JP2002266697A - 摺動部材およびその製造方法 - Google Patents
摺動部材およびその製造方法Info
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- JP2002266697A JP2002266697A JP2001064998A JP2001064998A JP2002266697A JP 2002266697 A JP2002266697 A JP 2002266697A JP 2001064998 A JP2001064998 A JP 2001064998A JP 2001064998 A JP2001064998 A JP 2001064998A JP 2002266697 A JP2002266697 A JP 2002266697A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 自動車等エンジンの排気ガス中のCO2、NOx低
減及び燃費向上のための燃料直接噴射やEGR（排ガス再
循環）等が適用されたときの過酷な条件でも十分な耐久
性が望める、耐摩耗性に優れた摺動部材およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】 金属の窒化物または金属の炭化物または
金属の炭窒化物よりなる結晶相および非晶質相の混合組
織よりなる被膜を基材上に被覆してなる摺動部材。摺動
部材はＰＶＤ法により金属蒸気、反応ガスと基材を接触
させることにより製造する。
減及び燃費向上のための燃料直接噴射やEGR（排ガス再
循環）等が適用されたときの過酷な条件でも十分な耐久
性が望める、耐摩耗性に優れた摺動部材およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】 金属の窒化物または金属の炭化物または
金属の炭窒化物よりなる結晶相および非晶質相の混合組
織よりなる被膜を基材上に被覆してなる摺動部材。摺動
部材はＰＶＤ法により金属蒸気、反応ガスと基材を接触
させることにより製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種産業機械、輸
送機器等のエンジン、自動車エンジンの摺動部材、特に
カム・シムのシム（カムフォロア）、ピストンリングを
対象とする。
送機器等のエンジン、自動車エンジンの摺動部材、特に
カム・シムのシム（カムフォロア）、ピストンリングを
対象とする。
【０００２】
【従来の技術】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れる。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
てきた。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いる。その
ため、たとえば特開平７−２８６２６１号公報ではCrN
とCr2Nの混合からなる被膜が開示されており、該被膜の
ビッカース硬さはHv１７００程度である。
ングには高度な耐摩耗特性が要求される。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
てきた。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いる。その
ため、たとえば特開平７−２８６２６１号公報ではCrN
とCr2Nの混合からなる被膜が開示されており、該被膜の
ビッカース硬さはHv１７００程度である。
【０００３】一方、内燃機関の動弁機構であるカム・シ
ムについてはカムでは合金鋳鉄、シムでは合金鋼の浸炭
焼入れ材が一般には使用されている。表面粗さの低減を
図るため、シムに高硬度薄膜をコーティングした例が特
開平５−１６３９０９号公報に開示されている。これは
シムに形成された高硬度の被膜により相手側のカム面を
鏡面化して摩擦抵抗を低減するものである。該高硬度薄
膜としてTiNが好適である旨記載されている（実施例参
照）。
ムについてはカムでは合金鋳鉄、シムでは合金鋼の浸炭
焼入れ材が一般には使用されている。表面粗さの低減を
図るため、シムに高硬度薄膜をコーティングした例が特
開平５−１６３９０９号公報に開示されている。これは
シムに形成された高硬度の被膜により相手側のカム面を
鏡面化して摩擦抵抗を低減するものである。該高硬度薄
膜としてTiNが好適である旨記載されている（実施例参
照）。
【０００４】このように、ピストンリング、シムの耐摩
耗性を向上するためピストンリングではクロムめっきに
