(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの外周面に凹設されたオイルリング溝に受容される３ピースのオイルリングであって、
板状の環形に形成された上サイドレール及び下サイドレールと、
前記上サイドレール及び前記下サイドレールの間に配置されたエキスパンダとを有し、
前記上サイドレールの外周面の上下方向における中間部である外周面主部は、第１傾斜角を有して上方に向けて径方向内方に傾斜する傾斜面に形成され、
前記下サイドレールの外周面の上下方向における中間部である外周面主部は、第１傾斜角よりも小さい第２傾斜角を有して上方に向けて径方向内方に傾斜する傾斜面に形成されていることを特徴とするオイルリング。
【請求項２】
前記ピストンがシリンダ内を上昇するときに、前記オイルリング溝の上壁と前記エキスパンダとの間に形成される隙間内で、前記上サイドレールは内周側に対して外周側が下方に位置するように所定の傾動角だけ傾動可能であり、
前記第１傾斜角は前記傾動角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のオイルリング。
【請求項３】
前記第１傾斜角は、前記傾動角よりも０．５°以上４．５°以下の範囲で大きいことを特徴とする請求項２に記載のオイルリング。
【請求項４】
前記第１傾斜角は、前記傾動角よりも１．０°以上３．０°以下の範囲で大きいことを特徴とする請求項３に記載のオイルリング。
【請求項５】
前記第１傾斜角は、２．５°以上１０．５°以下であることを特徴とする請求項３に記載のオイルリング。
【請求項６】
前記第１傾斜角は、４．０°以上７．５°以下であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のオイルリング。
【請求項７】
前記第２傾斜角は、０．５°以上４．５°以下であることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれか１つの項に記載のオイルリング。
【請求項８】
前記第２傾斜角は、１．０°以上３．０°以下であることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれか１つの項に記載のオイルリング。
【請求項９】
前記傾動角は、２．０°以上６．０°以下であることを特徴とする請求項３〜請求項８のいずれか１つの項に記載のオイルリング。
【請求項１０】
前記傾動角は、２．０°以上４．５°以下であることを特徴とする請求項３〜請求項８のいずれか１つの項に記載のオイルリング。
【請求項１１】
前記上サイドレールの前記外周面主部と下端面との境界は、滑らかな曲面に形成され、
前記下サイドレールの前記外周面主部と下端面との境界は、滑らかな曲面に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つの項に記載のオイルリング。
【請求項１２】
前記上サイドレールの前記外周面主部は、上下方向における中間部が膨らんだ曲面に形成され、
前記下サイドレールの前記外周面主部は、上下方向における中間部が膨らんだ曲面に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つの項に記載のオイルリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンのオイルリングに関し、詳細には上下一対のサイドレールとエキスパンダとを有する３ピースの組合せオイルリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ内燃機関のピストンに装着されるオイルリングにおいて、上下一対のサイドレールと、両サイドレールの間に介装されるスペーサエキスパンダとからなる３ピースの組合せオイルリングが公知である（例えば、特許文献１）。