WO2016038916A1 - 組合せオイルリング - Google Patents

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WO2016038916A1
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segment
combustion chamber
contour
shape
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裕詞 藤田
健太朗 河野
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Ｔｐｒ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a combined oil ring attached to an oil ring groove of a piston.
  • the piston ring is attached to the piston ring groove provided on the outer periphery of the piston of the internal combustion engine.
  • the structure of a piston ring in a normal gasoline internal combustion engine includes two compression rings (a top ring and a second ring) and a combination oil ring.
  • the combination oil ring has an oil control function and suppresses consumption of engine oil.
  • Prior art documents relating to such an oil ring include the following.
  • the two discs (side rails) of the oil ring have an asymmetrical shape whose running surface is a convex curved surface, and the vertex lines of the outer peripheral surfaces of the discs are in opposite directions, and the center of the ring groove.
  • An oil scraping ring directed toward the surface of the ring groove and an oil scraping ring directed toward the side surface opposite to the piston top of the ring groove with the same vertex line of the outer peripheral surface of the disk are disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a two-piece type combination oil ring having upper and lower rails and an expander.
  • the outer peripheral surfaces of the upper and lower rails are formed from asymmetric barrel curves whose apexes are the lower side in the axial direction from the width center in the rail axial direction, and the upper radial head of the asymmetric barrel curved surface is 25 to 75 ⁇ m and the lower side It is disclosed that the radial head is preferably 1 to 20 ⁇ m.
  • Non-Patent Document 1 discloses a configuration in which the outer peripheral surface shape of the segment (side rail) is provided in a symmetrical convex curved surface shape when the 2-liter, 4-cycle gasoline engine is actually operated.
  • a three-piece type oil ring in which a drop from the outer peripheral apex of a measurement width of 0.15 mm in the sliding direction of the segment (side rail) is at a level of about 4 ⁇ m. Describes the oil film thickness when tested.
  • the research reported that the oil film thickness is about 1 to 6 ⁇ m for 4 cycles on the thrust side under the full load operating condition of 2000 rpm by the LIF (Laser-Induced-Fluorescence) method using fiber (Fig.12). The report states that the oil film thickness increases as the engine speed increases.
  • LIF Laser-Induced-Fluorescence
  • Non-Patent Document 2 the oil film thickness of the three-piece type oil ring (oil ring D) is 2000 rpm, 75% l-Load operation when the 0.3 liter single cylinder four-cycle test diesel engine is in operation. According to the conditions, it has been reported that the thrust side is about 1 to 4 ⁇ m for 4 cycles (Fig. 10).
  • the present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to provide a combined oil ring capable of reducing oil consumption in a high speed range where the engine operates at a high speed even when the oil ring tension is low. To do.
  • a pair of segments that are mounted in an oil ring groove of a piston for an internal combustion engine and whose outer peripheral surface slides on the inner wall of the cylinder,
  • a combined oil ring comprising an expander spacer disposed between and an outer peripheral surface of a pair of segments against the inner wall of the cylinder,
  • the shape of the outer peripheral surface in any longitudinal section of the segment is a pair of the segment combustion width side facing the cylinder inner wall from the both end faces forming the segment width, the engine combustion chamber side of the segment width and the side away from the engine combustion chamber While having a curved shape that is symmetric, the outer peripheral vertex side that contacts the inner wall when inserting the cylinder in the shape of the outer peripheral surface is an asymmetric shape in the segment width direction across the outer peripheral vertex portion, and is a continuous shape in the curved shape,
  • the asymmetric shape has a line passing through the center of the segment width as the first intermediate line, The position on the engine combustion chamber side of the two positions
  • a pair of segments is provided in the oil ring groove so that the respective outer peripheral vertices are located on the side away from the engine combustion chamber.
  • the contour curve of the outer peripheral surface in the segment longitudinal cross section has a symmetrical shape with a pair of axial both ends on the inner peripheral side position in the segment radial direction. Traced from the outer peripheral vertex of the segment to the inner peripheral side of the segment radial direction to at least 0.025 mm, The asymmetrical contour curve at the outer periphery of the segment is directed to the inner peripheral side in the segment radial direction and the distance between the outer peripheral vertex and the outer peripheral vertex at a distance of 1.5 ⁇ m, and the distance from the outer peripheral vertex toward the inner peripheral side in the segment radial direction.
  • the first contour section is provided in a part of a linear shape or a quadratic curve shape starting from the first end of the second contour section on the engine combustion chamber side
  • the second contour section has an outer peripheral vertex in the middle, is provided in an arc shape
  • the third contour section is provided to be a part of a quadratic curve shape starting from the second end portion on the side away from the engine combustion chamber of the second contour section, Of the outer peripheral surface of the segment, the surface roughness of the asymmetric part is 0.6 ⁇ m Rp or less
  • the length on the position a1 side of the line segment L which is a radial line orthogonal to the line segment between the position a1 and the position b1 and divided by the line passing through the outer peripheral vertex, of the outer peripheral tip in the contour curve.
  • the length on the position b1 side is L2
  • the position on the engine combustion chamber side is defined as position a2
  • the position on the side away from the engine combustion chamber is defined as position b2
  • position a2 and position When the length of the line segment between b2 is L3, the conditions of 0.05 mm ⁇ L ⁇ 0.15 mm, L1 / L ⁇ 0.5, L3 / L ⁇ 0.74 are satisfied,
  • the angle formed by the first straight line passing through the position a1 and the position a2 and the axial direction of the cylinder is the angle ⁇ 1, the condition of 2 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 7 ° is satisfied
  • the angle between the second straight line passing through the position b1 and the position b2 and the axial direction of the cylinder is an angle ⁇ 2, it is preferable that the condition of 9 ° ⁇ ⁇ 2 is satisfied.
  • the angle ⁇ 1 satisfies a condition of 3 degrees ⁇ ⁇ 1 ⁇ 6 degrees.
  • the contour curve of the outer peripheral surface in the segment longitudinal cross section has a symmetrical shape with a pair of axial both ends on the inner peripheral side position in the segment radial direction. Traced from the outer peripheral vertex of the segment to the inner peripheral side of the segment radial direction to at least 0.025 mm, The asymmetrical contour curve at the outer periphery of the segment is directed to the inner peripheral side in the segment radial direction and the distance between the outer peripheral vertex and the outer peripheral vertex at a distance of 1.5 ⁇ m, and the distance from the outer peripheral vertex toward the inner peripheral side in the segment radial direction.
  • the first contour section is provided in a part of a linear shape or a quadratic curve shape starting from the first end of the second contour section on the engine combustion chamber side
  • the second contour section has a flat portion in the middle thereof, and is formed in a linear shape or a part of a quadratic curve shape from the end of the flat portion in the axial direction on the engine combustion chamber side, and is continuous with the first contour section.
  • the flat portion is provided in a shape that is part of a quadratic curve shape from the end portion on the side away from the engine combustion chamber in the axial direction, and is continuous with the third contour portion.
  • the third contour portion is continuous with the second end portion.
  • the surface roughness of the asymmetric part is 0.6 ⁇ m Rp or less
  • the length on the position b1 side is L2
  • the position on the engine combustion chamber side is defined as position a2
  • the position on the side away from the engine combustion chamber is defined as position b2
  • the outer peripheral surface of the segment is (1) A coating by an ion plating method comprising one or two nitrides selected from chromium and titanium, (2) A film formed by an ion plating technique including aluminum, which is made of one or two kinds of nitrides selected from chromium and titanium, (3) A film formed by ion plating of (1) in which at least one element selected from oxygen, carbon, and boron is dissolved, (4) Coating by an ion plating method in which metallic chromium in which nitrogen is dissolved and Cr 2 N are mixed, (5) DLC (amorphous carbon) coating by carbon-only ion plating technique, (6) DLC (amorphous carbon) coating by an ion plating method containing one or more elements of silicon, oxygen, hydrogen, tungsten, titanium in addition to carbon, (7) The DLC film of (5) or the DLC film of (6) above the hard film of any one of the films of (1), (2), (3) and (4)
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a state in which a segment is cut along the line AA in FIG. 2. It is a perspective view which shows the structure of an expander spacer. It is a partial outline curve which shows the shape of the outer peripheral surface of a segment.
  • FIG. 6 is a partial contour curve showing a state in which the distal end portion of the outer peripheral surface of the segment is enlarged in FIG. 5. 6 is a contour curve when the outer peripheral surface of the segment in FIG. 5 is measured.
  • FIG. 8 is an outline curve showing an enlarged end portion of the outer peripheral surface of the segment in FIG. 7.
  • FIG. 10 is an outline curve showing an enlarged end portion of the outer peripheral surface of the segment in FIG. 9.
  • FIG. 12 is a contour curve showing an enlarged tip portion of the outer peripheral surface of the segment in FIG. 11.
  • FIG. 7 is a contour curve explaining the amount of wear after the end of the oil consumption measurement test for about 70 hours at the tip of the outer peripheral surface of the segment in FIG. 6.
  • 3 is a graph relating to an oil consumption measurement result based on Table 1.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of the combination oil ring 10 and a state in which the piston 2 fitted with the combination oil ring 10 is inserted into the cylinder 1.
  • a reciprocating piston 2 is arranged inside a cylinder 1 of an engine such as an automobile.
  • the outer peripheral surface 3 of the piston 2 is provided with either two or three annular grooves (one or two grooves on the engine combustion chamber side are not shown).
  • an oil ring groove 4 is provided on the crankshaft side (not shown) farthest from the engine combustion chamber.
  • a combination oil ring 10 is mounted in the oil ring groove 4. This combination oil ring 10 has an oil control function, and forms an oil film so that the engine oil present on the inner wall of the cylinder 1 has an appropriate thickness.
  • the combination oil ring 10 is a three-piece combination oil ring, which is formed mainly of steel.
  • the combined oil ring 10 includes a pair of segments (side rails) 11 and 12 and an expander spacer 13 disposed between them.
  • each of the pair of segments 11 and 12 has the same predetermined segment width h1.
  • the segment width h ⁇ b> 1 indicates the respective dimensions of the segments 11 and 12 in the axial direction (Y direction) of the cylinder 1.
  • the pair of segments 11 and 12 are arranged to have a combination width h0.
  • the combination width h0 refers to the interval between the upper surface of the segment 11 (surface on the engine combustion chamber side) and the lower surface of the segment 12 (surface on the side away from the engine combustion chamber). Further, the segment 11 is arranged with a clearance of the side clearance SC with respect to the upper wall of the oil ring groove 4 on the engine combustion chamber side. Note that the side clearance SC means a dimensional difference between the oil ring groove width and the combined width h0.
  • FIG. 2 is a plan view showing the appearance of the segments 11 and 12.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a state in which the segments 11 and 12 are cut along the line AA in FIG.
  • the segments 11 and 12 have an annular appearance. And those end faces in the circumferential direction face each other with a narrow gap at the joint.
  • the segments 11 and 12 are provided with hard coatings 11a and 12a on the outer peripheral surface S side for improving the wear resistance.
  • gas nitriding, salt bath nitriding, ion nitriding, or the like may be employed as a configuration in which such hard coatings 11a and 12a are not present.
  • the shape of the tip portion SA of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 (the shape of the outer peripheral surface S in an arbitrary longitudinal section) will be described later. Further, specific materials and formation methods of the hard coatings 11a and 12a will be described later.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the expander spacer 13.
  • the expander spacer 13 is provided in a corrugated shape that alternately goes to one of the segment 11 and the segment 12 as it advances along its circumferential direction.
  • a gap is formed between the segment 11 and the segment 12, and a passage for engine oil is secured.
  • the expander spacer 13 is provided in the oil ring groove 4 with its outer appearance provided in an annular shape and with its circumferential end faces abutted against each other.
  • the portion of the expander spacer 13 that is located on the engine combustion chamber side of the center line M in the axial direction of the cylinder 1 is referred to as the upper projecting portion 14 and is located on the side farther from the engine combustion chamber than the center line M.
  • the portion is referred to as a lower protrusion 15.
  • the expander spacer 13 is formed so as to have a number of corrugated portions by repeating the upper projecting portion 14 and the lower projecting portion 15 repeatedly and periodically in the circumferential direction of the expander spacer 13. Yes.
  • the upper projecting portion 14 and the lower projecting portion 15 are formed in a corrugated shape by performing, for example, plastic working on the expander spacer 13.
  • the upper protruding portion 14 has an upper piece portion 14a, an ear portion 14b, and an outer peripheral support portion 14c.
  • the upper piece portion 14a is a portion facing the segment 11 and is provided substantially horizontally, but is not limited thereto, for example, from the center position in the circumferential direction of the outer peripheral support portion 14c to the center in the circumferential direction of the ear portion 14b.
  • a recessed groove may be provided in the direction toward the position.
  • the ear part 14b is located on the inner peripheral side with respect to the upper piece part 14a, and is provided so as to protrude toward the engine combustion chamber side (in a direction away from the center line M) from the upper piece part 14a.
  • An inclined surface 14b1 that is inclined with respect to the axial direction of the cylinder 1 is provided on the outer peripheral side of the ear portion 14b, and the inclined surface 14b1 is inclined toward the outer peripheral side toward the center line M. ing. A portion on the inner peripheral side of the segment 11 abuts on the inclined surface 14b1. Further, the present invention is not limited to this, and the inclined surface 14b1 does not have to be inclined toward the outer peripheral side toward the center line M.
  • the outer periphery support part 14c is located in the outer peripheral side rather than the upper piece part 14a.
  • the outer peripheral support portion 14c is provided so as to protrude from the upper piece portion 14a closer to the engine combustion chamber (in a direction away from the center line M).
  • the outer peripheral support portion 14c is a portion that supports the segment 11 on the upper surface side. Therefore, the outer periphery support part 14c does not protrude from the ear part 14b, and the upper surface is also provided substantially horizontally.
