特許 7462123 オイルコントロールリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-27

(45)【発行日】2024-04-04

(54)【発明の名称】オイルコントロールリング

(51)【国際特許分類】

   F16J 9/06 20060101AFI20240328BHJP

   F16J 9/12 20060101ALI20240328BHJP

   F02F 5/00 20060101ALI20240328BHJP

【ＦＩ】

F16J9/06 B

F16J9/12

F02F5/00 301B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023562309

(86)(22)【出願日】2023-09-29

(86)【国際出願番号】 JP2023035691

【審査請求日】2023-10-10

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000139023

【氏名又は名称】株式会社リケン

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100169063

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 洋平

(74)【代理人】

【識別番号】100192511

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 晃史

(72)【発明者】

【氏名】平出 佳之

(72)【発明者】

【氏名】難波 幸彦

【審査官】久慈 純平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４９３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１３３７１４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ ９／０６

Ｆ１６Ｊ ９／１２

Ｆ０２Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対のサイドレールと、前記一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備える３ピースのオイルコントロールリングであって、
前記スペーサエキスパンダは、前記サイドレールの内周面と当接する当接面を含む複数の耳部を有し、
前記サイドレールの前記内周面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．５μｍ以下であり、
前記耳部の前記当接面では、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下であり、
前記サイドレールは合金鋼からなり、前記サイドレールのＮｉ含有量は、０．０５ｗｔ％以上且つ０．６０ｗｔ％以下であり、
前記スペーサエキスパンダは合金鋼からなり、前記スペーサエキスパンダのＮｉ含有量は、２．９ｗｔ％以上且つ１６．１ｗｔ％以下である、オイルコントロールリング。

【請求項2】

前記サイドレールの前記内周面では、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが前記所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも小さい、請求項１に記載のオイルコントロールリング。

【請求項3】

前記耳部の前記当接面では、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが前記所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも大きい、請求項１又は２に記載のオイルコントロールリング。

【請求項4】

前記サイドレールの前記内周面は、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．５１μｍ以下であり、且つ前記所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．７６μｍ以下であり、
前記耳部の前記当接面は、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．７５μｍ以下であり、且つ前記所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．５０μｍ以下である、請求項３に記載のオイルコントロールリング。

【請求項5】

前記サイドレールのＮｉ含有量は、０．２６ｗｔ％以上且つ０．４９ｗｔ％以下であり、
前記スペーサエキスパンダのＮｉ含有量は、６．５ｗｔ％以上且つ１１．１ｗｔ％以下である、請求項１又は２に記載のオイルコントロールリング。

【請求項6】

前記サイドレールの母材硬さは、ＨＶ２５０以上且つ６２０以下である、請求項１又は２に記載のオイルコントロールリング。

【請求項7】

前記サイドレールの母材硬さは、ＨＶ４５０以上且つ６２０以下である、請求項６に記載のオイルコントロールリング。

【請求項8】

前記耳部の前記当接面の傾斜角度は、１５°以上且つ２５°以下である、請求項１又は２に記載のオイルコントロールリング。

【請求項9】

前記耳部の前記当接面の幅は、０．５ｍｍ以上且つ１．２ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載のオイルコントロールリング。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、オイルコントロールリングに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、一対のサイドレールと、一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備える３ピースのオイルコントロールリングでは、スペーサエキスパンダに対してサイドレールが単独で回転することがオイル消費量の増加の一因となり得る。例えば特許文献１に記載の組合せオイルリングでは、２本のサイドレールの内周面に表面粗さが３～２０μｍＲｚとなるようにブラスト処理が施され、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転の防止が図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－１３２８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来技術では、ブラスト処理によってサイドレールの内周面の表面粗さが大きくなるため、サイドレールの内周面と当接するスペーサエキスパンダの耳部の摩耗が増大しやすい。その結果、例えばオイルコントロールリングの張力の低下を招く可能性がある。

【0005】

本開示は、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転の抑制と、サイドレールの内周面とスペーサエキスパンダの耳部との摩耗抑制と、の両立を図ることができるオイルコントロー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】

【0006】

本開示の一態様は、一対のサイドレールと、一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備える３ピースのオイルコントロールリングであって、スペーサエキスパンダは、サイドレールの内周面と当接する当接面を含む複数の耳部を有し、サイドレールの内周面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．５μｍ以下であり、耳部の当接面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下であり、サイドレールは合金鋼からなり、サイドレールのＮｉ含有量は、０．０５ｗｔ％以上且つ０．６０ｗｔ％以下であり、スペーサエキスパンダは合金鋼からなり、スペーサエキスパンダのＮｉ含有量は、２．９ｗｔ％以上且つ１６．１ｗｔ％以下である。

