JP3286097B2 - 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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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性と靱性とに優
れた摺動部材に関し、例えばピストンリング等の内燃機
関用摺動部材に適用して有効なものである。
れた摺動部材に関し、例えばピストンリング等の内燃機
関用摺動部材に適用して有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、エンジンの高出力化や排ガス規制
の対応に伴って、ピストンリングの使用環境がますます
苛酷になっているため、摺動面の表面処理として従来使
用されている硬質Ｃｒめっきや窒化処理では耐久性能を
満足できないエンジンが多くなってきた。
の対応に伴って、ピストンリングの使用環境がますます
苛酷になっているため、摺動面の表面処理として従来使
用されている硬質Ｃｒめっきや窒化処理では耐久性能を
満足できないエンジンが多くなってきた。
【０００３】この状況に対処するため、ＰＶＤ法を利用
した窒化チタン皮膜や窒化クロム皮膜を被覆したピスト
ンリング（特開昭５７−５７８６７号参照）が提案され
ている。また、更に、長寿命を実現するために、窒化ク
ロムよりも耐摩耗性の高い窒化モリブデン皮膜を被覆し
たピストンリング（特開平２−１３４４６８号、特開平
６−１７９３３号、特開平６−２５８２６号参照）が提
案されている。
した窒化チタン皮膜や窒化クロム皮膜を被覆したピスト
ンリング（特開昭５７−５７８６７号参照）が提案され
ている。また、更に、長寿命を実現するために、窒化ク
ロムよりも耐摩耗性の高い窒化モリブデン皮膜を被覆し
たピストンリング（特開平２−１３４４６８号、特開平
６−１７９３３号、特開平６−２５８２６号参照）が提
案されている。
【０００４】更に、金属モリブデン中に炭化物、窒化物
あるいは酸化物からなる硬質粒子を分散させた溶射皮膜
が知られているが、これらは硬質粒子あるいは金属粒子
が１μｍ以上の複合組織であり、摺動部の耐脱落性およ
び皮膜の密着性が劣る。
あるいは酸化物からなる硬質粒子を分散させた溶射皮膜
が知られているが、これらは硬質粒子あるいは金属粒子
が１μｍ以上の複合組織であり、摺動部の耐脱落性およ
び皮膜の密着性が劣る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】窒化モリブデン皮膜は
非常に硬くて耐摩耗性に優れているが、脆い性質がある
ため、摺動による過度の繰り返し応力を受けると皮膜に
欠けやクラックが発生し、その欠けまたはクラックが進
行して剥離に到る場合がある。
非常に硬くて耐摩耗性に優れているが、脆い性質がある
ため、摺動による過度の繰り返し応力を受けると皮膜に
欠けやクラックが発生し、その欠けまたはクラックが進
行して剥離に到る場合がある。
【０００６】本発明の目的は、耐摩耗性と靱性の両方に
優れた硬質皮膜を被覆した摺動部材およびその製造方法
を提供することにある。
優れた硬質皮膜を被覆した摺動部材およびその製造方法
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも摺
動面に硬質皮膜が被覆されている摺動部材であって、前
記硬質皮膜が、重量比で、Ｃｒ１〜２５％、Ｎ４〜１
５．５％、残Ｍｏからなる三元系皮膜であり、少なくと
も窒化モリブデン（ＭｏＸＮＹ）と窒化クロム（ＣｒＸ
ＮＹ）とを含み、皮膜硬さがビッカース硬さ（ＨＶ）で
１６００〜２６００であり、結晶粒径が１μｍ未満であ
ることを特徴とする。
動面に硬質皮膜が被覆されている摺動部材であって、前
記硬質皮膜が、重量比で、Ｃｒ１〜２５％、Ｎ４〜１
５．５％、残Ｍｏからなる三元系皮膜であり、少なくと
も窒化モリブデン（ＭｏＸＮＹ）と窒化クロム（ＣｒＸ
ＮＹ）とを含み、皮膜硬さがビッカース硬さ（ＨＶ）で
１６００〜２６００であり、結晶粒径が１μｍ未満であ
ることを特徴とする。
【０００８】なお、上記において、Ｃｒの含有量は下限
が５重量％、上限は１５重量％がより好ましく、Ｎの含
有量は下限が６．５重量％、上限は１３．０重量％がよ
り好ましい。
が５重量％、上限は１５重量％がより好ましく、Ｎの含
