JP2024034383A - オイルリング、オイルリングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルリングの摺動抵抗を低減し、更なる燃費向上を実現する。【解決手段】内燃機関のピストンに設置され、レールを有するリング本体７２及びエキスパンダを有する複数ピースタイプのオイルリング７０であって、リング本体７２のレールには、物理蒸着処理によって形成される皮膜９２が形成されており、皮膜９２によって形成されるレールの外周面８１Ａ，８１Ｂは、周方向に延びる帯形状に形成されて、内燃機関のシリンダの内壁面に当接且つ摺動する実当たり面８３Ａ，８３Ｂと、実当たり面実当たり面８３Ａ，８３Ｂの軸方向の縁から軸方向外側に連続し、軸方向外側に向かうにつれて内壁面との距離が大きくなる傾斜面８４Ａ，８４Ｂ，８５Ａ，８５Ｂとを有する。この傾斜面８４Ａ，８４Ｂ，８５Ａ，８５Ｂは、皮膜９２の表面が周方向に沿って研磨又は研削された面によって構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、シリンダとピストンを有する内燃機関におけるオイルリング及びその製造方法等に関する。

エンジンの燃費低減には、ピストンリングとシリンダライナ間の摩擦低減が有効である。近年、ピストンリングの一種となるオイルリングに対して、窒化処理や、低摩擦係数材となるＰＶＤ処理による窒化クロムコーティング、ＤＬＣコーティング等を施して摩擦低減を図ることが行われている。

また、オイルリングの外周面をステップランド（階段）形状で構成し、その突端となる摺動面と、シリンダライナとの実当たり幅を小さくすることで、小さい張力でも十分な接触面圧を確保することが行われている。この場合は、摺動面の面圧が高くなるので、窒化処理のみでは耐摩耗性が劣ることになり、高硬度皮膜が得られるＰＶＤ処理等が採用されることもある（特許文献１参照）。

特許第５８７１２７７号

本出願時に未公知の課題ではあるが、オイルリングの摺動面に、物理蒸着処理によって高硬度皮膜を形成すると摩擦低減効果が得られるものの、更なる改良の余地が残っていることが明らかとなった。本発明は、斯かる実情に鑑み、オイルリングの摺動抵抗を一層低減し、燃費向上を実現できるオイルリングを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、内燃機関のピストンに設置され、レールを有するリング本体、及び、前記リング本体に張力を付与するエキスパンダを有する複数ピースタイプのオイルリングであって、前記リング本体の前記レールには、物理蒸着処理によって形成される皮膜が形成されており、前記皮膜によって形成される前記レールの外周面は、周方向に延びる帯形状に形成されて、前記内燃機関のシリンダの内壁面に当接且つ摺動する実当たり面と、前記実当たり面の軸方向の縁から軸方向外側に連続し、軸方向外側に向かうにつれて前記内壁面との距離が大きくなる傾斜面と、を有しており、前記傾斜面は、前記皮膜の表面が周方向に沿って研磨又は研削された面によって構成されることを特徴とする、オイルリングである。

上記オイルリングに関連して、前記実当たり面は、前記皮膜の表面が軸方向に沿って研磨又は研削された面によって構成されることを特徴としても良い。

上記オイルリングに関連して、前記傾斜面における、軸方向を基準とした傾斜角度が７°となる位置を評価位置と定義する際に、前記評価位置を周方向に沿って測定して得られる突出山部高さＲｐｋが、０．１５μｍ以下となることを特徴としても良い。

上記オイルリングに関連して、前記傾斜面における、軸方向を基準とした傾斜角度が７°となる位置を評価位置と定義する際に、前記評価位置を周方向に沿って測定して得られる、０．５％位置を起点として０．３μｍ高さ減少を生じさせる際の負荷長さ率Ｒｍｒが３５％以上となることを特徴としても良い。

上記オイルリングに関連して、前記傾斜面は、前記研磨又は前記研削によって形成される、周方向に延びるヘアラインを有することを特徴としても良い。

上記オイルリングに関連して、前記実当たり面は、研磨又は研削によって形成される、軸方向に延びるヘアラインを有することを特徴としても良い。

上記オイルリングに関連して、前記皮膜は、窒化クロム系合金皮膜または硬質炭素皮膜であることを特徴としても良い。

上記目的を達成する本発明は、内燃機関のピストンに設置され、レールを有するリング本体、及び、前記リング本体に張力を付与するエキスパンダを有する複数ピースタイプのオイルリングの製造方法であって、前記リング本体の前記レールに、物理蒸着処理によって皮膜を形成する工程と、前記皮膜によって形成される前記レールの外周面を周方向に沿って研磨又は研削することで、前記皮膜の表面に周方向摩耗面を形成する工程と、前記周方向摩耗面の一部を、軸方向に沿って研磨又は研削することで、前記皮膜の表面に、前記内燃機関のシリンダの内壁面に当接且つ摺動する実当たり面を形成する工程と、を備え、前記実当たり面の軸方向の縁から軸方向外側に前記周方向摩耗面を残存させることで、前記周方向摩耗面を、軸方向外側に向かうにつれて前記内壁面との距離が大きくなる傾斜面とすることを特徴とするオイルリングの製造方法である。

本発明によれば、オイルリングの摺動抵抗を一層低減し、燃費を向上させるという優れた効果を奏し得る。

（Ａ）は、 本発明の実施形態に係るオイルリングが適用されるピストン及びピストンリングを示す側面図であり、（Ｂ）は同ピストン及びピストンリングを示す部分拡大断面図であり、（Ｃ）はトップリングの部分拡大断面図であり、（Ｄ）はセカンドリングの部分拡大断面図である。 本実施形態の２ピースタイプのオイルリングの断面図である。 同オイルリングの外周面近傍を拡大して示す軸方向断面図である。 （Ａ）は同オイルリングの製造工程における物理蒸着処理後のオイルリングの外周面近傍を拡大して示す軸方向断面図であり、（Ｂ）はオイルリングにバフ加工を行う態様を示す部分断面図であり、（Ｂ）はバフ加工後のオイルリングの外周面近傍を拡大して示す斜視図である。 （Ａ）は本オイルリングにラップ加工を行う態様を示す部分断面図であり、（Ｂ）はラップ加工後のオイルリングの外周面近傍を拡大して示す斜視図である。 （Ａ）は、本実施形態のオイルリングの変形例となる３ピースタイプのオイルリングの断面図であり、（Ｂ）は同オイルリングの外周面近傍を拡大して示す軸方向断面図である。 一般的な内燃機関の摺動に関する（Ａ）ストライベック線図、及び（Ｂ）ＦＭＥＰ線図である。 同オイルリングが適用される内燃機関のシリンダライナの軸方向に沿う断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は同シリンダライナの内周壁を周方向に展開した状態を示す展開図である。 同シリンダライナの内周壁の軸直角方向の断面図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、第１，第２実施例となるオイルリングの周方向の表面性状パラメータの実測結果を示すグラフ図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１，第２実施例となるオイルリングの周方向の表面性状パラメータの実測結果を示すグラフ図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、第１，第２実施例となるオイルリングの周方向の表面性状パラメータの実測結果を示すグラフ図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、第１実施例となるオイルリングの周方向の表面性状を三次元撮像した結果を示す撮像図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、第２実施例となるオイルリングの周方向の表面性状を三次元撮像した結果を示す撮像図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、比較例となるオイルリングの周方向の表面性状を三次元撮像した結果を示す撮像図である。 実施例及び比較例となるオイルリングを利用して実測した内燃機関のＦＭＥＰ線図である。

以下、本発明の実施の形態に係るオイルリング及びその製造方法について添付図面を参照して説明する。

まず、本実施形態のオイルリングを備えた内燃機関の摺動構造について説明する。

＜ピストン及びピストンリングの構造＞
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に、ガソリンエンジンの一部として、ピストン３０及びこのピストン３０のリング溝に設置されるピストンリング４０（トップリング５０、セカンドリング６０、オイルリング７０）を示す。ピストンリング４０は、シリンダライナ１０の内壁面１２に対して、外周面４２が対向する状態でシリンダ軸方向に往復運動する。トップリング５０は、ピストン３０とシリンダライナ１０との間のすき間を無くし、燃焼室からクランクケース側へと圧縮ガスが抜けるガス漏洩現象（ブローバイ）を防ぐ。セカンドリング６０は、トップリング５０と同様に、ピストン３０とシリンダライナ１０との間のすき間を無くす役割と、シリンダライナ１０の内壁面１２に付着する余分なエンジンオイルをかき落とす役割を兼ねる。なお、トップリング５０及びセカンドリング６０を、コンプレッションリングと称する場合もある。

