WO2008016009A1

WO2008016009A1 - Segment de piston

Info

Publication number: WO2008016009A1
Application number: PCT/JP2007/064901
Authority: WO
Inventors: Shuichi Miyazaki; Motonobu Onoda; Naoki Okada; Yoshitaka Fujii; Hee Young Kim
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2009-01-31
Also published as: JP2008031545A

Description

明細書

ピストンリング

技術分野

[0001] 本発明はピストンリングに関する。さらに具体的には、自動車、芝刈り機、発電機等に用いる内燃機関におけるピストンのピストンリング溝に配設され、低温状態の張力に比べて高温状態の張力が増大する、張力可変ピストンリングに関する。

背景技術

[0002] ピストンリングには、大別すると圧力リングとオイルリングの 2種類があり、どちらの場合であっても、一つのピストンリングのみから構成される場合やピストンリング本体と、このピストンリング本体の内周面側に配置されて、ピストンリング本体に対する拡径方向への押圧力を与えるためのエキスパンダを用いて構成される場合がある。

[0003] このようなピストンリングにおける張力は、当該ピストンリングが使用されうる最も過酷な条件下においても、ピストンリングがその機能を発揮できるように設定されているのが通常である。例えば、内燃機関（エンジン）のピストンに装着されるピストンリングにおいては、内燃機関の高速高負荷状態を想定して、ピストンリングの張力を設定している。具体的には、一つのピストンリングのみから構成される場合にあっても、当該ピストンリング自体の張力は高速高負荷状態を想定して設計されている。あるいは、ピストンリングがピストンリング本体とエキスパンダとから構成される場合にあっても、同様にピストンリング本体とエキスパンダの張力の和が高速高負荷状態を想定して設計されている。

[0004] ここで、近年は、環境に優しい、特に燃料消費量の低いエンジンを目指すため、ピストンリングとシリンダライナのフリクション低減についての要求が高まっている。

[0005] しかしながら、従来のピストンリングにあっては、ピストンと共にシリンダ内周面を摺動する際のエンジンの回転数の上昇によるピストンの往復運動の速度上昇に伴い、シリンダ内周面とピストンリングとの間に発生する摺動摩擦とピストンの'慣性力によりピストンリングを浮き上がらせる力（フラッタリング）が大きくなり、高速高負荷になるほどオイル消費量が大きくなる傾向がある。したがって、高速高負荷状態つまり内燃機関が高温状態の場合を想定してピストンリング全体の張力が設定されているため、低速低負荷状態つまり内燃機関が低温状態の場合においては必要以上の張力がシリンダの内周面に力、かってしまうこととなり、その結果として、多くのフリクションロスが生じていた。また、低速低負荷状態にピストンリング全体の張力を設定することも考えられる力そうすると高速高負荷運転となった場合に、ピストンリングのシール性が十分に得られずオイル消費量が急激に増加してしまうため好ましくない。

[0006] このような問題を解決するために、ピストンリングを形状記憶合金により形成することにより、低温時と高温時においてピストンリングの張力を変化できるようなピストンリングが開発されている。

[0007] 具体的には、例えば特許文献 1には、一つのピストンリングのみから構成されるビストンリングにおいて、当該ピストンリングをニッケルチタン系の形状記憶合金により形成することにより、低温状態においては、ピストンリングとシリンダ内周面とを非接触とし、高温状態になって初めてピストンリングとシリンダ内周面とを接触させる技術が開示されて!/、る (特許文献 1の請求項 2、 0012段落など参照）。

[0008] また、特許文献 2には、ピストンリング本体とエキスパンダ（コイルエキスパンダ）とから構成されるピストンリングにおいて、エキスパンダを前記特許文献 1と同様にニッケルーチタン系の形状記憶合金により形成することにより、低温状態における張力よりも高温状態における張力を大きくする技術が開示されている（特許文献 2の実用新案登録請求の範囲など参照）。

[0009] このように、ピストンリングの材料として形状記憶合金を用いることは従来力行われている。

[0010] ここで、形状記憶合金としては、例えば特許文献 3には、より高温で変態することを目的としてニッケル一チタンにパラジウムを添加したことを特徴とする形状記憶合金が開示されている。

