JPH0578821A - ピストンリング及びその製造法 - Google Patents
ピストンリング及びその製造法Info
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐摩耗性、耐焼付性に優れると共に、母材と
の密着性、被膜靭性を併せ持つ、厚膜処理に適した硬質
被膜を有するピストンリングを提供する。 【構成】 アークイオンプレーティング装置１１を用い
て、コバルト、ニッケル、モリブデン等の炭化物又は窒
化物を形成しない金属を第１ターゲット１６とし、シリ
コン、チタン、バナジウム、クロム、鉄、ジルコニウ
ム、ニオブ、タングステン等の炭化物又は窒化物を形成
する金属を第２ターゲット１８とし、プロセスガスとし
て窒素、アセチレン、メタンなどを導入して、被コーテ
ィング物であるピストンリング本体２１に成膜させるこ
とにより、ピストンリング本体２１の少なくとも摺動外
周面に、金属と炭化物又は窒化物との混合組織からなる
硬質被膜を形成する。
の密着性、被膜靭性を併せ持つ、厚膜処理に適した硬質
被膜を有するピストンリングを提供する。 【構成】 アークイオンプレーティング装置１１を用い
て、コバルト、ニッケル、モリブデン等の炭化物又は窒
化物を形成しない金属を第１ターゲット１６とし、シリ
コン、チタン、バナジウム、クロム、鉄、ジルコニウ
ム、ニオブ、タングステン等の炭化物又は窒化物を形成
する金属を第２ターゲット１８とし、プロセスガスとし
て窒素、アセチレン、メタンなどを導入して、被コーテ
ィング物であるピストンリング本体２１に成膜させるこ
とにより、ピストンリング本体２１の少なくとも摺動外
周面に、金属と炭化物又は窒化物との混合組織からなる
硬質被膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも摺動外周面
にイオンプレーティングよる硬質被膜が形成された内燃
機関用のピストンリング及びその製造法に関する。
にイオンプレーティングよる硬質被膜が形成された内燃
機関用のピストンリング及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車用内燃機関は、高速、高出
力化が進められ、ピストン周囲の熱負荷が増加してお
り、このため使用されるピストンリングに対しても、よ
り高度な耐摩耗性や耐焼付性が求められるようになって
きた。
力化が進められ、ピストン周囲の熱負荷が増加してお
り、このため使用されるピストンリングに対しても、よ
り高度な耐摩耗性や耐焼付性が求められるようになって
きた。
【０００３】従来、ピストンリングの摺動外周面の表面
処理としては、硬質Ｃｒめっき、合金溶射、ステンレス
窒化等が一般的であり、それぞれの特徴を活かして使用
されてきたが、上記高速、高出力化された内燃機関の一
部においては、これら従来の表面処理では性能面で不十
分なものがでてきた。
処理としては、硬質Ｃｒめっき、合金溶射、ステンレス
窒化等が一般的であり、それぞれの特徴を活かして使用
されてきたが、上記高速、高出力化された内燃機関の一
部においては、これら従来の表面処理では性能面で不十
分なものがでてきた。
【０００４】このため、近年、ピストンリングの摺動外
周面に、より耐摩耗性、耐焼付性に優れた特性を有する
セラミックス質のＰＶＤ被膜処理を施すことが提案され
ている（例えば、特開昭５７−５７８６８号、特開昭５
７−６５８３７号、特開昭５８−３５６４８号、実公平
１−２２９２２号、特公平１−３３６５８号）。
周面に、より耐摩耗性、耐焼付性に優れた特性を有する
セラミックス質のＰＶＤ被膜処理を施すことが提案され
ている（例えば、特開昭５７−５７８６８号、特開昭５
７−６５８３７号、特開昭５８−３５６４８号、実公平
１−２２９２２号、特公平１−３３６５８号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＰ
ＶＤによるセラミック質被膜は、非常に硬質で脆い性質
を有するため、エンジンの寿命を全うするに十分な被膜
厚さとすると、使用上での被膜の欠けや剥離、及びピス
トンリング自身の強度劣化等が起こりやすいという問題
点があった。
ＶＤによるセラミック質被膜は、非常に硬質で脆い性質
を有するため、エンジンの寿命を全うするに十分な被膜
厚さとすると、使用上での被膜の欠けや剥離、及びピス
トンリング自身の強度劣化等が起こりやすいという問題
点があった。
