JP5865035B2 - Combination oil control ring - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関のピストンに装着され、オイルコントロールを行う二枚のサイドレールとスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルコントロールリングに関し、特にサイドレールの単独回転を防止する組合せオイルコントロールリングに関する。 The present invention relates to a combined oil control ring that is mounted on a piston of an internal combustion engine and includes two side rails and a spacer expander that perform oil control, and more particularly to a combined oil control ring that prevents independent rotation of the side rail.
近年、自動車エンジンは、環境対応のため、燃費の向上、低エミッション化、高出力化が図られ、特に燃費の向上を目指して、ピストン系摺動部のフリクション低減に着目した改良が進められている。ピストンリングの低張力化は特に重要で、中でもオイルコントロールリングの張力は、ピストンリングの全張力の50％以上を占めていることから、その張力を低減する対策が行われている。しかし、オイルコントロールリングの張力を低減することは、シリンダライナ壁面への追従性を低下させることにも繋がるため、オイル消費量を増加させてしまうという懸念が生じる。さらに、スペーサエキスパンダの耳部と呼ばれる突起でサイドレールの内周面を押圧することによって張力を発生させる３ピースオイルコントロールリングにおいては、上下に配置される二枚のサイドレールがそれぞれ単独に円周方向の回転運動を行い、上下のサイドレールの合口部が上下方向に重なってしまうという現象も起こりうる。その場合、合口部が掻き残した潤滑油が内燃機関の燃焼室に運び込まれ、潤滑油の供給が過剰となり、オイル消費増加の原因となる。 In recent years, automobile engines have been improved to improve fuel efficiency, lower emissions, and higher output in order to be environmentally friendly. In particular, with the aim of improving fuel efficiency, improvements focused on reducing friction in piston sliding parts have been promoted. Yes. Lowering the tension of the piston ring is particularly important. Above all, the tension of the oil control ring occupies 50% or more of the total tension of the piston ring, so measures are taken to reduce the tension. However, reducing the tension of the oil control ring leads to a decrease in followability to the wall surface of the cylinder liner, so that there is a concern that the oil consumption is increased. Furthermore, in the three-piece oil control ring that generates tension by pressing the inner peripheral surface of the side rail with a projection called an ear part of the spacer expander, the two side rails arranged on the top and bottom are each circular. There may be a phenomenon in which the rotational movement in the circumferential direction causes the joint portion of the upper and lower side rails to overlap in the vertical direction. In that case, the lubricating oil left by the joint portion is carried into the combustion chamber of the internal combustion engine, and the supply of the lubricating oil becomes excessive, leading to an increase in oil consumption.
上記のサイドレールがスペーサエキスパンダに対して単独で回転することを防止する方法として、例えば特許文献１には、耳部（特許文献１ではパッド部）表面に複数個の溝あるいは凹部を形成することが開示されている。複数個の溝あるいは凹部の形成によって面粗度が粗くなって回転運動が阻止される。 As a method for preventing the above side rail from rotating independently with respect to the spacer expander, for example, in Patent Document 1, a plurality of grooves or recesses are formed on the surface of the ear portion (pad portion in Patent Document 1). It is disclosed. By forming a plurality of grooves or recesses, the surface roughness becomes rough and rotational movement is prevented.
特許文献２には、特許文献１と同様、耳部の接触面の表面粗さを粗くすることに加え、耳部（特許文献２では爪部）の曲率をサイドレールの内周の曲率に一致させて、サイドレールのスペーサエキスパンダに対する相対回転を阻止する方法が開示されている。 In Patent Document 2, as in Patent Document 1, in addition to increasing the surface roughness of the contact surface of the ear part, the curvature of the ear part (claw part in Patent Document 2) matches the curvature of the inner periphery of the side rail. Thus, a method for preventing relative rotation of the side rail with respect to the spacer expander is disclosed.
