JP2003113941A

JP2003113941A - ピストンリング及びピストンリングとピストンのリング溝との組み合わせ構造

Info

Publication number: JP2003113941A
Application number: JP2002076109A
Authority: JP
Inventors: Minako Jino; 美奈子地濃; Katsuaki Ogawa; 勝明小川; Takahiro Okazaki; 孝弘岡崎
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-04-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】耐摩耗性、耐スカッフ性およびに耐凝着性に
優れ、耐剥離性に優れた硬質炭素皮膜が形成されたピス
トンリングおよびピストンリングとピストンのリング溝
との組み合わせ構造を提供する。【解決手段】ピストンリング（１）の外周面（４）、
内周面（５）、上面（６）および下面（７）の全ての面
に連続して形成した硬質炭素皮膜（２）はＳｉを含む硬
質炭素皮膜であり、その硬質炭素皮膜の下地皮膜として
Ｓｉ含有皮膜が形成されていること、または、その硬質
炭素皮膜がＷまたはＷ−Ｎｉを含む硬質炭素皮膜であ
り、その硬質炭素皮膜の下地皮膜としてＣｒ皮膜が形成
されていること、が好ましく、さらにピストンリングの
外周面には、硬質皮膜であるイオンプレーティング皮膜
が下地皮膜として形成されていることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンリングお
よびピストンリングとピストンのリング溝との組み合わ
せ構造に関し、更に詳しくは、ピストン材との間の耐摩
耗性、耐スカッフ性およびに耐凝着性に優れ、かつ耐剥
離性に優れた硬質炭素皮膜が形成されたピストンリング
およびピストンリングとピストンのリング溝との組み合
わせ構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関の軽量化と高出力化に伴
い、ピストンリングには高い摺動特性（例えば耐摩耗
性、耐スカッフ性、耐相手攻撃性）が要求されてきてい
る。

【０００３】こうした中、耐摩耗性の向上や耐スカッフ
性の改善のために、Ｃｒめっき皮膜や窒化処理層等が、
ピストンリングの外周面や上下面に形成されている。ま
た、近年においては、上述した摺動特性をより向上させ
るために、Ｃｒめっき皮膜や窒化処理層等の代わりにＰ
ＶＤ（物理的蒸着）法で作製されたＣｒＮ（窒化クロ
ム）やＴｉＮ（窒化チタン）等の硬質皮膜が採用されて
いる。

【０００４】しかし、ガソリンエンジンのように、ピス
トンのリング構（以下、リング構と略す。）がＡｌ合金
である場合においては、ピストンリングの上下面がリン
グ溝の上下面（側面）と高温下で衝突を繰り返すため、
ピストンリングの上下面に形成されたＣｒめっき皮膜、
窒化層、またはＰＶＤ法で作製された硬質皮膜は、Ａｌ
合金製のリング溝を攻撃する。その結果、硬質皮膜が形
成されたピストンリングは、ピストンリングの上下面に
Ａｌ合金が凝着するいわゆる「Ａ１凝着」現象を起こ
し、リング溝の摩耗を増大させるおそれがあった。

【０００５】また、高出力・高負荷のディーゼルエンジ
ンのように、スチール製のピストンが使用されている場
合においても、上述した従来の硬質皮膜が形成されたピ
ストンリングは、大きな熱負荷に起因したスチールの凝
着現象を起こすことがあった。

【０００６】こうした問題を解決するため、特開平１１
−１６６６２５号公報および特開平１２−１２０８６９
号公報には、硬質炭素皮膜（ダイアモンドライクカーボ
ン皮膜ともいわれることがある。以下同じ。）をその上
下面に形成したピストンリングが、Ａｌ合金製のリング
溝に対するＡｌ凝着現象を抑制することが開示されてい
る。また、欧州特許であるＥＰ０７５９５１９号公報に
も、金属成分を含まない硬質炭素皮膜（ａ−ｃ：Ｈ構
造）を上下面に形成したピストンリングが、Ａｌ合金製
のリング溝に対するＡｌ凝着現象を抑制することが開示
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平１１−１６６６２５号公報、特開平１２−１２
０８６９号公報および欧州特許であるＥＰ０７５９５１
９号公報に記載された硬質炭素皮膜を上下面および／ま
たは外周面に形成したピストンリングは、摺動時におけ
る硬質炭素皮膜の耐剥離性や密着性が不十分であり、使
用中における硬質炭素皮膜のクラック及び／又は欠け
等、更には剥離の発生が生じやすいという問題があっ
た。

【０００８】特に、欧州特許であるＥＰ０７５９５１９
号公報に記載されたピストンリングは、硬質炭素皮膜の
内部応力が高く、密着性に劣るという問題があった。

【０００９】本発明は、上述した課題を解決するための
手段を提供するものであって、ピストン材との間の耐摩
耗性、耐スカッフ性およびに耐凝着性に優れ、かつ耐剥
離性に優れた硬質炭素皮膜が形成されたピストンリング
およびピストンリングとピストンのリング溝との組み合
わせ構造を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のピストンリングは、Ｓｉ、ＷおよびＮｉから
選択される元素を１または２以上含む硬質炭素皮膜が、
ピストンリングの外周面、内周面、上面および下面の全
ての面に、下地皮膜を介してまたは直接、連続して形成
されていることに特徴を有する。

【００１１】この発明によれば、ピストンリングの全て
の面に上述した硬質炭素皮膜が連続して形成されている
ので、使用中における硬質炭素皮膜のクラック及び／又
は欠け等を発生させる起点が少なく、形成された硬質炭
素皮膜の耐剥離性を極めて向上させることができる。そ
の結果、長期間使用した場合であっても、耐摩耗性、耐
スカッフ性および耐凝着性に優れたピストンリングを提
供することができる。こうした本発明のピストンリング
は、Ａｌ合金製のリング溝やスチール製のリング溝に対
して好ましく適用できるので、ガソリンエンジン用のみ
ならず、高出力・高負荷のディーゼルエンジン用として
好ましく使用することができる。

【００１２】本発明のピストンリングにおいては、
（イ）前記硬質炭素皮膜はＳｉを含む硬質炭素皮膜であ
り、当該硬質炭素皮膜の下地皮膜としてＳｉ含有皮膜が
形成されていること、（ロ）前記硬質炭素皮膜はＷまた
はＷ−Ｎｉを含む硬質炭素皮膜であり、当該硬質炭素皮
膜の下地皮膜としてＣｒ皮膜が形成されていること、が
好ましい。

