JP6491286B2 - オイルリング - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるオイルリングに関する。

自動車等の内燃機関には、通常２本の圧力リング及び１本のオイルリングが用いられ、ピストン外周面に設けられたリング溝に、それぞれ組み付けられている。これらのうち、オイルリングは、燃焼室から最も遠いリング溝に組み付けられ、シリンダ壁面を摺動しながら潤滑油膜がシリンダ壁面に適切に保持されるように調整する、所謂オイルコントロール機能を有している。このようなオイルリングとして、例えば特許文献１に記載のオイルリングがある。この従来のオイルリングは、外周面の上側面側に設けられて径方向に張り出すように傾斜する傾斜面と、傾斜面の下端から設けられてシリンダ内壁と摺接する当たり面とを有している。

一方、オイルリングと同様に内燃機関に組み付けられるリングであるピストンリングとして、例えば特許文献２に記載のピストンリングがある。特許文献２に記載のピストンリングでは、本体部において合口部の反対側に位置する部分の厚さが他の部分よりも厚くなっている。このピストンリングでは、本体部の面内方向に力が作用しない状態（自由状態）において楕円に近い形状となっており、本体部を台に載置させて合口隙間を使用時の寸法まで閉じた状態において、合口部の中心位置を通る第１軸方向の直径と、第１軸方向に直交する第２軸方向の直径との間の二軸差がマイナスとなっている。

特開平９−１４４８８１号公報 実開昭５６−１５４３７号公報

オイルリングの当たり面の形成の際に、例えば自己張力の小さなオイルリングには、内周面にコイルスプリング等を組み込むことで、リングの拡張力を増してシリンダ内壁面に対する接触圧力を確保する外周ラップ加工が採用される。この外周ラップ加工は、ピストンリングの製造の最終工程において実施されるものであり、実際に装着されるシリンダと同径のシリンダにピストンリングを装着し、当該ピストンリングの外径（呼称径）に等しい内径を有するスリーブ内でラッピングを行うことにより、外周面に沿った当たり面を形成する加工方法である。しかしながら、外周ラップ加工によって当たり面を形成する際、自由端となっている合口端部がスリーブ側に張り出すことで、当該合口端部の加工量が他の部位の加工量よりも増大する傾向がある。この傾向は、ピストンリングの二軸差がプラス側に大きくなる程強くあらわれる。当たり面の加工精度は、シリンダ内壁に対する面圧の低下によるオイル消費量の増加や、摩耗の進行による摩擦損失の増加といった問題に直結するため、その向上が課題となっている。

外周ラップ加工の加工精度を担保するため、上記特許文献２に示されたピストンリングのように、オイルリングの二軸差をマイナスに設定することが考えられる。しかしながら、オイルリングの場合、二軸差の測定が困難であることから、「曲率半径（直径）」に着目し、その中でも合口端面部の曲率半径（直径）を設定することによって、外周ラップ加工の加工精度を向上することができる。オイルリングは、合口部とは反対側の部位（合口部を０°とした場合の１８０°部）での曲率半径（Ｒ_１８０）に対し合口部の曲率半径（Ｒ_０、及び、Ｒ_３６０に相当）を小さくすることによって装着状態で真円となるよう設定されている。そのため適当な合口部の曲率半径を設定することによって、合口部の張り出し抑制することが可能となる。しかしながら、合口部の曲率半径をシリンダの呼称径よりも小さく設定しすぎると、合口端部の摩耗の進行の問題は抑えられる一方で、オイルリングのオイルコントロール機能が十分に発揮されなくなることが考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、外周面によるシール性を十分に発揮させることができ、面圧の低下によるオイル消費量の増加及び摩耗の進行による摩擦損失の増加を低減できるオイルリングを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るオイルリングは、内周面及び外周面と、前記内周面に略直交する一側面及び他側面と、互いに対向して合口部を形成する一対の合口端部とを有する環状の本体部を備えたオイルリングであって、前記本体部は、互いに対向する環状の第１レール部及び第２レール部と、前記第１レール部及び前記第２レール部を結ぶと共に複数の通油孔が設けられた柱部と、を有し、前記第１レール部は、前記外周面において、前記一側面側から前記他側面側に向かうにつれて前記本体部の径方向に張り出すように傾斜する傾斜面と、前記外周面において、前記傾斜面の前記他側面側に設けられ、前記内周面と略平行に延在する当たり面と、を有し、前記一側面と前記他側面とを結ぶ方向において、前記合口端部における前記当たり面の最大幅Ｗ_１１は、前記合口端部以外の部分における前記当たり面の最大幅Ｗ_２１の１００％以上２５０％以下であり、前記本体部において、呼称径ｄ１と、自由状態における前記合口端部の外周円弧の最小曲率直径ｄ２との間の直径差（ｄ２−ｄ１）は、−０．５０ｍｍより大きく、＋１．００ｍｍ未満である。

このオイルリングでは、第１レール部の合口端部の当たり面の最大幅Ｗ_１１が、合口端部以外の部分における当たり面の最大幅Ｗ_２１の１００％以上２５０％以下となっている。この範囲を満たすことで、本体部の部位による当たり面の幅のばらつきが抑えられるので、面圧の低下によるオイル消費量の増加及び摩耗の進行による摩擦損失の増加を抑制できる。また、このピストンリングでは、呼称径ｄ１と自由状態における合口端部の外周円弧の最小曲率直径ｄ２との差（ｄ２−ｄ１）が、＋１．００ｍｍ未満となっている。このため、外周ラップ加工の際に合口端部がスリーブ側に張り出すことが抑制され、当たり面の加工精度を十分に確保でき、上記範囲を満たす当たり面を歩留まり良く形成できる。さらに、このオイルリングでは、曲率直径差（ｄ２−ｄ１）が−０．５ｍｍより大きくなっている。したがって、自己張力の小さなオイルリングでも外周面によるオイルコントロール性を十分に発揮させることが可能となる。