特許文献３には、耳部表面に細かい凹凸、例えば、ピッチ25〜250μm、高さ15〜180μmの鋸歯状を形成し、摩擦抵抗を増大して回転運動を阻止することが開示されている。このようなスペーサエキスパンダの耳部を加工する方法として、特許文献４には、図５（a）〜（c）にその概略が示される装置を用いて、耳部のサイドレール押圧面に、凹凸を形成した加工工具を圧接し、加工工具の細かい凹凸を転写形成することが開示されている。
特許文献５には、耳部の外側に0.006〜0.060 mmの突起を形成することが開示されている。この場合、突起のみが大きな接触圧力でサイドレールに接触するため、サイドレールの相対回転が阻止できる。また、上記の特許文献３の問題点として、有効接触面積を減少させるとサイドレール内周面の摩耗を早め、細かい凹凸の深さまで早期に摩耗することが記載されている。
特許文献６には、耳部中央部に突起が設けられ、突起の厚さを0.07〜0.2 mmとすることが開示されている。特許文献５と同様、接触面積を小さくすることにより接触面圧を高くし、回転を阻止する、という考え方が採用されている。ここでは、突起の厚さが厚いので長期に亘って効果が維持される。
特許文献７には、耳部表面に２本以上の溝部と３本以上の平坦部とからなる周方向の凹凸を形成し、平坦部の周方向合計幅を耳部の周方向幅の30〜70％とすることが開示されている。 In Patent Literature 7, circumferential irregularities composed of two or more groove portions and three or more flat portions are formed on the surface of the ear portion, and the total circumferential width of the flat portion is 30 to 30 times the circumferential width of the ear portion. 70% is disclosed.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その課題は、組合せオイルコントロールリングにサイドレールの単独回転を防止する機能を付与し、さらにその機能を長期間持続させることにある。また、近年、サイドレールの回転には、シリンダライナの真円度、ピストンとシリンダライナのクリアランス、及びピストンの形状等に起因して起こるピストンの首振り現象が影響していることが分かってきた。このピストンの首振り現象により、耳部に突起を有するオイルコントロールリングは、振動、繰り返し応力、変動応力などを受け、すなわちフレッティング疲労を受け、損傷部から疲労亀裂が発生、進展して突起部を破損してしまうという問題にも繋がっていた。本発明は、このフレッティング疲労に対する対策も提供することを課題とする。さらに本発明は、低張力の組合せオイルコントロールリングにおいても、サイドレールの単独回転を防止できる組合せオイルコントロールリングを提供することも課題とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its object is to provide a combined oil control ring with a function of preventing the side rails from rotating independently, and to maintain the function for a long period of time. . In recent years, it has been found that the rotation of the side rail is influenced by the swinging phenomenon of the piston caused by the roundness of the cylinder liner, the clearance between the piston and the cylinder liner, the shape of the piston, and the like. . Due to the swinging phenomenon of the piston, the oil control ring having protrusions at the ears is subjected to vibration, repeated stress, fluctuating stress, etc., that is, fretting fatigue, fatigue cracks are generated from the damaged parts, and the protrusions It also led to the problem of damaging. This invention makes it a subject to provide the countermeasure with respect to this fretting fatigue. It is another object of the present invention to provide a combined oil control ring that can prevent the side rail from rotating independently even in a low tension combined oil control ring.
本発明では、基本的に、耳部が組合せオイルコントロールリングの略軸方向に延長する凹凸部を有し、凸面が角部を含むことによって摩擦抵抗を増大し、サイドレールの回転運動を阻止するものとする。本発明者らは、万が一、角部が摩耗したとしても接触面積を所定の値以上に増加させない形状の凹凸形状とし、またフレッティング疲労にも強い本発明の特徴的形状とすることによって突起部の破損を防ぎ、さらに低張力仕様においても、サイドレールの単独回転を防止できることに想到した。 In the present invention, basically, the ear portion has a concavo-convex portion extending substantially in the axial direction of the combined oil control ring, and the convex surface includes a corner portion, thereby increasing the frictional resistance and preventing the rotational movement of the side rail. Shall. In the unlikely event that the corner portion is worn, the present inventors have formed a concavo-convex shape that does not increase the contact area to a predetermined value or more, and has the characteristic shape of the present invention that is resistant to fretting fatigue. It was conceived that the side rail can be prevented from rotating independently even in a low tension specification.
すなわち、本発明の組合せオイルコントロールリングは、上下二枚のサイドレールと、それらの間に介在し内周部に前記サイドレールの内周面を押圧する耳部を有するスペーサエキスパンダよりなる組合せオイルコントロールリングにおいて、前記耳部のサイドレール押圧面に、凹部及び凸部が略軸方向に延長する周方向凹凸形状の凹凸部を有し、前記凹凸部の凸面が角部を含むことを特徴とする。前記角部は、スパイク波形により構成されることが好ましく、周方向の一方に傾斜し、前記角部が前記凸面の端部及び／又はスパイク波形により構成されていることがより好ましい。また、前記凸面の傾斜角度θは、1〜30°の範囲にあることが好ましく、1〜20°の範囲がより好ましく、1〜10°の範囲がさらに好ましい。ここで、傾斜角度θは、耳部のサイドレール押圧面に接する面方向との角度とする。
That is, the combined oil control ring of the present invention is a combined oil comprising a spacer expander having two upper and lower side rails and an ear portion interposed between them and pressing the inner peripheral surface of the side rail on the inner peripheral portion. In the control ring, the side rail pressing surface of the ear portion has a concave and convex portion having a circumferential concave and convex shape in which the concave portion and the convex portion extend in a substantially axial direction, and the convex surface of the concave and convex portion includes a corner portion. To do. The corner is preferably configured by a spike waveform, more preferably inclined in one circumferential direction, and the corner is configured by an end of the convex surface and / or a spike waveform. Further, the inclination angle θ of the convex surface is preferably in the range of 1 to 30 °, more preferably in the range of 1 to 20 °, and still more preferably in the range of 1 to 10 °. Here, the inclination angle θ is an angle with the surface direction in contact with the side rail pressing surface of the ear portion.
さらに、前記凹凸部の断面は略台形波形形状であることが好ましく、前記凹凸部の凸面の端部から構成される角部は鈍角であることがより好ましく、前記凹凸部の凸面と凹面を繋ぐ面が外に凸形状であることがさらに好ましい。また、前記凸面の前記凹面からの高さ（h）の前記凹凸部の凸部底面の幅（m）に対する比（h/m）が0.5〜10％であることが好ましく、実際の寸法としては、前記凸面の前記凹面からの高さ（h）が0.5〜20μmであることが好ましく、0.5μm以上6μm未満がより好ましい。 Furthermore, it is preferable that the cross section of the concavo-convex portion has a substantially trapezoidal corrugated shape, a corner portion constituted by an end of the convex portion of the concavo-convex portion is more preferably an obtuse angle, and connects the convex surface of the concavo-convex portion and the concave surface More preferably, the surface is convex outward. Moreover, it is preferable that the ratio (h / m) of the height (h) of the convex surface from the concave surface to the width (m) of the convex portion bottom surface of the concave and convex portion is 0.5 to 10%. The height (h) of the convex surface from the concave surface is preferably 0.5 to 20 μm, and more preferably 0.5 μm or more and less than 6 μm.
