JP7312792B2 - オイルリング - Google Patents
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Description
本発明は、一対のセグメントを備えるオイルリングに関する。
一般的な自動車に搭載される内燃機関は、コンプレッションリング（圧力リング）とオイルリングとを含むピストンリング（リング状部材の一例）の組み合わせをピストンのリング溝に装着した構成を採用している。コンプレッションリングは、気密を保持することで燃焼室側からクランク室側への燃焼ガスの流出（ブローバイ）を抑制するガスシール機能や、オイルリングが掻き落とし切れなかった余分なオイルを掻き落とすことでオイル上がりを抑制するオイルシール機能を有する。オイルリングは、シリンダ内壁面に付着した余分なエンジンオイル（潤滑油）をクランク側に掻き落とすことでオイルの燃焼室側への流出（オイル上がり）を抑制するオイルシール機能や、潤滑油膜がシリンダ内壁面に適切に保持されるようにオイル量を調整することで内燃機関の運転に伴うコンプレッションリングやピストンの焼き付きを防止する機能を有する。
ここで、オイルリングとしては、互いに独立してオイルリングの軸方向に並んで設けられてシリンダ内壁面を摺動する一対のセグメント（サイドレールとも呼ばれる）と、一対のセグメント同士の間に設けられて一対のセグメントをシリンダの内壁面へ付勢するスペーサエキスパンダとを組み合わせた、３ピースの組合せオイルリングが広く用いられている。これに関連して、特許文献１には、一対のセグメントにおいて燃焼室側に設けられる上側セグメントとクランク室側に設けられる下側セグメントとで外周面形状を異ならせることで、オイル消費量及びフリクションを低減するオイルリングが開示されている。
上下一対のセグメントを備えるオイルリングの場合、燃焼室側に配置される上側セグメントの方がクランク室側に配置される下側セグメントよりも過酷な状況下で摺動するため、上側セグメントの方が下側セグメントよりも摩耗し易い傾向にある。長期間の使用により上側セグメントの上面が大きく摩耗すると、リング溝の上溝壁と上側セグメントとの隙間（サイドクリアランス）が拡大することでオイルリングのオイルシール機能が低下する可能性がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一対のセグメントを備えるオイルリングにおいて、オイルシール機能の低下を防ぐことが可能な技術を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明は、以下の構成を採用した。即ち、本発明は、内燃機関におけるピストンに組み付けられるオイルリングであって、環状の線材を基材として前記オイルリングの周長方向に沿うように形成され、互いに独立して前記オイルリングの軸方向に並んで設けられる一対のセグメントと、前記一対のセグメント同士の間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備え、前記一対のセグメントのうち前記内燃機関におい
て燃焼室側に位置する上側セグメントの基材の方が、前記一対のセグメントのうち前記内燃機関においてクランク室側に位置する下側セグメントの基材よりも耐摩耗性が高い、オイルリングである。
て燃焼室側に位置する上側セグメントの基材の方が、前記一対のセグメントのうち前記内燃機関においてクランク室側に位置する下側セグメントの基材よりも耐摩耗性が高い、オイルリングである。
本発明によると、燃焼室側に配置される上側セグメントの基材の耐摩耗性をクランク室側に配置される下側セグメントの基材の耐摩耗性よりも高くすることで、下側セグメントよりも過酷な状況下で摺動する上側セグメントの摩耗を低減することができる。その結果、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。
また、本発明において、前記上側セグメントの基材の方が前記下側セグメントの基材よりも硬度が高くてもよい。
また、本発明において、前記上側セグメントの基材の方が前記下側セグメントの基材よりも硬度が３０Ｈｖ以上高くてもよい。
また、本発明において、前記上側セグメントの基材の方が、前記下側セグメントの基材よりも表面における炭化物占有面積率が高くてもよい。
