JPH06248425A

JPH06248425A - ピストンリング

Info

Publication number: JPH06248425A
Application number: JP10376293A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Komuro; 寿朗小室; Masanori Oya; 正規大矢; Teruo Imai; 照男今井
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1994-09-06
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: JP2739722B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】新しく開発される高出力エンジンに対し、既
存のピストンリングが最適とは言えないので、ピストン
リング外周面の皮膜の密着性、摩耗性、および欠け状剥
離を改善する。【構成】ピストンリング１の外周摺動面２の皮膜２Ａ
を、皮膜の破断面が母材表面側から皮膜の表面に向って
柱状の形態を有する窒化クロムからなる皮膜とするも
の、或いは更に前記窒化クロムである皮膜の空孔率を1.
５〜２０％としたものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性に優れた皮膜
を少なくとも外周摺動面に有する内燃機関用ピストンリ
ングに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ピストンリングは、エンジンのシリンダ
ライナ内に往復動自在配置されたピストンのリング溝に
その外周面がシリンダライナ内周面に摺接関係となるよ
う組み込まれ、主に燃焼室の気密化、シリンダー表面に
形成される潤滑油膜の膜厚制御、および燃焼熱をピスト
ンからシリンダライナへ伝送することによるピストンの
冷却等の働きをする。従って、ピストンリング特性とし
て耐摩耗性、耐焼付性、耐熱性、保油性およびシリンダ
側の摩耗抑制などが高い次元で要求される。これらの要
求に応えるため、現在、ピストンリングは靱性が高く、
耐摩耗性、耐熱性に優れる鋼などの鉄系材料に摺動特性
を改良するための表面処理を施していたものを使用して
いた。従来より行なわれているピストンリングの表面処
理方法として、窒化処理、クロムめっき処理、モリブデ
ン溶射処理などが挙げられる。

【０００３】また、特公平１−５２４７１号及び特開昭
６２−１２０４７１号は、表面処理の具体例として、Ｐ
ＶＤ（Physical Vapor Deposition)法により、摺動面に
金属窒化物や金属炭化物等の皮膜をコーティングしたピ
ストンリングを開示するが、この金属窒化物や金属炭化
物の皮膜は、優れた耐摩耗性及び耐焼付性を示してお
り、特に窒化チタンや窒化クロムなどがエンジンへの適
合性がよいということで注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、エンジ
ンの高出力化や高性能化に伴い、ピストンリングに要求
される条件はますます苛酷なものとなり、最近の高出力
エンジン用ピストンリングには、従来の表面処理では対
応できない場合が生じ始めており、更に優れた耐摩耗性
を有するピストンリングのための表面処理技術の開発が
望まれている。例えば、窒化チタンや窒化クロム皮膜は
耐摩耗特性が優れているものの最近のエンジンでは、こ
れらセラミックスコーティング皮膜でも摺動特性が充分
満足されない状況が生じている。即ち、ピストンリング
の外周皮膜表面にピッチング疲労が原因と考えられる欠
け状の剥離が生じる問題がある。そこで、現状の表面処
理よりも耐剥離性に優れたセラミックスコーティング皮
膜を被覆したピストンリングが望まれている。従って本
発明の目的は、欠け状剥離が発生しにくく同時に耐摩耗
性および密着性にも優れた皮膜を被覆したピストンリン
グを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段とその作用】上記課題に鑑
み鋭意研究の結果、本発明者は、少なくても外周摺動面
に、皮膜破断面結晶が柱状なる形態を有する窒化クロム
皮膜を形成されているピストンリングは、外周摺動面の
表面に欠け状剥離が生じにくく同時に耐摩耗性および密
着性に優れていることを見出し本発明を完成した。すな
わち、本発明のピストンリングは少なくともその外周摺
動面に、皮膜破断面結晶が柱状なる形態を有する窒化ク
ロムよりなる厚さが１〜８０μｍの皮膜を形成してな
る、又は空孔率1.５〜２０％である窒化クロムよりなる
厚さが１〜８０μｍの皮膜を形成してなることを特徴と
する。

