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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-29
(45)【発行日】2024-11-07
(54)【発明の名称】ピストンリング及びピストンリングセット
(51)【国際特許分類】
F16J 9/20 20060101AFI20241030BHJP
F16J 9/06 20060101ALI20241030BHJP
F02F 5/00 20060101ALI20241030BHJP
【ＦＩ】
F16J9/20
F16J9/06 B
F02F5/00 R
F02F5/00 301E
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021214413
(22)【出願日】2021-12-28
(65)【公開番号】P2023097976
(43)【公開日】2023-07-10
【審査請求日】2024-06-26
【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】山田 武志
【審査官】後藤 健志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－０６００４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３２３１３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３３６７４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１９４２２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１９４１０４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】実開平０５－０１４７３３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開昭６４－００８５５３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１７－０２６０５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第４１６５１１９（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】実開昭５３－１５０３０８（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０２１－００１６１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１２４３４６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｊ ９／２０
Ｆ１６Ｊ ９／０６
Ｆ０２Ｆ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内周面及び外周面と、前記内周面に略直交する一側面及び他側面とを有する環状の本体部を備えたピストンリングであって、前記外周面の前記一側面側において前記本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第１湾曲面と、
前記外周面の前記他側面側において前記本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第２湾曲面と、
前記第１湾曲面と前記第２湾曲面とを接続するように前記一側面と前記他側面とを結ぶ方向に沿って延在する中間面と、を備え、
新品の前記ピストンリングにおいて、
前記中間面は、少なくとも一部に平坦部を有し、
前記方向に沿う前記中間面の幅は、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下であり、
前記第１湾曲面は、少なくとも前記第１湾曲面と前記中間面との第１境界において湾曲面となっており、
前記第２湾曲面は、少なくとも前記第２湾曲面と前記中間面との第２境界において湾曲面となっており、
前記平坦部は、前記本体部の周方向に直交する断面視で前記ピストンリングの軸方向と平行な直線となっている、ピストンリング。
【請求項2】
前記平坦部は、新品の前記ピストンリングにおいて、前記方向に沿って前記中間面の前記幅の５０％以上の幅寸法を有する、請求項１に記載のピストンリング。
【請求項3】
前記第１湾曲面と前記中間面との第１境界において前記第１湾曲面に接する第１仮想線が前記中間面となす角度である第１くさび角度、及び、前記第２湾曲面と前記中間面との第２境界において前記第２湾曲面に接する第２仮想線が前記中間面となす角度である第２くさび角度、の少なくともいずれかは、新品の前記ピストンリングにおいて、１．５°以下である、請求項１又は２に記載のピストンリング。
【請求項4】
前記中間面のうち最も前記径方向外側に位置する最外部は、新品の前記ピストンリングにおいて、前記中間面の前記方向における中央部よりも前記一側面側に配置されている、請求項１～３の何れか一項に記載のピストンリング。
【請求項5】
前記中間面のうち最も前記径方向外側に位置する最外部は、新品の前記ピストンリングにおいて、前記中間面の前記方向における中央部よりも前記他側面側に配置されている、請求項１～３の何れか一項に記載のピストンリング。
【請求項6】
新品の前記ピストンリングにおいて、前記一側面と前記内周面とを接続するように前記方向に対して傾斜して延在するインナーカット面を備える、請求項１～５の何れか一項に記載のピストンリング。
【請求項7】
所定のシリンダ装着状態における前記ピストンリングのねじれ角は、新品の前記ピストンリングにおいて、５′～９０′である、請求項６に記載のピストンリング。
【請求項8】
請求項１～７の何れか一項に記載のピストンリングと、一対のサイドレールと一対の前記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で構成されたオイルコントロールリングと、を備えるピストンリングセットであって、
前記サイドレールは、
外周面と、内周面と、第１の側面と、第２の側面とを有し、
前記内周面は、軸方向の断面において上下対称の形状を有しており、
前記軸方向の断面において、前記サイドレールの前記内周面が以下の条件Ａ１を満たす内側先端部を有する、ピストンリングセット。
条件Ａ１： ０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
式中、Ｒ１は前記内側先端部を構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０は前記サイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。
【請求項9】
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が当接する複数の耳部と、前記耳部と隣接して設けられており、前記サイドレールの側面と対面する複数のレール対面部とを有し、前記複数の耳部の全部又は少なくとも一部が以下の条件Ｂ１を満たす、請求項８に記載のピストンリングセット。
条件Ｂ１： Ｗ／Ｈ≧１．５
式中、Ｗは前記耳部の最も高い位置から前記レール対面部の方向に０．０５ｍｍ移動した位置における前記耳部の幅（単位：ｍｍ）を示し、Ｈは前記レール対面部における前記耳部と隣接する領域の最も高い位置と前記耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、内燃機関等に使用されるピストンリング及びピストンリングセットに関する。
【背景技術】
【0002】
自動車等の内燃機関に用いられるピストンリングは、例えばピストン外周面のリング溝に設けられてシリンダ内壁と摺動する。ピストンリングは、燃焼室側とクランク室側との間のガスシール機能、及び、オイル消費量の低減機能を有する。このようなピストンリングとして、例えば特許文献１に記載のピストンリングが知られている。特許文献１に記載の技術では、ピストンリングの外周表面粗さが所定値以下となるように研摩されており、初期運転でのオイル消費の低減が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平０６－０１１０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
内燃機関の燃費改善を図るため、ピストンリングとシリンダとの間の摩擦損失を低減させる低フリクション化の検討が重ねられている。低フリクション化では、オイル消費への影響を考慮しつつピストンリングの外周面の形状を工夫することが重要となるところ、ピストンリングの使用開始の初期において、更なる低フリクション化を図る余地があった。
【0005】
本開示は、ピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができるピストンリング及びピストンリングセット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】
上記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者は、ピストンリングとシリンダとの間に形成される微小なくさび形状の空間がピストンリングの使用開始の初期の低フリクション化に重要であることを見出し、好適に更なる低フリクション化が図られるピストンリングの外周面の形状を見出した。
【0007】
本開示の一態様に係るピストンリングは、内周面及び外周面と、内周面に略直交する一側面及び他側面とを有する環状の本体部を備えたピストンリングであって、外周面の一側面側において本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第１湾曲面と、外周面の他側面側において本体部の径方向外側に向かって凸状に湾曲する第２湾曲面と、第１湾曲面と第２湾曲面とを接続するように一側面と他側面とを結ぶ方向に沿って延在する中間面と、を備え、中間面は、少なくとも一部に平坦部を有し、一側面と他側面とを結ぶ方向に沿う中間面の幅は、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。
【0008】
本開示の一態様に係るピストンリングでは、第１湾曲面と第２湾曲面とを接続するように、少なくとも一部に平坦部を有する中間面が形成されている。一側面と他側面とを結ぶ方向に沿う中間面の幅は、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。この構成では、ピストンリングにおける中間面近傍の第１湾曲面とシリンダとの間、及び、ピストンリングにおける中間面近傍の第２湾曲面とシリンダとの間に、微小なくさび形状の空間が形成される。０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下となるような中間面を設けることで、ピストンリングの使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減が促進され、好適な微小なくさび形状の空間が容易に形成されることとなる。その結果、ピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。
