JPS6196263A - ピストリングの表面処理方法 - Google Patents
ピストリングの表面処理方法Info
- Publication number
- JPS6196263A JPS6196263A JP21327384A JP21327384A JPS6196263A JP S6196263 A JPS6196263 A JP S6196263A JP 21327384 A JP21327384 A JP 21327384A JP 21327384 A JP21327384 A JP 21327384A JP S6196263 A JPS6196263 A JP S6196263A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston ring
- coating layer
- iron
- thickness
- gas
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は、ピストンリングに関し、更に詳しくは耐焼
き付き特性と耐摩耗特性とが改善された内燃機関用ピス
トンリングに関する。
き付き特性と耐摩耗特性とが改善された内燃機関用ピス
トンリングに関する。
往復動内燃機関に使用されるピストンリングには高度な
耐摩耗特性が要求さ＊る。それ故、ピストンリングに耐
摩耗特性を付与することを目的として、摺動面に硬質ク
ロムめっき層を形成させたピストンリングが内燃機関用
ピストンリングとして従来から多用されている。
耐摩耗特性が要求さ＊る。それ故、ピストンリングに耐
摩耗特性を付与することを目的として、摺動面に硬質ク
ロムめっき層を形成させたピストンリングが内燃機関用
ピストンリングとして従来から多用されている。
ところで、近年、内燃機関がますます高速化、高出力化
する趨勢にあり、したがって、ピストンリングの使用条
件もますます過酷なものとなってきており、従来のクロ
ムめっき層を有するピストンリングでは耐摩耗特性が充
分ではない場合があり、また、高鉛ガソリンの使用され
る場合には腐食摩耗が多くなるという難点があり、更に
優れた耐摩耗４焼き付き特性を有するピストンリングが
望まれている。
する趨勢にあり、したがって、ピストンリングの使用条
件もますます過酷なものとなってきており、従来のクロ
ムめっき層を有するピストンリングでは耐摩耗特性が充
分ではない場合があり、また、高鉛ガソリンの使用され
る場合には腐食摩耗が多くなるという難点があり、更に
優れた耐摩耗４焼き付き特性を有するピストンリングが
望まれている。
それ故、ピストンリングの耐摩耗４焼き付き特性を更に
改善するための努力が払われており、ビスＩ〜ンリンク
の表面に窒化処理を施したピストンリングが提案されて
いる。しかしながら、従来ピストンリンクに採用されて
いる窒化処理は、高温（約５７０’Ｃ）の状態でなされ
るためにピストンリングに変形が生じ易いとともに製造
コストが上昇するという難がある。更に、従来の窒化処
理方法による場合には、耐摩耗性に有効な窒化層はせい
ぜい１０μｍ程度の厚さのものであり、したがって、耐
久時間が短いという難点がある。
改善するための努力が払われており、ビスＩ〜ンリンク
の表面に窒化処理を施したピストンリングが提案されて
いる。しかしながら、従来ピストンリンクに採用されて
いる窒化処理は、高温（約５７０’Ｃ）の状態でなされ
るためにピストンリングに変形が生じ易いとともに製造
コストが上昇するという難がある。更に、従来の窒化処
理方法による場合には、耐摩耗性に有効な窒化層はせい
ぜい１０μｍ程度の厚さのものであり、したがって、耐
久時間が短いという難点がある。
この発明は、上記に鑑み、従来の問題点を解消し、過酷
な使用条件下において高鉛ガソリンを使用する場合にお
いても充分な耐摩耗１焼き付ぎ特性を示し、耐久性の良
好なピストンリングを提供することを目的としてなされ
たものである。
な使用条件下において高鉛ガソリンを使用する場合にお
いても充分な耐摩耗１焼き付ぎ特性を示し、耐久性の良
