JP2006022666A - 非晶質硬質炭素膜を備えたピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 潤滑油を用いた湿式条件で使用されるピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンを、それぞれ、Si含有量が1at%以上20at%以下であり、表面粗さがRzjis0.5μm以下である非晶質硬質炭素膜を備えるよう構成する。
【選択図】 なし
Description
本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンは、いずれも潤滑油を用いた湿式条件で使用される。潤滑油には、通常用いられるエンジン油を用いればよい。
本発明のピストンリングは、ピストンリング本体と、ピストンリング本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなる。ピストンリング本体の材質としては、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄等の鉄系材料が望ましい。非晶質硬質炭素膜は、シリンダとの摩擦係数を低減するためには、ピストンリング本体の外周面に形成されることが望ましい。また、ピストンリング溝との摺接による焼付きや摩耗を抑制するためには、ピストンの往復動方向に対向する二つの対向面に形成されることが望ましい。ピストンリングの焼付きや摩耗が抑制されることで、ピストンリング溝に通常施されるアルマイト等の耐摩耗処理が不要となり、コストを低減することができる。このように、非晶質硬質炭素膜は、ピストンリング本体の外周面およびピストンの往復動方向に対向する二つの対向面、から選ばれる少なくとも一面に形成されることが望ましい。
本発明のピストンは、ピストン本体と、ピストン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなる。ピストン本体の材質としては、アルミニウム合金(AC8A等)、鋳鉄等が望ましい。
本発明のシリンダは、シリンダ本体と、シリンダ本体の内周面に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなる。シリンダ本体の材質としては、アルミニウム合金(A390、AC4C等)、鋳鉄等が望ましい。シリンダ本体は、シリンダブロックと一体に形成されるものでもよく、シリンダライナとして別に形成されるものでもよい。本発明のシリンダの大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、シリンダ本体のアスペクト比[長さLと内径Dとの比(L/D)]が0.8以上の場合には、直流プラズマCVD法により成膜する利点が大きい。
本発明のピストンピンは、ピストンピン本体と、ピストンピン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなる。ピストンピン本体の材質としては、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄等の鉄系材料が望ましい。非晶質硬質炭素膜は、ピストンとの摩擦係数を低減するためには、ピストンピン本体の外周面に形成されることが望ましい。
上述した本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンは、それぞれを適宜組み合わせて使用することが望ましい。例えば、本発明のピストンリングと本発明のピストンとを組合せた態様、この態様にさらに本発明のシリンダを組合せた態様、本発明のピストンリングをピストンリング溝に組み付けたピストンと本発明のシリンダとを組合せた態様、本発明のピストンと本発明のシリンダとを組合せた態様、本発明のピストンピンと本発明のピストンとを組合せた態様等が挙げられる。
(a)Si含有非晶質硬質炭素膜(以下、適宜「DLC−Si膜」と称す。)の形成
図3に示す直流プラズマCVD(PCVD)成膜装置を用いて、基材の表面にDLC−Si膜を形成した。図3に示すように、直流プラズマCVD成膜装置4は、ステンレス製の容器40と、基台41と、ガス導入管42と、ガス導出管43とを備える。ガス導入管42は、バルブ(図略)を介して各種ガスボンベ(図略)に接続される。ガス導出管43は、バルブ(図略)を介してロータリーポンプ(図略)および拡散ポンプ(図略)に接続される。
作製した各ブロック試験片について、リング・オン・ブロック型摩擦試験機(LFW−1、FALEX社製)による摺動試験を行った。図4に、リング・オン・ブロック型摩擦試験機の概略図を示す。図4に示すように、リング・オン・ブロック型摩擦試験機5は、ブロック試験片50と、相手材となるリング試験片51とから構成される。ブロック試験片50とリング試験片51とは、ブロック試験片50に形成された被膜500とリング試験片51とが当接する状態で設置される。リング試験片51はオイルバス52中に回転可能に設置される。本摺動試験では、リング試験片51として、本摩擦試験機の標準試験片であるS−10リング試験片(材質:SAE4620スチール浸炭処理材、形状:φ35mm、幅8.8mm、表面粗さ:Rzjis0.37μm、0.86μm、1.95μmの三種類、FALEX社製)を用いた。また、オイルバス52には、80℃に加熱保持したエンジン油(キャッスルモーターオイルSL5W−30)を用いた。
