WO2006004221A1

WO2006004221A1 - 非晶質硬質炭素膜を備えたピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピン

Info

Publication number: WO2006004221A1
Application number: PCT/JP2005/012729
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Moritani; Shigeru Hotta; Hiroyuki Mori; Toshihide Ohmori; Mamoru Tohyama; Yoshio Shimura; Hideo Tachikawa; Motoichi Murakami; Takatsugu Iwashita
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho; Teikoku Piston Ring Co., Ltd.
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2006-01-12
Also published as: KR20070037614A; JP4076169B2; EP1783349A1; KR100867912B1; JP2006022666A; CN100529374C; EP1783349A4; CN1985083A

Abstract

潤滑油を用いた湿式条件で使用した場合に、潤滑油に含まれる添加剤の吸着、反応に依存することなく低摩擦係数を実現できるピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンを提供する。潤滑油を用いた湿式条件で使用されるピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンを、それぞれ、Ｓｉ含有量が１ａｔ％以上２０ａｔ％以下であり、表面粗さがＲzjis０．５μｍ以下である非晶質硬質炭素膜を備えるよう構成する。

Description

明細書非晶質硬質炭素膜を備えたビストンリング、ビストン、シリンダ、ビストンピン技術分野

本発明は、潤滑油を用いた湿式条件下で使用され、摩擦係数が小さく、耐摩耗性に優れたビストンリング、ビストン、シリンダ、ビストンピンに関する。背景技術

エンジンを構成するピストン、ピストンリング、シリンダ、ピストンピン等の摺動部材には、資源保護や環境問題等の観点から、摩擦によるエネルギー損失をできるだけ低減することが要求される。従来より、摺動部材の摺動面に被膜を形成したり、窒化処理等の表面処理を施すことで、摩擦係数の低減ゃ耐摩耗性の向上が図られている。なかでも、 D L C 、(ダイヤモンドライクカーボン）膜と呼ばれる非晶質硬質炭素膜は、摺動面の摺動性を高める被膜として期待されている

(例えば、特許文献 1、 2参照。）。

特許文献 1 ：特開平 3— 2 4 0 9 5 7号公報

特許文献 2 ：特開 2 0 0 1— 1 9 2 8 6 4号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

例えば、上記特許文献 1には、珪素（S i ) を含む非晶質硬質炭素膜が開示されている。この非晶質硬質炭素膜は、潤滑油を用いない乾式条件では、低い摩擦係数を示す。しかし、潤滑油を用いた湿式条件では、摩擦係数を低減することは難しい。この要因として、潤滑油に含まれる各種添加剤の影響が考えられる。潤滑油中の添加剤は、非晶質硬質炭素膜の表面に吸着、反応して境界膜を形成する。よって、摩擦係数は、摺動時に形成される境界膜により決定されると考えられる。特に、動力伝達のための高摩擦を想定した駆動系油を潤滑油として用いた場合には、摩擦係数を低減し難い。一方、上記特許文献 2には、芳香族化合物を含有した潤滑油を用いる試みが開示されている。芳香族化合物は、非晶質硬質炭素膜への吸着力が高いため、非晶質硬質炭素膜の表面に強固な境界膜を形成する。つまり、非晶質硬質炭素膜の表面に強固な境界膜を形成させることで、固体接触割合を減らし、摩擦係数の低減を図っている。しかし、この方法では、添加剤が変更された場合、芳香族化合物以外の物質の吸着、反応で、摩擦係数の低減が阻害されてしまうおそれがある。また、環境問題等の観点から、今後、添加剤の種類の見直しや量の適正化が進むことも考えられる。この場合、添加剤の吸着、反応に依存した上記方法では、摩擦係数を低減することが困難になると予想される。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、潤滑油を用いた湿式条件で使用した場合に、潤滑油に含まれる添加剤の吸着、反応に依存することなく低摩擦係数を実現できるピストンリング、ビストン、シリンダ、ビストンピンを提供することを課題とする。課題を解決するための手段

( 1 ) 本発明のピストンリングは、潤滑油を用いた湿式条件で使用されるビストンリングであって、ピストンリング本体と、該ピストンリング本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、該非晶質硬質炭素膜の S i含有量は 1 a t %以上 2 0 a t %以下であり、表面粗さは Rzjis O . 5 μ m以下であることを特徴とする。

すなわち、本発明のピストンリングは、 S i含有量が l a ％以上2 0 & t % 以下であり、かつ表面粗さが Rzjis O . 5 μ πι以下の非晶質硬質炭素膜を備える。非晶質硬質炭素膜の表面粗さは非常に小さい。このため、非晶質硬質炭素膜を摺動面とした場合、固体一固体接触による境界摩擦の割合が低減し、潤滑油による潤滑割合が増加する。これより、摩擦係数が低減する。また、非晶質硬質炭素膜は、鋼材と比較して硬く、摩耗し難い。このため、相手材と摺接しても、初期の表面粗さを維持することができる。さらに、非晶質硬質炭素膜は所定量の S iを含む。本発明者の分析によれば、 S iを含むことにより、摺接時に非晶質硬質炭素膜の表面にシラノール（S i O H) が生成される。このシラノールの生成により、仮に固体同士が接触した場合でも、境界摩擦は大幅に低減すると考えられる。このように、本発明のピストンリングは、潤滑油による潤滑割合の増加および境界摩擦の低減の両作用により、低摩擦係数を示す。また、耐摩耗性にも優れる。

( 2 ) 本発明のピストンは、潤滑油を用いた湿式条件で使用されるピストンであって、ビストン本体と、該ピストン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、力らなり、該非晶質硬質炭素膜の S i含有量は 1 a セ％以上 2 0 a t %以下であり、表面粗さは Rzjis O . 5 m以下であることを特徴とする。

本発明のビストンは、上述した本発明のビストンリングと同様の非晶質硬質炭素膜を備える。よって、非晶質硬質炭素膜を摺動面とすることで、本発明のビストンは、潤滑油による潤滑割合の増加および境界摩擦の低減の両作用により、低摩擦係数を示す。また、耐摩耗性にも優れる。

( 3 ) 本発明のシリンダは、潤滑油を用いた湿式条件で使用されるシリンダであって、シリンダ本体と、該シリンダ本体の内周面に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、該非晶質硬質炭素膜の S i含有量は 1 a セ％以上2 0 3 %以下であり、表面粗さは R zjis O . 5 以下であることを特徴とする。

