JPH11166625A - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
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- JPH11166625A JPH11166625A JP10213527A JP21352798A JPH11166625A JP H11166625 A JPH11166625 A JP H11166625A JP 10213527 A JP10213527 A JP 10213527A JP 21352798 A JP21352798 A JP 21352798A JP H11166625 A JPH11166625 A JP H11166625A
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- hard coating
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
- Y10S277/935—Seal made of a particular material
- Y10S277/936—Composite
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストンリング上下面にＡｌ凝着が生じにく
く、しかもＡｌ凝着抑止効果が長続きするピストンリン
グを提供する。 【解決手段】 ピストンリング１の全表面にガス窒化層
２を形成し、上下面のガス窒化層２上に硬質皮膜３を
０．５〜３０μｍの厚さで形成する。硬質皮膜３はＳ
ｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた
１又は２以上の元素が分散しているダイヤモンドライク
カーボンから形成されている。ダイヤモンドライクカー
ボンは、１．アモルファス炭素構造、２．ダイヤモンド
構造を一部有するアモルファス炭素構造、３．グラファ
イト構造を一部有するアモルファス炭素構造の何れかの
形態をとる。上記元素の含有比率は原子％で５〜４０
％、硬質皮膜３の硬度はＨＶ７００〜２０００の範囲内
にある。上記硬質皮膜３をピストンリング１の上下面に
０．５〜３０μｍの厚さで直接形成してもよい。
く、しかもＡｌ凝着抑止効果が長続きするピストンリン
グを提供する。 【解決手段】 ピストンリング１の全表面にガス窒化層
２を形成し、上下面のガス窒化層２上に硬質皮膜３を
０．５〜３０μｍの厚さで形成する。硬質皮膜３はＳ
ｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた
１又は２以上の元素が分散しているダイヤモンドライク
カーボンから形成されている。ダイヤモンドライクカー
ボンは、１．アモルファス炭素構造、２．ダイヤモンド
構造を一部有するアモルファス炭素構造、３．グラファ
イト構造を一部有するアモルファス炭素構造の何れかの
形態をとる。上記元素の含有比率は原子％で５〜４０
％、硬質皮膜３の硬度はＨＶ７００〜２０００の範囲内
にある。上記硬質皮膜３をピストンリング１の上下面に
０．５〜３０μｍの厚さで直接形成してもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、往復動内燃機関に
使用されるピストンリングに関し、特にＡｌ合金製ピス
トンのリング溝に組み付けられ、Ａｌの凝着現象が発生
しにくく改良されたピストンリングに関する。
使用されるピストンリングに関し、特にＡｌ合金製ピス
トンのリング溝に組み付けられ、Ａｌの凝着現象が発生
しにくく改良されたピストンリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近のエンジンは高出力化、高回転化、
長寿命化され、更に排気ガス規制に対応する必要があ
る。このため、ピストンリングの使用環境は益々苛酷に
なっている。通常、このようなエンジンのピストンリン
グの上下面には、Ｃｒめっき皮膜や窒化層やＰＶＤ皮膜
が形成される例が多い。
長寿命化され、更に排気ガス規制に対応する必要があ
る。このため、ピストンリングの使用環境は益々苛酷に
なっている。通常、このようなエンジンのピストンリン
グの上下面には、Ｃｒめっき皮膜や窒化層やＰＶＤ皮膜