さらに、本発明の組合せオイルコントロールリングは、設定される張力に応じて、前記耳部に含まれる前記凸面の周方向長さの合計が前記耳部の周方向長さの30〜70％であることが好ましい場合、20〜50％であることが好ましい場合、又は15〜25％であることが好ましい場合がある。 Furthermore, in the combined oil control ring of the present invention, the total circumferential length of the convex surface included in the ear portion is 30 to 70% of the circumferential length of the ear portion, depending on the set tension. When it is preferable, it may be preferable that it is 20 to 50%, or 15 to 25%.
本発明の組合せオイルコントロールリングは、耳部に組合せオイルコントロールリングの略軸方向に延長する凹凸部を有し、前記凹凸部の凸面に角部を含むことによって摩擦抵抗を増大し、サイドレールの回転運動を阻止することが可能となる。凸面が周方向の一方に傾斜していれば、凸面の一端の角部では理屈上確実にサイドレールに線接触し、回転運動の阻止効果が高まり、スパイク波形を含めば、サイドレールとの摩擦抵抗をさらに増大するという観点でより効果的である。万が一、鋭い先端部を有するスパイク波形の角部が摩耗したとしても、凸面の一端の線状の角部は容易に摩耗しない。また凸部の比率を所定の範囲に制御することにより、接触面圧を高くし、サイドレールの回転運動を阻止し続けることが可能となる。さらに前記凹凸部の断面が略台形波形形状、又は略台形波形形状であって前記凹凸部の凸面と凹面を繋ぐ面が外に凸形状とすれば、使用中のフレッティング運動に起因する凸部の摩耗、特に凸部の破損を阻止することが可能となる。さらに、低張力の組合せオイルコントロールリングにおいても、凸面の比率を所定の範囲に制御することにより、接触面圧を高くし、サイドレールの回転運動を阻止し続けることが可能となる。 The combined oil control ring of the present invention has an uneven portion extending substantially in the axial direction of the combined oil control ring at the ear portion, and the frictional resistance is increased by including a corner portion on the convex surface of the uneven portion. It becomes possible to prevent rotational movement. If the convex surface is inclined to one side in the circumferential direction, the corner of one end of the convex surface reasonably and reliably makes a line contact with the side rail, and the effect of preventing the rotational motion is enhanced. This is more effective from the viewpoint of further increasing the resistance. Even if the corner portion of the spike waveform having a sharp tip portion is worn, the linear corner portion at one end of the convex surface is not easily worn. Further, by controlling the ratio of the convex portions within a predetermined range, it is possible to increase the contact surface pressure and continue to prevent the rotational movement of the side rail. Furthermore, if the cross section of the concavo-convex part is a substantially trapezoidal waveform shape, or a substantially trapezoidal undulation shape, and the surface connecting the convex surface and the concave surface of the concavo-convex part is an outwardly convex shape, the convex part resulting from the fretting motion in use It becomes possible to prevent the wear of the projections, particularly the breakage of the convex portions. Furthermore, even in the low tension combination oil control ring, by controlling the ratio of the convex surface within a predetermined range, it becomes possible to increase the contact surface pressure and prevent the side rail from rotating.
以下に本発明の組合せオイルコントロールリングの実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、ピストン(1)のオイルリング溝(5)に、組合せオイルコントロールリングを装着した状態を示し、スペーサエキスパンダ(2)と、その上下に装着された一対のサイドレール(3、3)が、収納されている。スペーサエキスパンダ(2)の耳部(6)は、サイドレール(3、3)の内周面をシリンダ内壁(7)に向かって押圧してピストン外周面(4)とシリンダ内壁(7)との間をシールするだけでなく、オイルリング溝(5)の側面のシールも行えるように傾斜面に形成されている。 Embodiments of a combination oil control ring according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Fig. 1 shows a state in which a combination oil control ring is mounted in the oil ring groove (5) of the piston (1), and a spacer expander (2) and a pair of side rails (3, 3 ) Is stored. The ears (6) of the spacer expander (2) press the inner peripheral surface of the side rails (3, 3) toward the cylinder inner wall (7), and the piston outer peripheral surface (4) and the cylinder inner wall (7) The oil ring groove (5) is formed on an inclined surface so that not only can be sealed, but also the side of the oil ring groove (5) can be sealed.