  • the lower protruding portion 15 is provided symmetrically with respect to the upper protruding portion 14 with the center line M interposed therebetween, and is provided adjacent to the upper protruding portion 14. Therefore, the lower projecting portion 15 is also symmetrically supported with respect to the upper piece portion 14a, the lower piece portion 15a is symmetrical with respect to the ear portion 14b, and the outer peripheral support portion is symmetrical with respect to the outer peripheral support portion 14c. Part 15c. Further, the ear portion 15b is provided with an inclined surface 15b1 with which a portion on the inner peripheral side of the segment 12 abuts, and the inclined surface 15b1 is inclined so as to go to the outer peripheral side as going to the center line M. .
  • the inclined surface 15b1 does not have to be inclined so as to go to the outer peripheral side toward the center line M, and in this case, the combination oil ring 10 with which the inner peripheral side portion of the segment 12 abuts is mounted.
  • the segment 12 is pressed toward the inner wall side (outer peripheral side) of the cylinder 1.
  • a communication hole 15d through which engine oil can flow is provided at the boundary portion between the ear portion 15b and the lower piece portion 15a, but a configuration in which this communication hole 15d does not exist may be employed.
  • the segment 12 is supported on the lower surface side (the surface on the crankshaft side). Therefore, the segment 11 and the segment 12 are held in a state of being separated in the axial direction of the cylinder 1. Further, the segment 11 and the segment 12 are pressed by the inclined surfaces 14 b 1 and 15 b 1, respectively, so that the tip end portion SA of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 presses the inner peripheral surface of the cylinder 1. Thereby, an oil film can be formed so that the engine oil present on the inner wall of the cylinder 1 has an appropriate thickness.
  • FIG. 5 is a partial contour curve showing the shape of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12.
  • FIG. 5 is a model diagram including the tip portion SA of the outer peripheral surface S.
  • the unit length magnification in the X direction in FIG. 5 corresponds to the contour curve when the magnification is 200 times and 2000 times, respectively.
  • the contour curve from the outer peripheral vertex of the segments 11 and 12 to at least 0.025 mm in the segment radial direction is traced.
  • the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 in the present embodiment has a symmetric region R1 in addition to the tip portion SA with respect to the axial direction of the cylinder 1, and forms an asymmetric region R2 in the tip portion SA.
  • a contour curve means the cross-sectional curve in surface roughness measurement.
  • the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 has a symmetric region R1 on the engine combustion chamber side, an asymmetric region R2, and a symmetric region R1 on the side away from the engine combustion chamber.
  • the asymmetric region R2 is located between the two symmetric regions R1.
  • the contour curve of the asymmetric region R2 has an asymmetric shape with respect to the axis of line symmetry of the contour curve obtained from the two symmetric regions R1. This center axis of line symmetry is referred to as a first intermediate line W1.
  • the misalignment amount is obtained.
  • a straight line passing through the apex portion SP and extending along the radial direction (X direction in FIG. 5) is defined as a line W2.
  • a line passing through the vertex SP and orthogonal to the line W2 is defined as a line W3.
  • the misalignment amount P1 first misalignment amount
  • the vertex portion SP is a portion on the outermost diameter side in the radial direction (X direction) described above.
  • a second intermediate line V1 is provided in addition to the first intermediate line W1 and the line W2.
  • the second intermediate line V1 is as follows. That is, in the contour curve, the engine combustion is among the positions intersecting with the line W4 orthogonal to the first intermediate line W1 while being located at a distance of 3 ⁇ m from the apex portion SP toward the inner circumference side in the radial direction (X direction).
  • the position on the chamber side is the position a1 and the position on the side away from the engine combustion chamber is the position b1
  • the length of the line segment between the position a1 and the position b1 is L
  • the line of the length L The middle line of the minute.
  • a misalignment amount P2 (second misalignment amount) that is a distance between the second intermediate line V1 and the line W2 is obtained.
  • the apex portion SP is located on the side away from the engine combustion chamber side by the second misalignment amount P2 from the second intermediate line V1, but the apex portion SP is It may be located on the second intermediate line V1.
  • the second intermediate line V1 is located on the side farther from the engine combustion chamber than the first intermediate line W1.
  • each vertex part SP of a pair of segments 11 and 12 is mounted
  • FIG. 6 is a partial contour curve showing a state where the tip portion SA of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 is enlarged.
  • 6 is a model diagram of the tip portion SA of the outer peripheral surface S.
  • the magnification of a certain unit length in the X direction of 6 corresponds to a contour curve when the magnification is 1000 times and 2000 times, respectively.
  • FIG. 6 shows the shape of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 in which the measurement magnification in the Y direction is five times that of FIG. 5 described above.
  • tip part SA of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 is the segment 11, 12 from the outer peripheral vertex of the segments 11 and 12 in the outline curve when measuring the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12.
  • the asymmetric region R2 is defined with respect to the axial direction (Y direction) of the cylinder 1 within a range in which a contour curve of at least 0.025 mm is traced in the 12 radial directions (X direction).
  • the tip portion SA of the outer peripheral surface S sandwiches the apex portion SP and is not symmetrical with respect to the axial direction (Y direction) of the cylinder 1 of the tip portion SA. It is provided in the shape. Specifically, first, the contour of the cross section at the distal end portion SA of the continuous outer circumferential surface S that exists in a portion up to a distance of 3 ⁇ m from the apex portion SP of the distal end portion SA toward the inner peripheral side in the radial direction (X direction). The curve is divided into three sections from the engine combustion chamber side: a first contour section S1, a second contour section S2, and a third contour section S3.
  • the first contour section S1 is an end of the second contour section S2 on the engine combustion chamber side as shown in FIG. It is provided toward the engine combustion chamber side starting from the section.
  • the first contour section S1 is provided in a curved shape such as a quadratic curve. However, it may be linear.
  • the second contour section S2 has a vertex portion SP in the middle thereof.
  • the end of the second contour section S2 on the engine combustion chamber side is continuous with the first contour section S1 described above. Further, the end of the second contour section S2 on the side away from the engine combustion chamber is continuous with the third contour section S3.
  • the second contour section S2 is provided in an arc shape. Examples of the arc shape include a curve shape approximated to a quadratic curve.
  • the third contour section S3 exists on the side farther from the engine combustion chamber than the apex portion SP.
  • the third contour section S3 is provided to be a part of a quadratic curve starting from the end of the second contour section S2 on the side away from the engine combustion chamber.
  • the surface roughness of the first contour section S1, the second contour section S2, and the third contour section S3 is 0.6 ⁇ m Rp or less.
  • Rp is a kind of roughness parameter and is the maximum peak height in ISO 4287 (JIS B0601: '01).
  • the distance of 3 ⁇ m from the outer peripheral vertex toward the inner peripheral side in the segment radial direction the distance of 3 ⁇ m from the outer peripheral vertex toward the inner peripheral side in the segment radial direction.
  • the distance between the position a1 and the position b1 (the length of the line segment W4) is L.
  • the line W2 passing through the vertex portion SP is orthogonal to the line segment W4.
  • the length on the position a1 side from the line W2 is L1
  • the length on the position b1 side from the line W2 is L2.
  • the distance in the axial direction (Y direction) of the cylinder 1 between the position a2 and the position b2 is L3. Then, the relationship of the following formula is satisfied.
  • a straight line passing through the position a1 and the position a2 is defined as a straight line N1.
  • An angle formed by the straight line N1 and a line W3 along the axial direction (Y direction) of the cylinder 1 while passing through the vertex portion SP (that is, orthogonal to the radial direction (X direction)) is an angle ⁇ 1 (upper angle ⁇ 1).
  • a straight line passing through the position b1 and the position b2 is defined as a straight line N2.
  • An angle formed by the straight line N2 and the above-described line W3 is an angle ⁇ 2 (downward angle ⁇ 2). Then, the angle ⁇ 1 and the angle ⁇ 2 satisfy the relationship of the following expression.
  • the predetermined shape of the first contour section S1 and the second contour section S2 of the outer peripheral surface S may be formed by machining or a similar shape to the segment wire rod that is the base material of the segments 11 and 12.
  • the third contour section S3 is formed in a shape similar to the base material for the segments 11 and 12.
  • FIG. 7 is a contour curve when the outer peripheral surface S is measured
  • FIG. 8 is a contour curve obtained by enlarging the tip portion SA of the outer peripheral surface S measured in FIG.
  • the measurement magnification in FIG. 7 is 2000 times in the radial direction (X direction) and 200 times in the axial direction (Y direction) of the cylinder 1.
  • the measurement magnification in FIG. 8 is 2000 times in the radial direction (X direction) and 1000 times in the axial direction (Y direction) of the cylinder 1.
  • measurement was performed according to ISO 4287: '97 (JIS B0601: '01) (the same applies to the measurement of other contour curves).
  • FIG. 9 is a partial contour curve showing an enlarged state of the tip end portion SA of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 having the second shape different from the first shape of FIG. 9 is also a model diagram of the tip portion SA of the outer peripheral surface S as in FIG. 6.
  • a magnification of a certain unit length in the axial direction of the cylinder 1 (Y direction in FIG. 9).
  • the magnification of a certain unit length in the radial direction X direction in FIG.
  • the first contour section S1 corresponds to a contour curve when the magnification is 1000 times and 2000 times, respectively.
  • the first contour section S1, the second contour section S2, and the third contour section S3 of the first shape are as follows.
  • the first contour section S ⁇ b> 1 is provided toward the engine combustion chamber side starting from the end of the flat portion of the second contour section S ⁇ b> 2 on the engine combustion chamber side.
  • the first contour section S1 is provided in a curved shape such as a quadratic curve. However, it may be linear.
  • the second contour section S2 has a flat portion on the engine combustion chamber side, and an end portion of the flat portion away from the engine combustion chamber is a part of a quadratic curve continuous to the third contour section S3. Is provided.
  • the third contour section S3 exists on the side farther from the engine combustion chamber than the flat portion of the second contour section S2.
  • the third contour section S3 is provided to be a part of a quadratic curve starting from the end of the second contour section S2 on the side away from the engine combustion chamber.
  • a flat portion SF is provided at the tip end portion SA of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 shown in FIG. Therefore, in FIG. 9, the line W2 orthogonal to the line segment W4 passes through the center in the axial direction (Y direction) of the flat portion SF.
  • the outer peripheral surface S as shown in FIG. 9 also satisfies the relationships of [Expression 1], [Expression 2], and [Expression 5] to [Expression 6] described above.
  • the outer peripheral surface S as shown in FIG. 9 satisfies the relationship of [Expression 7] instead of [Expression 3].
  • the flat portion SF has a cross-sectional outline of a linear shape or a curved shape, and the curved shape here forms a part of a quadratic curve,
  • the radius of curvature of the outer peripheral vertex is preferably 0.209083 mm or more.
  • FIG. 10 is a contour curve showing the tip portion SA of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 in FIG. 9 in an enlarged manner, and the tip portion SA of the outer peripheral surface S measured in the same manner as in FIG. 8 is enlarged. Contour curve.
  • the measurement magnification in FIG. 10 is 2000 times in the radial direction (X direction), and 1000 times in the axial direction (Y direction) of the cylinder 1.
  • a method for forming a nitride film as the hard films 11a and 12a on the outer peripheral surfaces S of the segments 11 and 12 will be described.
  • a film forming method there is a method of forming a film using an arc ion plating apparatus for performing an arc ion plating method which is a kind of physical vapor deposition (PVD) method.
  • PVD physical vapor deposition
  • a bias voltage is applied with respect to a base material, and ion bombardment using a metal target is performed.
  • a bias voltage to be applied for example, a voltage of ⁇ 500 to ⁇ 1000 V is available.
  • another bias voltage is applied, process gas is introduced into the arc ion plating apparatus, and hard coatings 11 a and 12 a having a predetermined thickness are formed on the outer peripheral sliding surfaces of the segments 11 and 12.
  • Another bias voltage is, for example, 0 to -200V. Only N 2 gas was used as the process gas. Other process gases such as O 2 gas and CH 4 gas may be used.
  • the metal target may be Ti or a combination of Ti and Al in addition to the above Cr.
  • Nitride film (PVD film) film formation method (partially different film formation methods)
  • a film made of one or two types of nitrides selected from Cr and Ti is formed on a metal target and contains Al. Also good.
  • a material in which Cr and Al are mixed in a metal target is used, and a mixed gas in which N 2 gas and CH 4 gas, N 2 gas and O 2 gas, N 2 gas and Ar gas, etc. are mixed is used as a process gas.
  • a film can be formed.
  • Nitride coating (PVD coating) deposition method (partially different deposition methods) Further, a film made of one or two kinds of nitrides selected from Cr and Ti in which at least one element selected from O and C is dissolved may be formed. In this case, a material in which N 2 gas and O 2 gas or N 2 gas and CH 4 gas are mixed may be used as the process gas. Further, a film made of one or two nitrides selected from Cr and Ti in which B element is dissolved may be formed. In this case, a material obtained by mixing Cr and B with a metal target may be used.
  • Nitride coating (PVD coating) deposition method (partially different deposition methods) Further, a film in which metallic chromium in which nitrogen is dissolved and Cr 2 N is mixed may be formed. In this case, a mixed gas in which N 2 gas and Ar gas are mixed may be used as the process gas.
  • an amorphous carbon film (DLC (diamond like carbon) film is formed on the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 as hard films 11a and 12a.
  • a method of forming a DLC film there is a method using an arc ion plating apparatus for performing the arc ion plating method described above.
  • the base material for the segments 11 and 12 is set in the arc ion plating apparatus.
  • the inside of the arc ion plating apparatus is evacuated and decompressed, and the substrate is heated.
  • a bias voltage is applied to the segment substrate, and ion bombardment is performed with argon ions.
  • a bias voltage to be applied for example, there is a voltage of ⁇ 50 to ⁇ 300V.
  • a Ti film is formed.
  • An example of the predetermined bias voltage is -50 to -300V.
  • a DLC film (aC layer) having an amorphous carbon structure is formed on the Ti film by sputtering with argon ions.
