(57)【要約】      （修正有）【課題】組み付け時の変形等の不具合の発生を防止する形状記憶合金コイルエキスパンダの提供。【解決手段】可変張力ピストンリングが、コイル部２とコイル部の中心部に配されるジョイント芯部１とを有し、ピストンリング１０をその径方向外方に押圧付勢する形状記憶合金コイルエキスパンダ３であり、コイル部合口部２１と、ピストンリング合口部１１とが重ならないように配されており、コイル部合口部と上記ピストンリングが形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ１、他方を領域θ２とし、ピストンリング合口部と、ピストンリングが形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ３、他方を領域θ４とした時、ジョイント芯部が領域θ１及び領域θ２、かつ、領域θ３及び領域θ４の領域内に配されており、領域θ１〜領域θ４がそれぞれ１０°以上である。【選択図】図１
2006104942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変張力ピストンリングに用いられ、形状記憶合金を用いて形成されたコイル部（２）と、前記コイル部の中心部に配されるジョイント芯部（１）とを有し、ピストンリング（１０）をその径方向外方に押圧付勢する形状記憶合金コイルエキスパンダ（３）であり、
前記コイル部と前記ピストンリングとは、前記コイル部（２）の合口部であるコイル部合口部（２１）と、前記ピストンリング（１０）の合口部であるピストンリング合口部（１１）とが重ならないように配されており、
前記コイル部合口部（２１）と、前記ピストンリング（１０）が形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ１、他方の領域を領域θ２とし、前記ピストンリング合口部（１１）と、前記ピストンリングが形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ３、他方の領域を領域θ４としたとき、
前記ジョイント芯部が、前記コイル部の前記領域θ１および領域θ２、かつ、領域θ３および領域θ４の領域内に配されており、
前記領域θ１〜領域θ４が、それぞれ１０°以上であることを特徴とする形状記憶合金コイルエキスパンダ。
【請求項２】
前記領域θ１および領域θ２に配されたジョイント芯部（１）の固定方法は、ジョイント芯部（１）の端部に形成されたかえり部（６）によるものであり、かつ、
前記領域θ３および領域θ４に配されたジョイント芯部の固定方法は、前記かえり部（６）によるもの、または、接着剤によるものであることを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金コイルエキスパンダ。
【請求項３】
可変張力ピストンリングに用いられ、形状記憶合金を用いて形成されたコイル部（２）と、前記コイル部（２）の中心部に配されるジョイント芯部（１）とを有し、ピストンリング（１０）をその径方向外方に押圧付勢する形状記憶合金コイルエキスパンダ（３）であり、
前記コイル部と前記ピストンリングとは、前記コイル部（２）の合口部であるコイル部合口部（２１）と、前記ピストンリング（１０）の合口部であるピストンリング合口部（１１）とが重ならないように配されており、
前記コイル部合口部（２１）と、前記ピストンリング（１０）が形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ１、他方の領域を領域θ２とし、前記ピストンリング合口部（１１）と、前記ピストンリングが形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ３、他方の領域を領域θ４としたとき、
前記コイル部の前記領域θ１、領域θ２、領域θ３、および領域θ４に連続して前記ジョイント芯部が配されており、
前記ジョイント芯部（１）の長さが、前記コイル部（２）の全周の長さの５６〜９８％の範囲内であり、前記領域θ１、領域θ２、領域θ３、および領域θ４が１０°以上配され、かつ、
前記コイル部合口部（２１）と、前記ピストンリング合口部（１１）とに前記ジョイント芯部（１）が配されていることを特徴とする形状記憶合金コイルエキスパンダ。
【請求項４】
前記領域θ１および領域θ２に配されたジョイント芯部の固定方法は、ジョイント芯部（１）の端部に形成されたかえり部（６）によるものであることを特徴とする請求項３に記載の形状記憶合金コイルエキスパンダ。
【請求項５】
形状記憶合金を用いて形成されたコイル部（２）と、前記コイル部（２）の中心部に配されるジョイント芯部（１）とを有し、ピストンリング（１０）をその径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダに配される形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材であって、
前記ジョイント芯材は、共に用いられる前記コイル部の全周とほぼ等しい長さを有することを特徴とする形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変張力ピストンリングに用いられる、形状記憶合金を用いて形成された形状記憶合金コイルエキスパンダ、およびそれに用いられるジョイント芯材に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用に用いられるピストンリングには、燃焼室内の機密性を保つための圧力リングと、シリンダー内壁上の余分なオイルを掻き落とし、オイルコントロールをするためのオイルリングとの２種類のリングが用いられるのが一般的である。上記オイルリングには、その内部にコイルエキスパンダが設けられているものがあり、このコイルエキスパンダは、オイルリングを径方向外方に押圧付勢することによりオイルの掻き落とし機能を向上するものである。
【０００３】
内燃機関の中では、様々なフリクションロス（摩擦力ロス）が生じるため、このようなフリクションロスを小さくすることにより燃費の向上が可能である。例えば、内燃機関の中でもピストンリングにおいては、シリンダライナとの摺動におけるフリクションの低減が求められている。具体的に、フリクションを低減させるためには、張力を下げることが有効である。
【０００４】