【０００６】本発明において、皮膜で被覆する基板すな
わちピストンリング本体は従来公知のいかなる形式でも
よく、その材料は、１３Crおよび１７Crステンレス鋼、
パネ鋼、工具鋼、鋼鉄などの鉄系材料、及びそれらの材
料に窒化処理やクロムめっきを施したもの等を使用する
事ができる。ピストンリングの皮膜厚さは、初期なじみ
における摩耗で表面層が消失する可能性を考慮して１μ
ｍ以上とし、初期なじみ完了以降にも皮膜を残すことが
必要である。一方、必要以上に膜厚を厚くする事は経済
上好ましくなく、膜厚が６０μｍを超えると皮膜に亀裂
が生じやすく、密着力が低下するので、６０μｍ以下と
することが望ましい。しかし、耐摩耗耐久性を特に必要
とする用途の場合には、８０μｍまでの皮膜を形成する
ことも可能である。

【０００７】ＣｒＮ皮膜を形成させる場合、ＣｒＮの理
論密度は6.１４g/cm³であり、ピストンリングのＣｒＮ
皮膜は、その緻密度が高くなると、皮膜が脆く、欠け状
剥離が発生し易くなる。剥離を防止するために、ＣｒＮ
皮膜の空孔率をあげ、空孔率を1.５％以上にする必要が
あり、一方皮膜の空孔率をあまり高くすると、硬さの低
下を招き、耐摩耗性が劣化する。このため皮膜の空孔率
は２０％以下とする必要がある。皮膜の硬さは、皮膜の
空孔率が1.５％から２０％と増加するにつれ軟化し、表
面から測定した微小硬さHmV は約１０００から６００に
減少する。皮膜の空孔率は、皮膜密度を測定することで
容易に算定することができる。

【０００８】また、空孔率を限定したＣｒＮ皮膜におい
て、さらに耐剥離性を向上させるため、皮膜の破断面形
態を柱状にすること、さらにその結晶が外周摺動面に平
行なＣｒＮ（１１１）面を方位配向することは、一層効
果がある。ピストンリングの皮膜厚さは、初期なじみに
おける摩耗で表面層が消失する可能性を考慮して１μｍ
以上とし、初期なじみ以降にも皮膜を残すことが必要で
ある。一方、必要以上に膜厚を厚くすることは経済上好
ましくなく、膜厚が６０μｍを超えると皮膜に亀裂が生
じ易く、密着力が低下するので、６０μｍ以下とするこ
とが必要である。しかし、耐摩耗耐久性を特に必要とす
る用途の場合には、８０μｍまでの皮膜を形成すること
も可能である。

【０００９】本発明においては、イオンプレーティング
法により、好ましくは、皮膜をピストンリングに形成さ
せる。イオンプレーティング法は、ＰＶＤ法により形成
される皮膜の一種である。ＰＶＤ法は、皮膜を形成する
技術であり、基本的には、蒸着、スパッタリング、イオ
ンプレーティングの３法に分類できる。このうちでも特
に、クロムの蒸気を窒素と反応させ、窒化クロム皮膜を
ピストンリング上に堆積させることができる反応性イオ
ンプレーティングによる皮膜が好ましい。クロム蒸気
は、ＨＣＤガンや電子ビームなどの高エネルギービーム
をクロムに照射し、蒸発させることにより得る。また陰
極アークプラズマ式イオンプレーティング法およびスパ
ッタリング法のように、陰極からクロム粒子を飛び出さ
せることによりクロム蒸気を得てもよい。クロムは窒化
物を形成しやすい元素である。そこでクロムの蒸気に窒
素を混合した気相中でプラズマを発生させると、クロム
はイオン化し、それぞれ窒素イオンと化合し窒化クロム
を形成する。その結果、基材であるピストンリング母材
の表面に窒化クロムの皮膜が形成される。その際、窒素
ガス供給量が多い場合は、ＣｒＮなる組成で、窒素ガス
供給量が少なくなるにつれＣｒ₂Ｎなる組成となりさら
に少ない場合は、未反応のＣｒが生成される。

