JPS6113064A - 内燃機関用ピストンリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 意１」４１月１汰顆 本発明は、耐摩耗性及び耐焼付性（以下、総称する場合
は「耐久性」という）に優れた皮膜を被覆した内燃機関
用ピストンリングに関するものである。

匹克班 従来、ピストンリングの摺動外周面の表面処理としては
、硬質クロムメッキが主体に使われている。硬質クロム
メッキを被覆したピストンリングは自身の耐摩耗性に優
れ、相手シリンダの摩耗も少ないことから長い間ピスト
ンリングの表面処理の主流をなしてきた。しかしながら
、近年エンジンの高出力化、高性能化に伴い、ピストン
リングが晒される条件は、益々苛酷になっており、一層
強力な耐久性がピストンリングに要求されるようになっ
てきた。このような要求にもはや従来の硬質クロムメッ
キのみでは対処しきれなくなりつつある。斯かる状況に
対処する為、先に、本出願人は、特開昭５７−６５８３
７においてピストンリングの摺動外周面にイオンプレー
ティングにより、所定硬さ、所定厚さの窒化チタン皮膜
を被覆し、さらに摺動外周面あらさを所定値以下にする
技術を開示し、また特願昭５８−１４５０９６において
ピストンリングの摺動外周面に所定硬さ、所定厚さを有
する硬質クロムメッキ下地層を被覆し、その上にイオン
プレーティングにより所定厚さを有する窒化チタン皮膜
を被覆し、さらに摺動外周面あらさを所定値以下にする
技術を出願した。これらの技術によれば耐久性の点で従
来技術に係る硬質クロムメッキ比し、はるかに改善され
たが、次の様な不都合がその後見出された。すなわち、
前者はイオンプレーティングされた窒化チタンは、それ
自身耐久性に優れているが、皮膜厚さに限度があるため
、窒化チタン皮膜が相手材との摩擦により磨滅し、ピス
トンリング母材が局部的に露出した場合、窒化チタンの
摩耗が急速に進み、又、皮膜の耐焼付性も劣化する等耐
久性の面で必ずしも満足のいくものではないということ
である。一方後者は前者の点を解消するため硬質クロム
メッキを下地として被覆しその上にイオンプレーティン
グによる窒化チタン皮膜を被覆し、たとえ窒化チタンが
一部磨滅しても、その下地層である硬質クロムメッキが
あるため充分な耐久性を維持できることを特徴としたが
、イオンプレーティング処理時、硬質クロムメッキ皮膜
が熱負荷を受けた時硬質クロムメッキ皮膜に粗大クラッ
クが発生し、窒化チタン皮膜にも粗大クラックを誘発し
、この粗大クラックは、クラックのエッヂによるエッヂ
ローディングを起こし、また皮膜のカケを誘発する等エ
ンジンにと、て悪影響を及ぼす原因となることがわかっ
た。またイオンプレーティングの熱負荷により硬質クロ
ムメッキ層からＨ２などのアウトガスが発生する為窒化
チタンの密着度に満足するものが得られないことと、前
記熱負荷により硬質クロムメッキの硬さが低下するため
に、窒化チタン皮膜を被覆しても皮膜全体としての充分
満足のいく耐摩耗性を得ることができないという欠点が
あることがわかった。

発日が解決しようとするｊＪ１題点 零点本発明的は、上記の欠点を解消する為にイオンプレ
ーティングによる窒化チタンの優れた耐摩耗特性はその
まま維持しつつ、かつピストンリング皮膜の耐久性の向
上を可能にすることである。

５　占を”決するための手　及び作用 上記の目的を達成するために、本発明によればイオンプ
レーティングによる窒化チタンの下地処理として窒化ま
たは軟窒化処理を施すことを特徴とするものであり、そ
れによりたとえ窒化チタンがピストンリング使用中に一
部磨滅した場合であってもその下地層として窒化層がピ
ストンリング全体としては充分な耐久性、すなわち耐摩
耗性と耐焼付性を維持可能とするものである。本発明に
係るピストンリングは、その少なくとも摺動外周面に窒
化又は軟窒化処理を施し、表面酸化層及び白色層を含ま
ない窒化層の上に、さらにイオンプレーティングによる
窒化チタン皮膜を被覆せしめたことを特徴とする。

