JPH051769A - 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 - Google Patents
内燃機関の耐摩耗性摺動部材Info
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- JPH051769A JPH051769A JP17772791A JP17772791A JPH051769A JP H051769 A JPH051769 A JP H051769A JP 17772791 A JP17772791 A JP 17772791A JP 17772791 A JP17772791 A JP 17772791A JP H051769 A JPH051769 A JP H051769A
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- chemical vapor
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 熱変形、材質の変調、母材硬度の低下などを
生じることなく、耐摩耗性のＴｉＮ或はＴｉＣ皮膜を摺
動部位に形成させた内燃機関の耐摩耗性摺動部材。 【構成】 内燃機関の構成部材であって、相手材と相対
的に当接又は摺接する部位に、プラズマ化学蒸着によ
り、厚さ２〜２５μｍ、ビッカース硬度１８００〜２５
００のＴｉＮ皮膜或は厚さ２〜２５μｍ、ビッカース硬
度２３００〜３０００のＴｉＣ皮膜を形成させる。その
皮膜形成条件を下記表に示す。
生じることなく、耐摩耗性のＴｉＮ或はＴｉＣ皮膜を摺
動部位に形成させた内燃機関の耐摩耗性摺動部材。 【構成】 内燃機関の構成部材であって、相手材と相対
的に当接又は摺接する部位に、プラズマ化学蒸着によ
り、厚さ２〜２５μｍ、ビッカース硬度１８００〜２５
００のＴｉＮ皮膜或は厚さ２〜２５μｍ、ビッカース硬
度２３００〜３０００のＴｉＣ皮膜を形成させる。その
皮膜形成条件を下記表に示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ化学蒸着によ
るＴｉＮ或はＴｉＣ耐摩耗性超硬質皮膜層を有する内燃
機械の耐摩耗性摺動部材に関するものである。
るＴｉＮ或はＴｉＣ耐摩耗性超硬質皮膜層を有する内燃
機械の耐摩耗性摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の摺動部材であって、関係部材
と当接、摺動する部位、例えば、ピストンリングの外周
面、内周面、シリンダライナーの内面、ピストンのピン
孔及びピストンリング溝、ピストンの上下及び外面、給
排気弁バルブシート、バルブステム、バルブ傘部及びそ
の当接シート面、カム及びタぺットの当接面等、は苛酷
な摩耗作用をうける。
と当接、摺動する部位、例えば、ピストンリングの外周
面、内周面、シリンダライナーの内面、ピストンのピン
孔及びピストンリング溝、ピストンの上下及び外面、給
排気弁バルブシート、バルブステム、バルブ傘部及びそ
の当接シート面、カム及びタぺットの当接面等、は苛酷
な摩耗作用をうける。
【０００３】そこで、これらの部分の摩耗を少くするた
め、従来、高級な耐摩耗性材料を使用するとともに、併
せて化学蒸着による処理を行い、さらに摺動機能を高め
ることによってその耐摩耗性の向上を図ってきた。然し
ながら前述の耐摩耗性向上施策は何れも使用材料が高価
となり、化学蒸着では通常１０００℃以上という高温度
で処理されるため、熱変形が生じたり、材質が変調した
りして母材の硬度が低下する。又イオンプレーティング
などの化学蒸着においては、処理温度は化学蒸着のよう
に高温度ではないが、複雑な形状のものや内周面に、超
硬質皮膜を形成させるには、つきまわり性の面で不具合
を生じていた。従って比較的低温で且つつきまわり性の
良い超硬質皮膜形成方法の開発が望まれている。
め、従来、高級な耐摩耗性材料を使用するとともに、併