有量は下限が６．５重量％、上限は１３．０重量％がよ
り好ましい。
【０００９】また、皮膜硬さはビッカース硬さで、下限
が１７００、上限は２４００がより好ましい。
が１７００、上限は２４００がより好ましい。
【００１０】また、皮膜を形成する窒化モリブデンや窒
化クロム等の結晶粒径は０．１μｍ未満がより好まし
い。
化クロム等の結晶粒径は０．１μｍ未満がより好まし
い。
【００１１】上記硬質皮膜はＰＶＤ法により被覆するこ
とができる。なお、ＰＶＤ法には蒸着法、スパッタリン
グ法、イオンプレーティング法がある。
とができる。なお、ＰＶＤ法には蒸着法、スパッタリン
グ法、イオンプレーティング法がある。
【００１２】例えばイオンプレーティング法で上記硬質
皮膜を被覆する場合には、蒸発源として、Ｍｏ金属から
なる蒸発源、Ｃｒ金属からなる蒸発源、およびＭｏ−Ｃ
ｒ合金からなる蒸発源のうちの少なくとも２つの蒸発源
を設け、各蒸発源におけるアーク電流の大きさを適宜の
値に設定し、窒素雰囲気中で行うことができる。なお、
所定比率のＭｏ−Ｃｒ合金からなる１つの蒸発源を使用
して窒素雰囲気中で行うこともできる。
皮膜を被覆する場合には、蒸発源として、Ｍｏ金属から
なる蒸発源、Ｃｒ金属からなる蒸発源、およびＭｏ−Ｃ
ｒ合金からなる蒸発源のうちの少なくとも２つの蒸発源
を設け、各蒸発源におけるアーク電流の大きさを適宜の
値に設定し、窒素雰囲気中で行うことができる。なお、
所定比率のＭｏ−Ｃｒ合金からなる１つの蒸発源を使用
して窒素雰囲気中で行うこともできる。
【００１３】
【作用】本発明の摺動部材は硬質皮膜が窒化モリブデン
と窒化クロムを含んでいるＭｏ−Ｃｒ−Ｎの三元系皮膜
であることにより、耐摩耗性に優れており、窒化クロム
が含まれていることによって靱性にも優れる。
と窒化クロムを含んでいるＭｏ−Ｃｒ−Ｎの三元系皮膜
であることにより、耐摩耗性に優れており、窒化クロム
が含まれていることによって靱性にも優れる。
【００１４】皮膜中のＣｒの含有量は、１重量％未満で
は窒化モリブデンの靱性を向上させる効果がなく、２５
重量％を越えると耐摩耗性が低下する。
は窒化モリブデンの靱性を向上させる効果がなく、２５
重量％を越えると耐摩耗性が低下する。
【００１５】皮膜中のＮが４重量％未満、あるいは１
５．５重量％を越えると、皮膜の靱性が低下する。
５．５重量％を越えると、皮膜の靱性が低下する。
【００１６】また、皮膜硬さがビッカース硬さで２６０
０を越えると皮膜靱性が低下し、１６００未満では皮膜
の靱性が低下するとともに、皮膜の摩耗量が多くなり、
耐摩耗性が低下する。
０を越えると皮膜靱性が低下し、１６００未満では皮膜
の靱性が低下するとともに、皮膜の摩耗量が多くなり、
耐摩耗性が低下する。
【００１７】また、皮膜を形成する窒化モリブデンや窒
化クロム等の結晶粒径が１μｍ以上であると、摺動部の
耐脱落性および皮膜の密着性が劣る。
化クロム等の結晶粒径が１μｍ以上であると、摺動部の
耐脱落性および皮膜の密着性が劣る。
【００１８】
【実施例】図１は本発明の一実施例であるピストンリン
グの一部分を示す縦断面図である。本実施例におけるピ
ストンリング１は鋼、鋳鉄、チタンあるいはチタン合金
等で形成されている矩形断面リングである。ピストンリ
ング１の外周面にはアークイオンプレーティングによっ
て硬質皮膜２が被覆されている。
グの一部分を示す縦断面図である。本実施例におけるピ
ストンリング１は鋼、鋳鉄、チタンあるいはチタン合金
等で形成されている矩形断面リングである。ピストンリ
ング１の外周面にはアークイオンプレーティングによっ
て硬質皮膜２が被覆されている。
【００１９】硬質皮膜２は重量比で、Ｃｒ１〜２５％、
Ｎ４〜１５．５％、残Ｍｏからなる皮膜であり、少なく
とも窒化モリブデン（ＭｏX ＮY ）と窒化クロム（Ｃｒ
X ＮY ）とを含み、皮膜硬さがビッカース硬さで１６０
０〜２６００であり、結晶粒径が１μｍ未満である。そ
して硬質皮膜２の膜厚は５μｍ〜８０μｍが好適であ
る。
Ｎ４〜１５．５％、残Ｍｏからなる皮膜であり、少なく
とも窒化モリブデン（ＭｏX ＮY ）と窒化クロム（Ｃｒ
X ＮY ）とを含み、皮膜硬さがビッカース硬さで１６０
０〜２６００であり、結晶粒径が１μｍ未満である。そ
して硬質皮膜２の膜厚は５μｍ〜８０μｍが好適であ
る。
【００２０】アークイオンプレーティング法はイオンプ
