(57)【要約】【課題】  内燃機関の低フリクション化に対応させ、摩擦係数が低く、耐スカッフ性に優れた、ピストンリングとシリンダライナとからなる組合せ摺動部材を提供する。【解決手段】  ピストンリング１０とシリンダライナ２０とからなる組合せ摺動部材３０であって、摺動面１１の表面粗さＲｚ０．３〜２．５μｍ、初期摩耗高さＲｐｋ≦０．１５μｍ、有効負荷粗さＲｋ０．１０〜０．５０μｍ、油だまり深さＲｖｋ０．２０〜１．０μｍ、油だまり深さ率Ｋ（＝Ｒｖｋ／Ｒｋ）が１．０〜４．０のピストンリング１０と、摺動面２１の表面粗さＲｚ０．２〜０．８μｍのシリンダライナ２０と、からなる組合せ摺動部材３０により、上記課題を解決する。上記したピストンリング１０の表面性状は、摺動面１１にショットブラストがなされ、物理蒸着法により皮膜が形成され、研磨されることにより形成されることが好ましい。【選択図】  図１
2006275269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンリングとシリンダライナとからなる組合せ摺動部材であって、
摺動面の表面粗さＲｚ０．３〜２．５μｍ、初期摩耗高さＲｐｋ≦０．１５μｍ、有効負荷粗さＲｋ０．１０〜０．５０μｍ、油だまり深さＲｖｋ０．２０〜１．０μｍ、油だまり深さ率Ｋ（＝Ｒｖｋ／Ｒｋ）が１．０〜４．０のピストンリングと、
摺動面の表面粗さＲｚ０．２〜０．８μｍのシリンダライナと、からなることを特徴とする組合せ摺動部材。
【請求項２】
前記ピストンリングは、母材が球状黒鉛鋳鉄からなり、母材断面における球状黒鉛の面積率が５〜２０％であり、硬質皮膜が形成される摺動面にはショットブラストがなされ当該摺動面に分布する黒鉛を除去および前記ピストンリング内に陥没させた後、物理蒸着法により前記硬質皮膜を形成し、研磨されたことを特徴とする請求項１に記載の組合せ摺動部材。
【請求項３】
前記皮膜の厚さは、５〜７０μｍであることを特徴とする請求項２に記載の組合せ摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の低フリクション化に対応させた、ピストンリングとシリンダライナとから構成される組合せ摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関の高出力化等の要請から、ピストンリングおよびそのピストンリングに摺動接触するシリンダライナには、その特性に関して過酷な条件が要求されている。
【０００３】
こうした中、シリンダライナにおいては、ピストンリングとの初期なじみ性を向上させるため、その摺動面の表面粗さＲｚを２〜３μｍ程度にすることが、従来から一般的に行われている。また、シリンダライナのトップリング上死点付近にリン酸塩皮膜を形成し、かつ、そのリン酸塩皮膜の表面粗さＲｚを０．５〜３．２μｍに規定し、上死点付近以外の部分の表面粗さＲｚを０．６〜１．８μｍに規定して潤滑油消費量の低減および耐焼付性（耐スカッフ性ともいう。）の向上を図るシリンダライナが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
また、ピストンリングとシリンダライナの組合せにおいて、表面粗さＲｚが０．５〜１．０μｍの摺動面を有するピストンリングと、表面粗さＲｚが０．５〜１．５μｍ、かつＤＩＮ４７７６規格に基づく初期摩耗高さＲｐｋが０．０５〜０．２μｍ、有効負荷粗さＲｋが０．２〜０．６μｍおよび油だまり深さＲｖｋが０．１０〜０．３５μｍの摺動面を有するシリンダライナと、を有する組合せ摺動部材が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。このピストンリングは、摺動面にイオンプレーティング法により皮膜が形成されたものである。
【特許文献１】特開平１１−１５３０５９号公報
