JPWO2011043364A1

JPWO2011043364A1 - 内燃機関用オイルリング

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Publication number: JPWO2011043364A1
Application number: JP2011535414A
Authority: JP
Inventors: 云智高; 高橋　純一; 純一高橋; 村松　暁; 暁村松; 亮小原; 哲司宮下; 忠彦渡邉
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2013-03-04
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: BR112012008116A2; JP5463364B2; US9353864B2; DE112010003953B4; CN102639852B; MX336491B; WO2011043364A1; CN102639852A; MX2012004115A; DE112010003953T5; US20120235359A1

Abstract

【課題】長期間のエンジン運転においても、オイルスラッジの付着及び堆積が防止され、構成部材間の固着が発生することなく、優れたオイルコントロール機能を維持し得る内燃機関用オイルリングを提供する。【解決手段】内燃機関用オイルリング表面の少なくとも一部に表面自由エネルギーが４０ｍＪ／ｍ２以下で、且つ水素結合力が１．０ｍＪ／ｍ２以下の金属皮膜を被覆する。金属皮膜としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｉ又はＣｕを含む合金皮膜が用いられる。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関用オイルリングに関し、更に詳しくは、エンジンの潤滑油の変性により生じるオイルスラッジの付着、堆積、及びそれらに起因する部材間の固着を有効に防止し得る内燃機関用オイルリングに関する。

内燃機関においては、エンジンの長時間の運転に伴い、潤滑油が加熱され、ブローバイガスに曝されることにより、潤滑油中に炭化水素の未燃焼生成物やオイル添加剤の変性物が混在する状態となる。また、ディーゼルエンジンでは潤滑油中にカーボンの微粒子も混在する状態となる。このような未燃焼生成物、オイル添加剤変性物及びカーボン微粒子を総じて、一般に「オイルスラッジ」と言う。オイルスラッジがエンジン部品に付着し更に堆積すると、部品を摩耗させたり、潤滑油の通路を塞いだりすることにより、オイルリング等のエンジン部品の機能に支障を及ぼすことがある。

ここで、図１及び２を参照して、代表的な２種のオイルリングの構造における上記問題点について更に詳細に説明する。
図１にはコイルエキスパンダ付きオイルコントロールリング（２ピース型オイルリング）１の断面の一部（右半部）を示す。この２ピース型オイルリング１は、軸方向上下に形成された一対のレール部２とその間を連結するウェブ３とから構成され、合口を有する円環状のオイルリング本体４と、オイルリング本体４を半径方向外方に押圧するコイルエキスパンダ５からなる。オイルリング本体４の内周面側には、内周溝部６が形成され、外周面側には外周溝部８が形成される。また、ウェブ３には、径方向に貫通するオイル孔７が周方向に所定間隔離間して形成される。

このような２ピース型オイルリング１では、オイルスラッジが、コイルエキスパンダ５の外周面やピッチ間、またオイルリング本体４の内周溝部６に堆積して、潤滑油の通路を塞ぐ可能性がある。オイルスラッジは、オイル孔７や外周溝部８にも堆積し、オイル孔７を塞ぐ可能性もある。オイル孔７等の潤滑油通路が塞がれるとオイルコントロール機能が発揮されず、潤滑油の消費量が増大する恐れがある。また、コイルエキスパンダ５のピッチ間にオイルスラッジが堆積した場合には、コイルエキスパンダ５の伸縮性が失われることもある。特に、コイルエキスパンダ５を低張力仕様とした場合には、ピッチ間に堆積したオイルスラッジにより、オイルリング本体４をシリンダ内壁面に押圧する力が減少し、２ピース型オイルリング１のシリンダ壁面に対する追従性が低下する恐れがある。

図２にはスチール組合せオイルコントロールリング（３ピース型オイルリング）１０の断面の一部（右半部）を示す。この３ピース型オイルリング１０は、合口を有する一対の円環状サイドレール１１と、サイドレール１１を支持するスペーサエキスパンダ１２とからなる。スペーサエキスパンダ１２の、内周側には耳部１３が形成され、外周側にはサイドレール１１を支持する突起部１６が形成されている。また耳部１３と突起部１６を連結する部分に平坦な中手部（base dent）１４が設けられている。

