(57)【要約】【課題】ピストンリングの外周面にターゲットを用いた蒸着法により被膜を形成する表面処理方法において、蒸着膜の密着性を良好なものとすることが可能な技術を提供する。【解決手段】表面処理方法は、基材準備工程と、蒸着工程と、を含み、基材外周面は、外周端面と、カット面と、を有し、カット面は、外周端面における基材下面側の縁に接続されると共に基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面含み、且つ、カット面の全領域に亘って径方向の外側に面しており、蒸着工程は、ターゲットと外周端面とを対向させた状態で行われる。【選択図】図３
2020193666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるコンプレッションリングの外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であって、
前記コンプレッションリングの基材であって、該コンプレッションリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁に対向する基材上面と、該コンプレッションリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁に対向する基材下面と、前記基材上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、
ターゲットを用いた蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、
前記基材外周面は、前記基材において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よりも径方向外側に形成された外周端面と、前記外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続するカット面と、を有し、
前記カット面は、前記外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面を含み、且つ、該カット面の全領域に亘って径方向の外側に面しており、
前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、
表面処理方法。
【請求項２】
軸方向両側に設けられた一対のセグメントと、前記一対のセグメントを径方向外側へ付勢するエキスパンダと、を有し、内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるオイルリングにおける前記セグメントの外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であって、
前記セグメントの基材であって、該セグメントの軸方向両側の面のうち、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁側に位置する基材上面と、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁側に位置する基材下面と、前記基材上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、
ターゲットを用いた蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、
前記基材外周面は、前記基材において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よりも径方向外側に形成された外周端面と、前記外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続するカット面と、を有し、
前記カット面は、前記外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面を含み、且つ、該カット面の全領域に亘って径方向の外側に面しており、
前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、
表面処理方法。
【請求項３】
前記カット面は、前記基材下面の外周縁と前記傾斜面における前記基材下面側の縁とを接続する接続面を含む、
請求項１又は２に記載の表面処理方法。
【請求項４】
径方向外側に突出した一対のレールが軸方向両側に設けられたリング本体と、前記リング本体を径方向外側へ付勢するエキスパンダと、を有し、内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるオイルリングにおける前記リング本体の外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であって、
前記リング本体の基材であって、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁に対向する基材上面と、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁に対向する基材下面と、前記基材上面の外周縁と前記基材下面の
外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、
ターゲットを用いた蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、
前記基材外周面は、前記一対のレールのうち、前記リング溝の上壁側のレールに含まれる上側レール面と、前記リング溝の下壁側のレールに含まれる下側レール面と、前記上側レール面と前記下側レール面とを接続する上下レール接続面と、を有し、
前記上側レール面は、
前記上側レール面において最大径となる頂部を含み、前記基材上面側の縁が前記基材上面の外周縁よりも径方向外側に形成された上側の外周端面と、前記上側の外周端面における前記基材上面側の縁と前記基材上面の外周縁とを接続する上側のカット面であって、前記上側の外周端面における前記基材上面側の縁に接続されると共に前記基材上面側に向かうに従って縮径するように傾斜した上側の第１の傾斜面を含み、且つ、全領域に亘って径方向の外側に面した上側のカット面と、
前記上側の外周端面における前記基材下面側の縁と前記上下レール接続面における前記基材上面側の縁とを接続すると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した上側の第２の傾斜面と、を有し、
前記下側レール面は、
前記下側レール面において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よりも径方向外側に形成された下側の外周端面と、前記下側の外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続する下側のカット面であって、前記下側の外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した下側の第１の傾斜面を含み、且つ、全領域に亘って径方向の外側に面した下側のカット面と、
前記下側の外周端面における前記基材上面側の縁と前記上下レール接続面における前記基材下面側の縁とを接続すると共に前記基材上面側に向かうに従って縮径するように傾斜した下側の第２の傾斜面と、を有し、
前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、
表面処理方法。
【請求項５】
前記上側のカット面は、前記基材上面の外周縁と前記上側の傾斜面における前記基材上面側の縁とを接続する上側の接続面を含み、
前記下側のカット面は、前記基材下面の外周縁と前記下側の傾斜面における前記基材下面側の縁とを接続する下側の接続面を含む、
請求項４に記載の表面処理方法。
【請求項６】
前記蒸着工程は、複数の前記基材を、それぞれの中心軸が一致するように、軸方向に積み重ねた状態で行われ、
前記基材は、径方向における前記中心軸から前記基材上面の外周縁までの距離と前記中心軸から前記基材下面の外周縁までの距離とが、互いに等しくなるように形成されている、
請求項１から５の何れか一項に記載の表面処理方法。
【請求項７】
前記基材の周長方向に直交する断面において、前記基材の径方向に対する前記傾斜面の傾斜角度は、５°以上である、
請求項１から６の何れか一項に記載の表面処理方法。
【請求項８】
前記基材の周長方向に直交する断面において、前記基材の径方向に対する前記傾斜面の傾斜角度は、５°以上２５°以下である、
請求項１から７の何れか一項に記載の表面処理方法。
【請求項９】
前記蒸着工程は、前記基材外周面にＣｒ又はＴｉからなる下地被膜を形成する下地被膜形成工程と、前記下地被膜の上に硬質被膜を形成する硬質被膜形成工程と、を含む、
請求項１から８の何れか１項に記載の表面処理方法。
【請求項１０】
前記下地被膜の膜厚は、前記硬質被膜と前記下地被膜とを含めた前記蒸着膜全体の膜厚の５０％以下である、
請求項９に記載の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の低減のために、内燃機関の低燃費化とオイル消費の低減が課題として挙げられている。内燃機関の低燃費化の手段として、ピストン系の摩擦損失の低減が有効である。また、近年の内燃機関の高出力化に伴い、耐摩耗性の優れたピストンリングが要求されている。一般的な自動車に搭載される内燃機関は、トップリング及びセカンドリングを含む２本のコンプレッションリング（圧力リング）と１本のオイルリングとを組み合わせた３本のピストンリングを、シリンダに装着されたピストンに設けた構成を採用している。これに関連して、ＰＶＤ処理によりピストンリングの外周面にＣｒ窒化物被膜を施すことで、摩擦力の低減及び耐摩耗性向上を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１）。また、内燃機関の低燃費化に加えて、オイル消費の低減を図ることも重要である。オイル消費低減の観点では、ピストンリングの外周面の下部にアンダーカットを形成することで、オイル掻き性能を向上させることが知られている。例えば、特許文献２では、コンプレッションリングの下部にアンダーカットを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６１０７２号公報