図２は、スペーサエキスパンダを内周側から見た図であり、軸方向に波形形状をしており、その波形の上下に、一方のサイドレールを押圧する上部耳部(6a)と、他方のサイドレールを押圧する下部耳部(6b)が形成されている。耳部には、凹部及び凸部が略軸方向に延長する周方向凹凸形状の凹凸部が形成されており、凸面の接触面積を小さくして接触圧力を高めているので、サイドレールの単独回転を防止することができる。さらにＡ−Ａ断面は、図３に示すように、略矩形波形形状を示し、凹面(61)、凸面(62)及び凹面(61)と凸面(62)を繋ぐ面（以下「側面」という。）(63)からなり、凸面(62)は角部(64、65)を含んでいる。角部(64、65)がピン留めのようにサイドレールの動きを止める働きをして、サイドレールの回転運動が阻止される。凸部(62)が角部(64、65)を含むという観点では、凸部が一方に傾斜していて角部を端部(65)としてもよいし、スパイク波形(64)を含んでもよい。スパイク波形の高さは、最大で1〜5μmのものが好ましく、1〜3μmがより好ましい。端部(65)の場合は、角部が長さをもち線状の角部となるため理屈上はサイドレールに線接触し、スパイク波形(64)の角部に比べて破損しにくい。図３の凹凸形状を略矩形波形形状と呼ぶのは、凸面がスパイク波形を含み平面でない場合や一方に傾斜した場合を考慮してのことである。後に示す加工ローラによる塑性加工に起因して凸面の幅(m’)が凸部底面の幅(m)に対し僅かに小さくなるが、意図して略台形波形形状としないかぎり略矩形波形形状と呼ぶこととする。図３（a）では凸面は傾斜していないが、図３（b）及び（c）では凸面が一方に傾斜している。傾斜角度を図中に定義しているが、その傾斜角度は1〜30°が好ましく、1〜20°がより好ましく、1〜10°がさらに好ましい。すなわち、端部(65)は角部といっても、その角度は先端部の破損しにくい60°以上であることが好ましく、70°以上がより好ましく、80°以上がさらに好ましい。 FIG. 2 is a view of the spacer expander as viewed from the inner periphery side, and has a corrugated shape in the axial direction, and an upper ear (6a) that presses one side rail above and below the corrugation, and the other A lower ear portion (6b) for pressing the side rail is formed. The ear part is formed with a concave and convex part having a circumferential concave and convex part extending substantially in the axial direction, and the contact area of the convex surface is reduced to increase the contact pressure. Can be prevented. Further, as shown in FIG. 3, the AA cross section shows a substantially rectangular wave shape, and is a concave surface (61), a convex surface (62), and a surface connecting the concave surface (61) and the convex surface (62) (hereinafter referred to as “side surface”). ) (63), and the convex surface (62) includes corner portions (64, 65). The corners (64, 65) function to stop the movement of the side rail like pinning, and the rotational movement of the side rail is prevented. From the viewpoint that the convex part (62) includes the corner part (64, 65), the convex part may be inclined to one side and the corner part may be the end part (65), or may include the spike waveform (64). . The height of the spike waveform is preferably 1 to 5 μm at the maximum, and more preferably 1 to 3 μm. In the case of the end portion (65), the corner portion has a length and is a linear corner portion, so that it theoretically makes a line contact with the side rail and is less likely to be damaged than the corner portion of the spike waveform (64). The uneven shape in FIG. 3 is called a substantially rectangular waveform shape in consideration of the case where the convex surface includes a spike waveform and is not flat or inclined to one side. The width of the convex surface (m ′) is slightly smaller than the width (m) of the bottom surface of the convex portion due to the plastic processing by the processing roller described later, but it has a substantially rectangular waveform shape unless intended to have a substantially trapezoidal waveform shape. I will call it. In FIG. 3A, the convex surface is not inclined, but in FIGS. 3B and 3C, the convex surface is inclined to one side. Although the inclination angle is defined in the figure, the inclination angle is preferably 1 to 30 °, more preferably 1 to 20 °, and further preferably 1 to 10 °. That is, even though the end portion (65) is a corner portion, the angle is preferably 60 ° or more, more preferably 70 ° or more, and further preferably 80 ° or more, which is difficult to damage the tip portion.