加え、CrN被膜等、シムではTiN被膜等が検討されてき
た。
耗性を向上するためピストンリングではクロムめっきに
加え、CrN被膜等、シムではTiN被膜等が検討されてき
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、これらの被
膜は環境保全および省エネルギーの観点から重要な、自
動車排気ガス中のCO2、NOx低減及び燃費向上のための燃
料直接噴射やEGR（排ガス再循環）が適用されたときの
過酷な条件では十分な耐久性が見込めなかった。そこで
本発明は自動車排気ガス中のCO2、NOx低減及び燃費向上
のための燃料直接噴射やEGR（排ガス再循環）等の過酷
な摩耗条件でも従来エンジン以上の寿命が得られる被膜
を基材に被覆して高耐久性の摺動部材を得ることを目的
とするものである。なお、自動車以外の内燃機関でも同
様に過酷な条件が求められており、高耐久性の摺動部材
を得ることを目的とする。
膜は環境保全および省エネルギーの観点から重要な、自
動車排気ガス中のCO2、NOx低減及び燃費向上のための燃
料直接噴射やEGR（排ガス再循環）が適用されたときの
過酷な条件では十分な耐久性が見込めなかった。そこで
本発明は自動車排気ガス中のCO2、NOx低減及び燃費向上
のための燃料直接噴射やEGR（排ガス再循環）等の過酷
な摩耗条件でも従来エンジン以上の寿命が得られる被膜
を基材に被覆して高耐久性の摺動部材を得ることを目的
とするものである。なお、自動車以外の内燃機関でも同
様に過酷な条件が求められており、高耐久性の摺動部材
を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１に金属の
窒化物または金属の炭化物または金属の炭窒化物よりな
る結晶相および非晶質相の混合組織よりなる被膜を基材
上に被覆してなる摺動部材、第２に該被膜の結晶相の割
合が５％から９５％で、残部を非晶質相であることを特
徴とする請求項１に記載の摺動部材、第３に上記摺動部
材において結晶相の粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの大きさ
であることを特徴とする摺動部材、第４に上記摺動部材
においてヌープ硬度が２０００から８０００までの硬度
の被膜を表面に形成したことを特徴とする摺動部材、第
５に上記摺動部材において、結晶相としてTi,Cr等周期
律表第IVa，Va，VIa属元素の窒化物または炭化物または
炭窒化物、非晶質相としてSi等周期律表第IIIｂ、IVb属
元素の窒化物または炭化物または炭窒化物とする摺動部
材、第６に上記摺動部材を用いたことを特徴とするピス
トンリング、第７に上記摺動部材を用いたことを特徴と
するカムフォロア、カム・シムのシム、第８に上記記載
の摺動部材において前記被膜をＰＶＤ法により金属蒸
気、反応ガスと基材を接触させることにより形成するこ
とを特徴とする摺動部材の製造方法を提供することで上
記課題を解決する。
窒化物または金属の炭化物または金属の炭窒化物よりな
る結晶相および非晶質相の混合組織よりなる被膜を基材
上に被覆してなる摺動部材、第２に該被膜の結晶相の割
合が５％から９５％で、残部を非晶質相であることを特
徴とする請求項１に記載の摺動部材、第３に上記摺動部
材において結晶相の粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの大きさ
であることを特徴とする摺動部材、第４に上記摺動部材
においてヌープ硬度が２０００から８０００までの硬度
の被膜を表面に形成したことを特徴とする摺動部材、第
５に上記摺動部材において、結晶相としてTi,Cr等周期
律表第IVa，Va，VIa属元素の窒化物または炭化物または
炭窒化物、非晶質相としてSi等周期律表第IIIｂ、IVb属
元素の窒化物または炭化物または炭窒化物とする摺動部
材、第６に上記摺動部材を用いたことを特徴とするピス
トンリング、第７に上記摺動部材を用いたことを特徴と
するカムフォロア、カム・シムのシム、第８に上記記載
の摺動部材において前記被膜をＰＶＤ法により金属蒸
気、反応ガスと基材を接触させることにより形成するこ
とを特徴とする摺動部材の製造方法を提供することで上
記課題を解決する。
【０００７】
【実施の形態】金属の窒化物または金属の炭化物または
金属の炭窒化物よりなる結晶相および非晶質相の混合組
織よりなる被膜においては被膜の破壊で重要な転位の移
動は結晶相内で起こる。転位が結晶粒界に移動したとし
ても結晶粒界が非晶質相であるため転位の移動がそこで
阻止される。したがって硬度（強度）が上昇する。その
他の破壊に関わる重要な要素としてはクラックの発生が