オイルリング７０は、シリンダライナ１０の内壁面１２についている余分なエンジンオイルをかき落として、適度な油膜を形成することで、ピストン３０の焼きつきを防止する。

＜トップリングの形状＞
図１（Ｃ）に拡大して示すように、トップリング５０は、単一の環状部材であり、外周面５２を断面視すると、径方向外側に緩やかな凸となる、いわゆる弱バレル形状となっている。なお、図１（Ｃ）では、説明の便宜上、軸方向の寸法に対して径方向の寸法を大幅に誇張することで、外周面の凸形状が強調されるようにしている。

トップリング５０の厚さ（径方向幅）ａ_１は、例えば６．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは４．５ｍｍ以下とする。幅（軸方向幅）ｈ_１は、例えば３．５ｍｍ以下に設定され、望ましくは３．０ｍｍ以下とする。

外周面５２の軸方向の一部には、実当たり面５３が形成される。実当たり面５３は、外周面５２の周方向に延びる帯形状の領域となる。実当たり面５３は、シリンダライナ１０の内壁面１２と接触して摺動する摺動領域（摺動面）を意味する。更に外周面５２には、外周面５２には、実当たり面５３の軸方向（帯幅方向）の両縁から外側に向かって、それぞれ、傾斜面５４及び隅部５５が形成される。この傾斜面５４及び隅部５５は、シリンダライナ１０の内壁面１２から離反する領域となる。

なじみ運転前の実当たり面５３の実当たり幅ｆの寸法は、０．１５ｍｍ以上に形成することが好ましい。より望ましくは、０．３ｍｍ以上に形成し、さらに望ましくは、０．３ｍｍよりも大きく設定し、一層望ましくは０．４ｍｍ以上とする。

なじみ運転によって積極的にダレ形状を形成するために、外周面５２の表面硬さは、２０００Ｈｖ以下にすることが好ましく、ここでは１８００Ｈｖとする。

＜セカンドリングの形状＞
図１（Ｄ）に拡大して示すように、セカンドリング６０は、単一の環状部材であり、外周面６２を断面視すると、いわゆるテーパ形状となっている。このテーパ形状の先端側の平面は、径方向外側に緩やかな凸となるいわゆる弱バレル形状となっている。なお、図１（Ｄ）では、説明の便宜上、軸方向の寸法に対して径方向の寸法を大幅に誇張することで、外周面の凸形状が強調されるようにしている。

セカンドリング６０の厚さ（径方向幅）ａ_１は、例えば６．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは４．５ｍｍ以下とする。幅（軸方向幅）ｈ_１は、例えば３．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは２．５ｍｍ以下とする。

トップリング５０と同様に、外周面６２の軸方向の一部には、実当たり面６３が形成される。実当たり面６３は、外周面６２の周方向に延びる帯形状の領域となる。実当たり面６３は、シリンダライナ１０の内壁面１２と接触して摺動する摺動領域（摺動面）を意味する。更に外周面６２には、実当たり面６３における軸方向（帯幅方向）の両縁から外側に向かって、それぞれ、傾斜面６４及び隅部６５が形成される。この傾斜面６４及び隅部６５は、シリンダライナ１０の内壁面１２から離反する領域となる。

なじみ運転前の実当たり面６３の実当たり幅ｆの寸法は、０．１５ｍｍ以上に形成することが好ましい。より望ましくは、０．３ｍｍ以上に形成し、さらに望ましくは、０．３ｍｍよりも大きく設定し、一層望ましくは０．４ｍｍ以上とする。

なじみ運転によって積極的にダレ形状を形成するために、外周面６２の表面硬さは、１６００Ｈｖ以下にすることが好ましく、ここでは１４００Ｈｖとする。

＜オイルリングの形状＞
図２に、本実施形態にかかる２ピースタイプのオイルリング７０を拡大して示す。このオイルリング７０は、リング本体７２と、コイルばね状のコイルエキスパンダ７６Ｃを有する。

リング本体７２は、軸方向両端に配置される環状の上方側レール７３Ａ及び下方側レール７３Ｂと、この上方側レール７３Ａ及び下方側レール７３Ｂの間に配置されてこれらを連結する環状の柱部７５を一体的に有する。一対の上方側レール７３Ａ及び下方側レール７３Ｂ及び柱部７５を合わせた断面形状は略Ｉ形状又はＨ形状となっており、この形状を利用して、内周面側には、コイルエキスパンダ７６Ｃを収容するための断面半円弧形状の内周溝７９が形成される。

上方側レール７３Ａ及び下方側レール７３Ｂの各外周には、それぞれ、柱部７５を基準として径方向外側に突出する上方側環状突起７４Ａ及び下方側環状突起７４Ｂが形成される。この上方側環状突起７４Ａ及び下方側環状突起７４Ｂの突端近傍は、上方側外周面８１Ａ及び下方側外周面８１Ｂを有することになる。

コイルエキスパンダ７６Ｃは、内周溝７９に収容されることで、リング本体７２を径方向外側に押圧付勢する。なお、リング本体７２の柱部７５には、油戻し孔７７が、周方向に複数形成される。

図３に拡大して示すように、上方側外周面８１Ａ及び下方側外周面８１Ｂは、それぞれ、母材９０の表面に対して物理蒸着処理によって形成される硬質皮膜（以下、ＰＶＤ皮膜）９２の表面となる。母材９０の材料は、例えば８Ｃｒ鋼、１０Ｃｒ鋼、１３ＣｒＳＵＳ等となる。また、ＰＶＤ皮膜９２は、例えばＣｒ－Ｎ系、Ｃｒ－Ｂ－Ｎ系、Ｃｒ－Ｂ－Ｖ－Ｎ系、Ｃｒ－Ｂ－Ｔｉ－Ｖ－（Ｍｎ，Ｍｏ）－Ｎ系等の窒化クロム系合金皮膜、硬質炭素皮膜（ダイヤモンドライクカーボン皮膜又はＤＬＣ皮膜ともいう）を採用できる。なお、硬質炭素皮膜の水素含有量は１０原子％以下が好ましい。ＰＶＤ皮膜９２の表面硬さは、２０００Ｈｖ以下にすることが好ましく、ここでは１８００Ｈｖとする。

（実当たり面の説明）
上方側外周面８１Ａ及び下方側外周面８１Ｂの一部には、シリンダライナ１０の内壁面１２と実際に当接する上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂが形成される。上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂは、周方向に延びる帯形状の領域となる。上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂは、軸方向（帯幅方向）に沿って研磨または研削するラップ加工によって、ＰＶＤ皮膜９２の表面側の一部が摩耗されて創出する平坦面である（点線Ｖ参照）。図５（Ｂ）に示すように、上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂの表面には、研磨痕となる、軸方向（帯幅方向）に延びる細かな軸方向ヘアラインＨ１が形成される。

上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂにおける軸方向中央部分におけるＰＶＤ皮膜９２の径方向厚さｔ１は、５μｍ以上であることが望ましく、更に望ましくは１０μｍ以上とする。ＰＶＤ皮膜９２の同厚さｔ１は、５０μｍ以下であることが望ましく、更に望ましくは４０μｍ以下とする。ここでは２０μｍに設定されている。

なお、上方側外周面８１Ａ及び下方側外周面８１Ｂは、リング本体７２に一体的に形成されている。結果、両外周面８１Ａ，８１Ｂを合わせて単一外周面８１と定義することもできる（図２参照）。なお、単一外周面８１の中央には隙間が形成される。

図３に戻って、上方側実当たり面８３Ａにおける軸方向の柱部７５側（下方側）には、上方側外周面８１Ａの一部が縮径するように凹む凹状段差９８を有する。同様に、下方側実当たり面８３Ｂにおける軸方向の柱部７５側（上方側）には、下方側外周面８１Ｂの一部が縮径するように凹む凹状段差９８を有する。これらの凹状段差９８によって、上方側外周面８１Ａ及び下方側外周面８１Ｂが階段状となる。これにより、上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂの実当たり幅（帯幅）ｆ１、ｆ２を小さく設定できる。換言すると、上方側環状突起７４Ａ及び下方側環状突起７４Ｂは、二段階の突起形状となっており、この形状をステップランド形状と称する。凹状段差９８は、例えば、母材９０を研削加工することで形成することができるが、線材の引抜き加工時に予め形成することもできる。