このようなオイルリングには、燃焼室への潤滑油の侵入を防止すると共に、シリンダ壁面に適切な厚みの油膜を形成するオイル制御機能が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９４２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、燃費改善の観点から、オイルリングとシリンダ壁面との摩擦抵抗の低減が要求されている。しかしながら、オイルリングのシリンダ壁面への押圧力（張力）を低下させると摩擦抵抗は低減されるが、オイルリングによる潤滑油の掻き下げ等のオイル制御機能が低下することになるため、単純にオイルリングの張力を低下させることはできない。
【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑み、オイルリングにおいて、オイル制御機能を損なうことなく、摩擦抵抗を低減させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、ピストン（４）の外周面に凹設されたオイルリング溝（８）に受容されるオイルリング（１３）であって、板状の環形に形成された上サイドレール（１６）及び下サイドレール（１７）と、前記上サイドレール及び前記下サイドレールの間に配置されたエキスパンダ（１８）とを有し、前記上サイドレールの外周面（１６Ｅ）は、第１傾斜角（θ１）を有して上方に向けて径方向内方に傾斜する傾斜面に形成され、前記下サイドレールの外周面（１７Ｅ）は、第１傾斜角よりも小さい第２傾斜角（θ２）を有して上方に向けて径方向内方に傾斜する傾斜面に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この態様によれば、上サイドレールの外周面が第１傾斜角を有して傾斜し、かつ下サイドレールの外周面が第２傾斜角を有して傾斜しているため、ピストンの上昇時にはくさび効果によって上サイドレール及び下サイドレールが比較的大きな油膜圧力を受けてシリンダの壁面から離間する方向に移動する。これにより、油膜厚さが大きくなり、オイルの掻き上げが抑制されると共に、オイルせん断抵抗が低下する。一方、ピストンの下降時には、上サイドレール及び下サイドレールの外周面に生じるくさび効果はほとんどなく、油膜が所定の厚みに形成されると共に、オイルの掻き下げが確実に行われる。ピストンの上昇時には、オイルリングとオイルリング溝とのクリアランス及びエキスパンダの圧縮変形に起因して上サイドレールが傾斜するが、第１傾斜角が第２傾斜角よりも大きく形成されているため、上サイドレールの外周面がシリンダの壁面に対して傾斜し易くなる。
【０００８】
また、上記の態様において、前記ピストンがシリンダ内を上昇するときに、前記オイルリング溝の上壁と前記エキスパンダとの間に形成される隙間（２０）内で、前記上サイドレールは内周側に対して外周側が下方に位置するように所定の傾動角（θ３）だけ傾動可能であり、前記第１傾斜角は前記傾動角よりも大きいとよい。
【０００９】
この態様によれば、ピストンの上昇時において上サイドレールが傾斜するときに、上サイドレールの外周面がシリンダの壁面に対して確実に傾斜する。
【００１０】
また、上記の態様において、前記第１傾斜角は、前記傾動角よりも０．５°以上４．５°以下の範囲で大きく設定するとよい。また、前記第１傾斜角は、前記傾動角よりも１．５°以上３．０°以下の範囲で大きく設定してもよい。また、前記第１傾斜角は、２．５°以上１０．５°以下に設定するとよい。また、前記第１傾斜角は、４．０°以上７．５°以下に設定してもよい。前記第２傾斜角は、０．５°以上４．５°以下に設定するとよい。また、前記第２傾斜角は、１．０°以上３．０°以下に設定してもよい。前記傾動角は、２．０°以上６．０°以下に設定するとよい。また、前記傾動角は、２．０°以上４．０°以下に設定してもよい。