挙げられるが、本発明ではクラックの発生は非晶質相で
起こると考えられ、その大きさは結晶粒界のため限定さ
れる。このようにして高硬度（高強度）の被膜が得ら
れ、この被膜を基材上に被覆してなる摺動部材は上記課
題を解決できる。好ましくは結晶相および非晶質相の混
合組織よりなる被膜において、結晶相の割合が５％から
９５％で、残部を非晶質相とする被膜とすることにより
上記課題を解決できる。結晶相が５％未満では非晶質相
が多すぎてクラックが大きくなりすぎ硬度が低下する。
また、結晶相が９５％より大きいと結晶相の塑性変形が
容易に起こり、十分な硬度（強度）が得られない。結晶
相の割合としてより好ましくは１０％から７０％であ
る。
金属の炭窒化物よりなる結晶相および非晶質相の混合組
織よりなる被膜においては被膜の破壊で重要な転位の移
動は結晶相内で起こる。転位が結晶粒界に移動したとし
ても結晶粒界が非晶質相であるため転位の移動がそこで
阻止される。したがって硬度（強度）が上昇する。その
他の破壊に関わる重要な要素としてはクラックの発生が
挙げられるが、本発明ではクラックの発生は非晶質相で
起こると考えられ、その大きさは結晶粒界のため限定さ
れる。このようにして高硬度（高強度）の被膜が得ら
れ、この被膜を基材上に被覆してなる摺動部材は上記課
題を解決できる。好ましくは結晶相および非晶質相の混
合組織よりなる被膜において、結晶相の割合が５％から
９５％で、残部を非晶質相とする被膜とすることにより
上記課題を解決できる。結晶相が５％未満では非晶質相
が多すぎてクラックが大きくなりすぎ硬度が低下する。
また、結晶相が９５％より大きいと結晶相の塑性変形が
容易に起こり、十分な硬度（強度）が得られない。結晶
相の割合としてより好ましくは１０％から７０％であ
る。
【０００８】さらに好ましくは結晶相の粒径を１ｎｍ〜
１００ｎｍの大きさに制限することにより、転位の結晶
粒内発生をできるだけ抑え、結晶粒微細化による硬度上
昇により上記課題を解決できる。結晶粒径が１ｎｍ未満
であると結晶粒界が長くなりクラックがはいりやすく、
かえって硬度が向上しない。また、結晶粒径が１００ｎ
ｍより大きいと結晶相が塑性変形しやすくなり、十分な
硬度（強度）が得られない。結晶粒径のより好ましい範
囲は１〜１０ｎｍである。
１００ｎｍの大きさに制限することにより、転位の結晶
粒内発生をできるだけ抑え、結晶粒微細化による硬度上
昇により上記課題を解決できる。結晶粒径が１ｎｍ未満
であると結晶粒界が長くなりクラックがはいりやすく、
かえって硬度が向上しない。また、結晶粒径が１００ｎ
ｍより大きいと結晶相が塑性変形しやすくなり、十分な
硬度（強度）が得られない。結晶粒径のより好ましい範
囲は１〜１０ｎｍである。
【０００９】さらに好ましくはヌープ硬度を規定するの
がよい。好ましくは被膜硬度をヌープ硬度２０００から
８０００までの硬度に制限することにより摺動部材とし
てより効果的となる。より好ましくはヌープ硬度３００
０から８０００である。
がよい。好ましくは被膜硬度をヌープ硬度２０００から
８０００までの硬度に制限することにより摺動部材とし
てより効果的となる。より好ましくはヌープ硬度３００
０から８０００である。
【００１０】以上のものを具現化するにあたって好まし
くは結晶相としてTi,Cr等周期律表第IVa，Va，VIa属元
素の窒化物または炭化物または炭窒化物とし、非晶質相
としてSi等周期律表第IVb属元素の窒化物または炭化物
または炭窒化物とする。
くは結晶相としてTi,Cr等周期律表第IVa，Va，VIa属元
素の窒化物または炭化物または炭窒化物とし、非晶質相
としてSi等周期律表第IVb属元素の窒化物または炭化物
または炭窒化物とする。
【００１１】より好ましくは結晶相としてCrの窒化物ま
たは炭化物または炭窒化物、非晶質相としてSiの窒化物
または炭化物または炭窒化物を選択すれば効果的であ
る。
たは炭化物または炭窒化物、非晶質相としてSiの窒化物
または炭化物または炭窒化物を選択すれば効果的であ
る。
【００１２】これらの被膜は自動車エンジン用摺動部
材、特にピストンリング、カム・シムのシムに適用する
と効果が顕著に現われる。
材、特にピストンリング、カム・シムのシムに適用する
と効果が顕著に現われる。
【００１３】これらの被膜の作製方法については、PVD
法、好ましくは減圧された窒素ガス雰囲気中あるいはメ
タン等炭化水素ガス雰囲気中で金属クロムまたは金属チ
タンまたはシリコン等を混合した金属蒸気の蒸着過程で
結晶相である金属の窒化物または金属の炭化物または金
属の炭窒化物、非晶質相である金属の窒化物または金属