また、本発明において、前記上側セグメントの基材の材料と前記下側セグメントの基材の材料とが異なっていてもよい。
本発明によれば、一対のセグメントを備えるオイルリングにおいて、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
［全体構成］
図１は、実施形態に係るオイルリング４０を備える内燃機関１００の部分断面図である。図１では、オイルリング４０の周長方向に直交する断面が図示されている。図１に示すように、内燃機関１００では、シリンダ１０の内壁面１０ａとシリンダ１０に装着されたピストン２０の外周面２０ａとの間に所定の離間距離が確保されることにより、ピストン隙間ＰＣ１が形成されている。また、ピストン２０の外周面２０ａには、略矩形状の断面を有するリング溝３０が形成されている。リング溝３０は、燃焼室側に形成された上壁３０１と、クランク室側に形成されて上壁３０１に対向する下壁３０２と、上壁３０１と下壁３０２の内周縁同士を接続する接続壁３０３とを有する。このリング溝３０には、本実施形態に係るオイルリング４０が装着されている。
図１は、実施形態に係るオイルリング４０を備える内燃機関１００の部分断面図である。図１では、オイルリング４０の周長方向に直交する断面が図示されている。図１に示すように、内燃機関１００では、シリンダ１０の内壁面１０ａとシリンダ１０に装着されたピストン２０の外周面２０ａとの間に所定の離間距離が確保されることにより、ピストン隙間ＰＣ１が形成されている。また、ピストン２０の外周面２０ａには、略矩形状の断面を有するリング溝３０が形成されている。リング溝３０は、燃焼室側に形成された上壁３０１と、クランク室側に形成されて上壁３０１に対向する下壁３０２と、上壁３０１と下壁３０２の内周縁同士を接続する接続壁３０３とを有する。このリング溝３０には、本実施形態に係るオイルリング４０が装着されている。
オイルリング４０は、リング溝３０に装着されることでピストン２０に組み付けられ、ピストン２０の往復運動に伴ってシリンダ１０の内壁面１０ａを摺動する摺動部材である。オイルリング４０は、所謂３ピース型の組合せオイルリングであり、図１に示すように
、一対のセグメント１，２とスペーサエキスパンダ３とを備える。
、一対のセグメント１，２とスペーサエキスパンダ３とを備える。
以下、図１に示すように、オイルリング４０の中心軸に沿う方向（軸方向）を「上下方向」と定義する。また、オイルリング４０の軸方向のうち、内燃機関１００における燃焼室側（図１における上側）を「上側」と定義し、その反対側、即ち、クランク室側（図１における下側）を「下側」と定義する。また、以下のオイルリング４０の説明において、特に指定しない限りは、「周長方向」とはオイルリング４０の周長方向のことを指し、「径方向」とはオイルリング４０の径方向のことを指し、「軸方向」とはオイルリング４０の軸方向のことを指す。また、本明細書では、図１に示すように内燃機関のシリンダに装着されたピストンにオイルリングが組み付けられた状態を「使用状態」と称する。また、本明細書において、「バレル形状」とは、ピストンリングにおいて最大径となる頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した面形状のことを指し、頂部がリングの軸方向幅における中央に位置する「対称バレル形状」や頂部がリングの軸方向幅における中央よりもクランク室側に位置する「偏心バレル形状」を含むものとする。また、本明細書において、「テーパ形状」とは、クランク室側に向かうに従って拡径するように傾斜した面形状のことを指す。
一対のセグメント１，２は、オイルリング４０の周長方向に沿うように環状に形成されており、互いに独立して軸方向に離間して設けられている。図１に示すように、一対のセグメント１，２の一方である上側セグメント１は、内燃機関１００において上側（燃焼室側）に設けられ、他方である下側セグメント２は、内燃機関１００において下側（クランク室側）に設けられる。
