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WO2012067084A1 - ピストンリング - Google Patents

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WO2012067084A1
WO2012067084A1 PCT/JP2011/076242 JP2011076242W WO2012067084A1 WO 2012067084 A1 WO2012067084 A1 WO 2012067084A1 JP 2011076242 W JP2011076242 W JP 2011076242W WO 2012067084 A1 WO2012067084 A1 WO 2012067084A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston ring
recess
region
piston
barrel width
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2011/076242
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
飯島　章
泰一 村田
倫浩 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd, Nippon Piston Ring Co Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to DE112011103828T priority Critical patent/DE112011103828T5/de
Priority to US13/883,897 priority patent/US20130234400A1/en
Publication of WO2012067084A1 publication Critical patent/WO2012067084A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials

Definitions

  • the present invention relates to a low friction piston ring for an internal combustion engine that slides on a cylinder liner or an inner wall surface of a cylinder.
  • ⁇ Reduction of friction loss is effective for improving the energy efficiency of devices using cylinders, such as improving fuel efficiency of internal combustion engines.
  • it is effective to reduce friction between the outer peripheral sliding surface of the piston ring that reciprocates and the cylinder liner or the inner wall surface of the cylinder.
  • As a means for reducing the frictional force between the piston ring and the cylinder liner it is conceivable to lower the tension of the piston ring.
  • the tension of the piston ring is lowered, there is a problem that the sealing performance is lowered and the consumption amount of the lubricating oil is increased.
  • Patent Document 1 discloses that fine dimples are formed on the outer peripheral sliding surface.
  • An improved piston ring has been proposed. In this proposal, dimples are formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring to reduce the contact area between the outer peripheral sliding surface of the piston ring and the inner wall surface of the cylinder liner, thereby reducing the frictional force.
  • Patent Document 2 proposes a piston ring in which a large number of grooves are formed on the outer peripheral surface and a piston ring in which a plurality of dimples are formed.
  • grooves and dimples are formed on the outer peripheral surface to improve the sliding contact with the inner wall surface of the cylinder liner and reduce wear.
  • the piston ring proposed in Patent Document 1 does not pay attention to how much the dimples are formed and the position of the dimples.
  • the number of dimples to be formed is to reduce the number of dimples on the lower surface side than the upper surface side, and the area ratio, size, etc. of other dimples have been studied. It has not been. For example, when dimples are excessively formed on the outer peripheral sliding surface, the frictional force, gas seal, and oil seal functions are lowered, and there is a high possibility that problems such as scuffing will occur.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, has excellent sliding characteristics such as scuff resistance, can reduce the coefficient of friction to meet the demand for low friction of an internal combustion engine, and is a gas seal.
  • the main object is to provide a piston ring that does not deteriorate the oil seal function.
  • the present invention for solving the above problems is a piston ring for an internal combustion engine that is mounted in a ring groove of a piston and slides against a cylinder liner or an inner wall surface of the cylinder, A plurality of minute recesses are formed in the barrel width region of the ring, and the area of the recess non-formation region where the recess is not formed in the barrel width region is the total area of the barrel width region before the recess formation. It is within the range of 20 to 85% with respect to 100%, and the concave portion non-formation region exists in all of the axial cut surfaces of the barrel width region.
  • a straight line passing through the central axis of the cylinder and the outer peripheral end of the joint portion is used as the reference line.
  • a concave portion may not be formed in the barrel width region in which the angle formed with the reference line around the axis is less than 1 °.
  • a hard coating may be formed in the non-recessed area.
  • the recess may be formed so as not to straddle the lower end portion in the axial direction of the outer peripheral sliding surface, and when the lower end portion of the piston ring is chamfered, the chamfered portion is formed.
  • the recess may be formed so as not to straddle.
  • the concave portion is formed in the barrel width region so that the area of the concave portion non-forming region is in the above range, the requirement for low friction can be sufficiently satisfied. Further, since there is a recess-unformed region on all the axial cut surfaces of the barrel width region, the gas seal and oil seal functions are not lowered in the same manner.
  • FIG. 5A is a schematic diagram showing the relationship between the cylinder center axis O and the center angle
  • a piston ring according to the present invention is a piston ring for an internal combustion engine that is mounted in a ring groove of a piston and slides on a cylinder liner or an inner wall surface of the cylinder, and of the outer peripheral sliding surface of the piston ring, the barrel width of the piston ring
  • a plurality of minute recesses are formed in the region, and the area of the recess non-formation region in which no recess is formed in the barrel width region is 20 when the total area of the barrel width region before the recess formation is 100%. It is within the range of ⁇ 85%, and there is a feature that there is a non-recessed region on all of the axial cut surfaces of the barrel width region.
  • the barrel width region of the piston ring in the present invention means the symbol h8 shown in JIS B 8032-6 (1998). Further, in the case of barrel face rectangular ring as shown in FIG. 1, the entire outer peripheral sliding surface 200 does not become the barrel width region 100. It becomes the barrel width region 100.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a barrel width region 100 of the piston ring 10.
  • the description will focus on a piston ring that has a barrel-shaped outer peripheral sliding surface 200 and whose upper and lower ends in the axial direction of the outer peripheral sliding surface are chamfered.
  • the present invention is limited to this embodiment. is not.
  • the material of the piston ring body of the present invention is not particularly limited, and any material can be used.
  • steel steel (steel material) can be mainly used, and as stainless steel, SUS440, SUS440B, SUS410, SUS420, SUS304, or 8Cr steel, 10Cr steel, SWOSC-V, SWRH material, etc. Can be used. Moreover, you may use the steel material which performed the nitriding process.
  • a kind of piston ring not only a top ring that functions as a so-called pressure ring but also a second ring that is the same pressure ring can be used.
  • FIGS. 2 is an enlarged perspective view showing an example of the vicinity of the joint when the piston ring of the present invention is viewed from the outer periphery of the piston ring
  • FIGS. 3 and 4 show the piston ring of the present invention in the outer periphery of the piston ring.
  • It is a general
  • a plurality of minute recesses 3 are formed in the barrel width region 100 of the piston ring 10 of the present invention. With this configuration, the reciprocating frictional force between the piston ring 10 and the cylinder liner or the inner wall surface of the cylinder can be reduced.
