(57)【要約】【課題】オイル消費量を増大させることなく、且つシリンダボア内壁面に対する摩擦力を低下させることができ、更に、エンジンの高速回転域においてもシリンダボア内壁面への攻撃性を低減させることができる内燃機関用オイルリングを提供する。【解決手段】オイルリング本体の第１レール及び第２レールは、オイルリング本体の軸方向断面におけるレール外周面の断面形状が曲線部と直線部とからなり、当該直線部は、オイルリングの上面側又は下面側のいずれか一方に向かうに従い、当該オイルリング本体の軸側に向かって傾斜し、当該直線部の傾斜先端に曲線部を備えること特徴とする内燃機関用オイルリングを採用する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボア内周壁と摺動する第１レール及び第２レールと、当該第１レール及び第２レールがシリンダボアの内周壁より掻き落としたオイルをピストン裏面へ流下させるための複数のオイル戻し孔を備えるウェブとから構成されるオイルリング本体と、当該オイルリング本体の内周側に配置されるコイルエキスパンダとの組合せからなるオイルリングにおいて、
当該第１レール及び第２レールは、オイルリング本体の軸方向断面におけるレール外周面の断面形状が曲線部と直線部とからなり、
当該直線部は、オイルリングの上面側又は下面側のいずれか一方に向かうに従い、当該オイルリング本体の軸側に向かって傾斜し、
当該直線部の傾斜先端に曲線部を備えることを特徴とする内燃機関用オイルリング。
【請求項２】
前記オイルリング本体において、前記直線部は、当該オイルリング本体の軸方向断面において占める直線部の割合が５０〜９０％であり、オイルリング本体の軸に対する傾斜角度が０．５°〜１．５°である請求項１に記載の内燃機関用オイルリング。
【請求項３】
前記オイルリング本体において、前記曲線部は、当該オイルリング本体の軸方向断面において占める曲線部の割合が１０〜５０％であり、当該曲線部の存在する領域が当該オイルリング本体の径方向長さで２μｍ〜５μｍである請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用オイルリング。
【請求項４】
前記オイルリング本体において、前記第１レール及び第２レールのレール外周面のオイルリング本体の軸方向長さが０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の内燃機関用オイルリング。
【請求項５】
前記オイルリングが、アルミニウム合金製のシリンダボアとの組合せとして用いられる請求項１〜請求項４のいずれかに記載の内燃機関用オイルリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、内燃機関に使用されるオイルリング本体の形状に関し、具体的には２ピース形オイルリングの第１レール及び第２レールの外周面がオイルリング本体の軸方向断面において曲部と直線部とで構成されるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における自動車用エンジンの性能の向上に伴い、内燃機関に用いられるオイルリングにも、摩擦力の低下とエンジンオイル消費量の低減とを共に満足するものが求められている。そのため、オイルリングの形状等に工夫を施し、例えば、摩擦力を低下させるためにシリンダボア内に配置するオイルリングを低張力化し、オイル消費改善のためにオイルリングの薄幅化を図ったもの等が用いられている。また、一般的にオイルリングには、２ピース形オイルリングと３ピース形オイルリングと呼ばれる構造の異なるオイルリングが存在している。しかし、３ピース形オイルリングの構造は、２ピース形オイルリングの構造と比較して複雑であるため、シリンダボア軸方向の幅を薄幅化することがスペーサエキスパンダ等の製造上困難であり、上述の課題に対して、主に２ピース形オイルリングが採用されてきた。
【０００３】
この２ピース形オイルリングにおけるオイルリング本体は、オイルリング本体の上側部分及び下側部分を構成する第１レール部及び第２レール部と、これらレール部と連結するウェブとからなる。そして、当該オイルリング本体が備える第１レール部及び第２レール部は、ピストンが往復動作する際に、各々の外周摺動面がシリンダボアの内周壁面に対して油膜を介した状態で摺動する。従来のオイルリング本体は、シリンダボア内壁面との摩擦を減少させることと、摺動面におけるオイル掻き性能を向上させることとの両方を満足させることは困難であった。仮に、当該オイル掻き性能の向上を図る場合は、オイルリングの張力を大きくするか、又は、オイルリングの第１レール部及び第２レール部の摺動領域側形状の角部を鋭角として油膜が厚くならないようにし、且つ、オイルの掻き残しを減少させるためにシリンダボア内壁面との接触面積を大きくしなければならない。しかし、この場合、オイルリングの張力を大きくするとシリンダボア内壁面との摩擦が大きくなってしまう。また、オイルリング本体の第１レール部及び第２レール部の角部を鋭くし、且つシリンダボア内壁面との接触面積を大きくした場合は、シリンダボア内壁面への当たりが強くなると共に、シリンダボアの内壁面の油膜厚さにムラが生じ、摩擦力の低下を図ることが困難となってしまう。