【特許文献２】特開２００４−１１６７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この様な特許文献２に開示されたピストンリングにあってはフリクション低減および相手攻撃性低減を考え、摺動表面の表面粗さＲｚを１μｍ以下に仕上げるために、物理蒸着がなされた表面には油だまりが無く、初期なじみの段階で焼き付きが起こりやすい場合があった。また、シリンダライナの内面（ボア）粗さが小さいと、同様に焼き付きが起こりやすい場合があった。
【０００６】
さらに、引用文献２に開示されたピストンリングとシリンダライナとの組合せにおいて、更なるフリクションの低減が求められている。即ち、ピストンリングのイオンプレーティング皮膜は保油性が無いが、耐熱性、耐磨耗性に優れるため、表面粗さを細かくし、鋳鉄シリンダライナ材にホーニング加工の加工目等により油だまり機構を持たせることで、優れた摺動特性が得られていた。摺動部材の更なるフリクションの低減には、シリンダライナの表面粗さを細かくすることが望まれている。
【０００７】
一方、ピストンリングの表面粗さを細かくし、シリンダライナの表面粗さも細かくすれば、フリクションは低減するが、逆に保油性が低下してしまうため、スカッフィングが生じやすいという不都合があった。また、ピストンリングとシリンダライナはピストンを介し往復運動するため、特にピストンの上死点付近は特許文献１に開示のように表面粗さを粗くすることも望まれる。このようにシリンダライナ摺動面の表面粗さを細かくし、更に表面処理を部分的に行うことは、著しくコストの上昇を招くものでもある。
【０００８】
そこで本発明は、内燃機関の低フリクション化に対応させ、摩擦係数が低く、耐スカッフ性に優れた、ピストンリングとシリンダライナとからなる組合せ摺動部材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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、ピストンリングとシリンダライナとからなる組合せ摺動部材であって、摺動面の表面粗さＲｚ０．３〜２．５μｍ、初期摩耗高さＲｐｋ≦０．１５μｍ、有効負荷粗さＲｋ０．１０〜０．５０μｍ、油だまり深さＲｖｋ０．２０〜１．０μｍ、油だまり深さ率Ｋ（＝Ｒｖｋ／Ｒｋ）が１．０〜４．０のピストンリングと、摺動面の表面粗さＲｚ０．２〜０．８μｍのシリンダライナと、からなることを特徴とする組合せ摺動部材である。
【００１０】
上記本発明の組合せ摺動部材において、前記ピストンリングは、母材が球状黒鉛鋳鉄からなり、母材断面における球状黒鉛の面積率が５〜２０％であり、硬質皮膜が形成される摺動面にはショットブラストがなされ当該摺動面に分布する黒鉛を除去および前記ピストンリング内に陥没させた後、物理蒸着法により前記硬質皮膜を形成し、研磨されたものであることが好ましい。この場合に、ピストンリングの摺動面に形成された皮膜の厚さは、５〜７０μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の組合せ摺動部材によれば、上記表面性状を有するピストンリングとシリンダライナとで組合せ摺動部材を構成したので、ピストンリングとシリンダライナとの摺動接触の際の摩擦係数が小さくなり、ピストンリングとシリンダライナとの摩擦力が小さくなることによりエネルギー効率を向上させること（内燃機関の低フリクション化）ができると共に、耐スカッフ性に優れた組合せ摺動部材とすることができる。また、本発明の組合せ摺動部材は、初期なじみの段階で焼き付きが起こりにくいという特性を有するものである。このように、本発明は、ピストンリングについて表面粗さＲｚ、初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋおよび油だまり深さＲｖｋ、油だまり深さ率Ｋ、等の表面性状について詳細に特定して油だまりを有する構成とするとともに、シリンダライナの表面粗さＲｚを特定することにより、より一層の低フリクション化と耐スカッフ性を達成したものである。
【００１２】