  • the piston ring 10 has an area 20 to 20 when the area of the non-recessed region 4 where the recess 3 is not formed in the barrel width region 100 is 100% of the total area of the barrel width region before forming the recess.
  • the recess non-formation region 4 exists in all of the cut surfaces in the ring axis direction of the barrel width region 100.
  • region 4 is an area
  • the piston ring 10 of the present invention having the above characteristics, it is possible to prevent the occurrence of problems such as scuffing while maintaining the effect of reducing the reciprocating frictional force between the cylinder liner and the inner wall surface of the cylinder.
  • region 4 when the area of the recessed part non-formation area
  • the area of the recess non-formation region 4 exceeds 85% (when the ratio of the recesses is small), the effect of forming the recesses 3 cannot be sufficiently obtained.
  • region 4 does not exist in all the ring axial direction cut surfaces of the barrel width area
  • the piston ring 10 of the present invention has an essential requirement that the recess-unformed region 4 be present on all the cutting surfaces in the ring axial direction of the barrel width region 100, and the barrel width is set so as to satisfy this requirement.
  • the region 100 a plurality of recesses 3 are formed.
  • the length in the ring axis direction is longer than the length in the ring axis direction (L1) of the barrel width region in the barrel width region 100.
  • the recess non-formation region 4 can be present on the ring axis direction cut surface of the barrel width region 100 regardless of the formation position of the recess 3.
  • FIG. 3A is an example of a piston ring in which the concave portion 3 having a shorter length in the ring axis direction than the length (L1) in the ring width direction of the barrel width region is formed on the entire surface in the barrel width region 100.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the recesses 3 can be formed in a concentrated manner in a region near the barrel apex in the barrel width region 100 within a range that satisfies the above requirements.
  • the concave portion 3 is formed in the barrel width region 100 within a range that satisfies the above requirements, as shown in FIG. 3C, not only the barrel width region 100 but also the entire outer peripheral sliding surface 200. It is also possible to form the recess 3 on the surface.
  • the number of recesses formed in the barrel width region 100, the shape of the recesses, and the like are not particularly limited, but at least the area of the recess non-formed region 4 where the recesses 3 of the barrel width region 100 are not formed is It is necessary to adjust the number and shape of the recesses so as to be within a range of 20 to 85% of the total area of the barrel width region when it is not formed.
  • the recess 3 is preferably formed within a range of 8 to 50% from the top of the barrel with respect to the barrel width, and more preferably within a range of 8 to 25%.
  • the barrel apex is a central portion in the ring axis direction in a symmetric barrel, and a portion having a maximum radial length in the ring axis direction in an eccentric barrel.
  • the recess 3 is formed so that the piston ring is mounted on the piston and the piston is incorporated in the cylinder, and the outer peripheral end of the center axis (O) of the cylinder and the joint portion.
  • the barrel width region (100Q) in the range where the angle between the reference line (P) and the center axis (O) is less than 1 °
  • the recess 3 is preferably not formed.
  • 5A is a schematic diagram showing the relationship between the cylinder center axis (O), the reference line (P), and the angle formed by the reference line (P), and FIG.
  • the angle between the central axis (O) and the reference line (P) is less than 1 °.
  • FIG. 7D when the concave portion 3 is formed so as to straddle the chamfered portion, The piston ring is easily broken from the recess 3 as a starting point. Considering such points, it is preferable that the recess 3 is not formed so as to straddle the chamfered portion as shown in FIG. 7A to 7D are schematic development views showing a recess formed in the vicinity of the lower end in the axial direction of the outer peripheral sliding surface of the piston ring.
  • the front shape (surface developed in the circumferential direction of the piston ring) of the concave portion formed in the barrel width region of the piston ring is not particularly limited, and is appropriately adjusted according to the arrangement of the concave portion and the like. be able to.
  • FIGS. 8A to 8J it is possible to form a recess having a shape composed of straight lines and / or curves.
  • the concave portion may have a horizontally long shape as shown in FIGS. 8A to 8C, a vertically long shape as shown in FIGS. 8D to 8G, or a vertically long shape as shown in FIGS. 8H to 8J.
  • a shape with a substantially equal ratio of width to width may be used.
  • the average length in the circumferential direction of the recesses is preferably within a range of 0.01 mm to 5 mm, and particularly preferably within a range of 0.01 mm to 0.3 mm.
  • the circumferential average length is less than this range, the effect of forming the recess may not be sufficiently obtained.
  • the circumferential average length exceeds this range, problems such as deformation of the piston ring may occur.
  • the average radial length of the recesses is preferably in the range of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, and more preferably in the range of 0.5 ⁇ m to 30 ⁇ m. If the average radial length of the recess is less than this range, the effect of forming the recess may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the radial average length exceeds this range, processing is difficult, and problems such as the need to increase the radial average length of the piston ring (thickening the wall thickness) occur. There is a case. In addition, it is necessary to set the radial direction average length of a recessed part suitably so that a recessed part inner peripheral surface may not protrude from a barrel width area
  • the average length in the circumferential direction between adjacent recesses is preferably in the range of 0.1 mm to 15 mm, preferably in the range of 0.3 mm to 5 mm. Is particularly preferred. If the average length in the circumferential direction between adjacent recesses (the average length in the circumferential direction of the non-recessed area) is less than this range, there is a possibility that the piston ring and the inner wall surface of the cylinder cannot slide stably. is there. On the other hand, when it exceeds this range, the effect of forming the recess may not be sufficiently obtained.
  • each average length of the recessed part mentioned in this aspect shall mean the average length of each location illustrated in FIG.
  • FIG. 9A is a schematic development view showing the axial direction of the piston ring in the barrel width region in the vertical direction of the drawing.
  • FIG. 9B is a schematic cross-sectional view in the circumferential direction of the barrel width region.
  • the axial average length of the concave portion is an average length of the concave portion in the piston ring axial direction as illustrated in FIG. 9A.
  • the average circumferential length of the recesses is the average length of the recesses in the cylinder circumferential direction as illustrated in FIG. 9A. As illustrated in FIG. 9B, the average length in the circumferential direction of the recess means an average length in the opening region formed by the recess.
  • the radial average length of the recesses is the average length from the bottom surface of the recesses to the non-recessed region, as illustrated in FIG. 9B.