【特許文献２】特開平１０−２５２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、ＰＶＤ法のようなターゲットを用いた蒸着法によってアンダーカットを有するピストンリングの外周面に蒸着膜を形成する場合、アンダーカットの下面（クランク室側の面）に蒸着膜の材料となる粒子が十分に衝突し難く、アンダーカット下面の蒸着膜が均一な膜厚で成膜されない場合がある。その場合、後工程の化成処理時に蒸着膜の薄い部分から処理液が基材表面と蒸着膜の間に浸透し、ピストンリングのエンジン組み付け作業において蒸着膜の剥離する虞がある。剥離した蒸着膜は異物となり、内燃機関の運転中にシリンダ内壁に傷を発生させる要因となる。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ピストンリングの外周面にターゲットを用いた蒸着法により被膜を形成する表面処理方法において、蒸着膜の密着性を良好なものとすることが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用した。本発明は、内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるピストンリングの一例として、コンプレッションリングの外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であって、前記コンプレッションリングの基材であって、該コンプレッションリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁に対向する基材上面と、該コンプレッションリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁に対向する基材下面と、前記基材上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、ターゲットを用いた蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、前記基材外周面は、前記基材において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よ
りも径方向外側に形成された外周端面と、前記外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続するカット面と、を有し、前記カット面は、前記外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面を含み、且つ、前記カット面の全領域に亘って径方向の外側に面しており、前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、表面処理方法である。
【０００７】
本発明によると、蒸着工程において外周端面とターゲットとを対向配置することで、外周端面において蒸着膜を均一性の高い膜厚で成膜しつつも、カット面Ｓ２を全領域に亘って径方向外側に面した形状とすることで、カット面の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜を成膜することができる。その結果、蒸着膜の密着性が良好なものとなり、蒸着膜の浮きや剥離を抑制することができる。ここで、「面が径方向外側に面している」とは、面が径方向外側に向いていることを指し、面が径方向に対して直交しながら（即ち、軸方向と平行）径方向の外側を向いている場合に限らず、面が軸方向に対して傾斜しながら径方向外側を向いている場合を含む。また、傾斜面の傾斜角度は、一様でなくともよい。
【０００８】
本発明に係る表面処理方法は、ピストンリングとして、例えば、トップリングやセカンドリングを含んだコンプレッションリングに適用することができる。なお、「周長方向」とは、ピストンリング又は基材の周長方向のことを指す。「径方向」とは、ピストンリング又は基材の半径方向のことを指す。「径方向内側」とは、ピストンリング又は基材の内周面側のことを指し、「径方向外側」とは、その反対側（即ち、基材の外周面側）のことを指す。「軸方向」とは、ピストンリング又は基材の中心軸に沿う方向のことを指す。ピストンのリング溝の「上壁」は、リング溝の内壁のうち、燃焼室側の内壁を指し、「下壁」は、クランク室側の内壁を指す。また、本発明に係る蒸着法は、ターゲットから出射された粒子を基材に付着させることで物質の表面に膜を形成する蒸着法であればよい。このような蒸着法としては、ＰＶＤ（physical vapor deposition）を例示することができる
。ＰＶＤ法は、物理気相成長とも呼ぶことができる。ＰＶＤ法には、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc）法等を含めることができる。
【０００９】
また、本発明において、前記カット面は、前記基材下面の外周縁と前記傾斜面における前記基材下面側の縁とを接続する接続面を含んでもよい。これによると、カット面が基材下面１２に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面と、基材下面の外周縁と傾斜面における基材下面側の縁とを接続する接続面と、を含むことで、基材外周面がアンダーカット形状に形成されている。このような基材に表面処理を施すことで、アンダーカットを有するコンプレッションリングが形成され、このコンプレッションリングは、良好なオイル掻き性能を有する。
【００１０】
また、本発明において、前記蒸着工程は、複数の前記基材を、それぞれの中心軸が一致するように、軸方向に積み重ねた状態で行われ、前記基材は、径方向における前記中心軸から前記基材上面の外周縁までの距離と前記中心軸から前記基材下面の外周縁までの距離とが、互いに等しくなるように形成されていてもよい。これによると、蒸着工程において、軸方向に隣接する２つの基材において互いに対向する基材上面と基材下面とが、径方向に段差を生じることなく（ずれることなく）重なり合う。そのため、基材上面及び基材下面に蒸着膜が成膜されることを抑制でき、基材上面や基材下面から蒸着膜を除去するための研磨加工を省くことができる。このような表面処理方法は、複数の基材に対してＰＶＤ被膜を成膜する場合に好適である。
【００１１】
また、本発明において、前記基材の周長方向に直交する断面において、前記基材の径方
向に対する前記傾斜面の傾斜角度は、５°以上とすることが好ましい。そうすることにより、傾斜面の全域に材料の粒子がより付着し易くなり、傾斜面における膜厚の均一性を更に高めることができる。その結果、蒸着膜の密着性を更に向上させることができる。
【００１２】
また、本発明において、前記基材の周長方向に直交する断面において、前記基材の径方向に対する前記傾斜面の傾斜角度は、５°以上２５°以下とすることがより好ましい。傾斜角度を２５°以下とすることにより、外周端面の軸方向寸法をより大きく確保することができる。その結果、例えば、外周端面がクランク室側に向かうに従って拡径するように傾斜したテーパ状に形成されている場合、テーパ状の外周端面を長時間残存させることでき、外周端面が早期に消滅することによるオイル掻き機能の低下を抑制することができる。その結果、コンプレッションリングのオイル掻き性能を、より良好なものとすることができる。
【００１３】
また、本発明において、前記蒸着工程は、前記基材外周面にＣｒ又はＴｉからなる下地被膜を形成する下地被膜形成工程と、前記下地被膜の上に硬質被膜を形成する硬質被膜形成工程と、を含んでもよい。これによると、Ｃｒ又はＴｉからなる下地被膜を介して硬質被膜を基材外周面に成膜することで、硬質被膜の基材外周面に対する密着性を高めることができる。その結果、硬質被膜の浮きや剥離を好適に抑制することができる。
【００１４】
また、本発明において、前記下地被膜の膜厚は、前記硬質被膜と前記下地被膜とを含めた前記蒸着膜全体の膜厚の５０％以下とすることが、密着性の向上の観点からより好ましい。
【００１５】
また、本発明は、ピストンリングとして、３ピースオイルリングにおけるセグメントの外周面に蒸着膜を形成する場合にも適用することができる。即ち、本発明は、軸方向両側に設けられた一対のセグメントと、前記一対のセグメントを径方向外側へ付勢するエキスパンダと、を有し、内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるオイルリングにおける前記セグメントの外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であってもよい。この場合、本発明は、前記セグメントの基材であって、該セグメントの軸方向両側の面のうち、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁側に位置する基材上面と、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁側に位置する基材下面と、前記基材上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、ターゲットを用いた蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、前記基材外周面は、前記基材において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よりも径方向外側に形成された外周端面と、前記外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続するカット面と、を有し、前記カット面は、前記外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面を含み、且つ、前記カット面の全領域に亘って径方向の外側に面しており、前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、表面処理方法である。
【００１６】