【0007】

本開示の一態様に係るオイルコントロールリングによれば、サイドレールのＮｉ含有量が０．０５ｗｔ％以上且つ０．６０ｗｔ％以下であること、スペーサエキスパンダのＮｉ含有量が２．９ｗｔ％以上且つ１６．１ｗｔ％以下であること、サイドレールの内周面での所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．５μｍ以下であること、及び、耳部の当接面での所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下であること、の４つの条件を全て満たすオイルコントロールリングは、上記４つの条件の少なくとも一つを満たさないオイルコントロールリングと比較して、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転が生じにくくなる。また、上記４つの条件を全て満たすオイルコントロールリングによれば、例えばブラスト処理等によってサイドレールの内周面の粗さを大きくする場合と比べて、サイドレールの内周面と当接するスペーサエキスパンダの耳部の摩耗の増大を抑制しやすい。よって、本開示の一態様に係るオイルコントロールリングによれば、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転の抑制と、サイドレールの内周面とスペーサエキスパンダの耳部との摩耗抑制と、の両立を図ることができる。

【0008】

一実施形態において、サイドレールの内周面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも小さくてもよい。耳部の当接面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも大きくてもよい。サイドレールの内周面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．５１μｍ以下であり、且つ所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．７６μｍ以下であり、耳部の当接面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．７５μｍ以下であり、且つ所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．５０μｍ以下であってもよい。この場合、サイドレールの内周面のＲｐｋに対応する（相関のある）凸部の高さと耳部のＲｖｋに対応する（相関のある）凹部の深さとの相互作用、及び、サイドレールの内周面のＲｖｋに対応する（相関のある）凹部の深さと耳部のＲｐｋに対応する（相関のある）凸部の高さとの相互作用により、互いに噛み合う作用が生じて摩擦力が向上する。これにより、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転の抑制しつつ、サイドレールの内周面のＲｚを低減しやすくなる。

【0009】

一実施形態において、サイドレールのＮｉ含有量は、０．２６ｗｔ％以上且つ０．４９ｗｔ％以下であり、スペーサエキスパンダのＮｉ含有量は、６．５ｗｔ％以上且つ１１．１ｗｔ％以下であってもよい。

【0010】

一実施形態において、サイドレールの母材硬さは、ＨＶ２５０以上且つ６２０以下であってもよい。更に、サイドレールの母材硬さは、ＨＶ４５０以上且つ６２０以下であってもよい。

【0011】

一実施形態において、耳部の当接面の傾斜角度は、１５°以上且つ２５°以下であってもよい。また、耳部の当接面の幅は、０．５ｍｍ以上且つ１．２ｍｍ以下であってもよい。

【発明の効果】

【0012】

本開示の一態様に係るオイルコントロールリングによれば、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転の抑制と、サイドレールの内周面とスペーサエキスパンダの耳部との摩耗抑制と、の両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態に係るオイルコントロールリングに用いられるスペーサエキスパンダを示す平面図である。

【図2】図２は、図１の一点鎖線で囲った領域の拡大斜視図である。

【図3】図３は、ピストン溝に装着された状態のオイルコントロールリングの断面図である。

【図4】図４は、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転の評価に用いられる装置の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して、本開示の実施形態について詳細に説明する。

【0015】

図１は、実施形態に係るオイルコントロールリングに用いられるスペーサエキスパンダを示す平面図である。図２は、図１の一点鎖線で囲った領域の拡大斜視図である。図３は、ピストン溝に装着された状態のオイルコントロールリングの断面図である。図３は、図２のスペーサエキスパンダのIII－III線に沿っての断面に対応している。

【0016】

図１～図３に示されるように、オイルコントロールリング５０は、ピストンＰの溝Ｐａに装着されて用いられるピストンリングである。オイルコントロールリング５０は、一対のサイドレール１，２と、一対のサイドレール１，２の間に配置されるスペーサエキスパンダ１０と、を備える３ピースのオイルコントロールリングである。サイドレール１，２は、環状であり、内周面１ａ，２ａを有している。なお、ここでいう「環状」とは、必ずしも閉じた円を意味するものではなく、サイドレール１，２は合口部を有していてもよい。サイドレール１，２の断面形状は、例えば、内周面１ａ，２ａが上下対称に湾曲する円弧面形状をなしている。サイドレールの外周面形状や内周面形状は、本実施形態に係るサイドレール１，２と異なるものであってもよく、例えば、必ずしも図３に示すような対称性を有する断面形状でなくてもよい。サイドレール１，２の外周面は、シリンダボアＢの内面Ｂａに接している。