ピストンリングには圧力リングと、オイルリングとがあるが、特に、オイルリングは圧力リングに対して張力（ピストンリングをその径方向外方に拡張する力）を５〜１２倍と高くすることにより、オイルリングの機能、すなわち、オイル掻き落とし機能およびオイルコントロール機能を満足させている。例えば、ピストンリング（圧力リング＋オイルリング）の張力を合計したリング合計張力をボア径で割った合計張力比についてみると、１９８４年では０．６〜１．０Ｎ／ｍｍであったが、低フリクション化が求められているため、徐々に低下し、現状は０．２〜０．６Ｎ／ｍｍまで小さくなり、対応を求められている。
【０００５】
よって、この数値は１９８４年当時より約半分となっているが、このような背景の中でオイルリングの機能性を満足させることが求められている。
【０００６】
ピストンリングの対応としては、張力の低下に伴いピストンリングの接触面積を小さくし薄幅化が進んでいる。オイルリングは圧力リングに比べオイル掻き落とし機能を持たせるため、さらに接触幅を小さくすることで、接触面積を小さくし面圧を上げ、シール性、オイル掻き性を向上させている。
【０００７】
しかしながら、エンジン始動時から、オイルリングの張力を、上記範囲内、すなわち、エンジンが十分に駆動している場合と同程度とすると、逆にオイルリングの作用が働きすぎて機関の始動性を損なう危険性が高い。これは、エンジン始動時においては、潤滑油の温度および機関温度が、徐々に上昇している段階であり、エンジンの始動からある程度の時間が経過し十分に駆動している場合と比較して、それらの温度は低く、潤滑油の粘度は高い状態にあるからである。よって、エンジンの始動から十分にエンジンが駆動した状態に移行するまでの間においては、潤滑油の温度および機関温度の上昇に伴い、オイルリングの機能も徐々に発揮されるように、その面圧も増加していくことが望まれる。
【０００８】
例えば、特許文献１には、Ｎｉ−Ｔｉ系の形状記憶合金を用いて形成されたコイルエキスパンダを用いたオイルリングにおいて、コイルエキスパンダが、低温では収縮状態に存し、高温では伸びた状態に存するように処理されている技術が開示されている。
【０００９】
このように、コイルエキスパンダを形状記憶合金を用いて形成することにより、温度に応じてオイルリングをその径方向外方へ押圧する力を変化させることができるため、エンジンの始動性を向上させることが可能である。しかしながら、形状記憶合金材の横弾性係数は、Ｎｉ−Ｔｉ系の２元系において、収縮状態にある場合には約９２００ＭＰａ程度であり、伸びた状態では約２００００ＭＰａ程度である。この数値は通常用いられるスチール線材からなるコイルエキスパンダと比較し、１／４程度しかなく、コイルエキスパンダとして過剰な変形を受けた際、変態後元に戻る際大きな制約を受けてしまう。
【００１０】
また、オイルリングにコイルエキスパンダを配置させる際には、図１（ａ）に示すように、コイルエキスパンダの合口部を閉じたコイルエキスパンダの合口部（２１）より１８０°反対方向にピストンリング（オイルリング本体）の合口部（１１）が来るように配置させる。その際、形状記憶合金を用いて形成されたコイルエキスパンダはオイルリング本体の合口部と嵌めあわされる。よって、形状記憶合金を用いて形成されたコイルエキスパンダを室温においてピストンに組み付けると、合口部にて合口を閉める際の応力により、コイルのピッチが不均一になったり、コイルの断面形状が局部的に変形したり、コイルの巻きの中心がずれたりするなどの不具合が発生し、組み付け後に形状記憶合金のマルテンサイト変態温度以上になっても元に戻らない変形が生じ、コイルエキスパンダとして十分に機能しない場合があった。
【００１１】
また、特許文献２には、内周開放型スペーサーエキスパンダと組み合わせる４ピースリングに対し、コイルエキスパンダの合口重なり防止のために合口部に係止部を設けた全周のガイド棒についての開示がある。しかしながら、合口部に係止部を設けても、２ピースタイプのコイルエキスパンダにおいては所望の張力が得られない。
【００１２】
【特許文献１】実公平３−４１０７８号公報
【特許文献２】実開昭６４−３２４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、組み付け時の変形等の不具合の発生を防止することが可能な形状記憶合金コイルエキスパンダを提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、可変張力ピストンリングに用いられ、形状記憶合金を用いて形成されたコイル部（２）と、上記コイル部の中心部に配されるジョイント芯部（１）とを有し、ピストンリング（１０）をその径方向外方に押圧付勢する形状記憶合金コイルエキスパンダ（３）であり、
上記コイル部とピストンリングとは、上記コイル部（２）の合口部であるコイル部合口部（２１）と、上記ピストンリング（１０）の合口部であるピストンリング合口部（１１）とが重ならないように配されており、
上記コイル部合口部（２１）と、上記ピストンリング（１０）が形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ１、他方の領域を領域θ２とし、上記ピストンリング合口部（１１）と、上記ピストンリングが形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ３、他方の領域を領域θ４としたとき、
上記ジョイント芯部が、上記コイル部の上記領域θ１および領域θ２、かつ、領域θ３および領域θ４の領域内に配されており、
上記領域θ１〜領域θ４が、それぞれ１０°以上であることを特徴とする形状記憶合金コイルエキスパンダを提供する。
【００１５】
上記コイル部合口部、かつ、ピストンリング合口部にジョイント芯部を配することにより、室温において形状記憶合金の剛性が低いことに起因する、組み付け時に発生する変形を防止することができる。
【００１６】
上記発明においては、上記領域θ１および領域θ２に配されたジョイント芯部（１）の固定方法は、ジョイント芯部（１）の端部に形成されたかえり部（６）によるものであり、かつ、
上記領域θ３および領域θ４に配されたジョイント芯部の固定方法は、上記かえり部（６）によるもの、または、接着剤によるものであることが好ましい。上記のようにジョイント芯部を固定することにより、ピストンリング合口部（１１）での組み付け時不具合を防止することができる。
【００１７】