の炭化物または金属の炭窒化物の混合組織を生成させる
ことにより形成できる。
法、好ましくは減圧された窒素ガス雰囲気中あるいはメ
タン等炭化水素ガス雰囲気中で金属クロムまたは金属チ
タンまたはシリコン等を混合した金属蒸気の蒸着過程で
結晶相である金属の窒化物または金属の炭化物または金
属の炭窒化物、非晶質相である金属の窒化物または金属
の炭化物または金属の炭窒化物の混合組織を生成させる
ことにより形成できる。
【００１４】以下に本発明の実施例を示すが、本発明は
それらによりなんら束縛されるものではない。
それらによりなんら束縛されるものではない。
【００１５】
【実施例１】金属の窒化物として、Crの窒化物とSiの窒
化物を選び、Cr-Siの混合金属を用い、PVD法の１種であ
るイオンプレーティング法にて成膜した。具体的にはCr
とSiを混合したターゲットを用意し、アーク式イオンプ
レーティング法にて以下の条件で成膜した。
化物を選び、Cr-Siの混合金属を用い、PVD法の１種であ
るイオンプレーティング法にて成膜した。具体的にはCr
とSiを混合したターゲットを用意し、アーク式イオンプ
レーティング法にて以下の条件で成膜した。
【００１６】アーク電流：１５０A バイアス電圧：１００V N2圧力：２．６６Pa
【００１７】その結果、Crの窒化物が結晶相、Siの窒化
物が非晶質相の複合被膜を得ることができた。この被膜
をボールオンディスク試験のディスク試験片であるステ
ンレス製円板あるいはクロムモリブデン鋼製円板に約３
μmの膜厚でコーティングし、アルミナ製ボールにより
ボールオンディスク摩擦摩耗試験を実施した（図１参
照）。摩擦摩耗試験条件を表1に示す。
物が非晶質相の複合被膜を得ることができた。この被膜
をボールオンディスク試験のディスク試験片であるステ
ンレス製円板あるいはクロムモリブデン鋼製円板に約３
μmの膜厚でコーティングし、アルミナ製ボールにより
ボールオンディスク摩擦摩耗試験を実施した（図１参
照）。摩擦摩耗試験条件を表1に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】比較材として、クロムめっき材、TiNコー
ティング材、CrNコーティング材、被膜のないクロムモ
リブデン鋼を用意し、ピストンリング用試験にはクロム
めっきを100とし、シム用試験にはクロムモリブデン鋼
を100としてそれぞれ表２、表３に結果を示した。
ティング材、CrNコーティング材、被膜のないクロムモ
リブデン鋼を用意し、ピストンリング用試験にはクロム
めっきを100とし、シム用試験にはクロムモリブデン鋼
を100としてそれぞれ表２、表３に結果を示した。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】クロムめっきに対し、TiN、CrNは摩耗量が
１／２以下に低減していることがわかる。それに対し、
本発明品はさらに摩耗量が低減しクロムめっき、クロム
モリブデン鋼に対し１／５以下となっていることがわか
る。燃料直接噴射やEGR（排ガス再循環）が適用された
ときの過酷な条件としては現状であるクロムめっきおよ
びクロムモリブデン鋼の５倍以上に過酷な条件というこ
とが言われているので本摩擦試験において相対摩耗量が
それぞれ１０、１７であり、本実施例は条件を満足する
ことがわかった。
１／２以下に低減していることがわかる。それに対し、
本発明品はさらに摩耗量が低減しクロムめっき、クロム
モリブデン鋼に対し１／５以下となっていることがわか
る。燃料直接噴射やEGR（排ガス再循環）が適用された
ときの過酷な条件としては現状であるクロムめっきおよ
びクロムモリブデン鋼の５倍以上に過酷な条件というこ
とが言われているので本摩擦試験において相対摩耗量が
それぞれ１０、１７であり、本実施例は条件を満足する
ことがわかった。
【００２３】本発明品の被膜のX線回折を実施した。結
果を図２に示す。CrNのピークのみ観察され、Si3N4のピ
ークはみられず、CrNの結晶相及びSi-Nの非晶質相の複
合被膜であると考えられる。これは透過電子顕微鏡によ
る観察でも裏付けられCrNについては格子像が観察され
たが、Siの窒化部には格子像は観察されなかった。
果を図２に示す。CrNのピークのみ観察され、Si3N4のピ
ークはみられず、CrNの結晶相及びSi-Nの非晶質相の複
合被膜であると考えられる。これは透過電子顕微鏡によ
る観察でも裏付けられCrNについては格子像が観察され
たが、Siの窒化部には格子像は観察されなかった。
【００２４】また、ターゲットのCr、Siの混合割合を適
当に変え、結晶相、非晶質相の割合を変えてみた。その
