JPH05223172A - Piston ring - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業の利用分野】この発明は、耐摩耗性に優れた硬質
皮膜を形成した内燃機関用ピストンリングに関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston ring for an internal combustion engine having a hard coating excellent in wear resistance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ピストンリングは、エンジンのシリンダ
ライナ内に配置されたピストンのリング溝に組み込ま
れ、主に燃焼室の気密化、シリンダー表面に形成される
潤滑油膜の膜厚制御及び燃焼熱をピストンからシリンダ
ライナへ伝達することによるピストンの冷却等の働きを
する。従って、ピストンリング特性として耐摩耗性、耐
焼付性、耐熱性、保油性及びシリンダ側の摩耗抑制など
が高い次元で要求される。2. Description of the Related Art A piston ring is installed in a ring groove of a piston arranged in a cylinder liner of an engine, and mainly seals a combustion chamber, controls a film thickness of a lubricating oil film formed on a cylinder surface, and heats combustion. It serves to cool the piston by transmitting it from the piston to the cylinder liner. Therefore, as the piston ring characteristics, wear resistance, seizure resistance, heat resistance, oil retention, and wear suppression on the cylinder side are required at a high level.
【０００３】これらの要求に応えるため、現在ピストン
リングは靭性が高く、耐摩耗性、耐熱性に優れる鋼など
の鉄系材料に摺動特性を改良するための表面処理を施し
て使用されている。従来より行なわれているピストンリ
ングの表面処理として、窒化、クロムめっき、モリブデ
ン溶射などが挙げられる。In order to meet these demands, the piston ring is currently used with iron-based materials such as steel having high toughness, excellent wear resistance and heat resistance after being subjected to surface treatment for improving sliding characteristics. .. As the surface treatment of the piston ring that has been conventionally performed, nitriding, chromium plating, molybdenum spraying and the like can be mentioned.
【０００４】また、ＰＶＤ（Physical Vapor Depositio
n ）法により、摺動面に金属窒化物や金属炭化物等の皮
膜をコーティングしたピストンリングが提案されている
（特公平１−５２４７１号及び特開昭６２−１２０４７
１号参照）。金属窒化物や金属炭化物の皮膜は優れた耐
摩耗性及び耐焼付性を示しており、特に窒化チタンや窒
化クロムなどが注目され、ピストンリングへの適用が提
案され、摺動特性上の問題点に対処していた。PVD (Physical Vapor Depositio)
A piston ring having a sliding surface coated with a film of metal nitride, metal carbide or the like by the method n) has been proposed (Japanese Patent Publication No. 52471/1987 and 12047/1987).
(See No. 1). Metal nitride and metal carbide coatings have excellent wear resistance and seizure resistance. Titanium nitride, chromium nitride, etc. have been especially noticed, and their application to piston rings has been proposed. Was dealing with.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年エンジン
の高出力化や高性能化に伴い、ピストンリングに要求さ
れる条件はますます苛酷なものとなっているので、従来
の表面処理では対応できない場合があり、更に優れた耐
摩耗性及び耐焼付性を有するピストンリングが望まれて
いる。[Problems to be Solved by the Invention] However, with the recent increase in engine output and performance, the conditions required for piston rings are becoming more and more severe, and conventional surface treatment is not sufficient. In some cases, a piston ring having excellent wear resistance and seizure resistance is desired.
【０００６】例えば、硬質クロムめっきを施したピスト
ンリングでは腐食摩耗に対する耐性が不十分であり、窒
化やモリブデン溶射を施したピストンリングでも耐摩耗
性が不十分であった。For example, a hard-chrome plated piston ring has insufficient resistance to corrosive wear, and a nitriding or molybdenum sprayed piston ring also has insufficient wear resistance.
【０００７】また、窒化チタンや窒化クロム皮膜は上述
の表面処理よりは特性が優れているものの最近のエンジ
ンでは摺動特性が充分満足されない状況が生じている。
そこで、現状の表面処理よりも更に優れた耐摩耗性及び
耐焼付性を有するピストンリングが望まれている。Further, although the titanium nitride and chromium nitride coatings are superior in characteristics to the above-mentioned surface treatments, in recent engines, the sliding characteristics are not sufficiently satisfied.
Therefore, there is a demand for a piston ring having more excellent wear resistance and seizure resistance than the current surface treatment.