また、本発明は、可変張力ピストンリングに用いられ、形状記憶合金を用いて形成されたコイル部（２）と、上記コイル部（２）の中心部に配されるジョイント芯部（１）とを有し、ピストンリング（１０）をその径方向外方に押圧付勢する形状記憶合金コイルエキスパンダ（３）であり、
上記コイル部とピストンリングとは、上記コイル部（２）の合口部であるコイル部合口部（２１）と、上記ピストンリング（１０）の合口部であるピストンリング合口部（１１）とが重ならないように配されており、
上記コイル部合口部（２１）と、上記ピストンリング（１０）が形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ１、他方の領域を領域θ２とし、上記ピストンリング合口部（１１）と、上記ピストンリングが形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ３、他方の領域を領域θ４としたとき、
上記コイル部の上記領域θ１、領域θ２、領域θ３、および領域θ４に連続して上記ジョイント芯部が配されており、
上記ジョイント芯部（１）の長さが、上記コイル部（２）の全周の長さの５６〜９８％の範囲内であり、上記領域θ１、領域θ２、領域θ３、および領域θ４が１０°以上配され、かつ、
上記コイル部合口部（２１）と、上記ピストンリング合口部（１１）とに上記ジョイント芯部（１）が配されていることを特徴とする形状記憶合金コイルエキスパンダを提供する。上記コイル部およびピストンリングの合口部のみではなく、コイル部の上記範囲にジョイント芯部を配することにより、室温における形状記憶合金の剛性が低いことに起因する組み付け時に発生する変形をより効果的に防止することができる。
【００１８】
上記発明においては、上記領域θ１および領域θ２に配されたジョイント芯部の固定方法は、ジョイント芯部（１）の端部に形成されたかえり部（６）によるものであることがこのましい。上記のようにジョイント芯部を固定することにより、組み付け時の不具合を防止することができる。
【００１９】
また、本発明は、上記形状記憶合金を用いて形成されたコイル部（２）と、上記コイル部の中心部に配されるジョイント芯部（１）とを有し、ピストンリングをその径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダに配される形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材であって、
上記ジョイント芯材は、共に用いられる上記コイル部の全周とほぼ等しい長さを有することを特徴とする形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材を提供する。
【００２０】
上記形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材（以下、単にジョイント芯材と称する場合がある。）を、形状記憶合金を用いて形成されたコイルエキスパンダに用いることにより、室温における形状記憶合金の剛性が低いことに起因する組付け時に発生する変形を防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のオイルリングは、室温における形状記憶合金の剛性が低いことに起因する、組付け時に発生する不具合を防止することが可能であるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダと、形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材とについて、それぞれ分けて説明する。
【００２３】
Ａ．形状記憶合金コイルエキスパンダ
本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダ（以下、単にコイルエキスパンダと称する場合がある。）は、可変張力ピストンリングに用いられ、形状記憶合金を用いて形成されたコイル部（２）と、上記コイル部の中心部に配されるジョイント芯部（１）とを有し、ピストンリング（１０）をその径方向外方に押圧付勢する形状記憶合金コイルエキスパンダ（３）であり、
上記コイル部とピストンリングとは、上記コイル部（２）の合口部であるコイル部合口部（２１）と、上記ピストンリング（１０）の合口部であるピストンリング合口部（１１）とが重ならないように配されており、
上記コイル部合口部（２１）と、上記ピストンリング（１０）が形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ１、他方の領域を領域θ２とし、上記ピストンリング合口部（１１）と、上記ピストンリングが形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ３、他方の領域を領域θ４としたとき、
上記ジョイント芯部が、上記コイル部の上記領域θ１および領域θ２、かつ、領域θ３および領域θ４の領域内に配されており、
上記領域θ１〜領域θ４が、それぞれ１０°以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
まず、本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダについて、図を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダがピストンリングに組み付けられた状態の一例を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´矢視断面を示す概略断面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、ジョイント芯部（１）は、コイル部合口部（２１）の周辺の領域である領域θ1および領域θ２、かつ、ピストンリング合口部（１１）の周辺の領域である領域θ３および領域θ４に配されている。ピストンリング合口部(１１)とコイル部合口部（２１）とのなす角をθ０とし、ピストンリング（１０）にコイル部（２）を配する際は、コイル部の合口部分であるコイル部合口部（２１）より略１８０°反対方向にピストンリング（オイルリング本体）合口部（１１）が来るように配される。
【００２５】