が形成される例が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、窒化層やＰＶ
Ｄ皮膜を有するピストンリングは、Ａｌ合金製ピストン
のリング溝を攻撃する傾向がある。特に窒化層を有する
ピストンリングは、上下面にＡｌ凝着現象を起こし、リ
ング溝の摩耗を増大させることがある。
Ｄ皮膜を有するピストンリングは、Ａｌ合金製ピストン
のリング溝を攻撃する傾向がある。特に窒化層を有する
ピストンリングは、上下面にＡｌ凝着現象を起こし、リ
ング溝の摩耗を増大させることがある。
【０００４】これに対して、固体潤滑材を含有させた合
成樹脂被覆をピストンリングの上下面に施すと、エンジ
ン運転の初期にＡｌ凝着を抑止できることが知られてい
る。しかし、樹脂被覆は、耐摩耗性が低いので、Ａｌ凝
着抑止効果が長続きしない不都合がある。
成樹脂被覆をピストンリングの上下面に施すと、エンジ
ン運転の初期にＡｌ凝着を抑止できることが知られてい
る。しかし、樹脂被覆は、耐摩耗性が低いので、Ａｌ凝
着抑止効果が長続きしない不都合がある。
【０００５】他方、ピストンの頂面と外周面とリング溝
と、ピストンリングとに人造ダイヤモンド材の薄い被覆
を施して耐久性を高めることが、特開平３−２６０３６
２号に記載されている。しかし、特開平３−２６０３６
２号は、人造ダイヤモンド材の薄い被覆の詳細について
何等説明していない。
と、ピストンリングとに人造ダイヤモンド材の薄い被覆
を施して耐久性を高めることが、特開平３−２６０３６
２号に記載されている。しかし、特開平３−２６０３６
２号は、人造ダイヤモンド材の薄い被覆の詳細について
何等説明していない。
【０００６】また、ダイヤモンドライクカーボン皮膜に
関して以下の提案がある（特開平５−１７９４５１
号）。フェライトを含む鉄系材料で構成される一方の摺
動面と組み合わせる他方の摺動面にＷ及び／又はＳｉが
分散したアモルファス炭素を主成分とする皮膜を形成
し、フェライト組織の凝着を抑制する。この技術は例え
ばパワーステアリング機構に使用される油圧バルブ装置
に使用される。しかし、特開平５−１７９４５１号は、
Ａｌ合金製のピストンと組み合わされるピストンリング
の上下面におけるＡｌ凝着については全く記載していな
い。
関して以下の提案がある（特開平５−１７９４５１
号）。フェライトを含む鉄系材料で構成される一方の摺
動面と組み合わせる他方の摺動面にＷ及び／又はＳｉが
分散したアモルファス炭素を主成分とする皮膜を形成
し、フェライト組織の凝着を抑制する。この技術は例え
ばパワーステアリング機構に使用される油圧バルブ装置
に使用される。しかし、特開平５−１７９４５１号は、
Ａｌ合金製のピストンと組み合わされるピストンリング
の上下面におけるＡｌ凝着については全く記載していな
い。
【０００７】本発明の目的は、ピストンリング上下面に
Ａｌ凝着が生じにくく、しかもＡｌ凝着抑止効果が長続
きするピストンリングを提供することである。
Ａｌ凝着が生じにくく、しかもＡｌ凝着抑止効果が長続
きするピストンリングを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、硬質皮膜が上
下面の少なくとも一方の面に形成されているピストンリ
ングにおいて、前記硬質皮膜はＳｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元素が
分散しているダイヤモンドライクカーボンから形成され
ていることを特徴とする。
下面の少なくとも一方の面に形成されているピストンリ
ングにおいて、前記硬質皮膜はＳｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元素が
分散しているダイヤモンドライクカーボンから形成され
ていることを特徴とする。
【０００９】上記本発明の皮膜を形成しているダイヤモ
ンドライクカーボンは、次の何れかの形態をとる。 １．アモルファス炭素構造 ２．ダイヤモンド構造を一部有するアモルファス炭素構
造 ３．グラファイト構造を一部有するアモルファス炭素構
造
ンドライクカーボンは、次の何れかの形態をとる。 １．アモルファス炭素構造 ２．ダイヤモンド構造を一部有するアモルファス炭素構
造 ３．グラファイト構造を一部有するアモルファス炭素構
造
【００１０】また、前記Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元素は、金属
