JP2001099322A - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】耐摩耗性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃
性、耐剥離性、に優れた硬質皮膜を備えたピストンリン
グを提供する。 【解決手段】ピストンリングの少なくとも摺動面に、Ｃ
ｒＮの結晶構造中にＯが１〜１５ｗｔ％、Ｃが１〜１５
ｗｔ％、それぞれ固溶されているＣｒ−Ｎ−Ｏ−Ｃ合金
の硬質皮膜を形成した。
性、耐剥離性、に優れた硬質皮膜を備えたピストンリン
グを提供する。 【解決手段】ピストンリングの少なくとも摺動面に、Ｃ
ｒＮの結晶構造中にＯが１〜１５ｗｔ％、Ｃが１〜１５
ｗｔ％、それぞれ固溶されているＣｒ−Ｎ−Ｏ−Ｃ合金
の硬質皮膜を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に耐摩耗性、耐
スカッフィング性および耐相手攻撃性等の摺動特性と靱
性とを改良した硬質被覆ピストンリングに関するもので
ある。
スカッフィング性および耐相手攻撃性等の摺動特性と靱
性とを改良した硬質被覆ピストンリングに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、内燃機関用ピストンリングにはそ
の耐久性を改善する手段として、摺動面に硬質クロムめ
っき処理や窒化処理などの耐摩耗性表面処理が施されて
いる。しかし近年、内燃機関の軽量化と高出力化に伴
い、ピストンリングに要求される品質が高度になってき
ており、上記の表面処理では機能的に不十分になってき
ている。また、上記問題を解決すべく一部の内燃機関で
は、ＰＶＤ（物理的蒸着）法で作製された窒化クロム
（ＣｒＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）等の硬質皮膜が採用
されているが、これらの皮膜でも自分自身の耐摩耗性は
優れているものの、時として相手材であるシリンダライ
ナの摩耗を増加させることがある。これからのエンジン
は益々高出力化になり、ピストンリングの摺動環境は非
常に過酷になる。市場ニーズとして、さらに耐摩耗性、
耐スカッフィング性、耐相手攻撃性、及び耐靱性に優れ
た皮膜の表面処理が求められている。
の耐久性を改善する手段として、摺動面に硬質クロムめ
っき処理や窒化処理などの耐摩耗性表面処理が施されて
いる。しかし近年、内燃機関の軽量化と高出力化に伴
い、ピストンリングに要求される品質が高度になってき
ており、上記の表面処理では機能的に不十分になってき
ている。また、上記問題を解決すべく一部の内燃機関で
は、ＰＶＤ（物理的蒸着）法で作製された窒化クロム
（ＣｒＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）等の硬質皮膜が採用
されているが、これらの皮膜でも自分自身の耐摩耗性は
優れているものの、時として相手材であるシリンダライ
ナの摩耗を増加させることがある。これからのエンジン
は益々高出力化になり、ピストンリングの摺動環境は非
常に過酷になる。市場ニーズとして、さらに耐摩耗性、
耐スカッフィング性、耐相手攻撃性、及び耐靱性に優れ
た皮膜の表面処理が求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の点に
鑑み、従来の表面処理の欠点を解決し、耐摩耗性、耐ス
カッフィング性、耐相手攻撃性及び耐靱性のより優れた
皮膜が施されたピストンリングを提供することを課題と
する。従来の現在量産されているＰＶＤ（物理的蒸着）
法で作製されたＣｒＮ（窒化クロム）皮膜は皮膜自体に
脆い性質を有するため、使用中に表面に摺動による過度
の繰り返し応力を受けると、クラックが発生し、表面剥
離に至ることがある。
鑑み、従来の表面処理の欠点を解決し、耐摩耗性、耐ス
カッフィング性、耐相手攻撃性及び耐靱性のより優れた
皮膜が施されたピストンリングを提供することを課題と
する。従来の現在量産されているＰＶＤ（物理的蒸着）