先ず、本発明に係るピストンリング構成要件の用語は通
常の技術用語に基いて使用されているが若干説明を行う
。

いわゆる広義の窒化法は、プロセス的観点からは、ガス
窒化、イオン窒化、及び塩浴窒化に大別され、一方侵入
拡散せしめられる元素の種類の観点からは、窒素のみを
侵入拡散させる純然たる窒化法、窒素と炭素を侵入させ
る炭窒化法、及び炭窒化を意図するが窒化媒体から酸素
も混入する方法（タフトライド法、日本金属学会報第１
４巻、第２号、第１０１頁、第７図参照）に大別され、
さらに窒化表面の硬度の観点から軟質窒化層を得ること
を目的とするものと硬質窒化層を得ることを目的とする
ものに分けられるべきものである。但し、上述のタフト
ライド法は塩浴軟窒化法とも通称されているが、窒素の
みを鋼材表面に侵入拡散させるのではなく、低硬度のみ
を意図するものではな・いため、上述のような分類が一
般に使用されているのではない。本発明における窒化及
び軟窒化とは上述の説明の広義の窒化法の中で、ピスト
ンリングの窒化にはコストの面で不適切であるイオン窒
化を除くものである。

また、窒化層とは上述の窒化又は軟窒化処理により窒素
等が侵入したピストンリング母材の表面層を意味する。

表面酸化物層゛とは、窒化又は軟窒化後鋼材表面に残っ
ていることがある酸化物層又は窒化ガス又は塩浴中の酸
化成分により窒化又は軟窒化中に鋼材表面に形成される
ことがある酸化物層である。

さらに、白色層とは、窒化層の表面又は表面近傍に形成
され、顕微鏡下で白く見える脆弱な層である。白色層の
構造についてはε−Ｆｅ２Ｎ飽和相であるとの解説（鋳
鍛造１９６９年第３巻）、あるいは白色層は、窒化温度
によってＦｅ２Ｎ又はＦｅｚ−＋（ＣＮ）の何れかの相
をとるとの解説（機械設計第２５巻、第１５号、第６４
頁）、及び白色層はＦｅｚＮ　　ＦｅＪ相、ＦｅＪ−Ｆ
ｅＪ　とＦｅａ、Ｎの混合相、及びＦｅ４Ｎ相からなる
との解説もある（機械設計第２４巻第３号第４５頁）。

このように白色層の構造については種々の解説があるが
、白色層は窒化表面処理の目的上不所望の脆弱性を有す
ることは通常に認められている。

イオンプレーティングとは一方の電極に接続された蒸発
源から生じたイオンを他方の電極に接続された基板に蒸
着させる方法である。

続いて、特許請求の範囲において特定した構成要件につ
いて述べる。

下地層として窒化又は軟窒化処理を施した後酸化物相及
び白色層を取り除く意味は表面酸化物層上にはイオンプ
レーティングによる窒化チタンがうまく着かず、白色層
は硬くてもろい為、窒化チタンが磨滅した場合相手シリ
ンダの損傷を著しく増大させる為である。

次に、下地処理を窒化又は軟窒化処理により行う理由は
、イオンプレーティング処理時に下地層が晒される温度
順歴を受けても、耐摩耗性に必要な高い硬度水準を維持
でき、耐焼付性に優れた表面層が窒化又は軟窒化処理に
より得られるからである。

第１図は窒化処理層の加熱（各温度１時間保持）による
硬さの変化を示す特性曲線図である。第１図より５００
℃以下の加熱では硬さの低下は殆んどないため、窒化処
理層は上述の熱履歴に対し安定であることが分かる。