また、前記外周面の最表面として、前記本体部よりも高い硬度を有する硬質膜が前記本体部の周方向に延在していてもよい。硬質膜を用いることにより、当たり面の摩耗の進行を抑えることができる。また、外周ラップ加工の際の、少なくとも第１レール部の合口端部における当たり面の最大幅Ｗ_１１と、合口端部以外の部分における当たり面の最大幅Ｗ_２１との差を小さくすることが可能となり、上記範囲を満たす当たり面を一層歩留まり良く形成できる。

また、前記硬質膜は、物理気相成長膜であってもよい。この場合、硬質膜を十分な硬度で形成できる。

また、前記硬質膜は、窒化チタン膜、窒化クロム膜、炭窒化チタン膜、炭窒化クロム膜、クロム膜、チタン膜、及びダイヤモンドライクカーボン膜からなる群より選ばれる少なくとも一つの膜を含んでもよい。この場合、硬質膜を十分な硬度で形成できる。

また、前記硬質膜の厚さは、１μｍ以上６０μｍ以下であってもよい。この場合、硬質膜の厚さが十分なものとなり、当たり面における摩耗の進行を抑制できる。

また、前記合口部の中心位置を０°として前記本体部の位置を角度で表したとき、一方の前記合口端部における前記当たり面は、０°〜１５°の範囲に位置する部分であり、他方の前記合口端部における前記当たり面は、３４５°〜３６０°の範囲に位置する部分であり、前記合口端部以外の部分における前記当たり面は、１５°より大きく３４５°よりも小さい範囲に位置する部分であってもよい。合口端部を上記範囲として当たり面の最大幅を満たすことで、面圧の低下によるオイル消費量の増加及び摩耗の進行による摩擦損失の増加を効果的に抑制できる。

また、前記最大幅Ｗ_１１は、前記合口端部以外の部分において１５０°〜２１０°の範囲の前記当たり面の最大幅の１００％以上２５０％以下であってもよい。このように最大幅Ｗ１が、合口端部以外の部分の当たり面において最も幅が小さくなる傾向にある範囲の最大幅に対して上記範囲を満たすことにより、本体部の部位による当たり面の幅のばらつきがより好適に抑えられる。

また、前記最大幅Ｗ_２１は、前記本体部の幅の１％以上５０％以下であってもよい。この範囲を満たすことで、シリンダ内壁にオイル膜を好適に形成できると共に、当たり面によるオイルの燃焼室への掻き上げを抑制できる。また、当たり面による摩擦損失の増大を回避できる。

また、前記最大幅Ｗ_２１は、０．００５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であってもよい。この範囲を満たすことで、ピストンリングによる初期の摩擦損失を抑制できる。

また、前記傾斜面は、軸方向に対してなす角度が６°以上１２°以下であってもよい。この範囲を満たすことで、シリンダ内壁にオイル膜を好適に形成できると共に、傾斜面によるオイルの燃焼室への掻き上げを抑制できる。

また、前記第２レール部は、前記外周面において、前記一側面側から前記他側面側に向かうにつれて前記本体部の径方向に張り出すように傾斜する第２傾斜面と、前記外周面において、前記傾斜面の前記他側面側に設けられ、前記内周面と略平行に延在する第２当たり面と、を有し、前記一側面と前記他側面とを結ぶ方向において、前記第２レール部側の前記合口端部における前記第２当たり面の最大幅Ｗ_１２は、前記第２レール部側の前記合口端部以外の部分における前記第２当たり面の最大幅Ｗ_２２の１００％以上２５０％以下であってもよい。

上記のように、第２レール部の合口端部の当たり面の最大幅Ｗ_１２が、合口端部以外の部分における当たり面の最大幅Ｗ_２２の１００％以上２５０％以下となっている。この範囲を満たすことで、本体部の部位による当たり面の幅のばらつきが抑えられるので、面圧の低下によるオイル消費量の増加及び摩耗の進行による摩擦損失の増加を抑制できる。

また、前記第１レール部の前記傾斜面、及び、前記第２レール部の前記第２傾斜面は、燃焼室側へ向かって縮径されてもよい。

また、前記第１レール部の前記傾斜面は燃焼室側へ向かって縮径され、前記第２レール部の前記第２傾斜面は前記燃焼室側へ拡径されてもよい。

本発明によれば、外周面によるシール性を十分に発揮させることができ、面圧の低下によるオイル消費量の増加及び摩耗の進行による摩擦損失の増加を低減できるオイルリングが提供される。

本実施形態に係るオイルリングの斜視図である。 本実施形態に係るオイルリングの分解斜視図である。 オイルリングをピストンに装着した状態でのオイルリング本体部を示す図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。 外周面の展開図である。 オイルリングの当たり面の幅と摩擦損失量との関係を示すグラフである。 変形例に係るオイルリングの本体部の断面図である。 摩擦損失試験を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係るオイルリングの斜視図である。また、図２は、本実施形態に係るオイルリングの分解斜視図である。また、図３は、オイルリングをピストンに装着した状態でのオイルリング本体部を示す図である。オイルリング１は、図１及び図２に示されるように、合口部４が形成された環状の本体部２と、本体部２の内周面２ａ側に沿って設けられる環状のコイルエキスパンダ３とを備えた、いわゆる２ピースオイルリングである。

このオイルリング１は、例えば自動車の内燃機関におけるピストンの外周面に設けられたリング溝に組み付けられて使用される。オイルリング１の本体部２は、コイルエキスパンダ３の接線張力によりシリンダ内壁と略一定の圧力にて接する。そして、オイルリング１は、ピストンの駆動に併せて本体部２が有する第１レール部１１及び第２レール部１２（詳細は後述する）の間の潤滑油をシリンダ内壁に塗布すると共に、余剰な潤滑油を第１レール部１１及び第２レール部１２によって掻き落し、適切な厚さの油膜をシリンダ内壁に形成する機能を奏するようになっている。

本体部２は、例えば複数の金属元素を含有する鋳鉄或いは鋼材（スチール）によって十分な強度、耐熱性、及び弾性をもって形成されている。また、本体部２の外周面２ｂ等には、例えば硬質クロムめっき層、クロム窒化物層、或いは鉄の窒化物層などによる表面改質が施され、本体部２の耐摩耗性の向上が図られている。なお、外周面２ｂは、第１レール部１１及び第２レール部１２の外周面に相当する。