レーティングの一つで、真空アーク放電を利用して、陰
極の皮膜材料を蒸気化、イオン化して、被コーティング
物の表面に皮膜を形成するものである。このアークイオ
ンプレーティング法は蒸気のイオン化率が高く、緻密で
密着性に優れた皮膜が得られる特長がある。
レーティングの一つで、真空アーク放電を利用して、陰
極の皮膜材料を蒸気化、イオン化して、被コーティング
物の表面に皮膜を形成するものである。このアークイオ
ンプレーティング法は蒸気のイオン化率が高く、緻密で
密着性に優れた皮膜が得られる特長がある。
【００２１】図２に基づいて、アークイオンプレーティ
ング装置の基本的構成を説明する。真空チャンバ１０内
に、皮膜を形成する材料からなる陰極（蒸発源）１１
と、皮膜が形成される被コーティング物１２が設置され
ている。陰極（蒸発源）１１は真空チャンバ１０の外側
に設置されているアーク供給源１３に接続されており、
アーク供給源１３には図示外の陽極が接続されている。
被コーティング物１２にはバイアス電圧供給源１４によ
って負のバイアス電圧が印加されるように構成されてい
る。真空チャンバ１０にはプロセスガスの供給源に接続
されているガス入口１５と、ポンプに接続されている排
気口１６とが設けられている。
ング装置の基本的構成を説明する。真空チャンバ１０内
に、皮膜を形成する材料からなる陰極（蒸発源）１１
と、皮膜が形成される被コーティング物１２が設置され
ている。陰極（蒸発源）１１は真空チャンバ１０の外側
に設置されているアーク供給源１３に接続されており、
アーク供給源１３には図示外の陽極が接続されている。
被コーティング物１２にはバイアス電圧供給源１４によ
って負のバイアス電圧が印加されるように構成されてい
る。真空チャンバ１０にはプロセスガスの供給源に接続
されているガス入口１５と、ポンプに接続されている排
気口１６とが設けられている。
【００２２】したがって、真空チャンバ１０内におい
て、陰極（蒸発源）１１と陽極との間でアーク放電が起
こされると、アークは陰極（蒸発源）１１の表面上にア
ークスポットを形成し、陰極（蒸発源）１１の表面上を
ランダムにかつ高速に移動する。アークスポットに集中
するアーク電流（数十〜数百Ａ）のエネルギーにより、
陰極（蒸発源）１１の材料は瞬時に蒸発すると同時に金
属イオン１７となり、真空中に飛び出す。一方、バイア
ス電圧が被コーティング物１２に印加されることによ
り、金属イオン１７は加速され、反応ガス粒子１８とと
もに被コーティング物１２の表面に密着し、緻密な皮膜
が生成される。
て、陰極（蒸発源）１１と陽極との間でアーク放電が起
こされると、アークは陰極（蒸発源）１１の表面上にア
ークスポットを形成し、陰極（蒸発源）１１の表面上を
ランダムにかつ高速に移動する。アークスポットに集中
するアーク電流（数十〜数百Ａ）のエネルギーにより、
陰極（蒸発源）１１の材料は瞬時に蒸発すると同時に金
属イオン１７となり、真空中に飛び出す。一方、バイア
ス電圧が被コーティング物１２に印加されることによ
り、金属イオン１７は加速され、反応ガス粒子１８とと
もに被コーティング物１２の表面に密着し、緻密な皮膜
が生成される。
【００２３】本発明においては、上記アークイオンプレ
ーティング装置において、真空チャンバ１０内にＭｏ金
属からなる陰極（蒸発源）、Ｃｒ金属からなる陰極（蒸
発源）、およびＭｏ−Ｃｒ合金からなる陰極（蒸発源）
のうちの少なくとも２つの陰極（蒸発源）が設置されて
おり（図は２つの陰極を有するものを示してある。）、
プロセスガスとして窒素ガスが使用されることにより、
被コーティング物１２としてのピストンリングに、重量
比で、Ｃｒ１〜２５％、Ｎ４〜１５．５％、残Ｍｏから
なり、少なくとも窒化モリブデン（ＭｏX ＮY ）と窒化
クロム（ＣｒXＮY ）とを含み、皮膜硬さがビッカース
硬さで１６００〜２６００であり、結晶粒径が１μｍ未
満である硬質皮膜を被覆することができる。なお、各陰
極（蒸発源）１１におけるアーク電流の大きさは独立し
て調節できるように構成されている。
ーティング装置において、真空チャンバ１０内にＭｏ金
属からなる陰極（蒸発源）、Ｃｒ金属からなる陰極（蒸
発源）、およびＭｏ−Ｃｒ合金からなる陰極（蒸発源）
のうちの少なくとも２つの陰極（蒸発源）が設置されて
おり（図は２つの陰極を有するものを示してある。）、
プロセスガスとして窒素ガスが使用されることにより、
被コーティング物１２としてのピストンリングに、重量