【００１１】
また、上記の態様において、前記上サイドレールの外周面と下端面との境界（１６Ｇ）は、滑らかな曲面に形成され、前記下サイドレールの外周面と下端面との境界（１７Ｇ）は、滑らかな曲面に形成されているとよい。前記上サイドレールの外周面は、上下方向における中間部が膨らんだ曲面に形成され、前記下サイドレールの外周面は、上下方向における中間部が膨らんだ曲面に形成されているとよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上の構成によれば、オイルリングにおいて、オイル制御機能を損なうことなく、摩擦抵抗を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るオイルリングが装着されたピストンの断面図
【図２】本実施形態に係るオイルリングの横断面図
【図３】（Ａ）上サイドレールの外周面の形状を、縦横比を変えて示す断面図（横が縦に対して５倍拡大）、（Ｂ）下サイドレール及び比較例に係るサイドレールの外周面の形状を、縦横比を変えて示す断面図（横が縦に対して５倍拡大）
【図４】ピストンの上昇時におけるオイルリングの形態を示す断面図
【図５】ピストンの下降時におけるオイルリングの形態を示す断面図
【図６】（Ａ）無限長平面パッドと運動面との関係を示す説明図、（Ｂ）無限長平面パッドにおけるｍと負荷容量係数との関係を示すグラフ
【図７】下サイドレールの第２傾斜角と、最小油膜厚さ及びフリクションとの関係を示すグラフ
【図８】実施例と比較例とにおける潤滑油消費量を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係るオイルリングの実施形態について説明する。
【００１５】
図１に示すように、内燃機関１のシリンダブロック２には、所定の軸線に沿って延びる断面円形のシリンダ３が形成されている。シリンダ３には、軸線方向に沿って往復動可能にピストン４が受容されている。シリンダ３の上端部とピストン４の上端部の冠面とは、協働して燃焼室を形成する。ピストン４の外周部には、上側から順に、それぞれ周方向に延びて環状をなす第１リング溝６、第２リング溝７、第３リング溝８が形成されている。第１リング溝６には第１圧力リング１１が装着され、第２リング溝７には第２圧力リング１２が装着されている。第３リング溝８にはオイルリング１３が装着されている。
【００１６】
第３リング溝８は、ピストン４の軸線を中心とした円周面に形成され、ピストン４の軸線方向（上下）に所定の幅を有する底部８Ａと、底部８Ａの上端縁からピストン４の外周面に延びる円環状の上壁部８Ｂと、底部８Ａの下端縁からピストン４の外周面に延びる円環状の下壁部８Ｃとを有する。上壁部８Ｂ及び下壁部８Ｃは、それぞれピストン４の軸線に直交する平面に形成されている。これにより、第３リング溝８の横断面は、長方形に形成されている。ピストン４には、第３リング溝８の下壁部８Ｃ及び底部８Ａからピストン４の裏面に延びるオイル排出通路１４が形成されている。
【００１７】
内燃機関１は自動車用エンジンである場合、シリンダ３の直径は例えば６８ｍｍ〜９２ｍｍであり、ピストン４のストロークは例えば６０ｍｍ〜１００ｍｍであってよい。
【００１８】
図１及び図２に示すように、オイルリング１３は、上サイドレール１６と、下サイドレール１７と、上サイドレール１６及び下サイドレール１７の間に介装されたエキスパンダ１８（スペーサエキスパンダ）とを有する３ピースの組合せオイルリングである。
【００１９】