せて化学蒸着による処理を行い、さらに摺動機能を高め
ることによってその耐摩耗性の向上を図ってきた。然し
ながら前述の耐摩耗性向上施策は何れも使用材料が高価
となり、化学蒸着では通常１０００℃以上という高温度
で処理されるため、熱変形が生じたり、材質が変調した
りして母材の硬度が低下する。又イオンプレーティング
などの化学蒸着においては、処理温度は化学蒸着のよう
に高温度ではないが、複雑な形状のものや内周面に、超
硬質皮膜を形成させるには、つきまわり性の面で不具合
を生じていた。従って比較的低温で且つつきまわり性の
良い超硬質皮膜形成方法の開発が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐摩耗性超
硬質皮膜の生成に高温を必要としないので、熱変形、材
質の変調、母材硬度の低下などを生じることがなく、い
かなる形状のものにも皮膜を容易に形成させえる方法に
より耐摩耗性皮膜を形成させた内燃機関の耐摩耗性摺動
部材を提供することを課題としている。
硬質皮膜の生成に高温を必要としないので、熱変形、材
質の変調、母材硬度の低下などを生じることがなく、い
かなる形状のものにも皮膜を容易に形成させえる方法に
より耐摩耗性皮膜を形成させた内燃機関の耐摩耗性摺動
部材を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】最近、プラズマ
化学蒸着による硬質皮膜を部材表面に形成させ、部材表
面の耐摩耗性及び耐食性を向上させる技術が開発されつ
つある。プラズマ化学蒸着によるＴｉＮ或はＴｉＣ皮膜
の形成は、四塩化チタン−水素−窒素ガス或は四塩化チ
タン−水素−メタン又はアセチレンガスを５００〜６０
０℃の温度雰囲気中に流しプラズマにて加熱蒸発し、真
空中でこれを複雑形状の面や、内周のような裏側の面に
被着させることができるので、均一な厚さで超硬質なＴ
ｉＮ或はＴｉＣ被膜を摺動面に形成できる。ワークの表
面は変形を伴うことなく、その耐摩耗性、耐焼付性及び
耐食性を高めることができ、６００℃以下の温度で、し
かも変形を伴うことなく表面硬度を高めることができ
る。
化学蒸着による硬質皮膜を部材表面に形成させ、部材表
面の耐摩耗性及び耐食性を向上させる技術が開発されつ
つある。プラズマ化学蒸着によるＴｉＮ或はＴｉＣ皮膜
の形成は、四塩化チタン−水素−窒素ガス或は四塩化チ
タン−水素−メタン又はアセチレンガスを５００〜６０
０℃の温度雰囲気中に流しプラズマにて加熱蒸発し、真
空中でこれを複雑形状の面や、内周のような裏側の面に
被着させることができるので、均一な厚さで超硬質なＴ
ｉＮ或はＴｉＣ被膜を摺動面に形成できる。ワークの表
面は変形を伴うことなく、その耐摩耗性、耐焼付性及び
耐食性を高めることができ、６００℃以下の温度で、し
かも変形を伴うことなく表面硬度を高めることができ
る。
【０００６】本発明は、プラズマ化学蒸着によるＴｉＮ
或はＴｉＣ皮膜形成のこれらの点に着目し、内燃機関の
摺動部材であって、相手材と相対的に当接又は摺接する
部位に、プラズマ化学蒸着によるＴｉＮ或はＴｉＣ皮膜
を形成することを課題解決の手段としている。ＴｉＮで
は皮膜の硬度が不充分で苛酷な条件下で耐摩耗性に問題
を生じる場合には、ＴｉＮより高硬度で鉄鋼基材への密
着性も良好で摩擦係数も低いＴｉＣ皮膜を使用すること
が望まれる。
或はＴｉＣ皮膜形成のこれらの点に着目し、内燃機関の
摺動部材であって、相手材と相対的に当接又は摺接する
部位に、プラズマ化学蒸着によるＴｉＮ或はＴｉＣ皮膜
を形成することを課題解決の手段としている。ＴｉＮで
は皮膜の硬度が不充分で苛酷な条件下で耐摩耗性に問題
を生じる場合には、ＴｉＮより高硬度で鉄鋼基材への密
着性も良好で摩擦係数も低いＴｉＣ皮膜を使用すること
が望まれる。
【０００７】真空炉でのプラズマ化学蒸着によるＴｉＮ
及びＴｉＣの皮膜の成膜条件例を夫々表１及び表２に示
す。