（傾斜面の説明）
上方側外周面８２Ａにおいて、上方側実当たり面８３Ａにおける軸方向（帯幅方向）の両縁には、上方側第一傾斜面８４Ａと上方側第二傾斜面８５Ａが形成される。上方側第一傾斜面８４Ａは、スペーサエキスパンダ７６Ｃから遠位側となり、上方側第二傾斜面８５Ａは、スペーサエキスパンダ７６Ｃから近位側となる。上方側第一傾斜面８４Ａは、上方側実当たり面８３Ａから上方に離れるに連れて、シリンダライナ１０の内壁面１２からの距離が大きくなる傾斜領域となる。上方側第二傾斜面８５Ａは、上方側実当たり面８３Ａから下方に離れるに連れて、シリンダライナ１０の内壁面１２からの距離が大きくなる傾斜領域となる。上方側第一傾斜面８４Ａ及び上方側第二傾斜面８５Ａは、それぞれ、周方向に延びる帯形状の領域となる。

また、上方側第一傾斜面８４Ａの軸方向外側（上方側）には、上方側第一隅部８６Ａが形成される。軸方向断面視すると、上方側第一隅部８６Ａは、上方側第一傾斜面８４Ａから上方側環状突起７４Ａの上方側の側面に向かって、傾斜の勾配が急峻に変化する領域となる。

上方側第二傾斜面８５Ａの軸方向外側（下方側）には、上方側第二隅部８７Ａが形成される。軸方向断面視すると、上方側第二隅部８７Ａは、上方側第二傾斜面８５Ａから上方側環状突起７４Ａの下方側の側面に向かって、傾斜の勾配が急峻に変化する領域となる。

下方側外周面８２Ｂにおいて、下方側実当たり面８３Ｂにおける軸方向（帯幅方向）の両縁には、下方側第一傾斜面８４Ｂと下方側第二傾斜面８５Ｂが形成される。下方側第一傾斜面８４Ｂは、スペーサエキスパンダ７６Ｃから遠位側となり、下方側第二傾斜面８５Ｂは、スペーサエキスパンダ７６Ｃから近位側となる。下方側第一傾斜面８４Ｂは、下方側実当たり面８３Ｂから下方に離れるに連れて、シリンダライナ１０の内壁面１２からの距離が大きくなる傾斜領域となる。下方側第二傾斜面８５Ｂは、下方側実当たり面８３Ｂから上方に離れるに連れて、シリンダライナ１０の内壁面１２からの距離が大きくなる傾斜領域となる。下方側第一傾斜面８４Ｂ及び下方側第二傾斜面８５Ｂは、それぞれ、周方向に延びる帯形状の領域となる。

また、下方側第一傾斜面８４Ｂの軸方向外側（下方側）には、下方側第一隅部８６Ｂが形成される。軸方向断面視すると、下方側第一隅部８６Ｂは、下方側第一傾斜面８４Ｂから下方側環状突起７４Ｂの下方側の側面に向かって、傾斜の勾配が急峻に変化する領域となる。

下方側第二傾斜面８５Ｂの軸方向外側（上方側）には、下方側第二隅部８７Ｂが形成される。軸方向断面視すると、下方側第二隅部８７Ｂは、下方側第二傾斜面８５Ｂから下方側環状突起７４Ｂの上方側の側面に向かって、傾斜の勾配が急峻に変化する領域となる。

図５（Ｂ）に示すように、少なくとも上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂは、後述するバフ加工によって、ＰＶＤ皮膜９２の表面側の一部が周方向に沿って研磨又は研削された表面となる。結果、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂは、周方向に沿って平滑化される。上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂの表面には、研磨痕となる、周方向（帯長手方向）に延びる細かな周方向ヘアラインＨ２が形成される。

なお、本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂ、並びに、上方側第二傾斜面８５Ａ及び下方側第二傾斜面８５Ｂのすべてが、バフ加工によって研磨又は研削されることで平滑化されており、その表面に細かな周方向ヘアラインＨ２が形成される。

図１に戻って、オイルリング７０の組み合わせ径方向厚さａ_１１（図１（Ｂ）参照）は、例えば５．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは４．５ｍｍ以下とする。組み合わせ軸方向幅（呼び幅）ｈ_１（図１（Ｂ）参照）は、例えば４．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは３．０ｍｍ以下とする。上方側レール７３Ａ又は下方側レール７３Ｂの単体の厚さ（径方向幅）ａ_１（図１（Ｂ）参照）は、例えば４．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは３．０ｍｍ以下とする。同単体の幅（軸方向幅）ｈ_１２（図１（Ｂ）参照）は、例えば０．４０ｍｍ以下に設定され、望ましくは０．３０ｍｍ以下とし、さらに好ましくは０．２０ｍｍ以下とする。

なじみ運転前の上方側実当たり面８３Ａの上方側実当たり幅ｆ１、及び、下方側実当たり面８３Ｂの下方側実当たり幅ｆ２の寸法は、０．０５ｍｍ以上に形成することが好ましい。より望ましくは０．１０ｍｍ以上に形成し、さらに望ましくは、０．１３ｍｍよりも大きく設定する。また、上方側実当たり幅ｆ１及び下方側実当たり幅ｆ２の寸法は、０．４０ｍｍ以下に形成することが好ましい。より望ましくは０．３５ｍｍ以下に形成し、さらに望ましくは、０．３０ｍｍよりも小さく設定する。

また、上方側実当たり幅ｆ１及び下方側実当たり幅ｆ２を合計した総実当たり幅Ｆは、０．１０ｍｍ以上に形成することが好ましい。より望ましくは０．２０ｍｍ以上に形成し、さらに望ましくは、０．２６ｍｍよりも大きく設定する。総実当たり幅Ｆは、０．８０ｍｍ以下に形成することが好ましい。より望ましくは０．７０ｍｍ以下に形成し、さらに望ましくは、０．６０ｍｍよりも小さく設定する。更に、上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂに作用する面圧は、０．８ＭＰａ以上に設定することが好ましく、より望ましくは１．０ＭＰａ以上とする。更に同面圧は、２．５ＭＰａ以下に設定することが好ましく、より望ましくは２．２ＭＰａ以下とする。

（傾斜面の周方向の表面粗さの評価）
本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂの周方向に沿う表面粗さを評価するために、評価位置Ｗを定義する。図３に示すように、軸方向断面視の状態において、オイルリング７０の軸方向Ｊを基準とした上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂの傾斜角度θが７°となる点を評価位置Ｗと定義する。触針式表面粗さ測定機（JIS B 0651:2001）によって、この評価位置Ｗを周方向に沿って測定することで得られる表面性状値を「傾斜面の周方向表面性状パラメータ」と定義する。なお、測定針の先端半径は標準的な２μｍ、先端形状は６０°ナイフエッジ形状を採用し、断面曲線用のカットオフ波長λｃを０．８ｍｍに選択して測定する。

本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂにおいて、周方向表面性状パラメータとなる算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）を、０．１８μｍ未満とすることが好ましく、より望ましくは０．１０μｍ以下とする。

本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂにおいて、周方向表面性状パラメータとなる最大高さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）を、１．４０μｍ未満とすることが好ましく、より望ましくは１．００μｍ以下とする。

本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂにおいて、周方向表面性状パラメータとなる十点平均粗さＲｚＪＩＳ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）を、１．１０μｍ以下とすることが好ましく、より望ましくは０．８０μｍ以下とする。

本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂにおいて、周方向表面性状パラメータとなる突出山部高さＲｐｋ（ＪＩＳ Ｂ ０６７１－２：２００２）を０．１５μｍ以下とすることが好ましく、より望ましくは０．１０μｍ以下とする。

本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂにおいて、周方向表面性状パラメータとなるコア部レベル差Ｒｋ（ＪＩＳ Ｂ ０６７１－２：２００２）を０．５０μｍ以下とすることが好ましく、より望ましくは０．３０μｍ以下とする。

本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂにおいて、周方向表面性状パラメータとなる、０．５％位置を起点として０．３μｍ高さ減少を生じさせる際の負荷長さ率Ｒｍｒ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）を３５％以上とすることが好ましく、より望ましくは７５％以上とする。

本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂにおいて、周方向表面性状パラメータとなる、０．５％位置を起点として０．４μｍ高さ減少を生じさせる際の負荷長さ率Ｒｍｒ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）を５５％以上とすることが好ましく、より望ましくは８０％以上とする。

