JP6836690B2 - スペーサエキスパンダ及びこれを備えるオイルコントロールリング - Google Patents

Description

本開示は、スペーサエキスパンダ及びこれを備えるオイルコントロールリングに関する。

オイルコントロールリングはシリンダボアの内面に適度な油膜を形成するためのものであり、ピストンが往復動するに伴って過剰なエンジンオイルを掻き落とす役割を果たす。オイルコントロールリングとして、スリーピースオイルリングと称される態様が知られている（特許文献１，２参照）。スリーピースオイルリングは、一対のサイドレールと、これらの間に配置されるスペーサエキスパンダとを備える。スペーサエキスパンダは、サイドレールの内周面が当接する耳部と、サイドレールの側面と対面するサイドレール支持部とを有する（特許文献１の図１，２参照）。

国際公開第２０１６／１５９２６９号 欧州特許出願公開第２３６５２３３号明細書

近年、自動車エンジンに代表される内燃機関は、環境保護の観点から、高出力化、燃費の向上及び低エミッション化が図られている。これに伴い、オイルコントロールリングが使用される条件がよりシビアとなりつつある。例えば、高出力化の観点から、従来と比較してエンジンの回転数が高い傾向にあり、オイルコントロールリングがより高速でシリンダボア内を往復動する。これにより、サイドレールとの接触によって耳部が摩耗しやすい。耳部におけるサイドレールとの接触面が摩耗すると、シリンダボアの内壁に対するサイドレールの面圧が低下してオイル掻き性能が低下する。また、燃費向上の観点から、より潤滑性に優れるエンジンオイルが使用される傾向にあり、サイドレールとスペーサエキスパンダの相対的な位置が周方向にずれる現象が生じやすい。これもサイドレールによる耳部の摩耗及びオイル掻き性能の低下を招来する。

本開示は、サイドレールとの接触による耳部の摩耗を抑制できるオイルコントロールリング及びこれに適用可能なスペーサエキスパンダを提供することを目的とする。

本開示に係るオイルコントロールリングは、一対のサイドレールと、一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダとを備え、上記スペーサエキスパンダはサイドレールの内周面が当接する複数の耳部と、耳部と隣接して設けられており、サイドレールの側面と対面する複数のレール対面部とを有し、複数の耳部の全部又は少なくとも一部が以下の不等式（１）で表される条件を満たす。
Ｗ／Ｈ≧１．５…（１）
式中、Ｗは耳部の最も高い位置からレール対面部の方向に０．０５ｍｍ移動した位置における耳部の幅（単位：ｍｍ）を示し、Ｈはレール対面部における耳部と隣接する領域の最も高い位置と耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す。

本発明者らの評価試験によれば、Ｗ／Ｈの値が１．５以上の耳部を有するスペーサエキスパンダは、Ｗ／Ｈの値が１．５未満のものと比較して耳部の摩耗量を抑制できる（図１６参照）。また、耳部の幅に比して耳部の高さを制限した寸法比になっているため、耳部の強度や加工性の観点からも好適である。Ｗ／Ｈの値の上限値は、スペーサエキスパンダで発生させる張力の観点から、例えば、５．０である。

レール対面部は、径方向に延びるように形成された窪み又は隆起部を有することが好ましい。かかる構成を採用することで、サイドレールに付着したエンジンオイルが速やかに流れやすくなる。このため、サイドレール内周面と耳部の間（摺動面）に残留するスラッジを従来と比較して減らすことができ、エンジンオイルに含まれる異物が介在することによるアグレッシブ摩耗を十分に抑制できる。

レール対面部は、サイドレールの側面が当接する平坦部を有し、この平坦部がスペーサエキスパンダの外周側の縁部に沿って形成されていることが好ましい。レール対面部が上記平坦部を有し、この平坦部の高さを耳部よりも低く且つレール対面部の耳部と隣接した領域（窪み又は隆起部）よりも高く形成することで、サイドレールが平坦部に当接した状態において、レール対面部における耳部と隣接した領域とサイドレールとの間に隙間が形成される。これにより、エンジンオイルの流速が促進され、サイドレール内周面と耳部の間（摺動面）に残留するスラッジを従来と比較して減らすことができ、アグレッシブ摩耗をより一層抑制できる。

