WO2023127607A1 - ピストンリング及びピストンリングセット - Google Patents

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WO2023127607A1
WO2023127607A1 PCT/JP2022/046957 JP2022046957W WO2023127607A1 WO 2023127607 A1 WO2023127607 A1 WO 2023127607A1 JP 2022046957 W JP2022046957 W JP 2022046957W WO 2023127607 A1 WO2023127607 A1 WO 2023127607A1
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WO
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piston ring
peripheral surface
curved
ear
width
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PCT/JP2022/046957
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English (en)
French (fr)
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武志 山田
Original Assignee
株式会社リケン
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    • F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
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    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown

Definitions

  • the present disclosure relates to piston rings and piston ring sets used in internal combustion engines and the like.
  • a piston ring used in internal combustion engines such as automobiles is provided in, for example, a ring groove on the outer peripheral surface of the piston and slides on the inner wall of the cylinder.
  • the piston ring has a gas sealing function between the combustion chamber side and the crank chamber side and a function of reducing oil consumption.
  • a piston ring for example, a piston ring disclosed in Patent Document 1 is known.
  • the outer peripheral surface roughness of the piston ring is polished to a predetermined value or less to reduce oil consumption during initial operation.
  • An object of the present disclosure is to provide a piston ring and a piston ring set that can further reduce friction at the initial stage of use of the piston ring.
  • the present inventors have made extensive studies. As a result, the inventor found that the minute wedge-shaped space formed between the piston ring and the cylinder is important for reducing the friction at the beginning of use of the piston ring. The present inventor discovered a shape of the outer peripheral surface of the piston ring that can further reduce friction.
  • a piston ring is a piston ring including an annular body portion having an inner peripheral surface, an outer peripheral surface, and one side surface and the other side surface that are substantially orthogonal to the inner peripheral surface, A first curved surface that is convexly curved radially outward of the main body on one side surface, and a second curved surface that is convexly curved radially outward of the main body on the other side surface of the outer peripheral surface. and an intermediate surface extending along a direction connecting the one side surface and the other side surface so as to connect the first curved surface and the second curved surface, the intermediate surface having a flat portion at least in part.
  • the width of the intermediate surface along the direction connecting the one side surface and the other side surface is 0.05 mm or more and 0.30 mm or less.
  • an intermediate surface having a flat portion at least partially is formed so as to connect the first curved surface and the second curved surface.
  • the width of the intermediate surface along the direction connecting the one side surface and the other side surface is 0.05 mm or more and 0.30 mm or less.
  • minute wedge-shaped spaces are formed between the first curved surface near the intermediate surface of the piston ring and the cylinder, and between the second curved surface near the intermediate surface of the piston ring and the cylinder. It is formed.
  • the flat portion may have a width dimension of 50% or more of the width of the intermediate surface along the direction.
  • a first wedge angle which is an angle formed by a first imaginary line in contact with the first curved surface and the intermediate surface at a first boundary between the first curved surface and the intermediate surface, and the second curved surface and the intermediate surface
  • At least one of the second wedge angle which is the angle formed by the second imaginary line in contact with the second curved surface at the second boundary between and the intermediate surface, may be 1.5° or less.
  • the outermost portion of the intermediate surface positioned radially outward may be arranged on the one side side of the central portion in the direction of the intermediate surface.
  • the outermost portion of the intermediate surface positioned radially outward may be arranged on the other side surface side of the central portion in the direction of the intermediate surface.
  • an inner cut surface extending obliquely with respect to the direction may be provided so as to connect the one side surface and the inner peripheral surface.
  • the torsion angle of the piston ring in a predetermined cylinder mounted state may range from 5' to 90'.
  • a piston ring set includes an oil control ring including the above piston ring, a pair of side rails, and a spacer expander disposed between the pair of side rails.
  • the side rail has an outer peripheral surface, an inner peripheral surface, a first side surface, and a second side surface, and the inner peripheral surface has a vertically symmetrical shape in an axial cross section.
  • the inner peripheral surface of the side rail has an inner tip that satisfies condition A1 below.
  • Condition A1 0.7 ⁇ R1/Lh0 ⁇ 1.1
  • R1 indicates the curvature radius (unit: mm) of the curve forming the inner tip portion
  • Lh0 indicates the height of the side rail (unit: mm).
  • the contour shape (shape of the inner peripheral surface, the outer peripheral surface, etc.) of the side rail can be measured using a contour shape measuring machine (for example, manufactured by ACCRETECH (Tokyo Seimitsu Co., Ltd.)).
  • the inner peripheral surface has a vertically symmetrical shape in the cross section in the axial direction, and the inner tip portion of the inner peripheral surface of the side rail satisfies condition A1.
  • condition A1 at the inner tip of the inner peripheral surface of the side rail, oil consumption can be sufficiently suppressed even when the internal combustion engine is operating at a high rotational speed. can. It is presumed that this is because the behavior of the side rail is stabilized during high-speed operation, and the side surface of the side rail easily contacts the inner surface of the piston groove, thereby improving the sealing performance.
  • the behavior of the side rail is affected by the frictional force with the cylinder and the inertial force associated with the reciprocating motion. Since increasing the speed of reciprocating motion increases the inertial force applied to the oil control ring, it is presumed that the effect of inertial force is more dominant than the effect of frictional force. Since the inner tip satisfies the condition A1, the center of gravity is shifted to the inner peripheral surface side and the contact position with the ear of the spacer expander is shifted as compared with the conventional side rail. It is presumed that these matters contribute to the stabilization of the behavior of the side rails. Therefore, the oil control ring sufficiently reduces the increase in oil consumption even when the internal combustion engine is operating at a high rotational speed, while further reducing friction at the beginning of use of the piston ring. can be suppressed.
  • the spacer expander includes a plurality of ear portions with which the inner peripheral surface of the side rail abuts, and a plurality of rail facing portions provided adjacent to the ear portions and facing the side surface of the side rail. and all or at least some of the plurality of ears may satisfy the following condition B1.
  • Condition B1 W/H ⁇ 1.5
  • W indicates the width (unit: mm) of the ear portion at a position that is 0.05 mm away from the highest position of the ear portion in the direction of the rail facing portion, and H is adjacent to the ear portion at the rail facing portion.
  • the height difference (unit: mm) between the highest position of the region and the highest position of the ear is shown.
  • a spacer expander having ears with a W/H value of 1.5 or more can suppress the wear amount of the ears compared to a spacer expander with a W/H value of less than 1.5. Since the dimensional ratio is such that the height of the ear portion is limited to the width of the ear portion, the strength and workability of the ear portion are improved.
  • the upper limit of the value of W/H is, for example, 5.0 from the viewpoint of the tension generated by the spacer expander.
  • the piston ring set according to still another aspect of the present disclosure it is possible to suppress an increase in oil consumption by the oil control ring while further reducing friction at the initial stage of use of the piston ring by the piston ring. can.
  • FIG. 1 is a perspective view of a piston ring according to an embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view along the line II-II of FIG. 1
  • 3 is an enlarged view of a main part of the cross section of FIG. 2
  • FIG. 4 is a table illustrating the relationship between the width of the intermediate surface and the wedge angle
  • 5 is a graph illustrating the relationship between the midface width and wedge angle of FIG. 4
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a piston ring according to a modification of FIG. 2
  • 4 is a table showing friction measurement results of piston rings according to examples and comparative examples.
  • 8(a) is a graph illustrating the friction measurement results of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state in which an example of a three-piece oil control ring is mounted in a piston groove;
  • 11(a) is a perspective view of the side rail of FIG. 10;
  • FIG. (b) is a cross-sectional view taken along line bb in (a).
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an enlarged inner peripheral side of the side rail of FIG. 11;
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an enlarged outer peripheral side of the side rail of FIG. 11;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the inner peripheral surface of the side rail in an enlarged manner;
  • FIG. 4 is a plan view showing a first example of a spacer expander; 16 is an enlarged perspective view of a region surrounded by a dashed line shown in FIG. 15;
  • FIG. 4 is a perspective view partially showing a second example of a spacer expander;
  • FIG. 11 is a perspective view partially showing a third example of a spacer expander;
  • 19(a) and 19(b) are cross-sectional views of the spacer expander and side rails attached thereto shown in FIG. 18, showing different aspects of the spacer expander.
  • FIG. 11 is a perspective view partially showing a fourth example of a spacer expander;
  • FIG. 11 is a perspective view partially showing a fifth example of a spacer expander;
  • FIG. 11 is a perspective view partially showing a sixth example of a spacer expander;
  • (a) is a diagram showing an example of an ear portion having a convex portion on a surface with which an inner peripheral surface of a side rail abuts.
  • (b) is a cross-sectional view along line AA in (a) showing a mode in which the convex portion is high.
  • (c) is a cross-sectional view taken along line AA in (a), and
  • (c) is a cross-sectional view showing a mode in which the convex portion is low.
  • FIG. 17A is a diagram showing the height H of the ear portion shown in FIG. 16
  • FIG. 18B is a diagram showing the height H of the ear portion shown in FIG. 17
  • FIG. 19(c) is a diagram showing the height H of the ear portion shown in FIG. 18.
  • FIG. 21(d) is a diagram showing the height H of the ear portion shown in FIG. 20.
  • FIG. 22(e) is a diagram showing the height H of the ear portion shown in FIG. 21.
  • FIG. 23(f) is a diagram showing the height H of the ear portion shown in FIG. 22.
  • FIG. 1 is a perspective view of a piston ring according to an embodiment.
  • a piston ring 1 shown in FIG. 1 is used, for example, as a second ring provided in a ring groove on the outer peripheral surface of a piston in an internal combustion engine of an automobile. By sliding against the inner wall of the cylinder, the piston ring 1 performs a gas sealing function between the combustion chamber side and the crank chamber side and a function of reducing oil consumption.
  • the piston ring 1 has an annular body portion 2 and an abutment portion 3 formed in a part of the body portion 2 .
  • the body portion 2 has a pair of side surfaces (one side surface) 2a and side surface (other side surface) 2b, and an inner peripheral surface 2c and an outer peripheral surface 2d.
  • the side surfaces 2a and 2b are substantially perpendicular to the inner peripheral surface 2c.
  • the width direction of the piston ring 1 is defined as the direction connecting the side surfaces 2a and 2b
  • the thickness direction of the piston ring 1 is defined as the direction connecting the inner peripheral surface 2c and the outer peripheral surface 2d.
  • the width direction of the piston ring 1 corresponds to the axial direction of the piston ring 1 .
  • the main body 2 has a substantially rectangular cross section with long sides in the thickness direction and short sides in the width direction.
  • the main body 2 is made of, for example, cast iron or steel containing a plurality of metal elements, and is formed with sufficient strength, heat resistance, and elasticity.
  • a hard film may be formed on the surface of the body portion 2 by surface modification.
  • the hard film is, for example, a physical vapor deposition film (PVD film) formed using a physical vapor deposition method (PVD method). Thereby, the hard film can be formed with sufficient hardness.
  • the hard film is an ion plating film containing at least one of titanium (Ti) and chromium (Cr) and at least one of carbon (C), nitrogen (N) and oxygen, or a diamond-like carbon film.
  • the hard film is a titanium nitride film, a chromium nitride film, a titanium carbonitride film, a chromium carbonitride film, a chromium oxynitride film, a chromium film, or a titanium film.
  • a chromium nitride film may be used when wear resistance and scuff resistance are emphasized.
  • the hard film may be a laminate and may include, for example, a chromium nitride film and a diamond-like carbon film.
  • the abutment portion 3 is a part obtained by dividing the main body portion 2, and is formed by a pair of abutment end portions 4 and 5 facing each other.
  • the pair of abutment ends 4 and 5 are portions that are free ends of the body portion 2, respectively.
  • a gap (abutment gap) of the abutment portion 3 narrows, for example, when the piston ring 1 is heated and thermally expanded.
  • the abutment portion 3 functions as a relief portion for thermal expansion of the main body portion 2 caused by the temperature difference between the piston ring 1 and the cylinder.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along line II-II of FIG.
  • the line shape in the following description means the line shape in the cross-sectional view of FIG. 2 unless otherwise specified.
  • the outer peripheral surface 2d includes, for example, a first curved surface 21, a second curved surface 22, an intermediate surface 23, a first connection surface 24, and a second connection surface. 25 and are provided.
  • the first curved surface 21 is a curved surface convexly curved radially outward of the body portion 2 on the side surface 2a side of the outer peripheral surface 2d.
  • the first curved surface 21 extends from the end of the intermediate surface 23 on the side 2a side, which will be described later, toward the side 2a to the end of the first connection surface 24 on the side 2b, which will be described later.
  • the first curved surface 21 may extend to the radially outer end of the side surface 2a, for example when the first connecting surface 24 is omitted.
  • the first curved surface 21 is curved, for example, in an arc shape.
  • the shape of the first curved surface 21 is not limited to this example.
  • the shape of the first curved surface 21 may be curved in a shape other than an arc.
  • the shape of the first curved surface 21 may partially include straight lines.
  • the second curved surface 22 is a curved surface convexly curved radially outward of the body portion 2 on the side surface 2b side of the outer peripheral surface 2d.
  • the second curved surface 22 here extends from the end of the intermediate surface 23 on the side surface 2b side toward the side surface 2b to the end of the second connection surface 25 on the side surface 2a side described below.
  • the second curved surface 22 may extend to the radially outer end of the side surface 2b, for example when the second connecting surface 25 is omitted.
  • the second curved surface 22 is curved, for example, in an arc shape.
  • the shape of the second curved surface 22 is not limited to this example.
  • the shape of the first curved surface 21 may be curved in a shape other than an arc.
  • the shape of the first curved surface 21 may partially include straight lines.
  • the first curved surface 21 and the second curved surface 22 are each curved in an arc shape.
  • the first curved surface 21 and the second curved surface 22 may be circular arcs that partially overlap a common virtual circle.
  • the virtual circle may, for example, have its center located midway between side 2a and side 2b.
  • the virtual outermost OM1 which is the outermost part of the virtual circle in the radial direction of the piston ring 1, is located in the center of the width direction (direction) A connecting the side surface 2a and the side surface 2b of the piston ring 1.
  • the first curved surface 21 and the second curved surface 22 are part of a symmetrical barrel shape that is symmetrical in the width direction A with respect to the outermost point of the virtual circle.
  • the barrel shape means a curved surface that is convexly curved radially outward of the piston ring 1 and includes the radially outermost portion of the piston ring 1 .
  • Barrel shapes include symmetric barrel shapes and eccentric barrel shapes.
  • the symmetrical barrel shape is a barrel shape, and means a curved surface in which the radially outermost portion of the piston ring 1 is positioned at the center in the width direction A of the outer peripheral surface 2d.
  • the eccentric barrel shape is a barrel shape, and means a curved surface in which the radially outermost portion of the piston ring 1 is positioned lower (closer to the crank chamber) than the center in the width direction A of the outer peripheral surface 2d.
  • the size of the common virtual circle is defined by the imaginary drop dimension in the radial direction of the piston ring 1 between a point a certain distance away from the imaginary outermost OM1 in the width direction A and the position of the imaginary outermost OM1. can do.
  • the points separated from the imaginary outermost portion OM1 by a certain distance in the width direction A may be, for example, one point each separated vertically by 0.25 mm.
  • a virtual drop size means a virtual amount of sagging.
  • the virtual droop amount may be, for example, 0.001 mm or more and 0.008 mm or less.
  • the virtual droop amount may be set according to the width of the intermediate surface 23, which will be described later.
  • an intermediate surface 23 is provided between the first curved surface 21 and the second curved surface 22 of the outer peripheral surface 2d.
  • the intermediate surface 23 is a contact surface with the inner wall of the cylinder including the portion of the outer peripheral surface 2d that protrudes most radially outward.
  • the intermediate surface 23 slides in contact with the inner wall of the cylinder when the piston ring 1 is mounted in the ring groove of the piston.