ピストンリングとシリンダとの摺動を想定した往復摺動試験機により摺動試験を行った。図7に、往復摺動試験機の概略図を示す。図7に示すように、往復摺動試験機6は、シリンダ想定材60と、リング想定材61とから構成される。シリンダ想定材60の材質は、鋳鉄であり、リング想定材61の材質は、窒化鋼である。リング想定材61は、シリンダ想定材60の内側に摺接しながら上下方向に往復する。シリンダ想定材60とリング想定材61との摺動部には、オイル供給パイプ62から潤滑油が供給される。
2:ピストン 20:ピストン本体 21:ピストンリング溝
22:ピストンスカート部 23:ピストンピン穴 24:ピストンピン
30:トップリング 31:セカンドリング 32:オイルリング
300:トップリング本体 301:外周面 302:上面 303:下面
4:直流プラズマCVD成膜装置 40:容器 41:基台 42:ガス導入管
43:ガス導出管 44:ステンレス製陽極板 45:基材
5:リング・オン・ブロック型摩擦試験機
50:ブロック試験片 51:リング試験片 52:オイルバス 500:被膜
6:往復摺動試験機
60:シリンダ想定材 61:リング想定材 62:オイル供給パイプ
Claims (18)
- 潤滑油を用いた湿式条件で使用されるピストンリングであって、
ピストンリング本体と、該ピストンリング本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、
該非晶質硬質炭素膜のSi含有量は1at%以上20at%以下であり、表面粗さはRzjis0.5μm以下であることを特徴とするピストンリング。 - 前記非晶質硬質炭素膜は、前記ピストンリング本体の外周面およびピストンの往復動方向に対向する二つの対向面、から選ばれる少なくとも一面に形成される請求項1に記載のピストンリング。
- 前記ピストンリング本体と前記非晶質硬質炭素膜との密着力は20N以上である請求項1に記載のピストンリング。
- 前記非晶質硬質炭素膜が形成されるピストンリング本体の表面は、イオン衝撃法による凹凸形成処理により、平均高さが10nm以上100nm以下、平均幅が300nm以下の凸部をもつ凹凸面となっている請求項1に記載のピストンリング。
- 前記非晶質硬質炭素膜は、直流プラズマCVD法で形成される請求項1に記載のピストンリング。
- 潤滑油を用いた湿式条件で使用されるピストンであって、
ピストン本体と、該ピストン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、
該非晶質硬質炭素膜のSi含有量は1at%以上20at%以下であり、表面粗さはRzjis0.5μm以下であることを特徴とするピストン。 - 前記非晶質硬質炭素膜は、前記ピストン本体のピストンリング溝、ピストンスカート部、およびピストンピン穴から選ばれる少なくとも一箇所に形成される請求項6に記載のピストン。
- 前記非晶質硬質炭素膜は、直流プラズマCVD法で形成される請求項6に記載のピストン。
- 潤滑油を用いた湿式条件で使用されるシリンダであって、
シリンダ本体と、該シリンダ本体の内周面に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、 該非晶質硬質炭素膜のSi含有量は1at%以上20at%以下であり、表面粗さはRzjis0.5μm以下であることを特徴とするシリンダ。 - 前記非晶質硬質炭素膜は、直流プラズマCVD法で形成される請求項9に記載のシリンダ。
- 前記シリンダ本体のアスペクト比は0.8以上である請求項9に記載のシリンダ。
- 潤滑油を用いた湿式条件で使用されるピストンピンであって、
ピストンピン本体と、該ピストンピン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、
該非晶質硬質炭素膜のSi含有量は1at%以上20at%以下であり、表面粗さはRzjis0.5μm以下であることを特徴とするピストンピン。 - 前記ピストンピン本体と前記非晶質硬質炭素膜との密着力は10N以上である請求項12に記載のピストンピン。
- 前記非晶質硬質炭素膜は、直流プラズマCVD法で形成される請求項12に記載のピストンピン。
- 請求項1に記載のピストンリングと、請求項6に記載のピストンと、からなる摺動部材の組合せ。
- 請求項1に記載のピストンリングが組み付けられたピストンと、請求項9に記載のシリンダと、からなる摺動部材の組合せ。
- 請求項6に記載のピストンと、請求項9に記載のシリンダと、からなる摺動部材の組合せ。
- 請求項6に記載のピストンと、請求項12に記載のピストンピンと、からなる摺動部材の組合せ。
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