耳部は、サイドレールの内周面が当接する面に、スペーサエキスパンダの厚さ方向に延びるように形成された凸部を有することが好ましい。かかる構成を採用することで、サイドレールとスペーサエキスパンダの相対的な位置が周方向にずれる現状を十分に抑制することができる。つまり、凸部がサイドレールに対する滑り止めとして機能する。一つの耳部において、少なくとも５本の凸部が並ぶように形成されていることが好ましい。

スペーサエキスパンダは、耐摩耗性、スラッジ等の耐凝着性等の向上の観点から、表面処理が施されたものであってもよい。

本開示に係るオイルコントロールリングは、上述のとおり、耳部の摩耗を十分に抑制できることから、ディーゼルエンジンに適用可能である。従来のスリーピースオイルリングは、ガソリンエンジンに広く適用されているものの、耳部の耐摩耗性が不十分であることから、ディーゼルエンジンには一般に適用されていない。これは、ディーゼルエンジンにおいては、燃焼時に発生するカーボンなどの硬質粒子がエンジンオイル中に多く含まれた状態で潤滑されるため、各部位の摩耗がガソリンエンジンと比較して顕著であり、スペーサエキスパンダの耳部も比較的早期に摩耗して、オイル掻き性能が低下しやすいことが理由として挙げられる。

本開示によれば、サイドレールとの接触による耳部の摩耗を抑制できるオイルコントロールリング及びこれに適用可能なスペーサエキスパンダが提供される。

図１は本開示に係るスペーサエキスパンダの第１実施形態を示す平面図である。 図２は図１に示す一点鎖線で囲った領域を拡大して示す斜視図である。 図３は図１に示すスペーサエキスパンダを備えたオイルコントロールリングがピストン溝に装着された状態を示しており、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する位置における断面図である。 図４は本開示に係るスペーサエキスパンダの第２実施形態を部分的に示す斜視図である。 図５は本開示に係るスペーサエキスパンダの第３実施形態を部分的に示す斜視図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図５に示すスペーサエキスパンダ及びこれに装着されたサイドレールの断面図であって、スペーサエキスパンダの互いに異なる態様を示した断面図である。 図７は本開示に係るスペーサエキスパンダの第４実施形態を部分的に示す斜視図である。 図８は本開示に係るスペーサエキスパンダの第５実施形態を部分的に示す斜視図である。 図９は本開示に係るスペーサエキスパンダの第６の実施形態を部分的に示す斜視図である。 図１０（ａ）はサイドレールの内周面が当接する面に凸部を有する耳部の一例を示す図であり、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であって、図１０（ｂ）は凸部が高い態様を示す断面図であり、図１０（ｃ）は凸部が低い態様を示す断面図である。 図１１は実施例及び比較例に係るスペーサエキスパンダの耳部の輪郭形状測定結果（周方向）を示すグラフである。 図１２（ａ）は図１１において実線で示す実施例に係る耳部の幅Ｗを示す図であり、図１２（ｂ）は図１１において破線で示す比較例に係る耳部の幅Ｗを示す図である。 図１３（ａ）は図２に示す耳部の高さＨを示す図であり、図１３（ｂ）は図４に示す耳部の高さＨを示す図であり、図１３（ｃ）は図５に示す耳部の高さＨを示す図であり、図１３（ｄ）は図７に示す耳部の高さＨを示す図であり、図１３（ｅ）は図８に示す耳部の高さＨを示す図であり、図１３（ｆ）は図９に示す耳部の高さＨを示す図である。 図１４は耳部の輪郭形状測定結果（径方向）を示すグラフであって、摩耗試験前の形状（実線）及び摩耗試験後の形状（破線）を示すグラフである。 図１５はサイドレールのスペーサエキスパンダに対する回転の評価に使用した装置の構成を示す模式図である。 図１６はＷ／Ｈの値と耳部の摩耗量の関係をプロットしたグラフである。

