JP6228452B2 - 組合せオイルコントロールリング - Google Patents
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Description
0.05≦1000×d/(h×t)≦0.45
の関係を満足することを特徴とする。
0.05≦1000×d/(h×t)≦0.45
の関係を満足するものとする。{1000×d/(h×t)}を接触面パラメータとすると、接触面パラメータが0.05未満、又は0.45を超えると、サイドレールの単独回転が生じやすくなる。耳部の溝深さdが窒化層厚さtに比べて小さすぎると、すなわち、窒化層の厚さtが充分厚いと耳部の表面剛性が高くなりすぎ、又は溝深さdが小さすぎて潤滑油の介在により接触面積の縮小効果が現れないために、サイドレールの単独回転が生じやすくなる。また、耳部の溝深さdが窒化層厚さtに近いかそれ以上であると、すなわち、窒化層の厚さtが相対的に薄くなると、耳部の表面近傍の剛性が低下しサイドレールとの接触性は良好となるが、一方で凸部の破壊や摩耗が進みやすく、接触面積が増加するために最終的に面圧が低下し、サイドレールの単独回転が生じやすくなる。上記のように、窒化層の厚さtと硬さhは同様な効果があるため、接触面パラメータの関係式では同じ分母に置かれている。本発明では、接触面パラメータは0.05〜0.40が好ましく、0.05〜0.35がより好ましい。
呼び径75 mm、組合せ呼び幅2.0 mm、組合せ厚さ2.5 mmの組合せオイルリング用に、スペースエキスパンダは、2.2 mm×0.275 mmのSUS304の圧延帯材から、ギア成形で局部的な曲げと剪断により製作した。但し、圧延帯材には膜厚約6μmのNiめっきを施し、さらに500℃、1時間の熱処理を施したものを使用した。また、耳長さ(耳部の周方向長さ)1.28 mmの耳部には、ピッチP:0.18 mm、溝幅l:0.11 mm、溝深さd:0.006 mmとなるような加工条件でロール成形により溝を形成した。
実施例1の組合せオイルリングは、図6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(疑似ピストン)(302)に、組合せオイルリングを装着し、円筒(疑似シリンダ)(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リングを上記ホルダー(疑似ピストン)(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の組合せオイルリングは7.5°でもサイドレールの単独回転は生じなかったので、サイドレール単独回転開始角度は>7.5°と評価できる。
さらに、実施例1の組合せオイルリングは、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同エンジンで使用されていたリングを使用し、試験条件は、5,000 rpm、全負荷(WOT:Wide Open Throttle)、48時間の条件とした。耳部及びサイドレールの内周面の摩耗の合計は1μm以下、オイル消費量は、9 g/hrであった。
スペーサエキスパンダの耳部の溝深さdを試料No. 1と同じ0.006 mmとしたものの他に、0.002 mm、0.003 mm、0.009 mm、0.013 mm、0.022 mmとした試料を数量で約500個作製した。ここで、溝深さd以外の耳長さ、ピッチ、溝幅は試料No. 1のスペーサエキスパンダ(実施例1)と同じにした。溝深さ0.002 mmの試料については窒化温度550℃、溝深さ0.003 mmの試料については窒化温度590℃、溝深さ0.006 mmの試料については窒化温度570℃と590℃、溝深さ0.009 mmの試料については窒化温度570℃、溝深さ0.013 mmの試料については窒化温度550℃、溝深さ0.022 mmの試料については窒化温度550℃と580℃とし、それぞれ、5〜220分の間で数種類の時間を変えた窒化処理を行った。各試料について、窒化層の表面硬度と硬度700以上の窒化層の厚さを測定し、同じロットの試料について、実施例1で使用したサイドレールと組合せて、実施例1と同様にしてサイドレール単独回転評価試験を行った。結果を実施例1の結果とともに、表1に示す。
耳長さ1.28 mmの耳部に、試料No. 46のスペーサエキスパンダ(実施例29)で溝を1本(溝幅0.78 mm)、試料No. 47のスペーサエキスパンダ(実施例30)で溝を3本(ピッチP:0.40 mm、溝幅0.24 mm)、試料No. 48のスペーサエキスパンダ(実施例31)で溝を5本(ピッチP:0.25 mm、溝幅0.15 mm)形成した以外は、試料No. 1のスペーサエキスパンダ(実施例1)と同様にして、試料Nos. 46〜48のスペーサエキスパンダを作製した。これらのスペーサエキスパンダについて、実施例1で使用したサイドレールと組合せて、実施例1と同様にしてサイドレール単独回転評価試験を行った結果、いずれも、サイドレール単独回転開始角度は7.5°以上であり、溝の本数にかかわりなく優れた単独回転防止機能を有していた。
サイドレールの圧延帯材には膜厚約3μmのNiめっきを施し、外周面にイオンプレーティングによって膜厚31μmのCrNを形成した以外は、実施例1と同じ試料No. 1のスペーサエキスパンダを用いた組合せオイルリングを実施例32、スペーサエキスパンダにはNiめっきが施されているが、サイドレールにはNiめっきの施されていない実施例1と同じ組合せオイルリングを実施例33として、上記オイル消費量の評価に用いたのと同じエンジンを使って、スラッジ堆積エンジン試験を行い、各組合せオイルリングへのスラッジ堆積量の測定を行った。なお、比較例18として、スペーサエキスパンダには全面窒化、サイドレールは外周面のみCrN層で、Niめっきの施していない、同エンジンに用いられていた組合せオイルリングを使用した。もちろん、トップリング及びセカンドリングは、同エンジン用として使用されていたリングを使用した。
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 溝
62 窒化層
63 凸部
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 疑似オイルリング溝
302 ホルダー(疑似ピストン)
303 円筒(疑似シリンダ)
304 支柱
305 支点
Claims (7)
- 合口を有する一対の円環状サイドレールと、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であって、前記耳部のサイドレール押圧面に略軸方向に延長する1本又は複数本の溝を有し、前記溝を含む前記サイドレール押圧面に窒化層が形成されており、前記溝の深さd (μm)と、前記窒化層の表面硬度h(マイクロビッカース硬度、HV0.1)と、硬度700(マイクロビッカース硬度、HV0.1)以上の窒化層の厚さt(μm)とが
0.05≦1000×d/(h×t)≦0.45
の関係を満足することを特徴とする組合せオイルコントロールリング。 - 請求項1に記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記溝の深さdが1〜10μmであることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
- 請求項1又は2に記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記窒化層の前記表面硬度hが1000〜1500であることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記硬度700以上の窒化層の厚さtが5〜50μmであることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記窒化層が形成された前記サイドレール押圧面を除く前記スペーサエキスパンダの全面にNi又はNi合金の金属皮膜が形成されていることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記サイドレールの側面の少なくとも一方にNi又はNi合金の金属皮膜が形成されていることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記サイドレールの内周面にNi又はNi合金の金属皮膜が形成されていることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
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