JPH05306461A - 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
- Publication number
- JPH05306461A JPH05306461A JP13439892A JP13439892A JPH05306461A JP H05306461 A JPH05306461 A JP H05306461A JP 13439892 A JP13439892 A JP 13439892A JP 13439892 A JP13439892 A JP 13439892A JP H05306461 A JPH05306461 A JP H05306461A
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- combustion engine
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 内燃機関の摺動部に、ビッカス硬度２５００
〜３０００、膜厚２〜２０μｍでTiCNの皮膜を形成させ
た内燃機関の耐摩耗性摺動部材。 【効果】 格別高価な材料を使用することなく、部材の
変形を併い温度でTiCNが皮膜され、皮膜と部材との密着
性良好で、衝撃に強く超硬質な皮膜であるため、耐摩
耗、耐食及び耐熱性にすぐれ、耐久性のある摺動部材で
ある。
〜３０００、膜厚２〜２０μｍでTiCNの皮膜を形成させ
た内燃機関の耐摩耗性摺動部材。 【効果】 格別高価な材料を使用することなく、部材の
変形を併い温度でTiCNが皮膜され、皮膜と部材との密着
性良好で、衝撃に強く超硬質な皮膜であるため、耐摩
耗、耐食及び耐熱性にすぐれ、耐久性のある摺動部材で
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ化学蒸着（以
下化学蒸着をＣＶＤと記す）による耐摩耗性超硬質皮膜
層を有する内燃機関の耐摩耗性摺動部材に関するもので
ある。
下化学蒸着をＣＶＤと記す）による耐摩耗性超硬質皮膜
層を有する内燃機関の耐摩耗性摺動部材に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の摺動部位であって、関係部材
と当接、摺接する部位、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周面、
給排気弁、バルブシート、バルブシステム、バルブ傘
部、及びその当接シート面、カム及びタペットの当接面
等は苛酷な摩耗作用をうける。そこで、これらの部分の
摩耗を少なくするため、従来高級な耐摩耗性材料を使用
するとともに、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。
と当接、摺接する部位、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周面、
給排気弁、バルブシート、バルブシステム、バルブ傘
部、及びその当接シート面、カム及びタペットの当接面
等は苛酷な摩耗作用をうける。そこで、これらの部分の
摩耗を少なくするため、従来高級な耐摩耗性材料を使用
するとともに、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。
【０００３】然しながら、従来の耐摩耗性向上施策は、
何れも使用材料が高価になる。又ＣＶＤによる処理は、
通常１０００℃以上という高温で処理するため熱変形を
生じたり、材質が変調したり、母材硬度が低下したりす
る。イオンプレーティングなどの物理蒸着においては、
処理温度は、ＣＶＤ処理のように高温でないが、複雑形
状のものや、内周面に超硬質皮膜を形成させるため、つ
きまわり性の面で不具合を生じる。
何れも使用材料が高価になる。又ＣＶＤによる処理は、
通常１０００℃以上という高温で処理するため熱変形を
生じたり、材質が変調したり、母材硬度が低下したりす
る。イオンプレーティングなどの物理蒸着においては、
処理温度は、ＣＶＤ処理のように高温でないが、複雑形
状のものや、内周面に超硬質皮膜を形成させるため、つ
きまわり性の面で不具合を生じる。
【０００４】比較的低温で行え、且つつきまわり性の良
い超硬質皮膜を形成する方法の技術的解決が望まれ、最
近TiN やTiC 皮膜が実用化され一部の摺動部材に使用さ
れているが、TiN では皮膜の硬さが不十分で、過酷な条
件下では耐摩耗性に劣るという問題があった。又TiC は
硬度が十分に硬く、耐摩耗性はあるものの衝撃に弱く、
皮膜にクラックが発生し易く好ましくない。そこで硬度
が高く、衝撃に強く、成膜速度の速い皮膜が望まれてい
る。
い超硬質皮膜を形成する方法の技術的解決が望まれ、最
近TiN やTiC 皮膜が実用化され一部の摺動部材に使用さ
れているが、TiN では皮膜の硬さが不十分で、過酷な条
件下では耐摩耗性に劣るという問題があった。又TiC は
硬度が十分に硬く、耐摩耗性はあるものの衝撃に弱く、
皮膜にクラックが発生し易く好ましくない。そこで硬度
が高く、衝撃に強く、成膜速度の速い皮膜が望まれてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
欠点を改善し、変形を併わない温度で処理でき、硬度及
び密着性が高く、且つ衝撃性にも強い超硬質な皮膜を備
えた内燃機関摺動部材を提供することを課題としてい
る。
欠点を改善し、変形を併わない温度で処理でき、硬度及
び密着性が高く、且つ衝撃性にも強い超硬質な皮膜を備
えた内燃機関摺動部材を提供することを課題としてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】最近プラズマＣ
