WO2002052179A1

WO2002052179A1 - Segment de piston et procede de production correspondant

Info

Publication number: WO2002052179A1
Application number: PCT/JP2001/011278
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Miida
Original assignee: Kabushiki Kaisha Riken
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2002-07-04
Also published as: US7052019B2; US20040056425A1; EP1359351A4; JP4680380B2; EP1359351B1; BR0116580B1; EP1359351A1; JP2002195409A; CN100549471C; DE60137872D1; CN1492978A; KR20030061469A; BR0116580A

Description

明細書発明の名称

ピストンリング及びその製造方法技術分野

本発明は、内燃機関用ピストンリングに関し、特に詳述すれば、その外周面の皮膜と厚みを改良した内燃機関用ピストンリング及びその製造方法に関する。背景技術

近年、エンジンの高出力化や大気汚染を最小とさせる排気ガス'対策に伴い、ピストンリングの使用環境が益々苛酷になり、ピストンリングの外周面摩耗が問題となっている。この対策として、従来の硬質クロムめつき皮膜ゃ窒化処理に変えて、耐焼付性と耐摩耗性に優れた硬質皮膜、例えば、窒化クロムゃ窒化チタン等の皮膜を、イオンプレーティングにより、外周面に被覆したピストンリングが使用されている。

しかし、硬質皮膜としてのこのような窒化物を外周面に設けたピストンリングを使用したディ一ゼルエンジンにおいて、燃焼圧力が高い場合や、大量の EGR (排ガス再循環）により排ガス対策を行った場合には、外周摺動面摩耗が多くなるといった問題が発生し、ピストンリングの寿命やシール性能を長期間保証できるまでには至っていない。特にトップリングの合口部分の外周摺動面は、合口を高温の燃焼ガスが通過することから潤滑状況が他の部分に比べ厳しいこと、燃焼ガス圧によりシリンダ内壁に押しつけられる強さがピストンリングの端部であることから、他の部分より強いこと等により他の部分より摩耗が多くなる。この摩耗により、イオンプレーティングで合口部分の外周摺動面に設けた硬質皮膜が無くなると、下地の鋼材が摺動面に露出して摩耗が急激に進行して合口隙間寸法が増大し、シール性能の低下をきたす。

合口寸法の増大によるシール性能の低下は、燃焼ガスがオイルパン側に吹き抜けるブローバイガス量が増大してオイルの劣化を促進させ、さらに、潤滑オイルが燃焼室側に漏れて、オイルの消費量を増大させるばかりでなく、排気ガス中の硫黄系成分の増加等の環境上の問題が発生する。また硬質皮膜が摩耗により消失し下地の鋼材が露出した場合には、エンジンが焼き付く危険性も増大する。

以上のようなことから、合口部近傍の摩耗対策が大きな課題となっている。合口部の摩耗対策として、特許公開 2 0 0 0— 1 2 0 8 6 6公報では、合口部近傍のピストンリング半径方向の厚さ寸法を他の部分の厚みより 2 0〜3 0 %程度薄くすることにより、合口端部の自己張力による面圧を減少させ、シール性の維持と合口部の摩耗の防止をすることが提案されている。

しかし、トップリングはピストンの上死点において、爆発燃焼時の圧力がピストンリングの背面にかかり、自己張力による面圧を遙かに上回る面圧で合口部はシリンダ内周壁に押しつけられる。このため、前述の公報に開示された提案においても充分な対策となり得ていないのが実情である。

また、燃焼圧力を高くした高負荷ディーゼルエンジンや、排気ブレーキを採用したエンジンでは、爆発燃焼時の圧力や排気ブレーキ作動時にピストンリングは皿状の変形をし、ビストンのリング溝摩耗を引き起こしゃすい。ピストンのリング溝が摩耗すると、更にピストンリングの皿状変形が大きくなり、この繰り返し応力によってピストンリングは合口部の反対側の応力集中する位置で疲労による折損を引き起こしゃすい。硬質皮膜は靭性に乏しく応力集中によりクラックが入りやすい。特に硬質皮膜の厚さを厚くした場合にはこの傾向が顕著となる。また硬質皮膜がイオンプレーティングによる窒化物の皮膜（たとえば窒化クロム、窒化チタン、あるいはこれらに酸素、炭素、ボロン等を含有させた窒化物）の場合には、ピストンリングとシリンダ内周壁の摺動により発生する繰り返しの摩擦力によって皮膜が疲労により剥離するといつた問題点があった。