請求項２に記載の組合せ摺動部材によれば、ピストンリングについて上記した各処理を行うことにより、上記本発明の組合せ摺動部材に備えられるピストンリングを作製することが可能となる。よって、これらの各処理はピストンリングの摺動面全体に行うものであり、部分的に行うものではないため、コストの上昇を抑えられるとともに、内燃機関の低フリクション化に対応させ、摩擦係数が低く、耐スカッフ性に優れた組合せ摺動部材を提供することができる。
【００１３】
請求項３に記載の組合せ摺動部材によれば、ピストンリングに形成する皮膜の膜厚を規定することにより、研磨処理の一つであるラッピング処理による表面形状の調整が容易となる。そのため、上述の表面性状を有するピストンリングを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の組合せ摺動部材に適用した実施の形態ついて図１〜図４を参照して説明する。図１は、一の実施形態のピストンリング１０およびシリンダライナ２０の円周方向に直交する断面図を示している。図２は、他の実施形態のピストンリング１０の円周方向に直交する断面図を示している。図３および図４は、初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋ、油だまり深さＲｖｋの測定方法を説明する図を示している。
【００１５】
図１に示すように、本発明の組合せ摺動部材３０は、ピストンリング１０とシリンダライナ２０とからなる。ピストンリング１０は、摺動面１１の表面粗さＲｚ０．３〜２．５μｍ、初期摩耗高さＲｐｋ≦０．１５μｍ、有効負荷粗さＲｋ０．１０〜０．５０μｍ、油だまり深さＲｖｋ０．２０〜１．０μｍ、油だまり深さ率Ｋ（＝Ｒｖｋ／Ｒｋ）１．０〜４．０である。シリンダライナ２０は、摺動面２１の表面粗さＲｚ０．２〜０．８μｍである。このように、本発明の組合せ摺動部材３０は、ピストンリング１０とシリンダライナ２０において、互いに摺動する面１１、１２の表面性状を特定したものである。
【００１６】
まず、組合せ摺動部材３０におけるピストンリング１０について説明する。ピストンリング１０の摺動面１１が有する上述の表面性状について、以下に具体的に説明する。
【００１７】
表面粗さＲｚは、０．３〜２．５μｍであり、好ましくは、１．０超〜２．０μｍである。Ｒｚが０．３μｍ未満であると、潤滑油の保持が十分にできなくなり、２．５μｍを超えると、相手攻撃性が大きくなるという不都合が生ずる。なお、表面粗さＲｚは、輪郭曲線の最大高さを示し、ＪＩＳ規格Ｂ０６０１（２００１改正）、ＩＳＯ規格４２８７（１９９７）、ＤＩＮ規格４７６８による。
【００１８】
初期摩耗高さＲｐｋは、０．１５μｍ以下とし、好ましくは０．０２〜０．１３μｍである。Ｒｐｋが０．１５μｍを超えると、ボア（シリンダライナ２０の内面）攻撃性が高くなり好ましくない。なお、初期摩耗高さＲｐｋは、突出山部高さともいい、ＪＩＳ規格Ｂ０６７１−２（２００２）、ＩＳＯ規格１３５６５−２（１９９６）、ＤＩＮ規格４７７６による。以下に説明する有効負荷粗さＲｋ、油だまり深さＲｖｋも、これらの規格によるものである。初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋ、油だまり深さＲｖｋの各値の測定方法については後述する。
【００１９】
有効負荷粗さＲｋは、０．１０〜０．５０μｍであり、好ましくは０．２〜０．４μｍである。Ｒｋが０．１０μｍ未満であると、スカッフしやすく、Ｒｋが０．５μｍを超えると、ボア攻撃性が高くなるため好ましくない。なお、有効負荷粗さＲｋは、コア部のレベル差ともいう。
【００２０】
油だまり深さＲｖｋは、０．２０〜１．０μｍであり、好ましくは０．４〜０．９μｍである。Ｒｖｋが０．２０μｍ未満では油だまりが十分に得られず、スカッフしやすい。Ｒｖｋが１．０μｍを超えると油だまりが大きくなり、オイル消費に影響が出る。なお、油だまり深さＲｖｋは、突出谷部深さともいう。
【００２１】