【００１３】本発明において、硬質炭素皮膜は、下地皮
膜を介してまたは直接に、ピストンリング上に形成され
る。下地皮膜は、硬質炭素皮膜の密着性を向上させる
ためにその硬質炭素皮膜の下地として設けられるＳｉ含
有皮膜またはＣｒ皮膜からなる皮膜と、ピストンリン
グの摺動面の耐摩耗性を向上させるためにピストンリン
グ母材の少なくとも外周面に設けられる硬質皮膜（Ｃｒ
−Ｎ、ＴｉＮ、Ｃｒ−Ｏ−Ｎ、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ等をイオン
プレーティング法またはスパッタリング法で形成した皮
膜）とが挙げられる。硬質炭素皮膜は下地皮膜を介して
または直接に設けられ、そして、これらの各皮膜は、ピ
ストンリング母材上に層状に積層される。

【００１４】上述のように、硬質炭素皮膜の下地皮膜と
して、Ｓｉ含有皮膜やＣｒ皮膜を形成することにより、
硬質炭素皮膜の密着性を向上させることができる。その
結果、優れた耐剥離性を有するピストンリングとするこ
とができ、ピストンリングの摺動特性（耐摩耗性、耐ス
カッフ性および凝着現象の抑制）をより一層向上させる
ことができる。

【００１５】また、本発明のピストンリングにおいて、
硬質皮膜であるイオンプレーティング皮膜が、ピストン
リングの少なくとも外周面に、前記Ｓｉ含有皮膜または
Ｃｒ皮膜に加えて、または、前記Ｓｉ含有皮膜またはＣ
ｒ皮膜に代えて、下地皮膜として形成されていることが
好ましい。Ｓｉ含有皮膜またはＣｒ皮膜に加えて硬質皮
膜を形成する場合には、ピストンリング母材上に、硬質
皮膜であるイオンプレーティング皮膜が下地皮膜として
積層され、その上にＳｉ含有皮膜またはＣｒ皮膜が積層
され、その上に硬質炭素皮膜が積層される。

【００１６】この発明によれば、硬くて靱性のあるイオ
ンプレーティング皮膜が下地皮膜として形成されている
ので、摺動面として作用するピストンリングの少なくと
も外周面の耐摩耗性をより一層向上させることができ
る。

【００１７】上記課題を解決するための本発明のピスト
ンリングとピストンのリング溝との組み合わせ構造は、
Ｓｉ、ＷおよびＮｉから選択される元素を１または２以
上含む硬質炭素皮膜が外周面、内周面、上面および下面
の全ての面に、下地皮膜を介してまたは直接、連続して
形成されているピストンリングと、スチール製またはア
ルミニウム合金製のピストンのリング溝とからなること
に特徴を有する。

【００１８】この発明によれば、全ての面に上述の硬質
炭素皮膜が連続して形成されたピストンリングは、硬質
炭素皮膜の耐剥離性を極めて向上させるので、長期間使
用した場合であっても、凝着現象が極めて起こりにくい
組み合わせ構造となる。そのため、ガソリンエンジン用
のみならず、高出力・高負荷のディーゼルエンジン用に
も好ましく適用できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明のピストンリング及びピス
トンリングとピストンのリング溝との組み合わせ構造に
ついて図面を参照しつつ説明する。

【００２０】（１）ピストンリング本発明のピストンリング１は、図１および図２に示すよ
うに、その外周面４、内周面５、上面６および下面７の
全ての面に硬質炭素皮膜２が連続して形成されているも
のである。そして、図７に示すように、ピストンのリン
グ溝１１に装着され、ピストンの上下運動（往復運動に
同じ。）によりシリンダライナー１２の内周面に摺動接
触し、さらにリング溝１１の上下面（側面）１３で叩か
れながら、上下運動する摺動部材である。

【００２１】本発明のピストンリング１は、トップリン
グ、セカンドリング、オイルリングの何れかであっても
またはそれらの全てであってもよい。特に、トップリン
グには好適に使用される。

【００２２】硬質炭素皮膜２が形成されるピストンリン
グ１は、従来より使用されている材質からなるものであ
ればよく特に限定されない。したがって、いかなる材質
からなるピストンリング１に対しても本発明を適用で
き、従来より好ましく用いられている例えばステンレス
スチール材、鋳物材、鋳鋼材、鋼材等にも適用できる。

【００２３】これらのうち、鋳物材よりも鋼（スチー
ル）材が好ましく適用される。鋼材が望ましいのは、例
えば、鋳物材上に硬質炭素皮膜２をＣＶＤ法で形成する
場合、巣から発生するガスが雰囲気を悪化させ、硬質炭
素皮膜の形成に悪影響を及ぼすためである。そうした鋼
材としては、マルテンサイトステンレス鋼（ＪＩＳ規格
で表されるＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４４０材）、オーステ
ナイトステンレス鋼（ＳＵＳ３０４材）、Ｓｉ−Ｃｒ鋼
等のような材料でも適用が可能である。

【００２４】本発明のピストンリング１は、硬質炭素皮
膜２が全周に形成されるので、クラック及び／又は欠け
等の欠陥を発生させる起点が少なく、硬質炭素皮膜２の
耐剥離性を顕著に向上させることができる。また、硬質
炭素皮膜２には、Ａｌ凝着現象および高負荷時のスチー
ル凝着現象を抑制するという作用があると共に耐摩耗性
および耐スカッフ性を改善するという作用もある。従っ
て、本発明のピストンリングを使用すれば、耐摩耗性、
耐スカッフ性、および、Ａｌ凝着現象または高負荷時の
スチール凝着現象の抑制を長期にわたって達成すること
ができる。

【００２５】硬質炭素皮膜２は、反応性イオンプレーテ
ィング法や反応性スパッタリング法等のいわゆるＰＶＤ
法により形成される。また、プラズマＣＶＤ法等のＣＶ
Ｄ法によっても形成することができる。