【０００８】本発明は、上記問題に鑑み耐摩耗性、耐焼
付性及び密着性に優れた皮膜を被覆したピストンリング
を提供することを目的とする。In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a piston ring coated with a film having excellent wear resistance, seizure resistance and adhesion.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、ピストンリン
グ母材の少なくとも外周摺動面に、イオンプレーティン
グ法により窒化クロムと窒化珪素よりなる複合皮膜、ま
たは窒化クロムと窒化珪素を必須成分としさらにはクロ
ム及び珪素からなる複合皮膜が１〜４０μｍの厚みで形
成されていることを特徴とするピストンリングを提供す
るものである。According to the present invention, a composite coating of chromium nitride and silicon nitride by an ion plating method, or chromium nitride and silicon nitride as essential components, is formed on at least the outer peripheral sliding surface of a piston ring base material. Further, the present invention provides a piston ring characterized in that a composite film made of chromium and silicon is formed with a thickness of 1 to 40 μm.
【００１０】イオンプレーティング皮膜で被覆する基板
すなわちピストンリング本体は従来公知のいかなる形式
でもよく、その材料は、１３Ｃｒ及び１７Ｃｒステンレ
ス鋼、バネ鋼、工具鋼、鋳鉄などの鉄系材料及びそれら
の材料に窒化処理、Ｃｒめっきを施したものを使用す
る。The substrate to be coated with the ion plating film, that is, the piston ring body may be of any conventionally known type, and the material thereof is an iron-based material such as 13Cr and 17Cr stainless steel, spring steel, tool steel, cast iron and the like. It is used after being subjected to nitriding treatment and Cr plating.
【００１１】複合皮膜を形成する面は、ピストンリング
の外周摺動面を必須とするが、他の内周面、上下面など
のいずれかに複合皮膜を形成してもさしつかえない。複
合皮膜の膜厚は、初期なじみにおける摩耗で表面層が消
失する可能性を考慮し、１μｍ以上として初期なじみ以
降にも複合皮膜を残すことが必要である。また、複合皮
膜の膜厚が４０μｍを超えると皮膜に欠けや亀裂が生
じ、密着力が低下するので、４０μｍ以下とすることが
必要である。The surface on which the composite coating is formed is essentially the outer peripheral sliding surface of the piston ring, but the composite coating may be formed on any of the other inner peripheral surfaces, upper and lower surfaces, and the like. In consideration of the possibility that the surface layer may disappear due to abrasion in the initial familiarization, it is necessary to set the thickness of the composite coating to 1 μm or more and leave the composite coating after the initial familiarization. Further, if the thickness of the composite coating exceeds 40 μm, the coating will be chipped or cracked and the adhesion will be reduced, so it is necessary to set the thickness to 40 μm or less.
【００１２】イオンプレーティング皮膜は、ＰＶＤ法に
より形成される皮膜の一種である。ＰＶＤ法は皮膜を形
成する技術であり、基本的には、蒸着、スパッタリン
グ、イオンプレーティングの３法に分類できる。このう
ちでも特に、本発明では、クロムと珪素の蒸発物質を窒
素と反応させることにより、窒化クロムと窒化珪素を複
合した皮膜をピストンリング上の堆積させることができ
るイオンプレーティング皮膜に特定した。The ion plating film is a kind of film formed by the PVD method. The PVD method is a technique for forming a film, and can be basically classified into three methods of vapor deposition, sputtering, and ion plating. Among these, in particular, in the present invention, the ion plating film capable of depositing a composite film of chromium nitride and silicon nitride on the piston ring by reacting an evaporated substance of chromium and silicon with nitrogen is specified.
【００１３】複合皮膜の構成元素のクロムと珪素は窒化
物を形成しやすい元素である。そこでクロムと珪素の蒸
気に窒素を混合した気相中でプラズマを発生させると、
クロムと珪素はイオン化し、それぞれ窒素イオンと化合
し窒化クロム及び窒化珪素を形成する。この結果、基板
であるピストンリング母材の表面に窒化クロム＋窒化珪
素の複合皮膜が形成される。その際、窒素ガスの供給量
が少ない場合上記窒化クロム＋窒化珪素に加えて未反応
のクロム及び珪素が形成され、複合皮膜の成分となる。The constituent elements of the composite film, chromium and silicon, are elements that easily form nitrides. Therefore, when plasma is generated in a gas phase in which chromium and silicon vapor are mixed with nitrogen,
Chromium and silicon are ionized and combined with nitrogen ions to form chromium nitride and silicon nitride, respectively. As a result, a chromium nitride + silicon nitride composite film is formed on the surface of the piston ring base material which is the substrate. At this time, when the supply amount of nitrogen gas is small, unreacted chromium and silicon are formed in addition to the above-mentioned chromium nitride + silicon nitride, and become a component of the composite film.