また、図２（ａ）は、本発明のコイルエキスパンダのジョイント芯部（１）の形状を例示する概略平面図である。図２（ａ）に示すように、ジョイント芯部（１）の一端にはかえり部（６）が設けられている。さらに、図２（ｂ）は上記ジョイント芯部（１）がコイル部（２）に挿入された状態であるコイルエキスパンダ（３）の一例を示す部分図である。
【００２６】
従来のコイルエキスパンダは、コイル部のジョイント部分周辺のみにジョイント芯部が用いられるのが一般的であるが、本発明のコイルエキスパンダにおいては、少なくともコイル部合口部およびピストンリング合口部、またはコイル部の全周の長さの５６〜９８％の範囲内にジョイント芯部が配されているため、上記ジョイント芯部は上記コイル部の補強材として働き、オイルリングとしてピストンリングに組み付ける際に発生するコイル部の変形を防止することができる。
以下、このようなコイルエキスパンダについて、ジョイント芯部とコイル部とに分けて説明する。
【００２７】
１．ジョイント芯部
本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダのコイル部の中心部には、ジョイント芯部が配されている。このジョイント芯部は、少なくともコイル部合口部およびピストンリング合口部、またはコイル部の全周の長さの５６〜９８％の範囲内に配されているため、コイル部の変形を防止する補強材として機能することができる。これにより本発明のコイルエキスパンダにおいては、ピストンに組み付けられる際のピストンリング合口部周辺の応力によりコイルの巻きの中心がずれたり、コイルの断面形状が局部的に変形されたりすることなく、また、応力によるコイル部のピッチのずれも低減することができる。
【００２８】
以下、本発明に用いられるジョイント芯部について、ジョイント芯部が、少なくともコイル部合口部（２１）およびピストンリング合口部（１１）に配されている場合(第１態様)、および、コイル部の全周の長さの５６〜９８％の範囲内にジョイント芯部が配されている場合(第２態様)に分けて説明する。
【００２９】
上記ジョイント芯部が、少なくともコイル部合口部（２１）およびピストンリング合口部（１１）に配されている場合(第１態様)においては、図１（ａ）に示すように、コイル部の合口部であるコイル部合口部（２１）と、ピストンリング（１０）が形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ１、他方の領域を領域θ２としたとき、ジョイント芯部は、コイル部合口部の周辺の領域である領域θ１および領域θ２に配される。その際の領域θ１および領域θ２は、領域θ１および領域θ２がそれぞれ１０°以上であり、中でも３０°以上であることがより好ましい。また、ピストンリング合口部（１１）と、ピストンリングが形成する円の中心点とを結ぶ線を中心として周方向左右に配された一方の領域を領域θ３、他方の領域を領域θ４としたとき、ジョイント芯部は、上記コイル部合口部の他にピストンリング合口部の周辺の領域である領域θ３および領域θ４にも配される。その際の領域θ３および領域θ４は、領域θ３および領域θ４がそれぞれ１０°以上であり、中でも３０°以上であることがより好ましい。上記領域θ１〜領域θ４が上記範囲に満たないと、ピストンリング組み付け時にコイル部合口部のヘタリを防止できない可能性がある。一方、領域θ１〜領域θ４を１０°以上にすることによりコイル部のヘタリを効果的に防止することができ、３０°以上にすることにより、さらに組付性も向上することができる。
【００３０】
ジョイント芯部における、コイル部合口部（２１）の周辺の領域である領域θ1と領域θ２との関係については、例えば図１（ａ）に示す領域θ１側にかえり部を設け、領域θ１を１０°とした際は、領域θ２は１０°以上であることが好ましく、中でも２０〜３０°の範囲内であることが好ましい。領域θ２側にかえり部を設ける場合は同様に、領域θ１は１０°以上であることが好ましく、中でも２０〜３０°の範囲内であることが好ましい。
【００３１】
また、コイル部（２）の合口部分であるコイル部合口部（２１）より通常略１８０°反対方向周辺に位置される、ピストンリング合口部（１１）の周辺の領域である領域θ３と領域θ４とについては、上記領域θ１および領域θ２と同様であるが、中でも領域θ３と領域θ４とがほぼ同一の角度であることが好ましい。このようにすることにより、ピストンリング合口部（１１）へのコイル部（２）の位置合わせが容易にでき、位置合わせの煩わしさもなくなり、組付け性が向上する。本発明においては、上記領域θ１および領域θ２に配されたジョイント芯部（１）は、ジョイント芯部（１）の端部に形成されたかえり部（６）により固定されることが好ましい。また、領域θ３および領域θ４に配されたジョイント芯部（１）は、上記かえり部（６）または、接着剤により固定されることが好ましい。第１態様のように領域θ１から領域θ２間、および領域θ３から領域θ４間に連続的にジョイント芯部が配されており、領域θ２と領域θ３とが離間しており、かつ領域θ１と領域θ４とが離間していることにより、オイルリングとしてピストンリングに組み付ける際にピストンリング合口部およびコイル部合口部の周辺に発生するコイル部の局部的な変形を防止することができる。さらに、配されるジョイント芯部の周方向の長さが短いため、軽量化することができ、加えて、ピストンリングの追従性を向上させてオイル消費量を低減することが可能である。
【００３２】
本発明においては、コイル部とピストンリングとは、コイル部（２）の合口部であるコイル部合口部（２１）と、ピストンリング（１０）の合口部であるピストンリング合口部（１１）とが重ならないように配される。本発明において、重ならないように配されるとは、コイル部合口部(２１)とピストンリング合口部（１１）とのなす角θ０が１０°以上ある場合、すなわちコイル部合口部（２１）からピストンリング合口部（１１）までの角度が１０〜３５０°の範囲内の角度を有する場合をいう。本発明においては、この角度は強度面等から、９０〜２７０°の範囲内、中でも１６０〜２００°の範囲内であることが好ましい。なお、第１態様の場合、ピストンリング合口部(１１)とコイル部合口部(２１)とのなす角度θ０が上記範囲内である場合は、ジョイント芯部（１）はピストンリング合口部(１１)を中心に領域θ３および領域θ４に配される。その際、コイル部合口部(２１)とピストンリング合口部（１１）とのなす角θ０は、図１（ａ）のように略１８０°ではない場合もある。
【００３３】