  • the bias voltage is set to ⁇ 50 to ⁇ 300V.
  • a DLC film (ta-C layer) having a tetrahedral carbon structure is formed on the aC layer by filtered arc ion plating.
  • the bias voltage is set to ⁇ 100 to ⁇ 300V.
  • DLC film Amorphous carbon film (DLC film) film formation method (partially different film formation method)
  • a DLC film containing one or more of elements such as Si, O, H, W, and Ti in addition to carbon may be used.
  • a chemical vapor deposition (CVD) method may be used as a method for forming the DLC film.
  • This average piston speed is an average speed of the piston 2 obtained from the rotational speed and stroke (stroke) of the engine.
  • the oil consumption was measured by measuring the oil consumption per hour by the continuous weight method. It should be noted that the operation time from the break-in operation to the end of the oil consumption measurement test was about 70 hours.
  • a top ring having a width (axial dimension of the cylinder 1) of 1.2 mm and a hard coating by a PVD method on the outer peripheral surface was used.
  • the second ring used had a width (axial dimension of the cylinder 1) of 1.2 mm and an outer peripheral surface plated with hard Cr.
  • the combination oil ring 10 has a combination width h0 of 2.0 mm and a segment width h1 of the segments 11 and 12 of 0.4 mm.
  • the oil ring tension is 0.24 (N / mm) in terms of bore diameter ratio, and is 0.3 (N / mm) or less, which is called low tension.
  • the base material of the segments 11 and 12 is made of JIS SUS440B equivalent material, and the outer peripheral surface of the segments 11 and 12 is subjected to a hard coating CrN coating (film thickness 20 ⁇ m, Vickers hardness HV1100) by an arc ion plating method. Was used.
  • the shape of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 has a measurement width of 0.15 mm, which is a symmetrical substantially convex curved surface shape that has been conventionally employed, and a drop (distance in the radial direction) from the apex portion SP of the outer peripheral surface S.
  • Various outer peripheral surfaces S were produced in various asymmetrical convexly curved shapes based on 0.008 to 0.015 mm bases and tested.
  • the side clearance SC between the combined oil ring 10 and the oil ring groove 4 of the piston 2 is usually in the range of 0.07 mm to 0.15 mm, but in this test, the side clearance SC was set to 0.11 mm.
  • a micro Vickers hardness tester After polishing a measurement sample to a mirror surface, a micro Vickers hardness tester has a test force of 0.9807 N and a test force holding time of 15 s under the conditions of JIS Z 2244 “Vickers hardness. Measured according to “Sat test-test method” (the same applies to other Vickers hardnesses).
  • the contour curve from the apex portion SP of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 toward the inner peripheral side in the radial direction (X direction) is at least a distance of 0.025 mm.
  • the magnification of the segments 11 and 12 in the radial direction (X direction) is 2000 times
  • the magnification of the cylinder 1 in the axial direction (Y direction) is 200 times.
  • the measurement positions are three positions of 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees in the circumferential direction from the joint of the segments 11 and 12, and the measured values in Table 1 use the average value of the three positions. ing.
  • a stylus type surface roughness measuring device (Surfcoder SE-30C) manufactured by Kosaka Laboratory Ltd. was used as a detector.
  • PU-DJ2S spherical tip radius is 2 ⁇ m, cone taper angle is 60 degrees).
  • the feed rate of the lateral magnification is 0.1 mm / s when the axial direction (Y direction) magnification of the cylinder 1 is 200 times, and the magnification in the axial direction (Y direction) of the cylinder 1 is 1000 times.
  • the speed is set to 0.05 mm / s, but the speed may be slower than this.
  • Table 1 shows the results of oil consumption measurement under the above conditions.
  • Examples 1 to 7 show cases where the segments 11 and 12 of the outer peripheral surface S having the first shape as shown in FIG. 6 are used, and Examples 8 to 10 show examples as shown in FIG.
  • the case where the segments 11 and 12 of the outer peripheral surface S of a 2nd shape are used is shown.
  • Comparative Example 1 shows a case in which a segment having a conventional shape having a symmetrical shape with an angle ⁇ 1 as an upper angle of 7.5 degrees and an angle ⁇ 2 as a lower angle of 7.5 degrees is used.
  • the contour curve of the outer peripheral surface S when actually measuring the segment 11 regarding the comparative example 1 is shown in FIG. 11 and FIG. FIG. 11 is a contour curve when the outer peripheral surface S of Comparative Example 1 is measured, and FIG.
  • 12 is an enlarged contour curve showing the tip portion SA of the outer peripheral surface S measured in FIG.
  • the measurement magnification in FIG. 11 is 2000 times in the radial direction (X direction) as in FIG. 7, and the axial direction (Y direction) of the cylinder 1 is 200 times.
  • 12 is 2000 times in the radial direction (X direction) and 1000 times in the axial direction (Y direction) of the cylinder 1 as in FIG.
  • the oil consumption ratio in Table 1 is a symmetrical shape in which the angle ⁇ 1 that is the upper angle is 7.5 degrees and the angle ⁇ 2 that is the lower angle is 7.5 degrees as shown in Comparative Example 1 (conventional shape).
  • Comparative Example 1 conventional shape
  • the oil consumption is 100, and the other oil consumption is shown as a ratio.
  • the angle ⁇ 1 that is the upper angle of the segments 11 and 12 is less than 2 degrees, the engine oil that forms an oil film on the inner wall surface of the cylinder 1 is moved to the segments 11 and 12 when the combination oil ring 10 is raised. It becomes difficult to flow in from the engine combustion chamber side of the outer peripheral surface S. As a result, the engine oil stays in a gap formed by the inner wall surface of the cylinder 1 and the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 on the engine combustion chamber side, and the engine oil is conveyed to the rising ends of the segments 11 and 12. The oil consumption is not expected to be reduced.
  • the segments 11 and 12 increase the action of scooping up engine oil on the inner wall surface of the cylinder 1 and increase the oil consumption.
  • setting the angle ⁇ 2 that is the lower angle of the segments 11 and 12 to 9 degrees or more as shown in [Formula 5] means that the angle ⁇ 1 that is the upper angle is 2 degrees or more and 7 degrees as shown in [Formula 4]. It is preferable to make the outer peripheral shape of the segments 11 and 12 formed below asymmetrical.
  • the lower angle ⁇ 2 when the angle ⁇ 2 that is the lower angle of the segments 11 and 12 is less than 9 degrees, the lower angle ⁇ 2 in the case where the conventional contour curve of the segment is symmetric as in Comparative Example 1 in Table 1 above. It corresponds to. According to Table 1, when the lower angle ⁇ 2 is less than 9 degrees, it is not preferable because a reduction in oil consumption in the high speed region of the engine cannot be expected.
  • the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 when the surface roughness of the asymmetric region R2 in the axial direction (Y direction) of the cylinder 1 is 0.6 ⁇ mRp or less, the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 and the cylinder It is preferable in reducing the friction between the inner wall surface and the inner wall surface. However, when the surface roughness at the asymmetrical portion exceeds 0.6 ⁇ mRp, it becomes easy to induce scratches on the inner wall surface of the cylinder 1 and wear of the cylinder 1, which is not preferable.
  • FIG. 13 is a diagram showing the amount of wear after the end of the oil consumption measurement test for about 70 hours at the tip portion SA of the outer peripheral surface S as shown in FIG. In the example shown in FIG. 13, the amount of wear was 1.5 ⁇ m.
  • the measurement magnification in FIG. 13 is 2000 times in the radial direction (X direction) and 1000 times in the axial direction (Y direction) of the cylinder 1 as in FIG. From the contour curve of the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 after the measurement test, it can be said that there is no increase in oil consumption if the outer peripheral shape approximates this.
  • the segments 11 and 12 are the outer peripheral surface S of the second shape as shown in FIG. 9, the outer peripheral surface S of the segments 11 and 12 when the axial length L4 of the flat portion SF exceeds 0.05 mm. And the contact area between the cylinder 1 and the inner wall surface of the cylinder 1 is increased, and the surface pressure due to the self-tension of the segments 11 and 12 with respect to the inner wall surface of the cylinder 1 is decreased.
  • Table 1 when the length L4 is 0.05 mm or less, the oil consumption ratio does not increase, and a good result is obtained.
  • L is 0.05 mm ⁇ L ⁇ 0.15 mm as a prerequisite range in the tip portion SA of the outer peripheral surface S in the present embodiment, and then the segments 11,
  • the asymmetric region R2 is provided so as to exist within a range of at least 0.025 mm from the twelve apex portions SP toward the inner peripheral side in the radial direction (X direction).
  • FIG. 14 is a graph regarding the result of oil consumption measurement based on Table 1.
  • the horizontal axis is ⁇ 1 (upper angle)
  • the vertical axis is the oil consumption ratio.
  • the oil consumption ratio when using the segments 11 and 12 having the outer peripheral surface S of the first shape as shown in FIG. 6 is shown for each angle ⁇ 1, and the black diamond points Indicates a case where the average piston speed is 20.2 m / s, and a black dot indicates a case where the average piston speed is 18.9 m / s.
  • the oil consumption ratio when using the segments 11 and 12 having the outer peripheral surface S of the second shape as shown in FIG. 9 is shown for each angle ⁇ 1, and there is a cross in the inside. Square points indicate the case where the average piston speed is 20.2 m / s, and white square points indicate the case where the average piston speed is 18.9 m / s.
  • FIG. 14 a comparative example is also shown.
  • white diamond points correspond to the case where the average piston speed is 20.2 m / s, and the angle ⁇ 1 of Comparative Example 1 is 7.5 degrees and the angle ⁇ 1 of Comparative Example 2 is respectively The case of 1.7 degrees is shown.
  • white circle points correspond to the case where the average piston speed is 18.7 m / s, and the angle ⁇ 1 of Comparative Example 1 is 7.5 degrees and the angle of Comparative Example 2, respectively. The case where ⁇ 1 is 1.7 degrees is shown.
  • FIG. 14 also shows the oil consumption when the average piston speed is 14.3 m / s for reference.
  • the white triangular points correspond to the case where the segments 11 and 12 having the first outer peripheral surface S as shown in FIG. 6 are used.
  • Black square points correspond to the case where the segments 11 and 12 having the second outer peripheral surface S as shown in FIG. 9 are used.
  • the black triangle points correspond to the case where the segment having the outer peripheral surface of the comparative example which is a conventional configuration is used.
  • the oil consumption ratio between the comparative example and the example first shape, second shape). It was.
  • the shape of the outer peripheral surface S is captured within a larger range in the radial direction, for example, 15 ⁇ m toward the center in the radial direction.
  • FIG. 1 and FIG. 2 of Patent Document 1 also show what appears to be a measurement of the locus of the outer peripheral surface in such a range.
  • the tip portion SA of the outer peripheral surface S having a finely defined shape is provided within a narrower range of 3 ⁇ m from the vertex portion SP. Yes. Therefore, it can be said that the scale of the fineness of the shape seen is completely different from the conventional configuration.
  • the oil film thickness when the oil ring was used was 4 L on the thrust side under the operating condition of a full load of 2000 rpm by the LIF (Laser-Induced-Fluorescence) method. It is shown to be about 1 ⁇ m to 6 ⁇ m during the cycle. Moreover, it is described that the oil film thickness increases as the engine speed increases. Then, in the case of defining a fine shape of the outer peripheral surface S within the range of 3 ⁇ m from the apex portion SP, as in the segments 11 and 12 of the present embodiment, in the high engine speed range (high speed range). It is thought that this will have a significant impact on improving oil consumption performance.
  • LIF Laser-Induced-Fluorescence
  • the apex portion SP It is considered that the improvement in the oil consumption performance cannot be expected as compared with the case where the fine shape of the outer peripheral surface S is defined within the range of 3 ⁇ m.
  • Non-Patent Document 1 the outer peripheral surface S of what shape is actually the oil consumption amount within the range close to the range of the oil film thickness. What actually created the shape of the effective outer peripheral surface S by variously examining whether it is effective for reduction is not found at the time of filing.
  • the outer peripheral surface S is finely defined in the range of 3 ⁇ m from the vertex portion SP, and the contour shape of the outer peripheral surface S is actually defined.
  • the contour shape of the outer peripheral surface S has an inventive step compared to any of the documents.
  • the angle ⁇ 1 of the outer peripheral surface S having the first shape as shown in FIG. 6 and the angle ⁇ 1 of the outer peripheral surface S having the second shape as shown in FIG. It is preferable to satisfy the condition of 3 degrees ⁇ ⁇ 1 ⁇ 6 degrees.
  • the average piston speed is 20.2 m / s
  • the oil consumption ratio can be made smaller than 60 in all cases. That is, the oil consumption in the high speed region of the engine can be further reduced.
  • filled, and the conditions of L3 / L ⁇ 0.76 of [Formula 7] are satisfy
  • the hard coatings 11a and 12a are formed on the outer peripheral surfaces S of the segments 11 and 12 by an ion plating method, and the hard coatings 11a and 12a are any of the following: It is.
  • (6-1) A nitride film formed by an ion plating method comprising a nitride with one element selected from chromium and titanium.
  • (6-2) A nitride film made of one or two kinds of nitrides selected from chromium and titanium and containing aluminum by an ion plating method.
  • (6-3) A nitride film obtained by ion plating of an element selected from chromium and titanium in which at least one element selected from oxygen, carbon, and boron is dissolved.
  • (6-4) A nitride film formed by ion plating in which metallic chromium in which nitrogen is dissolved and Cr 2 N are mixed.
  • (6-5) A DLC (amorphous carbon) film by an ion plating method using only carbon.
  • (6-6) A DLC (amorphous carbon) film formed by an ion plating method containing one or more elements of silicon, oxygen, hydrogen, tungsten, and titanium in addition to carbon.
  • (66-7) Either (6-5) or (6-6) DLC film is applied to the outer periphery of any of the above-mentioned nitride films (6-1) to (6-4). A coating composed of a coating.