  • the circumferential direction average length between the said recessed parts is the average of the space
  • the ten-point average roughness (Rz) of the non-recessed region 4 is preferably 3.2 ⁇ m or less. Particularly preferably, it is 1.6 ⁇ m or less.
  • the ten-point average roughness Rz is defined by JIS B0601-1994.
  • the method for forming the recess formed in the barrel width region of this aspect is not particularly limited, and any method can be adopted as long as the recess satisfying the above-described conditions can be formed.
  • a blasting method for forming recesses by spraying abrasive grains after masking a method for forming recesses by masking and then applying to a corrosive solution, and a relief liquid instead of ink in letterpress printing. Corrosion processing method using can be adopted.
  • a method of forming a recess by the above method can also be adopted. According to this method, since the hard film is formed in the recess non-formation region 4, the wear resistance of the recess non-formation region 4 can be improved. Also, a PVD film or CVD film is formed as a hard film, or a DLC (Diamond Like Carbon) film is formed on the PVD film or CVD film, and then a recess is formed by the above method. May be. Since the DLC film has low friction, the frictional force can be further reduced.
  • a concave portion is finally formed in the barrel width region, and it is not always necessary to use the concave portion for removing the piston ring surface in the manufacturing process.
  • a convex portion recessed portion non-forming region 4
  • a portion where the convex portion (recessed portion non-forming region 4) is not formed as a result may be set as a concave portion.
  • a method of forming a hard film as a convex portion (a concave portion non-formation region 4) by various PVD methods or CVD methods can be used.
  • Examples of such surface treatment include a method of forming a hard coating, a low friction DLC (diamond-like carbon) coating or a highly wear resistant PVD coating on the non-recessed region 4. be able to.
  • a surface treatment in which a PVD film such as Cr—Ni or Ti—Ni is formed on the non-recessed region 4 and a DLC film is formed on the PVD film is preferable.
  • the sliding surface gradually expands in the radial direction as the piston slides. Therefore, it is preferable that the outer peripheral sliding surface 200 is also subjected to the above surface treatment.
  • a recess after forming a hard coating in the barrel width region of the piston ring, or when forming a projection (depressed portion non-forming region 4) with a hard coating It is unnecessary.
  • the lubricating oil is held on the inner peripheral surface of the recess during sliding.
  • soot containing carbon as a main component is generated, and the generated soot adheres to the inner peripheral surface of the recess, and then the inner peripheral surface of the recess From the soot adhering to the starting point, soot gradually accumulates in the recess.
  • the inner surface of the recess is subjected to a surface treatment for preventing the lubricating oil from being retained for a long period of time.
  • a surface treatment include a method of coating a resin having oil repellency in the recess and a phosphate film treatment for forming a phosphate film on the surface of the recess.
  • the phosphate film treatment refers to a chemical conversion treatment that chemically forms a phosphate film on the surface of a metal using a phosphate treatment solution.
  • resin which has oil repellency a fluororesin etc. can be mentioned, for example.
  • a piston ring having a recess formed in the barrel width region was processed by the following method.
  • the piston ring was subjected to gas nitriding at 550 ° C. for 5 hours, and then the outer peripheral sliding surface was coated with 30 ⁇ m of Cr—BN film.
  • the Vickers hardness was 1800 Hv (0.1).
  • Masking plates 1 to 7 provided with hexagonal openings shown in FIG. 10A with the dimensions shown in Table 1 below were prepared.
  • the used masking plates 1 to 7 are made of S45C and have a thickness of 0.1 mm.
  • the piston ring is mounted in the ring groove of the piston, and when the piston is incorporated in the cylinder, a straight line passing through the center axis of the cylinder and the outer peripheral end of the joint is used as a reference line.
  • the opening is provided except for the position corresponding to the barrel width region in which the angle formed with the reference line around the central axis is less than 5 °.
  • a workpiece was prepared in which the piston ring before processing the outer peripheral sliding surface prepared above was held in a cylinder alternately with the spacer ring, and the masking plate 1 was wound around the outer periphery of the piston ring. Next, a holding ring for fixing the masking plate so as not to move was wound around the outer periphery of the masking plate. A masking plate can be set between the spacer ring and the holding ring. (2) The workpiece was set on a turntable of a blasting machine, and blasting was performed from the masking plate side under the following processing conditions to form a recess.
  • a recess is formed so that the center of the recess is located at the center position of the axial width of the barrel width region.
  • the shape of the formed recess is hexagonal.
  • the length of the concave portion in the axial direction was 0.19 mm
  • the length of the concave portion in the circumferential direction was 0.16 mm
  • the length in the concave portion radial direction was 10 ⁇ m.
  • the barrel width region is not penetrated by the concave portion (the concave portion non-forming region is present in all the cut surfaces in the ring axis direction of the barrel width region).
  • the dimension of a recessed part is the value which measured and averaged five arbitrary recessed parts.
  • the piston ring of Comparative Example 4 is formed with a recess so that the center of the recess is positioned at the center position of the axial width of the barrel width region, and the shape of the formed recess is a hexagonal shape.
  • the length in the direction was 1.30 mm
  • the length in the circumferential direction of the recess was 0.16 mm
  • the length in the radial direction of the recess was 10 ⁇ m. That is, the piston ring of Comparative Example 4 is a piston ring in which a recess is formed so that the barrel width region penetrates through the recess.
  • Example 2 ⁇ Blow-by gas test> Subsequent to Experiment 1, a blow-by gas test was conducted with the piston ring mounted on the actual machine. Specifically, a diesel engine having a displacement of 3000 cc, a cylinder number of 4, a cylinder diameter of 95.4 mm, and a stroke of 104.9 mm was used. The rotation speed was 3600 rpm, and the water temperature was 80 ° C.
  • the first pressure ring is the piston ring of Example 3 and Comparative Example 4
  • the second pressure ring is a tapered undercut ring
  • the oil ring is a two-piece oil consisting of a coil expander and an oil ring body.
  • a ring was used.
  • FIG. 13 shows the blowby gas measurement results when the piston rings of Example 3 and Comparative Example 4 are used as the first pressure ring.
  • FIG. 13 is a diagram showing a blow-by gas amount ratio when the blow-by gas amount of a conventional piston ring (the piston ring of Comparative Example 1) in which the concave portion is not formed is 1.