【０００６】更に、摺動特性としても、通常の潤滑状況
では、非常に良好な耐摩耗性、耐焼付性を示すが、軟質
な鋳鉄シリンダとの組合せ使用で、潤滑油が極端に少な
い場合には、相手シリンダを異常摩耗させることがあっ
た。
では、非常に良好な耐摩耗性、耐焼付性を示すが、軟質
な鋳鉄シリンダとの組合せ使用で、潤滑油が極端に少な
い場合には、相手シリンダを異常摩耗させることがあっ
た。
【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、その目的は、耐摩耗性、
耐焼付性を維持すると共に、母材との密着性と被膜靭性
とを併せ持つ、厚膜処理に適した硬質被膜を有するピス
トンリング及びその製造法を提供することにある。
るためになされたものであり、その目的は、耐摩耗性、
耐焼付性を維持すると共に、母材との密着性と被膜靭性
とを併せ持つ、厚膜処理に適した硬質被膜を有するピス
トンリング及びその製造法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるピストンリングは、少なくとも摺動外
周面にイオンプレーティングによる硬質被膜が形成され
たピストンリングにおいて、前記硬質被膜が、炭化物又
は窒化物を形成しない金属と、炭化物又は窒化物を形成
する金属の炭化物又は窒化物との微細な混合組織からな
ることを特徴とする。
め、本発明によるピストンリングは、少なくとも摺動外
周面にイオンプレーティングによる硬質被膜が形成され
たピストンリングにおいて、前記硬質被膜が、炭化物又
は窒化物を形成しない金属と、炭化物又は窒化物を形成
する金属の炭化物又は窒化物との微細な混合組織からな
ることを特徴とする。
【０００９】また、本発明によるピストンリングの製造
法は、炭化物又は窒化物を形成しない金属と、炭化物又
は窒化物を形成する金属とからなるターゲットを陰極と
し、窒素又は炭素を構成元素とするプロセスガス雰囲気
中でアーク放電させて、前記ターゲットから金属イオン
を放出させ、被コーティング物であるピストンリングに
バイアス電圧を印加して、前記金属イオンをプロセスガ
ス粒子と共にピストンリング表面に密着させて、緻密な
硬質被膜を形成させることを特徴とする。
法は、炭化物又は窒化物を形成しない金属と、炭化物又
は窒化物を形成する金属とからなるターゲットを陰極と
し、窒素又は炭素を構成元素とするプロセスガス雰囲気
中でアーク放電させて、前記ターゲットから金属イオン
を放出させ、被コーティング物であるピストンリングに
バイアス電圧を印加して、前記金属イオンをプロセスガ
ス粒子と共にピストンリング表面に密着させて、緻密な
硬質被膜を形成させることを特徴とする。
【００１０】なお、本発明において、前記炭化物又は窒
化物を形成しない金属としては、コバルト、ニッケル及
びモリブデンから選ばれた１種又は２種以上が好ましく
採用される。また、前記炭化物又は窒化物を形成する金
属としては、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、
鉄、ジルコニウム、ニオブ及びタングステンから選ばれ
た１種又は２種以上が好ましく採用され、特にチタン、
クロム、バナジウム、タングステンが好ましい。
化物を形成しない金属としては、コバルト、ニッケル及
びモリブデンから選ばれた１種又は２種以上が好ましく
採用される。また、前記炭化物又は窒化物を形成する金
属としては、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、
鉄、ジルコニウム、ニオブ及びタングステンから選ばれ
た１種又は２種以上が好ましく採用され、特にチタン、
クロム、バナジウム、タングステンが好ましい。
【００１１】また、本発明の製造法において、前記プロ
セスガスとしては、例えば炭化物を形成する場合には、
アセチレン、メタンガスが好ましく用いられ、窒化物を
形成する場合には、窒素ガスが好ましく用いられる。
セスガスとしては、例えば炭化物を形成する場合には、
アセチレン、メタンガスが好ましく用いられ、窒化物を
形成する場合には、窒素ガスが好ましく用いられる。
【００１２】また、本発明において、前記硬質被膜の厚
さは、特に限定されないが、好ましくは、15〜70μｍの
範囲とされる。被膜の厚さが15μｍより薄い場合は、ピ
ストンリングの耐久性を十分に得られず、70μｍより厚
い場合は、クラック等が発生しやすくなる。
