(57)【要約】  オイルリング摺動時のオイル消費量の低減を図るとともにフリクションの低減を図ることが可能な組合せオイルリングを提供すること。  一対のセグメントの内、エンジン燃焼室側に配備する上部セグメントの外周面の形状が、上部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部の端点からそれぞれにシリンダ内壁と摺動する前記外周面の先端部に向かい一対をなしつつ対称となる曲線形状であり、外周先端部が外周面の頂点を挟んで上部セグメント幅方向において非対称形状である。エンジン燃焼室から離れる側に配備する下部セグメントの外周面の形状が、下部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部の端点からそれぞれにシリンダ内壁と摺動する外周面の先端部に向かい一対をなしつつ対称となる曲線形状であり、外周先端部が外周面の頂点を挟んで下部セグメント幅方向において対称となる形状である。
2019008780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用ピストンのオイルリング溝に装着され、外周面がシリンダ内壁を摺動する一対のセグメントと、前記一対のセグメントの間に配置されると共に前記一対のセグメントの外周面をシリンダ内壁に押圧するエキスパンダ・スペーサとを備える組合せオイルリングであって、
前記一対のセグメントの内、エンジン燃焼室側に配備する上部セグメントの任意の縦断面における前記外周面の形状は、上部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部の端点からそれぞれにシリンダ内壁に向かう径方向に上部セグメント幅方向においてエンジン燃焼室側とエンジン燃焼室から離れる側とで一対をなしつつ対称となる曲線形状を有し、前記外周面の形状のシリンダ挿入時内壁に接する外周頂点側が外周頂点を挟んで上部セグメント幅方向において非対称形状を有し、前記非対称形状両端の延長は前記上部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部を端点とする前記曲線形状にそれぞれ連続した形状であり、
前記非対称形状は、上部セグメント幅の中心を通る線を第１中間線とし、前記上部セグメントの縦断面における前記外周面をトレースした輪郭曲線の外周先端部において、前記外周頂点から上部セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点からの距離４．０μｍの位置における前記輪郭曲線上の２つの位置のうち前記エンジン燃焼室側の位置を第１位置（ａ１）、前記エンジン燃焼室から離れる側の位置を第２位置（ｂ１）とし、それら第１位置ａ１と第２位置ｂ１との間の線分の長さをＬとし、その長さＬの線分の中間線を第２中間線としたとき、前記第２中間線は、前記第１中間線よりも前記エンジン燃焼室から離れる側に位置しかつ前記上部セグメントの外周頂点は、前記第２中間線上か、または前記第２中間線よりも前記エンジン燃焼室から離れる側に位置し、
前記上部セグメントは、前記外周頂点がエンジン燃焼室から離れる側に位置するようオイルリング溝に装着され、
前記一対のセグメントの内、エンジン燃焼室から離れる側に配備する下部セグメントの任意の縦断面おける前記外周面の形状は、下部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部の端点からそれぞれにシリンダ内壁に向かう径方向に、下部セグメント幅方向においてエンジン燃焼室側とエンジン燃焼室から離れる側とで一対をなしつつ対称となる曲線形状を有し、
前記外周面の形状の前記シリンダ挿入時内壁に接する外周頂点側が外周頂点を挟んで下部セグメント幅方向において対称となる弧形状を有し、
前記弧形状両端の延長は前記下部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部を端点とする前記曲線形状にそれぞれ連続する形状であり、前記下部セグメントは、前記オイルリング溝に装着され、
前記上部セグメント外周先端部における非対称形状の輪郭曲線を、上部セグメント径方向の内周側に向かい前記外周頂点と外周頂点から距離１．５μｍで挟まれる輪郭曲線部分と、上部セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点から距離１．５μｍと距離４．０μｍで挟まれる輪郭曲線部分の２つの領域に区分したとき、シリンダのエンジン燃焼室側から順に第１輪郭区分、第２輪郭区分、および第３輪郭区分とし、前記第１輪郭区分は前記第２輪郭区分の前記エンジン燃焼室側の第１端部を始点として直線形状または２次曲線形状の一部に設けられ、前記第２輪郭区分はその中途に外周頂点が存在し、弧状に設けられ、前記第３輪郭区分は、前記第２輪郭区分の前記エンジン燃焼室から離れる側の第２端部を始点とし２次曲線形状の一部となるように設けられ、
前記上部セグメントの外周面のうち非対称形状部分の表面粗さは０．１μｍＲa以下であり、
前記輪郭曲線における外周先端部のうち、前記外周頂点から上部セグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍの位置における前記輪郭曲線上の２つの位置のうち前記エンジン燃焼室側の位置を第３位置（ａ２）、前記エンジン燃焼室から離れる側の位置を第４位置（ｂ２）とし、前記第１位置ａ１、と前記第２位置ｂ１との間の線分の長さＬが０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１８ｍｍであり、
前記第1位置ａ１と前記第３位置ａ２を通る第１直線と前記シリンダの軸方向とがなす角度(上方角）をθ１度、前記第２位置ｂ１と前記第４位置ｂ２を通る第２直線と前記シリンダの軸方向とがなす角度(下方角）をθ２度としたとき、
３度≦θ１≦９度、９度≦θ２の条件を満たしていること、
さらに、前記下部セグメントの外周面のうち、下部セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点から少なくとも距離１０μｍまでの対称部分の表面粗さは０．１μｍＲa以下であり、
前記下部セグメントの縦断面における前記外周面をトレースした輪郭曲線の外周先端部において、前記外周頂点から下部セグメント径方向の内周側に向かい距離４．０μｍの位置における前記輪郭曲線上の２つの位置のうち前記エンジン燃焼室側の位置を第５位置（ａ１ｘ）、前記エンジン燃焼室から離れる側の位置を第６位置（ｂ１ｘ）、前記外周頂点から下部セグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍの位置における前記輪郭曲線上の２つの位置のうち前記エンジン燃焼室側の位置を第７位置（ａ２ｘ）、前記エンジン燃焼室から離れる側の位置を第８位置（ｂ２ｘ）とし、前記第５位置ａ１ｘと第６位置ｂ１ｘとの間の線分の長さをＬｘとしたとき、長さＬｘが０．０８ｍｍ≦Ｌｘ≦０．２０ｍｍであり、
前記第５位置ａ１ｘと前記第７位置ａ２ｘを通る第１直線と前記シリンダの軸方向とがなす角度(上方角）をθ１ｘ度、前記第６位置ｂ１ｘと前記第８位置ｂ２ｘを通る第２直線と前記シリンダの軸方向とがなす角度(下方角）をθ２ｘ度としたとき、
２度≦θ１ｘ≦９度、２度≦θ２ｘ≦９度かつ|θ１ｘ−θ２ｘ|≦１．５度の条件を満たしている
ことを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項２】
請求項１に記載の組合せオイルリングであって、
前記下部セグメントの縦断面における前記外周面をトレースした輪郭曲線の外周先端部において、長さＬｘが０．０８ｍｍ≦Ｌｘ≦０．１８ｍｍであり、３度≦θ１ｘ≦９度、３度≦θ２ｘ≦９度かつ|θ１ｘ−θ２ｘ|≦１．５度の条件を満たしている、
ことを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の組合せオイルリングであって、
前記一対のセグメントのそれぞれの外周面表面が、
（１）クロム窒化物からなる被膜、
被膜の表面硬さは８００ＨＶ以上、被膜の厚さは１０μｍ以上
（２）炭素のみからなるＤＬＣ（非晶質炭素）被膜、
被膜の表面硬さは１５００ＨＶ以上、被膜の厚さは３μｍ以上
（３）前記（１）の硬質被膜上に前記（２）のＤＬＣ被膜からなる多層積層構造被膜
クロム窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の被膜の厚さは５μｍ以上、ＤＬＣ被膜の被膜の厚さは０．５μｍ以上
のうちのいずれかの被膜を有している、
ことを特徴とする組合せオイルリング。
【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溝に取り付けられる組合せオイルリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のピストンの外周に設けられているピストンリング溝には、ピストンリングが取り付けられている。通常のガソリン内燃機関におけるピストンリングの構成は、２本のコンプレッションリング（トップリングおよびセカンドリング）と、組合せオイルリングから成る。組合せオイルリングは、オイルコントロール機能を有し、エンジンオイルの消費を抑えている。【０００３】
一般に、２つのセグメント（サイドレール）とエキスパンダ・スペーサ（スペーサ・エキスパンダ）で構成される組合せオイルリングにおいて、オイル消費量を低減するために、オイルリング張力を増加させる、またはオイルリング張力は同一としてセグメントの外周形状においてセグメントの外周摺動面のボアとの軸方向の接触幅を小さく維持するため一定長さの測定幅における外周面Ｓの頂点（以下、「外周頂点」と呼ぶ。）ＳＰからの落差（径方向への距離μｍ）を大きくすることが一般的な手法である。通常、オイルリングのオイルコントロール性能は、オイルリング張力（接線張力）とセグメントの幅ｈ１から計算される面圧（ＪＩＳ  Ｂ８０３２−１３）を指標としているが、ここではセグメントの幅をセグメントの外周摺動面のボアとの軸方向の接触幅として置き換えることにより以下を実面圧という。実面圧は、ボア径をｄ（ｍｍ）、オイルリング張力をＦｔ（Ｎ）、セグメントの外周摺動面のボアとの軸方向の接触幅をｈ２（ｍｍ）、実面圧をＰ（Ｎ/ｍｍ２）とすると以下の数式（１）で計算される。
Ｐ＝Ｆｔ／ｄ・ｈ２          ・・・（１）
【０００４】
実際に摺動する際のセグメントのボアとの接触幅ｈ２が小さいと、上記数式（１）において実面圧Ｐが大きくなりオイル消費量の低減が可能になる。またオイルリング張力Ｆｔを増加させることは上記数式（１）から実面圧Ｐが大きくなり、オイル消費量の低減が可能になる。一方で、オイル消費量低減の手段の実行はフリクションの増加を誘発することがある。【０００５】