及びＴｉＣの皮膜の成膜条件例を夫々表１及び表２に示
す。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【表２】
【００１０】プラズマ化学蒸着により、２〜２５μｍの
厚さのＴｉＮ皮膜を、相手部材と当接する部位に、必要
な厚みだけ成膜させる。成膜した状態での硬さはマイク
ロビッカース硬度で１５００以上の皮膜が形成される。
又、ＴｉＣ皮膜の場合は２〜２５μｍの厚さの皮膜を必
要な厚みだけ成膜させる。成膜した状態での硬さはマイ
クロビッカース硬度で２２００以上の皮膜が形成され
る。耐摩耗性、耐食性に悪影響を及ぼす皮膜に含有され
る塩素元素は、ＴｉＮ或はＴｉＣ成膜後同一容器中で真
空中１時間５００℃で処理することにより膜内から放出
され、皮膜の耐摩耗性が更に高められる。
厚さのＴｉＮ皮膜を、相手部材と当接する部位に、必要
な厚みだけ成膜させる。成膜した状態での硬さはマイク
ロビッカース硬度で１５００以上の皮膜が形成される。
又、ＴｉＣ皮膜の場合は２〜２５μｍの厚さの皮膜を必
要な厚みだけ成膜させる。成膜した状態での硬さはマイ
クロビッカース硬度で２２００以上の皮膜が形成され
る。耐摩耗性、耐食性に悪影響を及ぼす皮膜に含有され
る塩素元素は、ＴｉＮ或はＴｉＣ成膜後同一容器中で真
空中１時間５００℃で処理することにより膜内から放出
され、皮膜の耐摩耗性が更に高められる。
【００１１】本発明のプラズマ化学蒸着皮膜は、つきま
わり性が良く、且つ均一につくため、全ての面に均一に
なり、複雑な形状や、尖端部にも均一に皮膜が形成され
る。また本発明のＴｉＮ及びＴｉＣ皮膜作成時、流すガ
ス量や組成構成比率を変えることにより、傾斜機能を持
たせることも可能で、耐摩耗性、耐焼付性に対し更に効
果が期待できる。
わり性が良く、且つ均一につくため、全ての面に均一に
なり、複雑な形状や、尖端部にも均一に皮膜が形成され
る。また本発明のＴｉＮ及びＴｉＣ皮膜作成時、流すガ
ス量や組成構成比率を変えることにより、傾斜機能を持
たせることも可能で、耐摩耗性、耐焼付性に対し更に効
果が期待できる。
【００１２】
【実施例】本発明をＴｉＮ皮膜形成の場合を例にとって
説明するが、ＴｉＣ皮膜形成の場合も同様に処理するこ
とができる。図１の第１実施例において、１はシリンダ
ライナーで、その内面の全長ｂにわたり及びそのトップ
リングの摺動範囲ａにわたり太線で示す部分にＴｉＮプ
ラズマ化学蒸着皮膜を成膜させる。その際シリンダライ
ナー１は回転板上に垂直に設置し、軸線に対して注入ガ
スが充分補給され、シリンダライナー１に均一に当るよ
うにする必要がある。
説明するが、ＴｉＣ皮膜形成の場合も同様に処理するこ
とができる。図１の第１実施例において、１はシリンダ
ライナーで、その内面の全長ｂにわたり及びそのトップ
リングの摺動範囲ａにわたり太線で示す部分にＴｉＮプ
ラズマ化学蒸着皮膜を成膜させる。その際シリンダライ
ナー１は回転板上に垂直に設置し、軸線に対して注入ガ
スが充分補給され、シリンダライナー１に均一に当るよ
うにする必要がある。
【００１３】図２〜図４の第２の実施例において、少く
ともピストン孔４の周囲面、ピストンリング溝３の上下
面及び内周面にそれぞれ太線で示す部分にＴｉＮプラズ
マ化学蒸着皮膜の成形が行われ、図３のピストンリング
５では図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、その外周
面、内周面及びエキスパンダの少くとも耳部１３にそれ
ぞれ太線で示すようにＴｉＮプラズマ化学蒸着皮膜の成
形が行われる。その際、リングはスパイラル状又は単独
で段積され、外周面又は内周面が一直線上に円筒状にな
った状態で回転板上に垂直に設置し、軸線に対し注入ガ
スが充分補給され、またワークを回転させることにより
更に均質な膜質が形成される。
ともピストン孔４の周囲面、ピストンリング溝３の上下
面及び内周面にそれぞれ太線で示す部分にＴｉＮプラズ
マ化学蒸着皮膜の成形が行われ、図３のピストンリング