スペーサエキスパンダ１２とサイドレール１１とを組合せると、耳部１３，突起部１６，中手部１４とサイドレール１１との間に空間１５が形成される。３ピース型オイルリング１０ではスペーサエキスパンダ１２の耳部１３の角度により、サイドレール１１が半径方向及び軸方向の分力によって押圧され、シリンダ壁面及びリング溝の上下面においてシール機能を発揮する。特に、軸方向幅、即ちｈ１寸法を小さくした薄幅化３ピース型オイルリングは、シリンダ壁面に対する追従性が良く、サイドシール機能もあることから、低張力であってもオイル消費を増加させることなく摩擦損失を低減できる。しかし、３ピース型オイルリング１０でも、特にスペーサエキスパンダ１２の耳部１３より外周側の中手部１４と、サイドレール１１との間の空間１５に、オイルスラッジが堆積しやすい。特に、薄幅化した場合には、堆積したオイルスラッジによってサイドレール１１がスペーサエキスパンダ１２に固着する可能性がある。この場合には、サイドレール１１のシリンダ内周面への追従性が低下して、オイル消費量が増大しやすい。

上述したオイルリングへのオイルスラッジの付着及び堆積防止法として、従来、フッ素含有皮膜等による撥液処理が検討されてきた。これは、オイルリングの表面に撥油性皮膜を形成することにより、潤滑油中のオイルスラッジの付着を防止しようとするものである。撥油処理に用いられるフッ素含有皮膜の材料としては、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アルキルシラン等が挙げられる。例えば、特許文献１では、金属アルコキシドと、アルコキシ基（アルコキシル基）の一部がフルオロアルキル基により置換されたフルオロアルキル基置換金属アルコキシドからゾル−ゲル法により撥液膜を形成する方法が提案されている。フルオロアルキル基を含む物質は撥水撥油性を有することが知られている。そこで、このフルオロアルキル基が表面に存在する被覆膜を設けることでエンジン部品に撥液性を付与し、オイルスラッジの付着及び堆積の防止を図っている。特許文献２では、フッ素含有皮膜を厚膜化してオイルスラッジの付着及び堆積防止効果を高める技術が開示されている。厚膜化のためには、コーティング溶液を基材に塗布する前にフルオロアルキル基置換アルコキシドの重合を促進させている。
また、特許文献３には、所定の表面自由エネルギー及び被覆粗さを有する炭素系膜を内燃機関用部材に被覆することにより、デポジッド（オイルスラッジ）の弾き性が良好となるため、デポジットの堆積・固着が抑制され、性能劣化が少なく効率の良い燃焼運転の持続が実現されることが記載されている。ここで、炭素系膜としては、ポリプロピレン樹脂、パーフルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化アルキルシラン等が示されている。

このようにオイルスラッジの付着及び堆積防止法としては、これまで、オイルリングの表面をフッ素含有薄膜等で撥油処理する方法が検討されてきた。しかし、運転中のエンジン内は高温に曝されるため、長時間の運転により、フッ素含有薄膜の熱分解が生じ、オイルスラッジの付着及び堆積防止効果が低下することが確認されている。そして、最終的には、フッ素含有薄膜は消失し、付着及び堆積防止効果も失われることが懸念される。このように、現状では、長期間にわたる運転においても、オイルスラッジの付着及び堆積防止効果を維持し得る耐熱性に優れた皮膜を有する内燃機関用オイルリングは得られていない。

特開２０００−２７９９５号公報特開平１０−１５７０１３号公報特開２００６−２９１８８４号公報

従って、本発明の目的は、長期間のエンジン運転においても、オイルスラッジの付着及び堆積が防止され、部材間の固着が発生することなく、優れたオイルコントロール機能を維持し得る内燃機関用オイルリングを提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、表面自由エネルギー及び水素結合力が低い金属皮膜では、オイルスラッジの付着力が大幅に低減するため、このような金属皮膜をオイルリング表面に被覆することにより、長期間の運転においても優れたオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が維持できることを見出し、本発明に想到した。
即ち、本発明のオイルリングは、オイルリング表面の少なくとも一部に金属皮膜が被覆された内燃機関用オイルリングであって、金属皮膜表面の６０℃における表面自由エネルギーが、４０ｍＪ／ｍ^２以下で、且つ水素結合力が、１．０ｍＪ／ｍ^２以下であることを特徴とする。

本発明では、内燃機関用オイルリング表面に表面自由エネルギー及び水素結合力の低い金属皮膜を被覆している。これにより、オイルリング表面におけるオイルスラッジの付着力を大幅に低減させ、オイルスラッジの付着を抑制し、付着に続く堆積を抑制することができ、更にはオイルリングの構成部材間の固着の発生を効果的に防止することができる。また、本発明では、耐熱性に優れる金属皮膜を採用しているため、長期間の運転においても、皮膜が分解又は劣化することなく、オイルスラッジの付着及び堆積防止効果が発揮される。その結果、本発明のオイルリングは優れたオイルコントロール機能を長期間にわたって維持できる。