比で、Ｃｒ１〜２５％、Ｎ４〜１５．５％、残Ｍｏから
なり、少なくとも窒化モリブデン（ＭｏX ＮY ）と窒化
クロム（ＣｒXＮY ）とを含み、皮膜硬さがビッカース
硬さで１６００〜２６００であり、結晶粒径が１μｍ未
満である硬質皮膜を被覆することができる。なお、各陰
極（蒸発源）１１におけるアーク電流の大きさは独立し
て調節できるように構成されている。
【００２４】上記において、ＣｒとＭｏの成分量は次の
ようにして決定できる。図３はアーク電流と成膜スピー
ドとの関係を示す。陰極（蒸発源）の材料がＭｏ金属
で、バイアス電圧が３０Ｖの場合を示している。なお、
陰極（蒸発源）の材料がＣｒ金属やＭｏ−Ｃｒ合金であ
る場合もほぼ同等の結果を示す。図３に示されているよ
うに、成膜スピードすなわち陰極（蒸発源）の蒸発量は
アーク電流（４０Ａ〜２００Ａ）の増加に伴って略比例
的に上昇している。なお、アーク電流が４０Ａ以下では
アークが発生しない。
ようにして決定できる。図３はアーク電流と成膜スピー
ドとの関係を示す。陰極（蒸発源）の材料がＭｏ金属
で、バイアス電圧が３０Ｖの場合を示している。なお、
陰極（蒸発源）の材料がＣｒ金属やＭｏ−Ｃｒ合金であ
る場合もほぼ同等の結果を示す。図３に示されているよ
うに、成膜スピードすなわち陰極（蒸発源）の蒸発量は
アーク電流（４０Ａ〜２００Ａ）の増加に伴って略比例
的に上昇している。なお、アーク電流が４０Ａ以下では
アークが発生しない。
【００２５】上記で明らかなように、陰極（蒸発源）の
蒸発量はアーク電流の大きさを変更することによって調
整することができる。したがって、ＭｏとＣｒの成分量
の調整は、各陰極（蒸発源）におけるアーク電流の大き
さを調整することによって行える。ＭｏとＣｒの含有量
に対応する、各陰極（蒸発源）におけるアーク電流の大
きさは、図３、およびＣｒ金属蒸発源、Ｍｏ−Ｃｒ合金
蒸発源における図３に対応する図（図示していないが、
前述したように図３と略同じ結果を示す。）に基づいて
容易に決定できる。
蒸発量はアーク電流の大きさを変更することによって調
整することができる。したがって、ＭｏとＣｒの成分量
の調整は、各陰極（蒸発源）におけるアーク電流の大き
さを調整することによって行える。ＭｏとＣｒの含有量
に対応する、各陰極（蒸発源）におけるアーク電流の大
きさは、図３、およびＣｒ金属蒸発源、Ｍｏ−Ｃｒ合金
蒸発源における図３に対応する図（図示していないが、
前述したように図３と略同じ結果を示す。）に基づいて
容易に決定できる。
【００２６】表１は、各陰極（蒸発源）の材料と各陰極
におけるアーク電流の大きさの具体的な一例を示してい
る。
におけるアーク電流の大きさの具体的な一例を示してい
る。
【００２７】
【００２８】また、Ｎの含有量の調整は、窒素雰囲気で
ある真空チャンバ１０内の圧力を０〜２０ｍＴｏｒｒの
範囲で調整することによって行うことができる。
ある真空チャンバ１０内の圧力を０〜２０ｍＴｏｒｒの
範囲で調整することによって行うことができる。
【００２９】皮膜硬度の調整は、イオンプレーティング
の際のバイアス電圧を５〜２００Ｖの範囲でコントロー
ルすることによって行うことができる。バイアス電圧を
高くすると、硬度は上昇する。
の際のバイアス電圧を５〜２００Ｖの範囲でコントロー
ルすることによって行うことができる。バイアス電圧を
高くすると、硬度は上昇する。
【００３０】以下、硬質皮膜の耐摩耗性および靱性を評
価するために行った各種試験について説明する。
価するために行った各種試験について説明する。
【００３１】表２、表３および表４に、皮膜靱性試験、
耐摩耗性試験、耐久試験に使用する硬質皮膜の組成、Ｃ
ｒ含有量、Ｎ含有量、皮膜硬さを示す。なお、皮膜の成
分はＣｒ、Ｎの他はＭｏである。また、皮膜を形成する
窒化モリブデン、窒化クロム、Ｍｏ、Ｃｒの結晶粒径は
それぞれ０．１μｍ未満であった。
耐摩耗性試験、耐久試験に使用する硬質皮膜の組成、Ｃ
ｒ含有量、Ｎ含有量、皮膜硬さを示す。なお、皮膜の成
分はＣｒ、Ｎの他はＭｏである。また、皮膜を形成する
窒化モリブデン、窒化クロム、Ｍｏ、Ｃｒの結晶粒径は
それぞれ０．１μｍ未満であった。
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】硬質皮膜２の靱性を評価するために、ファ
ンデアホルスト摩擦試験機を使用して皮膜靱性試験を行