【００１４】外周摺動面の皮膜が窒化クロムと窒化珪素
に加えてクロムもしくは珪素のいずれかまたは両方より
なるイオンプレーティング皮膜においては、窒化物とな
らない金属Ｃｒ又はＳｉが存在する。かかる金属Ｃｒ及
びＳｉは窒化物と比較し若干耐食性が劣っているが、母
材との界面での皮膜の熱膨張係数や結晶構造などの変化
を皮膜が窒化物単相よりなる場合に比べて小さくなるこ
とにより密着力を高める。このように金属Ｃｒ及びＳｉ
は利害得失があるが、総合的には窒化クロム及び窒化珪
素に比べて及ばないので積極的には生成させないように
することが好ましい。また、その生成量上限は窒素の含
有量により決定されるが、皮膜中で９５％を超えないよ
うにすることが望ましい。In the ion plating film in which the film on the outer peripheral sliding surface is made of chromium nitride, silicon nitride, or chromium or silicon, or both, metal Cr or Si that does not become a nitride exists. Although such metal Cr and Si are slightly inferior in corrosion resistance to the nitride, the changes in the thermal expansion coefficient and the crystal structure of the film at the interface with the base material are different from those in the case where the film is made of a nitride single phase. The smaller the size, the higher the adhesion. In this way, metal Cr and Si
Although there are advantages and disadvantages, it is generally less effective than chromium nitride and silicon nitride, so it is preferable not to actively generate them. Further, the upper limit of the amount produced is determined by the content of nitrogen, but it is desirable not to exceed 95% in the film.
【００１５】複合皮膜の構成元素は、クロム量を１とし
た場合、原子比でクロム：珪素：窒素＝１：０．０５〜
１．２：０．１〜１．２の範囲が望ましい。クロムに対
する珪素が原子比０．０５以下であると窒化珪素生成の
効果が顕著でなく、原子比が１．２を越えると複合皮膜
の密着力が低下する。窒素はクロムに対する原子比が
０．１以下では窒化クロムや窒化珪素の生成が少なく硬
さが低く、従って耐摩耗性に劣る。When the amount of chromium is 1, the constituent elements of the composite coating are in the atomic ratio of chromium: silicon: nitrogen = 1: 0.05-
The range of 1.2: 0.1 to 1.2 is desirable. If the atomic ratio of silicon to chromium is 0.05 or less, the effect of forming silicon nitride is not remarkable, and if the atomic ratio exceeds 1.2, the adhesion of the composite coating decreases. When the atomic ratio of nitrogen to chromium is 0.1 or less, the amount of chromium nitride and silicon nitride produced is small and the hardness is low, so that the wear resistance is poor.
【００１６】皮膜形成にあたっては、窒素ガス供給量を
基板表面より皮膜表面に向い順次多くすると、ピストン
リング母材表面から複合皮膜表面に向って、皮膜中の窒
化クロムと窒化珪素の比率が連続的に増大し、密着性が
高い皮膜を作ることができる。In forming the film, if the supply amount of nitrogen gas is gradually increased from the surface of the substrate toward the surface of the film, the ratio of chromium nitride and silicon nitride in the film becomes continuous from the surface of the piston ring base material toward the surface of the composite film. It is possible to form a film having high adhesion and high adhesion.
【００１７】また複合皮膜形成に際し反応窒素ガスを導
入する前に、珪素とクロムのコーティングを行なうと、
ピストンリング母材にクロムと珪素からなる下地層が生
成される。この下地層は、好ましい組成は上記原子比率
内にあり、かつ熱膨張率がピストンリング母材に近く、
熱応力の影響を受けにくいため、密着性は良くしかも柔
軟性に富む。下地層が所定厚さ、たとえば０．１〜２μ
ｍになったところで徐々に窒素ガスを導入してイオンプ
レーティングを続けると、蒸発したクロムと珪素の一部
又は全部はそれぞれ窒化クロムと窒化珪素に転換され
る。窒化ガスの分圧が低いときは転換の割合が少なく、
窒素ガス分圧が次第に高くなるにつれて転換の割合は多
くなるので複合皮膜中の窒化珪素と窒化クロムの割合を
連続的に増大させることができる。このように硬質皮膜
層が密着性と柔軟性に富む下地層とイオンプレーティン
グ皮膜から連続的に形成されると複合皮膜のはく離防止
に一層効果がある。Further, when the coating of silicon and chromium is performed before introducing the reactive nitrogen gas in forming the composite film,
An underlayer made of chromium and silicon is formed on the piston ring base material. This underlayer has a preferable composition within the above atomic ratio, and has a thermal expansion coefficient close to that of the piston ring base material,
Since it is not easily affected by thermal stress, it has good adhesion and flexibility. The underlayer has a predetermined thickness, for example, 0.1 to 2 μ.