【００２６】硬質炭素皮膜２の形成においては、上下面
および内周面に積極的に硬質炭素皮膜を成膜するため、
治具に各ピストンリング母材を一定の隙間で並べて装着
し、その後硬質炭素皮膜２を成膜する。従って、各ピス
トンリング母材の隙間を通過した原子が、上面、下面お
よび内周面上に析出するので、その隙間に応じて、各面
の厚さに差が生じることがある。特に、本発明のピスト
ンリング１のように、例えば反応性イオンプレーティン
グ装置や反応性スパッタリング装置のチャンバー内の治
具に取り付けられて成膜される場合においては、ピスト
ンリングの外周面４に形成される硬質炭素皮膜が最も厚
くなりやすく、上面６と下面７が続き、内周面５が最も
薄くなりやすい。そうした厚さの差は、ピストンリング
１を治具に取り付ける際に、隣接するピストンリング１
の隙間を調整することによりコントロールすることがで
き、例えば、その隙間を大きくすることにより各々の面
の厚さの差を小さくでき、隙間を小さくすることにより
各々の面の厚さの差を大きくすることができる。このと
き、各ピストンリングの隙間をおよそ１０ｍｍ程度と
し、それより大きくしたり小さくして各々の面の厚さを
調整し、本発明のピストンリングの効果を達成する。

【００２７】硬質炭素皮膜２は、Ｓｉ、ＷおよびＮｉか
ら選択される元素を１または２以上含むものである。こ
うした硬質炭素皮膜２は、Ｓｉ、Ｗ、Ｎｉ等の元素を含
む硬質炭素皮膜であっても、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物を
含む硬質炭素皮膜であってもよく、または、Ｓｉ、Ｗ、
Ｎｉ等の元素およびＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物の両方を含
む硬質炭素皮膜であってもよい。そうした硬質炭素皮膜
を形成することにより、耐摩耗性および耐スカッフ性に
優れたピストンリング１を構成することができる。ま
た、硬質炭素皮膜２は、凝着現象を抑制する作用を有し
ているので、本発明のピストンリング１の上下面６、７
および内周面５がＡｌ合金製またはスチール製のリング
溝１１の上下面（側面）１３に接触しても、Ａｌ凝着や
スチール凝着が発生し難いという優れた特性を有してい
る。

【００２８】なお、硬質炭素皮膜の基本構造は、天然ダ
イヤモンドと同じ炭素ｓｐ³ 結合と、グラファイトと同
じ炭素ｓｐ² 結合と、水素結合とを含むアモルファス構
造からなるものとして知られているが、本発明における
硬質炭素皮膜２もそうした基本構造を有するものであ
る。

【００２９】硬質炭素皮膜２の組成については特に限定
されないが、例えば、Ｗ−Ｎｉ系の硬質炭素皮膜２の場
合には、Ｗ：５５〜８５ｗｔ％好ましくは６０〜８０ｗ
ｔ％、Ｎｉ：３〜１０ｗｔ％好ましくは５〜８ｗｔ％、
Ｃ：残部、その他不可避不純物であることが好ましい。
また、Ｓｉ系の硬質炭素皮膜２の場合には、Ｓｉ：５０
〜７０ｗｔ％好ましくは５５〜６５ｗｔ％、Ｃ：残部、
その他不可避不純物であることが好ましい。また、Ｗ系
の硬質炭素皮膜２の場合には、Ｗ：５０〜８５ｗｔ％好
ましくは６０〜８０ｗｔ％、Ｃ：残部、その他不可避不
純物であることが好ましい。

【００３０】Ｓｉを硬質炭素皮膜に含むことにより、皮
膜の形成能がよくなり、厚膜化が容易になる。Ｗを硬質
炭素皮膜に含むことにより、皮膜形成時の応力が緩和し
皮膜の形成が容易になる。Ｎｉは、硬質炭素皮膜形成用
Ｗターゲット中に含有されていることがあり、硬質炭素
皮膜２中に含有されやすい元素である。なお、Ｎｉを含
有するターゲットはコスト削減の観点からは有利であ
る。

【００３１】図５は、Ｓｉ系の硬質炭素皮膜が含有する
Ｓｉの含有比率を膜厚方向に傾斜させた態様を示してい
る。図５に示すように、Ｓｉの含有比率が表面側から母
材８側に向かって高くなるように曲線状に変化させた
り、直線状に変化させることができる。さらに、Ｓｉ含
有比率が母材側のみ高くなるように傾斜させ、その他の
部位では一定の組成とすることも可能である。そうした
変化は、成膜中のガス圧のコントロール、具体的には、
シランガスとアセチレンガスの混合比率をシランガスの
ガス比率が増すように変化させることでＳｉ含有比率を
上げることができ、アセチレンガスのガス比率が増すよ
うに変化させることでＳｉ含有比率を下げることができ
る。なお、後述のように、Ｓｉ系の硬質炭素皮膜の下地
皮膜９としてＳｉ含有皮膜を形成することにより、Ｓｉ
系の硬質炭素皮膜の密着性を顕著に向上させることがで
きる。

【００３２】そのＳｉ含有皮膜は、Ｓｉがおよそ７０〜
１００重量％の範囲となるように形成される。そして、
その上に形成されるＳｉ系硬質炭素皮膜は、下地皮膜側
のＳｉ含有比率を高くし、およそ７０〜１００重量％と
することが好ましく、密着性を顕著に向上させることが
できる。なお、その際、最表面側のＳｉ系の硬質炭素皮
膜のＳｉ含有比率は低くなり、およそ０〜７０重量％と
なる。

【００３３】ピストンリング１の内周面５に形成される
硬質炭素皮膜２の厚さは、０．０１μｍ以上であること
が好ましい。０．０１μｍ以上の硬質炭素皮膜を内周面
５に形成したピストンリング１は、硬質炭素皮膜２の耐
剥離性が顕著に向上するので、本発明の所期の目的を達
成することができる。また、内周面５に形成される硬質
炭素皮膜２の厚さは、上述のように、隙間を大きくする
ことにより厚くすることができるので、外周面４や上下
面６、７の厚さとの差を適宜調整できる。なお、内周面
での厚さの上限を、約３０μｍ程度にまですることも可
能である。