  • the area ratio of the non-recessed region where no recess is formed in the barrel width region when the total area of the barrel width region before forming the recess is 100% is 20% to 85%. It can be seen that the piston ring outside the range cannot exert the effect of reducing the frictional force.
  • the area of the non-formed region 4 where no recess is formed in the barrel width region is in the range of 20 to 85% when the total area of the barrel width region before forming the recess is 100%. It can be seen that it is preferable that a recess non-formation region exists in all of the cut surfaces in the ring axis direction of the barrel width region.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the blasting method is used for forming the recess, but the method is not limited to this, and a method using a corrosive solution may be used.
  • the masking board was used in the said Example, it is not limited to this, You may use the masking sheet etc. which consist of resin.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

　ピストンとシリンダ内壁面との往復動摩擦を低減させるとともに、当該低減効果を維持することができるピストンリングを提供することを課題とする。　ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面と摺動する内燃機関用ピストンリングにおいて、ピストンリングの外周摺動面のうち、ピストンリングのバレル幅領域に、微小な凹部が複数形成し、バレル幅領域において凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積を、凹部形成前のバレル幅領域の全面積を１００％としたときの２０～８５％の範囲内とし、バレル幅領域の軸方向切断面のすべてには、凹部非形成領域を存在せしめる。

Description

ピストンリング
　本発明は、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面と摺動する内燃機関用低フリクションピストンリングに関する。
　温暖化をはじめとする環境問題が地球規模で大きくクローズアップされ、大気中のＣＯ2削減に向けた内燃機関の燃費改善技術の開発が大きな課題となっており、その一環として、エンジン等に用いられる摺動部材の摩擦損失の低減が求められている。これに鑑み、近年において、耐摩耗性および耐焼付性に優れ、かつ、摩擦力の低減効果を最大限に発現することが可能な摺動部材の材料・表面処理・改質の技術の開発が進められている。
　内燃機関の燃費改善など、シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を向上させるためには摩擦損失の低減が有効である。特に、往復運動を行うピストンリングの外周摺動面と、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面との間における摩擦低減が有効である。ピストンリングとシリンダライナとの摩擦力を低減させる手段としては、ピストンリングの張力を下げることが考えられる。しかしながら、ピストンリングの張力を下げた場合には、シール性が低下し、潤滑油の消費量が拡大してしまうという問題があった。
　このような状況下、潤滑油の消費量を抑えつつ、摩擦力を低減させることができるピストンリングについて種々の研究がなされており、特許文献１には、外周摺動面に微小なディンプルが形成されたピストンリングが提案されている。この提案は、ピストンリングの外周摺動面に、ディンプルを形成することで、ピストンリングの外周摺動面と、シリンダライナ内壁面との接触面積を減らし、摩擦力を低減させるものである。
　また、特許文献２には、外周面に多数の溝が形成されたピストンリングや、複数のディンプルが形成されたピストンリングが提案されている。この提案は、溝やディンプルを外周面に形成することで、シリンダライナの内壁面に対する摺接性の向上、及び摩耗を逓減させるものである。
特開２００４－６０８７３号公報 特開２０１０－３８２９５号公報
　しかしながら、上記特許文献１に提案されているピストンリングでは、ディンプルをどの程度形成するかについて、またディンプルの形成位置について何ら着目されておらず、また、特許文献２に提案されているピストンリングでは、ディンプルをどの程度形成するかについて、上面側よりも下面側のディンプルの数を少なくすることの開示がされているのみであって、その他のディンプルの面積率や、大きさ等については検討がされていない。例えば、外周摺動面にディンプルを過剰に形成した場合には、摩擦力、ガスシール、オイルシール機能が低下し、スカッフ等の問題が生ずる可能性が高くなる。
　本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、耐スカッフ性等の摺動特性に優れ、摩擦係数を小さくして内燃機関の低フリクション化の要求に応えることができ、かつガスシール、オイルシール機能を低下させることのないピストンリングを提供することを主たる課題とする。
　上記課題を解決するための本発明は、ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面と摺動する内燃機関用ピストンリングであって、ピストンリングの外周摺動面のうち、ピストンリングのバレル幅領域には、微小な凹部が複数形成されており、前記バレル幅領域において前記凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積が、前記凹部形成前のバレル幅領域の全面積を１００％としたときの２０～８５％の範囲内であり、前記バレル幅領域の軸方向切断面のすべてには、前記凹部非形成領域が存在していることを特徴とする。
