JPH0474584B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0474584B2 JPH0474584B2 JP61027773A JP2777386A JPH0474584B2 JP H0474584 B2 JPH0474584 B2 JP H0474584B2 JP 61027773 A JP61027773 A JP 61027773A JP 2777386 A JP2777386 A JP 2777386A JP H0474584 B2 JPH0474584 B2 JP H0474584B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitride
- piston ring
- titanium
- chromium
- base material
- 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.)
- Expired - Lifetime
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の属する技術分野）
この発明は、耐摩耗性、耐焼付性に優れた皮膜
を有するピストンリングに関する。
を有するピストンリングに関する。
（従来技術と問題点）
耐摩耗性に優れ、且つ相手シリンダ材の摩耗の
少ない硬質クロムめつきが、ピストンリングの表
面処理方法として従来から多く使われている。し
かし、近年エンジンの高出力化や高性能化に伴
い、ピストンリングに要求される条件はますます
過酷なものとなり、従来の硬質クロムめつきでは
対応できない場合があり、更に優れた耐摩耗性、
耐焼付性を有するピストンリングが望まれてい
た。
少ない硬質クロムめつきが、ピストンリングの表
面処理方法として従来から多く使われている。し
かし、近年エンジンの高出力化や高性能化に伴
い、ピストンリングに要求される条件はますます
過酷なものとなり、従来の硬質クロムめつきでは
対応できない場合があり、更に優れた耐摩耗性、
耐焼付性を有するピストンリングが望まれてい
た。
このような要求に対して、イオンプレーテイン
グ法により、摺動面に金属窒化物や金属炭化物な
どの皮膜を形成したピストンリングが提案されて
いる。金属窒化物や金属炭化物は、優れた耐摩耗
性、耐焼付性を示し、特に窒化チタンや窒化クロ
ムなどが注目されはじめている。金属窒化物とし
て窒化チタンを用いた場合、皮膜膜の厚さを
10μm以上にすると表面の粗さがひどくなり、相
手シリンダ材を摩耗させる欠点がある。また、金
属チタンは蒸気圧が低いため皮膜の析出速度が遅
く、長時間かけても厚い皮膜は得にくく、ピスト
ンリングの皮膜として耐久性に問題があつた。一
方、金属窒化物として窒化クロムを用いた場合、
金属クロムの蒸気圧は金属チタンにくらべて高
く、皮膜の析出速度は速いものの、硬度が低く耐
摩耗性、耐焼付性について、窒化チタンよりも劣
るなどの問題点がある。
グ法により、摺動面に金属窒化物や金属炭化物な
どの皮膜を形成したピストンリングが提案されて
いる。金属窒化物や金属炭化物は、優れた耐摩耗
性、耐焼付性を示し、特に窒化チタンや窒化クロ
ムなどが注目されはじめている。金属窒化物とし
て窒化チタンを用いた場合、皮膜膜の厚さを
10μm以上にすると表面の粗さがひどくなり、相
手シリンダ材を摩耗させる欠点がある。また、金
属チタンは蒸気圧が低いため皮膜の析出速度が遅
く、長時間かけても厚い皮膜は得にくく、ピスト
ンリングの皮膜として耐久性に問題があつた。一
方、金属窒化物として窒化クロムを用いた場合、
金属クロムの蒸気圧は金属チタンにくらべて高
く、皮膜の析出速度は速いものの、硬度が低く耐
摩耗性、耐焼付性について、窒化チタンよりも劣
るなどの問題点がある。
（問題点を解決するための手段）
この発明は、ピストンリングの外周摺動面に、
窒化クロムと窒化チタンからなる複合皮膜が形成
されていて、該複合皮膜がピストンリング母材か
ら複合皮膜表面へ向かつて、窒化チタンの比率が
連続的に増大していることを特徴としたピストン
リングを提供することで上記のような問題点を解
決している。
窒化クロムと窒化チタンからなる複合皮膜が形成
されていて、該複合皮膜がピストンリング母材か
ら複合皮膜表面へ向かつて、窒化チタンの比率が