一方、コイル部の全周の長さの５６〜９８％の範囲内にジョイント芯部が配されている場合(第２態様)においては、上記領域θ１、領域θ２、領域θ３、および領域θ４に連続してジョイント芯部が配されており、ジョイント芯部の長さがコイル部の全周の長さの５６〜９８％の範囲内、中でも８０〜９８％の範囲内であり、かつ、上記コイル部合口部（２１）と、上記ピストンリング合口部（１１）とに上記ジョイント芯部（１）が配されていることが好ましい。ジョイント芯部の長さが上記範囲に満たないと、コイル部にジョイント芯部により補強されていない部分が生じ、組み付け時に局部的な変形が生じてしまう可能性がある。一方、長さが上記範囲を超えると、高温時に生じるジョイント芯部の熱膨張を吸収する空間がないためジョイント芯部が変形し、コイル部までも変形してしまう可能性がある。また、長さを上記範囲内にすることにより、運転中にジョイント芯部が折損した場合でも折損した部位が移動できる空間がないため、折損していない場合に近い状態で機能することができる。なお、上記において、コイル部の全周の長さとは、コイル部の径の中心を通る線の、円周方向の長さをいうものとする。
【００３４】
本発明において、ジョイント芯部が少なくともコイル部合口部およびピストンリング合口部、またはコイル部の全周の長さの５６〜９８％の範囲内に配されるとは、コイルエキスパンダがピストンに組み付けられた（室温）状態で、オイルリングの円周方向にジョイント芯部が配されていない空間がある状態をいう。これは、オイルリングの円周方向の隙間が全くないようにジョイント芯部を配することは寸法精度の観点から困難であることに加え、高温環境下において生じるジョイント芯部の熱膨張を考慮したものである。
【００３５】
また、第２態様においても、コイル部とピストンリングとは、コイル部（２）の合口部であるコイル部合口部（２１）と、ピストンリング（１０）の合口部であるピストンリング合口部（１１）とが重ならないように配される。この際のピストンリング合口部(１１)とコイル部合口部(２１)とのなす角度θ０の数値等については、上記第１態様の記載と同様である。なお、上記θ０の値は、作業性や安定性の観点から１８０°付近であることが好ましい。
【００３６】
本発明に用いられる上記ジョイント芯部の断面形状は、上記第１態様、第２態様のいずれにおいてもコイル部の内側の断面形状である円形状であることが好ましい。その際のジョイント芯部の径は、共に用いられるコイル部のコイルの内径に応じて適宜調整されることが好ましく、コイル部の内径の６０〜９０％の範囲内、中でも７０〜８０％の範囲内であることが好ましい。
【００３７】
上述したようなジョイント芯部を形成する材料は特に限定されるものではなく、例えば、ピアノ線などの硬鋼線材料等を用いることができる。またジョイント芯部を形成する材料は、上記コイル部に用いられる形状記憶合金の室温における剛性よりも高い方が望ましい。具体的な材料としてはＳＷＲＨ６２Ａ、ＳＷＲＨ６２Ｂ、ＳＷＲＨ６７Ａ、ＳＷＲＨ６７Ｂ材等を用いることが望ましい。
【００３８】
上記ジョイント芯部のコイル部への挿入方法は特に限定されるものではないが、例えば、ジョイント芯部のかえり部（６）をコイルエキスパンダのジョイント芯部を軸に回転させ、かえり部（６）をコイル部に挿入するねじ込み式等が一般的である。また、ジョイント芯部は、ジョイント芯部とコイル部とを固定するための周り止め機能を有することが好ましく、例えば、ジョイント芯部の端部に図２（ａ）に示すかえり部（６）のような凸部を設け、それの凸部をコイル部（２）のねじ溝にはめ込む等することにより両者を固定することができる。
【００３９】
上記のようにジョイント芯部を固定する際、ジョイント芯部の合口の位置と、コイル部合口部（２１）の位置とが一致しないように固定されることが好ましい。また、ジョイント芯部の合口部およびコイル部合口部（２１）の位置が、共に用いられるピストンリング合口部（１１）の位置と一致しないようにすることが好ましく、また、コイル部合口部（２１）とピストンリング合口部（１１）は、図１（ａ）に示すように、互いにオイルリングの円周上の略１８０°反対側に位置することがより好ましい。この際ジョイント芯部は、円弧形状であることが好ましい。
【００４０】
図１などの上記説明においては、ジョイント芯部の線材の径は配される全ての箇所において同一の径として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図３に例示するように、ジョイント芯部を部分的に線材の径を太く（５）、つまり、コイル部の内径よりわずかに細い径にしてコイル部の内側に密着させ、その他の箇所の線材の径を細くすることにより軽量化をすることも可能である。このようにジョイント芯部をできるだけ軽くすることによりピストンリングの追従性を向上し、オイル消費量を低減させることが可能である。
【００４１】
２．コイル部
本発明のコイルエキスパンダに用いられるコイル部は、形状記憶合金からなる線材を用いて形成されている。このような形状記憶合金は、そのマルテンサイト変態温度よりも高い温度において、コイル部がその長手方向へ伸長するように記憶熱処理されているものである。
【００４２】
形状記憶合金は、ある温度以下の温度において合金を変形させて荷重が除かれた後に、一定温度（例えば、Ｔｉ−Ｎｉ系では−１０℃〜１００℃）以上に加熱されることによってもとの形状に戻る特性である形状記憶効果を有している。このような、予め記憶させた形状に合金が戻る温度をマルテンサイト変態温度という。
【００４３】
一般に、形状記憶合金は、室温では、マルテンサイト状態（Ｍ相）であり、高温ではオーステナイト状態（Ａ相）となる。このマルテンサイト状態からオーステナイト状態への変態を逆マルテンサイト変態といい、オーステナイト状態からマルテンサイト状態への変態をマルテンサイト変態という。このような変態が生じる温度を称して、以下、マルテンサイト変態温度とする。このマルテンサイト変態温度は、ある温度幅を持っており、示唆熱分析により吸熱反応および発熱反応のピークから求める。
【００４４】
本発明のコイルエキスパンダに用いられるコイル部は上述したような形状記憶合金を用いて形成することにより、エンジン内部の温度が上記マルテンサイト変態温度以下である運転開始時や低速回転時においては高速回転時よりも低い張力を発現し、マルテンサイト変態温度以上である高速回転時にはより強い張力を発現するように設計されたものである。
【００４５】