５では図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、その外周
面、内周面及びエキスパンダの少くとも耳部１３にそれ
ぞれ太線で示すようにＴｉＮプラズマ化学蒸着皮膜の成
形が行われる。その際、リングはスパイラル状又は単独
で段積され、外周面又は内周面が一直線上に円筒状にな
った状態で回転板上に垂直に設置し、軸線に対し注入ガ
スが充分補給され、またワークを回転させることにより
更に均質な膜質が形成される。
【００１４】図５の第３の実施例において、バルブの少
くともステム部、バルブシート７及びそれに当接する傘
部８に太線で示すようにＴｉＮプラズマ化学蒸着皮膜の
成形が行われる。その際、バルブを軸線の周りに回動し
ながら内周面へ注入ガスが充分に補給され、均一に当る
ようにする。
くともステム部、バルブシート７及びそれに当接する傘
部８に太線で示すようにＴｉＮプラズマ化学蒸着皮膜の
成形が行われる。その際、バルブを軸線の周りに回動し
ながら内周面へ注入ガスが充分に補給され、均一に当る
ようにする。
【００１５】図６〜図９の第４の実施例において、少く
ともカムノーズ部９、タペットの当接面１０、ロッカー
アームの先端当接面１１、及びバルブリフターの外周当
接面１２の太線の部分にＴｉＮプラズマ化学蒸着皮膜の
形成が行われる。この場合もワークを適宜動かすように
回転させ、注入ガスの補給が充分法線方向に当るように
する。
ともカムノーズ部９、タペットの当接面１０、ロッカー
アームの先端当接面１１、及びバルブリフターの外周当
接面１２の太線の部分にＴｉＮプラズマ化学蒸着皮膜の
形成が行われる。この場合もワークを適宜動かすように
回転させ、注入ガスの補給が充分法線方向に当るように
する。
【００１６】ＴｉＮプラズマ化学蒸着膜層に含まれる塩
素元素量が３重量％以上は耐食性、耐摩耗性がわるくな
るので、塩素含量はそれ以下にする必要がある。
素元素量が３重量％以上は耐食性、耐摩耗性がわるくな
るので、塩素含量はそれ以下にする必要がある。
【００１７】皮膜の硬さは、ＴｉＮ皮膜の場合ビッカー
ス硬度で１８００以下では耐摩耗性がわるく、２５００
以上では皮膜が欠け易くなるので、好ましくは硬度１９
００〜２４００である。ＴｉＣ皮膜の場合ビッカース硬
度で２３００以下の硬度では耐摩耗性がわるくなり、３
０００以上では皮膜が欠け易くなるので、硬度は２３０
０〜３０００が良い。
ス硬度で１８００以下では耐摩耗性がわるく、２５００
以上では皮膜が欠け易くなるので、好ましくは硬度１９
００〜２４００である。ＴｉＣ皮膜の場合ビッカース硬
度で２３００以下の硬度では耐摩耗性がわるくなり、３
０００以上では皮膜が欠け易くなるので、硬度は２３０
０〜３０００が良い。
【００１８】いずれの皮膜の場合においても皮膜の厚さ
が２μｍ未満では耐摩耗性皮膜としての効果が充分でな
く，２５μｍを越えると皮膜の内部応力によって密着強
度が低下したり、また衝撃に弱くなり、欠け、剥離を生
じる。好ましくは５〜２０μｍである。
が２μｍ未満では耐摩耗性皮膜としての効果が充分でな
く，２５μｍを越えると皮膜の内部応力によって密着強
度が低下したり、また衝撃に弱くなり、欠け、剥離を生
じる。好ましくは５〜２０μｍである。
【００１９】
【発明の効果】内燃機関の耐摩耗性が要求される摺動部
材に格別高価な材料を使用することもなく、それら各部
材の相手材と当接又は摺動する部位をプラズマ化学蒸着
によるＴｉＮ或はＴｉＣ皮膜で被覆することにより、全
く変形を伴わない温度で表面硬度を高め、且つ均一な膜
厚で、密着性良好で超硬質な皮膜が形成される。これに
より耐摩耗性の向上した内燃機関の摺動部材がえられ
る。また、シリンダライナー、ピストン、ピストンリン
グ、給排気バルブ及びバルブシート、動弁機構はそれぞ
れ摩耗部分が金属と違って金属窒化物層であるため、摺
動熱や燃焼熱による硬度の低下もなく、耐摩耗性、耐食
性が維持され、耐久性が増加する。
