WO2019124389A1 - 内燃機関用ピストンリング - Google Patents

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WO2019124389A1
WO2019124389A1 PCT/JP2018/046608 JP2018046608W WO2019124389A1 WO 2019124389 A1 WO2019124389 A1 WO 2019124389A1 JP 2018046608 W JP2018046608 W JP 2018046608W WO 2019124389 A1 WO2019124389 A1 WO 2019124389A1
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WO
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piston ring
resin composition
abutment
ring according
tension
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PCT/JP2018/046608
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English (en)
French (fr)
Inventor
大志 清水
Original Assignee
株式会社リケン
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
    • 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
    • F16J9/14—Joint-closures
    • F16J9/16—Joint-closures obtained by stacking of rings
    • 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
    • F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
    • 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
    • F16J9/28—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction of non-metals

Definitions

  • the present disclosure relates to a piston ring for an internal combustion engine.
  • a piston ring is used in an internal combustion engine such as a car.
  • the piston rings are respectively mounted in a plurality of grooves provided on the outer peripheral surface of the piston.
  • the piston ring is required to have a seal function to prevent oil in the inner wall of the cylinder bore from entering the combustion chamber from the crank chamber side (oil up) and preventing gas from entering the crank chamber from the combustion chamber side. Oil-up leads to an increase in oil consumption, while an increase in gas (blow-by gas) entering from the combustion chamber side to the crank chamber side leads to a reduction in fuel consumption.
  • Patent Document 1 discloses a combination of a piston ring for a gasoline engine. According to Patent Document 1, when the tensions of the plurality of piston rings satisfy the predetermined condition, the variation in friction performance between the piston ring and the wall surface of the cylinder bore is suppressed, and the effect of oil consumption reduction and friction reduction is stabilized. It is supposed to be obtained.
  • Example 1 of Patent Document 1 it is described that the tension of the top ring made of 13Cr steel is set to 5.6 N, and the tension of the second ring made of 10 Cr steel is set to 4.9 N. If the tension of these rings is further reduced in order to realize further reduction of friction, the followability to the inner wall of the cylinder bore is reduced, whereby the above sealing function becomes insufficient and there is a problem that the oil consumption increases. .
  • An object of the present disclosure is to provide a piston ring for an internal combustion engine that has low oil consumption while having low friction.
  • One aspect of the present disclosure relates to a piston ring for an internal combustion engine, which is made of a resin composition.
  • This piston ring has a joint portion, and the ratio (m / d1) of the gap dimension m of the joint portion in the free state to the outer diameter dimension d1 of the piston ring in the state where the joint portion is closed is 0.05 It is ⁇ 0.8, and the elastic modulus of the resin composition is 0.3 ⁇ 50 GPa.
  • the "elastic modulus" in this indication means the value measured based on the method prescribed
  • the state in which the abutment is closed means the state in which the abutment is closed as in the case where the piston ring is inserted into the cylinder bore, and the state in which the abutment is completely closed. It does not mean that (the end faces of the abutment portion are in contact with each other) (see, for example, FIG. 1 (b)).
  • the meaning of “the piston ring is made of a resin composition” means that the piston ring has a configuration other than the resin composition (for example, the outer peripheral surface and side surfaces) Etc. also includes an embodiment having a surface treatment film made of DLC, a metal compound or an alloy.
  • a piston ring made of a resin composition having a joint and having a modulus of elasticity in the range of 0.3 to 50 GPa has a low tension, even with a low tension.
  • the piston ring according to the present disclosure may have a self-tension.
  • the value is preferably 0.5 N or more, more preferably 1 N or more, from the viewpoint of the followability to the inner wall of the cylinder bore.
  • the "self-tension" in the present disclosure means a value measured in accordance with the method defined in JIS B 803 2-2 "Internal combustion engine-Small diameter piston ring-Part 2: Measurement method".
  • a piston ring for an internal combustion engine includes a piston ring main body made of a resin composition and an auxiliary member for increasing the tension of the piston ring main body, and the piston ring main body
  • the ratio (m / d1) of the clearance dimension m of the abutment in the free state to the outer diameter dimension d1 of the piston ring main body in the state where the abutment is closed is 0.05 to 0.8.
  • the elastic modulus of the resin composition is 0.3 to 50 GPa.
  • the auxiliary member may be disposed on the inner periphery of the piston ring main body, or may be attached to the joint of the piston ring main body to generate a force for expanding the joint.
  • the conventional iron piston ring generally has a specific gravity of about 7-9.
  • the piston ring or piston ring body according to the present disclosure preferably has a specific gravity of 1.0 to 3.0.
  • the specific gravity of the piston ring or the piston ring main body is sufficiently small (the piston ring is sufficiently light)
  • the piston ring is not easily affected by the inertia force accompanying the reciprocating motion of the piston. That is, movement of the piston ring in the groove of the piston along with the reciprocating movement of the piston is suppressed, and a further excellent sealing property can be realized.
  • the piston ring or piston ring body according to the present disclosure may be made of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polybenzimidazole (PBI). And at least one resin component selected from the group consisting of polyamide (PA), polyether ketone (PEK), polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK), and liquid crystal polymer (LCP), glass fiber, synthetic fiber and It is preferable to consist of a resin composition containing at least one fiber selected from the group consisting of carbon fibers.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PEEK polyetheretherketone
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PI polyimide
  • PAI polyamideimide
  • PBI polybenzimidazole
  • LCP liquid crystal polymer
  • glass fiber synthetic fiber
  • the elastic modulus is 0 by selecting the resin component suitable for the size of the piston ring, the application, the usage environment, etc., and appropriately setting the type of fiber, the length of the fiber and / or the compounding amount to be blended therein.
  • a resin composition of 3 to 50 GPa can be obtained.
  • the resin composition which comprises a piston ring or a piston ring main body does not contain these resin components as a main component. That is, the total content of polyimide, polyamideimide and polyamide in the resin composition is preferably less than 50% by mass.
  • the resin composition may further contain a filler.
  • the filler include powders made of at least one material selected from the group consisting of molybdenum, copper, iron, bronze, graphite, polytetrafluoroethylene (PTFE), mica, zinc oxide and talc.
  • the modulus of elasticity of the resin composition can be adjusted by adjusting the type, particle size and / or compounding amount of the filler.
  • the piston ring or the piston ring provided with the auxiliary member according to the present disclosure preferably has a barrel-shaped or tapered outer peripheral sliding surface from the viewpoint of oil consumption reduction and friction loss reduction.
  • the joint portion of the piston ring or the piston ring provided with the auxiliary member according to the present disclosure slides from one another, for example, from the free state to the state where the joint portion is closed from the viewpoint of reducing blow-by gas.
  • the first pair of surfaces may move relative to each other, and the first pair of surfaces may extend in the thickness direction of the piston ring.
  • the abutment portion has a second pair of faces which move relative to each other so as to slide relative to each other when the piston ring is changed from the free state to the state in which the abutment portion is closed. It may be a radially extending aspect of the piston ring.
  • the abutment portion may be an aspect having both of the first and second pair of surfaces.
  • a piston ring or a piston ring provided with an auxiliary member according to the present disclosure is formed on at least one surface selected from the group consisting of an inner circumferential surface, an outer circumferential surface, one side surface, the other side surface, and a joint surface of a joint portion. It may have a surface treatment film.
  • the surface treatment film is formed under relatively low temperature conditions, for example, electroless plating and plating (electroless followed by electrolysis), hard paint coating, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), sputtering It can be formed by a method, an ion plating method, thermal spraying or the like.
  • an amorphous carbon film chromium nitride film (CrN), titanium nitride film (TiN), titanium carbide (TiC), titanium aluminum nitride (TiAlN), chromium nitride (CrN), nickel phosphorus (NiP) , TiCN, AlCrN and the like are preferable.
  • a piston ring for an internal combustion engine that has low oil consumption while having low friction.
  • FIG.1 (a) is a perspective view which shows the free state of the piston ring which has a straight-shaped abutment part
  • FIG.1 (b) is a perspective view which shows the state which closed the abutment part.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a modification of the piston ring shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of a piston ring having a double-stepped abutment.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of an essential part of a joint portion of the piston ring shown in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged perspective view of an essential part showing the abutment part of the piston ring shown in FIG. 3 from one side.
  • FIG. 6 is an enlarged perspective view of an essential part showing the abutment part of the piston ring shown in FIG. 3 from the other side.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an example of a piston ring having a triple step-shaped abutment.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view of the main part of the abutment portion of the piston ring shown in FIG.
  • Fig.9 (a) is a top view of the abutment part of a triple step shape
  • FIG.9 (b) is a front view of a triple step abutment.
  • FIG. 10 (a) is a cross-sectional view showing a piston ring composed of a resin piston ring main body and an auxiliary member (coil expander) disposed on the inner peripheral side thereof, and FIG.