【0009】
一実施形態において、平坦部は、方向に沿って中間面の幅の５０％以上の幅寸法を有してもよい。
【0010】
一実施形態において、第１湾曲面と中間面との第１境界において第１湾曲面に接する第１仮想線が中間面となす角度である第１くさび角度、及び、第２湾曲面と中間面との第２境界において第２湾曲面に接する第２仮想線が中間面となす角度である第２くさび角度、の少なくともいずれかは、１．５°以下であってもよい。
【0011】
一実施形態において、中間面のうち最も径方向外側に位置する最外部は、中間面の方向における中央部よりも一側面側に配置されていてもよい。
【0012】
一実施形態において、中間面のうち最も径方向外側に位置する最外部は、中間面の方向における中央部よりも他側面側に配置されていてもよい。
【0013】
一実施形態において、一側面と内周面とを接続するように方向に対して傾斜して延在するインナーカット面を備えてもよい。
【0014】
一実施形態において、所定のシリンダ装着状態におけるピストンリングのねじれ角は、５′～９０′であってもよい。
【0015】
本開示の他の態様に係るピストンリングセットは、上記のピストンリングと、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で構成されたオイルコントロールリングと、を備えるピストンリングセットであって、サイドレールは、外周面と、内周面と、第１の側面と、第２の側面とを有し、内周面は、軸方向の断面において上下対称の形状を有しており、軸方向の断面において、サイドレールの内周面が以下の条件Ａ１を満たす内側先端部を有する。
条件Ａ１： ０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
但し、式中、Ｒ１は内側先端部を構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。なお、サイドレールの輪郭形状（内周面及び外周面等の形状）は輪郭形状測定機（例えば、ＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）製）を使用して計測することができる。
条件Ａ１： ０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
但し、式中、Ｒ１は内側先端部を構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。なお、サイドレールの輪郭形状（内周面及び外周面等の形状）は輪郭形状測定機（例えば、ＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）製）を使用して計測することができる。
【0016】
本開示の他の態様に係るピストンリングセットでは、内周面が軸方向の断面において上下対称の形状を有しており、サイドレールの内周面の内側先端部が条件Ａ１を満たしている。本発明者らの検討によると、サイドレールの内周面の内側先端部が条件Ａ１を満たすことで、内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量を十分に抑制できる。これは、高速運転時におけるサイドレールの挙動が安定化し、ピストン溝の内面にサイドレールの側面が当接しやすくなりシール性を向上させるためと推察される。サイドレールの挙動は、シリンダとの摩擦力と、往復動に伴う慣性力の影響を受ける。往復動の高速化はオイルコントロールリングに加わる慣性力を増大させるため、摩擦力の影響よりも慣性力の影響の方が支配的になると推察される。内側先端部が条件Ａ１を満たすことで、従来のサイドレールと比較して重心が内周面側にシフトするとともに、スペーサエキスパンダの耳部に当接する位置がシフトする。これらの事項がサイドレールの挙動の安定化に寄与していると推察される。したがって、ピストンリングによりピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図りつつ、オイルコントロールリングにより内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量の増大を十分に抑制できる。
【0017】
一実施形態において、スペーサエキスパンダは、サイドレールの内周面が当接する複数の耳部と、耳部と隣接して設けられており、サイドレールの側面と対面する複数のレール対面部とを有し、複数の耳部の全部又は少なくとも一部が以下の条件Ｂ１を満たしてもよい。
条件Ｂ１： Ｗ／Ｈ≧１．５
但し、式中、Ｗは耳部の最も高い位置からレール対面部の方向に０．０５ｍｍ移動した位置における耳部の幅（単位：ｍｍ）を示し、Ｈはレール対面部における耳部と隣接する領域の最も高い位置と耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す。この場合、Ｗ／Ｈの値が１．５以上の耳部を有するスペーサエキスパンダは、Ｗ／Ｈの値が１．５未満のものと比較して耳部の摩耗量を抑制できる。また、耳部の幅に比して耳部の高さを制限した寸法比になっているため、耳部の強度や加工性の観点からも好適である。Ｗ／Ｈの値の上限値は、スペーサエキスパンダで発生させる張力の観点から、例えば、５．０である。
条件Ｂ１： Ｗ／Ｈ≧１．５
但し、式中、Ｗは耳部の最も高い位置からレール対面部の方向に０．０５ｍｍ移動した位置における耳部の幅（単位：ｍｍ）を示し、Ｈはレール対面部における耳部と隣接する領域の最も高い位置と耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す。この場合、Ｗ／Ｈの値が１．５以上の耳部を有するスペーサエキスパンダは、Ｗ／Ｈの値が１．５未満のものと比較して耳部の摩耗量を抑制できる。また、耳部の幅に比して耳部の高さを制限した寸法比になっているため、耳部の強度や加工性の観点からも好適である。Ｗ／Ｈの値の上限値は、スペーサエキスパンダで発生させる張力の観点から、例えば、５．０である。
【0018】
本開示の更に他の態様に係るピストンリングセットによれば、ピストンリングによりピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図りつつ、オイルコントロールリングによりオイル消費量の増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【0019】
本開示によれば、ピストンリングの使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】実施形態に係るピストンリングの斜視図である。
【図4】中間面幅とくさび角度との関係を例示する表である。
【図7】実施例及び比較例に係るピストンリングの摩擦計測結果を示す表である。
【図9】実施例及び比較例に係るピストンリングの摩擦の時系列変化を図示するグラフである。
【図10】３ピースオイルコントロールリングの一例がピストン溝に装着された状態を模式的に示す断面図である。
【図14】サイドレールの内周面の他の例を拡大して示す断面図である。
【図15】スペーサエキスパンダの第１の例を示す平面図である。
【図17】スペーサエキスパンダの第２の例を部分的に示す斜視図である。
【図18】スペーサエキスパンダの第３の例を部分的に示す斜視図である。
【図20】スペーサエキスパンダの第４の例を部分的に示す斜視図である。
【図21】スペーサエキスパンダの第５の例を部分的に示す斜視図である。
【図22】スペーサエキスパンダの第６の例を部分的に示す斜視図である。
【図23】（ａ）は、サイドレールの内周面が当接する面に凸部を有する耳部の一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＡ－Ａ断面図であって凸部が高い態様を示す断面図である。（ｃ）は、（ａ）におけるＡ－Ａ断面図であって（ｃ）は凸部が低い態様を示す断面図である。
【図24】（ａ）は、本開示の耳部の幅Ｗを示す図である。（ｂ）は、比較例の耳部の幅Ｗを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【0022】
図１は、実施形態に係るピストンリングの斜視図である。図１に示されるピストンリング１は、例えば自動車の内燃機関においてピストン外周面のリング溝に設けられるセカンドリングとして用いられる。このピストンリング１は、シリンダ内壁に対して摺動することで、燃焼室側とクランク室側との間のガスシール機能、及び、オイル消費量の低減機能を奏するようになっている。
【0023】
ピストンリング１は、環状の本体部２と、本体部２の一部に形成された合口部３とを有している。本体部２は、一対の側面（一側面）２ａ及び側面（他側面）２ｂと、内周面２ｃ及び外周面２ｄとを有している。側面２ａ，２ｂは、内周面２ｃに略直交している。以下の説明では、側面２ａと側面２ｂとを結ぶ方向をピストンリング１の幅方向とし、内周面２ｃと外周面２ｄとを結ぶ方向をピストンリング１の厚さ方向とする。ピストンリング１の幅方向は、ピストンリング１の軸方向に相当する。
【0024】
本体部２は、厚さ方向が長辺かつ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。本体部２は、例えば複数の金属元素を含有する鋳鉄或いは鋼（スチール）を用い、十分な強度、耐熱性、及び弾性をもって形成されている。
【0025】
本体部２の表面には、表面改質が施されて硬質膜が形成されてもよい。硬質膜は、例えば、物理気相成長法（ＰＶＤ法）を用いて形成される物理気相成長膜（ＰＶＤ膜）である。これにより、硬質膜を十分な硬度で形成できる。硬質膜は、チタン（Ｔｉ）及びクロム（Ｃｒ）の少なくとも一種と、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、及び酸素の少なくとも一種とを含むイオンプレーティング膜、若しくはダイヤモンドライクカーボン膜である。具体例としては、硬質膜は、窒化チタン膜、窒化クロム膜、炭窒化チタン膜、炭窒化クロム膜、酸窒化クロム膜、クロム膜、又はチタン膜である。この中でも、耐摩耗性及び耐スカッフ性を重視する場合には、窒化クロム膜を用いることが好ましい。なお、硬質膜は積層体であってもよく、例えば窒化クロム膜及びダイヤモンドライクカーボン膜等を含んでもよい。
【0026】
合口部３は、本体部２の一部が分断された部分であり、互いに対向する一対の合口端部４，５によって形成されている。一対の合口端部４，５は、それぞれ本体部２の自由端となっている部分である。合口部３の隙間（合口隙間）は、例えばピストンリング１が加熱されて熱膨張したときに狭まるようになっている。合口部３は、ピストンリング１の使用時において、ピストンリング１とシリンダとの間の温度差に起因する本体部２の熱膨張分の逃げ部として機能する。
【0027】