　また、前記ピストンリングが前記ピストンのリング溝に装着され、該ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、前記シリンダの中心軸と合口部の外周端部とを通る直線を基準線とした場合、前記中心軸を中心に前記基準線とのなす角が１°未満の範囲の前記バレル幅領域には、凹部が形成されていなくともよい。
　また、前記凹部非形成領域には、硬質皮膜が形成されていてもよい。
　また、前記外周摺動面の軸方向下端部にまたがらないように、前記凹部が形成されていてもよく、前記ピストンリングの下端部が面取りされている場合において、該面取りされている部分にまたがらないように、前記凹部が形成されていてもよい。
　本発明のピストンリングによれば、凹部非形成領域の面積が上記の範囲内となるようにバレル幅領域に凹部が形成されていることから、低フリクションの要求を十分に満たすことができる。また、バレル幅領域の軸方向切断面の全てには、凹部非形成領域が存在していることからも、同様に、ガスシール、オイルシール機能を低下させることもない。
本発明のピストンリングのバレル幅領域を説明するための概略断面図である。 本発明のピストンリングにおける合口部近傍のピストンリングの外周からみた拡大斜視図である。 本発明のピストンリングにおける合口部近傍のピストンリングの外周からみた概略展開図である。 本発明のピストンリングにおける合口部近傍のピストンリングの外周からみた概略展開図である。 図５（ａ）は、シリンダ中心軸Ｏと、中心角との関係を示す概略図であり、図５（ｂ）は、中心角１°未満の範囲内のバレル幅領域に凹部が形成されていないピストンリングを示す合口部近傍のピストンリングの外周からみた概略展開図である。 外周摺動面の全面に凹部が形成された本発明のピストンリングにおける合口部近傍のピストンリングの外周からみた概略展開図である。 本発明のピストンリングのピストンリングの外周からみた下端部近傍を示す概略展開図である。 本発明のピストンリングに形成される凹部の形状の例を示す概略展開図である。 本発明のシリンダに形成される凹部の寸法位置を説明する概略展開図および概略断面図である。 本発明の実施例で用いられたマスキング板の開口部を示す概略図である。 本発明の実施例における往復動摩擦を測定するために用いられた装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。
　本発明のピストンリングは、ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面を摺動する内燃機関用ピストンリングであって、ピストンリングの外周摺動面のうち、ピストンリングのバレル幅領域には、微小な凹部が複数形成されており、バレル幅領域において凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積が、凹部形成前のバレル幅領域の全面積を１００％としたときの２０～８５％の範囲内であり、バレル幅領域の軸方向切断面のすべてには、凹部非形成領域が存在していることを特徴とする。
　本発明におけるピストンリングのバレル幅領域とは、ＪＩＳ　Ｂ　８０３２－６（１９９８）に示される符号ｈ８を意味する。また、図１に示すようにバレルフェースレクタンギュラリングの場合には、外周摺動面２００の全てがバレル幅領域１００とはならず、外周摺動面２００のうち、図中のＸ部分がバレル幅領域１００となる。なお、図１は、ピストンリング１０のバレル幅領域１００を説明するための概略断面図である。以下、バレル形状の外周摺動面２００を有し、外周摺動面の軸方向上端部及び下端部が面取りされたピストンリングを中心に説明を行うが、本発明はこの形態に限定されるものではない。
　本発明のピストンリング本体の材質については、特に限定されることはなくいかなる材質も用いることができる。例えば、その材質としては、主にスチール（鋼材）を用いることができ、またステンレス鋼としては、ＳＵＳ４４０、ＳＵＳ４４０Ｂ、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ３０４等、あるいは８Ｃｒ鋼、１０Ｃｒ鋼、ＳＷＯＳＣ－Ｖ、ＳＷＲＨ材などを用いることができる。また、窒化処理を行なった鋼材を用いてもよい。ピストンリングの種類としては、いわゆる圧力リングとして機能するトップリングはもとより、同じ圧力リングであるセカンドリングに用いることもできる。
　次に、図２～図４を参照して本発明のピストンリングのバレル幅領域１００に形成された凹部３について説明する。なお、図２は、本発明のピストンリングをピストンリングの外周からみたときの合口部近傍の一例を示す拡大斜視図であり、図３、図４は、本発明のピストンリングをピストンリングの外周からみたときの合口部近傍の一例を示す概略展開図である。
　図２に示すように、本発明のピストンリング１０のバレル幅領域１００には、微小な凹部３が複数形成されている。この構成により、ピストンリング１０と、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面との間の往復動摩擦力を低減させることができる。
　さらに、本発明のピストンリング１０は、バレル幅領域１００において凹部３が形成されていない凹部非形成領域４の面積が、凹部形成前のバレル幅領域の全面積を１００％としたときの２０～８５％の範囲内であり、バレル幅領域１００のリング軸方向切断面のすべてには、凹部非形成領域４が存在している。なお、凹部非形成領域４とは、バレル幅領域１００内において凹部３が形成されていない部分の領域である。
　上記の特徴を有する本発明のピストンリング１０によれば、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面との間の往復動摩擦力低減効果を維持しつつ、スカッフ等の問題が生ずることを防止することができる。なお、凹部非形成領域４の面積が２０％未満である場合（凹部が占める割合が多い場合）には、接触面積が小さすぎることによって、摺動部の面圧が著しく高くなり、摩擦力が増加してしまう。一方、凹部非形成領域４の面積が８５％を超える場合（凹部が占める割合が少ない場合）には、凹部３を形成することによる効果を十分に得ることができない。また、バレル幅領域１００のリング軸方向切断面のすべてに、凹部非形成領域４が存在していない場合には、シール性（気密性）が著しく低下することとなる。
　本発明のピストンリング１０は、バレル幅領域１００のリング軸方向切断面のすべてに、凹部非形成領域４が存在することを必須の要件とするものであり、この要件を満たすように、バレル幅領域１００には、複数の凹部３が形成されている。
　上記の要件を満たす方法について特に限定はなく、例えば、図３（ａ）に示すように、バレル幅領域１００内に、バレル幅領域のリング軸方向長さ（Ｌ１）よりも、リング軸方向長さの短い凹部３を形成する場合には、該凹部３の形成位置にかかわらず、バレル幅領域１００のリング軸方向切断面に、凹部非形成領域４を存在させることができる。
　なお、図３（ａ）は、バレル幅領域１００内の全面にバレル幅領域のリング軸方向長さ（Ｌ１）よりも、リング軸方向長さの短い凹部３が形成されたピストンリングの一例であるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、図３（ｂ）に示すように、上記の要件を満たす範囲で、バレル幅領域１００のうち、バレル頂点に近い領域に凹部３を集中して形成することもできる。また、上記の要件を満たす範囲でバレル幅領域１００内に凹部３が形成されていれば、図３（ｃ）に示すように、バレル幅領域１００内のみならず、外周摺動面２００の全面に凹部３を形成することもできる。