好なピストンリングを提供することを目的としてなされ
たものである。
この発明は、反応ガスを含む雰囲気中で蒸発物質を蒸発
させて、被処理物表面に前記反応ガスと蒸発物質との反
応生成物でなる被覆層を形成する反応性イオンプレーテ
ィング法を利用し、前記反応ガスとして窒素ガスを、前
記蒸発物質として鉄を採用することによりピストンリン
グ９の摺動面に厚さ１０μｍ〜５０μｍの窒化鉄でなる
被覆層＝３− １１を形成さぜることを特徴とする内燃機関用ビス１〜
ンリンクの表面処理方法を提供する（第１図参照）。
させて、被処理物表面に前記反応ガスと蒸発物質との反
応生成物でなる被覆層を形成する反応性イオンプレーテ
ィング法を利用し、前記反応ガスとして窒素ガスを、前
記蒸発物質として鉄を採用することによりピストンリン
グ９の摺動面に厚さ１０μｍ〜５０μｍの窒化鉄でなる
被覆層＝３− １１を形成さぜることを特徴とする内燃機関用ビス１〜
ンリンクの表面処理方法を提供する（第１図参照）。
ここで、反応性イオンプレーティング法とは、反応ガス
雰囲気中で蒸発物質を蒸発させ、気相状態においてイオ
ン化し、負バイアスにされた基板面に前記反応ガスと蒸
発物質イオンとの反応生成物でなる皮膜層を形成させる
公知の表面処理方法であって、低温において緻密な被覆
層が形成される特徴を有する。本発明においてピストン
リングの摺動面に形成される表面被覆層は、雰囲気ガス
を窒素カスとし、蒸発物質を鉄とする反応性イオンプレ
ーティング方法によって形成される窒化鉄層である。
雰囲気中で蒸発物質を蒸発させ、気相状態においてイオ
ン化し、負バイアスにされた基板面に前記反応ガスと蒸
発物質イオンとの反応生成物でなる皮膜層を形成させる
公知の表面処理方法であって、低温において緻密な被覆
層が形成される特徴を有する。本発明においてピストン
リングの摺動面に形成される表面被覆層は、雰囲気ガス
を窒素カスとし、蒸発物質を鉄とする反応性イオンプレ
ーティング方法によって形成される窒化鉄層である。
蒸発物質として鉄を採用する場合、鉄は、反応性イオン
プレーティングにおいて蒸発物質として従来多用されて
いるｒｊなどに較べてその蒸気圧が高く、したがって、
本発明の窒化鉄層の形成速度 １は人であり、
ビス１ヘンリングの表面処理方法として実用内■能な方
法となる。また、前記した通り、従来の窒化処理ピスト
ンリングの摺動面に形成される窒化物層の厚さは、高々
１０μｍが限度であり耐久寿命の点で難があったが、本
発明による場合、ピストンリングの摺動面に形成される
窒化鉄被覆層の厚さｔｌｏμｍ以上に厚く形成させるこ
とが可能であり、したがって、耐久寿命の充分なピスト
ンリングを得ることができる。
プレーティングにおいて蒸発物質として従来多用されて
いるｒｊなどに較べてその蒸気圧が高く、したがって、
本発明の窒化鉄層の形成速度 １は人であり、
ビス１ヘンリングの表面処理方法として実用内■能な方
法となる。また、前記した通り、従来の窒化処理ピスト
ンリングの摺動面に形成される窒化物層の厚さは、高々
１０μｍが限度であり耐久寿命の点で難があったが、本
発明による場合、ピストンリングの摺動面に形成される
窒化鉄被覆層の厚さｔｌｏμｍ以上に厚く形成させるこ
とが可能であり、したがって、耐久寿命の充分なピスト
ンリングを得ることができる。
ただし、前記の窒化被覆層の厚さを５０μｍを越えて厚
くすることは該被覆層に剥離が発生し易くなり、また、
過剰品質となるので、本発明では被覆層の厚さを５０μ
ｍ以下としている。
くすることは該被覆層に剥離が発生し易くなり、また、
過剰品質となるので、本発明では被覆層の厚さを５０μ
ｍ以下としている。
なお、本発明では、ピストンリング上下面の耐摩耗性を
も向上させるために、リングの−１−下面にも前記の窒
化被覆層を形成することができるが、リング上下の窒化
層は１０μｍ以下の厚さでも有効である。
も向上させるために、リングの−１−下面にも前記の窒
化被覆層を形成することができるが、リング上下の窒化
層は１０μｍ以下の厚さでも有効である。
使用した反応性イオンプレーティング装置の概要を第２