さらにＡ−Ａ断面は、図４に示すように略台形波形形状を示し、側面(63)は平面又は凸面形状であることが好ましい。凸部が略台形形状で、側面(63)が平面又は凸面形状をしているため、フレッティング運動による振動、繰り返し応力、変動応力などを受けても、応力集中を回避し、凸部の破損や摩耗を防ぐことができる。凸面形状は、当然に、曲面形状でも多面形状でも凸面であればよい。例えば、断面が円弧状の場合、任意の曲率半径をもつ円弧形状とする。端部の角度は鈍角であることが好ましいが、端部が角部であるためには凸面が円弧に接する場合を除く。図４において、凹凸部の断面を略台形波形形状と呼ぶのは、側面が平面でない場合や、凸面そのものも一方に傾斜していたりスパイク波形(64)を含んでいたりする場合を考慮してのことである。また、従来技術（例えば、特許文献６）は凸面の凹面に対する高さ（h）が大きいほど長寿命であることを示しているが、本発明者らの鋭意研究の結果、逆に、サイドレールの単独回転が防止できれば、高さ（h）が小さいほど長寿命であることに想到した。凸面の凹面に対する高さ（h）が小さいほど、フレッティング運動による凸部の受ける応力が小さいからである。凸面の凹面からの高さ（h）の凸部底面の幅（m）に対する比（h/m）が0.5〜10％であることが好ましく、実際の寸法としては、凸面の凹面からの高さ（h）が0.5〜20μmであることが好ましく、0.5μm以上6μm未満がより好ましい。ここで凸面の凹面からの高さ（h）は、凸面が傾斜している場合は高いほうの高さとし、スパイク波形の高さは含まない。これらの凹凸形状や、ピッチ(m+n)、m、m’、n、h等の寸法は、接触式又は非接触式（例えば、レーザー）の形状測定装置（表面粗さ測定装置も含む）を用いて測定できる。 Furthermore, the AA cross section shows a substantially trapezoidal corrugated shape as shown in FIG. 4, and the side surface (63) is preferably flat or convex. Since the convex part has a substantially trapezoidal shape and the side surface (63) has a flat or convex shape, even if it receives vibration, repeated stress, fluctuating stress, etc. due to fretting motion, stress concentration is avoided and the convex part is damaged. And can prevent wear. Of course, the convex shape may be a curved surface, a polyhedral shape, or a convex surface. For example, when the cross section is an arc, the arc has an arbitrary radius of curvature. The angle of the end portion is preferably an obtuse angle. However, since the end portion is a corner portion, the case where the convex surface is in contact with the arc is excluded. In FIG. 4, the cross section of the concavo-convex portion is called a substantially trapezoidal waveform shape in consideration of the case where the side surface is not flat, the convex surface itself is inclined to one side, or includes a spike waveform (64). That is. Moreover, although the prior art (for example, patent document 6) has shown that it is that a lifetime is so long that the height (h) with respect to the concave surface of a convex surface is large, On the contrary, as a result of the present inventors' earnest research, It was conceived that the smaller the height (h), the longer the service life was. This is because as the height (h) of the convex surface with respect to the concave surface is smaller, the stress received by the convex portion due to the fretting motion is smaller. It is preferable that the ratio (h / m) of the height (h) from the concave surface of the convex surface to the width (m) of the bottom surface of the convex portion is 0.5 to 10%, and the actual dimension is the height from the concave surface of the convex surface. (H) is preferably 0.5 to 20 μm, more preferably 0.5 μm or more and less than 6 μm. Here, the height (h) of the convex surface from the concave surface is the higher height when the convex surface is inclined, and does not include the height of the spike waveform. These irregular shapes and dimensions such as pitch (m + n), m, m ′, n, h, etc. are contact type or non-contact type (for example, laser) shape measuring device (including surface roughness measuring device). Can be measured.
耳部の周方向長さに対する凸面の周方向長さの比率は、組合せオイルコントロールリングの張力を考慮して決めればよい。すなわち、低張力の場合ほど、凸面の周方向長さの比率を小さくして所定の接触面圧が得られるようにすればよい。組合せオイルコントロールリングの張力に応じて、耳部に含まれる凸面の周方向長さの合計が耳部の周方向長さの30〜70％、20〜50％、又は15〜25％とすることが好ましい。図５は、耳部に含まれる凸面の周方向長さの比率を変えた実施態様を示すが、（a）は耳部に含まれる凸面の周方向長さmの合計（Σm）が耳部の周方向長さ（Σ(m＋n)）の約40％、（b）は耳部に含まれる凸面の周方向長さmの合計（Σm）が耳部の周方向長さ（Σ(m＋n)）の約20％の場合の凹凸形状を示すものである。 The ratio of the circumferential length of the convex surface to the circumferential length of the ear may be determined in consideration of the tension of the combined oil control ring. In other words, the lower the tension, the smaller the ratio of the circumferential lengths of the convex surfaces, so that a predetermined contact surface pressure can be obtained. Depending on the tension of the combined oil control ring, the total circumferential length of the convex surfaces included in the ears should be 30-70%, 20-50%, or 15-25% of the circumferential length of the ears. Is preferred. FIG. 5 shows an embodiment in which the ratio of the circumferential lengths of the convex surfaces included in the ears is changed. FIG. 5A shows the sum (Σm) of the circumferential lengths m of the convex surfaces included in the ears. 40% of the circumferential length (Σ (m + n)), (b) is the sum of the circumferential lengths m of the convex surfaces included in the ears (Σm) is the circumferential length of the ears (Σ (m + n) ) Shows an uneven shape in the case of about 20%.