  • FIG. 10 (b) is made of resin It is sectional drawing which shows the piston ring comprised by the piston ring main body and the auxiliary member (member of rectangular cross section) arrange
  • FIG. 11 is a graph showing the estimation evaluation results of the oil consumption of the piston ring according to the embodiment of the present invention and the comparative example.
  • FIG.1 (a) is a perspective view which shows the free state of the piston ring which concerns on 1st embodiment
  • FIG.1 (b) is a perspective view which shows the state which closed the abutment part of the piston ring shown to Fig.1 (a).
  • a piston ring 1 shown in these figures is mounted on a piston of an internal combustion engine, and is used as a compression ring (top ring or second ring).
  • the piston ring 1 is made of a resin composition and has a straight joint 1a.
  • the piston ring 1 also plays the role of scraping oil even when used as a compression ring.
  • the elastic deformation of the piston ring 1 may generate self tension or may not generate self tension, but is more preferable.
  • the piston ring 1 itself generates self-tension when it is inserted into a cylinder bore of an internal combustion engine. Also, if self-tension does not occur or if self-tension does not meet the required tension, apply an auxiliary member described later to make the piston ring have the necessary tension. It is also good.
  • the clearance dimension m of the joint portion 1a of the piston ring 1 decreases. This state is referred to as "the state in which the abutment 1a is closed". Moreover, in the case of the piston ring 1 which generates tension by combined use with an auxiliary member described later, the state in which the gap of the abutment 1a is opened by the auxiliary member is "free state", and is inserted into the cylinder bore. As a result, the state in which the gap dimension m of the joint portion 1a is reduced is the state in which the joint portion 1a is closed.
  • the piston ring is designed so that the end faces of the joint do not abut each other even if the piston ring thermally expands in the cylinder bore.
  • the outer diameter d1 of the piston ring is substantially the same as the inner diameter of the cylinder bore into which the piston ring is inserted.
  • Ratio (m / d1) of the clearance dimension m (see FIG. 1 (a)) of the abutment 1a in the free state to the outer diameter dimension d1 (see FIG. 1 (b)) of the piston ring 1 in the closed state ) Is in the range of 0.05 to 0.8.
  • this ratio is 0.05 or more, the tension of the piston ring 1 tends to be able to be as large as necessary for an internal combustion engine having a small compression ratio.
  • the gap of the joint portion 1a can be opened in the cylinder bore according to the amount of wear, and the following property tends to be ensured.
  • this ratio is 0.8 or less, when the piston is inserted into the cylinder bore in a state where the piston ring 1 is mounted in the groove of the piston, it tends to be possible to suppress the application of excessive stress to the piston ring 1 Also, the breakage of the piston ring 1 in the cylinder bore tends to be reduced.
  • the range of the ratio (m / d1) is preferably 0.07 to 0.5, and more preferably 0.12 to 0.3.
  • the resin composition constituting the piston ring 1 has an elastic modulus of 0.3 to 50 GPa.
  • a ring made of a resin composition having an elastic modulus within this range has excellent followability to the inner wall of the cylinder bore even at low tension.
  • the elastic modulus of the resin composition constituting the piston ring 1 is preferably 5 to 50 GPa, more preferably 5 to 20 GPa, and 10 to 16 GPa. It is further preferred that By employing the piston ring 1 made of such a resin composition, it is possible to achieve excellent low friction and at the same time to achieve even better sealing performance.
  • the lower limit value of the elastic modulus of the resin composition is preferably 5 GPa, and more preferably 10 GPa (see FIG. 11).
  • the piston ring 1 preferably has a self-tension as described above. If the piston ring 1 has self-tension, better followability to the inner wall of the cylinder bore can be ensured.
  • the self-tension of the piston ring 1 is preferably 0.5 N or more, more preferably 1 N or more, still more preferably 2 N or more, and still more preferably about 5 N.
  • the upper limit of the self-tension is, for example, about 8 N, depending on the magnitude of the sliding resistance to be obtained.
  • the elastic modulus of the resin composition constituting the piston ring is preferably 5 to 50 GPa, and preferably 5 to 20 GPa, from the viewpoint of realizing high self-tension and appropriate followability. Is more preferable, and 10 to 16 GPa is more preferable.
  • the piston ring 1 made of the resin composition having an elastic modulus of 5 GPa or more regardless of the use of the auxiliary member for assisting the tension, excellent low friction property can be achieved and the oil can be achieved. Consumption can be further reduced.
  • the piston ring 1 may be used in combination with an auxiliary member for applying the necessary tension to the piston ring 1.
  • a piston ring for an internal combustion engine provided with an auxiliary member on the piston ring 1 forming the piston ring body is configured.
  • the auxiliary member is, for example, selected from the group consisting of a metal or rubber ring, a spring and a coil expander. More specifically, a member having an elastic force from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the piston ring 1 is provided on the inner peripheral side of the piston ring 1 made of a single resin, or an elastic force that generates a force for expanding the joint 1a.
  • the body may be provided in the abutment 1a.
  • the joint 1a of the piston ring 1 has a small gap.
  • the auxiliary member may apply tension to the piston ring 1 from the inside, for example, or may generate a force that widens the gap of the joint portion 1a.
  • the piston ring 1 is not excessively deformed before and after attaching the auxiliary member to the piston ring 1. Thereby, plastic deformation of piston ring 1 which consists of a resin composition can be controlled.
  • the piston ring 1 When the piston ring 1 is used in combination with the above-mentioned auxiliary member, the piston ring 1 may not have self tension, and even if self tension is low (for example, about 0.1 N), It is also good.
  • the elastic modulus of the resin composition constituting the piston ring 1 is preferably 0.5 to 50 GPa, and more preferably 0.5 to 5 GPa from the viewpoint of the followability to the cylinder bore.
  • the resin composition constituting the piston ring 1 is polytetrafluoroethylene (PTFE), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polyamide imide (PAI), polybenzimidazole (PBI) And at least one resin component selected from the group consisting of polyamide (PA), polyether ketone (PEK), polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK), and liquid crystal polymer (LCP), glass fiber, synthetic fiber and carbon It is preferable to consist of a resin composition containing at least one fiber selected from the group consisting of fibers.
  • a resin component having a modulus of 0.3 to 50 GPa can be selected by appropriately selecting the resin component suitable for the size of the piston ring, the application and the usage environment, etc., and appropriately setting the type of fiber to be blended therein A composition can be obtained.
  • the resin composition may further contain a filler.
  • the filler include powders made of at least one material selected from the group consisting of molybdenum, copper, iron, bronze, graphite, polytetrafluoroethylene (PTFE), mica, zinc oxide and talc.
  • polyimide, polyamideimide and polyamide have water absorbency and tend to cause dimensional change (expansion) by absorbing moisture in the air. Therefore, it is preferable that the resin composition which comprises piston ring 1 does not contain these resin components as a main component. That is, the total content of polyimide, polyamideimide and polyamide in the resin composition is preferably less than 50% by mass.
  • the specific gravity of the piston ring 1 is preferably 1.0 to 3.0, and more preferably 1.0 to 2.0.
  • the piston ring 1 is not easily affected by the inertia force accompanying the reciprocating motion of the piston. That is, movement of the piston ring 1 in the groove of the piston along with the reciprocation of the piston is suppressed, and a further excellent sealing property can be realized.
  • the piston ring 1 may be configured of a main body made of a resin composition and a surface treatment film formed to cover at least a part of the surface of the main body.
  • the surface treatment film is, for example, a hard chromium plating layer, a PVD treated layer, a nitride layer such as iron or chromium, or a hard film such as a DLC (diamond like carbon) film.
  • the surface treatment film is preferably formed on at least one surface selected from the group consisting of the inner peripheral surface, the outer peripheral surface, one side surface, the other side surface, and the joint surface of the joint portion of the piston ring.
  • the piston ring 1 has a straight contact 1a.
  • the abutment 1a is formed in a part of an annular main body 1b.
  • the main body portion 1b has a long side in the thickness direction and a width direction by the one side surface 1c and the other side surface 1d, which are end surfaces in the width direction, and the inner peripheral surface 1e and the outer peripheral surface 1f, which are end surfaces in the thickness direction. It has a substantially rectangular cross-section, which is a short side.
  • the abutment 1a is constituted by one end face 1g of the main body 1b and the other end face 1h.
  • the present inventors select polyetheretherketone as the resin component of the piston ring 1 and carbon fiber as the fiber, and inject the resin composition by adding about 20% by mass of the carbon fiber.
  • a piston ring was manufactured by a molding method, it was examined how the tension changes due to the thermal load of the piston ring near 170 ° C.
  • the ratio m / d1 of the free gap clearance m to the outer diameter dimension d1 of the piston ring 1 in the state in which the gap portion 1a is closed is 0.12 or more, tension can remain even after thermal load. I was able to confirm.