窒化処理層の上に被覆する皮膜をイオンプレーティング
による窒化チタンに限定した理由は、イオンプレーティ
ングはピストンリング母材の機械的性質をそこなわない
比較的低温で密着度の良好な皮膜を形成でき、又窒化チ
タンは、耐久性の必要条件である高硬度、高融点の要件
を満たずセラミックス質材料の中で、特に靭性に冨むた
めピストンリングの様に応力負荷状態で使用されても剥
離、粗大クランク発生がないからである。

次に、酸化物相及び白色層を取り除いた上に下地層とし
て窒化又は軟窒化処理を施し、イオンプレーティングに
より窒化チタンを被覆する意味を実験結果に基いて説明
する。

第２図は実験に用いた往復動摩擦試験機の概略を示す。

第２図において、ピストンリングに相当する上紙片１１
は上紙片固定ブロックエフにより保持され上方から油圧
シリンダ１９により下向きの荷重が加えられる。一方シ
リンダに相当する相手部材たる上紙片１３は可動ブロッ
ク２１により保持さ、かつ例えば図示の如きクランク機
構２３により矢印方向に往復動せしめられる。また１５
はロードセルである。第２図に示す摩擦試験機は公知で
あり、またその構成自体は本発明と・は直接関係ないの
で詳しい説明は省略する。

摩耗量は第３図に示す如く上紙片に残る摩耗痕径ａ、ｔ
）の各３回の試験の測定の平均により行った。

試験条件は次の通りであった。

１、供試試料 Ａ、下試ハ１３＝シリンダライナ用鋳鉄製（ＦＣ２５相
当材）平板（寸法長さ７０龍×幅１７顛×厚さ７ｍ）の
試験面ハフ研磨仕上げし、面あらさ０．５μｍにしたも
の。なお硬さはＨＲＢ　９５であった。

Ｂ、上紙片１１：ピストンリング用鋼棒（寸法直径８ｆ
ｌ、長さ２３１）の端面を１８ｉｎＲの球面仕上したも
の。但し、この鋼棒を母材として以下の表面処理を施し
た試料を調製した。

ｊｌ上（従来技術）−硬質クロムメッキを母材（直径８
顛×長さ２３酊）端面に厚さ８０Ｉｊｍっけて試料面粗
さを０．５μｍに調整した。なおメッキ硬さはＨｖ９０
０、母材硬さはＨｖ４５０であった。

試料↓（従来技術）−試料１と同じ母材の上に直接イオ
ンプレーティングによる窒化チタンを厚さ５μｍつけて
試料面粗さを０．５μｍに調整した。

なお、窒化チタン硬さはＨｖ１７３０　、母材の硬さは
Ｈｖ４３０であった。

跋粧盈（従来技術）−硬質クロムメッキを試料１と同じ
母材上に厚さ６０μｍつけた上にイオンプレーティング
による窒化チタンを厚さ５μｍつけて試料面粗さを０．
５μｍに調整した。なお、メッキ硬さはＨｖ７５０、窒
化チタン硬さはＨｖ　１７５０、母材硬さはＨｖ４３０
であった。

試料４　（本発明）　　　１３Ｃｒマルテンサイト型ス
テンレス鋼製母材上に窒化処理を９０μｍ施し、表面酸
化物相および白色相を取り除いた上にイオンプレーティ
ングによる窒化チタンを厚さ５μｍつけて試料面粗さを
０．５μｍに調整した。なお窒化層硬さはＨｖ　１０８
０、窒化チタン硬さＨｖ　１７９０であった。

２、　イオンプレーティング条件 使用装置：蒸発源に電子ビームを照射し、蒸発源近傍に
イオン化電極を設けた高真空型のイオンプレーティング
装置。

処理条件：窒素分圧６　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ、基板温
度４８０℃処理時間３５分。

３、摩耗試験条件 試験機：往復動ＰＪ擦試験機（第２図に概略図示）試験
条件二ストローク５０顛ならし２ｋｇｆ　ｘ１００ｃｐ
ｍＸ５分、本試験２０　ｋｇｆ　Ｘ　６００ｃｐｍ　Ｘ
　３０分、潤滑油５ＡＥＩＩＩＯエンジンオイル（ミス
ト状吹きつけ）。