【００１０】上記皮膜をピストンリング本体の外周摺動
面に形成させる一方法を以下に詳述する。ピストンリン
グ母材を洗浄し、表面に付着した汚れを取り、充分清浄
化してイオンプレーティング装置の真空チャンバー内に
挿入した。チャンバー内圧力が1.３×１０^-3〜５×１０
^-3 Pa になるまで真空引きを行なってから、イオンプレ
ーティング装置に内蔵されているヒーターにより加熱し
てピストンリング母材の内在ガスを放出させる。加熱温
度は３００〜５００℃とするのが好ましい。その後１０
０〜４００℃まで冷却する。チャンバー内圧力が4.０×
１０^-3 Pa 以下になった時点でクロムからなるターゲッ
トを陰極として、その表面でアーク放電を発生させクロ
ムイオンを飛び出させる。この際ピストンリング母材に
はバイアス電圧を印加しておき、陰極より飛び出した金
属イオンを基材表面に高エネルギーで衝突させる方法、
いわゆるボンバードクリーニング法により基材表面の酸
化物除去と活性化処理を行う。そのときのバイアス電圧
は−７００〜−９００Ｖとするのが好ましい。その後バ
イアス電圧を低下させクロムイオンをピストンリング外
周摺動面に堆積させながら、窒素ガスをチャンバー内に
導入し、プラズマ内を通過させる。それにより窒素をイ
オン化して、窒素分圧を1.３×１０^-1〜１3.３ Pa 程度
にし、バイアス電圧を０〜−１００Ｖ印加してピストン
リング外周面にイオンプレーティング皮膜を形成させ
る。皮膜形成後、真空チャンバ内で２００℃以下になる
まで冷却してから、ピストンリングをチャンバーから取
り出す。皮膜の空孔率は操作圧を制御することにより適
宜選択することが可能である。以上が窒化クロム皮膜を
ピストンリングに形成させる方法である。得られたピス
トンリングは、欠け状剥離が発生しづらくかつ耐摩耗性
および密着性に優れる。

【００１１】本発明において、皮膜とピストンリングの
母材との密着力をさらに高める方法としてピストンリン
グ母材と皮膜との間にクロム金属からなる下地層を形成
させる。この手段においては、皮膜形成の際、反応ガス
を導入する前にクロムのイオンプレーティングを行う
と、ピストンリング母材にクロムの下地層が形成でき
る。このクロム金属の下地層は、熱膨張がピストンリン
グ母材に近く、熱応力の影響を受けにくいため、密着性
がさらに向上し、しかも柔軟性に富む。クロム金属の下
地層は、0.１〜２μｍの厚さに形成するのが好ましい。
0.１μｍ未満では密着力向上の効果が薄く、0.１〜２μ
ｍの厚さで充分な効果を示す。また２μｍを超えてもそ
れ以上の効果を得ることはできず、また経済上も好まし
くない。このように皮膜層とリング母材の間に密着性お
よび柔軟性に富む下地層を形成することは、皮膜の剥離
防止に一層効果がある。

【００１２】

【実施例】図１は本発明におけるピストンリング１と、
形成された皮膜２Ａを示す断面図である。皮膜を形成す
る面は、ピストンリングの外周摺動面２を必須とする
が、他の部分である内周面３、あるいは上下面４などの
いずれに形成しても差し支えはない。図２は本発明によ
るピストンリング１を装着したピストン５がシリンダラ
イナ６に組込まれた状態の一部分を示す断面図である。
図３は皮膜の破断面が母材表面から皮膜の表面に向って
柱状の形態を有することを示す金属組織の顕微鏡写真で
ある。