  • the heat load applied to the piston ring is assumed to be a condition based on a heat set test (JIS B 8032-5: 2015 “tangential tension loss under the influence of temperature”).
  • JIS B 8032-5 2015 “tangential tension loss under the influence of temperature”.
  • tension remains after the heat load of those with ratio m / d1 of 0.20, 0.45 and 0.56.
  • FIG. 2 shows a piston ring molded so as to have an elliptical shape during injection molding.
  • the free gap gap m is an average value of the diameters D1 and D2 as the outer diameter dimension d1 of the piston ring 1, and the value of the free gap gap m with respect to the outer diameter dimension d1 (m / d1) is preferably 0.12 or more, and may be 0.20 or more.
  • the piston subjected to heat load after heat treatment at a temperature higher than the glass transition temperature of the selected resin component The ring was confirmed to have a relatively small reduction in tension as compared to the piston ring that was not heat treated.
  • the heat treatment specifically, the injection molding piston ring is inserted into a cylindrical jig having an inner shape with an elliptical cross section, and the heat treatment of the piston ring is performed to reduce the tension loss rate.
  • FIGS. 1 and 2 A piston ring according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the piston ring 2 shown in these figures is the same as the piston ring 1 according to the first embodiment or the piston ring 1A according to a modification thereof except that the shape of the joint 2a is different.
  • the abutment 2a will be mainly described.
  • the abutment 2a has a shape called a double step.
  • the abutment 2a is formed in a part of the annular main body 2b.
  • the main body portion 2b is long in the thickness direction by the side surface 2c and the other side surface 2d, which are end surfaces in the width direction, and the inner peripheral surface 2e and the outer peripheral surface 2f, which are end surfaces in the thickness direction. It has a substantially rectangular cross-section, which is a short side.
  • the piston ring 2 is attached to the piston such that the side surface 2c is on the combustion chamber side and the side surface 2d is on the crank chamber side.
  • the first projecting section 13 projecting from one abutment end 11 toward the other abutment end 12 and A first receiving portion 14 for receiving the first projecting portion 13 at the other joint end 12 is provided. Further, on the side surface 2c side of the main body portion 2b, a second projection 15 which protrudes from the other joint end 12 toward the one joint end 11 and a second projection at the one joint end 11 A second receptacle 16 is provided for receiving 15.
  • a substantially half portion on the side surface 2c side of the main body portion 2b protrudes from one joint end portion 11 in a substantially rectangular cross section. Further, in the first projecting portion 13, the tip angle on the side surface 2 d opposite to the first receiving portion 14 is cut out. Thus, a notch surface S1 is formed at the tip of the side surface 2d opposite to the first receiving portion 14 in the first projecting portion 13. In addition, in the first receiving portion 14, a substantially half portion on the side surface 2c side of the main body portion 2b at the other joint end portion 12 is cut out in a substantially rectangular shape in cross section corresponding to the shape of the first projecting portion 13.
  • the end surface 13a of the first protrusion 13 facing the first receiving portion 14 and the end surface 14a of the first receiving portion 14 facing the first protrusion 13 are: Each has a substantially rectangular shape extending perpendicularly or substantially perpendicularly to the circumferential direction.
  • a substantially half portion on the side surface 2d side of the main body portion 2b protrudes from the other joint end portion 12 in a substantially rectangular cross section.
  • a tip angle on the side surface 2 c side facing the second receiving portion 16 is cut out.
  • a notch surface S2 is formed at the tip of the side surface 2c opposite to the second receiving portion 16 in the second projecting portion 15.
  • the substantially half portion on the side surface 2 d side of the main body portion 2 b is cut out in the substantially rectangular shape corresponding to the shape of the second projecting portion 15 at one joint end 11 It is in a state of
  • a first male portion 21 projecting toward the second receiving portion 16 from the second projecting portion 15;
  • a first female portion 22 for receiving the first male portion 21 in the second receiving portion 16 is provided.
  • a second male portion 23 protruding toward the second projecting portion 15 from the second receiving portion 16;
  • a second female portion 24 for receiving the second male portion 23 in the projecting portion 15 of the second embodiment.
  • FIGS. 7 to 9 A piston ring according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9.
  • the piston ring 3 shown in this figure is the same as the piston ring 1 according to the first embodiment or the piston ring 1A according to a modification thereof except that the shape of the joint 3a is different.
  • the abutment 3a will be mainly described.
  • the abutment 3a has a shape called a triple step.
  • the abutment 3 a is formed in a part of the annular main body 3 b.
  • the main body portion 3b is long in the thickness direction by the side surface 3c and the other side surface 3d, which are end surfaces in the width direction, and the inner peripheral surface 3e and the outer peripheral surface 3f, which are end surfaces in the thickness direction. It has a substantially rectangular cross-section, which is a short side. However, the cross-sectional shape is not limited to this shape.
  • the piston ring 3 is attached to the piston such that the side surface 3c is on the combustion chamber side and the side surface 3d is on the crank chamber side.
  • the abutment 3a includes abutment ends 31 and 32 provided at both ends of the annular main body 3b. Before the piston ring 3 is attached to the ring groove, the abutment end portions 31 and 32 face each other with a predetermined interval.
  • Fig. 8 and 9 illustrate the structure of the abutment 3a.
  • Fig. 8 is a perspective view for explaining the structure of the abutment 3a
  • Fig. 9 (a) is a plan view of the abutment 3a (a view from the side 3c side)
  • Fig. 9 (b) is an abutment It is a front view (figure seen from the outer peripheral surface 3f side) of the part 3a.
  • the abutment 3a has a so-called triple step shape.
  • the triple step shape is a step shape when the joint 3a is viewed from three directions.
  • the piston ring 3 when viewed from the upper side surface 3 c side, viewed from the lower side surface 3 d side, and viewed from the outer peripheral surface 3 f side, the abutment 3 a has a step shape.
  • the opposing surfaces of the abutment end 31 and the abutment end 32 are compared with the opposing surfaces 31a and 32a in approximately half of the inner peripheral surface 3e of the main body 3b.
  • the abutment end 32 projects toward the abutment end 31 on the side 3c side, and the abutment end 31 projects toward the abutment end 32 on the side 3d, in approximately half of the outer peripheral surface 3f of the main body 3b. Irregularities are formed on the
  • a first protrusion 33 that protrudes to the 31 side is provided, while a first receiving portion 34 that receives the first protrusion 33 is provided at the abutment end 31.
  • the distal end surface 33 a of the first projecting portion 33 and the receiving surface 34 a of the first receiving portion 34 face each other.
  • approximately half on the outer peripheral surface 3 f side of the main body portion 3 b and approximately half on the side surface 3 d side portion that becomes approximately lower half in FIG.
  • the joint end 31 is closer to the joint end 32 than the facing surface 31 a
  • a protruding second projection 35 is provided, while the abutment end 32 is provided with a second receiving portion 36 for receiving the second projection 35.
  • the tip end surface 35 a of the second protrusion 35 and the receiving surface 36 a of the second receiving portion 36 face each other.
  • the step shape is obtained. Furthermore, also when viewed from the side 3d side, as shown in FIG. 8, the positions where the facing surfaces 31a and 32a are provided, the tip surface 35a of the second projecting portion 35 and the receiving surface 36a of the second receiving portion 36 are provided. Since the positions to be set differ from each other along the longitudinal direction of the main body portion 3b, the step shape is obtained.
  • step difference of the step shape in each surface is respectively near the center.
  • a piston ring having a substantially rectangular cross-sectional shape is illustrated, but from the viewpoint of oil consumption reduction and friction loss reduction, the shape of the outer peripheral sliding surface (outer peripheral surface 1f, 2f, 3f) It may be barrel-shaped or tapered.
  • the joint portion may have another special joint shape such as a double-cut shape disclosed in Japanese Patent No. 4114849.
  • piston ring may be a piston ring main body, and the piston ring may be configured of this and an auxiliary member.
  • a piston ring 10A shown in FIG. 10 (a) is a piston ring main body 101a in which a semi-cylindrical recess is formed on the inner peripheral surface of a piston ring 10A substantially the same as the piston ring 1, and It is comprised by the coil expander 102 (auxiliary member).
  • the coil expander 102 is obtained, for example, by processing a wire rod of spring steel into a coil, and has an annular shape having a joint as in the piston ring 1.
  • the auxiliary member is not limited to the aspect of the coil expander 102, and may be a member shown in FIG. 10 (b).
  • the piston ring 10B shown in FIG. 10 (b) is configured by the piston ring main body 101 and the expander 103 disposed in a portion in contact with the inner peripheral surface of the piston ring main body 101 with a substantially rectangular cross section. ing.
  • the expander 103 has a barrel-like outer peripheral surface shape, and the material may be metal, resin, carbon fiber, or glass fiber.
