JPH0765543B2 - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
- Publication number
- JPH0765543B2 JPH0765543B2 JP61069814A JP6981486A JPH0765543B2 JP H0765543 B2 JPH0765543 B2 JP H0765543B2 JP 61069814 A JP61069814 A JP 61069814A JP 6981486 A JP6981486 A JP 6981486A JP H0765543 B2 JPH0765543 B2 JP H0765543B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston ring
- chromium
- film
- sputtering
- base material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、耐摩耗性に優れた皮膜を有する内燃機関用
ピストンリングに関する。
ピストンリングに関する。
（従来技術と問題点） 内燃機関のピストンリングは、ピストンの上昇下降の過
程において、リング溝内で軸方向、半径方向、および円
周方向の運動を行う。ピストンリングの上下面は、リン
グ溝の上下面との間で絶えず摺動を繰返し、摩耗する。
程において、リング溝内で軸方向、半径方向、および円
周方向の運動を行う。ピストンリングの上下面は、リン
グ溝の上下面との間で絶えず摺動を繰返し、摩耗する。
近年、エンジンの高出力化などの高性能化に伴い、ピス
トンリングに要求される条件はますます過酷なものとな
っている。有鉛ガソリンを使用するエンジンでは、燃焼
により硬質の鉛化合物が生成され、ディーゼルエンジン
では、カーボンなどの残渣が生成される。これらの生成
物がリング溝内に堆積し、この堆積物がリング上下面の
摩耗を促進する。
トンリングに要求される条件はますます過酷なものとな
っている。有鉛ガソリンを使用するエンジンでは、燃焼
により硬質の鉛化合物が生成され、ディーゼルエンジン
では、カーボンなどの残渣が生成される。これらの生成
物がリング溝内に堆積し、この堆積物がリング上下面の
摩耗を促進する。
従来、リング上下面の摩耗を防止するために、硬質クロ
ムめっきを施したものが提案されているが、クロムめっ
きはリング上下面に均一な厚さでかつ平坦なめっき層を
形成することは難しく、めっき後に仕上げ加工を施す必
要がある。また、クロムめっき層の硬度はHmv800〜1000
程度であり、耐摩耗性が十分でない場合があり、さらに
優れた耐摩耗性を有するピストンリングが望まれてい
る。
ムめっきを施したものが提案されているが、クロムめっ
きはリング上下面に均一な厚さでかつ平坦なめっき層を
形成することは難しく、めっき後に仕上げ加工を施す必
要がある。また、クロムめっき層の硬度はHmv800〜1000
程度であり、耐摩耗性が十分でない場合があり、さらに
優れた耐摩耗性を有するピストンリングが望まれてい
る。
（問題点を解決するための手段） この発明は、第１図に示すように、ピストンリングの少
なくとも上下摺動面に、金属クロムと窒化クロムが混合
された複合皮膜層を形成し、該複合皮膜層において、ピ
ストンリング母材側表面から複合皮膜層表面に向かっ
て、窒化クロムの比率が段階的あるいは連続的に増大し
ているピストンリングを提供することで、上記のような
問題点を解決している。
なくとも上下摺動面に、金属クロムと窒化クロムが混合
された複合皮膜層を形成し、該複合皮膜層において、ピ
ストンリング母材側表面から複合皮膜層表面に向かっ
て、窒化クロムの比率が段階的あるいは連続的に増大し
ているピストンリングを提供することで、上記のような
問題点を解決している。
（作用） 本発明ピストンリングの複合皮膜層は、窒素ガスの存在
する減圧雰囲気中で、クロムをターゲット材として、ス
パッタリングを行うことによって得ることができる。ス
パッタリング法は、イオンプレーティング法に比べて膜
厚の制御がやり易く、しかも均一な膜厚が得られるなど
の利点がある。
する減圧雰囲気中で、クロムをターゲット材として、ス
パッタリングを行うことによって得ることができる。ス
パッタリング法は、イオンプレーティング法に比べて膜
厚の制御がやり易く、しかも均一な膜厚が得られるなど
の利点がある。
窒素ガス雰囲気中で、金属クロムをターゲット材にして
スパッタリングを行うと、ターゲット材のクロムは原子
状になり、クロム原子の一部は窒素と反応して窒化クロ
ムとなる。本発明のような、金属クロムと窒化クロムの
複合層は、真空容器内の窒素ガスの分圧を適当に選んで
形成することができる。窒化クロムの皮膜は、硬質で耐
摩耗性に優れているが柔軟性に欠け、また、熱膨張率も
ピストンリング母材と異なるため、運転中に剥離を生ず
る恐れがある。金属クロムの皮膜は、硬度は低いが熱膨
張率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、密着性は良く、しかも柔軟性にも富むた
め、窒化クロムと適当に混合していると剥離防止に効果
がある。また、真空容器内に窒素ガスを導入する前にス
パッタリングを行うと、ピストンリング母材に純金属ク
ロム膜の下地層が形成される。下地層が所定の厚さにな