【００１３】実施例１本実施例では、呼び径×幅×厚さがφ９５×2.５mm×3.
４mm、材質がＳＵＳ４４０材のピストンリングを使用し
た。ＰＶＤ処理は、陰極アークプラズマ式イオンプレー
ティング装置を用いた。ピストンリング母材をフロン洗
浄し、イオンプレーティング装置の真空チャンバー内に
挿入した。チャンバー内圧力が1.３×１０^-3 Pa になる
まで真空引きを行なってから、イオンプレーティング装
置に内蔵されているヒーターにより３００〜５００℃で
加熱してピストンリング母材の内在ガスを放出させ、そ
の後２００℃まで冷却した。チャンバー内圧力が4.０×
１０^-3 Pa 以下になった時点ではバイアス電圧を−７０
０〜−９００Ｖ印加しておき、アーク放電を発生させ、
クロムイオンを飛び出させた。その後チャンバー内に導
入した窒素分圧を1.３×１０^-1〜１3.３ Pa程度にし
て、バイアス電圧を０〜−１００Ｖ印加してピストンリ
ング外周摺動面にイオンプレーティング皮膜を形成させ
た。皮膜形成後、真空チャンバー内で２００℃以下にな
るまで冷却して、ピストンリングをチャンバーから取り
出した。

【００１４】上記方法で、ピストンリング外周表面に厚
さが４０μｍであり皮膜の破断面が母材表面から皮膜表
面に向かって柱状の形態を有するＣｒＮ組成でかつ外周
摺動面に平行な（１１１）面が方位配向する結晶よりな
る皮膜（実施例１）を被覆した。得られたピストンリン
グの皮膜破断面を走査型電子顕微鏡により二次電子像を
観察した。図３に顕微鏡写真を示す。母材表面から皮膜
表面に向かって柱状なる結晶を確認できる。また組成お
よび配向性は、リング外周被覆面に対し、Ｘ線を照射
し、Ｘ線回折することによりＣｒＮ組成でかつ（１１
１）面が方位配向していることを確認した。

【００１５】実施例２，３，比較例１実施例１と同方法で、ピストンリング外周表面に厚さが
４０μｍであり皮膜の破断面が母材表面から皮膜表面に
向かって柱状の形態を有するＣｒＮ組成でかつ外周摺動
面に平行な（１１１）面が方位配向する結晶よりなる皮
膜（実施例２）と、ピストンリング外周表面に厚さが４
０μｍであり皮膜の破断面が母材表面から皮膜表面に向
かって柱状の形態を有するＣｒ₂Ｎ組成よりなる皮膜
（実施例３）を被覆した。得られたピストンリングの皮
膜密着性を測定した。密着性の測定は、ツイスト試験と
呼ばれるもので、ピストンリング合い口部の一方を固定
し、他の一方をねじって、皮膜の剥離が生ずるまでのね
じり角を測定するものである。比較例１として、実施例
１と同材質および同寸法のピストンリング本体に皮膜断
面が柱状の形態を有しない窒化クロムとクロムの複合イ
オンプレーティング皮膜の単一相を４２μｍ皮膜したリ
ングについても実施例２，３と同様に皮膜密着性を測定
した。実施例２，３および比較例１の測定結果を表１に
示す。なお、測定値は比較例１のねじり角を１とした角
度比で表１に示した。表１から明らかなように、本発明
の皮膜は比較例に比べて、剥離が生じるまでのねじり角
が大きく、密着性が優れている。

【００１６】

【表１】

【００１７】実施例４，５，比較例２，３実施例１と同様の方法で、ピストンリング外周表面に厚
さが４０μｍであり皮膜の破断面が母材表面から皮膜表
面に向かって柱状の形態を有するＣｒＮ組成でかつ外周
摺動面に平行な（１１１）面が方位配向する結晶よりな
る皮膜（実施例４）と、ピストンリング外周表面に厚さ
が４０μｍであり皮膜の破断面が母材表面から皮膜表面
に向かって柱状の形態を有するＣｒ₂Ｎ組成よりなる皮
膜（実施例５）を被覆した。得られたピストンリングを
４気筒４サイクルのディーゼルエンジンのトップリング
に組込み、台上実機試験を実施した。試験条件は次に示
す通りであった。回転数： 4,０００rpm 試験時間：１００時間オイル温度：１２０℃ 水温：１００℃ なおエンジンはインタークーラー付き過給器が備ってい
る。実機試験における外周摺動面摩耗量の測定を３回行
った。結果を表２に示す。比較例としてピストンリング
の外周摺動面にクロムめっきを厚さ１００μｍ施したも
の（比較例２）と皮膜断面が柱状の形態を有しない窒化
クロムイオンプレーティング皮膜の単一相を４２μｍ被
覆したもの（比較例３）について、実施例４および５と
同様に実機試験を行った。その結果を表２に示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】表２から明らかなように、本発明による皮
膜を被覆したピストンリングはクロムめっきしたピスト
ンリングに比べ、摩耗量が１／５と大幅に減少し、破面
が柱状でない窒化クロムをイオンプレーティング法で被
覆したピストンリングと比べても摩耗量が４／５程度と
減少している。ディーゼルエンジンにおいては、燃料の
燃焼によって、燃料中の硫黄分がエンジンオイル中に入
り込み、オイルの酸化を増加させ、ピストンリングは単
なる摩擦摩耗のみではなく、腐食摩耗が促進される雰囲
気にさらされる。本発明による皮膜を被覆したピストン
リングは耐摩擦摩耗性および耐腐食摩耗性に優れてい
る。