【0028】
【0029】
第１湾曲面２１は、外周面２ｄの側面２ａ側において本体部２の径方向外側に向かって凸状に湾曲する湾曲面である。ここでの第１湾曲面２１は、後述の中間面２３の側面２ａ側の端部から側面２ａに向かって、後述の第１接続面２４の側面２ｂ側の端部まで延びている。第１湾曲面２１は、例えば第１接続面２４が省略される場合、側面２ａの径方向外側の端部まで延びていてもよい。第１湾曲面２１は、例えば円弧状に湾曲している。第１湾曲面２１の形状は、この例に限定されず、円弧とは異なる形状に湾曲していてもよいし、一部に直線を含んでいてもよい。
【0030】
第２湾曲面２２は、外周面２ｄの側面２ｂ側において本体部２の径方向外側に向かって凸状に湾曲する湾曲面である。ここでの第２湾曲面２２は、後述の中間面２３の側面２ｂ側の端部から側面２ｂに向かって、後述の第２接続面２５の側面２ａ側の端部まで延びている。第２湾曲面２２は、例えば第２接続面２５が省略される場合、側面２ｂの径方向外側の端部まで延びていてもよい。第２湾曲面２２は、例えば円弧状に湾曲している。第２湾曲面２２の形状は、この例に限定されず、円弧とは異なる形状に湾曲していてもよいし、一部に直線を含んでいてもよい。
【0031】
第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２は、それぞれ円弧状に湾曲しており、共通の仮想円の一部に重なる円弧であってもよい。仮想円は、例えば、その中心が側面２ａと側面２ｂとの中間に位置してもよい。この場合、ピストンリング１の径方向において仮想円の最外部となる仮想最外部ＯＭ１は、ピストンリング１の側面２ａと側面２ｂとを結ぶ幅方向（方向）Ａの中央に位置する。第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２は、仮想円の最外点を境に幅方向Ａに対称な対称バレル形状の一部分となっている。
【0032】
なお、バレル形状は、ピストンリング１の径方向外側に向かって凸状に湾曲する湾曲面であって、ピストンリング１の径方向の最外部を含む湾曲面を意味する。バレル形状には、対称バレル形状及び偏心バレル形状が含まれる。対称バレル形状は、バレル形状であって、ピストンリング１の径方向の最外部が外周面２ｄの幅方向Ａにおける中央に位置している湾曲面を意味する。偏心バレル形状は、バレル形状であって、ピストンリング１の径方向の最外部が外周面２ｄの幅方向Ａにおける中央よりも下側（クランク室寄り）に位置している湾曲面を意味する。
【0033】
共通の仮想円の大きさは、幅方向Ａに仮想最外部ＯＭ１から一定距離離れた点（例えば上下に０．２５ｍｍずつ離れた各１点）と、仮想最外部ＯＭ１の位置との間の、ピストンリング１の径方向における仮想的な落差寸法（仮想的なダレ量）で規定することができる。仮想的なダレ量は、例えば、０．００１ｍｍ以上且つ０．００８ｍｍ以下であってもよい。仮想的なダレ量は、後述の中間面２３の幅に応じて設定されてもよい。
【0034】
ここで、外周面２ｄは、第１湾曲面２１と第２湾曲面２２との間に中間面２３が設けられている。中間面２３は、外周面２ｄのうち径方向外側に最も張り出している部分を含むシリンダ内壁との当たり面である。中間面２３は、ピストンリング１をピストンのリング溝に装着した際に、シリンダ内壁に接して摺動する。中間面２３は、第１湾曲面２１と第２湾曲面２２とを接続するように幅方向Ａに沿って延在する。中間面２３は、上端が第１湾曲面２１に連なり、下端が第２湾曲面２２に連なっている。ここでの中間面２３は、側面２ａ，２ｂと略直交し、且つ内周面２ｃと略平行になっている。なお、中間面２３は、本体部２の周方向については、周方向全体に亘って延在している。
【0035】
幅方向Ａに沿う中間面２３の幅（中間面幅ＭＷ）は、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷは、好ましくは、０．０５ｍｍ以上且つ０．２５ｍｍ以下であってもよい。幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷは、更に好ましくは、０．０５ｍｍ以上且つ０．２０ｍｍ以下であってもよい。
【0036】
中間面２３は、少なくとも一部に平坦部２３ａを有している。平坦部２３ａは、中間面２３のうち、本体部２の周方向に直交する断面視で直線状となる部分である。ここでの平坦部２３ａは、側面２ａ，２ｂと直交し、且つ内周面２ｃと平行になっており、本体部２の周方向に直交する断面視でピストンリング１の軸方向（幅方向Ａ）と平行な直線となっている。平坦部２３ａは、ピストンリング１の周方向については、周方向全体に亘って設けられ、合口部３が互いに近接した状態で全体として仮想的な円筒状をなしている。
【0037】
このような平坦部２３ａでは、中間面２３のうち最も径方向外側に位置する中間最外部（最外部）ＯＭ２は、平坦部２３ａ全体となっている。中間最外部ＯＭ２は、第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２を径方向外側に仮想的に延長してなる仮想形状よりも径方向内側に位置している。ここでの中間最外部ＯＭ２は、上述の仮想円の仮想最外部ＯＭ１よりも径方向内側に位置している。そのため、外周面２ｄは、一般的な対称バレル形状とは異なり、新品のピストンリング１の使用開始の初期において湾曲面の頂部が断面視で点接触（周方向には線接触）する程度が緩和され、むしろピストンリング１とシリンダ内壁との間に微小なくさび形状が形成され易い形状となっている。
【0038】
平坦部２３ａは、幅方向Ａに沿って中間面幅ＭＷの５０％以上の平坦部幅寸法を有する。平坦部幅寸法は、好ましくは中間面幅ＭＷの７０％以上であってもよい。平坦部幅寸法は、更に好ましくは中間面幅ＭＷの８０％以上であってもよい。ここでの平坦部２３ａは、例えば、中間面幅ＭＷの全体において幅方向Ａに平行な直線状に延びている。つまり、ここでの平坦部幅寸法は、１００％である。この場合、平坦部幅寸法は、幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷと等しく、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。平坦部幅寸法は、好ましくは、０．０５ｍｍ以上且つ０．２５ｍｍ以下であってもよい。平坦部幅寸法は、更に好ましくは、０．０５ｍｍ以上且つ０．２０ｍｍ以下であってもよい。
【0039】
上述の仮想的な落差寸法、中間面幅ＭＷ、及び平坦部幅寸法は、市販の輪郭形状測定機を用いたピストンリング１の外周面２ｄの形状を測定することで得ることができる。輪郭形状測定機としては、例えば、ＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）サーフコム１９００ＤＸ３）を用いることができる。
【0040】
図３は、図２の断面の要部拡大図である。中間面幅ＭＷの寸法の指標として、中間面２３の幅方向Ａの両端部におけるくさび角度を用いることができる。くさび角度は、中間面２３の幅方向Ａの両端部において外周面２ｄの接線と中間面２３とがなす角度である。具体的な一例として、くさび角度は、第１湾曲面２１と中間面２３との第１境界２１ａにおいて第１湾曲面２１に接する第１仮想線２１ｂが中間面２３となす角度である第１くさび角度φ１と、第２湾曲面２２と中間面２３との第２境界２２ａにおいて第２湾曲面２２に接する第２仮想線２２ｂが中間面２３となす角度である第２くさび角度φ２と、が挙げられる。くさび角度は、ピストンリング１とシリンダ内壁との間のオイル導入角度に相当する。
【0041】
くさび角度は、設計上の寸法から幾何学的計算により算出されてもよい。くさび角度は、輪郭形状測定機の測定結果を用いて算出されてもよい。輪郭形状測定機を用いる場合、測定結果を拡大して得られた寸法から幾何学的計算により算出されてもよいし、輪郭形状測定機に備わる輪郭画像上の寸法等の演算ソフトを用いて算出されてもよい。演算ソフトを用いる場合、上述の仮想円の曲率半径と中間面２３との接線角度から算出可能である。くさび角度の算出手法は、特に限定されない。
【0042】
ここでは、中間面２３が幅方向Ａにおける外周面２ｄの中央部に配置されており、幅方向Ａにおいて中間面２３の中央部が外周面２ｄの中央部に位置している。中間面２３は、幅方向Ａにおける外周面２ｄの中央部を境に幅方向Ａに対称となっている。そのため、第１くさび角度φ１と第２くさび角度φ２とは、互いに等しくなっている。なお、「互いに等しい」とは、部品公差及び計測誤差に起因する寸法の相違は含めなくてもよく、幾何学的に互いに等しければよい。
【0043】
上述のような平坦部２３ａの構成では、第１くさび角度φ１及び第２くさび角度φ２は、１．５°以下である。図４は、中間面幅とくさび角度との関係を例示する表である。図５は、図４の中間面幅とくさび角度との関係を図示するグラフである。図４には、１２種類の中間面幅ＭＷを有するピストンリング１において算出されたくさび角度がそれぞれ表として示されている。図５では、横軸は中間面幅ＭＷを示し、縦軸はくさび角度を示す。図５に示されるように、中間面幅ＭＷが大きくなるほどくさび角度が大きくなる傾向があることがわかる。このため、中間面幅ＭＷの寸法の指標として、くさび角度を用いることが可能であることがわかる。
【0044】
例えば、ピストンリング１の幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷは、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下であることから、図４及び図５によれば、くさび角度（第１くさび角度φ１及び第２くさび角度φ２）は、例えば０．６以上且つ１．５°以下であってもよい。くさび角度は、好ましくは、０．６以上且つ１．４°以下であってもよい。くさび角度は、更に好ましくは、０．６以上且つ１．３°以下であってもよい。
【0045】
第１接続面２４は、側面２ａと外周面２ｄとがなす角部が面取りされた部分であり、側面２ａと第１湾曲面２１とを接続する傾斜面である。第１接続面２４は、第１湾曲面２１と共に本体部２の周方向の全体に亘って延在している。第１接続面２４は、側面２ａから側面２ｂに向かうにつれて本体部２の径方向に張り出すように傾斜している。第１接続面２４は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して滑らかに接続されてもよく、曲面がなくてもよい。なお、第１接続面２４は省略されてもよく、側面２ａと第１湾曲面２１とが直接連なっていてもよい。
【0046】
第２接続面２５は、側面２ｂと外周面２ｄとがなす角部が面取りされた部分であり、側面２ｂと第２湾曲面２２とを接続する傾斜面である。第２接続面２５は、第２湾曲面２２と共に本体部２の周方向の全体に亘って延在している。第２接続面２５は、側面２ｂから側面２ａに向かうにつれて本体部２の径方向に張り出すように傾斜している。第２接続面２５は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して滑らかに接続されてもよく、曲面がなくてもよい。なお、第２接続面２５は省略されてもよく、側面２ｂと第２湾曲面２２とが直接連なっていてもよい。