および炭化物の一方または両方の形態で存在する。
Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元素は、金属
および炭化物の一方または両方の形態で存在する。
【００１１】ダイヤモンドライクカーボン皮膜は、耐ス
カッフ性が本来高いが、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元素（金属お
よび炭化物の一方または両方の形態で存在）を含ませる
ことによって、耐摩耗性と耐Ａｌ凝着性を向上させるこ
とができる。
カッフ性が本来高いが、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元素（金属お
よび炭化物の一方または両方の形態で存在）を含ませる
ことによって、耐摩耗性と耐Ａｌ凝着性を向上させるこ
とができる。
【００１２】Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの
含有量はＥＰＭＡで測定可能である。これらの元素の原
子比率の合計を５〜４０％、硬質皮膜の硬度をＨＶ７０
０〜２０００の範囲内とすることが望ましい。原子比率
の合計が５％を下回ると耐Ａｌ凝着性が低下し、４０％
を上回ると、密着性の低下の結果として生じるＡｌ凝着
防止効果の低下や、リング溝を攻撃する傾向を生じる。
硬質皮膜の硬度がＨＶ７００を下回ると、皮膜摩耗が多
くなり、ピストンリング寿命が短くなり、ＨＶ２０００
を上回ると、皮膜のワレ、カケ等が生じることがある。
原子比率の合計を１０〜３０％、硬質皮膜の硬度をＨＶ
９００〜１２００の範囲内とすることがより好ましい。
含有量はＥＰＭＡで測定可能である。これらの元素の原
子比率の合計を５〜４０％、硬質皮膜の硬度をＨＶ７０
０〜２０００の範囲内とすることが望ましい。原子比率
の合計が５％を下回ると耐Ａｌ凝着性が低下し、４０％
を上回ると、密着性の低下の結果として生じるＡｌ凝着
防止効果の低下や、リング溝を攻撃する傾向を生じる。
硬質皮膜の硬度がＨＶ７００を下回ると、皮膜摩耗が多
くなり、ピストンリング寿命が短くなり、ＨＶ２０００
を上回ると、皮膜のワレ、カケ等が生じることがある。
原子比率の合計を１０〜３０％、硬質皮膜の硬度をＨＶ
９００〜１２００の範囲内とすることがより好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１に
より説明する。
より説明する。
【００１４】図１（ａ）において、ピストンリング１の
全表面にはガス窒化層２が５〜１５０μｍの厚さで形成
されており、上下面のガス窒化層２上に硬質皮膜３が
０．５〜３０μｍの厚さで形成されている。硬質皮膜３
は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選
ばれた１又は２以上の元素の炭化物が分散しているダイ
ヤモンドライクカーボンから形成されている。Ｓｉ、Ｔ
ｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は
２以上の元素の含有比率は原子％で５〜４０％であり、
硬質皮膜３の硬度はＨＶ７００〜２０００の範囲内にあ
る。
全表面にはガス窒化層２が５〜１５０μｍの厚さで形成
されており、上下面のガス窒化層２上に硬質皮膜３が
０．５〜３０μｍの厚さで形成されている。硬質皮膜３
は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選
ばれた１又は２以上の元素の炭化物が分散しているダイ
ヤモンドライクカーボンから形成されている。Ｓｉ、Ｔ
ｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は
２以上の元素の含有比率は原子％で５〜４０％であり、
硬質皮膜３の硬度はＨＶ７００〜２０００の範囲内にあ
る。
【００１５】図１（ｂ）は別の例を示す。ピストンリン
グ１の上下面と外周面に、Ｃｒめっき皮膜あるいは窒化
クロム（ＣｒＮ、Ｃｒ2 Ｎ）や窒化チタン（ＴｉＮ）等
のイオンプレーティング皮膜４が形成されており、上下
面の皮膜４上に上記硬質皮膜３が０．５〜３０μｍの厚
さで形成されている。Ｃｒめっき皮膜の場合、Ｃｒめっ
き皮膜厚さは５〜１５０μｍ、イオンプレーティング皮
膜の場合、イオンプレーティング皮膜厚さは１〜１５０