When m is reached, nitrogen gas is gradually introduced to continue ion plating, and part or all of the evaporated chromium and silicon are converted into chromium nitride and silicon nitride, respectively. When the partial pressure of the nitriding gas is low, the conversion rate is low,
Since the rate of conversion increases as the partial pressure of nitrogen gas gradually increases, the rate of silicon nitride and chromium nitride in the composite coating can be continuously increased. As described above, when the hard coating layer is continuously formed from the undercoat layer having high adhesiveness and flexibility and the ion plating coating, it is more effective in preventing the peeling of the composite coating.
【００１８】[0018]
【作用】上述した複合皮膜を被覆したピストンリング
は、外周表面硬さが高く、皮膜と母材の密着力が良好で
あることから耐摩耗性に優れる。以下、実施例により本
発明を詳しく説明する。The piston ring coated with the above-described composite coating has a high outer peripheral surface hardness and a good adhesion between the coating and the base material, and therefore has excellent wear resistance. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
【００１９】[0019]
（実施例１）本実施例では、呼び径×幅×厚さがφ８６
×２ｍｍ×３ｍｍ、材質がＳＫＤ６１材のピストンリン
グを母材として使用し、その外周摺動面に窒化クロム＋
窒化珪素＋クロム＋珪素よりなる皮膜を１０μｍ形成さ
せた。(Example 1) In this example, the nominal diameter x width x thickness is φ86.
× 2mm × 3mm, piston ring made of SKD61 material is used as the base material, and chromium nitride +
A film of silicon nitride + chromium + silicon was formed to a thickness of 10 μm.
【００２０】ＰＶＤ処理は、陰極アークプラズマ式イオ
ンプレーティング装置を用いた。ピストンリングをフロ
ン洗浄し、表面に付着した汚れを取り充分清浄化して、
イオンプレーティング装置の真空チャンバー内に挿入し
た。チャンバー内圧力が１．３×１０-3Ｐａになるまで
真空引きを行なってから、イオンプレーティング装置に
内蔵されているヒーターにより３００〜５００℃で加熱
してピストンリングの内在ガスを放出させ、その後２０
０℃まで冷却した。For the PVD treatment, a cathodic arc plasma type ion plating device was used. Clean the piston ring with chlorofluorocarbon, remove the dirt adhering to the surface, and thoroughly clean it.
It was inserted into the vacuum chamber of an ion plating device. After evacuation is performed until the chamber internal pressure reaches 1.3 × 10 −3 Pa, the internal gas of the piston ring is released by heating at 300 to 500 ° C. by the heater built into the ion plating device. Then 20
Cooled to 0 ° C.
【００２１】チャンバー内圧力が４．０×１０-3Ｐａ以
下になった時点でクロム−珪素からなるターゲットを陰
極として、その表面でアーク放電を発生させクロムイオ
ンと珪素イオンを飛び出させた。この際ピストンリング
にはバイアス電圧を−７００〜−９００Ｖ印加してお
き、陰極より飛び出したイオンのボンバードクリーニン
グによりピストンリング表面の酸化物除去と活性化処理
を行なった。When the pressure in the chamber became 4.0 × 10 -3 Pa or less, a chromium-silicon target was used as a cathode, and an arc discharge was generated on the surface of the target to eject chromium ions and silicon ions. At this time, a bias voltage of −700 to −900 V was applied to the piston ring, and oxides on the surface of the piston ring were removed by bombard cleaning of ions ejected from the cathode to perform activation treatment.
【００２２】その後バイアス電圧を低下させクロムイオ
ン、珪素イオンをピストンリング外周面に堆積させなが
ら、窒素ガスをチャンバー内に導入し、プラズマ内を通
過することにより窒素をイオン化して、１．０×１０-1
〜１．６Ｐａ程度の圧力として、バイアス電圧を−１０
〜−１００Ｖ印加してピストンリング表面にイオンプレ
ーティング皮膜を形成させた。所定の膜厚形成後、真空
チャンバー内で２００℃以下になるまで冷却してから、
ピストリングをチャンバーから取り出した。Then, while the bias voltage is lowered and chromium ions and silicon ions are deposited on the outer peripheral surface of the piston ring, nitrogen gas is introduced into the chamber, and the nitrogen gas is ionized by passing through the plasma to obtain 1.0 ×. 10 -1
The bias voltage is -10 when the pressure is about 1.6 Pa.