【0047】
以上説明したピストンリングでは、第１湾曲面２１と第２湾曲面２２とを接続するように、少なくとも一部に平坦部２３ａを有する中間面２３が形成されている。側面２ａと側面２ｂとを結ぶ幅方向Ａに沿う中間面幅ＭＷは、０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下である。この構成では、ピストンリング１における中間面２３近傍の第１湾曲面２１とシリンダ内壁との間、及び、ピストンリング１における中間面２３近傍の第２湾曲面２２とシリンダ内壁との間に、微小なくさび形状の空間が形成される。０．０５ｍｍ以上且つ０．３０ｍｍ以下となるような中間面２３を設けることで、ピストンリング１の使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減が促進され、好適な微小なくさび形状の空間が容易に形成されることとなる。その結果、ピストンリング１の使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。
【0048】
［ピストンリングの変形例］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に限定されるものではない。本開示は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に限定されるものではない。本開示は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。
【0049】
上記実施形態では、第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の円弧形状を規定する共通の仮想円は、対称バレル形状の一部分となっていたが、この例に限定されない。例えば、第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の形状は、共通の仮想的な偏心バレル形状の一部分となっていてもよい。また、第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の形状は、バレル形状の一部分でなくてもよい。第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の形状は、仮想楕円の一部分となっていてもよい。要は、第１湾曲面２１及び第２湾曲面２２の形状は、本体部２の径方向外側に向かって凸状に湾曲していればよい。
【0050】
中間面２３は、中間面幅ＭＷの全体において幅方向Ａに平行な直線状に延びる平坦部２３ａとして構成されていたが、これに限定されない。平坦部２３ａは、幅方向Ａに沿って中間面幅ＭＷの５０％未満の平坦部幅寸法を有していてもよい。中間面２３は、幅方向Ａに対して傾斜した直線状（テーパ状）であってもよい。この場合、上記実施形態では、実質的に中間面２３の延びる幅方向Ａと外周面２ｄの接線とがなす角度としてくさび角度が算出されたが、中間面２３の傾斜方向と外周面２ｄの接線とがなす角度として算出されてもよい。
【0051】
中間面２３のうち平坦部２３ａ以外の部分は、径方向外側に張り出す凸部であってもよいし、径方向内側に窪む溝又は凹部であってもよい。この場合の凸部、溝、又は凹部は、断面視で曲線状であってもよいし、断面視で複数の直線で形成されていてもよい。
【0052】
第１くさび角度φ１及び第２くさび角度φ２の両方が１．５°以下であったが、この例に限定されない。例えば、第１くさび角度φ１と第２くさび角度φ２とは、互いに異なっていてもよく、第１くさび角度φ１及び第２くさび角度φ２の何れか一方が１．５°以下であってもよい。
【0053】
上記実施形態では、側面２ａ，２ｂは、内周面２ｃに略直交していたが、例えば図６に示されるピストンリング１Ａのように、側面２ａと内周面２ｃとを接続するように幅方向Ａに対して傾斜して延在するインナーカット面２ｅを備える態様（いわゆるインナーベベル形状）であってもよい。インナーカット面２ｅは、ピストンリング１において側面２ａと内周面２ｃとがなす角部が切り欠かれた部分であり、本体部２の周方向の全体に亘って延在している。切欠き部分はインナーステップ形状であってもよい。ピストンリング１Ａがピストン外周面のリング溝に設けられた状態のピストンがシリンダに取り付けられた場合に相当する所定のシリンダ装着状態におけるピストンリングのねじれ角は、５′～９０′であってもよい。このようなインナーカット面２ｅによれば、第２境界２２ａがシリンダ内壁と強く接触するようになるため、初期のなじみ摺動によるオイル消費量の低減効果が増大し易くなる。
【0054】
上記実施形態及び上記変形例に係るピストンリングは、セカンドリング以外に、例えばトップリング、又は、ディーゼルエンジンにおけるサードリングとして用いることができる。
【0055】
また、上記実施形態及び上記変形例では、合口端部４の端面４ａ及び合口端部５の端面５ａが、本体部２の周方向に対して直角に形成された直角合口を例示しているが、合口端部の形状はこれに限られない。例えば端面４ａ，５ａが上記周方向に対して傾斜して形成された傾斜合口であってもよく、端面４ａの側面２ａ側と端面５ａの側面２ｂ側とが互いに相手側に突出するように形成された段付合口であってもよい。
【実施例】
【0056】
本開示を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本開示はこれらの例に限定されるものではない。
（実施例１）
（実施例１）
【0057】
以下の手順で、実施例１のセカンドリングを作製した。まず、外周面に第１湾曲面、第２湾曲面、及び中間面が設けられた本体部を有するセカンドリングを作製した。本体部としては、ＳＷＯＳＣ－Ｖ材を線材に用い、当該線材に圧延ロール成形及び引き抜き成形を施した。本体部の呼称径は７３ｍｍに設定した。本体部の幅は１．０ｍｍに設定し、本体部の厚さは２．１ｍｍに設定した。第１湾曲面及び第２湾曲面の円弧を規定する対称バレル形状に相当する仮想円の曲率半径は、Ｒ３０とした。仮想円の仮想的なダレ量は、０．００２ｍｍ以上且つ０．００６ｍｍ以下であった。また、インナーベベル形状とし、ねじれ角は、５′～９０′とした。表面には、ＣｒＮイオンプレーティング被膜を施した。輪郭形状測定機としてＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）製サーフコム１９００ＤＸ３を用い、中間面幅ＭＷの測定及びくさび角度を算出した。くさび角度の算出は、輪郭形状測定機に備わる輪郭画像上の寸法等の演算ソフトを用いて行った。以上のようにして製作したセカンドリングを用いて、摩擦の測定を行った。摩擦の測定は、セカンドリングを含むピストンリングセットを組み込んだピストンをシリンダに取り付け、エンジン回転数は２０００ｒｐｍにてモータリング運転し、摩擦を測定した。また、同様にして製作した複数のセカンドリングの外周形状の条件を変えて、図７に示されるように実施例２～３０のセカンドリングを準備し、中間面幅ＭＷの測定及びくさび角度の算出、並びに、摩擦の測定を行った。
【0058】
図７は、実施例及び比較例に係るピストンリングの摩擦計測結果を示す表である。図８（ａ）は、横軸をくさび角度として図７の摩擦計測結果を図示するグラフである。図８（ｂ）は、横軸を中間面幅として図７の摩擦計測結果を図示するグラフである。
【0059】
図８において、比較例１は外周面がテーパ形状のピストンリングであり、一番右に位置する白丸のプロットは比較例２を示す。白丸のプロットの左に並ぶ黒丸のプロット群は実施例１～３０を示す。図８に示されるように、比較例１の摩擦は１３．５と大きく、縦軸のスケール外である。比較例２の摩擦は８．２と比較例１の摩擦よりも小さいが、黒丸のプロット群と比べて摩擦が大きい。
【0060】
黒丸のプロット群において、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍのプロット（実施例５）よりも、例えば、中間面幅ＭＷが０．０７８ｍｍのプロット（実施例１）、０．１００ｍｍのプロット（実施例２）、及び０．１５０ｍｍのプロット（実施例３）の方が、摩擦が小さいことがわかる。このような、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍのプロット（実施例５）よりも摩擦が小さい傾向は、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ以上であって０．２００ｍｍ以下の範囲で見られる。
【0061】
図９は、実施例及び比較例に係るピストンリングの摩擦の時系列変化を図示するグラフである。図９では、中間面幅ＭＷがそれぞれ「無し」、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、及び０．２５ｍｍのピストンリングを用いた場合の、摩擦の測定の評価時間に対する摩擦の大きさの時間的変化が示されている。中間面幅ＭＷが「無し」とは、外周面２ｄに中間面を設けない通常のバレル形状に対応する。なお、図９の原点Ｏは評価時間が０（評価開始時点）である。
【0062】
図９に示されるように、中間面幅ＭＷが無しの白丸プロットは、中間面幅ＭＷが０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、及び０．２５ｍｍのプロットと比べて大きい摩擦の大きさを初期値として、評価時間が経過するにつれて、摩擦が徐々に低下していくことを表している。この摩擦の時間変化は、ピストンリングの使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減に対応するものと考えられる。一方、中間面幅ＭＷが０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、及び０．２５ｍｍの各プロットは、中間面幅ＭＷが無しの白丸プロットと比べて小さい摩擦の大きさを初期値として、評価時間が経過するにつれて摩擦が徐々に低下していくものの、その低下の変化率は、中間面幅ＭＷが無しの白丸プロットと比べて小さい。このような摩擦の時間変化の推移の仕方から、外周面に中間面を設けることで、摩擦が初期値の段階（新品のピストンリングの使用開始の時点）ですでに、外周面に中間面を設けない場合よりも初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減の効果が得られており、摩擦損失の低減が促進されているものと考えられる。
【0063】
