(57)【要約】【課題】往復動摩擦を低減することが可能な摺動面構造を有するシリンダまたはシリンダライナとの組合せにおいて、好適に用いられるピストンリングを提供すること【解決手段】ピストンリングの外周摺動面に、その摺動面のリング軸方向におけるいずれかの端部外周線を切り欠く一端部から、摺動面の面内にある他端部に至る溝を、ピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間して複数設けてなるピストンリングと、シリンダまたはシリンダライナの内壁面に、多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナとの組合せである。【選択図】図１
2010236649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンリングの外周摺動面に、その摺動面のリング軸方向におけるいずれかの端部外周線を切り欠く一端部から、摺動面の面内にある他端部に至る溝を、ピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間して複数設けてなるピストンリングと、
シリンダまたはシリンダライナの内壁面に、多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナ
の組合せ。
【請求項２】
前記ピストンリングにおける溝は、その溝のピストンリングの軸方向における長さ（Ｌｓｙ）が、当該ピストンリングの軸方向長さをｈ１、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部のシリンダまたはシリンダライナの軸方向における長さをＬｄｙとするとき、次の関係式を満たすものである請求項１に記載のピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せ。
Ｌｓｙ≦ｈ１−Ｌｄｙ        （１）
【請求項３】
前記溝は、ピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間されて複数設けられており、かつピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における一方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝と、ピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における他方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝とが、双方より配置されてなるものである請求項１または２に記載のピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せ。
【請求項４】
前記溝が、ピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間されて複数設けられており、かつピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における一方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝（第１開口端溝）と、ピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における他方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝（第２開口端溝）とが、双方より配置されてなる場合、隣接する第１開口端溝と第２開口端溝との間の周方向間隙距離（Ｄｓｘ）が、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部のシリンダまたはシリンダライナの周方向における長さをＬｄｘとするとき、次の関係式を満たすものである請求項１〜３のいずれかに記載のピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せ。
Ｌｄｘ＜Ｄｓｘ        （２）
【請求項５】
前記溝が、ピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間されて複数設けられており、かつピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における一方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝（第１開口端溝）と、ピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における他方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝（第２開口端溝）とが、双方より配置されてなる場合、隣接する第１開口端溝と第２開口端溝との間の周方向間隙距離（Ｄｓｘ）が、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部のシリンダまたはシリンダライナの周方向における長さをＬｄｘ、シリンダまたはシリンダライナの軸方向における同一高さ位置において周方向で隣接する２つの前記凹部の合計幅（２つの凹部間の間隙距離も含める。）をＬｗｄｘとするとき、次の関係式を満たすものである請求項１〜４のいずれかに記載のピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せ。
Ｌｄｘ＜Ｄｓｘ＜Ｌｗｄｘ        （３）
【請求項６】
ピストンリングの外周摺動面に、リングの合い口に面する一方の周方向端部外縁線を切り欠く一端部から、リングの周方向に沿って延長され、リングの合い口に面する他方の周方向端部外縁線を切り欠く、または摺動面の面内にある、他端部に至る幅１．０ｍｍ以下、深さ０．００１〜０．２ｍｍの溝を、ピストンリングの外周摺動面の軸方向長さ方向において、相互に離間して複数設けてなるピストンリングと、
シリンダまたはシリンダライナの内壁面に、多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナ
の組合せ。
【請求項７】
前記ピストンリングの外周摺動面の端部外周線および前記溝の縁線によって囲まれて形成される複数の凸部の少なくとも１つは、その凸部のピストンリングの軸方向における長さ（Ｌｂｙ）が、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部のシリンダまたはシリンダライナの軸方向における長さをＬｄｙとするとき、次の関係式を満たすものである請求項６に記載のピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せ
。
Ｌｂｙ＞Ｌｄｙ        （４）
【請求項８】
ピストンリングが、コンプレッションリングである請求項１〜７のいずれかに記載のピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せ。
【請求項９】
ピストンリングが、第一コンプレッションリングである請求項１〜７のいずれかに記載のピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せ。
【請求項１０】
前記シリンダまたはシリンダライナは、その内壁面の少なくとも、ピストンの上死点における最下位のピストンリングのリング溝の下面位置から、前記ピストンの下死点における最上位のピストンリングのリング溝の上面位置までの間の領域である行程中央部領域に、多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナであり、一方、前記ピストンリングは、請求項１〜９のいずれかに記載のピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せ。
【請求項１１】
請求項1〜１０のいずれかに記載のピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せに用いられるピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内を摺動するピストンに配されるピストンリングおよび当該ピストンリングとシリンダまたははシリンダライナとの組合せに関し、詳しくは、往復動摩擦を低減することが可能な摺動面構造を有するシリンダまたはシリンダライナとの組合せにおいて用いられるコンプレッションリング、特に第一コンプレッションリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