本実施形態では、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂにおいて、周方向表面性状パラメータとなる、０．５％位置を起点として０．５μｍ高さ減少を生じさせる際の負荷長さ率Ｒｍｒ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）を７０％以上とすることが好ましく、より望ましくは８５％以上とする。

なお、上方側第一傾斜面８４Ａ及び下方側第一傾斜面８４Ｂの評価位置ＷにおけるＰＶＤ皮膜９２の径方向厚さｔ２は、５μｍ以上であることが望ましく、更に望ましくは１０μｍ以上とする。ＰＶＤ皮膜９２の同厚さｔ２は、５０μｍ以下であることが望ましく、更に望ましくは４０μｍ以下とする。ここでは２０μｍに設定されている。

（なじみ運転による実当たり面の微修正）
ちなみに、上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂは、製作完了時の状態を意味している。このオイルリング７０をピストン３０に装着し、シリンダライナ１０とともに、実際のなじみ運転を行うと、その接触摩耗によって、上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂの形状は、微細に修正される。具体的に、上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂのそれぞれは、なじみ運転の摩耗によって、シリンダ軸方向の中央から両外側に向かって微細に傾斜するバレル形状となる。上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂ内に形成されるこれらの傾斜は、いわゆるダレ形状と称され、その勾配は、１／２０００～１／５００程度と極めて小さい。なじみ運転後における上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂは、微細な傾斜や変形を伴いつつ、実質的に、シリンダライナ１０の内壁面１２と接触して摺動する摺動領域（摺動面）となる。

＜オイルリングのリング本体の製造方法＞

（母材の製作）
次に、本実施形態のオイルリング７０のリング本体７２の製造方法について説明する。まず、所望の断面形状となる直線状の線材を、特に図示しない曲げ加工機によってリング状に曲げ成形することで母材９０を製作する。

（母材へのバフ加工）
次に、リング状の母材９０の外周面に対して、バフ加工することで、外周面を周方向に沿って研磨又は研削する。これによって、母材９０の外周面となる下地を滑らかにする。なお、母材９０の外周面に窒化処理を施しても良い。

（物理蒸着処理）
その後、図４（Ａ）に示すように、母材９０の外周面（将来の上方側外周面８１Ａ及び下方側外周面８１Ｂ）に対して、物理蒸着処理によってＰＶＤ皮膜９２を形成し、今回は窒化クロム皮膜を施した。なお、ここでは特に図示しないが、物理蒸着処理直後のＰＶＤ皮膜９２の皮膜外周面９２Ａは、全体的に微細凹凸がランダムに形成された状態となる。この微細凹凸は、物理蒸着処理によって蒸着用物質が堆積する構造に起因している。

（ＰＶＤ皮膜へのバフ加工）
次に、図４（Ｂ）に示すように、ＰＶＤ皮膜９２の皮膜外周面９２Ａ（将来の上方側外周面８１Ａ及び下方側外周面８１Ｂ）に対して、バフ加工を行う。本実施形態では、複数のリング本体７２を、特に図示しない回転具にまとめてセットし、これらを、中心軸Ｅを中心に強制回転させる。また、綿やフェルトで作られた円柱形状の研磨具となるバフ１００を、自身の回転軸Ｚが、リング本体７２の中心軸Ｅと平行となる姿勢で、リング本体７２に併設する。

このバフ１００の外周面１００Ａを、リング本体７２の皮膜外周面９２Ａに押し当てながら、バフ１００を、中心軸Ｚを中心に強制回転させる。これと同時に、バフ１００とリング本体７２を、中心軸Ｅ、Ｚ方向に相対移動させる。なお、リング本体７２とバフ１００の回転方向を一致させることで、互いの接点におけるバフ１００の外周面１００Ａとリング本体７２の皮膜外周面９２Ａの移動方向が反対となり、研磨効率が向上する。

結果、図４（Ｃ）に示すように、ＰＶＤ皮膜９２の皮膜外周面９２Ａの全部または一部（バフ１００が接触し得る範囲）が、研磨又は研削によって摩耗する。この摩耗によって生じた面を、ここでは周方向摩耗面９２Ｂと定義する。この周方向摩耗面９２Ｂの表面には、周方向に延びる周方向ヘアラインＨ２が形成される。周方向摩耗面９２Ｂにより、上方側第一傾斜面８４Ａと上方側第二傾斜面８５Ａ、下方側第一傾斜面８４Ｂと下方側第二傾斜面８５Ｂが形成されることになる。

なお、上方側第一傾斜面８４Ａと上方側第二傾斜面８５Ａの間には、上方側ラップ加工対象領域８３Ａ'が形成される。同様に、下方側第一傾斜面８４Ｂと下方側第二傾斜面８５Ｂの間には、下方側ラップ加工対象領域８３Ｂ'が形成される。

（ラップ加工）
次に、図５（Ａ）に示すように、複数のリング本体７２を、特に図示しない固定具にまとめてセットしてから、円筒状の研削具（ラップ盤）１２０の内周研削面１２０Ａに挿入し、軸方向に相対的に摺動させる。内周研削面１２０Ａの内径と、リング本体７２を近似させつつ、両者の間に所定の砥粒を介在させることで、リング本体７２の上方側外周面８２Ａ及び下方側外周面８１Ｂが研削又は研磨する。具体的に、周方向摩耗面９２Ｂにおける上方側ラップ加工対象領域８３Ａ'及び下方側ラップ加工対象領域８３Ｂ'を摩耗させる。還元すると、周方向摩耗面９２Ｂにおける、上方側ラップ加工対象領域８３Ａ'及び下方側ラップ加工対象領域８３Ｂ'の外側は、そのまま周方向摩耗面９２Ｂを残存させるようにする。

結果、図５（Ｂ）に示すように、ラップ加工によって摩耗した領域によって、上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂが形成される。上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂには、研削痕となる軸方向ヘアラインＨ１が形成される。

＜オイルリングの面圧設定＞
次にオイルリング７０とシリンダライナ１０の間の面圧設定について説明する。ここで、オイルリング７０の面圧とは、ピストンリング４０の外周面４２において、実当たり幅ｆ１、ｆ２を構成する摺動面に作用する面圧を意味する。具体的に面圧は、（２×張力）／（シリンダライナ径×実当たり幅ｆ）によって算出される。

本実施形態では、オイルリング７０の面圧は、０．８ＭＰａ以上に設定することが好ましく、より望ましくは１．０ＭＰａ以上とする。更に同面圧は、２．５ＭＰａ以下に設定することが好ましく、より望ましくは２．２ＭＰａ以下とする。

＜オイルリングの変形例＞
なお、上記実施形態のオイルリング７０は、２ピースタイプを例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６（Ａ）に拡大して示すオイルリング７０のように、３ピースタイプのオイルリングを採用できる。このオイルリング７０は、上下に分離している環状のサイドレール７３ａ，７３ｂと、このサイドレール７３ａ，７３ｂの間に配置されるスペーサエキスパンダ７６ｓを有する。一対のサイドレール７３ａ，７３ｂがセットとなって、リング本体を構成する。

スペーサエキスパンダ７６ｓは、鋼材をシリンダ軸方向に凹凸を繰り返す波形形状に塑性加工して形成される。この波型形状を利用して、上方側支持面７８ａと下方側支持面７８ｂが形成され、一対のサイドレール７３ａ，７３ｂがそれぞれ軸方向に支持される。スペーサエキスパンダ７６ｓの内周側端部には、軸方向外側に向かってアーチ状に立設される耳部７４ｍを有する。この耳部７４ｍは、サイドレール７３ａ，７３ｂの内周面に当接する。なお、スペーサエキスパンダ７６ｓは、合口が付き合わされて、周方向に収縮状態でピストン３０のリング溝に組み込まれる。結果、スペーサエキスパンダ７６ｓの復元力によって、耳部７４ｍがサイドレール７３ａ，７３ｂを径方向外側に押圧付勢する。この付勢を受けると、点線に示されるように、サイドレール７３ａ，７３ｂが、オイルリング７０の軸方向（組み合わせ呼び幅方向）の内側に傾斜する。つまり、一対の外周面８２，８２がその分だけ接近することになる。

オイルリング７０の組み合わせ径方向厚さａ_１１は、例えば４．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは３．０ｍｍ以下とする。組み合わせ軸方向幅（呼び幅）ｈ_１は、例えば４．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは２．０ｍｍ以下とする。サイドレール７３ａ，７３ｂの単体の厚さ（径方向幅）ａ_１は、例えば４．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは３．０ｍｍ以下とする。単体の幅（軸方向幅）ｈ_１２は、例えば１．０ｍｍ以下に設定され、望ましくは０．５ｍｍ以下とし、さらに好ましくは０．４ｍｍ以下とする。