図８に戻り、図８において中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ以上であって０．２００ｍｍ以下の範囲では、図９のような初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減の効果が特に顕著に得られているといえる。また、図９のような初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減があることから逆算することで、図８に中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ未満のプロットがどのような位置になるかを推測することができる。中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ未満のプロットは、例えば、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍのプロットよりも摩擦が大きい値となると推測され、比較例２の摩擦の値に近づくものと推測される。この推測に基づけば、外周面に中間面を設けることで、中間面幅ＭＷが０．０５０ｍｍ以上であって０．３００ｍｍ以下の範囲、すなわち図８における黒丸プロット群は初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減の効果が得られるものと考えることができる。
【0064】
［３ピースのオイルコントロールリング］
図１０は、３ピースオイルコントロールリングの一例がピストンＰの溝Ｐａに装着された状態を模式的に示す断面図である。この断面図は、オイルコントロールリングの軸方向（ピストンＰの往復動方向Ａ）における断面を示すものである。往復動方向Ａは、幅方向Ａと同じ方向であってもよい。
図１０は、３ピースオイルコントロールリングの一例がピストンＰの溝Ｐａに装着された状態を模式的に示す断面図である。この断面図は、オイルコントロールリングの軸方向（ピストンＰの往復動方向Ａ）における断面を示すものである。往復動方向Ａは、幅方向Ａと同じ方向であってもよい。
【0065】
図１０に示されるように、オイルコントロールリング１５０は、一対のサイドレール１０１，１０２と、一対のサイドレール１０１，１０２の間に配置されるスペーサエキスパンダ１１０Ａとを備える。サイドレール１０１，１０２の外周面１０１ａ，１０２ａがシリンダボアＢの内面Ｂａに接している。サイドレール１０１，１０２の内周面１０１ｂ，１０２ｂがスペーサエキスパンダ１１０Ａの耳部１０５に接している。
【0066】
［サイドレール］
サイドレール１０１，１０２の材質は、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼である。サイドレール１０１，１０２は、少なくとも外周面１０１ａ，１０２ａを覆うように設けられた硬質皮膜（不図示）を備えてもよい。硬質皮膜の材質として、例えば、非晶質炭素、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣ、又はニッケル（Ｎｉ）やニッケルリン（ＮｉＰ）などのニッケル合金が挙げられる。図１０に示すように、本実施形態において、サイドレール１０１，１０２は同じ形状である。以下、サイドレール１０１の形状について説明し、サイドレール１０２の形状の説明は省略する。
サイドレール１０１，１０２の材質は、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼である。サイドレール１０１，１０２は、少なくとも外周面１０１ａ，１０２ａを覆うように設けられた硬質皮膜（不図示）を備えてもよい。硬質皮膜の材質として、例えば、非晶質炭素、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣ、又はニッケル（Ｎｉ）やニッケルリン（ＮｉＰ）などのニッケル合金が挙げられる。図１０に示すように、本実施形態において、サイドレール１０１，１０２は同じ形状である。以下、サイドレール１０１の形状について説明し、サイドレール１０２の形状の説明は省略する。
【0067】
図１１（ａ）はサイドレール１０１の斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示すｂ－ｂ線における断面図である。サイドレール１０１は軸方向の断面において、図１１（ｂ）に一点鎖線で示す中心線Ｌを中心として上下対称の形状を有する。サイドレール１０１は、外周面１０１ａと、内周面１０１ｂと、第１及び第２の側面１０１ｃ，１０１ｄと、外周面１０１ａと第１の側面１０１ｃの間の第１の傾斜面１０１ｅと、外周面１０１ａと第２の側面１０１ｄの間の第２の傾斜面１０１ｆとを有する。図１１（ｂ）に示す断面において、サイドレール１０１の重心Ｇは、中心線Ｌ上にあり且つサイドレール１０１の厚さ方向の中心位置よりも内周面１０１ｂ側に位置している。内周面１０１ｂは、軸方向の断面において上下対称の形状を有している。外周面１０１ａ、第１の傾斜面１０１ｅ、及び、第２の傾斜面１０１ｆ（サイドレール１０１の外周側の面）は、一例として、軸方向の断面において上下対称の形状を有している。サイドレール１０１の外周側の断面形状は、この例に限定されず、軸方向の断面において上下非対称の形状を有していてもよい。例えば、外周面１０１ａが中心線Ｌに対して第１及び第２の側面１０１ｃ，１０１ｄの何れか一方側に片寄った断面形状であってもよい。
【0068】
図１１（ａ）に示すように、サイドレール１０１は環状であり、例えば、外径が６０～１２０ｍｍであり、内径が５６～１１４ｍｍである。サイドレール１０１の厚さＴ（＝（外径－内径）／２）は、例えば、１．０～３．０ｍｍであり、１．２～２．７ｍｍ又は１．４～２．５ｍｍであってもよい。サイドレール１０１の高さＬｈ０は、例えば、０．２～０．７ｍｍであり、０．２５～０．５５ｍｍ又は０．３０～０．４５ｍｍであってもよい。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１０１は合口部を有していてもよい。また、サイドレール１０１は、平面視で真円状でもよいし、楕円状でもよい。なお、サイドレールの輪郭形状（内周面及び外周面等の形状）は輪郭形状測定機（例えば、ＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）製）を使用して計測することができる。
【0069】
図１２はサイドレール１０１の内周側を拡大して示す断面図である。サイドレール１０１の内周面１０１ｂは、図１２に示すように、軸方向の断面において、サイドレール１０１の高さ方向の中央部に位置する内側先端部１０１ｇを備える。内側先端部１０１ｇは以下の条件Ａ１を満たしている。
条件Ａ１：０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
式中、Ｒ１は内側先端部１０１ｇを構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。Ｒ１／Ｌｈ０の値が０．７～１．１の範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大を十分に抑制することができる。
条件Ａ１：０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
式中、Ｒ１は内側先端部１０１ｇを構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。Ｒ１／Ｌｈ０の値が０．７～１．１の範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大を十分に抑制することができる。
【0070】
サイドレール１０１の高さＬｈ０に対する内側先端部１０１ｇの高さＬｈ２（図１２における高さＬｈ２）の比率Ｌｈ２／Ｌｈ０は、１以下であればよく、好ましくは０．５～０．７５であり、０．５～０．７又は０．５～０．６５であってもよい。高さＬｈ２は、軸方向の断面において、一方の変曲点（凸状湾曲部Ｃ１の頂点）から他方の変曲点（凸状湾曲部Ｃ２の頂点）までの距離を意味する（図１２参照）。Ｌｈ２／Ｌｈ０の値が上記範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大をより一層確実に抑制することができる。
【0071】
内周面１０１ｂは、図１２に示すように、内側先端部１０１ｇを挟むように位置する周縁部Ｐ１，Ｐ２を更に備えてもよい。内側先端部１０１ｇと周縁部Ｐ１によって凸状湾曲部Ｃ１が構成され、内側先端部１０１ｇと周縁部Ｐ２によって凸状湾曲部Ｃ２が構成されていることが好ましい。周縁部Ｐ１，Ｐ２は以下の条件Ａ２を満たすことが好ましい。
条件Ａ２：０．２≦Ｒ２／Ｌｈ０≦０．５
式中、Ｒ２は周縁部Ｐ１，Ｐ２を構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。Ｒ２／Ｌｈ０の値が０．２～０．５の範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大を十分に抑制することができる。
条件Ａ２：０．２≦Ｒ２／Ｌｈ０≦０．５
式中、Ｒ２は周縁部Ｐ１，Ｐ２を構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレールの高さ（単位：ｍｍ）を示す。Ｒ２／Ｌｈ０の値が０．２～０．５の範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大を十分に抑制することができる。
【0072】
図１３はサイドレール１０１の外周側を拡大して示す断面図である。図１３に示すように、サイドレール１０１の外周面１０１ａは、軸方向の断面において、以下の条件Ａ３を満たす外側先端部１０１ｈを有することが好ましい。
条件Ａ３：０．１≦Ｒ０／Ｌｈ０≦０．２３
式中、Ｒ０は外側先端部１０１ｈを構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレール１０１の高さ（単位：ｍｍ）を示す。
条件Ａ３：０．１≦Ｒ０／Ｌｈ０≦０．２３
式中、Ｒ０は外側先端部１０１ｈを構成する曲線の曲率半径（単位：ｍｍ）を示し、Ｌｈ０はサイドレール１０１の高さ（単位：ｍｍ）を示す。
【0073】
第１及び第２の傾斜面１０１ｅ，１０１ｆの角度θは３０～５０°であることが好ましい。なお、角度θは軸方向と直交する面と傾斜面１０１ｅ，１０１ｆとがなす角度を意味する。軸方向の断面において、外周面１０１ａの先端から、側面１０１ｃと傾斜面１０１ｅとの境界までの径方向の距離ａ（単位：ｍｍ）が以下の条件Ａ４を満たすことが好ましい。
条件Ａ４：０．１≦ａ／Ｔ≦０．２
式中、Ｔは軸方向の断面におけるサイドレール１０１の厚さ（単位：ｍｍ）を示す（図１１（ｂ）参照）。
条件Ａ４：０．１≦ａ／Ｔ≦０．２
式中、Ｔは軸方向の断面におけるサイドレール１０１の厚さ（単位：ｍｍ）を示す（図１１（ｂ）参照）。
【0074】