  • the surface hardness of each of (6-1) to (6-7) is HV1000 or more, and each of (6-1) to (6-6) is used.
  • the thickness of the coating film is 3 ⁇ m, and the thickness of the multilayer of (6-7) is 3 ⁇ m or more.
  • the outer peripheral surface S has a curved shape with respect to the contours of the first contour section S1 to the third contour section S3.
  • a straight line portion may exist in a part of the curved shape.

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Abstract

　オイルリングの低張力化が図られていても、高速域におけるオイル消費量の低減を図ることが可能な組合せオイルリングを提供する。　組合せオイルリングであって、セグメントの任意の縦断面における外周面の先端部は非対称形状であり、セグメント幅の中心を通る線を第１中間線とし、外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かい距離３μｍの位置における輪郭曲線上のエンジン燃焼室側の位置ａ１と、エンジン燃焼室から離れる側の位置ｂ１との間の線分の長さをＬとし、その線分Ｌの中間線を第２中間線としたとき、第２中間線は、第１中間線よりもエンジン燃焼室から離れる側に位置しかつセグメントの外周頂点は、第２中間線上か、または第２中間線よりもエンジン燃焼室から離れる側に位置し、一対のセグメントはそれぞれの外周頂点がエンジン燃焼室から離れる側に位置するようオイルリング溝に装着されている。

Description

組合せオイルリング
　本発明は、ピストンのオイルリング溝に取り付けられる組合せオイルリングに関する。
　内燃機関のピストンの外周に設けられているピストンリング溝には、ピストンリングが取り付けられている。通常のガソリン内燃機関におけるピストンリングの構成は、２本のコンプレッションリング（トップリングおよびセカンドリング）と、組合せオイルリングから成る。組合せオイルリングは、オイルコントロール機能を有し、エンジンオイルの消費を抑えている。
　このようなオイルリングに関する先行技術文献としては、以下のものがある。特許文献１には、オイルリングの２つのディスク（サイドレール）において、その走行面が凸曲面状の非対称の形状を有し、ディスクの外周面の頂点線がそれぞれ逆の向きでリング溝の中央に向かって方向付けられた油かきリングと、ディスクの外周面の頂点線が同じ向きでリング溝のピストントップとは反対方向の側面に向かって方向付けられた油かきリングが開示されている。また、ディスクの走行面の横断面は、 第１の区分で、ｈ（ｘ）＝ａｘ＋ｂｘ２　により表される２次の多項式の非対称の形状であり、エッジとして構成された支持する頂点（ＩＩ）ｈ（ｘ＝０）の後、第３の区分で、関数ｈ（ｘ）＝ｃｘ２　の非対称の形状であることが開示されている。
　また、特許文献２には、上下レールとエキスパンダとを有する２ピースタイプの組合せオイルリングが開示されている。この特許文献２では、上下レールの各外周面がレール軸方向の幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲線から形成され、非対称バレル曲面の上側半径方向落差が２５～７５μmで下側半径方向落差が１～２０μmが好ましい、ということが開示されている。
　また、非特許文献１には、２リッター、４サイクルガソリンエンジンの実働時において、セグメント（サイドレール）の外周面形状が対称の凸曲面形状に設けられている構成が開示されている。非特許文献１では、セグメント（サイドレール）の輪郭曲線において、セグメント（サイドレール）の摺動方向の測定幅０．１５ｍｍの外周頂点からの落差が約４μｍの水準にある３片式オイルリングを供試したときの油膜厚さについて述べている。その油膜厚さは、ファイバーを利用したＬＩＦ（Laser-Induced-Fluorescence）法により２０００ｒｐｍの全負荷の運転条件で、スラスト側では４サイクルの間約１μｍから６μｍであることが研究報告（Fig.12）されており、報告の中にはエンジンの回転数の増加に伴い油膜厚さは厚くなる旨が記述されている。
　また、非特許文献２には、０．３リッター　単気筒４サイクル試験用ディーゼルエンジンの実働時において、３片式オイルリング（オイルリングＤ）の油膜厚さは　２０００ｒｐｍ、７５％ｌ－Ｌｏａｄの運転条件で、スラスト側では４サイクルの間約１μｍから４μｍであることが研究報告（Fig.10）されている。
特許第４８００９４６号公報 特許第４３２２５００号公報 オイルリングのシリンダボア追従性に関する研究（第１報）望月和矢ら　　2012/10/5自動車技術会秋期学術講演会寄稿279-20125735 The Effect of Oil Ring Geometry on Oil Film Thickness in the Circumferential Direction of the Cylinder　　Kei Nakayama etc.　SAE PAPER 982578
　近年、内燃機関はエンジンの低燃費化を実現するため、フリクション低減を目的としたオイルリングの低張力化が進むと共に、セグメント（サイドレール）の外周面に低フリクションの耐摩耗性被膜を形成することが要求されている。しかしながら、オイルリングの低張力化は、特にエンジンが高回転となる高速域においては、油膜厚さがより厚くなり、オイルの消費量が増大する、という問題を誘発する。そのため、オイルリングが低張力であっても、高速域におけるオイル消費の低減を可能にすることが課題となっている。
　本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的は、オイルリング張力が低張力であっても、エンジンが高回転となる高速域におけるオイル消費量の低減が可能な組合せオイルリングを提供するものである。
　上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、内燃機関用ピストンのオイルリング溝に装着され、外周面がシリンダの内壁を摺動する一対のセグメントと、その一対のセグメントの間に配置されると共に一対のセグメントの外周面を前記シリンダの内壁に押圧するエキスパンダ・スペーサとを備える組合せオイルリングであって、
　セグメントの任意の縦断面における外周面の形状は、セグメント幅を形成する両端面からそれぞれにシリンダ内壁に向かう径方向に、セグメント幅のエンジン燃焼室側とエンジン燃焼室から離れる側とで一対をなしつつ対称となる曲線形状を有し、外周面の形状のシリンダ挿入時内壁に接する外周頂点側は当該外周頂点部分を挟んでセグメント幅方向に非対称形状を有し曲線形状に連続した形状であり、
　非対称形状は、セグメント幅の中心を通る線を第１中間線とし、
　セグメント縦断面における外周面の輪郭曲線がトレースされた外周先端部において、外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かい距離３μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置のうちエンジン燃焼室側の位置を位置ａ１、エンジン燃焼室から離れる側の位置を位置ｂ１とし、
　それら位置ａ１と位置ｂ１との間の線分の長さをＬとし、その長さＬの線分の中間線を第２中間線としたとき、第２中間線は、第１中間線よりもエンジン燃焼室から離れる側に位置しかつセグメントの外周頂点は、第２中間線上か、または第２中間線よりもエンジン燃焼室から離れる側に位置し、
　一対のセグメントはそれぞれの外周頂点がエンジン燃焼室から離れる側に位置するようオイルリング溝に装着されることを特徴とする組合せオイルリングが提供される。
　また、本発明の他の側面は、上述の発明において、セグメント縦断面における外周面の輪郭曲線は、セグメント径方向の内周側位置に軸方向両端側を一対とする対称形状が存在するよう、セグメントの外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かって少なくとも０．０２５ｍｍまでトレースされていて、
　セグメント外周先端部における非対称形状の輪郭曲線を、セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点と外周頂点から距離１．５μｍで挟まれる曲線部分とセグメント径方向の内周側に向かい外周頂点から距離１．５μｍと距離３.０μｍで挟まれる輪郭部分に区分したとき、シリンダのエンジン燃焼室側から第１輪郭区分、第２輪郭区分、および第３輪郭区分とし、
　第１輪郭区分は第２輪郭区分のエンジン燃焼室側の第１端部を始点として直線形状または２次曲線形状の一部に設けられ、
　第２輪郭区分はその中途に外周頂点が存在し、弧状に設けられ、
第３輪郭区分は、第２輪郭区分のエンジン燃焼室から離れる側の第２端部を始点とし２次曲線形状の一部となるように設けられ、
　セグメントの外周面のうち非対称部分の表面粗さは０．６μｍＲｐ以下であり、
　輪郭曲線における外周先端部のうち、位置ａ１と位置ｂ１との間の線分に直交する径方向の線であって外周頂点を通る線で分割された線分Ｌの位置ａ１側の長さをＬ１、位置ｂ１側の長さをＬ２とし、
　さらにセグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍにおける輪郭曲線上の２つの位置においてエンジン燃焼室側の位置を位置ａ２、エンジン燃焼室から離れる側の位置を位置ｂ２とし、位置ａ２と位置ｂ２との間の線分の長さをＬ３としたとき、０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１５ｍｍ、Ｌ１／Ｌ≧０．５、Ｌ３／Ｌ≦０．７４の条件を満たし、
　位置ａ１と位置ａ２を通る第１直線と前記シリンダの軸方向とがなす角度を角度θ１としたとき、２度≦θ１≦７度の条件を満たし、
　位置ｂ１と位置ｂ２を通る第２直線とシリンダの軸方向とがなす角度を角度θ２としたとき、９度≦θ２の条件を満たしている、ことが好ましい。
　さらに、本発明の他の側面は、上述の発明において、角度θ１について、３度≦θ１≦６度の条件を満たす、ことが好ましい。
　また、本発明の他の側面は、上述の発明において、セグメント縦断面における外周面の輪郭曲線は、セグメント径方向の内周側位置に軸方向両端側を一対とする対称形状が存在するよう、セグメントの外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かって少なくとも０．０２５ｍｍまでトレースされていて、
　セグメント外周先端部における非対称形状の輪郭曲線を、セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点と外周頂点から距離１．５μｍで挟まれる曲線部分とセグメント径方向の内周側に向かい外周頂点から距離１．５μｍと距離３.０μｍで挟まれる輪郭部分に区分したとき、シリンダのエンジン燃焼室側から第１輪郭区分、第２輪郭区分、および第３輪郭区分とし、
　第１輪郭区分は第２輪郭区分のエンジン燃焼室側の第１端部を始点として直線形状または２次曲線形状の一部に設けられ、
　第２輪郭区分はその中途に平坦部を有し、平坦部の軸方向のエンジン燃焼室側の端部から直線形状または２次曲線形状の一部からなり第１輪郭区分に連続した形状であり、平坦部の軸方向のエンジン燃焼室から離れる側の端部から２次曲線形状の一部からなり第３輪郭区分に連続した形状で設けられ
　第３輪郭区分は、第２端部に連続する２次曲線形状の一部となるように設けられ、
　セグメントの外周面のうち非対称部分の表面粗さは０．６μｍＲｐ以下であり、
　セグメント外周面の輪郭曲線における外周先端部のうち、位置ａ１と位置ｂ１との間の線分に直交する径方向の線であって外周頂点を通る線で分割された線分Ｌの位置ａ１側の長さをＬ１、位置ｂ１側の長さをＬ２とし、
　さらにセグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍにおける輪郭曲線上の２つの位置においてエンジン燃焼室側の位置を位置ａ２、エンジン燃焼室から離れる側の位置を位置ｂ２とし、位置ａ２と位置ｂ２との間の線分の長さをＬ３としたときおよび第２輪郭区分の平坦部の軸方向長さをＬ４としたとき、０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１５ｍｍ、Ｌ１／Ｌ≧０．５、Ｌ３／Ｌ≦０．７６、０＜Ｌ４≦０．０５ｍｍの条件を満たし、
　位置ａ１と位置ａ２を通る第１直線とシリンダの軸方向とがなす角度を角度θ１としたとき、３度≦θ１≦６度の条件を満たし、
　位置ｂ１と位置ｂ２を通る第２直線とシリンダの軸方向とがなす角度を角度θ２としたとき、９度≦θ２の条件を満たしている、ことが好ましい。
　さらに、本発明の他の側面は、上述の発明において、セグメントの外周面は、
　（１）クロム 、チタンから選択される１種または２種の窒化物からなるイオンプレーティング手法による被膜、
　（２）クロム 、チタンから選択される１種または２種の窒化物からなりアルミニウムを含むイオンプレーティング手法による被膜、
　（３）酸素、炭素、ホウ素から少なくとも一つ選択される元素を固溶した（１）のイオンプレーティング手法による被膜、
　（４）窒素を固溶した金属クロムとＣｒ2Ｎが混在したイオンプレーティング手法による被膜、
　（５）炭素のみのイオンプレーティング手法によるＤＬＣ（非晶質炭素）被膜、
　（６）炭素の他にケイ素、酸素、水素、タングステン、チタンのうち１種または２種以上の元素を含むイオンプレーティング手法によるＤＬＣ（非晶質炭素）被膜、
　（７）前記（１）、前記（２）、前記（３）及び前記（４）の被膜のいずれかの硬質被膜上に前記（５）のＤＬＣ被膜、または前記（６）のＤＬＣ被膜のいずれかを被覆させて構成される被膜、
　のうちのいずれかの被膜を有していて、
　（１）の被膜から（７）までのそれぞれの被膜の表面硬さはＨＶ１０００以上であり、
　（１）の被膜から（６）までのそれぞれの被膜の厚さは３μｍ以上であり、（７）の複層の厚さは３μｍ以上である、ことが好ましい。