温暖化をはじめとする環境問題が地球規模で大きくクローズアップされ、大気中のＣＯ２削減に向けた内燃機関の燃費改善技術の開発が大きな課題となっており、その一環として、エンジン等に用いられる摺動部材の摩擦損失の低減が求められている。これに鑑み、近年において、耐摩耗性および耐焼付性に優れ、かつ、摩擦力の低減効果を最大限に発現することが可能な摺動部材の材料・表面処理・改質の技術の開発が進められている。
【０００３】
内燃機関の燃費改善など、シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を向上させるためには、摩擦損失の低減が有効である。特に、往復運動を行なうピストンリングと、シリンダの内壁面との間では、摩擦低減が有効である。上記往復動摩擦の低減のためにはシリンダの内壁面の表面粗さを小さくすることが有効な手段であるとされているが、表面粗さが小さすぎると当該内壁面に保持される潤滑油がほとんどなくなるため、耐焼付性が低下するという不具合があった。耐焼付性を向上させるために特許文献１ではシリンダライナを、その内壁面の表面粗さが、ピストンの上死点側から下死点側に向って粗くなるように形成している。
【０００４】
また、特許文献２ではシリンダライナの内壁面にくぼみを形成することにより、ピストンリングと、シリンダライナとの往復動摩擦を低減する技術が開示されている。特許文献２においては、摺動速度の違いによってシリンダライナをシリンダの軸方向に複数の領域に分割し、領域ごとにくぼみの形状を異なるものとすることにより、往復動摩擦の低減効果を高めている。
【０００５】
特許文献２に開示されるように、シリンダまたはシリンダライナの内壁面に多数の凹部を形成することは、当該シリンダまたはシリンダライナ内壁面とピストンリングとの摺動における摩擦力低減に関し、有効な作用をもたらす。なお、以下、このような多数の凹部を設けた内壁面を「多凹凸ボア」と称する。
【０００６】
しかしながら、ピストンに装着されるピストンリングのうち、摺動面当り幅の小さなオイルリングに対しては、このような多凹凸ボアはその摩擦力低減効果が大きい反面、コンプレッションリングに対しては摺動面当り幅がオイルリングに比べて広くこのような効果は十分に発揮できていないことが判っている。
【０００７】
特に、第一コンプレッションリングと、多凹凸ボアにおける凹み容積及び凹み面積が小さい場合との組み合わせにおいては、その現象が顕著となるものであった。
【０００８】
しかしながら、現在までのところ、多凹凸ボアと組合せた場合に、第一コンプレッションリング等のコンプレッションリングにおいても、多凹凸ボアによりもたらされる摩擦力低減効果を享受させ得る有効な解決策は見出されていない。従って、このような多凹凸ボアを採択しても、総合的に見ると摩擦損失の低減は限定的であって、内燃機関の燃費改善など、シリンダが用いられる装置のエネルギー効率の向上はあまり図られていないのが現状であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２００１４５号公報
【特許文献２】特開２００７−４６６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、往復動摩擦を低減することが可能な摺動面構造を有するシリンダまたはシリンダライナ、すなわち、多凹凸ボアとの組合せにおいて、好適に用いられるピストンリングを提供することを主目的とするものである。
【００１１】
本発明はさらに、往復動摩擦を低減することが可能な摺動面構造を有するシリンダまたはシリンダライナ、すなわち、多凹凸ボアとの組合せた場合に、当該多凹凸ボアによる摩擦低減効果を享受し得るコンプレッションリング、特に第一コンプレッションリングを提供すること、また、このような摩擦低減効果に優れた、シリンダまたはシリンダライナとピストンリングとの組合せを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記したような従来技術における問題点に鑑み、検討を重ねた結果、前記したように、摺動面当たり幅が大きなピストンリングと、多凹凸ボアにおける凹容積が小さいものとを組み合わせた場合に、多凹凸ボアによる摩擦力低減効果の消失が顕著となることから、この消失作用は、凹部における圧力やこの凹部に滞留する潤滑油の排出性と密接な関係があるとの見解に達した。一方で、当該ボアに設けられる凹部のシリンダ軸方向における長さは、摺動面でのシール性の確保という観点から、コンプレッションリング、少なくとも第一コンプレッションリングの軸方向幅（ｈ１）の寸法以下であることが必須である。従って、凹部のボア軸方向における長さを大きくすることによって、凹部の圧力、油排出性を改善することは不可能である。
【００１３】
このような状況の下、本発明者らは、さらに鋭意検討および研究を重ねた結果、コンプレッションリングの外周摺動面に、以下に詳述するような独自のパターンの溝を設けることによって、コンプレッションリングによるガスシール性を悪化させることなく、多凹凸ボアの凹部に当該コンプレッションリングが当接した際の油の排出性の排出性を向上させ、油膜圧力による影響を低減させることで、多凹凸ボアの摩擦低減性能をさらに引き出すことができることを見出し、本発明に到達したものである。
【００１４】
すなわち、上記課題を解決するための本発明は、ピストンリングの外周摺動面に、その摺動面のリング軸方向におけるいずれかの端部外周線を切り欠く一端部から、摺動面の面内にある他端部に至る溝を、ピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間して複数設けてなるピストンリングと、シリンダまたはシリンダライナの内壁面に、多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナの組合せである。
【００１５】
さらに前記ピストンリングにおける溝は、その溝のピストンリングの軸方向における長さ（Ｌｓｙ）が、当該ピストンリングの軸方向長さをｈ１、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部のシリンダまたはシリンダライナの軸方向における長さをＬｄｙとするとき、次の関係式を満たすものであることが望ましい。
Ｌｓｙ≦Ｈ−Ｌｄｙ        （１）
【００１６】
また、前記溝は、ピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間されて複数設けられており、かつピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における一方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝と、ピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における他方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝とが、双方より配置されてなるものであっても良い。
【００１７】
また、前記溝が、上記したようにピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間されて複数設けられており、かつピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における一方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝（第１開口端溝）と、ピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における他方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝（第２開口端溝）とが、双方より配置されてなる場合、隣接する第１開口端溝と第２開口端溝との間の周方向間隙距離（Ｄｓｘ）が、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部のシリンダまたはシリンダライナの周方向における長さをＬｄｘとするとき、次の関係式を満たすものであっても良い。
Ｌｄｘ＜Ｄｓｘ        （２）
【００１８】