μｍである。
グ１の上下面と外周面に、Ｃｒめっき皮膜あるいは窒化
クロム（ＣｒＮ、Ｃｒ2 Ｎ）や窒化チタン（ＴｉＮ）等
のイオンプレーティング皮膜４が形成されており、上下
面の皮膜４上に上記硬質皮膜３が０．５〜３０μｍの厚
さで形成されている。Ｃｒめっき皮膜の場合、Ｃｒめっ
き皮膜厚さは５〜１５０μｍ、イオンプレーティング皮
膜の場合、イオンプレーティング皮膜厚さは１〜１５０
μｍである。
【００１６】図１（ｃ）は、硬質皮膜３とは別種の耐摩
耗表面処理層（ガス窒化層２、あるいはＣｒめっき皮膜
やイオンプレーティング皮膜４）を形成せずに、上記硬
質皮膜３をピストンリング１の上下面に０．５〜３０μ
ｍの厚さで直接形成した例である。皮膜厚さが０．５μ
ｍを下回ると、ピストンリング寿命が短くなり、３０μ
ｍを上回ると、密着性が不充分となり、結果としてＡｌ
凝着防止効果が低下する。なお、ピストンリング１の外
周面には上記硬質皮膜３が形成された。
耗表面処理層（ガス窒化層２、あるいはＣｒめっき皮膜
やイオンプレーティング皮膜４）を形成せずに、上記硬
質皮膜３をピストンリング１の上下面に０．５〜３０μ
ｍの厚さで直接形成した例である。皮膜厚さが０．５μ
ｍを下回ると、ピストンリング寿命が短くなり、３０μ
ｍを上回ると、密着性が不充分となり、結果としてＡｌ
凝着防止効果が低下する。なお、ピストンリング１の外
周面には上記硬質皮膜３が形成された。
【００１７】なお、上記実施形態では、硬質皮膜３をピ
ストンリング１の上下面に形成した例を示したが、上下
面の一方の面にだけ形成することもできる。
ストンリング１の上下面に形成した例を示したが、上下
面の一方の面にだけ形成することもできる。
【００１８】上記硬質皮膜３は、反応性イオンプレーテ
ィング法、あるいは反応性スパッタリング法によって被
覆することができる。例えば、真空チャンバ内でワーク
を回転させつつ不活性ガスを導入し、イオンボンバード
メントでワーク表面を清浄化した後、炭素の供給源であ
るメタン等の炭化水素ガスをチャンバに導入しワーク近
傍をプラズマ状態に保つと同時に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元
素を蒸発させる反応性イオンプレーティング法で、上記
硬質皮膜３をワークに被覆することができる。この際、
反応ガス中の炭化水素ガス分圧を調整することによっ
て、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選
ばれた１又は２以上の原子を炭化物として析出させるこ
とができる。Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの
群から選ばれた１又は２以上の元素の含有比率は、これ
らの蒸発速度及び反応ガス圧力を調整することによって
調整できる。
ィング法、あるいは反応性スパッタリング法によって被
覆することができる。例えば、真空チャンバ内でワーク
を回転させつつ不活性ガスを導入し、イオンボンバード
メントでワーク表面を清浄化した後、炭素の供給源であ
るメタン等の炭化水素ガスをチャンバに導入しワーク近
傍をプラズマ状態に保つと同時に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元
素を蒸発させる反応性イオンプレーティング法で、上記
硬質皮膜３をワークに被覆することができる。この際、
反応ガス中の炭化水素ガス分圧を調整することによっ
て、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選
ばれた１又は２以上の原子を炭化物として析出させるこ
とができる。Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの
群から選ばれた１又は２以上の元素の含有比率は、これ
らの蒸発速度及び反応ガス圧力を調整することによって
調整できる。
【００１９】以下、本発明のピストンリングの耐Ａｌ凝
着性が高いことを、ピストン叩き試験によるＡｌ凝着ま
での時間の測定結果によって示す。
着性が高いことを、ピストン叩き試験によるＡｌ凝着ま
での時間の測定結果によって示す。
【００２０】１．叩き試験 （１）試験片 圧縮リング（φ８６ｍｍ）の上下面に表１および表２に
示す皮膜を形成した。
示す皮膜を形成した。
【００２１】
【００２２】