さは、特に限定されないが、好ましくは、15〜70μｍの
範囲とされる。被膜の厚さが15μｍより薄い場合は、ピ
ストンリングの耐久性を十分に得られず、70μｍより厚
い場合は、クラック等が発生しやすくなる。
【００１３】更に、本発明においては、ピストンリング
本体の少なくとも摺動外周面に、前記硬質被膜を形成し
た後、更に窒化処理を施してもよい。窒化処理として
は、例えば塩浴軟窒化、ガス窒化などが採用される。
本体の少なくとも摺動外周面に、前記硬質被膜を形成し
た後、更に窒化処理を施してもよい。窒化処理として
は、例えば塩浴軟窒化、ガス窒化などが採用される。
【００１４】
【作用】一般にイオンプレーティングによる硬質被膜と
しては、特に耐摩耗性に優れたものとして、ＴｉＣ、Ｔ
ｉＮ、ＣｒＮが知られている。これらの単一組成の被膜
は、靭性に乏しいので、加工時あるいはピストンリング
をピストンに組み付ける際に剥離したり、クラックが発
生したりする。ピストンリングのような応力負荷状態で
の使用に耐えるためには、被膜の厚さを、ＴｉＣでは３
μｍ以下、ＴｉＮでは10μｍ以下、ＣｒＮでは15μｍ以
下にすることが必要である。
しては、特に耐摩耗性に優れたものとして、ＴｉＣ、Ｔ
ｉＮ、ＣｒＮが知られている。これらの単一組成の被膜
は、靭性に乏しいので、加工時あるいはピストンリング
をピストンに組み付ける際に剥離したり、クラックが発
生したりする。ピストンリングのような応力負荷状態で
の使用に耐えるためには、被膜の厚さを、ＴｉＣでは３
μｍ以下、ＴｉＮでは10μｍ以下、ＣｒＮでは15μｍ以
下にすることが必要である。
【００１５】本発明においては、炭化物又は窒化物を形
成しない金属と、炭化物又は窒化物を形成する金属とを
ターゲットとし、ピストンリング本体を被コーティング
物として、窒素又は炭素を構成元素とするプロセスガス
雰囲気中で、いわゆるアークイオンプレーティングを行
うことにより、ピストンリング本体の少なくとも摺動外
周面に、炭化物又は窒化物を形成しない金属と、炭化物
又は窒化物を形成する金属の炭化物又は窒化物との微細
な混合組織からなる硬質被膜を形成する。
成しない金属と、炭化物又は窒化物を形成する金属とを
ターゲットとし、ピストンリング本体を被コーティング
物として、窒素又は炭素を構成元素とするプロセスガス
雰囲気中で、いわゆるアークイオンプレーティングを行
うことにより、ピストンリング本体の少なくとも摺動外
周面に、炭化物又は窒化物を形成しない金属と、炭化物
又は窒化物を形成する金属の炭化物又は窒化物との微細
な混合組織からなる硬質被膜を形成する。
【００１６】この硬質被膜は、ごく微細な適量の炭化物
又は窒化物を含有するので、硬度が高く、優れた耐摩耗
性、耐焼付性を有しており、また、炭化物又は窒化物を
形成しない金属を含有することにより、ピストンリング
本体との密着性、靭性を併せ持っている。このため、硬
質被膜を厚く形成しても、例えば厚さ15〜70μｍ程度に
しても、被膜の割れや欠けが生じにくく、硬質被膜を十
分に厚く形成して、ピストンリングの耐久性をより高め
ることができる。
又は窒化物を含有するので、硬度が高く、優れた耐摩耗
性、耐焼付性を有しており、また、炭化物又は窒化物を
形成しない金属を含有することにより、ピストンリング
本体との密着性、靭性を併せ持っている。このため、硬
質被膜を厚く形成しても、例えば厚さ15〜70μｍ程度に
しても、被膜の割れや欠けが生じにくく、硬質被膜を十
分に厚く形成して、ピストンリングの耐久性をより高め
ることができる。
【００１７】本発明において、硬質被膜の耐摩耗性、耐
焼付性は、用途に応じて、炭化物又は窒化物を形成しな
い金属と、炭化物又は窒化物との混合比により調整する
ことが可能である。
焼付性は、用途に応じて、炭化物又は窒化物を形成しな
い金属と、炭化物又は窒化物との混合比により調整する
ことが可能である。
【００１８】また、上記硬質被膜を形成した後、窒化処
理を施すことにより、ピストンのリング溝との相性もよ
くなり、更に耐久性に優れたピストンリングとすること
ができる。なお、窒化処理によって、イオンプレーティ
ングによる硬質被膜が損なわれることはない。また、窒
化処理は、上記硬質被膜を形成する前に予め施すことも
できるが、窒化処理時に発生する化合物層及びポーラス
層は脆いために、イオンプレーティングによる被膜の付
着性に悪影響を与える。したがって、その場合には、上
記化合物層及びポーラス層を除去してから、イオンプレ