図６（Ｂ）に更に拡大して示すように、サイドレール７３ａ，７３ｂの各々の外周面８２は、径方向外側に緩やかな凸となるいわゆる弱バレル形状となっている。なお、ここでは説明の便宜上、軸方向の寸法に対して径方向の寸法を大幅に誇張することで、外周面の凸形状が強調されるようにしている。

外周面８２は、母材９０に対して、物理蒸着処理によって形成される硬質皮膜（以下、ＰＶＤ皮膜）９２の表面となる。外周面８２の軸方向の一部には、シリンダライナ１０の内壁面１２と実際に当接する実当たり面８３が形成される。実当たり面８３Ｂは、軸方向（帯幅方向）に沿って研磨または研削するラップ加工によって、ＰＶＤ皮膜９２の表面側の一部が摩耗されて創出する平坦面となる（点線Ｖ参照）。実当たり面８３は、外周面８２の周方向に延びる帯形状の領域となる。実当たり面８３の表面は、研磨痕となる、軸方向（帯幅方向）に延びる細かな軸方向ヘアラインＨ１が形成される。

更に、外周面８２において、実当たり面８３における軸方向（帯幅方向）の両縁には、それぞれ、傾斜面８４が形成される。傾斜面８４は、シリンダライナ１０の内壁面１２から離反する傾斜領域となる。この傾斜面８４は、周方向に延びる帯形状の領域となる。

また、各傾斜面８４の更に軸方向外側には隅部８６が形成される。軸方向断面視すると、隅部８６は、傾斜面８４からサイドレール７３ａ，７３ｂの側面に向かって、傾斜の勾配が急峻に変化する領域となる。

傾斜面８４は、バフ加工によって、ＰＶＤ皮膜９２の表面側の一部が周方向に沿って研磨又は研削された表面となる。結果、傾斜面８４は、周方向に沿って平滑化される。傾斜面８４の表面には、研磨痕となる、周方向（帯長手方向）に延びる細かな周方向ヘアラインが形成される。

なじみ運転前の実当たり面８３の実当たり幅ｆの寸法は、０．０５ｍｍ以上に形成することが好ましい。より望ましくは０．１０ｍｍ以上に形成し、さらに望ましくは、０．１３ｍｍよりも大きく設定する。また、実当たり幅ｆの寸法は、０．４０ｍｍ以下に形成することが好ましい。より望ましくは０．３５ｍｍ以下に形成し、さらに望ましくは、０．３０ｍｍよりも小さく設定する。

一対の外周面８２、８２の実当たり幅ｆを合計した総実当たり幅Ｆは、総実当たり幅Ｆは、０．１０ｍｍ以上に形成することが好ましい。より望ましくは０．２０ｍｍ以上に形成し、さらに望ましくは、０．２６ｍｍよりも大きく設定する。総実当たり幅Ｆは、０．８０ｍｍ以下に形成することが好ましい。より望ましくは０．７０ｍｍ以下に形成し、さらに望ましくは、０．６０ｍｍよりも小さく設定する。更に、実当たり面８３に作用する面圧は、０．８ＭＰａ以上に設定することが好ましく、より望ましくは１．０ＭＰａ以上とする。更に同面圧は、２．５ＭＰａ以下に設定することが好ましく、より望ましくは２．２ＭＰａ以下とする。

＜シリンダライナとオイルリングの摩擦態様＞
次に、シリンダライナとオイルリングの摩擦態様について説明する。一般的な摺動時の摩擦係数の変化は、図７（Ａ）に示すストライベック線図として表現される。このストライベック線図では、直接接触して摺動する固体接触領域１１０の摩擦態様、油膜を介して摺動する境界潤滑領域１１２の摩擦態様、粘性潤滑油膜を介して摺動する流体潤滑領域１１４における摩擦態様に分別される。また、境界潤滑領域１１２と流体潤滑領域１１４の間には、双方の状態が混在する混在潤滑領域１１３の摩擦態様が存在する。なお、このストライベック線図は、横軸が、「動粘度（動粘性率）μ」×「速度Ｑ」／「接触荷重Ｗ」を対数表示したものであり、縦軸が、摩擦係数（ｆ）となる。従って、摩擦力が最も小さくなり得るのは流体潤滑領域１１４または混在潤滑領域１１３であり、この領域１１４、１１３を有効利用することが、低摩擦化、即ち、低燃費に有効となる。一方、速度Ｑが上昇しても、境界潤滑領域１１２の途中から流体潤滑領域１１４に移行できない場合は、点線に示すように、境界潤滑領域１１２がそのまま高速領域まで継続する状態になる。

ちなみに、流体潤滑領域１１４の摩擦力の大部分は、オイルのせん断抵抗であり、このせん断抵抗は、（粘度）×（速度）×（面積）／（油膜厚さ）で定義される。結果、せん断面積を低減することが、摩擦力の低減に直結する。

そこで、本実施形態では、オイルリング７０の上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂに対して、その両脇に形成される上方側第一傾斜面８４Ａ、上方側第二傾斜面８５Ａ、下方側第一傾斜面８４Ｂ、下方側第二傾斜面８５Ｂから、オイルを積極的に流入させることで、素早く流体潤滑領域１１４に移行して低摩擦化を実現する。また、これに加えて、詳細は後述するが、シリンダライナ１０に対していわゆるディンプルライナ技術を適用することで、シリンダライナ１０の行程中央部領域に凹部を形成して、オイルのせん断抵抗が生じる実質面積を減少させることで、より効率的に摩擦力の低下を達成する。

図７（Ａ）のストライベック線図は、ピストン３０の１ストローク中の摩擦係数（ｆ）の動的変化を示すものであるが、摩擦態様を評価する他の指標として、摩擦損失平均有効圧力（ＦＭＥＰ：Friction Mean Effective Pressure）がある。この摩擦損失平均有効圧力は、１サイクルあたりの摩擦仕事を行程容積で割った値を示す。この摩擦損失平均有効圧力の線図（ＦＭＥＰ線図）を図７（Ｂ）に示す。ＦＭＥＰ線図では、横軸が、回転数（Ｎ）となり、縦軸が摩擦損失平均有効圧力（ｋＰａ）となる。回転数（Ｎ）が高いほど、１ストローク中の流体潤滑領域１１４が占める割合が増える。一方、回転数（Ｎ）が低くなると、１ストローク中の流体潤滑領域１１４が占める割合が減って、混在潤滑領域１１３（または境界潤滑領域１１２）が占める割合が増える。従って、図７（Ｂ）のＦＭＥＰ線図の形状は、図７（Ａ）のストライベック線図の流体潤滑領域１１４及び混在潤滑領域１１３の形状と比較的近似する。

＜シリンダライナのディンプル技術＞
次に、本実施形態のオイルリング７０を組み合わせる際に好適なシリンダライナ１０について説明する。図８に示すように、シリンダライナ１０の内壁面１２には、複数の凹部１４が形成される。凹部１４は、内壁面１２における行程中央部領域２０に形成される。この行程中央部領域２０とは、ピストン３０の上死点Ｔにおける最下位のピストンリングのリング溝の下面位置から、ピストン３０の下死点Ｕおける最上位のピストンリングのリング溝の上面位置までの範囲を最大とし、その内の全部または一部領域となる（ここでは全部の範囲が行程中央部領域２０となり、その全体に凹部１４が形成される場合を例示する）。行程中央部領域２０の外側の領域を外部領域２５と定義すると、この外部領域２５は、行程中央部領域２０の上死点側に隣接する上側外部領域２５Ａと、行程中央部領域２０の下死点側に隣接する下側外部領域２５Ｂから構成される。ピストン３０がシリンダライナ１０内を往復運動する際、上側外部領域２５Ａ、行程中央部領域２０、下側外部領域２５Ｂ、行程中央部領域２０、上側外部領域２５Ａをこの順に繰り返し通過する。なお、上側外部領域２５Ａと行程中央部領域２０の境界を上側境界２７Ａ、下側外部領域２５Ｂと行程中央部領域２０の境界を下側境界２７Ｂと定義する。

勿論、行程中央部領域２０を超えて、複数の凹部１４を形成することも可能であるが、オイル消費量（ＬＯＣ）の観点では、行程中央部領域２０の内部に限定的に凹部１４を形成することが好ましい。