【００２０】実施例６，７，比較例４実施例１と同様の方法で、ピストンリング外周表面に厚
さが４０μｍであり皮膜の破断面が母材表面から皮膜表
面に向かって柱状の形態を有するＣｒＮ組成でかつ外周
摺動面に平行な（１１１）面が方位配向する結晶よりな
る皮膜（実施例６）と、ピストンリング外周表面に厚さ
が４０μｍであり皮膜の破断面が母材表面から皮膜表面
に向かって柱状の形態を有するＣｒ₂Ｎ組成よりなる皮
膜（実施例７）を被覆した。得られたピストンリングを
４気筒４サイクルのディーゼルエンジンのトップリング
に組込み、台上実機試験を実施した。試験条件は次に示
す通りであった。回転数： 4,０００rpm 試験時間：１００時間オイル温度：１２０℃ 水温：１００℃ なおエンジンはインタークーラー付き過給器が備ってい
る。実機試験におけるピストンリング外周摺動面の欠け
状剥離の状態を観察した。結果を表３に示す。比較例と
して皮膜断面が柱状の形態を有しない窒化クロムとクロ
ムの複合イオンプレーティング皮膜の単一相を４２μｍ
被覆したもの（比較例４）について、実施例６および７
と同様に実機試験を行った。その結果を表３に示す。

【００２１】

【表３】

【００２２】表３から明らかなように、本発明による皮
膜を被覆したピストンリングは、いずれも全く剥離が発
生せず、破面が柱状でない窒化クロムをイオンプレーテ
ィング法で被覆したピストンリングと比べても大幅に改
善されている。本発明による皮膜を被覆したピストンリ
ングは耐欠け状剥離性に優れている。

【００２３】実施例８本実施例では、呼び径×幅×厚さがφ９５×2.５mm×3.
４mm、材質がＳＵＳ４４０材のピストンリングを使用し
た。ＰＶＤ処理は、陰極アークプラズマ式イオンプレー
ティング装置を用いた。ピストンリング母材をフロン洗
浄し、イオンプレーティング装置の真空チャンバー内に
挿入した。チャンバー内圧力が1.３×１０^-3 Pa になる
まで真空引きを行なってから、イオンプレーティング装
置に内蔵されているヒーターにより３００〜５００℃で
加熱してピストンリング母材の内在ガスを放出させ、そ
の後２００℃まで冷却した。チャンバー内圧力が4.０×
１０^-3 Pa 以下になった時点で、バイアス電圧を−７０
０〜−９００Ｖ印加しておき、アーク放電を発生させ、
クロムイオンを飛び出させた。その後チャンバー内に導
入した窒素分圧を1.３×１０^-1〜１3.３ Pa程度にし
て、バイアス電圧を０〜−１００Ｖ印加してピストンリ
ング外周摺動面にイオンプレーティング皮膜を形成させ
た。皮膜形成後、真空チャンバー内で２００℃以下にな
るまで冷却して、ピストンリングをチャンバーから取り
出した。上記方法で、ピストンリング外周表面に厚さが
４０μｍ、皮膜空孔率が3.９％であり、破断面が母材表
面から皮膜表面に向かって柱状の形態を有する窒化クロ
ム皮膜（実施例８）を被覆した。皮膜の空孔率は、皮膜
被覆前後の重量を精密に測定し、皮膜体積で除して算出
した。得られたピストンリングの皮膜破断面を走査型電
子顕微鏡により二次電子像を観察した。図３に顕微鏡写
真を示す。母材表面から皮膜表面に向かって柱状なる結
晶を確認できる。