ときの結晶相の割合と相対摩耗量の関係を表４に示す。
その結果、結晶相の割合が３％であると、相対摩耗量が
３０以上と大きく、本発明が解決しようとする課題であ
る、環境保全および省エネルギーの観点から重要な、自
動車排気ガス中のCO2、NOx低減及び燃費向上のための燃
料直接噴射やEGR（排ガス再循環）が適用されたときの
過酷な条件では十分な耐久性は望めない。また、結晶相
を増加して６％とすると相対摩耗量は１８以下となり、
上記過酷な条件での耐久性が得られる。一方、結晶相の
割合が９４％では、相対摩耗量は１７であり、上記過酷
な条件での耐久性は得られるが、さらに結晶相の割合を
増加して９８％とすると相対摩耗量が５０以上となり、
耐久性が悪化する。上述した結晶相／非晶質相の割合と
被膜硬度（強度）の関係の説明にもあるように、結晶相
／非晶質相の割合が適当になったときに上記過酷な条件
での耐久性が得られることから、結晶相の割合を５％か
ら９５％とした。
当に変え、結晶相、非晶質相の割合を変えてみた。その
ときの結晶相の割合と相対摩耗量の関係を表４に示す。
その結果、結晶相の割合が３％であると、相対摩耗量が
３０以上と大きく、本発明が解決しようとする課題であ
る、環境保全および省エネルギーの観点から重要な、自
動車排気ガス中のCO2、NOx低減及び燃費向上のための燃
料直接噴射やEGR（排ガス再循環）が適用されたときの
過酷な条件では十分な耐久性は望めない。また、結晶相
を増加して６％とすると相対摩耗量は１８以下となり、
上記過酷な条件での耐久性が得られる。一方、結晶相の
割合が９４％では、相対摩耗量は１７であり、上記過酷
な条件での耐久性は得られるが、さらに結晶相の割合を
増加して９８％とすると相対摩耗量が５０以上となり、
耐久性が悪化する。上述した結晶相／非晶質相の割合と
被膜硬度（強度）の関係の説明にもあるように、結晶相
／非晶質相の割合が適当になったときに上記過酷な条件
での耐久性が得られることから、結晶相の割合を５％か
ら９５％とした。
【００２５】
【表４】
【００２６】より細かく結晶相の割合を検討したとこ
ろ、表４に示すように結晶相の割合が９％であると相対
摩耗量が１７であるが、結晶相の割合が１２％とすると
相対摩耗量は１１以下となる。また、結晶相の割合が６
５％であると相対摩耗量が１０と低いが、結晶相の割合
が７２％とすると相対摩耗量は１６以上となる。このこ
とからより好ましくは結晶相の割合が１０％から７０％
とした。
ろ、表４に示すように結晶相の割合が９％であると相対
摩耗量が１７であるが、結晶相の割合が１２％とすると
相対摩耗量は１１以下となる。また、結晶相の割合が６
５％であると相対摩耗量が１０と低いが、結晶相の割合
が７２％とすると相対摩耗量は１６以上となる。このこ
とからより好ましくは結晶相の割合が１０％から７０％
とした。
【００２７】次に成膜条件を適当に変え、被膜の結晶相
の粒径を変えてみた。そのときの結晶粒径と相対摩耗量
の関係を表５に示す。その結果結晶粒径が０．６nmでは
相対摩耗量が３０以上と大きく上記過酷な条件では十分
な耐久性が期待できない。結晶粒径を大きくし、１．５
nmとすると相対摩耗量１１以下となり、上記過酷な条件
でも耐久性が十分となる。一方、結晶粒径を大きくし、
９５nmでは相対摩耗量１９以下であり、上記過酷な条件
でも耐久性が十分であるが、さらに大きくし、１０８nm
とすると相対摩耗量５０以上となり、耐久性は不十分と
なる。これらの結果、結晶粒径の好ましい範囲としては
１nmから１００nmとした。
の粒径を変えてみた。そのときの結晶粒径と相対摩耗量
の関係を表５に示す。その結果結晶粒径が０．６nmでは
相対摩耗量が３０以上と大きく上記過酷な条件では十分
な耐久性が期待できない。結晶粒径を大きくし、１．５
nmとすると相対摩耗量１１以下となり、上記過酷な条件
でも耐久性が十分となる。一方、結晶粒径を大きくし、
９５nmでは相対摩耗量１９以下であり、上記過酷な条件
でも耐久性が十分であるが、さらに大きくし、１０８nm
とすると相対摩耗量５０以上となり、耐久性は不十分と
なる。これらの結果、結晶粒径の好ましい範囲としては
１nmから１００nmとした。
【００２８】より細かく結晶粒径を検討したところ、表
５に示すように結晶粒径が８nmであると相対摩耗量が１
１以下であるが、結晶粒径が１２nmであると相対摩耗量
は１７以上となる。このことからより好ましくは結晶粒
径が１nmから１０nmとした。
５に示すように結晶粒径が８nmであると相対摩耗量が１
１以下であるが、結晶粒径が１２nmであると相対摩耗量
は１７以上となる。このことからより好ましくは結晶粒
径が１nmから１０nmとした。