　本発明による組合せオイルリングにおいて、オイルリング張力が低張力であってもエンジンが高回転となる高速域におけるオイル消費量の低減が可能となる。
本発明の一実施の形態に係る組合せオイルリングの構成を示すと共に、組合せオイルリングを装着したピストンがシリンダに挿入された状態を示す縦断面図である。 セグメントの外観を示す平面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿ってセグメントを切断した状態を示す縦断面図である。 エキスパンダ・スペーサの構成を示す斜視図である。 セグメントの外周面の形状を示す部分的な輪郭曲線である。 図５においてセグメントの外周面の先端部分を拡大した状態を示す部分的な輪郭曲線である。 図５におけるセグメントの外周面を測定したときの輪郭曲線である。 図７におけるセグメントの外周面の先端部分を拡大して示す輪郭曲線である。 図６とは異なる形状のセグメントの外周面の先端部分を拡大した状態を示す部分的な輪郭曲線である。 図９におけるセグメントの外周面の先端部分を拡大して示す輪郭曲線である。 比較例１のセグメントの外周面を測定したときの図７と同様に測定された輪郭曲線である。 図１１におけるセグメントの外周面の先端部分を拡大して示す輪郭曲線である。 図６におけるセグメントの外周面の先端部分における、約７０時間のオイル消費量測定試験の終了後の摩耗量を説明する輪郭曲線である。 表１に基づいたオイル消費量測定結果に関するグラフである。
　以下、本発明の一実施の形態に係る組合せオイルリング１０について、図面に基づいて説明する。
＜１．組合せオイルリング１０の構成について＞
　図１は、組合せオイルリング１０の構成を示すと共に、組合せオイルリング１０を装着したピストン２がシリンダ１に挿入された状態を示す縦断面図である。
　図１において、自動車等のエンジンのシリンダ１の内部には、往復動可能なピストン２が配置されている。このピストン２の外周面３には、２つまたは３つのいずれかの環状の溝が設けられている（エンジン燃焼室側の１つまたは２つの溝は図示を省略）。そのうち、エンジン燃焼室から最も離れたクランクシャフト側（図示省略）には、オイルリング溝４が設けられている。オイルリング溝４には、組合せオイルリング１０が装着されている。この組合せオイルリング１０は、オイルコントロール機能を有し、シリンダ１の内壁に存在するエンジンオイルを適切な厚さになるように油膜を形成する。
　図１に示すように、組合せオイルリング１０は、３ピース形の組合せオイルリングであり、鋼を主成分として形成されている。この組合せオイルリング１０は、一対のセグメント（サイドレール）１１，１２と、それらの間に配置しているエキスパンダ・スペーサ１３とを有している。一対のセグメント１１，１２は、図１に示すように、それぞれが同一の所定のセグメント幅ｈ１を有している。ここで、セグメント幅ｈ１とは、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）のセグメント１１，１２のそれぞれの寸法を指す。また、一対のセグメント１１，１２は、組合せ幅ｈ０を有するように配置されている。ここで、組合せ幅ｈ０とは、セグメント１１の上面（エンジン燃焼室側の面）とセグメント１２の下面（エンジン燃焼室から離れる側の面）との間隔を指す。さらに、セグメント１１は、オイルリング溝４のエンジン燃焼室側の上壁に対して、サイドクリアランスＳＣの隙間を有して配置されている。なお、サイドクリアランスＳＣとは、オイルリング溝幅と組合せ幅ｈ０との寸法差をいう。
　図２は、セグメント１１，１２の外観を示す平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線に沿ってセグメント１１，１２を切断した状態を示す縦断面図である。図２に示すように、セグメント１１，１２は、その外観が環状に設けられている。そして、それらの周方向の端面同士が合口において狭い隙間で対向している。また、図３に示すように、セグメント１１，１２は、その外周面Ｓ側に、耐摩耗性を向上させるための硬質被膜１１ａ，１２ａが設けられている。ただし、かかる硬質被膜１１ａ，１２ａが存在しない構成としてはガス窒化、塩浴窒化またはイオン窒化などを採用してもよい。なお、このセグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡの形状（任意の縦断面における外周面Ｓの形状）については、後述する。また、硬質被膜１１ａ，１２ａの具体的な材質や形成手法についても、後述する。
　図４は、エキスパンダ・スペーサ１３の構成を示す斜視図である。図４に示すように、エキスパンダ・スペーサ１３は、その周方向に沿って進行すると、セグメント１１とセグメント１２のうちのいずれかに交互に向かうような波型形状に設けられている。エキスパンダ・スペーサ１３がこのような波型形状に設けられることで、セグメント１１とセグメント１２との間に隙間が形成され、エンジンオイルの通路が確保される。なお、エキスパンダ・スペーサ１３は、その外観が環状に設けられていて、その周方向の端面同士が突き合わされた状態でオイルリング溝４に装着される。
　以下では、エキスパンダ・スペーサ１３のうちシリンダ１の軸方向の中心線Ｍよりもエンジン燃焼室側に位置する部分を上突出部１４とし、中心線Ｍよりもエンジン燃焼室から離れる側に位置する部分を下突出部１５とする。これら上突出部１４と下突出部１５とが、エキスパンダ・スペーサ１３の周方向において繰り返し周期的に連続することにより、エキスパンダ・スペーサ１３は、多数の波型部分を有するように形成されている。
　上突出部１４と下突出部１５とは、エキスパンダ・スペーサ１３に対し、たとえば塑性加工を行うことにより波型形状に形成される。しかも、上突出部１４は、上片部１４ａと、耳部１４ｂと、外周支持部１４ｃとを有している。上片部１４ａは、セグメント１１に対して対向する部分であり、略水平に設けられているがこれに限らず、たとえば外周支持部１４ｃの周方向の中央位置から耳部１４ｂの周方向の中央位置に向かう方向に凹み状溝が設けられていてもよい。
　また、耳部１４ｂは、上片部１４ａよりも内周側に位置していて、しかも上片部１４ａよりもエンジン燃焼室側に（中心線Ｍから離れる向きに）突出して設けられている。耳部１４ｂの外周側には、シリンダ１の軸方向に対して傾斜している傾斜面１４ｂ１が設けられていて、その傾斜面１４ｂ１は、中心線Ｍに向かうにつれて外周側に向かうように傾斜している。この傾斜面１４ｂ１には、セグメント１１の内周側の部位が当接する。また、これに限らず、傾斜面１４ｂ１は中心線Ｍに向かうにつれて外周側に向かうように傾斜せずともよく、この場合もセグメント１１の内周側の部位が当接する。組合せオイルリング１０を装着したピストン２がシリンダ１に挿入された状態では、セグメント１１がシリンダ１の内壁側（外周側）に向かうように押圧される。なお、耳部１４ｂと上片部１４ａの境界部分には、エンジンオイルが流通可能な連通孔１４ｄが設けられているが、かかる連通孔１４ｄが存在しない構成を採用してもよい。
　また、外周支持部１４ｃは、上片部１４ａよりも外周側に位置している。この外周支持部１４ｃは、上片部１４ａよりもエンジン燃焼室側に（中心線Ｍから離れる向きに）突出して設けられている。しかも、外周支持部１４ｃは、その上面側でセグメント１１を支持する部分である。そのため、外周支持部１４ｃは、耳部１４ｂよりは突出しておらず、また上面も略水平に設けられている。
　また、下突出部１５は、上突出部１４に対し、中心線Ｍを挟んで対称形状に設けられていると共に、上突出部１４に隣接して設けられている。そのため、下突出部１５も、上片部１４ａに対して対称形状の下片部１５ａと、耳部１４ｂに対して対称形状の耳部１５ｂと、外周支持部１４ｃに対して対称形状の外周支持部１５ｃとを有している。また、耳部１５ｂには、セグメント１２の内周側の部位が当接する傾斜面１５ｂ１が設けられていて、その傾斜面１５ｂ１は、中心線Ｍに向かうにつれて外周側に向かうように傾斜している。この傾斜面１５ｂ１には、セグメント１２の内周側の部位が当接する。また、これに限らず、傾斜面１５ｂ１は中心線Ｍに向かうにつれて外周側に向かうように傾斜せずともよく、この場合もセグメント１２の内周側の部位が当接する組合せオイルリング１０を装着したピストン２がシリンダ１に挿入された状態では、セグメント１２がシリンダ１の内壁側（外周側）に向かうように押圧される。また、耳部１５ｂと下片部１５ａの境界部分には、エンジンオイルが流通可能な連通孔１５ｄが設けられているが、この連通孔１５ｄが存在しない構成を採用してもよい。
　なお、外周支持部１５ｃでは、その下面側（クランクシャフト側の面）でセグメント１２が支持される。そのため、セグメント１１とセグメント１２とは、シリンダ１の軸方向で離間した状態で保持される。また、セグメント１１とセグメント１２とが、それぞれ傾斜面１４ｂ１、１５ｂ１で押圧されることで、それらセグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡが、シリンダ１の内周面を押圧する。それにより、シリンダ１の内壁に存在するエンジンオイルを適切な厚さになるように油膜を形成することが可能となっている。
＜２．セグメント１１，１２の外周面Ｓの形状について＞
　続いて、セグメント１１，１２の外周面Ｓの形状について説明する。図５は、セグメント１１，１２の外周面Ｓの形状を示す部分的な輪郭曲線である。なお、図５は、外周面Ｓの先端部分ＳＡを含むモデル図であるが、そのモデル図においては、シリンダ１の軸方向（図５のＹ方向）のある単位長さの倍率と径方向（図５のＸ方向）のある単位長さの倍率はそれぞれ２００倍と２０００倍としたときの輪郭曲線に相当する。
　図５に示すように、セグメント１１，１２の外周面Ｓを測定したときの輪郭曲線において、セグメント１１，１２の外周頂点からセグメント径方向に向かって少なくとも０．０２５ｍｍまでの輪郭曲線がトレースされている範囲内で、本実施の形態におけるセグメント１１，１２の外周面Ｓは、シリンダ１の軸方向に対して先端部分ＳＡ以外に対称領域Ｒ１が存在し、先端部分ＳＡに非対称領域Ｒ２を形成している。なお、輪郭曲線とは、表面粗さ測定における断面曲線をいう。
　本実施の形態では、セグメント１１，１２の外周面Ｓはエンジン燃焼室側の対称領域Ｒ１と、非対称領域Ｒ２と、エンジン燃焼室とは離れる側の対称領域Ｒ１を有している。
　また、非対称領域Ｒ２は、２つの対称領域Ｒ１の間に位置している。２つの対称領域Ｒ１から求められる輪郭曲線の線対称の中心軸に対してこの非対称領域Ｒ２の輪郭曲線は、非対称形状となっている。この線対称の中心軸を第１中間線Ｗ１という。
　ここで、上述の図５においては、芯ずれ量が求められる。具体的には、頂点部分ＳＰを通り、かつ径方向（図５のＸ方向）に沿う直線を線Ｗ２とする。また、頂点部分ＳＰを通り、かつ線Ｗ２に直交する（すなわちシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に沿う）線を線Ｗ３とする。このとき、第１中間線Ｗ１と線Ｗ２の間の距離（Ｗ３方向の線分長さ）である芯ずれ量Ｐ１（第１芯ずれ量）が求められる。なお、頂点部分ＳＰは、上述の径方向（Ｘ方向）において最も外径側の部位である。
　また、図５では、第１中間線Ｗ１と線Ｗ２の他に、第２中間線Ｖ１を設けている。第２中間線Ｖ１は、次のようなものである。すなわち、輪郭曲線において、頂点部分ＳＰから径方向（Ｘ方向）の内周側に向かい、距離３μｍの部位に位置しつつ、第１中間線Ｗ１に直交する線Ｗ４と交わる位置のうち、エンジン燃焼室側の位置を、位置ａ１とし、エンジン燃焼室とは離れる側の位置を、位置ｂ１とするとき位置ａ１と位置ｂ１との間の線分の長さをＬとし、その長さＬの線分の中間線をＶ１という。このとき第２中間線Ｖ１と線Ｗ２の間の距離である芯ずれ量Ｐ２（第２芯ずれ量）が求められる。
　ここで、図５に示すように、頂点部分ＳＰは、第２中間線Ｖ１よりも、第２芯ずれ量Ｐ２だけエンジン燃焼室側とは離れる側に位置しているが、頂点部分ＳＰは、第２中間線Ｖ１上に位置していても良い。また、第２中間線Ｖ１は、第１中間線Ｗ１よりもエンジン燃焼室から離れる側に位置している。
　なお、所定の非対称形状を有するセグメント１１，１２には、エンジン燃焼室側の方向を識別する表示を施す。そして、一対のセグメント１１，１２のそれぞれの頂点部分ＳＰは、エンジン燃焼室とは離れる側に位置するように、オイルリング溝４に装着される。
＜３．セグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡの第１形状について＞
　続いて、セグメント１１、１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡの第１形状について説明する。図６は、セグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大した状態を示す部分的な輪郭曲線である。なお、図６は、外周面Ｓの先端部分ＳＡのモデル図であるが、そのモデル図においては、シリンダ１の軸方向（図６のＹ方向）のある単位長さの倍率と径方向（図６のＸ方向）のある単位長さの倍率はそれぞれ１０００倍と２０００倍としたときの輪郭曲線に相当する。図６は、前述した図５よりも、セグメント１１，１２の外周面Ｓの形状をＹ方向の測定倍率を５倍にしたものである。
　また、本明細書では、セグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡとは、セグメント１１，１２の外周面Ｓを測定したときの輪郭曲線において、セグメント１１，１２の外周頂点からセグメント１１，１２の径方向（Ｘ方向）に向かって少なくとも０．０２５ｍｍまでの輪郭曲線がトレースされている範囲内で、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に対して非対称領域Ｒ２をいう。
　本実施の形態におけるセグメント１１，１２では、外周面Ｓの先端部分ＳＡにおいては、頂点部分ＳＰを挟み、その先端部分ＳＡのシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に対して対称形状ではなく、非対称形状に設けられている。具体的には、まず、先端部分ＳＡの頂点部分ＳＰから、径方向（Ｘ方向）の内周側に向かい、距離３μｍまでの部位に存在する連続した外周面Ｓの先端部分ＳＡにおける断面の輪郭曲線は、エンジン燃焼室側から、第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２、第３輪郭区分Ｓ３の３区分に区分する。