【０００４】
なお、エンジンの高速回転域での稼働においては、ピストンの首振り等、ピストンの挙動が激しくなるため、オイルリングの張力が低下して異常振動を起こす場合がある。 このような状況において、オイルリングには、ピストンの挙動に伴い当該ピストンの溝面に追従しようとする強い慣性力が働く。そのため、この場合においては、シリンダボア内壁面に対するオイルリングの接触がレール部の角部とシリンダボア内壁面とで、更に線接触状態となりやすく、当たりが強いものになりやすい。
【０００５】
また、近年は、摺動部品の軽量化が可能で、熱伝導性が良好であり、製造コストが低い等の理由から、アルミニウム合金製のシリンダボアが用いられる傾向があり、中でも耐摩耗性に優れるとしてアルミニウム−シリコン系合金のものが多く用いられている。特に、シリコン含有量が多い過共晶アルミニウム−シリコン合金をシリンダボアとして用いた場合は、高い硬度を有するシリコンを初晶として析出することで優れた耐摩耗性を有する。ところが、当該シリンダボアの内壁面がオイルリングとの摺動時に過大な圧力を受けることで硬質の粗大なシリコン粒子が脱落する場合があり、このとき、脱落したシリコン粒子が砥粒としての働きをすることで研削摩耗が起こり、潤滑障害の発生する確率が高くなる。
【０００６】
そこで、特許文献１には、初期摺動持にオイル消費を増大させることない優れたピストンリングが開示されている。具体的には、傾斜したカッタ面、及び上下面に設けた半径方向外方に延在する傾斜面とで、対の摺動面を画定させるピストンリングであって、上方の当該傾斜面と当該摺動面とを円弧面で連接させ、且つ下方の当該傾斜面と当該摺動面とを円弧面で連接させることを特徴とするピストンリングが提案されている。
【０００７】
また、特許文献２には、フリクションの低減が図れ、オイル掻き能力も良好である組合せオイルリングが開示されている。具体的には、上下レールを有しているオイルリングと、オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、前記オイルリングの上レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の上端から上レール上面につながる曲面と、平坦面の下端から上レール下面につながる曲面とから形成され、下レールの外周面が、軸方向幅０．０５〜０．３ｍｍの平坦面と、平坦面の上端から下レール上面につながる曲面と、平坦面の下端から下レール下面につながる曲面とから形成されていることを特徴とする組合せオイルリングが提案されている。
【０００８】
オイルリングのレール外周面の端部に曲面を形成するメリットとしては、大量生産による品質のムラや、初期なじみが完了するまでのエンジンの使用状況によりエンジン性能が左右されることで生じる、シリンダボア内壁面に対するオイルリングの当たりの強さを軽減させることが可能となる点にある。また、オイルリングのレール外周面の端部に曲面を形成することで、白煙やエンジンオイル消耗の原因となるピストン上部への余分なオイル侵入（オイル上がり）を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開昭６０−９７３４５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９７８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述の特許文献１のピストンリングでは、オイルリングの軸方向幅に対しレールの軸方向幅が大きく、シリンダボア内壁面の余分なオイルを掻き取る性能と、当該ピストンリングのシリンダボア内壁面に対する当たりの強さとのバランスにおいてバランスが悪く、オイル消費量の低減とシリンダボア内壁面に対する摩擦力の低下との両方を同時に満足させることは困難であった。
【００１１】
また、上述の特許文献２のオイルリングでは、シリンダボア内壁面の余分なオイルを掻き取る際にオイルの掻き残しが生じ易く、オイル消費量の低減を図ることが困難であった。
【００１２】
以上のことから、本件発明は、オイル消費量を増大させることなく、且つシリンダボア内壁面に対する摩擦力を低下させることができ、更に、エンジンの高速回転域においてもシリンダボア（またはシリンダライナ）、特にアルミ合金からなるシリンダボアに対する攻撃性を低減させることができる内燃機関用オイルリングの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本件発明者等は、鋭意研究を行った結果、オイルリング本体の軸方向断面でみてレール外周面を曲線部と直線部とからなる構成とし、当該曲線部と当該直線部との形状について、以下に示す寸法条件を満足する内燃機関用オイルリングを採用することで、上述した課題を解決するに到った。