【００２９】
【表５】
【００３０】さらに成膜条件等を変え、被膜のヌープ硬
度を変えた。そのときの被膜のヌープ硬度と相対摩耗量
の関係を表６に示す。その結果、被膜のヌープ硬度が１
６００では相対摩耗量が４０と大きく上記過酷な条件で
は耐久性が不十分である。さらに硬度を上げ、２５００
とすると相対摩耗量が１７と低下し、上記過酷な条件で
も十分な耐久性が得られる。一方硬度をさらに上げ、７
５００とすると相対摩耗量が１２以下となり、上記過酷
な条件でも耐久性があるが、さらに硬度を上昇し、８６
００とすると前述したように脆くなり、相対摩耗量がか
えって増加し４０以上となり、上記過酷な条件では耐久
性が十分ではない。これらの結果、好ましいヌープ硬度
の範囲としては２０００から８０００とした。
度を変えた。そのときの被膜のヌープ硬度と相対摩耗量
の関係を表６に示す。その結果、被膜のヌープ硬度が１
６００では相対摩耗量が４０と大きく上記過酷な条件で
は耐久性が不十分である。さらに硬度を上げ、２５００
とすると相対摩耗量が１７と低下し、上記過酷な条件で
も十分な耐久性が得られる。一方硬度をさらに上げ、７
５００とすると相対摩耗量が１２以下となり、上記過酷
な条件でも耐久性があるが、さらに硬度を上昇し、８６
００とすると前述したように脆くなり、相対摩耗量がか
えって増加し４０以上となり、上記過酷な条件では耐久
性が十分ではない。これらの結果、好ましいヌープ硬度
の範囲としては２０００から８０００とした。
【００３１】
【表６】
【００３２】より細かく硬度を検討したところ、表６に
示すようにヌープ硬度が３５００であると相対摩耗量が
１３以下である。このことからより好ましいヌープ硬度
の範囲は３０００から８０００とした。
示すようにヌープ硬度が３５００であると相対摩耗量が
１３以下である。このことからより好ましいヌープ硬度
の範囲は３０００から８０００とした。
【００３３】
【実施例２】金属の窒化物として、Tiの窒化物とSiの窒
化物を選び、PVD法の１種であるイオンプレーティング
法にて成膜した。その結果、Tiの窒化物が結晶相、Siの
窒化物が非晶質相の複合被膜を得ることができた。この
被膜を実施例１と同様にボールオンディスク試験のディ
スク試験片であるステンレス製円板あるいはクロムモリ
ブデン鋼製円板に約３μmの膜厚でコーティングし、ア
ルミナ製ボールによりボールオンディスク摩擦摩耗試験
を実施した（図１参照）。摩擦摩耗試験条件を表1に示
す。また、クロムめっきを100として表した摩耗試験結
果を表２、クロムモリブデン鋼を100として表した摩耗
試験結果を表３に示す。
化物を選び、PVD法の１種であるイオンプレーティング
法にて成膜した。その結果、Tiの窒化物が結晶相、Siの
窒化物が非晶質相の複合被膜を得ることができた。この
被膜を実施例１と同様にボールオンディスク試験のディ
スク試験片であるステンレス製円板あるいはクロムモリ
ブデン鋼製円板に約３μmの膜厚でコーティングし、ア
ルミナ製ボールによりボールオンディスク摩擦摩耗試験
を実施した（図１参照）。摩擦摩耗試験条件を表1に示
す。また、クロムめっきを100として表した摩耗試験結
果を表２、クロムモリブデン鋼を100として表した摩耗
試験結果を表３に示す。
【００３４】本発明品の摩耗量はクロムめっき、クロム
モリブデン鋼に対し１／５以下となっていることがわか
る。燃料直接噴射やEGR（排ガス再循環）が適用された
ときの過酷な条件としては現状であるクロムめっきの５
倍以上に過酷な条件ということが言われているので本摩
擦試験において相対摩耗量それぞれ１２、１０であり、
本実施例は条件を満足することがわかった。
モリブデン鋼に対し１／５以下となっていることがわか
る。燃料直接噴射やEGR（排ガス再循環）が適用された
ときの過酷な条件としては現状であるクロムめっきの５
倍以上に過酷な条件ということが言われているので本摩
擦試験において相対摩耗量それぞれ１２、１０であり、
本実施例は条件を満足することがわかった。
【００３５】
【実施例３】金属の炭窒化物として、Tiの炭窒化物とSi
の窒化物を選び、PVD法の１種であるイオンプレーティ
ング法にて成膜した。その結果、TiCNが結晶相、Siの窒
化物が非晶質相の複合被膜を得ることができた。この被
膜を実施例１と同手法同条件にて摩擦試験を実施した。
その結果を表２、表３に示す。本実施例は相対摩耗量そ
れぞれ１５、１２であり、本実施例はそれぞれ現状の５
倍以上の耐摩耗性を示し、条件を満足することがわかっ
た。
の窒化物を選び、PVD法の１種であるイオンプレーティ
ング法にて成膜した。その結果、TiCNが結晶相、Siの窒
