JPH0551744A - 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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- JPH0551744A JPH0551744A JP23678191A JP23678191A JPH0551744A JP H0551744 A JPH0551744 A JP H0551744A JP 23678191 A JP23678191 A JP 23678191A JP 23678191 A JP23678191 A JP 23678191A JP H0551744 A JPH0551744 A JP H0551744A
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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TiB2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２〜２０μｍ、ビッカース硬度３０００〜３３
００のTiB2を形成させる。
生じることなく、耐摩耗性のTiB2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２〜２０μｍ、ビッカース硬度３０００〜３３
００のTiB2を形成させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマＣＶＤによる
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。
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
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、カム及びタペ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
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、カム及びタペ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
せて表面処理を行い、加えて摺動部分の構成改良するこ
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手段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
せて表面処理を行い、加えて摺動部分の構成改良するこ
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手段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TiB2硬質皮膜の形成
は、四塩化チタン−水素−三塩化ボロンのガスを５００
〜６００℃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TiB2皮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TiB2硬質皮膜の形成
は、四塩化チタン−水素−三塩化ボロンのガスを５００
〜６００℃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TiB2皮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TiB2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TiB2皮膜を形成することを課題解決
の手段としている。
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TiB2皮膜を形成することを課題解決
の手段としている。
【０００７】真空炉でのプラズマ化学蒸着によるTiB2の
皮膜の成膜条件例を表１に示す。
皮膜の成膜条件例を表１に示す。
【０００８】
【表１】
【０００９】プラズマ化学蒸着により、２〜２０μｍの
厚さのTiB2皮膜を、相手部材と当接する部位に、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３０００以上の皮膜が形成される。又、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、Ti
B2成膜後、同一容器中で真空中１時間５３０℃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TiB2皮膜を、相手部材と当接する部位に、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３０００以上の皮膜が形成される。又、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、Ti
B2成膜後、同一容器中で真空中１時間５３０℃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。
【００１０】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TiB2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TiB2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。
【００１１】又、高温や衝撃の加わる条件下ではTiB2は
硬度が高いため、欠けやクラック発生し易くなるのでTi
N やTiC を数ミクロン成膜し、その上にTiB2を成膜した
多層構造としてもよい。
硬度が高いため、欠けやクラック発生し易くなるのでTi
N やTiC を数ミクロン成膜し、その上にTiB2を成膜した
多層構造としてもよい。
【００１２】
【実施例】本発明をTiB2成膜形成の場合を例にとって説
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TiB2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。
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TiB2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TiB2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TiB2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TiB2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TiB2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に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に法線方向に当るように
する。
【００１６】TiB2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。
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、TiB2皮膜の場合ビッカース
硬度で３０００以下では耐摩耗性がわるく、３３００以
上では皮膜が欠け易くなるので、好ましくは硬度３００
０〜３３００である。
硬度で３０００以下では耐摩耗性がわるく、３３００以
上では皮膜が欠け易くなるので、好ましくは硬度３００
０〜３３００である。
【００１８】TiB2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、２０μｍを越えるとTi
B2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３〜
２０μｍである。
皮膜としての効果が充分でなく、２０μｍを越えるとTi
B2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３〜
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TiB2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TiB2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ペ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
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｌ 3/02 Ｈ 7114−3Ｇ Ｊ 7114−3Ｇ Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｇ 8503−3Ｇ 3/10 Ｂ 8503−3Ｇ 5/00 Ｆ 8503−3Ｇ
Claims (8)
- 【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TiB2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３０００〜３３００の硬さのTiB2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２〜２０μｍの厚さのTiB2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４】 上記請求項１、２及び３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TiB2
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】 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TiB2皮膜
を形成させたことを特徴とするピストン。 - 【請求項６】 上記請求項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、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
TiB2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】 上記請求項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TiB2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】 上記請求項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
の当接面にそれぞれプラズマ化学蒸着によるTiB2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 |
|---|---|---|---|
| JP23678191A JPH0551744A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23678191A JPH0551744A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551744A true JPH0551744A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=17005702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23678191A Pending JPH0551744A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 内燃機関の耐摩耗性摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0551744A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08121125A (ja) * | 1994-10-21 | 1996-05-14 | Fuji Oozx Inc | エンジンバルブ及びその製造方法 |
| 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 |
-
1991
- 1991-08-26 JP JP23678191A patent/JPH0551744A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08121125A (ja) * | 1994-10-21 | 1996-05-14 | Fuji Oozx Inc | エンジンバルブ及びその製造方法 |
| 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 |
| 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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