本発明のシリンダでは、上述した本発明のピストンリングと同様の非晶質硬質炭素膜が、ピストンリングやピストンと摺接する摺動面となる。このため、本発明のシリンダは、潤滑油による潤滑割合の増加おょぴ境界摩擦の低減の両作用により、低摩擦係数を示す。また、耐摩耗性にも優れる。

( 4 ) 本発明のピストンピンは、潤滑油を用いた湿式条件で使用されるピストンピンであって、ピストンピン本体と、該ピストンピン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、該非晶質硬質炭素膜の S i含有量は l a ％以上2 0 & t %以下であり、表面粗さは R zjis O . 5 m以下であることを特徴とする。

本発明のビストンピンは、上述した本発明のビストンリングと同様の非晶質硬質炭素膜を備える。よって、非晶質硬質炭素膜を摺動面とすることで、本発明のビストンピンは、潤滑油による潤滑割合の増加おょぴ境界摩擦の低減の両作用により、低摩擦係数を示す。また、耐摩耗性にも優れる。 ( 5 ) 本発明の第一の摺動部材の組合せは、上記本発明のピストンリングと、上記本発明のピストンと、からなる。例えば、本発明のピストンとして、ピストンリング溝に非晶質硬質炭素膜が形成された態様を採用し、かつ、本発明のビストンリングとして、該ピストンの往復動方向に対向するビストンリング本体の二つの対向面に非晶質硬質炭素膜が形成された態様を採用した場合、本組合せでは非晶質硬質炭素膜どうしが摺接する。このため、それぞれにおける摩擦係数の低減効果が相乗的に発揮され、より摩擦係数を低減することができる。

( 6 ) 本発明の第二の摺動部材の組合せは、上記本発明のピストンリングが組み付けられたピストンと、上記本発明のシリンダと、からなる。例えば、本発明のビストンリングとして、ピストンリング本体の外周面に非晶質硬質炭素膜が形成された態様を採用した場合、本組合せでは、非晶質硬質炭素膜どうしが摺接する。このため、それぞれにおける摩擦係数の低減効果が相乗的に発揮され、より摩擦係数を低減することができる。

( 7 ) 本発明の第三の摺動部材の組合せは、上記本発明のピストンと、上記本発明のシリンダと、力らなる。例えば、本発明のピストンとして、ピストン本体のピストンスカート部に非晶質硬質炭素膜が形成された態様を採用した場合、本組合せでは、非晶質硬質炭素膜どうしが摺接する。このため、それぞれにおける摩擦係数の低減効果が相乗的に発揮され、より摩擦係数を低減することができる。

( 8 ) 本発明の第四の摺動部材の組合せは、上記本発明のピストンと、上記本発明のピストンピンと、からなる。例えば、本発明のピストンとして、ピストンピン穴に非晶質硬質炭素膜が形成された態様を採用し、かつ、本発明のピストンピンとして、ビストンピン本体の外周面に非晶質硬質炭素膜が形成された態様を採用した場合、本組合せでは非晶質硬質炭素膜どうしが摺接する。このため、それぞれにおける摩擦係数の低減効果が相乗的に発揮され、より摩擦係数を低減することができる。発明の効果

本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンは、いずれも、 S i含有量が 1 a t %以上 2 0 a t %以下であり、かつ表面粗さが Rzjis 0 . 5 ； um以下の非晶質硬質炭素膜を備える。非晶質硬質炭素膜の表面粗さが小さいため、潤滑油による潤滑割合が増加する。また、非晶質硬質炭素膜は S iを含むため、境界摩擦も低減する。よって、非晶質硬質炭素膜が摺動面となるよう本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンを用いれば、潤滑油中の添加剤の吸着、反応に依存することなく、低摩擦係数を実現できる。また、これらを適宜組み合わせて用いることで、より一層、摩擦係数を低減することができる。図面の簡単な説明

図 1は、ビストンが配置されたシリンダの透過斜視図である。

図 2は、同ビストンに組み付けられたトツプリングの斜視図である。

図 3は、直流プラズマ CVD成膜装置の概略図である。

図 4は、リング ·オン ·プロック型摩擦試験機の概略図である。

図 5は、 DLC— S i膜の表面粗さと摩擦係数との関係を示すグラフである。図 6は、被膜の表面粗さと摩擦係数との関係を示すグラフである。

図 7は、往復摺動試験機の概略図である。

図 8は、往復摺動試験における摩擦係数の測定結果を示すグラフである（ェンジン油）。

図 9は、往復摺動試験における摩擦係数の測定結果を示すグラフである（軽油）。

符号の説明

1 ：シリンダ 1 0 ：シリンダ本体 1 1 ：内周面

2 ：ピストン 20 ：ピストン本体 21 ：ピストンリング溝

22 : ピストンスカート部 23 : ピストンピン穴 24 : ピストンピン 30 : トップリング 3 1 :セカンドリング 32 :オイルリング

300 ：トツプリング本体 301 :外周面 302 :上面 303 :下面 4 ：直流プラズマ CVD成膜装置

40 ：容器 41 ：基台 42 :ガス導入管 43 ：ガス導出管

44 ：ステンレス製陽極板 45 ：基材 5 ：リング 'オン .プロック型摩擦試験機

5 0 ：プロック試験片 5 1 ：リング試験片 5 2 ：オイルバス

5 0 0 :被膜

6 ：往復摺動試験機

6 0 ：シリンダ想定材 6 1 ：リング想定材 6 2 ：オイル供給パイプ発明を実施するための最良の形態

以下、本発明のビストンリング、ビストン、シリンダ、ビストンピンについて詳細に説明する。最初に、本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ビストンピンに共通する事項をまとめて説明する。次に、本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンのそれぞれに特有の事項を個別に説明する。また、最後に、本発明の摺動部材の組合せについて説明する。

〈共通事項〉

本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンは、いずれも潤滑油を用いた湿式条件で使用される。潤滑油には、通常用いられるエンジン油を用いればよい。

本発明のビストンリング、ビストン、シリンダ、ビストンピンが備える非晶質硬質炭素膜は、炭素（C ) 、水素（H) 、 S iを含む。 S i含有量は、 1 a t % 以上 2 0 a t %以下である。 S i含有量が 1 a t %未満の場合には、境界摩擦の低減効果が小さい。境界摩擦をより低減するためには、 S i含有量を 5 a セ％以上、さらには 6 a t %以上とすることが望ましい。また、実用的な成膜速度を得るという観点では、 S i含有量を 5 a t %より多くすることが望ましい。一方、 S i含有量が 2 0 a t %を超えると、非晶質硬質炭素膜の摩耗量が増加してしまう。耐摩耗性およぴ耐焼付き性を考慮した場合には、 S i含有量を 9 . 8 a t % 以下とすることが望ましい。 9 . 5 a t %以下とするとより好適である。