図１に示すように、上側セグメント１は、セグメント用の線材により環状に形成された基材１ａと、基材１ａの外周面に成膜された外周被膜１ｂと、を含んで構成されている。上側セグメント１は、外周面１１、内周面１２、上面１３、及び下面１４を有する。外周面１１には、外周被膜１ｂが形成されている。上面１３と下面１４とによって、上側セグメント１の軸方向における幅が規定される。上側セグメント１は、使用状態において上面１３がリング溝３０の上壁３０１に対向するように設けられ、外周面１１を摺動面としてシリンダ１０の内壁面１０ａを摺動する。
図１に示すように、下側セグメント２は、セグメント用の線材により環状に形成された基材２ａと、基材２ａの外周面に成膜された外周被膜２ｂと、を含んで構成されている。下側セグメント２は、外周面２１、内周面２２、上面２３、及び下面２４を有する。外周面２１には、外周被膜２ｂが形成されている。上面２３と下面２４とによって、下側セグメント２の軸方向における幅が規定される。下側セグメント２は、使用状態において下面２４がリング溝３０の下壁３０２に対向するように設けられ、外周面２１を摺動面としてシリンダ１０の内壁面１０ａを摺動する。
図１に示すように、スペーサエキスパンダ３は、一対のセグメント１，２の間に設けられ、使用状態において拡径するように自己張力を有している。そのため、上側セグメント１及び下側セグメント２がスペーサエキスパンダ３によって径方向の外側へ付勢され、上側セグメント１の外周面１１及び下側セグメント２の外周面２１がシリンダ１０の内壁面１０ａを押圧する。これより、オイルシール機能が得られ、シリンダ１０の内壁面１０ａに存在するエンジンオイルが適切な厚さになるように油膜が形成される。なお、本発明に係るスペーサエキスパンダの形状は特に限定されない。
図１に示すように、本実施形態に係るオイルリング４０では、一対のセグメント１，２の外周面１１，２１をフリクションの低い対称バレル形状としている。但し、本発明において、一対のセグメントの形状は図１に示すものに限定されない。例えば、一対のセグメ
ントのうち上側に位置する上側セグメントの外周面をオイル掻き性能に優れた偏心バレル形状とし、下側に位置する下側セグメントの外周面をフリクションの低い対称バレル形状としてもよいし、両方の外周面を偏心バレル形状としてもよい。これにより、フリクションの増加を抑制しつつも内燃機関１００のオイル消費量を低減することができる。また、上側セグメントの外周面を対称バレル形状とし、下側セグメントの外周面を偏心バレル形状としてもよい。また、上側セグメント１の外周面１１をオイル掻き性能に優れたテーパ形状としてもよく、両方の外周面をテーパ形状としてもよい。また、上側セグメントの外周面をテーパ形状とし、下側セグメントの外周面を対称バレル形状としてもよい。
ントのうち上側に位置する上側セグメントの外周面をオイル掻き性能に優れた偏心バレル形状とし、下側に位置する下側セグメントの外周面をフリクションの低い対称バレル形状としてもよいし、両方の外周面を偏心バレル形状としてもよい。これにより、フリクションの増加を抑制しつつも内燃機関１００のオイル消費量を低減することができる。また、上側セグメントの外周面を対称バレル形状とし、下側セグメントの外周面を偏心バレル形状としてもよい。また、上側セグメント１の外周面１１をオイル掻き性能に優れたテーパ形状としてもよく、両方の外周面をテーパ形状としてもよい。また、上側セグメントの外周面をテーパ形状とし、下側セグメントの外周面を対称バレル形状としてもよい。
本実施形態に係るオイルリング４０は、上側セグメント１の基材１ａと下側セグメント２の基材２ａとを異ならせている。より詳しくは、基材１ａの材料と基材２ａの材料とが互いに異なっている。上側セグメント１の基材１ａは、ＳＷＲＨ７２Ａを材料として形成されており、その硬度が４５０Ｈｖ以上５５０Ｈｖ以下である。一方、下側セグメント２の基材２ａは、ＳＵＳ４４０Ｂを材料として形成されており、その硬度が３００Ｈｖ以上４２０Ｈｖ以下である。基材１ａの硬度の方が基材２ａの硬度よりも高く、その差は３０Ｈｖ以上１５０Ｈｖ以下である。但し、セグメントの基材の材料は上記に限定されない。セグメントの基材の材料としては、ＳＵＳやＳＷＲＨなどが例示される。また、マルテンサイト系ステンレス鋼やシリコンクロム鋼、アルミニウム合金などを基材の材料として用いてもよい。その場合の基材１ａと基材２ａの硬度の差は、２７０Ｈｖ以下であってよく、２００Ｈｖ以下であってよく、１８０Ｈｖ以下であってよい。