った。ファンデアホルスト摩擦試験機を使用して行う試
験の概要を図４に基づいて説明する。
ンデアホルスト摩擦試験機を使用して皮膜靱性試験を行
った。ファンデアホルスト摩擦試験機を使用して行う試
験の概要を図４に基づいて説明する。
【００３６】ピストンリング１が、水平軸を中心に回転
するロータ（鋳鉄材：ＪＩＳ ＦＣ２５０）３０の外周
面３１の上端にロータ３０の軸心に沿って配設され、ピ
ストンリング１に荷重Ｐが作用されてロータ３０の外周
面３１上に押接される。この状態で、ピストンリング１
とロータ３０の接触部分に潤滑油を供給しながらロータ
３０を回転させる。そして種々の荷重で試験を行い、ピ
ストンリング１の硬質皮膜を顕微鏡観察（１００倍）
し、損傷（欠けやクラック）が認められたときの荷重を
皮膜損傷荷重とした。
するロータ（鋳鉄材：ＪＩＳ ＦＣ２５０）３０の外周
面３１の上端にロータ３０の軸心に沿って配設され、ピ
ストンリング１に荷重Ｐが作用されてロータ３０の外周
面３１上に押接される。この状態で、ピストンリング１
とロータ３０の接触部分に潤滑油を供給しながらロータ
３０を回転させる。そして種々の荷重で試験を行い、ピ
ストンリング１の硬質皮膜を顕微鏡観察（１００倍）
し、損傷（欠けやクラック）が認められたときの荷重を
皮膜損傷荷重とした。
【００３７】測定は表２、表３および表４に示す硬質皮
膜を被覆したピストンリングについて行った。
膜を被覆したピストンリングについて行った。
【００３８】試験条件は下記の通りである。 荷重 ：５０〜１８０Ｎ（５Ｎ毎） 回転数：１０００ｒｐｍ 時間 ：３ｍｉｎ 潤滑 ：１０ｗ ディーゼルエンジンオイル
【００３９】（Ｃｒ含有量と耐クラック荷重）図５に、
Ｃｒ含有量と耐クラック荷重との関係について、上記フ
ァンデアホルスト摩擦試験機を使用して行った試験結果
（Ｎ：１０．０％、なお、Ｃｒが１０．０％のものは実
施例３）を示す。
Ｃｒ含有量と耐クラック荷重との関係について、上記フ
ァンデアホルスト摩擦試験機を使用して行った試験結果
（Ｎ：１０．０％、なお、Ｃｒが１０．０％のものは実
施例３）を示す。
【００４０】図５の試験結果に示されているように、Ｃ
ｒ含有量が１．０重量％以上でクラック発生荷重が大き
く、摺動時の皮膜靱性が優れていることがわかる。
ｒ含有量が１．０重量％以上でクラック発生荷重が大き
く、摺動時の皮膜靱性が優れていることがわかる。
【００４１】（Ｎ含有量と耐クラック荷重）図６に、Ｎ
含有量と耐クラック荷重との関係について、上記ファン
デアホルスト摩擦試験機を使用して行った試験結果（Ｃ
ｒ：１０．０％、なお、Ｎが１０．０％のものは実施例
３）を示す。
含有量と耐クラック荷重との関係について、上記ファン
デアホルスト摩擦試験機を使用して行った試験結果（Ｃ
ｒ：１０．０％、なお、Ｎが１０．０％のものは実施例
３）を示す。
【００４２】図６の試験結果に示されているように、Ｎ
含有量が４〜１５．５重量％の範囲でクラック発生荷重
が大きく、摺動時の皮膜靱性が優れていることがわか
る。
含有量が４〜１５．５重量％の範囲でクラック発生荷重
が大きく、摺動時の皮膜靱性が優れていることがわか
る。
【００４３】（皮膜硬さと耐クラック荷重）図７に、皮
膜硬さと耐クラック荷重との関係について、上記ファン
デアホルスト摩擦試験機を使用して行った試験結果（Ｃ
ｒ：２５．０％，Ｎ：６．０％、Ｃｒ：１０．０％，
Ｎ：１０．０％、Ｃｒ：１．０％，Ｎ：１５．５％）を
示す。
膜硬さと耐クラック荷重との関係について、上記ファン
デアホルスト摩擦試験機を使用して行った試験結果（Ｃ
ｒ：２５．０％，Ｎ：６．０％、Ｃｒ：１０．０％，
Ｎ：１０．０％、Ｃｒ：１．０％，Ｎ：１５．５％）を
示す。
【００４４】図７の試験結果に示されているように、皮
膜硬さがビッカース硬さで１６００〜２６００の範囲で
クラック発生荷重が大きく、摺動時の皮膜靱性が優れて
いることがわかる。
膜硬さがビッカース硬さで１６００〜２６００の範囲で
クラック発生荷重が大きく、摺動時の皮膜靱性が優れて
いることがわかる。
【００４５】次に、硬質皮膜２の耐摩耗性を評価するた
めに、図８に示す往復動摩擦試験機を使用して耐摩耗性
試験を行った。
めに、図８に示す往復動摩擦試験機を使用して耐摩耗性
試験を行った。
【００４６】図８に示す往復動摩擦試験機の概要を説明
すると、ピストンリングに対応するピン状の上試験片２