この摩擦力による皮膜の剥離を防止するためには、バイアス電圧を変化させる等により、意図的に皮膜に圧縮の残留応力を持たせることが効果的である。イオンプレーティングでは、皮膜は、一般にその生成過程において基板と関連して圧縮応力を生じるように生長、堆積していく傾向にある。しかし、硬質皮膜中に圧縮の残留応力を残存させると、皮膜直下の鋼材の部分には引っ張りの残留応力が発生し、ピストンリングが皿状の変形をした場合、外部応力と残留応力とを合成すると皮膜直下で最大引っ張り応力となるケースが多く、その近傍に欠陥等があれば、そこが疲労破壊の起点となり、ピストンリングの折損が起きやすくなるといった新な問題を生じる。この傾向は、硬質皮膜の厚さが厚いほど顕著である。

また、前述の如く一様に厚い硬質皮膜とする場合、前述の問題の他に、コストの問題が発生する。特にイオンプレーティングによる硬質皮膜の形成の場合には、装置が高額であり、かつ成膜速度が電気めつきや溶射等の他の方法に比べ遅く生産性が低いこと、さらにはクロムやチタンのターゲットも高価であることから、膜厚を厚くするほどビストンリングはコストの高いものとなる。

又、ピストンリングでは、素材の組織変化が起こると形状が変化する。その変形はビストンリング合口部の自由形状の曲率が大きくなる方向、つまり径が小さくなる方向に変化しやすい傾向にある。

そのため、成膜は焼き戻し温度以下の約 5 0 0 °C前後で行われるが、前述のように、皮膜に圧縮応力が残存すると、素材に組織変化が起きない成膜温度であっても変形し、この度合いは、ピストンリング素材の鋼材の耐熱性元素が少ない場合に顕著となる。従って、皮膜に圧縮の残留応力を発生させる場合には、膜厚の増加と共にこの傾向が特に顕著となる。特に合口近傍の外周部曲率はビストンリングの呼称径とほぼ等しい曲率であるため、この部分の曲率が大きく（曲率が連続的に変化して縮径する）なると、外周部の当たり抜けが発生する。

ピストンリングの製造工程では、ピストンリングを規定の呼称外径寸法や形状に仕上げるため、又外周表面粗さを滑らかにする等の目的で、イオンプレーティング皮膜被覆後に、規定の内径を持ったラッピング用スリーブ内にセットし、外周を研磨する所謂ラッピング工程がある。ィオンプレーティング皮膜を被覆したピストンリングは、上記理由により、ラッピング工程で合口近傍の外周部当たり抜けが発生し易く、外周面の当たりを完全に出すまでに、ラッビングの時間がかかるばかりでなく、ひどい場合には、他の部分の皮膜が無くなっても、合口近傍の当たりが出ないことになる。

また、ラッピング用スリーブの内周面が摩耗してしまうためにラッピング用スリーブの寿命が極めて短くなり、結果としてコストの高いものとなる欠点があった。発明の開示

本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたものであって、外周面に硬質皮膜、特にイオンプレーティング皮膜を設けたピストンリングの合口部の摩耗対策と折損対策とを両立させたビストンリングおよびその低コストな製造方法を提供することを解決すべき課題とする。

本発明は、外周面に硬質皮膜が被覆されているピストンリングであつて、硬質皮膜が圧縮の残留応力を保持しており、かつ合口部近傍の硬質皮膜膜厚がその他の外周面の膜厚よりも厚いことを特徴とするピストンリングを提供する。

好ましくは、合口近傍の膜厚は、その他の外周面の膜厚に対し、 1 . 5〜4倍とする。

又、好ましくは、硬質皮膜が窒化物を主体とする皮膜である。

本発明によれば、さらに、ピストンリングが蒸発源に対し自転してィオンプレーティング皮膜を被覆するビストンリングのイオンプレーティング皮膜被覆方法において、ピストンリング合口部が蒸発源に正対する時又は正対する前後間の回転速度を、他の部分が蒸発源に正対するときの回転速度よりも遅くすることを特徴とするビストンリングのイオンプレーティング皮膜被覆方法が提供される。