ったところで徐々に窒素ガスを導入してスパッタリング
を続けると、クロムの一部は窒化クロムに転換する。こ
のようにすると、ピストンリングの母材に近い方は、密
着性の良い金属クロムが形成され、摺動面に近い方は耐
摩耗性に優れている窒化クロムが多くなる。また、複合
皮膜層内の窒化クロムの量は連続的に増加するので、金
属クロム層との間での剥離が防止できる。
スパッタリングを行うと、ターゲット材のクロムは原子
状になり、クロム原子の一部は窒素と反応して窒化クロ
ムとなる。本発明のような、金属クロムと窒化クロムの
複合層は、真空容器内の窒素ガスの分圧を適当に選んで
形成することができる。窒化クロムの皮膜は、硬質で耐
摩耗性に優れているが柔軟性に欠け、また、熱膨張率も
ピストンリング母材と異なるため、運転中に剥離を生ず
る恐れがある。金属クロムの皮膜は、硬度は低いが熱膨
張率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、密着性は良く、しかも柔軟性にも富むた
め、窒化クロムと適当に混合していると剥離防止に効果
がある。また、真空容器内に窒素ガスを導入する前にス
パッタリングを行うと、ピストンリング母材に純金属ク
ロム膜の下地層が形成される。下地層が所定の厚さにな
ったところで徐々に窒素ガスを導入してスパッタリング
を続けると、クロムの一部は窒化クロムに転換する。こ
のようにすると、ピストンリングの母材に近い方は、密
着性の良い金属クロムが形成され、摺動面に近い方は耐
摩耗性に優れている窒化クロムが多くなる。また、複合
皮膜層内の窒化クロムの量は連続的に増加するので、金
属クロム層との間での剥離が防止できる。
第１表に、母材温度を400℃とし、種々の窒素ガス分圧
でスパッタリングを行ったとき、形成される皮膜の組織
と硬度の関係を示した。
でスパッタリングを行ったとき、形成される皮膜の組織
と硬度の関係を示した。
窒素ガスの分圧が低いときは転換の割合は少なく、窒素
ガス分圧が次第に高くなるにつれて、金属クロムの代り
に単体の窒化クロムが増加し、硬度も大きくなることが
わかる。
ガス分圧が次第に高くなるにつれて、金属クロムの代り
に単体の窒化クロムが増加し、硬度も大きくなることが
わかる。
（実施例） 本発明に使用したマグネトロン型ハイレートスパッタリ
ング装置の概要を第２図に示す。
ング装置の概要を第２図に示す。
母材１を母材保持具２で保持し、ヒーター３で母材１を
所定の温度に加熱する。母材１の上方には、ターゲット
源の金属５が設置してある。真空容器４の側壁には、窒
素ガス供給口９とプラズマ用アルゴンガスの導入管８が
設けてある。真空容器４内は、図示しない真空ポンプに
より減圧されるようになっている。
所定の温度に加熱する。母材１の上方には、ターゲット
源の金属５が設置してある。真空容器４の側壁には、窒
素ガス供給口９とプラズマ用アルゴンガスの導入管８が
設けてある。真空容器４内は、図示しない真空ポンプに
より減圧されるようになっている。
真空容器４内にアルゴンガスを導入し１×10-2torr程度
に減圧してボンバードにより、母材１の表面のクリーニ
ングを行う。つぎに、アルゴンガスを導入し、１×10-3
torr程度に減圧して、スパッタリングを開始する。次
に、窒素ガス供給口９より窒素ガスを徐々に導入し、ス
パッタリングを続ける。スパッタリングされたターゲッ
ト源の金属５は、容器内の窒素と一部反応して、母材１
に金属窒化物の複合皮膜を形成する。
に減圧してボンバードにより、母材１の表面のクリーニ
ングを行う。つぎに、アルゴンガスを導入し、１×10-3
torr程度に減圧して、スパッタリングを開始する。次
に、窒素ガス供給口９より窒素ガスを徐々に導入し、ス
パッタリングを続ける。スパッタリングされたターゲッ
ト源の金属５は、容器内の窒素と一部反応して、母材１
に金属窒化物の複合皮膜を形成する。
呼び径×幅×厚さが、φ77mm×1.5×3.1のSKD−61材の
ピストンリングを適当な間隔で並べて母材１として、以
下の条件で反応性スパッタリングを実施した。
ピストンリングを適当な間隔で並べて母材１として、以
下の条件で反応性スパッタリングを実施した。
母材温度:400℃ スパッタ電力:1KW 窒素ガス分圧:0〜１×10-3torr アルゴンガス分圧:1×10-3torr ターゲット材：金属クロム 処理時間:10分 母材バイアス：−100V 初めは窒素ガスを導入せずにスパッタリングを行って金
属クロムの下地層を形成し、２分経過後から、窒素ガス
分圧が１×10-3torrとなるように、窒素ガス供給口９よ
りに窒素ガスを導入してスパッタリングを続ける。スパ
ッタリングされたターゲット源の金属クロム５は、容器
内の窒素と一部反応して、金属クロムと窒化クロムが混
合した複合皮膜層を形成した。この処理をピストンリン
グの上下摺動面に行い、厚さがそれぞれ６μｍの複合皮
膜層を形成した。
属クロムの下地層を形成し、２分経過後から、窒素ガス
分圧が１×10-3torrとなるように、窒素ガス供給口９よ
りに窒素ガスを導入してスパッタリングを続ける。スパ
ッタリングされたターゲット源の金属クロム５は、容器
内の窒素と一部反応して、金属クロムと窒化クロムが混
合した複合皮膜層を形成した。この処理をピストンリン
グの上下摺動面に行い、厚さがそれぞれ６μｍの複合皮
膜層を形成した。
呼び径×幅×厚さが、φ77mm×1.5×3.1のSKD−61材の