さらに、前記溝が、上記したようにピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間されて複数設けられており、かつピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における一方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝（第１開口端溝）と、ピストンリングの外周摺動面のリング軸方向における他方の端部外周線を切り欠く一端部を有する溝（第２開口端溝）とが、双方より配置されてなる場合、隣接する第１開口端溝と第２開口端溝との間の周方向間隙距離（Ｄｓｘ）が、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部のシリンダまたはシリンダライナの周方向における長さをＬｄｘ、シリンダまたはシリンダライナの軸方向における同一高さ位置において周方向で隣接する２つの前記凹部の合計幅（２つの凹部間の間隙距離も含める。）をＬｗｄｘとするとき、次の関係式を満たすものであっても良い。
Ｌｄｘ＜Ｄｓｘ＜Ｌｗｄｘ        （３）
【００１９】
上記課題を解決するための本発明はまた、ピストンリングの外周摺動面に、リングの合い口に面する一方の周方向端部外縁線を切り欠く一端部から、リングの周方向に沿って延長され、リングの合い口に面する他方の周方向端部外縁線を切り欠く、または摺動面の面内にある、他端部に至る幅１．０ｍｍ以下、深さ０．００１〜０．２ｍｍの溝を、ピストンリングの外周摺動面の軸方向長さ方向において、相互に離間して複数設けてなるピストンリングと、シリンダまたはシリンダライナの内壁面に、多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナの組合せである。
【００２０】
さらに前記ピストンリングの外周摺動面の端部外周線および前記溝の縁線によって囲まれて形成される複数の凸部の少なくとも１つは、その凸部のピストンリングの軸方向における長さ（Ｌｂｙ）が、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部のシリンダまたはシリンダライナの軸方向における長さをＬｄｙとするとき、次の関係式を満たすものであることが望ましい。
Ｌｂｙ＞Ｌｄｙ        （４）
【００２１】
本発明において、前記ピストンリングは、コンプレッションリング、特に第一コンプレッションリングであっても良い。
本発明において、前記シリンダまたはシリンダライナは、さらに、その内壁面の少なくとも、ピストンの上死点における最下位のピストンリングのリング溝の下面位置から、前記ピストンの下死点における最上位のピストンリングのリング溝の上面位置までの間の領域である行程中央部領域に、多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナであっても良い。
【００２２】
本発明はさらに、上記したピストンリングとシリンダまたはシリンダライナの組合せに用いられるピストンリングを示すものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、多凹凸ボアと組合せた場合に、第一コンプレッションリング等のコンプレッションリングにおいても、多凹凸ボアによりもたらされる摩擦力低減効果を十分に享受させ得ることとなり、内燃機関の燃費改善など、シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１発明のピストンリングの構成の一例を示す斜視図及び説明図である。
【図２】第１発明のピストンリングにおいて設けられる溝の別の形状を示す説明図である。
【図３】第１発明のピストンリングに設けられる溝の長さと、これに対峙するシリンダ内壁面に形成される凹部との関係を示す説明図である。
【図４】第１発明のピストンリングに設けられる溝間の間隔と、これに対峙するシリンダ内壁面に形成される凹部との関係を示す説明図である。
【図５】第２発明のピストンリングの構成の一例を示す斜視図及び説明図である。
【図６】第２発明のピストンリングにおいて設けられる溝の別の形状を示す説明図である。
【図７】第２発明のピストンリングに設けられる溝と、これに対峙するシリンダ内壁面に形成される凹部との関係を示す説明図である。
【図８】本発明のピストンリングと組み合わされるシリンダを構成するシリンダライナの内壁面の凹部の形成位置の一例を示す説明図である。
【図９】本発明のピストンリングと組み合わされるシリンダにおける、行程中央部領域の範囲の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明のピストンリングと組み合わされるシリンダに形成される凹部の形状の例を示す概略展開図である。
【図１１】本発明のピストンリングと組み合わされるシリンダにおける、凹部の配置の一例を示す概略展開図である。
【図１２】本発明のピストンリングと組み合わされるシリンダに形成される凹部の寸法位置を説明する概略展開図および概略断面図である。
【図１３】本発明のピストンリングと組み合わされるシリンダにおける、面積率を説明する概略断面図および概略展開図である。
【図１４】本発明の実施例で用いられたシリンダライナの寸法を示す概略図である。
【図１５】本発明の実施例において、往復動摩擦を測定するために用いられた装置の構成を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。
【図１７】好ましくないピストンリングの溝の形状を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図面を参照しつつ、実施形態に基づき詳細に説明する。
【００２６】
本発明に係るピストンリングは、リングの外周摺動面に、その摺動面のリング軸方向におけるいずれかの端部外周線を切り欠く一端部（以下、「開口端部」とも称する。）から、摺動面の面内にある他端部（以下、「面内端部」とも称する。）に至る溝（以下、「軸方向溝」とも称する。）を設けたことを特徴とするピストンリング（以下、「第１発明のピストンリング」とも称する。）である。
【００２７】
本発明に係る別のピストンリングは、リングの外周摺動面に、リングの合い口に面する一方の周方向端部外縁線を切り欠く一端部（以下、「第１開口端部」とも称する。）から、リングの周方向に沿って延長され、リングの合い口に面する他方の周方向端部外縁線を切り欠く他端部（以下、「第２開口端部」とも称する。）、または摺動面の面内にある他端部（以下、「面内端部」とも称する。）に至る溝（以下、「周方向溝」とも称する。）を設けたことを特徴とするピストンリング（以下、「第２発明のピストンリング」とも称する。）である。
【００２８】
第１発明に係るピストンリングおよび第２発明に係るピストンリングはいずれも、自動車や飛行機のエンジンなどの内燃機関、スターリングエンジンなどの外燃機関に加え、圧縮機などの、熱機関以外の機関を含む全ての往復動機関におけるピストンに装着されるいかなるピストンリングに対しても適用可能であるが、このうち特にコンプレッションリング、さらには、例えば、内燃機関に多く用いられる第一コンプレッションリング、第二コンプレッションリング、オイルコントロールリングという３つのピストンリングの組合せにおける当り幅の大きな第一コンプレッションリング、として適用された場合に、好ましい作用、効果を発揮するものである。
【００２９】
さらに、第１発明に係るピストンリングおよび第２発明に係るピストンリングはいずれも、その内壁面に多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナ、特に、シリンダまたはシリンダライナの内壁面の少なくとも、ピストンの上死点における最下位のピストンリングのリング溝の下面位置から、前記ピストンの下死点における最上位のピストンリングのリング溝の上面位置までの間の領域である行程中央部領域に、多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナ、すなわち、多凹凸ボアとの組合せにおいてその作用、効果を発揮するものである。この種のシリンダまたはシリンダライナの構造等については、後において詳述する。
【００３０】
一般に、ピストンリングを、多凹凸ボアとの組合せた場合、当該ピストンリングが多凹凸ボアの凹部に当接する位置に配位すると、当該凹部のシリンダ軸方向における長さは、摺動面でのシール性の確保という観点から、コンプレッションリング、少なくとも第一コンプレッションリング、の軸方向幅（ｈ１）の寸法以下とされていることから、当該凹部は、当接するピストンリングの摺動面により、実質的に完全に閉塞される位置関係におかれる期間が生じる。その際、ピストンリングの摺動面は、この凹部に過剰に滞留する実質非圧縮性流体である潤滑油の面圧を受けるため、摩擦抵抗が増大する。
【００３１】
しかしながら、第１発明に係るピストンリングにおいては、その摺動面のリング軸方向におけるいずれかの端部外周線を切り欠く開口端部から、摺動面の面内にある面内端部に至る溝を有しているため、前記凹部に過剰に滞留する潤滑油が、当接したリングの当該溝の面内端部ないし面内溝路を通って開口端部より、ピストンリングの摺動面外に排出されるため、上記したような凹部に過剰に滞留する潤滑油に起因する面圧の上昇は回避され、摩擦抵抗が増加することなく、多凹凸ボアによる摩擦低減性能が十分に発揮されることとなるものである。