【００１４】
本件発明のオイルリング本体は、シリンダボア内周壁と摺動する第１レール及び第２レールと、当該第１レール及び第２レールがシリンダボアの内周壁より掻き落としたオイルをピストン裏面へ流下させるための複数のオイル戻し孔を備えるウェブとから構成されるものである。そして、本件発明のオイルリング本体の当該第１レール及び第２レールは、オイルリング本体の軸方向断面におけるレール外周面の断面形状が曲線部と直線部とからなり、当該直線部は、オイルリングの上面側又は下面側のいずれか一方に向かうに従い、当該オイルリング本体の軸側に向かって傾斜し、当該直線部の傾斜先端に曲線部を備えることを特徴としている。
【００１５】
そして、本件発明のオイルリングは、前記オイルリング本体において、前記直線部は、当該オイルリング本体の軸方向断面において占める直線部の割合が５０〜９０％であり、オイルリング本体の軸に対する傾斜角度が０．５°〜１．５°であることが好ましい。
【００１６】
また、本件発明のオイルリングは、前記オイルリング本体において、前記曲線部は、当該オイルリング本体の軸方向断面において占める曲線部の割合が１０〜５０％であり、当該曲線部の存在する領域が当該オイルリング本体の径方向長さで２μｍ〜５μｍであることが好ましい。
【００１７】
また、本件発明のオイルリングは、前記オイルリング本体において、前記第１レール及び第２レールのレール外周面のオイルリング本体の軸方向長さが０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍであることが好ましい。
【００１８】
また、本件発明のオイルリングは、前記オイルリングが、過共晶アルミニウム−シリコン合金製シリンダボア、又はアルミニウム合金製のシリンダボアとの組合せとして用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
オイルリング本体の形状を、上述の設定条件を具備したものとすることにより、オイルリングとシリンダボア内壁面との摺動面にオイルを導入し易くなり、且つ、安定して非常に薄い油膜を形成することが可能となるため、オイル導入部においても摺動油圧が発生し易くなる。その結果、オイルリングがシリンダボア内で摺動運動する際に発生する摩擦力を低下することが可能となる。また、エンジンの高速回転域での稼働時において、オイルリングの挙動に変化が生じても、当該オイルリングがシリンダボア内壁面に対して攻撃性を増大させることもない。つまり、本件発明に係るオイルリングによれば、オイルリングのレール角部に形成される曲面領域が、オイル導入性向上作用をもたらすと共に、オイルリングのシリンダボア内の接触領域に対する高面圧化を防ぎ、結果としてオイル消費量が増大するのを防止することができる。さらに、接触面が小さいことでシリコン粒子等の微小範囲での局部的な当たりが少なくなり、シリコン粒子の脱落等を減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本件発明に係るオイルリング本体と、当該オイルリングの内周に配置されるコイルエキスパンダとから構成される内燃機関用オイルリングの斜視図である。
【図２】図１における内燃機関用オイルリングの実施形態における斜視図である。
【図３】本件発明の実施の形態に係るオイルリング本体をシリンダボア軸方向で切断したときの断面図である。
【図４】本件発明に係るオイルリング本体のレール外周面の形状を示すために、オイルリング本体をシリンダボア軸方向で切断したときの断面図である。
【図５】従来のオイルリング本体のレール外周面の形状を示すために、オイルリング本体をシリンダボア軸方向で切断したときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に本件発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１には、内燃機関用オイルリングの斜視図を例示的に示す。図２には、内燃機関用オイルリングの実施形態における斜視図を例示的に示す。なお、これら図１及び図２は、本件発明の実施の形態に係る２ピース形オイルリングに関する斜視図である。図１及び図２に示すように、２ピース形オイルリング１は、オイルリング本体２とコイルエキスパンダ３とから構成されている。また、当該オイルリング本体２は、ウェブ４と当該ウェブを挟んだ両側の第１レール部５と第２レール部６とで構成されている。そして、当該ウェブ４には、オイル戻し孔７が形成されている。
【００２２】