また、本発明は、ピストンリングとして、２ピースオイルリングにおけるリング本体の外周面に蒸着膜を形成する場合にも適用することができる。即ち、本発明は、径方向外側に突出した一対のレールが軸方向両側に設けられたリング本体と、前記リング本体を径方向外側へ付勢するエキスパンダと、を有し、内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるオイルリングにおける前記リング本体の外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であってもよい。この場合、本発明は、前記リング本体の基材であって、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁に対向する基材上面と、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁に対向する基材下面と、前記基材
上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、ターゲットを用いた蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、前記基材外周面は、前記一対のレールのうち、前記リング溝の上壁側のレールの外周面に含まれる上側レール面と、前記リング溝の下壁側のレールに含まれる下側レール面と、を有し、前記上側レール面は、前記上側レール面において最大径となる頂部を含み、前記基材上面側の縁が前記基材上面の外周縁よりも径方向外側に形成された上側の外周端面と、前記上側の外周端面における前記基材上面側の縁と前記基材上面の外周縁とを接続する上側のカット面であって、前記上側の外周端面における前記基材上面側の縁に接続されると共に前記基材上面側に向かうに従って縮径するように傾斜した上側の第１の傾斜面を含み、且つ、全領域に亘って径方向の外側に面した上側のカット面と、前記上側の外周端面における前記基材下面側の縁と前記上下レール接続面における前記基材上面側の縁とを接続すると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した上側の第２の傾斜面と、を有し、前記下側レール面は、前記下側レール面において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よりも径方向外側に形成された下側の外周端面と、前記下側の外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続する下側のカット面であって、前記下側の外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した下側の第１の傾斜面を含み、且つ、全領域に亘って径方向の外側に面した下側のカット面と、前記下側の外周端面における前記基材上面側の縁と前記上下レール接続面における前記基材下面側の縁とを接続すると共に前記基材上面側に向かうに従って縮径するように傾斜した下側の第２の傾斜面と、を有し、前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、表面処理方法である。
【００１７】
また、２ピースオイルリングにおけるリング本体の外周面に蒸着膜を形成する場合、本発明において、前記上側のカット面は、前記基材上面の外周縁と前記上側の傾斜面における前記基材上面側の縁とを接続する上側の接続面を含み、前記下側のカット面は、前記基材下面の外周縁と前記下側の傾斜面における前記基材下面側の縁とを接続する下側の接続面を含んでもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ピストンリングの外周面にターゲットを用いた蒸着法により被膜を形成する表面処理方法において、蒸着膜の密着性を良好なものとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態１に係る表面処理がなされたセカンドリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る表面処理方法の工程を示す図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る表面処理方法の蒸着工程を行う成膜装置を示す模式図である。
【図５】図５は、蒸着工程を説明するための模式図である。
【図６】図６は、蒸着工程の詳細を示す図である。
【図７】図７は、比較例に係る表面処理方法の蒸着工程を説明するための模式図である。
【図８】図８は、捩れ試験を説明するための図である。
【図９】図９は、実施形態１の変形例１に係る表面処理方法に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態１の変形例２に係る表面処理がなされたセカンドリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態１の変形例２に係る表面処理方法に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態１の変形例３に係る表面処理方法に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。
【図１３】図１３は、実施形態１の変形例４に係る表面処理方法に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。
【図１４】図１４は、実施形態２に係る表面処理がなされたオイルリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。
【図１５】図１５は、実施形態２に係る表面処理に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。
【図１６】図１６は、実施形態３に係る表面処理がなされたオイルリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施形態３に係る表面処理に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態に記載されている構成は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２１】
なお、以下の説明において「周長方向」とは、特に指定しない限りはピストンリング又は基材の周長方向のことを指す。「径方向」とは、特に指定しない限りはピストンリング又は基材の半径方向のことを指す。「径方向内側」とは、ピストンリング又は基材の内周面側のことを指し、「径方向外側」とは、その反対側（即ち、基材の外周面側）のことを指す。「軸方向」とは、特に指定しない限りはピストンリング又は基材の中心軸に沿う方向のことを指す。ピストンのリング溝の「上壁」は、リング溝の内壁のうち、燃焼室側の内壁を指し、「下壁」は、クランク室側の内壁を指す。基材の「上側」は、基材の軸方向において、ピストンリングがリング溝に設けられた場合におけるリング溝の上壁側を指し、「下側」は、ピストンリングがリング溝に設けられた場合におけるリング溝の下壁側を指す。また、ＰＶＤ（physical vapor deposition）とは、ターゲットから出射された粒
子を基材に付着させることで物質の表面に膜を形成する蒸着法の一種であり、物理気相成長とも呼ぶことができる。ＰＶＤ法には、イオンプレーティング法、真空蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc）法等を含むことができる。
【００２２】
＜実施形態１＞
実施形態１は、本発明に係る表面処理方法を、ピストンリングとしてのコンプレッションリングの一例であるセカンドリングに適用したものである。但し、本発明に係る表面処理方法は、トップリングに適用してもよい。図１は、実施形態１に係る表面処理がなされたセカンドリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。図１は、セカンドリングの周長方向に直交する断面を示している。図２は、図１の部分拡大図である。図１に示す内燃機関１００は、シリンダ２０と、シリンダ２０に装着された内燃機関用ピストン３０（以下、ピストン３０）と、図示しない燃焼室及びクランク室と、を有する。図１を平面視した場合の上側が燃焼室側であり、下側がクランク室側である。図１に示すように、内燃機関１００では、シリンダ２０の内周面であるシリンダ内壁２０ａとピストン３０の外周面であるピストン外周面３０ａの間に所定の離間距離が確保されることにより、隙間ＰＣ１が形成されている。ピストン外周面３０ａには、略矩形状の断面形状を有する溝であるリング溝４０が形成されている。リング溝４０は、燃焼室側に形成された上壁４０１と、クランク室側に形成されて上壁４０１に対向する下壁４０２と、上壁４０１と下壁４０２の内周縁同士を接続する接続壁４０３とを有する。リング溝４０には、セカンドリ
ング１０が装着される。
【００２３】
［セカンドリング］
セカンドリング１０は、ピストン３０の往復運動に伴ってシリンダ内壁２０ａを摺動する摺動部材である。図１に示すように、セカンドリング１０の表面は、リング上面１０１とリング下面１０２とリング外周面１０３とリング内周面１０４とを有する。セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合において、リング上面１０１が上壁４０１に対向し、リング下面１０２が下壁４０２に対向し、リング外周面１０３がシリンダ内壁２０ａに摺接し、リング内周面１０４が接続壁４０３に対向する。セカンドリング１０は、合口（図示なし）が形成された円環状を有している。また、セカンドリング１０は、リング溝４０に装着された場合に外周面１０３がシリンダ内壁２０ａを押圧するように、自己張力を有している。図２に示すように、セカンドリング１０は、基材１とＰＶＤ被膜２と酸化被膜３とを有する。セカンドリング１０は、実施形態１に係る表面処理方法を用いて基材１の表面にＰＶＤ被膜２、酸化被膜３が成膜されることで形成される。以下、基材１、ＰＶＤ被膜２、酸化被膜３について詳しく説明する。
【００２４】
［基材］