連続的に増大していることを特徴としたピストン
リングを提供することで上記のような問題点を解
決している。
（作用）
本発明の複合層は、窒素ガスの存在する減圧雰
囲気中で、クロムとチタンの合金を蒸発材とし
て、反応性イオンプレーテイング法によつて得る
ことができる。窒素ガス雰囲気中でこのようなイ
オンプレーテイングを行うと、チタンとクロムの
ガスは窒素と反応して、それぞれ窒化チタン、窒
化クロムとなる。チタンとクロムの合金を電子ビ
ームで加熱すると、蒸気圧の高いクロムが先にピ
ストンリングに析出し、合金中のクロムの含有量
が減少するにしたがつて、チタンの析出が連続的
に増えてくる。
囲気中で、クロムとチタンの合金を蒸発材とし
て、反応性イオンプレーテイング法によつて得る
ことができる。窒素ガス雰囲気中でこのようなイ
オンプレーテイングを行うと、チタンとクロムの
ガスは窒素と反応して、それぞれ窒化チタン、窒
化クロムとなる。チタンとクロムの合金を電子ビ
ームで加熱すると、蒸気圧の高いクロムが先にピ
ストンリングに析出し、合金中のクロムの含有量
が減少するにしたがつて、チタンの析出が連続的
に増えてくる。
複合皮膜層の窒化チタンは、前述のとおり優れ
た耐摩耗性、耐焼付性を有しているが、イオンプ
レーテイング法においては析出度が遅く、皮膜の
形成に長時間を要す。
た耐摩耗性、耐焼付性を有しているが、イオンプ
レーテイング法においては析出度が遅く、皮膜の
形成に長時間を要す。
一方、窒化クロムは、窒化チタンにくらべて硬
度が少し低いため耐摩耗性にはやや劣るが、析出
速度は金属チタンに比べて５〜10倍も速い。しか
も、窒化クロムは、皮膜を厚くしても表面が荒れ
ることもなく、相手シリンダ材の摩耗軽減に効果
がある。
度が少し低いため耐摩耗性にはやや劣るが、析出
速度は金属チタンに比べて５〜10倍も速い。しか
も、窒化クロムは、皮膜を厚くしても表面が荒れ
ることもなく、相手シリンダ材の摩耗軽減に効果
がある。
窒化クロム、窒化チタンは、それ自体が硬質で
あるために柔軟性に欠け、運転中に剥離を生ずる
恐れがある。真空容器内に窒素ガスを導入する前
に、イオンプレーテイングを行うと、ピストンリ
ング母材に金属クロムと金属チタンの下地層が形
成される。この下地層は、熱膨張率がピストンリ
ング母材に近く、熱応力の影響を受けにくいた
め、密着性は良く、しかも柔軟性にも富む。下地
層が所定の厚さになつたところで徐々に窒素ガス
を導入してイオンプレーテイングを続けると、蒸
発したクロムとチタンの一部はそれぞれ窒化クロ
ムと窒化チタンに転換する。窒素ガスの分圧が低
いときは転換の割合は少なく、窒素ガス分圧が次
第に高くなるにつれて、転換の割合は多くなる。
このように、硬質の複合皮膜層が、密着性、柔軟
性に富む下地層から連続的に形成されると複合皮
膜層の剥離防止に一層効果がある。
あるために柔軟性に欠け、運転中に剥離を生ずる
恐れがある。真空容器内に窒素ガスを導入する前
に、イオンプレーテイングを行うと、ピストンリ
ング母材に金属クロムと金属チタンの下地層が形
成される。この下地層は、熱膨張率がピストンリ
ング母材に近く、熱応力の影響を受けにくいた
め、密着性は良く、しかも柔軟性にも富む。下地
層が所定の厚さになつたところで徐々に窒素ガス
を導入してイオンプレーテイングを続けると、蒸
発したクロムとチタンの一部はそれぞれ窒化クロ
ムと窒化チタンに転換する。窒素ガスの分圧が低
いときは転換の割合は少なく、窒素ガス分圧が次
第に高くなるにつれて、転換の割合は多くなる。
このように、硬質の複合皮膜層が、密着性、柔軟
性に富む下地層から連続的に形成されると複合皮
膜層の剥離防止に一層効果がある。
（実施例）
本発明に使用したHCD型イオンプレーテイン
グ装置の概要を第２図に示す。
グ装置の概要を第２図に示す。
母材１を母材保持具２で保持し、ヒーター３で
母材１を所定の温度に加熱する。母材１は図示し
ないモーターにより回転する。母材１の下方に
は、蒸発源の金属５を収容する水冷銅ルツボ６が
設置してある。真空容器４の側壁には、窒素ガス
供給口１０とHCD型電子銃８が取り付けてあり、
電子銃８には、プラズマ用アルゴンガスの導入管
９が設けてある。水冷銅ルツボ６と電子銃８の間
には、集束コイル７があつて、電子銃８から射出
された電子ビームを集束して蒸気源の金属５に照
射する。真空容器４内には、図示しない真空ポン