また、 H含有量は、 2 0 a t %以上 4 0 a t %以下とするとよい。 H含有量が 2 0 a t %未満の場合には、非晶質硬質炭素膜の硬さは大きくなるが、密着力や靱性が低下する。 H含有量を 2 5 a t %以上とすると好適である。反対に、 H含有量が 4 0 a t %を超えると、非晶質硬質炭素膜の硬さが小さくなり、耐摩耗性が低下する。 H含有量を 35 a t%以下とすると好適である。

非晶質硬質炭素膜の表面粗さは、 RzjisO. 5 ;um以下である。表面粗さが R zjisO. 5 μπιを超えると、潤滑油による潤滑割合の増加は期待できず、摩擦係数を低減することができない。好ましくは、表面粗さを RzjisO. 45 m以下とする。さらに RzjisO. 3 im以下とするとより好適である。表面粗さの算出方法は、 J I S B 0601 (1994) に規定された方法に従う。

非晶質硬質炭素膜の硬さは、特に限定されるものではない。例えば、耐摩耗性等を考慮した場合には、 1 5 GP a以上であるとよい。本明細書では非晶質硬質炭素膜の硬さとして、ナノインデンター試験機（株式会社東陽テク二力製 MT S) による測定値を採用する。

非晶質硬質炭素膜は、プラズマ CVD法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等、既に公知の CVD法、 PVD法により形成することができる。しかし、スパッタリング法に代表されるように、 PVD法では成膜原料に指向性がある。よって、均一に成膜するためには、装置内に複数のターゲットを配置したり、成膜する基材を回転させることが必要となる。その結果、成膜装置の構造が複雑化し、高価になる。また、シリンダの内周面等、基材の形状によっては成膜し難い場合がある。一方、プラズマ CVD法は、反応ガスにより成膜するため、複雑な形状のものにでも容易に成膜することができる。また、成膜装置の構造も単純で安価である。プラズマ CVD法には、例えば、高周波放電を利用する高周波プラズマ CVD法や、直流放電を利用する直流プラズマ CVD法等がある。特に、直流プラズマ C V D法は、成膜装置を真空炉と直流電源とから構成することができるため好適である。また、直流プラズマ CVD法は、ピストンリングの外周面と二つの対向面とを同時に成膜でき、シリンダの内周面に対しても容易に成膜できるため好適である。

例えば、非晶質硬質炭素膜を、直流プラズマ CVD法により成膜する場合には、まず、真空容器内に基材を配置して、反応ガスおよびキャリアガスを導入する。そして、放電によりプラズマを生成させ、反応ガス中のプラズマイオン化された C、 CH、 S i等を基材に付着させればよい。反応ガスには、メタン（CH₄) 、アセチレン（C₂H₂) 等の炭化水素ガス、 S i (CHa) 4 [TMS] 、 S i H₄、 S i C 1 4、 S i H ₂ F ₄等の珪素化合物ガス、および水素ガスを用い、キャリアガスにはアルゴンガスを用いればよレ、。

本発明のビストンリング、ビストン、シリンダ、ビストンピンが、各々の非晶質硬質炭素膜を摺動面として相手材と摺接した場合、含有される S iにより非晶質硬質炭素膜の表面にはシラノールが生成される。シラノールの生成は、例えば、誘導体化法を利用した X P S分析により検出することができる。誘導体化 X P S 分析は、次の手順で行う。まず、反応試薬のトリデカフルオロー 1， 1 , 2 , 2 —テトラヒドロォクチル一ジメチルクロロシランが入った硫酸中に、摺動後の非晶質硬質炭素膜を 1時間浸漬する。この時、シラノールが生成していれば、膜表面の O H基と反応試薬中の C 1とが反応し脱塩酸される。次に、非晶質硬質炭素膜を取り出し、クロ口ホルムにより充分洗浄する。その後、卩分析にょり量を求めることで、シラノール量を定量することができる。

〈ビストンリング〉

本発明のピストンリングは、ピストンリング本体と、ピストンリング本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなる。ピストンリング本体の材質としては、炭素鋼、合金鋼、錶鉄等の鉄系材料が望ましい。非晶質硬質炭素膜は、シリンダとの摩擦係数を低減するためには、ピストンリング本体の外周面に形成されることが望ましい。また、ピストンリング溝との摺接による焼付きや摩耗を抑制するためには、ピストンの往復動方向に対向する二つの対向面に形成されることが望ましい。ビストンリングの焼付きや摩耗が抑制されることで、ピストンリング溝に通常施されるアルマイト等の耐摩耗処理が不要となり、コストを低減することができる。このように、非晶質硬質炭素膜は、ピストンリング本体の外周面およびビストンの往復動方向に対向する二つの対向面、力 ^選ばれる少なくとも一面に形成されることが望ましい。

一般に、自動車エンジンの寿命は 3 0万 k m以上と言われている。このため、ピストンリングにも高い耐久性が要求される。よって、非晶質硬質炭素膜の膜厚は、摩耗等を考慮すると、 2 μ πι以上とすることが望ましい。 5 /z m以上とすると、より好適である。

摺動面圧が 1 0 O M P a以上と高い摺動環境では、ビストンリング本体から非晶質硬質炭素膜が剥離し易い。非晶質硬質炭素膜の剥離を抑制するためには、ピストンリング本体と非晶質硬質炭素膜との密着力を 2 ON以上（後述するスクラツチ試験法による。）とすることが望ましい。また、摺動面圧が 100 OMP a 以上の摺動環境で使用する場合には、密着力を 3 ON以上（同スクラッチ試験法による。）とすることが望ましい。ピストンリング本体と非晶質硬質炭素膜との密着力には、通常のスクラッチ試験による膜の剥離荷重を採用する。すなわち、頂角 1 20度、先端半径 0. 2mmのダイヤモンドコーンに荷重をかけて膜を引搔き、膜が剥離した時の荷重を密着力とする。