法で作製されたＣｒＮ（窒化クロム）皮膜は皮膜自体に
脆い性質を有するため、使用中に表面に摺動による過度
の繰り返し応力を受けると、クラックが発生し、表面剥
離に至ることがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明が採用する手段は、ピストンリングに、Ｃｒ
−Ｎ−Ｏ−Ｃ合金からなる硬質皮膜をピストンリングの
外周面に施したことにある。ＣｒＮの結晶構造中に１〜
１５ｗｔ％のＯ及び１〜１５ｗｔ％のＣが固溶されてい
ることを特徴とし、その結果として、従来の表面処理の
欠点を解決し、ピストンリングにより優れた耐摩耗性、
耐スカッフィング性、耐相手攻撃性及び靱性を付与す
る。前記手段によれば、ＣｒＮの結晶構造中にＯ及Ｃが
所定の割合で固溶されることにより、硬質皮膜の耐摩耗
性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃性、靱性が向上す
る。
め、本発明が採用する手段は、ピストンリングに、Ｃｒ
−Ｎ−Ｏ−Ｃ合金からなる硬質皮膜をピストンリングの
外周面に施したことにある。ＣｒＮの結晶構造中に１〜
１５ｗｔ％のＯ及び１〜１５ｗｔ％のＣが固溶されてい
ることを特徴とし、その結果として、従来の表面処理の
欠点を解決し、ピストンリングにより優れた耐摩耗性、
耐スカッフィング性、耐相手攻撃性及び靱性を付与す
る。前記手段によれば、ＣｒＮの結晶構造中にＯ及Ｃが
所定の割合で固溶されることにより、硬質皮膜の耐摩耗
性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃性、靱性が向上す
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は、本発明の一実施例である内燃
機関用摺動部材のピストンリング１であり、その母材の
外周面にアークイオンプレーティングによってＣｒ−Ｎ
−Ｏ−Ｃ合金の硬質皮膜３が被覆されている。この合金
ははＣｒＮの結晶構造中に１〜１５ｗｔ％のＯ及び１〜
１５ｗｔ％のＣが固溶されているものである。硬質皮膜
３の膜厚は５μｍ〜７０μｍが好適である。ピストンリ
ング１の母材としては、通常のステンレススチール又は
窒化処理ステンレススチールが使用される。窒化処理ス
テンレススチールは、図１に示すように、外周面に窒化
層２の下地皮膜が被覆されている。窒化層の代わりに、
Ｃｒ、Ｃｒ2 Ｎ及びＣｒＮの中の少なくとも１つからな
る下地皮膜が被覆されたものでよい。アークイオンプレ
ーティング法はイオンプレーティングの一つで、真空ア
ーク放電を利用して、陰極の皮膜材料を蒸気化、イオン
化して、被コーティング物の表面に皮膜を形成するもの
である。このアークイオンプレーティング法は蒸気のイ
オン化率が高く、ち密で密着性に優れた皮膜が得られる
特徴がある。
づいて説明する。図１は、本発明の一実施例である内燃
機関用摺動部材のピストンリング１であり、その母材の
外周面にアークイオンプレーティングによってＣｒ−Ｎ
−Ｏ−Ｃ合金の硬質皮膜３が被覆されている。この合金
ははＣｒＮの結晶構造中に１〜１５ｗｔ％のＯ及び１〜
１５ｗｔ％のＣが固溶されているものである。硬質皮膜
３の膜厚は５μｍ〜７０μｍが好適である。ピストンリ
ング１の母材としては、通常のステンレススチール又は
窒化処理ステンレススチールが使用される。窒化処理ス
テンレススチールは、図１に示すように、外周面に窒化
層２の下地皮膜が被覆されている。窒化層の代わりに、
Ｃｒ、Ｃｒ2 Ｎ及びＣｒＮの中の少なくとも１つからな
る下地皮膜が被覆されたものでよい。アークイオンプレ
ーティング法はイオンプレーティングの一つで、真空ア
ーク放電を利用して、陰極の皮膜材料を蒸気化、イオン
化して、被コーティング物の表面に皮膜を形成するもの
である。このアークイオンプレーティング法は蒸気のイ
オン化率が高く、ち密で密着性に優れた皮膜が得られる
特徴がある。
【０００６】図２に基づいて、アークイオンプレーティ
ング装置の基本的構成を説明する。真空チャンバ４内
に、皮膜を形成する材料からなる陰極５と、皮膜が形成