以下に本発明の内燃機関用オイルリングについて詳細に説明する。
本発明の内燃機関用オイルリング表面に被覆する金属皮膜は、６０℃における表面自由エネルギーが４０ｍＪ／ｍ^２以下で、且つ６０℃における水素結合力が１．０ｍＪ／ｍ^２以下である。この範囲の物性を備えれば、特に材料は限定されない。

金属皮膜を構成しうる具体的な金属材料の例としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｉ又はＣｕを含む合金等が挙げられる。
皮膜の形成方法は、特に限定されず、電解めっき、無電解めっき、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタリング法等が用いられる。この中でも、内燃機関用オイルリングのスペーサエキスパンダ、コイルエキスパンダ及びオイルリング本体のように複雑な形状の構成部材に金属皮膜を効率的に被覆する方法としては、電解めっきが好ましい。

（表面自由エネルギー及び水素結合力の測定）
金属皮膜の表面自由エネルギー及び水素結合力は以下の方法により測定することができる。
（１）自動接触角計（協和界面科学（株）製ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ５００）を用いて、対象試料について蒸留水、エチレングリコール、及び１−ブロモナフタレンの接触角をそれぞれ測定する。ここで、測定試料は、ヒーターが設置されたアルミニウム製のホットステージに固定し、試料表面の温度を熱電対により測定し、６０±２℃になるように調整する。
（２）得られた接触角を用いて、協和界面科学（株）製表面自由エネルギー解析アドインソフトウェア（ＦＡＭＡＳ）により、Ｙｏｕｎｇ−Ｄｕｐｒｅの式に従い、表面自由エネルギー及び水素結合力を求めることができる。
本発明の金属皮膜は、この測定方法により得られた６０℃における表面自由エネルギーが４０ｍＪ／ｍ^２以下で、且つ６０℃における水素結合力が１．０ｍＪ／ｍ^２以下である。

本発明の金属皮膜の膜厚は、０．１μｍ〜１０μｍとするのが好ましい。金属皮膜の膜厚を０．１μｍ以上とすることにより、表面自由エネルギー及び水素結合力が十分低下して、優れたオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が得られる。一方、金属皮膜の厚さを１０μｍより厚くしても、オイルスラッジの付着及び堆積防止効果は得られるが、厚膜化によるオイルリングの組合せ張力の増加や膜形成時間の増加、材料コストの上昇等の不都合が生じる可能性がある。したがってこれらを考慮すると上限値は１０μｍとするのが好ましい。電解めっき法においては、通常、めっき時間や電流値を調整することにより膜厚を制御することができる。

また、本発明の金属皮膜の表面粗さＲａは、０．００５μｍ〜０．４μｍとするのが好ましく、０．００５μｍ〜０．３μｍとするのがより好ましい。金属皮膜の表面粗さを上記範囲に調整することにより、皮膜表面でのオイルの流動性が向上し、オイルスラッジの排出機能が促進される。このため、さらに優れたオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が得られる。金属皮膜の表面粗さＲａを上記範囲に制御するためには、オイルリングを構成する部材の表面粗さＲａを０．００５μｍ〜０．４μｍ、好ましくは、０．００５μｍ〜０．３μｍに調整するのが望ましい。構成部材の表面粗さＲａは、研磨加工により、調整することができる。また、後述するスペーサエキスパンダは、通常、ギア成形により製造されるが、この時のギアの面粗さを調整することにより、表面粗さを制御することもできる。

本発明の内燃機関用オイルリングの構成は、特に限定されないが、以下の（１）２ピース型オイルリング及び（２）３ピース型オイルリングが好適に用いられる。

（１）２ピース型オイルリング（コイルエキスパンダ付きオイルコントロールリング）
図１は２ピース型オイルリングの一部（右半部）を示す断面図である。このオイルリング１は、オイルリング本体４とコイルエキスパンダ５とからなる。オイルリング本体４は、シリンダ内壁と摺動する当たり面（摺動面）を有する軸方向上下に離間して位置する一対のレール部２と、レール部を連結するウェブ３とから構成され、合口を有する円環状の形状を有する。オイルリング本体４の内周面側には、内周溝部６が形成され、外周面側には外周溝部８が形成される。またウェブ３には、径方向に貫通するオイル孔７が所定間隔離間して形成される。コイルエキスパンダ５は、オイルリング本体４の内周溝部６に装着されて、本体４を半径方向外方に押圧する。

