JPH11172413A - ピストンリング - Google Patents
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- JPH11172413A JPH11172413A JP10213526A JP21352698A JPH11172413A JP H11172413 A JPH11172413 A JP H11172413A JP 10213526 A JP10213526 A JP 10213526A JP 21352698 A JP21352698 A JP 21352698A JP H11172413 A JPH11172413 A JP H11172413A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S277/935—Seal made of a particular material
- Y10S277/936—Composite
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐スカッフ性と耐摩耗性とを兼ね備えたピス
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、外周面のガス窒化層２上に硬質皮膜３を
０．５〜１０μｍ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。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。ガス窒化層２に代えて、Ｃｒめっき皮膜
あるいはイオンプレーティング皮膜４でもよい。硬質皮
膜３はピストンリング１の外周面に１０〜３０μｍの厚
さで直接形成してもよい。
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、外周面のガス窒化層２上に硬質皮膜３を
０．５〜１０μｍ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。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。ガス窒化層２に代えて、Ｃｒめっき皮膜
あるいはイオンプレーティング皮膜４でもよい。硬質皮
膜３はピストンリング１の外周面に１０〜３０μｍ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、内燃機関用ピスト
ンリングに関する。
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シリンダは鋳
鉄製であり、ピストンリング外周面は耐摩耗表面処理層
を有している。
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シリンダは鋳
鉄製であり、ピストンリング外周面は耐摩耗表面処理層
を有している。
【０００３】従来のピストンリング外周面の耐摩耗表面
処理層はＣｒめっき皮膜、窒化層、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である。
処理層はＣｒめっき皮膜、窒化層、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である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】エンジン運転の初期の
段階は、シリンダとピストンリングのなじみが充分にな
されていないので、前述の耐摩耗表面処理層を形成した
ピストンリングとシリンダがスカッフを起こすことがあ
る。このため、これらの耐摩耗表面処理層の初期なじみ
性を改善する方法、あるいは耐スカッフ性と耐摩耗性を
兼ね備えた耐摩耗表面処理層が求められている。
段階は、シリンダとピストンリングのなじみが充分にな
されていないので、前述の耐摩耗表面処理層を形成した
ピストンリングとシリンダがスカッフを起こすことがあ
る。このため、これらの耐摩耗表面処理層の初期なじみ
性を改善する方法、あるいは耐スカッフ性と耐摩耗性を
兼ね備えた耐摩耗表面処理層が求められている。
【０００５】上記に対して、以下の技術が提案されてい
る。 １．特開平８−１８４３７５号 窒化層又はＰＶＤ皮膜の上に、ＭｏおよびＣｒのいずれ
かまたは両方で９８．０〜９９．５％、残Ｎからなる皮
膜をＰＶＤ法により形成し、初期なじみ性を改善する。 ２．特公平５−５４５９４号 ＣＢＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＳｉＣ、ダイヤモン
ドまたはＡｌ2Ｏ3 からなる超硬質コーティング膜の上
にＴｉＮ皮膜を形成して、耐スカッフ性を改善する。
る。 １．特開平８−１８４３７５号 窒化層又はＰＶＤ皮膜の上に、ＭｏおよびＣｒのいずれ
かまたは両方で９８．０〜９９．５％、残Ｎからなる皮
膜をＰＶＤ法により形成し、初期なじみ性を改善する。 ２．特公平５−５４５９４号 ＣＢＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＳｉＣ、ダイヤモン
ドまたはＡｌ2Ｏ3 からなる超硬質コーティング膜の上
にＴｉＮ皮膜を形成して、耐スカッフ性を改善する。
【０００６】他方、人造ダイヤモンド材の被覆に関し
て、以下の提案がある。 ３．特開平３−２６０３６２号 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。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。 ４．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。
て、以下の提案がある。 ３．特開平３−２６０３６２号 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。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。 ４．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。
【０００７】しかし、上記１．の技術は、より厳しい条
件下では、Ｍｏ，Ｃｒの皮膜が急速に摩滅する不都合が
ある。上記２．の技術は、ＴｉＮ皮膜が硬質すぎるの
で、耐スカッフ性付与の効果が充分に得られない。上記
３．の技術は、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。上記４．の技術は、アモル
ファス炭素にＷ，Ｓｉが分散していると記載しており、
タングステン炭化物やシリコン炭化物について記載して
いない。
件下では、Ｍｏ，Ｃｒの皮膜が急速に摩滅する不都合が
ある。上記２．の技術は、ＴｉＮ皮膜が硬質すぎるの
で、耐スカッフ性付与の効果が充分に得られない。上記
３．の技術は、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。上記４．の技術は、アモル
ファス炭素にＷ，Ｓｉが分散していると記載しており、
タングステン炭化物やシリコン炭化物について記載して
いない。
【０００８】本発明の目的は、耐スカッフ性と耐摩耗性
とを兼ね備えたピストンリングを提供することである。
とを兼ね備えたピストンリングを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、硬質皮膜が外