このようなオイルリングに関する先行技術文献としては、以下のものがある。特許文献１には、オイルリングの２つのディスク（サイドレールまたはセグメント）において、２つのディスクは同一のものであり、その走行面（セグメントの先端外周面）が凸曲面状の非対称の形状を有し、一つの場合は２つのディスクの外周面の頂点線がそれぞれリング溝の中央に向かって方向付けられた油かきリングの発明と、２つのディスクの外周面の頂点線がそれぞれリング溝のピストントップとは反対方向の側面に向かって方向付けられた油かきリングの発明が開示されている。また、ディスクの走行面の横断面は、第１の区分（Ｉ）で、ｈ（ｘ）＝ａｘ＋ｂｘ２により表される２次の多項式の非対称の形状であり、エッジとして構成された支持する頂点（ＩＩ）ｈ（ｘ＝０）の後、第３の区分（ＩＩＩ）で、関数ｈ（ｘ）＝ｃｘ２の非対称の形状であり、油かき作用を改善することが開示されている。【０００６】
特許文献２には、上下レールをウェブで連結した断面略Ｉ字形状のオイルリングのレール外周面が、レール軸方向の幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲面から形成されており、単気筒モータリング試験機による摩擦損失力が低減していることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４８００９４６号公報
【特許文献２】特許第４３２２５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、エンジンの低燃費化を実現するため、フリクション低減を目的としたピストンリングの低張力化が進むと共に、その外周面に低フリクションの耐摩耗性被膜を形成する技術が進展している。オイルリングの低張力化は、エンジンが高回転となる高速域においては、油膜の厚さをより増大させるのでオイル消費量が増大する、という問題を誘発する。なお、オイルリング張力の水準は、オイルリング張力Ｆｔ（単位：Ｎ）をボア径ｄ（単位：ｍｍ）で除した値Ｆｔ／ｄ（単位：Ｎ／ｍｍ）すなわちボア径当たりのオイルリング張力を代用し、従来の水準は０．５〜０．６（Ｎ／ｍｍ）にあり、低張力化といわれる水準は０．３５（Ｎ/ｍｍ）以下と言われている。【０００９】
そこでオイルリングが低張力でオイル消費量の増大を抑制するため油膜の厚さを薄くさせるようコントロールすることを狙ったセグメントの外周形状およびフリクション低減に寄与するセグメントの外周形状の組合せを発明し、オイル消費量測定試験およびクランク式単気筒モータリング試験機（浮動ライナ方式）によるフリクション測定試験を実施した。【００１０】
本発明は上記した事情にもとづきなされたもので、オイルリング張力が低張力であっても、エンジンが高回転となる高速域におけるオイル消費量の低減が可能であるとともに、オイルリング摺動によるフリクションを低減することが可能である組合せオイルリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、内燃機関用ピストンのオイルリング溝に装着され、外周面がシリンダ内壁を摺動する一対のセグメントと、一対のセグメントの間に配置されると共に一対のセグメントの外周面をシリンダ内壁に押圧するエキスパンダ・スペーサとを備える組合せオイルリングであって、
一対のセグメントの内、エンジン燃焼室側に配備する上部セグメントの任意の縦断面における外周面の形状は、上部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部の端点からそれぞれにシリンダ内壁に向かう径方向に上部セグメント幅方向においてエンジン燃焼室側とエンジン燃焼室から離れる側とで一対をなしつつ対称となる曲線形状を有し、外周面の形状のシリンダ挿入時内壁に接する外周頂点側が外周頂点を挟んで上部セグメント幅方向において非対称形状を有し、非対称形状両端の延長は上部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部を端点とする曲線形状にそれぞれ連続した形状であり、
非対称形状は、上部セグメント幅の中心を通る線を第１中間線とし、上部セグメントの縦断面における外周面をトレースした輪郭曲線の外周先端部において、外周頂点から上部セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点からの距離４．０μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置のうちエンジン燃焼室側の位置を第１位置（ａ１）、エンジン燃焼室から離れる側の位置を第２位置（ｂ１）とし、それら第１位置ａ１と第２位置ｂ１との間の線分の長さをＬとし、その長さＬの線分の中間線を第２中間線としたとき、第２中間線は、第１中間線よりもエンジン燃焼室から離れる側に位置しかつ上部セグメントの外周頂点は、第２中間線上か、または第２中間線よりもエンジン燃焼室から離れる側に位置し、上部セグメントは、外周頂点がエンジン燃焼室から離れる側に位置するようオイルリング溝に装着され、一対のセグメントの内、エンジン燃焼室から離れる側に配備する下部セグメントの任意の縦断面おける外周面の形状は、下部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部の端点からそれぞれにシリンダ内壁に向かう径方向に、下部セグメント幅方向においてエンジン燃焼室側とエンジン燃焼室から離れる側とで一対をなしつつ対称となる曲線形状を有し、外周面の形状のシリンダ挿入時内壁に接する外周頂点側が外周頂点を挟んで下部セグメント幅方向において対称となる弧形状を有し、弧形状両端の延長は下部セグメント幅を形成する２面の各外周側端部を端点とする曲線形状にそれぞれ連続する形状であり、下部セグメントは、オイルリング溝に装着され、上部セグメント外周先端部における非対称形状の輪郭曲線を、上部セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点と外周頂点から距離１．５μｍで挟まれる輪郭曲線部分と、上部セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点から距離１．５μｍと距離４．０μｍで挟まれる輪郭曲線部分の２つの領域に区分したとき、シリンダのエンジン燃焼室側から順に第１輪郭区分、第２輪郭区分、および第３輪郭区分とし、第１輪郭区分は第２輪郭区分の前記エンジン燃焼室側の第１端部を始点として直線形状または２次曲線形状の一部に設けられ、第２輪郭区分はその中途に外周頂点が存在し、弧状に設けられ、第３輪郭区分は、第２輪郭区分のエンジン燃焼室から離れる側の第２端部を始点とし２次曲線形状の一部となるように設けられ、上部セグメントの外周面のうち非対称形状部分の表面粗さは０．１μｍＲａ以下であり、輪郭曲線における外周先端部のうち、外周頂点から上部セグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置のうちエンジン燃焼室側の位置を第４位置（ｂ２）とし、第１位置ａ１と第２位置ｂ１との間の線分の長さＬが０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１８ｍｍであり、第１位置ａ１と第３位置ａ２を通る第１直線とシリンダの軸方向とがなす角度（上方角）をθ１度、第２位置ｂ１と第４位置ｂ２を通る第２直線とシリンダの軸方向とがなす角度（下方角）をθ２度としたとき、３度≦θ１≦９度、９度≦θ２の条件を満たしていること、さらに、下部セグメントの外周面のうち、下部セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点から少なくとも距離１０μｍまでの対称部分の表面粗さは０．１μｍＲａ以下であり、下部セグメントの縦断面における前記外周面をトレースした輪郭曲線の外周先端部において、外周頂点から下部セグメント径方向の内周側に向かい距離４．０μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置のうちエンジン燃焼室側の位置を第５位置（ａ１ｘ）、エンジン燃焼室から離れる側の位置を第６位置（ｂ１ｘ）、外周頂点から下部セグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置のうちエンジン燃焼室側の位置を第７位置（ａ２ｘ）、エンジン燃焼室から離れる側の位置を第８位置（ｂ２ｘ）とし、第５位置ａ１ｘと第６位置ｂ１ｘとの間の線分の長さをＬｘとしたとき、長さＬｘが０．０８ｍｍ≦Ｌｘ≦０．２０ｍｍであり、第５位置ａ１ｘと第７位置ａ２ｘを通る第１直線とシリンダの軸方向とがなす角度（上方角）をθ１ｘ度、第６位置ｂ１ｘと第８位置ｂ２ｘを通る第２直線とシリンダの軸方向とがなす角度（下方角）をθ２ｘ度としたとき、２度≦θ１ｘ≦９度、２度≦θ２ｘ≦９度かつ|θ１ｘ−θ２ｘ|≦１．５度の条件を満たしていることを特徴とする組合せオイルリングが提供される。【００１２】
本発明の第２の観点によると、下部セグメントの縦断面における外周面をトレースした輪郭曲線の外周先端部において、長さＬｘが０．０８ｍｍ≦Ｌｘ≦０．１８ｍｍであり、３度≦θ１ｘ≦９度、３度≦θ２ｘ≦９度かつ|θ１ｘ−θ２ｘ|≦１．５度の条件を満たしていることを特徴とする組合せオイルリングがより好ましい。【００１３】
本発明の第３の観点によると、
一対のセグメントのそれぞれの外周面表面が、
（１）クロム窒化物からなる被膜、
被膜の表面硬さは８００ＨＶ以上、被膜の厚さは１０μｍ以上
（２）炭素のみからなるＤＬＣ（非晶質炭素）被膜、
被膜の表面硬さは１５００ＨＶ以上、被膜の厚さは３μｍ以上
（３）（１）の硬質被膜上に（２）のＤＬＣ被膜からなる多層積層構造被膜
クロム窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の被膜の厚さは５μｍ以上、ＤＬＣ被膜の被膜の厚さは０．５μｍ以上
のうちのいずれかの被膜を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、オイルリングが低張力であってもエンジンが高回転となる高速域におけるオイル消費量の低減が可能であるとともに、オイルリング摺動によるフリクションの低減を図ることが可能である組合せオイルリングを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る組合せオイルリングの構成を示すと共に、組合せオイルリングを装着したピストンがシリンダに挿入された状態を示す縦断面図である。