そして、図３には、本件発明の実施の形態に係る２ピース形オイルリング本体をシリンダボア軸方向で切断したときの断面図を示し、図４には、図３におけるａ部を拡大したものを図示している。図３に示すように、本実施の形態に係るオイルリング１は、シリンダボア軸方向の断面でみてウェブ４と当該ウェブを挟んだ両側の第１レール部５と第２レール部６とで構成されるオイルリング本体２と、当該オイルリング本体の内周側に配置されるコイルエキスパンダ３とからなる。オイルリング本体２が備える第１レール部５及び第２レール部６の外周摺動領域は、図４において「Ｘ」で示した領域である。図４に示すように、本件発明のオイルリング本体２に構成されるレール部５，６は、その外周摺動領域Ｘに、シリンダボア軸方向断面でみたときに直線部Ｌ１と、当該直線部に連接して形成される曲線部Ｌ２とから形成される。
【００２３】
本件発明に係るオイルリングは、レール部外周面をシリンダボア軸方向断面でみたときに直線部Ｌ１と、当該直線部に連接して形成される曲線部Ｌ２とからなる構成とすることで、エンジンの高速回転域での稼働時に、オイルリングに傾きが発生してもレール角部での接触が、面取り加工を施した曲面領域（曲面部Ｌ２）での接触となるため、オイルリング本体のレール部とシリンダボア内壁面とが線接触状態にはならず、シリンダボア（またはシリンダライナ）に対する攻撃性を低減させることが可能となる。
【００２４】
また、図３及び図４に示すように、オイルリング本体２の第１レール部５及び第２レール部６の外周摺動領域Ｘに、シリンダボア軸方向断面でみたときに直線部Ｌ１と曲線部Ｌ２との構成からなる形状を、本件発明で設定した条件範囲内の寸法となるように形成することで、オイル掻き性能と摩擦力を低下させる性能とを共に向上させ、更に、エンジンの高回転域での稼動においてもシリンダボア内壁面１１への攻撃性が増大するのを防止することができる。
【００２５】
更に、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、図３及び図４に示すように、当該直線部Ｌ１がオイルリングの上面側又は下面側のいずれか一方に向かうに従い、当該オイルリング本体の軸側（内側）に向かって傾斜し、曲線部Ｌ２が当該直線部の傾斜先端に備わることを特徴としている。このように、オイルリングは、レール部の摺動領域において、オイルリングの摺動方向に面する側のレール部の角部のみに曲面部を形成した形状とすることで、エンジンの高速回転域での稼働においてピストンの首振り等、ピストンの挙動が激しくなった場合でも、シリンダボア内壁面に対するオイルリングの接触がレール部の角部での線接触状態とならず、シリンダボア内壁面に対する攻撃性及び摺動摩擦力の増大を抑制する効果を得ることができる。
【００２６】
また、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、図４に示すように、オイルリング本体のレール外周面において、当該オイルリング本体の軸方向断面でみたときに、直線部Ｌ１の外周摺動領域Ｘに対して占める割合が５０〜９０％であり、オイルリング本体の軸と当該直線部とのなす角度が０．５°〜１．５°であることが好ましい。なお、図４には、オイルリング本体の軸に対して平行となる線をＡとし、当該直線部の延長線をＢとして示した。
【００２７】
ここで、オイルリング本体の軸方向断面でみたときの、当該直線部Ｌ１の外周摺動領域Ｘに対して占める割合が５０％未満の場合には、シリンダボア内壁面の余分なオイルを掻き落とす効果が十分に得られず好ましくない。一方、オイルリング本体の軸方向断面でみたときに、当該直線部Ｌ１の外周摺動領域Ｘに対して占める割合が９０％を超える場合には、シリンダボア内壁面に対する攻撃性が増大するため好ましくない。
【００２８】
また、当該直線部Ｌ１のオイルリング本体の軸と当該直線部とのなす角度が０．５°未満の場合には、シリンダボア内壁面のオイルの厚みを一定にコントロールする機能の向上が図れず好ましくない。一方、当該直線部Ｌ１のオイルリング本体の軸と当該直線部とのなす角度が１．５°を超える場合には、オイルリングのシリンダボア内壁面に対する攻撃性が増大するため好ましくない。
【００２９】
また、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、図４に示すように、オイルリング本体のレール外周面において、当該オイルリング本体の軸方向断面でみたときに、曲線部Ｌ２の外周摺動領域Ｘに対して占める割合が１０〜５０％であり、当該曲線部Ｌ２の存在する領域が当該オイルリング本体の径方向長さＣで２μｍ〜５μｍであることが好ましい。
【００３０】
ここで、オイルリング本体の軸方向断面でみたときに、当該曲線部Ｌ２の外周摺動領域Ｘに対して占める割合が１０％未満の場合には、シリンダボア内壁面に対する攻撃性が増大するため好ましくない。一方、オイルリング本体の軸方向断面でみたときに、当該曲線部Ｌ２の外周摺動領域Ｘに対して占める割合が５０％を超える場合には、シリンダボア内壁面の余分なオイルを掻き落とす効果が十分に得られないため好ましくない。
【００３１】