【００３４】ピストンリング１の上面６および下面７に
形成される硬質炭素皮膜２の厚さは、１〜３０μｍであ
ることが好ましい。その硬質炭素皮膜２の厚さを１〜３
０μｍとしたのは、リング溝１１との間の耐Ａｌ凝着性
または耐スチール凝着性、耐摩耗性および耐スカッフ
性、および製造上の観点によるものである。具体的に
は、上面６および下面７に形成される硬質炭素皮膜２の
厚さが１μｍ未満では、膜厚が薄くてリング溝１１の上
下面（側面）１３との間で耐摩耗性の向上が図れないこ
とがある。一方、上面６および下面７に形成される硬質
炭素皮膜２の厚さが３０μｍを超えると、形成された硬
質炭素皮膜２に剥離が発生することがある。

【００３５】本発明においては、上記の範囲からなる上
面６及び下面７の厚さを１００（指数）としたときに、
外周面４の厚さを１００〜５００（指数）とすることが
好ましく１２０〜３００（指数）とすることがより好ま
しく、また、内周面５の厚さについては、１〜９９（指
数）とすることが好ましく３０〜９０（指数）とするこ
とがより好ましい。従って、外周面の厚さは、１〜１５
０μｍ、好ましくは１．２〜９０μｍの範囲で形成する
ことができる。

【００３６】こうした硬質炭素皮膜２をピストンリング
１の全周に連続して形成することにより、ピストンリン
グ１がピストンに装着されて使用された場合であって
も、クラック及び／又は欠け等の欠陥を発生させる起点
が少なくなり、硬質炭素皮膜２の耐剥離性を向上させる
ことができる。その結果、長期間使用した場合であって
も、耐摩耗性および耐スカッフ性に優れ、Ａｌ凝着現象
またはスチール凝着現象を抑制できるピストンリングを
提供することができる。

【００３７】さらに、本発明のピストンリング１におい
ては、ピストンリング１の摺動時におけるオイル燃焼に
基づくすすの付着の問題を解決することができるという
利点がある。すなわち、従来においては、ピストンリン
グ１とリング溝１１との間で起こるオイル焼けにより発
生したすすが、ピストンリングの下面７および内周面５
に付着または凝着して、ピストンリングを拘束してしま
うことがあった。こうしたことは、ピストンリングとリ
ング溝との間にすすがたまりやすい矩形形状のピストン
リングの場合に顕著であり、ハーフキーストンリング
や、ディーゼルエンジンに好ましく採用されているフル
キーストンリングの場合であっても同様であった。こう
したすすの付着の問題に対して、本発明のピストンリン
グ１は、全周に、特にこうしたすすの問題が起こる下面
７と内周面５に硬質炭素皮膜２が形成されているので、
すすが付きにくく、たとえ付着したとしても容易に砕く
ことができ、すすを排除しやすくなる。その結果、すす
の付着を防止することができ、ピストンリングが拘束さ
れるのを防ぐとともに異常な背圧の上昇を防ぐことがで
きるという顕著な効果を有している。

【００３８】図３に示すように、上述した硬質炭素皮膜
２の下地皮膜９として、Ｓｉ含有皮膜またはＣｒ皮膜が
形成されていることが好ましい。

【００３９】Ｓｉ含有皮膜については、既述したよう
に、Ｓｉがおよそ７０〜１００重量％の範囲となるよう
に、ピストンリング母材である鋼材上に形成されること
が好ましく、その上にＳｉ系硬質炭素皮膜が形成される
ことにより、その硬質炭素皮膜の密着性を顕著に向上さ
せることができる。Ｃｒ皮膜については、ピストンリン
グ母材である鋼材上にＣｒ皮膜または実質的にＣｒから
なる皮膜が形成されることが好ましく、その上にＷ系ま
たはＷ−Ｎｉ系硬質炭素皮膜が形成されることにより、
その硬質炭素皮膜の密着性を顕著に向上させることがで
きる。なお、Ｓｉ含有皮膜は、ＳｉＣ、または、Ｓｉと
Ｃとの混合物、または、それら３種の混合物、の何れか
である。また、実質的にＣｒからなる皮膜は、不可避不
純物を含むことがある。

【００４０】こうしたＳｉ含有皮膜またはＣｒ皮膜の作
用により、下地のピストンリング母材８と硬質炭素皮膜
２との密着性を向上させて耐剥離性を向上させることが
できる。その結果、ピストンリングの耐摩耗性および耐
スカッフ性の効果、および、凝着現象の抑制効果をより
一層向上させることができる。

【００４１】下地皮膜９であるＳｉ含有皮膜やＣｒ皮膜
は、それぞれの種類に応じて、スパッタリング法、イオ
ンプレーティング法またはめっき法等により形成するの
が望ましい。なお、この下地皮膜９の厚さは、０．１〜
５μｍであることが好ましい。

【００４２】また、ピストンリング１の少なくとも外周
面４には、図２及び図４に示すように、硬質皮膜からな
る下地皮膜（以下、硬質皮膜３という。）が形成されて
いることが好ましい。

【００４３】硬質皮膜３としては、イオンプレーティン
グ法で形成される皮膜（本発明においては、これをイオ
ンプレーティング皮膜という。）であることが好まし
く、特に、Ｃｒ−Ｎ、ＴｉＮ、Ｃｒ−Ｏ−Ｎ、Ｃｒ−Ｂ
−Ｎ等の硬質皮膜３であることが好ましい。こうしたイ
オンプレーティング皮膜は、硬くて靱性があるので、摺
動面として作用するピストンリング１の外周面４の耐摩
耗性および耐スカッフ性を向上させることができる。な
お、イオンプレーティング法の代わりに反応性スパッタ
リング法等の薄膜形成法により形成された硬質皮膜３で
あってもよい。こうした硬質皮膜３の厚さは、５〜５０
μｍ程度であることが好ましい。

【００４４】次に、本発明のピストンリングを製造する
方法について説明する。

【００４５】ピストンリングの全周、すなわちピストン
リングの外周面４、内周面５、上面６および下面７に、
下地皮膜を介してまたは直接、連続して形成される硬質
炭素皮膜２を、反応性イオンプレーティング法または反
応性スパッタリング法等のＰＶＤ法または、ＣＶＤ法に
より形成する。