【００２４】実施例９，１０，比較例５実施例８と同様の方法で、ピストンリング外周表面に厚
さが４０μｍ、皮膜空孔率が3.９％であり、皮膜の破断
面が母材表面から皮膜表面に向かって柱状の形態を有す
るＣｒＮ皮膜（実施例９）と、ピストンリング外周表面
に厚さが４０μｍ、皮膜空孔率が2.３％であるＣｒＮ皮
膜（実施例１０）を被覆した。得られたピストンリング
の皮膜密着性を測定した。密着性の測定は、ツイスト試
験と呼ばれるもので、ピストンリング合い口部の一方を
固定し、他の一方をねじって、皮膜の剥離が生ずるまで
のねじり角を測定するものである。比較例５として、実
施例８と同材質および同寸法のピストンリング本体に皮
膜空孔率が、0.２％である窒化クロム皮膜を３８μｍ皮
膜したリングについても実施例９，１０と同様に皮膜密
着性を測定した。実施例９，１０および比較例５の測定
結果を表４に示す。なお、測定値は比較例５のねじり角
を１とした角度比で表４に示した。さらに表４には、皮
膜の表面微小硬さを付記した。

【００２５】

【表４】

【００２６】表４から明らかなように、本発明の皮膜は
比較例に比べて、剥離が生じるまでのねじり角が大き
く、密着性が優れている。

【００２７】実施例１１，１２，比較例６，７，８実施例８と同様の方法で、ピストンリング外周表面に厚
さが４２μｍ、皮膜空孔率が3.９％であり、皮膜の破断
面が母材表面から皮膜表面に向かって柱状の形態を有
し、かつ外周摺動面に平行な（１１１）面が方位配向す
る結晶よりなるＣｒＮ皮膜（実施例１１）と、ピストン
リング外周表面に厚さが４０μｍ、皮膜空孔率が2.３％
であるＣｒＮ皮膜（実施例１２）を被覆した。得られた
ピストンリングを４気筒４サイクルのディーゼルエンジ
ンのトップリングに組込み、台上実機試験を実施した。
試験条件は次に示す通りであった。回転数： 4,０００rpm 試験時間：１００時間オイル温度：１２０℃ 水温：１００℃ なおエンジンはインタークーラー付き過給器が備ってい
る。実機試験における外周摺動面摩耗量の測定を３回行
った。結果を表５に示す。比較例としてピストンリング
の外周摺動面にクロムめっきを厚さ１００μｍ施したも
の（比較例６）と皮膜空孔率が0.２％である窒化クロム
イオンプレーティング皮膜を４２μｍ被覆したもの（比
較例７）、および皮膜空孔率２3.５％である窒化クロム
皮膜を４０μｍ被覆したもの（比較例８）について、実
施例１１および１２と同様に実機試験を行った。その結
果を表５に示した。

【００２８】

【表５】

【００２９】表５から明らかなように、本発明による皮
膜を被覆したピストンリングはクロムめっきしたピスト
ンリングに比べ、摩耗量が１／５と大幅に減少し、イオ
ンプレーティング法で窒化クロムを空孔率が小さく緻密
に被覆したピストンリングと比べても耐摩耗量が同等以
上である。本発明皮膜よりも空孔率の大きい窒化クロム
皮膜は、本発明品と比較し耐摩耗性に劣る。