  • the tension generated from these auxiliary members may be either larger or smaller than the tension generated from the piston ring main body. If the tension generated from the auxiliary member is large, the outer peripheral surface of the piston ring main body easily follows the inner peripheral surface of the cylinder liner, and the sealability is improved. The generated tension should be greater than the tension generated from the piston ring body.
  • Example 1 A resin composition having a modulus of 15 GPa and a specific gravity of 1.5 was prepared by mixing approximately 20 wt% of carbon fiber with respect to the resin component (polyether ether ketone). The resin composition was cut into a 2 mm square to obtain a test piece for measuring the sliding resistance. While the outer peripheral surface of the barrel was in contact with the cylindrical drum, a load of 20 N was added, and the value of the sliding resistance was measured at a sliding speed of 3 m / sec.
  • Example 1 A test piece having the same shape as that of the test piece according to Example 1 and made of a metal material (gray cast iron material, FC200 equivalent material) was prepared. The sliding resistance of this was measured in the same manner as in Example 1.
  • Example 2 A test piece having the same shape as that of the test piece according to Example 1 and having a hard film (Cr-Ni film) formed on a metal material (SWOSC-V equivalent material) was prepared. The sliding resistance of this was measured in the same manner as in Example 1.
  • Example 1 The sliding resistance of Example 1 was reduced by about 80% compared to Comparative Example 1, and reduced by about 70% compared to Comparative Example 2.
  • Example 2 A piston ring made of the same resin composition as in Example 1 (elastic modulus: 15 GPa, specific gravity: 1.5) was produced.
  • the characteristics and physical properties of the piston ring according to the second embodiment are as follows. ⁇ Self tension: 2N (auxiliary member: not used) ⁇ Joint: Straight shape ⁇ Outer peripheral surface: Taper face ⁇ Ratio (m / d1): 0.26
  • the piston ring according to Example 2 was used as a second ring, and the gasoline engine was operated under the following conditions to evaluate the amount of blow-by gas and the amount of oil consumption.
  • piston rings made of seven types of resin compositions shown in Table 1 were produced.
  • the piston rings according to Examples 3 to 7 use PTFE resin, polyimide resin, PPS resin or PEEK resin as a base material, and by adjusting the amount of carbon fibers or glass fibers to be compounded and their fiber lengths. , To obtain the desired elastic modulus.
  • the piston rings according to Examples 3 to 9 all have the following shapes.
  • -Joint Straight shape-Outer peripheral surface: Taper face-Tension: 2 N (The ratio (m / d1) of each piston ring was adjusted so that the tension was 2 N)
  • FIG. 11 is a graph showing evaluation results of oil consumption according to Examples 2 to 9, wherein the vertical axis represents the relative ratio of the oil consumption evaluated (the oil consumption when using the piston ring according to Comparative Example 3) Reference), and the horizontal axis shows elastic modulus (GPa). From this graph, it can be seen that the oil consumption can be reduced more than the iron piston ring by using a resin material having an elastic modulus of 0.3 to 50 GPa. In particular, it can be seen that the oil consumption reduction effect occurs even with a tension lower than that generated by the iron piston ring. From the point of the further reduction of oil consumption, it is possible to read from the graph of FIG. 11 that the elastic modulus of the piston ring is preferably 5 to 50 GPa, more preferably 5 to 20 GPa, and still more preferably 10 to 16 GPa.
  • a piston ring for an internal combustion engine that has low oil consumption while having low friction.
  • 1, 1A, 2, 3, 10A, 10B Piston ring, 1a, 2a, 3a: Joint, 1c, 2c, 3c: Side (one side), 1d, 2d, 3d: Side (other side), 1e, 2e, 3e ... inner peripheral surface, 1f, 2f, 3f ... outer peripheral surface (outer peripheral sliding surface), 101, 101a ... piston ring main body 102 ... coil expander (auxiliary member), 103 ... expander (auxiliary member) )

Abstract

本開示の内燃機関用ピストンリングは、樹脂組成物からなり、且つ、合口部を有しており、合口部を閉じた状態における当該ピストンリングの外径寸法ｄ１に対する、自由状態における合口部の隙間寸法ｍの比率（ｍ／ｄ１）が０．０５～０．８であり、樹脂組成物の弾性率が０．３～５０ＧＰａである。

Description

内燃機関用ピストンリング
　本開示は内燃機関用ピストンリングに関する。
　自動車等の内燃機関にはピストンリングが用いられている。ピストンリングは、ピストンの外周面に設けられた複数の溝にそれぞれ装着される。ピストンリングには、シリンダボア内壁のオイルがクランク室側から燃焼室側に入り込むこと（オイルアップ）と、ガスが燃焼室側からクランク室側に入り込むこととを抑制するシール機能が求められる。オイルアップはオイル消費の増加につながり、他方、燃焼室側からクランク室側に入り込むガス（ブローバイガス）の増加は燃費の低下につながる。