本発明の組合せオイルコントロールリングに使用されるスペーサエキスパンダの耳部は、基本的に、特許文献４によって教示される図６に示す方法で加工される。すなわち、耳部のサイドレール押圧面(6)に、所望の凹凸を形成した加工ローラ(100)を圧接し、加工ローラ加工面(110)の凹凸を耳部のサイドレール押圧面(6)に転写形成（以下「ロール成形」という。）する。耳部の凹凸形状は、加工ローラ(100)の凹凸形状を反転した形状となるので、凸部や凹部の周方向長さ(m、m’、n)、傾斜角度θ、側面(63)の曲率、スパイク波形等は、加工ローラの凹凸形状、表面性状及び加工時の潤滑条件によって決まる。ここで、m’は周方向に平行な距離とし、傾斜角度θに依らないものとして扱うこととする。また、凸面の高さ（h）は加工ローラの圧接深さによって決まる。加工ローラに設けた凹部の深さが加工ローラの圧接深さよりも深い場合は、凸面はロール成形前の耳部表面、すなわち耳部成形時の剪断加工面のままとなる。傾斜角度θが小さい場合は、傾斜していない凸面（すなわち、θ＝0）の矩形波形形状の凹凸形状の加工ローラ(100)を用いても、図６のスペーサエキスパンダのセットされた下部ローラ(200)の回転軸と、加工ローラ(100、100)の両方の回転軸が、スペーサエキスパンダの流動方向に垂直な軸上から平行にオフセットすることによっても、凸面が一方向に傾斜した台形波形形状の凹凸部を形成することができる。また、耳部の凸面のスパイク波形は、耳部成形時の剪断加工由来のスパイク波形を残すこと、又は加工ローラの加工面の表面性状及びスペーサエキスパンダ耳部と加工ローラ間加工面の潤滑条件を無潤滑とすることによって形成可能となる。 The ears of the spacer expander used in the combination oil control ring of the present invention are basically processed by the method shown in FIG. That is, the processing roller (100) having the desired unevenness is pressed against the side rail pressing surface (6) of the ear portion, and the unevenness of the processing roller processing surface (110) is applied to the side rail pressing surface (6) of the ear portion. Transfer formation (hereinafter referred to as “roll molding”). The concavo-convex shape of the ear portion is a shape obtained by inverting the concavo-convex shape of the processing roller (100), so the circumferential length (m, m ′, n), inclination angle θ, side surface (63) The curvature, spike waveform, and the like are determined by the uneven shape of the processing roller, the surface properties, and the lubrication conditions during processing. Here, m ′ is a distance parallel to the circumferential direction, and is treated as not depending on the inclination angle θ. Further, the height (h) of the convex surface is determined by the pressure contact depth of the processing roller. When the depth of the concave portion provided on the processing roller is deeper than the pressure contact depth of the processing roller, the convex surface remains the surface of the ear part before roll forming, that is, the sheared surface at the time of forming the ear part. When the inclination angle θ is small, the lower roller on which the spacer expander shown in FIG. 6 is set can be used even when the convex and concave surface (that is, θ = 0) having a rectangular corrugated shape is used. A trapezoid whose convex surface is inclined in one direction even when the rotation axis of both (200) and the rotation axes of the processing rollers (100, 100) are offset in parallel from the axis perpendicular to the flow direction of the spacer expander. Waveform uneven portions can be formed. In addition, the spike waveform of the convex surface of the ear part leaves a spike waveform derived from shearing processing at the time of forming the ear part, or the surface property of the processing surface of the processing roller and the lubrication condition of the processing surface between the spacer expander ear part and the processing roller It becomes possible to form by making no lubrication.
実施例1
組合せオイルリングの呼び径75 mm、組合せ呼び径2.0 mm、組合せ厚さ2.5 mmとなるSUS304製のスペーサエキスパンダと幅0.4 mmのSUS 440製サイドレールを成形した。スペーサエキスパンダは、SUS304製の帯材からギア成形による局部的な曲げと剪断による耳長さ（耳部の周方向長さ）1.28 mmの耳部成形の後、耳部に凹凸形状がピッチ：0.18 mm、h：0.02 mm、m=0.09 mmなる略矩形形状となるように、また加工ローラの加工面の表面粗さRvが3.2μm、無潤滑の加工条件でロール成形を行い、最後にコイリングにより真円に成形された。
Example 1
A SUS304 spacer expander with a combined oil ring nominal diameter of 75 mm, a combined nominal diameter of 2.0 mm, and a combined thickness of 2.5 mm and a SUS440 side rail with a width of 0.4 mm were molded. The spacer expander is made of SUS304 band material, and the ear is molded with an ear length of 1.28 mm by local bending and shearing by gear molding. Roll forming is performed under the non-lubricating processing conditions so that the surface is 0.18 mm, h: 0.02 mm, m = 0.09 mm, and the surface roughness Rv of the processing roller is 3.2 μm. Was formed into a perfect circle.
得られた組合せオイルリングは、図７に示すサイドレール単独回転評価装置を用いて評価した。この評価装置(300)は、疑似オイルリング溝(301)を有するホルダー（ピストン）(302)に、組合せオイルリングを装着し、円筒（擬似シリンダ）(303)内で、支柱(304)に設けた支点(305)を中心に首振り運動させ、サイドレールの単独回転を評価するものである。試験は、スペーサエキスパンダのジョイント位置に対して、上下二枚のサイドレールを、スペーサエキスパンダのジョイント位置からそれぞれ反対方向に30°ずらして組み付けた組合せオイルコントロールを上記ホルダー（擬似ピストン）(302)に装着し、首振り角度αを0.5°毎に、0.5°から7.5°まで、10往復/秒の速度で10分間ずつ首振り運動させることによって行い、サイドレールの単独回転が起こる首振り角度によって、サイドレール単独回転防止能力を評価するものである。回転が開始する首振り角度が大きいほどサイドレールが回転しづらい構造であると評価できる。実施例1の組合せオイルコントロールリングのサイドレール単独回転開始角度は6.5°であった。 The obtained combination oil ring was evaluated using a side rail single rotation evaluation apparatus shown in FIG. This evaluation device (300) has a combination oil ring mounted on a holder (piston) (302) having a pseudo oil ring groove (301) and is provided on a column (304) in a cylinder (pseudo cylinder) (303). Swinging around the fulcrum (305) and evaluating the single rotation of the side rail. The test was carried out using the above-mentioned holder (pseudo-piston) (302) with a combined oil control that was assembled by shifting the upper and lower side rails by 30 ° in the opposite direction from the joint position of the spacer expander. ) And swinging the side rail by 10 minutes at a speed of 10 reciprocations per second from 0.5 ° to 7.5 ° every 0.5 °. This evaluates the ability to prevent side rails from rotating independently. It can be evaluated that the side rail is more difficult to rotate as the swing angle at which rotation starts is larger. The side oil single rotation start angle of the combination oil control ring of Example 1 was 6.5 °.