[0011] また、特許文献 4には、前記特許文献 3と同様の目的のために、ニッケルチタンにジルコニウム（若しくはハフニウム）を添加したことを特徴とする形状記憶合金が開示されている。

[0012] さらに、特許文献 5には、変態温度をより広範囲にし、さらに加工性に優れた形状記憶合金を提供することを目的として、ニッケルチタンにニオブを添加したことを特徴とする形状記憶合金が開示されている。

特許文献 1 :特開平 06— 066371号公報

特許文献 2：実公平 03— 041078号公報

特許文献 3：特開平 11 036024号公報

特許文献 4 :特開平 10— 008168号公報

特許文献 5：特開昭 61— 119639号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] しかしながら、現在のピストンリングにあっては、前記フリクションロスの問題を完全に解決してはおらず、さらなる燃費の向上のためにも改良の必要がある。

[0014] 具体的は、前記特許文献 1に開示のピストンリングにあっては、形状記憶合金としてニッケルチタン系合金が用いられている力 S、 80°C以上の温度範囲での応用はできず、過酷な温度条件となる自動車エンジン等ではその効果が期待できない。

[0015] また、前記特許文献 2に開示のピストンリングにあっても、形状記憶合金としては、前記特許文献 1と同様の合金が用いられているため、 80°C以上の温度範囲での使用には不適であり、燃費向上は期待できない。

[0016] さらに、前記特許文献 3に開示の形状記憶合金にあっては、添加物として高価なパラジウムを用いているため材料コストを著しく上昇させ、かつ加工性が劣るためピストンリングへの応用は困難である。

[0017] また、前記特許文献 4に開示の形状記憶合金にあっても、加工性が劣るためピストンリングへの応用は困難である。

[0018] また、前記特許文献 5に開示の形状記憶合金にあっては、組織安定性が悪く形状記憶特性が失われるため、実用化されていないのが現状である。

[0019] 本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、低温状態における張力と、高温状態における張力をエンジンの実用的な範囲で変化させることができ、その結果フリクシヨンロスを最小限に抑え、燃費の向上を可能とするピストンリングを提供することを主たる課題とする。課題を解決するための手段

[0020] 上記課題を解決するための本発明のピストンリングは、 34· 7mol%以上 48. 5mol %以下のニッケルと、 9mol%以上 22. 5mol%以下の、ジルコニウムおよびハフユウムの少なくとも一方と、 lmol%以上 30mol%以下のニオブと、残部のチタンと、不可避的不純物と、からなる形状記憶合金により形成されていることを特徴とする。

[0021] 上記本発明のピストンリングにあっては、 9mol%以上 22. 5mol%以下のジルコ二ゥムと、 3mol%以上 30mol%以下のニオブと、を含む形状記憶合金により形成されていてもよい。

[0022] また、上記本発明のピストンリングにあっては、チタン、ジルコニウムおよびハフユウムの合計 mol%をニッケルの mol%で除算した比力 0. 98以上 1. 14以下である形状記憶合金で形成されてレ、てもよレ、。

[0023] また、上記本発明のピストンリングにあっては、ピストンリング本体と、当該ピストンリング本体の内周面側に配されるエキスパンダとから構成されており、当該ピストンリング本体およびエキスパンダの双方または何れか一方が前記形状記憶合金により形成されていてもよい。

[0024] また、上記本発明のピストンリングにあっては、前記エキスパンダが、コイルエキスパンダまたはプレートエキスパンダの何れかであってもよい。

[0025] また、上記本発明のピストンリングにあっては、前記ピストンリングが、サイドレールと、スぺーサエキスパンダとから構成されており、当該サイドレールおよびスぺーサェキスパンダの双方または何れか一方が前記形状記憶合金により形成されて!/、てもよレヽ

〇

[0026] また、上記本発明のピストンリングにあっては、前記形状記憶合金の逆変態ピーク温度未満の温度での張力が 0.；!〜 25Nであり、前記形状記憶合金の逆変態ピーク温度以上の温度での張力が 0. 2〜55Nであることが好ましい。