【００４６】スパッタリング法で硬質炭素皮膜を形成す
る場合の一例としては、先ず、ピストンリング母材８を
反応性スパッタリング装置のチャンバー内の取付治具に
セットし、そのチャンバー内を真空引きする。その後、
取付治具を回転させつつアルゴン等の不活性ガスを導入
し、イオンボンバードメントによりピストンリング母材
８の表面を清浄化する。その後、先ず、Ｃｒターゲット
をイオン化したアルゴン等でスパッタリングし、チャン
バー内の蒸発したＣｒ原子をピストンリング母材８上に
析出させ、次いで、炭素源であるメタン等の炭化水素系
ガスをチャンバー内に導入し、Ｓｉ、ＷおよびＮｉから
選択される元素が１または２以上含まれている金属ター
ゲットをイオン化したアルゴン等でスパッタリングし、
チャンバー内の炭素原子と蒸発した金属原子とを結合さ
せてＣｒ原子が析出したピストンリング母材８上に、硬
質炭素皮膜２を形成させる。Ｓｉ、Ｗ、Ｎｉからなる元
素の含有比率は、それらの元素の蒸発速度および反応性
ガスの圧力等を調整することにより制御される。

【００４７】ＣＶＤ法で硬質炭素皮膜を形成する場合の
一例としては、先ず、ピストンリング母材８をプラズマ
ＣＶＤ装置のチャンバー内の取付治具にセットし、その
チャンバー内を真空引きする。その後、取付治具を回転
させつつアルゴン等の不活性ガスを導入し、イオンボン
バードメントによりピストンリング母材８の表面を清浄
化する。その後、炭素源であるアセチレン等の炭化水素
ガスをチャンバー内に導入し、Ｓｉが含まれているシラ
ンガス等を導入して、プラズマで活性化し、チャンバー
内の炭素原子と蒸発した金属原子とが結合してピストン
リング母材８上に少なくともＳｉを含む皮膜として析出
させ、硬質炭素皮膜２を形成する。Ｓｉの含有比率は、
Ｓｉ元素を含む反応性ガスの圧力等を調整することによ
り制御される。

【００４８】図６は、取付治具にセットされたピストン
リング母材の平面図（ａ）および本発明のピストンリン
グの特定部位の断面図（ｂ）の一例を示している。上述
したように、ピストンリング母材８は、チャンバー内の
取付治具３１にセットされる。この図は模式図である
が、ピストンリング母材８を取付治具３１で内側から張
ることにより、ピストンリング母材８を保持できる。こ
うして保持されたピストンリング母材８は、自由合い口
隙間（フリーの状態での合い口部分の隙間のこと。）よ
り僅かに広げられた状態に保持した状態でセットされ
る。その際、取付治具３１の形状によっては、図６
（ａ）に示すように、ピストンリング母材８の内周面５
に接触することがある。そのような接触状態でセットさ
れたピストンリング母材８に硬質皮膜３、下地皮膜９お
よび硬質炭素皮膜２等を形成した場合においては、取付
治具３１に接触したピストンリングの内周面５には、そ
の製造上の問題により、それらの皮膜が形成されていな
いことがある（図６（ｂ）を参照。）。図６（ａ）は一
実施例を示すものであり、治具の形態はこの形状に限定
されず、治具のコストや寿命を含め適宜選択することが
できる。

【００４９】しかしながら、本発明のピストンリング
は、内周面５の一部に、下地皮膜９および硬質炭素皮膜
２等が形成されていない部位（特定部位３２という。）
を有するものであっても、ピストンリング全体としては
硬質炭素皮膜２が連続して形成されている。その結果、
このような特定部位を有するピストンリングは、特定部
位以外のピストンリングの全周に硬質炭素皮膜２が連続
して形成されているので、本発明の効果を発揮でき、本
発明の技術的範囲に含まれる。そして、硬質炭素皮膜２
の耐剥離性を向上させることができる。

【００５０】このとき、図６（ｂ）に示すように、硬質
炭素皮膜２は、その特定部位３２（取付治具３１により
内周面５の全てに硬質炭素皮膜２が形成されていない部
位）において、内周面側のコーナー３３から内周面５の
中心方向に回りこむように形成される。各コーナー３３
から内周面５の中心方向に回りこむ割合としては、ピス
トンリング１の厚さｔと、上下のコーナーから中心方向
に回り込む長さｔ１との比が、ｔ１／ｔ＝１／１０以
上、すなわち、ｔ１はピストンリング１全体の厚さｔの
１０％以上であることが好ましい。このような状態で形
成された硬質炭素皮膜２は、硬質炭素皮膜２が形成され
なくなる境界線３４が、コーナー３３よりも内周面５の
中心方向にあるので、摺動時の衝撃によっても剥離の起
点とはなり難い。その結果、そうした特定部位３２を僅
か（例えば、２，３箇所）有するピストンリングは、高
い耐剥離性を備えている。なお、最も好ましいのは特定
部位がなく、全面を被覆したものであることはいうまで
もない。

【００５１】なお、硬質皮膜３であるイオンプレーティ
ング皮膜を下地皮膜として外周面４に有するピストンリ
ング１は、例えばＣｒ−Ｎ、ＴｉＮ、Ｃｒ−Ｏ−Ｎ、Ｃ
ｒ−Ｂ−Ｎ等の化合物からなる硬質皮膜３を予めイオン
プレーティング装置によりピストンリング母材８上に形
成し、その後、上述の反応性スパッタリング装置等に供
して硬質炭素皮膜を形成して製造される。このとき、そ
うした硬質皮膜３を形成した後、その硬質皮膜３上にＳ
ｉ含有皮膜やＣｒ皮膜を下地皮膜９として形成し、さら
にその下地皮膜９上に硬質炭素皮膜２を形成することが
好ましい（図４を参照。）。

【００５２】（２）ピストンリングとピストンのリング
溝との組み合わせ構造図７は、ピストンリングとピストンのリング溝との組み
合わせ構造の一例を示す構成断面図である。

【００５３】ピストンリング１とピストンのリング溝１
１との組み合わせ構造は、上述した本発明のピストンリ
ング１と、スチール製またはアルミニウム合金製からな
るリング溝１１とから構成される。ピストンリング１の
特徴的な構成および効果等については、上述した本発明
のピストンリングと同じである。なお、図７中、符号１
２はシリンダライナーである。

【００５４】上述した本発明のピストンリング１は、Ａ
ｌ合金製のピストンおよびスチール製のピストンに対
し、好ましく用いられる。もちろん、本発明のピストン
リング１を、あまり凝着現象が起こらないとされてい
る、ピストントレーガーが装着されたＡｌ合金製のピス
トンや鋳鉄製のピストンに対して適用してもよい。