ビストンリング本体と非晶質硬質炭素膜との密着性を向上させるという観点から、非晶質硬質炭素膜が形成されるピストンリング本体の表面には、予めイオン衝撃法による凹凸形成処理が施されていることが望ましい。凹凸形成処理により、ピストンリング本体の表面は、平均高さが 10 nm以上 100 nm以下、平均幅が 300 nm以下の凸部をもつ凹凸面となる。この凹凸面に非晶質硬質炭素膜を形成することで、密着性が向上する。形成された凹凸面の凸部は半球状である。この半球状の凸部の底から頂点までの距離を、凸部の高さとする。また、半球状の凸部の底の最大径（凸部の底面形状が真円の場合は直径、凸部の底面形状が楕円の場合は長軸径）に相当する水平方向の距離を、凸部の幅とする。

この場合、平均高さが 10 nm未満では、機械的なアンカー効果が得られず、密着性の向上効果が充分ではない。一方、 l O O nmを越えると、平滑な非晶質硬質炭素膜を成膜し難くなる。なお、平均高さを 20 nm以上 70 nm以下とすると、より密着性が向上する。また、平均幅が 300 nmを越えると、アンカー効果が得られず、密着性の向上効果が充分ではない。凸部の高さ、幅は、走査型電子顕微鏡 (SEM) 、原子間力顕微鏡（AFM) 等により測定すればよい。また、凹凸面に占める凸部の面積割合は、凹凸面の面積を 100%とした場合に 30%以上であるとよい。凸部の面積割合を 30%以上とすることで、非晶質硬質炭素膜の密着性向上効果を充分発揮させることができる。

イオン衝撃法の手順は以下の通りである。まず、密閉容器内にピストンリング本体を設置し、容器内のガスを排気して所定のガス圧とする。ガス圧は、 0. 1 3 P a以上 2666 P a以下とすることが望ましい。ガス圧力が 0. 1 3 P a未満では、ピストンリング本体を充分に加熱することができない。 2 6 6 6 P aを越えると、微細な凹凸を形成することができない。次に、凹凸形成処理用ガスを導入する。この凹凸形成処理用ガスには、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンから選ばれる一種または二種以上からなる希ガスを利用すればよい。また、希ガスに水素を加えると、ピストンリング本体の表面の酸化を抑制することができる。次に、イオン衝撃を与える。イオン衝撃を与える手段としては、グロ一放電またはイオンビームを利用すればよい。放電電圧 2 0 0〜 1 0 0 0 V、電流 0 . 5〜3 . O Aで、 3 0〜 6 0分間イオン衝撃を行うと、均一で微細なナノメートルオーダの凹凸を形成することができる。また、イオン衝撃を与えている時に、ピストンリング本体の硬さが低下しない温度（2 0 0 °C以上は必要）にまで加熱すると、さらに均一で微細な凹凸を形成することができる。また、ピストンリング本体の表面に、均一で微細な凹凸を形成するため、凹凸形成処理の前に、窒化処理を施しておくことが望ましい。窒化処理の方法としては、例えば、ガス窒化法、塩浴窒化法、イオン窒化法がある。窒化処理の後、その表面を表面粗さが R zjis O . 5 z m以下となるよう研磨加工して、上述したィオン衝撃を加えればよい。

本発明のビストンリングの相手材となるビストン、シリンダの材質は、铸鉄、アルミニウム合金等の金属や、超硬、アルミナ、窒化珪素等のセラミックスが望ましい。また、後述するように、相手材も、 S i含有量 1 a t %以上 2 0 a t % 以下、表面粗さ R zjis O . 5 μ πι以下の非晶質硬質炭素膜を備え、両者ともに、同膜を摺動面とする場合には、より摩擦係数が低減され好適である。

〈ビストン〉

本発明のピストンは、ピストン本体と、ピストン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなる。ピストン本体の材質としては、ァルミニゥム合金（A C 8 A等）、錄鉄等が望ましい。

非晶質硬質炭素膜は、シリンダとの摩擦係数を低減するためには、ピストン本体のピストンスカート部に形成されることが望ましい。また、ピストンリングとの摺接による焼付きや摩耗を抑制するためには、ビストンリング溝に形成されることが望ましい。さらに、ピストンピンとの摺接による焼付きや摩耗を抑制するためには、ピストンピン穴に形成されることが望ましい。このように、非晶質硬質炭素膜は、前記ピストン本体のピストンリング溝、ピストンスカート部、およびビストンピン穴から選ばれる少なくとも一箇所に形成されることが望ましい。非晶質硬質炭素膜の膜厚は、摩耗等を考慮すると、 Ι μ πι以上とすることが望ましい。 3 以上とするとより好適である。なお、ピストンは、ピストンリングに比べて摺動面圧が小さいため摩耗し難い。このため、ピストンでは、ピストンリングの非晶質硬質炭素膜よりも膜厚を小さくしても構わない。

摺動面圧が 1 0 0 M P a以上と高い摺動環境では、ビストン本体から非晶質硬質炭素膜が剥離し易い。非晶質硬質炭素膜の剥離を抑制するためには、ピストン本体と非晶質硬質炭素膜との良好な密着性が必要となる。例えば、アルミニウム合金の硬さは H V 1 0 0前後であり、鋼材の硬さよりも小さい。このため、上述したスクラッチ試験法では、密着性の評価が難しい。また、铸鉄はグラフアイトを含んだ組織であるため、アルミニウム合金と同様に、スクラッチ試験法では密着性の評価が難しい。よって、例えば、ピストン本体がアルミニウム合金または錶鉄からなる場合には、口ックウエル圧痕試験法により密着性を評価する。

ロックウェル圧痕試験法は、円錐型ダイヤモンド圧子（ロックウェル Cスケール圧子）に荷重を 1 0 0〜 1 5 0 O N負荷し、その圧痕周辺の膜の剥離状態から密着性を評価する方法である。口ックウエル圧痕試験法は、ドィッで D I N規格ィ匕されようとしている。例えば、 W. Heinke et al, 「Evaluation of PVD nitrid e coatings, using impact, scratch and Rock ell-C adhesion testsj , Thin So lid Films, 270 (1995)p. 431- 438に記載されているように、圧痕周辺に膜の剥離が見られない場合（H F 1〜4 ) には、密着性は良好と評価される。一方、膜の剥離が見られる場合（H F 5、 6 ) には、密着性は不良と評価される。したがつて、ピストン本体がアルミニウム合金または錄鉄からなる場合には、ピストン本体と非晶質硬質炭素膜との密着状態は、 1 5 0 O Nの荷重を負荷したロックゥェル圧痕試験による評価で、 H F 1〜4の状態であることが望ましい。