【0017】

スペーサエキスパンダ１０は環状であり、例えば二つの端面１０ａ，１０ｂによって構成される合口部１０ｃを有している。スペーサエキスパンダ１０は、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａと当接する当接面５ａを含む複数の耳部５を有している。スペーサエキスパンダ１０は、サイドレール１，２の側面１ｂ，２ｂとそれぞれ対面する複数のレール対面部７を有している。レール対面部７は、耳部５よりも外周側であって耳部５と隣接した位置に形成されている。耳部５は、レール対面部７よりも高く形成されている。スペーサエキスパンダ１０は、耳部５とレール対面部７とによって構成される開口５ｈを有している。スペーサエキスパンダ１０にサイドレール１，２が組み合わされた状態において、耳部５の当接面５ａにサイドレール１，２の内周面１ａ，２ａが当接し、レール対面部７とサイドレール１，２の側面１ｂ，２ｂが対面する。

【0018】

図２に示されるように、スペーサエキスパンダ１０は、例えば、作業台に置かれたときに、山部１０Ｍと谷部１０Ｖが交互に連なる形状を有している。例えば、スペーサエキスパンダ１０の山部１０Ｍ（図２における上側）に位置する耳部５と、谷部１０Ｖ（図２における下側）に位置する耳部５とは、実質的に同じ形状である。同様に、スペーサエキスパンダ１０の山部１０Ｍ（図２における上側）に位置するレール対面部７と、谷部１０Ｖ（図２における下側）に位置するレール対面部７とは、実質的に同じ形状である。よって、作業台の上に置かれたスペーサエキスパンダ１０の上下を逆さにすれば、図２に示す山部１０Ｍが谷部１０Ｖとなり、谷部１０Ｖが山部１０Ｍとなる。

【0019】

サイドレール１，２及びスペーサエキスパンダ１０の詳細について説明する。以下、スペーサエキスパンダ１０の山部１０Ｍに位置する耳部５及び当接面５ａについて説明し、谷部１０Ｖに位置する耳部５及び当接面５ａの説明は省略する。

【0020】

サイドレール１，２は、合金鋼からなる。合金鋼は、例えばＮｉが添加されたスチール材である。サイドレール１，２のＮｉ含有量の下限値は、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転を抑制できるような値に設定される。サイドレール１，２のＮｉ含有量の上限値は、例えば、サイドレール１，２の加工性への影響を考慮した値に設定されてもよい。サイドレール１，２のＮｉ含有量の上限値は、Ｎｉ起因のコストを考慮した値に設定されてもよい。

【0021】

具体的には、サイドレール１，２のＮｉ含有量は、０．０５ｗｔ％以上且つ０．６０ｗｔ％以下である。サイドレール１，２のＮｉ含有量は、０．２６ｗｔ％以上且つ０．４９ｗｔ％以下であってもよい。サイドレール１，２のＮｉ含有量は、０．１０ｗｔ％以上であってもよく、０．２５ｗｔ％以上であってもよく、０．２６ｗｔ％以上であってもよく、０．３０ｗｔ％以上であってもよい。サイドレール１，２のＮｉ含有量は、０．５５ｗｔ％以下であってもよく、０．４９ｗｔ％以下であってもよく、０．４５ｗｔ％以下であってもよく、０．４０ｗｔ％以下であってもよい。

【0022】

サイドレール１，２の母材硬さは、ＨＶ２５０以上且つ６２０以下であってもよい。サイドレール１，２の母材硬さは、ＨＶ４５０以上且つ６２０以下であってもよい。サイドレール１，２の母材硬さは、ＨＶ５００以上且つ６２０以下であってもよい。このようなサイドレール１，２の母材硬さの範囲とすることで、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａの摩耗の抑制を図りつつ、内周面１ａ，２ａが当接する耳部５の摩耗の抑制を図ることができる。また、サイドレール１，２の折損のリスクを考慮すると、母材硬さの上限値は、ＨＶ６２０であってもよい。サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａの摩耗を抑制することで、オイルコントロールリング５０の張力減退を抑制し、オイル消費の悪化を抑制しやすくなる。なお、サイドレール１，２には、窒化処理等の表面処理が施されてもよいし、防錆処理のためパーカ処理が施されてもよいし、未処理であってもよい。