本発明によれば、さらにまた、前記の第一および第二の発明にかかるビストンリングの製造方法であり、ビストンリング素材が多軸に取り付けられかつ公転軸の中心に位置した蒸発源に対しビストンリング素材が自公転してピストンリングの外周面にイオンプレーティング皮膜を被覆する際に、ピストンリング素材の合口部の位相が同一となるよう各軸に取り付けた後、該合口部が蒸発源に正対する時の自公転速度を他の部分が蒸発源に正対するときの自公転速度よりも遅くすることを特徴とする前述のビス卜ンリングの製造方法が提供される。

本発明のピストンリングの作用効果は以下の通りである。

( 1 ) 外周に施されている耐摩耗性の高い硬質のイオンプレーティング皮膜が圧縮の残留応力を保有するために、シリンダ内周壁との摺動によって繰り返し負荷される摩擦力によっても、皮膜が疲労剥離することがない。

( 2 ) 摺動条件が厳しく摩耗しやすい合口部近傍の外周面では硬質皮膜が厚く形成されていることにより、従来のように硬質皮膜の消失後に下地の鋼材部分が露出して摩耗が急速に進行することで発生するシール性の低下や、焼付発生の問題が無くなる。

( 3 ) 硬質皮膜は合口部以外では、合口部に比べ膜厚が薄く形成されているために、皮膜に圧縮残留応力を保持させても硬質皮膜の欠け等が起こりにくいので製造工程での歩留まりが向上する。また皮膜が薄いので、皮膜直下の鋼材部分に発生する引つ張り残留応力も小さくなるために、ピストンリングの疲労破壊が起こりにくい。

( 4 ) 厚い膜を外周側に均一につける場合に比べて、摩耗しやすい部分のみの膜厚を厚くするだけなので成膜時間は短くなり、高額な成膜装置の生産性が上がりターゲットの消耗も少ないことから低コストのピストンリングを提供できる。

( 5 ) 成膜によって生じた合口外周部の曲率が大きくなつた分、合口近傍の皮膜厚さを他の部分に比べ厚くすることにより、ラッピングェ程において、ピストンリング合口外周部の当たりが容易に確保できるようになるので、ラッピング工程の生産性が向上し、又、ラッピングスリーブの消耗も少なくなるので低コストに生産できる。

次にピストンリングの製造方法の作用効果について述べる。

( 1 ) ピストンリング合口部が蒸発源に正対する時又は正対する前後間の回転速度を、他の部分が蒸発源に正対するときの回転速度よりも遅くすることによって、合口部近傍の膜厚さを他の部分の膜厚さに比べ、任意の厚さにできるばかりではなく、任意の変化率でしかも連続的な変化の膜厚さにすることが出来る。

( 2 ) ピストンリング素材が多軸に取り付けられかつ公転軸の中心に位置した蒸発源に対しピストンリング素材が自公転してピストンリングの外周面にイオンプレーティング皮膜を被覆する際に、ビストンリング素材の合口部の位相が同一となるよう各軸に取り付け、該合口部が蒸発源に正対する時の自公転速度を他の部分が蒸発源に正対するときの自公転速度よりも遅くすることにより、各軸に取り付けたピストンリング素材の外周面に容易に任意の膜厚分布を持った硬質皮膜を形成できる。また、一回の処理バッチ内でのバラツキも少なく品質の安定性が高く、コストの安いビストンリングを提供できる。図面の簡単な説明

図 1の（a ) は、ピストンリングを軸方向より見た平面図で、図中、外周皮膜厚さ Aは、合口反対外周部付近の皮膜厚さ、外周皮膜厚さ Bは、合口外周部付近の皮膜厚さであり、（b ) は、ピストンリングの合口部の半径方向断面図であり、（c ) は、合口部近傍の半径方向断面図である。

図 2は、本発明のピストンリングを製造するためのイオンプレーティング装置の一実施形態を示す平面図である。

図 3は、実施例 1、 2、 3のピストンリングの自転速度パターンを示すグラフ図である。

図 4は、実施例 4、 5のピストンリングの自転速度パターンを示すグラフ図である。

図 5は、疲労試験方法の概略を示す図である。

図 6は、比較例と実施例 1と 4の外周部の疲労限度を示すグラフ図であ -έ)。発明を実施するための最良の形態以下に、本発明の実施例を詳述する。

図 1は、本発明の一例のピストンリング 1を示す。図中、（a ) は、ピストンリングを軸方向より見た平面図で、（b ) は、ピストンリング 1の合口反対部の半径方向断面図で Aがイオンプレーティング皮膜 2の厚さを示す。（c ) は、合口部近傍半径方向断面図を示し、 Bがイオンプレーティング皮膜 2の厚さである。