（１）  第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２、第３輪郭区分Ｓ３の第１観点
　第１輪郭区分Ｓ１は、図６に示すように、第２輪郭区分Ｓ２のエンジン燃焼室側の端部を始点としてエンジン燃焼室側に向かって設けられている。この第１輪郭区分Ｓ１は、２次曲線のような曲線形状に設けられている。ただし、直線形状であってもよい。
　また、第２輪郭区分Ｓ２には、その中途部分に頂点部分ＳＰが存在している。この第２輪郭区分Ｓ２のエンジン燃焼室側の端部は、上述した第１輪郭区分Ｓ１に連続している。また、第２輪郭区分Ｓ２のエンジン燃焼室から離れる側の端部は、第３輪郭区分Ｓ３に連続している。かかる第２輪郭区分Ｓ２は、弧状に設けられている。弧状としては、たとえば２次曲線に近似した曲線形状が挙げられる。また、第３輪郭区分Ｓ３は、頂点部分ＳＰよりもエンジン燃焼室から離れる側に存在している。この第３輪郭区分Ｓ３は、第２輪郭区分Ｓ２のエンジン燃焼室から離れる側の端部を始点とした２次曲線の一部となるように設けられている。
　かかる第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２および第３輪郭区分Ｓ３の表面粗さは、０．６μｍＲｐ以下となっている。なお、Ｒｐは粗さのパラメータの一種であり、ＩＳＯ４２８７（ＪＩＳ　Ｂ０６０１：‘０１）における最大山高さである。
　また、セグメント縦断面の外周先端部の第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２および第３輪郭区分Ｓ３で形成された輪郭曲線において、外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かい距離３μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置ａ１、ｂ１、外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置ａ２、ｂ２とする。
　そして、位置ａ１と位置ｂ１との距離（線分Ｗ４の長さ）をＬとする。なお、上記の頂点部分ＳＰを通る線Ｗ２は、線分Ｗ４に直交している。そして、長さＬのうち、線Ｗ２よりも位置ａ１側の長さをＬ１とし、線Ｗ２よりも位置ｂ１側の長さをＬ２とする。また、位置ａ２と位置ｂ２の間のシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）の距離をＬ３とする。すると、次の式の関係を満たしている。
　　［式１］　０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１５ｍｍ
　　［式２］　Ｌ１/Ｌ≧０．５
　　［式３］　Ｌ３／Ｌ≦０．７４
　また、位置ａ１と位置ａ２を通る直線を、直線Ｎ１とする。この直線Ｎ１と、頂点部分ＳＰを通りつつシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に沿う（すなわち径方向（Ｘ方向）に直交する）線Ｗ３とのなす角度を、角度θ１（上方角θ１）とする。また、位置ｂ１と位置ｂ２を通る直線を、直線Ｎ２とする。この直線Ｎ２と、上述した線Ｗ３とのなす角度を、角度θ２（下方角θ２）とする。すると、角度θ１および角度θ２は、次の式の関係を満たしている。
　　［式４］　２度≦θ１≦７度
　　［式５］　９度≦θ２
　なお、外周面Ｓの第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２の所定の形状は機械加工またはセグメント１１，１２の基材であるセグメント用線材と相似の形状で形成されてもよい。一方、第３輪郭区分Ｓ３は、セグメント１１，１２用の基材と相似の形状で形成される。
（２）第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２、第３輪郭区分Ｓ３の第２観点
　次に、第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２、第３輪郭区分Ｓ３の第２観点について説明する。この第２観点では、上述した角度θ１が、次の式の関係を満たしている。
　　［式６］　３度≦θ１≦６度
　なお、図６に示すようなセグメント１１を実際に測定したときの（実施例）の外周面Ｓの輪郭曲線を、図７および図８に示す。図７は、外周面Ｓを測定したときの輪郭曲線であり、図８は、図７において測定された外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大した輪郭曲線である。図７の測定時倍率は、径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は２００倍である。また、図８の測定時倍率は、径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は１０００倍である。なお、かかる輪郭曲線の測定では、ＩＳＯ　４２８７：‘９７（ＪＩＳ　Ｂ０６０１：‘０１）に準じて測定した（他の輪郭曲線の測定でも同様）。
＜４．セグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡの第２形状について＞
　次に、図６とは異なる、セグメント１１、１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡの第２形状について説明する。図９は、図６の第１形状とは異なる第２形状のセグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大した状態を示す部分的な輪郭曲線である。なお、図９も、図６と同様に外周面Ｓの先端部分ＳＡのモデル図であるが、そのモデル図においては、シリンダ１の軸方向（図９のＹ方向）のある単位長さの倍率と径方向（図９のＸ方向）のある単位長さの倍率はそれぞれ１０００倍と２０００倍としたときの輪郭曲線に相当する。第２形状においては、第１形状の第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２および第３輪郭区分Ｓ３は次の通りとなる。第１輪郭区分Ｓ１は、図９に示すように、第２輪郭区分Ｓ２の平坦部のエンジン燃焼室側の端部を始点としてエンジン燃焼室側に向かって設けられている。この第１輪郭区分Ｓ１は、２次曲線のような曲線形状に設けられている。ただし、直線形状であってもよい。第２輪郭区分Ｓ２は、エンジン燃焼室側に平坦部が存在し、その平坦部のエンジン燃焼室から離れる側の端部は第３輪郭区分Ｓ３に連続する２次曲線の一部となるように設けられている。第３輪郭区分Ｓ３は、第２輪郭区分Ｓ２の平坦部よりもエンジン燃焼室から離れる側に存在している。この第３輪郭区分Ｓ３は、第２輪郭区分Ｓ２のエンジン燃焼室から離れる側の端部を始点とした２次曲線の一部となるように設けられている。
　図９に示すセグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡには、平坦部ＳＦが設けられている。そのため、この図９においては、線分Ｗ４に直交する線Ｗ２は、平坦部ＳＦの軸方向（Ｙ方向）の中央を通っている。なお、図９に示すような外周面Ｓも、上述した［式１］、［式２］、［式５］～［式６］の関係を満たしている。ただし、図９に示すような外周面Ｓでは、［式３］に代えて、［式７］の関係を満たしている。
　　［式７］　Ｌ３／Ｌ≦０．７６
　また、図７に示す外周面Ｓでは、平坦部ＳＦの両端部間の距離をＬ４とすると、長さＬ４が次の［式８］の関係を満たしている。
　　［式８］　０＜Ｌ４≦０．０５ｍｍ
　なお、図９に示すような外周面Ｓにおいても、平坦部ＳＦは、その断面の輪郭が直線形状または曲線形状であり、ここでいう曲線形状は、２次曲線の一部をなしており、外周頂点の曲率半径は０．２０９０８３ｍｍ以上であることが好ましい。
　ここで、図１０は、図９におけるセグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大して示す輪郭曲線であり、図８と同様に測定された外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大された輪郭曲線である。図１０の測定時倍率も、図８と同様に、径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は１０００倍である。
＜５．セグメント１１，１２の外周面Ｓの形成方法について＞
　続いて、セグメント１１，１２の外周面Ｓの形成方法について説明する。外周面Ｓは、たとえばベルト研削装置を用い、水平に固定された１本のセグメントの外周面に、ベルト研削装置の回転する砥粒付ベルトを弾性体を用いて、弾性的に押し当てて所定の形状に形成する。かかる形状は、セグメント１１，１２の基材であるセグメント用線材の状態で形成してもよい。また、かかる形状は環状に成形後形成しても良く、いずれの方法で形成してもよい。
＜６．セグメント１１，１２の外周面Ｓへの硬質被膜１１ａ，１２ａの成膜方法について＞
　次に、セグメント１１，１２の外周面Ｓに、硬質被膜１１ａ，１２ａを成膜する手法について説明する。なお、硬質被膜１１ａ，１２ａは、以下のいずれか一つの手法で成膜されたものが選択される。
　（６－１）窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の成膜方法
　まず、セグメント１１，１２の外周面Ｓに、硬質被膜１１ａ，１２ａである窒化物被膜を成膜する方法について説明する。かかる成膜方法としては、物理的気相成長（ＰＶＤ；Physical Vapor Deposition）法の一種であるアークイオンプレーティング法を行うためのアークイオンプレーティング装置を用いて成膜するものがある。アークイオンプレーティング法にて窒化物被膜を形成する場合、成膜する硬質被膜の組成に応じたＣｒの金属ターゲットを用い、セグメント１１，１２用の基材を、アークイオンプレーティング装置内にセットする。その後に、アークイオンプレーティング装置内を真空排気して減圧すると共に、基材を加熱する。
　その後、基材に対してバイアス電圧を印加して、金属ターゲットを利用したイオンボンバードを行う。印加するバイアス電圧としては、たとえば－５００～－１０００Ｖとするものがある。次に、別のバイアス電圧を印加して、アークイオンプレーティング装置内にプロセスガスを導入し、セグメント１１，１２の外周摺動面に所定の厚さの硬質被膜１１ａ，１２ａを成膜する。別のバイアス電圧としては、たとえば０～－２００Ｖとするものがある。プロセスガスとしては、Ｎ２ガスのみを用いた。その他プロセスガスとしてＯ２ガス、ＣＨ４ガスなどを用いてもよい。金属ターゲットは上記のＣｒの他にＴｉまたはＴｉとＡｌを組み合わせて用いてもよい。
　（６－２）窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の成膜方法（一部が異なる成膜方法）
　上述した（６－１）における窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の成膜においては、金属ターゲットにＣｒ、Ｔｉから選択される１種または２種の窒化物からなりＡｌを含む被膜を成膜してもよい。この場合、金属ターゲットにＣｒとＡｌを混合した材料を用い、プロセスガスとしてＮ２ガスとＣＨ４ガス、Ｎ２ガスとＯ２ガス、Ｎ２ガスとＡｒガス等が混合した混合ガスを用いて、成膜することができる。
　（６－３）窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の成膜方法（一部が異なる成膜方法）
　また、Ｏ、Ｃから少なくとも一つ選択される元素を固溶したＣｒ、Ｔｉから選択される１種または２種の窒化物からなる被膜を成膜してもよい。この場合、プロセスガスとしてＮ２ガスとＯ２ガスもしくは、Ｎ２ガスとＣＨ４ガスが混合した材料を用いてもよい。また、Ｂ元素を固溶したＣｒ、Ｔｉから選択される１種または２種の窒化物からなる被膜を成膜してもよい。この場合、金属ターゲットにＣｒとＢを混合した材料を用いてもよい。
　（６－４）窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の成膜方法（一部が異なる成膜方法）
　また、窒素を固溶した金属クロムとＣｒ２Ｎが混在した被膜を成膜してもよい。この場合、プロセスガスとしてＮ２ガスとＡｒガスが混合した混合ガスを用いてもよい。
　（６－５）非晶質炭素被膜（ＤＬＣ被膜）の成膜方法
　次に、セグメント１１，１２の外周面Ｓに硬質被膜１１ａ，１２ａとして、非晶質炭素被膜（ＤＬＣ（diamond like carbon）被膜）を成膜する方法について説明する。ＤＬＣ被膜を成膜する方法としては、上述したアークイオンプレーティング法を行うためのアークイオンプレーティング装置を用いるものがある。かかるアークイオンプレーティング装置内にセグメント１１，１２用の基材をセットする。その後に、アークイオンプレーティング装置内を真空排気して減圧すると共に、基材を加熱する。その後、セグメント基材に対してバイアス電圧を印加して、アルゴンイオンでイオンボンバードを行う。印加するバイアス電圧としては、たとえば－５０～―３００Ｖとするものがある。
　その次に、接着層として、所定のバイアス電圧を印加した後に、Ｔｉ被膜を成膜する。所定のバイアス電圧としては、たとえば－５０～―３００Ｖとするものがある。次に、Ｔｉ被膜の上にアモルファスカーボン構造からなるＤＬＣ被膜（ａ－Ｃ層）を、アルゴンイオンによりスパッタリングで成膜する。このとき、たとえばバイアス電圧を－５０～―３００Ｖに設定する。さらにａ－Ｃ層の上にテトラヘドラルカーボン構造からなるＤＬＣ被膜（ｔａ－Ｃ層）を、フィルタードアークイオンプレーティングで成膜する。このとき、たとえばバイアス電圧を－１００～―３００Ｖに設定する。これら２層を交互に繰り返し積層し、セグメント基材の外周摺動面に所定の厚さの硬質被膜１１ａ，１２ａを成膜する。
　（６－６）非晶質炭素被膜（ＤＬＣ被膜）の成膜方法（一部が異なる成膜方法）
　上述した（６－５）におけるＤＬＣ被膜の成膜においては、炭素の他にＳｉ、Ｏ、Ｈ、Ｗ、Ｔｉなどの元素のうち１種または２種以上を含むＤＬＣ被膜としてもよい。また、ＤＬＣ被膜の成膜手法としては、化学的気相成長（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition）手法を用いてもよい。
　（６－７）複合的な被膜について