オイルリング本体４及びコイルエキスパンダ５の材質やこれらに施す表面処理は公知のものでよく、特に制限されない。例えばオイルリング本体の材料としては、炭素鋼、シリコンクロム鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、球状黒鉛鋳鉄等が用いられる。特に、窒化処理を施したマルテンサイト系ステンレス鋼や摺動面に硬質クロムめっき皮膜、又はイオンプレーティング法によるＣｒＮ皮膜を形成した炭素鋼、シリコンクロム鋼は、長期間にわたって優れた耐焼付性を維持でき好ましい。また、コイルエキスパンダの材料としては、炭素鋼、シリコンクロム鋼、オーステナイト系ステンレス鋼等が用いられる。必要に応じて、クロムめっき、窒化処理等を行うことにより、コイルエキスパンダに耐摩耗性を付与することができる。

前記２ピース型オイルリングにおいては、本発明の金属皮膜を、オイルリング本体４，コイルエキスパンダ５の少なくとも一部または全部に設けることで本発明の効果を得ることができる。例えば、コイルエキスパンダ５にのみ形成してもよく、コイルエキスパンダ５の少なくともオイルリング本体４の内周溝部６に対向する表面に形成されていれば、一定のオイルスラッジ付着及び堆積防止効果が得られる。また、コイルエキスパンダ５の全表面に金属皮膜を形成することもできる。この場合、コイルエキスパンダ５のピッチ間、及びオイルリング本体４の内周溝部６とコイルエキスパンダ５の間においてもオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が得られ、長期間にわたり、優れたオイルコントロール機能を発揮できる。

一方、本発明では、オイルリング本体４の内周面にのみ金属皮膜を形成することもできる。オイルスラッジは、コイルエキスパンダ５の他、オイルリング本体４の内周溝部６に付着及び堆積し易いので、オイルリング本体４の内周面に金属皮膜を形成することにより、優れたオイルスラッジ付着及び堆積防止効果が得られる。この時、オイルリング本体４の内周面及びコイルエキスパンダ５ともに金属皮膜を形成するのがより好ましい。
さらに、オイルリング本体４のオイル孔７の壁面を含め、摺動面以外の全表面に金属皮膜を形成してもよい。オイルスラッジはオイル孔７の壁面にも付着し易いので、前記構成により、オイルスラッジの付着及び堆積防止効果が一層向上する。オイルリング本体４の全表面及びコイルエキスパンダ５ともに金属皮膜を形成することにより、さらに優れた効果が得られる。

（２）３ピース型オイルリング（スチール組合せオイルコントロールリング）
図２は３ピース型オイルリングの一部（右半部）を示す断面図である。このオイルリング１０は、合口を有する一対の円環状サイドレール１１と、サイドレール１１を支持するスペーサエキスパンダ１２とからなる。スペーサエキスパンダ１２の、内周側には耳部１３が設けられ、外周側には、サイドレール１１を支持する突起部１６が設けられている。また耳部１３と突起部１６との連結部分に平坦な中手部１４が設けられている。スペーサエキスパンダ１２とサイドレール１１とを組合せると、耳部１３，突起部１６，中手部１４とサイドレール１１との間に空間１５が形成される。

サイドレール１１及びスペーサエキスパンダ１２の材質やこれらに施す表面処理は公知のものでよく、特に制限されない。スペーサエキスパンダ１２として、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼を窒化処理した材料を用いると、耳部の耐摩耗性に優れ好ましい。サイドレール１１としては、一般的に使用されるバネ鋼からなる母材の外周面に硬質クロムめっき皮膜やイオンプレーティング法によるＣｒＮ皮膜を設けたもの、マルテンサイト系ステンレス鋼からなる母材を窒化処理したもの等が適している。