基材１は、実施形態１に係る表面処理が施される対象となるものである。基材１は、全体として、間欠的な円環形状を有している。基材１は、主に鋼材（スチール）を材料として形成されている。基材１の材料となる鋼材には、炭素鋼材、ステンレス鋼材、合金鋼、鋳鉄材、鋳鋼材が挙げられる。但し、基材１の材料はこれに限定されず、チタン系の材料やアルミニウム系の材料も使用することができる。
【００２５】
図１に示すように、基材１の表面は、基材上面１１と基材下面１２と基材外周面１３と基材内周面１４とを有する。基材上面１１は、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に上壁４０１に対向する面である。基材下面１２は、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に下壁４０２に対向する面である。基材上面１１及び基材下面１２は、軸方向に直交しており、互いに平行な平坦面に形成されている。図２に示すように、基材外周面１３は、基材上面１１の外周縁Ｅ１と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続する面であり、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に、シリンダ内壁２０ａに対向する。基材内周面１４は、基材上面１１の内周縁と基材下面１２の内周縁とを接続する面であり、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に接続壁４０３に対向する。
【００２６】
図２に示すように、基材外周面１３は、外周端面Ｓ１と、カット面Ｓ２と、第２傾斜面Ｓ３と、を有する。外周端面Ｓ１は、クランク室側に向かうに従って拡径するように傾斜したテーパ形状を有している。外周端面Ｓ１は、基材１の最外周部位を構成する面である。より具体的には、外周端面Ｓ１は、基材１において最大径となる頂部Ｐ１を含む。図２に示すように、頂部Ｐ１は、外周端面Ｓ１における基材下面１２側の縁Ｅ３によって形成される。また、外周端面Ｓ１は、基材下面１２の外周縁Ｅ２よりも径方向の外側に形成されている。即ち、縁Ｅ３は、基材下面１２の外周縁Ｅ２よりも径方向外側に位置する。外周端面Ｓ１は、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に、ＰＶＤ被膜２を介してシリンダ内壁２０ａに摺接することで、隙間ＰＣ１内のオイルを掻き落とす。なお、外周端面Ｓ１の形状は、テーパ形状に限定しない。外周端面Ｓ１は、軸方向に沿って延在するストレート形状を有してもよい。
【００２７】
図２に示すように、カット面Ｓ２は、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続する面である。カット面Ｓ２は、第１傾斜面Ｓ２１と接続面Ｓ２２とを含む。第１傾斜面Ｓ２１は、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜している。接続面Ｓ２２は、第１傾斜面Ｓ２１における基材
下面１２側の縁Ｅ４と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続すると共に基材１の軸方向に沿って延在している。但し、接続面Ｓ２２は、基材１の軸方向に対して傾斜してもよい。図２に示すように、カット面Ｓ２は、カット面Ｓ２の全領域（全範囲）において径方向外側に面している。ここで、本明細書において「面が径方向外側に面している」とは、面が径方向外側に向いていることを指し、面が径方向に対して直交しながら（即ち、軸方向と平行）径方向外側を向いている場合に限らず、面が軸方向に対して傾斜しながら径方向外側を向いている場合を含むものとする。基材外周面１３は、第１傾斜面Ｓ２１と接続面Ｓ２２とによって、クランク室側の部分が切り欠かかれたアンダーカット形状に形成されている。このような基材１に後述の表面処理を施すことで、外周面１０３にアンダーカットを有するセカンドリング１０が形成される。そのため、図１に示すように、内燃機関１００において、リング外周面１０３の下部とシリンダ２０との間に、空間５０が形成される。この空間５０がオイル溜まりとなり、ピストン３０の下降時においてセカンドリング１０が隙間ＰＣ１内のオイルを掻き落とす際に、空間５０にオイルがバッファされることで、油圧の上昇が抑制される。その結果、良好なオイル掻き性能が得られる。なお、第１傾斜面Ｓ２１は、本発明における「傾斜面」の一例に相当する。
【００２８】
図２に示すように、第２傾斜面Ｓ３は、基材上面１１の外周縁Ｅ１と外周端面Ｓ１における基材上面１１側の縁Ｅ５とを接続する面である。第２傾斜面Ｓ３は、基材上面１１側に向かうに従って縮径するように傾斜している。
【００２９】
なお、基材上面１１、基材下面１２、外周端面Ｓ１、第１傾斜面Ｓ２１、接続面Ｓ２２、第２傾斜面Ｓ３、基材内周面１４は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して滑らかに接続されてもよい。
【００３０】
［ＰＶＤ被膜］
ＰＶＤ被膜２は、後述する蒸着工程により基材外周面１３の略全域に形成された膜である。ＰＶＤ被膜２は、基材外周面１３に直接成膜された下地被膜２１と、下地被膜２１の上に成膜された硬質被膜２２と、を含む。下地被膜２１は、Ｃｒ膜又はＴｉ膜であり、基材外周面１３に対する硬質被膜２２の密着性を高めるために設けられる。下地被膜２１は、後述する蒸着工程における下地被膜形成工程において、基材外周面１３に成膜される。硬質被膜２２は、セカンドリング１０の耐磨耗性を向上させるために設けられる膜である。硬質被膜２２は、例えば、Ｃｒ−Ｎ膜、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ膜、非晶質炭素被膜（ダイヤモンドライクカーボンともいう）等が挙げられる。硬質被膜２２は、後述する蒸着工程における硬質被膜形成工程において、下地被膜２１の上に成膜される。ＰＶＤ被膜は、本発明における「蒸着膜」の一例である。
【００３１】
［酸化被膜］
酸化被膜３は、基材１の表面の防錆や、セカンドリング１０とリング溝４０との良好な初期馴染みを目的として設けられる膜である。酸化被膜３は、後述する酸化被膜形成工程により、基材上面１１、基材下面１２、基材内周面１４の上に成膜される。例えば、基材１を鋼材により形成した場合、酸化被膜３として四三酸化鉄被膜が成膜され、基材１をアルミニウム系材料により形成した場合、酸化被膜３として酸化アルミニウム膜が成膜される。
【００３２】
［表面処理方法］
次に、実施形態１に係る表面処理方法を用いて、基材１にＰＶＤ被膜２及び酸化被膜３を形成する方法について説明する。以下に示す例では、鋼材により形成した基材１に成膜する場合について説明する。図３は、実施形態１に係る表面処理方法の工程を示す図である。図３に示すように、実施形態１に係る表面処理方法は、基材準備工程と、蒸着工程と、酸化被膜形成工程と、を含む。以下、各工程について説明する。
【００３３】
先ず、Ｓ１１０の基材準備工程では、図１及び図２に示した基材１を準備する。Ｓ１１０では、例えば、上述の鋼材を加工して得られた基材１の素形材にブラスト又はバフ研磨を施すことで、基材１を成形する。但し、基材準備工程では、予め成形された基材１を準備してもよい。また、基材準備工程では、Ｓ１２０の蒸着工程の前工程として、イオンボンバードメント処理を行うことで、基材１の表面を清浄化してもよい。
【００３４】
次に、Ｓ１２０の蒸着工程では、ＰＶＤ法により、基材外周面１３にＰＶＤ被膜２を成膜する。但し、蒸着工程で用いる蒸着法はＰＶＤ法に限定しない。蒸着工程で用いる蒸着法は、ターゲットから出射された粒子を基材に付着させることで物質の表面に膜を形成する蒸着法であればよい。以下、ＰＶＤ法の一例であるアークイオンプレーティング法により複数の基材１の基材外周面１３にＰＶＤ被膜を形成する場合について説明する。
【００３５】
図４は、実施形態１に係る表面処理方法の蒸着工程を行う成膜装置を示す模式図である。図４では、複数の基材１の一部を示している。図４に示す成膜装置２００は、基材外周面１３にアークイオンプレーティングによって成膜処理を行なう装置である。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、陰極の材料を蒸気化、イオン化して、被コーティング物の表面に被膜を形成するものである。成膜装置２００は、チャンバ２１０と、ターゲット２２０と、アーク供給源２３０と、ワーク回転装置２４０と、バイアス電圧供給源２５０を備えている。チャンバ２１０は、基材１及びターゲット２２０を収容する空間である。ターゲット２２０は、ＰＶＤ被膜２を成膜するための材料を含んで形成されており、材料の粒子（金属イオン）が飛び出す出射面２２０Ｓを有する。アーク供給源２３０は、ターゲット２２０にアーク電流を供給することで、材料の粒子を出射させる。アーク供給源２３０は、ターゲット２２０に接続される陰極とチャンバ２１０に接続される陽極とを有する。ワーク回転装置２４０は、成膜プロセス中に、基材１を、回転軸Ａ１回りに自転させる。バイアス電圧供給源２５０は、ワーク回転装置２４０を介して基材１にバイアス電圧を印加する。
【００３６】
図５は、蒸着工程を説明するための模式図である。図５では、便宜上、複数の基材１のうち、軸方向に隣接する２つの基材１のみを図示している。図５に示すように、蒸着工程は、ターゲット２２０が基材１の径方向外側に配置され、ターゲット２２０の出射面２２０Ｓと外周端面Ｓ１とが対向した状態で行われる。また、図５に示す例では、複数の基材１が軸方向に積み重ねられた状態で、蒸着工程が行われる。より詳細には、複数の基材１は、それぞれの中心軸が回転軸Ａ１に一致するようにして設置されている。つまり、複数の基材１は、同軸となるように設置されている。
【００３７】
チャンバ２１０内の基材１には、ワーク回転装置２４０を介してバイアス電圧供給源２５０からバイアス電位が印加される。この状態で、アーク供給源２３０からターゲット２２０へアーク電流が供給される。これにより、ターゲット２２０（陰極）とチャンバ２１０の内面（陽極）との間でアーク放電が発生し、ターゲット２２０に含まれる材料が蒸発して高エネルギーの粒子が出射面２２０Ｓから飛び出す。このとき、バイアス電圧が基材１に印加されることにより、粒子が基材１に向かって加速され、基材外周面１３に衝突し、付着する。これにより、基材外周面１３にＰＶＤ被膜２が形成される。このとき、ワーク回転装置２４０が基材１を回転軸Ａ１回り（即ち、基材１の中心軸回り）に自転させることで、基材外周面１３の全周に亘ってＰＶＤ被膜２が形成される。