図２に示すように、エキスパンダ１８は、合口（不図示）を有して環状に形成された本体部１８Ａを有する。本体部１８Ａは、上方に向けて突出する上側突出部１８Ｂと、下方に向けて突出する下側突出部１８Ｃとを周方向に交互に有して波形に形成されている。また、本体部１８Ａは、その内周縁であって、上側突出部１８Ｂに対応する部分に上側突出部１８Ｂよりも更に上方に突出した上側耳部１８Ｄを有し、下側突出部１８Ｃに対応する部分に下側突出部１８Ｃよりも更に下方に突出した下側耳部１８Ｅを有する。
【００２０】
各サイドレール１６、１７は、それぞれ板状の環形状に形成された部材であり、周方向における一部に合口（不図示）を有している。各サイドレール１６、１７は、それぞれ環形の中心軸線に対して直交する平面に形成された、互いに平行な上端面１６Ａ、１７Ａ及び下端面１６Ｂ、１７Ｂと、軸線を中心とした外周面１６Ｃ、１７Ｃ及び内周面１６Ｄ、１７Ｄとを備えている。
【００２１】
図３（Ａ）は、上サイドレール１６の外周面１６Ｃを、実際の形状から横の比率を縦に対して５倍にして示す断面図であり、図３（Ｂ）は、下サイドレール１６の外周面１６Ｃを、実際の形状から横の比率を縦に対して５倍にして示す断面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各サイドレール１６、１７において、外周面１６Ｃ、１７Ｃの上下方向（中心軸線方向）における中間部である外周面主部１６Ｅ、１７Ｅは、各サイドレール１６、１７の軸線に対して所定の傾斜角を有して上方に向けて径方向内方に傾斜する傾斜面となっている。すなわち、外周面主部１６Ｅ、１７Ｅは、下側に対して上側の直径が小さい略円錐面となっている。上サイドレール１６の外周面主部１６Ｅが軸線に対してなす傾斜角を第１傾斜角θ１、下サイドレール１７の外周面主部１７Ｅが軸線に対してなす傾斜角を第２傾斜角θ２とする。各サイドレール１６、１７の外周面１６Ｃ、１７Ｃは、平面や、上下方向における中央部が若干突出した曲面（すなわちバレル状）に形成されてよい。外周面１６Ｃ、１７Ｃが曲面に形成される場合、第１傾斜角θ１及び第２傾斜角θ２は、外周面主部１６Ｅ、１７Ｅの各部における平均値とする。
【００２２】
各サイドレール１６、１７において、外周面１６Ｃ、１７Ｃの上端部である外周面上部１６Ｆ、１７Ｆは、滑らかな曲面に形成され、外周面主部１６Ｅ、１７Ｅと上端面１６Ａ、１７Ａとを滑らかに接続している。同様に、各サイドレール１６、１７において、外周面１６Ｃ、１７Ｃの下端部である外周面下部１６Ｇ、１７Ｇは、滑らかな曲面に形成され、外周面主部１６Ｅ、１７Ｅと下端面１６Ｂ、１７Ｂとを滑らかに接続している。外周面１６Ｃ、１７Ｃにおいて、外周面主部１６Ｅ、１７Ｅは、外周面上部１６Ｆ、１７Ｆ及び外周面下部１６Ｇ、１７Ｇが占める範囲よりも大きな範囲を占め、外周面１６Ｃ、１７Ｃの大部分を構成している。外周面上部１６Ｆ、１７Ｆの曲率半径は、外周面下部１６Ｇ、１７Ｇの曲率半径よりも大きく設定されている。また、外周面主部１６Ｅ、１７Ｅが曲面状に形成される場合、外周面主部１６Ｅ、１７Ｅの曲率半径は外周面上部１６Ｆ、１７Ｆの曲率半径よりも大きく設定される。
【００２３】
各サイドレール１６、１７とは、外周面１６Ｃ、１７Ｃの形状を除き、他の部分が同一の形状に形成されている。
【００２４】
図２に示すように、上サイドレール１６、下サイドレール１７、及びエキスパンダ１８は、それぞれの中心軸線が同軸となるように互いに組合されている。上サイドレール１６は、下端面１６Ｂにおいて複数の上側突出部１８Ｂの上端に当接し、内周面１６Ｄにおいて上側耳部１８Ｄの外側面に当接する。下サイドレール１７は、上端面１７Ａにおいて複数の下側突出部１８Ｃの下端に当接し、内周面１７Ｄにおいて下側耳部１８Ｅの外側面に当接する。図２に示すように、各サイドレール１６、１７の各上端面１６Ａ、１７Ａが互いに平行になり、オイルリング１３の上下幅（上サイドレール１６の上端面１６Ａと下サイドレール１７の下端面１７Ｂとの距離）が最小となるときの状態を、オイルリング１３の初期状態とする。