油だまり深さ率Ｋ（＝Ｒｖｋ／Ｒｋ）は、１．０〜４．０である。であり、好ましくは１．５〜３．５である。油だまり深さ率Ｋは油だまり深さＲｖｋの有効負荷粗さＲｋに対する比を表し、この値が大きいほど潤滑性が良くなる。油だまり深さ率Ｋが１．０より小さい場合には、油だまりの効果は見込めず、ボア粗さが小さくなると焼き付きが発生しやすくなる。しかしながら、油だまり深さ率Ｋが４．０を超えると、潤滑油消費量が多くなる場合がある。
【００２２】
ここで、ＪＩＳ規格Ｂ０６７１−２（２００２）、ＩＳＯ規格１３５６５−２（１９９６）、ＤＩＮ規格４７７６による、初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋ、油だまり深さＲｖｋの測定方法について説明する。
【００２３】
初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋおよび油だまり深さＲｖｋは、図３に示すように、対象面の特殊粗さ曲線１０３から負荷曲線１０４を作図し、次いで、負荷曲線上で相対負荷長さ率ｔｐの方向に４０％の幅をとり、その両端の高さの差が最小になる２点を通る最小傾斜線１０５を作図し、次に、最小傾斜線１０５と相対負荷長さ率ｔｐ０％および１００％限界線との交点ａ、ｂ、およびその交点ａ、ｂを通る水平線と負荷曲線１０４の交点ｃ、ｄを求めることにより、算出される。特殊粗さ曲線１０３を求める一般的な手順は、先ず、ＪＩＳ規格Ｂ０６７１−１、ＩＳＯ規格１３５６５−１、ＤＩＮ規格４７７６、に基づいて図４（Ａ）の断面曲線１０６を求め、次いで、その断面曲線１０６からガウシア位相補償ろ波器等を使用して位相補償ろ波うねり曲線のフィルタ平均線１０７を求める。次に、図４（Ｂ）に示すように、断面曲線からフィルタ平均線以下の谷を除去して谷除去断面曲線１０８を作図する。その谷除去断面曲線１０８をガウシア位相補償ろ波器等に通して図４（Ｃ）に示す参考フィルタ平均線１０９を求める。最後に、図４（Ｄ）に示すように、断面曲線１０６から参考フィルタ平均線１０９を差し引いて、図４（Ｅ）に示す特殊粗さ曲線１１０が作図される。この図４（Ｅ）における特殊粗さ曲線１１０が図３における特殊粗さ曲線１０３となる。
【００２４】
初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋ、油だまり深さＲｖｋは、ＪＩＳ規格Ｂ０６７１−２、ＩＳＯ規格１３５６５−２、ＤＩＮ規格４７７６、に基づいて図３から求められる。初期摩耗高さＲｐｋは、図３において、ａｃを底辺とし頂点が相対負荷長さ率ｔｐ０％限界線上にある直角三角形の高さであり、その値は、その直角三角形の面積が相対負荷長さ率ｔｐ０％限界線と辺ａｃと負荷曲線で囲まれる部分の面積と等しくなるように算出される。有効負荷粗さＲｋは、図３のｃ、ｄ間の高さの差であり、対象面が使用できなくなるまでの摩耗高さで表される。油だまり深さＲｖｋは、図３において、ｂｄを底辺とし頂点が相対負荷長さ率ｔｐ１００％限界線上にある直角三角形の高さであり、その値は、その直角三角形の面積が相対負荷長さ率ｔｐ１００％限界線と辺ｂｄと負荷曲線で囲まれる部分の面積と等しくなるように算出される。
【００２５】
また、ピストンリング１０の摺動面１１を上述の表面性状とするために、ピストンリング１０は、図２に示すように母材１３が球状黒鉛鋳鉄からなり、母材１３断面における球状黒鉛の面積率が５〜２０％であり、硬質皮膜１２が形成される摺動面１１にはショットブラストがなされ当該摺動面１１に分布する黒鉛を除去およびピストンリング１０内に陥没（摺動表面１１に存在する黒鉛をピストンリング１０内部に入り込ませる）させた後、物理蒸着法により硬質皮膜１２を形成し、研磨されたものであることが好ましい。ピストンリング１０の母材１３を強度の高い球状黒鉛鋳鉄とし、このような処理を行うことにより、Ｒｚ、Ｒｐｋ、Ｒｋ、Ｒｖｋ、Ｋを所望の値とすることができる。
【００２６】
球状黒鉛の面積率が５％未満では油だまりの効果が得られず、２０％を超えると黒鉛による水分吸着および吸着ガスが発生しやすくなる。なお、球状黒鉛鋳鉄においては、素材を形成する鋳造方案（鋳込む手法、素材形状）により、球状黒鉛の面積率を５〜２０％に変化させる。例えば、円筒状の素材を成形しこれを加工してリング素材に形成する方法又はリング素材を多数個ツリー状に形成する方法により、素材を形成する方法が望ましい。その際の球状黒鉛の粒径は鋳造方案（鋳込む手法、素材形状）により５〜１００μｍの範囲とし、平均粒径は１０〜６０μｍとすることが望ましい。