【００３８】
ここで、出射面２２０Ｓから出射された材料の粒子の多くは、基材１に入射する。図４及び図５に鎖線で示す矢印は、出射面２２０Ｓから基材１の基材外周面１３に入射する粒子の軌跡を模式的に表したものである。図５に示すように、外周端面Ｓ１と出射面２２０Ｓとが対向配置されていることから、出射面２２０Ｓから基材１に入射する粒子が外周端
面Ｓ１の全域に付着し易くなり、外周端面Ｓ１において膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。また、カット面Ｓ２については、カット面Ｓ２が全領域において径方向外側に面していることから、出射面２２０Ｓから入射する粒子は、カット面Ｓ２の全域に付着し易くなっている。その結果、カット面Ｓ２においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。同様に、第２傾斜面Ｓ３が傾斜して形成されていることから、出射面２２０Ｓから入射する粒子が第２傾斜面Ｓ３の全域に付着することができ、第２傾斜面Ｓ３においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。
【００３９】
図６は、蒸着工程の詳細を示す図である。図６に示すように、蒸着工程は、下地被膜形成工程と硬質被膜形成工程と、を含む。Ｓ１２１の下地被膜形成工程では、下地被膜２１として、Ｃｒ膜又はＴｉ膜を成膜する。下地被膜形成工程では、ターゲット２２０の材料としてＣｒ又はＴｉを用いる。次に、Ｓ１２２の硬質被膜形成工程では、下地被膜２１の上に、硬質被膜２２として、Ｃｒ−Ｎ膜、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ膜、又は非晶質炭素被膜を成膜する。Ｃｒ−Ｎ膜又はＣｒ−Ｂ−Ｎ膜を成膜する場合、ターゲット２２０の材料としてＣｒ又はＣｒＢ２を用い、反応ガスとしての窒素をチャンバ２１０に導入する。非晶質炭素被膜を成膜する場合、ターゲット２２０の材料としてグラファイトを使用する。以上のようにして、下地被膜２１及び硬質被膜２２が成膜される。
【００４０】
次に、Ｓ１３０の酸化被膜形成工程では、化成処理を行うことで基材上面１１、基材下面１２、及び基材内周面１４に酸化被膜３を成膜する。Ｓ１３０では、アルカリ着色処理が用いられる。アルカリ着色処理では、アルカリ溶液に酸化剤や反応促進剤等を加えた処理液に鋼材を浸して煮沸等することで、鋼材の表面に処理液が作用し、四三酸化鉄からなる酸化被膜３が成膜される。酸化被膜形成工程では、アルカリ着色処理により、基材１の表面においてＰＶＤ被膜２によって覆われていない領域、即ち、基材上面１１、基材下面１２、及び基材内周面１４に酸化被膜３が成膜される。
【００４１】
以上の工程を経ることにより、実施形態１に係る表面処理が完了する。これにより、基材１の表面にＰＶＤ被膜２及び酸化被膜３が形成される。上述の表面処理が完了した後、ブラスト、バフ研磨、ラッピング処理等を行うことによって、図１に示すセカンドリング１０が完成する。
【００４２】
［作用・効果］
以上のように、実施形態１に係るコンプレッションリングの表面処理方法は、基材１を用意する基材準備工程と、ターゲットを用いた蒸着法であるＰＶＤ法により、基材外周面１３にＰＶＤ被膜２を形成する蒸着工程と、を含む。そして、基材外周面１３は、基材１において最大径となる頂部Ｐ１を含み、基材下面１２の外周縁Ｅ２よりも径方向外側に形成された外周端面Ｓ１と、外周端面Ｓ１における基材下面側の縁Ｅ３と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続するカット面Ｓ２と、を有する。そして、カット面Ｓ２は、外周端面Ｓ１における基材下面１２側の縁Ｅ３に接続されると共に基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜した第１傾斜面Ｓ２１を含み、且つ、カット面Ｓ２の全領域に亘って径方向の外側に面している。そして、蒸着工程は、ＰＶＤ被膜２の材料となる粒子を出射するターゲット２２０と外周端面Ｓ１とを対向させた状態で行われる。
【００４３】
このような表面処理方法によると、蒸着工程において外周端面Ｓ１とターゲット２２０とを対向配置することで、外周端面Ｓ１においてＰＶＤ被膜２を均一性の高い膜厚で成膜しつつも、カット面Ｓ２を全領域に亘って径方向外側に面した形状とすることで、カット面Ｓ２の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面Ｓ２においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。
【００４４】
更に、カット面Ｓ２が、基材下面１２に向かうに従って縮径するように傾斜した第１傾斜面Ｓ２１と、基材下面１２の外周縁Ｅ２と第１傾斜面Ｓ２１における基材下面１２側の縁Ｅ４とを接続する接続面Ｓ２２と、を含むことで、基材外周面１３がアンダーカット形状に形成されている。このような基材外周面１３に表面処理を施すことで、外周面１０３にアンダーカットを有するセカンドリング１０が形成される。これにより、良好なオイル掻き性能を得ることができる。
【００４５】
ここで、成膜されたＰＶＤ被膜の膜厚の均一性が低いと、酸化被膜形成工程において化成処理をしたときに、ＰＶＤ被膜の薄い部分から処理液が基材外周面とＰＶＤ被膜の間に浸透し、ＰＶＤ被膜が基材外周面から浮く場合がある。その結果、セカンドリングのエンジン組み付け作業においてセカンドリングに応力が作用したときにＰＶＤ被膜が剥離する虞がある。剥離した被膜は異物となり、内燃機関の運転中にシリンダ内壁の傷発生等の要因となる。つまり、ＰＶＤ被膜の膜厚の均一性が低いと、ＰＶＤ被膜の密着性の低下を招く虞がある。
【００４６】
図７は、比較例に係る表面処理方法の蒸着工程を説明するための模式図である。図７では、便宜上、単一の基材を示している。比較例に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ｘを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点で同じである。基材１Ｘは、外周面１３Ｘがアンダーカット形状に形成されているものの、カット面Ｓ２Ｘが第１傾斜面Ｓ２１に代えて傾斜面Ｓ２３とストレート面Ｓ２４とを有する点で基材１と異なる。傾斜面Ｓ２３は、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に、基材下面１２に向かうに従って縮径するように傾斜している。ストレート面Ｓ２４は、傾斜面Ｓ２３における基材下面１２側の縁Ｅ６に接続されると共に基材１の周長方向に直交する断面において、径方向と平行に延在している。即ち、ストレート面Ｓ２４は、軸方向下側に面している。これにより、カット面Ｓ２Ｘは、ストレート面Ｓ２４において径方向外側に面していない形状となっている。ストレート面Ｓ２４における径方向内側の縁Ｅ４には、接続面Ｓ２２が接続されている。図７に示すように、比較例の場合、ストレート面Ｓ２４が径方向外側に面していないため、ターゲット２２０の出射面２２０Ｓから入射する粒子がストレート面Ｓ２４に付着し難くなっている。その結果、ストレート面Ｓ２４において膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２が成膜されず、ストレート面Ｓ２４におけるＰＶＤ被膜２が剥離する虞がある。
【００４７】
これに対して、実施形態１に係る表面処理方法では、第１傾斜面Ｓ２１においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜可能となることから、下地被膜２１におけるＰＶＤ被膜の密着性を比較例よりも向上させることができる。その結果、セカンドリング１０に良好なオイル掻き性能を付与しながらも、ＰＶＤ被膜２の密着性を良好なものとすることができ、ＰＶＤ被膜２の浮きや剥離を抑制することができる。
【００４８】
更に、蒸着工程は、基材外周面１３にＣｒ又はＴｉからなる下地被膜２１を形成する下地被膜形成工程と、下地被膜２１の上に硬質被膜２２を形成する硬質被膜形成工程と、を含んでいる。これによると、Ｃｒ又はＴｉからなる下地被膜２１を介して硬質被膜２２を基材外周面１３に成膜することで、硬質被膜２２の基材外周面１３に対する密着性を高めることができる。その結果、硬質被膜２２の浮きや剥離を好適に抑制することができる。また、下地被膜２１により密着性が向上するため、硬質被膜２２を薄く成膜した場合であっても、浮きや剥離が生じ難くなる。その結果、ＰＶＤ被膜２の厚みをより薄くすることが可能となる。ここで、下地被膜２１の膜厚は特に限定されないが、硬質被膜２２と下地被膜２１とを含めた蒸着膜２全体の膜厚の５０％以下とすることが、密着性向上の観点から、より好ましい。
【００４９】
ここで、径方向における頂部Ｐ１から基材上面１１の外周縁Ｅ１までの距離をｄ１とす
る。また、径方向における頂部Ｐ１から基材下面１２の外周縁Ｅ２までの距離ｄ２とする。図２に、ｄ１及びｄ２を示す。このとき、実施形態１では、基材１の基材外周面１３に基材上面１１に向かうに従って縮径するように傾斜した第２傾斜面Ｓ３を形成することで、ｄ１とｄ２とを、互いに等しくしている。これにより、基材１では、径方向における中心軸から基材上面１１の外周縁Ｅ１までの距離と中心軸から基材下面１２の外周縁Ｅ２までの距離とが、互いに等しくなっている。そして、蒸着工程は、複数の基材１を、それぞれの中心軸が一致するように、軸方向に積み重ねた状態で行われる。これによると、図５に示すように、蒸着工程において、軸方向に隣接する２つの基材１において互いに対向する基材上面１１の外周縁Ｅ１と基材下面１２の外周縁Ｅ２の、径方向における位置が一致する。即ち、互いに対向する基材上面１１と基材下面１２とが、径方向に段差を生じることなく（ずれることなく）重なり合う。ここで、互いに対向する基材上面１１と基材下面１２との間に段差が生じると、当該段差部分において基材上面１１や基材下面１２にＰＶＤ被膜２が成膜される場合がある。その場合、基材上面１１や基材下面１２からＰＶＤ被膜２を除去してリング上面１０１やリング下面１０２を平坦面とするための研磨加工が必要となる。これに対して、実施形態１に係る表面処理方法では、互いに対向する基材上面１１と基材下面１２とが、径方向に段差を生じることなく重なり合うため、基材上面１１及び基材下面１２にＰＶＤ被膜２が成膜されることを抑制でき、上述した研磨加工を省くことができる。このような表面処理方法は、複数の基材１に対してＰＶＤ被膜２を成膜する場合に好適である。