[0027] また、上記本発明のピストンリングにあっては、オイルリングまたは圧力リングとして用いられてもよい。

発明の効果

[0028] 本発明のピストンリングによれば、 34· 7mol%以上 48. 5mol%以下のニッケルと、 9mol%以上 22. 5mol%以下の、ジルコニウムおよびハフニウムの少なくとも一方と、 lmol%以上 30mol%以下のニオブと、残部のチタンと、不可避的不純物と、力、らなる形状記憶合金により形成されているので、 80°C以上の高い変態温度（変態ピーク温度（M*)または逆変態ピーク温度 (A* ) )を実現することができる。したがって、低温低負荷状態においては適度な低い張力を発揮しつつ、 80°C以上の高温高負荷状態となった場合に変態が生じ、低温低負荷状態より高い張力を発揮することができるピストンリングを提供可能となる。その結果、低温低負荷状態におけるフリクション口スを最小限に抑えることができ、燃費を向上せしめることができる。

[0029] また、当該成分組成からなる形状記憶合金は、高温での繰り返し使用にも耐えうるため、当該形状記憶合金により形成されたピストンリングは耐久性も向上される。

[0030] さらにまた、当該成分組成からなる形状記憶合金は、従来の形状記憶合金と比べて、冷間加工での圧延率が高いため加工性に優れている。したがって、所望の形状

[0031] ここで、形状記憶合金の成分としては、 9mol%以上 22. 5mol%以下のジルコユウムと、 3mol%以上 30mol%以下のニオブとを含むようにしても、前記と同様の作用 ¾]果を得ること力できる。

[0032] また、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムの合計 mol%をニッケルの mol%で除算した比を、 0. 98以上 1. 14以下とすることが好ましぐこれによつても前記と同様の作用効果を得ることができる。

[0033] さらにまた、上記本発明のピストンリングにあっては、ピストンリング本体と、当該ビストンリング本体の内周面側に配されるエキスパンダとから構成されていても問題なぐ当該ピストンリング本体、またはエキスパンダの少なくとも何れか一方が前記形状記憶合金により形成されていれば、前記と同様の作用効果を得ることができ、前記ェキスパンダが、コイルエキスパンダまたはプレートエキスパンダの何れかであっても同様である。

[0034] また、上記本発明のピストンリングにあっては、サイドレールと、スぺーサエキスパンダとから構成されており、当該サイドレールおよびスぺーサエキスパンダの双方または何れか一方が前記形状記憶合金により形成されて!/、ても、同様の作用効果を得ること力 Sでさる。

[0035] また、上記本発明のピストンリングにあっては、前記形状記憶合金の逆変態ピーク温度未満の温度（エンジンの始動時を想定した温度：— 30〜50°C)での張力が 0. 1 〜25Nであり、前記形状記憶合金の逆変態ピーク温度以上の温度 (エンジンが始動後高速回転時を想定した温度であり、オーステナイト変態後の温度）での張力が 0. 2 〜55Nの範囲内とすることにより、低温低負荷状態でのフリクションロスを最小限に抑えつつ、高温高負荷状態においてもピストンリングの役目を果たすことができる。

[0036] なお、本発明のピストンリングにあっては、オイルリング、圧力リングの何れとして用いても上記作用効果を発揮することができる。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]本発明材料例の合金 6を走査型電子顕微鏡で観察した画像の説明図である。

[図 2]本発明材料例の合金 8を走査型電子顕微鏡で観察した画像の説明図である。

[図 3]本発明のピストンリングの一例の概略断面図である。

[図 4]本発明のピストンリングの他の一例を示す概略断面図であり、（a)は、ピストンリング本体 41とコイルエキスパンダ 42とから構成されるピストンリング 40の概略断面図であり、（b)は、ピストンリング本体 51とプレートエキスパンダ 52とから構成されるピストンリング 50の概略断面図であり、（c)〜（e)は、サイドレーノレ 44、 61、 71と、スぺーサエキスノンダ 45、 62、 72と力、ら構成されるピストンリング 43、 60、 70の概略断面図である。

