摺動部突起の先端部分を形成している摺動面とを有し、
   前記摺動部突起外側面のテーパー角度が１０°〜６０°の範囲内であり、
   前記摺動部突起外側面と前記摺動面とが接合する外側エッジ部は、前記摺動面の前記摺動部突起外側面側の端部における接線よりも、前記摺動部突起外側面の方がオイルリング径方向内側となるような形状に形成されており、
   前記摺動面は、前記摺動部突起外側面と接合した曲面である曲面摺動部を有し、
   前記曲面摺動部と前記摺動部突起内側面とが接合しており、
   前記オイルリングの軸方向幅が、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲内であり、
   前記曲面摺動部と前記摺動部突起外側面とが接合している部分から、前記摺動面と前記摺動部突起内側面とが接合している部分までの、オイルリング径方向の幅が、３μｍ〜３０μｍであり、
   前記オイルリングの張力比率が０．５Ｎ／ｍｍ以下であることを特徴とするオイルリング。
2. 二つのレールを柱部で連結した断面略Ｉ字形のオイルリングであって、前記二つのレールに形成されている摺動部突起は、前記摺動部突起の外側部分を形成している摺動部突起外側面と、前記摺動部突起の内側部分を形成している摺動部突起内側面と、シリンダー内壁と摺動し、前記摺動部突起の先端部分を形成している摺動面とを有し、
   前記摺動部突起外側面は、前記摺動部突起外側面と前記摺動面とが接合する外側エッジ部から少なくともその一部分が曲面に形成されており、
   前記外側エッジ部は、前記摺動面の前記摺動部突起外側面側の端部における接線よりも、前記摺動部突起外側面の方がオイルリング径方向内側となるような形状に形成されており、
   前記摺動面は、前記摺動部突起外側面と接合した曲面である曲面摺動部を有し、
   前記曲面摺動部と前記摺動部突起内側面とが接合しており、
   前記オイルリングの軸方向幅が、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲内であり、
   前記曲面摺動部と前記摺動部突起外側面とが接合している部分から、前記摺動面と前記摺動部突起内側面とが接合している部分までの、オイルリング径方向の幅が、３μｍ〜３０μｍであり、
   前記オイルリングの張力比率が０．５Ｎ／ｍｍ以下であることを特徴とするオイルリング。
3. 前記摺動部突起内側面と前記摺動面とが接合する内側エッジ部は、前記摺動面の前記摺動部突起内側面側の端部における接線よりも、前記摺動部突起内側面の方がオイルリング径方向内側となるような形状に形成されており、
   前記摺動面は、前記摺動部突起内側面と接合した曲面である内側曲面摺動部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオイルリング。
4. 前記摺動部突起内側面のテーパー角度が０°〜３０°の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のオイルリング。
5. 前記摺動面及び前記摺動部突起に、ガス窒化皮膜、イオン窒化皮膜、イオンプレーティング皮膜、ダイヤモンドライクカーボン皮膜や金属を含む硬質炭素皮膜からなる群から選択される少なくとも１種の表面処理皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載のオイルリング。

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