　特許文献１はガソリンエンジン用ピストンリングの組合せを開示している。特許文献１によれば、複数のピストンリングの張力が所定の条件を満たすことで、ピストンリングとシリンダボア壁面との間のフリクション性能のばらつきを抑制し、オイル消費の低減及びフリクション低減の効果を安定して得られるとされている。
特開２０１２－２１５２３８号公報
　特許文献１の実施例１を参照すると、１３Ｃｒ鋼からなるトップリングの張力を５．６Ｎに設定し、１０Ｃｒ鋼からなるセカンドリングの張力を４．９Ｎに設定したことが記載されている。更なる低フリクション化を実現するため、これらのリングの張力を更に小さくすると、シリンダボア内壁に対する追従性が低下し、これにより上記シール機能が不十分となり、オイル消費量が増加するという課題があった。
　本開示は、低フリクション性を有しつつ、オイル消費量が少ない内燃機関用ピストンリングを提供することを目的とする。
　本開示の一側面は、内燃機関用のピストンリングであって樹脂組成物からなるピストンリングに関する。このピストンリングは、合口部を有しており、合口部を閉じた状態における当該ピストンリングの外径寸法ｄ１に対する、自由状態における合口部の隙間寸法ｍの比率（ｍ／ｄ１）が０．０５～０．８であり、樹脂組成物の弾性率が０．３～５０ＧＰａである。なお、本開示における「弾性率」はＪＩＳ　Ｋ７１６２に規定される方法に準拠して測定される値を意味する。本開示において「合口部が閉じた状態」とは、ピストンリングがシリンダボア内に挿入された状態にあるときと同様に合口部が閉じた状態を意味し、必ずしも、合口部が完全に閉じた状態（合口部の端面同士が当接した状態）を意味する訳ではない（例えば、図１（ｂ）参照）。また、本開示において、ピストンリングが「樹脂組成物からなる」の意味は、ピストンリングが樹脂組成物のみからなる態様の他に、ピストンリングが樹脂組成物以外の構成（例えば、外周面や側面等にＤＬＣ、金属化合物又は合金からなる表面処理膜）を有する態様も包含する。
　金属製のピストンリングは、金属自体が高い弾性率を持つため、上述のとおり、張力を小さくするとシリンダボア内壁に対する追従性が低下する。これに対し、本発明者らの検討によれば、合口部を有し且つ弾性率が０．３～５０ＧＰａの範囲である樹脂組成物からなるピストンリングは、低い張力であっても、シリンダボア内壁に対する優れた追従性を有する。すなわち、本開示に係るピストンリングによれば、背景技術に開示されたものよりも優れた追従性によって高いシール機能を達成でき、十分に少ないオイル消費量を実現できる。
　本開示に係るピストンリングは、自己張力を有するものであってもよい。ピストンリングが自己張力を有する場合、シリンダボア内壁に対する追従性の観点から、その値は０．５Ｎ以上あることが好ましく、１Ｎ以上あることがより好ましい。本開示における「自己張力」はＪＩＳ　Ｂ８０３２－２「内燃機関－小径ピストンリング－第２部：測定方法」に規定される方法に準拠して測定される値を意味する。
　本開示の他の側面は、樹脂組成物からなる上記ピストンリングをピストンリング本体とし、このピストンリング本体に補助部材（金属製もしくはゴム製のリング、バネ及びコイルエキスパンダ）を備えたピストンリングに関する。すなわち、本開示の他の側面に係る内燃機関用ピストンリングは、樹脂組成物からなるピストンリング本体と、ピストンリング本体の張力を高めるための補助部材とを備え、上記ピストンリング本体は、合口部を有しており、合口部を閉じた状態における当該ピストンリング本体の外径寸法ｄ１に対する、自由状態における合口部の隙間寸法ｍの比率（ｍ／ｄ１）が０．０５～０．８であり、樹脂組成物の弾性率が０．３～５０ＧＰａである。なお、補助部材は、ピストンリング本体の内周に配置されてもよいし、ピストンリング本体の合口部に装着され、合口部を拡げる力を発生させるものであってもよい。
　従来の鉄製のピストンリングは、比重が７～９程度のものが一般的である。これに対し、本開示に係るピストンリング又はピストンリング本体は、比重が１．０～３．０であることが好ましい。ピストンリング又はピストンリング本体の比重が十分に小さい（ピストンリングが十分に軽い）ことで、ピストンの往復動に伴う慣性力による影響をピストンリングが受けにくい。すなわち、ピストンの往復動に伴って、ピストンの溝内においてピストンリングが移動することが抑制され、より一層優れたシール性を実現できる。
　本開示に係るピストンリング又はピストンリング本体は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、及び、液晶ポリマー（ＬＣＰ）からなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂成分と、ガラス繊維、合成繊維及びカーボン繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種の繊維とを含む樹脂組成物からなることが好ましい。例えば、ピストンリングのサイズ、用途及び使用環境等に適した樹脂成分を選択するとともに、これに配合する繊維の種類、繊維の長さ及び／又は配合量を適宜設定することで、弾性率が０．３～５０ＧＰａの樹脂組成物を得ることができる。なお、同じ樹脂成分であってもその重合度が異なるものを使用することで樹脂組成物の弾性率を調整してもよい。
　上記樹脂成分のうち、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）及びポリアミド（ＰＡ）は吸水性を有し、空気中の水分を吸収することで、寸法変化（膨張）が起こる傾向がある。したがって、ピストンリング又はピストンリング本体を構成する樹脂組成物は、これらの樹脂成分を主成分として含まないことが好ましい。すなわち、樹脂組成物におけるポリイミド、ポリアミドイミド及びポリアミドの合計の含有率は５０質量％未満であることが好ましい。
　上記樹脂組成物は充填材を更に含んでもよい。充填材として、モリブデン、銅、鉄、ブロンズ、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、マイカ、酸化亜鉛及びタルクからなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなる粉体が挙げられる。充填材の種類、粒径及び／又は配合量を調整することで、樹脂組成物の弾性率を調整することができる。
　本開示に係るピストンリング又は補助部材を備えたピストンリングは、オイル消費量低減、フリクションロス低減の観点から、バレル状又はテーパ状に形成された外周摺動面を有することが好ましい。
　本開示に係るピストンリング又は補助部材を備えたピストンリングの合口部は、ブローバイガスの低減の観点から、例えば、ピストンリングを自由状態から合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する第１の一対の面を有し、第１の一対の面が当該ピストンリングの厚さ方向に延びている態様とすることができる。あるいは、合口部は、ピストンリングを自由状態から合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する第２の一対の面を有し、第２の一対の面が当該ピストンリングの径方向に延びている態様であってもよい。合口部は上記第１及び第２の一対の面の両方を有した態様であってもよい。
　本開示に係るピストンリング又は補助部材を備えたピストンリングは、内周面、外周面、一方の側面、他方の側面及び合口部の合わせ面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面上に形成された表面処理膜を有してもよい。表面処理膜は、比較的低温度条件で形成され、例えば、無電解めっき及びメッキ（無電解の後に電解）、硬質塗料コーティング、物理的蒸着法（ＰＶＤ）、化学的蒸着法（ＣＶＤ）、スパッタ法、イオンプレーティング法、溶射等によって形成することができる。また、材質としては、非晶質炭素膜、窒化クロム膜（ＣｒＮ）、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ニッケルリン（ＮｉＰ）、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒＮなどが好ましい。
　本開示によれば、低フリクション性を有しつつ、オイル消費が少ない内燃機関用ピストンリングが提供される。
図１（ａ）はストレート形状の合口部を有するピストンリングの自由状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は合口部を閉じた状態を示す斜視図である。 図２は図１（ａ）に示すピストンリングの変形例を示す斜視図である。 図３はダブルステップ形状の合口部を有するピストンリングの一例を示す斜視図である。 図４は図３に示したピストンリングの合口部の要部拡大斜視図である。 図５は図３に示したピストンリングの合口部を一側面側から示す要部拡大斜視図である。 図６は図３に示したピストンリングの合口部を他側面側から示す要部拡大斜視図である。 図７はトリプルステップ形状の合口部を有するピストンリングの一例を示す斜視図である。 図８は図７に示したピストンリングの合口部の要部拡大斜視図である。 図９（ａ）はトリプルステップ形状の合口部の平面図であり、図９（ｂ）はトリプルステップ合口の正面図である。 図１０（ａ）は樹脂製ピストンリング本体と、その内周側に配置された補助部材（コイルエキスパンダ）とによって構成されるピストンリングを示す断面図であり、図１０（ｂ）は樹脂製ピストンリング本体と、その内周側に配置された補助部材（断面が矩形状の部材）とによって構成されたピストンリングを示す断面図である。 図１１は本発明の実施形態及び比較例に係るピストンリングのオイル消費量の推定評価結果を示すグラフである。
　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
＜第一実施形態＞