本例に係る外周被膜１ｂ及び外周被膜２ｂは、耐摩耗性の高いＤＬＣ処理被膜として形成されている。なお、外周被膜は、ＤＬＣ処理被膜に限定されず、窒化処理被膜、Ni－P
めっき処理被膜、クロムめっき処理被膜、ＰＶＤ処理被膜、及びＤＬＣ処理被膜のうち少なくとも何れか１つの層を含む硬質被膜として形成されてもよい。なお、上側セグメント１の外周被膜１ｂと下側セグメント２の外周被膜２ｂとで構成を異ならせてもよい。また、本発明において外周被膜は必須の構成ではなく、上側セグメントや下側セグメントの何れか又は両方が外周被膜を有さなくてもよい。また、上側セグメント１の軸方向端面（上面１３や下面１４）や下側セグメント２の軸方向端面（上面２３や下面２４）には、塗膜、樹脂被膜、化成処理被膜、酸化処理被膜、窒化処理被膜、Ni－Pめっき処理被膜、クロ
ムめっき処理被膜、ＰＶＤ処理被膜、及びＤＬＣ処理被膜のうち少なくとも何れか１つの層を含む表面処理被膜が形成されていてもよい。なお、「塗膜」とは、ペイント（塗料）の塗布により形成された膜のことを指す。また、「樹脂被膜」とは、樹脂材料により形成された被膜のことを指す。「塗膜」や「樹脂被膜」の例としては、水性又は油性の樹脂ペイントによる樹脂塗膜などが挙げられる。「化成処理被膜」とは、化成処理により形成された被膜のことを指す。化成処理の例としては、四三酸化鉄処理（黒染め）、リン酸塩処理、クロム酸塩処理などが挙げられる。また、リン酸塩処理の例としては、リン酸マンガン処理、リン酸亜鉛処理、リン酸鉄処理などが挙げられる。「窒化処理被膜」とは、窒化処理により金属表面に窒素を浸透させることで形成される被膜のことを指す。「酸化処理被膜」とは、酸化処理により金属表面を酸化させることで形成される被膜のことを指す。酸化処理の例としては、アルマイト処理などが挙げられる。「Ni－Pめっき処理被膜」と
は、無電解Ni－Pめっきにより形成された被膜のことを指す。また、「クロムめっき処理
被膜」とは、クロムめっきにより形成された被膜のことを指す。クロムめっきは工業用クロムめっきとも呼ばれる。また、「ＰＶＤ（physical vapor deposition）処理被膜」と
は、ＰＶＤ法により形成された被膜のことを指す。また、「ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）処理被膜」とは、主として炭化水素や炭素の同素体により構成される非晶質の硬質炭
素被膜のことを指す。
めっき処理被膜、クロムめっき処理被膜、ＰＶＤ処理被膜、及びＤＬＣ処理被膜のうち少なくとも何れか１つの層を含む硬質被膜として形成されてもよい。なお、上側セグメント１の外周被膜１ｂと下側セグメント２の外周被膜２ｂとで構成を異ならせてもよい。また、本発明において外周被膜は必須の構成ではなく、上側セグメントや下側セグメントの何れか又は両方が外周被膜を有さなくてもよい。また、上側セグメント１の軸方向端面（上面１３や下面１４）や下側セグメント２の軸方向端面（上面２３や下面２４）には、塗膜、樹脂被膜、化成処理被膜、酸化処理被膜、窒化処理被膜、Ni－Pめっき処理被膜、クロ
ムめっき処理被膜、ＰＶＤ処理被膜、及びＤＬＣ処理被膜のうち少なくとも何れか１つの層を含む表面処理被膜が形成されていてもよい。なお、「塗膜」とは、ペイント（塗料）の塗布により形成された膜のことを指す。また、「樹脂被膜」とは、樹脂材料により形成された被膜のことを指す。「塗膜」や「樹脂被膜」の例としては、水性又は油性の樹脂ペイントによる樹脂塗膜などが挙げられる。「化成処理被膜」とは、化成処理により形成された被膜のことを指す。化成処理の例としては、四三酸化鉄処理（黒染め）、リン酸塩処理、クロム酸塩処理などが挙げられる。また、リン酸塩処理の例としては、リン酸マンガン処理、リン酸亜鉛処理、リン酸鉄処理などが挙げられる。「窒化処理被膜」とは、窒化処理により金属表面に窒素を浸透させることで形成される被膜のことを指す。「酸化処理被膜」とは、酸化処理により金属表面を酸化させることで形成される被膜のことを指す。酸化処理の例としては、アルマイト処理などが挙げられる。「Ni－Pめっき処理被膜」と
は、無電解Ni－Pめっきにより形成された被膜のことを指す。また、「クロムめっき処理