なお、試ネミ１１は通常の硬質クロムメッキピストンリ
ングに相当し、試料２はピストンリングの母材に直接イ
オンプレーティングで窒化チタンを被覆した特開昭５７
−６５８３７のピストンリングに相当し、また試料３は
下地層としてピストンリングの母材に硬質クロムメッキ
を被覆した上に窒化チタンを被覆した特願昭５８−１４
５０９６のピストンリングに相当する。摩耗試験結果を
示す第４図に見られる様に、試料２及び３は試料１より
は摩耗量が少ないものの本発明の試料４より摩耗量が多
い。

さらに、試料２，３を観察して次の知見を得た。

試料２の場合は、イオンプレーティングされた窒化チタ
ンが下試片１３により摩滅して母材が露出した時、母材
部のミクロスカッフが顕著に発生することによってさら
に摩耗が促進する。このような試料２は、母材露出によ
って特に耐焼付性に問題が生じる。また、試料３では、
母材の露出は起こらないものの、イオンプレーティング
処理時の熱負荷により硬質クロムメッキの硬さが低下す
るため、窒化チタンが一部磨滅して硬質クロムメッキが
露出した場合硬質クロムメッキは充分な耐摩耗性を与え
ない。

第４図より明らかなように、本発明に係る試料４は従来
ピストンリングの表面処理として使われている硬質クロ
ムメッキ処理の場合（試料１）、リング母材に直接窒化
チタンを被覆した場合（試料２）、硬質クロムメッキの
上に窒化チタンを被覆した場合（試料３）よりきわめて
少ない摩耗量を示す。すなわち、試料４では窒化チタン
の一部が摩滅し窒化層又は軟窒化層が局部的に露出され
ても、窒化層又は軟窒化層は良好な摩擦面を呈するとと
もに、窒化層又は軟窒化層はイオンプレーティング中に
ほとんど硬度低下を示さないので硬質クロムメッキのよ
うな欠点を伴わない。これは窒化チタンの一部が磨滅し
ても、下地に耐久性に優れた窒化又は軟窒化処理層が存
在するために、ミクロスカッフの発生もなく、摩耗自体
を耐摩耗性に優れた窒化チタンで受ける為、部分的に下
地が露出したにもかかわらず、きわめて少ない摩耗を示
したものと考えられる。

上述の実験結果及びその考察に基いて、本発明において
下地層は窒化又は軟窒化処理により形成した。すなわち
その理由は、ピストンリング使用中に下地層が露出され
た場合に下地層が良好な摩擦面を呈する様にする為であ
る。

光皿至見止阿桃戊 本発明に係るピストンリングの好ましい具体例は、下記
条件（イ）−（ハ）＝（イ）窒化層厚が１０１１ｍ〜１
５０μｍ、硬さがＨｖ８００以上、（ロ）該窒化層の上
に被覆するイオンプレーティングによる窒化チタン皮膜
の厚さが２−１０μｍ及び（ハ）該摺動外周面の面粗度
を１．５μｍ以下の少なくとも一つを充足することが好
ましい。

以下本項におけるピストンリングの好ましい具体例の説
明において、特記しない限り窒化層とは表面酸化物層及
び白色層を含まない窒化層及び軟窒化層の両者を意味す
る。

本発明のピストンリングとしては、イオンプレーティン
グによる窒化チタンの下地処理として、充分な窒化層の
硬さはＨｖ８００以上である。窒化層の硬さは、第１図
のごとく高温加熱により若干低下するから、イオンプレ
ーティング処理時に熱負荷を受けると若干の硬さ低下を
きたすことがある。

そこでこの硬さ低下と窒化層の硬さの関係を測定するた
め、窒化層の硬さを種々変えて往復動摩擦試験を実施し
た結果を第５図に示す。

往復動摩擦試験条件は次のとおりである。

Ａ、シリンダ相当（下試片）ニジリンダライナ用鋳鉄製
平板（寸法７０１１長×１７ｕ幅×７ｆｌ厚）の試験面
パフ研磨仕上した。

Ｂ、ピストンリング相当（上試片）：１３Ｃｒマルテン
サイト型ステンレス鋼棒（直径８鶴×長さ２３關）の端
面を１８ｍＨの球面加工し、この端面に厚さ９０ｔｔｍ
の窒化処理を施し表面酸化物層及び白色層を取り除き、
下記第１表に示ず熱処理を施した後、イオンプレーティ
ングによる窒化チタンを厚さ５μｍつけて表面粗度を０
．５μｍに調整した。