  • the intermediate surface 23 extends along the width direction A so as to connect the first curved surface 21 and the second curved surface 22 .
  • the intermediate surface 23 has an upper end connected to the first curved surface 21 and a lower end connected to the second curved surface 22 .
  • the intermediate surface 23 here is substantially orthogonal to the side surfaces 2a and 2b and substantially parallel to the inner peripheral surface 2c.
  • the intermediate surface 23 extends along the entire circumferential direction of the body portion 2 .
  • the width of the intermediate surface 23 along the width direction A is 0.05 mm or more and 0.30 mm or less.
  • An intermediate surface width MW along the width direction A may be 0.05 mm or more and 0.25 mm or less.
  • An intermediate surface width MW along the width direction A may be 0.05 mm or more and 0.20 mm or less.
  • the intermediate surface 23 has a flat portion 23a at least partially.
  • the flat portion 23a is a portion of the intermediate surface 23 that is linear in a cross-sectional view perpendicular to the circumferential direction of the body portion 2 .
  • the flat portion 23a here is orthogonal to the side surfaces 2a and 2b and parallel to the inner peripheral surface 2c.
  • the flat portion 23 a forms a straight line parallel to the axial direction of the piston ring 1 in a cross-sectional view orthogonal to the circumferential direction of the body portion 2 .
  • the axial direction of the piston ring 1 corresponds to the width direction A.
  • the flat portion 23a is provided along the entire circumferential direction of the piston ring 1 .
  • the flat portion 23a has a virtual cylindrical shape as a whole with the abutment portions 3 close to each other.
  • the intermediate outermost (outermost) OM2 which is the radially outermost portion of the intermediate surface 23, is the entire flat portion 23a.
  • the intermediate outermost OM2 is positioned radially inward of a virtual shape formed by virtually extending the first curved surface 21 and the second curved surface 22 radially outward.
  • the intermediate outermost OM2 here is located radially inside the virtual outermost OM1 of the virtual circle described above. Therefore, 2 d of outer peripheral surfaces differ from a general symmetrical barrel shape. On the outer peripheral surface 2d, at the initial stage of use of the new piston ring 1, the degree of point contact (line contact in the circumferential direction) at the top of the curved surface in a cross-sectional view is reduced.
  • the outer peripheral surface 2d rather facilitates the formation of a minute wedge shape between the piston ring 1 and the inner wall of the cylinder.
  • the flat portion 23a has a flat portion width dimension of 50% or more of the intermediate surface width MW along the width direction A.
  • the flat portion width dimension may be 70% or more of the intermediate surface width MW.
  • the flat portion width dimension may be 80% or more of the intermediate surface width MW.
  • the flat portion 23a here extends linearly parallel to the width direction A over the entire intermediate surface width MW, for example. That is, the flat portion width dimension here is 100%.
  • the flat portion width dimension is equal to the intermediate surface width MW along the width direction A and is 0.05 mm or more and 0.30 mm or less.
  • the flat portion width dimension may be 0.05 mm or more and 0.25 mm or less.
  • the flat portion width dimension may be 0.05 mm or more and 0.20 mm or less.
  • the virtual head dimension, intermediate surface width MW, and flat portion width dimension described above can be obtained by measuring the shape of the outer peripheral surface 2d of the piston ring 1 using a commercially available contour shape measuring machine.
  • Surfcom 1900DX3 manufactured by ACCRETECH (Tokyo Seimitsu Co., Ltd.), for example, can be used as the contour shape measuring machine.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the main part of the cross section of FIG.
  • the wedge angle at both ends of the intermediate surface 23 in the width direction A can be used as an index of the dimension of the intermediate surface width MW.
  • the wedge angle is an angle formed by a tangent line to the outer peripheral surface 2 d and the intermediate surface 23 at both ends of the intermediate surface 23 in the width direction A.
  • the wedge angle is the angle formed by the first imaginary line 21b contacting the first curved surface 21 and the intermediate surface 23 at the first boundary 21a between the first curved surface 21 and the intermediate surface 23.
  • the wedge angle corresponds to the oil introduction angle between the piston ring 1 and the inner wall of the cylinder.
  • the wedge angle may be calculated by geometric calculation from the design dimensions.
  • the wedge angle may be calculated using the measurement results of the contour measuring machine.
  • the dimensions may be calculated by geometric calculation from the dimensions obtained by enlarging the measurement results, or the dimensions on the contour image provided in the contour measuring machine may be calculated using calculation software.
  • calculation software it can be calculated from the radius of curvature of the virtual circle and the angle of tangent to the intermediate surface 23 .
  • a method for calculating the wedge angle is not particularly limited.
  • the intermediate surface 23 is arranged in the central portion of the outer peripheral surface 2d in the width direction A, the central portion of the intermediate surface 23 in the width direction A is positioned in the central portion of the outer peripheral surface 2d.
  • the intermediate surface 23 is symmetrical in the width direction A with the central portion of the outer peripheral surface 2d in the width direction A as a boundary. Therefore, the first wedge angle ⁇ 1 and the second wedge angle ⁇ 2 are equal to each other. "Equal to each other” may exclude dimensional differences due to part tolerances and measurement errors. “Equal to each other” may mean geometrically equal to each other.
  • FIG. 4 is a table illustrating the relationship between the intermediate face width and the wedge angle.
  • FIG. 5 is a graph illustrating the relationship between the midface width of FIG. 4 and the wedge angle.
  • FIG. 4 shows a table of wedge angles calculated for piston rings 1 having 12 types of intermediate face widths MW.
  • the horizontal axis indicates the intermediate surface width MW
  • the vertical axis indicates the wedge angle.
  • the wedge angle tends to increase as the intermediate surface width MW increases. Therefore, it can be seen that the wedge angle can be used as an index for the dimension of the intermediate surface width MW.
  • the intermediate surface width MW along the width direction A of the piston ring 1 is 0.05 mm or more and 0.30 mm or less. Therefore, according to FIGS. 4 and 5, the wedge angles (first wedge angle ⁇ 1 and second wedge angle ⁇ 2) may be, for example, 0.6 or more and 1.5° or less.
  • the wedge angle may be greater than or equal to 0.6 and less than or equal to 1.4°.
  • the wedge angle may be greater than or equal to 0.6 and less than or equal to 1.3°.
  • the first connection surface 24 is a portion where the corner formed by the side surface 2a and the outer peripheral surface 2d is chamfered.
  • the first connecting surface 24 is an inclined surface that connects the side surface 2 a and the first curved surface 21 .
  • the first connecting surface 24 extends along the entire circumferential direction of the main body 2 together with the first curved surface 21 .
  • the first connection surface 24 is inclined so as to protrude in the radial direction of the body portion 2 from the side surface 2a toward the side surface 2b.
  • the first connection surface 24 may smoothly connect the side surface 2a and the first curved surface 21 via a curved surface having an arcuate cross section formed by R processing or the like.
  • the first connecting surface 24 may not have a curved surface.
  • the first connection surface 24 may be omitted.
  • the side surface 2a and the first curved surface 21 may be directly connected.
  • the second connection surface 25 is a portion where the corner formed by the side surface 2b and the outer peripheral surface 2d is chamfered.
  • the second connection surface 25 is an inclined surface that connects the side surface 2 b and the second curved surface 22 .
  • the second connection surface 25 extends along the entire circumferential direction of the body portion 2 together with the second curved surface 22 .
  • the second connection surface 25 is inclined so as to protrude in the radial direction of the body portion 2 from the side surface 2b toward the side surface 2a.
  • the second connecting surface 25 may smoothly connect the side surface 2b and the second curved surface 22 via a curved surface having an arcuate cross section formed by R processing or the like.
  • the second connection surface 25 may not have a curved surface.
  • the second connection surface 25 may be omitted.
  • the side surface 2b and the second curved surface 22 may be directly connected.
  • an intermediate surface 23 having a flat portion 23a at least partially is formed so as to connect the first curved surface 21 and the second curved surface 22 .
  • An intermediate surface width MW along the width direction A connecting the side surfaces 2a and 2b is 0.05 mm or more and 0.30 mm or less.
  • the intermediate surface 23 having a thickness of 0.05 mm or more and 0.30 mm or less, it is possible to reduce friction loss caused by running-in sliding at the beginning of use of the piston ring 1 . Therefore, a minute wedge-shaped space is easily formed. As a result, it is possible to further reduce friction in the initial stage of use of the piston ring 1 .
  • the common virtual circle that defines the arc shapes of the first curved surface 21 and the second curved surface 22 is a part of the symmetrical barrel shape, but it is not limited to this example.
  • the shapes of the first curved surface 21 and the second curved surface 22 may be part of a common virtual eccentric barrel shape.
  • the shape of the first curved surface 21 and the second curved surface 22 may not be part of the barrel shape.
  • the shapes of the first curved surface 21 and the second curved surface 22 may be part of a virtual ellipse.
  • the shapes of the first curved surface 21 and the second curved surface 22 should be curved outward in the radial direction of the body portion 2 in a convex shape.
  • the intermediate surface 23 is configured as a flat portion 23a extending linearly parallel to the width direction A over the entire intermediate surface width MW, it is not limited to this.
  • the flat portion 23a may have a flat portion width dimension along the width direction A that is less than 50% of the intermediate surface width MW.
  • the intermediate surface 23 may be linear (tapered) inclined with respect to the width direction A.
  • the wedge angle is calculated as an angle substantially formed by the width direction A in which the intermediate surface 23 extends and the tangent line to the outer peripheral surface 2d. It may be calculated as an angle between
  • a portion of the intermediate surface 23 other than the flat portion 23a may be a convex portion projecting radially outward.
  • a portion of the intermediate surface 23 other than the flat portion 23a may be a groove or recess that is recessed radially inward.
  • the protrusions, grooves, or recesses in this case may be curved in a cross-sectional view.
  • the protrusions, grooves, or recesses may be formed by a plurality of straight lines in a cross-sectional view.
  • first wedge angle ⁇ 1 and the second wedge angle ⁇ 2 were 1.5° or less, the invention is not limited to this example.
  • the first wedge angle ⁇ 1 and the second wedge angle ⁇ 2 may be different from each other. Either one of the first wedge angle ⁇ 1 and the second wedge angle ⁇ 2 may be 1.5° or less.
  • the side surfaces 2a and 2b are substantially perpendicular to the inner peripheral surface 3c.
  • a mode (so-called inner bevel shape) having an inner cut surface 2e that extends obliquely with respect to the direction A may be employed.
  • the inner cut surface 2e is a portion of the piston ring 1 where the corner formed by the side surface 2a and the inner peripheral surface 3c is notched.
  • the inner cut surface 2 e extends over the entire circumferential direction of the body portion 2 .
  • the notch portion may be in the shape of an inner step.
  • the torsion angle of the piston ring in a predetermined cylinder mounting state may range from 5' to 90'.
  • the predetermined cylinder mounted state corresponds to a state in which the piston is mounted to the cylinder with the piston ring 1A provided in the ring groove of the outer peripheral surface of the piston. With such an inner cut surface 2e, the second boundary 22a comes into strong contact with the inner wall of the cylinder, so the effect of reducing oil consumption due to initial running-in sliding is likely to increase.
  • the piston ring according to the above embodiment and modification can be used, for example, as a top ring or a third ring in a diesel engine in addition to the second ring.
  • the end face 4a of the abutment end portion 4 and the end face 5a of the abutment end portion 5 exemplify a right angle abutment formed perpendicular to the circumferential direction of the body portion 2.
  • the shape of the end portion is not limited to this.
  • the end faces 4a and 5a may be inclined abutments formed to be inclined with respect to the circumferential direction.
  • the end surfaces 4a and 5a may be stepped joint openings formed so that the side surface 2a side of the end surface 4a and the side surface 2b side of the end surface 5a protrude toward each other.
  • a second ring of Example 1 was produced by the following procedure. First, a second ring having a main body having a first curved surface, a second curved surface, and an intermediate surface on the outer peripheral surface was produced.
  • a SWOSC-V material was used as a wire rod, and the wire rod was subjected to rolling and drawing.
  • the nominal diameter of the main body was set to 73 mm.
  • the width of the main body was set to 1.0 mm, and the thickness of the main body was set to 2.1 mm.
  • the radius of curvature of the imaginary circle corresponding to the symmetrical barrel shape defining the arcs of the first curved surface and the second curved surface was set to R30.
  • the virtual sagging amount of the virtual circle was 0.002 mm or more and 0.006 mm or less.
  • the second ring has an inner bevel shape, and the twist angle of the second ring is 5' to 90'.
  • a CrN ion plating coating was applied to the surface.
  • Surfcom 1900DX3 manufactured by ACCRETECH (Tokyo Seimitsu Co., Ltd.) was used as a contour shape measuring machine to measure the intermediate surface width MW and calculate the wedge angle. Calculation of the wedge angle was performed using calculation software such as dimensions on the contour image provided in the contour shape measuring machine. Friction was measured using the second ring manufactured as described above.
  • Friction was measured by attaching a piston with a piston ring set including a second ring to a cylinder, and motoring the piston at an engine speed of 2000 rpm.
  • Second rings of Examples 2 to 30 were prepared as shown in FIG. 7 by changing the conditions of the outer peripheral shape of a plurality of second rings manufactured in the same manner, and the intermediate surface width MW was measured, the wedge angle was calculated, and , a friction measurement was performed.
  • FIG. 7 is a table showing friction measurement results of piston rings according to Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 8(a) is a graph illustrating the friction measurement results of FIG. 7 with the horizontal axis representing the wedge angle.
  • FIG. 8(b) is a graph illustrating the friction measurement results of FIG. 7, with the horizontal axis representing the intermediate surface width.
  • Comparative Example 1 is a piston ring with a tapered outer peripheral surface, and the white circle plotted on the far right indicates Comparative Example 2.
  • the black circles plotted to the left of the white circle plots represent Examples 1-30.
  • the friction of Comparative Example 1 is as large as 13.5, which is off the scale of the vertical axis.
  • the friction of Comparative Example 2 is 8.2, which is smaller than the friction of Comparative Example 1, but the friction is larger than that of the black circle plot group.
  • plots with an intermediate surface width MW of 0.078 mm for example, plots with an intermediate surface width MW of 0.078 mm (Example 1), plots of 0.100 mm (Example 5) than plots with an intermediate surface width MW of 0.050 mm (Example 5) 2), and the 0.150 mm plot (Example 3) show less friction.
  • Such a tendency that the friction is smaller than that plotted for the intermediate surface width MW of 0.050 mm (Example 5) is seen when the intermediate surface width MW is in the range of 0.050 mm or more and 0.200 mm or less.
  • FIG. 9 is a graph illustrating chronological changes in piston ring friction according to the example and the comparative example.
  • FIG. 9 when using piston rings with an intermediate face width MW of "none", 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.25 mm, respectively, the temporal change in the magnitude of friction with respect to the evaluation time of friction measurement It is shown.
  • "No intermediate surface width MW” corresponds to a normal barrel shape in which no intermediate surface is provided on the outer peripheral surface 2d. Note that the origin O in FIG. 9 is the evaluation time 0 (at the start of evaluation).
  • the white circle plots without the intermediate surface width MW are compared with the plots with the intermediate surface widths MW of 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.25 mm.
  • each plot with an intermediate surface width MW of 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.25 mm has a small friction magnitude as an initial value compared to the white circle plot without an intermediate surface width MW, and the evaluation time has elapsed. Friction gradually decreases over time.
  • the rate of change of the decrease is small compared to the open circle plot without the median plane width MW. From the way friction changes over time, the effect of reducing friction loss due to initial running-in sliding is already obtained at the initial stage of friction (at the start of use of a new piston ring). It is thought that there are It is considered that the provision of the intermediate surface on the outer peripheral surface facilitates the reduction of friction loss compared to the case where the intermediate surface is not provided on the outer peripheral surface.