ピストンリングを適当な間隔で並べて母材１として、以
下の条件で反応性スパッタリングを実施した。
ピストンリングを適当な間隔で並べて母材１として、以
下の条件で反応性スパッタリングを実施した。
母材温度:400℃ スパッタ電力:1KW 窒素ガス分圧：スタートから２分 0torr 窒素ガス分圧:2分後から10分後 １×10-3torr アルゴンガス分圧:1×10-3torr ターゲット材：金属クロム 処理時間:10分 母材バイアス：−100V スパッタリングと同様、呼び径×幅×厚さが、φ77mm×
1.5mm×3.1mmのSKD−61材のピストンリングを適当な間
隔で並べて母材として、以下の条件で、窒化クロム濃度
が膜厚方向で変化しない皮膜をイオンプレーティング法
により形成した。
1.5mm×3.1mmのSKD−61材のピストンリングを適当な間
隔で並べて母材として、以下の条件で、窒化クロム濃度
が膜厚方向で変化しない皮膜をイオンプレーティング法
により形成した。
母材温度 400℃ イオンプレーティング方法 アーク式イオンプレーティ
ング ターゲット 金属クロム アーク電圧電流 50V−100A 窒素ガス圧 スタートから２分 0torr ２分後から10分後 １×10-3torr 処理時間 10分間 母材バイアス電圧 −80V 初めは窒素ガスを導入せずにイオンプレーティングを行
って金属クロムの下地層を形成し、２分経過後から、窒
素ガス圧が１×10-3torrとなるように、窒素ガス供給口
より窒素ガスを導入してイオンプレーティングを行っ
た。アーク電流により蒸発された金属クロムは、一部は
容器内の窒素と反応して窒化クロムとなり、母材上に金
属クロムと窒化クロムが混合した複合皮膜層を形成し
た。この処理をピストンリングの上下摺動面に行い、厚
さがそれぞれ約10μｍの複合皮膜層を形成した。
ング ターゲット 金属クロム アーク電圧電流 50V−100A 窒素ガス圧 スタートから２分 0torr ２分後から10分後 １×10-3torr 処理時間 10分間 母材バイアス電圧 −80V 初めは窒素ガスを導入せずにイオンプレーティングを行
って金属クロムの下地層を形成し、２分経過後から、窒
素ガス圧が１×10-3torrとなるように、窒素ガス供給口
より窒素ガスを導入してイオンプレーティングを行っ
た。アーク電流により蒸発された金属クロムは、一部は
容器内の窒素と反応して窒化クロムとなり、母材上に金
属クロムと窒化クロムが混合した複合皮膜層を形成し
た。この処理をピストンリングの上下摺動面に行い、厚
さがそれぞれ約10μｍの複合皮膜層を形成した。
次に、皮膜表面に向かって窒化クロムが連続的或いは段
階的に増加した皮膜の形成を下記条件で行った。
階的に増加した皮膜の形成を下記条件で行った。
母材温度 400℃ イオンプレーティング方法 アーク式イオンプレーティ
ング ターゲット 金属クロム アーク電圧電流 50V−100A 窒素ガス圧 スタート時は0torr、10分後の間に１×10
-3torrになるように連続的にまたは段階的に変化させ
る。
ング ターゲット 金属クロム アーク電圧電流 50V−100A 窒素ガス圧 スタート時は0torr、10分後の間に１×10
-3torrになるように連続的にまたは段階的に変化させ
る。
処理時間 10分間 母材バイアス電圧 −80V 初めは窒素ガスを導入せずにイオンプレーティングを開
始する。その後10分後に窒素ガス圧が１×10-3torrとな
るように、窒素ガス供給口より窒素ガスを連続的或いは
段階的に導入してイオンプレーティング行った。アーク
電流により蒸発された金属クロムは、一部は容器内の窒
素と反応して窒化クロムとなり、母材上に金属クロムと
窒化クロムが混合した複合皮膜層を形成する。しかも窒
化クロムが皮膜表面に向けて連続的或いは段階的に増加
した複合膜を得た。この処理をピストンリングの上下摺
動面に行い、厚さがそれぞれ約６μｍの複合皮膜層を形
成した。
始する。その後10分後に窒素ガス圧が１×10-3torrとな
るように、窒素ガス供給口より窒素ガスを連続的或いは
段階的に導入してイオンプレーティング行った。アーク
電流により蒸発された金属クロムは、一部は容器内の窒
素と反応して窒化クロムとなり、母材上に金属クロムと
窒化クロムが混合した複合皮膜層を形成する。しかも窒
化クロムが皮膜表面に向けて連続的或いは段階的に増加
した複合膜を得た。この処理をピストンリングの上下摺
動面に行い、厚さがそれぞれ約６μｍの複合皮膜層を形
成した。
本実施例により得られたピストンリングと、比較のた
め、従来の硬質クロムめっきを施したピストンリングを
水冷４サイクル４気筒、1300ccのエンジンに組み込み75
00回転、全負荷で５時間の実機試験を行い、ピストンリ
ング上下面の摩耗量を測定した。
め、従来の硬質クロムめっきを施したピストンリングを
水冷４サイクル４気筒、1300ccのエンジンに組み込み75
00回転、全負荷で５時間の実機試験を行い、ピストンリ
ング上下面の摩耗量を測定した。
（効 果） 測定の結果、本発明によるピストンリングは、従来の硬
質クロムめっきを施したものに比べて、摩耗量は約1/5
であった。また、スパッタリングにより得られた複合皮
膜層の表面は平坦で、仕上げ加工は不要であった。
質クロムめっきを施したものに比べて、摩耗量は約1/5
であった。また、スパッタリングにより得られた複合皮
膜層の表面は平坦で、仕上げ加工は不要であった。