材に格別高価な材料を使用することもなく、それら各部
材の相手材と当接又は摺動する部位をプラズマ化学蒸着
によるＴｉＮ或はＴｉＣ皮膜で被覆することにより、全
く変形を伴わない温度で表面硬度を高め、且つ均一な膜
厚で、密着性良好で超硬質な皮膜が形成される。これに
より耐摩耗性の向上した内燃機関の摺動部材がえられ
る。また、シリンダライナー、ピストン、ピストンリン
グ、給排気バルブ及びバルブシート、動弁機構はそれぞ
れ摩耗部分が金属と違って金属窒化物層であるため、摺
動熱や燃焼熱による硬度の低下もなく、耐摩耗性、耐食
性が維持され、耐久性が増加する。
【図１】本発明をシリンダライナーに適用したピストン
の縦断面図である。
の縦断面図である。
【図２】本発明を適用したピストンの縦断面図である。
【図３】図２のピストンに嵌挿されるピストンリングの
平面図である。
平面図である。
【図４】図４−Ａは図３のピストンリングの矢視IV−IV
部分の拡大断面図である。図４−Ｂは図３のピストンリ
ングのエキスパンダ部の耳部を示す図である。
部分の拡大断面図である。図４−Ｂは図３のピストンリ
ングのエキスパンダ部の耳部を示す図である。
【図５】本発明を適用した給排気バルブ及びそのバルブ
シートの概略を示す縦断面図である。
シートの概略を示す縦断面図である。
【図６】本発明を適用したカムの横断面図である。
【図７】本発明を適用したタぺットの縦断面図である。
【図８】本発明を適用したロッカーアームの側面図であ
る。
る。
【図９】本発明を適用したバルブリフターの縦断面図で
ある。
ある。
１ シリンダライナー
２ ピストン
３ トップリング溝
４ ピストンピン孔
５ ピストンリング
６ ステム部
７ バルブシート
８ 傘部
９ カムノーズ部
１０ タペット当接面
１１ ロッカーアームの先端当接面
１２ バルブリフター
Claims (14)
- 【請求項１】 内燃機関の構成部材であって、相手部材
と相対的に当接又は摺接する部位に、プラズマ化学蒸着
によってＴｉＮ或はＴｉＣ皮膜を形成することを特徴と
する内燃機関の耐摩耗性摺動部材。 - 【請求項２】 上記請求項１において、摺動部材の部位
にビッカース硬度で１８００〜２５００の硬さのＴｉＮ
皮膜を有することを特徴とする内燃機関の耐摩耗性摺動
部材。 - 【請求項３】 上記請求項１において、摺動部材の部位
にビッカース硬度で２３００〜３０００の硬さのＴｉＣ
皮膜を有することを特徴とする内燃機関の耐摩耗性摺動
部材。 - 【請求項４】 上記請求項１において、摺動部材の部位
に２〜２５μｍの厚さのＴｉＮ或はＴｉＣの皮膜を有す
ることを特徴とする内燃機関の耐摩耗性摺動部材。 - 【請求項５】 上記請求項１、２及び４のいずれか１項
において、少くとも内面にプラズマ化学蒸着によるＴｉ
Ｎ皮膜を形成させたことを特徴とするシリンダライナ
ー。 - 【請求項６】 上記請求項１、３及び４のいずれか１項
において、少くとも内面にプラズマ化学蒸着によるＴｉ
Ｃ皮膜を形成させたことを特徴とするシリンダライナ
ー。 - 【請求項７】 上記請求項１、２及び４のいずれか１項
において、少くともピストンのピストン孔及びピストン
リング溝の上下面に、プラズマ化学蒸着によるＴｉＮ皮
膜を形成させたことを特徴とするピストン。 - 【請求項８】 上記請求項１、３及び４のいずれか１項
において、少くともピストンのピストン孔及びピストン
リング溝の上下面に、プラズマ化学蒸着によるＴｉＣ皮
膜を形成させたことを特徴とするピストン。 - 【請求項９】 上記請求項１、２及び４のいずれか１項
において、少くともピストンリングの外周面、内周面及
びエキスパンダ耳部にそれぞれプラズマ化学蒸着による
ＴｉＮ皮膜を形成させたことを特徴とするピストンリン
グ。 - 【請求項１０】 上記請求項１、３及び４のいずれか１
項において、少くともピストンリングの外周面、内周面
及びエキスパンダ耳部にそれぞれプラズマ化学蒸着によ
るＴｉＣ皮膜を形成させたことを特徴とするピストンリ