以下、添付図面を参照して、本開示の複数の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
図１は本実施形態に係るスペーサエキスパンダの平面図である。同図に示すとおり、スペーサエキスパンダ１０Ａは環状であり、二つの端面１０ａ，１０ｂによって構成される合口部１０ｃを有する。スペーサエキスパンダ１０Ａは、例えば、鋼板をプレス加工（切り曲げ加工及び打ち抜き加工）することによって、あるいは、バネ鋼からなる線材を複数の歯車によりかみ合わせながら塑性変形させることによって製造される。

スペーサエキスパンダ１０Ａは、耐摩耗性、耐凝着性等の向上の観点から、表面処理が施されたものであってもよい。例えば、無電解めっき及び電解めっき、硬質塗料コーティング、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタ法により、スペーサエキスパンダ１０Ａの表面に膜を形成してもよい。膜の材質としては、非晶質炭素膜、窒化クロム膜（ＣｒＮ）、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣ、又はニッケル（Ｎｉ）やニッケルリン（ＮｉＰ）などのニッケル合金からなるメッキ等が挙げられる。また、無機材料による皮膜以外にもポリイミド等の高分子皮膜を形成することでもよい。なお、高分子皮膜にはカーボンファイバーやグラスファイバーなどのフィラーを混入させたものであっても構わない。

図２は図１に示す一点鎖線で囲った領域を拡大して示す斜視図である。図３はスペーサエキスパンダ１０Ａにサイドレール１，２が組み合わされたオイルコントロールリング５０がピストンＰの溝Ｐａに装着された状態を示しており、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する位置における断面図である。図３に示すとおり、オイルコントロールリング５０は、一対のサイドレール１，２と、一対のサイドレール１，２の間に配置されるスペーサエキスパンダ１０Ａとを備える。サイドレール１，２の外周部がシリンダボアＢの内面Ｂａに接している。図３においてハッチングで示した部分の厚さ（スペーサエキスパンダの板厚）は、例えば、０．１ｍｍ〜０．７ｍｍである。この部分をなるべく厚くすることで、より高い張力が得られるとともに、サイドレール１，２との接触面積を確保できるので、より優れた摩耗低減効果が得られる。また、スペーサエキスパンダ１０Ａの後述する各部の剛性も増強できる。なお、サイドレール１，２としては従来公知のものを使用することができる。サイドレールの外周面形状や内周面形状は本実施形態に係るサイドレール１，２と異なるものであってもよく、例えば、必ずしも図３に示すような対称性を有する断面形状でなくてもよい。

スペーサエキスパンダ１０Ａは、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａがそれぞれ当接する複数の耳部５と、サイドレール１，２の側面１ｂ，２ｂとそれぞれ対面する複数のレール対面部７とを有する。レール対面部７は、耳部５よりも外周側であって耳部５と隣接した位置に形成されている。スペーサエキスパンダ１０Ａにサイドレール１，２が組み合わされた状態において、耳部５にサイドレール１，２の内周面１ａ，２ａが当接し且つレール対面部７とサイドレール１，２の側面１ｂ，２ｂが対面するため、耳部５はレール対面部７よりも高く形成されている。スペーサエキスパンダ１０Ａは、耳部５と、レール対面部７とによって構成される開口５ｈを有する。

スペーサエキスパンダ１０Ａは、例えば、作業台に置かれたときに、山部１０Ｍと谷部１０Ｖが交互に連なる形状を有する。本実施形態においては、スペーサエキスパンダ１０Ａの山部１０Ｍ（図２における上側）に位置する耳部５と、谷部１０Ｖ（図２における下側）に位置する耳部５は実質的に同じ形状である。また、スペーサエキスパンダ１０Ａの山部１０Ｍ（図２における上側）に位置するレール対面部７と、谷部１０Ｖ（図２における下側）に位置するレール対面部７も実質的に同じ形状である。よって、作業台の上に置かれたスペーサエキスパンダ１０Ａの上下を逆さにすれば、図２に示す山部１０Ｍが谷部１０Ｖとなり、谷部１０Ｖが山部１０Ｍとなる。