  • the intermediate surface width MW is in the range of 0.050 mm or more and 0.200 mm or less in FIG. It can be said that By back calculating from the fact that there is a reduction in friction loss due to the initial running-in sliding as shown in FIG. can be done. Plots with an intermediate surface width MW of less than 0.050 mm, for example, are presumed to have larger values of friction than plots with an intermediate surface width MW of 0.050 mm, and are presumed to approach the friction values of Comparative Example 2. . Based on this speculation, by providing an intermediate surface on the outer peripheral surface, the intermediate surface width MW is in the range of 0.050 mm or more and 0.300 mm or less, that is, the black circle plot group in FIG. It can be considered that the effect of reducing the loss is obtained.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a state in which an example of a three-piece oil control ring is mounted in the groove Pa of the piston P. As shown in FIG. This cross-sectional view shows a cross-section in the axial direction of the oil control ring (reciprocating direction A of the piston P). The reciprocating direction A may be the same direction as the width direction A.
  • the oil control ring 150 includes a pair of side rails 101, 102 and a spacer expander 110A arranged between the pair of side rails 101, 102.
  • the outer peripheral surfaces 101a, 102a of the side rails 101, 102 are in contact with the inner surface Ba of the cylinder bore B.
  • the inner peripheral surfaces 101b, 102b of the side rails 101, 102 are in contact with the ears 105 of the spacer expander 110A.
  • the side rails 101 and 102 are made of, for example, stainless steel or carbon steel.
  • the side rails 101, 102 may have hard coatings (not shown) provided to cover at least the outer peripheral surfaces 101a, 102a.
  • hard coating materials include amorphous carbon, chromium nitride (CrN), titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), aluminum titanium nitride (TiAlN), chromium nitride (CrN), TiCN, AlCrN, TiC, Alternatively, nickel alloys such as nickel (Ni) and nickel phosphorous (NiP) can be used.
  • side rails 101 and 102 have the same shape. The shape of the side rail 101 will be described below, and the description of the shape of the side rail 102 will be omitted.
  • FIG. 11(a) is a perspective view of the side rail 101
  • FIG. 11(b) is a cross-sectional view taken along line bb shown in FIG. 11(a).
  • the side rail 101 has a vertically symmetrical shape in an axial cross section about a center line L indicated by a dashed line in FIG. 11(b).
  • the side rail 101 includes an outer peripheral surface 101a, an inner peripheral surface 101b, first and second side surfaces 101c and 101d, a first inclined surface 101e between the outer peripheral surface 101a and the first side surface 101c, and an outer peripheral surface. 101a and a second inclined surface 101f between the second side surfaces 101d.
  • FIG. 11(b) is a perspective view of the side rail 101
  • FIG. 11(b) is a cross-sectional view taken along line bb shown in FIG. 11(a).
  • the side rail 101 has a vertically symmetrical shape in an axial cross section about a center line L indicated by a dashed line in FIG. 11(
  • the center of gravity G of the side rail 101 is on the center line L and located closer to the inner peripheral surface 101b than the center position of the side rail 101 in the thickness direction.
  • the inner peripheral surface 101b has a vertically symmetrical shape in an axial cross section.
  • the outer peripheral surface 101a, the first inclined surface 101e, and the second inclined surface 101f (surfaces on the outer peripheral side of the side rail 101) have vertically symmetrical shapes in an axial cross section.
  • the cross-sectional shape of the outer peripheral side of the side rail 101 is not limited to this example, and may have a vertically asymmetric shape in the cross section in the axial direction.
  • the outer peripheral surface 101a may have a cross-sectional shape in which the center line L is biased toward one of the first and second side surfaces 101c and 101d.
  • the side rail 101 is annular, and has an outer diameter of 60 to 120 mm and an inner diameter of 56 to 114 mm, for example.
  • the height Lh0 of the side rail 101 is, for example, 0.2-0.7 mm, and may be 0.25-0.55 mm or 0.30-0.45 mm. It should be noted that the term "annular" as used herein does not necessarily mean a closed circle, and the side rail 101 may have an abutment.
  • the side rail 101 may be perfectly circular or elliptical in plan view.
  • the contour shape (shape of the inner peripheral surface, the outer peripheral surface, etc.) of the side rail can be measured using a contour shape measuring machine (for example, manufactured by ACCRETECH (Tokyo Seimitsu Co., Ltd.)).
  • FIG. 12 is a sectional view showing an enlarged inner peripheral side of the side rail 101.
  • the inner peripheral surface 101b of the side rail 101 has an inner tip portion 101g located at the center portion in the height direction of the side rail 101 in an axial cross section.
  • the inner tip portion 101g satisfies the following condition A1.
  • Condition A1 0.7 ⁇ R1/Lh0 ⁇ 1.1
  • R1 indicates the radius of curvature (unit: mm) of the curve forming the inner tip portion 101g
  • Lh0 indicates the height (unit: mm) of the side rail.
  • the ratio Lh2/Lh0 of the height Lh2 of the inner tip portion 101g to the height Lh0 of the side rail 101 may be 1 or less.
  • the ratio Lh2/Lh0 may be between 0.5 and 0.75.
  • the ratio Lh2/Lh0 may be between 0.5 and 0.7.
  • the ratio Lh2/Lh0 may be between 0.5 and 0.65.
  • the height Lh2 means the distance from one inflection point (apex of the convex curved portion C1) to the other inflection point (apex of the convex curved portion C2) in an axial cross section (see FIG. 12). ).
  • the inner peripheral surface 101b may further include peripheral edge portions P1 and P2 located so as to sandwich the inner tip portion 101g.
  • the inner tip portion 101g and the peripheral portion P1 may form the convex curved portion C1, and the inner tip portion 101g and the peripheral portion P2 may form the convex curved portion C2.
  • the peripheral portions P1 and P2 may satisfy the following condition A2.
  • Condition A2 0.2 ⁇ R2/Lh0 ⁇ 0.5
  • R2 indicates the radius of curvature (unit: mm) of the curves forming the peripheral portions P1 and P2
  • Lh0 indicates the height of the side rail (unit: mm).
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing an enlarged outer peripheral side of the side rail 101.
  • the outer peripheral surface 101a of the side rail 101 may have an outer tip portion 101h that satisfies the following condition A3 in an axial cross section.
  • Condition A3 0.1 ⁇ R0/Lh0 ⁇ 0.23
  • R0 indicates the curvature radius (unit: mm) of the curve forming the outer tip portion 101h
  • Lh0 indicates the height of the side rail 101 (unit: mm).
  • the angle ⁇ of the first and second inclined surfaces 101e and 101f may be 30-50°.
  • the angle .theta. means an angle formed by a plane perpendicular to the axial direction and the inclined planes 101e and 101f.
  • the radial distance a (unit: mm) from the tip of the outer peripheral surface 101a to the boundary between the side surface 101c and the inclined surface 101e may satisfy the following condition A4.
  • T indicates the thickness (unit: mm) of the side rail 101 in the axial cross section (see FIG. 11(b)).
  • the inner tip portion of the inner peripheral surface satisfies the condition A1
  • the behavior of the side rail is affected by the frictional force with the cylinder and the inertial force associated with the reciprocating motion. Since increasing the speed of reciprocating motion increases the inertial force applied to the oil control ring, it is presumed that the effect of inertial force is more dominant than the effect of frictional force.
  • the center of gravity is shifted to the inner peripheral surface side and the contact position with the ear of the spacer expander is shifted as compared with the conventional side rail. It is presumed that these matters contribute to the stabilization of the behavior of the side rails. That is, according to the side rail 101 and the oil control ring using the side rail 101 as described above, it is possible to sufficiently suppress an increase in oil consumption even when the internal combustion engine is operating at a high rotational speed. .
  • the siderails of the present disclosure are not limited to the siderails 101 described above.
  • the inner peripheral surface of the side rail 101 is formed of two arcs having different radii of curvature in the cross section in the axial direction. It may be composed of three or more circular arcs having different radii of curvature in the cross section.
  • the side rail 103 shown in FIG. 14 is composed of three arcs with different radii of curvature.
  • the inner peripheral surface 103b of the side rail 103 is formed on the inner tip portion 103g with the curvature radius R1, the first peripheral edge portions P1 and P2 with the curvature radius R2 formed so as to sandwich the inner tip portion 103g, and on the outside thereof. and second peripheral edge portions Q1 and Q2 having a radius of curvature R3.
  • the inner peripheral surface 103b may satisfy the following conditions A1a to A3a.
  • Lh0 indicates the height of the side rail 103
  • Lh2 indicates the height of the inner tip portion (portion with curvature radius R1) (height Lh2 in FIG. 14).
  • Condition A1a 0.7 ⁇ R1/Lh0 ⁇ 1.1
  • Condition A2a 0.2 ⁇ R2/Lh0 ⁇ 0.5
  • Condition A3a Lh2/Lh0 ⁇ 1.0
  • the value of the ratio Lh2/Lh0 related to condition A3a may be 0.5 to 0.75.
  • the value of the ratio Lh2/Lh0 may be between 0.5 and 0.7.
  • the value of the ratio Lh2/Lh0 may be between 0.5 and 0.65.
  • Lh2 means the height of the inner tip portion 103g (the distance from one inflection point to the other inflection point) in the axial cross section.
  • an oil control ring composed of the piston ring 1, the side rail 101, and a spacer expander disposed between the pair of side rails.
  • an oil control ring composed of the piston ring 1, the side rail 101, and a spacer expander disposed between the pair of side rails.
  • the piston ring 1 promotes reduction of friction loss due to initial running-in sliding when the piston ring 1 is started to be used. Therefore, a minute wedge-shaped space is easily formed. As a result, it is possible to further reduce friction in the initial stage of use of the piston ring 1 .
  • the side rail 101 can sufficiently suppress an increase in oil consumption even when the internal combustion engine is operating at a high rotational speed.
  • the extent to which the piston ring 1 is responsible for the oil consumption can be suppressed. 1 can be configured to further reduce the friction at the initial stage of use of the piston ring 1 .
  • FIG. 15 is a plan view of a first example of a spacer expander.
  • the spacer expander 110A is annular and has an abutment 110c formed by two end faces 110a and 110b.
  • the spacer expander 110A is manufactured, for example, by pressing (cutting, bending and punching) a steel plate, or by plastically deforming a wire made of spring steel while meshing it with a plurality of gears.
  • the spacer expander 110A may be subjected to surface treatment from the viewpoint of improving wear resistance, adhesion resistance, and the like.
  • electroless and electrolytic plating may be used to form a film on the surface of spacer expander 110A.
  • Film materials include amorphous carbon film, chromium nitride film (CrN), titanium nitride film (TiN), titanium carbide (TiC), aluminum titanium nitride (TiAlN), chromium nitride (CrN), TiCN, AlCrN, and TiC.
  • a polymer film such as polyimide may be formed instead of the inorganic material film. It should be noted that the polymer film may contain a filler such as carbon fiber or glass fiber.
  • FIG. 16 is a perspective view showing an enlarged area surrounded by a dashed line shown in FIG.
  • the oil control ring 150 includes a pair of side rails 101, 102 and a spacer expander 110A arranged between the pair of side rails 101, 102.
  • the outer peripheral portions of the side rails 101 and 102 are in contact with the inner surface Ba of the cylinder bore B.
  • the thickness of the portion indicated by hatching in FIG. 10 is, for example, 0.1 mm to 0.7 mm.
  • this portion By making this portion as thick as possible, a higher tension can be obtained and a contact area with the side rails 101 and 102 can be ensured, so a more excellent wear reduction effect can be obtained. It is also possible to increase the rigidity of each portion of the spacer expander 110A, which will be described later.
  • As the side rails 101 and 102 conventionally known ones can be used.
  • the shape of the outer peripheral surface and the shape of the inner peripheral surface of the side rail may be different from those of the side rails 101 and 102.
  • the cross-sectional shape may not necessarily have symmetry.
  • the spacer expander 110A has a plurality of ear portions 105 with which the inner peripheral surfaces 101b and 102b of the side rails 101 and 102 abut, and a plurality of rail facing portions 107 which face the side surfaces 101d and 102c of the side rails 101 and 102, respectively. have The rail facing portion 107 is formed on the outer peripheral side of the ear portion 105 and adjacent to the ear portion 105 .
  • the inner peripheral surfaces 101b and 102b of the side rails 101 and 102 are in contact with the ear portions 105, and the rail facing portions 107 and the side surfaces 101d of the side rails 101 and 102 are in contact with each other.
  • 102c face each other, the ear portion 105 is formed higher than the rail facing portion 107.
  • the spacer expander 110A has an opening 105h formed by the ear portion 105 and the rail facing portion 107. As shown in FIG.
  • the surfaces of the ear portions 105 with which the side rails 101 and 102 abut are inclined with respect to the axial direction.
  • the tilt angle ⁇ shown in FIG. 10 may be between 5 and 30 degrees.
  • the tilt angle ⁇ may be 10-25°.
  • the spacer expander 110A has, for example, a shape in which peaks 110M and valleys 110V are alternately connected when placed on a workbench.
  • the ear portion 105 positioned at the peak portion 110M (upper side in FIG. 16) of the spacer expander 110A and the ear portion 105 positioned at the valley portion 110V (lower side in FIG. 16) have substantially the same shape.
  • the rail facing portion 107 positioned at the peak portion 110M (upper side in FIG. 16) of the spacer expander 110A and the rail facing portion 107 positioned at the valley portion 110V (lower side in FIG. 16) have substantially the same shape. Therefore, if the spacer expander 110A placed on the workbench is turned upside down, the peaks 110M shown in FIG. 16 become the valleys 110V, and the valleys 110V become the peaks 110M.
  • the ear portions 105 and the rail-facing portions 107 located in the peak portions 110M of the spacer expander 110A will be described below, and the description of the ear portions 105 and the rail-facing portions 107 located in the valley portions 110V will be omitted. It should be noted that the following description of heights such as "the highest position" of the ear portion 105 and the rail-facing portion 107 refers to the height of the ear portion 105 of the upper mountain portion 110M when the spacer expander 110A is placed on a workbench. and the rail facing portion 107.
  • the ear portion 105 and the rail-facing portion 107 of the valley portion 110V located on the lower side should be called, for example, the “lowest position” of the ear portion 105 and the rail-facing portion 107.
  • the valley portion 110V becomes the peak portion 110M. It is also applied to the facing portion 107 .
  • the ear portion 105 is a portion with which the inner peripheral surface 101b of the side rail 101 abuts.
  • the shape of the ear portion 105 may satisfy condition B1 represented by inequality (1).
  • the shape of the ear portion 105 may satisfy condition B2 expressed by inequality (2).
  • Condition B2: W/H ⁇ 1.7 (2) W indicates the width (unit: mm) of the ear portion 105 at a position moved 0.05 mm from the highest position of the ear portion 105 toward the rail facing portion 107 (thickness direction of the spacer expander 110A) (Fig.
  • H indicates the height difference (unit: mm) between the highest position of the region adjacent to the ear portion in the rail facing portion 107 and the highest position of the ear portion (see FIG. 25(a)).
  • the position moved 0.05 mm in the direction of the rail facing portion 107 from the highest position of the ear portion 105 is the oil control This is because it is presumed that the side rails 101 and 102 frequently come into contact with the corresponding position of the ear portion 105 in the early stage of use of the ring 150 .
  • the ears 105 with a W/H value of 1.5 or more can suppress the amount of wear due to contact with the side rails 101 compared to those with a W/H value of less than 1.5.
  • the upper limit of the value of W/H is, for example, 5.0 from the viewpoint of tension generated from the spacer expander 110A.
  • the top of ear 105 may have a flat portion.
  • the top of ear 105 may not have a flat portion. That is, the shape of the side surface of the ear portion 105 may be formed from a continuous curved surface, in other words, the side surface shape of the ear portion 105 may be a shape in which curved surfaces with different curvatures are continuous.
  • the spacer expander can be easily manufactured, and can be formed into a shape in which stress concentration is less likely to occur during plastic deformation. Therefore, it is possible to reduce the occurrence of breakage or the like.