【００５５】Ａｌ合金製のピストンは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ
ｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金（例えば、ＪＩＳ規格記号で、Ａ
Ｃ８Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＣ８Ｃ）からなるものが好ましく
適用される。このピストンは、最も多く用いられ、静置
鋳造により鋳込まれるものである。

【００５６】スチール製のピストンは、熱間工具鋼とし
て用いられる熱間ダイス鋼からなるものが好ましく適用
され、具体的には、ＳＫＤ６（ＪＩＳ規格記号）からな
るものがより好ましい。こうした鋼材は、軟化抵抗や二
次硬化等の効果を発揮する。このピストンは、高負荷な
ディーゼルエンジンに用いられる。

【００５７】本発明のピストンリング１を、前記のピス
トンに形成されているリング溝１１に装着することによ
り、そのリング溝１１とピストンリング１との間の凝着
現象を極めて有効に抑制することができる。

【００５８】

【実施例】以下に、実施例と比較例を挙げて、本発明を
更に詳しく説明する。なお、表１は、実施例１〜９と比
較例１、２の構成を示している。

【００５９】（実施例１）１７Ｃｒステンレス鋼製のピ
ストンリング母材８を作製した。次いで、その全周、す
なわち外周面４、内周面５、上面６および下面７に、Ｓ
ｉ系の硬質炭素皮膜２をＣＶＤ装置により形成した。こ
うして実施例１のピストンリングを作製した。

【００６０】なお、Ｓｉ系の硬質炭素皮膜２は、シラン
ガス圧などの反応条件を制御することにより、Ｓｉ：６
９．４ｗｔ％、Ｃ：残部、および不可避不純物からなる
組成とし、各面の厚さを、外周面４：９．９μｍ、内周
面５：６．５μｍ、上面６：７．５μｍおよび下面７：
６．１μｍとした。

【００６１】（実施例２）実施例１において、Ｓｉ系の
硬質炭素皮膜２を形成する前のピストンリング母材８の
外周面４に、イオンプレーティング装置により厚さ３０
μｍの硬質皮膜３（Ｃｒ−Ｎ皮膜）を形成した。それ以
外は、実施例１と同様にして、実施例２のピストンリン
グを作製した。

【００６２】なお、イオンプレーティング皮膜は、イオ
ンプレーティング装置により主に｛２００｝に配向した
ＣｒＮ皮膜を形成した。その後、イオンプレーティング
皮膜の表面を研削加工し、研磨ペーパーを用いた表面研
磨を行い、粗さ１μｍＲｚとなるように調整した。最終
的な皮膜厚さを２０μｍとした。形成されたイオンプレ
ーティング皮膜のビッカース硬さはＨｖ１５００であっ
た。

【００６３】（実施例３）実施例２において、硬質皮膜
３（Ｃｒ−Ｎ皮膜）を形成した後、Ｓｉ系の硬質炭素皮
膜２を形成する前のピストンリング母材８の全周にＣＶ
Ｄ装置により厚さ１μｍのＳｉ含有皮膜（Ｓｉ：７２ｗ
ｔ％）を下地皮膜９として形成した。それ以外は、実施
例２と同様にして、実施例３のピストンリングを作製し
た。

【００６４】（実施例４）実施例１において、その全周
にＳｉ系の硬質炭素皮膜２をＣＶＤ装置により形成する
代わりに、その全周にＷ系の硬質炭素皮膜２を反応性ス
パッタリング装置により形成した。それ以外は、実施例
１と同様にして、実施例４のピストンリングを作製し
た。

【００６５】なお、Ｗ系の硬質炭素皮膜２は、Ｗターゲ
ットおよび炭素含有ガス圧などの反応条件を制御するこ
とにより、Ｗ：７５ｗｔ％、Ｃ：残部、および不可避不
純物からなる組成とし、各面の厚さを、外周面４：２．
１μｍ、内周面５：０．４μｍ、上面６：１．１μｍお
よび下面７：０．７μｍとした。

【００６６】（実施例５）実施例４において、Ｗ系の硬
質炭素皮膜２を形成する前のピストンリング母材８の外
周面４に、イオンプレーティング装置により厚さ３０μ
ｍの硬質皮膜３（Ｃｒ−Ｎ皮膜）を形成した。それ以外
は、実施例４と同様にして、実施例５のピストンリング
を作製した。

【００６７】なお、イオンプレーティング皮膜の詳細に
ついては、実施例２に記載のものと同様である。

【００６８】（実施例６）実施例５において、硬質皮膜
３（Ｃｒ−Ｎ皮膜）を形成した後、Ｗ系の硬質炭素皮膜
２を形成する前のピストンリング母材８の全周にイオン
プレーティング装置により厚さ０．４μｍのＣｒ皮膜
（Ｃｒ）を下地皮膜９として形成した。それ以外は、実
施例５と同様にして、実施例６のピストンリングを作製
した。

【００６９】（実施例７）実施例１において、その全周
にＳｉ系の硬質炭素皮膜２をＣＶＤ装置により形成する
代わりに、その全周にＷ−Ｎｉ系の硬質炭素皮膜２を反
応性スパッタリング装置により形成した。それ以外は、
実施例１と同様にして、実施例７のピストンリングを作
製した。

【００７０】なお、Ｗ−Ｎｉ系の硬質炭素皮膜２は、Ｗ
−Ｎｉターゲットおよび炭素含有ガス圧などの反応条件
を制御することにより、Ｗ：７５ｗｔ％、Ｎｉ：８ｗｔ
％、Ｃ：残部、および不可避不純物からなる組成とし、
各面の厚さを、外周面４：２．１μｍ、内周面５：０．
４μｍ、上面６：１．１μｍおよび下面７：０．７μｍ
とした。

【００７１】（実施例８）実施例７において、Ｗ−Ｎｉ
系の硬質炭素皮膜２を形成する前のピストンリング母材
８の外周面４に、イオンプレーティング装置により厚さ
３０μｍの硬質皮膜３（Ｃｒ−Ｎ皮膜）を形成した。そ
れ以外は、実施例７と同様にして、実施例８のピストン
リングを作製した。