オイルリング１における本体部２は、オイルリング１の幅方向において互いに対向する環状の第１レール部１１及び第２レール部１２と、第１レール部１１及び第２レール部１２の中央部同士を結ぶ環状の柱部１３とを有している。本体部２における第１レール部１１及び第２レール部１２は、柱部１３と一体形成されており、第１レール部１１及び第２レール部１２の厚さは、それぞれ柱部１３の厚さよりも大きくなっている。なお、本体部２の内周面２ａは、コイルエキスパンダ３が収容されるように柱部１３側に略曲面状に窪んだ形状となっている（図４参照）。さらに、本体部２は、内周面２ａに略直交する一対の側面２ｃ（一側面）及び側面２ｄ（他側面）を有している（図４参照）。以下の説明では、内周面２ａと外周面２ｂとを結ぶ方向をオイルリング１の厚さ方向とする。また、側面２ｃと側面２ｄとを結ぶ方向をオイルリングの幅方向とする。

柱部１３の幅方向における中央部には、複数の通油孔１４がオイルリング１の周方向に沿って並んで設けられている。複数の通油孔１４のそれぞれの周方向に沿った断面形状は、略楕円形状となっている。複数の通油孔１４は、例えば切削又はレーザによる穿孔によって形成される。これら複数の通油孔１４を通過する潤滑油は、柱部１３よりも内周側から外周側に供給されると共に、柱部１３よりも外周側から内周側に戻される。

本体部２は、厚さ方向が短辺かつ幅方向が長辺となる断面略Ｉ型形状をなしている。本体部２の幅は、例えば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下となっており、本体部２の厚さは、例えば１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下となっている。また、本体部２の外径（呼称径）は、例えば６０ｍｍ以上２００ｍｍ以下となっている。本体部２の各寸法は、接触式又は非接触式の形状測定装置（表面粗さ測定装置を含む）を用いて測定できる。

また、本体部２において、呼称径ｄ１と自由状態における合口端部の曲率直径ｄ２との直径差（ｄ２−ｄ１）は、−０．５０ｍｍより大きく、＋１．００ｍｍ未満となっている。呼称径（又は“呼び径”）ｄ１とは、装着するシリンダ呼び径に等しいものである（ＪＩＳ Ｂ ８０３２−１）。また、曲率直径ｄ２は、図３に示すように、本体が自由状態において、平面視におけるオイルリング１の本体部２の中心Ｘとし、合口端部５，６の中心位置を０°としたときの、０〜１５°及び３４５°〜３６０°の範囲において、自由状態にける外周円弧の曲率半径が最小となるときの半径の値Ｒ_ｍｉｎを直径換算（２倍）したものとなる。オイルリング１では、合口部４とは反対側の部位（合口部を０°とした場合の１８０°部）での曲率半径（Ｒ_１８０）に対し合口部４側での曲率半径（Ｒ_０、及び、Ｒ_３６０に相当）が小さくなる。したがって、上記の角度範囲において曲率半径が小さくなる。上記の曲率直径ｄ２、すなわち、自由状態における合口端部の外周円弧の最小曲率直径ｄ２と、呼称径ｄ１との差を直径差（ｄ２−ｄ１）として示す。本体部２の直径差（ｄ２−ｄ１）は、０．００ｍｍ以上であってもよく、＋１．００ｍｍ以下であってもよい。

合口部４は、本体部２の一部が分断された部分であり、互いに対向する一対の合口端部５，６によって形成されている。一対の合口端部５，６は、それぞれ本体部２の自由端となっている部分である。合口部４の隙間（合口隙間）は、例えばオイルリング１が加熱されて熱膨張したときに狭まるようになっている。すなわち、合口部４は、オイルリング１の使用時において、オイルリング１とシリンダとの間の温度差に起因する本体部２の熱膨張分の逃げ部として機能する。

コイルエキスパンダ３は、図２に示されるように、環状に設けられたバネ状の部品であり、例えば油焼き入れされたバネ鋼等の線材によって形成される。

次に、本体部２の外周面２ｂについて更に詳細に説明する。図４（Ａ）は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の一部拡大図（第１レール部１１の外周部の拡大図）である。

図４に示されるように、オイルリング１の本体部２は、柱部１３と、一対の第１レール部１１及び第２レール部１２とを有していて、断面形状は、図４（Ａ）に示すように略Ｍ字形状となっている。柱部１３は、薄肉の円筒状に形成されていて、その軸方向中央位置には、この柱部１３を径方向に貫通する複数の通油孔１４が設けられている。また、第１レール部１１は柱部１３の一方側の側面２ｃ側において柱部１３に対して外方に突出していて、第２レール部１２は柱部１３の一方側の側面２ｄ側において柱部１３に対して外方に突出している。

第１レール部１１及び第２レール部１２の軸方向の幅は、それぞれ０．０１ｍｍ〜０．３０ｍｍとされる。第１レール部１１及び第２レール部１２の幅は共通であってもよいし、互いに異なっていてもよい。

第１レール部１１の外周面は、傾斜面２１ａと、当たり面２２ａとを含んでいる。また、側面２ｃと第１レール部１１の傾斜面２１ａとを接続する傾斜部分として、接続面２３ａが設けられる。また、第１レール部１１の当たり面２２ａと柱部１３の外周面１３ｂとを接続する傾斜部分として、接続面２４ａが設けられる。オイルリング１の第１レール部１１では、傾斜面２１ａが燃焼室側（図４における上方側）に設けられ、当たり面２２ａが傾斜面２１ａに対してクランク室側（図４における下方側）に設けられている。すなわち、第１レール部１１では、当たり面２２ａに対して燃焼室側において、燃焼室側に向かって径が小さくなる（縮径される）傾斜面２１ａが設けられる。