周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ことを
特徴とする。
周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ことを
特徴とする。
【００１０】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
【００１１】なお、本発明の硬質皮膜は、本発明の作用
効果を失わない範囲で微量の未炭化の金属が分散してい
てもよい。
効果を失わない範囲で微量の未炭化の金属が分散してい
てもよい。
【００１２】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以上の元素の炭化物
を含ませることによって、耐スカッフ性と耐摩耗性を兼
ね備えた皮膜とすることができる。また、この皮膜は初
期なじみ性も優れている。
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以上の元素の炭化物
を含ませることによって、耐スカッフ性と耐摩耗性を兼
ね備えた皮膜とすることができる。また、この皮膜は初
期なじみ性も優れている。
【００１３】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、耐スカッフ性や耐摩耗性や硬
度が低下し、４０％を上回ると、耐スカッフ性や密着性
の低下が起きる。硬質皮膜の硬度がＨＶ７００を下回る
と、耐摩耗性が低下し、ＨＶ２０００を上回ると、耐ス
カッフ性の低下や皮膜のワレ、カケが生じやすい。原子
比率の合計を１０〜３０％、硬質皮膜の硬度をＨＶ９０
０〜１２００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、耐スカッフ性や耐摩耗性や硬
度が低下し、４０％を上回ると、耐スカッフ性や密着性
の低下が起きる。硬質皮膜の硬度がＨＶ７００を下回る
と、耐摩耗性が低下し、ＨＶ２０００を上回ると、耐ス
カッフ性の低下や皮膜のワレ、カケが生じやすい。原子
比率の合計を１０〜３０％、硬質皮膜の硬度をＨＶ９０
０〜１２００の範囲内とすることがより好ましい。
【００１４】
【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。
【００１５】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、外周面のガス窒化層２上に硬質皮膜３が
０．５〜１０μｍ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、外周面のガス窒化層２上に硬質皮膜３が
０．５〜１０μｍ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。
【００１６】図１（ｂ）は別の例を示す。ピストンリン
グ１の外周面に、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、この皮膜４
上に上記硬質皮膜３が０．５〜１０μｍ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１〜１５０μｍであ
る。
グ１の外周面に、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、この皮膜４
上に上記硬質皮膜３が０．５〜１０μｍ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１〜１５０μｍであ
る。
【００１７】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の外周面に１０〜３０μｍ
の厚さで直接形成した例である。皮膜厚さが１０μｍを
下回ると耐摩耗性が充分でなく、３０μｍを上回ると密
着性が低下し、皮膜のワレ、カケを発生することがあ
る。
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の外周面に１０〜３０μｍ
の厚さで直接形成した例である。皮膜厚さが１０μｍを
下回ると耐摩耗性が充分でなく、３０μｍを上回ると密
着性が低下し、皮膜のワレ、カケを発生することがあ
る。
【００１８】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、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、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。
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、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、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が、耐スカ
ッフ性と耐摩耗性に優れていることを、往復動摩擦試験
機による摩耗量の測定結果とＶＤＨ摩擦試験機によるス
カッフ荷重の測定結果によって示す。
ッフ性と耐摩耗性に優れていることを、往復動摩擦試験
機による摩耗量の測定結果とＶＤＨ摩擦試験機によるス
カッフ荷重の測定結果によって示す。
【００２０】１．摩耗試験 （１）往復動摩擦試験機 図２は、試験に使用した往復動摩擦試験機の構成を示
す。ピン状の上試験片１０は固定ブロック１１により保
持され、上方から油圧シリンダ１２により下向きの荷重
が加えられて、下試験片１３に押接される。一方、平盤
形状の下試験片１３は可動ブロック１４により保持さ
れ、クランク機構１５により往復動させられる。１６は
ロードセルである。
す。ピン状の上試験片１０は固定ブロック１１により保
持され、上方から油圧シリンダ１２により下向きの荷重
が加えられて、下試験片１３に押接される。一方、平盤
形状の下試験片１３は可動ブロック１４により保持さ
れ、クランク機構１５により往復動させられる。１６は
ロードセルである。
【００２１】（２）試験条件 荷重 ：１０ｋｇ 速度 ：６００ｃｐｍ 時間 ：６０ｍｉｎ 潤滑油 ：１０Ｗエンジンオイル
【００２２】 （３）試験片 上試験片：ピストンリング用鋼 表１および表２に示す皮膜を形成した。 下試験片：シリンダライナ用片状黒鉛鋳鉄 １７×１７×７０（ｍｍ）
【００２３】（４）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。
【００２４】（５）試験結果 図３に示す。摩耗量比は比較例２を１としている。本発
明の硬質皮膜の摩耗量は、従来最も耐摩耗性が優れてい
ることで知られているＴｉＮやＣｒＮのイオンプレーテ
ィング皮膜の摩耗量と同程度か、それより少ない。そし
て相手材（鋳鉄）の摩耗量が少ない特徴がある。また、
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、耐摩耗性が向上することがわかる。
明の硬質皮膜の摩耗量は、従来最も耐摩耗性が優れてい
ることで知られているＴｉＮやＣｒＮのイオンプレーテ
ィング皮膜の摩耗量と同程度か、それより少ない。そし
て相手材（鋳鉄）の摩耗量が少ない特徴がある。また、
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、耐摩耗性が向上することがわかる。