０は、固定ブロック２１により保持され、上方から油圧
シリンダ２２により下向きの荷重が加えられて、後述す
る下試験片２３に押接される。一方、シリンダに対応す
る矩形の平盤形状の下試験片２３は可動ブロック２４に
より保持され、クランク機構２５により往復動せしめら
れる。２６はロードセルである。
すると、ピストンリングに対応するピン状の上試験片２
０は、固定ブロック２１により保持され、上方から油圧
シリンダ２２により下向きの荷重が加えられて、後述す
る下試験片２３に押接される。一方、シリンダに対応す
る矩形の平盤形状の下試験片２３は可動ブロック２４に
より保持され、クランク機構２５により往復動せしめら
れる。２６はロードセルである。
【００４７】上試験片２０の摩耗量は図９（ａ）に示す
如く、上試験片２０の試験前形状２７と試験後形状２８
を測定し、その差を測定することにより算出する。下試
験片２３の摩耗量は図９（ｂ）に示す如く、摺動部分に
おいて離間する３ケ所Ａ，Ｂ，Ｃの凹み量を測定し、そ
の平均値で示す。
如く、上試験片２０の試験前形状２７と試験後形状２８
を測定し、その差を測定することにより算出する。下試
験片２３の摩耗量は図９（ｂ）に示す如く、摺動部分に
おいて離間する３ケ所Ａ，Ｂ，Ｃの凹み量を測定し、そ
の平均値で示す。
【００４８】試験条件は以下の通りである。 １．供試試料 Ａ．下試験片：シリンダブロック用鋳鉄製（ＦＣ２５０
相当材）平板（寸法：長さ７０ｍｍ、幅１７ｍｍ、厚さ
１４ｍｍ）の試験面をバフ研磨し、面粗さを０．１μｍ
以下にしたもの。なお、硬さはロックウエル硬さ（ＨR
Ｂ）で９０である。 Ｂ．上試験片：ピストンリング用鋼棒（寸法：直径８ｍ
ｍ、長さ２３ｍｍ）の端面を１８ｍｍＲの球面仕上げし
たもの。鋼棒はマルテンサイト系１７Ｃｒステンレス材
であり、鋼棒の表面に表２、表３および表４に記載の硬
質皮膜を被覆した。
相当材）平板（寸法：長さ７０ｍｍ、幅１７ｍｍ、厚さ
１４ｍｍ）の試験面をバフ研磨し、面粗さを０．１μｍ
以下にしたもの。なお、硬さはロックウエル硬さ（ＨR
Ｂ）で９０である。 Ｂ．上試験片：ピストンリング用鋼棒（寸法：直径８ｍ
ｍ、長さ２３ｍｍ）の端面を１８ｍｍＲの球面仕上げし
たもの。鋼棒はマルテンサイト系１７Ｃｒステンレス材
であり、鋼棒の表面に表２、表３および表４に記載の硬
質皮膜を被覆した。
【００４９】２．摩耗試験条件 ならし：５０Ｎ×１００ｃｐｍ×５ｍｉｎ 本試験：２００Ｎ×６００ｃｐｍ×６０ｍｉｎ 潤滑 ：軽油相当粘度油
【００５０】図１０に、上記の往復動摩擦試験を行った
試験結果（Ｎ：１０．０％、なお、Ｃｒが１０．０％の
ものは実施例３）を示す。
試験結果（Ｎ：１０．０％、なお、Ｃｒが１０．０％の
ものは実施例３）を示す。
【００５１】図１０の試験結果に示されているように、
Ｃｒの含有量が２５重量％以下で摩耗量が少なく、摺動
時の耐摩耗性が優れていることがわかる。
Ｃｒの含有量が２５重量％以下で摩耗量が少なく、摺動
時の耐摩耗性が優れていることがわかる。
【００５２】次に、表２、表３および表４に示す硬質皮
膜を外周面に被覆したピストンリングをエンジンテスト
に供した。すなわち、φ８６ｍｍの直列４気筒ディーゼ
ルエンジンに前記ピストンリングを組み込み、全負荷の
条件で２５０時間の耐久試験を行った。
膜を外周面に被覆したピストンリングをエンジンテスト
に供した。すなわち、φ８６ｍｍの直列４気筒ディーゼ
ルエンジンに前記ピストンリングを組み込み、全負荷の
条件で２５０時間の耐久試験を行った。
【００５３】図１０に、上記耐久試験を行った摩耗結果
（Ｎ：１０．０％、なお、Ｃｒが１０．０％のものは実
施例３）を示す。
（Ｎ：１０．０％、なお、Ｃｒが１０．０％のものは実
施例３）を示す。
【００５４】図１０の試験結果に示されているように、
ピストンリングは硬質皮膜のＣｒ含有量が２５重量％以
下で皮膜摩耗量が少なく、耐摩耗性が優れていることが
わかる。
ピストンリングは硬質皮膜のＣｒ含有量が２５重量％以
下で皮膜摩耗量が少なく、耐摩耗性が優れていることが
わかる。
【００５５】また、表５、表６および表７に皮膜損傷結
果を示す。
果を示す。
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【００５９】表５、表６および表７の試験結果に示され
ているように、本実施例におけるピストンリングは硬質
皮膜に欠けやクラックの発生は無く、靱性が優れている