ところで、近年、自動車エンジンに代表される内燃機関は、環境保護の観点から、高出力化、燃費の向上及び低エミッション化が図られている。例えば、高出力化の観点から、内燃機関は従来と比較して高い回転数で作動する傾向にある。この往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合、オイル消費量が増大する現象が観測される。従来の内周面が半円状の丸みを帯びているサイドレールと比べて、本開示に係るサイドレール１０１の内周面は、丸みを帯びていない。つまり、内周面の内側先端部が条件Ａ１を満たしている。なお、内周面が半円状である場合、Ｒ１／Ｌｈ０の値は０．５である。内周面の内側先端部が条件Ａ１を満たすことで、内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量を十分に抑制できる。これは、高速運転時におけるサイドレールの挙動が安定化し、ピストン溝の内面にサイドレールの側面が当接しやすくなりシール性を向上したためと推察される。サイドレールの挙動は、シリンダとの摩擦力と、往復動に伴う慣性力の影響を受ける。往復動の高速化はオイルコントロールリングに加わる慣性力を増大させるため、摩擦力の影響よりも慣性力の影響の方が支配的になると推察される。内側先端部が条件Ａ１を満たすことで、従来のサイドレールと比較して重心が内周面側にシフトするとともに、スペーサエキスパンダの耳部に当接する位置がシフトする。これらの事項がサイドレールの挙動の安定化に寄与していると推察される。すなわち、上記のようなサイドレール１０１及びこれを適用したオイルコントロールリングによれば、内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量の増大を十分に抑制することができる。
【0075】
本開示のサイドレールは、上記サイドレール１０１に限定されるものではない。例えば、上記サイドレール１０１においては、サイドレール１０１の内周面が軸方向の断面において曲率半径が異なる２つの円弧で構成されている場合を例示したが、サイドレールの内周面は軸方向の断面において曲率半径が異なる３つ以上の円弧で構成されていてもよい。例えば、図１４に示すサイドレール１０３は曲率半径が異なる３つの円弧で構成されている。すなわち、サイドレール１０３の内周面１０３ｂは、曲率半径Ｒ１の内側先端部１０３ｇと、これを挟むように形成されている曲率半径Ｒ２の第１の周縁部Ｐ１，Ｐ２と、これらの外側に形成されている曲率半径Ｒ３の第２の周縁部Ｑ１，Ｑ２とによって構成されている。内周面１０３ｂは以下の条件Ａ１ａ～Ａ３ａを満たすことが好ましい。なお、式中、Ｌｈ０はサイドレール１０３の高さを示し、Ｌｈ２は内側先端部（曲率半径Ｒ１の部分）の高さ（図１４における高さＬｈ２）を示す。
条件Ａ１ａ：０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
条件Ａ２ａ：０．２≦Ｒ２／Ｌｈ０≦０．５
条件Ａ３ａ：Ｌｈ２／Ｌｈ０≦１．０
条件Ａ１ａ：０．７≦Ｒ１／Ｌｈ０≦１．１
条件Ａ２ａ：０．２≦Ｒ２／Ｌｈ０≦０．５
条件Ａ３ａ：Ｌｈ２／Ｌｈ０≦１．０
【0076】
上記条件Ａ３ａに係る比率Ｌｈ２／Ｌｈ０の値は、より好ましくは０．５～０．７５であり、更に好ましくは０．５～０．７であり、０．５～０．６５であってもよい。なお、図１４に示すように、Ｌｈ２は、軸方向の断面において、内側先端部１０３ｇの高さ（一方の変曲点から他方の変曲点までの距離）を意味する。Ｌｈ２／Ｌｈ０の値が上記範囲であることで、ピストンの往復動の平均速度が秒速２０ｍを超える場合であっても、オイル消費量の増大をより一層確実に抑制することができる。
【0077】
更には、サイドレール１０１を上述のピストンリング１と組み合わせて用いると、ピストンリング１と、サイドレール１０１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で構成されたオイルコントロールリングと、を備えるピストンリングセットとして構成することができる。このようなピストンリングセットによれば、ピストンリング１によって、ピストンリング１の使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減が促進され、好適な微小なくさび形状の空間が容易に形成されることとなる。その結果、ピストンリング１の使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。この作用効果に加えて、サイドレール１０１によって、内燃機関が高い回転数で作動しているときであってもオイル消費量の増大を十分に抑制することができる。したがって、例えばピストンリング１の使用開始の初期を経過した後に内燃機関が高い回転数で作動しているときのオイル消費量についての機能をピストンリング１に分担させる程度を抑えることができ、ピストンリング１をより一層ピストンリング１の使用開始の初期での低フリクション化を狙った構成とすることが可能となる。
【0078】
［スペーサエキスパンダ］
＜第１の例＞
図１５はスペーサエキスパンダの第１の例の平面図である。同図に示されるように、スペーサエキスパンダ１１０Ａは環状であり、二つの端面１１０ａ，１１０ｂによって構成される合口部１１０ｃを有する。スペーサエキスパンダ１１０Ａは、例えば、鋼板をプレス加工（切り曲げ加工及び打ち抜き加工）することによって、あるいは、バネ鋼からなる線材を複数の歯車によりかみ合わせながら塑性変形させることによって製造される。
＜第１の例＞
図１５はスペーサエキスパンダの第１の例の平面図である。同図に示されるように、スペーサエキスパンダ１１０Ａは環状であり、二つの端面１１０ａ，１１０ｂによって構成される合口部１１０ｃを有する。スペーサエキスパンダ１１０Ａは、例えば、鋼板をプレス加工（切り曲げ加工及び打ち抜き加工）することによって、あるいは、バネ鋼からなる線材を複数の歯車によりかみ合わせながら塑性変形させることによって製造される。
【0079】
スペーサエキスパンダ１１０Ａは、耐摩耗性、耐凝着性等の向上の観点から、表面処理が施されたものであってもよい。例えば、無電解めっき及び電解めっき、硬質塗料コーティング、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタ法により、スペーサエキスパンダ１１０Ａの表面に膜を形成してもよい。膜の材質としては、非晶質炭素膜、窒化クロム膜（ＣｒＮ）、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣ、又はニッケル（Ｎｉ）やニッケルリン（ＮｉＰ）などのニッケル合金からなるメッキ等が挙げられる。また、無機材料による皮膜以外にもポリイミド等の高分子皮膜を形成することでもよい。なお、高分子皮膜にはカーボンファイバーやグラスファイバーなどのフィラーを混入させたものであっても構わない。
【0080】
図１６は図１５に示す一点鎖線で囲った領域を拡大して示す斜視図である。図１０に示されるように、オイルコントロールリング１５０は、一対のサイドレール１０１，１０２と、一対のサイドレール１０１，１０２の間に配置されるスペーサエキスパンダ１１０Ａとを備える。サイドレール１０１，１０２の外周部がシリンダボアＢの内面Ｂａに接している。図１０においてハッチングで示した部分の厚さ（スペーサエキスパンダの板厚）は、例えば、０．１ｍｍ～０．７ｍｍである。この部分をなるべく厚くすることで、より高い張力が得られるとともに、サイドレール１０１，１０２との接触面積を確保できるので、より優れた摩耗低減効果が得られる。また、スペーサエキスパンダ１１０Ａの後述する各部の剛性も増強できる。なお、サイドレール１０１，１０２としては従来公知のものを使用することができる。サイドレールの外周面形状や内周面形状はサイドレール１０１，１０２と異なるものであってもよく、例えば、必ずしも対称性を有する断面形状でなくてもよい。
【0081】
スペーサエキスパンダ１１０Ａは、サイドレール１０１，１０２の内周面１０１ｂ，１０２ｂがそれぞれ当接する複数の耳部１０５と、サイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃとそれぞれ対面する複数のレール対面部１０７とを有する。レール対面部１０７は、耳部１０５よりも外周側であって耳部１０５と隣接した位置に形成されている。スペーサエキスパンダ１１０Ａにサイドレール１０１，１０２が組み合わされた状態において、耳部１０５にサイドレール１０１，１０２の内周面１０１ｂ，１０２ｂが当接し且つレール対面部１０７とサイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃが対面するため、耳部１０５はレール対面部１０７よりも高く形成されている。スペーサエキスパンダ１１０Ａは、耳部１０５と、レール対面部１０７とによって構成される開口１０５ｈを有する。
【0082】
耳部１０５におけるサイドレール１０１，１０２が当接する面は軸方向に対して傾斜している。図１０に示す傾斜角αは、好ましくは５～３０°であり、より好ましくは１０～２５°である。
【0083】
スペーサエキスパンダ１１０Ａは、例えば、作業台に置かれたときに、山部１１０Ｍと谷部１１０Ｖが交互に連なる形状を有する。スペーサエキスパンダ１１０Ａの山部１１０Ｍ（図１６における上側）に位置する耳部１０５と、谷部１１０Ｖ（図１６における下側）に位置する耳部１０５は実質的に同じ形状である。また、スペーサエキスパンダ１１０Ａの山部１１０Ｍ（図１６における上側）に位置するレール対面部１０７と、谷部１１０Ｖ（図１６における下側）に位置するレール対面部１０７も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１１０Ａの上下を逆さにすれば、図１６に示す山部１１０Ｍが谷部１１０Ｖとなり、谷部１１０Ｖが山部１１０Ｍとなる。
【0084】
以下、スペーサエキスパンダ１１０Ａの山部１１０Ｍに位置する耳部１０５及びレール対面部１０７について説明し、谷部１１０Ｖに位置する耳部１０５及びレール対面部１０７の説明は省略する。なお、以下でいう耳部１０５及びレール対面部１０７における「最も高い位置」等の高さに関する記述はスペーサエキスパンダ１１０Ａを作業台に置いた状態において、上側に位置する山部１１０Ｍの耳部１０５及びレール対面部１０７を対象としたものである。この状態において、下側に位置する谷部１１０Ｖの耳部１０５及びレール対面部１０７については、厳密には、例えば、耳部１０５及びレール対面部１０７における「最も低い位置」と称すべきとも言えるが、上述のとおり、スペーサエキスパンダ１１０Ａの上下を単に逆さすれば、谷部１１０Ｖは山部１１０Ｍとなることから、本開示において「最も高い位置」等の表現は谷部１１０Ｖの耳部１０５及びレール対面部１０７に対しても適用されるものである。
【0085】
耳部１０５はサイドレール１０１の内周面１０１ｂが当接する部分である。耳部１０５の形状は、不等式（１）で表される条件Ｂ１を満たすことが好ましく、不等式（２）で表される条件Ｂ２を満たすことがより好ましい。
Ｗ／Ｈ≧１．５…（１）
Ｗ／Ｈ≧１．７…（２）
Ｗは耳部１０５の最も高い位置からレール対面部１０７の方向（スペーサエキスパンダ１１０Ａの厚さ方向）に０．０５ｍｍ移動した位置における耳部１０５の幅（単位：ｍｍ）を示し（図２４（ａ）参照）、Ｈはレール対面部１０７における耳部と隣接する領域の最も高い位置と耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す（図２５（ａ）参照）。なお、幅Ｗの位置を特定するにあたり、耳部１０５の最も高い位置からレール対面部１０７の方向（図２４（ａ）のグラフにおける下方）に０．０５ｍｍ移動した位置としたのは、オイルコントロールリング１５０の使用初期において、耳部１０５の当該位置にサイドレール１０１，１０２が当接する頻度が高いと推察されるからである。