【図２】セグメントの外観を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿ってエンジン燃焼室側に配備する上部セグメント１１、を切断した状態を示す縦断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿ってエンジン燃焼室から離れる側に配備する下部セグメント１２を切断した状態を示す縦断面図である。
【図５】エキスパンダ・スペーサの構成を示す斜視図である。
【図６】エンジン燃焼室側に配備する上部セグメント１１の外周面の形状を示す部分的な輪郭曲線である。
【図７】図６における上部セグメント１１の外周面の先端部分を拡大した状態を示す部分的な輪郭曲線である。
【図８】エンジン燃焼室側から離れる側に配備する下部セグメント１２の外周面の形状を示す部分的な輪郭曲線である。
【図９】図８における下部セグメント１２の外周面の先端部分を拡大した状態を示す部分的な輪郭曲線である。
【図１０】図６における上部セグメント１１の外周面を測定したときの輪郭曲線である。
【図１１】図１０における上部セグメント１１の外周面の先端部分を拡大して示す輪郭曲線である。
【図１２】図８における下部セグメント１２の外周面を測定したときの輪郭曲線である。
【図１３】図１２における下部セグメント１２の外周面の先端部分を拡大して示す輪郭曲線である。
【図１４】フリクション測定に用いたクランク式単気筒モータリング試験機（浮動シリンダライナ方式）の模式概略図である。
【図１５】表４に基づいて横軸をエンジン回転数、縦軸をＦＭＥＰ比として実施例８〜１２、比較例７、参考例３についてのエンジン回転数とＦＭＥＰ比の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る組合せオイルリング１０について、図面に基づいて説明する。
【００１７】
＜１．組合せオイルリング１０の構成について＞
図１は、組合せオイルリング１０の構成を示すと共に、組合せオイルリング１０を装着したピストン２がシリンダ１に挿入された状態を示す縦断面図である。
【００１８】
図１において、自動車等のエンジンのシリンダ１の内部には、往復動可能なピストン２が配置されている。このピストン２の外周面３には、２つまたは３つのいずれかの環状の溝が設けられている（エンジン燃焼室側の１つまたは２つの溝は図示を省略）。そのうち、エンジン燃焼室から最も離れたクランクシャフト側（図示省略）には、オイルリング溝４が設けられている。オイルリング溝４には、オイル戻し穴５が設けられ、組合せオイルリング１０が装着されている。この組合せオイルリング１０は、オイルコントロール機能を有し、シリンダ１の内壁に存在するエンジンオイルを適切な厚さになるように油膜を形成する。
【００１９】
図１に示すように、組合せオイルリング１０は、３ピース形の組合せオイルリングであり、鋼を主成分として形成されている。この組合せオイルリング１０は、一対のセグメント（サイドレール）１１，１２と、それらの間に配置しているエキスパンダ・スペーサ１３とを有している。一対のセグメント１１，１２は、図１に示すように、それぞれが所定のセグメント幅ｈ１を有している。ここで、セグメント幅ｈ１とは、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）の上部セグメント１１，下部セグメント１２のそれぞれの寸法を指し、通常は同一寸法である。また、一対のセグメント１１，１２は、組合せ幅ｈ０を有するように配置されている。ここで、組合せ幅ｈ０とは、上部セグメント１１の上面（エンジン燃焼室側の面）と下部セグメント１２の下面（エンジン燃焼室から離れる側の面）との間隔を指す。さらに、上部セグメント１１は、オイルリング溝４のエンジン燃焼室側の上壁に対して、サイドクリアランスＳＣの隙間を有して配置されている。なお、サイドクリアランスＳＣとは、オイルリング溝幅と組合せ幅ｈ０との寸法差をいう。通常、シリンダのボア径ｄが５０ｍｍから１００ｍｍの範囲では、組合せ幅ｈ０は１．５ｍｍから３．０ｍｍ、セグメント幅ｈ１は０．３０ｍｍから０．５ｍｍ、サイドクリアランスＳＣは０．０７〜０．１５ｍｍである。
【００２０】
図２は、セグメント１１，１２の外観を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿ってエンジン燃焼室側に配備する上部セグメント１１を切断した状態を示す縦断面図である。図４は、図２のＡ−Ａ線に沿ってエンジン燃焼室から離れる側に配備する下部セグメント１２を切断した状態を示す縦断面図である。図２に示すように、セグメント１１，１２は、その外観が環状に設けられている。そして、それらの周方向の端面同士が合口において狭い隙間で対向している。また、図３、図４に示すように、セグメント１１，１２は、それぞれ、その外周面Ｓ側に、耐摩耗性及び低摩擦性を向上させるための硬質被膜１１ａ，１２ａが設けられている。なお、このセグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡの形状については、後述する。また、硬質被膜１１ａ，１２ａの具体的な材質や形成手法についても後述する。
【００２１】
図５は、エキスパンダ・スペーサ１３の構成を示す斜視図である。図５に示すように、エキスパンダ・スペーサ１３は、その周方向に沿って進行すると、上部セグメント１１と下部セグメント１２のうちのいずれかに交互に向かうような波型形状に設けられている。エキスパンダ・スペーサ１３がこのような波型形状に設けられることで、上部セグメント１１と下部セグメント１２との間に隙間が形成され、エンジンオイルの通路が確保される。
なお、エキスパンダ・スペーサ１３は、その外観が環状に設けられていて、その周方向の端面同士が突き合わされた状態で２つのセグメントとオイルリング溝４に装着されることにより、シリンダ１に挿入する前に設定されている圧縮バネとして作用するエキスパンダ・スペーサ１３の自由状態の周方向の長さ（自由高さ）が、設定されているたわみ分小さくなり、組合せオイルリング１０のオイルリング張力Ｆｔを発生する。
【００２２】
以下では、エキスパンダ・スペーサ１３のうちシリンダ１の軸方向の中心線Ｍよりもエンジン燃焼室側に位置する部分を上突出部１４とし、中心線Ｍよりもエンジン燃焼室から離れる側に位置する部分を下突出部１５とする。これら上突出部１４と下突出部１５とが、エキスパンダ・スペーサ１３の周方向において繰り返し周期的に連続することにより、エキスパンダ・スペーサ１３は、多数の波型部分を有するように形成されている。
【００２３】
上突出部１４と下突出部１５とは、エキスパンダ・スペーサ１３に対し、たとえば塑性加工を行うことにより波型形状に形成される。しかも、上突出部１４は、上片部１４ａと、耳部１４ｂと、外周支持部１４ｃとを有している。上片部１４ａは、上部セグメント１１に対して対向する部分であり、略水平に設けられているがこれに限らず、たとえば外周支持部１４ｃの周方向の中央位置から耳部１４ｂの周方向の中央位置に向かう方向に凹み状溝が設けられていてもよい。また、シリンダ１の軸方向に対して上下突出部がそれぞれ交互に形成される波型形状に限らず、エキスパンダ・スペーサ１３の径方向において、内周側に耳部を、外周側にセグメントの支持部を有し、上突出部と下突出部とが中心線Ｍを挟んで対称形状に設けられ、周方向に耳部とセグメントの支持部とが交互に形成されている
エキスパンダ・スペーサ１３の形状であってもよい。
【００２４】
また、耳部１４ｂは、上片部１４ａよりも内周側に位置していて、しかも上片部１４ａよりもエンジン燃焼室側に（中心線Ｍから離れる向きに）突出して設けられている。耳部１４ｂの外周側には、シリンダ１の軸方向に対して傾斜している傾斜面１４ｂ１が設けられていて、その傾斜面１４ｂ１は、突出した先端部から中心線Ｍに向かうにつれて外周側に向かうように傾斜している。この傾斜面１４ｂ１には、上部セグメント１１の内周側の部位が当接する。通常、この傾斜面１４ｂ１の傾き角度は、中心線Ｍに直交する面に対して５度から３０度の範囲に設けられており、０度であってもよい。従って、この傾斜面１４ｂ１の傾き角度に対向する上部セグメント１１の内周側の部位が当接する。
【００２５】
なお、耳部１４ｂと上片部１４ａの境界部分には、エンジンオイルが流通可能な連通孔１４ｄが設けられているが、かかる連通孔１４ｄが存在しない構成を採用してもよい。
【００２６】
また、外周支持部１４ｃは、上片部１４ａよりも外周側に位置している。この外周支持部１４ｃは、上片部１４ａよりもエンジン燃焼室側に（中心線Ｍから離れる向きに）突出して設けられている。しかも、外周支持部１４ｃは、その上面側で上部セグメント１１を支持する部分である。そのため、外周支持部１４ｃは、耳部１４ｂよりは突出しておらず、また上面も略水平に設けられている。
【００２７】
また、下突出部１５は、図１において、上突出部１４に対し中心線Ｍを挟んで対称形状に設けられていると共に、周方向において上突出部１４に隣接して設けられている。そのため、下突出部１５も、上片部１４ａに対して対称形状の下片部１５ａと、耳部１４ｂに対して対称形状の耳部１５ｂと、外周支持部１４ｃに対して対称形状の外周支持部１５ｃとを有している。また、耳部１５ｂには、下部セグメント１２の内周側の部位が当接する傾斜面１５ｂ１が設けられていて、その傾斜面１５ｂ１は、中心線Ｍに向かうにつれて外周側に向かうように傾斜している。この傾斜面１５ｂ１には、下部セグメント１２の内周側の部位が当接する。通常、この傾斜面１５ｂ１の傾き角度は、中心線Ｍに直交する面に対して５度から３０度の範囲に設けられており、０度であってもよい。従って、この傾斜面１５ｂ１の傾き角度に対向する下部セグメント１２の内周側の部位が当接する。
【００２８】
また、耳部１５ｂと下片部１５ａの境界部分には、エンジンオイルが流通可能な連通孔１５ｄが設けられているが、この連通孔１５ｄが存在しない構成を採用してもよい。
【００２９】
なお、外周支持部１５ｃでは、その下面側（クランクシャフト側の面）で下部セグメント１２が支持される。そのため、上部セグメント１１と下部セグメント１２とは、シリンダ１の軸方向で離間した状態で保持される。組合せオイルリング１０は、一対のセグメント１１，１２と、それらの間に配置しているエキスパンダ・スペーサ１３とがピストン２のオイルリング溝４に装着され、シリンダ１に挿入されると、エキスパンダ・スペーサ１３がその周方向の端面同士が突き合わされた状態で圧縮応力を発生し、オイルリング張力Ｆｔが測定される。また、上部セグメント１１と下部セグメント１２とが、それぞれ傾斜面１４ｂ１、１５ｂ１で押圧されることで、それらセグメント１１，１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡが、シリンダ１の内周面を押圧する。それにより、シリンダ１の内壁に存在するエンジンオイルを適切な厚さになるように油膜を形成することが可能となっている。