符号の説明

[0038] 30、 40、 43、 50、 60、 70 ピストンリング

41、 51 ピストンリング本体

42 コィノレエキスパンダ

44、 61 , 71 サイドレーノレ

52 プレートエキスパンダ

発明を実施するための最良の形態

[0039] 以下に、本発明のピストンリングについて具体的に説明する。 [0040] 本発明のピストンリングは、 34· 7mol%以上 48· 5mol%以下のニッケルと、 9mol %以上 22· 5mol%以下の、ジルコニウムおよびハフニウムの少なくとも一方と、 lmo 1%以上 30mol%以下のニオブと、残部のチタンと、不可避的不純物と、力、らなる形状記憶合金により形成されていることに特徴を有している。また、本発明のピストンリングに用いることができる形状記憶合金としては、前記形状記憶合金であって、 9mo 1%以上 22. 5mol%以下のジルコニウムと、 3mol%以上 30mol%以下のニオブと、を含有するようにしてもよく、さらに、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムの合計 mo 1%をニッケルの mol%で除算した比力 0· 98以上 1 · 14以下となるようにしてもよい

[0041] このように、本発明のピストンリングにあっては、その材料となる形状記憶合金に特徴を有している。したがって、以下に先ず、当該特徴である形状記憶合金の特性について、種々の実験例を挙げて詳細に説明する。

[0042] (材料となる形状記憶合金についての実験例）

本発明のピストンリングに用いることができる材料の例（以下、「本発明材料例」とする。）および、本発明のピストンリングには用いることができない材料の例、つまり前記構成成分外の材料の例（以下、「比較材料例」とする）として、下記表;!〜 3に示す合金組成の合金;!〜 11の試験片を作製して、実験を行った。

[0043] 当該実験に使用した試験片は、下記の方法（1)〜（3)により作製された。

(1)各金属元素の mol%を計測してアーク溶解法により溶融して合金インゴットを作製する。例えば、合金 1 (Ti— Ni -Zr )は、 49· 5mol%の Niと 10mol%の Zrと

49. 5 10

、残部（40. 5mol%)の Tiの組成の合金である。

(2)作製された合金インゴットを 950°Cで 2時間（ = 7. 2ks)均質化熱処理を行う。

(3)放電化工機を使用して長さ 15mm、幅 10mm、厚さ lmmの板材（試料）を切り出す。

[0044] <加ェ性評価試験〉

前記作製方法で作製された合金の加ェ性を、加ェ性評価試験を行つて評価した。加工性評価試験は、冷間圧延機を使用して、圧延率 60%まで冷間圧延を行った。圧延率が 60%に至るまでに破断した試料は破断時の圧延率を測定して、加工性を評価した。

[0045] く変態温度測定試験〉

各合金の変態温度は、冷間圧延材を⁷00°Cで 1時間熱処理し、示差走査熱量測定 (DSC、 Differential Scanning Calorimetry)により、マルテンサイト変態ピーク温度（

M*点)と、逆変態ピーク温度 (A*点)とを測定した。

[0046] 比較材料例として、従来公知の Ti— Ni— Zrの三元合金の合金 1〜合金 3の組成と

、 Tiおよび Zrの合計 mol%を Niの πιο1^ο/₀で除算した Γ対ニッケル比」、破断時の圧延率(％)、マルテンサイト変態ピーク温度 (Μ*点、。 C)およぴ逆変態ピーク温度 (Α*点、°C)を表 1に示す。

[0047] [表 1]

表 1. Ti- Ni-Zr合金の加工性と変態温度

本発明材料例として、 Ti— Ni—Zr— Nbの四元合金の合金 4〜合金 6の組成と、 Ti および Zrの合計 mol%を Niの mol%で除算した Γ対ニッケル比」、破断時の圧延率 ( %)、マルテンサイト変態ピーク温度 (M*点、）およぴ逆変態ピーク温度 (A*点、 °C )を表 2に示す。

[表 2] 2. Ti- Νί-Zr-Nb合金の加工性と変態温度

本発明材料例 (合金 7〜合金 10)および比較材料例 (合金 11)として、 Ti— Ni—Zr 一 Nbの四元合金の組成と、 Tiおよび Zrの合計 mol%を Νίの mol%で除算した「対二