【００２５】
図１に示すように、上サイドレール１６の上端面１６Ａが上壁部８Ｂに対向し、下サイドレール１７の下端面１７Ｂが下壁部８Ｃに対向するように、オイルリング１３は第３リング溝８に装着されている。エキスパンダ１８は、径が広がる方向に張力を有しており、上側耳部１８Ｄにおいて上サイドレール１６の内周面１６Ｄを径方向外方に押圧し、下側耳部１８Ｅにおいて下サイドレール１７の内周面１７Ｄを径方向外方に押圧する。すなわち、エキスパンダ１８は各サイドレール１６、１７を径方向外方に向けて付勢する。エキスパンダ１８に付勢された各サイドレール１６、１７は、外周面１６Ｃ、１７Ｃにおいてシリンダ３の壁面３Ａに当接する。この状態で、各サイドレール１６、１７及びエキスパンダ１８の軸線は、シリンダ３の軸線及びピストン４の軸線と同軸に配置される。
【００２６】
オイルリング１３の初期状態における上下幅は第３リング溝８の上下幅よりも小さく設定されており、第３リング溝８にオイルリング１３が装着された状態で、第３リング溝８とオイルリング１３との間には上下方向に所定の隙間２０（クリアランス）が形成される。隙間２０によって、各サイドレール１６、１７のそれぞれは、変形して、内周側に対して外周側が上方又は下方に位置するように傾斜することができる。
【００２７】
図４に示すように、ピストン４がシリンダ３内を上死点に向けて上昇するとき、ピストン４の外周面１６Ｃ、１７Ｃとシリンダ３の壁面３Ａとの間に存在する潤滑油（オイル）に各サイドレール１６、１７が下方に押される。これにより、下サイドレール１７は、下端面１７Ｂにおいて下壁部８Ｃと面接触し、下サイドレール１７の上端面１７Ａ及び下端面１７Ｂが、シリンダ３（ピストン４）の軸線と直交する面と平行な水平状態になる。エキスパンダ１８は、上サイドレール１６によって下方に押されることによって、各下側突出部１８Ｃにおいて下サイドレール１７の上端面１７Ａと接触する位置に配置される。上サイドレール１６は、エキスパンダ１８と上壁部８Ｂとの間に形成される隙間２０によって、外周側が内周側に対して下方に位置するように傾動する。このときの、上サイドレール１６の下端面１６Ｂがシリンダ３（ピストン４）の軸線と直交する面に対する角度を第１傾動角θ３とする。
【００２８】
図５に示すように、ピストン４がシリンダ３内を下死点に向けて下降するとき、各サイドレール１６、１７は潤滑油によって上方に押される。これにより、上サイドレール１６は、上端面１６Ａにおいて上壁部８Ｂと面接触し、上サイドレール１６の上端面１６Ａ及び下端面１６Ｂがシリンダ３（ピストン４）の軸線と直交する面と平行な水平状態になる。エキスパンダ１８は、下サイドレール１７によって上方に押されることによって、各上側突出部１８Ｂにおいて上サイドレール１６の下端面１６Ｂと接触する位置に配置される。下サイドレール１７は、エキスパンダ１８と下壁部８Ｃとの間に形成される隙間２０によって、外周側が内周側に対して上方に位置するように傾動する。このときの、下サイドレール１７の下端面１７Ｂがシリンダ３（ピストン４）の軸線と直交する面に対する角度を第２傾動角θ４とする。
【００２９】
第１傾動角θ３及び第２傾動角θ４は、任意の値に設定することができ、例えば２．０°以上６．０°以下（ｄｅｇ）に設定されている。なお、第１傾動角θ３及び第２傾動角θ４は、２．０°以上４．０°以下に設定されてもよい。第１傾動角θ３及び第２傾動角θ４は、第３リング溝８の上下幅に対する各サイドレール１６、１７及びエキスパンダ１８の上下幅の大きさや、エキスパンダ１８の撓み易さを変化させることによって、調節することができる。本実施形態では、第１傾動角θ３と第２傾動角θ４とは互いに等しく設定され、例えば２．５°であってよい。