＜シリンダライナに形成されるディンプル＞
凹部１４は、行程中央部領域２０の内壁面１２において、どの場所の軸直角方向の断面をとっても、少なくとも一つの凹部１４がその断面に存在するように配置される。即ち、凹部１４は、軸方向に重なり合うように配置される。この結果、行程中央部領域２０を通過するピストンリングの外周面は、常に、少なくとも１つの凹部１４と対向している。一方、上側外部領域２５Ａと下側外部領域２５Ｂには凹部１４が形成されない。

凹部１４の形状は、軸方向に対して斜めに配置される方形（正方形又は長方形）となっており、結果として、複数の凹部１４全体が斜め格子状に配置される。このようにすると、図９（Ａ）の展開図に示すように、ある特定の凹部１４に着目する場合、その凹部１４の軸方向の最下点１４ｂが、他の凹部１４の軸方向の最上点１４ａよりも軸方向下側に位置する。このように、複数の凹部１４が軸方向に重なり合うので、行程中央部領域２０におけるあらゆる場所（例えば、矢視Ａ、矢視Ｂ、矢視Ｃ）の軸直角方向断面において、凹部１４が常に存在できる。ここでは、行程中央部領域２０において、同じ面積となる複数の凹部１４が、面方向（軸方向及び周方向）に均一に配置されている。

なお、図９（Ｂ）の展開図に示すように、同一面積となる複数の凹部１４が、面方向に不均一に配置されていても良い。ここでは行程中央部領域２０の軸方向端部における周方向の帯状領域２０Ｐは、複数の凹部１４が占める面積が小さくなっており、行程中央部領域２０の軸方向中央部における周方向の帯状領域２０Ｑは、複数の凹部１４が占める面積が大きくなっている。

凹部１４の寸法や形状は特に限定されないが、シリンダやピストンリングの寸法や目的に応じて適宜選択される。例えば、凹部１４は、行程中央部領域２０のシリンダ軸方向に貫く（又は延びる）ようにスリット状又は帯状に形成されることができる。一方、シリンダの気密性の観点に鑑みると、凹部１４のシリンダ軸方向の最大平均長さＤ（図９（Ａ）参照）を、ピストンの最も上位に位置するピストンリング（トップリング）のシリンダ軸方向長さ（幅）以下、具体的にはその５～１００％程度とすることが好ましい。凹部１４の平均長さＤとは、複数の凹部１４の軸方向の最大寸法にバラつきがある場合はその平均値を意味する。

凹部１４のシリンダ周方向の最大平均長さＳは、０．１ｍｍ～１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ～５ｍｍの範囲内が望ましい。これらの範囲より小さくなると、凹部１４自体による摺動面積低減効果が十分に得られない場合がある。一方、これらの範囲より大きくなると、ピストンリングの一部が凹部内に入り込みやすくなり、ピストンリングが変形する等の不具合が発生する場合がある。

図１０に示すように、凹部１４のシリンダ径方向の最大平均長さＲ（最大平均深さＲ）は、０．１μｍ～１０００μｍの範囲内が好ましく、０．１μｍ～５００μｍの範囲内が望ましい。より望ましくは０．１μｍ～５０μｍに設定する。凹部１４のシリンダ径方向の最大平均長さＲが、これらの範囲より小さくなると、凹部１４自体の摺動面積低減効果が十分に得られない場合がある。一方、これらの範囲より大きくしようとすると、加工が困難となり、また、シリンダの肉厚を厚くする必要がある等の不具合が生じ得る。なお、図１０の凹部１４は、説明の便宜上、シリンダの周方向に対して、シリンダ径方向を大幅に誇張して描いている。

図９に戻って、軸方向に同位置で周方向に隣り合う凹部１４間のシリンダ周方向の最小の間隔Ｈｃの平均値は、０．０５ｍｍ～１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．１ｍｍ～５．０ｍｍの範囲内が特に好ましい。これらの範囲より小さくなると、ピストンリングとシリンダライナの接触面積（摺動面積）が小さすぎて、安定して摺動できない可能性が有る。一方、これらの範囲より大きいと、凹部１４自体の摺動面積低減効果が十分に得られない場合がある。

周方向に同位置で軸方向に隣り合う凹部１４間のシリンダ軸方向の最小の間隔Ｈａの平均値は、０．０５ｍｍ～１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．１ｍｍ～５．０ｍｍの範囲内が特に好ましい。これらの範囲より小さくなると、ピストンリングとシリンダライナの接触面積（摺動面積）が小さすぎて、安定して摺動できない可能性が有る。一方、これらの範囲より大きいと、凹部１４自体の摺動面積低減効果が十分に得られない場合がある。

更に、方向を問わずに、隣接する凹部１４間の最小の間隔Ｈｍの平均値は、０．００１ｍｍ～１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．００１ｍｍ～５．０ｍｍの範囲内が特に好ましい。これらの範囲より大きいと、凹部１４自体の摺動面積低減効果が十分に得られない場合がある。

これらの間隔Ｈｃ、Ｈａ、Ｈｍは、換言すると、隣接する凹部１４の間に残存する内壁面１２の各方向の最小幅と同義となる。

なお、本実施形態では、シリンダ軸方向の間隔Ｈａの平均値を０．０５ｍｍ～１５ｍｍの範囲内にすることが好ましく、０．１ｍｍ～５．０ｍｍの範囲内にすることが一層に好ましい。凹部１４及びその周囲の内壁面１２に対して、図７（Ａ)に示すシリンダ軸方向に摺動するピストンリング４０の流体潤滑領域１１４の範囲を広げる際に、このシリンダ軸方向の内壁面１２の間隔Ｈａを確保することによって、ピストンリング４０に作用する局所的な面圧変動を抑制することが可能となる。

本実施形態の２ピースタイプのオイルリング７０のリング本体７２について、ＰＶＤ皮膜９２に対するバフ加工の製造条件を２種類設定して製造し、その上方側第一傾斜面８４Ａ、上方側第二傾斜面８５Ａ、下方側第一傾斜面８４Ｂ、下方側第二傾斜面８５Ｂの周方向表面性状パラメータを測定した。第１の製造条件で製造したものオイルリング７０を第１実施例、第２の製造条件で製造したものオイルリング７０を第２実施例とする。また、ＰＶＤ皮膜９２に対するバフ加工を一切に行わないオイルリングを比較例とする。

第１実施例となる第１の製造条件では、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を砥粒とし、回転軸に対して放射状に研磨生地が固定されたフラップタイプ構造で、硬さが柔らかいバフ１００を採用した。バフ加工は、バフ１００を軸方向に一往復して終了し、その軸方向の送り速度を一定とした。バフ１００とリング本体７２の双方の回転速度を３００ｒｐｍとし、往路の回転方向と、復路の回転方向を逆転させた。リング本体７２に対するバフ１００の押し付け力は、非接触時と比較して、モータへの供給電流が上昇し一定の負荷がかかるレベルに設定した。

第２実施例となる第２の製造条件では、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）を砥粒とし、回転軸に対してスパイラル状に研磨生地が巻き付けられたノーマルタイプ構造で、硬さが硬いバフ１００を採用した。バフ加工は、バフ１００を軸方向に一往復して終了し、その軸方向の送り速度を第１の製造条件と同じにした。バフ１００とリング本体７２の双方の回転速度を３００ｒｐｍとし、往路の回転方向と、復路の回転方向を逆転させた。リング本体７２に対するバフ１００の押し付け力は、非接触時と比較して、モータへの供給電流が上昇し一定の負荷がかかるレベルに設定した。

なお、第１実施例、第２実施例及び比較例のすべてについて、ラップ加工の条件として、内周面にらせん溝が入っているホーニングスリーブを用い、砥粒を介在させながら、所定回数、上下軸方向に往復させて研削又は研磨した。

（周方向表面性状パラメータの測定）
第１実施例、第２実施例及び比較例について、周方向表面性状パラメータの測定を測定した。測定は、各傾斜面について３回実行した。上方側第一傾斜面８４Ａ、上方側第二傾斜面８５Ａ、下方側第一傾斜面８４Ｂ、下方側第二傾斜面８５Ｂの合計１２回の測定結果について、その上限値及び下限値と、その平均値を図１１～図１３に示す。

図１１（Ａ）に示すように、算術平均粗さＲａは、実施例１、２について、測定値が０．１４μｍ以下となった。具体的には実施例１の平均値が０．１０μｍ、実施例２の平均値が０．０６μｍとなった。一方で、比較例の平均値は０．２３μｍとなった。