上記ビストンリングの代表的な製造工程について述べる。

先ず任意の各種断面形状の鋼線材をコィリングすることにより、略ピストンリング形状に成形する。この時の外周面形状は B F ひレルフエース）、偏芯 B F、ハーフ B Fでも良い。

このコィリング時には、あらかじめコィリング後の歪み取り熱処理による曲率変化を補正した曲率に成形する。この曲率の設定は、ピストンリング鋼線の断面積形状や最終的なリングの呼び径ゃ鋼線の合金組成によっても変化する。特に鋼線の合金組成の影響が大きいが、高 C %で C r、 M o、 V、 N b等の焼戻軟化抵抗の大きい成分を多く含有する場合には、コィリング後の歪み取り熱処理に曲率変化は少ない。これらの合金成分の少ないバネ鋼のような鋼線では、コィリング後の歪み取り熱処理に曲率変化が大きい特徴がある。

また、コィリングは、 N C制御にて 1本毎に成形するが、大量生産の場合には所定の曲率としたマスターカムを用いて倣い方式で一本毎に成形しても良い。

以上のようなことで所定の外周曲率としたピストンリング素材を、その合金組成に見合った歪み取り熱処理を行い残留応力の除去を行う。この熱処理条件は鋼線の合金組成によるが、通常は 4 5 0〜 6 5 0 °Cの温度で 3 0分〜 1時間の保持である。

その後に必要によりガス窒化処理や両側面研磨や外周面研磨加工や外周面ラッピング加工を行う。次に酸洗いやアル力リ脱脂等の洗浄を行い外周面の清浄化を行いイオンプレーティング装置の各軸に取り付ける。硬質皮膜を形成するイオンプレーティング装置と方法について以下に説明する。

図 2は、イオンプレーティング装置 3の内部を上部から見たもので、蒸発源 4の位置とピストンリングの素材 5の位置関係を示す。治具に合口部一定方向に揃えて軸詰されたピストンリングの素材 5は、蒸発源 4 の回りに放射状に均等角で 1 2箇所配置されている。治具に軸詰されたピストンリングの素材 5は、図示していないが遊星ギヤ構造を利用して、蒸発源 4の回りを公転すると共に、蒸発源に対し自転するようになっている。

リング素材の自転は、ビストンリングの素材 5が蒸発源 4の回りを 1 公転する間に、 2 1 5 / 1 7回転するようになっている。公転と自転のギヤ比は、特にこれに限ったわけではなく、任意の比率で問題無い。遊星ギア方式の自公転構造となっているので、本装置では公転軸をまわすことによりギアを介して自転軸が上記ギア比で回るようになつている。洗浄が終了したビストンリングの素材 5を合口部が一定方向になるように揃えて軸詰めした治具を 1 2本の各軸にセットする。このときに、 1 2個すベての軸詰めされたピストンリングの素材 5の位相を同一とするために各軸のピストンリングの素材 5の合口部が中心蒸発源に向くように取り付ける。

チヤンバ一 6内を真空ポンプで排気し、チヤンバー 6内の圧力が所定圧力以下となった時点で、ピストンリングの素材 5を自公転させながら記載外のヒ一ターにより所定温度になるまで加熱する。この時は均一加熱のため各軸の自公転速度は一定である。

次に、公知の蒸発源（ターゲット）にアークを走らせて成膜を開始するが、数^ m程度は膜厚が均一となるように自公転速度を一定として成膜する。その後はビストンリング合口部が中心の蒸発源に向いているときの回転速度がそれ以外の時の回転速度の 1 Z 2〜 1 Z 4となるように記載外のモ一ターの回転速度をコントロールした。

本装置の各軸は 1 7 / 2 1 5回公転すると 1回自転するギアの組み合わせとしたので、公転軸の 1 7 / 2 1 5回転を 1周期として、その間でピストンリング合口部を蒸発源に向いているときの回転速度が最低回転速度となって、かつ、速度が連続的正弦波波形で変化してその速度比が 2〜 4倍となるような周期的な速度制御を行った。