A voltage of -100 V was applied to form an ion plating film on the surface of the piston ring. After forming a predetermined film thickness, cool in a vacuum chamber to 200 ° C or lower,
The ping ring was removed from the chamber.
【００２３】上記方法で、ピストンリング外周表面に原
子比がクロム：ニッケル：窒素＝１：０．２２：０．８
２で構成される窒化クロム＋窒化珪素＋クロム＋珪素の
複合皮膜を１０μｍ被覆した。By the above method, the atomic ratio of chromium: nickel: nitrogen = 1: 0.22: 0.8 on the outer peripheral surface of the piston ring.
A composite film of chromium nitride + silicon nitride + chromium + silicon composed of 2 was coated to a thickness of 10 μm.
【００２４】このようにして得られたピストンリングの
皮膜密着性を測定した。密着性の測定は、ツイスト試験
と呼ばれ、ピストンリング合い口部の一方を固定し、他
の一方をねじって、皮膜の剥離が生ずるまでのねじり角
を測定する方法で行った。比較材として同材質、同寸法
のピストンリング本体に窒化チタンの単一相を５μｍ皮
膜したリングについても同時にツイスト試験を実施し
た。密着性試験結果を比較品のねじり角を１とした角度
比で表１に示した。The film adhesion of the piston ring thus obtained was measured. The adhesion is measured by a method called a twist test, in which one of the piston ring mating portions is fixed and the other is twisted to measure the twist angle until the peeling of the film occurs. As a comparative material, a twist test was simultaneously conducted on a piston ring main body having the same material and dimensions and having a titanium nitride single phase film coated with 5 μm. The results of the adhesion test are shown in Table 1 as an angle ratio with the twist angle of the comparative product being 1.
【００２５】[0025]
【表１】 [Table 1]
【００２６】一般に皮膜の膜厚が厚いほど密着性が劣る
が、本発明皮膜は、窒化チタンに比べ皮膜が厚いにもか
かわらず、剥離が生ずるまでのねじり角が大きく、密着
性が優れている。In general, the thicker the film, the poorer the adhesion, but the film of the present invention has a large twist angle until peeling occurs, and the adhesion is excellent, although the film is thicker than titanium nitride. ..
【００２７】（実施例２）実施例１の方法で窒化クロム
＋窒化珪素＋クロム＋珪素よりなる皮膜を１０μｍ被覆
したピストンリング、同様にして原子比がクロム：珪
素：窒素＝１：０．２２：１．１で構成される窒化クロ
ム＋窒化珪素の皮膜を１０μｍ被覆した本発明のピスト
ンリングを４気筒４サイクルのディーゼルエンジンのト
ップリングに組込み、台上実機試験を実施した。(Embodiment 2) A piston ring coated with a film made of chromium nitride + silicon nitride + chromium + silicon in a thickness of 10 μm by the method of embodiment 1, similarly having an atomic ratio of chromium: silicon: nitrogen = 1: 0.22. The piston ring of the present invention in which a chromium nitride + silicon nitride film having a thickness of 1.1 is coated on a top ring of a 4-cylinder 4-cycle diesel engine was tested on a bench.
【００２８】試験条件 回転数 ：３，５００ｒｐｍ 試験時間 ：１００時間 オイル温度：１２８℃ 水温 ：１１０℃ 吸気温度 ：５５℃ で行なった。ディーゼルエンジンにおいては、燃料の燃
焼によって、燃料中の硫黄分がエンジンオイル中に入り
込み、オイルの酸化を増加させ、ピストンリングは単な
る摩擦摩耗のみではなく、腐食摩耗が促進される雰囲気
となる。エンジンテストのおける外周摩耗量測定結果を
表２に示す。Test conditions Rotation speed: 3,500 rpm Test time: 100 hours Oil temperature: 128 ° C. Water temperature: 110 ° C. Intake air temperature: 55 ° C. In a diesel engine, the combustion of fuel causes the sulfur content in the fuel to enter the engine oil, increasing the oxidation of the oil, so that the piston ring becomes an atmosphere in which not only frictional wear but also corrosive wear is promoted. Table 2 shows the results of measuring the amount of outer wear in the engine test.