また、第２レール部１２の外周面は、傾斜面２１ｂ（第２傾斜面）と、当たり面２２ｂ（第２当たり面）とを含んでいる。オイルリング１の第２レール部１２では、第１レール部１１と同様に、傾斜面２１ｂが燃焼室側（図４における上方側）に設けられ、当たり面２２ｂが傾斜面２１ｂに対してクランク室側（図４における下方側）に設けられている。すなわち、第２レール部１２においても、当たり面２２ｂに対して燃焼室側において、燃焼室側に向かって径が小さくなる傾斜面２１ｂが設けられる。そして、側面２ｄと第２レール部１２の当たり面２２ｂとを接続する傾斜部分として、接続面２３ｂが設けられる。また、第２レール部１２の傾斜面２１ｂと柱部１３の外周面１３ｂとを接続する傾斜部分として、接続面２４ｂが設けられる。ただし、第２レール部１２においては、傾斜面２１ｂと当たり面２２ｂとの位置が異なっていてもよい。すなわち、当たり面２２ｂに対してクランク室側において、燃焼室側に向かって径が大きくなる（拡径される）傾斜面２１ｂが設けられていてもよい。

傾斜面２１ａ，２１ｂは、それぞれ本体部２の周方向の全体にわたって延在している。傾斜面２１ａ，２１ｂは、それぞれ、接続面側の端部において径が小さくなるように、すなわち、接続面側の端部が軸中心に傾くように傾斜したテーパフェイス形状としている。テーパフェイス形状とし、当たり面を形成させることにより同じ張力であっても高い面圧を得ることができ、さらに摩擦損失も低減することできる。傾斜面２１ａ，２１ｂの傾斜角θ（軸方向に対する傾斜角）は、例えば２０°以下（２０度以下）となっている。また、傾斜面のくさび効果を考慮して、傾斜面２１ａ，２１ｂの傾斜角θを６°〜１２°（６°以上１２°以下）の範囲にすれば、シリンダ内壁にオイル膜を好適に形成できると共に、傾斜面によるオイルの燃焼室への掻き上げを抑制できる。

傾斜面２１ａの幅は、例えば、第１レール部１１の幅（すなわち、傾斜面２１ａ及び当たり面２２ａの幅の和）の５０％以上となっている。傾斜面２１ａが設けられることで、第１レール部１１の外周面は、いわゆるテーパフェイス形状となっている。これにより、オイルリング１をピストンのリング溝に装着した際に、外周面２ｂの側面２ｄ側のみがシリンダ内壁に対して摺動する。したがって、シリンダ内壁に対してオイルリング１が接する面積が低減するので、シリンダ内壁との摩擦を低減させつつ、オイルの掻き取りを良好に実施できる。

傾斜面２１ｂの幅は、例えば、第２レール部１２の幅（すなわち、傾斜面２１ｂ及び当たり面２２ｂの幅の和）の５０％以上となっている。また、傾斜面２１ｂが設けられることで、第２レール部１２の外周面は、いわゆるテーパフェイス形状となっている。オイルリング１のように、傾斜面２１ｂ及び当たり面２２ｂの配置が第１レール部１１の傾斜面２１ａ及び当たり面２２ａと同じである（当たり面に対して燃焼室側に傾斜面が設けられる）場合、第１レール部１１と同様に、オイルリング１をピストンのリング溝に装着した際に、外周面２ｂの側面２ｄ側のみがシリンダ内壁に対して摺動することとなる。したがって、シリンダ内壁に対してオイルリング１が接する面積が低減するので、シリンダ内壁との摩擦を低減させつつ、オイルの掻き取りを良好に実施できる。

当たり面２２ａ，２２ｂは、それぞれ、外周面２ｂのうち径方向に最も張り出している面である。当たり面２２ａ，２２ｂは、オイルリング１をピストンのリング溝に装着した際に、シリンダ内壁に接して摺動する。当たり面２２ａ，２２ｂは、本体部２の周方向の全体にわたって延在している。また、当たり面２２ａ，２２ｂは、側面２ｃ，２ｄと略直し、且つ内周面２ａと略並行になっている。

接続面２３ａ，２４ａ，２３ｂ，２４ｂは、いずれも、本体部２の周方向の全体にわたって延在している。接続面２３ａ，２４ａ，２３ｂ，２４ｂは、外周面２ｂよりも大きい傾斜角度である。また、接続面２３ａ，２４ａ，２３ｂ，２４ｂは、Ｒ形状をなしていてもよい。

第１レール部１１の当たり面２２ａ及び第２レール部１２の当たり面２２ｂについて、図５を参照しながらさらに説明する。

図５に示すように、当たり面２２ａ，２２ｂは、一方の合口端部５から他方の合口端部６に至るまで外周面２ｂの全体にわたって形成されている。このような当たり面２２ａ，２２ｂは、外周ラップ加工することによって形成される。外周ラップ加工は、実際に装着されるシリンダと同径のシリンダにオイルリングを装着し、当該オイルリングの外径（呼称径）に等しい内径を有するスリーブ内でラッピングを行うことにより、オイルリングの外周面に沿って当たり面を形成する加工方法である。外周ラップ加工は、オイルリングの製造の最終工程において実施される。外周ラップ加工時のオイルリング１の呼称径当たりの張力は、例えば０．２０Ｎ／ｍｍ以下に設定される。

この外周ラップ加工によって当たり面２２ａ，２２ｂを形成する際、自由端となっている合口端部５，６がスリーブ側に張り出すことで、合口端部５，６の加工量が合口端部５，６を除く部分（以下、当該部分を「主部７」と称す）の加工量よりも増大する傾向がある。この傾向は、合口端部５，６の端面５ａ，６ａに近いほど強くあらわれる。このため、図５に示すように、当たり面２２ａ，２２ｂには、それぞれ合口端部５の端面５ａに向かうにつれて幅が徐々に増加する領域２２１と、合口端部６の端面６ａに向かうにつれて幅が徐々に増加する領域２２２とが形成されている。