ーティング処理を行うことが好ましい。
理を施すことにより、ピストンのリング溝との相性もよ
くなり、更に耐久性に優れたピストンリングとすること
ができる。なお、窒化処理によって、イオンプレーティ
ングによる硬質被膜が損なわれることはない。また、窒
化処理は、上記硬質被膜を形成する前に予め施すことも
できるが、窒化処理時に発生する化合物層及びポーラス
層は脆いために、イオンプレーティングによる被膜の付
着性に悪影響を与える。したがって、その場合には、上
記化合物層及びポーラス層を除去してから、イオンプレ
ーティング処理を行うことが好ましい。
【００１９】
【実施例】図１には、本発明のピストンリングの製造に
用いられるアークイオンプレーティング装置の一例が示
されている。
用いられるアークイオンプレーティング装置の一例が示
されている。
【００２０】この装置１１は、プロセスガス入口１２、
排気口１３を有する真空容器１４を備え、この真空容器
１４内に、アーク電源１５の陰極に接続された第１ター
ゲット１６と、アーク電源１７の陰極に接続された第２
ターゲット１８とが配置されている。第１ターゲット１
６としては、コバルト、ニッケル及びモリブデンから選
ばれた１種又は２種以上からなる炭化物又は窒化物を形
成しない金属が用いられる。また、第２ターゲット１８
としては、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、
鉄、ジルコニウム、ニオブ及びタングステンから選ばれ
た１種又は２種以上が用いられる。更に、真空容器１４
内には、バイアス電源１９に接続された回転テーブル２
０が配置され、この回転テーブル２０上に、被コーティ
ング物をなすピストンリング本体２１が設置されてい
る。ピストンリング本体２１は、鋳鉄又は鋼製のものが
好ましく採用される。なお、ターゲット１６、１８の金
属の合金を用いて、ターゲットを１つにすることもでき
る。
排気口１３を有する真空容器１４を備え、この真空容器
１４内に、アーク電源１５の陰極に接続された第１ター
ゲット１６と、アーク電源１７の陰極に接続された第２
ターゲット１８とが配置されている。第１ターゲット１
６としては、コバルト、ニッケル及びモリブデンから選
ばれた１種又は２種以上からなる炭化物又は窒化物を形
成しない金属が用いられる。また、第２ターゲット１８
としては、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、
鉄、ジルコニウム、ニオブ及びタングステンから選ばれ
た１種又は２種以上が用いられる。更に、真空容器１４
内には、バイアス電源１９に接続された回転テーブル２
０が配置され、この回転テーブル２０上に、被コーティ
ング物をなすピストンリング本体２１が設置されてい
る。ピストンリング本体２１は、鋳鉄又は鋼製のものが
好ましく採用される。なお、ターゲット１６、１８の金
属の合金を用いて、ターゲットを１つにすることもでき
る。
【００２１】次に、このアークイオンプレーティング装
置１１を用いて、ピストンリング本体２１に硬質被膜を
形成する方法について説明する。
置１１を用いて、ピストンリング本体２１に硬質被膜を
形成する方法について説明する。
【００２２】上記のように、第１ターゲット１６、第２
ターゲット１８及びピストンリング本体２１を配置した
後、まず、排気口１３から排気して、真空容器１４内を
1.3×10-3Torr以下の真空状態にする。そして、ターゲ
ット１６、１８と、図示しないトリガーの接触・切り離
しにより、真空アーク放電（アーク電流値100 Ａ）を発
生させ、加速されたイオンによるイオンボンバード処理
で、ピストンリング本体２１のクリーニング処理及び加
熱を行う。この時、バイアス電圧700 Ｖを印加する。
ターゲット１８及びピストンリング本体２１を配置した
後、まず、排気口１３から排気して、真空容器１４内を
1.3×10-3Torr以下の真空状態にする。そして、ターゲ
ット１６、１８と、図示しないトリガーの接触・切り離
しにより、真空アーク放電（アーク電流値100 Ａ）を発
生させ、加速されたイオンによるイオンボンバード処理
で、ピストンリング本体２１のクリーニング処理及び加
熱を行う。この時、バイアス電圧700 Ｖを印加する。
【００２３】その後、窒素、アセチレン等のプロセスガ
スを導入し、ピストンリング本体２１に50Ｖのバイアス
電圧を印加し、再度アーク放電（アーク電流値100 Ａ）