される被コーティング物６が設置されている。陰極５は
真空チャンバ４の外側に設置されているアーク供給源７
に接続されており、アーク供給源７には図示外の陽極が
接続されている。被コーティング物６にはバイアス電圧
供給源８によって負のバイアス電圧が印可されるように
構成されている。真空チャンバ４にはプロセスガスの供
給源に接続されているガス入口９と、ポンプに接続され
ている排気口１０とが設けられている。
ング装置の基本的構成を説明する。真空チャンバ４内
に、皮膜を形成する材料からなる陰極５と、皮膜が形成
される被コーティング物６が設置されている。陰極５は
真空チャンバ４の外側に設置されているアーク供給源７
に接続されており、アーク供給源７には図示外の陽極が
接続されている。被コーティング物６にはバイアス電圧
供給源８によって負のバイアス電圧が印可されるように
構成されている。真空チャンバ４にはプロセスガスの供
給源に接続されているガス入口９と、ポンプに接続され
ている排気口１０とが設けられている。
【０００７】従って、真空チャンバ４内において、陰極
５と陽極との間でアーク放電が起こされると、アークは
陰極５の表面上にアークスポットを形成し、陰極５の表
面上をランダムにかつ高速に移動する。アークスポット
に集中するアーク電流（数十〜数百Å）のエネルギーに
より、陰極５の材料は瞬時に蒸発すると同時に金属イオ
ン１１となり、真空中に飛び出す。一方、バイアス電圧
が被コーティング物６に印可されることにより、金属イ
オン１１は加速され、反応ガス粒子１２とともに被コー
ティング物６の表面に密着し、ち密な皮膜が生成され
る。
５と陽極との間でアーク放電が起こされると、アークは
陰極５の表面上にアークスポットを形成し、陰極５の表
面上をランダムにかつ高速に移動する。アークスポット
に集中するアーク電流（数十〜数百Å）のエネルギーに
より、陰極５の材料は瞬時に蒸発すると同時に金属イオ
ン１１となり、真空中に飛び出す。一方、バイアス電圧
が被コーティング物６に印可されることにより、金属イ
オン１１は加速され、反応ガス粒子１２とともに被コー
ティング物６の表面に密着し、ち密な皮膜が生成され
る。
【０００８】本発明は、上記アークイオンプレーティン
グ装置において、陰極５の材料としてクロム金属を使用
し、プロセスガスとして窒素ガス、酸素ガス及びメタン
ガスとを使用することにより、被コーティング物６とし
てのピストンリングに、ＣｒＮの結晶構造中に１〜１５
ｗｔ％のＯ及び１〜１５ｗｔ％のＣが固溶された硬質皮
膜を被覆することができる。
グ装置において、陰極５の材料としてクロム金属を使用
し、プロセスガスとして窒素ガス、酸素ガス及びメタン
ガスとを使用することにより、被コーティング物６とし
てのピストンリングに、ＣｒＮの結晶構造中に１〜１５
ｗｔ％のＯ及び１〜１５ｗｔ％のＣが固溶された硬質皮
膜を被覆することができる。
【０００９】酸素Ｏ及び炭素Ｃの濃度のコントロール
は、イオンプレーティングの際のそれぞれの分圧をコン
トロールすることによって行うことができる。酸素分圧
を高くするとＯの濃度が上昇し、メタンガスの分圧を高
くするとＣの濃度が上昇する。
は、イオンプレーティングの際のそれぞれの分圧をコン
トロールすることによって行うことができる。酸素分圧
を高くするとＯの濃度が上昇し、メタンガスの分圧を高
くするとＣの濃度が上昇する。
【００１０】図１の上記硬質皮膜３の皮膜特性を下記の
方法にて評価した。１８ｍｍ×１２ｍｍ×６ｍｍの鋼製
平板の片面をラッピングし１μｍ以下の表面粗さに仕上
げ、試料素材とした。試料はあらかじめ有機溶剤液中で
超音波洗浄を行い、以下説明する手順でアークイオンプ
レーティング法により、Ｃｒ−Ｎ−Ｏ−Ｃの硬質皮膜を
形成した。試料をアークイオンプレーティング装置のチ
ャンバ（真空容器）内に取り付け、５×１０-3Ｔｏｒｒ
まで真空引きを行った。チャンバ内に内蔵されているヒ
ーターにより、試料表面に付着あるいは吸着しているガ
スを放出させる。Ｃｒターゲットの表面でアーク放電を
発生させ、Ｃｒイオンを放出させる。試料に−８００Ｖ
（ボルト）を印可して試料表面をスパッタリング（イオ