【００２５】２．スカッフ試験 （１）ＶＤＨ摩擦試験機 図４は、試験に使用したＶＤＨ摩擦試験機の構成を示
す。試験片２０であるピストンリングが水平軸を中心に
回転するロータ２１の外周面２２の上端に配設され、試
験片２０であるピストンリングに荷重Ｐが作用されてロ
ータ２１の外周面２２上に押接される。この状態で、試
験片２０であるピストンリングとロータ２１の接触部分
に潤滑油を供給しながらロータ２１を回転させる。種々
の荷重で所定時間運転したときの、摺動面のスカッフの
有無を観察する。
す。試験片２０であるピストンリングが水平軸を中心に
回転するロータ２１の外周面２２の上端に配設され、試
験片２０であるピストンリングに荷重Ｐが作用されてロ
ータ２１の外周面２２上に押接される。この状態で、試
験片２０であるピストンリングとロータ２１の接触部分
に潤滑油を供給しながらロータ２１を回転させる。種々
の荷重で所定時間運転したときの、摺動面のスカッフの
有無を観察する。
【００２６】（２）試験条件 回転速度：１０００ｒｐｍ 荷重 ：６〜１６ｋｇ 時間 ：各荷重で６０秒運転し、摺動面のスカッフの
有無を観察し、荷重を増加させ試験を繰り返した。 潤滑油 ：１０Ｗエンジンオイルを滴下
有無を観察し、荷重を増加させ試験を繰り返した。 潤滑油 ：１０Ｗエンジンオイルを滴下
【００２７】（３）試験片 ピストンリングの外周面に表１および表２に示す皮膜を
形成した。
形成した。
【００２８】（４）ロータ２１ シリンダライナ用片状黒鉛鋳鉄 φ５０ｍｍ×３００ｍｍ
【００２９】（５）試験結果 図５に示す。本発明の硬質皮膜のスカッフ限界荷重は、
従来最も耐摩耗性が優れていることで知られているＴｉ
Ｎ皮膜やＣｒＮ皮膜の限界スカッフ荷重よりも高い。ま
た、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、耐スカッフ性が向上することがわかる。
従来最も耐摩耗性が優れていることで知られているＴｉ
Ｎ皮膜やＣｒＮ皮膜の限界スカッフ荷重よりも高い。ま
た、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、耐スカッフ性が向上することがわかる。
【００３０】
【００３１】
【００３２】上記実施例１〜４および比較例６〜８の硬
質皮膜の組織は、各試験片をＸ線回折して解析した。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４のＸ
線回折図形を図６に示す。
質皮膜の組織は、各試験片をＸ線回折して解析した。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４のＸ
線回折図形を図６に示す。
【００３３】図６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４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分かる。
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４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分かる。
【００３４】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以上の元素の炭化物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以上の元素の炭化物を含む場合も同様の効果が
得られる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、耐
スカッフ性と耐摩耗性とを兼ね備えたピストンリングを
提供できる。
スカッフ性と耐摩耗性とを兼ね備えたピストンリングを
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】往復動摩擦試験機の構成を示す図である。
【図３】摩耗試験の試験結果を示すグラフである。
【図４】ＶＤＨ摩擦試験機の構成を示し、（ａ）は一部
断面正面図、（ｂ）は側面図である。
断面正面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】スカッフ試験の試験結果を示す図である。
【図６】実施例４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 上試験片 １１ 固定ブロック １２ 油圧シリンダ １３ 下試験片 １４ 可動ブロック １５ クランク機構 １６ ロードセル ２０ 試験片 ２１ ロータ ２２ ロータ外周面
ティング皮膜） １０ 上試験片 １１ 固定ブロック １２ 油圧シリンダ １３ 下試験片 １４ 可動ブロック １５ クランク機構 １６ ロードセル ２０ 試験片 ２１ ロータ ２２ ロータ外周面
Claims (5)
- 【請求項１】 硬質皮膜が外周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記載のピストンリング。 - 【請求項３】 前記硬質皮膜の厚さが０．５〜１０μｍ
であり、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２記載のピスト
ンリング。 - 【請求項４】 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３記載のピストンリン
グ。 - 【請求項５】 前記硬質皮膜の厚さが１０〜３０μｍで
あり、前記硬質皮膜がピストンリングの外周面に直接形
成されていることを特徴とする請求項２記載のピストン
リング。
Priority Applications (4)
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| EP98307976A EP0905419B1 (en) | 1997-09-30 | 1998-09-30 | Piston ring |
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| JP9-282862 | 1997-09-30 | ||
| JP21352698A JP3885375B2 (ja) | 1997-09-30 | 1998-07-13 | ピストンリング |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11172413A true JPH11172413A (ja) | 1999-06-29 |
| JP3885375B2 JP3885375B2 (ja) | 2007-02-21 |
Family
ID=26519848
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP21352698A Expired - Lifetime JP3885375B2 (ja) | 1997-09-30 | 1998-07-13 | ピストンリング |
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| EP (1) | EP0905419B1 (ja) |
| JP (1) | JP3885375B2 (ja) |
| DE (1) | DE69819995T2 (ja) |
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