図５の例では、合口端部５，６における当たり面２２ａの最大幅をＷ_１１とし、主部７における当たり面２２ａの最大幅をＷ_２１とした場合、最大幅Ｗ_１１は、最大幅Ｗ_２１の１００％以上２５０％以下となっている。同様に、合口端部５，６における当たり面２２ｂの最大幅をＷ_１２とし、主部７における当たり面２２ｂの最大幅をＷ_２２とした場合、最大幅Ｗ_１２は、最大幅Ｗ_２２の１００％以上２５０％以下となっている。なお、合口端部５，６における当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２とは、それぞれ、合口端部５，６それぞれでの最大幅を求めた後の平均値を用いている。すなわち、合口端部５側での当たり面の最大幅と、合口端部６側での当たり面の最大幅と、の平均が合口端部５，６における当たり面の最大幅となる。

また、合口端部５，６における当たり面２２ａ，２２ｂは、それぞれ合口部４を挟んでほぼ対称の形状となっている。また、当たり面２２ａ，２２ｂでは、それぞれ上辺が側面２ｃ，２ｄに対して略平行な下辺に対して傾斜することにより、端面５ａ，６ａにおける幅が、それぞれ最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２となっている。また、合口端部５，６における当たり面２２ａ，２２ｂの上辺の下辺に対する傾斜角は、例えば０．０５ｍｍ／ｄｅｇ以下（０．０５ミリメートル毎角度以下）となっている。この傾斜角は、例えば合口端部５，６における当たり面２２ａ，２２ｂの上辺を直線近似することによって求めることができる。

主部７における当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_２１，Ｗ_２２は、それぞれ、第１レール部１１の幅（すなわち、傾斜面２１ａ及び当たり面２２ａの幅の和）または第２レール部１２の幅（すなわち、傾斜面２１ｂ及び当たり面２２ｂの幅の和）の１％以上５０％以下となっている。すなわち、当該当たり面を含むレール部の幅の１％以上５０％以下となっている。最大幅Ｗ_２１，Ｗ_２２は、それぞれ第１レール部１１の幅及び第２レール部１２の３０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましい。したがって、本実施形態では、最大幅Ｗ_２１，Ｗ_２２は、それぞれ、例えば０．００５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下に設定されている。また、最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２は、０．０４ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下に設定されている。

なお、本実施形態での最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２とは、外周ラップ加工によって形成された当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅の初期値であり、摩耗による変化が生じる前の幅を指している。また、オイルリング１を実際に装着されるシリンダと同径のシリンダに装着した状態において、合口部４の中心位置を０°（若しくは３６０°）とした場合（図２参照）に、合口端部５における当たり面２２ａ，２２ｂは、０°〜１５°の範囲に位置する部分を指し、合口端部６における当たり面２２ａ，２２ｂは、３４５°〜３６０°の範囲に位置する部分を指す。主部７における当たり面２２ａ，２２ｂは、１５°よりも大きく３４５°未満の範囲に位置する部分を指す。合口部４の中心位置は、本体部２の側面２ｄを平坦面に載置したときの合口端部５，６間の中間位置である。このときの合口端部５，６間の間隔は、室温にてオイルリング１をその呼称径に等しい寸法の筐体（リングゲージ）内に収容したときの合口端部５，６間の間隔と同等である。

また、本体部２において合口端部５，６の反対側に位置する部分（例えば、主部７における１５０°〜２１０°の範囲に位置する部分）は、オイルリング１をシリンダに装着した際に合口端部５，６と比較してスリーブに張り出しにくく、外周ラップ加工が施されにくい部分である。このため、合口端部５，６の反対側に位置する部分における当たり面２２ａ，２２ｂの幅は、当たり面２２ａ，２２ｂ全体の中で最も小さくなる傾向にある。したがって、当たり面２２ａ，２２ｂの幅が最も小さくなる傾向にある部分の当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅を基準とし、合口端部５，６での最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２は、合口端部５，６の反対側に位置する部分における当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_２１，Ｗ_２２の１００％以上２５０％以下であることが好ましい。

以上に説明した構成を有するオイルリング１では、合口端部５，６の当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２が、主部７における当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_２１，Ｗ_２２の２５０％以下となっている。この範囲を満たすことで、本体部２の部位による当たり面２２ａ，２２ｂの幅のばらつきが抑えられるので、面圧の低下によるオイル消費量の増加及び摩耗の進行による摩擦損失の増加を抑制できる。また、このオイルリング１では、直径差（ｄ２−ｄ１）が＋１．００ｍｍ未満となっている。このため、外周ラップ加工の際に合口端部５，６が自己張力によってスリーブ側に張り出すことが抑制され、当たり面２２ａ，２２ｂの加工精度を十分に確保でき、上記範囲を満たす当たり面２２ａ，２２ｂを歩留まり良く形成できる。さらに、このオイルリング１では、直径差（ｄ２−ｄ１）が−０．５０ｍｍより大きくなっている。したがって、背圧が小さい場合でも外周面２ｂによるシール性を十分に発揮させることが可能となる。

また、合口部４の中心位置を０°として本体部２の位置を角度で表したとき、合口端部５における当たり面２２ａ，２２ｂは、０°〜１５°の範囲に位置する部分であり、合口端部６における当たり面２２ａ，２２ｂは、３４５°〜３６０°の範囲に位置する部分であり、主部７における当たり面２２ａ，２２ｂは、１５°より大きく３４５°よりも小さい範囲に位置する部分になっている。合口端部５，６をそれぞれ上記範囲として当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅を満たすことで、面圧の低下によるオイル消費量の増加及び摩耗の進行による摩擦損失の増加を効果的に抑制できる。

また、最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２は、主部７における１５０°〜２１０°の範囲の当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅の１００％以上２５０％以下であることが好ましい。このように最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２が、主部７の当たり面２２ａ，２２ｂにおいて最も幅が小さくなる傾向にある範囲の最大幅に対して上記範囲を満たすことにより、本体部２の部位による当たり面２２ａ，２２ｂの幅のばらつきがより好適に抑えられる。