【００２７】
ショットブラスト処理は、通常、ピストンリング１０の摺動面１１にショットできるようにノズルを調整し、スチール、ガラスビーズ等のグリットを、５ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で圧縮空気や遠心力などによりピストンリング１０の摺動面１１にぶつけることにより処理が行われる。ピストンリング１０の摺動面１１にショットブラストを行うことにより、ピストンリング１０に黒鉛が含まれる場合には摺動面１１に分布される黒鉛を除去させることができ、さらに、摺動面１１に油だまりを形成することができる。
【００２８】
物理蒸着法としては、イオンプレーティング法、真空蒸着法、分子線蒸着（ＭＢＥ）法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法等があり、イオンプレーティング法の一つであるアークイオンプレーティング法が好ましく用いられる。
【００２９】
上述の物理蒸着法により形成される皮膜１２の材質も特に限定されず、Ｃｒ−Ｎ皮膜、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ皮膜、Ｃｒ−Ｔｉ―Ｎ皮膜、Ｃｒ−Ｓｉ―Ｎ皮膜、Ｔｉ−Ｎ皮膜、Ｃｒ−Ｔｉ―Ｂ−Ｎ皮膜、Ｃｒ−Ｓｉ―Ｂ−Ｎ皮膜等の物理蒸着法により形成できる皮膜であればよい。これらの皮膜は、ピストンリング１０の摺動面１１の耐摩耗性や耐スカッフ性等を向上させるために従来より好ましく形成されるものであるが、そうした各層の表面を上述の表面性状とすることによって、ピストンリング１０の摺動面１１の耐摩耗性や耐スカッフ性をより向上させることができる。
【００３０】
研磨処理としては、従来公知の研磨処理を行うことができるが、例えば、ラッピング処理による研磨、フィルム研磨等を行うことができる。
【００３１】
ピストンリング１０の摺動面１１に形成される皮膜１２の膜厚は、特に限定されないが、５〜７０μｍであることが好ましい。皮膜１２の膜厚がこの範囲内であることにより、研磨処理の一つであるラッピング処理による表面性状の調整が容易となる。一方、膜厚が５μｍ未満であると、ラッピング処理による表面性状の調整が困難となり、膜厚が７０μｍを超えると、ラッピング処理による欠け発生の可能性が高くなる。
【００３２】
このようなピストンリング１０の摺動面１１の処理により、上述の表面性状を有するピストンリング１０が得られやすくなる。
【００３３】
ここで、ピストンリング１０の母材１３の材質としては、鋳鉄材が用いられ、具体的には、球状黒鉛鋳鉄が好ましく用いられる。また、ピストンリング１０の母材１３には、図２に示すように、周囲に窒化層１４を形成することができる。窒化層１４は、公知の窒化処理によって母材１３の表面層に窒素を拡散させることにより形成され、硬質である。窒化層１４を形成することにより、ピストンリング１０全体の強度を向上させることができ、耐折損性が良好となる。またピストンリング１０の外周摺動面１１に直交する上面１５及び下面１６に窒化層１４を形成することにより、ピストントレーガーに配置されたピストンリング１０に対する上下面摩耗を防止することができる。なお、ピストンリング１０における窒化層１４を形成する位置は、図２に図示したものに限定されず、必要に応じて任意の位置に形成することができる。
【００３４】
本発明の組合せ摺動部材３０を構成するピストンリング１０は、図示しないピストンに形成されたピストンリング溝に装着され、ピストンの上下運動（往復運動に同じ。）によってシリンダライナ２０の内周面を摺動接触しながら上下運動する摺動部材３０である。本発明を構成するピストンリング１０は、トップリング、セカンドリング、オイルリングの何れかであってもまたはそれらの全てであってもよい。
【００３５】