以下、スペーサエキスパンダ１０Ａの山部１０Ｍに位置する耳部５及びレール対面部７について説明し、谷部１０Ｖに位置する耳部５及びレール対面部７の説明は省略する。なお、以下でいう耳部５及びレール対面部７における「最も高い位置」等の高さに関する記述はスペーサエキスパンダ１０Ａを作業台に置いた状態において、上側に位置する山部１０Ｍの耳部５及びレール対面部７を対象としたものである。この状態において、下側に位置する谷部１０Ｖの耳部５及びレール対面部７については、厳密には、例えば、耳部５及びレール対面部７における「最も低い位置」と称すべきとも言えるが、上述のとおり、スペーサエキスパンダ１０Ａの上下を単に逆さすれば、谷部１０Ｖは山部１０Ｍとなることから、本開示において「最も高い位置」等の表現は谷部１０Ｖの耳部５及びレール対面部７に対しても適用されるものである。

耳部５はサイドレール１の内周面１ａが当接する部分である。耳部５の形状は、不等式（１）で表される条件を満たすことが好ましく、不等式（２）で表される条件を満たすことがより好ましい。
Ｗ／Ｈ≧１．５…（１）
Ｗ／Ｈ≧１．７…（２）
Ｗは耳部５の最も高い位置からレール対面部７の方向（スペーサエキスパンダ１０Ａの厚さ方向）に０．０５ｍｍ移動した位置における耳部５の幅（単位：ｍｍ）を示し（図１２（ａ）参照）、Ｈはレール対面部７における耳部と隣接する領域の最も高い位置と耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す（図１３（ａ）参照）。なお、幅Ｗの位置を特定するにあたり、耳部５の最も高い位置からレール対面部７の方向（図１２（ａ）のグラフにおける下方）に０．０５ｍｍ移動した位置としたのは、オイルコントロールリング５０の使用初期において、耳部５の当該位置にサイドレール１，２が当接する頻度が高いと推察されるからである。

Ｗ／Ｈの値が１．５以上である耳部５は、Ｗ／Ｈの値が１．５未満のものと比較して、サイドレール１との接触による摩耗量を抑制できる。Ｗ／Ｈの値の上限値は、スペーサエキスパンダ１０Ａから発生する張力の観点から、例えば、５．０である。耳部５の頂部は、平坦な部分を有していてもよい。あるいは、耳部５の頂部は平坦な部分を有していなくてもよい。すなわち、耳部５の側面の形状は連続的な曲面から形成されていてもよく、換言すれば、耳部５の側面形状は曲率の異なる曲面が連続した形状であってもよい。かかる構成を採用することで、スペーサエキスパンダの製造が容易になるとともに、塑性変形時に応力集中が発生しにくい形状にすることができる。それゆえ、折損などの発生を低減することが可能となる。

耳部５の幅Ｗが例えば０．７〜１．８ｍｍであるとき、耳部５の高さＨは０．２〜０．７５であることが好ましい。幅Ｗが例えば１．０〜１．８ｍｍであるとき、高さＨは０．２〜０．６５ｍｍであることが好ましい。幅Ｗが例えば１．３〜１．８ｍｍであるとき、高さＨは０．３５〜０．７ｍｍであることが好ましい。これらの値は、スペーサエキスパンダ１０Ａの径、材料の強度及び耳部のピッチ等に応じて適宜設定すればよい。

上述のとおり、Ｗ／Ｈの値が１．５以上である（耳部５が比較的平たい）ことで、耳部の幅に比して耳部の高さが抑えられた形状となるため、スペーサエキスパンダ１０Ａの耳部の機械的強度を高くすることができる。このため、ピストンの往復運動に伴ってスペーサエキスパンダ１０Ａが外力を受けても、スペーサエキスパンダ１０Ａの張力をサイドレール１，２に安定して伝達することができ、スペーサエキスパンダ１０Ａに支持されるサイドレール１，２の姿勢を安定した状態に維持することができる。ひいては、サイドレール１，２によるオイル掻き性能が安定し、その結果、オイル消費量も安定する。また、板材や線材から塑性変形させて、スペーサエキスパンダ１０Ａを得るような製造方法の場合、耳部５の高さが高くなるにつれて塑性変形により形状変化をさせる体積が大きくなるので、製造上困難さを増すことになるが、本実施形態に係る耳部５は、その幅に比して高さが抑えられているため、そのような製造上の困難さについては従来のスペーサエキスパンダに比べて低い。