　一方、バレル幅領域１００に、バレル幅領域１００のリング軸方向長さよりも、リング軸方向長さの長い凹部３ｂを形成すると、図４に示すように、バレル幅領域１００のリング軸方向切断面が、１つの凹部３ｂによって貫通してしまい、バレル幅領域１００のリング軸方向切断面に凹部非形成領域４を存在させることができなくなり、シール性が著しく低下する。
　バレル幅領域１００に形成される凹部の個数、および凹部の形状等について特に限定はないが、少なくとも、バレル幅領域１００の凹部３が形成されていない凹部非形成領域４の面積が、凹部３が形成されていないとした場合のバレル幅領域の全面積の２０～８５％の範囲内となるように、凹部の個数、形状を調節することが必要である。
　また、エンジンによって異なるが、凹部３は、バレル幅に対してバレル頂点より８～５０％の範囲内に形成されることが好ましく、８～２５％の範囲内がより好ましい。バレル頂点に近い位置に凹部３を形成することで、初期摺動時において、十分に摩擦力低減効果が得られ、ピストンリングの外周摺動面とシリンダ内壁面とのシール機能をコントロールすることができる。なお、バレル頂点とは、対称バレルにおいてはリング軸方向の中央部分であり、偏心バレルにおいてはリング軸方向の径方向長さが最大となる部分である。
　また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部３は、ピストンリングがピストンに装着され、ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、シリンダの中心軸（Ｏ）と合口部の外周端部（Ｓ）とを通る直線を基準線（Ｐ）とした場合、中心軸（Ｏ）を中心に基準線（Ｐ）とのなす角が１°未満の範囲のバレル幅領域（１００Ｑ）には、凹部３が形成されていないことが好ましい。この範囲のバレル幅領域（１００Ｑ）に凹部３を形成しないことにより、合口部の過度の面圧上昇によるスカッフ等の問題が生ずる可能性を低減させることができる。なお、図５（ａ）は、シリンダ中心軸（Ｏ）、基準線（Ｐ）、基準線（Ｐ）とのなす角との関係を示す概略図であり、図５（ｂ）は、シリンダの中心軸（Ｏ）と合口部の外周端部（Ｓ）とを通る直線を基準線（Ｐ）とした場合、中心軸（Ｏ）を中心に基準線（Ｐ）とのなす角が１°未満の範囲のバレル幅領域（１００Ｑ）に凹部３が形成されていないピストンリングを示す合口部近傍をピストンリング外周からみたときの概略展開図である。
　また、ピストン摺動時には、燃焼圧がピストンリング上面よりかかり、ピストンリング下面側に応力集中が起きやすくなる。そうすると、図７（ｃ）に示すように凹部３を外周摺動面の軸方向下端部にまたがるように形成した場合には、この凹部３を起点としてピストンリングが折損しやすくなる。このような点を考慮すると、図７（ａ）に示すように凹部３は外周摺動面の軸方向下端部にまたがるように形成されていないことが好ましい。また、図７（ｄ）に示すように外周摺動面下端部に接するように面取り部が形成されている場合において、この面取り部にまたがるように凹部３が形成されている場合には、この凹部３を起点としてピストンリングが折損しやすくなる。このような点を考慮すると、図７（ｂ）に示すように凹部３は面取り部にまたがるように形成されていないことが好ましい。なお、図７（ａ）～（ｄ）は、ピストンリングの外周摺動面の軸方向下端部近傍に形成された凹部を示す概略展開図である。
　また、本態様において、ピストンリングのバレル幅領域に形成される凹部の正面形状（ピストンリング周方向に展開した面）は特に限定されるものではなく、当該凹部の配置等に応じて適宜調整することができる。例えば、図８（ａ）～（ｊ）に例示するように、直線および／または曲線から構成される形状の凹部を形成することができる。凹部は、図８（ａ）～（ｃ）のような横長の形状でも、図８（ｄ）～（ｇ）のような縦長の形状でも、図８（ｈ）～（ｊ）のような縦対横の比率がほぼ等しい形状でもよい。
　また、凹部の周方向平均長さは、０．０１ｍｍ～５ｍｍの範囲内が好ましく、０．０１ｍｍ～０．３ｍｍの範囲内が特に好ましい。周方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、周方向平均長さがこの範囲を超える場合は、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。
　本態様においては、凹部の径方向平均長さは、０．１μｍ～１００μｍの範囲内が好ましく、０．５μｍ～３０μｍの範囲内がさらに好ましい。凹部の径方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、径方向平均長さがこの範囲を超える場合は、加工が困難であり、また、ピストンリングの径方向平均長さを長くする（肉厚を厚くする）必要がある等の不具合が生じる場合がある。なお、凹部の径方向平均長さは、凹部内周面がバレル幅領域よりも突出することがないように適宜設定する必要がある。
　また、本態様においては、隣り合う凹部間の周方向平均長さ（凹部非形成領域の周方向平均長さ）は、０．１ｍｍ～１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ～５ｍｍの範囲内が特に好ましい。隣り合う凹部間の周方向平均長さ（凹部非形成領域の周方向平均長さ）がこの範囲に満たない場合には、ピストンリングとシリンダの内壁面とが安定して摺動できない可能性がある。一方で、この範囲を超える場合には、凹部を形成した効果が十分に得られない可能性がある。
　なお、本態様において上述した凹部の各平均長さは、図９に例示する各箇所の平均長さを意味するものとする。図９（ａ）は、バレル幅領域におけるピストンリングの軸方向を図面の上下方向に示した概略展開図である。また、図９（ｂ）は、バレル幅領域の、周方向における概略断面図である。前記凹部の軸方向平均長さとは、図９（ａ）に例示するように、ピストンリング軸方向における、凹部の長さの平均である。
　また、上記凹部の周方向平均長さとは、図９（ａ）に例示するように、シリンダ周方向における、凹部の長さの平均である。図９（ｂ）に例示するように、前記凹部の周方向平均長さとは、凹部によって形成される開口領域における長さの平均を意味する。
　また、上記凹部の径方向平均長さとは、図９（ｂ）に例示するように、凹部の底面から凹部非形成領域までの長さの平均である。また、上記凹部間の周方向平均長さ（凹部非形成領域の平均長さ）とは、図９（ａ）および（ｂ）に例示するように、隣り合う凹部の間隔の平均である。
　本態様においては、ピストンリングと、シリンダライナの内壁面との往復動摩擦力低減の観点から、凹部非形成領域４の十点平均粗さ（Ｒｚ）は、３．２μｍ以下であることが好ましく、１．６μｍ以下であることが特に好ましい。なお、上記十点平均粗さＲｚとは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１－１９９４にて規定されているものである。
　（凹部の形成方法）