ことがわかる。
ているように、本実施例におけるピストンリングは硬質
皮膜に欠けやクラックの発生は無く、靱性が優れている
ことがわかる。
【００６０】なお、上記実施例ではピストンリングの外
周面に硬質皮膜を被覆した例を示したが、硬質皮膜はピ
ストンリングの外周面と上下面、さらには外周面と上下
面と内周面とに被覆するようにしてもよい。
周面に硬質皮膜を被覆した例を示したが、硬質皮膜はピ
ストンリングの外周面と上下面、さらには外周面と上下
面と内周面とに被覆するようにしてもよい。
【００６１】また、上記実施例ではピストンリングに硬
質皮膜を被覆した例を示したが、硬質皮膜はピストンリ
ングに被覆するに限らず、他の摺動部材、例えば内燃機
関の動弁系部品であるタペットやカム等の少なくとも摺
動面に被覆すれば有効である。
質皮膜を被覆した例を示したが、硬質皮膜はピストンリ
ングに被覆するに限らず、他の摺動部材、例えば内燃機
関の動弁系部品であるタペットやカム等の少なくとも摺
動面に被覆すれば有効である。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の摺動部材
における硬質皮膜は耐摩耗性と靱性が優れている。した
がって、本発明を例えばピストンリングに適用すること
によって、苛酷な条件下においても充分な耐久性を具備
させることができる。
における硬質皮膜は耐摩耗性と靱性が優れている。した
がって、本発明を例えばピストンリングに適用すること
によって、苛酷な条件下においても充分な耐久性を具備
させることができる。
【図１】本発明の一実施例であるピストンリングの一部
分を示す縦断面図である。
分を示す縦断面図である。
【図２】アークイオンプレーティング装置の構成を説明
する図である。
する図である。
【図３】アーク電流と成膜スピードとの関係を示すグラ
フである。
フである。
【図４】（ａ）はファンデアホルスト摩擦試験機の概要
を示す一部断面正面図、（ｂ）は同側面図である。
を示す一部断面正面図、（ｂ）は同側面図である。
【図５】Ｃｒ含有量とクラック発生荷重との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図６】Ｎ含有量とクラック発生荷重との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図７】皮膜硬さとクラック発生荷重との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図８】往復動摩擦試験機の概要を示す正面図である。
【図９】（ａ）は上試験片の摩耗量算出説明図、（ｂ）
は下試験片の摩耗量算出説明図である。
は下試験片の摩耗量算出説明図である。
【図１０】Ｃｒ含有量と摩耗量との関係を示すグラフで
ある。
ある。
１ ピストンリング ２ 硬質皮膜 １０ 真空チャンバ １１ 陰極（蒸発源） １２ 被コーティング物 １３ アーク供給源 １４ バイアス電圧供給源 １５ ガス入口 １６ 排気口 １７ 金属イオン １８ 反応ガス粒子 ２０ 上試験片 ２１ 固定ブロック ２２ 油圧シリンダ ２３ 下試験片 ２４ 可動ブロック ２５ クランク機構 ２６ ロードセル ２７ 上試験片の試験前形状 ２８ 上試験片の試験後形状 ３０ ロータ ３１ ロータ外周面
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−300130（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−265023（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−78821（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−17933（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−57006（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−8747（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16J 9/26
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも摺動面に硬質皮膜が被覆され