このように、金属クロムと窒化クロムからなる複合皮膜
層を有する本発明のピストンリングは、密着性、耐摩耗
性にすぐれたピストンリングとして、エンジンの耐久性
を向上させるうえで顕著な効果を示すことが理解でき
る。
層を有する本発明のピストンリングは、密着性、耐摩耗
性にすぐれたピストンリングとして、エンジンの耐久性
を向上させるうえで顕著な効果を示すことが理解でき
る。
第１図に、本発明のピストンリングを示す。 図中 １……ピストンリング、２……複合皮膜層 第２図に、本発明の実施例のマグネトロン型ハイレート
スパッタリング装置の概要を示す。 図中 １……母材（ピストンリング） ２……母材保持具 ４……真空容器 ５……ターゲット源 ６……水冷銅パイプ ７……シャッター ８……アルゴンガス導入口 ９……窒素ガス導入口
スパッタリング装置の概要を示す。 図中 １……母材（ピストンリング） ２……母材保持具 ４……真空容器 ５……ターゲット源 ６……水冷銅パイプ ７……シャッター ８……アルゴンガス導入口 ９……窒素ガス導入口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−37168（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−57868（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−184672（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−127858（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−126159（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭56−36296（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (4)
- 【請求項１】ピストンリングの少なくとも上下摺動面
に、必要により金属クロムからなる下地膜が形成され、
続いてスパッタリングもしくはイオンプレーティング皮
膜が形成されかつ、この皮膜が金属クロムと窒化クロム
が混合された複合皮膜であることを特徴とするピストン
リング。 - 【請求項２】金属クロムと窒化クロムが混合された複合
スパッタリングもしくはイオンプレーティング皮膜にお
いて、ピストンリングの母材側表面から皮膜の表面に向
かって、窒化クロムの比率が段階的あるいは連続的に増
大していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のピストンリング。 - 【請求項３】前記複合皮膜がスパッタリング皮膜であ
り、その表面を仕上げすることなしに摺動面とすること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
ピストンリング。 - 【請求項４】前記複合皮膜がスパッタリング皮膜であ
り、かつ前記窒化物がCr2Nであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記載の
ピストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61069814A JPH0765543B2 (ja) | 1986-03-29 | 1986-03-29 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61069814A JPH0765543B2 (ja) | 1986-03-29 | 1986-03-29 | ピストンリング |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31889093A Division JP2500147B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | ピストンリング |
| JP5318889A Division JP2598878B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | ピストンリング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62228648A JPS62228648A (ja) | 1987-10-07 |
| JPH0765543B2 true JPH0765543B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=13413604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61069814A Expired - Lifetime JPH0765543B2 (ja) | 1986-03-29 | 1986-03-29 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0765543B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007063673A (ja) * | 1997-11-06 | 2007-03-15 | Dowa Holdings Co Ltd | 窒素含有Ｃｒ被膜とその製造方法およびこの被膜を有する機械部材 |