差替え用紙（規則 26) g ッケル比」、破断時の圧延率 (％)、マルテンサイト変態ピーク温度 (M*点、 °C)およぴ逆変態ピーク温度 (A*点、 °C)を表 3に示す。

[0049] なお、合金 7〜合金 11は、 Ti、 Ni、 Zrの成分比を 35. 5mol%、 49. 5mol°/o、 15 mol°/。に固定して、全体を Nbに置換した合金である。

[0050] [表 3] 表 3. Ti-Ni-Zr~Nb合金の加工性と変態温度

本発明材料例 (合金 12〜合金 14)および比較材料例 (合金 15)として、 Ti— Ni— Zr— Nbの四元合金の組成と、 Tiおよび Zrの合計 mol%を Niの mol° /。で除算した「対ニッケル比」、破断時の圧延率 (％)、マルテンサイト変態ピーク温度 (M*点、 °C) およぴ逆変態ピーク温度 (A*点、。C)を表 4に示す。

[0051] なお、合金 15の変態温度は、実験を行った範囲では観測されず、低温になりすぎたものと考えられる。

[0052] [表 4]

差替え用紙（規則 26) 表 4, Ti-Ni- Zr-Nb合金の加工性と変態温度

本努明材料例として、 Ti一 Ni— Zr—N の四元合金の合金 16〜合金 20の組成と、 Tiおよびの合計 mol%を Niの mol%で除算した Γ対ニッケル比」、破断時の圧延率 (％)、マルテンサイト変態ピーク温度 (M*点、 °C)および逆変態ピーク温度 (A*点、°C)を表 5に示す。

[0053] [表 5]

表 5. 1VNト Z「Nb合金の加工性と変態温度

本発明材料例として、 Ti-Ni— Hf—; Nbの四元合金および Ti一 Ni— Zr— Hf— N bの五元合金の合金 21〜合金 24の組成と、 Ti、 Zrおよび Hfの合計 mol%を Niの m ol%で除算した「対ニッケル比」、破断時の圧延率 (°/₀)、マルテンサイト変態ピーク温度 (M*点、 )および逆変態ピーク温度 (A*点、 )を表 6に示す。

[0054] なお、合金 21は、合金 9の Zrを Hfに置換したものに相当し、合金 22は合金 18の Z rを Hfに置換したものに相当する。また、合金 23は、合金 6の Zrを Hfに置換したものに相当し、合金 24は、合金 9の Zr(15mol%)の半分を Hfに置換したものに相当す

差替え用紙（規則 26) る。

[0055] [表 6]

表 6. Ή-Νί- Z「Nb合金の加工性と変態温度

図 1は、本癸明材料例の合金 6を走査型電子顕微鏡で観察した画像の説明図である。

[0056] 前記実験結果から、比較材料例の合金 1〜合金 3のように、 Ti— Ni— Zrの三元合金では、圧延率が最大でも 30%しかなぐ加工性が悪い。そして、 Zrが増加すると変態温度 (M*点および A*点)が上昇するが、圧延率が低下し、加工性が低下することが分かる。

[0057] これに対し、表 2において、比較材料例の合金 2の Niを Nbに置換した本癸明材料例の合金 4〜合金 6の Ti— Ni— Zr— Nbの四元合金では、圧延率が向上し、加工性が向上していることが分かる。また、変態温度 (M*点および A*点)も 80。C以上でありゝ 80°C以上の高温条件下で効果を発揮することができることが分かる。特に、 Nbの量が多くなると変態温度が低下する傾向があるが、変態温度の変化は小さぐ急激に変態温度が低下しないことも分かった。

[0058] つまり、合金 4〜合金 6は、高温条件下で使用可能で、加工性に優れた形状記憶合金と使用可能である。よって、当該合金をピストンリングの材料とすることにより、低温低負荷状態においては、張力が低く適当でありフリクションロスを最小限に抑えることができ、 80 以上での高温高負荷状態において変態することで、張力が増加するピストンリングを実現することができる。