  • the height H of the ear portion 105 may be 0.2-0.75.
  • the width W is, for example, 1.0-1.8 mm
  • the height H may be 0.2-0.65 mm.
  • the width W is, for example, 1.3-1.8 mm
  • the height H may be 0.35-0.7 mm.
  • the height of the ears is suppressed compared to the width of the ears.
  • the mechanical strength of the ears of the spacer expander 110A can be increased. Therefore, even if the spacer expander 110A receives an external force due to the reciprocating motion of the piston, the tension of the spacer expander 110A can be stably transmitted to the side rails 101, 102 and supported by the spacer expander 110A.
  • the attitude of the side rails 101 and 102 that are attached to the side rails 101 and 102 can be maintained in a stable state. As a result, the oil scraping performance of the side rails 101 and 102 is stabilized, and as a result, the oil consumption is also stabilized.
  • the spacer expander 110A is obtained by plastically deforming a plate material or a wire material
  • the spacer expander 110A increases, the volume to be changed in shape by plastic deformation increases. Additionally, since ears 105 have a reduced height relative to their width, such manufacturing difficulties are less than in conventional spacer expanders.
  • the height H of the ear portion 105 is the height difference between the highest position of the region adjacent to the ear portion 105 in the rail facing portion 107 and the highest position of the ear portion 105 .
  • the search range for the “highest position” in the rail facing portion 107 is within the region of the rail facing portion 107 adjacent to the ear portion 105 .
  • FIG. 25(a) shows the height difference (height H of ear 105) between the highest position of the region adjacent to ear 105 in rail facing portion 107 of spacer expander 110A and the highest position of ear 105.
  • FIG. It shows how to find it.
  • 25(b) to 25(f) show how to obtain the height H of the ear portion 105 of the spacer expander, which will be described later.
  • a straight line passing through the highest position of the ear portion 105 is indicated by h2
  • a straight line passing through the highest position of the area adjacent to the ear portion in the rail facing portion 107 is indicated by h1.
  • Both the straight lines h1 and h2 are straight lines parallel to the tangential direction of the spacer expander 110A at each crest.
  • the rail facing portion 107 when a convex portion (flat portion 107c) that abuts on the side rail side surface is provided at the outer peripheral end away from the ear portion 105, the rail facing portion 107, in the region other than the convex portion Find the highest position.
  • the method of searching for the highest position of the rail facing portion 107 is based on an envelope curve connecting the highest positions of the respective ear portions 105 of the plurality of crests with approximately straight lines. In the area adjacent to , the position closest to the envelope is the highest position.
  • the rail facing portion 107 is composed of a flat surface as shown in FIG.
  • the side rails 101 and 102 abut against the flat surface, thereby supporting the side rails 101 and 102.
  • the spacer expander 110B has the same configuration as the spacer expander 110A, except that the rail facing portion 107 has a raised portion 107b extending radially instead of the flat surface (see FIG. 1). 17). Since the rail facing portion 107 has the protruding portion 107b, it is possible to sufficiently prevent engine oil and foreign matter contained therein from accumulating on the surface of the rail facing portion 107, and the rail facing portion 107 and the side rail 101 are fixed. can be sufficiently suppressed.
  • the protuberance 107b extends to the outer edge of the spacer expander 110B.
  • the spacer expander 110C has a flat portion 107c on the outer peripheral side instead of the rail facing portion 107 having a flat surface, and a recess extending radially between the ear portion 105 and the flat portion 107c. It has the same configuration as the spacer expander 110A except that it has 107a (see FIG. 18). By adopting such a configuration, retention of combustion products such as sludge between the rail facing portion 107 and the side rails 101 and 102 can be prevented. It also contributes to the suppression of sticking.
  • the depth of the depression 107a (height difference between the highest position of the rail facing portion 107 and the lowest position of the depression 107a) is, for example, 50 to 500 ⁇ m.
  • the flat portion 107c is formed along the outer edge of the spacer expander 110C. By forming the height of the flat portion 107c to be lower than the ear portion 105 and higher than the other portion of the rail facing portion 107, the rail facing portion 107 can be flattened when the side rail 101 is in contact with the flat portion 107c. A gap is formed between the portion and the side rail 101 .
  • the flat portion 107c is also referred to as a "protrusion", and the area of the rail facing portion 107 other than the flat portion 107c (the portion connecting the ear portion 105 and the flat portion 107c) is also referred to as a "middle portion".
  • the rail facing portion 107 has the flat portion 107c, a space is formed between the side surfaces 101d and 102c of the side rails 101 and 102 and the spacer expander 110C, and the oil scraped off from the cylinder bore by the side rails 101 and 102 is removed. is scraped off between the ear portion 105 and the rail facing portion 107, and effectively flows to the inner peripheral side of the spacer expander 110C.
  • FIGS. 19(a) and 19(b) are cross-sectional views of the spacer expander 110C shown in FIG. 18 and the side rails 101 and 102 attached thereto, showing different modes.
  • the rail facing portion 107 has a step between the flat portion 107c and the other region 7d (middle portion).
  • the portion between the flat portion 107c and the other region 7d in the rail facing portion 107 is not cut, and the member is continuous. In other words, no through hole is formed in this portion.
  • the rail facing portion 107 is cut between the flat portion 107c and the other region 7d, and a through hole 7h is formed in this portion.
  • the through hole 7h may or may not be formed, but when used in an environment where foreign matter is likely to exist, such as in a diesel engine, the through hole 7h may be blocked by the foreign matter. , the provision of the through hole 7h may increase the degree of deterioration of the tension over time. If there are these concerns due to the environment of the internal combustion engine, a spacer expander without through holes 7h may be used as shown in FIG. 19(a). On the other hand, the provision of the through holes 7h increases the chances that the oil scraped off from the cylinder bores can efficiently flow to the inner peripheral side of the spacer expander 110C.
  • the through hole 7h may be formed by, for example, the deepest portion of the recess 107a and the flat portion 107c.
  • the center of gravity G of the side rails 101 and 102 may be located inside the flat portion 107c.
  • the spacer expander 110D has a flat portion 107c on the outer peripheral side instead of the rail facing portion 107 having a flat surface, and a raised portion extending radially between the ear portion 105 and the flat portion 107c. It has the same configuration as the spacer expander 110A except that it has 107b (see FIG. 20). The flat portion 107c is formed along the outer edge of the spacer expander 110D.
  • the spacer expander 110E has the same configuration as the spacer expander 110A except that the rail facing portion 107 has a recess 107a extending in the radial direction instead of the rail facing portion 107 having a flat surface (see FIG. 21). ).
  • the depression 107a extends to the outer edge of the spacer expander 110E.
  • the spacer expander 110E having such a configuration has the advantage of being easier to process by plastic deformation than the spacer expander described above.
  • the spacer expander 110F has a configuration similar to that of the spacer expander 110A, except that the rail facing portion 107 has a flat portion 107c on the outer peripheral side instead of the flat surface (see FIG. 22).
  • the spacer expander 110F having such a configuration has the advantage of being easily processed by plastic deformation, like the spacer expander of the sixth example described above.
  • the surface of the ear portion 105 with which the inner peripheral surface 101b of the side rail 101 abuts was exemplified. may have a plurality of protrusions 105b extending in the thickness direction (the height direction of the ears 105). These convex portions 105b may be formed so as to be aligned in the width direction of the ear portion 105. As shown in FIG.
  • FIG. 23(a) is a view of the spacer expander viewed from the outer peripheral side.
  • An ear portion 105 and the ear portion 105 of the valley portion 110V that presses the other side rail 102 are formed.
  • the ear portion 105 is formed with a circumferentially uneven portion in which the concave portion and the convex portion extend substantially in the axial direction. By reducing the contact area of the convex surface and increasing the contact surface pressure, it is possible to prevent the side rails from rotating independently.