【００３０】実施例１３，１４，比較例９実施例８と同様の方法で、ピストンリング外周表面に厚
さが４２μｍ、皮膜空孔率が3.９％であり、皮膜の破断
面が母材表面から皮膜表面に向かって柱状の形態を有
し、かつ外周摺動面に平行な（１１１）面が方位配向す
る結晶よりなるＣｒＮ皮膜（実施例１３）と、ピストン
リング外周表面に厚さが４０μｍ、皮膜空孔率が2.３％
であるＣｒＮ皮膜（実施例１４）を被覆した。得られた
ピストンリングを４気筒４サイクルのディーゼルエンジ
ンのトップリングに組込み、台上実機試験を実施した。
試験条件は次に示す通りであった。回転数： 4,０００rpm 試験時間：１００時間オイル温度：１２０℃ 水温：１００℃ なおエンジンはインタークーラー付き過給器が備ってい
る。実機試験におけるピストンリング外周摺動面の欠け
状剥離の状態を観察した。結果を表６に示す。比較例と
して皮膜空孔率が0.２％である窒化クロム皮膜を４２μ
ｍ被覆したもの（比較例９）ついて、実施例１３および
１４と同様に実機試験を行った。その結果を表６に示し
た。

【００３１】

【表６】

【００３２】表６から明らかなように、本発明による皮
膜を被覆したピストンリングは、いずれも全く剥離が発
生せず、イオンプレーティング法で空孔率の小さい窒化
クロムを被覆したピストンリングは剥離が全数発生し
た。本発明による皮膜を被覆したピストンリングは耐欠
け状剥離性に優れている。

【００３３】

【発明の効果】以上、詳述したことから明らかなよう
に、皮膜の破断面が母材表面から皮膜表面に向かって柱
状の形態を有する窒化クロムからなる皮膜を少なくとも
外周摺動面に被覆した、又は1.５〜２０％の空孔率を有
するＣｒＮ皮膜を少なくとも外周摺動面に被覆した本発
明のピストンリングは、従来から使用されているピスト
ンリングに比較して、皮膜の密着性、耐摩擦摩耗性、耐
腐食摩耗性および耐剥離性に優れており、ピストンリン
グの寿命を増大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピストンリングの部分断面図である。

【図２】ピストンリングのピストンへの装着状態を示す
図である。

【図３】ピストン外周面の皮膜の金属組織の顕微鏡写真
である。

【図４】比較例に使用したピストンリングの柱状でない
皮膜の金属組織の顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１ピストンリング本体２外周摺動面２Ａ皮膜３内周面４上下面５ピストン６シリンダライナ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも外周摺動面に、皮膜の破断面
が母材表面側から皮膜の表面に向かって柱状の形態を有
する窒化クロムからなる厚さが１〜８０μｍの皮膜を有
することを特徴とするピストンリング。
【請求項２】請求項１に記載のピストンリングにおい
て、前記皮膜の厚さが１〜６０μｍであることを特徴と
するピストンリング。
【請求項３】請求項１又は２に記載のピストンリング
において、前記皮膜の窒化クロムがＣｒＮまたはＣｒ₂
Ｎおよびそれらの混合である化学組成であることを特徴
とするピストンリング。
【請求項４】請求項３に記載のピストンリングにおい
て、前記皮膜が外周摺動面に平行な（１１１）面が方位
配向する結晶よりなることを特徴とするピストンリン
グ。
【請求項５】少なくとも外周摺動面に、皮膜の空孔率
が1.５〜２０％であるＣｒＮからなる厚さ１〜８０μｍ
の皮膜を有することを特徴とするピストンリング。
【請求項６】請求項５に記載のピストンリングにおい
て、前記皮膜の破断面が母材表面側から皮膜の表面に向
かって柱状の形態を有することを特徴とするピストンリ
ング。
【請求項７】請求項６に記載のピストンリングにおい
て、前記皮膜が外周摺動面に平行な（１１１）面が方位
配向する結晶よりなることを特徴とするピストンリン
グ。
【請求項８】請求項１から７の何れか１項記載のピス
トンリングにおいて、前記皮膜をイオンプレーティング
により形成することを特徴とするピストンリング。
【請求項９】請求項１から８の何れか１項記載のピス
トンリングにおいて、前記皮膜の微小硬さが表面から測
定して HmV６００〜１０００の値を有することを特徴と
するピストンリング。
【請求項１０】請求項１から８の何れか１項記載のピ
ストンリングにおいて、前記ピストンリングの母材と、
前記皮膜との間に金属クロムからなる下地層を有するこ
とを特徴とするピストンリング。