被膜」とは、クロムめっきにより形成された被膜のことを指す。クロムめっきは工業用クロムめっきとも呼ばれる。また、「ＰＶＤ（physical vapor deposition）処理被膜」と
は、ＰＶＤ法により形成された被膜のことを指す。また、「ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）処理被膜」とは、主として炭化水素や炭素の同素体により構成される非晶質の硬質炭
素被膜のことを指す。
［耐摩耗性について］
一般に、上下一対のセグメントを備えるオイルリングの場合、燃焼室側に配置される上
側セグメントの方がクランク室側に配置される下側セグメントよりも過酷な状況下で摺動するため、上側セグメントの方が下側セグメントよりも摩耗し易い傾向にある。そのため、長期間の使用により上側セグメントの上面（燃焼室側の面）が大きく摩耗すると、リング溝の上溝壁と上側セグメントとの隙間（サイドクリアランス）が拡大することでオイルリングのオイルシール機能が低下し、内燃機関の高回転域でのオイル消費が増大する懸念がある。
一般に、上下一対のセグメントを備えるオイルリングの場合、燃焼室側に配置される上
側セグメントの方がクランク室側に配置される下側セグメントよりも過酷な状況下で摺動するため、上側セグメントの方が下側セグメントよりも摩耗し易い傾向にある。そのため、長期間の使用により上側セグメントの上面（燃焼室側の面）が大きく摩耗すると、リング溝の上溝壁と上側セグメントとの隙間（サイドクリアランス）が拡大することでオイルリングのオイルシール機能が低下し、内燃機関の高回転域でのオイル消費が増大する懸念がある。
これに対して本実施形態に係るオイルリング４０は、燃焼室側に配置される上側セグメント１の基材１ａの耐摩耗性がクランク室側に配置される下側セグメント２の基材２ａの耐摩耗性よりも高くなるように、基材１ａと基材２ａとで材料を異ならせている。具体的には、基材１ａの材料をＳＷＲＨ７２Ａとし、下側セグメント２の基材２ａの材料をＳＵＳ４４０Ｂとすることで、基材１ａの硬度を基材２ａの硬度よりも高くしている。これにより、上側セグメント１の摩耗を低減し、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。
往復動摩擦試験機を用いた往復動摩擦試験により、セグメントの基材の耐摩耗性を評価した。図２は、往復動摩擦試験機の構成を示す模式図である。往復動摩擦試験機による往復動摩擦試験は、図２に概要を示すピンオンプレート式往復動摩擦試験機を用いて行う。往復動摩擦試験に際して用いた上試験片は、セグメントの基材に見立てたピンであり、ピンの材料にはセグメント用線材と同じものを使用する。なお、この上試験片に用いたピンは、直径が８ｍｍであり、ピンの先端部（摺動面）は、曲率半径が１８ｍｍとなるように鏡面仕上げされたものを用いる。また、下試験片はピストンを見立てたプレート（ＡＣ８Ａ材相当）を用いる。
往復動摩擦試験では、可動ブロックによって下試験片をストロークさせることで上試験片に対して下試験片を摺動させた。上試験片と下試験片との摺動界面にはチュービングポンプやエアディスペンサーを用いて潤滑油を供給した。この際の試験条件を以下に示す。＜試験条件＞
・ストローク：５０ｍｍ
・荷重：５０Ｎ
・速度：２００ｃｙｃｌｅ／ｍｉｎ
・潤滑油：０Ｗ－２０
上側セグメント１の基材１ａを見立てたピンを上試験片Ａとし、下側セグメント２の基材２ａを見立てたピンを上試験片Ｂとして、夫々について往復動摩擦試験を行い、摩耗量を比較した。上試験片Ａの材料には基材１ａと同じＳＷＲＨ７２Ａを用い、上試験片Ｂの材料には基材２ａと同じＳＵＳ４４０Ｂを用いた。図３は、往復動摩擦試験の結果を示すグラフであって、摩耗量比を示すグラフである。測定の結果、上試験片Ａと上試験片Ｂの摩耗量比は、図３に示す通り、上試験片Ａ：上試験片Ｂ＝０．２：１．０となった。これにより、上側セグメント１の基材１ａの方が下側セグメント２の基材２ａよりも耐摩耗性が高いことが解った。
・ストローク：５０ｍｍ
・荷重：５０Ｎ
・速度：２００ｃｙｃｌｅ／ｍｉｎ
・潤滑油：０Ｗ－２０