[0059] なお、合金 4〜合金 6では、破断までの圧延率が向上した力 S、細かレ、クラック (亀裂）が多数存在することが観測された。図 1の走査型電子顕微鏡による SEM画像に示す

差替え用紙（規則 26) ように、圧延後の合金 6には、軟らかくて容易に塑性変形する 0相と、硬くて脆いラーべス相が形成され、前記ラーべス相の界面で発生したクラックの成長が /3相で阻害されることで、加工性が改善されている。

[0060] 図 2は、本発明材料例の合金 8を走査型電子顕微鏡で観察した画像の説明図であ

[0061] 表 3から、本発明材料例の合金 7〜合金 10のように、 Ti Ni — Zr の成分比を

49. 5 15

固定して、全体を Nbに置換する形の Ti— Ni Zr Nbの四元合金でも、逆変態ピーク温度 (A*)が 100°C以上でマルテンサイト変態ピーク温度（M*)も比較的高い合金を実現できた。また、 Nbが lmol% (比較材料例の合金 11)では加工性向上の効果は見られなかったが、 Nbが 5mol%以上では圧延率も向上させることができ、特に、 Nbが 10mol%以上の合金 8〜合金 10では、 60%以上の圧延率を達成することができた。なお、合金 7〜合金 10では、合金 4〜合金 6と比較して、細かいクラックもほとんど形成されず、加工性が改善された。図 2の SEM画像において、圧延後の合金 8 には、結晶粒界および粒内に軟らかい /3相が析出しているため、加工性が改善されている。

[0062] よって、合金 7〜合金 10をピストンリングの材料とすることにより、低温低負荷状態においては、張力が低く適当でありフリクションロスを最小限に抑えることができ、 80°C 以上の高温高負荷状態において逆変態 (オーステナイト変態)することで、張力が増加するピストンリングを実現することができる。

[0063] 表 1〜表 4において、合金 12〜合金 14や合金 6に示すように、「対ニッケル比」が 1 程度の場合には、 Zrが 15mol%程度の合金 2や合金 11と比較して圧延率の向上が見られる力 S、合金 15のように、「対ニッケル比」が 1から大幅に離れて 0. 82になると、圧延率が低下し、加工性が非常に悪くなることが分力、つた。

[0064] 表 5において、合金 16〜合金 20に示すように、変態温度（M*点および点）を上昇させるが加工性が低下しやすくなる Zrの添加量を増やしても、 Nbを 5〜30mol% 添加することにより、変態温度をあまり低下させずに、加工性を改善できる。特に、合金 20では、 400°C以上の非常に高い変態温度と、 60%以上の非常に高い加工性を実現できている。 [0065] よって、合金 16〜合金 20をピストンリングの材料とすることにより、低温低負荷状態においては、張力を低く設定できフリクションロスを最小限に抑えることができ、 80°C 以上の高温高負荷状態において変態することで、張力が増加するピストンリングを実現すること力 Sでさる。

[0066] 表 6において、合金 21〜合金 24に示すように、 Ti— Ni— Zrとほぼ同様の特性を有し、加工性に問題のある Ti— Ni— Hfの合金でも、 Nbを添加することにより、高い変態温度の形状記憶合金を実現し、かつ加工性を向上できることが確認された。特に、合金 21と合金 9、合金 22と合金 18、合金 23と合金 6、合金 24と合金 9および合金 21 を対比すると、 Zrを Hfに置換してもほぼ同様の物性（変態温度や圧延率）を有することが分かり、 Nbにより同様の改善効果が見られることが分かる。

[0067] つまり、 Ti— Ni— Zr (または Hf)に Nbを添カロすることにより、高い変態温度で加工性の高い形状記憶合金が実現することが分力、つた。したがって、このような形状記憶合金をピストンリングの材料として用いることにより、低温低負荷状態においては、張力を低く設定できフリクションロスを最小限に抑えることができ、 80°C以上の高温高負荷状態において変態することで、張力が増加するピストンリングを実現することができ

[0068] 図 3は、本発明のピストンリングの一例の概略断面図である。

[0069] 図 3に示す本発明のピストンリング 30は、一つのリング 30のみからなるピストンリングであり、当該一のリング 30が前記で説明した形状記憶合金により形成されている。

