JP6416066B2 - ピストンリング - Google Patents
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第一の本発明のピストンリングは、ピストンリング基材と、ピストンリング基材の少なくとも外周面を被覆するように設けられた硬質被膜と、を含み、硬質被膜のマイクロビッカース硬さ(H)と、硬質被膜のポアソン比を含む押し込み弾性率(EIT’)との比率(H/EIT’)は、0.050 以上であり、硬質被膜は、金属元素としてCrおよびAlを少なくとも含み、非金属元素としてNを少なくとも含むNaCl型の結晶構造を有し、硬質被膜中に含まれる各々の構成元素の含有量割合が下式(1)〜(5)を満たすことを特徴とする。
・式(1) 15≦b≦65
・式(2) 0≦c≦10
・式(3) 0<(e+f)≦40
・式(4) 0<e≦40
・式(5) 0<f≦20
〔但し、各式中、bは硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対するAlの含有量割合(原子%)を表し、cは硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対する金属元素X(但し、Xは、ZrおよびVからなる群より選択されるいずれかまたは双方の金属元素)の含有量割合(原子%)を表し、eは硬質被膜中に含まれる全非金属元素の総量に対するOの含有量割合(原子%)を表し、fは硬質被膜中に含まれる全非金属元素の総量に対するCの含有量割合(原子%)を表す。〕
第二の本発明のピストンリングは、ピストンリング基材と、ピストンリング基材の少なくとも外周面を被覆するように設けられた硬質被膜と、を含み、硬質被膜のマイクロビッカース硬さ(H)と、硬質被膜のポアソン比を含む押し込み弾性率(EIT’)との比率(H/EIT’)は、0.050 以上であり、硬質被膜は、金属元素としてCrおよびAlを少なくとも含み、非金属元素としてNを少なくとも含むNaCl型の結晶構造を有し、硬質被膜中に含まれる各々の構成元素の含有量割合が下式(1)〜(5)を満たし、硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対する、Cr、Al、X(但し、Xは、ZrおよびVからなる群より選択されるいずれかまたは双方の金属元素)以外のその他の金属元素の含有量割合が5原子%以下であることを特徴とする。
・式(1) 15≦b≦65
・式(2) 0≦c≦10
・式(3) 0≦(e+f)≦40
・式(4) 0≦e≦40
・式(5) 0≦f≦20
〔但し、各式中、bは硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対するAlの含有量割合(原子%)を表し、cは硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対する金属元素Xの含有量割合(原子%)を表し、eは硬質被膜中に含まれる全非金属元素の総量に対するOの含有量割合(原子%)を表し、fは硬質被膜中に含まれる全非金属元素の総量に対するCの含有量割合(原子%)を表す。〕
・式(2) 0≦c≦10
・式(3) 0≦(e+f)≦40
・式(4) 0≦e≦40
・式(5) 0≦f≦20
評価用サンプルは、実施例、比較例および参考例共に以下の手順で作製した。まず、ピストンリング基材12を、アークイオンプレーティング装置30内にセットした後、真空チャンバー40内を真空排気して減圧すると共に、ピストンリング基材12を加熱した。その後、ピストンリング基材12に対して所定のバイアス電圧を印加することでイオンボンバードを行った。次に、バイアス電圧を所定の値に設定した後、真空チャンバー40内にプロセスガスを導入することで、ピストンリング基材12の少なくとも外周面14に厚さ20μmから30μmの硬質被膜16を成膜した。そして、最後に、硬質被膜の表面をラッピング加工することでピストンリングサンプルを得た。なお、各実施例、比較例および参考例のいずれのピストンリングサンプルにおいても、硬質被膜の円周方向における表面粗さRaは0.30μm以下であった。
硬質被膜の耐摩耗性試験は、ピストンリングサンプルを使って、以下の方法で行った。耐摩耗性試験には図3に示すリングオンプレート式往復動摩擦試験機100を使用した。このリングオンプレート式往復動摩擦試験機100は、試験片102を、スプリング荷重により荷重Pを加えてプレート104に押し付け、プレート104が往復動することにより両者が摺動するよう構成されている。
荷重P :30N
プレート104の往復動の平均速度 :0.5m/s
プレート104の往復動のストローク:50mm
試験時間 :120min
潤滑油 :劣化オイルA(実施例および比較例)
劣化オイルB(参考例)
潤滑油の滴下量 :1ml/hr
プレート104の材質 :FC(ねずみ鋳鉄)
A:相対摩耗量が1.00以下
B:相対摩耗量が1.00を超え1.15以下
C:相対摩耗量が1.15を超える
硬質被膜のマイクロビッカース硬さ(H)およびポアソン比を含む押し込み弾性率(EIT’)の測定は、フィッシャーイントルメンツ製のインデンテーション試験機・HM−2000を用いた。圧子はビッカース硬度測定と同一のダイヤモンド製で、測定荷重は1000mNとした。測定に際しては、30秒掛けて荷重を最大荷重まで上げた後、5秒間その最大荷重を保持し、さらに30秒掛けて除荷した。ここで、マイクロビッカース硬さは、圧子の形状と押込み深さから圧痕の対角線長さが測定できるので、これらの測定値に基づいて算出した。
硬質被膜の耐クラック性および耐剥離性試験は、ピストンリングサンプルを使って、以下の方法で行った。耐クラック性および耐剥離性試験には、図4に示すリングオンディスク試験機110を使用した。このリングオンディスク試験機110は、一定の荷重Qを加えた試験片112を相手材である円板状のディスク114に押し付けた状態でディスク114を所定の条件で矢印R方向に回転させることで、試験片112に設けられた硬質被膜の耐クラック性および耐剥離性を評価する試験機である。
荷重Q :30N
摺動速度 :10m/s(実施例および比較例)
5m/s(参考例)
試験時間 :600min(実施例および比較例)
60min(参考例)
潤滑油 :5W−30