ピストンリングの素材 5合口部は、中心蒸発源に正対したとき、最低の自転速度となり、その後、蒸発源の 1 8 0 ° 反対方向に向かって、速度が連続的に上がり、蒸発源の 1 8 0 ° 反対方向で最高速度になり、再び、蒸発源の正対位置で最低の速度となるように連続的に減速される。従って、理論的には、皮膜は合口部の膜厚さを最大とし、合口から 1 8 0 ° の箇所が最小の膜厚さとなるよう連続的に変化する。また、ピストンリングの合口部が蒸発源に正対する前後の一定区間でピストンリングの自転速度を遅くする方法をとり、同様に成膜した。

成膜後に装置内温度が 1 0 o °cになるまで冷却し、容器内を大気圧に戻した後に治具を取り外す。各治具からピストンリングを取り外し、ラッピンダマシンで外周面を遊離砥粒によりラッビングし所定の表面粗さに仕上げる。さらに必要により側面を研磨し、あるいは窒化処理がされていないピストンリングの素材 5の場合には、塩浴窒化ゃガス窒化を行レ、さらに必要に応じて側面の仕上げ研磨を行う。最後に合口部の隙間寸法を揃える研削加工を行い所定のピストンリング 1を得る。

好ましくは、ピストンリングサイズは 5 0〜 2 5 Ο πιπι φ、皮膜の厚みは 0 . 0 1〜0 . 1 mmであり、炭素鋼、シリコンクロム鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼がビストンリング素材として用いられる。以下、実施例に基づき説明する。

表 1に示す合金組成と熱処理履歴を有する厚さ 3 . 3 5 mm, 幅 2 . 4 mmの矩形断面で外周面に相当する面の形状を略 B F形状とした鋼線を用いて、あらかじめコィリング後の歪み取り熱処理よる曲率変化を補正した曲率にて N Cコィリングマシンを用いてピストンリング素材を成形し剪断により 1本ずつのピストンリング素材とした。その後、歪取り熱処理、両側面研磨、ガス窒化処理、外周面ラッピング加工を行った。次にこのピストンリング素材を酸洗いやアル力リ脱脂等の洗浄を行い外周面の清浄化を行った。表 1

前述した図 2に示すイオンプレーティング装置 3にて、洗浄が終了したピストンリングの素材 5を合口部が一定方向になるように揃えて軸詰めした治具を 1 2本の各軸にセットした。このときに、 1 2個すベての軸詰めされたピストンリングの素材 5の位相を同一とするために各軸のピストンリング素材の合口部が中心蒸発源 4に向くように取り付けた。真空槽内を真空ポンプで 2. 5 X 1 0— ⁴torrまで排気して、ピストンリングの素材 5の温度を 450°Cまで加熱した。ピストンリングの素材 5が所定の温度に達して安定してから、.窒素ガスを 1 X 1 0"²torrまで導入し 30分経過後に、ピストンリングの素材 5の自公転速度を変更するモードに切り替えて表 2に示す回転速度にて図 3と図 4に示す速度パターンて、更に 7時間 30分間ビストンリング外周部にイオンプレーティング皮膜を形成した。

蒸発源 4には金属クロムを用いており、アーク電流は 100 0 A、バィァス電圧 1 0 Vの条件でコーティングし、得られた皮膜は硬度（HM V) 1 800の C r Nである。表 2

成膜後に装置内温度が 1 00°Cになるまで冷却し、容器内を大気圧に戻した後に治具を取外した後に各治具からピストンリングを取り外し、ラッピンダマシンで外周面を遊離砥粒により表 3の条件でラッピング加ェを行った, 表 3

各実施条件での合口部と合口反対側の外周面の皮膜膜厚さと鋼種別の外周面の当たりが出るまでのラッピング回数を調べた結果を表 4に示す _c 又、比較例としてイオンプレーティング皮膜被覆時の自転速度を 6回転 Z分の一定とした従来のイオンプレーティング皮膜被覆方法で製作したものを示す。

なお、 C r N皮膜の残留応力は X線回折を用いて調査した結果では、いずれも 6 0 0〜 7 0 0 M P aであった。ラッビングの後に両側面の仕上げ研磨を行い、最後に合口部の隙間寸法を揃える研削加工を行って呼び径（ d 1 ) 9 5 mm, 厚さ（ a 1 ) 3 . 3 5 mm, 幅（ h 1 ) 2 . 3 mmの所定のピストンリングを得た。