[0070] 本発明のピストンリング 30にあっては、その材質に特徴を有しており、その形状等につ!/、ては特に限定されることはなレ、。

[0071] 例えば、図 3に示す一つのリング 30のみからなるピストンリングにあっては、そのボァ径は、当該ピストンリング 30が用いられる内燃機関の大きさやピストンの形状等に合わせて適宜設計可能であるが、 φ 65〜； 100mm程度であることが好ましぐこの場合においては、その厚さは 0. 7〜4mm程度が好ましい。

[0072] ここで、ボア径を φ 65〜90mm程度とした場合には、その厚さは、 0. 7〜3mm程度が特に好ましぐその際のピストンリング 30の拡径方向への張力は、室温時において 0. ；!〜 25Nであり、逆変態（オーステナイト変態）後において 0. 2〜55Nとすることが好ましい。

[0073] 一方で、ボア径を φ 90〜100mm程度とした場合には、その厚さは、 0. 7〜4mm 程度が特に好ましぐその際のピストンリング 30の拡径方向への張力は、前記と同様に、室温時において 0. ；!〜 25Nであり、逆変態（オーステナイト変態）後において 0. 2〜55Nとすることが好まし!/、。

[0074] なお、本発明のピストンリング 30にあっては、従来公知の表面加工等が施されていてもよぐその断面形状についても、図示する略矩形状に限られず、従来公知の種々の形状を採ることが可能である。

[0075] 図 4は、本発明のピストンリングの他の一例を示す概略断面図であり、図 4 (a)は、ピストンリング本体 41とコイルエキスパンダ 42とから構成されるピストンリング 40の概略断面図であり、図 4 (b)は、ピストンリング本体 51とプレートエキスパンダ 52とから構成されるピストンリング 50の概略断面図である。また、図 4 (c)〜（e)は、サイドレール 44 、 61、 71と、スぺーサエキスノンダ 45、 62、 72と力、ら構成されるピストンリング 43、 6 0、 70の概略断面図である。

[0076] 図 4ίこ示すよう ίこ、本発明のピストンリング 40、 43、 50、 60、 70ίこあって (ま、ピストンリング本体 41、 51、あるいはサイドレーノレ 44、 61、 71と、エキスノンダ 42、 45、 52、 62、 72との双方あるいは少なくとも一方が前記で説明した形状記憶合金により形成されてレヽる。なお、本発明のピストンリング 40、 43、 50、 60、 70ίこあって (ま、特 ίこェキスパンダ 42、 45、 52、 62、 72が形状記憶合金により形成されていることが好ましい。ピストンリング本体 41、 51やサイドレーノレ 44、 61、 71に匕べ、エキスノンダ 42、 45、 52、 62、 72の方がピストンリング全体の張力に寄与しているためである。

[0077] この場合においても、前記図 3に示したピストンリング 30と同様に、その大きさや形状等については特に限定されることはなぐ例えば、前記と同様のボア径ゃ張力とすることが好ましい。

[0078] なお、本発明のピストンリングはオイルリングに用いることも可能であり、圧力リングとして用いることも可能である。

実施例

[0079] 本発明のピストンリングについて、実施例を用いてさらに具体的に説明する。 [0080] (実施例 1)

前記で説明した本発明材料例の合金 17を用いて、コイル外径を 1. 4mmとし高温時の張力は後述する比較例と同じとなるようにコイルエキスパンダを作製し、これとピストンリング本体（材質は、質量％で C : 0. 5、 Si : 0. 2、Mn : 0. 3、P : 0. 02、 S : 0. 0 15、 Cr: 10. 2、残部 Fe、および不可避的不純物）とを組み合わせて、図 4 (a)に示すような、本発明の実施例 1のピストンリングを作製した。

[0081] (実施例 2)

前記実施例 1のピストンリングと同じ要領で、前記で説明した本発明材料の合金 12 を用いて、実施例 2のピストンリングを作製した。

[0082] (実施例 3)

前記実施例 1のピストンリングと同じ要領で、前記で説明した本発明材料の合金 9を用いて、実施例 3のピストンリングを作製した。

[0083] (実施例 4)