ＶＤによるTiCNの硬質皮膜を使用した部材表面の耐摩耗
性及び耐食性向上の技術開発がされつつある。この技術
によると５００〜６００℃の温度雰囲気中に、TiCN皮膜
の材料である４塩化チタン、水素、メタン及び窒素を導
入し、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、均一な厚さで超硬質なTiCNを摺動面に形成でき、ワ
ークの表面は変形を伴うことなく、その耐摩耗性及び耐
焼付け性や耐食性などの特性をTiC 及びTiN のそれより
高めることができる。
ＶＤによるTiCNの硬質皮膜を使用した部材表面の耐摩耗
性及び耐食性向上の技術開発がされつつある。この技術
によると５００〜６００℃の温度雰囲気中に、TiCN皮膜
の材料である４塩化チタン、水素、メタン及び窒素を導
入し、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、均一な厚さで超硬質なTiCNを摺動面に形成でき、ワ
ークの表面は変形を伴うことなく、その耐摩耗性及び耐
焼付け性や耐食性などの特性をTiC 及びTiN のそれより
高めることができる。
【０００７】従って本発明は、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動する部位にプラズ
マＣＶＤによりTiCN皮膜を形成させることを技術的解決
手段としている。真空炉でのプラズマＣＶＤによるTiCN
皮膜の成膜条件例を表１に示す。
って、相手材と相対的に当接又は摺動する部位にプラズ
マＣＶＤによりTiCN皮膜を形成させることを技術的解決
手段としている。真空炉でのプラズマＣＶＤによるTiCN
皮膜の成膜条件例を表１に示す。
【０００８】
【表１】
【０００９】プラズマＣＶＤによるTiCN皮膜を２〜２０
μｍの厚みで、相手部材と当接又は摺動する部位に必要
な厚みだけ成膜させる。成膜した状態での硬さはマイク
ロビッカス硬度で２５００以上、最高３０００である。
耐摩耗性や耐食性に悪影響を及ぼす皮膜中に含有される
塩素元素は、TiCN成膜後同一容器内で真空中５３０℃で
１時間処理すると膜内から放出され、皮膜の耐摩耗性が
更に高められる。また本発明によるプラズマＣＶＤ皮膜
は、つきまわり性がよく、且つ均一につくため、全ての
面で均一になり、複雑な形状や尖端部にも均一に皮膜が
形成される。
μｍの厚みで、相手部材と当接又は摺動する部位に必要
な厚みだけ成膜させる。成膜した状態での硬さはマイク
ロビッカス硬度で２５００以上、最高３０００である。
耐摩耗性や耐食性に悪影響を及ぼす皮膜中に含有される
塩素元素は、TiCN成膜後同一容器内で真空中５３０℃で
１時間処理すると膜内から放出され、皮膜の耐摩耗性が
更に高められる。また本発明によるプラズマＣＶＤ皮膜
は、つきまわり性がよく、且つ均一につくため、全ての
面で均一になり、複雑な形状や尖端部にも均一に皮膜が
形成される。
【００１０】本発明で、流すガス量や組成構成比を変え
ることにより、傾斜機能を皮膜に持たせることも可能
で、これにより耐摩耗性や耐焼付性に対し更に効果が期
待できる。又TiCNは硬度が高く、欠けやクラックを発生
しないので、高温や衝撃の加わる条件下でもTiN を数μ
ｍ成膜し、次いでTiCNを成膜させる多層構造をとる必要
はない。
ることにより、傾斜機能を皮膜に持たせることも可能
で、これにより耐摩耗性や耐焼付性に対し更に効果が期
待できる。又TiCNは硬度が高く、欠けやクラックを発生
しないので、高温や衝撃の加わる条件下でもTiN を数μ
ｍ成膜し、次いでTiCNを成膜させる多層構造をとる必要
はない。
【００１１】本発明の各実施例を図面について説明す
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にわたって及びそのトップリング
の摺動範囲ａにわたって太線で示す部分にTiCNプラズマ
ＣＶＤ皮膜を形成させる。その際シリンダライナー１は
回転板上に垂直に設置され、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。
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にわたって及びそのトップリング
の摺動範囲ａにわたって太線で示す部分にTiCNプラズマ
ＣＶＤ皮膜を形成させる。その際シリンダライナー１は
回転板上に垂直に設置され、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。
【００１２】図２〜図４の第２実施例において、少くと
もピストンピン孔４の内周面、ピストンリング溝３の上
下面のそれぞれ太線で示す部分にTiCNプラズマＣＶＤ皮
膜の形成が行われる。図３のピストンリング５では図４
（Ａ），（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TiCNプラズマＣＶＤ皮膜の形成が行われる。その
際リングはスパイラル状又は単独で段積し、外周面又は
内周面を一直線上にして円筒状になった状態で回転板上
に垂直に設置し、軸線に対して注入ガスが均一に当るよ
うにする。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。
もピストンピン孔４の内周面、ピストンリング溝３の上
下面のそれぞれ太線で示す部分にTiCNプラズマＣＶＤ皮
膜の形成が行われる。図３のピストンリング５では図４