本発明のビストンの相手材となるシリンダ、ピストンリング、ビストンピンの材質は、炭素鋼、合金鋼、铸鉄、アルミニウム合金等の金属や、超硬、アルミナ、窒化珪素等のセラミックスであるとよい。また、相手材も、 S i含有量 1 a t % 以上 2 0 a t %以下、表面粗さ Rzjis O . 5 πι以下の非晶質硬質炭素膜を備え、両者ともに、同膜を搢動面とする場合には、より摩擦係数が低減され好適である。

〈シリンダ〉

本発明のシリンダは、シリンダ本体と、シリンダ本体の内周面に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなる。シリンダ本体の材質としては、アルミニウム合金

(A 3 9 0、 A C 4 C等）、錄鉄等が望ましい。シリンダ本体は、シリンダブ口ックと一体に形成されるものでもよく、シリンダライナとして別に形成されるものでもよい。本発明のシリンダの大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、シリンダ本体のアスペクト比 [長さ Lと内径 Dとの比（L ZD) ] が 0 . 8以上の場合には、直流プラズマ C V D法により成膜する利点が大きい。

非晶質硬質炭素膜の膜厚は、摩耗等を考慮すると、 2 μ ηι以上とすることが望ましい。 5 i m以上とするとより好適である。

摺動面圧が 1 0 O M P a以上と高い摺動環境では、シリンダ本体から非晶質硬質炭素膜が剥離し易い。非晶質硬質炭素膜の剥離を抑制するためには、シリンダ本体と非晶質硬質炭素膜との良好な密着性が必要となる。例えば、シリンダ本体がアルミニウム合金または鎳鉄からなる場合には、密着性は、上述したように、ロックウェル圧痕試験法により評価される。すなわち、シリンダ本体と非晶質硬質炭素膜との密着状態は、 1 5 0 O Nの荷重を負荷したロックゥヱル圧痕試験による評価で、 H F 1〜4の状態であることが望ましい。

本発明のシリンダの相手材となるビストンリング、ビストンの材質は、炭素鋼、合金鋼、錄鉄、アルミニウム合金等の金属や、超硬、アルミナ、窒化珪素等のセラミックスであるとよい。また、相手材も、 S i含有量 1 a t %以上 2 0 a t % 以下、表面粗さ Rzjis O . 5 z m以下の非晶質硬質炭素膜を備え、両者ともに、同膜を摺動面とする場合には、より摩擦係数が低減され好適である。

〈ビストンピン〉

本発明のピストンピンは、ピストンピン本体と、ピストンピン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなる。ピストンピン本体の材質としては、炭素鋼、合金鋼、錶鉄等の鉄系材料が望ましい。非晶質硬質炭素膜は、ピストンとの摩擦係数を低減するためには、ピストンピン本体の外周面に形成されることが望ましい。

非晶質硬質炭素膜の膜厚は、摩耗等を考慮すると、 1 μ ιη以上とすることが望ましい。 3 以上とすると、より好適である。また、摺動面圧が 5 0 M P a以上と高い摺動環境では、ビストンピン本体から非晶質硬質炭素膜が剥離し易い。非晶質硬質炭素膜の剥離を抑制するためには、ピストンピン本体と非晶質硬質炭素膜との密着力を 1 O N以上（前述したスクラッチ試験法による。）とすることが望ましい。また、搢動面圧が 1 0 O M P a以上の摺動環境で使用する場合には、密着力を 2 O N以上（同スクラッチ試験法による。）とすることが望ましい。本発明のビストンピンの相手材となるビストンの材質は、アルミニウム合金、鎵鉄等が望ましい。また、相手材も S i含有量 1 a セ％以上2 0 t %以下、表面粗さ Rzjis O . 5 μ πχ以下の非晶質硬質炭素膜を備え、両者ともに、同膜を摺動面とする場合には、より摩擦係数が低減され好適である。

以上、本発明のビストンリング、ビストン、シリンダ、ビストンピンの実施形態を説明した。しかし、本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

〈摺動部材の組合せ〉

上述した本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンは、それぞれを適宜組み合わせて使用することが望ましい。例えば、本発明のピストンリングと本発明のビストンとを組合せた態様、この態様にさらに本発明のシリンダを組合せた態様、本発明のビストンリングをピストンリング溝に組み付けたピストンと本発明のシリンダとを組合せた態様、本発明のピストンと本発明のシリンダとを組合せた態様、本発明のビストンピンと本発明のビストンとを組合せた態様等が挙げられる。

以下に、本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンの組合せの一実施形態を示す。図 1に、ピストンが配置されたシリンダの透過斜視図を示す。図 2に、同ビストンに組み付けられたトツプリングの斜視図を示す。

図 1に示すように、シリンダ 1内に、ピストン 2が上下方向に往復動可能に配置される。シリンダ 1を構成するシリンダ本体 1 0の内周面 1 1には、 S i含有量 1 a t %以上 2 0 a t %以下、表面粗さ Rzjis 0 . 5 μ m以下の非晶質硬質炭素膜（図略）が形成される。ピストン 2を構成するピストン本体 2 0は、ピストンリング溝 2 1、ピストンスカート部 2 2、ピストンピン穴 2 3とを持つ。ビストンスカート部 2 2およびピストンピン穴 2 3には、同非晶質硬質炭素膜（図略）が形成される。ピストンピン穴 2 3には、ピストンピン 2 4が取り付けられる。ピストンピン 2 4の外周面には、同非晶質硬質炭素膜（図略）が形成される。ピストンリング溝 2 1には、上から順にトップリング 3 0、セカンドリング 3 1、オイルリング 3 2がそれぞれ組み付けられる。トップリング 3 0、セカンドリング 3 1、オイルリング 3 2は、本発明のビストンリングに含まれる。図 2に示すように、トップリング 3 0を構成するトップリング本体 3 0 0は、外周面 3 0 1と上面 3 0 2と下面 3 0 3とを持つ。トツプリング本体 3 0 0は、本発明のピストン-リング本体に含まれる。また、上面 3 0 2と下面 3 0 3とは、ピストン 2の往復動方向に対向する二つの対向面に相当する。外周面 3 0 1には、同非晶質硬質炭素膜（図略）が形成される。また、トップリング 3 0と同様に、セカンドリング 3 1、オイルリング 3 2の外周面にも同非晶質硬質炭素膜（図略）が形成される。