オイルスラッジは、スペーサエキスパンダ１２の耳部１３と突起部１６の間の中手部１４と、サイドレール１１のスペーサエキスパンダ１２と対向する面との間に形成される空間１５に堆積しやすい。そのため、サイドレール１１のスペーサエキスパンダ１２に対向する面、又はスペーサエキスパンダ１２の上下面に金属皮膜を形成すれば、オイルスラッジの付着及び堆積防止効果が得られる。また、サイドレール１１及びスペーサエキスパンダ１２の全表面、即ち３ピース型オイルリングの全表面に金属皮膜を形成すると、オイルリングへのオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が一層向上する。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［試験例１］
（実施例１）
ステンレス（ＳＵＳ３０４）製平板を用意し、この表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）が０．０２μｍ±０．０１μｍとなるように表面研磨した後、アセトン中で脱脂処理した。次に、脱脂処理した板材を、塩化ニッケル３００ｇ／Ｌ及びホウ酸３０ｇ／Ｌを含有する６０℃のめっき浴中に浸漬し、電流密度１０Ａ／ｄｍ^２で９０秒間、電流を印加して、表面にＮｉめっき皮膜を形成して評価用試料とした。得られた試料について、６０℃における表面自由エネルギー及び水素結合力を測定した。結果を表１に示す。なお、Ｎｉめっき皮膜の膜厚は約０．５μｍ、皮膜形成後の表面粗さＲａは、０．０２μｍであった。
なお、本明細書において「表面粗さ」とは中心線平均粗さＲａで表し、以下の方法で測定した値とする。
・表面粗さ測定機：（株）東京精密製サーフコム１４００Ｄ
・ＪＩＳ規格：ＪＩＳＢ０６０１−１９８２
・カットオフ値λｃ：０．０８ｍｍ
・評価長さ（３λｃ以上）：０．２５ｍｍ

（実施例２）
実施例１と同様にステンレス（ＳＵＳ３０４）製平板の表面粗さＲａが０．０２μｍ±０．０１μｍとなるように表面研磨した後、脱脂処理した。得られた板材を、硫酸銅２２０ｇ／Ｌ、硫酸６０ｇ／Ｌ、及び塩素イオン５０ｍｇ／Ｌを含有するめっき浴中に浸漬し、陰極電流密度３Ａ／ｄｍ^２、陽極電流密度２Ａ／ｄｍ^２で、７０秒間、電流を印加して、表面にＣｕめっき皮膜を形成して評価用試料とした。得られた試料の６０℃における表面自由エネルギー及び水素結合力を実施例１と同様に測定した。結果を表１に示す。なお、Ｃｕめっき皮膜の膜厚は約０．５μｍ、皮膜形成後の表面粗さＲａは０．０２μｍであった。

（比較例１）
実施例１と同様に、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製平板の表面粗さＲａが０．０２μｍ±０．０１μｍとなるように表面研磨し、アセトン中で脱脂処理した。その後のめっき処理は行わず、皮膜を形成しない比較試料を作製した。

（比較例２）
実施例１と同様に、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製平板の表面粗さＲａが０．０２μｍ±０．０１μｍとなるように表面研磨し、アセトン中で脱脂処理した。その後脱脂処理した板材をマッフル炉中に入れ、アンモニアと窒素の混合ガスを流速毎分２Ｌで流しながら、５５０℃で３０分間処理することにより、試料の全面に窒化層を形成し、これを比較試料とした。

（比較例３）
実施例１と同様に、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製平板の表面粗さＲａが０．０２μｍ±０．０１μｍとなるように表面研磨し、アセトン中で脱脂処理した。その後、後述する処理溶液に脱脂処理した板材を浸漬し、室温で乾燥させた後、２５０℃の電気炉中で１時間熱処理した。以上の処理により、平板表面にフッ素含有薄膜を被覆した試料を作製した。
処理溶液は、３００ｇのテトラエトキシシラン、９ｇのヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシルトリエトキシシラン及び６４８ｇのエタノールをビーカーに入れ、２０分間攪拌した後、１２３ｇの水及び１５８ｇの０．１Ｎ塩酸を加え、さらに２時間攪拌し、その後密封状態にて２５℃で２４時間放置することにより調整した。
比較例１、２、及び３、それぞれの表面自由エネルギー及び水素結合力を実施例１と同様に測定した。結果を表１に示す。

（オイルスラッジ付着試験）
エンジンの運転に使用して、オイルスラッジが混在した劣化潤滑油を試験用オイルとして採用した。この試験用劣化オイルをオイル槽に入れ、油温８０℃に調整した。また、縦型電気炉の炉内温度を１９０℃に設定した。予め質量を測定した試料を垂直移動機構の移動部に固定し、オイル槽中に１分間浸漬した後、引き上げて、電気炉中に入れ、４分間熱処理して、これを一サイクルとした。オイル槽への浸漬と電気炉中での熱処理のサイクルを３５時間繰り返した。処理終了後、試料を取りはずし、アセトンで洗浄した。洗浄後、電気炉中、１２０℃で１時間乾燥し、デシケータ中で室温まで冷却させ、その後の試料の質量を測定した。オイルスラッジ付着試験前後の質量の差より、各試料のオイルスラッジ付着量を求めた。また１００時間処理後の試料についても同様にオイルスラッジ付着量を測定した。それぞれの試料のオイルスラッジ付着試験の結果を表１に示す。なお、各試料のオイルスラッジ付着量は、３５時間試験後の比較例１の単位面積当たりのオイルスラッジ付着量を１００として、相対値で表した。