図に示す。第２図においては蒸発エネルギー源としてＨ
ＣＤ型電子銃を採用する例を示すが、高周波放電を利用
するイオン化機構を有する装置においては通常の電子銃
を採用することもできる。
図に示す。第２図においては蒸発エネルギー源としてＨ
ＣＤ型電子銃を採用する例を示すが、高周波放電を利用
するイオン化機構を有する装置においては通常の電子銃
を採用することもできる。
容器４内に収容されたビス１〜ンリング保持具２は図示
省略する回転袋筒により回転する。保持具２に□保持さ
れたピストンリング１はその１一方に位置するヒータ３
により約３００℃に保温するのがよい。ビス１ヘンリン
グの下方には水冷銅るつぼ６が配設され、該るつぼ６内
には蒸発物質となる鉄５が収容される。容器４の側壁に
は雰囲気ガスを導入するガス導入管８ａとＨＣｒ）銃８
が設けられ、該銃８からのプラズマビームを前記蒸発物
質５に集束する集束コイル７が設けられている。なお、
容器４はｆｃ空水ポンプ図示省略）に連結され減圧可能
とされる。 １−記の装置を用いピストンリング１を
約３００℃に渭温させ、導入管８ａからアルゴンガスを
導入して容器４内の圧力を１×１０” ｔｏｒｒどし、
ピストンリングを陰極として１０分間のスパッタクリー
ニングを行った後、るつぼ内に収容された鉄５をプラズ
マビームにより蒸発させ、ガス導入管より窒素ガスを容
器内に導入し、器内を４ Ｘ １． Ｏ−’ ｔｏｒｒ
にして４０分間コーティングをおこなった。ここで、プ
ラズマビーム出力を約３００Ａとし、ピストンリング１
には一３０■のバイアス電圧を印加しておいた。得られ
て蒸着膜ついて以下の試験を実施した。
省略する回転袋筒により回転する。保持具２に□保持さ
れたピストンリング１はその１一方に位置するヒータ３
により約３００℃に保温するのがよい。ビス１ヘンリン
グの下方には水冷銅るつぼ６が配設され、該るつぼ６内
には蒸発物質となる鉄５が収容される。容器４の側壁に
は雰囲気ガスを導入するガス導入管８ａとＨＣｒ）銃８
が設けられ、該銃８からのプラズマビームを前記蒸発物
質５に集束する集束コイル７が設けられている。なお、
容器４はｆｃ空水ポンプ図示省略）に連結され減圧可能
とされる。 １−記の装置を用いピストンリング１を
約３００℃に渭温させ、導入管８ａからアルゴンガスを
導入して容器４内の圧力を１×１０” ｔｏｒｒどし、
ピストンリングを陰極として１０分間のスパッタクリー
ニングを行った後、るつぼ内に収容された鉄５をプラズ
マビームにより蒸発させ、ガス導入管より窒素ガスを容
器内に導入し、器内を４ Ｘ １． Ｏ−’ ｔｏｒｒ
にして４０分間コーティングをおこなった。ここで、プ
ラズマビーム出力を約３００Ａとし、ピストンリング１
には一３０■のバイアス電圧を印加しておいた。得られ
て蒸着膜ついて以下の試験を実施した。
（１）蒸着膜構成組織のＸ線解析による調査。
ピストンリング外周面に形成された蒸着膜の組織構成を
Ｘ線解析により調査した結果、該蒸着膜はＦｅ２Ｎ、Ｆ
ｅ３ＮおよびＦｅ４Ｎからなる鉄の窒化物でることが確
認された。
Ｘ線解析により調査した結果、該蒸着膜はＦｅ２Ｎ、Ｆ
ｅ３ＮおよびＦｅ４Ｎからなる鉄の窒化物でることが確
認された。
（２）蒸着膜の厚さおよび硬さ。
蒸着膜の厚さは３５μｍであり、その硬さはＨｍＶ
１２００〜１６００を示していた。
１２００〜１６００を示していた。
（３）耐摩耗試験。
上記のピストンリングに仕」二げ加工を施して後、４サ
イクル水冷４気筒エンジンに組み込み、加鉛ガソリンを
燃料として２００時間の試験運転をおこなった。なお、
比較のために、従来のクロ１１めっき処理を施したピス
トンリングおよび従来方法＝７− により窒化処理を施したビス１−ンリングについても同
様な試験をおこなった。試験結果を第３図に示す。
イクル水冷４気筒エンジンに組み込み、加鉛ガソリンを
燃料として２００時間の試験運転をおこなった。なお、
比較のために、従来のクロ１１めっき処理を施したピス
トンリングおよび従来方法＝７− により窒化処理を施したビス１−ンリングについても同
様な試験をおこなった。試験結果を第３図に示す。