ング。 - 【請求項１１】 上記請求項１、２及び４のいずれか１
項において、少くとも給排気バルブシート面、バルブス
テム外周面、バルブ傘部及びそのシート面にプラズマ化
学蒸着によるＴｉＮ皮膜を形成させたことを特徴とする
給排気バルブ及びバルブシート。 - 【請求項１２】 上記請求項１、３及び４のいずれか１
項において、少くとも給排気バルブシート面、バルブス
テム外周面、バルブ傘部及びそのシート面がプラズマ化
学蒸着によるＴｉＣ皮膜を形成させたことを特徴とする
給排気バルブ及びバルブシート。 - 【請求項１３】 上記請求項１、２及び４のいずれか１
項において、少くともカム、ロッカーアームの先端押圧
面、タぺットのカムに対する当接面及びバルブリフター
の当接面にそれぞれプラズマ化学蒸着によるＴｉＮ皮膜
を形成させたことを特徴とするカム、タぺット、ロッカ
ーアーム及びバルブリフターよりなる動弁機構。 - 【請求項１４】 上記請求項１、３及び４のいずれか１
項において、少くともカム、ロッカーアームの先端押圧
面、タぺットのカムに対する当接面及びバルブリフター
の当接面に、それぞれプラズマ化学蒸着によるＴｉＣ皮
膜を形成させたことを特徴とするカム、タぺット、ロッ
カーアーム及びバルブリフターよりなる動弁機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17772791A JPH051769A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17772791A JPH051769A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH051769A true JPH051769A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=16036062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17772791A Pending JPH051769A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH051769A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3203256B2 (ja) * | 1996-01-31 | 2001-08-27 | 日本板硝子株式会社 | 光モジュールおよびその製造方法 |
| JP2017523305A (ja) * | 2014-06-18 | 2017-08-17 | アシュ．エー．エフ | カムシャフトのカムのノーズをｄｌｃでコーティングする方法、その方法で得られたカムシャフト、及びその方法を実施する設備 |
| US10155329B2 (en) | 2009-03-16 | 2018-12-18 | Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg | Method for decorating plastic parts |
-
1991
- 1991-06-24 JP JP17772791A patent/JPH051769A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US10683777B2 (en) | 2014-06-18 | 2020-06-16 | H.E.F. | Method for coating the nose of the cams of a camshaft with DLC, camshaft obtained in this way and facility for implementing said method |
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