  • 23(b) and 23(c) are cross-sectional views taken along the line AA in FIG. 23(a), FIG. is a cross-sectional view showing a mode in which the convex portion is low.
  • the convex portion 105b is formed so as to protrude from the concave surface 161, and consists of a convex surface 162 and side surfaces 163 connecting the convex surface 162 and the concave surface 161 together.
  • At least five (for example, seven) protrusions 105 b may be formed in one ear portion 105 so as to be aligned in the width direction of the ear portion 105 .
  • the convex portion 105b is formed, for example, by forming a concave portion by cutting between two adjacent convex portions 105b.
  • each of the above examples assumes that all ear portions 105 and rail facing portions 107 have substantially the same shape, they do not necessarily have to have substantially the same shape.
  • none of the ears 105 do not have to satisfy the condition expressed by inequality (1) or (2).
  • at least half of the plurality of ear portions 105 formed on one surface may satisfy the condition expressed by inequality (1) or (2).
  • spacer expanders having ears with a W/H value of 1.5 or more have lower ear lengths than those with a W/H value of less than 1.5. It was found that the amount of wear can be suppressed. Since the dimensional ratio is such that the height of the ear portion is limited to the width of the ear portion, the strength and workability of the ear portion are improved.
  • the upper limit of the value of W/H is, for example, 5.0 from the viewpoint of the tension generated by the spacer expander. That is, according to the spacer expanders 110A to 110F and the oil control ring using the spacer expanders 110A to 110F as described above, it is possible to suppress wear of the ears due to contact with the side rails.
  • the oil control ring according to the present disclosure can sufficiently suppress wear of the ears, and is therefore applicable to diesel engines.
  • the conventional three-piece oil control ring is widely applied to gasoline engines, it is generally not applied to diesel engines because the wear resistance of the ears is insufficient. This is because diesel engines are lubricated with a large amount of hard particles such as carbon generated during combustion in the engine oil.
  • the panda's ears also wear out relatively quickly, and the oil scraping performance tends to decline.
  • a piston ring set comprising the piston ring 1, the spacer expanders 110A to 110F, and an oil control ring to which the spacer expanders 110A to 110F are applied is constructed. be able to.
  • the piston ring 1 promotes reduction of friction loss due to initial running-in sliding when the piston ring 1 is started to be used. Therefore, a minute wedge-shaped space is easily formed. As a result, it is possible to further reduce friction in the initial stage of use of the piston ring 1 .
  • the spacer expanders 110A to 110F suppress wear of the ears due to contact with the side rails, thereby suppressing deterioration in oil scraping performance. Therefore, for example, it is possible to suppress the extent to which the piston ring 1 is responsible for suppressing the deterioration of the oil scraping performance over the medium to long term, and the piston ring 1 can be further reduced in friction at the beginning of the use of the piston ring 1. It becomes possible to set it as the target structure.

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Abstract

ピストンリングは、内周面及び外周面と、内周面に略直交する一側面及び他側面とを有する環状の本体部を備える。ピストンリングは、外周面の一側面側において本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第１湾曲面と、外周面の他側面側において本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第２湾曲面と、第１湾曲面と第２湾曲面とを接続するように一側面と他側面とを結ぶ方向に沿って延在する中間面と、を備える。中間面は、少なくとも一部に平坦部を有している。一側面と他側面とを結ぶ方向に沿う中間面の幅は、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。

Description

ピストンリング及びピストンリングセット
　本開示は、内燃機関等に使用されるピストンリング及びピストンリングセットに関する。
　自動車等の内燃機関に用いられるピストンリングは、例えばピストン外周面のリング溝に設けられてシリンダ内壁と摺動する。ピストンリングは、燃焼室側とクランク室側との間のガスシール機能、及び、オイル消費量の低減機能を有する。このようなピストンリングとして、例えば特許文献１に記載のピストンリングが知られている。特許文献１に記載の技術では、ピストンリングの外周表面粗さが所定値以下となるように研摩されており、初期運転でのオイル消費の低減が図られている。
特開平０６－０１１０３８号公報
　内燃機関の燃費改善を図るため、ピストンリングとシリンダとの間の摩擦損失を低減させる低フリクション化の検討が重ねられている。低フリクション化では、オイル消費への影響を考慮しつつピストンリングの外周面の形状を工夫することが重要となる。しかしながら、ピストンリングの使用開始の初期において、更なる低フリクション化を図る余地があった。
　本開示は、ピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができるピストンリング及びピストンリングセットを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者は、ピストンリングとシリンダとの間に形成される微小なくさび形状の空間がピストンリングの使用開始の初期の低フリクション化に重要であることを見出した。本発明者は、更なる低フリクション化が図られるピストンリングの外周面の形状を見出した。
　本開示の一態様に係るピストンリングは、内周面及び外周面と、内周面に略直交する一側面及び他側面とを有する環状の本体部を備えたピストンリングであって、外周面の一側面側において本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第１湾曲面と、外周面の他側面側において本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第２湾曲面と、第１湾曲面と第２湾曲面とを接続するように一側面と他側面とを結ぶ方向に沿って延在する中間面と、を備え、中間面は、少なくとも一部に平坦部を有し、一側面と他側面とを結ぶ方向に沿う中間面の幅は、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。
　本開示の一態様に係るピストンリングでは、第１湾曲面と第２湾曲面とを接続するように、少なくとも一部に平坦部を有する中間面が形成されている。一側面と他側面とを結ぶ方向に沿う中間面の幅は、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。このような構成では、ピストンリングにおける中間面近傍の第１湾曲面とシリンダとの間、及び、ピストンリングにおける中間面近傍の第２湾曲面とシリンダとの間に、微小なくさび形状の空間が形成される。０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下となるような中間面を設けることで、ピストンリングの使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減が促進される。よって、微小なくさび形状の空間が容易に形成されることとなる。その結果、ピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。
　一実施形態において、平坦部は、方向に沿って中間面の幅の５０％以上の幅寸法を有してもよい。
　一実施形態において、第１湾曲面と中間面との第１境界において第１湾曲面に接する第１仮想線が中間面となす角度である第１くさび角度、及び、第２湾曲面と中間面との第２境界において第２湾曲面に接する第２仮想線が中間面となす角度である第２くさび角度、の少なくともいずれかは、１．５°以下であってもよい。
　一実施形態において、中間面のうち最も径方向外側に位置する最外部は、中間面の方向における中央部よりも一側面側に配置されていてもよい。
　一実施形態において、中間面のうち最も径方向外側に位置する最外部は、中間面の方向における中央部よりも他側面側に配置されていてもよい。
　一実施形態において、一側面と内周面とを接続するように方向に対して傾斜して延在するインナーカット面を備えてもよい。
　一実施形態において、所定のシリンダ装着状態におけるピストンリングのねじれ角は、５′～９０′であってもよい。
　本開示の他の態様に係るピストンリングセットは、上記のピストンリングと、一対のサイドレールと一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダとで構成されたオイルコントロールリングと、を備えるピストンリングセットであって、サイドレールは、外周面と、内周面と、第１の側面と、第２の側面とを有し、内周面は、軸方向の断面において上下対称の形状を有しており、軸方向の断面において、サイドレールの内周面が以下の条件Ａ１を満たす内側先端部を有する。
　条件Ａ１：　０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
但し、式中、Ｒ１は内側先端部を構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。なお、サイドレールの輪郭形状（内周面及び外周面等の形状）は輪郭形状測定機（例えば、ＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）製）を使用して計測することができる。
　本開示の他の態様に係るピストンリングセットでは、内周面が軸方向の断面において上下対称の形状を有しており、サイドレールの内周面の内側先端部が条件Ａ１を満たしている。本発明者らの検討によると、サイドレールの内周面の内側先端部が条件Ａ１を満たすことで、内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量を十分に抑制できる。これは、高速運転時におけるサイドレールの挙動が安定化し、ピストン溝の内面にサイドレールの側面が当接しやすくなりシール性を向上させるためと推察される。サイドレールの挙動は、シリンダとの摩擦力と、往復動に伴う慣性力の影響を受ける。往復動の高速化はオイルコントロールリングに加わる慣性力を増大させるため、摩擦力の影響よりも慣性力の影響の方が支配的になると推察される。内側先端部が条件Ａ１を満たすことで、従来のサイドレールと比較して重心が内周面側にシフトするとともに、スペーサエキスパンダの耳部に当接する位置がシフトする。これらの事項がサイドレールの挙動の安定化に寄与していると推察される。したがって、ピストンリングによりピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図りつつ、オイルコントロールリングにより内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量の増大を十分に抑制できる。
　一実施形態において、スペーサエキスパンダは、サイドレールの内周面が当接する複数の耳部と、耳部と隣接して設けられており、サイドレールの側面と対面する複数のレール対面部とを有し、複数の耳部の全部又は少なくとも一部が以下の条件Ｂ１を満たしてもよい。
　条件Ｂ１：　Ｗ／Ｈ≧１．５
但し、式中、Ｗは耳部の最も高い位置からレール対面部の方向に０．０５ｍｍ移動した位置における耳部の幅（単位：ｍｍ）を示し、Ｈはレール対面部における耳部と隣接する領域の最も高い位置と耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す。この場合、Ｗ／Ｈの値が１．５以上の耳部を有するスペーサエキスパンダは、Ｗ／Ｈの値が１．５未満のものと比較して耳部の摩耗量を抑制できる。耳部の幅に比して耳部の高さを制限した寸法比になっているため、耳部の強度や加工性の観点が改善される。Ｗ／Ｈの値の上限値は、スペーサエキスパンダで発生させる張力の観点から、例えば、５．０である。
　本開示の更に他の態様に係るピストンリングセットによれば、ピストンリングによりピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図りつつ、オイルコントロールリングによりオイル消費量の増大を抑制することができる。
　本開示によれば、ピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。
実施形態に係るピストンリングの斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩに線に沿っての断面図である。 図２の断面の要部拡大図である。 中間面幅とくさび角度との関係を例示する表である。 図４の中間面幅とくさび角度との関係を図示するグラフである。 図２の変形例に係るピストンリングの断面図である。 実施例及び比較例に係るピストンリングの摩擦計測結果を示す表である。 （ａ）横軸をくさび角度として図７の摩擦計測結果を図示するグラフである。（ｂ）横軸を中間面幅として図７の摩擦計測結果を図示するグラフである。 実施例及び比較例に係るピストンリングの摩擦の時系列変化を図示するグラフである。 ３ピースオイルコントロールリングの一例がピストン溝に装着された状態を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、図１０のサイドレールの斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のｂ－ｂ線に沿っての断面図である。 図１１のサイドレールの内周側を拡大して示す断面図である。 図１１のサイドレールの外周側を拡大して示す断面図である。 サイドレールの内周面の他の例を拡大して示す断面図である。 スペーサエキスパンダの第１の例を示す平面図である。 図１５に示す一点鎖線で囲った領域を拡大して示す斜視図である。 スペーサエキスパンダの第２の例を部分的に示す斜視図である。 スペーサエキスパンダの第３の例を部分的に示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１８に示すスペーサエキスパンダ及びこれに装着されたサイドレールの断面図であって、スペーサエキスパンダの互いに異なる態様を示した断面図である。 スペーサエキスパンダの第４の例を部分的に示す斜視図である。 スペーサエキスパンダの第５の例を部分的に示す斜視図である。 スペーサエキスパンダの第６の例を部分的に示す斜視図である。 （ａ）は、サイドレールの内周面が当接する面に凸部を有する耳部の一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＡ－Ａ断面図であって凸部が高い態様を示す断面図である。（ｃ）は、（ａ）におけるＡ－Ａ断面図であって（ｃ）は凸部が低い態様を示す断面図である。 （ａ）は、本開示の耳部の幅Ｗを示す図である。（ｂ）は、比較例の耳部の幅Ｗを示す図である。 （ａ）は、図１６に示す耳部の高さＨを示す図である。（ｂ）は、図１７に示す耳部の高さＨを示す図である。（ｃ）は、図１８に示す耳部の高さＨを示す図である。（ｄ）は、図２０に示す耳部の高さＨを示す図である。（ｅ）は、図２１に示す耳部の高さＨを示す図である。（ｆ）は、図２２に示す耳部の高さＨを示す図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
　図１は、実施形態に係るピストンリングの斜視図である。図１に示されるピストンリング１は、例えば自動車の内燃機関においてピストン外周面のリング溝に設けられるセカンドリングとして用いられる。ピストンリング１は、シリンダ内壁に対して摺動することで、燃焼室側とクランク室側との間のガスシール機能、及び、オイル消費量の低減機能を奏するようになっている。
　ピストンリング１は、環状の本体部２と、本体部２の一部に形成された合口部３とを有している。本体部２は、一対の側面（一側面）２ａ及び側面（他側面）２ｂと、内周面２ｃ及び外周面２ｄとを有している。側面２ａ，２ｂは、内周面２ｃに略直交している。以下の説明では、側面２ａと側面２ｂとを結ぶ方向をピストンリング１の幅方向とし、内周面２ｃと外周面２ｄとを結ぶ方向をピストンリング１の厚さ方向とする。ピストンリング１の幅方向は、ピストンリング１の軸方向に相当する。
　本体部２は、厚さ方向が長辺かつ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。本体部２は、例えば複数の金属元素を含有する鋳鉄或いは鋼（スチール）を用い、十分な強度、耐熱性、及び弾性をもって形成されている。