【００５０】
ここで、図２に示す符号θは、基材１の周長方向に直交する断面における、基材１の径方向（即ち、軸方向と直交する方向）に対する第１傾斜面Ｓ２１の傾斜角度を表す。このとき、傾斜角度θを５°以上とすることで、第１傾斜面Ｓ２１の全域にターゲット２２０の材料の粒子がより付着し易くなり、第１傾斜面Ｓ２１における膜厚の均一性を更に高めることができる。その結果、第１傾斜面Ｓ２１に対するＰＶＤ被膜２の密着性を更に向上させることができる。但し、本発明はこれに限定しない。
【００５１】
傾斜角度θが５°以上の場合、９０°を超えない範囲で傾斜角度θを大きくすればするほど、ＰＶＤ被膜２の密着性が向上する。ここで、セカンドリングのリング幅（軸方向寸法）は該セカンドリングを収容するリング溝の上下幅に依存し、例えば、１．０〜１．５ｍｍのように、設計可能なリング幅の範囲が限定されている。そのため、傾斜角度θをより大きくしようとすると、縁Ｅ３をより燃焼室側に形成する必要があり、その結果、外周端面Ｓ１の軸方向寸法が減少する。ここで、本実施形態のように外周端面Ｓ１がテーパ形状を有している場合、ピストン３０の往復運動に伴い、外周端面Ｓ１が徐々に摩耗する。このとき、外周端面Ｓ１の軸方向寸法がより大きい方が、外周端面Ｓ１をより長時間残存させることができる。これを考慮すると、傾斜角度θは、５°以上２５°以下とすることが好ましい。傾斜角度θを２５°以下とすることで、外周端面Ｓ１の軸方向寸法をより大きく確保することができる。これにより、テーパ状の外周端面Ｓ１を長時間残存させることでき、外周端面Ｓ１が早期に消滅することによるオイル掻き機能の低下を抑制することができる。その結果、セカンドリング１０のオイル掻き性能を、より良好なものとすることができる。但し、本発明はこれに限定しない。
【００５２】
以上、アークイオンプレーティング法により複数の基材１の基材外周面１３にＰＶＤ被膜を形成する場合について説明したが、本発明に係る表面処理方法は、これに限定しない。蒸着工程で用いられるＰＶＤ法には、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc）法を挙げることができる。また、本発明で用いられる蒸着法は、ＰＶＤ法に限らず、ターゲットを用いる蒸着法であればよい。また、蒸着工程では、１つの基材１に対してＰＶＤ被膜を形成してもよい。
【００５３】
また、本発明の蒸着工程において成膜される蒸着膜は、下地被膜や硬質被膜に限定されず、ＰＶＤ被膜の材料は、上述の材料に限定されない。例えば、ＰＶＤ被膜は、下地被膜を有さずに硬質被膜のみを有してもよい。また、本発明に係る表面処理方法は、酸化被膜形成工程を含まなくともよい。例えば、本発明に係る表面処理方法は、酸化被膜に代えて、リン酸塩被膜を形成してもよい。
【００５４】
［密着性評価］
実施形態１に係る表面処理方法により成膜されたＰＶＤ被膜の密着性の評価を行った。密着性の評価では、化成処理により酸化被膜を成膜した後のセカンドリングを対象に捩れ試験を実施し、カット面にＰＶＤ被膜の剥離が存在するか否かを目視にて観察した。図８は、捩れ試験を説明するための図である。捩れ試験では、図８に示すように、セカンドリング１０の合口を形成する一対の合口端部１１０，１２０を掴持し、中心軸に対して合口の反対側部位１３０を支点として、セカンドリングが図８の実線で示される姿勢となる方向にセカンドリングを所定の捩れ角度で捻った。なお、このときの捩れ角度は４５°、９０°とした。
【００５５】
［実施例］
実施例１〜５として、図３に示した表面処理方法を用いて基材の外周面にＰＶＤ被膜を成膜した場合の密着性を評価した。実施例１〜５では、図１に示した形状の基材を用い、第１傾斜面の傾斜角度を異ならせた。より詳細には、実施例１では、第１傾斜面の傾斜角度を２°とし、ＰＶＤ被膜を得た。実施例２は、第１傾斜面の傾斜角度を５°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。実施例３は、第１傾斜面の傾斜角度を１０°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。実施例４は、第１傾斜面の傾斜角度を１５°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。実施例５は、第１傾斜面の傾斜角度を２５°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。
【００５６】
［比較例］
比較例１として、カット面が傾斜面を有さない基材の外周面にＰＶＤ被膜を成膜した場合の密着性を評価した。比較例１は、第１傾斜面の傾斜角度を０°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。
【００５７】
［実験結果］
表１に示す評価結果は、密着性評価の結果を以下の評価基準で表したものである。各捩れ角度において、ＰＶＤ被膜の剥離の発生がないものを「○」とし、剥離が発生したものを「×」とした。また、表１に示す密着性は、捩れ角度４５°と捩れ角度９０°の両方で剥離が発生しなかったものについては「Ａ」とし、捩れ角度９０°では剥離が発生したものの、捩れ角度４５°では剥離が発生しなかったものについては「Ｂ」とし、捩れ角度４５°と捩れ角度９０°の両方で剥離が発生したものについては「Ｃ」とした。表１に示すように、比較例１よりも実施例１〜５の方が密着性に優れる結果となった。これにより、実施形態１に係る表面処理方法によってＰＶＤ被膜の密着性が向上することを確認できた。また、実施例同士で比較した場合、実施例１よりも実施例２〜５の方が密着性に優れる結果となった。これにより、第１傾斜面の傾斜角度を５°以上とすることによってＰＶＤ被膜の密着性が更に向上することを確認できた。
【００５８】
【表１】
2020193666.tif 000003
［実施形態１の変形例１］
図９は、実施形態１の変形例１に係る表面処理方法に用いる基材１Ａの、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態１の変形例１に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ａを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。また、基材１Ａは、基材外周面１３Ａが第２傾斜面Ｓ３を有さない点で基材１と相違し、その他の点は同じである。図９に示すように、本発明に係る表面処理方法では、第２傾斜面Ｓ３を有さない基材を用いてもよい。
【００５９】
［実施形態１の変形例２］
図１０は、実施形態１の変形例２に係る表面処理がなされたセカンドリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。図１１は、実施形態１の変形例２に係る表面処理方法に用いる基材１Ｂの、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態１の変形例２に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ｂを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。
【００６０】
図１１に示すように、実施形態１の変形例２に係る基材１Ｂの基材外周面１３Ｂは、基材１Ｂにおいて最大径となる頂部Ｐ１を含み、基材下面１２の外周縁Ｅ２よりも径方向外側に形成された外周端面Ｓ１と、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続するカット面Ｓ２と、を含む。また、カット面Ｓ２は、外周端面Ｓ１における基材下面１２側の縁Ｅ３と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続すると共に基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜した第１傾斜面Ｓ２１によって形成されている。即ち、基材１Ｂは、基材外周面１３Ｂのカット面Ｓ２が接続面Ｓ２２を有さない点で基材１と相違し、その他の点は同じである。図１１に示すように、カット面Ｓ２が第１傾斜面Ｓ２１によって形成されていることから、カット面Ｓ２は、全領域において径方向外側に面した形状となっている。
【００６１】
基材外周面１３Ｂは、カット面Ｓ２が第１傾斜面Ｓ２１によって形成されていることより、クランク室側の部分が斜めにカットされたベベル形状に形成されている。このような基材１Ｂに表面処理を施されたセカンドリング１０Ｂのリング外周面１０３Ｂは、図１０に示すように、内燃機関１００においてオイル溜まりとなる空間５０を形成する。そのため、良好なオイル掻き性能を得ることができる。更に、実施形態１の変形例２に係る表面処理方法では、カット面Ｓ２を全領域において径方向外側に面した形状とすることで、蒸着工程において、カット面Ｓ２の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面Ｓ２に膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。その結果、セカンドリングに良好なオイル掻き性能を付与しながらも、基材外周面１３Ｂに対するＰＶＤ被膜２の密着性を良好なものとすることができ、ＰＶＤ被膜２の浮きや剥離を抑制することができる。
【００６２】
［実施形態１の変形例３］
図１２は、実施形態１の変形例３に係る表面処理方法に用いる基材１Ｃの、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態１の変形例３に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ｃを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。また、基材１Ｃは、基材外周面１３Ｃが第２傾斜面Ｓ３を有さない点で基材１Ｂと相違し、その他の点は同じである。