【００３０】
＜２．上部セグメント１１，下部セグメント１２の外周面Ｓの形状について＞
続いて、セグメント１１，１２の縦断面における外周面Ｓの形状について説明する。エンジン燃焼室側に配備する上部セグメント１１の外周面Ｓの形状は、図３に示すように、セグメント幅を形成する対向する２面の外周側端部の端点からそれぞれにシリンダ内壁に向かう径方向に、セグメント幅のエンジン燃焼室側及びエンジン燃焼室から離れる側を一対として対称となる曲線形状を有し、外周形状のシリンダ挿入時内壁に接する外周頂点側はセグメントの外周頂点を挟んでセグメント幅方向に非対称形状であり、外周頂点側ではない外周面で対称となっている曲線形状に連続した形状である。
【００３１】
一方、エンジン燃焼室から離れる側に配備する下部セグメント１２の外周面Ｓの形状は、図４に示すようにセグメント幅を形成する２面の外周側端部の端点からそれぞれにシリンダ内壁に向かう径方向に、セグメント幅のエンジン燃焼室側及びエンジン燃焼室から離れる側を一対として対称となる曲線形状を有し、外周形状のシリンダ挿入時内壁に接する外周頂点側はセグメントの外周頂点を挟んでセグメント幅方向に対称形状であり、外周頂点側ではない外周面で対称となっている曲線形状に連続した弧形状であり、即ち外周面Ｓ全域でセグメント幅中心線に対して対称である。セグメント幅中心線は、セグメントの任意の縦断面における外周面の輪郭曲線が、セグメント径方向の内周側位置に、セグメント幅を形成する２面の各外周側端部の端点から形成されている一対の対称形状が存在するようトレースされていて、一対の対称形状の対称軸をセグメント幅中心線としてもよい。
【００３２】
＜２−１．上部セグメント１１の外周面Ｓの形状について＞
はじめに、上部セグメント１１の外周面Ｓの非対称形状について説明する。図６は、上部セグメント１１の縦断面における外周面Ｓの形状を示す部分的な輪郭曲線を示す。なお、図６は、外周面Ｓの先端部分ＳＡを含むモデル図であるが、そのモデル図においては、シリンダ１の軸方向（図６のＹ方向）のある単位長さの倍率と径方向（図６のＸ方向）のある単位長さの倍率はそれぞれ２００倍と２０００倍としたときの輪郭曲線に相当する。
【００３３】
図６に示すように、上部セグメント１１の外周面Ｓを測定したときの輪郭曲線において、トレースされている範囲内で、本実施の形態における上部セグメント１１の外周面Ｓは略凸曲面形状であり、シリンダ１の軸方向に対して対称領域Ｒ１が２ヶ所存在し、２つの対称領域Ｒ１の間に先端部分ＳＡを含む非対称領域Ｒ２を形成している。なお、輪郭曲線とは、表面粗さ測定における断面曲線をいう。
【００３４】
本実施の形態では、上部セグメント１１の外周面Ｓはシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）にエンジン燃焼室側から順に対称領域Ｒ１、非対称領域Ｒ２、対称領域Ｒ１を形成している。
【００３５】
また、非対称領域Ｒ２は、２つの対称領域Ｒ１の間に位置している。２つの対称領域Ｒ１から求められる輪郭曲線の線対称の中心軸に対してこの非対称領域Ｒ２の輪郭曲線は、非対称形状となっている。この線対称の中心軸を第１中間線Ｗ１という。
【００３６】
ここで、図６においては、心ずれ量が求められる。具体的には、外周頂点ＳＰを通り、かつセグメント径方向（図６のＸ方向）に沿う直線を線Ｗ２とし、次に外周頂点ＳＰを通り、かつ線Ｗ２に直交する（すなわちシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に沿う）線を線Ｗ３とする。このときの第１中間線Ｗ１と線Ｗ２の間の距離（Ｗ３方向の線分長さ）である第１心ずれ量Ｐ１が求められる。なお、外周頂点ＳＰは、セグメント径方向（Ｘ方向）において最も外径側の部位である。
【００３７】
また、図６では、第１中間線Ｗ１と線Ｗ２の他に、第２中間線Ｖ１を設けている。第２中間線Ｖ１は、次のようなものである。非対称領域Ｒ２において、外周頂点ＳＰから径方向（Ｘ方向）の内周側に向かい、距離４．０μｍの部位に位置しつつ、第１中間線Ｗ１に直交する線Ｗ４と交わる位置のうち、エンジン燃焼室側の位置を第１位置ａ１とし、エンジン燃焼室とは離れる側の位置を第２位置ｂ１とするとき、第１位置ａ１と第２位置ｂ１との間の線分の長さをＬとし、その長さＬの線分の中間線を第２中間線Ｖ１という。このとき、第２中間線Ｖ１と線Ｗ２との間の距離（Ｗ３方向の線分長さ）である第２心ずれ量Ｐ２が求められる。
【００３８】
ここで、図６に示すように、第２中間線Ｖ１は、第１中間線Ｗ１よりもエンジン燃焼室から離れる側に位置している。また、外周頂点ＳＰは、第２中間線Ｖ１よりも、第２心ずれ量Ｐ２だけエンジン燃焼室側とは離れる側に位置しているか、第２中間線Ｖ１上に位置していても良い。
【００３９】
上部セグメント１１の第１心ずれ量Ｐ１はエンジン燃焼室から離れる側に０．０２ｍｍを含み０．０２ｍｍから０．１０ｍｍを含み０．１０ｍｍまでの範囲内（０．０２ｍｍ≦Ｐ１≦０．１０ｍｍ）にあることが好ましい。
【００４０】
なお、所定の非対称形状を有する上部セグメント１１には、エンジン燃焼室側の方向を識別する表示を施す。そして、上部セグメント１１の外周頂点ＳＰは、エンジン燃焼室とは離れる側に位置するように、オイルリング溝４に装着される。
【００４１】
＜２−２．下部セグメント１２の外周面Ｓの形状について＞
次に、下部セグメント１２の外周面Ｓの対称形状について説明する。図８は、下部セグメント１２の縦断面における外周面Ｓの形状を示す部分的な輪郭曲線を示す。なお、図８は、外周面Ｓの先端部分ＳＡを含むモデル図であるが、そのモデル図においては、シリンダ１の軸方向（図８のＹ方向）のある単位長さの倍率と径方向（図８のＸ方向）のある単位長さの倍率はそれぞれ２００倍と２０００倍としたときの輪郭曲線に相当する。
【００４２】
図８に示すように、下部セグメント１２の外周面Ｓを測定したときの輪郭曲線において、トレースされている範囲内で、本実施の形態における下部セグメント１２の外周面Ｓは弧状であり、トレースされた輪郭曲線はシリンダ１の軸方向に対して対称である。この対称領域から求められる輪郭曲線の線対称の中心軸を第１中間線Ｗ１という。
【００４３】
この輪郭曲線の第１中間線Ｗ１とし、ここで、図８においては、心ずれ量が求められる。具体的には、外周頂点ＳＰを通り、かつセグメント径方向（図８のＸ方向）に沿う直線を線Ｗ２とし、次に外周頂点ＳＰを通り、かつ線Ｗ２に直交する（すなわちシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に沿う）線を線Ｗ３とする。このときの第１中間線Ｗ１と線Ｗ２の間の距離（Ｗ３方向の線分長さ）である第１心ずれ量Ｐ１が求められる。なお、外周頂点ＳＰは、セグメント径方向（Ｘ方向）において最も外径側の部位である。
【００４４】
下部セグメント１２の第１心ずれ量Ｐ１は図８において下部セグメント１２の外周頂点が第１中間線Ｗ１からエンジン燃焼室側にある場合の心ずれ量をマイナスとし、第１中間線Ｗ１からエンジン燃焼室から離れる側にある場合の心ずれ量をプラスとすると、下部セグメント１２の第１心ずれ量Ｐ１は−０．０２ｍｍを超え０．０２ｍｍ未満（−０．０２ｍｍ＜Ｐ１＜０．０２ｍｍ）であることが好ましい。例えば、第１心ずれ量Ｐ１が−０．０２ｍｍとは、図８において下部セグメント１２の外周頂点ＳＰが第１中間線Ｗ１からエンジン燃焼室側の０．０２ｍｍの位置にある場合をいう。
【００４５】
＜３．上部セグメント１１の外周面Ｓの先端部分ＳＡの形状について＞
続いて、上部セグメント１１の外周面Ｓの先端部分ＳＡの形状について説明する。
図７は、上部セグメント１１の外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大した状態を示す部分的な輪郭曲線である。なお、図７は、外周面Ｓの先端部分ＳＡのモデル図であるが、そのモデル図においては、シリンダ１の軸方向（図７のＹ方向）のある単位長さの倍率と径方向（図７のＸ方向）のある単位長さの倍率はそれぞれ１０００倍と２０００倍としたときの輪郭曲線に相当する。図７は、図６よりも、上部セグメント１１の外周面Ｓの形状をＹ方向の測定倍率を５倍にしたものである。
【００４６】
本実施の形態における上部セグメント１１の外周面Ｓの先端部分ＳＡとは、上部セグメント１１の頂点ＳＰから、径方向（Ｘ方向）の内周側に向かい距離４．０μｍまでの輪郭曲線をいい、上部セグメント１１の外周面Ｓの先端部分ＳＡは、外周頂点ＳＰを挟み、その先端部分ＳＡのシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に対して凸曲面形状でありかつ非対称に形成されている。具体的には、まず、先端部分ＳＡの外周頂点ＳＰから、径方向（Ｘ方向）の内周側に向かい距離４．０μｍまでの部位に存在する連続した外周面Ｓの先端部分ＳＡにおける断面の輪郭曲線は、エンジン燃焼室側から順に第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２、第３輪郭区分Ｓ３の３区分に区分する。
【００４７】
＜４．上部セグメント１１の第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２、第３輪郭区分Ｓ３について＞
第１輪郭区分Ｓ１は、図７に示すように、第２輪郭区分Ｓ２のエンジン燃焼室側の端部を始点としてエンジン燃焼室側に向かって形成されている輪郭部分である。この第１輪郭区分Ｓ１は、２次曲線のような曲線形状であって、直線形状であってもよい。
【００４８】
また、第２輪郭区分Ｓ２には、その中途部分に外周頂点ＳＰが存在している。この第２輪郭区分Ｓ２のエンジン燃焼室側の端部は、第１輪郭区分Ｓ１に連続している。また、第２輪郭区分Ｓ２のエンジン燃焼室から離れる側の端部は、第３輪郭区分Ｓ３に連続している。第２輪郭区分Ｓ２は、弧状に設けられている。弧状としては、たとえば２次曲線に近似した曲線形状が挙げられる。また、第３輪郭区分Ｓ３は、外周頂点ＳＰよりもエンジン燃焼室から離れる側に存在している。この第３輪郭区分Ｓ３は、第２輪郭区分Ｓ２のエンジン燃焼室から離れる側の端部を始点とした２次曲線の一部となるように設けられている。
【００４９】
第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２および第３輪郭区分Ｓ３の表面粗さは、測定方向を軸方向にて行ない、０．１μｍＲａ以下となっている。なお、Ｒａは粗さのパラメータの一種であり、ＩＳＯ４２８７：１９９７（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）における算術平均粗さである。