本発明に用いられるコイル部を形成する形状記憶合金としては、上述したような形状記憶効果を有するものであれば特に限定されるものではない。用いることができる形状記憶合金の例としては、Ｔｉ−Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系等を挙げることができる。中でも、強度、耐疲労、耐食性の観点から、本発明においてはＴｉ−Ｎｉ系が好ましく、特には、Ｔｉ−Ｎｉ系の形状記憶合金が好ましく、Ｔｉ−Ｎｉ系の形状記憶合金を使用した場合、その比率はＴｉ−５０原子％Ｎｉ〜Ｔｉ−５１原子％Ｎｉであることが好ましい。
【００４６】
本発明に用いられる形状記憶合金のマルテンサイト変態温度は特に限定されるものではないが、−１０℃〜２００℃の範囲内であることが好ましい。中でも、例えばＴｉ−Ｎｉ系の形状記憶合金の場合は、−１０℃〜１００℃の範囲内、中でも３０℃〜９０℃の範囲内であることが好ましい。マルテンサイト変態温度を上記範囲内にすることにより上記コイル部の張力をあらゆる運転状態において良好に保つことができるからである。なお、このようなマルテンサイト変態温度は、形状記憶合金の組成や形状記憶合金を製造する際の熱処理等により変化させることができる。
【００４７】
また、本発明においてコイル部の張力は特に限定されるものではないが、マルテンサイト変態前において、例えば共に用いられるオイルリングの高さが２ｍｍ以下の薄型化されたものである場合、３Ｎ〜２０Ｎの範囲内、中でも３Ｎ〜１０Ｎの範囲内であることが好ましい。マルテンサイト変態前、つまりマルテンサイト変態温度以下の温度においては、エンジンは暖機状態にあり、徐々にエンジン内部の温度が上昇している段階にあり、上記範囲内の張力を有するコイルエキスパンダであれば、機関の始動性を向上させることができるからである。
【００４８】
さらに、マルテンサイト変態後の張力はオイルリングの機能を損なうことがない程度であれば特に限定はされないが、例えば共に用いられるオイルリングの高さが２ｍｍ以下の薄型化されたものである場合、３Ｎ〜３０Ｎの範囲内、中でも３Ｎ〜２０Ｎの範囲内であることが好ましい。一般的に、フリクションの低減には面圧を低くすることが有効であるが、コイルエキスパンダのマルテンサイト変態後における張力を上記範囲内に調整することにより、フリクションの低減を実現でき、燃費の向上を図ることができるからである。また、上記範囲内の張力を発現することにより、コイルエキスパンダのマルテンサイト変態後における追従性をより一層向上することができる。
【００４９】
本発明においては、コイル部の径は特に限定されるものではなく、一般的な寸法において用いることができる。例えば、共に用いるオイルリングの高さが２ｍｍ以下の薄型化されたオイルリングの場合、０．３ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲内、中でも０．３ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内であることが好ましい。コイル部の径を上記範囲内にした場合、コイル部のピッチは０．３ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲内、中でも０．３ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内にほぼ規定される。また、ピッチは、均一であることが好ましい。
【００５０】
なお、ここでいうコイル部の径とは、コイルエキスパンダの径方向における長さのうち、最も外側の長さを意味しており、具体的には、図４に示すｄをいう。また、ピッチとは、コイル部の線材一回転における、線材の中心から隣り合う線材の中心までの長さをいうものとする。具体的には、図４に示すように、ＡからＢまでの一回転において、Ａの位置における線材の中心からＢの位置における線材の中心までの間隔ｐをいうものとする。
【００５１】
さらに、上記コイル部は、図５に示す断面略異形線形状、および図６に示す丸線形状を用い形成することが好ましい。断面を略異形線形状（矩形状）にすることにより薄幅化されたオイルリングの内周溝に設置可能な程度にコイル部の径を小さくした場合でも、コイル部が充分な張力を発現することができる。
【００５２】
また、コイル部を形成する線材の厚さは特に限定されるものではなく、一般的な厚さの線材を用いることができる。例えば、共に用いられるオイルリングの高さが２ｍｍ以下の薄幅化されたオイルリングである場合は、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内、中でも０．２５ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であることが好ましい。厚さが上記範囲に満たないと、コイルエキスパンダとしてのバネの反力が弱くなり、充分な張力が得られない可能性があり、上記範囲を超えると、コイル部の径を所望の範囲内にできない可能性がある。
【００５３】
なお、ここでいうコイル部を形成する線材の厚さとは、異形線の場合、線材がコイル状に巻かれた状態でのコイル部の径方向における線材の長さをいうものとする。また、コイル部を形成する線材の幅とは、コイル部の軸方向における線材の長さをいうものとする。具体的には、本発明に用いられるコイル部を長手方向に切断した概略断面図を例示する図５に示すように、線材の断面形状３０において、コイル部の径方向ｘにおける長さが線材の厚さ３１であり、コイル部の軸方向ｙにおける長さが線材の幅３２である。
【００５４】
上記コイル部を形成する線材の断面形状等は特に限定されるものではないが、断面形状における厚さと幅との比率が１：１〜１：４の範囲内、中でも１：２〜１：３．５の範囲内、特に１：２．５〜１：３の範囲内であることが好ましい。比率が上記範囲に満たない場合は、コイルエキスパンダを作製する際に、所望のピッチにおいて隣り合う線材同士間の空隙が狭くなり、所定の曲率で曲げることが困難となる可能性がある。一方、比率が上記範囲を超えると、所望のピッチにおいて隣り合う線材同士間に形成される空隙が広くなり、充分な張力を得ることができない可能性がある。なお、丸線形状については、線材の厚さは、図６に示す径７の値とし、線材のピッチは図６に示すＰとする。
【００５５】