　本態様のバレル幅領域に形成される凹部の形成方法については、特に限定されることはなく、上述した各条件を満たす凹部を形成することができれば、いかなる方法をも採用することができる。
　例えば、マスキングした後、砥粒を吹き付けることにより凹部を形成するブラスト加工法や、マスキングした後、腐食溶液につけ込むことにより凹部を形成する方法、さらには、凸版印刷において、インクの代わりに腐食液を使用した腐食加工方法などを採用することができる。
　また、ピストンリングのバレル幅領域に各種ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の硬質皮膜処理によって硬質皮膜を形成した後に、上記の方法で凹部を形成する方法を採用することもできる。この方法によれば、凹部非形成領域４に硬質皮膜が形成されることから、凹部非形成領域４の耐摩耗性を向上させることができる。また、硬質皮膜としてＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜を形成、または、ＰＶＤ皮膜、又はＣＶＤ皮膜上にＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）皮膜を形成し、その後に上記の方法で凹部を形成する方法を採用してもよい。ＤＬＣ皮膜は、低摩擦であることから、摩擦力を更に低減させることができる。
　また、本態様のピストンリングにおいては、最終的にバレル幅領域に凹部が形成されていればよく、必ずしも、製造工程においてピストンリング表面を除去することに凹部とする必要はなく、逆にピストンリング表面に凸部（凹部非形成領域４）を形成することにより、結果として当該凸部（凹部非形成領域４）が形成されなかった部分を凹部としてもよい。この場合、具体的には、所定のマスキングした後、各種ＰＶＤ法やＣＶＤ法によって硬質皮膜を凸部（凹部非形成領域４）として形成する方法を用いることができる。
　（凹部非形成領域の表面処理）
　また、上記で説明したようにバレル幅領域１００に凹部３を形成したときには、ピストンリング外周面圧が増加することから、ピストンリング外周面の摩耗が促進することとなる。また、ピストンリングが往復動する際の、上死点停止位置、及び下死点停止位置においては摩擦力が増大する傾向となる。このような点を考慮すると、凹部非形成領域４には、ピストンリング外周面の摩擦力を低減させ、上死点停止位置、及び下死点停止位置における摩擦力を低減させるための表面処理が施されていることが好ましい。このような表面処理としては、凹部非形成領域４に、硬質皮膜である耐摩耗性、低摩擦のＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）皮膜や、耐摩耗性の高いＰＶＤ皮膜を形成する方法を挙げることができる。特に、本発明においては、凹部非形成領域４上に、Ｃｒ－Ｎｉ系やＴｉ－Ｎｉ系等のＰＶＤ皮膜を形成し、このＰＶＤ皮膜上にＤＬＣ皮膜を形成する表面処理が好ましい。また、バレル幅領域１００は、ピストン摺動にともない、摺動面は、徐々に径方向に広がることから、外周摺動面２００にも、上記の表面処理が施されていることが好ましい。なお、上記で説明したように、ピストンリングのバレル幅領域に硬質皮膜を形成した後に凹部を形成する場合や、硬質皮膜で凸部（凹部非形成領域４）を形成する場合には当該処理は不要である。
　（凹部内周面の表面処理）
　また、摺動時に潤滑油は凹部内周面で保持される。ここで、凹部内周面に保持された潤滑油が酸化劣化した場合には、炭素を主成分とする煤が生成され、発生した煤が凹部内周面に付着し、次いで、凹部内周面に付着した煤を起点として徐々に凹部内に煤が堆積していく。煤が堆積することで凹部が目詰まりをおこした場合には、ピストンリングとシリンダライナとの接触面積が増大してしまい凹部を形成することにより発揮される往復動摩擦の低減効果を長期にわたって維持することができなくなる。
　このような点を考慮すると、凹部内表面には、潤滑油が長期にわたって保持されることを防止するための表面処理が施されていることが好ましい。このような表面処理としては、撥油性を有する樹脂を凹部内にコーティングする方法や、凹部内表面にリン酸塩皮膜を生成させるリン酸塩皮膜処理を挙げることができる。リン酸塩皮膜処理とは、リン酸塩の処理液を用いて金属の表面に化学的にリン酸塩皮膜を生成させる化成処理をいう。また、撥油性を有する樹脂としては、例えば、フッ素樹脂等を挙げることができる。
　以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
　以下の方法によりバレル幅領域に凹部が形成されたピストンリングを加工した。
　＜ピストンリングの加工＞
　（加工前のピストンリングの準備）
　以下の性状を有する凹部加工前のピストンリングを準備した。
　材質：ＳＵＳ４１０Ｊ１
　形状：バレル形状
　外径（Ｄ）：９５．４ｍｍ
　軸方向高さ（ｈ１）：２ｍｍ
　径方向幅（ａ１）：２．５５ｍｍ
　上下面面取り：０．２ｍｍ
　バレル幅領域１００軸方向長さ：１．２ｍｍ
　このピストンリングに５５０℃で５時間ガス窒化を施し、その後外周摺動面にＣｒ－Ｂ－Ｎ皮膜を３０μｍ被覆した。ビッカース硬さは１８００Ｈｖ（０．１）であった。
　（マスキング板の準備）
　図１０（ａ）に示す六角形状の開口部を、下表１に示す寸法で設けたマスキング板１～７を準備した。なお、使用したマスキング板１～７はＳ４５Ｃ製であり、厚さは０．１ｍｍある。また、マスキング板１～７は、ピストンリングがピストンのリング溝に装着され、該ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、シリンダの中心軸と合口部の外周端部とを通る直線を基準線とした場合、中心軸を中心に基準線とのなす角が５°未満の範囲のバレル幅領域に対応する位置を除いて開口部が設けられている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（凹部の形成）
（１）上記で準備した外周摺動面加工前のピストンリングをスペーサリングと交互に筒に抱かせ、マスキング板１をピストンリング外周に巻きつけたワークを用意した。次いで、マスキング板が動かないように固定する押さえリングをマスキング板の外周から巻きつけた。なお、スペーサリングと押さえリングの間にマスキング板がセットできるようにした。
（２）ワークをブラスト加工機のターンテーブルにセットし、マスキング板側から下記の加工条件にてブラスト加工を行い、凹部の形成を行った。
＜加工条件＞
研磨材：アルミナ
噴射圧力：０．１ＭＰａ
ワークの回転数：２９８ｒｐｍ
ガンとワークの距離：４０ｍｍ
ガンの上下送り速度：１６４ｍｍ／ｍｉｎ
ガンの噴射口径：φ８ｍｍ
ガン往復回数：３往復
噴射時間：８ｍｉｎ
（３）ターンテーブルからワークを取り外し、ついでマスキング板、凹部形成後のピストンリングを筒から取り外した。このマスキング板１を用いて凹部が形成されたピストンリングを実施例１のピストンリングとした。
（４）上記（１）～（３）の作業をマスキング板２～７についても同様に行った。マスキング板２～４を用いて凹部が形成されたピストンリングを、それぞれ実施例２～４のピストンリングとした。また、凹部の加工を行わなかったピストンリングを比較例１のピストンリングとした。また、マスキング板５～７を用いて凹部が形成されたピストンリングを、それぞれ比較例２～４のピストンリングとした。