第１表 Ｃ，イオンプレーティング条件：窒素分圧６×１０−’
Ｔｏｒｒ、基板温度４８０℃、処理時間３５分。

往復動摩擦結果を示す第５図がらもわかる通り、窒化処
理層の硬さがＨｖ８００未満になると摩耗量が増大する
。従って、下地窒化処理層の硬さはＨｖ８００以上が好
ましい。Ｈｖ８００以上の硬さを得るためにはイオンプ
レーティング時のピストンリングの温度を約６００℃以
下にすることが必要であることが第１表より分かる。こ
の温度はピストンリング母材の変形、軟化等防止の面か
らも望ましい温度である。

次に窒化層の厚さは１０〜１５０μｍが好ましい。

窒化層の厚さが１０μ未満の場合はその耐久性が充分で
なく、１５０μｍをこえると鋼材よりは脆い窒化層のた
めにピストンリングの全体の強度が低下するからである
。より好ましい窒化層の厚さは５０〜９０μｍである。

ピストンリング母材は窒化に適する鋼材であれば特に制
限はないが、厚い窒化層を確保できることから少くとも
５％以上のＣｒを含有した合金鋼、特に１０〜２０％Ｃ
ｒ含有するステンレス鋼が望ましい。Ｃｒ含有鋼、特に
ステンレス鋼を窒化処理する場合、その表面に自然発生
している不働態物質が非常に強固で緻密な酸化膜を構成
し、これが障壁となって、窒素、炭素等の侵入を阻害す
ることから、従来より、窒素等の侵入拡散の障害となる
酸化膜を除去する次の方法が提案されている。

（１）　　酸洗浄により酸化膜を化学的に除去する方法
。

（２）ブラスト処理等により物理的に酸化膜を除去する
方法。

（３）ハロゲン化物をステンレス鋼に塗布するか又は表
明処理炉中にハロゲン化物を混入する方法。

本発明において、これらの方法により酸化膜を除去して
窒化を行うことができる。

さらに、本出願人の別出願に係る窒化方法すなわち、脱
脂洗浄したステンレス鋼を炉に挿入し、窒化を妨げる雰
囲気を炉内から排除し、ＮＨ３ガスを前記炉内に流入さ
せ、炉の温度を窒化温度に昇温させ、窒化温度において
Ｎ　Ｈ３ガスとステンレス鋼を接触させ、炉の温度が窒
化温度に昇温する以前に、炉内に水を事前決定期間に亘
って添加し、窒化開始温度近傍にて、水及びＮＨ，ガス
の存在下でステンレス鋼を加熱し、この加熱中における
水のＮ　Ｈ３ガスに対する流量比を３　Ｘ　１０−”体
積％以上に制御する窒化方法を行うこともてきる。この
窒化方法の一例によると、ピストンリング状に加工した
５ＩＩＳ４４０Ｂ、及び５ＵＳ４２０Ｊ２相当材の圧延
線をパークロルエチレン蒸気洗浄した後、内径９５０顛
、深さ１６００ｆｌのＳＵＳ３０４ｍ管製ポットを有す
るピント型電気炉に、圧延線を挿入し、ポット内の空気
を窒素により置換後ＮＨ，ガスを１５０ｊ２／ｍｉｎ供
給し、次に室温から５７０℃まで昇温し、５７０℃で１
８０分及び３００分以上保持して、圧延線に窒化すると
５０μｍ以上の窒化層を得ることができる。なお、この
方法は窒素のみを母材に侵入させるガス窒化法である。