上述のとおり、耳部５の高さＨは、レール対面部７における耳部５と隣接する領域の最も高い位置と、耳部５の最も高い位置の高低差である。レール対面部７における「最も高い位置」の探索範囲は、レール対面部７のうち耳部５に隣接する領域の範囲内となる。図１３（ａ）は、本実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ａのレール対面部７における耳部５に隣接する領域の最も高い位置と、耳部５の最も高い位置の高低差（耳部５の高さＨ）の求め方を示したものである。なお、図１３（ｂ）〜図１３（ｆ）は後述の他の実施形態に係るスペーサエキスパンダの耳部５の高さＨの求め方を示したものである。いずれの図においても、耳部５の最も高い位置を通る直線をｈ２とし、レール対面部７における耳部と隣接する領域の最も高い位置を通る直線をｈ１として示している。直線ｈ１，ｈ２はいずれも、各々の山部においてスペーサエキスパンダ１０の接線方向に平行な直線である。

なお、後述する第３実施形態のように、耳部５から離れた外周端にサイドレール側面に当接する凸部（平坦部７ｃ）を設けた場合、レール対面部７のうち、凸部以外の領域において最も高い位置となる場所を探すことになる。この場合、レール対面部７における最も高い位置の探索方法は、複数の山部におけるそれぞれの耳部５の最も高い位置を概略直線でつないだ包絡線を基準に、レール対面部７の耳部５と隣接した領域における、その包絡線と最も距離が近い位置を最も高い位置としている。

本実施形態に係るレール対面部７は、図２に示すとおり、平坦な面で構成されている。平坦な面にサイドレール１，２が当接し、これによりサイドレール１，２が支持される。

＜第２実施形態＞
本実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ｂは、レール対面部７が平坦な面を有する代わりに、径方向に延びるように形成された隆起部７ｂを有することの他は、第１実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ａと同様の構成を有する（図４参照）。レール対面部７が隆起部７ｂを有することで、エンジンオイルやこれに含まれる異物がレール対面部７の表面上に滞留することを十分に抑制できるとともに、レール対面部７とサイドレール１の固着を十分に抑制することができる。本実施形態において、隆起部７ｂはスペーサエキスパンダ１０Ｂの外周側の端部にまで延びている。

＜第３実施形態＞
本実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ｃは、レール対面部７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部７ｃを有するとともに、耳部５と平坦部７ｃとの間に径方向に延びるように形成された窪み７ａを有することの他は第１実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ａと同様の構成を有する（図５参照）。かかる構成を採用することで、レール対面部７とサイドレール１，２の間におけるスラッジ等の燃焼生成物の滞留を防ぐことができる。また、固着の抑制にも寄与する。窪み７ａの深さ（レール対面部７の最も高い位置と窪み７ａの最も低い位置の高低差）は、例えば、５０〜５００μｍである。平坦部７ｃは、スペーサエキスパンダ１０Ｃの外周側の縁部に沿って形成されている。平坦部７ｃの高さを耳部５よりも低く且つレール対面部７の他の部分よりも高く形成することで、サイドレール１が平坦部７ｃに当接した状態において、レール対面部７における他の部分とサイドレール１との間に隙間が形成される。なお、平坦部７ｃは「突起部」とも称され、レール対面部７における平坦部７ｃ以外の領域（耳部５と平坦部７ｃとをつなぐ部分）は「中手部」とも称される。レール対面部７が平坦部７ｃを有することで、サイドレール１，２の側面１ｂ，２ｂとスペーサエキスパンダ１０Ｄとの間に空間が形成され、サイドレール１，２でシリンダボアから掻き落されたオイルが耳部５とレール対面部７の間に掻き落され、効率的にスペーサエキスパンダ１０Ｄの内周側に流すことができるという効果が奏される。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図５に示すスペーサエキスパンダ１０Ｃ及びこれに装着されたサイドレール１，２の断面図であり、互いに異なる態様を図示したものである。いずれの態様においても、レール対面部７において平坦部７ｃとその他の領域７ｄ（中手部）に段差が設けられている。図６（ａ）に示す態様は、レール対面部７において平坦部７ｃとその他の領域７ｄの間が切断されておらず、部材が連続している。つまり、この部分に貫通孔は形成されていない。これに対し、図６（ｂ）に示す態様においては、レール対面部７において平坦部７ｃとその他の領域７ｄの間が切断されており、この部分に貫通孔７ｈが形成されている。貫通孔７ｈは形成されていても、形成されていなくてもよいが、ディーゼルエンジン内のように異物が存在しやすい環境で使用される場合、異物によって貫通孔７ｈが閉塞されるおそれがあるとともに、貫通孔７ｈを設けることで張力の経年劣化の程度が大きくなる場合がある。内燃機関の環境により、これらの懸念がある場合、図６（ａ）に示すように、貫通孔７ｈが形成されていないスペーサエキスパンダを使用することが好ましい。他方、貫通孔７ｈを設けることで、シリンダボアから掻き落されたオイルは効率的にスペーサエキスパンダ１０Ｄの内周側に流すことができる機会が多くなる。なお、貫通孔７ｈは、例えば、窪み７ａの最深部と平坦部７ｃとによって形成されるものであってもよい。