【００３０】
第１傾斜角θ１は、第２傾斜角θ２よりも大きく設定されている（条件１とする）。また、第１傾斜角θ１は、第１傾動角θ３よりも大きい値に設定されている（条件２とする）。条件１及び条件２を満たすことによって、ピストン４の上昇時において、上サイドレール１６が第１傾斜角θ１だけ傾斜する場合にも、上サイドレール１６の外周面主部１６Ｅとシリンダ３の壁面３Ａとのなす角度は０より大きい値となる。
【００３１】
第１傾斜角θ１は、例えば第１傾動角θ３よりも０．５°以上４．５°以下の範囲で大きい値に設定されていることが好ましい（条件３とする）。なお、第１傾斜角θ１は、例えば第１傾動角θ３よりも１．０°以上３．０°以下の範囲で大きい値に設定されてもよい。条件１〜３を全て満たす範囲において、第１傾斜角θ１は２．５°以上１０．５°以下であることが好ましく（条件４とする）、第２傾斜角θ２は０．５°以上４．５°以下であることが好ましい（条件５とする）。なお、第１傾斜角θ１は４．０°以上７．５°以下に設定されてもよく、第２傾斜角θ２は１．０°以上３．０°以下に設定されてもよい。
【００３２】
スラスト軸受において、図６（Ａ）に示す幅Ｄ、相対速度Ｕの無限長平面パッドの負荷容量係数Ｋｗは、次の式１で表されることが知られている。
【数１】
0006483601.tif 000002
この式１で、ｍは、ｍ＝ｈｉ／ｈｏで表され、パッドの傾斜を表すパラメータである。図６（Ａ）に示すように、ｈｉはパッドの入口における油膜の厚さであり、ｈｏはパッドの出口における油膜の厚さ（最小油膜厚さ）である。式１で表される負荷容量係数Ｋｗは、ｍとの関係で図６（Ｂ）のように表される。図６（Ｂ）から、単位面積当りのくさび効果（浮力）の大きさを表す負荷容量係数Ｋｗはｍが２．２付近で最大となり、その後パッドの傾斜が大きくなるにつれて減少することが知られている。各サイドレール１６、１７の上下方向における幅（厚み）を５００μｍとし、内燃機関１の常用回転域におけるｈｏを３μｍとした場合、ｍが２．２となるときの傾斜角は約０．４°となる。そのため、各サイドレール１６、１７の外周面１６Ｃ、１７Ｃの主部がピストン４の上昇時にシリンダ３の壁面３Ａに対してなす角度は、０．５°以上に設定されることが好ましい。この設定では、ｍが２．２以下の範囲において、ｍの減少に応じて負荷容量係数Ｋｗが急激に減少することを考慮して、０．４°に対して０．１°の余裕を設定している。なお、製造における各サイドレール１６、１７の形状のばらつきや、運転状況等の変動要因を考慮すると、更に０．５°の余裕を設定して、各サイドレール１６、１７の外周面１６Ｃ、１７Ｃの主部がピストン４の上昇時にシリンダ３の壁面３Ａに対してなす角度は、１．０°以上に設定されることが好ましい。
【００３３】
図６（Ｂ）から、くさび効果による浮力を大きくするためには、ｍが１５以下であることが好ましい。各サイドレール１６、１７の上下方向における幅（厚み）を５００μｍとし、内燃機関１の常用回転域におけるｈｏを３μｍとした場合、ｍが１５となるときの傾斜角は約４．８°となる。そのため、各サイドレール１６、１７の外周面１６Ｃ、１７Ｃの主部がピストン４の上昇時にシリンダ３の壁面３Ａに対してなす角度は、４．５°以下に設定されることが好ましい。また、くさび効果による浮力を一層大きくするためには、各サイドレール１６、１７の外周面１６Ｃ、１７Ｃの主部がピストン４の上昇時にシリンダ３の壁面３Ａに対してなす角度は、３．０°以下に設定されることが好ましい。
【００３４】