【0023】

スペーサエキスパンダ１０は、合金鋼からなる。合金鋼は、例えばＮｉ含有量が８．０ｗｔ％以上且つ１０．５ｗｔ％以下のステンレス鋼とすることができる。スペーサエキスパンダ１０のＮｉ含有量は、２．９ｗｔ％以上且つ１６．１ｗｔ％以下であってもよい。スペーサエキスパンダ１０のＮｉ含有量は、６．５ｗｔ％以上且つ１１．１ｗｔ％以下であってもよい。スペーサエキスパンダ１０のＮｉ含有量の上限値は、例えば、スペーサエキスパンダ１０の加工性への影響を考慮した値に設定されてもよい。スペーサエキスパンダ１０のＮｉ含有量の上限値は、Ｎｉ起因のコストを考慮した値に設定されてもよい。スペーサエキスパンダ１０は、例えば、合金鋼の板をプレス加工（切り曲げ加工及び打ち抜き加工）することによって製造することができる。スペーサエキスパンダ１０では、例えば、表面処理が未処理とされている。スペーサエキスパンダ１０の耳部５には、窒化処理等の表面処理が施されてもよい。窒化処理により耳部５の摩耗が抑制されると、オイルコントロールリング５０の張力減退を抑制しやすくなる。

【0024】

スペーサエキスパンダ１０において、耳部５の当接面５ａは、スペーサエキスパンダ１０の径方向に交差して延在する略矩形状の平面とされている。当接面５ａには、例えば突起又は凹みが設けられていない。当接面５ａは、スペーサエキスパンダ１０の軸方向に対して所定の傾斜角度で傾斜する傾斜面となっている。当接面５ａの傾斜角度は、例えば、１５°以上且つ２５°以下であってもよいし、１８°以上且つ２２°以下であってもよい。この傾斜角度で当接面５ａが傾斜することにより、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転を抑制しやすくなる。当接面５ａの傾斜角度が上記範囲にあることにより、例えばオイルコントロールリング５０がピストンＰの溝Ｐａに装着されている状態において、サイドレール１，２における側面１ｂ，２ｂとは反対側の側面が溝Ｐａの上面又は下面に押し付けられやすくなる。よって、側面１ｂ，２ｂとは反対側の側面と溝Ｐａの上面又は下面との間で摩擦が発生し、サイドレール１，２の単独回転が抑制されやすくなる。当接面５ａの傾斜角度が上記範囲の下限値よりも小さいと、上記摩擦が発生しにくくなる。当接面５ａの傾斜角度の上記範囲の上限値は、オイルコントロールリング５０の機能を適切に発揮させるために、サイドレール１，２が上側の耳部５の上面又は下側の耳部５の下面に乗り上げにくい値に設定されてもよい。当接面５ａの幅は、例えば、０．５ｍｍ以上且つ１．２ｍｍ以下であってもよいし、０．５５ｍｍ以上且つ１．０ｍｍ以下であってもよいし、０．６ｍｍ以上且つ０．８ｍｍ以下であってもよい。当接面５ａの幅とは、スペーサエキスパンダ１０の径方向に直交する方向（スペーサエキスパンダ１０の周方向又は当該周方向に沿う接線方向）に沿う当接面５ａの寸法を意味する。耳部５の当接面５ａの幅が０．５ｍｍ以上であることで、サイドレール１，２の保持性が低下しにくくなる。耳部５の当接面５ａの幅が１．２ｍｍ以下であることで、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａにかかる面圧の低下を抑制し、単独回転を抑制しやすくなる。

【0025】

サイドレール１，２及びスペーサエキスパンダ１０は、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転を抑制する観点で、内周面１ａ，２ａの粗さ及び耳部５の当接面５ａの粗さが所定の初期馴染み状態において一定範囲の値となるように構成されている。

【0026】

所定の初期馴染み状態とは、オイルコントロールリング５０の使用初期においてサイドレール１，２の内周面１ａ，２ａと耳部５の当接面５ａとが一定程度の摺動を経て表面の粗さが安定した状態を意味する。所定の初期馴染み状態は、例えば、オイルコントロールリング５０を組み込んだエンジンを実際に所定の馴染み運転を行った後の状態であってもよいし、エンジンの馴染み運転を模擬する装置を用いた試験等を行った後の状態であってもよい。所定の初期馴染み状態は、一般的にはオイルコントロールリング５０の製造直後の未使用状態を意味しないが、例えば製造者において上述の一定程度の摺動を経て表面の粗さが安定した状態が「未使用状態」として定義される場合には、オイルコントロールリング５０の未使用状態を含んでもよい。一定程度の摺動を経て表面の粗さが安定した状態としては、例えば防錆処理のためパーカ処理が施されている場合、パーカ処理が摩耗して表面の粗さが母材の粗さとなった状態を意味してもよい。一例として、後述の実施例における「単独回転及び張力減退の評価」に示すような評価試験後の状態であってもよい。

【0027】

サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．５μｍ以下である。Ｒｚは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に規定される粗さ曲線の最大高さＲｚであり、触針式表面粗さ試験機を用いて測定される。サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下であってもよいし、１．７５μｍ以下であってもよいし、１．５μｍ以下であってもよい。このようなサイドレール１，２の内周面１ａ，２ａのＲｚは、例えばブラスト処理等によってサイドレールの内周面の粗さを大きくする場合と比べて小さいＲｚということができる。よって、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａと当接するスペーサエキスパンダ１０の耳部５が摩耗することを抑制しやすくなる。