　図１（ａ）は第一実施形態に係るピストンリングの自由状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すピストンリングの合口部を閉じた状態を示す斜視図である。これらの図に示すピストンリング１は、内燃機関のピストンに装着されるものであって、コンプレッションリング（トップリング又はセカンドリング）として使用される。ピストンリング１は樹脂組成物からなるとともにストレート形状の合口部１ａを有する。なお、ピストンリング１はコンプレッションリングとして使用された場合であってもオイルをかき落とす役割も果たす。
　ピストンリング１が内燃機関のシリンダボアへ挿入された時に、ピストンリング１の弾性変形により自己張力が発生するものであっても、あるいは、自己張力が発生しないものであってもよいが、より好ましくは、内燃機関のシリンダボアへの挿入時にピストンリング１自体が自己張力を発生させるものの方が好ましい。また、自己張力が発生しない場合又は自己張力が発生しても必要な大きさの張力には足りていない場合には、後述する補助部材を適用してピストンリングとして必要な張力を有するようにしてもよい。
　ピストンリング１が内燃機関のシリンダボア内に挿入された時に、ピストンリング１の合口部１ａの隙間寸法ｍは小さくなる。この状態を「合口部１ａを閉じた状態」と称する。また、後述する補助部材との併用によって張力を発生させるピストンリング１の場合は、補助部材により合口部１ａの隙間が開かれた状態が「自由状態」であり、他方、シリンダボア内に挿入されることで合口部１ａの隙間寸法ｍが小さくなった状態が「合口部１ａを閉じた状態」となる。本実施形態では、シリンダボア内でピストンリングが熱膨張しても合口部の端面同士が当接しないように、ピストンリングは設計されている。なお、ピストンリングの外径寸法ｄ１は、そのピストンリングが挿入されるシリンダボアの内径とほぼ同じ寸法である。
　合口部１ａを閉じた状態におけるピストンリング１の外径寸法ｄ１（図１（ｂ）参照）に対する、自由状態における合口部１ａの隙間寸法ｍ（図１（ａ）参照）の比率（ｍ／ｄ１）は０．０５～０．８の範囲である。ピストンリングの断面形状や内燃機関の圧縮比にもよるが、この比率が０．０５以上であることで、ピストンリング１の張力を、圧縮比が小さい内燃機関にとって必要な大きさにできる傾向にあり、また、ピストンリング１の外周面の摩耗が進行しても、摩耗量に応じて合口部１ａの隙間がシリンダボアの中で開くことができ、追従性を確保することができる傾向にある。他方、この比率が０．８以下であることでピストンの溝にピストンリング１を装着した状態でピストンをシリンダボア内に挿入する際にピストンリング１に過度な応力が加わることを抑制できる傾向にあり、また、シリンダボア内におけるピストンリング１の折損を低減できる傾向にある。この比率（ｍ／ｄ１）の範囲は０．０７～０．５であることが好ましく、０．１２～０．３であることがより好ましい。
　ピストンリング１を構成する樹脂組成物は弾性率が０．３～５０ＧＰａである。弾性率がこの範囲内の樹脂組成物からなるリングは、低い張力であっても、シリンダボア内壁に対する優れた追従性を有する。高い自己張力及び適度な追従性を実現する観点から、ピストンリング１を構成する樹脂組成物の弾性率は５～５０ＧＰａであることが好ましく、５～２０ＧＰａであることがより好ましく、１０～１６ＧＰａであることが更に好ましい。かかる樹脂組成物からなるピストンリング１を採用することにより、優れた低フリクション性を達成できるとともに、より一層優れたシール性能を達成できる。
　なお、樹脂組成物の弾性率が低くければ低いほど、シリンダボアに対するピストンリング１の追従性が向上する。しかし、弾性率が低すぎることに起因してピストンリング１の追従性が必要以上に向上すると、一度燃焼室側に掻き上げられたオイルがクランク室側に排出される機会が失われ、その結果、オイル消費量が増加する傾向となる。かかる観点から、樹脂組成物は弾性率の下限値は、５ＧＰａが好ましく、１０ＧＰａがより好ましい（図１１参照）。
　ピストンリング１は、上述のとおり、自己張力を有することが好ましい。ピストンリング１が自己張力を有していれば、シリンダボア内壁に対するより良好な追従性を確保できる。ピストンリング１の自己張力は、０．５Ｎ以上であることが好ましく、１Ｎ以上であることがより好ましく、２Ｎ以上であることが更に好ましく、５Ｎ程度であることが更に好ましい。自己張力の上限値は、求められる摺動抵抗の大きさによるが、例えば、８Ｎ程度である。
　ピストンリングが自己張力を有する場合、高い自己張力及び適度な追従性を実現する観点から、ピストンリングを構成する樹脂組成物の弾性率は５～５０ＧＰａであることが好ましく、５～２０ＧＰａであることがより好ましく、１０～１６ＧＰａであることが更に好ましい。これにより、張力を補助する補助部材の使用の有無にかかわらず、５ＧＰａ以上の弾性率を有した樹脂組成物からなるピストンリング１を採用することにより、優れた低フリクション性を達成できるとともに、オイル消費をより一層低減できる。
　ピストンリング１は、ピストンリング１に必要な張力を与えるための補助部材と併用されるものであってもよい。この場合、ピストンリング本体をなすピストンリング１に補助部材を備える内燃機関用ピストンリングが構成される。補助部材は、例えば、金属製もしくはゴム製のリング、バネ及びコイルエキスパンダからなる群から選ばれる。より具体的には、ピストンリング１の内周側から外周側に向けて弾性力を有する部材を樹脂単体からなるピストンリング１の内周側に設けたり、合口部１ａを拡張する力を生ずる弾性体を合口部１ａに設けたりすればよい。その際にも、ピストンリング１の合口部１ａはわずかながらでも隙間を有していることが好ましい。補助部材は、例えば内側からピストンリング１に張力を加えるものであってもよいし、合口部１ａの合い口隙間を拡げる力を発生するものであってもよい。ピストンリング１をシリンダボア内に挿入するに際し、ピストンリング１に対して補助部材を装着する前後において、ピストンリング１を過度に変形させない態様が好ましい。これにより、樹脂組成物からなるピストンリング１の塑性変形を抑制することができる。
　ピストンリング１が上記補助部材と併用されるものである場合、ピストンリング１は自己張力を有していなくてもよく、また、自己張力が低くても（例えば、０．１Ｎ程度）であってもよい。この場合、ピストンリング１を構成する樹脂組成物の弾性率は、０．５～５０ＧＰａであることが好ましく、シリンダボアに対する追従性の観点から、０．５～５ＧＰａであることがより好ましい。
　ピストンリング１を構成する樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、及び、液晶ポリマー（ＬＣＰ）からなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂成分と、ガラス繊維、合成繊維及びカーボン繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種の繊維とを含む樹脂組成物からなることが好ましい。例えば、ピストンリングのサイズ、用途及び使用環境等に適した樹脂成分を選択するとともに、これに配合する繊維の種類及びその配合量を適宜設定することで、弾性率が０．３～５０ＧＰａの樹脂組成物を得ることができる。上記樹脂組成物は充填材を更に含んでもよい。充填材として、モリブデン、銅、鉄、ブロンズ、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、マイカ、酸化亜鉛及びタルクからなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなる粉体が挙げられる。
　なお、上記材料のうち、ポリイミド、ポリアミドイミド及びポリアミドは吸水性を有し、空気中の水分を吸収することで、寸法変化（膨張）が起こる傾向がある。したがって、ピストンリング１を構成する樹脂組成物は、これらの樹脂成分を主成分として含まないことが好ましい。すなわち、樹脂組成物におけるポリイミド、ポリアミドイミド及びポリアミドの合計の含有率は５０質量％未満であることが好ましい。
　ピストンリング１は、比重が１．０～３．０であることが好ましく、１．０～２．０であることがより好ましい。比重が十分に小さい（ピストンリングが十分に軽い）ことで、ピストンの往復動に伴う慣性力による影響をピストンリング１が受けにくい。すなわち、ピストンの往復動に伴って、ピストンの溝内においてピストンリング１が移動することが抑制され、より一層優れたシール性を実現できる。
　ピストンリング１は、樹脂組成物からなる本体部と、本体部の表面の少なくとも一部を覆うように形成された表面処理膜とによって構成されるものであってもよい。表面処理膜は、例えば、硬質クロムめっき層、ＰＶＤ処理層、鉄又はクロム等の窒化物層あるいはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜などの硬質膜である。表面処理膜が設けられることにより、本体部の耐摩耗性の向上が図られる。表面処理膜は、ピストンリングの内周面、外周面、一方の側面、他方の側面及び合口部の合わせ面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面上に形成することが好ましい。
　図１（ａ）に示されたとおり、ピストンリング１はストレート形状の合口部１ａを有する。合口部１ａは、環状の本体部１ｂの一部に形成されている。本体部１ｂは、幅方向の端面である一方の側面１ｃ及び他方の側面１ｄと、厚さ方向の端面である内周面１ｅ及び外周面１ｆとによって、厚さ方向が長辺且つ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。合口部１ａは、本体部１ｂの一方の端面１ｇと他方の端面１ｈとによって構成されている。
　ところで、本発明者らは、前述の知見を基にピストンリング１の樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンを、繊維としてカーボン繊維を選択し、カーボン繊維をおよそ２０質量％加えた樹脂組成物で、射出成形法によりピストンリングを製作した場合、そのピストンリングが１７０℃近傍の熱負荷によりどのように張力が変化するかを検討した。その結果、合口部１ａを閉じた状態におけるピストンリング１の外径寸法ｄ１に対する自由合口隙間ｍの比率ｍ／ｄ１が０．１２以上であると、熱負荷後であっても張力が残存できることを確認することができた。なお、ピストンリングに与えた熱負荷は、熱ヘタリ試験（ＪＩＳ　Ｂ　８０３２－５：２０１５「５．２温度影響下での接線張力減退」）に基づいた条件を想定している。上述の熱負荷を与えたピストンリングは、他にも比率ｍ／ｄ１が０．２０のもの、０．４５のもの、０．５６のものも熱負荷後に張力が残存していることが確認された。特に、射出成形時の形状を楕円形状やカム形状にすることで熱負荷後の張力減退率が小さくなっていた。図２に射出成形時の形状が楕円形状になるように成形したピストンリングを示す。図２に示すピストンリング１Ａは、合口部とその反対側の間の径Ｄ１が短く、また、径Ｄ１と直交する方向の径Ｄ２が長い形状を有している。このような形状を有するピストンリング１Ａは、内燃機関のボアに模した円筒部材に装着した際に、円筒部材の内周面とリング外周面との隙間がより小さくなることが確認できた。なお、楕円形状のピストンリング１Ａの場合、自由合口隙間ｍは、径Ｄ１と径Ｄ２の平均値をピストンリング１の外径寸法ｄ１とし、外径寸法ｄ１に対する自由合口隙間ｍの値（ｍ／ｄ１）が０．１２以上であること好ましく、更に０．２０以上のものであってもよい。