さらに、短時間塩浴窒化法（タフトライド処理）を行っ
てからガス窒化又はガス軟窒化処理を行うことにより厚
い窒化層を形成することもできる。

次に窒化チタンの厚さは２〜１０μｍの範囲が好ましい
。窒化チタンの厚さが２μｍ未満では窒化チタンの耐久
性の面で充分ではなく、１０９ｍを越えるとピストンリ
ング使用中に窒化チタンにクラックが発生し、さらにク
ランクから派生するカケ等が起こりやすくなりピストン
リングが相手シリンダを１■傷させるなど悪影響がで易
い。イオンプレーティングによる皮膜は一般に薄い為、
コーテイング後の面粗度は下地面粗度にほぼならう。

そこで、最終面粗度は下地窒化処理の面粗度でほぼきま
ることになり、下地の加工状態が重要となる。

上述の窒化チタン皮膜厚さ２〜１０μｍを有するピスト
ンリングを作製する場合、窒化チタン皮膜をつける前段
階の窒化段階でほぼ完成品の表面粗度状態にしておき、
窒化チタン皮膜をつけた後は、当りラッピングを施す程
度だけにする必要がある。従って、窒化チタン皮膜をつ
けた後の後加工で最終仕」二げ面粗度を調整するのは難
しい。

続いて窒化チタン皮膜の仕上げ面粗度について説明する
。窒化チタン皮膜の仕上げ面粗度と相手シリンダ相当材
（ＦＣ２５相当、硬さＨＫＢ　９５、表面粗さ０．５μ
ｍ）の摩耗との関係を調査するため以下の試験条件によ
り試験を行なった。

Ａ、シリンダ相当（下試片）ニジリンダライナ用鋳鉄製
平板（寸法７０朋長Ｘ１７ｍｍ幅×７鶴厚）の試験面を
パフ研磨仕上げした試片。

Ｂ、ピストンリング相当（上試片）’：１３Ｃｒマルテ
ンサイト型ステンレス鋼丸棒（直径８鶴×長さ２３龍）
の端面を１８ｍＲの球面に加工し、この端面に厚さ９０
μｍの窒化処理（窒素のみのガス拡散法）を施しそして
表面酸化層及び白色層を取り除いた後、面粗度を第２表
に示す如く変えて研磨した後イオンプレーティングによ
る窒化チタンを厚さ５μｍつけて摩耗試験に供試した。

第２表 なお、下地窒化処理層硬さはＨｖ　１１００、窒化チタ
ン硬さはＨｖ　１７５０であった。

Ｃ，イオンプレーティング条件 処理条件：窒素分圧６　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏｒｒ、基板
温度４８０℃、処理時間３５分。摩耗量の測定：第７図
の様に下試片（ライナ相当）の摩耗痕を３ケ所アラサ計
で測定し、その摩耗深さの平均をとった。

試験結果を示す第６図から明らかなように、窒化チタン
皮膜の仕上げ面粗度が１．５μｍを越えると、相手シリ
ンダ材の摩耗が急激に増大して（る。これは窒化チタン
皮膜が非常に硬い為面粗度が粗くなると、相手材を削り
とる作用が働く為と考えられる。従って相手シリンダを
損傷させない面粗度として１．５１１　ｍ以下にするの
が好ましい。なおより好ましい面粗度は１．０．１７　
ｍ以下である。

続いて、本発明に係る下地窒化文は軟窒化処理及び窒化
チタンのイオンプレーティングを施すピストンリングの
部位を第８図（Ａ）〜（Ｅ）及び第９図（Ａ）及び（Ｂ
）により説明する。

第８図（Ａ）〜（Ｅ）は圧縮リングの数例を示し、（Ａ
）は摺動外周面２０が垂直なプレーンタイプ、（Ｂ）は
摺動外周面２０をμ面に仕上げたバレルタイプ、（Ｃ）
はインナーステップ２１を形成したバレルタイプ、（Ｄ
）はテーバタイプ、（Ｅ）はアンダカソト２２を形成し
たテーバタイプである。本発明に係る窒化層２３及び窒
化チタン皮膜２４はピストンリング摺動外周面２０のみ
に選択的に形成されている場合を例示したが、ピストン
リングの摺動外周面２０以外の表面に本発明に係る処理
を施してもよい。