　本体部２の表面には、表面改質が施されて硬質膜が形成されてもよい。硬質膜は、例えば、物理気相成長法（ＰＶＤ法）を用いて形成される物理気相成長膜（ＰＶＤ膜）である。これにより、硬質膜を十分な硬度で形成できる。硬質膜は、チタン（Ｔｉ）及びクロム（Ｃｒ）の少なくとも一種と、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、及び酸素の少なくとも一種とを含むイオンプレーティング膜、若しくはダイヤモンドライクカーボン膜である。具体例としては、硬質膜は、窒化チタン膜、窒化クロム膜、炭窒化チタン膜、炭窒化クロム膜、酸窒化クロム膜、クロム膜、又はチタン膜である。この中でも、耐摩耗性及び耐スカッフ性を重視する場合には、窒化クロム膜を用いてもよい。硬質膜は積層体であってもよく、例えば窒化クロム膜及びダイヤモンドライクカーボン膜等を含んでもよい。
　合口部３は、本体部２の一部が分断された部分であり、互いに対向する一対の合口端部４，５によって形成されている。一対の合口端部４，５は、それぞれ本体部２の自由端となっている部分である。合口部３の隙間（合口隙間）は、例えばピストンリング１が加熱されて熱膨張したときに狭まるようになっている。合口部３は、ピストンリング１の使用時において、ピストンリング１とシリンダとの間の温度差に起因する本体部２の熱膨張分の逃げ部として機能する。
　次に、本体部２の外周面２ｄについて更に詳細に説明する。図２は、図１のＩＩ－ＩＩに線に沿っての断面図である。以下の説明での線の形状は、特に特定しない場合、図２の断面視での線の形状を意味する。
　図２及び図３に示されるように、外周面２ｄには、一例として、第１湾曲面２１と、第２湾曲面２２と、中間面２３と、第１接続面２４と、第２接続面２５と、が設けられている。
　第１湾曲面２１は、外周面２ｄの側面２ａ側において本体部２の径方向外側に向かって凸状に湾曲する湾曲面である。ここでの第１湾曲面２１は、後述の中間面２３の側面２ａ側の端部から側面２ａに向かって、後述の第１接続面２４の側面２ｂ側の端部まで延びている。第１湾曲面２１は、例えば第１接続面２４が省略される場合、側面２ａの径方向外側の端部まで延びていてもよい。第１湾曲面２１は、例えば円弧状に湾曲している。第１湾曲面２１の形状は、この例に限定されない。第１湾曲面２１の形状は、円弧とは異なる形状に湾曲していてもよい。第１湾曲面２１の形状は、一部に直線を含んでいてもよい。
　第２湾曲面２２は、外周面２ｄの側面２ｂ側において本体部２の径方向外側に向かって凸状に湾曲する湾曲面である。ここでの第２湾曲面２２は、後述の中間面２３の側面２ｂ側の端部から側面２ｂに向かって、後述の第２接続面２５の側面２ａ側の端部まで延びている。第２湾曲面２２は、例えば第２接続面２５が省略される場合、側面２ｂの径方向外側の端部まで延びていてもよい。第２湾曲面２２は、例えば円弧状に湾曲している。第２湾曲面２２の形状は、この例に限定されない。第１湾曲面２１の形状は、円弧とは異なる形状に湾曲していてもよい。第１湾曲面２１の形状は、一部に直線を含んでいてもよい。
　第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２は、それぞれ円弧状に湾曲している。第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２は、共通の仮想円の一部に重なる円弧であってもよい。仮想円は、例えば、その中心が側面２ａと側面２ｂとの中間に位置してもよい。この場合、ピストンリング１の径方向において仮想円の最外部となる仮想最外部ＯＭ１は、ピストンリング１の側面２ａと側面２ｂとを結ぶ幅方向（方向）Ａの中央に位置する。第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２は、仮想円の最外点を境に幅方向Ａに対称な対称バレル形状の一部分となっている。
　バレル形状は、ピストンリング１の径方向外側に向かって凸状に湾曲する湾曲面であって、ピストンリング１の径方向の最外部を含む湾曲面を意味する。バレル形状には、対称バレル形状及び偏心バレル形状が含まれる。対称バレル形状は、バレル形状であって、ピストンリング１の径方向の最外部が外周面２ｄの幅方向Ａにおける中央に位置している湾曲面を意味する。偏心バレル形状は、バレル形状であって、ピストンリング１の径方向の最外部が外周面２ｄの幅方向Ａにおける中央よりも下側（クランク室寄り）に位置している湾曲面を意味する。
　共通の仮想円の大きさは、幅方向Ａに仮想最外部ＯＭ１から一定距離離れた点と、仮想最外部ＯＭ１の位置との間の、ピストンリング１の径方向における仮想的な落差寸法で規定することができる。幅方向Ａに仮想最外部ＯＭ１から一定距離離れた点は、例えば、上下に０．２５ｍｍずつ離れた各１点であってもよい。仮想的な落差寸法は、仮想的なダレ量を意味する。仮想的なダレ量は、例えば、０．００１ｍｍ以上且つ０．００８ｍｍ以下であってもよい。仮想的なダレ量は、後述の中間面２３の幅に応じて設定されてもよい。
　ここで、外周面２ｄは、第１湾曲面２１と第２湾曲面２２との間に中間面２３が設けられている。中間面２３は、外周面２ｄのうち径方向外側に最も張り出している部分を含むシリンダ内壁との当たり面である。中間面２３は、ピストンリング１をピストンのリング溝に装着した際に、シリンダ内壁に接して摺動する。中間面２３は、第１湾曲面２１と第２湾曲面２２とを接続するように幅方向Ａに沿って延在する。中間面２３は、上端が第１湾曲面２１に連なり、下端が第２湾曲面２２に連なっている。ここでの中間面２３は、側面２ａ，２ｂと略直交し、且つ内周面２ｃと略平行になっている。中間面２３は、本体部２の周方向については、周方向全体に亘って延在している。
　幅方向Ａに沿う中間面２３の幅（中間面幅ＭＷ）は、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷは、０．０５ｍｍ以上且つ０．２５ｍｍ以下であってもよい。幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷは、０．０５ｍｍ以上且つ０．２０ｍｍ以下であってもよい。
　中間面２３は、少なくとも一部に平坦部２３ａを有している。平坦部２３ａは、中間面２３のうち、本体部２の周方向に直交する断面視で直線状となる部分である。ここでの平坦部２３ａは、側面２ａ，２ｂと直交し、且つ内周面２ｃと平行になっている。平坦部２３ａは、本体部２の周方向に直交する断面視でピストンリング１の軸方向と平行な直線となっている。ピストンリング１の軸方向は、幅方向Ａに対応する。平坦部２３ａは、ピストンリング１の周方向については、周方向全体に亘って設けられている。平坦部２３ａは、合口部３が互いに近接した状態で全体として仮想的な円筒状をなしている。
　このような平坦部２３ａでは、中間面２３のうち最も径方向外側に位置する中間最外部（最外部）ＯＭ２は、平坦部２３ａ全体となっている。中間最外部ＯＭ２は、第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２を径方向外側に仮想的に延長してなる仮想形状よりも径方向内側に位置している。ここでの中間最外部ＯＭ２は、上述の仮想円の仮想最外部ＯＭ１よりも径方向内側に位置している。そのため、外周面２ｄは、一般的な対称バレル形状とは異なる。外周面２ｄでは、新品のピストンリング１の使用開始の初期において、断面視で湾曲面の頂部の点接触（周方向には線接触）の程度が緩和されている。外周面２ｄにより、むしろピストンリング１とシリンダ内壁との間に微小なくさび形状が形成され易くなっている。
　平坦部２３ａは、幅方向Ａに沿って中間面幅ＭＷの５０％以上の平坦部幅寸法を有する。平坦部幅寸法は、中間面幅ＭＷの７０％以上であってもよい。平坦部幅寸法は、中間面幅ＭＷの８０％以上であってもよい。ここでの平坦部２３ａは、例えば、中間面幅ＭＷの全体において幅方向Ａに平行な直線状に延びている。つまり、ここでの平坦部幅寸法は、１００％である。この場合、平坦部幅寸法は、幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷと等しく、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。平坦部幅寸法は、０．０５ｍｍ以上且つ０．２５ｍｍ以下であってもよい。平坦部幅寸法は、０．０５ｍｍ以上且つ０．２０ｍｍ以下であってもよい。
　上述の仮想的な落差寸法、中間面幅ＭＷ、及び平坦部幅寸法は、市販の輪郭形状測定機を用いたピストンリング１の外周面２ｄの形状を測定することで得ることができる。輪郭形状測定機としては、例えば、ＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）製サーフコム１９００ＤＸ３を用いることができる。
　図３は、図２の断面の要部拡大図である。中間面幅ＭＷの寸法の指標として、中間面２３の幅方向Ａの両端部におけるくさび角度を用いることができる。くさび角度は、中間面２３の幅方向Ａの両端部において外周面２ｄの接線と中間面２３とがなす角度である。具体的な一例として、くさび角度は、第１湾曲面２１と中間面２３との第１境界２１ａにおいて第１湾曲面２１に接する第１仮想線２１ｂが中間面２３となす角度である第１くさび角度φ１と、第２湾曲面２２と中間面２３との第２境界２２ａにおいて第２湾曲面２２に接する第２仮想線２２ｂが中間面２３となす角度である第２くさび角度φ２と、が挙げられる。くさび角度は、ピストンリング１とシリンダ内壁との間のオイル導入角度に相当する。
　くさび角度は、設計上の寸法から幾何学的計算により算出されてもよい。くさび角度は、輪郭形状測定機の測定結果を用いて算出されてもよい。輪郭形状測定機を用いる場合、測定結果を拡大して得られた寸法から幾何学的計算により算出されてもよいし、輪郭形状測定機に備わる輪郭画像上の寸法等の演算ソフトを用いて算出されてもよい。演算ソフトを用いる場合、上述の仮想円の曲率半径と中間面２３との接線角度から算出可能である。くさび角度の算出手法は、特に限定されない。
　ここでは、中間面２３が幅方向Ａにおける外周面２ｄの中央部に配置されているため、幅方向Ａにおいて中間面２３の中央部が外周面２ｄの中央部に位置している。中間面２３は、幅方向Ａにおける外周面２ｄの中央部を境に幅方向Ａに対称となっている。そのため、第１くさび角度φ１と第２くさび角度φ２とは、互いに等しくなっている。「互いに等しい」には、部品公差及び計測誤差に起因する寸法の相違は含めなくてもよい。「互いに等しい」とは、幾何学的に互いに等しいことを意味してもよい。
　上述のような平坦部２３ａの構成では、第１くさび角度φ１及び第２くさび角度φ２は、１．５°以下である。図４は、中間面幅とくさび角度との関係を例示する表である。図５は、図４の中間面幅とくさび角度との関係を図示するグラフである。図４には、１２種類の中間面幅ＭＷを有するピストンリング１において算出されたくさび角度がそれぞれ表として示されている。図５では、横軸は中間面幅ＭＷを示し、縦軸はくさび角度を示す。図５に示されるように、中間面幅ＭＷが大きくなるほどくさび角度が大きくなる傾向があることがわかる。このため、中間面幅ＭＷの寸法の指標として、くさび角度を用いることが可能であることがわかる。
　例えば、ピストンリング１の幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷは、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。このことから、図４及び図５によれば、くさび角度（第１くさび角度φ１及び第２くさび角度φ２）は、例えば０．６以上且つ１．５°以下であってもよい。くさび角度は、０．６以上且つ１．４°以下であってもよい。くさび角度は、０．６以上且つ１．３°以下であってもよい。
　第１接続面２４は、側面２ａと外周面２ｄとがなす角部が面取りされた部分である。第１接続面２４は、側面２ａと第１湾曲面２１とを接続する傾斜面である。第１接続面２４は、第１湾曲面２１と共に本体部２の周方向の全体に亘って延在している。第１接続面２４は、側面２ａから側面２ｂに向かうにつれて本体部２の径方向に張り出すように傾斜している。第１接続面２４は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して側面２ａと第１湾曲面２１とが滑らかに接続されてもよい。第１接続面２４では、曲面がなくてもよい。第１接続面２４は省略されてもよい。側面２ａと第１湾曲面２１とが直接連なっていてもよい。
　第２接続面２５は、側面２ｂと外周面２ｄとがなす角部が面取りされた部分である。第２接続面２５は、側面２ｂと第２湾曲面２２とを接続する傾斜面である。第２接続面２５は、第２湾曲面２２と共に本体部２の周方向の全体に亘って延在している。第２接続面２５は、側面２ｂから側面２ａに向かうにつれて本体部２の径方向に張り出すように傾斜している。第２接続面２５は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して側面２ｂと第２湾曲面２２とが滑らかに接続されてもよい。第２接続面２５では、曲面がなくてもよい。第２接続面２５は省略されてもよい。側面２ｂと第２湾曲面２２とが直接連なっていてもよい。
　以上説明したピストンリングでは、第１湾曲面２１と第２湾曲面２２とを接続するように、少なくとも一部に平坦部２３ａを有する中間面２３が形成されている。側面２ａと側面２ｂとを結ぶ幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷは、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。このような構成では、ピストンリング１における中間面２３近傍の第１湾曲面２１とシリンダ内壁との間、及び、ピストンリング１における中間面２３近傍の第２湾曲面２２とシリンダ内壁との間に、微小なくさび形状の空間が形成される。０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下となるような中間面２３を設けることで、ピストンリング１の使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減が促進される。よって、微小なくさび形状の空間が容易に形成されることとなる。その結果、ピストンリング１の使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。
［ピストンリングの変形例］
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に限定されるものではない。本開示は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。
　上記実施形態では、第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の円弧形状を規定する共通の仮想円は、対称バレル形状の一部分となっていたが、この例に限定されない。例えば、第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の形状は、共通の仮想的な偏心バレル形状の一部分となっていてもよい。第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の形状は、バレル形状の一部分でなくてもよい。第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の形状は、仮想楕円の一部分となっていてもよい。要は、第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の形状は、本体部２の径方向外側に向かって凸状に湾曲していればよい。
　中間面２３は、中間面幅ＭＷの全体において幅方向Ａに平行な直線状に延びる平坦部２３ａとして構成されていたが、これに限定されない。平坦部２３ａは、幅方向Ａに沿って中間面幅ＭＷの５０％未満の平坦部幅寸法を有していてもよい。中間面２３は、幅方向Ａに対して傾斜した直線状（テーパ状）であってもよい。この場合、上記実施形態では、実質的に中間面２３の延びる幅方向Ａと外周面２ｄの接線とがなす角度としてくさび角度が算出されたが、中間面２３の傾斜方向と外周面２ｄの接線とがなす角度として算出されてもよい。
　中間面２３のうち平坦部２３ａ以外の部分は、径方向外側に張り出す凸部であってもよい。中間面２３のうち平坦部２３ａ以外の部分は、径方向内側に窪む溝又は凹部であってもよい。この場合の凸部、溝、又は凹部は、断面視で曲線状であってもよい。凸部、溝、又は凹部は、断面視で複数の直線で形成されていてもよい。
　第１くさび角度φ１及び第２くさび角度φ２の両方が１．５°以下であったが、この例に限定されない。例えば、第１くさび角度φ１と第２くさび角度φ２とは、互いに異なっていてもよい。第１くさび角度φ１及び第２くさび角度φ２の何れか一方が１．５°以下であってもよい。
　上記実施形態では、側面２ａ，２ｂは、内周面３ｃに略直交していたが、例えば図６に示されるピストンリング１Ａのように、側面２ａと内周面３ｃとを接続するように幅方向Ａに対して傾斜して延在するインナーカット面２ｅを備える態様（いわゆるインナーベベル形状）であってもよい。インナーカット面２ｅは、ピストンリング１において側面２ａと内周面３ｃとがなす角部が切り欠かれた部分である。インナーカット面２ｅは、本体部２の周方向の全体に亘って延在している。切欠き部分はインナーステップ形状であってもよい。所定のシリンダ装着状態におけるピストンリングのねじれ角は、５′～９０′であってもよい。所定のシリンダ装着状態とは、ピストンが、ピストンリング１Ａがピストン外周面のリング溝に設けられた状態で、シリンダに取り付けられた場合に相当する。このようなインナーカット面２ｅによれば、第２境界２２ａがシリンダ内壁と強く接触するようになるため、初期のなじみ摺動によるオイル消費量の低減効果が増大し易くなる。
　上記実施形態及び上記変形例に係るピストンリングは、セカンドリング以外に、例えばトップリング、又は、ディーゼルエンジンにおけるサードリングとして用いることができる。
　上記実施形態及び上記変形例では、合口端部４の端面４ａ及び合口端部５の端面５ａが、本体部２の周方向に対して直角に形成された直角合口を例示しているが、合口端部の形状はこれに限られない。例えば、端面４ａ，５ａは、上記周方向に対して傾斜して形成された傾斜合口であってもよい。端面４ａ，５ａは、端面４ａの側面２ａ側と端面５ａの側面２ｂ側とが互いに相手側に突出するように形成された段付合口であってもよい。
　本開示を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本開示はこれらの例に限定されるものではない。
（実施例１）
　以下の手順で、実施例１のセカンドリングを作製した。まず、外周面に第１湾曲面、第２湾曲面、及び中間面が設けられた本体部を有するセカンドリングを作製した。本体部としては、ＳＷＯＳＣ－Ｖ材を線材に用い、当該線材に圧延ロール成形及び引き抜き成形を施した。本体部の呼称径は７３ｍｍに設定した。本体部の幅は１．０ｍｍに設定し、本体部の厚さは２．１ｍｍに設定した。第１湾曲面及び第２湾曲面の円弧を規定する対称バレル形状に相当する仮想円の曲率半径は、Ｒ３０とした。仮想円の仮想的なダレ量は、０．００２ｍｍ以上且つ０．００６ｍｍ以下であった。セカンドリングをインナーベベル形状とし、セカンドリングのねじれ角は、５′～９０′とした。表面には、ＣｒＮイオンプレーティング被膜を施した。輪郭形状測定機としてＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）製サーフコム１９００ＤＸ３を用い、中間面幅ＭＷの測定及びくさび角度を算出した。くさび角度の算出は、輪郭形状測定機に備わる輪郭画像上の寸法等の演算ソフトを用いて行った。以上のようにして製作したセカンドリングを用いて、摩擦の測定を行った。摩擦の測定は、セカンドリングを含むピストンリングセットを組み込んだピストンをシリンダに取り付け、エンジン回転数は２０００ｒｐｍにてモータリング運転し、摩擦を測定した。同様にして製作した複数のセカンドリングの外周形状の条件を変えて、図７に示されるように実施例２～３０のセカンドリングを準備し、中間面幅ＭＷの測定及びくさび角度の算出、並びに、摩擦の測定を行った。
　図７は、実施例及び比較例に係るピストンリングの摩擦計測結果を示す表である。図８（ａ）は、横軸をくさび角度として図７の摩擦計測結果を図示するグラフである。図８（ｂ）は、横軸を中間面幅として図７の摩擦計測結果を図示するグラフである。
　図８において、比較例１は外周面がテーパ形状のピストンリングであり、一番右に位置する白丸のプロットは比較例２を示す。白丸のプロットの左に並ぶ黒丸のプロッロ群は実施例１～３０を示す。図８に示されるように、比較例１の摩擦は１３．５と大きく、縦軸のスケール外である。比較例２の摩擦は８．２と比較例１の摩擦よりも小さいが、黒丸のプロット群と比べて摩擦が大きい。
　黒丸のプロット群において、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍのプロット（実施例５）よりも、例えば、中間面幅ＭＷが０．０７８ｍｍのプロット（実施例１）、０．１００ｍｍのプロット（実施例２）、及び０．１５０ｍｍのプロット（実施例３）の方が、摩擦が小さいことがわかる。このような、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍのプロット（実施例５）よりも摩擦が小さい傾向は、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ以上であって０．２００ｍｍ以下の範囲で見られる。