ディスク114の材質:スチール(S45C)
A:クラックおよび剥離は全く確認されなかった
B:クラックおよび剥離の発生は確認されなかったものの、スカッフ気味な摺動の痕跡が確認された
C:クラックのみ発生が確認された
D:クラックおよび剥離の双方の発生が確認された
ピストンリングサンプルの硬質被膜の表面粗さは株式会社キーエンス製のレーザー顕微鏡・VK−9700にて測定した。撮影条件は、対物レンズ倍率50倍、高さスムージング2、傾き補正自動とし、測定視野の中でピストンリングの円周方向を指定して測定した。表面粗さRaはJISB0601−2001に従って測定した。なお、JISB0601−2001はISO4287−1997に準拠している。
各実施例、比較例および参考例のピストンリングサンプルの硬質被膜の組成、物性と共に評価結果を表1〜表6に示す。
12 :ピストンリング基材
14 :外周面
16 :硬質被膜
18 :外周摺動面
30 :アークイオンプレーティング装置
40 :真空チャンバー
42 :金属ターゲット
44 :支持台
46 :ガス導入口
48 :排気口
50 :アーク供給源
52 :バイアス電源供給源
60 :金属イオン
62 :反応ガス分子
100 :リングオンプレート式往復動摩擦試験機
102 :試験片
104 :プレート
110 :リングオンディスク試験機
112 :試験片
114 :ディスク
Claims (11)
- ピストンリング基材と、
前記ピストンリング基材の少なくとも外周面を被覆するように設けられた硬質被膜と、を含み、
前記硬質被膜のマイクロビッカース硬さ(H)と、前記硬質被膜のポアソン比を含む押し込み弾性率(EIT’)との比率(H/EIT’)は、0.050 以上であり、
前記硬質被膜は、金属元素としてCrおよびAlを少なくとも含み、非金属元素としてNを少なくとも含むNaCl型の結晶構造を有し、
前記硬質被膜中に含まれる各々の構成元素の含有量割合が下式(1)〜(5)を満たすことを特徴とするピストンリング。
・式(1) 15≦b≦65
・式(2) 0≦c≦10
・式(3) 0<(e+f)≦40
・式(4) 0<e≦40
・式(5) 0<f≦20
〔但し、前記各式中、bは前記硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対するAlの含有量割合(原子%)を表し、cは前記硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対する金属元素X(但し、Xは、ZrおよびVからなる群より選択されるいずれかまたは双方の金属元素)の含有量割合(原子%)を表し、eは前記硬質被膜中に含まれる全非金属元素の総量に対するOの含有量割合(原子%)を表し、fは前記硬質被膜中に含まれる全非金属元素の総量に対するCの含有量割合(原子%)を表す。〕 - ピストンリング基材と、
前記ピストンリング基材の少なくとも外周面を被覆するように設けられた硬質被膜と、を含み、
前記硬質被膜のマイクロビッカース硬さ(H)と、前記硬質被膜のポアソン比を含む押し込み弾性率(EIT’)との比率(H/EIT’)は、0.050 以上であり、
前記硬質被膜は、金属元素としてCrおよびAlを少なくとも含み、非金属元素としてNを少なくとも含むNaCl型の結晶構造を有し、
前記硬質被膜中に含まれる各々の構成元素の含有量割合が下式(1)〜(5)を満たし、
前記硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対する、Cr、Al、X(但し、Xは、ZrおよびVからなる群より選択されるいずれかまたは双方の金属元素)以外のその他の金属元素の含有量割合が5原子%以下であることを特徴とするピストンリング。
・式(1) 15≦b≦65
・式(2) 0≦c≦10
・式(3) 0≦(e+f)≦40
・式(4) 0≦e≦40
・式(5) 0≦f≦20
〔但し、前記各式中、bは前記硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対するAlの含有量割合(原子%)を表し、cは前記硬質被膜中に含まれる全金属元素の総量に対する金属元素Xの含有量割合(原子%)を表し、eは前記硬質被膜中に含まれる全非金属元素の総量に対するOの含有量割合(原子%)を表し、fは前記硬質被膜中に含まれる全非金属元素の総量に対するCの含有量割合(原子%)を表す。〕 - eおよびfが0原子%であることを特徴とする請求項2に記載のピストンリング。
- eが0原子%を超え40原子%以下であり、且つ、fが0原子%であることを特徴とする請求項2に記載のピストンリング。
- eが0原子%であり、且つ、fが0原子%を超え20原子%以下であることを特徴とする請求項2に記載のピストンリング。
- eが0原子%を超え40原子%以下であり、且つ、fが0原子%を超え20原子%以下であることを特徴とする請求項2に記載のピストンリング。
- cが0原子%であることを特徴する請求項1〜6のいずれか1つに記載のピストンリング。
- cが0原子%を超え10原子%以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のピストンリング。
- 前記ポアソン比を含む押し込み弾性率(EIT’)が245GPa以上であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のピストンリング。
- 前記ピストンリング基材の外周面に被覆された前記硬質被膜の円周方向における表面粗さRaが、0.30μm以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載のピストンリング。
- 前記硬質被膜は、アークイオンプレーティング法で形成されていることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1つに記載のピストンリング。
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JP2015181935A JP6416066B2 (ja) | 2015-09-15 | 2015-09-15 | ピストンリング |
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