第３図より、本発明のピストンリングは従来のクロムめ
っきリングおよび窒化処理リングに比較してその耐摩耗
特性が格段に優れている。
っきリングおよび窒化処理リングに比較してその耐摩耗
特性が格段に優れている。
以１−の通りで、本発明のビス１−ンリングは、従来の
クロムめっき処理されたビス１−ンリングや窒化処理さ
れたピストンリングに較べて耐摩耗特性が格段に優れて
おり、また、窒化鉄でなる被覆層は従来の窒化処理では
得られない程度に厚く形成することができ、したがって
、耐久性の良好なビス１〜ンリンを提供するものであり
、その工業的利用価値は人である。
クロムめっき処理されたビス１−ンリングや窒化処理さ
れたピストンリングに較べて耐摩耗特性が格段に優れて
おり、また、窒化鉄でなる被覆層は従来の窒化処理では
得られない程度に厚く形成することができ、したがって
、耐久性の良好なビス１〜ンリンを提供するものであり
、その工業的利用価値は人である。
第１図は本発明のビスＩ・ンリングの１実施例を示す断
面図、第２図は本発明に才ｊいて使用される反ｌ、１５
性イオンプレーティング装置の一例を示す説明
１図、第３図（ｉ−・Ｉ摩耗試験結果を示すグラフ図
。 図中：
面図、第２図は本発明に才ｊいて使用される反ｌ、１５
性イオンプレーティング装置の一例を示す説明
１図、第３図（ｉ−・Ｉ摩耗試験結果を示すグラフ図
。 図中：
Claims (1)
- 反応ガスを含む雰囲気中で蒸発物質を蒸発させて、被処
理物表面に前記反応ガスと蒸発物質との反応生成物でな
る被覆層を形成する反応性イオンプレーティング法を利
用し、前記反応ガスとして窒素ガスを、また前記蒸発物
質として鉄を採用してピストンリングの摺動面に厚さ１
０μｍ〜５０μｍの窒化鉄でなる被覆層を形成させるこ
とを特徴とする内燃機関用ピストンリングの表面処理方
法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21327384A JPS6196263A (ja) | 1984-10-13 | 1984-10-13 | ピストリングの表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21327384A JPS6196263A (ja) | 1984-10-13 | 1984-10-13 | ピストリングの表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6196263A true JPS6196263A (ja) | 1986-05-14 |
Family
ID=16636370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21327384A Pending JPS6196263A (ja) | 1984-10-13 | 1984-10-13 | ピストリングの表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6196263A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6726216B2 (en) * | 2001-06-01 | 2004-04-27 | Federal-Mogul Friedberg Gmbh | Piston ring with oxide-nitride composite layer |
-
1984
- 1984-10-13 JP JP21327384A patent/JPS6196263A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6726216B2 (en) * | 2001-06-01 | 2004-04-27 | Federal-Mogul Friedberg Gmbh | Piston ring with oxide-nitride composite layer |
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