上側セグメント１の基材１ａを見立てたピンを上試験片Ａとし、下側セグメント２の基材２ａを見立てたピンを上試験片Ｂとして、夫々について往復動摩擦試験を行い、摩耗量を比較した。上試験片Ａの材料には基材１ａと同じＳＷＲＨ７２Ａを用い、上試験片Ｂの材料には基材２ａと同じＳＵＳ４４０Ｂを用いた。図３は、往復動摩擦試験の結果を示すグラフであって、摩耗量比を示すグラフである。測定の結果、上試験片Ａと上試験片Ｂの摩耗量比は、図３に示す通り、上試験片Ａ：上試験片Ｂ＝０．２：１．０となった。これにより、上側セグメント１の基材１ａの方が下側セグメント２の基材２ａよりも耐摩耗性が高いことが解った。
［作用・効果］
以上のように、本実施形態に係るオイルリング４０は、上側セグメント１の基材１ａの耐摩耗性が下側セグメント２の基材２ａの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント１，２の基材の材料を互いに異ならせている。具体的には、基材１ａの材料を基材２ａの材料であるＳＵＳ系材料よりも硬度の高いＳＷＲＨ系材料としている。基材１ａの耐摩耗性を基材２ａの耐摩耗性よりも高くすることで、上側セグメント１の摩耗を低減することができ、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。このような特性により、実施形態に係るオイルリング４０は、ガソリンエンジンや、セグメントとリング溝の内壁との直接接触の機会が多い低粘度オイルを用いたエンジンに対して好適に用いることができる。但し、本発明に係るオイルリングが適用される内燃機関はこれらに限定されない。ここ
で、本実施形態に係るオイルリング４０は、上側セグメント１の基材１ａの材料と下側セグメント２の基材２ａの材料を異ならせて基材１ａの硬度を基材２ａの硬度よりも高くすることで、基材１ａの耐摩耗性を基材２ａの耐摩耗性よりも高くしている。基材１ａと基材２ａの硬度差は特に限定されないが、本実施形態に係るオイルリング４０のように、上側セグメント１の基材１ａの硬度を下側セグメント２の基材２ａの硬度よりも３０Ｈｖ以上高くすることが好ましい。また、本実施形態に係るオイルリング４０では、一対のセグメント１，２の基材の材料を異ならせることで、一対のセグメント１，２の表面色を互いに異ならせている。これにより、一対のセグメント１，２の識別性を高めることができる。
以上のように、本実施形態に係るオイルリング４０は、上側セグメント１の基材１ａの耐摩耗性が下側セグメント２の基材２ａの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント１，２の基材の材料を互いに異ならせている。具体的には、基材１ａの材料を基材２ａの材料であるＳＵＳ系材料よりも硬度の高いＳＷＲＨ系材料としている。基材１ａの耐摩耗性を基材２ａの耐摩耗性よりも高くすることで、上側セグメント１の摩耗を低減することができ、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。このような特性により、実施形態に係るオイルリング４０は、ガソリンエンジンや、セグメントとリング溝の内壁との直接接触の機会が多い低粘度オイルを用いたエンジンに対して好適に用いることができる。但し、本発明に係るオイルリングが適用される内燃機関はこれらに限定されない。ここ
で、本実施形態に係るオイルリング４０は、上側セグメント１の基材１ａの材料と下側セグメント２の基材２ａの材料を異ならせて基材１ａの硬度を基材２ａの硬度よりも高くすることで、基材１ａの耐摩耗性を基材２ａの耐摩耗性よりも高くしている。基材１ａと基材２ａの硬度差は特に限定されないが、本実施形態に係るオイルリング４０のように、上側セグメント１の基材１ａの硬度を下側セグメント２の基材２ａの硬度よりも３０Ｈｖ以上高くすることが好ましい。また、本実施形態に係るオイルリング４０では、一対のセグメント１，２の基材の材料を異ならせることで、一対のセグメント１，２の表面色を互いに異ならせている。これにより、一対のセグメント１，２の識別性を高めることができる。
［変形例］
以下、実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、上述のオイルリングとの相違点を中心に説明し、同様の構成については詳細な説明は割愛する。
以下、実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、上述のオイルリングとの相違点を中心に説明し、同様の構成については詳細な説明は割愛する。