| JP2010163694A (ja) * | 1997-11-06 | 2010-07-29 | Dowa Holdings Co Ltd | 窒素含有Ｃｒ被膜およびこの被膜を有する機械部材 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0931628A (ja) * | 1995-07-25 | 1997-02-04 | Riken Corp | 摺動部材およびその製造方法 |
| DE102004032403B3 (de) * | 2004-07-03 | 2005-12-22 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Verfahren zur Erzeugung einer Beschichtung auf einem Kolbenring sowie Kolbenring |
| JP4852746B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2012-01-11 | Ｄｏｗａホールディングス株式会社 | 窒素含有クロム被膜、その製造方法及び機械部材 |
| JP4669992B2 (ja) * | 2005-09-28 | 2011-04-13 | Ｄｏｗａホールディングス株式会社 | 窒素含有クロム被膜、その製造方法及び機械部材 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52111891A (en) * | 1976-03-18 | 1977-09-19 | Honda Motor Co Ltd | Method of surface treatment of metal |
| JPS5837168A (ja) * | 1981-08-31 | 1983-03-04 | Riken Corp | 耐摩耗性金属摺動部材およびその製造方法 |
-
1986
- 1986-03-29 JP JP61069814A patent/JPH0765543B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007063673A (ja) * | 1997-11-06 | 2007-03-15 | Dowa Holdings Co Ltd | 窒素含有Ｃｒ被膜とその製造方法およびこの被膜を有する機械部材 |
| JP2010163694A (ja) * | 1997-11-06 | 2010-07-29 | Dowa Holdings Co Ltd | 窒素含有Ｃｒ被膜およびこの被膜を有する機械部材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62228648A (ja) | 1987-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3221892B2 (ja) | ピストンリング及びその製造法 | |
| US5300951A (en) | Member coated with ceramic material and method of manufacturing the same | |
| JP4382209B2 (ja) | 硬質皮膜及びそれを被覆した摺動部材並びにその製造方法 | |
| JP2771947B2 (ja) | 摺動部材 | |
| GB2243162A (en) | A chromium nitride coating having a steadily increasing nitrogen concentration | |
| JPH0625597B2 (ja) | ピストンリング | |
| JP2003113941A (ja) | ピストンリング及びピストンリングとピストンのリング溝との組み合わせ構造 | |
| JPH0765543B2 (ja) | ピストンリング | |
| JPH0931628A (ja) | 摺動部材およびその製造方法 | |
| JPH06248425A (ja) | ピストンリング | |
| JP2687320B2 (ja) | ピストンリング | |
| JPH05172248A (ja) | ピストンリングとその製造方法 | |
| JPH0561502B2 (ja) | ||
| JP2598878B2 (ja) | ピストンリング | |
| JP2500147B2 (ja) | ピストンリング | |
| EP0605223A1 (en) | Gas nitrided piston ring | |
| JPH0474584B2 (ja) | ||
| JP2003014121A (ja) | ピストンリング | |
| JP2681875B2 (ja) | ピストンリング | |
| JP2003042294A (ja) | ピストンリング | |
| JPH086636B2 (ja) | シリンダライナ | |
| JP2003014122A (ja) | ピストンリング | |
| JP2692758B2 (ja) | ピストンリング | |
| JP2534566Y2 (ja) | ピストンリング | |
| JPH05223172A (ja) | ピストンリング |