ンボンバード）する。その後、アーク放電が起こってい
るチャンバ中に窒素ガス、酸素ガス及びメタンガスを導
入して、試料に−５０Ｖのバイアス電圧を印可して試料
表面にＣｒ−Ｎ−Ｏの硬質皮膜を２０μｍ形成した。上
記硬質皮膜は、ＣｒＮの結晶構造中に８ｗｔ％のＯ及び
４ｗｔ％のＣが固溶された硬質皮膜（本発明品１）であ
った。本発明品１と同様にして、条件を変えることによ
り、ＣｒＮの結晶構造中にＯ：０．２ｗｔ％，Ｃ：３ｗ
ｔ％（本発明品２）、Ｏ：４ｗｔ％，Ｃ：９ｗｔ％（本
発明品３）、Ｏ：１４ｗｔ％，Ｃ：１３．５ｗｔ％（本
発明品４）を作成した。
方法にて評価した。１８ｍｍ×１２ｍｍ×６ｍｍの鋼製
平板の片面をラッピングし１μｍ以下の表面粗さに仕上
げ、試料素材とした。試料はあらかじめ有機溶剤液中で
超音波洗浄を行い、以下説明する手順でアークイオンプ
レーティング法により、Ｃｒ−Ｎ−Ｏ−Ｃの硬質皮膜を
形成した。試料をアークイオンプレーティング装置のチ
ャンバ（真空容器）内に取り付け、５×１０-3Ｔｏｒｒ
まで真空引きを行った。チャンバ内に内蔵されているヒ
ーターにより、試料表面に付着あるいは吸着しているガ
スを放出させる。Ｃｒターゲットの表面でアーク放電を
発生させ、Ｃｒイオンを放出させる。試料に−８００Ｖ
（ボルト）を印可して試料表面をスパッタリング（イオ
ンボンバード）する。その後、アーク放電が起こってい
るチャンバ中に窒素ガス、酸素ガス及びメタンガスを導
入して、試料に−５０Ｖのバイアス電圧を印可して試料
表面にＣｒ−Ｎ−Ｏの硬質皮膜を２０μｍ形成した。上
記硬質皮膜は、ＣｒＮの結晶構造中に８ｗｔ％のＯ及び
４ｗｔ％のＣが固溶された硬質皮膜（本発明品１）であ
った。本発明品１と同様にして、条件を変えることによ
り、ＣｒＮの結晶構造中にＯ：０．２ｗｔ％，Ｃ：３ｗ
ｔ％（本発明品２）、Ｏ：４ｗｔ％，Ｃ：９ｗｔ％（本
発明品３）、Ｏ：１４ｗｔ％，Ｃ：１３．５ｗｔ％（本
発明品４）を作成した。
【００１１】摩耗試験：上記方法により作製した試験試
料を用いて、第１表の摩耗試験条件にて耐摩耗性の評価
を行った。比較試料として、一部実用化されているＣｒ
Ｎ（比較品）もあわせて機能評価した。耐摩耗性試験
は、アムスラー型摩耗試験機を使用し、試験片（１８ｍ
ｍ×１２ｍｍ×６ｍｍ）を固定片とし、相手材（回転
片）には、ドーナッツ状（外径４０ｍｍ、内径１６ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍ）のものを用いた。形成されたＰＶＤ
合金皮膜が、ドーナッツ状試験片に接触するようにセッ
トした。試験結果は図３に示す。耐摩耗性は比較試料
（比較品）の摩耗量を１００としたときの試験試料（本
発明品）の摩耗量を、比較試料（比較品）に対する摩耗
指数として比較した。従って、試験試料（本発明品）の
摩耗指数が１００より小さいほど摩耗量が少ないので、
比較試料（比較品）よりも耐摩耗性に優れることにな
る。
料を用いて、第１表の摩耗試験条件にて耐摩耗性の評価
を行った。比較試料として、一部実用化されているＣｒ
Ｎ（比較品）もあわせて機能評価した。耐摩耗性試験
は、アムスラー型摩耗試験機を使用し、試験片（１８ｍ
ｍ×１２ｍｍ×６ｍｍ）を固定片とし、相手材（回転
片）には、ドーナッツ状（外径４０ｍｍ、内径１６ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍ）のものを用いた。形成されたＰＶＤ
合金皮膜が、ドーナッツ状試験片に接触するようにセッ
トした。試験結果は図３に示す。耐摩耗性は比較試料
（比較品）の摩耗量を１００としたときの試験試料（本
発明品）の摩耗量を、比較試料（比較品）に対する摩耗
指数として比較した。従って、試験試料（本発明品）の
摩耗指数が１００より小さいほど摩耗量が少ないので、
比較試料（比較品）よりも耐摩耗性に優れることにな
る。
【００１２】なお、このとき、相手材である回転片の摩
耗量を測定し、相手攻撃性を評価した。相手攻撃性も耐
摩耗性と同様に、比較試料（比較品）を使用したときの
回転片の摩耗量を１００とし、試験試料（本発明品）を