また、主部７の当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_２１，Ｗ_２２は、それぞれ、第１レール部１１の幅または第２レール部１２の幅の１％以上５０％以下であるので、オイルリング１は、シリンダ内壁にオイル膜を好適に形成できると共に、当たり面２２ａ，２２ｂによるオイルの燃焼室への掻き上げを抑制できる。また、当たり面２２ａ，２２ｂによる摩擦損失の増大を回避できる。

図６は、オイルリングの当たり面の幅と摩擦損失との関係の一例を示すグラフである。図６において、縦軸は初期の摩擦損失量を示し、横軸は当たり面の幅を示す。図６に示されるように、当たり面の幅が大きくなるほど摩擦損失量が大きくなる傾向があるのがわかる。このため、主部７の当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_１２，Ｗ_２２を０．００５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下にすることにより、オイルリング１による初期の摩擦損失を好適に抑制できる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。

例えば上記実施形態では外周面２ｂ上に保護膜等が形成されていないオイルリングを例示しているが、図７に示されるように、本体部２の第１レール部１１及び第２レール部１２の表面に、第１レール部１１及び第２レール部１２を形成する材料よりも硬度の高い硬質膜３５が形成されていてもよい。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、変形例に係るオイルリング１Ａの断面図であり、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に対応する図である。また、硬質膜３５は、第１レール部１１及び第２レール部１２の周方向の全体にわたって延在していてもよい。変形例では、第１レール部１１及び第２レール部１２の表面に硬質膜３５を形成することによって、表面を加工（外周ラップ加工）することで、傾斜面２１ａ，２１ｂ及び当たり面２２ａ，２２ｂを形成する。なお、面取り等によってオイルリング１に形成される角部は、丸みを帯びた形状であってもよい。

硬質膜３５は、物理気相成長法（ＰＶＤ法）を用いて形成される物理気相成長膜（ＰＶＤ膜）である。これにより、硬質膜３５を十分な硬度で形成できる。硬質膜３５の硬度は、例えばビッカース硬さで８００ＨＶ０．０５以上２０００ＨＶ０．０５以下であり、本体部２の硬度よりも約２倍以上高い。硬質膜３５は、チタン（Ｔｉ）及びクロム（Ｃｒ）の少なくとも一種と、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、及び酸素の少なくとも一種とを含むイオンプレーティング膜、若しくはダイヤモンドライクカーボン膜である。具体例としては、硬質膜３５は、窒化チタン膜、窒化クロム膜、炭窒化チタン膜、炭窒化クロム膜、酸窒化クロム膜、クロム膜、又はチタン膜である。この中でも、耐摩耗性及び耐スカッフ性を重視する場合には、窒化クロム膜を用いることが好ましい。なお、硬質膜３５は積層体であってもよく、例えば窒化クロム膜及びダイヤモンドライクカーボン膜等を含んでもよい。

このように外周面２ｂの最表面を硬質膜３５とすることにより、当たり面２２ａ，２２ｂにおける摩耗の進行を抑えることができる。また、最表面を硬質膜３５とした場合、外周ラップ加工の際の、合口端部５，６における当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２と、主部７における当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_２１，Ｗ_２２との差を小さくすることができる。したがって、最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２が、最大幅Ｗ_２１，Ｗ_２２の１００％以上２５０％以下となっている当たり面２２ａ，２２ｂを一層歩留まり良く形成できる。

また、本体部２の径方向に沿った硬質膜３５の厚さは、１μｍ以上６０μｍ以下である。これにより、硬質膜３５の厚さが十分なものとなり、当たり面２２ａ，２２ｂにおける摩耗の進行を抑制できる。なお、第１レール部１１又は第２レール部１２と硬質膜３５と硬質膜の密着性を向上させるため、クロム膜又はチタン膜等のアンダーコートを第１レール部１１又は第２レール部１２に施してもよい。

本発明は、上記実施形態及び上記変形例に限られるものではない。例えば、上記実施形態及び上記変形例では、当たり面は本体部２の幅方向において中心よりも側面２ｄ側に設けられているが、当該中心よりも側面２ｃ側に設けられてもよい。

また、上記実施形態及び上記変形例では、第１レール部１１及び第２レール部１２の両方に傾斜面２１ａ，２１ｂ及び当たり面２２ａ，２２ｂが設けられる場合について説明したが、本発明に係るオイルリングは、少なくとも第１レール部１１において傾斜面２１ａ及び当たり面２２ａが設けられていればよい。すなわち、第２レール部１２側については、上記で説明した傾斜面２１ｂ及び当たり面２２ｂを有していなくてもよい。第１レール部１１のみが傾斜面２１ａ及び当たり面２２ａを有している場合には、第１レール部１１においてのみ合口端部５，６における当たり面２２ａの最大幅Ｗ_１１と、主部７における最大幅Ｗ_２１とが上述の関係を満たしていればよい。

また、第１レール部１１及び第２レール部１２の両方に傾斜面２１ａ，２１ｂ及び当たり面２２ａ，２２ｂが設けられている場合であっても、少なくとも第１レール部１１において合口端部５，６における当たり面２２ａの最大幅Ｗ_１１と、主部７における最大幅Ｗ_２１とが上述の関係を満たしていればよい。この場合、第２レール部１２における傾斜面２１ｂ及び当たり面２２ｂの形状は、適宜変更することができる。ただし、第１レール部１１及び第２レール部１２の両方において、合口端部５，６における当たり面２２ａ，２２ｂの最大幅Ｗ_１１，Ｗ_１２と、主部７における最大幅Ｗ_２１，Ｗ_２２と、が上述の関係を満たしていると、外周面によるシール性をより発揮させることができ、面圧の低下によるオイル消費量の増加及び摩耗の進行による摩擦損失の増加を効果的に低減させることができる。

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

（実施例１）
以下の手順で、実施例１のオイルリング（本体部）を作製した。まず、第１レール部及び第２レール部の外周面に傾斜面が設けられた本体部を有するリングを作製した。リング本体部としては、ＪＩＳ規格である硬鋼線（ＳＷＲＨ７７Ｂ相当）を用い、当該線材に圧延ロール成形及び引き抜き成形を施した。本体部の呼称径は、１００ｍｍに設定した。また、本体部の幅は、３．０ｍｍ、本体部の厚さは２．５ｍｍ、第１レール部及び第２レール部の幅は０．２５ｍｍ、傾斜角は９°に設定した。