また、本件発明のオイルリング本体において、当該第１レール部及び第２レール部の角部に形成される曲面領域のオイルリング径方向への長さＣが２μｍ未満の場合、シリンダボア軸方向断面でみたときに得られる曲率は小さくなるため、オイル導入性向上作用の向上が図れずシリンダボア内壁面に対して均一な厚さでオイル膜を形成できないため好ましくない。一方、当該第１レール部及び第２レール部の端に形成される曲面領域のオイルリング径方向への長さＣが５μｍを超える場合、シリンダボア軸方向断面でみたときに得られる曲率は大きくなるため、オイルリングのシリンダボア内壁面の余分なオイルを掻き落とす性能の向上が図れず好ましくない。一般的に、当該第１レール部及び第２レール部の角部に形成される曲面領域のオイルリング径方向への長さが長くなると、曲率が大きくなる傾向となる。
【００３２】
また、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、図４に示すように、オイルリング本体の第１レール及び第２レールのレール外周面のオイルリング本体の軸方向長さＸが０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍであることが好ましい。仮に、オイルリング本体の軸方向長さＸが０．１５ｍｍ未満の場合には、オイルリングのオイルコントロール機能の向上が図れず好ましくない。一方、オイルリング本体の軸方向長さＸが０．２５ｍｍを超える場合には、オイル掻き落とし性能の向上が図れず好ましくない。
【００３３】
上述したように、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、オイルリング本体のレール部外周面の摺動領域の形状を、本件発明で設定した条件範囲内の寸法とすることで、効果的にオイル消費量及びシリンダボア内壁面に対する摩擦力の低下を図ることができる。当該オイルリング本体のレール部外周面における摺動領域の形状は、オイルリング本体の軸方向断面が曲線部と直線部とからなる。そして、当該オイルリング本体のレール部において、直線部が、オイルリングの上面側又は下面側のいずれか一方に向かうに従い、当該オイルリング本体の軸側に向かって傾斜して形成され、曲線部が、当該直線部の傾斜先端に形成されることで、当該オイルリングとシリンダボア内壁面との間で安定した密着性が得られ、且つシリンダボア内壁面のオイルの厚みを一定にコントロールする機能を向上させることができる。
【００３４】
更に、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、オイルリング本体の軸方向断面でみたときに、当該レール部の摺動領域における当該直線部と当該オイルリング本体の軸とのなす角度を大きく確保することができるため、当該直線部と当該曲線部との接合部分のシリンダボア内壁面に対する当たりが強くならず、シリンダボア内壁面に対する摺動摩擦力が増大するのを抑制する効果を得ることができる。
【００３５】
また、本件発明のオイルリング本体のレール部の摺動領域の形状は、当該オイルリング本体の軸方向断面でみたときに、曲線部をオイルリングの摺動方向に面する側のレール角部のみに形成することで、直線部の長さを長くとることができる。この結果、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、シリンダボア内壁面の余分なオイルを掻き落とす性能を更に向上させることができる。
【００３６】
また、本件発明のオイルリング本体のレール部の摺動領域の形状は、当該オイルリング本体の軸方向断面でみたときに、曲線部の存在する領域の当該オイルリング本体の径方向長さを２μｍ〜５μｍとすることで、オイルリングのレール角部に形成される曲面部分が、オイル導入性を向上させる作用と、オイルリングのシリンダボア内壁面に対する接圧力が高くなるのを抑制させる作用とをもたらしている。この結果、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、シリンダライナ内壁面に対する攻撃性を弱めると共に、オイル消費量が増大するのを防ぐことができる。
【００３７】
そして、本件発明の内燃機関用オイルリングは、アルミニウム合金製のシリンダボアとの組合せとして用いられることが好ましい。オイルリング本体を形成する材料としては、適度な靭性を有し、また、コイルエキスパンダからの張力により塑性変形する恐れの少ない材料を用いることが好ましく、従来からのオイルリングに用いられている鋼材であれば特に限定されずに用いることができる。参考までに、従来より、オイルリング本体を形成する材料として、マルテンサイトステンレス鋼（ＳＵＳ４４０、ＳＵＳ４１０材）、８Ｃｒ、１０Ｃｒ、１３Ｃｒ、１７Ｃｒ、合金工具鋼（ＳＫＤ材）、ＳＫＤ６１、ＳＷＯＳＣ−Ｖ、ＳＷＲＨ相当材等が好適に用いられている。これらの材料を用いて形成されたオイルリング本体を用いたオイルリングは、アルミニウム合金製のシリンダボアとの組合せとすることで、耐摩耗性に優れるアルミニウム−シリコン合金製のものが用いられた場合でも、特に過共晶アルミニウム−シリコン合金製のシリンダボアに対し長期間に亘り優れた耐久性能を発揮することができる。
【００３８】