＜第４実施形態＞
本実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ｄは、レール対面部７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部７ｃを有するとともに耳部５と平坦部７ｃとの間に径方向に延びるように形成された隆起部７ｂを有することの他は第１実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ａと同様の構成を有する（図７参照）。平坦部７ｃは、スペーサエキスパンダ１０Ｄの外周側の縁部に沿って形成されている。スペーサエキスパンダ１０Ｄにサイドレール１，２が組み合わされた状態において、耳部５にサイドレール１，２の内周面１ａ，２ａが当接し且つレール対面部７の平坦部７ｃにサイドレール１，２の側面１ｂ，２ｂが対面するため、平坦部７ｃは耳部５よりも低く形成されている。

＜第５実施形態＞
本実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ｅは、レール対面部７が平坦な面を有する代わりに、レール対面部７が径方向に延びる窪み７ａを有することの他は第１実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ａと同様の構成を有する（図８参照）。本実施形態において、窪み７ａはスペーサエキスパンダ１０Ｅの外周側の端部にまで延びている。かかる構成のスペーサエキスパンダ１０Ｅは、上述の第１〜４の実施形態に係るスペーサエキスパンダと比較して塑性変形による加工がしやすいというメリットがある。

＜第６実施形態＞
本実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ｆは、レール対面部７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部７ｃを有することの他は、第１実施形態に係るスペーサエキスパンダ１０Ａと同様の構成を有する（図９参照）。かかる構成のスペーサエキスパンダ１０Ｆは、上述の第５実施形態に係るスペーサエキスパンダと同様、塑性変形による加工がしやすいというメリットがある。

以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、耳部５におけるサイドレール１の内周面１ａが当接する面が平坦である場合を例示したが、耳部５の内周面１ａが当接する面は、スペーサエキスパンダの厚さ方向（耳部５の高さ方向）に延びる複数の凸部５ｂを有し、これらの凸部５ｂが耳部５の幅方向に並ぶように形成されていてもよい。

図１０（ａ）は、スペーサエキスパンダを外周側から見た図であり、軸方向に波形形状（山部及び谷部）を有しており、一方のサイドレール１を押圧する山部１０Ｍの耳部５と、他方のサイドレール２を押圧する谷部１０Ｖの耳部５が形成されている。耳部５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いる。凸面の接触面積を小さくして接触面圧を高めることで、サイドレールの単独回転を防止することができる。図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であって、図１０（ｂ）は凸部が高い態様を示す断面図であり、図１０（ｃ）は凸部が低い態様を示す断面図である。これらの図に示すように、凸部５ｂは、凹面６１から突出するように形成されており、凸面６２と、凸面６２と凹面６１とを繋ぐ側面６３とからなる。

一つの耳部５において、少なくとも５本（より好ましくは７本）の凸部５ｂが耳部５の幅方向に並ぶように形成されていることが好ましい。凸部５ｂは、例えば、隣り合う二つの凸部５ｂの間を切削することによって凹部を形成することで形成される。