ピストン 2は、潤滑油の存在下でシリンダ 1内を上下方向に往復動する。この際、シリンダ本体 1 0の内周面 1 1に形成された非晶質硬質炭素膜と、ピストンリング 3 0、 3 1、 3 2の各外周面に形成された非晶質硬質炭素膜、およびビストンスカート部 2 2に形成された非晶質硬質炭素膜とが、それぞれ摺接する。また、ピストンピン穴 2 3に形成された非晶質硬質炭素膜と、ピストンピン 2 4の外周面に形成された非晶質硬質炭素膜とが摺接する。ここで、非晶質硬質炭素膜の表面粗さは Rzjis O . 5 μ πι以下と小さいため、固体一固体接触による境界摩擦の割合は少なく、潤滑油による潤滑割合が多くなる。また、摺接時に非晶質硬質炭素膜の表面にシラノールが生成されることにより、境界摩擦も大幅に低減する。よって、潤滑油による潤滑割合の増加および境界摩擦の低減の両作用により、ピストンリング 3 0、 3 1、 3 2およびピストン 2と、シリンダ 1との摩擦係数は低減する。同様に、ピストンピン穴 2 3とピストンピン 2 4との摩擦係数も低減する。また、非晶質硬質炭素膜は摩耗し難いため、ピストンリング 3 0、 3 1、 3 2、ピストン 2、ピストンピン 2 4、およぴシリンダ 1は、耐摩耗性に優れる。以上、本発明のビストンリング、ビストン、シリンダ、ビストンピンの組合せの実施形態を説明した。しかし、本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ビストンピンの各構成および組合せは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ピストンリング 3 0、 3 1、 3 2、ピストン 2、ピストンピン 2 4、シリンダ 1を、それぞれ本発明のピストンリング、ピストン、シリンダ、ピストンピンで構成した。し力し、ピストンリング 3 0、 3 1、 3 2、ピストン 2、ピストンピン 2 4、シリンダ 3のいずれかを、従来のものと置き換えて構成してもよレ、。

また、上記実施形態では、ピストンリング 3 0、 3 1、 3 2の外周面に非晶質硬質炭素膜を形成した。しかし、ピストンリングにおける非晶質硬質炭素膜の形成箇所は、外周面に限定されるものではない。例えば、前出図 2に示すように、上面 3 0 2や下面 3 0 3に形成してもよい。また、使用する全てのピストンリングに非晶質硬質炭素膜を形成する必要はない。複数のピストンリングのうち、一部のものだけに非晶質硬質炭素膜を形成してもよい。

上記実施形態では、ビストンスカート部 2 2およびビストンピン穴 2 3に非晶質硬質炭素膜を形成した。しかし、ピストンにおける非晶質硬質炭素膜の形成箇所は、上記箇所に限定されるものではない。非晶質硬質炭素膜を、上記箇所に加えてピストンリング溝 2 1に形成してもよく、ピストンリング溝 2 1、ピストンスカート部 2 2、ビストンピン穴 2 3のいずれか一箇所に形成してもよい。実施例

上記実施形態に基づいて、基材の表面に種々の非晶質硬質炭素膜を形成した。そして、二種類の摺動試験を行って、各非晶質硬質炭素膜の摩擦特性を評価した。以下、各摺動試験おょぴ摩擦特性の評価について説明する。

( 1 ) リング ·オン ·ブロック型摩擦試験機による摺動試験

( a ) S i含有非晶質硬質炭素膜（以下、適宜「D L C— S i膜」と称す。 ) の形成図 3に示す直流プラズマ CVD (PCVD) 成膜装置を用いて、基材の表面に DLC— S i膜を形成した。図 3に示すように、直流プラズマ CVD成膜装置 4 は、ステンレス製の容器 40と、基台 41と、ガス導入管 42と、ガス導出管 4 3とを備える。ガス導入管 42は、パルプ（図略）を介して各種ガスボンベ（図略）に接続される。ガス導出管 43は、パルプ（図略）を介してロータリーボンプ（図略）および拡散ポンプ（図略）に接続される。

まず、容器 40内に設置された基台 41の上に、基材 45を配置した。基材 4 5は、マルテンサイト系ステンレス鋼 SUS 440 C (焼入れ焼戻し品 HRC 58) 製のプロック試験片（6. 3mmX 1 5. 7mmX 10. 1 mm) とした。次に、容器 40を密閉し、ガス導出管 43に接続されたロータリーポンプおょぴ拡散ポンプにより、容器 40内のガスを排気した。容器 40内にガス導入管 42 から水素ガスを 1 5 s c c m導入し、ガス圧を約 1 33 P aとした。その後、容器 40の内側に設けたステンレス製陽極板 44と基台 41との間に 200 Vの直流電圧を印加して、放電を開始した。そして、基材 45の温度が 500°Cになるまで、イオン衝撃による昇温を行った。次に、ガス導入管 42から、窒素ガス 5 00 s c cmおよび水素ガス 40 s c cmを導入し、圧力約 800 P a、電圧 4 00 V (電流 1. 5 A) 、温度 500 °Cでプラズマ窒化処理を 1時間行つた。基材 45の断面組織を観察したところ、窒化深さは 30 μπιであった。

プラズマ窒化処理後、ガス導入管 42から水素ガスとアルゴンガスとを 30 s c c mずつ導入し、圧力約 533 P a、電圧 300V (電流 1. 6 A) 、温度 5 00°Cでスパッタリングし、基材 45の表面に微細な凹凸を形成した（凹凸形成処理）。凸部の幅は 60 nm、高さは 30 nmであった。次に、ガス導入管 42 から反応ガスとして TMSガスを 1 s c c m、およびメタンガスを 100 s c c m導入し、さらに水素ガスとアルゴンガスとを 30 s c cmずつ導入し、圧力約 533 P a、電圧 320 V (電流 1. 8 A) 、温度 500 °Cで成膜した。成膜時間を制御して、膜厚を 2. 7 ΠΙとした。 .