を発生させ、成膜を開始する。このとき、アークは、タ
ーゲット１６、１８表面にスポットを形成し、ターゲッ
ト１６、１８の金属がアーク電流のエネルギーにより溶
融蒸発して、金属イオン２２、２３となって飛び出す。
そして、金属イオン２２、２３は、窒素、アセチンレン
等のプロセスガス粒子２４と共に、ピストンリング本体
２１の表面に密着し、緻密な膜を形成する。
スを導入し、ピストンリング本体２１に50Ｖのバイアス
電圧を印加し、再度アーク放電（アーク電流値100 Ａ）
を発生させ、成膜を開始する。このとき、アークは、タ
ーゲット１６、１８表面にスポットを形成し、ターゲッ
ト１６、１８の金属がアーク電流のエネルギーにより溶
融蒸発して、金属イオン２２、２３となって飛び出す。
そして、金属イオン２２、２３は、窒素、アセチンレン
等のプロセスガス粒子２４と共に、ピストンリング本体
２１の表面に密着し、緻密な膜を形成する。
【００２４】この場合、第１ターゲット１６の金属は、
窒素、炭素とは反応しないか、もしくは反応しても容易
に単離するので、金属のまま生成する。一方、第２ター
ゲット１８の金属は、プロセスガスの窒素、炭素と反応
して、窒化物又は炭化物として生成する。この結果、ピ
ストンリング本体２１表面に形成された被膜は、第１タ
ーゲット１６の金属と、第２ターゲット１８の金属の窒
化物又は炭化物の混合組織をなすものとなる。
窒素、炭素とは反応しないか、もしくは反応しても容易
に単離するので、金属のまま生成する。一方、第２ター
ゲット１８の金属は、プロセスガスの窒素、炭素と反応
して、窒化物又は炭化物として生成する。この結果、ピ
ストンリング本体２１表面に形成された被膜は、第１タ
ーゲット１６の金属と、第２ターゲット１８の金属の窒
化物又は炭化物の混合組織をなすものとなる。
【００２５】実験例１ 前述した方法により、母材が１７ＣｒＳＵＳからなるピ
ストンリング本体に、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏから選ばれた１
種の金属と、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＶＣ、ＷＣから選ばれた
１種の窒化物又は炭化物との混合組織からなる硬質被膜
を形成した。更に、硬質被膜を形成した後、母材の窒化
処理を行った。こうして得られた各ピストンリングにつ
いて、硬質被膜の膜厚及び硬さを表１に示す。
ストンリング本体に、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏから選ばれた１
種の金属と、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＶＣ、ＷＣから選ばれた
１種の窒化物又は炭化物との混合組織からなる硬質被膜
を形成した。更に、硬質被膜を形成した後、母材の窒化
処理を行った。こうして得られた各ピストンリングにつ
いて、硬質被膜の膜厚及び硬さを表１に示す。
【００２６】また、比較のため、母材がＳＷＯＳＣから
なるピストンリング本体にＣｒめっきを施したもの、母
材が１７ＣｒＳＵＳからなるピストンリング本体にガス
窒化処理を施したもの、母材が１７ＣｒＳＵＳからなる
ピストンリング本体にＴｉＮのＰＶＤ膜を形成し、更に
母材を窒化処理したもの、母材が１７ＣｒＳＵＳからな
るピストンリング本体にＣｒＮのＰＶＤ膜を形成し、更
に母材を窒化処理したものをそれぞれ作成した。これら
の膜厚及び硬さを同じく表１に示す。
なるピストンリング本体にＣｒめっきを施したもの、母
材が１７ＣｒＳＵＳからなるピストンリング本体にガス
窒化処理を施したもの、母材が１７ＣｒＳＵＳからなる
ピストンリング本体にＴｉＮのＰＶＤ膜を形成し、更に
母材を窒化処理したもの、母材が１７ＣｒＳＵＳからな
るピストンリング本体にＣｒＮのＰＶＤ膜を形成し、更
に母材を窒化処理したものをそれぞれ作成した。これら
の膜厚及び硬さを同じく表１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】実験例２ 実験例１と同様な母材を用いて、同様な条件で表面処理
したリング材を上試験片とし、鋳鉄材ＦＣ２５で作成し
た相手材を下試験片として、往復摩擦試験機により摩耗
試験を行った。試験は、まず、２kgf ×100cpm×５min
の条件でならしを行い、更に、10kgf ×600cpm×５Hrの
条件で本試験を行い、リング材（上試験片）と相手材