化物が非晶質相の複合被膜を得ることができた。この被
膜を実施例１と同手法同条件にて摩擦試験を実施した。
その結果を表２、表３に示す。本実施例は相対摩耗量そ
れぞれ１５、１２であり、本実施例はそれぞれ現状の５
倍以上の耐摩耗性を示し、条件を満足することがわかっ
た。
【００３６】
【実施例４】金属の炭窒化物として、Crの炭窒化物とSi
の窒化物を選び、PVD法の１種であるイオンプレーティ
ング法にてCrSiCN被膜を成膜した。その結果、CrCNが結
晶相、Siの窒化物が非晶質相の複合被膜を得ることがで
きた。この被膜を実施例１と同手法同条件にて摩擦試験
を実施した。その結果を表２、表３に示す。本実施例は
相対摩耗量それぞれ１１、１２であり、本実施例はそれ
ぞれ現状の５倍以上の耐摩耗性を示し、条件を満足する
ことがわかった。
の窒化物を選び、PVD法の１種であるイオンプレーティ
ング法にてCrSiCN被膜を成膜した。その結果、CrCNが結
晶相、Siの窒化物が非晶質相の複合被膜を得ることがで
きた。この被膜を実施例１と同手法同条件にて摩擦試験
を実施した。その結果を表２、表３に示す。本実施例は
相対摩耗量それぞれ１１、１２であり、本実施例はそれ
ぞれ現状の５倍以上の耐摩耗性を示し、条件を満足する
ことがわかった。
【００３７】
【発明の効果】本発明により従来のクロムめっき、TiN
やCrN被膜では耐久性が不十分である、自動車排気ガス
中のCO2、NOx低減のための燃料直接噴射やEGR（排ガス
再循環）等が適用された場合の過酷な摩耗条件でも従来
エンジン以上の寿命が得られる被膜を得ることができ
る。
やCrN被膜では耐久性が不十分である、自動車排気ガス
中のCO2、NOx低減のための燃料直接噴射やEGR（排ガス
再循環）等が適用された場合の過酷な摩耗条件でも従来
エンジン以上の寿命が得られる被膜を得ることができ
る。
【図１】図１は摩擦摩耗試験方法を示す図である。
【図２】図２は本発明の実施例と従来からあるCrＮ被膜
のＸ線回折結果を比較して示した図である。
のＸ線回折結果を比較して示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｌ 1/16 Ｆ０１Ｌ 1/16 Ｆ１６Ｊ 9/26 Ｆ１６Ｊ 9/26 Ｃ (72)発明者 聶 朝胤 大阪府枚方市津田山手２丁目８番１号 株 式会社イオン工学研究所内 (72)発明者 岩本信也 大阪府枚方市津田山手２丁目８番１号 株 式会社イオン工学研究所内 Ｆターム(参考） 3G016 BB02 BB05 EA00 EA24 FA21 GA02 3J044 AA02 BA01 BB06 BB20 BB28 BB30 BB35 BB36 BC06 DA09 4K029 AA02 BA54 BA55 BA56 BA57 BA58 BA60 BB08 BB10 BC02 BD04 CA04 DD06
Claims (8)
- 【請求項１】金属の窒化物または金属の炭化物または金
属の炭窒化物よりなる結晶相および非晶質相の混合組織
よりなる被膜を基材上に被覆してなる摺動部材。 - 【請求項２】該被膜の結晶相の割合が５％から９５％
で、残部を非晶質相であることを特徴とする請求項１に
記載の摺動部材。 - 【請求項３】該被膜の結晶相の粒径が１ｎｍ〜１００ｎ
ｍの大きさであることを特徴とする請求項１または２に
記載の摺動部材。 - 【請求項４】該被膜のヌープ硬度が２０００から８００
０までの硬度であることを特徴とする請求項１ないし３
の何れかに記載の摺動部材。 - 【請求項５】該被膜の結晶がTi,Cr等周期律表第IVa，V
a，VIa属元素の窒化物または炭化物または炭窒化物、非
晶質相がSi等周期律表第IIIｂ、IVb属元素の窒化物また
は炭化物または炭窒化物であることを特徴とする請求項
１ないし４何れかに記載の摺動部材。 - 【請求項６】請求項１ないし５の何れかに記載の摺動部
材を用いたことを特徴とするピストンリング。 - 【請求項７】請求項１ないし５の何れかに記載の摺動部
材を用いたことを特徴とするカム・シムのシム。 - 【請求項８】請求項１ないし７の何れかに一項記載の摺
動部材において前記被膜を、ＰＶＤ法により金属蒸気、
反応ガスと基材を接触させることにより形成することを
特徴とする摺動部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001064998A JP2002266697A (ja) | 2001-03-08 | 2001-03-08 | 摺動部材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001064998A JP2002266697A (ja) | 2001-03-08 | 2001-03-08 | 摺動部材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002266697A true JP2002266697A (ja) | 2002-09-18 |