このような方法で、ブロック試験片に表面粗さの異なる三種類 (RzjisO. 1 5 im, 0. 45 μπι、 0. 80 μ m) の D L C— S i膜を形成した。形成した DLC— S i膜を、それぞれ DLC— S i— :！〜 3と番号付けした。これら DL C-S i膜の組成は、 S i ： 6 a t %、 C : 64 a t %、 H : 30 a t %であつた。また、 DLC—S i膜と基材との密着力は、いずれも 50Nであった。 DL C一 S i膜の硬さは、いずれも 1 7GP aであった。以下の摺動試験では、各プロック試験片に形成された DLC— S i膜が、相手材との摺動面となる。

DLC-S i膜中の S i含有量は、電子プローブ微小部分析法（EPMA) 、 X線光電子分光法（XP S) 、ォージェ電子分光法（AES) 、ラザフォード後方散乱法（RB S) により定量した。また、 H含有量は、弾性反跳粒子検出法

(ERDA) により定量した。 ERDAは、 2M e Vのヘリウムイオンビームを被膜表面に照射して、被膜からはじき出される水素を半導体検出器により検出し、被膜中の水素濃度を測定する方法である。

(b) 摺動試験および摩擦特性の評価

作製した各プロック試験片について、リング ·オン ·プロック型摩擦試験機

(LFW— 1、 F ALEX社製）による摺動試験を行った。図 4に、リング ·ォン -ブロック型摩擦試験機の概略図を示す。図 4に示すように、リング ·オン · ブロック型摩擦試験機 5は、プロック試験片 50と、相手材となるリング試験片 51とから構成される。ブロック試験片 50とリング試験片 51とは、ブロック試験片 50に形成された被膜 500とリング試験片 5 1とが当接する状態で設置される。リング試験片 51はオイルパス 52中に回転可能に設置される。本摺動試験では、リング試験片 5 1として、本摩擦試験機の標準試験片である S— 10 リング試験片（材質： S AE 4620スチール浸炭処理材、形状： φ 35 mm、幅 8. 8mm、 ¾ffiffi_ : RzjisO. 37 m, 0. 86 /m、 1. 95 mの三種類、 FALEX社製）を用いた。また、オイルバス 52には、 80°Cに加熱保持したエンジン油（キャッスルモーターオイル S L 5 W— 30) を用いた。まず、無負荷の状態で、リング試験片 51を回転させた。次いで、ブロック試験片 50の上から 30 ONの荷重（ヘルツ面圧 31 OMP a) をかけ、プロック試験片 50とリング試験片 5 1とを摺動速度 0. 3 mZ sで 30分間摺動させた後、摩擦係数を測定した。ここで、ヘルツ面圧とは、プロック試験片 50とリング試験片 51との接触部の弾性変形を考慮した実接触面の圧力の最大値である。図 5に、各プロック試験片の摩擦係数の測定結果を示す。図 5の横軸は、各プロック試験片の摺動前の D L C— S i膜の表面粗さである。

図 5に示すように、 DLC— S i膜の表面粗さが RzjisO. δ θ μηχの場合、相手材の表面粗さに関わらず、摩擦係数は大きかった。しかし、 RzjisO. 45 なると、摩擦係数は低下し、さらに RzjisO. 1 5 _μπιでは、摩擦係数は大幅に低下した。また、摩擦係数の低下割合は、相手材の表面粗さが小さいほど大きくなつた。具体的には、相手材の表面粗さが RzjisO. 37 μπιの場合、 DL C一 S i膜の表面粗さを RzjisO. 45 111から0. 1 5 μπιにすることで、摩擦係数は約 50 %低下した。これより、 S i含有量 1 a t %以上 20 a t %以下、表面粗さ RzjisO. 5 um以下の DLC— S i膜を摺動面とすることにより、摩擦係数を低減できることがわかる。特に、表面粗さを RzjisO. 3 zm以下とすると、摩擦係数の低減効果が大きいことがわかる。

また、比較のため、 DLC— S i膜を形成したのと同様のブロック試験片に、 3 1を含有しなぃ01^0膜（以下、単に「DLC膜」と称す。）を、マグネトロンスパッタリング（SP) 法により成膜した。形成した DLC膜は、表面粗さの異なる三種類であり、各々を DLC_ 1〜3と番号付けした。同様に、ブロック試験片に、ホロ力ソード（HCD) 法により C r N膜を成膜した。形成した C r N膜は、表面粗さの異なる三種類であり、各々を C r N— 1〜3と番号付けした。

DLC膜、 C r N膜を形成した各ブロック試験片と、被膜を形成しないブロック試験片自体について、上記同様のリング ·オン ·プロック型摩擦試験機による摺動試験を行った。図 6に、各プロック試験片の摩擦係数の測定結果を、上記 D LC-S i膜を形成したプロック試験片の測定結果を含めて示す。図 6の横軸は、各ブロック試験片の摺動前の摺動面の表面粗さである。図 6には、リング試験片の表面粗さが RzjisO. 37 の場合、および Rzjisl . 95 μ mの場合の測定結果が示されている。つまり、図 6中、各ブロック試験片における同一の表面粗さのプロットのうち、摩擦係数の高い方が Rzjisl . 95 μπι、低い方が Rzj isO. 37 μπιの結果である。また、表 1に、各ブロック試験片に形成された被膜の厚さ、表面粗さ、密着力をまとめて示す。なお、被膜が形成されていないブロック試験片自体（SUS 440 C) は、表面粗さの違いにより SUS 440 C — 1、 2として示す。 [表 1]

図 6に示すように、 DLC膜、 C r N膜、 SUS 440 Cでは、表面粗さを小さくしても、摩擦係数はあまり低下しなかった。これに対して、 DLC— S i膜では、上述したように、表面粗さを Rzjis 0. 5 μηι以下と小さくすることにより、摩擦係数は大幅に低下した。これは、潤滑油による潤滑割合の増加に加え、境界摩擦の低減効果が発揮されたためと考えられる。

(2) 往復摺動試験機による摺動試験

ビストンリングとシリンダとの摺動を想定した往復摺動試験機により摺動試験を行った。図 7に、往復摺動試験機の概略図を示す。図 7に示すように、往復摺動試験機 6は、シリンダ想定材 60と、リング想定材 6 1とから構成される。シリンダ想定材 60の材質は、鏡鉄であり、リング想定材 6 1の材質は、窒化鋼である。リング想定材 6 1は、シリンダ想定材 60の内側に摺接しながら上下方向に往復する。シリンダ想定材 60とリング想定材 6 1との摺動部には、オイル供給パイプ 62から潤滑油が供給される。