　実施例１～４、比較例２、３のピストンリングは、バレル幅領域の軸方向幅の中心位置に凹部の中心が位置するように凹部が形成されており、形成された凹部の形状は六角形状であり、凹部軸方向長さは０．１９ｍｍ、凹部周方向長さは０．１６ｍｍ、凹部径方向長さは１０μｍであった。すなわち、実施例１～４、比較例２、３のピストンリングは、バレル幅領域が凹部で貫通しないように（バレル幅領域のリング軸方向切断面の全てに凹部非形成領域が存在するように）凹部が形成されたピストンリングである。なお、凹部の寸法は、任意の凹部５個を測定し平均した値である。
　また、比較例４のピストンリングは、バレル幅領域の軸方向幅の中心位置に凹部の中心が位置するように凹部が形成されており、形成された凹部の形状は六角形状であり、凹部軸方向長さは１．３０ｍｍ、凹部周方向長さは０．１６ｍｍ、凹部径方向長さは１０μｍであった。すなわち、比較例４のピストンリングは、バレル幅領域が凹部で貫通するように凹部が形成されたピストンリングである。
　（凹部非形成領域の面積率の測定）
　凹部形成前のバレル幅領域の全面積を１００％としたときの、バレル幅領域において凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積率の測定を行った。なお、ピストンリングがピストンのリング溝に装着され、該ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、シリンダの中心軸と合口部の外周端部とを通る直線を基準線とした場合、中心軸を中心に基準線とのなす角が５°未満の範囲のバレル幅領域には凹部を形成しなかった。
＜測定結果＞
　凹部形成前のバレル幅領域の全面積を１００％としたときの、バレル幅領域において凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積率は、比較例２のピストンリングが９０％、実施例１のピストンリングが８５％、実施例２のピストンリングが８０％、実施例３、比較例４のピストンリングが５０％、実施例４のピストンリングが２０％、比較例３のピストンリングが１５％であった。なお、比較例１のピストンリング（凹部が形成されていないピストンリング）の面積率は１００％である。
　（実験１）
　＜往復動摩擦力の測定＞
　実施例１～４、比較例１～３のピストンリングの往復動摩擦力（Ｎ）を図１１に示す装置を用いて測定した。往復動摩擦力の測定結果を図１２に示す。図１２においては、上記凹部が形成されていない従来品のピストンリング（比較例１のピストンリング（凹部非形成領域の面積率が１００％））の摩擦力を１．００としたときの摩擦力比を示す。往復動摩擦力の測定時の回転数は７００ｒｐｍ、ピストンリング周辺温度は８０℃であり、供給油はＳＡＥ粘度１０Ｗ－３０のものを用いた。
　（実験２）
　＜ブローバイガス試験＞
　実験１に引き続き、ピストンリングを実機に搭載しブローバイガス試験を行った。具体的には、排気量：３０００ｃｃ、シリンダ数：４、シリンダ径：９５．４ｍｍ、ストローク：１０４．９ｍｍのディーゼルエンジンを用いた。また、回転数は３６００ｒｐｍとし、水温は８０℃とした。
　ピストンリングは３本構成とし、第１圧力リングは実施例３、比較例４のピストンリング、第２圧力リングはテーパーアンダーカット形状リング、オイルリングはコイルエキスパンダーとオイルリング本体とからなる２ピースオイルリングを用いた。第１圧力リングとして実施例３、比較例４のピストンリングを用いた場合のブローバイガス測定結果を図１３に示す。なお、図１３は、上記凹部が形成されていない従来品のピストンリング（比較例１のピストンリング）のブローバイガス量を１としたときのブローバイガス量比を示す図である。
　図１２から明らかなように、凹部形成前のバレル幅領域の全面積を１００％としたときの、バレル幅領域において凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積率が２０％～８５％の範囲外のピストンリングは、摩擦力の低減効果を発揮することができないことがわかる。
　図１３から明らかなように、バレル幅領域を貫通するように凹部が形成されている場合（バレル幅領域のリング軸方向切断面の全てに凹部非形成領域が存在していない場合）には、ブローバイガス量が多くなってしまうことがわかる。
　実験１、実験２の結果から、バレル幅領域において凹部が形成されていない非形成領域４の面積が、凹部形成前のバレル幅領域の全面積を１００％としたときの２０～８５％の範囲内であり、バレル幅領域のリング軸方向切断面のすべてに、凹部非形成領域が存在していることが好ましいことがわかる。
　なお、本発明は上記実施例には限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施例においては、凹部の形成にあたりブラスト加工法を用いたが、これに限定されることはなく、腐食溶液を用いる方法で行ってもよい。また、上記実施例においてはマスキング板を用いたが、これに限定されることはなく、樹脂からなるマスキングシート等を用いてもよい。
　２…合口部
　３…凹部
　４…凹部非形成領域
　１０…ピストンリング
　１００…バレル幅領域
　２００…外周摺動面

Claims (5)

  1. 　ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダの内壁面と摺動する内燃機関用ピストンリングであって、
    　ピストンリングの外周摺動面のうち、ピストンリングのバレル幅領域には、微小な凹部が複数形成されており、
    　前記バレル幅領域において前記凹部が形成されていない凹部非形成領域の面積が、前記凹部形成前のバレル幅領域の全面積を１００％としたときの２０～８５％の範囲内であり、
    　前記バレル幅領域の軸方向切断面のすべてには、前記凹部非形成領域が存在していることを特徴とするピストンリング。
  2. 　前記ピストンリングが前記ピストンのリング溝に装着され、該ピストンをシリンダに組み込んだ状態において、
    　前記シリンダの中心軸と合口部の外周端部とを通る直線を基準線とした場合、前記中心軸を中心に前記基準線とのなす角が１°未満の範囲の前記バレル幅領域には、凹部が形成されていないことを特徴とする請求項１に記載のピストンリング。
  3. 　前記凹部非形成領域には、硬質皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のピストンリング。
  4. 　前記外周摺動面の軸方向下端部にまたがらないように、前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のピストンリング。
  5. 　前記ピストンリングの下端部が面取りされている場合において、面取りされている部分にまたがらないように、前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のピストンリング。
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