図１１（Ｂ）に示すように、最大高さＲｚは、実施例１、２について、測定値が１．１６μｍ以下となった。具体的には実施例１の平均値が０．９５μｍ、実施例２の平均値が０．６８μｍとなった。一方で、比較例の平均値は１．６２μｍとなった。

図１１（Ｃ）に示すように、十点平均粗さＲｚＪＩＳは、実施例１、２について、測定値が０．９２μｍ以下となった。具体的には実施例１の平均値が０．７８μｍ、実施例２の平均値が０．５４μｍとなった。一方で、比較例の平均値は１．２９μｍとなった。

図１２（Ａ）に示すように、突出山部高さＲｐｋは、実施例１、２について、測定値が０．１０μｍ以下となった。具体的には実施例１の平均値が０．０９μｍ、実施例２の平均値が０．０６μｍとなった。一方で、比較例の平均値は０．２４μｍとなった。

図１２（Ｂ）に示すように、コア部レベル差Ｒｋは、実施例１、２について、測定値が０．４０μｍ以下となった。具体的には実施例１の平均値が０．３２μｍ、実施例２の平均値が０．１７μｍとなった。一方で、比較例の平均値は０．５７μｍとなった。

図１３（Ａ）に示すように、０．５％位置を起点として０．３μｍ高さ減少を生じさせる際の負荷長さ率Ｒｍｒは、実施例１、２について、測定値が４１．７％以上となった。具体的には実施例１の平均値が６０．４％、実施例２の平均値が９５．２％となった。一方で、比較例の平均値は１２．２％となった。

図１３（Ｂ）に示すように、０．５％位置を起点として０．４μｍ高さ減少を生じさせる際の負荷長さ率Ｒｍｒは、実施例１、２について、測定値が６７．６％以上となった。具体的には実施例１の平均値が８１．６％、実施例２の平均値が９９．０％となった。一方で、比較例の平均値は２１．６％となった。

図１３（Ｃ）に示すように、０．５％位置を起点として０．５μｍ高さ減少を生じさせる際の負荷長さ率Ｒｍｒは、実施例１、２について、測定値が８４．８％以上となった。具体的には実施例１の平均値が９２．５％、実施例２の平均値が９９．７％となった。一方で、比較例の平均値は３３．８％となった。

（表面性状の三次元撮像）
次に、第１実施例、第２実施例及び比較例について、リング本体７２の表面性状を三次元撮像した。撮像機械としてレーザーテック株式会社製共焦点顕微鏡ＯＰＴＥＬＩＣＳ ＨＹＢＲＩＤ Ｃ３（対物レンズ１００倍）を用いた。

図１４（Ａ）～（Ｄ）は、第１実施例の三次元撮像結果であり、（Ａ）はリング本体７２の上方側第一傾斜面８４Ａ及び上方側実当たり面８３Ａ、（Ｂ）はリング本体７２の上方側第二傾斜面８５Ａ及び上方側実当たり面８３Ａ、（Ｃ）はリング本体７２の下方側第二傾斜面８５Ｂ及び下方側実当たり面８３Ｂ、（Ｄ）は下方側第一傾斜面８４Ｂを及び下方側実当たり面８３Ｂとなる。

上方側第一傾斜面８４Ａ、上方側第二傾斜面８５Ａ、下方側第二傾斜面８５Ｂ、下方側第一傾斜面８４Ｂのすべてにおいて、周方向ヘアラインが形成されており、周方向に沿って平滑となる。結果、上方側実当たり面８３Ａと上方側第一傾斜面８４Ａの境界、上方側実当たり面８３Ａと上方側第二傾斜面８５Ａの境界、下方側実当たり面８３Ｂと下方側第二傾斜面８５Ｂの境界、下方側実当たり面８３Ｂと下方側第一傾斜面８４Ｂの境界も直線状となる。これにより、オイルが、各傾斜面から実当たり面に侵入しやすい状態となっており、油膜が維持されやすい構造となる。

図１５（Ａ）～（Ｄ）は、第２実施例の三次元撮像結果であり、（Ａ）はリング本体７２の上方側第一傾斜面８４Ａ及び上方側実当たり面８３Ａ、（Ｂ）はリング本体７２の上方側第二傾斜面８５Ａ及び上方側実当たり面８３Ａ、（Ｃ）はリング本体７２の下方側第二傾斜面８５Ｂ及び下方側実当たり面８３Ｂ、（Ｄ）は下方側第一傾斜面８４Ｂを及び下方側実当たり面８３Ｂとなる。

上方側第一傾斜面８４Ａ、上方側第二傾斜面８５Ａ、下方側第二傾斜面８５Ｂ、下方側第一傾斜面８４Ｂのすべてにおいて、周方向ヘアラインが形成されており、周方向に沿って平滑となる。結果、上方側実当たり面８３Ａと上方側第一傾斜面８４Ａの境界、上方側実当たり面８３Ａと上方側第二傾斜面８５Ａの境界、下方側実当たり面８３Ｂと下方側第二傾斜面８５Ｂの境界、下方側実当たり面８３Ｂと下方側第一傾斜面８４Ｂの境界も直線状となる。これにより、オイルが、各傾斜面から実当たり面に侵入しやすい状態となっており、油膜が維持されやすい構造となる。

図１６（Ａ）～（Ｄ）は、比較例の三次元撮像結果であり、（Ａ）はリング本体７２の上方側第一傾斜面８４Ａ及び上方側実当たり面８３Ａ、（Ｂ）はリング本体７２の上方側第二傾斜面８５Ａ及び上方側実当たり面８３Ａ、（Ｃ）はリング本体７２の下方側第二傾斜面８５Ｂ及び下方側実当たり面８３Ｂ、（Ｄ）は下方側第一傾斜面８４Ｂを及び下方側実当たり面８３Ｂとなる。

物理蒸着処理は、金属や化合物などを蒸発させて、オイルリングに堆積させて皮膜形成する手法であることから、上方側第一傾斜面８４Ａ、上方側第二傾斜面８５Ａ、下方側第二傾斜面８５Ｂ、下方側第一傾斜面８４Ｂのすべてにおいて、表面にランダムな微細凹凸が形成される。これにより、第１、第２実施例と比較して平滑に劣る。結果、上方側実当たり面８３Ａと上方側第一傾斜面８４Ａの境界、上方側実当たり面８３Ａと上方側第二傾斜面８５Ａの境界、下方側実当たり面８３Ｂと下方側第二傾斜面８５Ｂの境界、下方側実当たり面８３Ｂと下方側第一傾斜面８４Ｂの境界が、ランダムな鋸刃状となる。これにより、オイルが、各傾斜面から実当たり面に侵入する際、油膜が破壊されやすい構造となる。

（ＦＭＥＰ線図）
次に、図１７に、第２実施例のオイル本体７２を採用したオイルリング７０を用いてＦＭＥＰを測定した結果と、比較例のオイル本体を利用したオイルリングを用いてＦＭＥＰを測定した結果を示す。なお、測定時には、コイルエキスパンダ７６Ｃによって、オイルリング７０に２２．６Ｎの張力を作用させた（実当たり面の面圧を１．７５Ｍｐａとした）。シリンダライナ１０は、図１０で示すディンプルライナ技術を採用したものを使用した。

図１７からわかるように、第２実施例のオイルリング７０を採用すると、比較例よりも、ＦＭＥＰが平均して１ｋＰａ～２ｋＰａ程度減少することが分かる。特に、低回転数の帯域でも値が減少していることから、混在潤滑領域１１３（または境界潤滑領域１１２）が低回転側に広がっており、比較例よりも油膜が破壊されにくい潤滑状態であると推定される。

以上の通り、本実施形態のオイルリング７０によれば、ＰＶＤ皮膜９２によって構成される上方側第一傾斜面８４Ａ、上方側第二傾斜面８５Ａ、下方側第一傾斜面８４Ｂ及び下方側第二傾斜面８５Ｂに、周方向に沿うバフ加工が施されており、その表面が平滑化されている。これにより、シリンダライナ１０との摺動時に摩擦抵抗が低減する。また、これらの傾斜面によって、油膜が破壊されにくいので、油膜のせん断抵抗も減少する。