実施例2〜6
耳部の凸面が表1に示す角度θ（3〜34°）だけ、一方に傾斜させた加工ローラを用いた以外は、実施例1と同様にスペーサエキスパンダを製作し、実施例1と同様にサイドレール単独回転の評価試験を行った。試験結果を実施例1の結果も含め、表１に示す。傾斜角度が3〜27°では、サイドレール単独回転評価試験装置の上限の首振り角度（7.5°）でもサイドレールは単独回転しなかった。
Examples 2-6
A spacer expander is manufactured in the same manner as in Example 1 except that a processing roller whose convex surface of the ear is inclined to one side by the angle θ (3 to 34 °) shown in Table 1 is used. In addition, an evaluation test of single side rail rotation was performed. The test results including those of Example 1 are shown in Table 1. At an inclination angle of 3 to 27 °, the side rail did not rotate independently even at the upper limit swing angle (7.5 °) of the side rail independent rotation evaluation test device.
実施例7〜11
ロール成形の加工条件を潤滑条件とした以外は、実施例2〜6と同様に、スペーサエキスパンダを製作し、実施例1と同様にサイドレール単独回転の評価試験を行った。試験結果を表1に示す。傾斜角度θが3〜27°では、サイドレール単独回転評価試験装置の上限の首振り角度（7.5°）でもサイドレールは単独回転しなかった。
Examples 7-11
A spacer expander was produced in the same manner as in Examples 2 to 6 except that the processing conditions for roll forming were changed to lubrication conditions, and an evaluation test for single side rail rotation was performed in the same manner as in Example 1. The test results are shown in Table 1. When the inclination angle θ is 3 to 27 °, the side rail does not rotate independently even at the upper limit swing angle (7.5 °) of the side rail independent rotation evaluation test apparatus.
比較例1
ロール成形の加工条件を潤滑条件とした以外は、実施例1と同様に、スペーサエキスパンダを製作し、実施例1と同様にサイドレール単独回転の評価試験を行った。試験結果を表1にも示すが、サイドレール単独回転開始角度は5.5°だった。
Comparative Example 1
A spacer expander was produced in the same manner as in Example 1 except that the processing conditions for roll forming were changed to the lubrication conditions, and an evaluation test for single side rail rotation was performed in the same manner as in Example 1. The test results are also shown in Table 1, and the side rail independent rotation start angle was 5.5 °.
実施例12〜16
耳部の凹凸形状がピッチ：0.18 mm、h：0.001〜0.01 mm、m：0.09〜0.12 mm、m’：0.078〜0.102 mm、θ：9°、側面：外に凸、となるような加工条件でロール成形を行った以外は、実施例1と同様にスペーサエキスパンダを製作し、実施例1と同様にサイドレール単独回転の評価を行った。耳部凹凸形状の仕様（凸面高さh、凸部底面の幅m、凸面の周方向長さm’、パラメータh/m、接触面積率等）と試験結果である単独回転開始角度を表２に示す。いずれの実施例においても、サイドレール単独回転評価試験装置の上限の首振り角度（7.5°）で、サイドレールは単独回転しなかった。
Examples 12-16
Processing conditions such that the uneven shape of the ear is pitch: 0.18 mm, h: 0.001 to 0.01 mm, m: 0.09 to 0.12 mm, m ′: 0.078 to 0.102 mm, θ: 9 °, side surface: convex outward A spacer expander was produced in the same manner as in Example 1 except that roll forming was performed in the same manner as in Example 1, and the side rail single rotation was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the specifications of the projections and depressions on the ears (convex height h, convex portion bottom width m, convex surface circumferential length m ', parameter h / m, contact area ratio, etc.) and the test results of the single rotation start angle. Shown in In any of the examples, the side rail did not rotate independently at the upper swing angle (7.5 °) of the side rail independent rotation evaluation test apparatus.
実施例17〜21
耳部の凹凸形状がピッチ：0.18 mm、h：0.001〜0.01 mm、m：0.059〜0.078 mm、m’：0.049〜0.060 mm、θ：9°、側面：外に凸、となるような加工条件でロール成形を行った以外は、実施例1と同様にスペーサエキスパンダを製作し、実施例1と同様にサイドレール単独回転の評価を行った。但し、スペーサエキスパンダの張力は、実施例1〜16よりもやや小さめに調整した。耳部凹凸形状の仕様（凸面高さh、凸部底面の幅m、凸面の周方向長さm’、パラメータh/m、接触面積率等）と試験結果である単独回転開始角度を表３に示す。何れの実施例においても、サイドレール単独回転評価試験装置の上限の首振り角度（7.5°）で、サイドレールは単独回転しなかった。
Examples 17-21
Processing conditions such that the uneven shape of the ear part is pitch: 0.18 mm, h: 0.001 to 0.01 mm, m: 0.059 to 0.078 mm, m ′: 0.049 to 0.060 mm, θ: 9 °, side surface: convex outward A spacer expander was produced in the same manner as in Example 1 except that roll forming was performed in the same manner as in Example 1, and the side rail single rotation was evaluated in the same manner as in Example 1. However, the tension of the spacer expander was adjusted to be slightly smaller than Examples 1-16. Table 3 shows the specifications of the projections and depressions on the ears (convex height h, convex portion bottom width m, convex surface circumferential length m ', parameter h / m, contact area ratio, etc.) and the test results of the single rotation start angle. Shown in In any of the examples, the side rail did not rotate independently at the upper swing angle (7.5 °) of the side rail independent rotation evaluation test apparatus.