【0028】

サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも小さい。Ｒｐｋは、ＪＩＳ Ｂ０６７１－２：２００２に規定される突出山部高さ（凸部の高さ）Ｒｐｋであり、触針式表面粗さ試験機を用いて測定される。Ｒｖｋは、ＪＩＳ Ｂ０６７１－２：２００２に規定される突出谷部高さ（凹部の深さ）Ｒｖｋであり、触針式表面粗さ試験機を用いて測定される。

【0029】

サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．５５μｍ以下であってもよいし、０．４５μｍ以下であってもよいし、０．３０μｍ以下であってもよい。サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでは、摩耗防止の観点から、所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．８０μｍ以下であってもよいし、０．７０μｍ以下であってもよいし、０．５５μｍ以下であってもよい。サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでは、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転を抑制する観点から、所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．０１μｍ以上であってもよい。スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転を抑制する観点から、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａにおけるＲｐｋに対するＲｖｋの比率Ｒｖｋ／Ｒｐｋは、１．２５以上であってもよいし、１．４５以上であってもよいし、１．７５以上であってもよい。一例として、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．５１μｍ以下であり、且つ所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．７６μｍ以下である。

【0030】

スペーサエキスパンダ１０の耳部５の当接面５ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下である。耳部５の当接面５ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが１．７５μｍ以下であってもよいし、１．５μｍ以下であってもよいし、１．２５μｍ以下であってもよい。

【0031】

耳部５の当接面５ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも大きい。耳部５の当接面５ａでは、摩耗防止の観点から、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．７５μｍ以下であってもよいし、０．６０μｍ以下であってもよいし、０．５５μｍ以下であってもよいし、０．５０μｍ以下であってもよい。耳部５の当接面５ａでは、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転を抑制する観点から、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．０１μｍ以上であってもよい。耳部５の当接面５ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．５０μｍ以下であってもよいし、０．３０μｍ以下であってもよいし、０．２０μｍ以下であってもよい。スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転を抑制する観点から、耳部５の当接面５ａにおけるＲｖｋに対するＲｐｋの比率Ｒｐｋ／Ｒｖｋは、１．３以上であってもよいし、１．６以上であってもよいし、１．８以上であってもよい。一例として、耳部５の当接面５ａは、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．７５μｍ以下であり、且つ所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．５０μｍ以下である。

【0032】

ところで、３ピースのオイルコントロールリングでは、一対のサイドレールでスペーサエキスパンダを挟み込むことで１組のオイルコントロールリングが構成される。通常、３ピースのオイルコントロールリングは、ピストンの溝に装着され、当該溝の内部で１組のオイルコントロールリング全体として周方向に回転し得る。ただし、サイドレールの材料、サイドレールの表面処理、及びスペーサエキスパンダの表面処理の組合せによっては、スペーサエキスパンダに対してサイドレールが単独で回転してしまう事象（単独回転）が発生することがある。スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転が発生すると、上下一対のサイドレールの合口部の周方向位置が揃う場合がある。この場合、エンジンオイルが燃焼室内に上がりやすくなり、オイル消費量が増加することがある。

【0033】

この点、本実施形態に係るオイルコントロールリング５０は、サイドレール１，２のＮｉ含有量が０．０５ｗｔ％以上且つ０．６０ｗｔ％以下であること、スペーサエキスパンダ１０のＮｉ含有量が２．９ｗｔ％以上且つ１６．１ｗｔ％以下であること、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでの所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．５μｍ以下であること、及び、耳部５の当接面５ａでの所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下であること、の４つの条件を全て満たしている。オイルコントロールリング５０は、上記４つの条件の少なくとも一つを満たさないオイルコントロールリングと比較して、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転が生じにくくなる。また、オイルコントロールリング５０によれば、例えばブラスト処理等によってサイドレールの内周面の粗さを大きくする場合と比べて、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａと当接するスペーサエキスパンダ１０の耳部５の摩耗の増大を抑制しやすい。よって、オイルコントロールリング５０によれば、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転の抑制と、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａとスペーサエキスパンダ１０の耳部５との摩耗抑制と、の両立を図ることができる。