なお、ピストンリング１０の形状は、図１においては矩形リングを示しているが、バレルフェースやテーパーフェース等のような外周形状からなるものであってもよい。また、ピストンリング１０の断面形状としては、ハーフキーストンリング、フルキーストンリング、スクレーパリング等の断面形状を有するものでもよい。また、オイルリングとしては、窓付きオイルコントロールリング、ベベルオイルコントロールリング、ダブルベベルオイルコントロールリング等でもよく、さらにそれら以外のコイルエキスパンダ付きオイルリング等であってもよい。
【００３６】
次いで、組合せ摺動部材３０におけるシリンダライナ２０について説明する。
【００３７】
シリンダライナ２０の摺動面２１は、上述の表面性状を有しており、以下に具体的に説明する。シリンダライナ２０は、摺動面２１の表面粗さＲｚ０．２〜０．８μｍであり、好ましくは０．２５〜０．６μｍであり、より好ましくは０．３〜０．５μｍ未満である。Ｒｚが０．２μｍ未満であると、シリンダライナ２０の焼付が発生しやすい場合があり、０．８μｍを超えると、フリクションの低減に寄与しなくなる場合がある。シリンダライナ２０の表面粗さＲｚも、上述のピストンリング１０におけるものと同様の規格である。
【００３８】
シリンダライナ２０の母材は、特に限定されず、鋳鉄、ボロン鋳鉄、鋼鉄、鋳鋼等、従来公知の材料を用いることができる。
【００３９】
シリンダライナ２０の摺動面２１を上述の表面性状にするために行う処理は、特に限定されないが、例えば、研削加工した後に研磨砥石の材質や細かさを変えて順次表面研磨を行う等の処理を行うことにより上述の範囲の表面性状を得ることができる。
【００４０】
このような本発明のピストンリング１０とシリンダライナ２０からなる組合せ摺動部材３０によれば、実機評価による摩耗データでは４００時間の耐久試験で１〜３μｍ程度の摩耗となり、耐摩耗性に優れたものである。特に、本発明の組合せ摺動部材３０においては、シリンダライナ２０ではなく、ピストンリング１０側の摺動面１１に油だまりを形成したことにより、摺動の初期段階におけるなじみ性を向上させることができ、ピストンリング１０およびシリンダライナ２０の焼き付きを防止することができる。また、ピストンリング１０およびシリンダライナ２０の摺動面１１、２１の表面性状を上述の範囲内とすることにより、シリンダライナ２０との摩擦力が小さくなり低フリクション化に適するとともに、耐スカッフ性が向上する。さらに、本発明の組合せ摺動部材３０においては、シリンダライナ２０ではなく、ピストンリング１０側の摺動面１１に油だまりを形成したことにより、硬質でかつ摺動特性に優れるイオンプレーティング皮膜１２の初期なじみ性が向上し、フリクションが低減し、保油性に優れる等、摺動特性が向上するものである。
【実施例】
【００４１】
本発明の組合せ摺動部材について、実施例および比較例により具体的に説明する。この実施例および比較例における％は、質量％を示す。
【００４２】
（実施例）
（１）ピストンリング摺動面の形成（テストピース固定片）
ピストンリング用母材として球状黒鉛鋳鉄（Ｃ：３．８％、Ｓｉ：２．８％、Ｍｎ：０．７％、Ｐ：０．２％、Ｓ：０．０５％、Ｃｒ：０．３％、残部：鉄および不可避不純物）を用いた。この球状黒鉛鋳鉄表面の黒鉛分布について、ショットブラストにより鋳鉄表面の黒鉛を除去およびピストンリング内に陥没させることで調整し、摺動面に油だまりを形成させた。さらに、ピストンリングの摺動面にＣｒ−Ｎ系皮膜をイオンプレーティング法によって形成し、主に｛２００｝に配向したＣｒ−Ｎ膜を成膜した。仕上げに、ラッピング処理により研磨する事により、Ｒｚ０．３〜２．５μｍ、Ｒｐｋ≦０．１５μｍ、Ｒｋ０．１０〜０．５０μｍ、Ｒｖｋ０．２０〜１．０μｍ、油だまり深さ率Ｋ（＝Ｒｖｋ／Ｒｋ）１．０〜４．０の表面性状を有するピストンリングのテストピース５１を作製した。テストピース５１のＣｒ−Ｎ皮膜は膜厚５０μｍであり、硬度は１４００Ｈｖ０．０５であった。テストピース５１における鋳鉄表面の黒鉛を除去する量を変化させ、更に仕上げのラッピング処理の時間を調整することにより、実施例１〜１１のテストピース５１の皮膜を形成した。実施例１〜１１のピストンリング材（テストピース）５１のＲｚ、Ｒｐｋ、Ｒｋ、Ｒｖｋ、Ｋの各値について表１に示す。また、実施例１〜１１のテストピース５１と同一条件で形成した素材の黒鉛面積率を求めて表１に示した。黒鉛の面積率は、テストピース素材を切断してその断面を研磨して鏡面化し、５０倍の視野に拡大し、画像解析装置にて白黒の２値化により求めた。