【００２９】[0029]
【表２】 [Table 2]
【００３０】比較品であるクロムめっきしたピストンリ
ングに比べ、本発明品は摩耗量が１／３と大幅に減少
し、窒化クロムをイオンプレーティングで被覆したピス
トンリングの摩耗量に対しても４／５程度と減少し、か
なり改善している。したがって本発明皮膜は、従来品に
対し耐摩耗性が向上している。Compared with the chromium plated piston ring which is a comparative product, the wear amount of the present invention is greatly reduced to 1/3, and the wear amount of the piston ring coated with chromium nitride by ion plating is 4 times. It has decreased to about / 5 and has improved considerably. Therefore, the coating of the present invention has improved wear resistance as compared with the conventional product.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上、説明したことから明らかなよう
に、本発明はピストンリングの外周摺動面に窒化クロム
と窒化珪素の複合皮膜、または窒化クロム、窒化珪素、
クロム、珪素よりなる複合皮膜を被覆することによっ
て、従来から使用されているピストンリングに比較し
て、皮膜の密着性及び耐摩耗性に優れており、ピストン
リングの寿命を増大することができる。As is apparent from the above description, the present invention provides a composite film of chromium nitride and silicon nitride, or chromium nitride, silicon nitride, on the outer peripheral sliding surface of the piston ring.
By coating a composite coating made of chromium and silicon, the adhesion and wear resistance of the coating are excellent and the life of the piston ring can be extended as compared with the piston ring that has been conventionally used.
【図１】本発明に係わるピストンリングをシリンダライ
ナ内に装着した状態を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state where a piston ring according to the present invention is mounted in a cylinder liner.
【図２】図１のピストンリングの複合皮膜を示す拡大図
である。FIG. 2 is an enlarged view showing a composite coating of the piston ring of FIG.
１ シリンダライナ ２ ピストン ３ ピストンリング ４ ピストンリング本体 ５ 外周面 ５Ａ 複合皮膜 1 Cylinder Liner 2 Piston 3 Piston Ring 4 Piston Ring Body 5 Outer Surface 5A Composite Film
Claims (4)
外周摺動面（５）に、窒化クロムと窒化珪素よりなるイ
オンプレーティング皮膜（５Ａ）が１〜４０μｍの厚さ
で形成されていることを特徴とするピストンリング。1. An ion plating film (5A) made of chromium nitride and silicon nitride having a thickness of 1 to 40 μm is formed on at least an outer peripheral sliding surface (5) of a piston ring base material (3). Piston ring characterized by.
しくは珪素のいずれかまたは両方よりなるイオンプレー
ティング皮膜（５Ａ）が形成されていることを特徴とす
る請求項１記載のピストンリング。2. The piston ring according to claim 1, wherein an ion plating film (5A) made of chromium, silicon, or both, is formed in addition to chromium nitride and silicon nitride.
膜表面に向って、皮膜中の窒化クロムと窒化珪素の比率
が連続的に増大していることを特徴とする請求項２記載
のピストンリング。3. The piston according to claim 2, wherein the ratio of chromium nitride and silicon nitride in the coating continuously increases from the surface of the piston ring base material (3) toward the coating surface. ring.
ーティング皮膜（５Ａ）との間にクロムと珪素からなる
下地層が形成されている請求項３記載のピストンリン
グ。4. The piston ring according to claim 3, wherein a base layer made of chromium and silicon is formed between the piston ring base material (3) and the ion plating film (5A).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5876092A JPH05223172A (en) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | Piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5876092A JPH05223172A (en) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | Piston ring |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223172A true JPH05223172A (en) | 1993-08-31 |
Family
ID=13093500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5876092A Pending JPH05223172A (en) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | Piston ring |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05223172A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003070999A1 (en) * | 2002-02-20 | 2003-08-28 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Piston ring comprising a pvd coating |
| JP2008014228A (en) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | Piston ring for internal-combustion engine |
| WO2025046758A1 (en) * | 2023-08-29 | 2025-03-06 | 株式会社リケン | Piston ring |
-
1992
- 1992-02-13 JP JP5876092A patent/JPH05223172A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003070999A1 (en) * | 2002-02-20 | 2003-08-28 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Piston ring comprising a pvd coating |
| JP2008014228A (en) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | Piston ring for internal-combustion engine |
| WO2025046758A1 (en) * | 2023-08-29 | 2025-03-06 | 株式会社リケン | Piston ring |
| CN119907884A (en) * | 2023-08-29 | 2025-04-29 | 株式会社理研 | Piston rings |
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