【００３２】
一方で、第１発明に係るピストンリングにおいて設けられた当該溝は、リングの摺動面のリング軸方向の全長にわたり連通して形成されているものではない、すなわち両端が開口端部となり、摺動面のリング軸方向に貫通する通路を形成しているものではなく、他端部側は面内に留まっているので、ピストンリングと多凹凸ボアとの摺接界面でのガスシール性も担保されるものである。
【００３３】
第２発明に係るピストンリングにおいても、リングの合い口に面する一方の周方向端部外縁線を切り欠く第１開口端部から、リングの周方向に沿って延長され、リングの合い口に面する他方の周方向端部外縁線を切り欠く、または摺動面の面内にある、他端部（第２開口端部または面内端部）に至る溝が設けてあるため、第１発明に係るピストンリングの場合と同様に、前記凹部に過剰に滞留する潤滑油が、当接したリングの当該溝の面内端部ないし面内溝路を通って開口端部より、ピストンリングの摺動面外に排出されるため、上記したような凹部に過剰に滞留する潤滑油に起因する面圧の上昇は回避され、摩擦抵抗が増加することなく、多凹凸ボアによる摩擦低減性能が十分に発揮されることとなるものである。
【００３４】
また、第２発明に係るピストンリングにおいて設けられた当該溝は、リングの摺動面の周方向に沿って設けられ開口端部をリングの合い口に位置させたものであり、リングの軸方向に貫通する通路を形成しているものではないため、ピストンリングと多凹凸ボアとの摺接界面でのガスシール性も担保されるものである。
【００３５】
また、上記第１発明のピストンリングに形成されるような軸方向溝と、上記第２発明のピストンリングに形成されるような周方向溝との双方を、互いの溝の溝路を係合させることなく設けても良く、第１発明に係るピストンリングと第２発明に係るピストンリングに関し上記にそれぞれ述べたと同様の作用を合一的に生じ、組み合わされる多凹凸ボアによる摩擦低減性能が十分に発揮される一方で、ピストンリングと多凹凸ボアとの摺接界面でのガスシール性も担保されるものである。
【００３６】
（第１発明のピストンリング）
次に、上記した第１発明に係るピストンリングにつき詳述する。
図１は、この第１発明のピストンリングの一実施形態における構成を示す斜視図及び説明図である。
【００３７】
図１（ａ）、（ｂ）に示す実施形態のピストンリング１においては、その外周摺動面２に、その摺動面のリング軸方向（図中y方向）における第１の端部外周線３ａ（図中上部側）を切り欠く一端部４ａから、摺動面２の面内にある他端部４ｂに至る溝４と、その摺動面のリング軸方向（図中y方向）における第２の端部外周線３ｂ（図中下部側）を切り欠く一端部５ａから、摺動面２の面内にある他端部５ｂに至る溝５とが、ピストンリングの外周摺動面の周方向において、相互に離間されて複数設けられている。
【００３８】
なお図１に示す実施形態においては、リングの摺動面のリング軸方向における第１の端部外周線３ａより面内に延びる溝４（以下、「上部側溝４」と称する。）と、リングの摺動面のリング軸方向における第２の端部外周線３ｂより面内に延びる溝５（以下、「下部側溝５」と称する。）とが、周方向において、交互に配置されている形態となっているが、第１発明に係るピストンリングにおいて、溝４、５の開口端部となる摺動面のリング軸方向（図中y方向）における端部外周線としては、第１または第２の端部外周線３ａ、３ｂのいずれか一方も、特に問題はない。例えば、別の実施形態を示す図２（ａ)におけるように、周方向において複数設けられた溝が、いずれも上部側溝４で構成されるものであっても、また図２（ｂ)におけるように、周方向において複数設けられた溝が、いずれも下部側溝５で構成されるものでも良い。さらに、上部側溝４と下部側溝５とが混在する場合であっても、必ずしも図１に示すようにこれら溝４、５が必ずしも交互に配されている必要はなく、例えば、図２（ｃ）に示すように、順に溝４、溝４、溝５、溝５、溝４、溝４...というように２つずつの順列で、あるいは同様に３つないしそれ以上づつの順列で配置されるものであっても、さらには全くランダムな順序で配列されるものであっても良い。
【００３９】
また、このような溝４、５の溝路形状としても、リングの摺動面のリング軸方向におけるいずれかの端部外周線３ａ、３ｂを切り欠く一端部より、摺動面の面内に位置する他端部に至る形状である限り、特に限定されるものではなく、図１に示す実施形態に示す溝４、５におけるようにリングの摺動面のリング軸方向に沿って延長されるもののみならず、図２（ｄ）に示すようにリングの摺動面のリング軸方向に対して傾斜して設けられるもの、図２(ｅ)に示すように湾曲した溝路となるもの、図２（ｆ）〜（ｉ）に示すように溝路が途中で分岐し摺動面の面内に位置する他端部が２ないし複数のものとなってるもの、図２（ｊ）および（ｋ）に示すように、逆に摺動面の面内側の端部が複数集合ないし連結され、リングの摺動面のリング軸方向における端部外周線３ａ、３ｂを切り欠く開口端部が複数となったもの、図２（ｌ）および（ｍ）に示すように溝路幅が全体において一定ではなく変化したもの等、各種の態様のものとすることができる。
なお図２（ａ）〜（ｍ）においては、図示を簡単なものとするために、ピストンリングを直線上に引き伸ばした状態で表しているが、本来は、当然にこれがリング状のものであることは容易に理解されよう。
【００４０】
しかしながら、当該溝４、５は、その摺動面のリング軸方向におけるいずれかの端部外周線３ａ、３ｂを切り欠く開口端部４ａ、５ａから、摺動面２の面内にある面内端部４ｂ、５ｂに至るものである必要があり、溝が一方の端部外周線３ａから他方の端部外周線３ｂへ至って延長されたもの、すなわち、図１７に示すように、溝２０４がピストンリングの摺動面のリング軸方向の全長にわたる溝路を有し、その両端が開口端２０４ａ、２０４ｂとなるものとなることはない。このように、溝２０４がピストンリング２０１のリング軸方向において貫通したものである場合、当該ピストンリングが往復運動機関において用いられた際にこの貫通溝２０４を通じてガス漏洩が生じ、ピストンリングによるシール性が担保できなくなるためである。
【００４１】
上記したように第１発明のピストンリング１は、多凹凸ボアとの組合せにおいて好適に使用されるが、ピストンリングに設けられた当該溝４（５）は、図３に示すようにその溝のピストンリングの軸方向における長さ（Ｌｓｙ）が、当該ピストンリングのリング軸方向長さをｈ１、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部６のシリンダまたはシリンダライナの軸方向における長さをＬｄｙとするとき、次の関係式を満たすものであることが望ましい。
Ｌｓｙ≦ｈ１−Ｌｄｙ        （１）
【００４２】
すなわち、仮に、その溝４（５）のピストンリングの軸方向における長さ（Ｌｓｙ）が、当該ピストンリング１の軸方向長さ（ｈ１）と、凹部６のシリンダまたはシリンダライナの軸方向における長さ（Ｌｄｙ）との差よりも大きいものであると、ピストンリング１と凹部６の位置関係によっては、図３に示すように、当該溝４（５）と凹部６とで、ピストンリング１の軸方向長さ（ｈ１）を超える長さの流路が形成されてしまい、この流路を通じてのガス漏洩が生じる場合があるためである。
【００４３】
また第１発明のピストンリングにおいて、前記溝４、５のピストンリングの軸方向における長さ（Ｌｓｙ）としては、特に限定されるものではなく、また溝を設けるピストンリング１の軸方向長さ（ｈ１）および組み合わせて用いられる多凹凸ボアに形成された凹部の大きさ等によっても左右されるが、具体的には、例えば、０．１〜３．０ｍｍ程度のものとすることができる。
【００４４】
さらに第１発明のピストンリングにおいて設けられる前記軸方向溝４、５の通路面積そのものは非常に小さくても十分に機能する。これは当該溝内を流動する対象物である油が実質非圧縮流体と見なすことができるためである。なお、油の排出能は通路が大きいほど高くなるため、その幅、深さにその機能上での制限はないが、ピストンリングのシール性、構造的強度等を考慮して適宜設定することが望ましい。特に限定されるわけではないが、具体的には例えば、溝幅は、０．００５〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．０１〜１．０ｍｍ程度、その深さが０．００１〜０．２ｍｍ、より好ましくは０．００１〜０．１ｍｍ程度のものとすることができる。深さに関しては、溝の方向によっては折損の基点となる虞れがあるため、０．２ｍｍ程度までの範囲に留めておくことが妥当である。
【００４５】