　図９は、実施例及び比較例に係るピストンリングの摩擦の時系列変化を図示するグラフである。図９では、中間面幅ＭＷがそれぞれ「無し」、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、及び０．２５ｍｍのピストンリングを用いた場合の、摩擦の測定の評価時間に対する摩擦の大きさの時間的変化が示されている。中間面幅ＭＷが「無し」とは、外周面２ｄに中間面を設けない通常のバレル形状に対応する。なお、図９の原点Ｏは評価時間が０（評価開始時点）である。
　図９に示されるように、中間面幅ＭＷが無しの白丸プロットは、中間面幅ＭＷが０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、及び０．２５ｍｍのプロットと比べて大きい摩擦の大きさを初期値として、評価時間が経過するにつれて、摩擦が徐々に低下していくことを表している。この摩擦の時間変化は、ピストンリングの使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減に対応するものと考えられる。一方、中間面幅ＭＷが０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、及び０．２５ｍｍの各プロットは、中間面幅ＭＷが無しの白丸プロットと比べて小さい摩擦の大きさを初期値として、評価時間が経過するにつれて摩擦が徐々に低下していく。しかし、その低下の変化率は、中間面幅ＭＷが無しの白丸プロットと比べて小さい。このような摩擦の時間変化の推移の仕方から、摩擦が初期値の段階（新品のピストンリングの使用開始の時点）ですでに、初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減の効果が得られていると考えられる。外周面に中間面を設けることで、外周面に中間面を設けない場合よりも、摩擦損失の低減が促進されていると考えられる。
　図８に戻り、図８において中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ以上であって０．２００ｍｍ以下の範囲では、図９のような初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減の効果が特に顕著に得られているといえる。図９のような初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減があることから逆算することで、図８に中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ未満のプロットがどのような位置になるかを推測することができる。中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ未満のプロットは、例えば、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍのプロットよりも摩擦が大きい値となると推測され、比較例２の摩擦の値に近づくものと推測される。この推測に基づけば、外周面に中間面を設けることで、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ以上であって０．３００ｍｍ以下の範囲、すなわち図８における黒丸プロット群は初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減の効果が得られるものと考えることができる。
［３ピースのオイルコントロールリング］
　図１０は、３ピースオイルコントロールリングの一例がピストンＰの溝Ｐａに装着された状態を模式的に示す断面図である。この断面図は、オイルコントロールリングの軸方向（ピストンＰの往復動方向Ａ）における断面を示す。往復動方向Ａは、幅方向Ａと同じ方向であってもよい。
　図１０に示されるように、オイルコントロールリング１５０は、一対のサイドレール１０１，１０２と、一対のサイドレール１０１，１０２の間に配置されるスペーサエキスパンダ１１０Ａとを備える。サイドレール１０１，１０２の外周面１０１ａ，１０２ａがシリンダボアＢの内面Ｂａに接している。サイドレール１０１，１０２の内周面１０１ｂ，１０２ｂがスペーサエキスパンダ１１０Ａの耳部１０５に接している。
［サイドレール］
　サイドレール１０１，１０２の材質は、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼である。サイドレール１０１，１０２は、少なくとも外周面１０１ａ，１０２ａを覆うように設けられた硬質皮膜（不図示）を備えてもよい。硬質皮膜の材質として、例えば、非晶質炭素、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣ、又はニッケル（Ｎｉ）やニッケルリン（ＮｉＰ）などのニッケル合金が挙げられる。図１０に示すように、本実施形態において、サイドレール１０１，１０２は同じ形状である。以下、サイドレール１０１の形状について説明し、サイドレール１０２の形状の説明は省略する。
　図１１（ａ）はサイドレール１０１の斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示すｂ－ｂ線における断面図である。サイドレール１０１は軸方向の断面において、図１１（ｂ）に一点鎖線で示す中心線Ｌを中心として上下対称の形状を有する。サイドレール１０１は、外周面１０１ａと、内周面１０１ｂと、第１及び第２の側面１０１ｃ，１０１ｄと、外周面１０１ａと第１の側面１０１ｃの間の第１の傾斜面１０１ｅと、外周面１０１ａと第２の側面１０１ｄの間の第２の傾斜面１０１ｆとを有する。図１１（ｂ）に示す断面において、サイドレール１０１の重心Ｇは、中心線Ｌ上にあり且つサイドレール１０１の厚さ方向の中心位置よりも内周面１０１ｂ側に位置している。内周面１０１ｂは、軸方向の断面において上下対称の形状を有している。外周面１０１ａ、第１の傾斜面１０１ｅ、及び、第２の傾斜面１０１ｆ（サイドレール１０１の外周側の面）は、一例として、軸方向の断面において上下対称の形状を有している。サイドレール１０１の外周側の断面形状は、この例に限定されず、軸方向の断面において上下非対称の形状を有していてもよい。例えば、外周面１０１ａが中心線Ｌに対して第１及び第２の側面１０１ｃ，１０１ｄの何れか一方側に片寄った断面形状であってもよい。
　図１１（ａ）に示すように、サイドレール１０１は環状であり、例えば、外径が６０～１２０ｍｍであり、内径が５６～１１４ｍｍである。サイドレール１０１の厚さＴ（＝（外径－内径）／２）は、例えば、１．０～３．０ｍｍであり、１．２～２．７ｍｍ又は１．４～２．５ｍｍであってもよい。サイドレール１０１の高さＬｈ０は、例えば、０．２～０．７ｍｍであり、０．２５～０．５５ｍｍ又は０．３０～０．４５ｍｍであってもよい。なお、ここでいう「環状」とは、必ずしも閉じた円を意味するものではなく、サイドレール１０１は合口部を有していてもよい。サイドレール１０１は、平面視で真円状でもよいし、楕円状でもよい。なお、サイドレールの輪郭形状（内周面及び外周面等の形状）は輪郭形状測定機（例えば、ＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）製）を使用して計測することができる。
　図１２はサイドレール１０１の内周側を拡大して示す断面図である。サイドレール１０１の内周面１０１ｂは、図１２に示すように、軸方向の断面において、サイドレール１０１の高さ方向の中央部に位置する内側先端部１０１ｇを備える。内側先端部１０１ｇは以下の条件Ａ１を満たしている。
　条件Ａ１：０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
　式中、Ｒ１は内側先端部１０１ｇを構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。Ｒ１／Ｌｈ０の値が０．７～１．１の範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大を十分に抑制することができる。
　サイドレール１０１の高さＬｈ０に対する内側先端部１０１ｇの高さＬｈ２（図１２における高さＬｈ２）の比率Ｌｈ２／Ｌｈ０は、１以下であってもよい。比率Ｌｈ２／Ｌｈ０は、０．５～０．７５であってもよい。比率Ｌｈ２／Ｌｈ０は、０．５～０．７であってもよい。比率Ｌｈ２／Ｌｈ０は、０．５～０．６５であってもよい。高さＬｈ２は、軸方向の断面において、一方の変曲点（凸状湾曲部Ｃ１の頂点）から他方の変曲点（凸状湾曲部Ｃ２の頂点）までの距離を意味する（図１２参照）。Ｌｈ２／Ｌｈ０の値が上記範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大をより一層確実に抑制することができる。
　内周面１０１ｂは、図１２に示すように、内側先端部１０１ｇを挟むように位置する周縁部Ｐ１，Ｐ２を更に備えてもよい。内側先端部１０１ｇと周縁部Ｐ１によって凸状湾曲部Ｃ１が構成され、内側先端部１０１ｇと周縁部Ｐ２によって凸状湾曲部Ｃ２が構成されていてもよい。周縁部Ｐ１，Ｐ２は以下の条件Ａ２を満たしていてもよい。
　条件Ａ２：０．２≦Ｒ２／Ｌｈ０≦０．５
　式中、Ｒ２は周縁部Ｐ１，Ｐ２を構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。Ｒ２／Ｌｈ０の値が０．２～０．５の範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大を十分に抑制することができる。
　図１３はサイドレール１０１の外周側を拡大して示す断面図である。図１３に示すように、サイドレール１０１の外周面１０１ａは、軸方向の断面において、以下の条件Ａ３を満たす外側先端部１０１ｈを有していてもよい。
　条件Ａ３：０．１≦Ｒ０／Ｌｈ０≦０．２３
　式中、Ｒ０は外側先端部１０１ｈを構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレール１０１の高さ（単位：ｍｍ）を示す。
　第１及び第２の傾斜面１０１ｅ，１０１ｆの角度θは３０～５０°であってもよい。角度θは軸方向と直交する面と傾斜面１０１ｅ，１０１ｆなす角度を意味する。軸方向の断面において、外周面１０１ａの先端から、側面１０１ｃと傾斜面１０１ｅとの境界までの径方向の距離ａ（単位：ｍｍ）が以下の条件Ａ４を満たしていてもよい。
　条件Ａ４：０．１≦ａ／Ｔ≦０．２
　式中、Ｔは軸方向の断面におけるサイドレール１０１の厚さ（単位：ｍｍ）を示す（図１１（ｂ）参照）。
　ところで、近年、自動車エンジンに代表される内燃機関は、環境保護の観点から、高出力化、燃費の向上及び低エミッション化が図られている。例えば、高出力化の観点から、内燃機関は従来と比較して高い回転数で作動する傾向にある。この往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合、オイル消費量が増大する現象が観測される。従来の内周面が半円状の丸みを帯びているサイドレールと比べて、本開示に係るサイドレール１０１の内周面は、丸みを帯びていない。つまり、内周面の内側先端部が条件Ａ１を満たしている。なお、内周面が半円状である場合、Ｒ１／Ｌｈ０の値は０．５である。内周面の内側先端部が条件Ａ１を満たすことで、内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量を十分に抑制できる。これは、高速運転時におけるサイドレールの挙動が安定化し、ピストン溝の内面にサイドレールの側面が当接しやすくなりシール性を向上したためと推察される。サイドレールの挙動は、シリンダとの摩擦力と、往復動に伴う慣性力の影響を受ける。往復動の高速化はオイルコントロールリングに加わる慣性力を増大させるため、摩擦力の影響よりも慣性力の影響の方が支配的になると推察される。内側先端部が条件Ａ１を満たすことで、従来のサイドレールと比較して重心が内周面側にシフトするとともに、スペーサエキスパンダの耳部に当接する位置がシフトする。これらの事項がサイドレールの挙動の安定化に寄与していると推察される。すなわち、上記のようなサイドレール１０１及びこれを適用したオイルコントロールリングによれば、内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量の増大を十分に抑制することができる。
　本開示のサイドレールは、上記サイドレール１０１に限定されるものではない。例えば、上記サイドレール１０１においては、サイドレール１０１の内周面が軸方向の断面において曲率半径が異なる２つの円弧で構成されている場合を例示したが、サイドレールの内周面は軸方向の断面において曲率半径が異なる３つ以上の円弧で構成されていてもよい。例えば、図１４に示すサイドレール１０３は曲率半径が異なる３つの円弧で構成されている。すなわち、サイドレール１０３の内周面１０３ｂは、曲率半径Ｒ１の内側先端部１０３ｇと、これを挟むように形成されている曲率半径Ｒ２の第１の周縁部Ｐ１，Ｐ２と、これらの外側に形成されている曲率半径Ｒ３の第２の周縁部Ｑ１，Ｑ２とによって構成されている。内周面１０３ｂは以下の条件Ａ１ａ～Ａ３ａを満たしていてもよい。なお、式中、Ｌｈ０はサイドレール１０３の高さを示し、Ｌｈ２は内側先端部（曲率半径Ｒ１の部分）の高さ（図１４における高さＬｈ２）を示す。
　条件Ａ１ａ：０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
　条件Ａ２ａ：０．２≦Ｒ２／Ｌｈ０≦０．５
　条件Ａ３ａ：Ｌｈ２／Ｌｈ０≦１．０
　上記条件Ａ３ａに係る比率Ｌｈ２／Ｌｈ０の値は、０．５～０．７５であってもよい。比率Ｌｈ２／Ｌｈ０の値は、０．５～０．７であってもよい。比率Ｌｈ２／Ｌｈ０の値は、０．５～０．６５であってもよい。図１４に示すように、Ｌｈ２は、軸方向の断面において、内側先端部１０３ｇの高さ（一方の変曲点から他方の変曲点までの距離）を意味する。Ｌｈ２／Ｌｈ０の値が上記範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大をより一層確実に抑制することができる。
　更には、サイドレール１０１を上述のピストンリング１と組み合わせて用いると、ピストンリング１と、サイドレール１０１と、一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダとで構成されたオイルコントロールリングと、を備えるピストンリングセットとして構成することができる。このようなピストンリングセットによれば、ピストンリング１によって、ピストンリング１の使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減が促進される。よって、微小なくさび形状の空間が容易に形成されることとなる。その結果、ピストンリング１の使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。この作用効果に加えて、サイドレール１０１によって、内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量の増大を十分に抑制することができる。したがって、例えばピストンリング１の使用開始の初期を経過した後に内燃機関が高い回転数で作動しているときのオイル消費量についての機能をピストンリング１に分担させる程度を抑えることができ、ピストンリング１をより一層ピストンリング１の使用開始の初期での低フリクション化を狙った構成とすることが可能となる。
［スペーサエキスパンダ］
＜第１の例＞
　図１５はスペーサエキスパンダの第１の例の平面図である。同図に示されるように、スペーサエキスパンダ１１０Ａは環状であり、二つの端面１１０ａ，１１０ｂによって構成される合口部１１０ｃを有する。スペーサエキスパンダ１１０Ａは、例えば、鋼板をプレス加工（切り曲げ加工及び打ち抜き加工）することによって、あるいは、バネ鋼からなる線材を複数の歯車によりかみ合わせながら塑性変形させることによって製造される。
　スペーサエキスパンダ１１０Ａは、耐摩耗性、耐凝着性等の向上の観点から、表面処理が施されたものであってもよい。例えば、無電解めっき及び電解めっき、硬質塗料コーティング、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタ法により、スペーサエキスパンダ１１０Ａの表面に膜を形成してもよい。膜の材質としては、非晶質炭素膜、窒化クロム膜（ＣｒＮ）、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣ、又はニッケル（Ｎｉ）やニッケルリン（ＮｉＰ）などのニッケル合金からなるメッキ等が挙げられる。無機材料による皮膜以外にもポリイミド等の高分子皮膜を形成することでもよい。なお、高分子皮膜にはカーボンファイバーやグラスファイバーなどのフィラーを混入させたものであっても構わない。
　図１６は図１５に示す一点鎖線で囲った領域を拡大して示す斜視図である。図１０に示されるように、オイルコントロールリング１５０は、一対のサイドレール１０１，１０２と、一対のサイドレール１０１，１０２の間に配置されるスペーサエキスパンダ１１０Ａとを備える。サイドレール１０１，１０２の外周部がシリンダボアＢの内面Ｂａに接している。図１０においてハッチングで示した部分の厚さ（スペーサエキスパンダの板厚）は、例えば、０．１ｍｍ～０．７ｍｍである。この部分をなるべく厚くすることで、より高い張力が得られるとともに、サイドレール１０１，１０２との接触面積を確保できるので、より優れた摩耗低減効果が得られる。スペーサエキスパンダ１１０Ａの後述する各部の剛性も増強できる。なお、サイドレール１０１，１０２としては従来公知のものを使用することができる。サイドレールの外周面形状や内周面形状はサイドレール１０１，１０２と異なるものであってもよく、例えば、必ずしも対称性を有する断面形状でなくてもよい。
　スペーサエキスパンダ１１０Ａは、サイドレール１０１，１０２の内周面１０１ｂ，１０２ｂがそれぞれ当接する複数の耳部１０５と、サイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃとそれぞれ対面する複数のレール対面部１０７とを有する。レール対面部１０７は、耳部１０５よりも外周側であって耳部１０５と隣接した位置に形成されている。スペーサエキスパンダ１１０Ａにサイドレール１０１，１０２が組み合わされた状態において、耳部１０５にサイドレール１０１，１０２の内周面１０１ｂ，１０２ｂが当接し且つレール対面部１０７とサイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃが対面するため、耳部１０５はレール対面部１０７よりも高く形成されている。スペーサエキスパンダ１１０Ａは、耳部１０５と、レール対面部１０７とによって構成される開口１０５ｈを有する。
　耳部１０５におけるサイドレール１０１，１０２が当接する面は軸方向に対して傾斜している。図１０に示す傾斜角αは、５～３０°であってもよい。傾斜角αは、１０～２５°であってもよい。
　スペーサエキスパンダ１１０Ａは、例えば、作業台に置かれたときに、山部１１０Ｍと谷部１１０Ｖが交互に連なる形状を有する。スペーサエキスパンダ１１０Ａの山部１１０Ｍ（図１６における上側）に位置する耳部１０５と、谷部１１０Ｖ（図１６における下側）に位置する耳部１０５は実質的に同じ形状である。スペーサエキスパンダ１１０Ａの山部１１０Ｍ（図１６における上側）に位置するレール対面部１０７と、谷部１１０Ｖ（図１６における下側）に位置するレール対面部１０７も実質的に同じ形状である。よって、作業台の上に置かれたスペーサエキスパンダ１１０Ａの上下を逆さにすれば、図１６に示す山部１１０Ｍが谷部１１０Ｖとなり、谷部１１０Ｖが山部１１０Ｍとなる。
　以下、スペーサエキスパンダ１１０Ａの山部１１０Ｍに位置する耳部１０５及びレール対面部１０７について説明し、谷部１１０Ｖに位置する耳部１０５及びレール対面部１０７の説明は省略する。なお、以下でいう耳部１０５及びレール対面部１０７における「最も高い位置」等の高さに関する記述はスペーサエキスパンダ１１０Ａを作業台に置いた状態において、上側に位置する山部１１０Ｍの耳部１０５及びレール対面部１０７を対象としている。この状態において、下側に位置する谷部１１０Ｖの耳部１０５及びレール対面部１０７については、厳密には、例えば、耳部１０５及びレール対面部１０７における「最も低い位置」と称すべきとも言えるが、上述のとおり、スペーサエキスパンダ１１０Ａの上下を単に逆さすれば、谷部１１０Ｖは山部１１０Ｍとなることから、本開示において「最も高い位置」等の表現は谷部１１０Ｖの耳部１０５及びレール対面部１０７に対しても適用される。
　耳部１０５はサイドレール１０１の内周面１０１ｂが当接する部分である。耳部１０５の形状は、不等式（１）で表される条件Ｂ１を満たしていてもよい。耳部１０５の形状は、不等式（２）で表される条件Ｂ２を満たしていてもよい。
　　　条件Ｂ１：Ｗ／Ｈ≧１．５…（１）
　　　条件Ｂ２：Ｗ／Ｈ≧１．７…（２）