前記実施例 1のピストンリングと同じ要領で、前記で説明した本発明材料の合金 8を用いて、実施例 4のピストンリングを作製した。

[0084] (比較例 1)

本発明のピストンリングの比較例として、従来公知の形状記憶合金である Ti— Ni系 (Ti— 50at%Ni材)形状記憶合金を用いて、逆変態ピーク温度が 58°Cであり、逆変態終了（オーステナイト変態終了）後温度が 65°Cとなるようなコイルエキスパンダを作製し、これと実施例 1と同一のピストンリング本体とを組み合わせて、図 4 (a)に示すような、本発明の比較例 1のピストンリングを作製した。

[0085] <燃費効果試験〉

前記実施例 1〜4のピストンリング、および比較例 1のピストンリングを用いて、燃費効果試験を行った。

[0086] 具体的には、各ピストンリングをオイルリングとして用い、その他の第 1圧力リング、第 2圧力リングは全て従来公知の同一仕様のリングを用いた。それぞれを内燃機関エンジンにおける φ 88mmのピストンに装着し、 10 · 15モードで燃費を測定した。一方で、従来のばね鋼からなるコイルエキスパンダを用いた以外、その他の条件は全て実施例および比較例と同一のピストンリング（トップリング、セカンドリング)を用意し

、同様に燃費を測定した。

[0087] 各測定結果につ!/、て、前記従来のばね鋼からなるコイルエキスパンダを用いた場合の燃費と比べて比較例 1のピストンリングを装着した場合の燃費の向上率を基準（

1)とし、本発明の実施例 1〜4のピストンリングを装着した場合における、前記基準からの燃費効果比（向上率)を数値化した。

[0088] その結果を表 7に示す。

[0089] [表 7]

上記表 7からも明らかなように、本発明のピストンリングは、比較例 1のピストンリング、つまり従来公知の形状記憶合金 (Ni— Ti系）が用いられて!/、るピストンリングに比べて約 4〜 5倍の高い燃費効果が得られることが分力、つた。

Claims

請求の範囲

[1] 34. 7mol%以上 48· 5mol%以下のニッケノレと、

9mol%以上 22. 5mol%以下の、ジルコニウムおよびハフニウムの少なくとも一方と、

lmol%以上 30mol%以下のニオブと、

残部のチタンと、

不可避的不純物と、

力なる形状記憶合金により形成されていることを特徴とするピストンリング。

[2] 9mol%以上 22· 5mol%以下のジルコニウムと、

3mol%以上 30mol%以下のニオブと、

を含む形状記憶合金により形成されていることを特徴とする請求項 1に記載のピストンリング。

[3] チタン、ジルコニウムおよびハフニウムの合計 mol%をニッケルの mol%で除算した比が、 0. 98以上 1. 14以下である形状記憶合金で形成されていることを特徴とする請求項 1または 2に記載のピストンリング。

[4] 前記ピストンリングが、ピストンリング本体と、当該ピストンリング本体の内周面側に配されるエキスパンダとから構成されており、

当該ピストンリング本体およびエキスパンダの双方または何れか一方が前記形状記憶合金により形成されていることを特徴とする請求項 1ないし 3の何れか一の請求項に記載のピストンリング。

[5] 前記エキスパンダが、コイルエキスパンダまたはプレートエキスパンダの何れかであることを特徴とする請求項 4に記載のピストンリング。

[6] 前記ピストンリングが、サイドレールと、スぺーサエキスパンダとから構成されており、当該サイドレールおよびスぺーサエキスパンダの双方または何れか一方が前記形状記憶合金により形成されていることを特徴とする請求項 1ないし 3の何れか一の請求項に記載のピストンリング。

[7] 前記形状記憶合金の逆変態ピーク温度未満の温度での張力が 0.；!〜 25Nであり

、前記形状記憶合金の逆変態ピーク温度以上の温度での張力が 0. 2〜55Nであることを特徴とする請求項 1ないし 6の何れか一の請求項に記載のピストンリング。オイルリングまたは圧力リングとして用いられることを特徴とする請求項 1ないし 7の何れか一の請求項に記載のピストンリング。