また、第１発明のピストンリングにおいて、前記溝４、５は、１つでも存在すれば有意に機能するが、組み合わせて用いられる多凹凸ボアに形成された凹部６の配置に応じて、ピストンリング１の外周摺動面の周方向において、上記において説明した図１、図２（ａ）〜（ｃ）に示す各実施形態に示されるものにおけるように、相互に離間されて複数設けられているものであることが、より有意である。
【００４６】
なお、図１および図２（ｃ）に示す実施形態におけるように、ピストンリングにおいて上部側溝４（第１開口端溝）と、下部側溝５（第２開口端溝）との双方が配置されてなる場合、隣接する上部側溝４と下部側溝５の間の周方向間隙距離（Ｄｓｘ）が、図４に示すように、組み合わせて用いられる多凹凸ボアに形成された凹部６のシリンダまたはシリンダライナの周方向における長さをＬｄｘとするとき、次の関係式を満たすものであることが望ましい。
Ｌｄｘ＜Ｄｓｘ        （２）
【００４７】
すなわち、隣接する上部側溝４と下部側溝５の間の周方向間隙距離（Ｄｓｘ）が、凹部６のシリンダまたはシリンダライナの周方向における長さ（Ｌｄｘ）よりも小さいと、ピストンリング１と凹部６の位置関係によっては、図４に示すように、隣接する溝４、５とその間に位置した凹部６とで、ピストンリング１の軸方向長さ（ｈ１）を超える長さの流路が形成されてしまい、この流路を通じてのガス漏洩が生じる場合があるためである。
【００４８】
さらに、この場合において、シリンダまたはシリンダライナの軸方向における同一高さ位置において周方向で隣接する２つの前記凹部６の合計幅（２つの凹部間の間隙距離も含める。）をＬｗｄｘとするとき、次の関係式を満たすことがより望ましい。
Ｌｄｘ＜Ｄｓｘ＜Ｌｗｄｘ        （３）
【００４９】
すなわち、隣接する上部側溝４と下部側溝５の間の周方向間隙距離（Ｄｓｘ）が、前記凹部６の合計幅（２つの凹部間の間隙距離も含める。）をＬｗｄｘよりも大きいと、溝４、５によって、油を排出できない凹部６が生じてしまうからである。
【００５０】
なお、ピストンリングの外周摺動面の自体の形状としては、特に限定されるものではなく、公知のいずれの形態のものであってもよい。例えば、３本リング構成（２本のコンプレッションリングと、１本のオイルコントロールリング）における、第一コンプレッションリングの外周摺動面上に上記したような所期の溝を形成すればよい。なお、オイルコントロールリングとしては、コイルエキスパンダとオイルコントロールリング本体とからなる２ピース構成オイルコントロールリングや２本のサイドレールとスペーサエキスパンダからなる３ピース構成オイルコントロールリングなどが知られるが、これらのオイルコントロールリングの外周摺動面に対しても、本発明に係る溝を形成することは可能である。
【００５１】
（第２発明のピストンリング）
次に、上記した第２発明に係るピストンリングにつき詳述する。
図５は、この第２発明のピストンリングの一実施形態における構成を示す斜視図及び説明図である。
【００５２】
図５（ａ）、（ｂ）に示す実施形態のピストンリング５１においては、その外周摺動面５２に、リングの合い口５７に面する一方の周方向端部外縁線５８ａを切り欠く一端部（第１開口端部）５４ａから、リングの周方向（図中ｘ方向）に沿って延長され、リングの合い口５７に面する他方の周方向端部外縁線５８ｂを切り欠く他端部に至る溝５５が、ピストンリング５１の軸方向において、相互に離間されて複数設けられている。
【００５３】
なお図５に示す実施形態においては、溝５５の双方の端部５４ａ、５４ｂが、リングの合い口５７に面する周方向端部外縁線５８ａ、５８ｂを切り欠く開口端部とされているが、第２発明におけるピストンリングにおいて設けられる周方向溝は、いずれか一方のみが開口端部となっていれば良く、他方は摺動面の面内に位置する面内端部であっても良い。図６（ａ）は、このような一方が面内端部となる溝を有する実施形態を示す図であり、ピストンリング６１の外周摺動面６２に、リングの合い口６７に面する一方の周方向端部外縁線６８ａを切り欠く一端部（第１開口端部）６４ａから、リングの周方向（図中ｘ方向）に沿って延長され、リングの摺動面６２の面内にある他端部６４ｂに至る溝６５ａと、リングの合い口６７に面する他方の周方向端部外縁線６８ｂを切り欠く一端部（第１開口端部）６４ｃから、リングの周方向（図中ｘ方向）に沿って延長され、リングの摺動面６２の面内にある他端部６４ｄに至る溝６５ｂとを、組み合わせて設けたものである。
【００５４】
このように、第２発明のピストンリングにおいて設けられる周方向溝が、図６（ａ）に示すようにその一端が面内にある面内端部である場合には、その各個の溝の周方向長さとしては、特に限定されるものではないが、ピストンリングの周方向のほぼ全体にわたって、いずれかの溝の溝路が存在するように、ピストンリングの軸方向（図中ｙ方向）における同一高さないしは近傍高さにおいて、いくつかの溝を組み合わせて、配置することが望ましい。好ましくは、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示す別の実施形態におけるように、周面の全体（合い口部の空間を除く）にわたり溝路が存在するように、ピストンリングの合い口部６７に面する一方の周方向端部外縁線６８ａ側から延長される溝路を有する溝６５ａと、合い口６７に面する他方の周方向端部外縁線６８ｂ側から延長される溝路を有する溝６５ｂとを、ピストンリングの軸方向において位相差もって配置し、これらの複数の溝６５ａと６５ｂの溝路が周方向において少なくとも一部において重複する、あるいは複数の溝の面内端部６４ｂ、６４ｄがある周方向位置において合致するように配置することが望ましい。
【００５５】
もちろん１つのピストンリングにおいて、例えば、図６（ｄ）に示すように、双方の端部が開口端とされた溝５５と、一方のみが開口端とされた溝６５ａ、６５ｂを組み合わせて配置することも可能である。
【００５６】
さらに、第２発明のピストンリングにおいて設けられる周方向溝６５の溝路は、ピストンリングの摺動面内に位置する、すなわち、摺動面のリング軸方向におけるいずれかの端部外周線６３ａ、６３ｂを切り欠くことのない限り、図６（ｅ）〜（ｆ）に示す別の実施形態に示すように、摺動面のリング軸方向に変位するものであっても良い。
【００５７】
また、第２発明のピストンリングにおいて設けられる周方向溝６５の溝路は、ピストンリングの摺動面内に位置する、すなわち、摺動面のリング軸方向におけるいずれかの端部外周線６３ａ、６３ｂを切り欠くことのない限り、図６（ｇ）〜（ｈ）に示す別の実施形態に示すように、溝路途中で摺動面のリング軸方向に分岐し、１ないし複数の面内分岐端部６を有する形態であっても良い。
【００５８】
なお図６（ａ）〜（ｈ）においては、図示を簡単なものとするために、ピストンリングを直線上に引き伸ばした状態で表しているが、本来は、当然にこれがリング状のものであることは容易に理解されよう。
【００５９】
さらに第２発明のピストンリングにおいて設けられる周方向溝は、第１発明のピストンリングにおいて設けられる軸方向溝と同様に、通路面積そのものは非常に小さくても十分に機能する。なお、油の排出能は通路が大きいほど高くなるため、その幅、深さにその機能上での制限はないが、ピストンリングのシール性、構造的強度等を考慮して適宜設定することが望ましい。特に限定されるわけではないが、具体的には例えば、溝幅は、０．００５〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．０１〜１．０ｍｍ程度、その深さが０．００１〜０．２ｍｍ、より好ましくは０．００１〜０．１ｍｍ程度のものとすることができる。深さに関しては、溝の方向によっては折損の基点となる虞れがあるため、０．２ｍｍ程度までの範囲に留めておくことが妥当である。
【００６０】
また、第２発明のピストンリングにおいて、前記周方向溝は、１つでも存在すれば有意に機能するが、上記において説明した図５、図６（ａ）〜（ｃ）に示す各実施形態に示されるものにおけるように、ピストンリングの軸方向において相互に離間されて複数設けられているものであることが、より有意であり、かつ、上記したように実質的に周方向の全体にわたっていずれかの溝の溝路が存在することが望ましい。
【００６１】
上記したように第２発明のピストンリングも、多凹凸ボアとの組合せにおいて好適に使用されるが、図７に示すように、当該ピストンリング７１の外周摺動面の端部外周線７３ａ、７３ｂ、７８ａおよび７８ｂ、並びに前記周方向溝７５の縁線７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄ…によって囲まれて形成される複数の凸部８０ａ、８０ｂ、８０ｃ…の少なくとも１つは、その凸部のピストンリングの軸方向における長さ（Ｌｂｙ）が、前記シリンダまたはシリンダライナの内壁面に設けられた各凹部６のシリンダまたはシリンダライナの軸方向における長さをＬｄｙとするとき、次の関係式を満たすものであることが望ましい。