【００２３】なお、実施例４，５および比較例１の母材
はＳｉ−Ｃｒ鋼、実施例１〜３および比較例２〜６の母
材は１７Ｃｒステンレス鋼である。
はＳｉ−Ｃｒ鋼、実施例１〜３および比較例２〜６の母
材は１７Ｃｒステンレス鋼である。
【００２４】（２）硬質皮膜の形成方法 前述した反応性イオンプレーティング法で形成した。ワ
ークの温度は２００〜５００℃の範囲である。
ークの温度は２００〜５００℃の範囲である。
【００２５】（３）硬質皮膜のＸ線回折 上記実施例１〜５および比較例４〜６の試験片をＸ線回
折して、皮膜の組織を解析した。管球はＣｕ管球であ
り、モノクロメータを使用した。管電圧は４０ｋＶ、管
電流は３０ｍＡである。実施例５のＸ線回折図形を図４
に示す。
折して、皮膜の組織を解析した。管球はＣｕ管球であ
り、モノクロメータを使用した。管電圧は４０ｋＶ、管
電流は３０ｍＡである。実施例５のＸ線回折図形を図４
に示す。
【００２６】図４は以下の事項を示している。 １．２θ＝３４°〜４２°にかけてハローが存在し、皮
膜はアモルファス組織を有することを示す。 ２．２θ＝４４．５°，６５°および８２°近傍の回折
ピークは、下地のＣｒめっき皮膜からの回折線によるも
のである。 ３．２θ＝３４．５°および３８°近傍に、Ｗ2 Ｃまた
はＷ6 Ｃ2.54と同定できるタングステンカーバイドの回
折ピークが存在する。 ４．金属タングステンの回折ピーク（２θ＝４０°，５
８°および７３°近傍）が存在しない。 以上から、実施例５の皮膜は、アモルファス炭素とタン
グステン炭化物とからなる組織を有することがわかる。
膜はアモルファス組織を有することを示す。 ２．２θ＝４４．５°，６５°および８２°近傍の回折
ピークは、下地のＣｒめっき皮膜からの回折線によるも
のである。 ３．２θ＝３４．５°および３８°近傍に、Ｗ2 Ｃまた
はＷ6 Ｃ2.54と同定できるタングステンカーバイドの回
折ピークが存在する。 ４．金属タングステンの回折ピーク（２θ＝４０°，５
８°および７３°近傍）が存在しない。 以上から、実施例５の皮膜は、アモルファス炭素とタン
グステン炭化物とからなる組織を有することがわかる。
【００２７】（４）ピストン叩き試験機 図２はピストン叩き試験機の構成を示す。上下に運動す
るＡｌ合金（ＡＣ８Ａ）製のピストン材１０（φ８６ｍ
ｍ×厚さ１０ｍｍ）は上方にヒータ１１が設けられてい
る。ピストン材１０の下方位置に配置する試験片保持部
材１２はスプリング１３で支持されており、上面に環状
溝を有し、下方部にヒータ１４を有している。試験片１
５であるピストンリングは試験片保持部材１２の環状溝
に装着され、試験片保持部材１２の上面から少し突出し
た状態で保持される。試験片保持部材１２は水平面内を
１８０°ずつ回転、反転を繰り返す。したがって、試験
片１５であるピストンリングは、試験片保持部材１２に
よって水平面内を１８０°ずつ回転、反転を繰り返され
ながら、上下に運動するピストン材１０の平らな底面に
よって叩かれる。
るＡｌ合金（ＡＣ８Ａ）製のピストン材１０（φ８６ｍ
ｍ×厚さ１０ｍｍ）は上方にヒータ１１が設けられてい
る。ピストン材１０の下方位置に配置する試験片保持部
材１２はスプリング１３で支持されており、上面に環状
溝を有し、下方部にヒータ１４を有している。試験片１
５であるピストンリングは試験片保持部材１２の環状溝
に装着され、試験片保持部材１２の上面から少し突出し
た状態で保持される。試験片保持部材１２は水平面内を
１８０°ずつ回転、反転を繰り返す。したがって、試験
片１５であるピストンリングは、試験片保持部材１２に
よって水平面内を１８０°ずつ回転、反転を繰り返され
ながら、上下に運動するピストン材１０の平らな底面に
よって叩かれる。
【００２８】（５）試験条件 叩き荷重：３０ｋｇ 叩き速度：７００ｒｐｍ ピストン反転：１０ｃｐｍ、１８０° 試験温度：２００℃ 潤滑：無し
【００２９】（６）試験結果 図３にピストン叩き試験機によるＡｌ凝着までの時間を
示す。試験結果から以下のように総括できる。 ・本発明のピストンリングのＡｌ凝着時間は、従来の樹
脂被覆を施したピストンリングの凝着時間よりもかなり
長い。 ・ダイヤモンドライクカーボンからなる硬質皮膜は、タ
ングステン炭化物やシリコン炭化物を所定量含有するこ
とによって、Ａｌ凝着までの時間が向上する。
示す。試験結果から以下のように総括できる。 ・本発明のピストンリングのＡｌ凝着時間は、従来の樹