【００７２】なお、イオンプレーティング皮膜の詳細に
ついては、実施例２に記載のものと同様である。

【００７３】（実施例９）実施例８において、硬質皮膜
３（Ｃｒ−Ｎ皮膜）を形成した後、Ｗ系の硬質炭素皮膜
２を形成する前のピストンリング母材８の全周にイオン
プレーティング装置により厚さ０．４μｍのＣｒ皮膜
（Ｃｒ）を下地皮膜９として形成した。それ以外は、実
施例８と同様にして、実施例９のピストンリングを作製
した。

【００７４】（比較例１）１７Ｃｒステンレス鋼製のピ
ストンリング母材８を作製した。次いで、上面６および
下面７のみに、厚さ６．５μｍのＳｉ系の硬質炭素皮膜
２をＣＶＤ装置により形成して、比較例１のピストンリ
ングを作製した。なお、Ｓｉ系の硬質炭素皮膜２は、シ
ランガス圧などの反応条件を制御することにより、Ｓ
ｉ：６９．４ｗｔ％、Ｃ：残部、および不可避不純物か
らなる組成とした。

【００７５】（比較例２）１７Ｃｒステンレス鋼製のピ
ストンリング母材８を作製した。次いで、そのピストン
リング母材８の全周に、ガス窒化処理を施し、深さ１０
０μｍのガス窒化層を形成した。その後、外周面４に、
イオンプレーティング装置により硬質皮膜３（Ｃｒ−Ｎ
皮膜）を形成して、比較例２のピストンリングを作製し
た。

【００７６】なお、ガス窒化処理は、アンモニア分解ガ
ス雰囲気中で５９０℃×６時間保持し、さらに、５４０
℃×２時間保持して上記深さのガス窒化層を形成した。
その後、窒化層の表面を研削加工し、研磨ペーパーを用
いた表面研磨を行い、粗さ１μｍＲｚとなるとように調
整した。最終的な窒化層深さを７０μｍとした。形成さ
れたガス窒化層のビッカース硬さはＨｖ１１００であっ
た。

【００７７】（摩耗試験）摩耗試験は、アムスラー型摩
耗試験機を使用し、試験片のほぼ半分を油に浸漬し、相
手材を接触させ、荷重を負荷して行った。試験片として
は、アムスラー試験片を用いた。このアムスラー試験片
は、実施例１〜９および比較例２のピストンリングと同
様の処理を施したものを使用した。各試験片を用いて摩
耗試験を行い、耐摩耗性の評価を行った。試験条件は、
潤滑油：クリセフＨ８（１号スピンドル油相当品）、油
温：８０℃、周速：１ｍ／秒（４７８ｒｐｍ）、荷重：
１５０ｋｇｆ、試験時間：７時間の条件下で、ボロン鋳
鉄を相手材として行った。このボロン鋳鉄からなる相手
材は、所定形状に研削加工した後、研削砥石の細かさを
変えて順次表面研削を行い、最終的に２μｍＲｚとなる
ように調整した。摩耗量の測定は、粗さ計による段差プ
ロファイルで摩耗量（μｍ）を測定して評価した。

【００７８】耐摩耗性は、実施例１〜９に対応する各試
験片の摩耗量を、比較例２に対応する試験片の摩耗量に
対しての相対比として比較し、摩耗指数とした。従っ
て、各試験片の摩耗指数が１００より小さいほど摩耗量
が少ないことを表す。実施例１〜９に対応する各試験片
の摩耗指数は１０５〜１０８であり、比較例２に対応す
る試験片の結果とほぼ同等であり、大きな問題が発生す
ることはない。結果を表２に示した。

【００７９】（スカッフ試験）スカッフ試験は、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て行った。試験片
としては、アムスラー試験片を用いた。このアムスラー
試験片は、実施例１〜９および比較例２のピストンリン
グと同様の処理を施したものを使用した。各試験片を用
いてスカッフ試験を行い、耐スカッフ性の評価を行っ
た。試験条件は、潤滑油：クリセフＨ８（１号スピンド
ル油相当品）、周速：１ｍ／秒（４７８ｒｐｍ）の条件
下で、ボロン鋳鉄を相手材として行った。このボロン鋳
鉄も上述の方法により最終的に２μｍＲｚとなるように
調整した。

【００８０】耐スカッフ性は、比較例２に対応する試験
片のスカッフ発生荷重を１００とし、実施例１〜９に対
応する各試験片のスカッフ発生荷重を、比較例２に対応
する試験片の結果に対しての相対比として比較し、耐ス
カッフ指数とした。従って、実施例１〜９に対応する各
試験片の耐スカッフ指数が１００より大きいほど、スカ
ッフ発生荷重が大きくなり、比較例２に対応する試験片
よりも耐スカッフ性に優れることとなる。実施例１〜９
に対応する各試験片の耐スカッフ指数は、１１０〜２０
０であり、比較例２に対応する試験片よりも著しく耐ス
カッフ性に優れていた。結果を表２に示した。

【００８１】（耐剥離性試験）耐剥離性の試験は、ＮＰ
Ｒ式衝撃試験装置（特公昭３６−１９０４６号、めっき
密着度の定量的試験装置）の改良試験機を使用し、表面
に１回当たり４３．１ｍＪ（４．４ｋｇｆ・ｍｍ）の衝
撃エネルギーを加え、剥離発生までの回数で評価した。
試験片としては、上述の実施例１〜９および比較例１の
ピストンリングを使用した。各試験片を用いて耐剥離性
試験を行い、耐剥離性の評価を行った。剥離の有無は、
表面を１５倍に拡大して観察し、評価した。図８は、測
定に使用したＮＰＲ式衝撃試験装置を示す。なお、図８
において、２１はピストンリング、２２は圧子、２３は
当て金である。

【００８２】耐剥離性は、比較例１の試験片の剥離発生
回数を１００とし、実施例１〜９の試験片の剥離発生回
数を比較例１の結果に対する耐剥離指数として比較し
た。従って、実施例１〜９の試験片の耐剥離指数が１０
０よりも大きくなると、比較例１の試験片よりも多い回
数で剥離が発生することとなるので、耐剥離性に優れる
こととなる。実施例１〜９の耐剥離指数は、１１０〜１
２０であり、比較例１のピストンリングに比べ、耐剥離
性に優れていた。結果を表２に示した。