第９図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ３ピース型及び２ピ
ース型オイルリングの例であり、２５はサイトレール、
２６はエキスパンダである。本発明に係る窒化層２３及
び窒化チタン皮膜２４はサイトレール２５の端面である
摺動外周面に形成される。

続いて、本発明に係る窒化層及び窒化チタン皮膜の微視
的構造を第１０図を参照として説明する。

第１０図において３０はピストンリング母材であり、そ
の上に形成された窒化層２３は顕微鏡によると二相（２
３Ａ　、　２３Ｂ　）に分かれて同定される。

窒化層２３Ａはピストンリング母材に拡散した窒素と窒
化物とより基本的に構成され、一方窒化層２３Ｂはビス
１−ンリング母材に拡散した窒素により基本的に構成さ
れると考えられる。２７及び２８はそれぞれ除去された
表面酸化物層と白色層であり、窒化層２３との位置関係
を第１０図に示した。

窒化チタン皮膜２４は窒化層２３上に被着形成されてい
る。

３１Ｂ針炊米 以上のようにイオンプレーティングによる窒化チタン皮
膜の下地処理を窒化及び軟窒化処理に特定した本発明の
ピストンリングは、従来の窒化チタン皮膜のみをつけた
ピストンリングおよび硬質クロムメッキの上に窒化チタ
ン皮膜をつけたピストンリングの欠点であった耐久性不
足を大幅に改善するとともに、耐焼付性も改善でき、高
負荷エンジン用のピストンリングとして安定した性能を
維持することができ、その工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は窒化処理層の熱履歴による硬さの低下を示すグ
ラフ、第２図は本発明の摩耗試験に使用した公知の往復
動摩擦試験機の概要図、第３図は摩耗量の評価方法を示
す摩耗痕径の寸法を示す図第４図は従来技術との比較に
おいて本発明のピストンリングについての摩耗試験結果
を示すグラフ第５図は下地窒化処理の硬さと摩耗量との
関係についての摩耗試験結果を示すグラフ、第６図はイ
オンプレーティングによる窒化ヂタンの表面粗度と相手
材の摩耗深さとの関係についての摩耗試験結果を示すグ
ラフ、第７図は第６図に示す試験におけるシリンダ相当
材（下試片）の摩耗量の評価方法を示す試料片の測定個
所を示す図、第８図（Ａ）〜（Ｅ）及び第９図（Ａ）及
び（Ｂ）は本発明に係る窒化及びイオンプレーティング
を施したピストンリングの具体例を示す図面、第１０図
は本発明に係るピストンリングの摺動外周面を示す概念
図である。 ２０・・・ピストンリングの摺動外周面、２３・・・窒
化層、　　　　　２４・・・窒化チタン、２７・・・表
面酸化物層、　２８・・・白色層。 第１図 −〉加熱温度’（ｘＩＨｒ 第２図 第３図 、１ （Ｃｒメッキ）σ号材十ＴｊＮ）（Ｃｒメンキ＋ＴＬＮ
）（本発明〉第５図 下地窒化処理層硬さく　Ｈｖ２００ｇ　）第６図 ０　０．２０．４０．６　Ｏ８１，０１，２１，４１，
６１，８２，０２，２２，４仕上げ面粗度（、ｕｎ） 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ピストンリングの少なくとも摺動外周面に窒化又は
   軟窒化処理を施し、表面酸化層及び白色層を含まない窒
   化層の上に、さらにイオンプレーティングによる窒化チ
   タン皮膜を被覆せしめたことを特徴とする内燃機関用ピ
   ストンリング。 ２、下記条件（イ）−（ハ）： （イ）窒化層厚が１０μｍ〜１５０μｍ、硬さがＨｖ８
   ００以上、 （ロ）該窒化層の上に被覆するイオンプレーティングに
   よる窒化チタン皮膜の厚さが２〜１０μｍ及び （ハ）該摺動外周面の面粗度を１．５μｍ以下、の少な
   くとも一つを充足す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。