次に、本体部に対して側面加工及び合口加工を行った後、内径７０ｍｍの真円スリーブを用いて外周ラップ加工を行った。実施例１では、外周ラップ加工によって第１レール部及び第２レール部の当たり幅が本体部の全周にわたって０．１ｍｍ（レール部の幅の４０％）となるように加工条件を調整した。

以上のオイルリングの作製では、本体部の呼称径ｄ１と、自由状態における合口端部の外周円弧の最小曲率直径ｄ２との間の直径差（ｄ２−ｄ１）を下記表１に示す値に調整した。実施例においては、簡単のため、合口端部５，６における曲率直径（Ｒ_０、及び、Ｒ_３６０に相当）の平均値を算出し、呼称径との直径差としている。加えて、本体部において、合口端部の最大幅Ｗ１（Ｗ_１１，Ｗ_２１）と主部の最大幅Ｗ２（Ｗ_１２，Ｗ_２２）とを下記表１に示す値に調整した。なお、最大幅Ｗ_１１，Ｗ_２１及び最大幅Ｗ_１２，Ｗ_２２はそれぞれ同じ値としている。なお、表１には、主部の最大幅Ｗ２に対する合口端部の最大幅Ｗ１の比率（Ｗ１／Ｗ２）を併記した。

（実施例２，４〜７，１０，１２〜１５，１７，２０）
実施例１と同様の手順にて、上記実施例のオイルリング（呼称径：７０，１００，１７０ｍｍの３種類のオイルリング）を作製した。各オイルリングの仕様（呼称径との曲率直径差、合口端部のそれぞれの最大幅Ｗ１、及び主部との最大幅Ｗ２）は、下記表１に示すとおりである。

（実施例３，８，９，１１，１６，１８，１９，２１）
以下に記載する事項以外は実施例１と同様にして、オイルリングを作製した。これらの実施例における各オイルリングの仕様は、下記表１に示すとおりである。

実施例３，８，９，１１，１６，１８，１９，２１では、上記合口加工後、ＰＶＤ法により硬質膜として硬質炭素膜（ＤＬＣ膜）を本体部の外周面に形成した。ＤＬＣ膜の厚さは、１０μｍに設定した。ＤＬＣ膜の形成後、実施例１等と同様に外周ラップ加工を行った。これにより、硬質膜であるＤＬＣ膜に本体部の全周にわたって当たり面を形成した。

（比較例１〜３，５，６，８，１０，１４）
実施例１と同様の手順にて、上記比較例のオイルリングを作製した。各オイルリングの仕様は、下記表１に示すとおりである。

（比較例４，７，９，１１，１２，１３）
実施例３と同様の手順にて、硬質膜を有する上記比較例のオイルリングを作製した。各オイルリングの仕様は、下記表１に示すとおりである。

（オイル消費量の検証）
各実施例及び各比較例のオイルリングを、ディーゼルエンジンを用い、１８００ｒｐｍ×４／４の負荷で所定の時間運転した場合におけるオイル消費量（ＬＯＣ：Lubricating Oil Consumption）の測定を各実施例及び各比較例に対して行った。各実施例及び各比較例において、トップリング及びセカンドリングは、共通のリングを用いた。オイル消費量は、エンジン運転前に収容されていたオイル量と、エンジン運転後に収容されていたオイル量とをそれぞれ測定することによって算出した。比較例１のオイル消費量を１００％とした場合、各実施例と比較例２〜１４とのオイル消費量の割合（％）を表１に示す。

（摩擦損失測定試験）
図８に示されるように、トップリング４２及びオイルリング４３と、各実施例及び各比較例のセカンドリング４４とから構成されるピストンリングセット４１を準備した。このピストンリングセット４１を浮動ライナー式フリクション測定用エンジンのピストン４５に装着し、各セカンドリング４４の摩擦損失を摩擦平均有効圧力（ＦＭＥＰ：Friction Mean Effective Pressure）により評価した。トップリング４２、セカンドリング４４、及びオイルリング４３と摺動する相手材として、鋳鉄製のシリンダライナ４６を用いた。シリンダライナ４６の十点平均粗さ（Ｒｚ）は、２〜４μｍとした。また、シリンダライナ４６の外周に荷重測定用センサー４７を取り付けた。例えば、呼称径が１００ｍｍの場合、トップリング４２の張力は１５Ｎに設定し、セカンドリング４４の張力は１０Ｎに設定し、オイルリング４３の張力は３０Ｎに設定した。

摩擦損失測定試験では、ピストン４５の動作によってトップリング４２、セカンドリング４４、及びオイルリング４３がシリンダライナ４６に上下方向に摺動する際に加わる摩擦力（摩擦損失）を荷重測定用センサー４７により測定した。この摩擦損失は、トップリング４２、セカンドリング４４、及びオイルリング４３の合計摩擦力である。本摩擦力測定試験においては、エンジン回転数を２０００ｒｐｍとし、エンジン負荷を１５Ｎ・ｍとし、潤滑油温度を８７℃とした。また、本摩擦力測定の試験時間は１０時間とした。比較例１のＦＭＥＰを１００％とした場合、各実施例と比較例２〜１４とのＦＭＥＰの割合（％）を表１に示す。

上記表１より、実施例１〜２１のそれぞれは、比較例１よりもＬＯＣ，ＦＭＥＰのいずれも低減した。これに対して、比較例２，３，５，８〜１０，１２は、比較例１よりもＬＯＣは低減したが、比較例１よりもＦＭＥＰは増加した。また、比較例４，６，７，１１，１３，１４は、比較例１よりもＦＭＥＰは低減したが、比較例１よりもＬＯＣは増加した。