使用したときの回転片の摩耗量を、比較試料（比較品）
を使用したときの摩耗量に対する指数として、図４に示
した。従って、試験試料（本発明品）を使用したときの
相手攻撃性（指数）が１００より小さいほど、比較試料
（比較品）を使用したときよりも相手材の摩耗を増加さ
せないので、耐相手攻撃性に優れることとなる。
耗量を測定し、相手攻撃性を評価した。相手攻撃性も耐
摩耗性と同様に、比較試料（比較品）を使用したときの
回転片の摩耗量を１００とし、試験試料（本発明品）を
使用したときの回転片の摩耗量を、比較試料（比較品）
を使用したときの摩耗量に対する指数として、図４に示
した。従って、試験試料（本発明品）を使用したときの
相手攻撃性（指数）が１００より小さいほど、比較試料
（比較品）を使用したときよりも相手材の摩耗を増加さ
せないので、耐相手攻撃性に優れることとなる。
【００１３】第１表 摩耗試験条件 試験機及び方法 アムスラー型摩耗試験機を使用し、回
転片のほぼ半分を油に浸漬し、固定片を接触させ、荷重
を負荷して摩耗試験を行う。 相手材 ＦＣ２５（ＨＲＢ９８） 潤滑油 軸受け油 油温 ８０℃ 周速 １ｍ／ｓｅｃ（４７８ｒｐｍ） 荷重 １５０ｋｇ 時間 ７Ｈｒ 摩耗量測定 粗さ計による段差プロフィールにて摩耗量（μｍ）を測定
転片のほぼ半分を油に浸漬し、固定片を接触させ、荷重
を負荷して摩耗試験を行う。 相手材 ＦＣ２５（ＨＲＢ９８） 潤滑油 軸受け油 油温 ８０℃ 周速 １ｍ／ｓｅｃ（４７８ｒｐｍ） 荷重 １５０ｋｇ 時間 ７Ｈｒ 摩耗量測定 粗さ計による段差プロフィールにて摩耗量（μｍ）を測定
【００１４】スカッフィング性試験：本発明品及び比較
品（ＣｒＮ）の耐スカッフィング性を第２表のスカッフ
ィング試験条件にて評価した。この試験結果は、図５に
示すとおりである。なお、耐スカッフィング性は、比較
試料（比較品）のスカッフ発生荷重を１００とし、試験
試料（本発明品）のスカッフ発生荷重を比較試料（比較
品）に対するスカッフ指数として比較した。従って、試
験試料（本発明品）のスカッフ指数が１００より大きい
ほど、スカッフ発生荷重が大きくなり、比較試料（比較
品）よりも耐スカッフ性に優れることとなる。
品（ＣｒＮ）の耐スカッフィング性を第２表のスカッフ
ィング試験条件にて評価した。この試験結果は、図５に
示すとおりである。なお、耐スカッフィング性は、比較
試料（比較品）のスカッフ発生荷重を１００とし、試験
試料（本発明品）のスカッフ発生荷重を比較試料（比較
品）に対するスカッフ指数として比較した。従って、試
験試料（本発明品）のスカッフ指数が１００より大きい
ほど、スカッフ発生荷重が大きくなり、比較試料（比較
品）よりも耐スカッフ性に優れることとなる。
【００１５】第２表 スカッフィング試験条件 試験機及び方法 アムスラー型摩耗試験機を使用し、試
験片に潤滑油を付着させ、 スカッフ発
生まで荷重を負荷させる。 相手材 ＦＣ２５（ＨＲＢ９８） 潤滑油 ２号スピンドル油 油温 成行き 周速 １ｍ／ｓｅｃ（４７８ｒｐｍ） 荷重 スカッフ発生まで 時間 成行き
験片に潤滑油を付着させ、 スカッフ発
生まで荷重を負荷させる。 相手材 ＦＣ２５（ＨＲＢ９８） 潤滑油 ２号スピンドル油 油温 成行き 周速 １ｍ／ｓｅｃ（４７８ｒｐｍ） 荷重 スカッフ発生まで 時間 成行き
【００１６】耐靱性（耐剥離性）性試験：上述の試験試
料（本発明品）及び比較試料（比較品）を使用し、耐靱
性（耐剥離性）を下記の衝撃試験条件で評価した。試験
結果は、図６に示した。なお、耐靱性（耐剥離性）は、
比較試料（比較品）の剥離発生回数を１００としたと
き、試験試料（本発明品）の剥離発生回数を、比較試料
（比較品）に対する耐剥離性（指数）として比較した。
従って、試験試料（本発明品）の耐剥離性（指数）が１
００より大きくなると、比較試料（比較品）よりも多い
回数で剥離が発生することとなるので、耐靱性（耐剥離
性）に優れることとなる。ＮＰＲ式衝撃試験装置を図７
に示す。図において矢印で示すように、当金１３にのせ
た試料の皮膜表面１４にスプリング１５で付勢した圧子