（下試験片）の摩耗量（μｍ）をそれぞれ測定した。
したリング材を上試験片とし、鋳鉄材ＦＣ２５で作成し
た相手材を下試験片として、往復摩擦試験機により摩耗
試験を行った。試験は、まず、２kgf ×100cpm×５min
の条件でならしを行い、更に、10kgf ×600cpm×５Hrの
条件で本試験を行い、リング材（上試験片）と相手材
（下試験片）の摩耗量（μｍ）をそれぞれ測定した。
【００２９】この結果を図２に示す。本発明のリング材
は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏから選ばれた１種と、ＴｉＮ、Ｃ
ｒＮ、ＶＣ、ＷＣから選ばれた１種との混合組織からな
る硬質被膜を有するものであるが、これらは、Ｃｒめっ
き、窒化処理層、ＴｉＮ、ＣｒＮを設けた比較例のリン
グ材に比べて、リング材自体の摩耗量、相手材の摩耗量
が共に少ないことがわかる。
は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏから選ばれた１種と、ＴｉＮ、Ｃ
ｒＮ、ＶＣ、ＷＣから選ばれた１種との混合組織からな
る硬質被膜を有するものであるが、これらは、Ｃｒめっ
き、窒化処理層、ＴｉＮ、ＣｒＮを設けた比較例のリン
グ材に比べて、リング材自体の摩耗量、相手材の摩耗量
が共に少ないことがわかる。
【００３０】実験例３ 実験例１で得られた各ピストンリングについて、図３に
示す方法により硬質被膜の剥離試験を行った。すなわ
ち、図３（ｂ）に示すように、ピストンリング３１の合
い口の部分に、固定係合片３２と可動係合片３３とを係
合させ、可動係合片３３を図中矢印方向に移動させて、
図３（ａ）におけるピストンリング３１の断面の幅Ｔの
何倍（ｎＴ）広げたときに、剥離が生じたかを測定し
た。
示す方法により硬質被膜の剥離試験を行った。すなわ
ち、図３（ｂ）に示すように、ピストンリング３１の合
い口の部分に、固定係合片３２と可動係合片３３とを係
合させ、可動係合片３３を図中矢印方向に移動させて、
図３（ａ）におけるピストンリング３１の断面の幅Ｔの
何倍（ｎＴ）広げたときに、剥離が生じたかを測定し
た。
【００３１】この結果を図４に示す。図４において、比
較例は、Ｃｒめっき、窒化処理層、ＰＶＤによるＴｉ
Ｎ、ＣｒＮ膜を設けたもので、ＴｉＮ膜は、厚さ３、
５、８、12μｍの４種、ＣｒＮ膜は、厚さ10、20、30、
50μｍの４種作成した。また、実施例は、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｍｏから選ばれた１種と、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＶＣ、ＷＣ
から選ばれた１種との混合組織からなる硬質被膜を設け
たもので、それぞれの被膜は、厚さ30、70μｍの２種作
成した。また、図の上部横軸には、広げた幅ｎＴが示さ
れており、その下欄には、各サンプルの剥離を生じた位
置が○で示されている。なお、Ｃｒめっき、窒化処理層
を設けたものについては、５つのサンプルについて測定
を行い、他のものについては、３つのサンプルについて
それぞれ測定を行った。
較例は、Ｃｒめっき、窒化処理層、ＰＶＤによるＴｉ
Ｎ、ＣｒＮ膜を設けたもので、ＴｉＮ膜は、厚さ３、
５、８、12μｍの４種、ＣｒＮ膜は、厚さ10、20、30、
50μｍの４種作成した。また、実施例は、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｍｏから選ばれた１種と、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＶＣ、ＷＣ
から選ばれた１種との混合組織からなる硬質被膜を設け
たもので、それぞれの被膜は、厚さ30、70μｍの２種作
成した。また、図の上部横軸には、広げた幅ｎＴが示さ
れており、その下欄には、各サンプルの剥離を生じた位
置が○で示されている。なお、Ｃｒめっき、窒化処理層
を設けたものについては、５つのサンプルについて測定
を行い、他のものについては、３つのサンプルについて
それぞれ測定を行った。
【００３２】図４に示す結果から、比較例のＣｒめっ
き、窒化処理層を設けたものについては、いずれも剥離
は生じていないが、ＰＶＤによるＴｉＮ、ＣｒＮ膜を設
けたものについては、特に膜厚が厚くなると、剥離を生
じやすくなることがわかる。これに対して、実施例のＣ