【００５０】
なお、外周面Ｓの第１輪郭区分Ｓ１および第１輪郭区分Ｓ１からエンジン燃焼室側にある非対称領域、ならびに第２輪郭区分Ｓ２の所定の形状は機械加工または上部セグメント１１の基材であるセグメント用線材と相似の形状で形成されてもよい。一方、第３輪郭区分Ｓ３は、上部セグメント１１用の基材と相似の形状で形成され、基材の形状を維持可能なみがき加工で仕上げられる。
【００５１】
また、上部セグメント縦断面の外周先端部の第１輪郭区分Ｓ１、第２輪郭区分Ｓ２および第３輪郭区分Ｓ３で形成された輪郭曲線において、外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かい距離４．０μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置を第１位置、第２位置とし、それぞれａ１、ｂ１とする。外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置を第３位置、第４位置とし、それぞれａ２、ｂ２とする。
【００５２】
また、第１位置ａ１と第３位置ａ２を通る直線を、直線Ｎ１とする。この直線Ｎ１と、外周頂点ＳＰを通りつつシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に沿う（すなわち径方向（Ｘ方向）に直交する）線Ｗ３とのなす角度（上方角）を、θ１度とする。また、第２位置ｂ１と第４位置ｂ２を通る直線を、直線Ｎ２とする。この直線Ｎ２と線Ｗ３とのなす角度（下方角）を、θ２度とする。
【００５３】
これら上部セグメント１１の角度θ１（上方角）及び角度θ２（下方角）の値は、表１にオイル消費測定及びフリクション測定に供試した実測値で示す。
実測値は図２に示す合口から９０度位置、合口から１８０度位置および合口から２７０度位置の各値である３点の平均値である。
【００５４】
なお、図７に示すような上部セグメント１１を実際に測定したときの（実施例）の外周面Ｓの輪郭曲線を、図１０および図１１に示す。図１０は、外周面Ｓを測定したときの輪郭曲線であり、図１１は、図１０において測定された外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大した輪郭曲線である。図１０の測定時倍率は、径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は２００倍である。また、図１１の測定時倍率は、径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は１０００倍である。なお、かかる輪郭曲線の測定では、ＩＳＯ  ４２８７：１９９７（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）に準じて測定した（他の輪郭曲線の測定でも同様）。
【００５５】
＜５．下部セグメント１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡの形状について＞
次に、下部セグメント１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡの形状について説明する。
図９は、下部セグメント１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大した状態を示す部分的な輪郭曲線である。なお、図９は、外周面Ｓの先端部分ＳＡのモデル図であるが、そのモデル図においては、シリンダ１の軸方向（図９のＹ方向）のある単位長さの倍率と径方向（図９のＸ方向）のある単位長さの倍率はそれぞれ１０００倍と２０００倍としたときの輪郭曲線に相当する。図９は、図８よりも、下部セグメント１２の外周面Ｓの形状をＹ方向の測定倍率を５倍にしたものである。
【００５６】
本実施の形態における下部セグメント１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡとは、下部セグメント１２の頂点ＳＰから、径方向（Ｘ方向）の内周側に向かい距離４．０μｍまでの輪郭曲線をいい、下部セグメント１２の外周面Ｓの先端部分ＳＡは頂点ＳＰを挟み、その先端部分ＳＡのシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に対して弧状でありかつ対称に形成されている。
【００５７】
下部セグメント１２の外周面のうち、セグメント径方向の内周側に向かい外周頂点から少なくとも距離１０μｍまでの対称部分の表面粗さは、測定方向を軸方向にて行ない、０．１μｍＲａ以下となっている。なお、Ｒａは粗さのパラメータの一種であり、ＩＳＯ４２８７：１９９７（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）における算術平均粗さである。
【００５８】
なお、外周面Ｓの先端部分ＳＡは下部セグメント１２の基材であるセグメント用線材と相似の形状で形成され、基材の形状を維持可能なみがき加工で仕上げられる。
【００５９】
また、下部セグメント縦断面の外周の先端部分ＳＡにおいて、外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かい距離４．０μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置を第５位置、第６位置とし、それぞれａ１ｘ、ｂ１ｘとする。外周頂点からセグメント径方向の内周側に向かい距離１．５μｍの位置における輪郭曲線上の２つの位置を第７位置、第８位置とし、それぞれａ２ｘ、ｂ２ｘとする。
【００６０】
また、第５位置ａ１ｘと第７位置ａ２ｘを通る直線を、直線Ｎ１とする。この直線Ｎ１と、頂点ＳＰを通りつつシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）に沿う（すなわち径方向（Ｘ方向）に直交する）線Ｗ３とのなす角度（上方角）を、θ１ｘ度とする。また、第６位置ｂ１ｘと第８位置ｂ２ｘを通る直線を、直線Ｎ２とする。この直線Ｎ２と線Ｗ３とのなす角度（下方角）を、θ２ｘ度とする。
【００６１】
これら下部セグメント１２の角度θ１ｘ（上方角）及び角度θ２ｘ（下方角）の値は、表２にオイル消費測定及びフリクション測定に供試した実測値で示す。実測値は図２に示す合口から９０度位置、合口から１８０度位置および合口から２７０度位置の各値である３点の平均値である。
【００６２】
なお、図９に示すような下部セグメント１２を実際に測定したときの（実施例）の外周面Ｓの輪郭曲線を、図１２および図１３に示す。図１２は、外周面Ｓを測定したときの輪郭曲線であり、図１３は、図１２において測定された外周面Ｓの先端部分ＳＡを拡大した輪郭曲線である。図１２の測定時倍率は、径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は２００倍である。また、図１３の測定時倍率は、径方向（Ｘ方向）は２０００倍であり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）は１０００倍である。なお、かかる輪郭曲線の測定では、ＩＳＯ  ４２８７：１９９７（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）に準じて測定した（他の輪郭曲線の測定でも同様）。
【００６３】
＜６．上部セグメント１１の外周面Ｓの形状形成方法について＞
続いて、上部セグメント１１の外周面Ｓの形成方法について説明する。最終製品のセグメントの断面形状と同等の断面形状を有する伸線状のセグメント用鋼製線材が環状に成形され、環状セグメント用線材の外周面が表面処理を施された後、外周面Ｓは、たとえばベルト研削装置を用い、セグメントの幅方向に回転するベルトを挟んで、セグメントと反対側にある弾性体により回転する砥粒付ベルトを固定された１本のセグメントの外周面に押し当て、所定の非対称の形状に形成される。この非対称形状は、上部セグメント１１の基材である伸線状のセグメント用線材の状態で形成してもよく、または、伸線状のセグメント用線材を環状に成形後形成しても良く、いずれの方法で形成してもよい。
【００６４】
＜７．下部セグメント１２の外周面Ｓの形状形成方法について＞
次に、下部セグメント１２の外周面Ｓの形成方法について説明する。最終製品のセグメントの断面形状と同等の断面形状を有する伸線状のセグメント用鋼製線材が環状に成形され、環状セグメント用線材の外周面が表面処理を施された後、外周面Ｓは、たとえばバフ研削装置を用い、セグメントの外周面Ｓを所定の研磨条件で対称形状に形成される。
【００６５】
＜８．上部セグメント１１，下部セグメント１２の外周面Ｓへの硬質被膜１１ａ，１２ａの成膜方法について＞
次に、セグメント１１，１２の外周面Ｓの表面に、硬質被膜１１ａ，１２ａを成膜する手法について説明する。通常、一対のセグメントに同一の硬質被膜を施すが、それぞれに異なる硬質皮膜を施しても良く、上部セグメント１１には下部セグメント１２に比べ、より耐摩耗性に優れる被覆を適用することが好ましい。また、被膜は積層構造でも良い。
なお、硬質被膜１１ａ，１２ａは、以下の手法で成膜されたものが選択される。
【００６６】
（８−１）クロム窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の成膜方法
まず、セグメント１１，１２の外周面Ｓに、硬質被膜１１ａ，１２ａであるクロム窒化物被膜を成膜する方法について説明する。成膜方法としては、物理的気相成長（ＰＶＤ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の一種であるアークイオンプレーティング法を行うためのアークイオンプレーティング装置を用いて成膜するものがある。アークイオンプレーティング法にて窒化物被膜を成膜する場合、Ｃｒの金属ターゲットを用い、セグメント１１，１２用の基材を、アークイオンプレーティング装置内にセットする。その後、セグメント１１，１２用基材の外周面Ｓの周方向に全周に成膜するため自転させた状態で、アークイオンプレーティング装置内を真空排気して減圧すると共に、基材を加熱する。
【００６７】
その後、基材に対してバイアス電圧を印加して、金属ターゲットを利用したイオンボンバードを行う。印加するバイアス電圧としては、たとえば−５００Ｖ〜−１０００Ｖとするものがある。次に、別のバイアス電圧を印加して、アークイオンプレーティング装置内にプロセスガスを導入し、セグメント１１，１２の外周摺動面に所定の厚さの硬質被膜１１ａ，１２ａを成膜する。別のバイアス電圧としては、たとえば０Ｖ〜−２００Ｖとするものがある。プロセスガスとしては、Ｎ２ガスのみを用い、またはその他Ｏ２ガス、ＣＨ４ガスなどを加えて用いてもよい。