Ｗ／Ｈ≧１．５…（１）
Ｗ／Ｈ≧１．７…（２）
Ｗは耳部１０５の最も高い位置からレール対面部１０７の方向（スペーサエキスパンダ１１０Ａの厚さ方向）に０．０５ｍｍ移動した位置における耳部１０５の幅（単位：ｍｍ）を示し（図２４（ａ）参照）、Ｈはレール対面部１０７における耳部と隣接する領域の最も高い位置と耳部の最も高い位置の高低差（単位：ｍｍ）を示す（図２５（ａ）参照）。なお、幅Ｗの位置を特定するにあたり、耳部１０５の最も高い位置からレール対面部１０７の方向（図２４（ａ）のグラフにおける下方）に０．０５ｍｍ移動した位置としたのは、オイルコントロールリング１５０の使用初期において、耳部１０５の当該位置にサイドレール１０１，１０２が当接する頻度が高いと推察されるからである。
【0086】
Ｗ／Ｈの値が１．５以上である耳部１０５は、Ｗ／Ｈの値が１．５未満のものと比較して、サイドレール１０１との接触による摩耗量を抑制できる。Ｗ／Ｈの値の上限値は、スペーサエキスパンダ１１０Ａから発生する張力の観点から、例えば、５．０である。耳部１０５の頂部は、平坦な部分を有していてもよい。あるいは、耳部１０５の頂部は平坦な部分を有していなくてもよい。すなわち、耳部１０５の側面の形状は連続的な曲面から形成されていてもよく、換言すれば、耳部１０５の側面形状は曲率の異なる曲面が連続した形状であってもよい。かかる構成を採用することで、スペーサエキスパンダの製造が容易になるとともに、塑性変形時に応力集中が発生しにくい形状にすることができる。それゆえ、折損などの発生を低減することが可能となる。
【0087】
耳部１０５の幅Ｗが例えば０．７～１．８ｍｍであるとき、耳部１０５の高さＨは０．２～０．７５であることが好ましい。幅Ｗが例えば１．０～１．８ｍｍであるとき、高さＨは０．２～０．６５ｍｍであることが好ましい。幅Ｗが例えば１．３～１．８ｍｍであるとき、高さＨは０．３５～０．７ｍｍであることが好ましい。これらの値は、スペーサエキスパンダ１１０Ａの径、材料の強度及び耳部のピッチ等に応じて適宜設定すればよい。
【0088】
上述のとおり、Ｗ／Ｈの値が１．５以上である（耳部１０５が比較的平たい）ことで、耳部の幅に比して耳部の高さが抑えられた形状となるため、スペーサエキスパンダ１１０Ａの耳部の機械的強度を高くすることができる。このため、ピストンの往復運動に伴ってスペーサエキスパンダ１１０Ａが外力を受けても、スペーサエキスパンダ１１０Ａの張力をサイドレール１０１，１０２に安定して伝達することができ、スペーサエキスパンダ１１０Ａに支持されるサイドレール１０１，１０２の姿勢を安定した状態に維持することができる。ひいては、サイドレール１０１，１０２によるオイル掻き性能が安定し、その結果、オイル消費量も安定する。また、板材や線材から塑性変形させて、スペーサエキスパンダ１１０Ａを得るような製造方法の場合、耳部１０５の高さが高くなるにつれて塑性変形により形状変化をさせる体積が大きくなるので、製造上困難さを増すことになるが、耳部１０５は、その幅に比して高さが抑えられているため、そのような製造上の困難さについては従来のスペーサエキスパンダに比べて低い。
【0089】
上述のとおり、耳部１０５の高さＨは、レール対面部１０７における耳部１０５と隣接する領域の最も高い位置と、耳部１０５の最も高い位置の高低差である。レール対面部１０７における「最も高い位置」の探索範囲は、レール対面部１０７のうち耳部１０５に隣接する領域の範囲内となる。図２５（ａ）は、スペーサエキスパンダ１１０Ａのレール対面部１０７における耳部１０５に隣接する領域の最も高い位置と、耳部１０５の最も高い位置の高低差（耳部１０５の高さＨ）の求め方を示したものである。なお、図２５（ｂ）～図２５（ｆ）は後述のスペーサエキスパンダの耳部１０５の高さＨの求め方を示したものである。いずれの図においても、耳部１０５の最も高い位置を通る直線をｈ２とし、レール対面部１０７における耳部と隣接する領域の最も高い位置を通る直線をｈ１として示している。直線ｈ１，ｈ２はいずれも、各々の山部においてスペーサエキスパンダ１１０Ａの接線方向に平行な直線である。
【0090】
なお、後述する第３の例のように、耳部１０５から離れた外周端にサイドレール側面に当接する凸部（平坦部１０７ｃ）を設けた場合、レール対面部１０７のうち、凸部以外の領域において最も高い位置となる場所を探すことになる。この場合、レール対面部１０７における最も高い位置の探索方法は、複数の山部におけるそれぞれの耳部１０５の最も高い位置を概略直線でつないだ包絡線を基準に、レール対面部１０７の耳部１０５と隣接した領域における、その包絡線と最も距離が近い位置を最も高い位置としている。
【0091】
レール対面部１０７は、図１６に示されるように、平坦な面で構成されている。平坦な面にサイドレール１０１，１０２が当接し、これによりサイドレール１０１，１０２が支持される。
【0092】
＜第２の例＞
スペーサエキスパンダ１１０Ｂは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、径方向に延びるように形成された隆起部１０７ｂを有することの他は、スペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図１７参照）。レール対面部１０７が隆起部１０７ｂを有することで、エンジンオイルやこれに含まれる異物がレール対面部１０７の表面上に滞留することを十分に抑制できるとともに、レール対面部１０７とサイドレール１０１の固着を十分に抑制することができる。隆起部１０７ｂはスペーサエキスパンダ１１０Ｂの外周側の端部にまで延びている。
スペーサエキスパンダ１１０Ｂは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、径方向に延びるように形成された隆起部１０７ｂを有することの他は、スペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図１７参照）。レール対面部１０７が隆起部１０７ｂを有することで、エンジンオイルやこれに含まれる異物がレール対面部１０７の表面上に滞留することを十分に抑制できるとともに、レール対面部１０７とサイドレール１０１の固着を十分に抑制することができる。隆起部１０７ｂはスペーサエキスパンダ１１０Ｂの外周側の端部にまで延びている。
【0093】
＜第３の例＞
スペーサエキスパンダ１１０Ｃは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部１０７ｃを有するとともに、耳部１０５と平坦部１０７ｃとの間に径方向に延びるように形成された窪み１０７ａを有することの他はスペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図１８参照）。かかる構成を採用することで、レール対面部１０７とサイドレール１０１，１０２の間におけるスラッジ等の燃焼生成物の滞留を防ぐことができる。また、固着の抑制にも寄与する。窪み１０７ａの深さ（レール対面部１０７の最も高い位置と窪み１０７ａの最も低い位置の高低差）は、例えば、５０～５００μｍである。平坦部１０７ｃは、スペーサエキスパンダ１１０Ｃの外周側の縁部に沿って形成されている。平坦部１０７ｃの高さを耳部１０５よりも低く且つレール対面部１０７の他の部分よりも高く形成することで、サイドレール１０１が平坦部１０７ｃに当接した状態において、レール対面部１０７における他の部分とサイドレール１０１との間に隙間が形成される。なお、平坦部１０７ｃは「突起部」とも称され、レール対面部１０７における平坦部１０７ｃ以外の領域（耳部１０５と平坦部１０７ｃとをつなぐ部分）は「中手部」とも称される。レール対面部１０７が平坦部１０７ｃを有することで、サイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃとスペーサエキスパンダ１１０Ｃとの間に空間が形成され、サイドレール１０１，１０２でシリンダボアから掻き落されたオイルが耳部１０５とレール対面部１０７の間に掻き落され、効率的にスペーサエキスパンダ１１０Ｃの内周側に流すことができるという効果が奏される。
スペーサエキスパンダ１１０Ｃは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部１０７ｃを有するとともに、耳部１０５と平坦部１０７ｃとの間に径方向に延びるように形成された窪み１０７ａを有することの他はスペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図１８参照）。かかる構成を採用することで、レール対面部１０７とサイドレール１０１，１０２の間におけるスラッジ等の燃焼生成物の滞留を防ぐことができる。また、固着の抑制にも寄与する。窪み１０７ａの深さ（レール対面部１０７の最も高い位置と窪み１０７ａの最も低い位置の高低差）は、例えば、５０～５００μｍである。平坦部１０７ｃは、スペーサエキスパンダ１１０Ｃの外周側の縁部に沿って形成されている。平坦部１０７ｃの高さを耳部１０５よりも低く且つレール対面部１０７の他の部分よりも高く形成することで、サイドレール１０１が平坦部１０７ｃに当接した状態において、レール対面部１０７における他の部分とサイドレール１０１との間に隙間が形成される。なお、平坦部１０７ｃは「突起部」とも称され、レール対面部１０７における平坦部１０７ｃ以外の領域（耳部１０５と平坦部１０７ｃとをつなぐ部分）は「中手部」とも称される。レール対面部１０７が平坦部１０７ｃを有することで、サイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃとスペーサエキスパンダ１１０Ｃとの間に空間が形成され、サイドレール１０１，１０２でシリンダボアから掻き落されたオイルが耳部１０５とレール対面部１０７の間に掻き落され、効率的にスペーサエキスパンダ１１０Ｃの内周側に流すことができるという効果が奏される。
【0094】
図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、図１８に示すスペーサエキスパンダ１１０Ｃ及びこれに装着されたサイドレール１０１，１０２の断面図であり、互いに異なる態様を図示したものである。いずれの態様においても、レール対面部１０７において平坦部１０７ｃとその他の領域７ｄ（中手部）に段差が設けられている。図１９（ａ）に示す態様は、レール対面部１０７において平坦部１０７ｃとその他の領域７ｄの間が切断されておらず、部材が連続している。つまり、この部分に貫通孔は形成されていない。これに対し、図１９（ｂ）に示す態様においては、レール対面部１０７において平坦部１０７ｃとその他の領域７ｄの間が切断されており、この部分に貫通孔７ｈが形成されている。貫通孔７ｈは形成されていても、形成されていなくてもよいが、ディーゼルエンジン内のように異物が存在しやすい環境で使用される場合、異物によって貫通孔７ｈが閉塞されるおそれがあるとともに、貫通孔７ｈを設けることで張力の経年劣化の程度が大きくなる場合がある。内燃機関の環境により、これらの懸念がある場合、図１９（ａ）に示すように、貫通孔７ｈが形成されていないスペーサエキスパンダを使用することが好ましい。他方、貫通孔７ｈを設けることで、シリンダボアから掻き落されたオイルは効率的にスペーサエキスパンダ１１０Ｃの内周側に流すことができる機会が多くなる。なお、貫通孔７ｈは、例えば、窪み１０７ａの最深部と平坦部１０７ｃとによって形成されるものであってもよい。