　ところで、上述の樹脂組成物で構成されたピストンリングに対し熱負荷後の張力減退量を考察したところ、選択した樹脂成分のガラス転移点温度よりも高い温度で熱処理した後に熱負荷を掛けたピストンリングは、熱処理を施さなかったピストンリングに比べ、張力の減退量が相対的に小さいことが確認された。熱処理については、具体的には断面が楕円形状の内側形状を有する円筒治具に射出成形されたピストンリングを挿入し、ピストンリングの熱処理を行うことで張力減退率が小さくなる。
＜第二実施形態＞
　図３～６を参照しながら、第二実施形態に係るピストンリングについて説明する。これらの図に示すピストンリング２は合口部２ａの形状が異なる以外は第一実施形態に係るピストンリング１又はその変形例に係るピストンリング１Ａと同様である。以下、合口部２ａについて主に説明する。
　合口部２ａは、ダブルステップと称される形状である。合口部２ａは、環状の本体部２ｂの一部に形成されている。本体部２ｂは、幅方向の端面である一方の側面２ｃ及び他方の側面２ｄと、厚さ方向の端面である内周面２ｅ及び外周面２ｆとによって、厚さ方向が長辺且つ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。なお、ピストンリング２は、側面２ｃが燃焼室側となり、側面２ｄがクランク室側となるように、ピストンに対して取り付けられる。
　合口部２ａにおいては、図４～６に示すように、本体部２ｂの側面２ｃ側には、一方の合口端部１１から他方の合口端部１２に向かって突出する第１の突出部１３と、他方の合口端部１２において第１の突出部１３を受ける第１の受け部１４とが設けられている。また、本体部２ｂの側面２ｃ側には、他方の合口端部１２から一方の合口端部１１に向かって突出する第２の突出部１５と、一方の合口端部１１において第２の突出部１５を受ける第２の受け部１６とが設けられている。
　より具体的には、第１の突出部１３では、一方の合口端部１１から本体部２ｂの側面２ｃ側の略半分部分が断面略長方形状に突出した状態となっている。また、第１の突出部１３において、第１の受け部１４に対向する側面２ｄ側の先端角は切り欠かれている。これにより、第１の突出部１３において第１の受け部１４に対向する側面２ｄ側の先端には、切欠面Ｓ１が形成されている。加えて、第１の受け部１４では、他方の合口端部１２において本体部２ｂの側面２ｃ側の略半分部分が第１の突出部１３の形状に対応して断面略長方形状に切り欠かれた状態となっている。したがって、第１の突出部１３における第１の受け部１４との対向面である先端面１３ａ、及び第１の受け部１４における第１の突出部１３との対向面である先端面１４ａは、それぞれ周方向に対して垂直又は略垂直に延在する略長方形状である。
　同様に、第２の突出部１５では、他方の合口端部１２から本体部２ｂの側面２ｄ側の略半分部分が断面略長方形状に突出した状態となっている。また、第２の突出部１５において、第２の受け部１６に対向する側面２ｃ側の先端角は切り欠かれている。これにより、第２の突出部１５において第２の受け部１６に対向する側面２ｃ側の先端には、切欠面Ｓ２が形成されている。加えて、第２の受け部１６では、一方の合口端部１１において本体部２ｂの側面２ｄ側の略半分部分が第２の突出部１５の形状に対応して断面略長方形状に切り欠かれた状態となっている。
　更に、本体部２ｂの側面２ｄ側において、本体部２ｂの内周面２ｅ側には、第２の突出部１５から第２の受け部１６に向かって突出する第１のオス部２１と、第２の受け部１６において第１のオス部２１を受ける第１のメス部２２とが設けられている。また、本体部２ｂの側面２ｄ側において、本体部２ｂの外周面２ｆ側には、第２の受け部１６から第２の突出部１５に向かって突出する第２のオス部２３と、第２の突出部１５において第２のオス部２３を受ける第２のメス部２４とが設けられている。このため、側面２ｄ側においては、第１のオス部２１、第１のメス部２２、第２のオス部２３、及び第２のメス部２４によって、いわゆるステップ合口が形成されている。
＜第三実施形態＞
　図７～９を参照しながら、第三実施形態に係るピストンリングについて説明する。この図に示すピストンリング３は合口部３ａの形状が異なる以外は第一実施形態に係るピストンリング１又はその変形例に係るピストンリング１Ａと同様である。以下、合口部３ａについて主に説明する。
　合口部３ａは、トリプルステップと称される形状である。合口部３ａは、環状の本体部３ｂの一部に形成されている。本体部３ｂは、幅方向の端面である一方の側面３ｃ及び他方の側面３ｄと、厚さ方向の端面である内周面３ｅ及び外周面３ｆとによって、厚さ方向が長辺且つ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。ただし、断面形状はこの形状に限定されない。なお、ピストンリング３は、側面３ｃが燃焼室側となり、側面３ｄがクランク室側となるように、ピストンに対して取り付けられる。
　合口部３ａは、環状の本体部３ｂの両端部に設けられた合口端部３１，３２を含む。合口端部３１，３２は、ピストンリング３をリング溝に装着する前の状態において、所定の間隔をもって対向した状態となっている。
　図８及び図９は合口部３ａの構造を説明する図である。図８は、合口部３ａの構造を説明する斜視図であり、図９（ａ）は、合口部３ａの平面図（側面３ｃ側から見た図）であり、図９（ｂ）は、合口部３ａの正面図（外周面３ｆ側から見た図）である。合口部３ａは、所謂トリプルステップ形状を呈している。トリプルステップ形状とは、合口部３ａを三方向から見た際にステップ形状を呈しているものである。ピストンリング３の場合、上側の側面３ｃ側から見たとき、下側の側面３ｄ側から見たとき、及び、外周面３ｆ側から見たときに、合口部３ａがステップ形状となっている。
　より具体的には、図８，９に示すように、合口端部３１及び合口端部３２の対向面は、本体部３ｂの内周面３ｅ側の略半分における対向面３１ａ，３２ａと比較して、本体部３ｂの外周面３ｆ側の略半分では、側面３ｃ側において合口端部３２が合口端部３１側に突出し、側面３ｄ側において合口端部３１が合口端部３２側に突出するように凹凸が形成されている。
　具体的には、本体部３ｂの外周面３ｆ側の略半分且つ側面３ｃ側の略半分（図８において略上半分となる部分）において、合口端部３２には対向面３１ａよりも合口端部３１側に突出する第１突出部３３が設けられる一方、合口端部３１には、第１突出部３３を受ける第１受け部３４が設けられる。第１突出部３３の先端面３３ａと、第１受け部３４の受け面３４ａとが対向する。また、本体部３ｂの外周面３ｆ側の略半分且つ側面３ｄ側の略半分（図８において略下半分となる部分）において、合口端部３１には対向面３１ａよりも合口端部３２側に突出する第２突出部３５が設けられる一方、合口端部３２には、第２突出部３５を受ける第２受け部３６が設けられる。第２突出部３５の先端面３５ａと、第２受け部３６の受け面３６ａとが対向する。
　この結果、側面３ｃ側から見たときには、図９（ａ）に示すように、対向面３１ａ，３２ａが設けられる位置と、第１突出部３３の先端面３３ａ及び第１受け部３４の受け面３４ａが設けられる位置と、が本体部３ｂの長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。また、外周面３ｆ側から見たときには、図９（ｂ）に示すように、第１突出部３３の先端面３３ａ及び第１受け部３４の受け面３４ａが設けられる位置と、第２突出部３５の先端面３５ａ及び第２受け部３６の受け面３６ａが設けられる位置と、が本体部３ｂの長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。更に、側面３ｄ側から見たときも、図８に示すように、対向面３１ａ，３２ａが設けられる位置と、第２突出部３５の先端面３５ａ及び第２受け部３６の受け面３６ａが設けられる位置と、が本体部３ｂの長手方向に沿って互いに異なるため、ステップ形状となる。各面でのステップ形状の段差となる領域（ステップの割位置）は、それぞれ略中央付近となっている。
　なお、ピストンリング３がピストンのピストン溝に装着され、且つシリンダーライナーの内周に挿入されると、第１突出部３３の側面３ｄ側の面３３ｂと、第２突出部３５の側面３ｃ側の面３５ｂとが互いに摺動するように相対的に移動して、図８及び図９に示すように合口部３ａが閉じられる。合口部３ａが閉じられた状態では、対向面３１ａと対向面３２ａとの間、第１突出部３３の先端面３３ａと第１受け部３４の受け面３４ａとの間、及び、第２突出部３５の先端面３５ａと第２受け部３６の受け面３６ａとの間にはそれぞれ空隙が存在する程度に近接する状態で、シリンダーライナーの内周面に０．５Ｎ以上の張力で持って、ピストンリング３が張った状態を維持することができる。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、断面形状が略長方形状のピストンリングを例示したが、オイル消費量低減、フリクションロス低減の観点から、外周摺動面（外周面１ｆ，２ｆ，３ｆ）の形状をバレル状又はテーパ状としてもよい。また、合口部についても上述の他に、特許４１１４８４９号公報に開示されたダブルカット形状などの他の特殊合い口形状であってもよい。