ｏ、Ｎｉ、Ｍｏから選ばれた１種と、ＴｉＮ、ＣｒＮ、
ＶＣ、ＷＣから選ばれた１種との混合組織からなる硬質
被膜を設けたものについては、厚さ30、70μｍのいずれ
であっても、剥離を生じる位置が、実用上支障がない範
囲（ｎＴ＞１１）となっていることがわかる。
き、窒化処理層を設けたものについては、いずれも剥離
は生じていないが、ＰＶＤによるＴｉＮ、ＣｒＮ膜を設
けたものについては、特に膜厚が厚くなると、剥離を生
じやすくなることがわかる。これに対して、実施例のＣ
ｏ、Ｎｉ、Ｍｏから選ばれた１種と、ＴｉＮ、ＣｒＮ、
ＶＣ、ＷＣから選ばれた１種との混合組織からなる硬質
被膜を設けたものについては、厚さ30、70μｍのいずれ
であっても、剥離を生じる位置が、実用上支障がない範
囲（ｎＴ＞１１）となっていることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ピストンリングの少なくとも摺動外周面に、炭化物又は
窒化物を形成しない金属と、炭化物又は窒化物を形成す
る金属の炭化物又は窒化物との微細な混合組織からなる
硬質被膜を設けたことにより、母材との密着性、被膜の
靭性が向上し、被膜の厚さを厚くしても、クラックや剥
離の発生を防止することができる。また、硬質被膜中の
炭化物又は窒化物により優れた耐摩耗性が得られ、超微
細な組織であるため、相手材の摩耗も少なくすることが
できる。更に、硬質被膜が超微細な組織であるため、油
膜切れも生じにくくなり、耐焼付性にも優れている。更
に、上記硬質被膜を設けたピストンリングを窒化処理す
ることにより、ピストンリング溝との相性もよく、耐久
性に優れたピストンリングとすることができる。
ピストンリングの少なくとも摺動外周面に、炭化物又は
窒化物を形成しない金属と、炭化物又は窒化物を形成す
る金属の炭化物又は窒化物との微細な混合組織からなる
硬質被膜を設けたことにより、母材との密着性、被膜の
靭性が向上し、被膜の厚さを厚くしても、クラックや剥
離の発生を防止することができる。また、硬質被膜中の
炭化物又は窒化物により優れた耐摩耗性が得られ、超微
細な組織であるため、相手材の摩耗も少なくすることが
できる。更に、硬質被膜が超微細な組織であるため、油
膜切れも生じにくくなり、耐焼付性にも優れている。更
に、上記硬質被膜を設けたピストンリングを窒化処理す
ることにより、ピストンリング溝との相性もよく、耐久
性に優れたピストンリングとすることができる。
【図１】本発明のピストンリングの製造に用いられるア
ークイオンプレーティング装置の一例を示す説明図であ
る。
ークイオンプレーティング装置の一例を示す説明図であ
る。
【図２】実施例及び比較例の各種表面処理を施したリン
グ材と、相手材との往復摩擦試験機による摩耗試験結果
を示す図である。
グ材と、相手材との往復摩擦試験機による摩耗試験結果
を示す図である。
【図３】ピストンリングに設けた硬質被膜の剥離試験方
法を示す説明図である。
法を示す説明図である。
【図４】実施例及び比較例の各種表面処理を施したピス
トンリングの剥離試験結果を示す図である。
トンリングの剥離試験結果を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも摺動外周面にイオンプレーテ
ィングによる硬質被膜が形成されたピストンリングにお
いて、前記硬質被膜が、炭化物又は窒化物を形成しない
金属と、炭化物又は窒化物を形成する金属の炭化物又は
窒化物との微細な混合組織からなることを特徴とするピ
ストンリング。 - 【請求項２】 前記炭化物又は窒化物を形成しない金属
が、コバルト、ニッケル及びモリブデンから選ばれた１
種又は２種以上であり、前記炭化物又は窒化物を形成す
る金属の炭化物又は窒化物が、シリコン、チタン、バナ
ジウム、クロム、鉄、ジルコニウム、ニオブ及びタング
ステンから選ばれた１種又は２種以上の炭化物又は窒化
物である請求項１記載のピストンリング。 - 【請求項３】 鋳鉄又は鋼製ピストンリング本体の外周
面に、前記硬質被膜が形成され、更に窒化処理されてい
る請求項１又は２記載のピストンリング。 - 【請求項４】 炭化物又は窒化物を形成しない金属と、
炭化物又は窒化物を形成する金属とからなるターゲット
を陰極とし、窒素又は炭素を構成元素とするプロセスガ
ス雰囲気中でアーク放電させて、前記ターゲットから金
属イオンを放出させ、被コーティング物であるピストン
リングにバイアス電圧を印加して、前記金属イオンをプ