【００４３】
（２）シリンダライナの摺動面の形成（相手材回転片）
シリンダライナ用母材として、ボロン鋳鉄（Ｃ：３．３５％、Ｓｉ：２．０８％、Ｍｎ：０．８２％、Ｐ：０．３６％、Ｓ：０．０７％、Ｂ：０．０８％、残部：鉄および不可避不純物）を用いた。シリンダライナ用母材の摺動面を研削加工した後、研磨砥石の細かさを変えて順次表面研磨を行うことにより所定の表面粗さＲｚに調整し、シリンダライナの摺動面を形成した相手材５２を作製した。その仕上げた表面粗さはＲｚ０．２〜０．８μｍとした。実施例１〜１１のシリンダライナ材（相手材）５２のＲｚの値について表１に示す。
【００４４】
（比較例）
ピストンリング用母材として球状黒鉛鋳鉄（Ｃ：３．８％、Ｓｉ：２．８％、Ｍｎ：０．７％、Ｐ：０．２％、Ｓ：０．０５％、Ｃｒ：０．３％、残部：鉄および不可避不純物）を用いた。その鋳鉄表面について、研磨加工およびショットブラストにより表面の粗さおよび黒鉛の性状を変化させた。さらに、ピストンリングの摺動面にＣｒ−Ｎ系皮膜をイオンプレーティング法によって形成し、主に｛２００｝に配向したＣｒ−Ｎ膜を５０μｍ成膜した。仕上げに、ラッピング処理を行うことにより、比較例１〜３のピストンリング材（テストピース）の摺動面を形成した。
【００４５】
ピストンリング用母材としてスチール材（Ｃ：０．８５％、Ｃｒ：１７．７％、Ｍｏ：１．１％、Ｍｎ：０．３５％、Ｓｉ：０．３５、Ｖ：０．１２、残部：鉄および不可避不純物）を用いた。そのスチール材表面について、研磨加工を行い、さらに、ピストンリングの摺動面にＣｒ−Ｎ系皮膜をイオンプレーティング法によって形成し、主に｛２００｝に配向したＣｒ−Ｎ膜を５０μｍ成膜した。仕上げに、ラッピング処理を行うことにより、比較例４のピストンリング材（テストピース５１）の摺動面を形成した。
【００４６】
比較例１〜４のピストンリング材（テストピース５１）のＲｚ、Ｒｐｋ、Ｒｋ、Ｒｖｋ、Ｋの各値について表１に示す。また、実施例と同様に、比較例１〜３のテストピース５１と同一条件で形成した素材の黒鉛面積率を求めて表１に示した。黒鉛の面積率は、テストピース素材を切断してその断面を研磨して鏡面化し、５０倍の視野に拡大し、画像解析装置にて白黒の２値化により求めた。
【００４７】
実施例と同様にしてシリンダライナの摺動面を形成した比較例１〜４のシリンダライナ材（相手材５２）のＲｚの値について表１に示す。
【００４８】
【表１】
2006275269.tif 000003
（評価方法）
実施例１〜１１の組合せ摺動部材および比較例１〜４の組合せ摺動部材に対し、摩擦係数試験および耐スカッフ性試験を行った。
【００４９】
摩擦係数試験および耐スカッフ性試験には、図５に示すアムスラー型摩耗試験機５０を用いた。ピストンリングに相当する上記の方法により作製した実施例１〜１１、比較例１〜４の表面粗さを有するテストピース５１（寸法７ｍｍ×８ｍｍ×５ｍｍ）を固定片とし、シリンダライナに相当する上記の方法により作製した実施例１〜１１、比較例１〜４の表面粗さを有する相手材５２（外径４０ｍｍ、内径１６ｍｍ、軸方向の厚さ１０ｍｍ）をドーナツ状の回転片とした。
【００５０】
試験機５０の図示せぬ容器には潤滑油５３を溜め、潤滑油５３に相手材５２を部分的に浸して一定速度で回転させ、相手材５２の外周面にテストピース５１を接触させかつ荷重Ｐを負荷した。テストピース５１に負荷する荷重Ｐをスカッフが発生するまで４９Ｎ／分の割合で線形連続に増加させた。そして、テストピース５１と相手材５２との間の摩擦係数を測定するとともに、テストピース５１がスカッフを発生する限界荷重を測定した。この試験条件は以下に示すとおりである。