【００６８】
被膜の表面硬さは８００ＨＶ以上、より好ましくは１０００ＨＶ以上、被膜の厚さは１０μｍ以上が好ましい。クロム窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の厚みを１０μｍ以上とすることにより、耐摩耗性の確保が容易となる。
【００６９】
（８−２）非晶質炭素被膜（ＤＬＣ被膜）の成膜方法
次に、セグメント１１，１２の外周面Ｓに硬質被膜１１ａ，１２ａとして、非晶質炭素被膜（ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）被膜）を成膜する方法について説明する。ＤＬＣ被膜を成膜する方法としては、アークイオンプレーティング法を行うためのアークイオンプレーティング装置を用いるものがある。アークイオンプレーティング装置内にセグメント１１，１２用の基材をセットする。その後、セグメント１１，１２用基材の外周面Ｓの周方向に全周に成膜するため自転させた状態で、アークイオンプレーティング装置内を真空排気して減圧すると共に、基材を加熱する。その後、セグメント基材に対してバイアス電圧を印加して、アルゴンイオンでイオンボンバードを行う。印加するバイアス電圧としては、たとえば−５０Ｖ〜−３００Ｖとするものがある。
【００７０】
その次に、接着層として、所定のバイアス電圧を印加した後に、Ｔｉ被膜を成膜する。所定のバイアス電圧としては、たとえば−５０Ｖ〜−３００Ｖとするものがある。次に、Ｔｉ被膜の上にアモルファスカーボン構造からなるＤＬＣ被膜（ａ−Ｃ層）を、アルゴンによりスパッタリングで成膜する。このとき、たとえばバイアス電圧を−５０Ｖ〜―３００Ｖに設定する。さらにａ−Ｃ層の上にテトラヘドラルカーボン構造からなるＤＬＣ被膜（ｔａ−Ｃ層）を、フィルタードアークイオンプレーティングで成膜する。このとき、たとえばバイアス電圧を−１００Ｖ〜−３００Ｖに設定する。これら２層を交互に繰り返し積層し、セグメント基材の外周摺動面に所定の厚さの硬質被膜１１ａ，１２ａを成膜する。このとき、ａ−Ｃ層はあってもなくてもよい。
【００７１】
被膜の表面硬さは１５００ＨＶ以上、被膜の厚さは３μｍ以上が好ましい。非晶質炭素被膜の厚みを３μｍ以上とすることにより、耐摩耗性の確保が容易となる。
【００７２】
（８−３）複合的な積層構造被膜について
セグメントの耐摩耗性および低フリクション性を向上することを目的に、クロム窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）表面の上（セグメント外周側）に、（８−２）の薄い被膜厚さのＤＬＣ被膜を被覆し、複合的な積層構造被膜として硬質被膜１１ａ，１２ａに成膜してもよい。
【００７３】
ここでは、クロム窒化物被膜（ＰＶＤ被膜）の被膜の厚さは５μｍ以上、ＤＬＣ被膜の被膜の厚さは０．５μｍ以上、適宜設定することができる。また、クロム窒化物被膜とＤＬＣ被膜との接着層はあってもなくてもよい。
【００７４】
＜９．オイル消費量測定試験の方法について＞
続いて、本実施の形態の組合せオイルリング１０を用いて行った、オイル消費量測定試験について説明する。オイル消費量測定試験においては、排気量２リッター級のボア径が８０ｍｍ級のエンジンを使用した。エンジンのならし運転後、負荷条件はＷＯＴ（ワイドオープンスロットル；全負荷）の状態で、冷却水温は１００℃、エンジンオイルの温度は１２５℃とし、エンジンオイルはＧＦ−５０Ｗ−２０（等級：ＩＬＳＡＣ規格、粘度分類：ＳＡＥ  Ｊ３００）を用いた。
【００７５】
そして、エンジンの平均ピストン速度をＶとし、Ｖが２０．２ｍ／ｓの高速域の条件でオイル消費量（ＬＯＣ：Ｌｕｂｕｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｏｉｌ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）を評価した。この平均ピストン速度は、エンジンの回転速度とストローク（行程）から求められるピストン２の平均速度である。オイル消費量測定は、オイル消費計を使用し定油面法によりオイル消費量を測定した。
【００７６】
試験において用いたピストンリングのうち、トップリングは、幅（シリンダ１の軸方向寸法）が１．２ｍｍ、外周面はバレル形状、外周面にアークイオンプレーティング法による炭素のみからなるＤＬＣ被膜を施したものを用いた。表面粗さは０．０３μｍＲａであるものを用いた。トップリング張力のボア径比は、０．０７（Ｎ／ｍｍ）である。また、セカンドリングは、幅（シリンダ１の軸方向寸法）が１．２ｍｍ、外周面はテーパ形状、外周面に硬質Ｃｒめっきを施したものを用いた。表面粗さは０．０３μｍＲａであるものを用いた。セカンドリング張力のボア径比は、０．０７（Ｎ／ｍｍ）である。組合せオイルリング１０は、組合せ幅ｈ０が２．０ｍｍであり、セグメント１１，１２のセグメント幅ｈ１は０．４ｍｍ、外周面にアークイオンプレーティング手法による炭素のみからなるＤＬＣ被膜を施したものを用いた。外周面の表面粗さは０．０３μｍＲａである。オイルリング張力Ｆｔは、ボア径比で０．２５（Ｎ/ｍｍ）とした。
【００７７】
本試験において組合せオイルリング１０とピストン２のオイルリング溝４とのサイドクリアランスＳＣは０．１１ｍｍとした。
【００７８】
セグメント１１，１２の基材は、ＪＩＳ  ＳＵＳ４４０Ｂ相当材を用い、そのセグメント１１，１２の外周面には、ＤＬＣ被膜（膜厚５μｍ、表面硬さはビッカース硬さ１６００ＨＶ）を施したものを用いた。
【００７９】
なお、上記のビッカース硬さの測定に関しては、測定サンプルを鏡面に研磨した後に、マイクロビッカース硬度計で試験力０．９８０７Ｎ、試験力の保持時間１５ｓの条件にて、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４の「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準じて測定した（他のビッカース硬さに関しても同様）。
【００８０】
セグメント１１、１２の外周面Ｓの形状は、セグメント１１、１２の径方向（Ｘ方向）の倍率を２０００倍、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）の倍率を２００倍とし、外周面Ｓの外周頂点ＳＰから径方向（Ｘ方向）の内径側に向かい距離０．０２５ｍｍまでの輪郭曲線を測定している。また、その測定位置は、セグメント１１、１２の合口から円周方向に９０度、１８０度、２７０度の位置の３か所とし、表１における計測値は、その３か所の平均値を用いている。
【００８１】
また、セグメント１１，１２の外周面Ｓの外周形状の測定には、株式会社小坂研究所の触針式表面粗さ測定器（サーフコーダ  ＳＥ−３０Ｃ）を用いており、検出器はＰＵ−ＤＪ２Ｓ（先端球面半径は２μｍ、円錐のテーパ角度は６０度）を用いた。また、横倍率の送り速さはシリンダ１の軸方向（Ｙ方向）の倍率を２００倍とした場合は０．１ｍｍ／ｓとし、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）の倍率を１０００倍とした場合は０．０５ｍｍ／ｓとしたが、速さは、これよりも遅くてもよい。
【００８２】
以上のような条件にて、オイル消費量測定試験及び後述のモータリング試験機によるフリクション測定試験に供試したセグメントの外周形状の諸元を、表１および表２に示す。
【００８３】
表１では、上部セグメント１１の外周面Ｓの形状の上方角θ１、下方角θ２、第１位置ａ１と第２位置ｂ１の間の線分の長さＬ、第１心ずれ量Ｐ１及び第２心ずれ量Ｐ２を示している。
【００８４】
表２では、下部セグメント１２の外周面Ｓの形状の上方角である角度θ１ｘ、下方角である角度θ２ｘ、第５位置ａ１ｘと第６位置ｂ１ｘの間の線分の長さＬｘ、第１心ずれ量Ｐ１を示している。この第１心ずれ量Ｐ１はセグメントの外周頂点が第１中間線からエンジン燃焼室側に位置する場合をマイナスとしている。また、下部セグメント１２の外周面Ｓの形状の対称性を表す上方角θ１ｘと下方角θ２ｘとの差を絶対値｜θ１ｘ−θ２ｘ｜で示している。参考に従来からの評価方法による摺動方向の測定幅における外周頂点からの落差（径方向への距離（μｍ））を備考欄に示している。
【００８５】
【表１】
2019008780.tif 000003
【００８６】
【表２】
2019008780.tif 000004
【００８７】
表３において測定に供試したセグメント１１、１２の外周形状は以下のとおりである。
実施例１〜７及び比較例１〜５においては、上部セグメント１１に図６に示すような外周先端部が非対称形状の外周面Ｓの上部セグメント１１（表１：記号ＵＳ１〜ＵＳ６の内のいずれか）を用い、下部セグメント１２に図８に示すような外周先端部が対称の凸曲面形状の外周面Ｓの下部セグメント１２（表２：記号ＬＳ１〜ＬＳ７の内のいずれか）を用いた。
【００８８】
参考例１は、上部セグメント１１および下部セグメント１２に、図６に示すような外周先端部が非対称形状の表１：記号ＵＳ２、表１：記号ＵＳ１をそれぞれ用いた。
参考例２は、上部セグメント１１および下部セグメント１２に、図８に示すような外周先端部が対称形状の表２：記号ＬＳ７をそれぞれ用いた。
参考例３は、上部セグメント１１および下部セグメント１２に、図６に示すような外周先端部が非対称形状の表１：記号ＵＳ６をそれぞれ用いた。
参考例４は、上部セグメント１１および下部セグメント１２に、図６に示すような外周先端部が非対称形状の表１：記号ＵＳ４をそれぞれ用いた。
参考例５は、上部セグメント１１および下部セグメント１２に、図８に示すような外周先端部が対称形状の表２：記号ＬＳ４をそれぞれ用いた。
【００８９】
＜１０．オイル消費量測定試験の結果＞
オイル消費量測定を行った結果を、表３に示す。表３におけるオイル消費量比は、平均ピストン速度ＶがＶ＝２０．２ｍ／ｓにおいて、比較例１のオイル消費量を１００として、他のオイル消費量を比で示している。
【００９０】
オイル消費量測定を行った結果の評価基準は、以下の通りである。
Ａ：オイル消費量比が８５未満
Ｂ：オイル消費量比が８５以上１００未満
Ｃ：オイル消費量比が１００以上
【００９１】
【表３】
2019008780.tif 000005
【００９２】
本発明は、参考例１から参考例５までのオイル消費量測定試験を実施し、更に、フリクション測定試験を実施した上で、課題を解決し、目標を達成するものである。
【００９３】