１６を衝突させる。衝突１回ごとに衝撃エネルギーを加
え、皮膜表面２に剥離が発生するまでの回数を測定す
る。
料（本発明品）及び比較試料（比較品）を使用し、耐靱
性（耐剥離性）を下記の衝撃試験条件で評価した。試験
結果は、図６に示した。なお、耐靱性（耐剥離性）は、
比較試料（比較品）の剥離発生回数を１００としたと
き、試験試料（本発明品）の剥離発生回数を、比較試料
（比較品）に対する耐剥離性（指数）として比較した。
従って、試験試料（本発明品）の耐剥離性（指数）が１
００より大きくなると、比較試料（比較品）よりも多い
回数で剥離が発生することとなるので、耐靱性（耐剥離
性）に優れることとなる。ＮＰＲ式衝撃試験装置を図７
に示す。図において矢印で示すように、当金１３にのせ
た試料の皮膜表面１４にスプリング１５で付勢した圧子
１６を衝突させる。衝突１回ごとに衝撃エネルギーを加
え、皮膜表面２に剥離が発生するまでの回数を測定す
る。
【００１７】 第３表 耐靱性（耐剥離性）試験条件 試験機 ＮＰＲ式衝撃試験装置 方法 ＰＶＤ合金皮膜表面に、１回当たり４３．１ｍｊ（４４ｋｇ／ｍ ｍ）の衝撃エネルギーを加え、剥離発生までの回数で評価。 剥離の有無 表面を１５倍に拡大して観察し、評価した。
【００１８】試験結果：ＣｒＮの結晶構造中にＯ及びＣ
が固溶されたＣｒ−Ｎ−Ｏ−Ｃ合金皮膜を形成した試験
試料（本発明品）は、耐摩耗性、耐スカッフィング性、
耐相手攻撃性及び耐靱性（耐剥離性）において優れてい
た。本発明品のＣｒ−Ｎ−Ｏ−Ｃの硬質皮膜のＯの固溶
量及びＣの固溶量はそれぞれ１〜１５ｗｔ％である。Ｏ
＝１ｗｔ％以下及びｃ＝１ｗｔ％以下では皮膜中への酸
素及び炭素の固溶量が不十分であり、期待する効果が得
られない。また、Ｏ＝１５ｗｔ％以上及びＣ＝１５％以
上では皮膜の内部応力が高く靱性が低下し、皮膜にクラ
ック、層間剥離等が発生し、ピストンリングとしての機
能を果たさなくなる。好ましくは、ＣｒＮの結晶構造中
に３〜１０ｗｔ％のＯ及び３〜１０ｗｔ％のＣが固溶さ
れた硬質皮膜である。
が固溶されたＣｒ−Ｎ−Ｏ−Ｃ合金皮膜を形成した試験
試料（本発明品）は、耐摩耗性、耐スカッフィング性、
耐相手攻撃性及び耐靱性（耐剥離性）において優れてい
た。本発明品のＣｒ−Ｎ−Ｏ−Ｃの硬質皮膜のＯの固溶
量及びＣの固溶量はそれぞれ１〜１５ｗｔ％である。Ｏ
＝１ｗｔ％以下及びｃ＝１ｗｔ％以下では皮膜中への酸
素及び炭素の固溶量が不十分であり、期待する効果が得
られない。また、Ｏ＝１５ｗｔ％以上及びＣ＝１５％以
上では皮膜の内部応力が高く靱性が低下し、皮膜にクラ
ック、層間剥離等が発生し、ピストンリングとしての機
能を果たさなくなる。好ましくは、ＣｒＮの結晶構造中
に３〜１０ｗｔ％のＯ及び３〜１０ｗｔ％のＣが固溶さ
れた硬質皮膜である。
【００１９】
【発明の効果】上記の通り、本発明のピストンリングは
摺動面に設けられた硬質皮膜は、Ｃｒ−Ｎ−Ｏ−ＣのＰ
ＶＤ合金であるから、一部実用化されているＣｒＮの皮
膜より、耐摩耗性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃性
及び耐靱性において、より優れているから、本発明のピ
ストンリングは、今後開発が予想される高出力、高温高
負荷のエンジンにも十分に適合するという格別の効果を
奏する。
摺動面に設けられた硬質皮膜は、Ｃｒ−Ｎ−Ｏ−ＣのＰ
ＶＤ合金であるから、一部実用化されているＣｒＮの皮
膜より、耐摩耗性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃性
及び耐靱性において、より優れているから、本発明のピ
ストンリングは、今後開発が予想される高出力、高温高
負荷のエンジンにも十分に適合するという格別の効果を
奏する。
【図１】本発明の内燃機関用ピストンリングの断面図、
【図２】アークイオンプレーティング装置の概略図、
【図３】耐摩耗性（摩耗指数）を示すグラフ、
【図４】相手攻撃性（相手攻撃指数）を示すグラフ、
【図５】耐スカッフィング性（スカッフ指数）を示すグ
ラフ、
ラフ、
【図６】耐剥離性（耐剥離性指数）を示すグラフ、