皮膜を形成していない比較例１では、表面自由エネルギー及び水素結合力とも高く、３５時間後には、ほぼ全面に多量のオイルスラッジが付着した。１００時間後にはさらにオイルスラッジ付着量が増加した。ガス窒化処理した比較例２では、表面自由エネルギー及び水素結合力とも比較例１より上昇し、オイルスラッジ付着量も増加した。また、フッ素含有皮膜を被覆した比較例３では、比較例１及び２に比べ表面自由エネルギー及び水素結合力とも低下して、３５時間後のオイルスラッジ付着量も大幅に減少した。しかしながら、さらに試験を続けると、１００時間後には、比較例１及び２よりは少ないものの、多量のオイルスラッジが付着したことが確認された。これは、時間経過とともに、フッ素含有皮膜が熱分解したことにより、付着及び堆積防止効果が大幅に低減したためと考えられる。

一方、本発明のＮｉめっき皮膜を被覆した実施例１は、表面自由エネルギーが３０ｍＪ／ｍ^２程度で、比較例３よりは高いが、比較例１及び２より低下し、水素結合力は比較例３と同じ０．０ｍＪ／ｍ^２であった。実施例１の３５時間後のオイルスラッジ付着量は比較例３よりさらに低減し、１００時間後も、オイルスラッジ付着量は低く抑えられており、付着及び堆積防止効果が維持されていることがわかった。また、Ｃｕめっき皮膜を被覆した実施例２では、表面自由エネルギーが実施例１よりさらに低下し、３５時間及び１００時間後のオイルスラッジ付着量とも実施例１よりさらに低減した。本発明の皮膜は金属皮膜であり、耐熱性に優れるため、高いオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が長時間にわたり維持されたためと考えられる。

［試験例２］
（実施例３〜５及び比較例４）
ステンレス（ＳＵＳ３０４）製平板の表面粗さＲａがそれぞれ０．１μｍ（実施例３）、０．３μｍ（実施例４）、０．３５μｍ（実施例５）、及び０．４５μｍ（比較例４）となるように表面研磨した後、アセトン中で脱脂処理した。次に、脱脂処理した板材を、実施例１と同様のめっき浴中に浸漬し、実施例１と同様の条件でＮｉめっき皮膜を形成して評価用試料とした。それぞれの試料の金属皮膜の表面粗さＲａ、６０℃における表面自由エネルギー及び水素結合力を測定した結果を表２に示す。なお、Ｎｉめっき皮膜の膜厚は約０．５μｍであった。また、実施例１と同様に３５時間後のオイルスラッジ付着量を求めた結果も表２に示す。

６０℃における表面自由エネルギー及び水素結合力が本発明の規定範囲である４０ｍＪ／ｍ^２以下及び１．０ｍＪ／ｍ^２以下の皮膜では、優れたオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が得られることがわかった（実施例１、及び３〜５）。一方、前記範囲を越えた皮膜では、オイルスラッジ付着量が急激に増加した（比較例４）。実施例１、及び３〜５では、皮膜の表面粗さが小さいほど、より優れたオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が得られた。

［試験例３］
（実施例６〜１１及び比較例５、６）
実施例１と同様に、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製平板の表面粗さＲａが０．０２μｍ±０．０１μｍとなるように表面研磨した後、アセトン中で脱脂処理した。次に、脱脂処理した板材を、実施例１と同様のめっき浴に浸漬し、Ｎｉめっき皮膜を形成した。この時、その膜厚がそれぞれ、０．０１μｍ（比較例５）、０．０５μｍ（比較例６）、０．１μｍ（実施例６）、０．５μｍ（実施例７）、１．０μｍ（実施例８）、５．０μｍ（実施例９）、８．０μｍ（実施例１０）、１０μｍ（実施例１１）となるように電流値とめっき時間を調整して、Ｎｉめっき皮膜を形成して評価用試料とした。それぞれの試料の金属皮膜の膜厚、６０℃における表面自由エネルギー及び水素結合力を測定した結果を表３に示す。なお、Ｎｉめっき皮膜の表面粗さは約０．０２μｍであった。また、実施例１と同様に３５時間後のオイルスラッジ付着量を求めた結果も表３に示す。