【0095】
図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示す断面において、サイドレール１０１，１０２の重心Ｇは平坦部１０７ｃよりも内側に位置していることが好ましい。かかる構成を採用することで、高速運転時におけるサイドレール１０１，１０２の挙動の安定化が図られ、これにより、オイル消費量の増大をより一層効果的に抑制することができる。
【0096】
＜第４の例＞
スペーサエキスパンダ１１０Ｄは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部１０７ｃを有するとともに耳部１０５と平坦部１０７ｃとの間に径方向に延びるように形成された隆起部１０７ｂを有することの他はスペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図２０参照）。平坦部１０７ｃは、スペーサエキスパンダ１１０Ｄの外周側の縁部に沿って形成されている。スペーサエキスパンダ１１０Ｄにサイドレール１０１，１０２が組み合わされた状態において、耳部１０５にサイドレール１０１，１０２の内周面１０１ｂ，１０２ｂが当接し且つレール対面部１０７の平坦部１０７ｃにサイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃが対面するため、平坦部１０７ｃは耳部１０５よりも低く形成されている。
スペーサエキスパンダ１１０Ｄは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部１０７ｃを有するとともに耳部１０５と平坦部１０７ｃとの間に径方向に延びるように形成された隆起部１０７ｂを有することの他はスペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図２０参照）。平坦部１０７ｃは、スペーサエキスパンダ１１０Ｄの外周側の縁部に沿って形成されている。スペーサエキスパンダ１１０Ｄにサイドレール１０１，１０２が組み合わされた状態において、耳部１０５にサイドレール１０１，１０２の内周面１０１ｂ，１０２ｂが当接し且つレール対面部１０７の平坦部１０７ｃにサイドレール１０１，１０２の側面１０１ｄ，１０２ｃが対面するため、平坦部１０７ｃは耳部１０５よりも低く形成されている。
【0097】
＜第５の例＞
スペーサエキスパンダ１１０Ｅは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、レール対面部１０７が径方向に延びる窪み１０７ａを有することの他はスペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図２１参照）。窪み１０７ａはスペーサエキスパンダ１１０Ｅの外周側の端部にまで延びている。かかる構成のスペーサエキスパンダ１１０Ｅは、上述のスペーサエキスパンダと比較して塑性変形による加工がしやすいというメリットがある。
スペーサエキスパンダ１１０Ｅは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、レール対面部１０７が径方向に延びる窪み１０７ａを有することの他はスペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図２１参照）。窪み１０７ａはスペーサエキスパンダ１１０Ｅの外周側の端部にまで延びている。かかる構成のスペーサエキスパンダ１１０Ｅは、上述のスペーサエキスパンダと比較して塑性変形による加工がしやすいというメリットがある。
【0098】
＜第６の例＞
スペーサエキスパンダ１１０Ｆは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部１０７ｃを有することの他は、スペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図２２参照）。かかる構成のスペーサエキスパンダ１１０Ｆは、上述の第５の例のスペーサエキスパンダと同様、塑性変形による加工がしやすいというメリットがある。
スペーサエキスパンダ１１０Ｆは、レール対面部１０７が平坦な面を有する代わりに、外周側に平坦部１０７ｃを有することの他は、スペーサエキスパンダ１１０Ａと同様の構成を有する（図２２参照）。かかる構成のスペーサエキスパンダ１１０Ｆは、上述の第５の例のスペーサエキスパンダと同様、塑性変形による加工がしやすいというメリットがある。
【0099】
上記の例のスペーサエキスパンダに限定されるものではない。例えば、上記の例では、耳部１０５におけるサイドレール１０１の内周面１０１ｂが当接する面が平坦である場合を例示したが、耳部１０５の内周面１０１ｂが当接する面は、スペーサエキスパンダの厚さ方向（耳部１０５の高さ方向）に延びる複数の凸部１０５ｂを有し、これらの凸部１０５ｂが耳部１０５の幅方向に並ぶように形成されていてもよい。
【0100】
図２３（ａ）は、スペーサエキスパンダを外周側から見た図であり、軸方向に波形形状（山部及び谷部）を有しており、一方のサイドレール１０１を押圧する山部１１０Ｍの耳部１０５と、他方のサイドレール１０２を押圧する谷部１１０Ｖの耳部１０５が形成されている。耳部１０５には、凹部及び凸部が略軸方向に延長する周方向凹凸形状の凹凸部が形成されている。凸面の接触面積を小さくして接触面圧を高めることで、サイドレールの単独回転を防止することができる。図２３（ｂ）及び図２３（ｃ）は図２３（ａ）におけるＡ－Ａ断面図であって、図２３（ｂ）は凸部が高い態様を示す断面図であり、図２３（ｃ）は凸部が低い態様を示す断面図である。これらの図に示すように、凸部１０５ｂは、凹面１６１から突出するように形成されており、凸面１６２と、凸面１６２と凹面１６１とを繋ぐ側面１６３とからなる。
【0101】
一つの耳部１０５において、少なくとも５本（より好ましくは７本）の凸部１０５ｂが耳部１０５の幅方向に並ぶように形成されていることが好ましい。凸部１０５ｂは、例えば、隣り合う二つの凸部１０５ｂの間を切削することによって凹部を形成することで形成される。
【0102】
上記各例は、すべての耳部１０５及びレール対面部１０７が実質的に同じ形状である場合を想定したものであるが、これらが必ずしも実質的に同じ形状でなくてもよい。また、スペーサエキスパンダの一方の側面側に形成されている複数の耳部１０５のうち、すべての耳部１０５が不等式（１）又は不等式（２）で表される条件を満たさなくてもよい。例えば、一方の面側に形成されている複数の耳部１０５のうち、少なくとも半分が不等式（１）又は不等式（２）で表される条件を満たすものであってもよい。
【0103】
ところで、近年、自動車エンジンに代表される内燃機関は、環境保護の観点から、高出力化、燃費の向上及び低エミッション化が図られている。これに伴い、オイルコントロールリングが使用される条件がよりシビアとなりつつある。例えば、高出力化の観点から、従来と比較してエンジンの回転数が高い傾向にあり、オイルコントロールリングがより高速でシリンダボア内を往復動する。これにより、サイドレールとの接触によって耳部が摩耗しやすい。耳部におけるサイドレールとの接触面が摩耗すると、シリンダボアの内壁に対するサイドレールの面圧が低下してオイル掻き性能が低下する。また、燃費向上の観点から、より潤滑性に優れるエンジンオイルが使用される傾向にあり、サイドレールとスペーサエキスパンダの相対的な位置が周方向にずれる現象が生じやすい。これもサイドレールによる耳部の摩耗及びオイル掻き性能の低下を招来する。
【0104】
上述の本開示に関する評価試験によれば、Ｗ／Ｈの値が１．５以上の耳部を有するスペーサエキスパンダは、Ｗ／Ｈの値が１．５未満のものと比較して耳部の摩耗量を抑制できることが見出された。また、耳部の幅に比して耳部の高さを制限した寸法比になっているため、耳部の強度や加工性の観点からも好適である。Ｗ／Ｈの値の上限値は、スペーサエキスパンダで発生させる張力の観点から、例えば、５．０である。すなわち、上記のようなスペーサエキスパンダ１１０Ａ～１１０Ｆ及びこれを適用したオイルコントロールリングによれば、サイドレールとの接触による耳部の摩耗を抑制することができる。
【0105】
なお、本開示に係るオイルコントロールリングは、上述のとおり、耳部の摩耗を十分に抑制できることから、ディーゼルエンジンに適用可能である。従来のスリーピースオイルコントロールリングは、ガソリンエンジンに広く適用されているものの、耳部の耐摩耗性が不十分であることから、ディーゼルエンジンには一般に適用されていない。これは、ディーゼルエンジンにおいては、燃焼時に発生するカーボンなどの硬質粒子がエンジンオイル中に多く含まれた状態で潤滑されるため、各部位の摩耗がガソリンエンジンと比較して顕著であり、スペーサエキスパンダの耳部も比較的早期に摩耗して、オイル掻き性能が低下しやすいことが理由として挙げられる。
【0106】
更には、スペーサエキスパンダ１１０Ａ～１１０Ｆを上述のピストンリング１と組み合わせて用いると、ピストンリング１と、スペーサエキスパンダ１１０Ａ～１１０Ｆ及びこれを適用したオイルコントロールリングと、を備えるピストンリングセットとして構成することができる。このようなピストンリングセットによれば、ピストンリング１によって、ピストンリング１の使用開始の初期のなじみ摺動による摩擦損失の低減が促進され、好適な微小なくさび形状の空間が容易に形成されることとなる。その結果、ピストンリング１の使用開始の初期において更なる低フリクション化を図ることができる。この作用効果に加えて、スペーサエキスパンダ１１０Ａ～１１０Ｆによって、サイドレールとの接触による耳部の摩耗が抑制されるため、オイル掻き性能の低下を抑制することができる。したがって、例えば中長期的なオイル掻き性能の低下抑制についての機能をピストンリング１に分担させる程度を抑えることができ、ピストンリング１をより一層ピストンリング１の使用開始の初期での低フリクション化を狙った構成とすることが可能となる。
【符号の説明】
【0107】
１，１Ａ…ピストンリング、１０１，１０２，１０３…サイドレール、２…本体部、２ａ…側面（一側面）、２ｂ…側面（他側面）、２ｃ，１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ…内周面、２ｄ，１０１ａ，１０２ａ…外周面、２ｅ…インナーカット面、２１…第１湾曲面、２１ａ…第１境界、２１ｂ…第１仮想線、２２…第２湾曲面、２２ａ…第２境界、２２ｂ…第２仮想線、２３…中間面、１０１ｇ，１０３ｇ…内側先端部、１０５…耳部、１０７…レール対面部、１１０Ａ～１１０Ｆ…スペーサエキスパンダ、１５０…オイルコントロールリング、Ａ…幅方向（方向）。
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【図3】
【図4】
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