例えば曲率直径差が本発明の上限付近（＋０．９９ｍｍ）である実施例２０では、ＬＯＣ及びＦＭＥＰがいずれも比較例１よりも低減していた。これに対して、曲率直径差が本発明の上限を超えている（＋１．０２ｍｍ）比較例８では、ＬＯＣは比較例１よりも低減していたものの、ＦＭＥＰは比較例１よりも増加する結果となった。この結果から、曲率直径差を＋１．００ｍｍ未満とし、Ｗ１／Ｗ２を１００％以上２５０％以下とすることで、ＬＯＣ，ＦＭＥＰの両方を低減できることが実証された。

また、例えば曲率直径差が本発明の下限付近（−０．４８ｍｍ）である実施例２１では、ＬＯＣ及びＦＭＥＰがいずれも比較例１よりも低減していた。これに対して、曲率直径差が本発明の下限を超えている（−０．５４ｍｍ）比較例１１では、ＦＭＥＰは比較例１よりも低減していたものの、ＬＯＣは比較例１よりも増加する結果となった。加えて、曲率直径差が本発明の下限を超えている（−０．７１ｍｍ）と共に、Ｗ１／Ｗ２が１００％以上２５０％以下の範囲外となっている（９１．３％）比較例４でも、ＦＭＥＰは比較例１よりも低減していたものの、ＬＯＣは比較例１よりも増加する結果となった。これらの結果から、曲率直径差を−０．５０ｍｍよりも大きくし、Ｗ１／Ｗ２を１００％以上２５０％以下とすることで、ＬＯＣ，ＦＭＥＰの両方を低減できることが実証できた。

また、上記結果から、硬質膜の有無にかかわらず、曲率直径差が−０．５０ｍｍより大きく＋１．００ｍｍ未満であり、Ｗ１／Ｗ２が上記範囲内であると、ＬＯＣ，ＦＭＥＰの両方を低減できることが実証された。

１…オイルリング、２…本体部、２ａ…内周面、２ｂ…外周面、２ｃ，２ｄ…側面、３…コイルエキスパンダ、４…合口部、５，６…合口端部、７…主部、２１ａ，２１ｂ…傾斜面、２２ａ，２２ｂ…当たり面、ｄ１…呼称径，ｄ２…曲率直径。

Claims (13)

1. 内周面及び外周面と、前記内周面に略直交する一側面及び他側面と、互いに対向して合口部を形成する一対の合口端部とを有する環状の本体部を備えたオイルリングであって、
   前記本体部は、互いに対向する環状の第１レール部及び第２レール部と、前記第１レール部及び前記第２レール部を結ぶと共に複数の通油孔が設けられた柱部と、を有し、
   前記第１レール部は、
   前記外周面において、前記一側面側から前記他側面側に向かうにつれて前記本体部の径方向に張り出すように傾斜する傾斜面と、
   前記外周面において、前記傾斜面の前記他側面側に設けられ、前記内周面と略平行に延在する当たり面と、
   を有し、
   前記一側面と前記他側面とを結ぶ方向において、前記合口端部における前記当たり面の最大幅Ｗ_１１は、前記合口端部以外の部分における前記当たり面の最大幅Ｗ_２１の１００％以上２５０％以下であり、
   前記本体部において、呼称径ｄ１と、自由状態における前記合口端部の外周円弧の最小曲率直径ｄ２との間の直径差（ｄ２−ｄ１）は、−０．５０ｍｍより大きく、＋１．００ｍｍ未満である、オイルリング。
2. 前記外周面の最表面として、前記本体部よりも高い硬度を有する硬質膜が前記本体部の周方向に延在している、請求項１に記載のオイルリング。
3. 前記硬質膜は、物理気相成長膜である、請求項２に記載のオイルリング。
4. 前記硬質膜は、窒化チタン膜、窒化クロム膜、炭窒化チタン膜、炭窒化クロム膜、クロム膜、チタン膜、及びダイヤモンドライクカーボン膜からなる群より選ばれる少なくとも一つの膜を含む、請求項２又は３記載のオイルリング。
5. 前記硬質膜の厚さは、１μｍ以上６０μｍ以下である、請求項２〜４のいずれか一項に記載のオイルリング。
6. 前記合口部の中心位置を０°として前記本体部の位置を角度で表したとき、
   一方の前記合口端部における前記当たり面は、０°〜１５°の範囲に位置する部分であり、他方の前記合口端部における前記当たり面は、３４５°〜３６０°の範囲に位置する部分であり、
   前記合口端部以外の部分における前記当たり面は、１５°より大きく３４５°よりも小さい範囲に位置する部分である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のオイルリング。
7. 前記最大幅Ｗ_１１は、前記合口端部以外の部分において１５０°〜２１０°の範囲の前記当たり面の最大幅の１００％以上２５０％以下である、請求項６記載のオイルリング。
8. 前記最大幅Ｗ_２１は、前記本体部の幅の１％以上５０％以下である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のオイルリング。
9. 前記最大幅Ｗ_２１は、０．００５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のオイルリング。
10. 前記傾斜面は、軸方向に対してなす角度が６°以上１２°以下である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のオイルリング。
11. 前記第２レール部は、
    前記外周面において、前記一側面側から前記他側面側に向かうにつれて前記本体部の径方向に張り出すように傾斜する第２傾斜面と、
    前記外周面において、前記傾斜面の前記他側面側に設けられ、前記内周面と略平行に延在する第２当たり面と、
    を有し、
    前記一側面と前記他側面とを結ぶ方向において、前記第２レール部側の前記合口端部における前記第２当たり面の最大幅Ｗ_１２は、前記第２レール部側の前記合口端部以外の部分における前記第２当たり面の最大幅Ｗ_２２の１００％以上２５０％以下である、請求項１に記載のオイルリング。
12. 前記第１レール部の前記傾斜面、及び、前記第２レール部の前記第２傾斜面は、燃焼室側へ向かって縮径される、請求項１１に記載のオイルリング。
13. 前記第１レール部の前記傾斜面は燃焼室側へ向かって縮径され、前記第２レール部の前記第２傾斜面は前記燃焼室側へ拡径される、請求項１１に記載のオイルリング。

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