【0034】

サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも小さい。耳部５の当接面５ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも大きい。サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．５１μｍ以下であり、且つ所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．７６μｍ以下である。耳部５の当接面５ａでは、所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．７５μｍ以下であり、且つ所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．５０μｍ以下である。この構成によれば、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａのＲｐｋに対応する（相関のある）凸部の高さと耳部５の当接面５ａのＲｖｋに対応する（相関のある）凹部の深さとの相互作用、及び、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａのＲｖｋに対応する（相関のある）凹部の深さと耳部５の当接面５ａのＲｐｋに対応する（相関のある）凸部の高さとの相互作用により、互いに噛み合う作用が生じて摩擦力が向上する。これにより、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転の抑制しつつ、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａのＲｚを低減しやすくなる。また、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａにおけるＲｐｋに対するＲｖｋの比率Ｒｖｋ／Ｒｐｋは、１．２５以上であってもよいし、１．４５以上であってもよいし、１．７５以上であってもよい。このようにサイドレール１，２の内周面１ａ，２ａにおけるＲｖｋ／Ｒｐｋを高めることで、上述の互いに噛み合う作用が生じやすくなる。また、耳部５の当接面５ａにおけるＲｖｋに対するＲｐｋの比率Ｒｐｋ／Ｒｖｋは、１．３以上であってもよいし、１．６以上であってもよいし、１．８以上であってもよい。このように耳部５の当接面５ａにおけるＲｖｋに対するＲｐｋの比率Ｒｐｋ／Ｒｖｋを高めることで、上述の互いに噛み合う作用が生じやすくなる。

【0035】

ちなみに、サイドレール１，２にＮｉを添加することで、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａと耳部５の当接面５ａとの親和性を高めることができる。親和性とは、サイドレール１，２とスペーサエキスパンダ１０とでそれぞれ一定量のＮｉを含有することで、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａと耳部５の当接面５ａとが滑りにくくなる効果（いわゆる、ともがね効果）を意味する。このような親和性の向上により、オイルコントロールリング５０の使用初期において、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａと耳部５の当接面５ａとが早期に馴染むことが期待される。上述の互いに噛み合う作用が生じて摩擦力が向上することに加えて、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａと耳部５の当接面５ａとが早期に馴染むことにより、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転の抑制しやすくなる。

【0036】

サイドレール１，２のＮｉ含有量は、０．２６ｗｔ％以上且つ０．４９ｗｔ％以下であってもよい。スペーサエキスパンダ１０のＮｉ含有量は、６．５ｗｔ％以上且つ１１．１ｗｔ％以下であってもよい。これらのようなＮｉ含有量とすることにより、上述のような親和性の向上をより一層期待することができる。

【0037】

サイドレール１，２の母材硬さは、ＨＶ２５０以上且つ６２０以下であってもよい。更に、サイドレール１，２の母材硬さは、ＨＶ４５０以上且つ６２０以下であってもよい。このようなサイドレール１，２の母材硬さの範囲とすることで、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａの摩耗の抑制を図りつつ、内周面１ａ，２ａが当接する耳部５の摩耗の抑制を図ることができる。

【0038】

耳部５の当接面５ａの傾斜角度は、１５°以上且つ２５°以下であってもよいし、１８°以上且つ２２°以下であってもよい。また、耳部５の当接面５ａの幅は、０．５ｍｍ以上且つ１．２ｍｍ以下であってもよいし、０．５５ｍｍ以上且つ１．０ｍｍ以下であってもよいし、０．６ｍｍ以上且つ０．８ｍｍ以下であってもよい。耳部５の当接面５ａの幅が０．５ｍｍ以上であることで、サイドレール１，２の保持性が低下しにくくなる。耳部５の当接面５ａの幅が１．２ｍｍ以下であることで、サイドレール１，２の内周面１ａ，２ａにかかる面圧の低下を抑制し、単独回転を抑制しやすくなる。これらのような当接面５ａの構成により、スペーサエキスパンダ１０に対するサイドレール１，２の単独回転の抑制の確実化を図ることができる。

【0039】

以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではない。

【0040】

上記実施形態では、サイドレール１，２の断面形状は、内周面１ａ，２ａが上下対称に湾曲する円弧面形状をなしていたが、これに限定されない。内周面１ａ，２ａは、上下非対称であってもよいし、テーパ断面等の円弧面以外の形状であってもよく、従来公知の形状とすることができる。