プにより減圧されるようになつている。
母材１を所定の温度に加熱する。母材１は図示し
ないモーターにより回転する。母材１の下方に
は、蒸発源の金属５を収容する水冷銅ルツボ６が
設置してある。真空容器４の側壁には、窒素ガス
供給口１０とHCD型電子銃８が取り付けてあり、
電子銃８には、プラズマ用アルゴンガスの導入管
９が設けてある。水冷銅ルツボ６と電子銃８の間
には、集束コイル７があつて、電子銃８から射出
された電子ビームを集束して蒸気源の金属５に照
射する。真空容器４内には、図示しない真空ポン
プにより減圧されるようになつている。
真空容器４内にアルゴンガスを導入し１×
10-2torr程度に減圧してボンバードにより、母材
１の表面のクリーニングを行う。
10-2torr程度に減圧してボンバードにより、母材
１の表面のクリーニングを行う。
つぎに、真空容器４内に窒素ガスを導入し、３
×10-3torr程度に減圧した後、HCD型電子銃８
により蒸発源の金属５を加熱し、蒸発させる。蒸
発した金属５は容器内の窒素と反応して、母材１
に金属窒化物の皮膜を形成する。
×10-3torr程度に減圧した後、HCD型電子銃８
により蒸発源の金属５を加熱し、蒸発させる。蒸
発した金属５は容器内の窒素と反応して、母材１
に金属窒化物の皮膜を形成する。
呼び径×幅×厚さが、φ86mm×２×３のSKD−
61材のピストンリングを複数本重ねて母材１とし
て、下記の条件で反応性イオンプレーテイングを
実施した。
61材のピストンリングを複数本重ねて母材１とし
て、下記の条件で反応性イオンプレーテイングを
実施した。
母材温度： 400℃
ビーム出力： 30V−300A
収束電流： 150A
窒素ガス分圧： ３×10-3torr
蒸発源： 50wt％Cr−Ti合金
処理時間： 60分
この処理により、ピストンリングの外周摺動面
に、窒化クロムと窒化チタンからなる厚さが
40μmの複合皮膜が得られた。
に、窒化クロムと窒化チタンからなる厚さが
40μmの複合皮膜が得られた。
（効 果）
比較のため、蒸発源に単体の金属チタンを用い
て実施例と同じ条件でイオンプレーテイングを行
つたが、複合皮膜の厚さは、10μm程度にしかな
らなかつた。
て実施例と同じ条件でイオンプレーテイングを行
つたが、複合皮膜の厚さは、10μm程度にしかな
らなかつた。
本発明によるピストンリングは、ピストンリン
グの母材に近い部分に窒化クロムを多くして厚い
皮膜を短時間で形成し、摺動面部分には、硬度の
高い窒化チタンを多くして耐摩耗性、耐焼付性を
向上させている。窒化チタンの含有量は、摺動面
に向かつて連続的に増加しているため、窒化クロ
ムとの境界部分で剥離することもない。本発明の
ピストンリングは、耐摩耗性、耐焼付性にすぐれ
たピストンリングとして、エンジンの耐久性を向
上させるうえで顕著な効果を示す。
グの母材に近い部分に窒化クロムを多くして厚い
皮膜を短時間で形成し、摺動面部分には、硬度の
高い窒化チタンを多くして耐摩耗性、耐焼付性を
向上させている。窒化チタンの含有量は、摺動面
に向かつて連続的に増加しているため、窒化クロ
ムとの境界部分で剥離することもない。本発明の
ピストンリングは、耐摩耗性、耐焼付性にすぐれ
たピストンリングとして、エンジンの耐久性を向
上させるうえで顕著な効果を示す。
第１図に、本発明のピストンリングを示す。
図中、１……ピストンリング、２……複合皮膜
層。 第２図に、本発明の実施例のHCD型イオンプ
レーテイング装置の概要を示す。 図中、１……母材（ピストンリング）、２……
母材保持具、３……ヒーター、４……真空容器、
５……蒸発源の金属、６……水冷銅ルツボ、７…
…収束コイル、８……電子銃、９……アルゴンガ
ス導入口、１０……窒素ガス導入口。
層。 第２図に、本発明の実施例のHCD型イオンプ
レーテイング装置の概要を示す。 図中、１……母材（ピストンリング）、２……
母材保持具、３……ヒーター、４……真空容器、
５……蒸発源の金属、６……水冷銅ルツボ、７…
…収束コイル、８……電子銃、９……アルゴンガ
ス導入口、１０……窒素ガス導入口。
Claims (1)
- １ ピストンリングの少なくとも外周摺動面に、
窒化クロムと窒化チタンからなる複合皮膜が形成
されていて、該複合皮膜がピストンリング母材表
面から複合皮膜表面へ向かつて、窒化チタンの比
率が連続的に増大していることを特徴とするピス
トンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2777386A JPS62188857A (ja) | 1986-02-13 | 1986-02-13 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2777386A JPS62188857A (ja) | 1986-02-13 | 1986-02-13 | ピストンリング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62188857A JPS62188857A (ja) | 1987-08-18 |
| JPH0474584B2 true JPH0474584B2 (ja) | 1992-11-26 |
Family
ID=12230292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2777386A Granted JPS62188857A (ja) | 1986-02-13 | 1986-02-13 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62188857A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015186790A1 (ja) * | 2014-06-06 | 2015-12-10 | 株式会社リケン | ピストンリング |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5521429A (en) * | 1993-11-25 | 1996-05-28 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Surface-mount flat package semiconductor device |
| JP2005155460A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 圧縮機 |
| JP2005155461A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 圧縮機 |
| JP2005155458A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 圧縮機 |
| JP2005155459A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 圧縮機 |
| WO2014088096A1 (ja) * | 2012-12-07 | 2014-06-12 | 株式会社リケン | ピストンリング |
| EP4397861A4 (en) * | 2021-09-01 | 2025-07-02 | Toshiba Carrier Corp | COMPRESSOR |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5757868A (en) * | 1980-09-19 | 1982-04-07 | Toyota Motor Corp | Piston ring |
-
1986
- 1986-02-13 JP JP2777386A patent/JPS62188857A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015186790A1 (ja) * | 2014-06-06 | 2015-12-10 | 株式会社リケン | ピストンリング |
| JP2015230086A (ja) * | 2014-06-06 | 2015-12-21 | 株式会社リケン | ピストンリング |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62188857A (ja) | 1987-08-18 |
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Legal Events
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