Ｌｂｙ＞Ｌｄｙ        （４）
【００６２】
この点特に限定されるものではないが、ピストンリングの摺動面上のいずれの凸部８０ａ、８０ｂ、８０ｃ…もその軸方向における長さ（Ｌｂｙ）が、凹部６のシリンダまたはシリンダライナの軸方向における長さＬｄｙよりも小さいと、ピストンリングによるシール性が低下してしまう虞れがあるためである。
【００６３】
なお、ピストンリングの外周摺動面の自体の形状としては、前記した第１発明と同様に特に限定されるものではなく、公知のいずれの形態のものであってもよいので、説明を省略する。
【００６４】
（多凹凸ボア）
次に、本発明に係る上記したようなピストンリングと好適に組み合わせて用いられる、内壁面に多数の凹部を形成してなるシリンダまたはシリンダライナ（多凹凸ボア）につき説明する。
【００６５】
当該多凹凸ボアとしては、上記したような本発明に係るピストンリングとの摺接界面の面積を低減することで、両者間の往復動摩擦を低減するよう機能する凹部が形成されているものであれば特に限定されるものではない。
【００６６】
本発明に係るピストンリングに関しても述べたように、当該多凹凸ボアは、自動車や飛行機のエンジンなどの内燃機関、スターリングエンジンなどの外燃機関に加え、圧縮機などの、熱機関以外のシリンダまたはシリンダライナのいずれであっても良い。
【００６７】
また、当該多凹凸ボアには、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成されており、前記シリンダライナの内壁面上をピストンが摺動する、「シリンダライナタイプ」におけるシリンダライナの内壁面と、ピストンがシリンダの内壁面上を直に摺動する、「ライナレスタイプ」におけるシリンダの内壁面と、が含まれるが、もちろんそのいずれであってもよい。
【００６８】
以下、このような各態様（シリンダライナタイプとライナレスタイプ）について、それぞれ好ましい形態を例示しながら説明する。
【００６９】
（シリンダライナタイプ）
シリンダライナタイプのシリンダは、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成され、前記シリンダライナの内壁面に上記複数の凹部が形成されているものである。本態様においては、シリンダ本体の内壁面とシリンダライナの外壁面とが固着されており、ピストンは上記シリンダライナの内壁面上を摺動するものであるため、上記シリンダライナが固着されているシリンダ本体の内壁面には、凹部は設けられている必要はない。
【００７０】
以下、本態様のシリンダについて、図面を用いて説明する。
図８は、本態様のシリンダ本体（図示せず）の内壁面に固着されているシリンダライナにおける、シリンダライナ内壁面の凹部の形成位置の一例を示す説明図である。
【００７１】
図８に例示するように本態様におけるシリンダライナ１０１の内壁面１０２には、複数個の凹部６が形成されている。この凹部６は、好ましくは、シリンダライナ１０１の内壁面１０２のうち、行程中央部領域１０４のみに形成されており、当該領域１０４以外の領域には形成されていない。行程中央部領域１０４は、ピストンの上死点における最下位のピストンリングのリング溝の下面位置から、上記ピストンの下死点における最上位のピストンリングのリング溝の上面位置までの間の領域である。
【００７２】
図９は、本態様のシリンダ本体の内側に固着されるシリンダにおける、上記行程中央部領域１０４の範囲の一例を示す概略断面図である。
【００７３】
図９は、ピストンが往復動する際の、上死点停止位置におけるピストン１２１ａと、下死点停止位置におけるピストン１２１ｂとを同一の断面図に示すものである。上記行程中央部領域１０４は、シリンダライナ１０１の内壁面１０２のうち、上死点停止位置におけるピストン１２１ａの最下位のピストンリング１２２のリング溝１２３の下面１２４位置から、下死点停止位置におけるピストン１２１ｂにおける最上位のピストンリング１２６のリング溝１２５の上面１２７位置までの間の領域である。図９は、３本のピストンリング（第一コンプレッションリング、第二コンプレッションリング、オイルコントロールリング）が用いられる構成のピストンを示しており、最下位のピストンリング１２２はオイルコントロールリングであり、最上位のピストンリング１２６は第一コンプレッションリングである。
ここで、上述した本発明（第１発明または第２発明）に係るピストンリングは、特に限定されるものではないが、これら３本のピストンリングのうち、コンプレッションリング（第一コンプレッションリング、第二コンプレッションリング）、あるいは少なくとも第一コンプレッションリングとして用いられるものである。
【００７４】
シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を向上させる、例えば、エンジンの燃費を向上させるためには、ピストンリングと、シリンダの内壁面（本態様においてはシリンダライナの内壁面）との摩擦損失低減が有効である。摩擦損失の低減方法は摺動条件によって異なるが、特にピストンは上死点で速度が０になる等の特徴を持つため、摺動する位置により異なる。そこで本態様のシリンダを構成するシリンダライナにおいては、その内壁面の行程中央部領域１０４のみに凹部６を形成するとともに、シリンダ周方向の全ての断面には、前記複数の凹部６のうち少なくとも一つの凹部６が存在するように、換言すれば、各凹部６をシリンダ軸方向において重なるように形成することによって、行程中央部領域１０４の全ての領域において摩擦力を低減することが可能となる。
【００７５】
すなわち、ピストンの移動速度が比較的小さい上死点付近および下死点付近では、シリンダライナの内壁面の表面粗さを小さくすることにより、往復動摩擦の低減を図ることができる。しかしながら、シリンダライナの内壁面と、ピストンリングとの摺動速度が大きい領域である行程中央部領域１０４では、潤滑油のせん断抵抗の影響が大きくなる。そのため本態様においては、シリンダライナの内壁面のうち、上記行程中央部領域１０４にのみ凹部を形成することで、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積を小さくし、潤滑油のせん断抵抗の影響を低減することを可能となる。
【００７６】
またここで、行程中央部領域１０４に複数の凹部を無造作に形成した場合、行程中央部領域１０４全体では、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が小さくなるが、微視的には、摺動するピストンリングの幅（ピストンリングの軸方向長さ）は行程中央部領域１０４にくらべて非常に短いため、場所によっては、凹部が形成されていない部分も存在する可能性があり、当該部分においては、ピストンリング摺動面とシリンダライナの内壁面とは１００％接触をしていることとなってしまい、上記効果を十分に発揮できない可能性がある。従って好ましい態様においては、上述の通り、シリンダ周方向の全ての断面には、前記複数の凹部のうち少なくとも一つの凹部が存在するように、換言すれば、各凹部をシリンダ軸方向において重なるように形成することで、摺動するピストンリングは常に凹部と接触していることとなる。その結果、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が１００％となることはなく、上記効果を常に発揮することができる。
【００７７】
＜凹部＞
次に、本態様のシリンダを構成するシリンダライナの内壁面に形成される凹部について説明する。
【００７８】
本態様において、シリンダライナの内壁面に形成される凹部の形状は特に限定されるものではなく、当該凹部の配置等に応じて適宜調整することができる。例えば、図１０（ａ）〜（ｊ）に例示するように、直線および／または曲線から構成される形状の凹部を形成することができる。凹部は、図１０（ａ）〜（ｃ）のような横長の形状でも、図１０（ｄ）〜（ｇ）のような縦長の形状でも、図１０（ｈ）〜（ｊ）のような縦対横の比率がほぼ等しい形状でもよい。
【００７９】
好ましい態様のシリンダにおいては、前記したように、行程中央部領域におけるシリンダ周方向の全ての断面に前記凹部が少なくとも一つは形成されていることを特徴としている。これにより、接触面積を効率的、かつ平均的に低減することができる。
【００８０】
前述したように、周方向の断面を考えた場合、ある断面に凹部が一つも形成されていないと、当該断面をピストンリングが通過する際は、凹部が複数個形成されている断面を通過する際と比べ、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が大きくなる。そのため、潤滑油のせん断抵抗の影響が大きくなり、結果として往復動摩擦も大きくなる。