【0041】

上記実施形態は、全ての耳部５が実質的に同じ形状であったが、必ずしも実質的に同じ形状でなくてもよい。

【実施例】

【0042】

（実施例１～８）
Ｎｉを添加したスチール材のスペーサエキスパンダ、Ｎｉを添加したスチール材の一対のサイドレールを準備し、サイドレールのＮｉ含有量が０．０５ｗｔ％以上且つ０．６０ｗｔ％以下であること、スペーサエキスパンダのＮｉ含有量が２．９ｗｔ％以上且つ１６．１ｗｔ％以下であること、サイドレールの内周面は所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．５μｍ以下であること、及び、耳部の当接面は所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下であること、の４つの条件を全て満たすオイルコントロールリング（呼び径：８０．５ｍｍ、組合せ幅寸法：２．０ｍｍ、組合せ厚さ：２．２５ｍｍ）を作製した。触針式表面粗さ試験機を用いて、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に規定される粗さ曲線の最大高さＲｚと、ＪＩＳ Ｂ０６７１－２：２００２に規定される突出山部高さ（凸部の高さ）Ｒｐｋと、ＪＩＳ Ｂ０６７１－２：２００２に規定される突出谷部高さ（凹部の深さ）Ｒｖｋと、を測定した。ただし、測定可能部が短いため、規定される評価長さに代えて評価長さ０．４ｍｍとして測定した。実施例１～８に係るオイルコントロールリングでは、サイドレールのＮｉ含有量、サイドレールの母材硬さＨＶ、内周面のＲｚ、内周面のＲｐｋ、及び、内周面のＲｖｋは、表１に示すとおりであった。実施例１～８に係るオイルコントロールリングでは、スペーサエキスパンダのＮｉ含有量、スペーサエキスパンダの母材硬さＨＶ、耳部の当接面のＲｚ、耳部の当接面のＲｐｋ、及び、耳部の当接面のＲｖｋは、表１に示すとおりであった。

【0043】

（比較例１～５）
Ｎｉを添加したスチール材のスペーサエキスパンダ、Ｎｉを添加したスチール材の一対のサイドレールを準備し、サイドレールのＮｉ含有量が０．０５ｗｔ％以上且つ０．６０ｗｔ％以下であること、スペーサエキスパンダのＮｉ含有量が２．９ｗｔ％以上且つ１６．１ｗｔ％以下であること、サイドレールの内周面は所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．５μｍ以下であること、及び、耳部の当接面は所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下であること、の４つの条件の少なくとも一つを満たさないオイルコントロールリング（呼び径：８０．５ｍｍ、組合せ幅寸法：２．０ｍｍ、組合せ厚さ：２．２５ｍｍ）を作製した。触針式表面粗さ試験機を用いて、Ｒｚと、Ｒｐｋと、Ｒｖｋと、を測定した。ただし、測定可能部が短いため、規定される評価長さに代えて評価長さ０．４ｍｍとして測定した。比較例１～５に係るオイルコントロールリングでは、サイドレールのＮｉ含有量、サイドレールの母材硬さＨＶ、内周面のＲｚ、内周面のＲｐｋ、及び、内周面のＲｖｋは、表１に示すとおりであった。比較例１～５に係るオイルコントロールリングでは、スペーサエキスパンダのＮｉ含有量、スペーサエキスパンダの母材硬さＨＶ、耳部の当接面のＲｚ、耳部の当接面のＲｐｋ、及び、耳部の当接面のＲｖｋは、表１に示すとおりであった。

【0044】

＜単独回転及び張力減退の評価＞
図４に示す装置を用いてスペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転を評価した。図４に示される装置１００は、疑似オイルリング溝１０１を有するホルダー（擬似ピストン）１０２に、オイルコントロールリングを装着し、円筒（擬似シリンダ）１０３内で、支柱１０４に設けた支点１０５を中心に首振り運動させ、サイドレールの単独回転を評価するための装置である。なお、ホルダー１０２の中心軸と円筒１０３の中心軸をずらして配置した。これにより、両者の中心軸をずらさない場合と比較して厳しい条件で評価を行った。

【0045】

試験では、まず、スペーサエキスパンダの合口部の位置に対して、上下二枚のサイドレールを、スペーサエキスパンダの合口部の位置からそれぞれ反対方向に３０°ずらして組み付けるようにオイルコントロールリングをホルダー１０２に装着した。首振り角度αを０．５°毎に、０．５°から７．５°まで、１０往復／秒の速度で１０分間ずつ首振り運動させることによって試験を行った。サイドレールの単独回転が起こった首振り角度の大きさによって、サイドレール単独回転の防止能力を評価した。サイドレール単独回転が起こった首振り角度が大きいほど、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転を抑制しやすい構成であると評価できる。評価試験により、表１に示される結果を得た。

【0046】

【表1】

【0047】

表１に示されるように、実施例２，４，６～８のオイルコントロールリングでは、サイドレール単独回転が起こった首振り角度αは７．０°以上であった（判定Ａ）。実施例１，３，５のオイルコントロールリングでは、サイドレール単独回転が起こった首振り角度αは５．５°以上且つ７．０°未満であった（判定Ｂ）。実施例１～８では、オイルコントロールリングの張力の低下（張力減退率）は、６％以下であった。特に実施例６，８では、オイルコントロールリングの張力減退率は、３％であった。なお、張力減退率は、（試験前リング張力－試験後リング張力）／試験前リング張力×１００（％） である。ここでの「試験前」及び「試験後」の用語の「試験」は、本実施例の「単独回転及び張力減退の評価」に示した評価試験のことである。