　また、上記実施形態に係るピストンリングをピストンリング本体とし、これと補助部材とによってピストンリングを構成してもよい。図１０（ａ）に示すピストンリング１０Ａは、ピストンリング１と実質的に同一のものに対し、その内周面に半円筒状の凹部を形成したピストンリング本体１０１ａと、上記凹部に装着されたコイルエキスパンダ１０２（補助部材）とによって構成されている。コイルエキスパンダ１０２は、例えば、バネ鋼の線材をコイル状に加工したものであり、ピストンリング１と同様に合口を有する円環状の形状を有している。補助部材は、コイルエキスパンダ１０２の態様に限定されず、図１０（ｂ）に示す部材であってもよい。すなわち、図１０（ｂ）に示すピストンリング１０Ｂは、断面形状が略矩形形状でピストンリング本体１０１と、ピストンリング本体１０１の内周面と当接する部分に配置されたエキスパンダ１０３とによって構成されている。エキスパンダ１０３は、バレル状の外周面形状を有し、その材質は金属でも樹脂又はカーボンファイバー、グラスファイバーであってもよい。なお、これらの補助部材から発生する張力は、ピストンリング本体から発生する張力に対して、大きくても小さくてもどちらでもよい。なお、補助部材から発生する張力が大きければ、シリンダーライナーの内周面に対してピストンリング本体の外周面が沿いやすくなり、シール性が向上するので、シール性を重要視する場合、補助部材から発生する張力はピストンリング本体から発生する張力よりも大きい方が良い。
　以下、本発明について実施例に基づいて説明する。本発明は以下の実施例の内容に限定されるものではない。
＜摺動抵抗の評価＞
（実施例１）
　樹脂成分（ポリエーテルエーテルケトン）に対しておよそ２０ｗｔ％のカーボン繊維を混合することによって、弾性率１５ＧＰａ及び比重１．５の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を２ｍｍ四方の矩形に切断して、摺動抵抗を測定するためのテストピースを得た。バレル形状の外周面を円筒ドラムに当接させた状態で加重２０Ｎを加え、摺動速度３ｍ／秒で摺動抵抗の値を測定した。
（比較例１）
　実施例１に係るテストピースと同様の形状であって金属材料（ねずみ鋳鉄材、ＦＣ２００相当材）からなるテストピースを準備した。これの摺動抵抗を実施例１と同様にして測定した。
（比較例２）
　実施例１に係るテストピースと同様の形状であって金属材料（ＳＷＯＳＣ－Ｖ相当材）に硬質皮膜（Ｃｒ－Ｎｉ皮膜）を形成してなるテストピースを準備した。これの摺動抵抗を実施例１と同様にして測定した。
（結果）
　実施例１の摺動抵抗は、比較例１と比較して約８割低減し、比較例２と比較して約７割低減した。
＜ブローバイガス量及びオイル消費量の評価＞
（実施例２）
　実施例１と同じ樹脂組成物（弾性率：１５ＧＰａ、比重：１．５）からなるピストンリングを作製した。実施例２に係るピストンリングの特徴及び物性は以下のとおりである。
・自己張力：２Ｎ（補助部材：不使用）
・合口部：ストレート形状
・外周面：テーパフェイス
・比率（ｍ／ｄ１）：０．２６
　実施例２に係るピストンリングをセカンドリングとして使用し且つ以下の条件でガソリンエンジンを運転させてブローバイガス量及びオイル消費量の評価を行った。
・回転数：４０００ｒｐｍ
・全負荷（Ｗｉｄｅ　Ｏｐｅｎ　Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）
・運転時間：１０時間
・トップリング：鋼製のリング（合口部：ストレート形状、外周面：バレル形状）
・オイルリング：鋼製の３ピースオイルリング
（比較例３）
　比較例１と同じ材質（ねずみ鋳鉄材、ＦＣ２００相当材、弾性率：９３ＧＰａ、比重：７）からなるピストンリングをセカンドリングとして使用したことの他は、実施例２と同様にしてブローバイガス量及びオイル消費量の評価を行った。比較例３に係るピストンリングの特徴及び物性は以下のとおりである。
・自己張力：４Ｎ（補助部材：不使用）
・合口部：ストレート形状
・外周面：テーパフェイス
・比率（ｍ／ｄ１）：０．１３
（結果）
　比較例３のブローバイガス量を１００とすると、実施例２のブローバイガス量は８５であった。比較例３のオイル消費量を１００とすると、実施例２のオイル消費量は４８であった。
＜ピストンリングの弾性率とオイル消費量の関係＞
（実施例３～９）
　上記実施例２に係るピストンリングに加え、表１に示す７種類の樹脂組成物からなるピストンリングを作製した。実施例３～７に係るピストンリングは、ベース材として、ＰＴＦＥ樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＰＳ樹脂又はＰＥＥＫ樹脂を使用するとともに、配合するカーボン繊維又はガラス繊維の量及びこれらの繊維長を調整することで、所望の弾性率を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例３～９に係るピストンリングはいずれも以下の形状を有するものとした。
・合口部：ストレート形状
・外周面：テーパフェイス
・張力：２Ｎ（張力が２Ｎとなるように各ピストンリングの比率（ｍ／ｄ１）を調整した。）
　実施例３～９に係るピストンリングを実際に作製することが可能であることを確認した後、実施例２～９及び比較例３に係るピストンリングのオイル消費量を過去のデータから得られた評価特性パラメータ情報に基づき評価した。すなわち、これらのピストンリングを２リッターエンジンのセカンドリングとして適用したときのオイル消費量を推定評価した。
　図１１は、実施例２～９に係るオイル消費量の評価結果を示すグラフであって、縦軸は評価されたオイル消費量の相対比（比較例３に係るピストンリング使用時のオイル消費量基準）を示し、横軸に弾性率（ＧＰａ）を示す。このグラフより、弾性率が０．３～５０ＧＰａの樹脂材料で構成することにより、鉄製のピストンリングよりもオイル消費量を低減できることがわかる。特に、鉄製のピストンリングで発生した張力よりも低い張力であっても、オイル消費量の低減効果が発生することがわかる。オイル消費量の更なる低減の点から、ピストンリングの弾性率は５～５０ＧＰａが好ましく、５～２０ＧＰａがより好ましく、１０～１６ＧＰａが更に好ましいことを図１１のグラフから読み取ることができる。
　本開示によれば、低フリクション性を有しつつ、オイル消費が少ない内燃機関用ピストンリングが提供される。
１，１Ａ，２，３，１０Ａ，１０Ｂ…ピストンリング、１ａ，２ａ，３ａ…合口部、１ｃ，２ｃ，３ｃ…側面（一方の側面）、１ｄ，２ｄ，３ｄ…側面（他方の側面）、１ｅ，２ｅ，３ｅ…内周面、１ｆ，２ｆ，３ｆ…外周面（外周摺動面）、１０１，１０１ａ…ピストンリング本体、１０２…コイルエキスパンダ（補助部材）、１０３…エキスパンダ（補助部材）

Claims (16)

  1. 　樹脂組成物からなる、内燃機関用ピストンリングであって、
    　合口部を有しており、前記合口部を閉じた状態における当該ピストンリングの外径寸法ｄ１に対する、自由状態における合口部の隙間寸法ｍの比率（ｍ／ｄ１）が０．０５～０．８であり、
    　前記樹脂組成物の弾性率が０．３～５０ＧＰａである、ピストンリング。
  2. 　自己張力を有する、請求項１に記載のピストンリング。
  3. 　０．５Ｎ以上の自己張力を有する、請求項１に記載のピストンリング。
  4. 　１Ｎ以上の自己張力を有する、請求項１に記載のピストンリング。
  5. 　ピストンリング本体と、前記ピストンリング本体の張力を高めるための補助部材とを備える内燃機関用ピストンリングであって、
    　前記ピストンリング本体が、樹脂組成物からなり、且つ合口部を有しており、前記合口部を閉じた状態における当該ピストンリング本体の外径寸法ｄ１に対する、自由状態における合口部の隙間寸法ｍの比率（ｍ／ｄ１）が０．０５～０．８であり、
    　前記樹脂組成物の弾性率が０．３～５０ＧＰａである、ピストンリング。
  6. 　前記ピストンリング本体の比重が１．０～３．０である、請求項５に記載のピストンリング。
  7. 　前記樹脂組成物の弾性率が５～５０ＧＰａである、請求項１～６のいずれか一項に記載のピストンリング。
  8. 　前記樹脂組成物の弾性率が５～２０ＧＰａである、請求項１～６のいずれか一項に記載のピストンリング。
  9. 　前記樹脂組成物の弾性率が１０～１６ＧＰａである、請求項１～６のいずれか一項に記載のピストンリング。
  10. 　前記樹脂組成物は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン及び液晶ポリマーからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂成分と、
    　ガラス繊維、合成繊維及びカーボン繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種の繊維とを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のピストンリング。
  11. 　前記樹脂組成物は、ポリイミド、ポリアミドイミド及びポリアミドの合計の含有率が５０質量％未満である、請求項１０に記載のピストンリング。
  12. 　前記樹脂組成物は、モリブデン、銅、鉄、ブロンズ、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、マイカ、酸化亜鉛及びタルクからなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなる粉体を更に含む、請求項１０又は１１に記載のピストンリング。
  13. 　バレル状又はテーパ状に形成された外周摺動面を有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のピストンリング。
  14. 　前記合口部は、当該ピストンリングを自由状態から前記合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する第１の一対の面を有し、
    　前記第１の一対の面は、当該ピストンリングの厚さ方向に延びている、請求項１～１３のいずれか一項に記載のピストンリング。
  15. 　前記合口部は、当該ピストンリングを自由状態から前記合口部を閉じた状態とする際、互いに摺動するように相対的に移動する第２の一対の面を有し、
    　前記第２の一対の面は、当該ピストンリングの径方向に延びている、請求項１～１４のいずれか一項に記載のピストンリング。
  16. 　内周面、外周面、一方の側面、他方の側面及び前記合口部の合わせ面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面上に形成された表面処理膜を有する、請求項１～１５のいずれか一項に記載のピストンリング。
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