実施例22〜26
耳部の凹凸形状がピッチ：0.18 mm、h：0.001〜0.01 mm、m：0.037〜0.053 mm、m’：0.028〜0.039 mm、θ：9°、側面：外に凸、となるような加工条件でロール成形を行った以外は、実施例1と同様にスペーサエキスパンダを製作し、実施例1と同様にサイドレール単独回転の評価を行った。但し、スペーサエキスパンダの張力は、実施例17〜21よりもさらに小さめに調整した。耳部凹凸形状の仕様（凸面高さh、凸部底面の幅m、凸面の周方向長さm’、パラメータh/m、接触面積率等）と試験結果である単独回転開始角度を表４に示す。何れの実施例においても、サイドレール単独回転評価試験装置の上限の首振り角度（7.5°）で、サイドレールは単独回転しなかった。
Examples 22-26
Processing conditions such that the uneven shape of the ear is pitch: 0.18 mm, h: 0.001 to 0.01 mm, m: 0.037 to 0.053 mm, m ′: 0.028 to 0.039 mm, θ: 9 °, side surface: convex outward A spacer expander was produced in the same manner as in Example 1 except that roll forming was performed in the same manner as in Example 1, and the side rail single rotation was evaluated in the same manner as in Example 1. However, the tension of the spacer expander was adjusted to be smaller than those in Examples 17-21. Table 4 shows the specifications of the projections and depressions on the ears (convex height h, convex portion bottom width m, convex surface circumferential length m ', parameter h / m, contact area ratio, etc.) and the test results of the single rotation start angle. Shown in In any of the examples, the side rail did not rotate independently at the upper swing angle (7.5 °) of the side rail independent rotation evaluation test apparatus.
実施例27〜33及び比較例2
実施例1（実施例27）、実施例3（実施例28）、実施例8（実施例29）、実施例14（実施例30）、実施例19（実施例31）、実施例24（実施例32）、実施例25（実施例33）、及び比較例2（比較例1）の組合せオイルコントロールリングについて、排気量が1500 cm3の4気筒ガソリンエンジンを用いて、耳部及びサイドレールの内周面の摩耗とオイル消費量を評価した。ここで、トップリングは外周バレルフェイス、セカンドリングは外周テーパーフェイスのリングを用いた。試験条件は、5,000 rpm、全負荷（WOT：Wide Open Throttle）、48時間の条件とした。試験結果を表５に示す。h/mが10％以下の実施例30、31、33では、摩耗量1 μm以下、オイル消費量10 g/hr以下であった。
Examples 27 to 33 and Comparative Example 2
Example 1 (Example 27), Example 3 (Example 28), Example 8 (Example 29), Example 14 (Example 30), Example 19 (Example 31), Example 24 (implemented) For the combined oil control ring of Example 32), Example 25 (Example 33), and Comparative Example 2 (Comparative Example 1), a 4-cylinder gasoline engine with a displacement of 1500 cm 3 was used. Internal wear and oil consumption were evaluated. Here, an outer peripheral barrel face was used for the top ring, and an outer tapered face ring was used for the second ring. The test conditions were 5,000 rpm, full load (WOT: Wide Open Throttle), and 48 hours. The test results are shown in Table 5. In Examples 30, 31, and 33 where h / m was 10% or less, the wear amount was 1 μm or less, and the oil consumption was 10 g / hr or less.
1 ピストン
2 スペーサエキスパンダ
3 サイドレール
4 ピストン外周面
5 オイルリング溝
6 耳部
6a 上部耳部
6b 下部耳部
7 シリンダ内壁
61 凹部（凹面）
62 凸部（凸面）
63 凸面と凹面を繋ぐ面（側面）
64 スパイク波形（角部）
65 端部（角部）
100 加工ローラ
110 加工面
200 下部ローラ
300 サイドレール単独回転評価試験装置
301 擬似オイルリング溝
302 ホルダー（擬似ピストン）
303 円筒（擬似シリンダ）
304 支柱
305 支点
1 piston
2 Spacer expander
3 Side rail
4 Piston outer surface
5 Oil ring groove
6 Ear
6a Upper ear
6b Lower ear
7 Cylinder inner wall
61 Concave (concave)
62 Convex part (convex surface)
63 Surface connecting convex and concave surfaces (side surface)
64 Spike waveform (corner)
65 Edge (corner)
100 processing rollers
110 Machining surface
200 Lower roller
300 Side rail independent rotation evaluation test equipment
301 Pseudo oil ring groove
302 Holder (pseudo piston)
303 cylinder (pseudo cylinder)
304 prop
305 fulcrum
Claims (13)
In the combined oil control ring comprising the upper and lower two side rails and a spacer expander having an ear portion interposed between them and pressing the inner peripheral surface of the side rail on the inner peripheral portion, the side rail pressing of the ear portion A combined oil control ring characterized in that a concave portion and a convex portion on the surface have a concave and convex portion having a circumferential concave and convex shape extending substantially in the axial direction, and the convex surface of the concave and convex portion includes a corner portion.
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