本発明においては、上述したコイル部を形成する線材をコイル状に巻く方法としては、線材の断面形状における長辺側がコイル部の周方向を形成するように巻くことが好ましい。このような巻き方が、コイル部の径を最も小さくし、かつバネとしての反力を十分に発現することができるため、所望の張力を得ることができるからである。
【００５６】
３．形状記憶合金コイルエキスパンダ
本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダには、上述したように、ジョイント芯部がコイル部合口部周辺、及びピストンリング合口部周辺に配されるケースや、コイル部のほぼ全周にジョイント芯部が配されるケースがある。ジョイント芯部を、コイル部の一部のみではなく、コイル部合口部周辺、及びピストンリング合口部周辺、または、ほぼ全周に配することにより、コイルエキスパンダのピストンへの組み付け時に生じるコイル部の変形を防止することができ、可変張力リングとしてあらゆる運転条件下において最適な張力を発現することができる。
【００５７】
本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダは、２ピースオイルリング、３ピースオイルリング、４ピースオイルリング等、エキスパンダを用いるオイルリングであれば用いることができる。このような本発明のコイルエキスパンダの製造方法は特に限定されるものではなく、一般的な方法により製造することができる。また、コイル部合口部の巻き方は、特に限定されるものではなく、密着巻き、または巻取りのいずれであってもよい。
【００５８】
Ｂ．形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材
次に、本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材について説明する。
本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材は、形状記憶合金を用いて形成されたコイル部（２）と、上記コイル部の中心部に配されるジョイント芯部（１）とを有し、ピストンリングをその径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダに配される形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材であって、
上記ジョイント芯材は、共に用いられる上記コイル部の全周とほぼ等しい長さを有することを特徴とするものである。
【００５９】
本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材を用いることにより、室温においては剛性が低いためピストンへの組み付け困難である形状記憶合金コイルエキスパンダの剛性を向上することができる。そのため、組み付け作業も容易になり、組み付けの際のピストンリング合口部を閉じる際に受ける応力によりコイルエキスパンダが変形するなどの不具合も防止することができる。
【００６０】
上述したような本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダ用ジョイント芯材については、上記「Ａ．形状記憶合金コイルエキスパンダ」の「１．ジョイント芯部」の記載と同様であるのでここでの説明は省略する。なお、ジョイント芯部の線材の径についても「１．ジョイント芯部」の記載と同様であり、図３のようにジョイント芯部を部分的に複数箇所の径が太く（５）、その他の箇所の径が細くてもよい。このようにジョイント芯部を軽量化することにより、ピストンリングの追従性を向上し、オイル消費量を低減させることができる。
【００６１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００６２】
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。
[実施例１]
直径０．３ｍｍのジョイント芯部と、断面略異形線形状（矩形状）であり、下記寸法を有するコイル部とを有する形状記憶合金コイルエキスパンダと、下記の寸法を有するピストンリングとを用いて、ジョイント芯部を配する位置および範囲を下記表１に示すように変化させ（実施例１−１〜１−４、比較例１−１〜１−４）、形状記憶合金のマルテンサイト変態後のフリクションを測定した。この際、形状記憶合金はＴｉ−Ｎｉ系合金（Ｔｉ−５０〜５１原子％Ｎｉ合金）を用いた。
コイル部の寸法
・コイル線材厚さ（３１）：０．３５ｍｍ
・コイル線材幅（３２）：０．８５ｍｍ
・コイル部径（ｄ）：１．１ｍｍ
・コイル部ピッチ（ｐ）：１．１ｍｍ
ピストンリングの寸法（ＪＩＳＢ８０３２に示される標記）
・ピストンリング径（Φｄ１）：７１ｍｍ
・ピストンリング高さ（ｈ１）：２ｍｍ
・ａ１：２ｍｍ
・ａ１２：２．６５ｍｍ
・ｈ５：０．２ｍｍ
・通油孔（楕円形状）：０．４×１．４ｍｍ
【００６３】
なお、下記表１において、「Ａタイプ」とは、図７（ａ）に例示するように、ジョイント芯部が領域θ１から領域θ４までの全ての領域に配されており、領域θ１、領域θ２、領域θ３、および領域θ４に連続的に配されているものとし、上記説明において第２態様として説明された形状記憶合金コイルエキスパンダがこれに該当する。また、「Ｂタイプ」とは、図７（ｂ）に例示するように、ジョイント芯部が領域θ１から領域θ２、及び領域θ３から領域θ４に配されており、上記領域θ２と領域θ３とが離間しており、かつ、領域θ１と領域θ４とが離間しているものとし、上記説明において、第１態様として説明された形状記憶合金コイルエキスパンダに該当する。上記各領域の角度に関する詳細な数値は下記表の「θ１」〜「θ４」の欄に示す通りであり、「θ０」の欄の数値は図１（ａ）に示す「θ０」の角度を表している。
【００６４】
さらに、「合計」とは、上記Ａタイプの実施例および比較例に関して、領域θ１、領域θ２、領域θ３、および領域θ４に連続的に配されたジョイント芯部の長さを、コイル部の全周（３６０°）に対する角度(°)で表したものである。また、「比率」とは、上記ジョイント芯部の長さを、コイル部の全周を１００としたときの割合をパーセントで表したものである。
【００６５】
【表１】
2006104942.tif 000003
【００６６】