６０℃における表面自由エネルギー及び水素結合力が本発明の規定範囲である４０ｍＪ／ｍ^２以下及び１．０ｍＪ／ｍ^２以下の皮膜では、優れたオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が得られることがわかった（実施例６〜１１）。一方、前記範囲を越えた皮膜では、オイルスラッジ付着量が急激に増加した（比較例５，６）。

［試験例４］
以下の方法で３ピース型オイルリング（図２参照）の構成部材を製造し、組み立て、得られたオイルリングを内燃機関に装着してオイルスラッジの付着及び堆積防止効果を評価した。

（実施例１２）（１）サイドレールの作製
１７Ｃｒマルテンサイトステンレス鋼からなる線材の表面粗さを調整した後、線材めっき装置を用いて、速度３ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取りながらＮｉめっき処理を施した。めっき浴にはスルファミン酸ニッケル浴を用いた。得られためっき膜の厚さは約２μｍで、６０℃における表面自由エネルギーは３７ｍＪ／ｍ^２、水素結合力は０．３ｍＪ／ｍ^２であった。処理後の線材を真円に成形した後、外周面にイオンプレーティング法により、窒化クロム皮膜を被覆し、次いで切断することにより、サイドレールを成形した。

（２）スペーサエキスパンダの作製
幅２．３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍで端部Ｒ状のスペーサエキスパンダ用の圧延帯材（ＳＵＳ３０４材）を、ギア成形で上下方向波形に成形した。その後、線材の一端部に上下方向の剪断で耳部を形成し、次いで耳部が内周側になるようにリング状に成形し切断することにより、スペーサエキスパンダを成形した。

（３）３ピース型オイルリングの作製
作製したサイドレール及びスペーサエキスパンダを組み合わせ３ピース型オイルリングとした。リング呼び径（ｄ１）は７１ｍｍ、組み合わせ呼び幅（ｈ１）は１．５ｍｍ、組合せ厚さ（ａ１）は１．９ｍｍ、張力は８．１Ｎであった。

（実施例１３）
（１）サイドレールの作製
実施例１２と同様にサイドレールを作製した。
（２）スペーサエキスパンダの作製
幅２．３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍで端部Ｒ状のスペーサエキスパンダ用の圧延帯材（ＳＵＳ３０４材）の表面粗さを調整した後、線材めっき装置を用いて、速度３ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取りながらＮｉめっき処理を施した。めっき浴にはスルファミン酸ニッケル浴を用いた。得られたＮｉめっき膜の厚さは約５μｍで、６０℃における表面自由エネルギーは３８ｍＪ／ｍ^２、水素結合力は０．４ｍＪ／ｍ^２であった。
処理後の線材を、ギア成形で上下方向波形に成形した。その後、線材の一端部に上下方向の剪断で耳部を形成し、次いで耳部が内周側になるようにリング状に成形切断することにより、スペーサエキスパンダを成形した。

（３）３ピース型オイルリングの作製
作製したサイドレール及びスペーサエキスパンダを組み合わせて３ピース型オイルリングとした。リング呼び径（ｄ１）は７１ｍｍ、組み合わせ呼び幅（ｈ１）は１．５ｍｍ、組合せ厚さ（ａ１）は１．９ｍｍ、張力は８．０Ｎであった。

（比較例７）
サイドレールにＮｉめっき処理を行わなかった他はすべて実施例１２と同様に作製したサイドレール及びスペーサエキスパンダを組み合わせて３ピース型オイルリングとした。ｄ１、ｈ１、ａ１は実施例１２と同じ値で、張力は８．１Ｎであった。

（実機試験）
実施例１２、１３及び比較例７の３ピース型オイルリングを１リットル３気筒エンジンの１番気筒から３番気筒にそれぞれ装着した。このエンジンを用いて、パターン運転を繰り返して実機試験を行った。２５０時間後に以下の評価方法に従い、各評価項目について測定した。さらに実施例１２、１３及び比較例７のオイルリングを装着する気筒を代え、同一運転条件で、合計３回実機試験を行った。ここで、トップリング及びセカンドリングは以下の仕様のものを用いた。
a.トップリング
材質：ＳＷＯＳＣ−Ｖ、外周面窒化クロムイオンプレーティング処理
サイズ：ｄ１＝７１ｍｍ、ｈ１＝１．０ｍｍ、ａ１＝２．３ｍｍ
b.セカンドリング
材質：ＳＷＯＳＣ−Ｖ、全面リン酸亜鉛処理
サイズ：ｄ１＝７１ｍｍ、ｈ１＝１．０ｍｍ、ａ１＝２．３ｍｍ