【００６３】
［実施形態１の変形例４］
なお、第１傾斜面Ｓ２１の傾斜角度θは、一様でなくともよい。図１３は、実施形態１の変形例３に係る表面処理方法に用いる基材１Ｄの、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態１の変形例４に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ｄを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。図１３に示すように、変形例４に係る基材外周面１３Ｄの第１傾斜面Ｓ２１Ｄは、傾斜角度の異なる複数の面が連なって形成されている点で図２に示した基材外周面１３の第１傾斜面Ｓ２１と相違する。より具体的には、第１傾斜面Ｓ２１Ｄは、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続される外側面Ｓ２１１と、外側面Ｓ２１１に連なると共に第１傾斜面Ｓ２１Ｄにおける基材下面１２側の縁Ｅ４に接続される内側面Ｓ２１２と、を有する。外側面Ｓ２１１は、基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜角θ１で傾斜しており、内側面Ｓ２１２は、基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜角θ２で傾斜している。図１３に示すように、第１傾斜面Ｓ２１Ｄが全領域において径方向外側に面しているものの、θ１＞θ２となっており、第１傾斜面Ｓ２１Ｄの傾斜角度は一様ではない。
【００６４】
＜実施形態２＞
図１４は、実施形態２に係る表面処理がなされたオイルリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。図１５は、実施形態２に係る表面処理方法に用いる基材４の、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態２は、ピストンリングとして、３ピースのオイルリングに本発明に係る表面処理方法を適用したものである。コンプレッションリングの一例であるセカンドリングに適用したものである。実施形態２に係る表面処理方法は、セカンドリング（コンプレッションリング）の基材１に代えて３ピースオイルリングにおけるセグメントの基材４を用いる点で、図３で説明した実施形態１に係る表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。
【００６５】
［オイルリング］
図１４に示すオイルリング３００は、軸方向両側に設けられた一対のセグメント６０，６０と、一対のセグメント６０，６０を径方向外側へ付勢するエキスパンダ７０と、が組み合わされて形成されている。一対のセグメント６０，６０は、ピストン３０の往復運動に伴ってシリンダ内壁２０ａを摺動する。図１４に示すように、セグメント６０の表面は、セグメント上面６０１とセグメント下面６０２とセグメント外周面６０３とセグメント内周面６０４とを有する。オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合において、上側のセグメント上面６０１が上壁４０１側に位置し、下側のセグメント下面６０２が下壁４０２側に位置し、セグメント外周面６０３がシリンダ内壁２０ａに摺接し、セグメント内周面６０４がエキスパンダ７０に当接する。セグメント６０は、合口（図示なし）が形成された円環状を有している。セグメント６０は、表面処理方法を用いて基材４の表面にＰＶＤ被膜２、酸化被膜３が成膜されることで形成される。以下、基材４について詳しく説明し、ＰＶＤ被膜２、酸化被膜３についての詳しい説明は割愛する。
【００６６】
図１４に示すように、基材４の表面は、基材上面４１と基材下面４２と基材外周面４３と基材内周面４４とを有する。基材上面４１は、オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合に上壁４０１側に位置する面である。基材下面４２は、オイルリング３００
がリング溝４０に装着された場合に下壁４０２側に位置する面である。基材上面４１及び基材下面４２は、軸方向に直交しており、互いに平行な平坦面に形成されている。図１５に示すように、基材外周面４３は、基材上面４１の外周縁Ｅ１と基材下面４２の外周縁Ｅ２とを接続する面であり、オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合に、シリンダ内壁２０ａに対向する。基材内周面４４は、基材上面４１の内周縁と基材下面４２の内周縁とを接続する面であり、オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合にエキスパンダ７０に対向する。
【００６７】
図１５に示すように、基材外周面４３は、外周端面Ｓ１と、カット面Ｓ２と、を有する。外周端面Ｓ１は、周長方向に直交する断面において、径方向外側に凸状に湾曲した円弧形状を有している。外周端面Ｓ１は、基材４において最大径となる頂部Ｐ１を含む。図１５に示すように、頂部Ｐ１は、外周端面Ｓ１における円弧の頂点に形成される。また、外周端面Ｓ１は、基材下面４２の外周縁Ｅ２よりも径方向の外側に形成されている。即ち、頂部Ｐ１は、基材下面４２の外周縁Ｅ２よりも径方向外側に位置する。外周端面Ｓ１は、オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合に、ＰＶＤ被膜２を介してシリンダ内壁２０ａに摺接することで、隙間ＰＣ１内のオイルを掻き落とす。なお、外周端面Ｓ１の形状は、円弧形状に限定しない。
【００６８】
図１５に示すように、カット面Ｓ２は、外周端面Ｓ１の基材下面４２側の縁Ｅ３と基材下面４２の外周縁Ｅ２とを接続する面である。カット面Ｓ２は、第１傾斜面Ｓ２１と接続面Ｓ２２とを含む。第１傾斜面Ｓ２１は、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に基材下面４２側に向かうに従って縮径するように傾斜している。接続面Ｓ２２は、第１傾斜面Ｓ２１における基材下面４２側の縁Ｅ４と基材下面４２の外周縁Ｅ２とを接続している。接続面Ｓ２２は、基材１の軸方向に沿って延在してもよいし、基材１の軸方向に対して傾斜してもよい。図１５に示すように、カット面Ｓ２は、全領域において径方向外側に面している。基材外周面４３は、第１傾斜面Ｓ２１と接続面Ｓ２２とによって、クランク室側の部分が切り欠かかれたアンダーカット形状に形成されている。このような基材４に表面処理を施すことで、セグメント６０の外周面６０３にアンダーカットが形成される。その結果、良好なオイル掻き性能が得られる。なお、基材上面４１、基材下面４２、外周端面Ｓ１、第１傾斜面Ｓ２１、接続面Ｓ２２、基材内周面４４は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して接続されてもよい。
【００６９】
実施形態２に係る表面処理方法では、実施形態１と同様に、ターゲット２２０が基材４の径方向外側に配置され、ターゲット２２０の出射面２２０Ｓと外周端面Ｓ１とが対向した状態で、蒸着工程が行われる。カット面Ｓ２を全領域において径方向外側に面した形状とすることで、蒸着工程において、カット面Ｓ２の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面Ｓ２に膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。その結果、オイルリング３００に良好なオイル掻き性能を付与しながらも、基材外周面４３に対するＰＶＤ被膜２の密着性を良好なものとすることができ、ＰＶＤ被膜２の浮きや剥離を抑制することができる。
【００７０】
また、実施形態２においても、径方向における中心軸から基材上面４１の外周縁Ｅ１までの距離と中心軸から基材下面４２の外周縁Ｅ２までの距離とを、互いに等しくし、複数の基材４をそれぞれの中心軸が一致するように軸方向に積み重ねた状態で蒸着工程を行うことで、基材上面４１及び基材下面４２にＰＶＤ被膜２が成膜されることを抑制できる。
【００７１】
また、実施形態２においても、Ｃｒ又はＴｉからなる下地被膜２１を介して硬質被膜２２を基材外周面４３に成膜することで、硬質被膜２２の基材外周面４３に対する密着性を更に高めることができる。その結果、硬質被膜２２の浮きや剥離をより好適に抑制することができる。なお、下地被膜２１の膜厚は特に限定されないが、硬質被膜２２と下地被膜
２１とを含めた蒸着膜２全体の膜厚の５０％以下とすることが、密着性向上の観点から、より好ましい。
【００７２】
また、実施形態２においても、傾斜角度θを５°以上とすることで、第１傾斜面Ｓ２１に対するＰＶＤ被膜２の密着性を更に向上させることができる。更に、傾斜角度θを、５°以上２５°以下とすることが、オイル掻き性能の観点において好ましい。但し、本発明はこれらに限定されない。
【００７３】
＜実施形態３＞
図１６は、実施形態３に係る表面処理がなされたオイルリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。図１７は、実施形態３に係る表面処理方法に用いる基材５の、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態３は、ピストンリングとして、２ピースのオイルリングに本発明に係る表面処理方法を適用したものである。実施形態３に係る表面処理方法は、セカンドリング（コンプレッションリング）の基材１に代えて２ピースオイルリングにおけるリング本体の基材５を用いる点で、図３で説明した実施形態１に係る表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。
【００７４】
［オイルリング］