なお、本件発明に係る内燃機関のピストンリングと過共晶アルミニウム−シリコン合金製のシリンダボアとの組合せにおいて、当該シリンダボアが備える組成は、ケイ素が２０．０質量％〜２８．０質量％、マグネシウムが０．４質量％〜２．０質量％、銅が２．０質量％〜４．５質量％、鉄が０．６０質量％以下、ニッケルが０．０１質量％以下、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であることが好ましい。
【００３９】
また、本件発明に係る内燃機関のピストンリングと過共晶アルミニウム−シリコン合金製のシリンダボアとの組合せにおいて、当該シリンダボアが備える組成は、ケイ素が２０．０質量％〜２８．０質量％、マグネシウムが０．８質量％〜２．０質量％、銅が３．０質量％〜４．５質量％、鉄が１．０質量％〜１．４質量％、ニッケルが１．０質量％〜５．０質量％、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であることも好ましい。
【００４０】
更に、本件発明の内燃機関用オイルリングは、アルミニウム合金製のシリンダボアとの組合せに加え、所謂高出力エンジンに用いる条件下において、より優れた耐久性能を発揮することができる。ちなみに、高出力エンジンに用いられる内燃機関用オイルリングは、オイルリングのリング張力（Ｎ）をピストンリングのボア径（ｍｍ）で除した張力比が、０．１５Ｎ／ｍｍ以上であることが好ましく、０．２Ｎ／ｍｍ〜０．５Ｎ／ｍｍであることがより好ましい。
【００４１】
また、本件発明に係る内燃機関用オイルリングの外周摺動面には、摺動時の摩擦力を低下させるための表面処理等が施されていることがより好ましい。例えば、オイルリング本体のレール部の外周摺動面に、窒化層や、ＣｒＮやＣｒ２Ｎや、Ｃｒ、Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮからなる混合被膜等からなるＰＶＤ皮膜（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｆｉｌｍ）又はＤＬＣ皮膜（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｌｍ）を形成するのがより好ましい。当該オイルリング本体のレール部の外周摺動面にこれらの表面処理等を施すことで、更に耐摩耗性の向上が図られると共に、摺動摩擦力の低下を図ることができる。なお、当該オイルリング本体のレール部の摺動面にＰＶＤ皮膜やＤＬＣ皮膜を形成する場合は、これら皮膜の内側に窒化層を形成すると飛躍的に耐摩耗性能が向上するため更に好ましい。
【００４２】
以下、実施例および比較例を示して本件発明を具体的に説明する。なお、本件発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４３】
以下、本件発明の実施例を示し、本件発明をより詳細に説明する。
【００４４】
以下に、２ピースオイルリングを採用し、図３のａで示す箇所の形状が、図４に示す本件発明の摺動面が所謂微少片バレル形状のオイルリング（実施例試料Ａ）を装着して往復動単体試験を行い、オイルリングの摺動面の形状がアルミニウム合金製のシリンダボアとの組合せにおいて受ける影響の確認を行った。
【００４５】
なお、当該単体試験の条件は、ピストンを想定した治具に２ピースオイルリングをピストンが１°傾く状態でアルミニウム合金製のシリンダボア内にセットし、回転数７５０ｒｐｍで１０時間摺動させた。そして、オイルリングを１０時間摺動させた後のシリンダボアの性状を、スラスト方向、アンチスラスト方向、これらの方向の中間となる９０度位置方向の計４方向の箇所において、スカッフ発生の有無と、段差摩耗発生の有無とに着目して観察をした。
【００４６】
また、この試験を行うにあたり、実施例試料Ａは、図３及び図４における、径方向長さ（ａ１）が２．７５ｍｍ、軸方向高さ（ｈ１）が２．０ｍｍ、摺動面幅（Ｘ）が０．２ｍｍ、直線部（Ｌ１）が０．１２ｍｍ、曲線部（Ｌ２）が０．０８ｍｍ、オイルリング本体の軸と当該直線部（Ｌ１）とのなす角度（∠ＡＢ）が１°、当該曲線部（Ｌ２）の存在する領域の当該オイルリング本体の径方向長さ（Ｃ）が２μｍとなる所謂微少片バレル形状とした。そして、オイルリングのリング張力（Ｎ）をピストンリングのボア径（ｍｍ）で除した張力比は、０．３Ｎ／ｍｍとした。
【００４７】
ここで言うオイルリングを構成するオイルリング本体は、炭素０．７０質量％、ケイ素０．２５質量％、マンガン０．３０質量％、クロム８．０５質量％、リン０．０１質量％、硫黄０．０１質量％、残部鉄及び不可避不純物の組成の所謂８Ｃｒ鋼を用い、且つ、ガス窒化処理を施した素材を用いた。そして、コイルエキスパンダは、炭素０．５５質量％、ケイ素１．４１質量％、マンガン０．６５質量％、クロム０．６８質量％、銅０．０６質量％、リン０．０１質量％、硫黄０．０１質量％、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるＳＷＯＳＣ−Ｖ材相当の素材を用いた。