ロセスガス粒子と共にピストンリング表面に密着させ
て、緻密な硬質被膜を形成させることを特徴とするピス
トンリングの製造法。 - 【請求項５】 前記炭化物又は窒化物を形成しない金属
が、コバルト、ニッケル及びモリブデンから選ばれた１
種又は２種以上であり、前記炭化物又は窒化物を形成す
る金属が、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、
鉄、ジルコニウム、ニオブ及びタングステンから選ばれ
た１種又は２種以上である請求項４記載のピストンリン
グの製造法。 - 【請求項６】 前記プロセスガスが、窒素、アセチレン
及びメタンから選ばれた１種である請求項４又は５記載
のピストンリングの製造法。 - 【請求項７】 前記硬質被膜を形成した後、窒化処理を
行う請求項４〜６のいずれか一つに記載のピストンリン
グの製造法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26879191A JP3221892B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | ピストンリング及びその製造法 |
| GB9219814A GB2259715B (en) | 1991-09-20 | 1992-09-18 | Piston ring and process for manufacturing the same |
| US08/464,306 US5618590A (en) | 1991-09-20 | 1995-06-05 | Process for manufacturing a piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26879191A JP3221892B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | ピストンリング及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0578821A true JPH0578821A (ja) | 1993-03-30 |
| JP3221892B2 JP3221892B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=17463328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26879191A Expired - Fee Related JP3221892B2 (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | ピストンリング及びその製造法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5618590A (ja) |
| JP (1) | JP3221892B2 (ja) |
| GB (1) | GB2259715B (ja) |
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| WO2015133256A1 (ja) * | 2014-03-03 | 2015-09-11 | 株式会社神戸製鋼所 | 硬質皮膜およびその形成方法、ならびに鋼板熱間成型用金型 |
| KR20160070308A (ko) * | 2014-12-09 | 2016-06-20 | 현대자동차주식회사 | 엔진 구동 부품 코팅 방법 |
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| JPH09112448A (ja) * | 1995-10-18 | 1997-05-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スクロール圧縮機 |
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| US6660365B1 (en) | 1998-12-21 | 2003-12-09 | Cardinal Cg Company | Soil-resistant coating for glass surfaces |
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