（４）評価方法
実機試験終了後に以下の評価を行った。
a.サイドレール合い口隙間の測定
実機テスト終了後、ピストンをシリンダから抜いた状態で、３ピース型オイルリングの上下のサイドレールの合い口隙間（ｆ_２）を測定し、実機試験前のピストンに組み付けた状態の合い口隙間（ｆ_１）との比（ｆ_２／ｆ_１）を求めた。上下それぞれのサイドレールについてｆ_２／ｆ_１を求め、３回の実機試験の平均値を算出した。
b.オイルスラッジ付着量の測定
運転直後のオイルリングの質量を測定し、予め測定した組み付け前のオイルリングの質量との差を算出し、３回の実機試験の平均値をオイルスラッジ付着量とした。

（５）評価結果
図３及び図４に、それぞれ実施例１２、１３及び比較例７の実機試験後の合い口隙間及びオイルスラッジ付着量を示す。なお、合い口隙間は比較例７のｆ_２／ｆ_１を１００とし、オイルスラッジ付着量は、比較例７のカーボンスラッジ付着量を１００として、相対値で表した。

図３より、比較例７の実機試験後の合い口隙間に比べ、実施例１２では、合い口隙間が、１．５倍程度大きくなっているのがわかる。Ｎｉめっきを施していない比較例７では、オイルスラッジの堆積により、サイドレールが拘束されたため、ピストンをシリンダから抜いた状態でも合い口が元の状態に戻り（広がり）にくくなっているためと考えられる。これに対して、サイドレールにＮｉめっきを施した実施例１２では、オイルスラッジの付着、堆積が低減されたため、オイルリングの拘束が低減したため、比較例７に比べより運転前の状態に近づいて広がったと考えられる。また、サイドレール及びスペーサエキスパンダの両方にＮｉめっきを施した実施例１３では、実施例１２よりさらに、合い口隙間が広がり、元の状態に近づいており、オイルスラッジの付着及び堆積防止効果がさらに向上したことがわかった。
図４より、実施例１２及び１３のオイルスラッジ付着量は、それぞれ比較例７の５０％、及び３０％程度に減少しており、Ｎｉめっきによるオイルスラッジの付着及び堆積防止効果が確認された。

コイルエキスパンダ付きオイルコントロールリング（２ピース型オイルリング）の一例を示す断面図であって、その一部（右半部）を示す。スチール組合せオイルコントロールリング（３ピース型オイルリング）の一例を示す断面図であって、その一部（右半部）を示す。実機試験前後のサイドレールの合い口隙間の変化を示すグラフである（比較例７を１００とした相対値）。実機試験後のオイルリングへのオイルスラッジ付着量を示すグラフである（比較例７を１００とした相対値）。

１・・・コイルエキスパンダ付きオイルコントロールリング（２ピース型オイルリング）
２・・・レール部
３・・・ウェブ
４・・・オイルリング本体
５・・・コイルエキスパンダ
６・・・内周溝部
７・・・オイル孔
８・・・外周溝部
１０・・・スチール組合せオイルコントロールリング（３ピース型オイルリング）
１１・・・サイドレール
１２・・・スペーサエキスパンダ
１３・・・耳部
１４・・・中手部
１５・・・空間
１６・・・突起部
ｈ１・・・軸方向幅

Claims

オイルリング表面の少なくとも一部に金属皮膜が被覆された内燃機関用オイルリングであって、前記金属皮膜表面の６０℃における表面自由エネルギーが、４０ｍＪ／ｍ^２以下で、且つ水素結合力が、１．０ｍＪ／ｍ^２以下であることを特徴とする内燃機関用オイルリング。
前記金属皮膜が、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｉ又はＣｕを含む合金からなる群から選ばれる一種を含有する金属皮膜であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用オイルリング。
前記金属皮膜の膜厚が０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用オイルリング。
前記金属皮膜の表面粗さＲａが０．００５〜０．４μｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関用オイルリング。
前記内燃機関用オイルリングが、
軸方向上下に形成された一対のレール部及び前記レール部を連結するウェブから構成され、合口を有するオイルリング本体と、
前記オイルリング本体の内周溝部に装着されるコイルエキスパンダと
からなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の内燃機関用オイルリング。
前記内燃機関用オイルリングが、
スペーサエキスパンダと
前記スペーサエキスパンダに支持される上下一対のサイドレールと
からなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の内燃機関用オイルリング。