図１６に示すオイルリング４００は、径方向外側に突出した一対のレール８１０，８１０が軸方向両側に設けられたリング本体８０と、リング本体８０を径方向外側へ付勢するエキスパンダ９０と、が組み合わされて形成されている。一対のレール８１０，８１０は、ピストン３０の往復運動に伴ってシリンダ内壁２０ａを摺動する。図１６に示すように、リング本体８０の表面は、上面８０１と下面８０２と外周面８０３と内周面８０４とを有する。オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合において、上面８０１が上壁４０１に対向し、下面８０２が下壁４０２に対向し、外周面８０３がシリンダ内壁２０ａに摺接し、内周面８０４がエキスパンダ９０に当接する。リング本体８０は、合口（図示なし）が形成された円環状を有している。リング本体８０は、表面処理方法を用いて基材５の表面にＰＶＤ被膜２、酸化被膜３が成膜されることで形成される。以下、基材５について詳しく説明し、ＰＶＤ被膜２、酸化被膜３についての詳しい説明は割愛する。
【００７５】
図１６に示すように、基材５の表面は、基材上面５１と基材下面５２と基材外周面５３と基材内周面５４とを有する。基材上面５１は、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合に上壁４０１に対向する面である。基材下面５２は、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合に下壁４０２に対向する面である。基材上面５１及び基材下面５２は、軸方向に直交しており、互いに平行な平坦面に形成されている。図１７に示すように、基材外周面５３は、基材上面５１の外周縁Ｅ１と基材下面５２の外周縁Ｅ２とを接続する面であり、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合に、シリンダ内壁２０ａに対向する。基材内周面５４は、基材上面５１の内周縁と基材下面５２の内周縁とを接続する面であり、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合にエキスパンダ９０に対向する。
【００７６】
図１７に示すように、基材外周面５３は、上下対称の形状を有している。より具体的には、基材外周面５３は、リング本体８０における一対のレール８１０，８１０のうち、リング溝４０の上壁４０１側のレール８１０の外周面に含まれる上側レール面５３１と、リング溝４０の下壁４０２側のレール８１０に含まれる下側レール面５３２と、上側レール面５３１と下側レール面５３２とを接続する上下レール接続面５３３と、を有する。
【００７７】
上側レール面５３１は、更に、上側の外周端面Ｓ１と、上側のカット面Ｓ２と、上側の第２傾斜面Ｓ３と、を有する。上側の外周端面Ｓ１は、周長方向に直交する断面において、径方向外側に凸状に湾曲した円弧形状を有している。上側の外周端面Ｓ１は、上側レー
ル面５３１において最大径となる上側の頂部Ｐ１を含み、基材上面５１の外周縁Ｅ１よりも径方向の外側に形成されている。
【００７８】
図１７に示すように、上側のカット面Ｓ２は、上側の外周端面Ｓ１の基材上面５１側の縁Ｅ３と基材上面５１の外周縁Ｅ１とを接続する面である。上側のカット面Ｓ２は、上側の第１傾斜面Ｓ２１と上側の接続面Ｓ２２とを含む。上側の第１傾斜面Ｓ２１は、上側の外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に基材上面５１側に向かうに従って縮径するように傾斜している。上側の接続面Ｓ２２は、上側の第１傾斜面Ｓ２１における基材上面５１側の縁Ｅ４と基材上面５１の外周縁Ｅ１とを接続すると共に基材５の軸方向に沿って延在している。但し、上側の接続面Ｓ２２は、基材５の軸方向に対して傾斜してもよい。図１７に示すように、上側のカット面Ｓ２は、全領域において径方向外側に面している。上側の第２傾斜面Ｓ３は、上側の外周端面Ｓ１における基材下面５２側の縁Ｅ５と上下レール接続面５３３における基材上面側５１の縁Ｅ７とを接続すると共に基材下面５２側に向かうに従って縮径するように傾斜している。
【００７９】
下側レール面５３２は、更に、下側の外周端面Ｓ１と、下側のカット面Ｓ２と、下側の第２傾斜面Ｓ３と、を有する。下側の外周端面Ｓ１は、周長方向に直交する断面において、径方向外側に凸状に湾曲した円弧形状を有している。下側の外周端面Ｓ１は、下側レール面５３２において最大径となる下側の頂部Ｐ１を含み、基材下面５２の外周縁Ｅ２よりも径方向の外側に形成されている。
【００８０】
図１７に示すように、下側のカット面Ｓ２は、下側の外周端面Ｓ１の基材下面５２側の縁Ｅ３と基材下面５２の外周縁Ｅ２とを接続する面である。下側のカット面Ｓ２は、下側の第１傾斜面Ｓ２１と下側の接続面Ｓ２２とを含む。下側の第１傾斜面Ｓ２１は、下側の外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に基材下面５２側に向かうに従って縮径するように傾斜している。下側の接続面Ｓ２２は、下側の第１傾斜面Ｓ２１における基材下面５２側の縁Ｅ４と基材下面５２の外周縁Ｅ２とを接続すると共に基材５の軸方向に沿って延在している。但し、下側の接続面Ｓ２２は、基材５の軸方向に対して傾斜してもよい。図１７に示すように、下側のカット面Ｓ２は、全領域において径方向外側に面している。下側の第２傾斜面Ｓ３は、下側の外周端面Ｓ１における基材上面５１側の縁Ｅ５と上下レール接続面５３３における基材下面側５２の縁Ｅ８とを接続すると共に基材上面５１側に向かうに従って縮径するように傾斜している。
【００８１】
なお、基材上面５１、基材下面５２、外周端面Ｓ１、第１傾斜面Ｓ２１、接続面Ｓ２２、基材内周面５４は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して接続されてもよい。
【００８２】
上側及び下側の外周端面Ｓ１は、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合に、ＰＶＤ被膜２を介してシリンダ内壁２０ａに摺接することで、隙間ＰＣ１内のオイルを掻き落とす。なお、外周端面Ｓ１の形状は、円弧形状に限定しない。
【００８３】
実施形態３に係る表面処理方法では、実施形態１と同様に、ターゲット２２０が基材５の径方向外側に配置され、ターゲット２２０の出射面２２０Ｓと外周端面Ｓ１とが対向した状態で、蒸着工程が行われる。上側及び下側のカット面Ｓ２を全領域において径方向外側に面した形状とすることで、蒸着工程において、カット面Ｓ２の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面Ｓ２に膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。また、上側レール面５３１の第２傾斜面Ｓ３を基材下面５２側に向かうに従って縮径するように傾斜させ、下側レール面５３２の第２傾斜面Ｓ３を基材上面５１側に向かうに従って縮径するように傾斜させることで、上側及び下側の第２傾斜面Ｓ３の全域に材料の粒子が付着し易くなり、夫々の第２傾斜面Ｓ３にも膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜
することができる。その結果、オイルリングに良好なオイル掻き性能を付与しながらも、基材外周面５３に対するＰＶＤ被膜２の密着性を良好なものとすることができ、ＰＶＤ被膜２の浮きや剥離を抑制することができる。
【００８４】
また、実施形態３においても、径方向における中心軸から基材上面５１の外周縁Ｅ１までの距離と中心軸から基材下面５２の外周縁Ｅ２までの距離とを、互いに等しくし、複数の基材５をそれぞれの中心軸が一致するように軸方向に積み重ねた状態で蒸着工程を行うことで、基材上面５１及び基材下面５２にＰＶＤ被膜２が成膜されることを抑制できる。
【００８５】
また、実施形態３においても、Ｃｒ又はＴｉからなる下地被膜２１を介して硬質被膜２２を基材外周面５３に成膜することで、硬質被膜２２の基材外周面５３に対する密着性を更に高めることができる。その結果、硬質被膜２２の浮きや剥離をより好適に抑制することができる。なお、下地被膜２１の膜厚は特に限定されないが、硬質被膜２２と下地被膜２１とを含めた蒸着膜２全体の膜厚の５０％以下とすることが、密着性向上の観点から、より好ましい。
【００８６】
また、実施形態３においても、各傾斜面の傾斜角度φ１〜φ４を５°以上とすることで、第１傾斜面Ｓ２１及び第２傾斜面Ｓ３に対するＰＶＤ被膜２の密着性を更に向上させることができる。更に、各傾斜面の傾斜角度φ１〜φ４を、５°以上２５°以下とすることが、オイル掻き性能の観点において好ましい。但し、本発明はこれらに限定されない。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した種々の形態は、可能な限り組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１          ：基材
１１        ：基材上面
１２        ：基材下面
１３        ：基材外周面
２          ：ＰＶＤ被膜（蒸着膜の一例）
２１        ：下地被膜
２２        ：硬質被膜
３          ：酸化被膜
１０        ：セカンドリング（コンプレッションリングの一例）
２０        ：シリンダ
３０        ：内燃機関用ピストン
４０        ：リング溝
４０１      ：上壁
４０２      ：下壁
１００      ：内燃機関
Ｓ１        ：外周端面
Ｓ２        ：カット面
Ｓ２１      ：第１傾斜面（傾斜面の一例）
Ｓ２２      ：接続面
Ｓ３        ：第２傾斜面（傾斜面の一例）
【図１】
2020193666.tif 000004
【図２】
2020193666.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020193666.tif 000011
【図９】
2020193666.tif 000012
【図１０】
2020193666.tif 000013
【図１１】
2020193666.tif 000014
【図１２】
2020193666.tif 000015
【図１３】
2020193666.tif 000016
【図１４】
2020193666.tif 000017
【図１５】
2020193666.tif 000018
【図１６】
2020193666.tif 000019
【図１７】
2020193666.tif 000020