【００４８】
また、シリンダボア材は、Ｓｉが２３．０質量％、Ｍｇが２．０質量％、Ｃｕが４．５質量％、Ｆｅが０．２質量％、Ｎｉが０．０１質量％、残部アルミニウム及び不可避不純物の組成を備える素材を用いた。
【比較例】
【００４９】
以下、本件発明に対する比較例について説明する。
【００５０】
本件発明に係るオイルリングに対する比較例として、図３のａで示す箇所の形状が、図５に示す従来の摺動面形状のオイルリング（比較例試料ａ〜比較例試料ｃ）をそれぞれ用意した。具体的には、比較例試料ａは摺動面がフラット形状であり（図５（ａ）参照のこと。）、比較例試料ｂは摺動面が角部に微少Ｒが形成され（図５（ｂ）参照のこと。）、比較例試料ｃは摺動面が片バレル形状であり（図５（ｃ）参照のこと。）、全て本件発明の条件範囲外となる形状のものを用いた。そして、比較例となる比較例試料ａ〜比較例試料ｃは、この図５に示す形状以外の全ての条件において実施例と同じ条件に基づいて、耐スカッフ性及び耐摩耗性の各特性についての確認を行った。
【００５１】
［実施例と比較例との対比］
以下に、本件発明の実施例及び比較例とを対比しつつ、本件発明を詳細に説明する。
【００５２】
表１には、実施例と比較例とのオイルリングをそれぞれ用いて単体試験を実施し、シリンダボアの性状を、スカッフ発生の有無と段差摩耗発生の有無とについて確認して評価した結果を示した。表１に、シリンダボア内壁面におけるオイルリングとの摺動摩擦により摩耗した部分の深さが１μｍである場合を異常の有無の判断基準とし、「○」をスカッフ又は段差摩耗等の異常がない場合、「×」をスカッフ又は段差摩耗等の異常がある場合として示した。なお、摩耗量の確認は、表面粗さ計を用いて測定を行った。
【００５３】
【表１】
2011075065.tif 000003
【００５４】
（耐スカッフ性評価試験）
まず、耐スカッフ性を評価するにあたり、単体試験を実施した後のスカッフ発生の有無の観点から、実施例と比較例との対比を行った。ここで、スカッフとは、例えばエンジン内部における潤滑不良や過負荷等の原因によりシリンダボア内壁面の油膜が切れ、オイルリングとの摺動摩擦によって一部が溶着し引きちぎられて当該シリンダボア内壁面等に残るかき傷をいう。この表１に示す結果から明かなように、実施例試料Ａを除き、比較例試料ａ〜比較例試料ｃに関しては全て、深さ１μｍを超えるスカッフが発生する結果となった。
【００５５】
まず、摺動面が微少片バレル形状の実施例試料Ａについては、シリンダボア内壁面に深さ１μｍを超えるスカッフの発生が見られなかった。これは、実施例試料Ａの摺動面の形状が、レール外側の角部を接触させず、且つシリンダボアとの接触面積を広くしたことで、シリンダボア内壁面に対する面圧が適正となり、摺動が滑らかになることに起因するものと考えられる。
【００５６】
一方、摺動面がフラット形状の比較例試料ａについては、ピストンが１°傾けられた側においてスカッフの発生が顕著となる結果となった。また、摺動面の角部に微少Ｒが形成された比較例試料ｂについては、比較例試料ａよりも若干軽減されるものの、深さ１μｍを超えるスカッフの発生が確認できた。この結果から、比較例試料ｂは、比較例試料ａよりスカッフの発生が起こるまでの時間が長くなることが想定できる。また、摺動面が片バレル形状の比較例試料ｃについても、他の比較例試料と同様に深さ１μｍを超えるスカッフの発生が確認できた。これは、比較例試料ｃが、例えピストンが１°傾いた場合にシリンダボアへの攻撃性が低減されるバレル形状であったとしても、他の試料に比してシリンダボアとの接触面積が小さく、シリンダボア内壁面に対する面圧が高くなることが原因と考えられる。
【００５７】
（耐摩耗性評価試験）
次に、耐摩耗性を評価するにあたり、単体試験を実施した後の段差摩耗の発生の有無の観点から、実施例と比較例との対比を行った。ここで、段差摩耗とは、均一に摩耗せず、どこか一部だけ異常に摩耗してしまう所謂偏摩耗をいう。この表１から明かなように、実施例試料Ａを除き、比較例試料ａ〜比較例試料ｃに関しては、スカッフ確認試験の結果と同様に、全ての試料で段差摩耗が発生する結果となった。
【００５８】
ここで、摺動面が微少片バレル形状の実施例試料Ａについては、シリンダボア内壁面に段差摩耗の発生が見られなかった。これは、耐スカッフ性評価試験の結果でも言えることだが、実施例試料Ａは、その摺動面の形状が、例えピストンを１°傾かせた場合でも、レール外周のＲ形状部分が接触しないことに加え、所謂片バレル形状でありながら、当該摺動面の平面部と湾曲面部との連接部分がレール摺動領域の比較的軸方向中央寄りとなるためであると考えられる。すなわち、このような形状の場合、シリンダボアとの接触荷重は、広く分散し局部的当たりが軽減され、また、流体潤滑域においても油膜の形成がし易く、ピストンの上下死点の速度０付近でもシリンダボアに対する押しつけ力が作用し易いため、シリンダボア内壁面が油膜切れしにくいといった優れた効果を得ることができる。