ている摺動部材であって、 前記硬質皮膜が、重量比で、Ｃｒ１〜２５％、Ｎ４〜１
５．５％、残Ｍｏからなる三元系皮膜であり、少なくと
も窒化モリブデンと窒化クロムとを含み、皮膜硬さがビ
ッカース硬さで１６００〜２６００であり、結晶粒径が
１μｍ未満であることを特徴とする摺動部材。 - 【請求項２】 請求項１記載の摺動部材の製造方法であ
って、前記硬質皮膜をＰＶＤ法により被覆することを特
徴とする摺動部材の製造方法。 - 【請求項３】 前記ＰＶＤ法がイオンプレーティング法
であることを特徴とする請求項２記載の摺動部材の製造
方法。 - 【請求項４】 Ｍｏ金属からなる蒸発源、Ｃｒ金属から
なる蒸発源、およびＭｏ−Ｃｒ合金からなる蒸発源のう
ちの少なくとも２つの蒸発源を有しており、各蒸発源に
おけるアーク電流の大きさを適宜の値に設定し、窒素雰
囲気中でイオンプレーティングを行うことを特徴とする
請求項３記載の摺動部材の製造方法。 - 【請求項５】 Ｍｏ−Ｃｒ合金からなる蒸発源を有して
おり、窒素雰囲気中でイオンプレーティングを行うこと
を特徴とする請求項３記載の摺動部材の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33626594A JP3286097B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 摺動部材およびその製造方法 |
| US08/575,329 US5601293A (en) | 1994-12-22 | 1995-12-20 | Sliding member with hard ternery film |
| GB9526216A GB2296257B (en) | 1994-12-22 | 1995-12-21 | Sliding member and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33626594A JP3286097B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 摺動部材およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08178069A JPH08178069A (ja) | 1996-07-12 |
| JP3286097B2 true JP3286097B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=18297332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33626594A Expired - Fee Related JP3286097B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 摺動部材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3286097B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010053751A1 (de) * | 2010-10-28 | 2012-05-03 | Oerlikon Trading Ag, Trübbach | Molybdänmonoxidschichten und deren Herstellung mittels PVD |
| US11155914B2 (en) * | 2016-04-07 | 2021-10-26 | Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon | Wear and/or friction reduction by using molybdenum nitride based coatings |
-
1994
- 1994-12-22 JP JP33626594A patent/JP3286097B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08178069A (ja) | 1996-07-12 |
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