【００８１】
これに対し、行程中央部領域におけるシリンダ周方向の全ての断面に凹部を少なくとも一つ形成することにより、行程中央部領域のどの周方向断面をピストンリングが通過する場合であっても、接触面積を確実かつ平均的に低減することができるため、往復動摩擦も確実に低減することができる。
【００８２】
本態様の特徴である「シリンダ周方向の全ての断面において、複数個の凹部のうちの少なくとも一つの凹部が形成されている」状態の例としては、図１１（ａ）や（ｂ）の場合を挙げることができる。
【００８３】
図１１（ａ）は、上述した図９の行程中央部領域１０４における、凹部６の配置の一例を示す概略展開図である。図１１（ａ）においては、図面の上下方向がシリンダの軸方向であり、図面の左右方向がシリンダの周方向である。図１１（ａ）に例示するように、シリンダ周方向に引いた線Ｘは、凹部６ａの最下点１０５ａが、その下方に最も近接する凹部６ｂの最上点１０６ｂよりも下側に位置する。また、シリンダ周方向に引いた線Ｙは、凹部６ｂの最下点１０５ｂが、その下方に最も近接する凹部６ｃの最上点１０６ｃよりも下方に位置する。このように、上下に近接する凹部同士を、シリンダ軸方向に重なるように配置することにより、シリンダ周方向の全ての断面において複数個の凹部のうちの少なくとも一つの凹部を形成することができる。以上より、ピストンが往復した際に、行程中央部領域において、摺動するピストンリングが、シリンダ軸方向のどの位置においてもシリンダ内壁面との接触面積を小さくすることができ、往復動摩擦の低減に効果を奏する。
【００８４】
図１１（ｂ）も図１１（ａ）と同様、上述した図９の行程中央部領域１０４における、凹部６の配置の一例を示す概略展開図である。図１１（ｂ）においても図面の上下方向がシリンダの軸方向であり、図面の左右方向がシリンダの周方向である。図１１（ａ）にあっては、凹部６がシリンダ軸方向にわたって均一の面積で形成されているが、この態様に限定されることはなく、図１１（ｂ）に示すように、シリンダ軸方向の行程中央部領域１０４の端部近傍においては凹部６の面積を小さくし、行程中央部領域１０４の中央部近傍においては凹部の面積を大きくしてもよい。
【００８５】
上記凹部の寸法は特に限定されるものではなく、シリンダや共に用いられるピストンリングの寸法等に応じて適宜調整することができる。しかしながら、シリンダの気密性保持の観点から、上記凹部のシリンダ軸方向の平均長さが、用いられるピストンリングのうちの、コンプレッションリングの軸方向長さ（ｈ１）、少なくとも、最上位のピストンリング（第一コンプレッションリング）の軸方向長さ（ｈ１）以下であることが好ましい。より具体的には、用いられるピストンリングのうちの、最上位のピストンリングの軸方向長さ（ｈ１）の５〜１００％程度とすることが好ましい。
【００８６】
凹部のシリンダ周方向平均長さは、０．１ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が特に好ましい。シリンダ周方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、周方向平均長さがこの範囲を超える場合は、ピストンリングの一部が凹部内へ入り込み、ピストンリングが変形する等の不具合が発生する場合がある。
【００８７】
凹部のシリンダ径方向平均長さ（深さ）は、０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内が好ましく、０．１μｍ〜５００μｍの範囲内がさらに好ましく、０．１μｍ〜５０μｍの範囲内が特に好ましい。凹部のシリンダ径方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、径方向平均長さがこの範囲を超える場合は、加工が困難であり、また、シリンダライナの径方向長さを長くする（肉厚を厚くする）必要がある等の不具合が生じる場合がある。
【００８８】
本態様においては、隣り合う凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）は、０．１〜１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が特に好ましい。隣り合う凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）がこの範囲に満たない場合には、ピストンリングが摺動するシリンダライナの内壁面の幅が小さすぎて、ピストンリングとシリンダライナの内壁面とが安定して摺動できない可能性がある。一方で、この範囲を超える場合には、凹部を形成した効果が十分に得られない可能性がある。
【００８９】
なお、本態様において上述した凹部の各平均長さは、図１２に例示する各箇所の平均長さを意味するものとする。図１２（ａ）は、シリンダライナの内壁面の、シリンダ軸方向を図面の上下方向に示した概略展開図である。また、図１２（ｂ）は、シリンダライナの、周方向における概略断面図である。前記凹部の軸方向平均長さとは、図１２（ａ）に例示するように、シリンダ軸方向における、凹部６の長さの平均である。
【００９０】
また、上記凹部６の周方向平均長さとは、図１２（ａ）に例示するように、シリンダ周方向における、凹部６の長さの平均である。図１２（ｂ）に例示するように、前記凹部６の周方向平均長さとは、内壁面１０２を含む面における長さの平均を意味するものとし、前記凹部の面積についても同様とする。
【００９１】
また、上記凹部６の径方向平均長さ（深さ）とは、図１２（ｂ）に例示するように、凹部６の底面からシリンダライナ１０１の内壁面１０２までの長さの平均である。また、上記凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）とは、図１２（ａ）および（ｂ）に例示するように、隣り合う凹部６の間隔の平均である。
【００９２】
シリンダライナの特に好ましい形態としては、上記行程中央部領域のみに複数の凹部が形成されており、行程中央部領域の面積を１００％としたときの、全凹部の面積の合計が１〜８０％の範囲内であり、シリンダ周方向の断面当たりに形成される凹部の個数が少なくとも一つ以上であるものである。さらに、シリンダ周方向の一断面に形成される凹部の個数が少なすぎる場合には、凹部を形成し、接触面積を低減することによって得られる往復動摩擦力低減効果が十分に得られない可能性がある。したがって、シリンダ周方向の各断面毎に当該効果を十分に発揮できる程度の凹部を形成することが好ましい。
【００９３】
往復動摩擦力低減効果が得られる程度の凹部とは、共に用いられるピストンの往復動の速度等によって異なるものであるが、行程中央部領域の面積を１００％としたときの、全凹部の面積の合計を１〜８０％とすることが好ましく、１０〜６０％がより好ましく、２０〜５０％が特に好ましい。上記面積率がこの範囲に満たないと、凹部を形成した効果が十分に得られない場合があり、一方で、上記面積率がこの範囲を超えると、接触面積が小さすぎ、ピストンリングがシリンダライナの内壁面を安定して摺動できなくなる等の不都合が生じる可能性がある。前記往復動摩擦力低減効果の観点から、凹部の寸法の好ましい範囲がある。そのため、１つ１つの凹部の寸法を考慮しつつ、面積率が上記範囲内となるように、かつ、全てのシリンダ周方向断面に少なくとも１つの凹部が形成されるように、凹部の個数およびその配置を調整することが必要である。
【００９４】
「行程中央部領域の面積を１００％としたときの、全凹部の面積の合計」とは、図１３（ａ）および（ｂ）に例示するように、凹部６の面積をＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｎとしたときの、上記行程中央部領域の面積に対するＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｎの合計の比率を意味するものである。面積率は、行程中央部領域における凹部６の面積Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｎの合計Ａｔｏｔａｌと、行程中央部領域における凹部６以外の内壁面１０２の面積Ｂの合計Ｂｔｏｔａｌとを用い、下記式で表される。なお、図１３（ａ）に例示するように、ここで凹部６の面積とは、前記凹部６の底部の面積ではなく、内壁面１０２を含む断面における面積を意味する。
【００９５】
【数１】
2010236649.tif 000003
【００９６】
上述した凹部の形状、寸法、配置、面積率等は、行程中央部領域の全てにおいて同じでもよいし、領域によって異なっていてもよい。例えば、行程中央部領域において、シリンダ軸方向の各領域で上記面積率が異なっていてもよく、行程中央部領域の上方部分および下方部分においては凹部面積が小さく、行程中央部領域の中央部分においては凹部面積が大きくなっていてもよい。上記面積率等は段階的に変化しても、連続的に変化してもよい。