表 4

NG：全周の当たりが出るまえに他の部分の膜が消滅

合口部が先に当たり、他の部分がその後当たる場合も存在したがその場合でも全周が当たるまでのラッピング回数を記載した。表 4に示すように、全鋼種とも本発明のピストンリングでは、従来のビストンリングに比べ全周当たりが出るまでのラッピング回数は少なく, 本発明の効果が顕著であることが解る。また、鋼種の耐熱性により、合口部と他の部分の膜厚差に適正値が存在することが伺えるが、実験回数を重ねることにより回転速度比を決定できることは明白である。

次に、製造したピストンリングの疲労試験を行った。

図 5に示すように、ピストンリング 1の合口 7を繰り返し開閉する方法で実施例 1 4及び比較例のビストンリング 1の疲労試験を行った。その結果を図 6に示す。

図 6は、比較例と実施例 1と 4の外周部疲労強度である。比較例に比ベて、実施例 1 4では、共に疲労強度が向上していることが明白である。本発明によるピストンリングは合口部の反対側の位置での疲労による折損の防止に有効である。

また、鋼線 Aを用いた比較例と実施例 1 3 4のピストンリング 1 を 4気筒のディーゼルエンジンの各気筒にセットして 6 0 0時間の定格出力による耐久評価を実施した結果を表 5に示す。表 5

本表より、本発明のピストンリングでは、摩耗の多い合口部のイオンプレーティング皮膜厚さが他の部分よりも厚くなつているので、従来のピストンリングに比べ、皮膜の摩滅するまでの時間が長くなることが解る。即ち、ピストンリングの耐久性が向上していることが解る。

以上のように、本発明のピストンリングは、図 6と表 5より従来ピストンリングに比べ、耐久性に優れ、且つ折損の危険性の無いピストンリングであることが解る。

本発明のピストンリングの作用効果は以下の通りである。

外周に施されている耐摩耗性の高い硬質のイオンプレーティング皮膜が圧縮の残留応力を保有するためにシリンダ内壁との摺動によって繰り返し負荷される摩擦力によっても皮膜が疲労剥離することがない。また、搢動条件が厳しく摩耗しやすい合口部近傍の外周面では硬質皮膜が厚く形成されていることにより、従来のように硬質皮膜の消失後に下地の鋼材部分が露出して摩耗が急速に進行することで発生するシール性の低下や、焼付発生の問題が無くなる。硬質皮膜は合口部以外では、合口部に比べ膜厚が薄く形成されているために、皮膜に圧縮残留応力を保持させても硬質皮膜の欠け等が起こりにくいので製造工程での歩留まりが向上する。また皮膜が薄いので、皮膜直下の鋼材部分に発生する引つ張り残留応力も小さくなるために、ピストンリングの疲労破壊が起こりにくい。

厚い膜を外周側に均一につける場合に比べて、摩耗しやすい部分のみの膜厚を厚くするだけなので成膜時間は短くなり、高額な成膜装置の生産性が上がりターゲットの消耗も少ないことから低コストである。また、製造面からは、ピストンリング素材が多軸に取り付けられかつ公転軸の中心に位置した蒸発源に対しピストンリング素材が自公転してピストンリングの外周面にイオンプレーティング皮膜を被覆する際に、ピストンリング素材の合口部の位相が同一となるよう各軸に取り付け、該合口部が蒸発源に正対する時の自公転速度を他の部分が蒸発源に正対するときの自公転速度よりも遅くするだけの簡単な制御により、各軸に取り付けたピストンリング素材の外周面に容易に任意の膜厚分布を持つた硬質皮膜を形成できる。

また、一回の処理バッチ内での量産性に優れると共にバラツキも少なく品質の安定性が高い。上記のプロセスで得られるイオンプレ一ティング皮膜被覆後のピストンリングは、イオンプレーティング皮膜被覆による合口外周部の曲率変化が少ないので、ラッピング加工の時間が短くかつラッピング用スリーブの消耗が少ない。

なお、実施例では、皮膜厚さを合口部及び合口反対側の 2点しか調査していないが、正弦波のように回転速度を制御していることとラッピング加工時の当たり面の状況から、膜厚はほぼ連続的に変化していることは明らかである。

又、蒸発源近傍のみ合口部の回転速度を遅くしたものでは、ラッピング加工時の当たり面の状況は、正弦波のように制御したものに比較してやや悪い傾向にあつたが製造上からは特に問題とはならないレベルである。