更に本実施形態では、ＰＶＤ皮膜９２に対して周方向に沿うバフ加工を施してから、その一部に、軸方向に沿うラップ加工を施すとこで、上方側実当たり面８３Ａと下方側実当たり面８３Ｂを形成している。結果、上方側第一傾斜面８４Ａ、上方側第二傾斜面８５Ａ、下方側第一傾斜面８４Ｂ及び下方側第二傾斜面８５Ｂと、上方側実当たり面８３Ａ及び下方側実当たり面８３Ｂの境界が、周方向に直線的に延びる。この境界の直線精度の向上によって、シリンダライナ１０との摺動時に摩擦抵抗が低減する。

なお、本実施形態では、物理蒸着処理で形成する皮膜として、窒化クロム合金皮膜を例示したが、本発明はこれに限定されず、硬質炭素皮膜等の他の物理蒸着皮膜に適用することができる。また、本オイルリングは、ディーゼルエンジンに適用することが好ましいが、シリンダボアを採用するガソリンエンジンに適用することもできる。更に本発明はこれに限定されず、他の内燃機関に適用することも可能である。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１０ シリンダライナ
１２ 内壁面
３０ ピストン
４０ ピストンリング
５０ トップリング
６０ セカンドリング
７０ オイルリング
７３ａ，７３ｂ サイドレール
７６Ｃ コイルエキスパンダ
７６ｓ スペーサエキスパンダ
８２ 外周面
８２Ａ 上方側外周面
８２Ｂ 下方側外周面
８３Ａ 上方側実当たり面
８３Ｂ 下方側実当たり面
８４Ａ 上方側第一傾斜面
８４Ｂ 下方側第一傾斜面
８５Ａ 上方側第二傾斜面
８５Ｂ 下方側第二傾斜面
９０ 母材
９２ ＰＶＤ皮膜
９２Ａ 皮膜外周面
９２Ｂ 周方向摩耗面
１００ バフ
１２０ 研削具

（傾斜面の説明）
上方側外周面８１Ａにおいて、上方側実当たり面８３Ａにおける軸方向（帯幅方向）の両縁には、上方側第一傾斜面８４Ａと上方側第二傾斜面８５Ａが形成される。上方側第一傾斜面８４Ａは、スペーサエキスパンダ７６Ｃから遠位側となり、上方側第二傾斜面８５Ａは、スペーサエキスパンダ７６Ｃから近位側となる。上方側第一傾斜面８４Ａは、上方側実当たり面８３Ａから上方に離れるに連れて、シリンダライナ１０の内壁面１２からの距離が大きくなる傾斜領域となる。上方側第二傾斜面８５Ａは、上方側実当たり面８３Ａから下方に離れるに連れて、シリンダライナ１０の内壁面１２からの距離が大きくなる傾斜領域となる。上方側第一傾斜面８４Ａ及び上方側第二傾斜面８５Ａは、それぞれ、周方向に延びる帯形状の領域となる。

下方側外周面８１Ｂにおいて、下方側実当たり面８３Ｂにおける軸方向（帯幅方向）の両縁には、下方側第一傾斜面８４Ｂと下方側第二傾斜面８５Ｂが形成される。下方側第一傾斜面８４Ｂは、スペーサエキスパンダ７６Ｃから遠位側となり、下方側第二傾斜面８５Ｂは、スペーサエキスパンダ７６Ｃから近位側となる。下方側第一傾斜面８４Ｂは、下方側実当たり面８３Ｂから下方に離れるに連れて、シリンダライナ１０の内壁面１２からの距離が大きくなる傾斜領域となる。下方側第二傾斜面８５Ｂは、下方側実当たり面８３Ｂから上方に離れるに連れて、シリンダライナ１０の内壁面１２からの距離が大きくなる傾斜領域となる。下方側第一傾斜面８４Ｂ及び下方側第二傾斜面８５Ｂは、それぞれ、周方向に延びる帯形状の領域となる。

（ラップ加工）
次に、図５（Ａ）に示すように、複数のリング本体７２を、特に図示しない固定具にまとめてセットしてから、円筒状の研削具（ラップ盤）１２０の内周研削面１２０Ａに挿入し、軸方向に相対的に摺動させる。内周研削面１２０Ａの内径と、リング本体７２を近似させつつ、両者の間に所定の砥粒を介在させることで、リング本体７２の上方側外周面８１Ａ及び下方側外周面８１Ｂが研削又は研磨する。具体的に、周方向摩耗面９２Ｂにおける上方側ラップ加工対象領域８３Ａ'及び下方側ラップ加工対象領域８３Ｂ'を摩耗させる。還元すると、周方向摩耗面９２Ｂにおける、上方側ラップ加工対象領域８３Ａ'及び下方側ラップ加工対象領域８３Ｂ'の外側は、そのまま周方向摩耗面９２Ｂを残存させるようにする。

１０ シリンダライナ
１２ 内壁面
３０ ピストン
４０ ピストンリング
５０ トップリング
６０ セカンドリング
７０ オイルリング
７３ａ，７３ｂ サイドレール
７６Ｃ コイルエキスパンダ
７６ｓ スペーサエキスパンダ
８１ 単一外周面
８１Ａ 上方側外周面
８１Ｂ 下方側外周面
８２ 外周面
８３Ａ 上方側実当たり面
８３Ｂ 下方側実当たり面
８４Ａ 上方側第一傾斜面
８４Ｂ 下方側第一傾斜面
８５Ａ 上方側第二傾斜面
８５Ｂ 下方側第二傾斜面
９０ 母材
９２ ＰＶＤ皮膜
９２Ａ 皮膜外周面
９２Ｂ 周方向摩耗面
１００ バフ
１２０ 研削具

Claims (8)

1. 内燃機関のピストンに設置され、レールを有するリング本体、及び、前記リング本体に張力を付与するエキスパンダを有する複数ピースタイプのオイルリングであって、
   前記リング本体の前記レールには、物理蒸着処理によって形成される皮膜が形成されており、
   前記皮膜によって形成される前記レールの外周面は、
   周方向に延びる帯形状に形成されて、前記内燃機関のシリンダの内壁面に当接且つ摺動する実当たり面と、
   前記実当たり面の軸方向の縁から軸方向外側に連続し、軸方向外側に向かうにつれて前記内壁面との距離が大きくなる傾斜面と、を有しており、
   前記傾斜面は、前記皮膜の表面が周方向に沿って研磨又は研削された面によって構成されることを特徴とする、
   オイルリング。
2. 前記実当たり面は、前記皮膜の表面が軸方向に沿って研磨又は研削された面によって構成されることを特徴とする、
   請求項１に記載のオイルリング。
3. 前記傾斜面における、軸方向を基準とした傾斜角度が７°となる位置を評価位置と定義する際に、前記評価位置を周方向に沿って測定して得られる突出山部高さＲｐｋが、０．１５μｍ以下となることを特徴とする、
   請求項２に記載のオイルリング。
4. 前記傾斜面における、軸方向を基準とした傾斜角度が７°となる位置を評価位置と定義する際に、前記評価位置を周方向に沿って測定して得られる、０．５％位置を起点として０．３μｍ高さ減少を生じさせる際の負荷長さ率Ｒｍｒが３５％以上となることを特徴とする、
   請求項２に記載のオイルリング。
5. 前記傾斜面は、前記研磨又は前記研削によって形成される、周方向に延びるヘアラインを有することを特徴とする、
   請求項１に記載のオイルリング。
6. 前記実当たり面は、研磨又は研削によって形成される、軸方向に延びるヘアラインを有することを特徴とする、
   請求項５に記載のオイルリング。
7. 前記皮膜は、窒化クロム系合金皮膜または硬質炭素皮膜であることを特徴とする、
   請求項１に記載のオイルリング。
8. 内燃機関のピストンに設置され、レールを有するリング本体、及び、前記リング本体に張力を付与するエキスパンダを有する複数ピースタイプのオイルリングの製造方法であって、
   前記リング本体の前記レールに、物理蒸着処理によって皮膜を形成する工程と、
   前記皮膜によって形成される前記レールの外周面を周方向に沿って研磨又は研削することで、前記皮膜の表面に周方向摩耗面を形成する工程と、
   前記周方向摩耗面の一部を、軸方向に沿って研磨又は研削することで、前記皮膜の表面に、前記内燃機関のシリンダの内壁面に当接且つ摺動する実当たり面を形成する工程と、を備え、
   前記実当たり面の軸方向の縁から軸方向外側に前記周方向摩耗面を残存させることで、前記周方向摩耗面を、軸方向外側に向かうにつれて前記内壁面との距離が大きくなる傾斜面とすることを特徴とする、
   オイルリングの製造方法。

Images