上記各実施形態は、すべての耳部５及びレール対面部７が実質的に同じ形状である場合を想定したものであるが、これらが必ずしも実質的に同じ形状でなくてもよい。また、スペーサエキスパンダの一方の側面側に形成されている複数の耳部５のうち、すべての耳部５が不等式（１）又は不等式（２）で表される条件を満たさなくてもよい。例えば、一方の面側に形成されている複数の耳部５のうち、少なくとも半分が不等式（１）又は不等式（２）で表される条件を満たすものであってもよい。

（実施例１）
スペーサエキスパンダ（ＳＵＳ３０４製）、一対のサイドレール（ＳＵＳ３０４製）を準備し、オイルコントロールリング（呼び径：８３ｍｍ、組合せ幅寸法：２．０ｍｍ、組合せ厚さ：２．３ｍｍ）を作製した。なお、スペーサエキスパンダの態様として、レール対面部が凹部（図８参照）を有し且つ耳部が６本の凸部（図１０参照）を有するものを採用した。耳部の形状を輪郭形状測定機（株式会社東京精密製）を使用して計測した。この測定結果から、耳部の高さＨ及び幅Ｗを求めた（図１１参照）。耳部の幅Ｗと高さＨの比（Ｗ／Ｈ）の値は２．１であった。

（比較例１）
スペーサエキスパンダ（ＳＵＳ３０４製）、一対のサイドレール（ＳＵＳ３０４製）を準備し、オイルコントロールリング（呼び径：８３ｍｍ、組合せ幅寸法：２．０ｍｍ、組合せ厚さ：２．３ｍｍ）を作製した。なお、スペーサエキスパンダの態様として、レール対面部が凹部及び平坦部（図５参照）を有し且つ耳部が３本の凸部（図１０参照）を有するものを採用した。耳部の形状を実施例１と同様にして計測した。この測定結果から、耳部の高さＨ及び幅Ｗを求めた（図１１参照）。耳部の幅Ｗと高さＨの比（Ｗ／Ｈ）の値は１．４５であった。

＜耳部の摩耗量の測定＞
ディーゼルエンジンのオイルコントロールリング用の溝の実施例１又は比較例１のリングを装着し、以下の条件でエンジンを運転させたときに生ずるスペーサエキスパンダとサイドレールとの摺動条件を概略再現した。摺動試験を行い、その摺動試験前後の耳部の形状を計測することで、運転後の耳部の摩耗量（ｍｍ）を求めた（図１４参照）。
エンジン：水冷４サイクルの過給機付ディーゼルエンジン（排気量３．０Ｌ、６気筒）
回転数：４０００ｒｐｍ
負荷：全負荷（Ｗｉｄｅ Ｏｐｅｎ Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）
運転時間：５００時間
図１４における実線はエンジン運転前のスペーサエキスパンダ（径方向の断面）の形状を示し、破線は摺動試験後の耳部の形状を示す。図１４における距離Ｄが摩耗量（ｍｍ）である。

比較例１の耳部の摩耗量を１００とすると、実施例１の耳部の摩耗量は２０であり、８０％の摩耗量の低減が確認された。

＜サイドレールの回転の評価＞
図１５に示す装置を用いてサイドレール単独回転（スペーサエキスパンダに対するサイドレールの回転）を評価した。図１５に示す装置１００は、疑似オイルリング溝１０１を有するホルダー（擬似ピストン）１０２に、オイルコントロールリングを装着し、円筒（擬似シリンダ）１０３内で、支柱１０４に設けた支点１０５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。なお、ホルダー１０２の中心軸と円筒１０３の中心軸をずらして配置した。これにより、両者の中心軸をずらさない場合と比較して厳しい条件で評価を行った。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（合口部）位置からそれぞれ反対方向に３０°ずらして組み付けたオイルコントロールをホルダー１０２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７．５°以上であったのに対し、比較例１の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６．０°であった。