本実施例では、 N C制御のコィリングマシンで楕円形の形状に 1本ずつ成形しているが、真円形状に連続的に成形した後に切断し、合口部分を広げて上記の歪み取り熱処理条件にて加熱保持して概略の形状を作り，その後に外周面を所定の形状に加工することで本実施例と同様の後工程により、合口部の膜厚を他の部分よりも厚くしたピストンリングを得ることもできる。

Claims

請求の範囲

1 .外周面に硬質皮膜が被覆されているピストンリングであって、合口部近傍の硬質皮膜の膜厚がその他の外周面の膜厚よりも厚いことを特徴とするピストンリング。

2 .硬質皮膜が圧縮の残留応力を保持していることを特徴とする請求項 1に記載のピストンリング。

3 . 硬質皮膜が、窒化物を主体とする皮膜であることを特徴とする請求項 1に記載のビストンリング。

4 . ピストンリング合口部外周面の皮膜厚さが合口反対側の皮膜厚さの 1 . 5〜4倍である請求項 1に記載のピストンリング。

5 . ピストンリング合口部外周面の皮膜厚さが 4 0〜 5 5 x mである請求項 1に記載のピストンリング。

6 . ピストンリングが蒸発源に対し自転してイオンプレーティング皮膜を被覆方法において、ピストンリング合口部が蒸発源に正対する時または正対する前後間の回転速度を、他の部分が蒸発源に正対するときの回転速度よりも遅くすることを特徴とするビストンリングのイオンプレーティング皮膜被覆方法。

7 . ビストンリングの自転速度の最高速度が最低速度の 2倍以内である請求項 6に記載のイオンプレーティング皮膜被覆方法。

8 . ピストンリングの自転速度が正弦波である請求項 7に記載のイオンプレーティング皮膜被覆方法。

9 . ビストンリング素材が多軸に取り付けられかつ公転軸の中心に位置した蒸発源に対しピストンリング素材が自公転してピストンリングの外周面にイオンプレーティング皮膜を被覆する際に、ピストンリング素材の合口部の位相が同一となるよう各軸に取り付け、該合口部が蒸発源に正対する時の自公転速度を他の部分が蒸発源に正対するときの自公転速度よりも遅くすることを特徴とする請求項 1乃至 3の何れかに記載のピス卜ンリングの製造方法。

補正書の請求の範囲

[2002年 5月 24日（24. 05. 02) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 1,3,4,5 及び 9は補正された；出願当初の請求の範囲 2は取り下げられた；

他の請求の範囲は変更なし。（2頁） ]

1 . (補正後）鋼線材をコィリング成形したビストンリング素材を用い、かつ外周面に硬質皮膜が被覆されているピストンリングであって、合口部近傍の硬質皮膜の膜厚がその他の外周面の膜厚よりも厚いことを特徴とするピストンリング。

2 . (削除）

3 . (補正後）硬質皮膜が、窒化物を主体とする皮膜でありかつ圧縮の残留応力を保持していることを特徴とする請求項 1に記載のビストンリング。

4 . (補正後）ピストンリング合口部外周面の皮膜厚さが合口反対側の皮膜厚さの 1 . 5〜4倍である請求項 3に記載のビストンリング。

5 . (補正後）ピストンリング合口部外周面の皮膜厚さが 4 0〜5 5 mである請求項 3に記載のビストンリング。

6 . ピストンリングが蒸発源に対し自転してイオンプレーテイング皮膜を被覆方法において、ピストンリング合口部が蒸発源に正対する時または正対する前後問の回転速度を、他の部分が蒸発源に正対するときの回転速度よりも遅くすることを特徴とするビストンリングのィオンプレーティング皮膜被覆方法。

7 . ピストンリングの自転速度の最高速度が最低速度の 2倍以内である請求項 6に記載のイオンプレーティング皮膜被覆方法。

9 . (補正後）ピストンリング素材が多軸に取り付けられかつ公転軸の中心に位置した蒸発源に対しビストンリング素材が自公転してビストンリングの外周面にイオンプレーティング皮膜を被覆する際に、ピストンリング素材の合口部の位相が同一となるよう各軸に取り付け、該合口部

襦正された用紙 (条約第 19条）が蒸発源に正対する時の自公転速度を他の部分が蒸発源に正対するときの自公転速度よりも遅くすることを特徴とする請求項 1又は 3の何れかに記載のピストンリングの製造方法。

德正された用紙 (条第 19条》