【００９７】
＜シリンダライナ＞
本態様におけるシリンダライナは、シリンダ本体の内側に固着して用いられるものであり、ピストンに装着されたピストンリングが、その内壁面上を摺動するものである。本態様のシリンダライナの寸法や材質等は、シリンダ本体の寸法や材質、共に用いられるピストンリング等との相性、さらには運転温度などを考慮し、適宜設計可能である。
本態様においては、ピストンリングと、シリンダライナの内壁面との往復動摩擦力低減の観点から、上記行程中央部領域の、前記凹部が形成されていない箇所の十点平均粗さＲｚが４μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがさらに好ましく、１μｍ以下とすることが特に好ましい。また、本態様においては、シリンダライナの内壁面における、上死点付近の領域、下死点付近の領域、および行程中央部領域等、ピストンが摺動する全ての領域が上記表面粗さを有することが好ましい。なお、上記十点平均粗さＲｚとは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４にて規定されているものである。
【００９８】
＜シリンダ＞
本態様において用いられるシリンダ本体は、前記シリンダライナをその内側に固着することができればよく、その材質や寸法などは用途や運転温度等に応じて適宜設計可能である。
【００９９】
（ライナレスタイプ）
次にライナレスタイプにつき説明する。ライナレスタイプのシリンダは、上記シリンダライナタイプにおけるように、シリンダライナは用いられておらず、シリンダ本体の内壁面に直に上記凹部が形成され、ピストンが当該シリンダの内壁面上を直に摺動するものである。
このタイプのシリンダは、シリンダライナが用いられず、シリンダ本体の内壁面上に直に凹部が形成されること以外については、上記したシリンダライナタイプのシリンダと同様であるため、ここでの説明は省略する。すなわち、上記シリンダライナタイプにおいて説明した行程中央部領域、凹部については、本態様のライナレスタイプにもそのまま適用することができ、本態様のシリンダは、その内壁面に所定の凹部、望ましくは内壁面の行程中央部領域に所定の凹部を設けることにより、本発明に係るピストンリングと好適に組み合わせて用いることができる。
【０１００】
（ピストンリングと多凹凸ボアの組合せ）
上記したように、第１発明及び第２発明のピストンリングは、前記したような内壁面に凹部を有する、特に内壁面の行程中央部領域に凹部を有するシリンダまたはシリンダライナと組み合わせることにより好適に使用される。このような組合せにおいて、第１発明及び第２発明のピストンリングとしては、シリンダまたはシリンダライナの内周面上を摺動するピストンリング群のうち、少なくとも１つで有ればよいが、特に、そのうちのコンプレッションリングの少なくとも１つ、さらには例えば、３本リング構成（２本のコンプレッションリングと、１本のオイルコントロールリング）においては、リング軸方向長さの最も大きな第一コンプレッションリングを第１発明または第２発明のピストンリングにより構成することで、優れた効果を発揮することができる。なお、この場合、第二コンプレッションリングについても第１発明または第２発明のピストンリングにより構成することはもちろん可能である。
【０１０１】
複数本のピストンリング構成とする場合において、第１発明または第２発明のピストンリングと組み合わせて用いられる他のピストンリングとしては、特に限定されることはなく、現在公知である種々のピストンリングを適宜選択することができる。
【０１０２】
例えば、上記したような３本リング構成の場合にあって、第一コンプレッションリングとしてのみ第１発明または第２発明のピストンリングを用いる場合、例えば、セカンドコンプレッションリングとしては、外周摺動面が、テーパ形状、アンダーカット形状、アンダーフック形状等が好ましく、合口形状は中断アンダーカット形状が望ましく、またオイルコントロールリングとしては、コイルエキスパンダとオイルコントロールリング本体とからなる２ピース構成オイルコントロールリングや２本のサイドレールとスペーサエキスパンダからなる３ピース構成オイルコントロールリング等を用いることができ、特に２ピース構成オイルコントロールリングの外周摺動面形状がストレート形状やダブルべべル形状、バレル形状、オイルコントロールリング本体の上レールの上面側及び下レールの下面側のみがバレル形状のものを用いることが好ましく、本発明に係るピストンリングとしての第一コンプレッションリングと組み合わせることにより、大幅なＬＯＣの低減効果が期待できる。
【実施例】
【０１０３】
以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【０１０４】
（実験１）
以下の方法により、ピストンリングおよびシリンダライナを加工し、当該ピストンリングとシリンダライナの往復動摩擦力を測定した。
【０１０５】
＜実施例リング＞
摺動面形状がバレルフェースであり、軸方向長さ（ｈ１）１．２ｍｍ、径方向長さ（ａ１）は３．２ｍｍの試験用ピストンリング（第一コンプレッションリング）に、溝長さ：50μｍ、溝深さ：50μｍ、溝間隔：2ｍｍ間隔で、図１に示すように、軸方向溝を上部側および下部側より交互に配置して形成した。なお溝加工は、レーザーマーキング装置を用いて行った。
【０１０６】
＜比較用リング＞
一方、比較のために、上記と同様の試験用ピストンリングを別途用意し、溝加工を行うことなくそのまま用いた。、
【０１０７】
＜多凹凸シリンダライナ＞
図１４に示す寸法（ｍｍ）を有するシリンダライナ（材質：ＦＣ２５０）の行程中央部領域に、マスキング板を用い、ブラスト加工機により凹部を形成した。凹部は、その形状が菱形のものとした。凹部形成後、シリンダライナ１９０の内壁面にホーニング加工を行った。なお、ホーニング加工は、形成された凹部の端部にバリが生じている場合があり、これを削除するためである。形成された凹部の形状は、菱形であり、軸方向平均長さ周方向平均長さともに、１．４ｍｍであった。また、凹部のシリンダ径方向平均長さは１０μｍ、図１４の凹部の面積率は５０％であった。
【０１０８】
＜比較用シリンダライナ＞
一方、比較のために、上記と同様のシリンダライナを別途用意し、凹部形成処理をおこなうことなくそのまま用いた。
【０１０９】
＜往復動摩擦力の測定＞
上記のように用意した実施例リングおよび比較例リングと、多凹凸シリンダライナおよび比較用シリンダライナをそれぞれ組合せ、図１５に示す装置を用いて、摩擦力による機械的損失（ＦＭＥＰ）を求めた。その際の試験方法は、ピストンに試験片ピストンリングをセットし、馴染み運転をした後、オイル温度８０℃にてエンジンスピードに相当する回転数を変化させて、摩擦力を測定した。この際の、ピストンリングの接線方向張力Ｆｔは９．８Ｎであった。また、往復動摩擦力の測定時の回転数は７５０ｒｐｍであり、供給油はＳＡＥ粘度１０Ｗ−３０のものを用いた。
【０１１０】
＜評価＞
機械的損失の測定結果を図１６に示す。図１６においては、比較用ピストンリングと比較用シリンダライナを組み合わせた比較例の機械的損失を１．００としたときの、その他の組合せでの機械的損失比を示す。
【０１１１】
図１６から、多凹凸シリンダライナを用いても比較用ピストンリング（従来品第一コンプレッションリング）を組み合わせた場合（参考例）においては、比較例のものとほとんど変わらない機械的損失であったのに対し、多凹凸シリンダライナと本発明（第１発明）に係る実施例ピストンリングとを組み合わせた場合には、第一コンプレッションリングのみで、１０％程度の機械的損失が低減されたことが確認できた。
【０１１２】
なお、第２発明に係る構成のピストンリングについても、多凹凸シリンダライナと組み合わせたことにより、上記第１発明に係るピストンリングと多凹凸シリンダライナとの組合せと、ほぼ同様に８〜９％程度の機械的損失が低減されたことが別途確認できた。
【０１１３】
これらの結果から明らかなように、当り幅の大きな第一コンプレッションリングに対しては多凹凸シリンダライナによる摩擦力低減効果は極めて低いが、本発明に係る溝加工を施したピストンリングと組み合わせることにより、多凹凸シリンダライナによる摩擦力低減効果が有効に発揮されるものであることが判る。
【符号の説明】
【０１１４】
１…ピストンリング
２…外周摺動面
４、５…溝
６…シリンダまたはシリンダライナの内壁面における凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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