脂被覆を施したピストンリングの凝着時間よりもかなり
長い。 ・ダイヤモンドライクカーボンからなる硬質皮膜は、タ
ングステン炭化物やシリコン炭化物を所定量含有するこ
とによって、Ａｌ凝着までの時間が向上する。
【００３０】なお、上記試験は、ダイヤモンドライクカ
ーボンを主成分としタングステン炭化物あるいはシリコ
ン炭化物を単独で含む硬質皮膜について行ったが、Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた
１又は２以上の元素（金属および炭化物の一方または両
方の形態で存在）を含む場合も同様の効果が得られる。
ーボンを主成分としタングステン炭化物あるいはシリコ
ン炭化物を単独で含む硬質皮膜について行ったが、Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選ばれた
１又は２以上の元素（金属および炭化物の一方または両
方の形態で存在）を含む場合も同様の効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ピ
ストンリング上下面にＡｌ凝着が生じにくく、しかもＡ
ｌ凝着抑止効果が長続きするピストンリングを提供でき
る。
ストンリング上下面にＡｌ凝着が生じにくく、しかもＡ
ｌ凝着抑止効果が長続きするピストンリングを提供でき
る。
【図１】本発明の実施形態を示すピストンリングの一部
分の縦断面図であり、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ別
種の耐摩耗表面処理層の上に硬質皮膜を被覆した例、
（ｃ）は別種の耐摩耗表面処理層を形成せずに硬質皮膜
を被覆した例である。
分の縦断面図であり、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ別
種の耐摩耗表面処理層の上に硬質皮膜を被覆した例、
（ｃ）は別種の耐摩耗表面処理層を形成せずに硬質皮膜
を被覆した例である。
【図２】ピストン叩き試験機の構成を示す図である。
【図３】叩き試験の試験結果を示すグラフである。
【図４】実施例５の皮膜のＸ線回折図形を示す。
１ ピストンリング ２ 耐摩耗表面処理層（ガス窒化層） ３ 硬質皮膜 ４ 耐摩耗表面処理層（Ｃｒめっき皮膜やイオンプレー
ティング皮膜） １０ ピストン材 １１ ヒータ １２ 試験片保持部材 １３ スプリング １４ ヒータ １５ 試験片
ティング皮膜） １０ ピストン材 １１ ヒータ １２ 試験片保持部材 １３ スプリング １４ ヒータ １５ 試験片
Claims (7)
- 【請求項１】 硬質皮膜が上下面の少なくとも一方の面
に形成されているピストンリングにおいて、前記硬質皮
膜はＳｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの群から選
ばれた１又は２以上の元素が分散しているダイヤモンド
ライクカーボンから形成されていることを特徴とするピ
ストンリング。 - 【請求項２】 前記Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元素が金属およ
び炭化物の一方または両方の形態で存在していることを
特徴とする請求項１記載のピストンリング。 - 【請求項３】 前記Ｓｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、Ｖの群から選ばれた１又は２以上の元素の含有比率
が原子％で５〜４０％であり、前記硬質皮膜の硬度がＨ
Ｖ７００〜２０００の範囲内にあることを特徴とする請
求項１または２記載のピストンリング。 - 【請求項４】 前記硬質皮膜の厚さが０．５〜３０μｍ
であることを特徴とする請求項３記載のピストンリン
グ。 - 【請求項５】 前記硬質皮膜が別種の耐摩耗表面処理層
の上に形成されていることを特徴とする請求項４記載の
ピストンリング。 - 【請求項６】 前記別種の耐摩耗表面処理層がＣｒめっ
き皮膜、窒化層、イオンプレーティング皮膜のいずれか
であることを特徴とする請求項５記載のピストンリン
グ。 - 【請求項７】 前記硬質皮膜がピストンリングの上下面
の少なくとも一方の面に直接形成されていることを特徴
とする請求項４記載のピストンリング。
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