　また、上述した（６－１）から（６－４）の窒化物被膜のうちのいずれかの外周に、（６－５）のＤＬＣ被膜と（６－６）のＤＬＣ被膜のうちのいずれかのＤＬＣ被膜を成膜して、硬質被膜１１ａ，１２ａを成膜してもよい。
＜７．オイル消費量測定試験の方法について＞
　続いて、本実施の形態の組合せオイルリング１０を用いて行った、オイル消費量測定試験について説明する。かかるオイル消費量測定試験においては、排気量２Ｌ級のボア径が８０ｍｍ級のエンジンを使用した。かかるエンジンのならし運転後、負荷条件をＷＯＴ（ワイドオープンスロットル；全負荷）の状態で、冷却水温を１００℃、エンジンオイルの温度を１２５℃とし、５Ｗ－２０（粘度分類ＳＡＥ　Ｊ３００）のエンジンオイルを用いた。
　そして、エンジンの平均ピストンスピードが２０．２ｍ／ｓ、１８．９ｍ／ｓの２水準の高速域の条件でオイル消費量を評価した。この平均ピストンスピードは、エンジンの回転速度とストローク（行程）から求められるピストン２の平均速度である。オイル消費量測定は、連続重量法により１時間当たりのオイル消費量を測定した。なお、ならし運転後、オイル消費量測定試験の終了までの運転時間は、約７０時間であった。
　試験において用いたピストンリングのうち、トップリングは、幅（シリンダ１の軸方向寸法）が１．２ｍｍ、外周面にＰＶＤ手法による硬質被膜を施したものを用いた。また、セカンドリングは、幅（シリンダ１の軸方向寸法）が１．２ｍｍ、外周面に硬質Ｃｒめっきを施したものを用いた。組合せオイルリング１０は、組合せ幅ｈ０が２．０ｍｍであり、セグメント１１，１２のセグメント幅ｈ１は０．４ｍｍのものを用いた。また、オイルリング張力は、ボア径比で０．２４（Ｎ/ｍｍ）とし、低張力といわれる０．３（Ｎ/ｍｍ）以下にある。
　セグメント１１，１２の基材は、ＪＩＳ　ＳＵＳ４４０Ｂ相当材を用い、そのセグメント１１，１２の外周面にアークイオンプレーティング手法による硬質被膜のＣｒＮ被膜（膜厚２０μm、ビッカース硬さＨＶ１１００）を施したものを用いた。セグメント１１，１２の外周面Ｓの形状は、従来から採用されていた対称の略凸曲面形状である測定幅０．１５ｍｍで外周面Ｓの頂点部分ＳＰからの落差（径方向への距離）が０．００８～０．０１５ｍｍのものをベースに、外周面Ｓを非対称の略凸曲面形状に種々製作し、供試した。
　組合せオイルリング１０とピストン２のオイルリング溝４とのサイドクリアランスＳＣは、通常０．０７ｍｍから０．１５ｍｍの範囲内であるが、本試験においては、サイドクリアランスＳＣは、０．１１ｍｍとした。
　なお、上記のビッカース硬さの測定に関しては、測定サンプルを鏡面に研磨した後に、マイクロビッカース硬度計で試験力０．９８０７Ｎ、試験力の保持時間１５ｓの条件にて、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４の「ビッカース硬さ試験－試験方法」に準じて測定した（他のビッカース硬さに関しても同様）。
　また、上記の第２芯ずれ量Ｐ２の測定に関しては、セグメント１１，１２の外周面Ｓの頂点部分ＳＰから径方向（Ｘ方向）の内周側に向かい少なくとも距離０．０２５ｍｍまでの輪郭曲線を測定するときは、セグメント１１，１２の径方向（Ｘ方向）の倍率を２０００倍、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）の倍率を２００倍としている。また、その測定位置は、セグメント１１，１２の合口から円周方向に９０度、１８０度、２７０度の位置の３か所とし、表１における計測値は、その３か所の平均値を用いている。
　また、セグメント１１，１２の外周面Ｓの外周形状（輪郭曲線）の測定には、株式会社小坂研究所の触針式表面粗さ測定器（サーフコーダ　ＳＥ－３０Ｃ）を用いており、検出器はＰＵ－ＤＪ２Ｓ（先端球面半径は２μｍ、円錐のテーパ角度は６０度）を用いた。また、横倍率の送り速さはシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）の倍率を２００倍とした場合は０．１ｍｍ／ｓとし、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）の倍率を１０００倍とした場合は０．０５ｍｍ／ｓとしたが、速さは、これよりも遅くてもよい。
　以上のような条件にて、オイル消費量測定を行った結果を、表１に示す。表１では、外周面Ｓの形状のタイプ（外周形状）、上方角θ１、下方角θ２の他に、位置ａ１と位置ｂ１の間の線分Ｗ４の長さＬ（Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２）、［式２］に関連するＬ１/Ｌ、［式３］に関連するＬ３／Ｌ、平坦部ＳＦの長さＬ４、第２芯ずれ量Ｐ２も示されている。
[規則26に基づく補充 21.04.2015]　
Figure WO-DOC-TABLE-1
　なお、表１においては、実施例１～７が図６に示すような第１形状の外周面Ｓのセグメント１１，１２を用いた場合を示し、実施例８～１０が図９に示すような第２形状の外周面Ｓのセグメント１１，１２を用いた場合を示している。また、比較例１は、上方角である角度θ１が７．５度、下方角である角度θ２が７．５度の対称形状である従来形状のセグメントを用いた場合を示している。なお、比較例１に関するセグメント１１を実際に測定したときの外周面Ｓの輪郭曲線を、図１１および図１２に示す。図１１は、比較例１の外周面Ｓを測定したときの輪郭曲線であり、図１２は、図１１において測定された外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大して示す輪郭曲線である。図１１の測定時倍率は、図７と同様に径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は２００倍である。また、図１２の測定時倍率は、図８と同様に径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は１０００倍である。
　また、比較例２は、上方角である角度θ１が［式４］を満たさず、下方角であるθ２が［式５］を満たさず、線分Ｗ４の長さＬが［式１］を満たさず、長さＬに対する位置ａ１と位置ｂ１の間の距離Ｌ３の比であるＬ３／Ｌが［式３］を満たしていない。
　なお、表１におけるかかるオイル消費量比は、比較例１（従来形状）に示すような上方角である角度θ１が７．５度、下方角である角度θ２が７．５度の対称形状である従来形状のセグメントを用い、そのセグメント使用時の平均ピストンスピードが２０．２ｍ／ｓの場合のオイル消費量を１００とし、他のオイル消費量を比で示している。
＜８．外周面Ｓの形状とオイル消費量測定試験の結果の考察＞
　以上のうち、［式４］に示すように、角度θ１が２度以上７度以下である場合には、オイルリング上昇行程において、シリンダ１の内壁面に油膜を形成しているエンジンオイルがセグメント１１，１２の外周面Ｓのエンジン燃焼室側から流入し易い角度であり、かつセグメント１１，１２がシリンダ１の内壁面のエンジンオイルを掻き上げる作用を抑制できると考えられる。そのため、油膜が厚くなると言われている高速域でのオイル消費量の低減に効果が出現する。ここで、セグメント１１，１２によるエンジンオイル掻き上げ作用は、エンジン燃焼時のエンジンオイル燃焼による自身の消失およびエンジン排気行程におけるエンジンオイルの排出を促進し、オイル消費量が増大すると言われている。
　これに対して、セグメント１１，１２の上方角である角度θ１が２度未満になると、組合せオイルリング１０の上昇時に、シリンダ１の内壁面に油膜を形成しているエンジンオイルがセグメント１１，１２の外周面Ｓのエンジン燃焼室側から流入し難くなる。それによってシリンダ１の内壁面とエンジン燃焼室側のセグメント１１，１２の外周面Ｓとで形成されている空隙にエンジンオイルが滞留し、そのエンジンオイルがセグメント１１，１２の上昇端に運搬されるようになると考えられ、オイル消費量の低減を期待できない。
　一方で、セグメント１１，１２の上方角である角度θ１が７度を超えると、セグメント１１，１２はシリンダ１の内壁面のエンジンオイルを掻き上げる作用が増大し、オイル消費量を増加させる。
　また、セグメント１１，１２の下方角である角度θ２を［式５］に示すように９度以上とすることは、上方角である角度θ１を［式４］に示すように２度以上７度以下に形成するセグメント１１，１２の外周形状を非対称形状とする上で好ましい。
　ここで、セグメント１１，１２の下方角である角度θ２が９度未満である場合、上記の表１における比較例１のような、従来からのセグメントの輪郭曲線が対称である場合の下方角θ２に相当する。表１からすると、下方角θ２が９度未満である場合には、エンジンの高速域でのオイル消費量の低減が期待できず、好ましくない。
　また、セグメント１１，１２の外周面Ｓにおいて、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）での非対称領域Ｒ２の表面粗さが０．６μｍＲｐ以下である場合は、セグメント１１，１２の外周面Ｓとシリンダ１の内壁面との間のフリクションを低減する上で好ましい。しかしながら、非対称部分における表面粗さが０．６μｍＲｐを超える場合は、シリンダ１の内壁面への傷の発生およびシリンダ１の摩耗を誘発し易くなり、好ましくない。
　また、表１の結果にあるとおり、角度θ１が、上述のような［式６］を満たす場合、オイルの消費量比が、より低減されて、好ましい状態となる。
　図１３は、図８に示すような外周面Ｓの先端部分ＳＡにおける、約７０時間のオイル消費量測定試験の終了後の摩耗量を示す図である。この図１３に示す例では、摩耗量は、１．５μｍであった。なお、図１３の測定時倍率は、図８と同様に径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は１０００倍となっている。この測定試験後のセグメント１１，１２の外周面Ｓの輪郭曲線からこれと近似する外周形状であればオイル消費量の増加がないといえる。
　また、セグメント１１，１２が、図９に示すような第２形状の外周面Ｓの場合、平坦部ＳＦの軸方向の長さＬ４が０．０５ｍｍを超えると、セグメント１１，１２の外周面Ｓとシリンダ１の内壁面との接触面積が増加し、セグメント１１，１２のシリンダ１の内壁面に対する自己張力による面圧が低下するため、オイル消費量比の増大を招き好ましくない。一方、上述の表１にあるとおり、長さＬ４が０．０５ｍｍ以下では、オイル消費量比が増えず、良好な結果となっている。
＜９．作用効果＞
　以上のような構成の組合せオイルリング１０によると、Ｌは本実施の形態における外周面Ｓの先端部分ＳＡにおいて前提となる範囲として０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１５ｍｍとし、その上でセグメント１１，１２の頂点部分ＳＰから径方向（Ｘ方向）の内周側に向かい少なくとも０．０２５ｍｍまでの範囲内において、非対称領域Ｒ２が存在するように設けられている。加えて、非対称部分の表面粗さが０．６μｍＲｐ以下である条件下において、表１から明らかなように、０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１５ｍｍの［式１］、Ｌ１/Ｌ≧０．５の［式２］、Ｌ３／Ｌ≦０．７４の［式３］、２度≦θ１≦７度の［式４］、９度≦θ２の［式５］を満たす場合（図６に示すような構成の場合）、高速域でのオイル消費量を低減することが可能となっている。
　この様子を、図１４に示す。図１４は、表１に基づいたオイル消費量測定結果に関するグラフである。図１４では、横軸はθ１（上方角）であり、縦軸はオイル消費量比となっている。また、図１４では、図６に示すような第１形状の外周面Ｓを有するセグメント１１，１２を用いたときのオイル消費量比を、角度θ１ごとに示しており、黒塗りの菱形の点は平均ピストンスピードが２０．２ｍ／ｓの場合を示し、黒丸の点は平均ピストンスピードが１８．９ｍ／ｓの場合を示している。また、図１４では、図９に示すような第２形状の外周面Ｓを有するセグメント１１，１２を用いたときのオイル消費量比を、角度θ１ごとに示しており、中に×印のある正方形の点は平均ピストンスピードが２０．２ｍ／ｓの場合を示し、白抜きの正方形の点は平均ピストンスピードが１８．９ｍ／ｓの場合を示している。
　なお、図１４では、比較例も示されている。図１４において、白抜きの菱形の点は、平均ピストンスピードが２０．２ｍ／ｓの場合に対応し、それぞれ比較例１の角度θ１が７．５度の場合と、比較例２の角度θ１が１．７度の場合を示している。また、図１４において、白抜きの丸の点は、平均ピストンスピードが１８．７ｍ／ｓの場合に対応し、それぞれ比較例１の角度θ１が７．５度の場合と、比較例２の角度θ１が１．７度の場合を示している。
　また、図１４では、参考として、平均ピストンスピードが１４．３ｍ／ｓの場合のオイル消費量も示している。白抜きの三角の点は、図６に示すような第１形状の外周面Ｓを有するセグメント１１，１２を用いた場合に対応する。また、黒塗りの正方形の点は、図９に示すような第２形状の外周面Ｓを有するセグメント１１，１２を用いた場合に対応する。また、黒塗りの三角の点は、従来構成である比較例の外周面を有するセグメントを用いた場合に対応する。なお、平均ピストンスピードが１４．３ｍ／ｓといった高速域よりも低速の領域では、比較例と実施例（第１形状、第２形状）との間に、オイル消費量比に差は見られなかった。
　ここで、図１４では、［式４］の２度≦θ１≦７度の範囲においては、その範囲外の比較例１（角度θ１＝７．５度）と比較例２（角度θ２＝１．７度）よりもオイル消費量比が低下していることが明らかである。具体的な数値としては、［式４］の２度≦θ１≦７度の範囲内にある実施例１～７では、平均ピストンスピードが２０．２ｍ／ｓの場合、および１８．９ｍ／ｓの場合といった高速域においては、オイル消費量比を約１５％以上低減させることが可能である。
　ところで、現状では、エンジンの低燃費化を図るため、フリクション低減を目的としたオイルリングの低張力化が進められている。かかる低張力化によって、特にエンジンが高回転となる高速域において、油膜厚さが厚くなり、それに伴って特に高速域において、オイルの消費量が増大している。しかしながら、表１や図１４から明らかなように、表面粗さが０．６μｍＲｐ以下であり、かつ［式１］～［式５］を満たす場合には、高速域におけるオイル消費量の低減を図ることが可能となる。