（Ａ），（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TiCNプラズマＣＶＤ皮膜の形成が行われる。その
際リングはスパイラル状又は単独で段積し、外周面又は
内周面を一直線上にして円筒状になった状態で回転板上
に垂直に設置し、軸線に対して注入ガスが均一に当るよ
うにする。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。
【００１３】図５の第３実施例において、TiCNプラズマ
ＣＶＤ皮膜が、バルブの少くともスラム部、バルブシー
ト７及びそれに当接するバルブ傘部８に太線で示すよう
に形成される。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。
ＣＶＤ皮膜が、バルブの少くともスラム部、バルブシー
ト７及びそれに当接するバルブ傘部８に太線で示すよう
に形成される。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。
【００１４】図６〜図９の第４実施例において、少くと
もカムノーズ部９、タペット部の当接面１０、ロッカア
ームの先端当接面１１、バルブリフターの外周当接面１
２の太線の部分にTiCNプラズマＣＶＤ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。
もカムノーズ部９、タペット部の当接面１０、ロッカア
ームの先端当接面１１、バルブリフターの外周当接面１
２の太線の部分にTiCNプラズマＣＶＤ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。
【００１５】TiCNのプラズマＣＶＤ膜層に含まれる塩素
元素量が３重量％以上では膜の耐食性や耐摩耗性が悪く
なるので、それ以下にする必要がある。また皮膜の硬さ
がビッカス硬度で２５００以下では耐摩耗性がわるく、
３０００以上では皮膜が欠け易くなるので、好ましくは
硬度は２５００〜３０００が良い。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、２０
μｍを越えるとTiCN皮膜の内部応力によって密着強度が
低下したり、衝撃に弱くなり欠けや剥離を生じる。好ま
しくは３μｍ〜１５μｍが良い。このようにして成膜し
た状態での皮膜硬さはマイクロビス硬度で２５００以
上、最高３０００である。
元素量が３重量％以上では膜の耐食性や耐摩耗性が悪く
なるので、それ以下にする必要がある。また皮膜の硬さ
がビッカス硬度で２５００以下では耐摩耗性がわるく、
３０００以上では皮膜が欠け易くなるので、好ましくは
硬度は２５００〜３０００が良い。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、２０
μｍを越えるとTiCN皮膜の内部応力によって密着強度が
低下したり、衝撃に弱くなり欠けや剥離を生じる。好ま
しくは３μｍ〜１５μｍが良い。このようにして成膜し
た状態での皮膜硬さはマイクロビス硬度で２５００以
上、最高３０００である。
【００１６】
【発明の効果】本発明によりえられた内燃機関の耐摩耗
性摺動部材は、格別高価な材料を使用することなく部材
の変形を併わない温度で、TiCN皮膜を部材に均一な膜厚
で形成させたものであり、その皮膜は部材との密着性も
良好で、且つ衝撃にも強い超硬質な皮膜であるので、耐
摩耗性の向上した内燃機関の耐摩耗性摺動部材となる。
また本発明によるシリンダライナー、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
金属炭窒化物で皮膜されているため、金属とことなり、
それぞれの摩耗部分が摺動熱や燃焼熱による硬度の低下
もなく、耐摩耗、耐食及び耐熱性が維持され、耐久性が
向上する。
性摺動部材は、格別高価な材料を使用することなく部材
の変形を併わない温度で、TiCN皮膜を部材に均一な膜厚
で形成させたものであり、その皮膜は部材との密着性も
良好で、且つ衝撃にも強い超硬質な皮膜であるので、耐
摩耗性の向上した内燃機関の耐摩耗性摺動部材となる。
また本発明によるシリンダライナー、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
金属炭窒化物で皮膜されているため、金属とことなり、
それぞれの摩耗部分が摺動熱や燃焼熱による硬度の低下
もなく、耐摩耗、耐食及び耐熱性が維持され、耐久性が
向上する。
【図１】本発明をシリンダライナーに適用した第１実施
例のピストンの縦断面図である。
例のピストンの縦断面図である。
【図２】第２実施例の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】（Ａ）及び（Ｂ）は図３の矢視IV−IVの部分拡
大断面図である。
大断面図である。
【図５】給排気バルブ及びそのバルブシートに適用した
第３実施例に示す縦断面図である。
第３実施例に示す縦断面図である。
【図６】第４実施例のカムの横断面図である。
【図７】第４実施例のタペットの縦断面図である。
【図８】第４実施例のロッカーアームの側面図である。
【図９】第４実施例のバルブリフターの縦断面図であ
る。
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 タペット当接部 １１ ロッカアーム先端当接部 １２ バルブリフター
Claims (8)
- 【請求項１】 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動する部位にプラズマ化学蒸着によ