【００８３】（たたき試験）たたき試験は、図９に示す
高温弁座摩耗試験機５１を使用して行った。すべりたた
き試験片としては、実施例１〜９および比較例１と同様
の処理を施したものを使用し、たたき摩耗量の評価を行
った。試験条件は、ストローク：４ｍｍ、繰り返し速
度：５００回／分、リング回転数：３ｒｐｍ、試験時
間：１０時間、ピストン材温度：３４０℃、ピストン
材：Ａｌ合金（ＡＣ８Ａ）およびスチール材（ＳＫＤ６
材）、の条件下で行った。なお、「凝着」の有無は、表
面を１５倍に拡大して観察し、評価した。

【００８４】ここで、「すべりたたき試験」とは、ピス
トン材５３を試験機５１に対して軸方向移動不能に固定
し、ピストンリング材５２をピストン材５３に同心に装
着し、ピストンリング材５２の内周面側に備わっている
シリンダライナー相当の鋳鉄製円棒５５を軸方向に往復
させて行う試験であり、ピストンリング材５２を回転し
つつピストン材５３を叩く動作モードを付与した試験で
ある。試験機５１は、被験材加熱用のヒータ５４を有し
ており、実際に燃料を燃焼させずともエンジン内の燃焼
時の高温状態を再現することができ、ピストン材の状態
変化を模すことができる。この試験により、ピストン側
摩耗（ピストン材の摩耗量）、ピストンリング側摩耗
（ピストンリング材の摩耗量）を評価した。

【００８５】結果は、ピストンリングの上下面における
摩耗指数で表した。その値は、比較例２のピストン側摩
耗量およびピストンリング側摩耗量の結果をそれぞれ１
００とし、実施例１〜９の各試験片の結果を比較例２の
結果に対する摩耗指数として比較した。従って、実施例
１〜９の摩耗指数が１００より小さいほど、摩耗量が小
さくなり、比較例２よりも耐摩耗性に優れることとな
る。上下面に硬質炭素皮膜２を有する実施例１〜９のピ
ストン側摩耗指数およびピストンリング側摩耗指数は、
７０〜９０の範囲であり、比較例２の試験片よりも著し
く耐摩耗性に優れていた。その結果を表２に示す。

【００８６】

【表１】

【００８７】

【表２】（評価）実施例１〜９のピストンリングは、比較例２の
ピストンリングに比べ、その何れも上下面に凝着の発生
はみられなかった。また、上下面の耐摩耗性は著しく向
上した。また、外周摺動面の耐摩耗性および耐スカッフ
性は、硬質炭素皮膜２が形成されることにより、耐スカ
ッフ性において著しく向上した。また、全周面に硬質炭
素皮膜２を形成することにより、耐剥離性にも優れてい
た。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のピストン
リングおよびピストンリングとリング溝との組み合わせ
構造によれば、ピストンリングの全ての面に硬質炭素皮
膜が連続して形成されているので、その硬質炭素皮膜に
は、使用中における硬質炭素皮膜のクラック及び／又は
欠け等の欠陥を発生させる起点が少なく、形成された硬
質炭素皮膜の耐剥離性を向上させることができる。さら
に、上下面に形成された硬質炭素皮膜の作用により、Ａ
ｌ合金製のリング溝やスチール製のリング溝に対して、
凝着現象を極めて起こし難くすることができる。その結
果、長期間使用した場合であっても、耐摩耗性および耐
スカッフ性に優れ、且つ、凝着現象の抑制効果を有する
ピストンリングを提供することができる。こうした本発
明のピストンリングは、ガソリンエンジン用のみなら
ず、高出力・高負荷のディーゼルエンジン用としても好
ましく使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のピストンリングの一例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明のピストンリングの他の一例を示す断面
図である。

【図３】下地皮膜９が形成された本発明のピストンリン
グの一例を示す断面図である。

【図４】下地被膜（下地皮膜９と硬質皮膜３）が形成さ
れた本発明のピストンリングの一例を示す断面図であ
る。

【図５】硬質炭素皮膜のＳｉ含有比率を傾斜させた態様
の例である。

【図６】取付治具にセットされたピストンリング母材の
平面図（ａ）および本発明のピストンリングの特定部位
の断面図（ｂ）の一例である。

【図７】本発明のピストンリングとリング溝との組み合
わせ構造の一例を示す断面図である。

【図８】ＮＰＲ式衝撃試験装置の改良試験機である。

【図９】高温弁座摩耗試験機である。

【符号の説明】

１ピストンリング２硬質炭素皮膜３硬質皮膜（下地皮膜３）４外周面５内周面６上面７下面８ピストンリング母材９下地皮膜１１リング溝１２シリンダライナー１３上下面（側面）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎孝弘埼玉県さいたま市本町西５−２−６日本ピストンリング株式会社与野工場内Ｆターム(参考） 3J044 AA02 BA04 BB14 BB26 BB27 BC03 BC06 BC07 BC08 CB01 DA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ、ＷおよびＮｉから選択される元素
を１または２以上含む硬質炭素皮膜が、ピストンリング
の外周面、内周面、上面および下面の全ての面に、下地
皮膜を介してまたは直接、連続して形成されていること
を特徴とするピストンリング。
【請求項２】前記硬質炭素皮膜はＳｉを含む硬質炭素
皮膜であり、当該硬質炭素皮膜の下地皮膜としてＳｉ含
有皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記
載のピストンリング。
【請求項３】前記硬質炭素皮膜はＷまたはＷ−Ｎｉを
含む硬質炭素皮膜であり、当該硬質炭素皮膜の下地皮膜
としてＣｒ皮膜が形成されていることを特徴とする請求
項１に記載のピストンリング。
【請求項４】イオンプレーティング法で形成された硬
質皮膜が、ピストンリングの少なくとも外周面に、下地
皮膜として形成されていることを特徴とする請求項１乃
至請求項３の何れか１項に記載のピストンリング。
【請求項５】Ｓｉ、ＷおよびＮｉから選択される元素
を１または２以上含む硬質炭素皮膜が外周面、内周面、
上面および下面の全ての面に、下地皮膜を介してまたは
直接、連続して形成されているピストンリングと、スチ
ール製またはアルミニウム合金製のピストンのリング溝
とからなることを特徴とするピストンリングとピストン
のリング溝との組み合わせ構造。