平均ピストン速度ＶがＶ＝２０．２ｍ／ｓにおいて、実施例１から実施例７までは、比較例１に対してオイル消費量比が７４から８２であり、好ましい水準である。一方、比較例１から比較例５までは８６以上であり、好ましい水準とは言えない。表３において、オイル消費量の低減のためには、実施例４（ＵＳ４とＬＳ４の組合せ），参考例４（ＵＳ４とＵＳ４の組合せ）および参考例５（ＬＳ４とＬＳ４の組合せ）の比較から、上下部セグメント１１，１２が共にセグメント外周先端部が非対称形状であり、外周頂点がエンジン燃焼室から離れる側に位置している場合の参考例４が最も良好な結果となっている。しかし、上下部セグメント１１，１２が共にセグメント外周先端部が非対称形状である組合せの場合、オイルリング張力Ｆｔが、ボア径ｄ（単位：ｍｍ）で除した値Ｆｔ／ｄとして、低張力で設定されている０．２５以上の水準で、フリクションの増加が課題になる。
【００９４】
実施例４は、上部セグメント１１にセグメント外周形状を先端部が非対称形状であるＵＳ４と下部セグメント１２にセグメント外周形状を先端部が対称形状であるＬＳ４の組合せであり、参考例５は、上部セグメント１１にセグメント外周形状を先端部が対称形状であるＬＳ４と下部セグメント１２にもセグメント外周形状を先端部が対称形状であるＬＳ４の組合せである。この比較から、オイル消費量の低減には、上部セグメント１１にセグメント外周先端部が非対称形状を採用することが好ましい。実施例４は参考例５に比べ、平均ピストン速度Ｖ＝２０．２ｍ／ｓにおいて、１３％の低減が見られる。
【００９５】
参考例４は、上部セグメント１１にセグメント外周形状を先端部が非対称形状であるＵＳ４と下部セグメント１２にも同じセグメント外周形状を先端部が非対称形状であるＵＳ４の組合せであり、実施例４は、上部セグメント１１にセグメント外周形状を先端部が非対称形状であるＵＳ４と下部セグメント１２にセグメント外周形状を先端部が対称形状であるＬＳ４の組合せである。この比較から、オイル消費量の低減には、下部セグメント１１にもセグメント外周先端部が非対称形状を採用することが好ましい。参考例４は実施例４に比べ、平均ピストン速度Ｖ＝２０．２ｍ／ｓにおいて、１５％の低減が見られる。尚、参考例４は参考例５に比べると、２６％の低減が見られる。
【００９６】
エンジンオイルは、エンジン燃焼時にシリンダ１の内壁に滞留するエンジンオイルが燃焼する自身の消失およびエンジン排気行程におけるエンジンオイルの排出により、オイル消費量が増大すると言われている。エンジンが高回転となる高速域では、理論的にも油膜厚さが厚くなり、オイル消費量が増加するが、図６に示すような外周先端部が非対称形状であるセグメントを採用するとオイル消費量が低減することは、エンジンオイルをかき下げ、油膜厚さが厚くなることを抑制している効果があると考えられる。さらに、セグメントのエンジンオイルかき上げ作用によるオイル消費量の増加も抑制されていると考えられる。オイルリング下降行程で油膜厚さを薄くすれば、上昇行程において、セグメントがエンジンオイルをかき上げる容量も少なくなることになる。エンジンが高回転となる高速域におけるオイル消費量の増加は、ピストンリング背面からエンジン燃焼室へのオイル上がり量の増加が要因との報告もある。エンジンオイルのエンジン燃焼室までのオイル上がり経路は、これらの他にピストンリング合い口すきまがある。
【００９７】
実施例において、上部セグメント１１の外周先端部が非対称形状である外周面Ｓの形状における上方角の角度θ１が３度以上９度以下であり、第１心ずれ量Ｐ１が０．０２ｍｍから０．１０ｍｍ、第２心ずれ量Ｐ２が０ｍｍ以上である。この場合、エンジン燃焼室側の上部セグメント１１の外周先端部とシリンダ１の内壁との間の空隙がエンジン燃焼室側の空隙がより広く、オイルリング上昇行程でシリンダ１と上部セグメント１１との二面間のくさび膜効果によるエンジンオイルの油圧上昇が少なく、エンジンオイルが上部セグメント下方に流出しやすいことが一因と考えられる。セグメントによりかき下げられるまたは下方に流出するエンジンオイルは、オイルリング溝４の内周側に設けられているオイル戻し穴５を通過し、エンジンオイルのオイルタンク（不図示）に回収される。
【００９８】
比較例１から、上方角である角度θ１が３度未満になると、オイルリング上昇時に、シリンダ１と上部セグメント１１との二面間のくさび膜効果によるエンジンオイルの油圧が上昇し、上部セグメント１１の外周面Ｓのエンジン燃焼室側から流入し難くなる。それによってシリンダ１の内壁とエンジン燃焼室側の上部セグメント１１の外周面Ｓとで形成されている空隙にエンジンオイルが滞留し、そのエンジンオイルが上部セグメント１１の上昇端に運搬されるようになると考えられ、オイル消費量の低減を期待できない。
【００９９】
比較例４から、上方角である角度θ１が１０度以上になると、外周頂点からの距離４．０μｍ位置の長さＬが０．０５ｍｍ未満となり、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）におけるシリンダ１の内壁と上部セグメント１１の外周先端部との接触長さが不足し、オイルリング下降行程においてシリンダ１の内壁面に油膜を形成しているエンジンオイルをかき下げる作用が乏しくなり、オイル消費量の増加を招くことになると考えられる。
【０１００】
比較例２から、下方角である角度θ２を９度未満になると、オイルリング下降行程において、シリンダ１の内壁面に油膜を形成しているエンジンオイルをかき下げるエッジ作用が乏しくなると考えられる。下方角である角度θ２が９度以上になると、エンジンオイルをかき下げるエッジ効果が発生するものと考える。
【０１０１】
下部セグメント１２の図８に示すような外周先端部が、対称形状の外周面Ｓの形状における上方角の角度θ１ｘが２度以上９度以下、または、下方角の角度θ２ｘが２度以上９度以下である場合には、図６に示すような外周先端部が非対称形状である外周面Ｓの形状を有する上部セグメント１１との組合せにおいて、比較例１の水準に比較して実施例１から実施例７までにおいて、オイル消費量比が８２以下にあり、好ましい結果である。
【０１０２】
比較例３から、下部セグメント１２の外周形状が表２のＬＳ１であり、上方角である角度θ１ｘが２度、下方角である角度θ２ｘが２度、外周頂点からの距離４．０μｍ位置の長さＬｘが０．２０ｍｍを超えると、式［１］の実面圧Ｐ（Ｎ/ｍｍ２）が小さくなり、オイル消費量の増加を招くことになる。
【０１０３】
比較例５から、下部セグメント１２の外周形状が表２のＬＳ７であり、上方角である角度θ１ｘが９度を超え、下方角である角度θ２ｘが９度、角度差｜θ１ｘ−θ２ｘ｜が１．５度を超え、外周頂点からの距離４．０μｍ位置の長さＬｘが０．０８ｍｍ未満では、シリンダ１の軸方向（Ｙ方向）におけるシリンダ１の内壁とセグメント１１の外周先端部との接触長さが不足し、オイルリング下降工程ではオイルかき下げ作用が乏しくなり、オイル消費量の増加を招くことになる。
【０１０４】
参考例１，参考例３は、上部セグメント１１、下部セグメント１２の外周先端部が、非対称形状である外周面Ｓの形状を有するセグメントの組合せであり、参考例１は、上方角の角度θ１が３度未満と下方角である角度θ２が９度未満、参考例３は、上方角の角度θ１が９度を超え下方角である角度θ２が９度の水準において、オイル消費量比が実施例の水準には及ばない。また、参考例２は、上部セグメント１１、下部セグメント１２の外周先端部が、対称形状である外周面Ｓの形状を有するセグメントの組合せであり、上方角の角度θ１が９度を超え、下方角である角度θ２が９度、｜θ１X−θ２X｜が１．５度を超え、Ｌｘが０．０８ｍｍ未満の水準において、全ての試験の中で最も悪いオイル消費量比になっている。
【０１０５】
本発明の形態では、セグメント１１，１２の外周先端部において、外周頂点ＳＰから４．０μｍの範囲という、エンジンオイルの油膜厚さの範囲内で、微細に規定された形状の外周面Ｓの先端部分に着目している。
【０１０６】
また、セグメント１１，１２の外周面Ｓにおいて、表面粗さが０．１μｍＲａを超える場合は、シリンダ１の内壁面への傷の発生およびシリンダ１の摩耗を誘発し易くなり、好ましくない。
【０１０７】
＜１１．モータリング試験機によるフリクション測定試験の方法について＞
本実施の形態の組合せオイルリング１０を用いて行った、フリクション測定試験について説明する。フリクション測定試験においては、ボア径８６ｍｍでストローク８６ｍｍのクランク式単気筒モータリング試験機（浮動ライナ方式）２０を使用した。図１４にクランク式単気筒モータリング試験機２０の模式的な断面図を示す。シリンダライナ２１はストッパ２３により径方向の挙動が制限され、軸方向のみ可動できる構造である。シリンダライナ２１に取り付けられたセンサ２５によりシリンダライナ２１に作用する軸方向の摺動摩擦力を検出する。この摺動摩擦力の１サイクル当たりの摩擦トルクを排気量で除した摩擦平均有効圧力（ＦＭＥＰ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｍｅａｎ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）により評価した。
【０１０８】
評価対象のピストンリングと摺動する相手材には鋳鉄製シリンダライナを用い、シリンダライナ２１内周摺動面は算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１５μｍとした。試験条件は冷却水温が８０℃、エンジンオイルの温度が８０℃とし、エンジンオイルがＧＦ−５、０Ｗ−２０（等級：ＩＬＳＡＣ規格、粘度分類：ＳＡＥ  Ｊ３００）を用い、評価回転数は６００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの間で行った。潤滑方法は、跳ねかけ式であり、シリンダヘッドは装備せず、燃焼室は大気開放している。
【０１０９】
試験において用いたピストンリングは、上述しているが、セカンドリングに関して、外周面をアークイオンプレーティング手法による炭素のみからなるＤＬＣ被膜を施し、表面粗さは０．０３μｍＲａであるものを用いた。トップリングおよびセカンドリングの外周面は、本試験において、試験運転による摩耗により外周摺動面の形状が変化しＦＭＥＰに影響がないように、耐摩耗性に優れ、摩擦係数が小さいＤＬＣ（非晶質炭素）被膜を施し、すべての試験に、同一リングを使用した。組合せオイルリング１０は、セグメント１１，１２の外周面の硬化処理、および、オイルリング張力のボア径比を表４に示す。セグメント１１，１２外周面のクロム窒化物（ＣｒＮ）被膜は、膜厚２０μm、表面硬さがビッカース硬さ１１００ＨＶを施したものを用いた。セグメント１１，１２外周面のガス窒化は、表面硬さがビッカース硬さ１０００ＨＶを施したものを用いた。外周面の表面粗さは０．０３μｍＲａである。尚、オイルリング張力のボア径比は、０．１０〜０．３５（Ｎ／ｍｍ）である。ピストンリングの合計張力のボア径比は、０．２４〜０．４９（Ｎ／ｍｍ）である。