るTiCN皮膜を形成させた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】 請求項１において、摺動部材の部位にTi
CN皮膜の硬さがビッカス硬度で２５００〜３０００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】 請求項１において、摺動部材の部位にTi
CN皮膜の厚さが２〜２０μｍ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】 請求項１、２及び３のいずれか１項にお
いて、少くとも内周面にプラズマ化学蒸着によるTiCN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５】 請求項１、２及び３のいずれか１項にお
いて、少くともピストンのピン孔、及びピストンリング
溝上下面にプラズマ化学蒸着によるTiCN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６】 請求項１、２及び３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及び内周面及び
オイルリングのコイル挿着接触内周面に、それぞれプラ
ズマ化学蒸着によるTiCN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７】 請求項１、２及び３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、バルブスラム外
周面及び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TiCN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８】 請求項１、２及び３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
ペットのカムに対する当接面及びバルブリフターの当接
面に夫々プラズマ化学蒸着によるTiCN皮膜を形成させた
ことを特徴とするカム、タペット、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 |
|---|---|---|---|
| JP13439892A JPH05306461A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13439892A JPH05306461A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05306461A true JPH05306461A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=15127468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13439892A Pending JPH05306461A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05306461A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0759519A3 (de) * | 1995-08-18 | 1997-03-12 | Alcan Deutschland Gmbh | Kolbenring für Verbrennungsmotoren |
| US5981078A (en) * | 1995-08-19 | 1999-11-09 | Widia Gmbh | Composite body and process for its production |
| US7726273B2 (en) * | 2004-03-15 | 2010-06-01 | Federal-Mogul World Wide, Inc. | High strength steel cylinder liner for diesel engine |
| CN103016201A (zh) * | 2012-12-08 | 2013-04-03 | 赵军政 | 迷宫式活塞环 |
| WO2014047703A1 (pt) | 2012-09-27 | 2014-04-03 | Mahle Metal Leve S/A | Anel de controle de óleo de três peças para motores de combustão interna, elemento expansor e elemento anelar |
| 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 |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP13439892A patent/JPH05306461A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103016201B (zh) * | 2012-12-08 | 2016-01-27 | 宁波高新区世代能源科技有限公司 | 迷宫式活塞环 |
| 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 |
| 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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