本実施形態に係るオイルリング１３は、各サイドレール１６、１７の外周面主部１６Ｅ、１７Ｅが第１傾斜角θ１及び第２傾斜角θ２を有しているため、ピストン４の上昇時にシリンダ３の壁面３Ａに対して外周面主部１６Ｅ、１７Ｅが傾斜し、くさび効果によって各サイドレール１６、１７が、シリンダ３の壁面３Ａから離れる方向に浮力を受けるため、各サイドレール１６、１７による潤滑油の掻き上げが抑制される。また、各サイドレール１６、１７とシリンダ３の壁面３Ａとの間の潤滑油の膜厚が大きくなるため、潤滑油のせん断抵抗が低下し、フリクションが低減される。これにより、燃費が改善される。
【００３５】
また、ピストン４の上昇時には、上サイドレール１６が第１傾動角θ３だけ傾くことになるが、第１傾斜角θ１が第１傾動角θ３よりも大きい値に設定されているため、ピストン４の上昇時においても上サイドレール１６の外周面主部１６Ｅはシリンダ３の壁面３Ａに対して傾斜し、くさび効果による浮力を確実に受けることができる。第１傾斜角θ１が２．５°以上６．５°以下であり、傾動角が２．０°に設定されたときには、ピストン４の上昇時に上サイドレール１６の外周面主部１６Ｅとシリンダ３の壁面３Ａとのなす角度は０．５°以上４．５°以下となり、上サイドレール１６はくさび効果による比較的大きな浮力を径方向内向きに受けることができる。第１傾斜角θ１が６．５°以上１０．５°以下に設定され、傾動角が６．０°であるときには、ピストン４の上昇時に上サイドレール１６の外周面主部１６Ｅとシリンダ３の壁面３Ａとのなす角度は０．５°以上４．５°以下となる。第２傾斜角θ２が０．５°以上４．５°以下に設定されたとき、ピストン４の上昇時に下サイドレール１７の外周面主部１７Ｅとシリンダ３の壁面３Ａとのなす角度は０．５°以上４．５°以下となり、下サイドレール１７はくさび効果による比較的大きな浮力を径方向内向きに受けることができる。第２傾斜角θ２が１．０°以上３．０°以下に設定されたとき、ピストン４の上昇時に下サイドレール１７の外周面主部１７Ｅとシリンダ３の壁面３Ａとのなす角度は１．０°以上３．０°以下となる。
【００３６】
一方、ピストン４の下降時には、各サイドレール１６、１７に生じるくさび効果は小さく、各サイドレール１６、１７とシリンダ３の壁面３Ａとの間の距離は小さく保たれ、潤滑油が確実に掻き落とされると共に、シリンダ３の壁面３Ａに所定の膜厚の潤滑油が保持される。
【００３７】
図７は、下サイドレール１７の第２傾斜角θ２を変化させたときの、ピストン４の上昇時における下サイドレール１７に起因するフリクション及び最小油膜厚さｈｏ（下サイドレール１７の外周面主部１７Ｅの下端（出口）における油膜の厚さ）を示すグラフである。実験条件は、シリンダ３の直径が７３ｍｍ、ピストン４のストロークが７８．７ｍｍ、オイルリング１３の張力が１４．５Ｎ、下サイドレール１７の上下方向における長さが５００μｍである。内燃機関１の運転状態は、エンジン回転数が１５００ｒｐｍ又は６０００ｒｐｍとした。図７からわかるように、最小油膜厚さｈｏは、エンジン回転数が１５００ｒｐｍのときには、第２傾斜角θ２が約０．７°より小さい範囲では第２傾斜角θ２の増加に伴って増加し、第２傾斜角θ２が約０．７°より大きい範囲では第２傾斜角θ２の増加に伴って減少する。これにより、エンジン回転数が１５００ｒｐｍのときのフリクションは、最小油膜厚さｈｏが最大となる第２傾斜角θ２が約０．７°付近で最小となり、その後第２傾斜角θ２の増加に伴って増加する。最小油膜厚さｈｏは、エンジン回転数が６０００ｒｐｍのときも同様に、第２傾斜角θ２が約１．２°までは第２傾斜角θ２の増加に伴って増加し、第２傾斜角θ２が１．２°より大きい範囲では第２傾斜角θ２の増加に伴って減少する。この結果からピストン４の上昇時におけるフリクションを低下させるためには、第２傾斜角θ２を比較的小さい値、例えば４．０°以下にすることが有効である。また、この結果から上サイドレール１６においても、ピストン４の上昇時に、外周面主部１６Ｅとシリンダ３の壁面３Ａとのなす角度が比較的小さい値、例えば４．０°以下にすることが有効であることがわかる。