＜Ｗ／Ｈの値と耳摩耗量の関係＞
以下のスペーサエキスパンダ（計８０種類）を作製し、上述の実施例１と同様にして耳部の摩耗量を測定した。図１６に結果（上記比較例１の摩耗量に対する相対値）を示す。同図に示されたとおり、Ｗ／Ｈの比が１．５以上であると、比較例１と比較して摩耗量を大幅に低減することができる。
リング外径：φ３０〜２４０ｍｍ
Ｗ／Ｈの比：０．４７〜５．１

本開示によれば、サイドレールとの接触による耳部の摩耗を抑制できるオイルコントロールリング及びこれに適用可能なスペーサエキスパンダが提供される。

１，２…サイドレール（一対のサイドレール）、１ａ，２ａ…サイドレールの内周面、１ｂ，２ｂ…サイドレールの側面、５…耳部、５ｂ…凸部、５ｈ…開口、７…レール対面部、７ａ…窪み、７ｂ…隆起部、７ｃ…平坦部、１０Ａ〜１０Ｅ…スペーサエキスパンダ、１０Ｍ…山部、１０Ｖ…谷部、５０…オイルコントロールリング

Claims (10)

1. 一対のサイドレールと、
   前記一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダと、
   を備え、
   前記スペーサエキスパンダは、前記サイドレールの内周面が当接する複数の耳部と、前記耳部と隣接して設けられており、前記サイドレールの側面と対面する複数のレール対面部とを有し、
   前記複数の耳部の全部又は少なくとも一部が以下の不等式（１）で表される条件を満たし、
   前記レール対面部は、径方向に延びるように形成された窪みと、前記スペーサエキスパンダの外周側の縁部に沿って形成され且つ前記サイドレールの側面が当接する平坦部とを有し、
   前記レール対面部において、前記平坦部とその他の領域とが連続している部分に貫通孔が形成されていない、オイルコントロールリング。
   １．５≦Ｗ／Ｈ≦５．０…（１）
   式中、Ｗは前記耳部の周方向の輪郭形状測定から求められる耳部の最も高い位置から前記レール対面部の方向に０．０５ｍｍ移動した位置における前記耳部の幅（単位：ｍｍ）を示し、Ｈは前記レール対面部における前記耳部と隣接する領域の最も高い位置と前記耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す。
2. 一対のサイドレールと、
   前記一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダと、
   を備え、
   前記スペーサエキスパンダは、前記サイドレールの内周面が当接する複数の耳部と、前記耳部と隣接して設けられており、前記サイドレールの側面と対面する複数のレール対面部とを有し、
   前記複数の耳部の全部又は少なくとも一部が以下の不等式（１）で表される条件を満たし、
   前記レール対面部は、径方向に延びるように形成された隆起部を有する、オイルコントロールリング。
   １．５≦Ｗ／Ｈ≦５．０…（１）
   式中、Ｗは前記耳部の周方向の輪郭形状測定から求められる耳部の最も高い位置から前記レール対面部の方向に０．０５ｍｍ移動した位置における前記耳部の幅（単位：ｍｍ）を示し、
   Ｈは前記レール対面部における前記耳部と隣接する領域の最も高い位置と前記耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す。
3. 前記レール対面部は、前記サイドレールの側面が当接する平坦部を有し、
   前記平坦部は、前記スペーサエキスパンダの外周側の縁部に沿って形成されている、請求項２に記載のオイルコントロールリング。
4. 前記スペーサエキスパンダが、前記耳部と、前記レール対面部とによって構成される開口を有する、請求項２又は３に記載のオイルコントロールリング。
5. 前記耳部の側面側の形状は連続した曲率の異なる曲面で構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオイルコントロールリング。
6. 前記耳部は、前記サイドレールの内周面が当接する面に、前記スペーサエキスパンダの厚さ方向に延びるように形成された凸部を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のオイルコントロールリング。
7. 一つの前記耳部において、少なくとも５本の前記凸部が並ぶように形成されている、請求項６に記載のオイルコントロールリング。
8. 前記スペーサエキスパンダは表面処理が施されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のオイルコントロールリング。
9. ディーゼルエンジン用である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のオイルコントロールリング。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のオイルコントロールリングにおけるスペーサエキスパンダ。

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