［変形例１］
変形例１のオイルリング４０は、上側セグメント１の基材１ａの材料と下側セグメント２の基材２ａの材料を同一としつつも、上側セグメント１の基材１ａの耐摩耗性が下側セグメント２の基材２ａの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント１，２の基材の硬度を互いに異ならせている。変形例１の場合、例えば、熱処理の仕方を異ならせることで硬度を異ならせることができる。変形例１によっても、上側セグメント１の基材１ａの硬度を下側セグメント２の基材２ａの硬度よりも高くすることで、上側セグメント１の耐摩耗性を高め、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。基材１ａと基材２ａの硬度差は特に限定されないが、上側セグメント１の基材１ａの硬度を下側セグメント２の基材２ａの硬度よりも３０Ｈｖ以上高くすることが好ましい。
変形例１のオイルリング４０は、上側セグメント１の基材１ａの材料と下側セグメント２の基材２ａの材料を同一としつつも、上側セグメント１の基材１ａの耐摩耗性が下側セグメント２の基材２ａの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント１，２の基材の硬度を互いに異ならせている。変形例１の場合、例えば、熱処理の仕方を異ならせることで硬度を異ならせることができる。変形例１によっても、上側セグメント１の基材１ａの硬度を下側セグメント２の基材２ａの硬度よりも高くすることで、上側セグメント１の耐摩耗性を高め、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。基材１ａと基材２ａの硬度差は特に限定されないが、上側セグメント１の基材１ａの硬度を下側セグメント２の基材２ａの硬度よりも３０Ｈｖ以上高くすることが好ましい。
［変形例２］
変形例２のオイルリング４０は、上側セグメント１の基材１ａの耐摩耗性が下側セグメント２の基材２ａの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント１，２の基材表面における炭化物占有面積率（炭化物析出率）を互いに異ならせている。炭化物占有面積率は、セグメントの表面に占める炭化物の面積の割合のことをいう。炭化物占有面積率は、例えば、マーブル試薬によるエッチング処理後に金属顕微鏡により基材表面の画像を取得し、取得した画像を２値化し、白色部分の面積率を算出することで得られる。但し、炭化物占有面積率の算出方法はこれに限定されない。
変形例２のオイルリング４０は、上側セグメント１の基材１ａの耐摩耗性が下側セグメント２の基材２ａの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント１，２の基材表面における炭化物占有面積率（炭化物析出率）を互いに異ならせている。炭化物占有面積率は、セグメントの表面に占める炭化物の面積の割合のことをいう。炭化物占有面積率は、例えば、マーブル試薬によるエッチング処理後に金属顕微鏡により基材表面の画像を取得し、取得した画像を２値化し、白色部分の面積率を算出することで得られる。但し、炭化物占有面積率の算出方法はこれに限定されない。
変形例２では、上側セグメント１の基材１ａと下側セグメント２の基材２ａとで炭素含有量及びクロム含有量の異なるステンレス鋼が用いられている。より具体的には、上側セグメント１の基材１ａはクロムを多く含有するマルテンサイト系ステンレス鋼である１７クロムＳＵＳ材を材料とし、下側セグメント２の基材２ａはクロム含有量がやや少ないステンレス鋼である１３クロムＳＵＳ材を材料としている。但し、本発明に係るセグメントの材料はこれに限定されない。変形例２では、上側セグメント１の基材１ａの炭化物占有面積率が上述の算出方法で７．２％～１５．３％、下側セグメント２の基材２ａの炭化物占有面積率が０．２％～２．０％となっている。つまり、変形例２では、上側セグメント１の基材１ａの方が下側セグメント２の基材２ａよりも炭化物占有面積率が高く、その差が５．２％以上となっている。