Family
ID=18923731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001064998A Pending JP2002266697A (ja) | 2001-03-08 | 2001-03-08 | 摺動部材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002266697A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007162574A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Riken Corp | ピストンリング |
| US7294416B2 (en) | 2003-03-25 | 2007-11-13 | Kobe Steel, Ltd. | Hard film |
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| US20120148866A1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-06-14 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Coated article and method for making the same |
| US20120164459A1 (en) * | 2010-12-23 | 2012-06-28 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Coated article and method for making the same |
| CN102534480A (zh) * | 2010-12-23 | 2012-07-04 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 镀膜件及其制备方法 |
| WO2021153425A1 (ja) | 2020-01-27 | 2021-08-05 | 株式会社リケン | ピストンリング及びその製造方法 |
| WO2022131057A1 (ja) * | 2020-12-17 | 2022-06-23 | 株式会社リケン | 皮膜及びピストンリング |
-
2001
- 2001-03-08 JP JP2001064998A patent/JP2002266697A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7758974B2 (en) | 2003-03-25 | 2010-07-20 | Kobe Steel, Ltd. | Hard film |
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| US8592031B2 (en) * | 2010-12-13 | 2013-11-26 | Hong Fu Jin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd. | Coated article and method for making the same |
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| WO2021153425A1 (ja) | 2020-01-27 | 2021-08-05 | 株式会社リケン | ピストンリング及びその製造方法 |
| WO2022131057A1 (ja) * | 2020-12-17 | 2022-06-23 | 株式会社リケン | 皮膜及びピストンリング |
| JP2022096269A (ja) * | 2020-12-17 | 2022-06-29 | 株式会社リケン | 皮膜及びピストンリング |
| JP7402790B2 (ja) | 2020-12-17 | 2023-12-21 | 株式会社リケン | 皮膜及びピストンリング |
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