【００５９】
一方、摺動面がフラット形状の比較例試料ａについては、ピストンが１°傾けられた側において段差摩耗の発生が顕著となる結果となった。また、摺動面が角部に微少Ｒが形成された比較例試料ｂについては、比較例試料ａよりも若干軽減されるものの、深さ１μｍを超える段差摩耗の発生が確認できた。この結果から、比較例試料ｂは、比較例試料ａより段差摩耗の発生が起こるまでの時間が長くなることが想定できる。また、摺動面が片バレル形状の比較例試料ｃについても、他の比較例試料と同様に深さ１μｍを超える段差摩耗の発生が確認できた。以上より、比較例試料の全てにおいて段差摩耗確認と同様の結果が得られた。この結果より、スカッフの発生と段差摩耗の発生とは、相関関係があることが分かった。以上をふまえ、耐スカッフ性確認試験及び耐摩耗性確認試験の結果から確認できた内容について以下に示す。
【００６０】
摺動面の形状がフラット形状の比較例試料ａは、ピストンが１°傾いた状態で、レール外周部の角部がシリンダボアの内壁面に対し線接触状態となり易く局部的当たりが強くなる傾向となるため、油膜切れを起こし易い。このことから、比較例試料ａの摺動領域の形状のように、シリンダ軸方向断面でみて、レール角部に曲線部がなく、且つオイルング本体の軸に平行な直線部のみで形成されたオイルリングの場合、相手シリンダボアに対する攻撃性の低減が図れないことが分かる。
【００６１】
また、摺動面の角部に微少Ｒが形成された比較例試料ｂについては、ピストンが１°傾いた場合に当該微少Ｒ部が、シリンダボアの内壁面に対し線接触に近い状態で接触してしまう。このことから、比較例試料ｂの摺動領域の形状のように、シリンダボア軸方向断面でみて、レール角部に曲線部があったとしても摺動領域中に占める曲線部の割合が小さく、且つオイルング本体の軸に平行な直線部のみで形成されたオイルリングの場合には、比較例試料ａより若干相手シリンダボアに対する攻撃性は低減されるものの、内燃機関に用いるには満足な性能が得られないことが分かる。
【００６２】
また、摺動面が片バレル形状の比較例試料ｃについては、ピストンが１°傾いた場合に当該摺動面の曲面部の曲率が小さく、シリンダボアの内壁面に対し接触することがない。しかし、摺動面が片バレル形状の比較例試料ｃは、当該摺動面に平面部の占める割合が僅かであり、シリンダボアに対し、当該平面部による攻撃性が増大してしまう。このため、比較例試料ｃの摺動領域の形状のように、シリンダボア軸方向断面でみて、摺動領域中の曲線部の占める割合が大きく、直線部の形成が殆どされていないオイルリングの場合においても、相手シリンダボアに対する攻撃性の低減が図れないことが分かる。
【００６３】
以上より、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、オイルリング本体のレール部の当該オイルリング上下面側の角部のみに面取り加工を施し、得られる曲面の形状を本件発明で設定した条件にすることで、オイル消費量を確実に削減することができると共にシリンダボア内壁面に対する摩擦力を低下させることができる。更に、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、エンジンの高速回転域における稼働時において、オイルリングに傾きが生じ、シリンダボア内壁に対して斜めに当たる不都合が生じた場合にも、シリンダボア内壁面と接触するのがオイルリングのレール部の曲面部分であるため、過度の圧力が当該オイルリングのレール部に集中することがない。その結果、本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、本願に開示された摺動領域の形状に関する条件を満足することで、オイルリングによるシリンダボア内壁面への攻撃性を低減させることができ、且つ内燃機関として用いるのに十分な耐スカッフ性能、及び耐摩耗性能を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本件発明に係る内燃機関用オイルリングは、エンジンの高速回転域での稼動においても、オイル消費量を増大させることなく、且つシリンダボア内壁面に対する攻撃性を低減させることができるため、資源の有効利用、環境負荷を低減化するという観点からも好ましく、あらゆる内燃機関に適用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ２ピース形オイルリング
２  オイルリング本体
３  コイルエキスパンダ
４  ウェブ
５  第１レール部
６  第２レール部
Ｘ  外周摺動領域
Ｌ１  直線部
Ｌ２  曲線部
【図１】
2011075065.tif 000004
【図２】
2011075065.tif 000005
【図３】
2011075065.tif 000006
【図４】
2011075065.tif 000007
【図５】
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