なお、変形例２では、上側セグメント１の基材１ａと下側セグメント２の基材２ａの材料が同一であってもよい。基材１ａと基材２ａの材料を同一とした場合、例えば、熱処理の仕方を異ならせることで炭化物の大きさを変化させ、炭化物占有面積率を異ならせることができる。また、上側セグメント１と下側セグメント２とで基材の材料を互いに異ならせることで炭化物占有面積率を互いに異ならせてもよい。
上述のように、変形例２では、上側セグメント１の基材１ａの炭化物占有面積率が下側セグメント２の基材２ａの炭化物占有面積率よりも高くなるように、一対のセグメント１，２の基材を互いに異ならせている。上側セグメント１の基材１ａの炭化物占有面積率を下側セグメント２の基材２ａの炭化物占有面積率よりも高くすることで、上側セグメント１の耐摩耗性を高め、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。なお、基材１ａと基材２ａの炭化物占有面積率の差は特に限定されない。また、変形例２では、一対のセグメント１，２の基材表面における炭化物占有面積率を異ならせることで、一対のセグメント１，２の表面色を互いに異ならせている。これにより、一対のセグメント１，２の識別性を高めることができる。
上述した往復動摩擦試験により、変形例２に係るセグメントの基材の耐摩耗性を評価した。上側セグメント１の基材１ａを見立てたピンを上試験片Ｃとし、下側セグメント２の基材２ａを見立てたピンを上試験片Ｄとして夫々について往復動摩擦試験を行い、摩耗量を比較した。上試験片Ｃの材料には基材１ａと同じ１７クロムＳＵＳ材を用い、上試験片Ｄの材料には基材２ａと同じ１３クロムＳＵＳ材を用いた。また、上試験片Ｃの炭化物占有面積率は上述の算出方法で７．２％～１５．３％とし、上試験片Ｄの炭化物占有面積率を０．２％～２．０％とし、炭化物占有面積率の差が５．２％以上となるようにした。図４は、往復動摩擦試験の結果を示すグラフであって、摩耗量比を示すグラフである。図４に示す通り、炭化物占有面積率の大きい上側セグメント１の上試験片Ｃの方が下側セグメント２の上試験片Ｄよりも耐摩耗性が高い結果を得た。
＜その他＞
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した種々の形態は、可能な限り組み合わせることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した種々の形態は、可能な限り組み合わせることができる。
１００：内燃機関
１０：シリンダ
２０：ピストン
３０：リング溝
４０：オイルリング
１：上側セグメント
２：下側セグメント
３：スペーサエキスパンダ
１ａ，２ａ：基材
１０：シリンダ
２０：ピストン
３０：リング溝
４０：オイルリング
１：上側セグメント
２：下側セグメント
３：スペーサエキスパンダ
１ａ，２ａ：基材
Claims (4)
- 内燃機関におけるピストンに組み付けられるオイルリングであって、
環状の線材を基材として前記オイルリングの周長方向に沿うように形成され、互いに独立して前記オイルリングの軸方向に並んで設けられる一対のセグメントと、前記一対のセグメント同士の間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備え、
前記一対のセグメントのうち前記内燃機関において燃焼室側に位置する上側セグメントの摩耗を低減するために、前記上側セグメントの基材の方が、前記一対のセグメントのうち前記内燃機関においてクランク室側に位置する下側セグメントの基材よりも耐摩耗性が高くなるように、且つ、前記一対のセグメントの表面色が互いに異なるように、前記上側セグメントの基材の材料と前記下側セグメントの基材の材料とが異なっている、
オイルリング。 - 前記上側セグメントの基材の方が前記下側セグメントの基材よりも硬度が高い、
請求項１に記載のオイルリング。 - 前記上側セグメントの基材の方が前記下側セグメントの基材よりも硬度が３０Ｈｖ以上高い、
請求項１又は２に記載のオイルリング。 - 前記上側セグメントの基材の方が、前記下側セグメントの基材よりも表面における炭化物占有面積率が高い、
請求項１に記載のオイルリング。
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