　Ｗは耳部１０５の最も高い位置からレール対面部１０７の方向（スペーサエキスパンダ１１０Ａの厚さ方向）に０．０５ｍｍ移動した位置における耳部１０５の幅（単位：ｍｍ）を示し（図２４（ａ）参照）、Ｈはレール対面部１０７における耳部と隣接する領域の最も高い位置と耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す（図２５（ａ）参照）。なお、幅Ｗの位置を特定するにあたり、耳部１０５の最も高い位置からレール対面部１０７の方向（図２４（ａ）のグラフにおける下方）に０．０５ｍｍ移動した位置としたのは、オイルコントロールリング１５０の使用初期において、耳部１０５の当該位置にサイドレール１０１，１０２が当接する頻度が高いと推察されるからである。
　Ｗ／Ｈの値が１．５以上である耳部１０５は、Ｗ／Ｈの値が１．５未満のものと比較して、サイドレール１０１との接触による摩耗量を抑制できる。Ｗ／Ｈの値の上限値は、スペーサエキスパンダ１１０Ａから発生する張力の観点から、例えば、５．０である。耳部１０５の頂部は、平坦な部分を有していてもよい。あるいは、耳部１０５の頂部は平坦な部分を有していなくてもよい。すなわち、耳部１０５の側面の形状は連続的な曲面から形成されていてもよく、換言すれば、耳部１０５の側面形状は曲率の異なる曲面が連続した形状であってもよい。このような構成を採用することで、スペーサエキスパンダの製造が容易になるとともに、塑性変形時に応力集中が発生しにくい形状にすることができる。それゆえ、折損などの発生を低減することが可能となる。
　耳部１０５の幅Ｗが例えば０．７～１．８ｍｍであるとき、耳部１０５の高さＨは０．２～０．７５であってもよい。幅Ｗが例えば１．０～１．８ｍｍであるとき、高さＨは０．２～０．６５ｍｍであってもよい。幅Ｗが例えば１．３～１．８ｍｍであるとき、高さＨは０．３５～０．７ｍｍであってもよい。これらの値は、スペーサエキスパンダ１１０Ａの径、材料の強度及び耳部のピッチ等に応じて適宜設定すればよい。
　上述のとおり、Ｗ／Ｈの値が１．５以上である（耳部１０５が比較的平たい）ことで、耳部の幅に比して耳部の高さが抑えられた形状となるため、スペーサエキスパンダ１１０Ａの耳部の機械的強度を高くすることができる。このため、ピストンの往復運動に伴ってスペーサエキスパンダ１１０Ａが外力を受けても、スペーサエキスパンダ１１０Ａの張力をサイドレール１０１，１０２に安定して伝達することができ、スペーサエキスパンダ１１０Ａに支持されるサイドレール１０１，１０２の姿勢を安定した状態に維持することができる。ひいては、サイドレール１０１，１０２によるオイル掻き性能が安定し、その結果、オイル消費量も安定する。板材や線材から塑性変形させて、スペーサエキスパンダ１１０Ａを得るような製造方法の場合、耳部１０５の高さが高くなるにつれて塑性変形により形状変化をさせる体積が大きくなるので、製造上困難さを増すことになるが、耳部１０５は、その幅に比して高さが抑えられているため、そのような製造上の困難さについては従来のスペーサエキスパンダに比べて低い。
　上述のとおり、耳部１０５の高さＨは、レール対面部１０７における耳部１０５と隣接する領域の最も高い位置と、耳部１０５の最も高い位置の高低差である。レール対面部１０７における「最も高い位置」の探索範囲は、レール対面部１０７のうち耳部１０５に隣接する領域の範囲内となる。図２５（ａ）は、スペーサエキスパンダ１１０Ａのレール対面部１０７における耳部１０５に隣接する領域の最も高い位置と、耳部１０５の最も高い位置の高低差（耳部１０５の高さＨ）の求め方を示している。なお、図２５（ｂ）～図２５（ｆ）は後述のスペーサエキスパンダの耳部１０５の高さＨの求め方を示している。いずれの図においても、耳部１０５の最も高い位置を通る直線をｈ２とし、レール対面部１０７における耳部と隣接する領域の最も高い位置を通る直線をｈ１として示している。直線ｈ１，ｈ２はいずれも、各々の山部においてスペーサエキスパンダ１１０Ａの接線方向に平行な直線である。
　後述する第３の例のように、耳部１０５から離れた外周端にサイドレール側面に当接する凸部（平坦部１０７ｃ）を設けた場合、レール対面部１０７のうち、凸部以外の領域において最も高い位置となる場所を探すことになる。この場合、レール対面部１０７における最も高い位置の探索方法は、複数の山部におけるそれぞれの耳部１０５の最も高い位置を概略直線でつないだ包絡線を基準に、レール対面部１０７の耳部１０５と隣接した領域における、その包絡線と最も距離が近い位置を最も高い位置としている。
　レール対面部１０７は、図１６に示されるように、平坦な面で構成されている。平坦な面にサイドレール１０１，１０２が当接し、これによりサイドレール１０１，１０２が支持される。
＜第２の例＞
　スペーサエキスパンダ１１０Ｂは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、径方向に延びるように形成された隆起部１０７ｂを有することの他は、スペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図１７参照）。レール対面部１０７が隆起部１０７ｂを有することで、エンジンオイルやこれに含まれる異物がレール対面部１０７の表面上に滞留することを十分に抑制できるとともに、レール対面部１０７とサイドレール１０１の固着を十分に抑制することができる。隆起部１０７ｂはスペーサエキスパンダ１１０Ｂの外周側の端部にまで延びている。
＜第３の例＞
　スペーサエキスパンダ１１０Ｃは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部１０７ｃを有するとともに、耳部１０５と平坦部１０７ｃとの間に径方向に延びるように形成された窪み１０７ａを有することの他はスペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図１８参照）。このような構成を採用することで、レール対面部１０７とサイドレール１０１，１０２の間におけるスラッジ等の燃焼生成物の滞留を防ぐことができる。固着の抑制にも寄与する。窪み１０７ａの深さ（レール対面部１０７の最も高い位置と窪み１０７ａの最も低い位置の高低差）は、例えば、５０～５００μｍである。平坦部１０７ｃは、スペーサエキスパンダ１１０Ｃの外周側の縁部に沿って形成されている。平坦部１０７ｃの高さを耳部１０５よりも低く且つレール対面部１０７の他の部分よりも高く形成することで、サイドレール１０１が平坦部１０７ｃに当接した状態において、レール対面部１０７における他の部分とサイドレール１０１との間に隙間が形成される。平坦部１０７ｃは「突起部」とも称され、レール対面部１０７における平坦部１０７ｃ以外の領域（耳部１０５と平坦部１０７ｃとをつなぐ部分）は「中手部」とも称される。レール対面部１０７が平坦部１０７ｃを有することで、サイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃとスペーサエキスパンダ１１０Ｃとの間に空間が形成され、サイドレール１０１，１０２でシリンダボアから掻き落されたオイルが耳部１０５とレール対面部１０７の間に掻き落され、効率的にスペーサエキスパンダ１１０Ｃの内周側に流すことができるという効果が奏される。
　図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、図１８に示すスペーサエキスパンダ１１０Ｃ及びこれに装着されたサイドレール１０１，１０２の断面図であり、互いに異なる態様を示している。いずれの態様においても、レール対面部１０７において平坦部１０７ｃとその他の領域７ｄ（中手部）に段差が設けられている。図１９（ａ）に示す態様は、レール対面部１０７において平坦部１０７ｃとその他の領域７ｄの間が切断されておらず、部材が連続している。つまり、この部分に貫通孔は形成されていない。これに対し、図１９（ｂ）に示す態様においては、レール対面部１０７において平坦部１０７ｃとその他の領域７ｄの間が切断されており、この部分に貫通孔７ｈが形成されている。貫通孔７ｈは形成されていても、形成されていなくてもよいが、ディーゼルエンジン内のように異物が存在しやすい環境で使用される場合、異物によって貫通孔７ｈが閉塞されるおそれがあるとともに、貫通孔７ｈを設けることで張力の経年劣化の程度が大きくなる場合がある。内燃機関の環境により、これらの懸念がある場合、図１９（ａ）に示すように、貫通孔７ｈが形成されていないスペーサエキスパンダを使用してもよい。他方、貫通孔７ｈを設けることで、シリンダボアから掻き落されたオイルは効率的にスペーサエキスパンダ１１０Ｃの内周側に流すことができる機会が多くなる。なお、貫通孔７ｈは、例えば、窪み１０７ａの最深部と平坦部１０７ｃとによって形成されるものであってもよい。
　図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示す断面において、サイドレール１０１，１０２の重心Ｇは平坦部１０７ｃよりも内側に位置していてもよい。このような構成を採用することで、高速運転時におけるサイドレール１０１，１０２の挙動の安定化が図られ、これにより、オイル消費量の増大をより一層効果的に抑制することができる。
＜第４の例＞
　スペーサエキスパンダ１１０Ｄは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部１０７ｃを有するとともに耳部１０５と平坦部１０７ｃとの間に径方向に延びるように形成された隆起部１０７ｂを有することの他はスペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図２０参照）。平坦部１０７ｃは、スペーサエキスパンダ１１０Ｄの外周側の縁部に沿って形成されている。スペーサエキスパンダ１１０Ｄにサイドレール１０１，１０２が組み合わされた状態において、耳部１０５にサイドレール１０１，１０２の内周面１０１ｂ，１０２ｂが当接し且つレール対面部１０７の平坦部１０７ｃにサイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃが対面するため、平坦部１０７ｃは耳部１０５よりも低く形成されている。
＜第５の例＞
　スペーサエキスパンダ１１０Ｅは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、レール対面部１０７が径方向に延びる窪み１０７ａを有することの他はスペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図２１参照）。窪み１０７ａはスペーサエキスパンダ１１０Ｅの外周側の端部にまで延びている。このような構成のスペーサエキスパンダ１１０Ｅは、上述のスペーサエキスパンダと比較して塑性変形による加工がしやすいというメリットがある。
＜第６の例＞
　スペーサエキスパンダ１１０Ｆは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部１０７ｃを有することの他は、スペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図２２参照）。このような構成のスペーサエキスパンダ１１０Ｆは、上述の第６の例のスペーサエキスパンダと同様、塑性変形による加工がしやすいというメリットがある。
　上記の例のスペーサエキスパンダに限定されるものではない。例えば、上記の例では、耳部１０５におけるサイドレール１０１の内周面１０１ｂが当接する面が平坦である場合を例示したが、耳部１０５の内周面１０１ｂが当接する面は、スペーサエキスパンダの厚さ方向（耳部１０５の高さ方向）に延びる複数の凸部１０５ｂを有していてもよい。これらの凸部１０５ｂが、耳部１０５の幅方向に並ぶように形成されていてもよい。
　図２３（ａ）は、スペーサエキスパンダを外周側から見た図であり、軸方向に波形形状（山部及び谷部）を有しており、一方のサイドレール１０１を押圧する山部１１０Ｍの耳部１０５と、他方のサイドレール１０２を押圧する谷部１１０Ｖの耳部１０５が形成されている。耳部１０５には、凹部及び凸部が略軸方向に延長する周方向凹凸形状の凹凸部が形成されている。凸面の接触面積を小さくして接触面圧を高めることで、サイドレールの単独回転を防止することができる。図２３（ｂ）及び図２３（ｃ）は図２３（ａ）におけるＡ－Ａ断面図であって、図２３（ｂ）は凸部が高い態様を示す断面図であり、図２３（ｃ）は凸部が低い態様を示す断面図である。これらの図に示すように、凸部１０５ｂは、凹面１６１から突出するように形成されており、凸面１６２と、凸面１６２と凹面１６１とを繋ぐ側面１６３とからなる。
　一つの耳部１０５において、少なくとも５本（例えば７本）の凸部１０５ｂが耳部１０５の幅方向に並ぶように形成されていてもよい。凸部１０５ｂは、例えば、隣り合う二つの凸部１０５ｂの間を切削することによって凹部を形成することで形成される。
　上記各例は、すべての耳部１０５及びレール対面部１０７が実質的に同じ形状である場合を想定しているが、これらが必ずしも実質的に同じ形状でなくてもよい。スペーサエキスパンダの一方の側面側に形成されている複数の耳部１０５のうち、すべての耳部１０５が不等式（１）又は不等式（２）で表される条件を満たさなくてもよい。例えば、一方の面側に形成されている複数の耳部１０５のうち、少なくとも半分が不等式（１）又は不等式（２）で表される条件を満たすものであってもよい。
　ところで、近年、自動車エンジンに代表される内燃機関は、環境保護の観点から、高出力化、燃費の向上及び低エミッション化が図られている。これに伴い、オイルコントロールリングが使用される条件がよりシビアとなりつつある。例えば、高出力化の観点から、従来と比較してエンジンの回転数が高い傾向にあり、オイルコントロールリングがより高速でシリンダボア内を往復動する。これにより、サイドレールとの接触によって耳部が摩耗しやすい。耳部におけるサイドレールとの接触面が摩耗すると、シリンダボアの内壁に対するサイドレールの面圧が低下してオイル掻き性能が低下する。燃費向上の観点から、より潤滑性に優れるエンジンオイルが使用される傾向にあり、サイドレールとスペーサエキスパンダの相対的な位置が周方向にずれる現象が生じやすい。これもサイドレールによる耳部の摩耗及びオイル掻き性能の低下を招来する。
　上述の本開示に関する評価試験によれば、Ｗ／Ｈの値が１．５以上の耳部を有するスペーサエキスパンダは、Ｗ／Ｈの値が１．５未満のものと比較して耳部の摩耗量を抑制できることが見出された。耳部の幅に比して耳部の高さを制限した寸法比になっているため、耳部の強度や加工性の観点が改善される。Ｗ／Ｈの値の上限値は、スペーサエキスパンダで発生させる張力の観点から、例えば、５．０である。すなわち、上記のようなスペーサエキスパンダ１１０Ａ～１１０Ｆ及びこれを適用したオイルコントロールリングによれば、サイドレールとの接触による耳部の摩耗を抑制することができる。
　本開示に係るオイルコントロールリングは、上述のとおり、耳部の摩耗を十分に抑制できることから、ディーゼルエンジンに適用可能である。従来のスリーピースオイルコントロールリングは、ガソリンエンジンに広く適用されているものの、耳部の耐摩耗性が不十分であることから、ディーゼルエンジンには一般に適用されていない。これは、ディーゼルエンジンにおいては、燃焼時に発生するカーボンなどの硬質粒子がエンジンオイル中に多く含まれた状態で潤滑されるため、各部位の摩耗がガソリンエンジンと比較して顕著であり、スペーサエキスパンダの耳部も比較的早期に摩耗して、オイル掻き性能が低下しやすいことが理由として挙げられる。
　更には、スペーサエキスパンダ１１０Ａ～１１０Ｆを上述のピストンリング１と組み合わせて用いると、ピストンリング１と、スペーサエキスパンダ１１０Ａ～１１０Ｆ及びこれを適用したオイルコントロールリングと、を備えるピストンリングセットとして構成することができる。このようなピストンリングセットによれば、ピストンリング１によって、ピストンリング１の使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減が促進される。よって、微小なくさび形状の空間が容易に形成されることとなる。その結果、ピストンリング１の使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。この作用効果に加えて、スペーサエキスパンダ１１０Ａ～１１０Ｆによって、サイドレールとの接触による耳部の摩耗が抑制されるため、オイル掻き性能の低下を抑制することができる。したがって、例えば中長期的なオイル掻き性能の低下抑制についての機能をピストンリング１に分担させる程度を抑えることができ、ピストンリング１をより一層ピストンリング１の使用開始の初期での低フリクション化を狙った構成とすることが可能となる。
　１，１Ａ…ピストンリング、１０１，１０２，１０３…サイドレール、２…本体部、２ａ…側面（一側面）、２ｂ…側面（他側面）、２ｃ，３ｃ，１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ…内周面、２ｄ，１０１ａ，１０２ａ…外周面、２ｅ…インナーカット面、２１…第１湾曲面、２１ａ…第１境界、２１ｂ…第１仮想線、２２…第２湾曲面、２２ａ…第２境界、２２ｂ…第２仮想線、２３…中間面、１０１ｇ，１０３ｇ…内側先端部、１０５…耳部、１０７…レール対面部、１１０Ａ～１１０Ｆ…スペーサエキスパンダ、１５０…オイルコントロールリング、Ａ…幅方向（方向）。

 

Claims (9)

  1. 　内周面及び外周面と、前記内周面に略直交する一側面及び他側面とを有する環状の本体部を備えたピストンリングであって、
    　前記外周面の前記一側面側において前記本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第１湾曲面と、
    　前記外周面の前記他側面側において前記本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第２湾曲面と、
    　前記第１湾曲面と前記第２湾曲面とを接続するように前記一側面と前記他側面とを結ぶ方向に沿って延在する中間面と、を備え、
    　前記中間面は、少なくとも一部に平坦部を有し、
    　前記方向に沿う前記中間面の幅は、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である、ピストンリング。
  2. 　前記平坦部は、前記方向に沿って前記中間面の前記幅の５０％以上の幅寸法を有する、請求項１に記載のピストンリング。
  3. 　前記第１湾曲面と前記中間面との第１境界において前記第１湾曲面に接する第１仮想線が前記中間面となす角度である第１くさび角度、及び、前記第２湾曲面と前記中間面との第２境界において前記第２湾曲面に接する第２仮想線が前記中間面となす角度である第２くさび角度、の少なくともいずれかは、１．５°以下である、請求項１又は２に記載のピストンリング。
  4. 　前記中間面のうち最も前記径方向外側に位置する最外部は、前記中間面の前記方向における中央部よりも前記一側面側に配置されている、請求項１～３の何れか一項に記載のピストンリング。
  5. 　前記中間面のうち最も前記径方向外側に位置する最外部は、前記中間面の前記方向における中央部よりも前記他側面側に配置されている、請求項１～３の何れか一項に記載のピストンリング。
  6. 　前記一側面と前記内周面とを接続するように前記方向に対して傾斜して延在するインナーカット面を備える、請求項１～５の何れか一項に記載のピストンリング。
  7. 　所定のシリンダ装着状態における前記ピストンリングのねじれ角は、５′～９０′である、請求項６に記載のピストンリング。
  8. 　請求項１～７の何れか一項に記載のピストンリングと、
    　一対のサイドレールと一対の前記サイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダとで構成されたオイルコントロールリングと、を備えるピストンリングセットであって、
    　前記サイドレールは、
    　外周面と、内周面と、第１の側面と、第２の側面とを有し、
    　前記内周面は、軸方向の断面において上下対称の形状を有しており、
    　前記軸方向の断面において、前記サイドレールの前記内周面が以下の条件Ａ１を満たす内側先端部を有する、ピストンリングセット。
    　　条件Ａ１：　０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
    　式中、Ｒ１は前記内側先端部を構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０は前記サイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。
  9. 　前記スペーサエキスパンダは、前記サイドレールの内周面が当接する複数の耳部と、前記耳部と隣接して設けられており、前記サイドレールの側面と対面する複数のレール対面部とを有し、
    　前記複数の耳部の全部又は少なくとも一部が以下の条件Ｂ１を満たす、請求項８に記載のピストンリングセット。
    　　条件Ｂ１：　Ｗ／Ｈ≧１．５
    　式中、Ｗは前記耳部の最も高い位置から前記レール対面部の方向に０．０５ｍｍ移動した位置における前記耳部の幅（単位：ｍｍ）を示し、Ｈは前記レール対面部における前記耳部と隣接する領域の最も高い位置と前記耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す。

     
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