【図７】ＮＰＲ式衝撃試験装置の要部を示す図、
１：ピストンリング ２：窒化層 ３：硬質皮膜 ４：真空チャンバ ５：陰極 ６：被コーティング物 ７：アーク供給源 ８：バイアス電圧供給源 ９：ガス入口 １０：排気口 １１：金属イオン １２：反応ガス粒子 １３：当金 １４：皮膜表面 １５：スプリング １６：圧子
Claims (4)
- 【請求項１】 ピストンリング（１）の外周面にＣｒ−
Ｎ−Ｏ−Ｃ合金の硬質皮膜（３）を形成したことを特徴
とするピストンリング。 - 【請求項２】 Ｃｒ−Ｎ−Ｏ−Ｃ合金は、ＣｒＮの結晶
構造中にＯが１〜１５ｗｔ％及びＣが１〜１５ｗｔ％固
溶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。 - 【請求項３】 硬質皮膜（３）の下地としてピストンリ
ング（１）の全周面または少なくとも摺動面に窒化層
（２）が施されることを特徴とする請求項１又は２記載
のピストンリング。 - 【請求項４】 硬質皮膜（３）の下地としてピストンリ
ング（１）の少なくとも摺動面にＣｒ、Ｃｒ2 Ｎ及びＣ
ｒＮの中の少なくとも１つからなる下地皮膜が施されて
いることを特徴とする請求項１又は２記載のピストンリ
ング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27350999A JP2001099322A (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27350999A JP2001099322A (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001099322A true JP2001099322A (ja) | 2001-04-10 |
Family
ID=17528875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27350999A Pending JP2001099322A (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001099322A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006307317A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-11-09 | Dowa Mining Co Ltd | 窒素含有クロム被膜、その製造方法及び機械部材 |
| JP2008014228A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 内燃機関用ピストンリング |
-
1999
- 1999-09-28 JP JP27350999A patent/JP2001099322A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006307317A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-11-09 | Dowa Mining Co Ltd | 窒素含有クロム被膜、その製造方法及び機械部材 |
| JP2008014228A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 内燃機関用ピストンリング |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070222 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070502 |
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| A521 | Written amendment |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070928 |