【００３８】
図８は、各サイドレール１６、１７の外周面１６Ｃ、１７Ｃの形状が潤滑油消費量に与える効果を示すグラフである。図８では、本発明を適用した実施例に係るオイルリング１３と、比較例に係るオイルリング１３との潤滑油消費量（ＬＯＣ）を示す。実施例に係るオイルリング１３は、上サイドレール１６の第１傾斜角θ１が４．５°に設定され、下サイドレール１７の第２傾斜角θ２が２．５°に設定され、傾動角が２．５°に設定されている。各サイドレール１６、１７の上下方向における厚みは５００μｍである。比較例に係るオイルリング１３は、実施例に係るオイルリング１３と比較して各サイドレール１６、１７の外周面１６Ｃ、１７Ｃの構成のみが異なり、他の構成は同様である。比較例の各サイドレール１６、１７の外周面１６Ｃ、１７Ｃは、互いに同一の形状であり、図３（Ｂ）の破線１００に示すように、外周面主部１６Ｅ、１７Ｅは、傾斜角が０°に設定され、上下方向における中央が突出したバレルフェースとなっている。
【００３９】
測定は、内燃機関１のエンジン回転数を６８００ｒｐｍとした場合（測定条件（１））と、エンジン回転数を低速域で増減を繰り返し、エンジンブレーキが作用する状態を実現した場合（測定条件（２））とで行った。測定条件（１）では、オイルリング１３の移動速度が速いため、各サイドレール１６、１７は浮力によってシリンダ３の壁面３Ａから浮上し、油膜の厚さが大きくなっている。一方、測定条件（２）では、オイルリング１３の移動速度が遅いため、各サイドレール１６、１７に生じる浮力は小さく、各サイドレール１６、１７がシリンダ３の壁面３Ａに接触し得る状態となっている。そのため、潤滑油消費量は、測定条件（２）に比べて測定条件（１）の場合の方が多くなっている。測定条件（２）では、スロットルバルブが絞られることによって燃焼室に負圧が生じ、主にオイルリング１３の合口部から潤滑油が燃焼室側に吸い込まれることによって潤滑油が消費していると考えられる。
【００４０】
図８に示す測定条件１及び２の結果から、実施例に係るオイルリング１３は、比較例に比べて潤滑油消費量が低減することが確認された。実施例に係るオイルリング１３は、比較例に比べて、ピストン４の上昇時において、潤滑油の掻き揚げが少なくなるため、測定条件１における潤滑油消費量が低減したと考えられる。また、実施例に係るオイルリング１３は、比較例に比べて、潤滑油の掻き揚げが少なくなるため、ピストン４の上部に滞留する潤滑油量が低減されると考えられる。そのため、測定条件２のような燃焼室側の負圧が大きい場合でも、負圧によって燃焼室に吸い出される潤滑油量が低減され、潤滑油消費量が低減されたと考えられる。
【００４１】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１      ：内燃機関
３      ：シリンダ
３Ａ    ：壁面
４      ：ピストン
８      ：第３リング溝（オイルリング溝）
８Ａ    ：底部
８Ｂ    ：上壁部
８Ｃ    ：下壁部
１３    ：オイルリング
１６    ：上サイドレール
１７    ：下サイドレール
１６Ａ、１７Ａ  ：上端面
１６Ｂ、１７Ｂ  ：下端面
１６Ｃ、１７Ｃ  ：外周面
１６Ｄ、１７Ｄ  ：内周面
１６Ｅ、１７Ｅ  ：外周面主部
１６Ｆ、１７Ｆ  ：外周面上部
１６Ｇ、１７Ｇ  ：外周面下部
１８    ：エキスパンダ
２０    ：隙間
【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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