なお、フリクションの測定には、実施例、比較例ともに第１圧力リング、および第２圧力リングの全てに同一仕様を用いた。ピストンリングをピストンにセットし、形状記憶合金コイルエキスパンダをマルテンサイト変態温度より高い温度まで加熱して、単体試験機によりフリクションの測定を行なった。実施例１−１のコイルエキスパンダを用いた際のフリクション（８０℃）を１００としたときの、実施例１−１〜１−４、および比較例１−１〜１−４のフリクションのグラフを図８に示す。
【００６７】
表１に示すような、コイル部の全周の長さの５６〜９８％にジョイント芯部が配されている態様である実施例１−１〜１−３では、図８に示すように変態後のフリクションは好ましい範囲内の値である。それに対し、比較例１−４のようにコイル部の全周の長さの５３％にジョイント芯部が配されている態様では、コイル部合口部、およびコイル部合口部の略１８０°反対側に位置するピストンリング合口部にかかるジョイント芯部の長さが短く、組付け時にコイルエキスパンダが変形してしまうため、好ましい値のフリクションが得られない。
【００６８】
また、コイル部合口部周辺の領域θ１、領域θ２、ピストンリング合口部周辺の領域θ３、および領域θ４にジョイント芯部を配した態様である実施例１−４においても、フリクションは好ましい範囲内の値である。それに対し、領域θ１、領域θ２、領域θ３、または領域θ４の角度が１０°未満の態様である比較例１−１および比較例１−２においては、好ましい値のフリクションが得られない。これは、特に領域θ３および領域θ４の角度が小さいことの影響であると考えられる。上記比較例１−１および比較例１−２におけるフリクションの値は、コイル部合口部周辺の領域θ１および領域θ２にのみジョイント芯部を配した態様である比較例１−３におけるフリクションの値とほぼ同じであり、好ましい値のフリクションは得られていない。
【００６９】
［実施例２］
断面丸線形状であり、下記寸法を有するコイル部を用い、ジョイント芯部を配する位置および範囲を下記表２に示すように変化させ（実施例２−１〜２−４、比較例２−１〜２−４）、実施例１と同様の方法で形状記憶合金のマルテンサイト変態後のフリクションを測定した。なお、ピストンリング、およびジョイント芯部については、実施例１と同様のものを用いた。
【００７０】
なお、フリクションの測定には、実施例、比較例ともに第１圧力リング、および第２圧力リングの全てに同一仕様を用いた。ピストンリングをピストンにセットし、形状記憶合金コイルエキスパンダをマルテンサイト変態温度より高い温度まで加熱して、単体試験機によりフリクションの測定を行なった。実施例２−１のコイルエキスパンダを用いた際のフリクション（８０℃）を１００としたときの、実施例２−１〜２−４、および比較例２−１〜２−４のフリクションのグラフを図９に示す。
【００７１】
コイル部の寸法
・コイル線材径（４０）：０．５ｍｍ
・コイル部径（ｄ）：１．４ｍｍ
・コイル部ピッチ（ｐ）：１．４ｍｍ
【００７２】
【表２】
2006104942.tif 000004
【００７３】
なお、上記表２中の用語に関しては、上記表１と同様である。
表２に示すような、コイル部の全周の長さの５６〜９８％にジョイント芯部が配されている態様である実施例２−１〜２−３では、図９に示すように変態後のフリクションは好ましい範囲内の値である。それに対し、比較例２−４のようにコイル部の全周の長さの５３％にジョイント芯部が配されている態様では、コイル部合口部、およびコイル部合口部の略１８０°反対側に位置するピストンリング合口部にかかるジョイント芯部の長さが短く、組付け時にコイルエキスパンダが変形してしまうため、好ましい値のフリクションが得られない。
【００７４】
また、コイル部合口部周辺の領域θ１、領域θ２、ピストンリング合口部周辺の領域θ３、および領域θ４にジョイント芯部を配した態様である実施例２−４においても、フリクションは好ましい範囲内の値である。それに対し、領域θ１、領域θ２、領域θ３、または領域θ４の角度が１０°未満の態様である比較例２−１および比較例２−２においては、好ましい値のフリクションが得られない。これは、特に領域θ３および領域θ４の角度が小さいことの影響であると考えられる。上記比較例２−１および比較例２−２におけるフリクションの値は、コイル部合口部周辺の領域θ１および領域θ２にのみジョイント芯部を配した態様である比較例２−３におけるフリクションの値とほぼ同じであり、好ましい値のフリクションは得られていない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の形状記憶合金コイルエキスパンダがピストンリングに組み付けられた状態の一例を示す概略平面図および概略断面図である。
【図２】本発明に用いられるジョイント芯部の形状を例示する概略平面図、および、本発明のコイルエキスパンダの一例を示す部分図である。
【図３】本発明のコイルエキスパンダの一例を示す部分図である。
【図４】本発明のコイルエキスパンダのコイル部の形状の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明のコイルエキスパンダのコイル部に用いられる線材の形状の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明のコイルエキスパンダのコイル部に用いられる線材の形状の他の例を示す概略伝面図である。
【図７】本発明において、ジョイント芯部が配される領域の一例を示す概略図である。
【図８】実施例１のフリクション測定結果を示すグラフである。
【図９】実施例２のフリクション測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１  …  ジョイント芯部
２  …  コイル部
３  …  形状記憶合金コイルエキスパンダ
７  …  線材の径
１１  …  ピストンリング合口部
２１  …  コイル部合口部
３０  …  線材の断面形状
３１  …  線材の厚さ
３２  …  線材の幅
【図１】
2006104942.tif 000005
【図２】
2006104942.tif 000006
【図３】
2006104942.tif 000007
【図４】
2006104942.tif 000008
【図５】
2006104942.tif 000009
【図６】
2006104942.tif 000010
【図７】
2006104942.tif 000011
【図８】
2006104942.tif 000012
【図９】
2006104942.tif 000013