　なお、従来のセグメントにおいては、たとえば径方向の中心に向かい１５μｍといったような、より径方向の寸法が大きな範囲で、外周面Ｓの形状を捉えている。たとえば、特許文献１の図１、図２においても、そのような範囲で外周面の軌跡を測定したと見受けられるものが示されている。しかしながら、本実施の形態では、図６から明らかなように、頂点部分ＳＰから３μｍの範囲内という、より狭い範囲内で、微細に規定された形状の外周面Ｓの先端部分ＳＡを有している。そのため、従来構成とは、見ている形状の微細さのスケールが、全く異なっていると言える。
　また、非特許文献１の開示から明らかなように、オイルリングを供試したときの油膜厚さは、ＬＩＦ（Laser-Induced-Fluorescence）法により２０００ｒｐｍの全負荷の運転条件で、スラスト側では４サイクルの間約１μｍから６μｍであることが示されている。しかも、エンジンの回転数の増加に伴い、油膜厚さが厚くなる旨が記載されている。そうすると、エンジンの高回転域（高速域）においては、本実施の形態のセグメント１１，１２のように、頂点部分ＳＰから３μｍの範囲内で、外周面Ｓの微細な形状を規定する場合には、オイル消費量の性能向上に大きな影響を与えると考えられる。逆に言えば、油膜厚さを超えた範囲である、頂点部分ＳＰから径方向の内周側に向かい１０μｍや１５μｍの部位の外周面Ｓの形状を微細に規定しても、頂点部分ＳＰから３μｍの範囲内で、外周面Ｓの微細な形状を規定する場合よりは、オイル消費量の性能向上を期待することができないと考えられる。
　しかしながら、上述のような非特許文献１における油膜厚さについての言及があっても、かかる油膜厚さの範囲に近い範囲内で、実際にどのような形状の外周面Ｓがオイルの消費量の低減に有効であるのかを、実際に種々検討して有効な外周面Ｓの形状を創出したものは、出願時において見当たらない。
　これに対して、本実施の形態では、外周面Ｓについて、頂点部分ＳＰから３μｍの範囲内で、その外周面Ｓの輪郭形状を微細に規定し、さらに実際に、高速域でのオイル消費量の低減を実証している。この点で、いずれの文献と比較しても、進歩性を有していると言える。
　また、本実施の形態では、図６に示すような第１形状の外周面Ｓの角度θ１、および図９に示すような第２形状の外周面Ｓの角度θ１について、さらに［式６］の３度≦θ１≦６度の条件を満たすことが好ましい。この場合は、表１や図１４から明らかなように、平均ピストンスピードが２０．２ｍ／ｓの場合には、いずれもオイル消費量比を８０よりも小さくすることが可能となり、また平均ピストンスピードが１８．９ｍ／ｓの場合には、いずれもオイル消費量比を６０よりも小さくすることができる。すなわち、エンジンの高速域におけるオイル消費量を一層低減可能となる。
　さらに、本実施の形態では、第２輪郭区分Ｓ２には、図９に示すような平坦部ＳＦが設けられている。そして、平坦部ＳＦの軸方向（Ｙ方向）長さＬ４について、［式８］のＬ４≦０．０５ｍｍを満たし、［式７］のＬ３／Ｌ≦０．７６の条件を満たす。かかる図９に示すような形状の外周面Ｓを有する場合でも、表１および図１４から明らかなように、エンジンの高速域におけるオイル消費量を低減可能となる。
　また、本実施の形態では、セグメント１１，１２の外周面Ｓには、イオンプレーティング手法による硬質被膜１１ａ，１２ａが成膜されていて、その硬質被膜１１ａ，１２ａは、次のうちのいずれかである。
（６－１）クロム、チタンから選択される一つの元素との窒化物からなるイオンプレーティング手法による窒化物被膜。
（６－２）クロム、チタンから選択される１種または２種の窒化物からなりアルミニウムを含むイオンプレーティング手法による窒化物被膜。
（６－３）酸素、炭素、ホウ素から少なくとも一つ選択される元素を固溶したクロム、チタンから選択された元素のイオンプレーティング手法による窒化物被膜。
（６－４）窒素を固溶した金属クロムとＣｒ2Ｎが混在したイオンプレーティング手法による窒化物被膜。
（６－５）炭素のみのイオンプレーティング手法によるＤＬＣ（非晶質炭素）被膜。
（６－６）炭素の他にケイ素、酸素、水素、タングステン、チタンのうち１種または２種以上の元素を含むイオンプレーティング手法によるＤＬＣ（非晶質炭素）被膜。
（６－７）上述の（６－１）から（６－４）の窒化物被膜、のいずれかの硬質被膜の外周に（６－５）または（６－６）のＤＬＣ被膜のいずれかを被覆させて構成される被膜。
　また、上述の硬質被膜１１ａ，１２ａのうち、（６－１）から（６－７）までのそれぞれの表面硬さはＨＶ１０００以上であり、（６－１）から（６－６）までのそれぞれの被膜の厚さは３μｍであり、（６－７）の複層の厚さは３μｍ以上である。
　かかる硬質被膜１１ａ，１２ａを備える場合、耐摩耗性を向上させることが可能となる。
＜１０．変形例＞
　以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。
　上述の実施の形態では、外周面Ｓの形状について、第１輪郭区分Ｓ１～第３輪郭区分Ｓ３の輪郭について、曲線形状を有するものとしている。しかしながら、かかる曲線形状には、その一部分に直線部分が存在していてもよい。
　１…シリンダ、２…ピストン、３…外周面、４…オイルリング溝、１０…組合せオイルリング、１１，１２…セグメント、１１ａ，１２ａ…硬質被膜、１３…エキスパンダ・スペーサ、１４…上突出部、１４ａ…上片部、１４ｂ，１５ｂ…耳部、１４ｂ１，１５ｂ１…傾斜面、１４ｃ，１５ｃ…外周支持部、１４ｄ，１５ｄ…連通孔、１５…下突出部、１５ａ…下片部、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２…位置、Ｓ…外周面、Ｓ１…第１輪郭区分、Ｓ２…第２輪郭区分、Ｓ３…第３輪郭区分、ＳＦ…平坦部、ＳＰ…頂点部分
 

Claims (5)

  1. 　内燃機関用ピストンのオイルリング溝に装着され、外周面がシリンダの内壁を摺動する一対のセグメントと、その一対のセグメントの間に配置されると共に一対のセグメントの外周面を前記シリンダの内壁に押圧するエキスパンダ・スペーサとを備える組合せオイルリングであって、
    　前記セグメントの任意の縦断面における外周面の形状は、セグメント幅を形成する両端面からそれぞれにシリンダ内壁に向かう径方向に、セグメント幅のエンジン燃焼室側とエンジン燃焼室から離れる側とで一対をなしつつ対称となる曲線形状を有し、前記外周面の形状のシリンダ挿入時内壁に接する外周頂点側は当該外周頂点部分を挟んでセグメント幅方向に非対称形状を有し前記曲線形状に連続した形状であり、
    　前記非対称形状は、前記セグメント幅の中心を通る線を第１中間線とし、
    　前記セグメント縦断面における外周面の輪郭曲線がトレースされた外周先端部において、前記外周頂点から前記セグメント径方向の内周側に向かい距離３μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置のうち前記エンジン燃焼室側の位置を位置ａ１、前記エンジン燃焼室から離れる側の位置を位置ｂ１とし、
    　それら位置ａ１と位置ｂ１との間の線分の長さをＬとし、その長さＬの線分の中間線を第２中間線としたとき、前記第２中間線は、前記第１中間線よりも前記エンジン燃焼室から離れる側に位置しかつ前記セグメントの外周頂点は、前記第２中間線上か、または前記第２中間線よりも前記エンジン燃焼室から離れる側に位置し、
    　一対の前記セグメントはそれぞれの前記外周頂点がエンジン燃焼室から離れる側に位置するようオイルリング溝に装着されることを特徴とする組合せオイルリング。
  2. 　請求項１記載の組合せオイルリングであって、
    　前記セグメント縦断面における外周面の輪郭曲線は、前記セグメント径方向の内周側位置に軸方向両端側を一対とする対称形状が存在するよう、前記セグメントの外周頂点から前記セグメント径方向の内周側に向かって少なくとも０．０２５ｍｍまでトレースされていて、
    　前記セグメント外周先端部における非対称形状の輪郭曲線を、セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点と外周頂点から距離１．５μｍで挟まれる曲線部分とセグメント径方向の内周側に向かい外周頂点から距離１．５μｍと距離３.０μｍで挟まれる輪郭部分に区分したとき、シリンダのエンジン燃焼室側から第１輪郭区分、第２輪郭区分、および第３輪郭区分とし、
    　前記第１輪郭区分は前記第２輪郭区分の前記エンジン燃焼室側の第１端部を始点として直線形状または２次曲線形状の一部に設けられ、
    　前記第２輪郭区分はその中途に外周頂点が存在し、弧状に設けられ、
    　前記第３輪郭区分は、前記第２輪郭区分の前記エンジン燃焼室から離れる側の第２端部を始点とし２次曲線形状の一部となるように設けられ、
    　前記セグメントの外周面のうち前記非対称部分の表面粗さは０．６μｍＲｐ以下であり、
    　前記輪郭曲線における外周先端部のうち、前記位置ａ１と位置ｂ１との間の線分に直交する前記径方向の線であって外周頂点を通る線で分割された線分Ｌの位置ａ１側の長さをＬ１、位置ｂ１側の長さをＬ２とし、
    　さらに前記セグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍにおける輪郭曲線上の２つの位置において前記エンジン燃焼室側の位置を位置ａ２、前記エンジン燃焼室から離れる側の位置を位置ｂ２とし、位置ａ２と位置ｂ２との間の線分の長さをＬ３としたとき、０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１５ｍｍ、Ｌ１／Ｌ≧０．５、Ｌ３／Ｌ≦０．７４の条件を満たし、
    　前記位置ａ１と前記位置ａ２を通る第１直線と前記シリンダの軸方向とがなす角度を角度θ１としたとき、２度≦θ１≦７度の条件を満たし、
    　前記位置ｂ１と前記位置ｂ２を通る第２直線と前記シリンダの軸方向とがなす角度を角度θ２としたとき、９度≦θ２の条件を満たしている、
    　ことを特徴とする組合せオイルリング。
  3. 　　請求項２記載の組合せオイルリングであって、
    　前記角度θ１について、３度≦θ１≦６度の条件を満たす、
    　ことを特徴とする組合せオイルリング。
  4. 　請求項１記載の組合せオイルリングであって、
    　前記セグメント縦断面における外周面の輪郭曲線は、前記セグメント径方向の内周側位置に軸方向両端側を一対とする対称形状が存在するよう、前記セグメントの外周頂点から前記セグメント径方向の内周側に向かって少なくとも０．０２５ｍｍまでトレースされていて、
    　前記セグメント外周先端部における非対称形状の輪郭曲線を、セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点と外周頂点から距離１．５μｍで挟まれる曲線部分とセグメント径方向の内周側に向かい外周頂点から距離１．５μｍと距離３.０μｍで挟まれる輪郭部分に区分したとき、シリンダのエンジン燃焼室側から第１輪郭区分、第２輪郭区分、および第３輪郭区分とし、
    　前記第１輪郭区分は前記第２輪郭区分の前記エンジン燃焼室側の第１端部を始点として直線形状または２次曲線形状の一部に設けられ、
    　前記第２輪郭区分はその中途に平坦部を有し、前記平坦部の軸方向の前記エンジン燃焼室側の端部から直線形状または２次曲線形状の一部からなり前記第１輪郭区分に連続した形状であり、前記平坦部の軸方向の前記エンジン燃焼室から離れる側の端部から２次曲線形状の一部からなり前記第３輪郭区分に連続した形状で設けられ
    　前記第３輪郭区分は、前記第２端部に連続する２次曲線形状の一部となるように設けられ、
    　前記セグメントの外周面のうち前記非対称部分の表面粗さは０．６μｍＲｐ以下であり、
    　前記セグメント外周面の輪郭曲線における外周先端部のうち、前記位置ａ１と位置ｂ１との間の線分に直交する前記径方向の線であって外周頂点を通る線で分割された線分Ｌの位置ａ１側の長さをＬ１、位置ｂ１側の長さをＬ２とし、
    　さらに前記セグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍにおける輪郭曲線上の２つの位置において前記エンジン燃焼室側の位置を位置ａ２、前記エンジン燃焼室から離れる側の位置を位置ｂ２とし、位置ａ２と位置ｂ２との間の線分の長さをＬ３としたときおよび第２輪郭区分の平坦部の軸方向長さをＬ４としたとき、０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１５ｍｍ、Ｌ１／Ｌ≧０．５、Ｌ３／Ｌ≦０．７６、０＜Ｌ４≦０．０５ｍｍの条件を満たし、
    　前記位置ａ１と前記位置ａ２を通る第１直線と前記シリンダの軸方向とがなす角度を角度θ１としたとき、３度≦θ１≦６度の条件を満たし、
    　前記位置ｂ１と前記位置ｂ２を通る第２直線と前記シリンダの軸方向とがなす角度を角度θ２としたとき、９度≦θ２の条件を満たしている、
    　ことを特徴とする組合せオイルリング。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の組合せオイルリングであって、
    　前記セグメントの外周面は、
    　（１）クロム 、チタンから選択される１種または２種の窒化物からなるイオンプレーティング手法による被膜、
    　（２）クロム 、チタンから選択される１種または２種の窒化物からなりアルミニウムを含むイオンプレーティング手法による被膜、
    　（３）酸素、炭素、ホウ素から少なくとも一つ選択される元素を固溶した（１）のイオンプレーティング手法による被膜、
    　（４）窒素を固溶した金属クロムとＣｒ2Ｎが混在したイオンプレーティング手法による被膜、
    　（５）炭素のみのイオンプレーティング手法によるＤＬＣ（非晶質炭素）被膜、
    　（６）炭素の他にケイ素、酸素、水素、タングステン、チタンのうち１種または２種以上の元素を含むイオンプレーティング手法によるＤＬＣ（非晶質炭素）被膜、
    　（７）前記（１）、前記（２）、前記（３）及び前記（４）の被膜のいずれかの硬質被膜上に前記（５）のＤＬＣ被膜、または前記（６）のＤＬＣ被膜のいずれかを被覆させて構成される被膜、
    　のうちのいずれかの被膜を有していて、
    　前記（１）の被膜から前記（７）までのそれぞれの被膜の表面硬さはＨＶ１０００以上であり、
    　前記（１）の被膜から前記（６）までのそれぞれの被膜の厚さは３μｍ以上であり、前記（７）の複層の厚さは３μｍ以上である、
    　ことを特徴とする組合せオイルリング。
     
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