【0048】

一方、比較例１～４のオイルコントロールリングでは、サイドレール単独回転が起こった首振り角度αは５．５°未満であった（判定Ｃ）。比較例５のオイルコントロールリングでは、サイドレール単独回転が起こった首振り角度αは７．５°であったが、オイルコントロールリングの張力減退率は、１１％であった。比較例５のオイルコントロールリングは、サイドレールのＲｚが５．５３と大きいため、サイドレールの内周面とスペーサエキスパンダの耳部との摩耗抑制に不利であったと考えられる。よって、実施例１～８のオイルコントロールリングは、比較例１～５のオイルコントロールリングと比べて、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転の抑制と、サイドレールの内周面とスペーサエキスパンダの耳部との摩耗抑制と、の両立が図られているということができる。

【0049】

なお、以下、本開示の種々の態様の構成要件を記載する。
［１］
一対のサイドレールと、前記一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備える３ピースのオイルコントロールリングであって、
前記スペーサエキスパンダは、前記サイドレールの内周面と当接する当接面を含む複数の耳部を有し、
前記サイドレールの前記内周面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．５μｍ以下であり、
前記耳部の前記当接面では、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下であり、
前記サイドレールは合金鋼からなり、前記サイドレールのＮｉ含有量は、０．０５ｗｔ％以上且つ０．６０ｗｔ％以下であり、
前記スペーサエキスパンダは合金鋼からなり、前記スペーサエキスパンダのＮｉ含有量は、２．９ｗｔ％以上且つ１６．１ｗｔ％以下である、オイルコントロールリング。
［２］
前記サイドレールの前記内周面では、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが前記所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも小さい、［１］に記載のオイルコントロールリング。
［３］
前記耳部の前記当接面では、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが前記所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋよりも大きい、［１］又は［２］に記載のオイルコントロールリング。
［４］
前記サイドレールの前記内周面では、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．５１μｍ以下であり、且つ前記所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．７６μｍ以下であり、
前記耳部の前記当接面では、前記所定の初期馴染み状態におけるＲｐｋが０．７５μｍ以下であり、且つ前記所定の初期馴染み状態におけるＲｖｋが０．５０μｍ以下である、［３］に記載のオイルコントロールリング。
［５］
前記サイドレールのＮｉ含有量は、０．２６ｗｔ％以上且つ０．４９ｗｔ％以下であり、
前記スペーサエキスパンダのＮｉ含有量は、６．５ｗｔ％以上且つ１１．１ｗｔ％以下である、［１］～［４］の何れか一つに記載のオイルコントロールリング。
［６］
前記サイドレールの母材硬さは、ＨＶ２５０以上且つ６２０以下である、［１］～［５］の何れか一つに記載のオイルコントロールリング。
［７］
前記サイドレールの母材硬さは、ＨＶ４５０以上且つ６２０以下である、［６］に記載のオイルコントロールリング。
［８］
前記耳部の前記当接面の傾斜角度は、１５°以上且つ２５°以下である、［１］～［７］の何れか一つに記載のオイルコントロールリング。
［９］
前記耳部の前記当接面の幅は、０．５ｍｍ以上且つ１．２ｍｍ以下である、［１］～［８］の何れか一つに記載のオイルコントロールリング。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本開示によれば、スペーサエキスパンダに対するサイドレールの単独回転の抑制と、サイドレールの内周面とスペーサエキスパンダの耳部との摩耗抑制と、の両立を図ることができるオイルコントロールリングが提供される。

【符号の説明】

【0051】

１，２…サイドレール、１ａ，２ａ…内周面、５…耳部、５ａ…当接面、１０…スペーサエキスパンダ、５０…オイルコントロールリング。

【要約】

オイルコントロールリングは、一対のサイドレールと、一対のサイドレールの間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備える３ピースのオイルコントロールリングである。スペーサエキスパンダは、サイドレールの内周面と当接する当接面を含む複数の耳部を有し、サイドレールの内周面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．５μｍ以下であり、耳部の当接面では、所定の初期馴染み状態におけるＲｚが２．０μｍ以下であり、サイドレールは合金鋼からなり、サイドレールのＮｉ含有量は、０．０５ｗｔ％以上且つ０．６０ｗｔ％以下であり、スペーサエキスパンダは合金鋼からなり、スペーサエキスパンダのＮｉ含有量は、２．９ｗｔ％以上且つ１６．１ｗｔ％以下である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】