摺動試験は、温度 90 °C、シリンダ想定材 60にリング想定材 6 1を荷重 10 0 N (ヘルツ面圧 1 6 OMP a) で押圧した状態で、リング想定材 6 1を往復動させて行った。この際、供給する潤滑油を変えて、一つは、エンジン油（キヤッスルモーターオイル S L 5W— 30) 下で行い、もう一つは軽油（J I S 2号）下で行った。そして、リング想定材 6 1の往復サイクルを、 500、 1000、 1 200、 1400 c p m (cycles per minute) と変ィ匕させ、各々の在¾サイクルにおける摩擦係数を測定した。各々の往復サイクルにおける摩擦係数の平均値を、平均摩擦係数として採用した。

摺動試験におけるシリンダ想定材 60、リング想定材 6 1の各搢動面は、 ( i ) 被膜形成無し [鍚鉄/窒化鋼] 、（ i i ) シリンダ想定材のみに D LC- S i膜形成 [DLC— S iZ窒化鋼] 、. （i i i) シリンダ想定材およびリング想定材の両方に DLC— S i膜形成 [DLC— S i /DLC-S i] 、の三種類の組合せとした。 DLC—S i膜の形成は、上記（1) (a) の方法に準じて行つた。表 2に、上記組合せにおけるシリンダ想定材およびリング想定材の摺動面の表面粗さを示す。また、図 8に、エンジン油下での摩擦係数の測定結果を示す。図 9に、軽油下での摩擦係数の測定結果を示す。

2]

まず、図 8に示すように、シリンダ想定材およびリング想定材の少なくとも一方に DLC— S i膜を形成することで、エンジン油下での摩擦係数は低下した。例えば、シリンダ想定材の摺動面を DLC— S i膜とした場合（DLC— S iZ 窒化鋼）、摩擦係数は平均して約 10%低下した。また、シリンダ想定材およびリング想定材の両摺動面を DLC—S i膜とした場合（DLC—S i/DLC— S i) , 摩擦係数は平均して約 40 %低下した。このように、 D L C— S i膜どうしを摺動させた場合には、摩擦係数の低減効果が大きいことがわかる。

次に、図 9に示すように、軽油下でも、シリンダ想定材ぉょぴリング想定材の少なくとも一方に DLC—S i膜を形成することで、摩擦係数は低下した。被膜無しの場合 [錄鉄/窒化鋼] で比較すると、軽油を用いた場合には、エンジン油を用いた場合（図中破線で示す）よりも摩擦係数が上昇した。しかし、シリンダ想定材の摺動面を DLC— S i膜とした場合には（DLC— S iZ窒化鋼）、摩擦係数は大幅に低下し、低下割合は平均して約 40 %となつた。また、シリンダ想定材およびリング想定材の両摺動面を D LC-S i膜とした場合には（D L C -S i/DLC-S i ) 、摩擦係数は平均して約 80%も低下した。以上より、 S i含有量 1 a t %以上 2 O a t %以下、表面粗さ RzjisO. 5 μ m以下の D L C一 S i膜による摩擦低減効果が確認された。また、 DLC_S i膜どうしを摺動させることで、摩擦係数を一層低減できることも確認された。

Claims

請求の範囲

1. 潤滑油を用いた湿式条件で使用されるピストンリングであって、ピストンリング本体と、該ピストンリング本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、

該非晶質硬質炭素膜の S i含有量は 1 a t %以上 20 a t %以下であり、表面粗さは RzjisO. 5 μπι以下であることを特徴とするビストンリング。

2. 前記非晶質硬質炭素膜は、前記ビストンリング本体の外周面およびビストンの往復動方向に対向する二つの対向面、から選ばれる少なくとも一面に形成される請求項 1に記載のビストンリング。

3. 前記ピストンリング本体と前記非晶質硬質炭素膜との密着力は 2 ON以上である請求項 1に記載のビストンリング。

4. 前記非晶質硬質炭素膜が形成されるピストンリング本体の表面は、イオン衝撃法による凹凸形成処理により、平均高さが 1 0 n m以上 100 n m以下、平均幅が 300 nm以下の凸部をもつ凹凸面となっている請求項 1に記載のビストンリング。 .

5. 前記非晶質硬質炭素膜は、直流プラズマ CVD法で形成される請求項 1に記載のビストンリング。

6. 潤滑油を用いた湿式条件で使用されるビストンであって、

ビストン本体と、該ピストン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、

該非晶質硬質炭素膜の S i含有量は 1 a t %以上 20 a t %以下であり、表面粗さは RzjisO. 5 μπι以下であることを特徴とするビストン。

7. 前記非晶質硬質炭素膜は、前記ピストン本体のピストンリング溝、ピストンスカート部、およびビストンピン穴から選ばれる少なくとも一箇所に形成される請求項 6に記載のビストン。

8. 前記非晶質硬質炭素膜は、直流プラズマ CVD法で形成される請求項 6に記載のビストン。

9. 潤滑油を用いた湿式条件で使用されるシリンダであって、シリンダ本体と、該シリンダ本体の内周面に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、

該非晶質硬質炭素膜の S i含有量は 1 a t %以上 20 a t %以下であり、表面粗さは RzjisO. 5 zm以下であることを特徴とするシリンダ。

10. 前記非晶質硬質炭素膜は、直流プラズマ CVD法で形成される請求項 9 に記載のシリンダ。

1 1. 前記シリンダ本体のアスペクト比は 0. 8以上である請求項 9に記載のシリンダ。

1 2. 潤滑油を用いた湿式条件で使用されるピストンピンであって、ビストンピン本体と、該ピストンピン本体の表面の少なくとも一部に形成された非晶質硬質炭素膜と、からなり、

該非晶質硬質炭素膜の S i含有量は 1 a t %以上 20 a t %以下であり、表面粗さは RzjisO. 5 μπι以下であることを特徴とするビストンピン。

1 3. 前記ピストンピン本体と前記非晶質硬質炭素膜との密着力は 1 ON以上である請求項 1 2に記載のビストンピン。

14. 前記非晶質硬質炭素膜は、直流プラズマ CVD法で形成される請求項 1 2に記載のビストンピン。

1 5. 請求項 1に記載のピストンリングと、請求項 6に記載のピストンと、からなる摺動部材の組合せ。

16. 請求項 1に記載のピストンリングが組み付けられたピストンと、請求項 9に記載のシリンダと、からなる摺動部材の組合せ。

1 7. 請求項 6に記載のピストンと、請求項 9に記載のシリンダと、からなる摺動部材の組合せ。

18. 請求項 6に記載のピストンと、請求項 12に記載のピストンピンと、からなる摺動部材の組合せ。