【０１１０】
表４に記載の供試したセグメント１１、１２の外周形状は以下のとおりである。
実施例８〜１２及び比較例７〜９においては、上部セグメント１１に図６に示すような外周先端部が非対称形状の外周面Ｓの上部セグメント１１（表１：記号ＵＳ５〜ＵＳ６の内のいずれか）を用い、下部セグメント１２に図８に示すような外周先端部が対称の凸曲面形状の外周面Ｓの下部セグメント１２（表２：記号ＬＳ５〜ＬＳ７の内のいずれか）を用いた。セグメント１１，１２の外周面の硬化処理は、比較例７にガス窒化を、実施例１２，参考例４および参考例６にクロム窒化物（ＣｒＮ）被膜を、それ以外はＤＬＣ被膜を施した。尚、摩擦係数は、ガス窒化、クロム窒化物（ＣｒＮ）被膜、ＤＬＣ（非晶質炭素）被膜の順に小さくなることが知られている。
【０１１１】
参考例３、参考例４および参考例７は、セグメント外周先端部が非対称形状である記号ＵＳ５を上下セグメント１１，１２の両方に用い、参考例５、参考例６および参考例８はセグメント外周先端部が対称形状である記号ＬＳ６を上下セグメント１１，１２の両方に用いた。
【０１１２】
＜１２．フリクション測定試験の結果＞
フリクション測定結果を行った結果を、表４に示す。表４におけるＦＭＥＰ比は、エンジン回転数が２０００ｒｐｍにおける比較例７のＦＭＥＰを１００として、他のＦＭＥＰを比で示している。なお、図１５は、表４に基づいて横軸をエンジン回転数、縦軸をＦＭＥＰ比として実施例８〜１２、比較例７、参考例３についてのエンジン回転数とＦＭＥＰ比の関係を示したグラフである。
【０１１３】
【表４】
2019008780.tif 000006
【０１１４】
フリクション低減には、オイルリングの低張力化が、最も有効であるが、一方にオイル消費量が増大するリスクがある。本発明では、同一オイルリング張力でも、フリクションを低減できるセグメント１１，１２の外周面表面の硬化処理および外周面先端形状について研究した。
【０１１５】
エンジン回転数が２０００ｒｐｍにおいて、オイルリング張力Ｆｔのボア径比Ｆｔ／ｄ＝０．３５と上部セグメント１１，下部セグメント１２の２つのセグメントの外周形状の組合わせ（上部セグメント１１：ＵＳ５と下部セグメント１２：ＬＳ６）とが同一の試験では、外周面表面の硬化処理に関して、比較例７のガス窒化、実施例１２のＣｒＮ被膜、実施例８のＤＬＣ被膜の順に、ＦＭＥＰが減少し、フリクション低減に効果がある。ＦＭＥＰ比では、比較例７：ガス窒化が１００、実施例１２：ＣｒＮ被膜が９３、実施例８：ＤＬＣ被膜が８７である。
【０１１６】
エンジン回転数が２０００ｒｐｍにおいて、オイルリング張力Ｆｔのボア径比Ｆｔ／ｄ＝０．３５と上部セグメント１１，下部セグメント１２の２つのセグメント外周面表面の硬化処理ＤＬＣ被膜とが同一の試験では、セグメント１１，１２外周形状の組合わせに関して、参考例３の上部セグメント１１：ＵＳ５と下部セグメント１２：ＵＳ５の組合わせ、実施例８の上部セグメント１１：ＵＳ５と下部セグメント１２：ＬＳ６の組合わせ、参考例５の上部セグメント１１：ＬＳ６と下部セグメント１２：ＬＳ６の組合わせの順に、ＦＭＥＰが減少し、フリクション低減に効果がある。ＦＭＥＰ比では、比較例７：ガス窒化を１００として、ＤＬＣ被膜において、参考例３が９０、実施例８が８７、参考例５が８５である。
【０１１７】
エンジン回転数が２０００ｒｐｍにおいて、オイルリング張力Ｆｔのボア径比Ｆｔ／ｄ＝０．２５と上部セグメント１１，下部セグメント１２の２つのセグメント外周面表面の硬化処理ＤＬＣ被膜とが同一の試験では、セグメント１１，１２外周形状の組合わせに関して、参考例７の上部セグメント１１：ＵＳ５と下部セグメント１２：ＵＳ５の組合わせ、実施例９の上部セグメント１１：ＵＳ５と下部セグメント１２：ＬＳ６の組合わせ、参考例８の上部セグメント１１：ＬＳ６と下部セグメント１２：ＬＳ６の組合わせの順に、ＦＭＥＰが減少し、フリクション低減に効果がある。ＦＭＥＰ比では、比較例７：ガス窒化を１００として、ＤＬＣ被膜において、参考例７が７７、実施例９が７５、参考例８が７３である。
【０１１８】
エンジン回転数が２０００ｒｐｍにおいて、オイルリング張力Ｆｔのボア径比Ｆｔ／ｄ＝０．３５と上部セグメント１１，下部セグメント１２の２つのセグメント外周面表面の硬化処理ＣｒＮ被膜とが同一の試験では、セグメント１１，１２外周形状の組合わせに関して、参考例４の上部セグメント１１：ＵＳ５と下部セグメント１２：ＵＳ５の組合わせ、実施例１２の上部セグメント１１：ＵＳ５と下部セグメント１２：ＬＳ６の組合わせ、参考例６の上部セグメント１１：ＬＳ６と下部セグメント１２：ＬＳ６の組合わせの順に、ＦＭＥＰが減少し、フリクション低減に効果がある。ＦＭＥＰ比では、比較例７：ガス窒化を１００として、ＣｒＮ被膜において、参考例４が９５、実施例１２が９３、参考例６が９０である。
【０１１９】
エンジン回転数が２０００ｒｐｍにおいて、上部セグメント１１，下部セグメント１２の２つのセグメント外周面表面の硬化処理がＤＬＣ被膜で同一、上部セグメント１１，下部セグメント１２の２つのセグメントの外周形状の組合わせ（上部セグメント１１：ＵＳ５と下部セグメント１２：ＬＳ６）が同一の試験では、オイルリング張力Ｆｔのボア径比Ｆｔ／ｄが順に０．３５、０．２５、０．１８、０．１０と減少する実施例８から実施例１１まで、同様にＦＭＥＰが減少し、フリクション低減の効果が大きい。ＦＭＥＰ比では、比較例７：ガス窒化を１００として、ＤＬＣ被膜において、実施例８が８７、実施例９が７５、実施例１０が６５、実施例１１が５５である。
【０１２０】
エンジンの燃費に関しては、エンジン回転数が２０００ｒｐｍまでのＦＭＥＰが評価されている。
【０１２１】
＜１３．外周面Ｓの形状とオイル消費量測定試験及びフリクション測定試験の考察＞
オイル消費量及びフリクションにより好ましいセグメントの外周形状は以下の範囲にある。実施例１から実施例１２までにより、上部セグメント１１の外周形状は非対称形状とし、０．０５ｍｍ≦Ｌ≦０．１８ｍｍであり、上方角θ１が３度以上、９度以下であり、下方角θ２が９度以上であることが好ましい。下部セグメント１２の外周形状は対称形状とし、０．０８ｍｍ≦Ｌｘ≦０．２０ｍｍであり、上方角θ１ｘと下方角θ２ｘ値が２度以上、９度以下であることが好ましい。さらに、下部セグメント１２の外周面の角度θ１ｘと角度θ２ｘは、｜θ１ｘ−θ２ｘ｜≦１．５度である、ことが好ましい。
【０１２２】
また、下部セグメント１２の外周形状は対称形状とし、０．０８ｍｍ≦Ｌｘ≦０．１８ｍｍであり、上方角θ１ｘと下方角θ２ｘ値が３度以上、９度以下であることがより好ましい。尚、｜θ１ｘ−θ２ｘ｜≦１．５度である。
【０１２３】
＜１４．オイルリング張力とオイル消費量測定試験及びフリクション測定試験の考察＞
組合せオイルリングのオイルリング張力は、オイル消費性能とフリクション性能の背反する２つの特性を満足するよう設定される。オイルリング張力の水準は、オイルリング張力Ｆｔ（単位：Ｎ）をボア径ｄ（単位：ｍｍ）で除した値Ｆｔ／ｄ（単位：Ｎ／ｍｍ）すなわちボア径当たりのオイルリング張力を代用し、従来の水準は０．５〜０．６（Ｎ／ｍｍ）にあり、低張力化といわれる水準は０．３５（Ｎ/ｍｍ）以下と言われている。
【０１２４】
エンジンの燃費改善のため、オイルリング張力を低くする。または、エンジン燃焼条件またはピストンリングまたはピストン２とシリンダ１の内壁との摺動環境によっては、ピストンリングまたはピストン２とシリンダ１の内壁との摺動面における、いずれかにおいてスカッフ（焼付き）気味であるまたは摺動による軽微な傷が多発するような場合は、油膜厚さを一定以上確保することによりこれらの好ましくない状況を解消することが必要である。このためにはオイルリング張力を低くする、加えて、耐摩耗性に優れ、摩擦係数が低い硬質被膜（クロム窒化物被膜、ＤＬＣ被膜など）を採用することが有用と考える。このような場合、セグメント外周形状の先端部が対称形状である上下部セグメントに対して、本発明の採用により、オイルリング張力を低くしつつ、オイル消費性能または耐スカッフ性（耐焼付き性）を改善することが期待できる。
【０１２５】
組合せオイルリングはシリンダ１の内壁に対して、エンジンの全行程において、周方向全周亘って上下部セグメント１１，１２の外周先端部が面接触して、所定のオイル消費性能を発揮することになる。しかし、エンジンのシリンダブロック（不図示）に鋳ぐるまれているシリンダ１は、エンジン燃焼により熱変形し、シリンダ１の内壁は二次変形から四次変形の内周真円度形状になる。エンジンが高回転となる高速域ではより熱変形が増大する。この熱変形に対しても、上下部セグメント１１，１２の外周先端部がシリンダ１の内壁に面接触するためには、オイルリング張力を高めることが有用であるが、一方にエンジンのフリクションロスが増大するため、オイルリング張力を高くすることには限界が生じる。このような場合、セグメント外周形状の先端部が対称形状である上下部セグメントに対して、本発明の採用により、同じオイルリング張力でフリクションの増加を抑制しつつ、オイル消費性能を改善することが期待できる。
このようなボア変形は、ピストンリングまたはピストン２とシリンダ１の内壁との摺動によるエンジンのフリクション増加にも少なからず悪影響を及ぼすことになる。
【符号の説明】
【０１２６】
１…シリンダ、２…ピストン、３…ピストン外周面、４…オイルリング溝、５…オイル戻し穴、１０…組合せオイルリング、１１…上部セグメント、１２…下部セグメント、１１ａ，１２ａ…硬質被膜、１３…エキスパンダ・スペーサ、Ｍ…エキスパンダ・スペーサの軸方向中心線、１４…上突出部、１４ａ…上片部、１４ｂ，１５ｂ…耳部、１４ｂ１，１５ｂ１…傾斜面、１４ｃ，１５ｃ…外周支持部、１４ｄ，１５ｄ…連通孔、１５…下突出部、１５ａ…下片部、ａ１…第１位置、ｂ１…第２位置，ａ２…第３位置，ｂ２…第４位置，ａ１ｘ…第５位置，ｂ１ｘ…第６位置，ａ２ｘ…第７位置，ｂ２ｘ…第８位置、Ｓ…外周面、Ｓ１…第１輪郭区分、Ｓ２…第２輪郭区分、Ｓ３…第３輪郭区分、ＳＰ…外周頂点、２０…クランク式単気筒モータリング試験機、２１…シリンダライナ、２３…ストッパ、２５…センサ（軸方向の摺動摩擦力検出用）、３０…往復動摩擦試験機、３１…上試験片、３２…下試験片
【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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【国際調査報告】
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