【００５１】
（試験条件）
試験機：アムスラー型摩耗試験機              潤滑油：１号スピンドル油相当品を塗布
油温：８０℃                                周速：１．０ｍ／ｓ（４７８ｒｐｍ）
摩擦係数試験および耐スカッフ性試験の結果を表１に示している。表１の摩擦係数指数は、比較例３の組合せの摩擦係数を１００とし、比較例３に対する各組合せの摩擦係数を相対比として算出することにより求めた。従って、各組合せの摩擦係数指数が１００より小さいほどフリクションが小さく、エネルギー効率が向上することを示す。一方、摩擦係数指数が１００よりも大きくなると、フリクションが大きくなることを示している。また、表１の耐スカッフ指数は、比較例３のテストピース５１のスカッフ限界荷重を１００とし、比較例３に対する各テストピース５１のスカッフ限界荷重を相対比として算出することにより求めた。従って、各テストピース５１の耐スカッフ指数が１００より大きいほどスカッフ限界荷重が大きくなり、耐スカッフ性に優れていることを表している。一方、スカッフ指数が１００よりも小さくなると、スカッフが発生しやすくなることを示している。
【００５２】
（評価結果）
摩擦係数試験および耐スカッフ性試験の結果を示した表１より、実施例１〜１１は比較例１〜４に比べ、摩擦係数指数が低く、耐スカッフ指数が高く、優れていることがわかる。
【００５３】
具体的に、Ｒｐｋ、Ｒｋ、Ｒｖｋが上限側に外れている比較例１は耐スカッフ指数が僅かに低下しており、Ｒｋが大きいために摩擦力が大きくなり、摩擦係数指数が大きくなっている。Ｒｋ、Ｒｖｋが下限側に外れている比較例２は、Ｒｋが小さいために摩擦力が小さくなるが、Ｒｖｋが小さいためにスカッフ指数が僅かに低下している。比較例３は、油だまり深さ率Ｋが１以下のケースを示しており、Ｒｋの値がＲｖｋに対して大きいために、摩擦係数指数が大きく、かつ、Ｒｖｋとしての保油性が低下し、耐スカッフ指数が小さい。
【００５４】
このように、ピストンリングとシリンダライナの表面性状を本発明の範囲内としたことにより、フリクションを小さく、エネルギー効率を向上させることができるとともに、耐スカッフ性にも優れた組合せ摺動部材が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一の実施形態のピストンリングおよびシリンダライナの円周方向に直交する断面図である。
【図２】他の実施形態のピストンリングの円周方向に直交する断面図である。
【図３】初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋ、油だまり深さＲｖｋの測定方法を説明するための特殊粗さ曲線および負荷曲線を示す図である。
【図４】初期摩耗高さＲｐｋ、有効負荷粗さＲｋ、油だまり深さＲｖｋの測定方法を説明するための特殊粗さ曲線を求める手順を示す図である。
【図５】本発明の実施例による組合せ摺動部材の効果を試す試験を行うためのアムスラー型摩耗試験機を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ピストンリング
１１  ピストンリングの摺動面
１２  皮膜
１３  母材
１４  窒化層
１５  ピストンリングの上面
１６  ピストンリングの下面
２０  シリンダライナ
２１  シリンダライナの摺動面
３０  組合せ摺動部材
５０  アムスラー型摩耗試験機
５１  固定片
５２  回転片
５３  潤滑油
Ｐ  負荷荷重
１０３、１１０  特殊粗さ曲線
１０４  負荷曲線
１０５  最小傾斜直線
１０６  断面曲線
１０７  フィルタ平均線
１０８  谷除去断面曲線
１０９  参考フィルタ平均線
【図１】
2006275269.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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