(57)【要約】【課題】  コンプレッションリングとして好ましく用いられる耐摩耗性及び疲労強度に優れたピストンリングを提供する。【解決手段】  外周面ａの一部をなす外周摺動面ｅ、内周面ｄ、及び厚さ方向の上下面ｂ，ｃに窒化層１２，１３が形成されているスチール製母材１１と、そのスチール製母材１１の外周面ａを覆う硬質クロムめっき皮膜１４とを有するピストンリングであって、外周面ａには外周摺動面ｅから上下面ｂ，ｃに連なる曲面又は面取り面１５ｃが形成されていると共に、外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２と上下面ｂ，ｃに形成されている窒化層１３とが曲面又は面取り面１５ｃを隔てて分離されており、外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２のビッカース硬さが４００〜９００ＨＶ0.05の範囲内にあるように構成することにより、上記課題を解決した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面の一部をなす外周摺動面、内周面、及び厚さ方向の上下面それぞれに窒化層が形成されているスチール製母材と、該スチール製母材の前記外周面を覆う硬質クロムめっき皮膜とを有するピストンリングであって、
前記外周面には前記外周摺動面から前記上下面に連なる曲面又は面取り面が形成されていると共に、前記外周摺動面に形成されている窒化層と前記上下面に形成されている窒化層とが前記曲面又は面取り面を隔てて分離されており、
前記外周摺動面に形成されている窒化層のビッカース硬さが４００〜９００ＨＶ0.05の範囲内にあることを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
前記スチール製母材の内周面及び厚さ方向の上下面に形成されている窒化層が、ビッカース硬さ７００ＨＶ0.05未満の第１窒化層と、該第１窒化層を覆う第２窒化層とを有し、前記第２窒化層のビッカース硬さが前記第１窒化層のビッカース硬さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のピストンリング。
【請求項３】
前記硬質クロムめっき皮膜が積層構造を有し、該硬質クロムめっき皮膜のビッカース硬さが９００〜１２００ＨＶ0.05の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載のピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンリングに関し、更に詳しくは、摩耗性及び疲労強度に優れたピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に対しては、高出力化と低燃費化等が常に求められており、その部品にかかる負荷は増大し続けている。ピストンリングも例外ではなく、内燃機関の高出力化と低燃費化等に伴う負荷の増大に耐え得るように、その耐摩耗性や耐久性等の向上が求められている。
【０００３】
例えば、ピストンリングとして用いられる圧力ピストンリング（以下、単に「ピストンリング」という。）では、その母材に窒化処理を施して表面に窒化層を形成することにより耐摩耗性や耐久性に優れたピストンリングを得ることができるが、さらなる耐摩耗性や耐久性等は、母材に上記の窒化層を形成するだけでは満たし得ない程に高まってきている。
【０００４】
このため、表面を窒化処理した母材の所望箇所に硬質クロムめっき皮膜を形成してピストンリングの耐摩耗性や耐久性等を更に向上させる試みがなされてきている。例えば特許文献１には、母材の外周面を除く全表面に窒化処理を施した後、さらにその外周面に硬質クロムめっき皮膜等を施すことによって、スカッフィング性に優れたピストンリングを得る方法が記載されている。また、特許文献２には、母材に窒化層を形成したものではないが、母材の外周摺動面に積層構造の硬質クロムめっき皮膜を設けて、耐摩耗性、耐焼き付き性及び疲労強度を向上させたピストンリングが記載されている。
【特許文献１】特公平６−１０６４号公報
【特許文献２】特開２００２−１０６７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法で得られるピストンリング及び特許文献２に記載のピストンリングのいずれにおいても、母材の外周面上に直接硬質クロムめっき皮膜が形成されているので、これらのピストンリングの外周摺動面の耐摩耗性については未だ改良の余地がある。例えば、母材の外周面に窒化層を形成し、この窒化層上に硬質クロムめっき皮膜を形成することにより、外周摺動面の耐摩耗性をさらに向上させることが可能である。
【０００６】
窒化層を形成したピストンリングでは、窒化層の脆さによりコーナー部に欠けが生じることがあるため、欠け防止のために外周面のうちで厚さ方向の上下面に連なるコーナー部を曲面又は面取り面とすることがしばしばある。しかしながら、このような曲面又は面取り面を有するピストンリングでは、窒化層上に硬質クロムめっき皮膜を形成しても疲労強度の向上が図り難く、その曲面又は面取り面から生じる折損を抑制し難いという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コンプレッションリングとして好ましく用いられる耐摩耗性及び疲労強度に優れたピストンリングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明のピストンリングは、外周面の一部をなす外周摺動面、内周面、及び厚さ方向の上下面に窒化層が形成されているスチール製母材と、該スチール製母材の前記外周面を覆う硬質クロムめっき皮膜とを有するピストンリングであって、前記外周面には前記外周摺動面から前記上下面に連なる曲面又は面取り面が形成されていると共に、前記外周摺動面に形成されている窒化層と前記上下面に形成されている窒化層とが前記曲面又は面取り面を隔てて分離されており、前記外周摺動面に形成されている窒化層のビッカース硬さが４００〜９００ＨＶ0.05の範囲内にあることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、スチール製母材の外周面にはビッカース硬さが４００〜９００ＨＶ0.05の範囲内にある窒化層が形成され、この窒化層上に硬質クロムめっき皮膜が形成されているので、外周摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。また、スチール製母材の外周面に形成されている窒化層と、厚さ方向の上下面に形成されている窒化層とが曲面又は面取り面を隔てて分離しているので、その曲面又は面取り面では、スチール製母材に脆い窒化層が形成されておらず、硬質クロムめっき皮膜が直接形成されている。その結果、その曲面又は面取り面においては、比較的高い靱性を容易に確保することができるので、曲面又は面取り面で生じ易い折損を抑制することができ、耐摩耗性及び疲労強度に優れたピストンリングが提供される。
【００１０】
上記本発明のピストンリングにおいては、前記スチール製母材の内周面及び厚さ方向の上下面に形成されている窒化層が、ビッカース硬さ７００ＨＶ0.05未満の第１窒化層と、該第１窒化層を覆う第２窒化層とを有し、前記第２窒化層のビッカース硬さが前記第１窒化層のビッカース硬さよりも大きいことが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、スチール製母材の内周面及び厚さ方向の上下面に、上記第１窒化層と第２窒化層を有する窒化層が形成されているので、外周摺動面の耐摩耗性のみならず、内周面での耐摩耗性及び厚さ方向での耐摩耗性も優れたものとすることができると共に、疲労強度も優れたものとすることができる。
【００１２】
上記本発明のピストンリングにおいては、前記硬質クロムめっき皮膜が積層構造を有し、該硬質クロムめっき皮膜のビッカース硬さが９００〜１２００ＨＶ0.05の範囲内であることが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、硬質クロムめっき皮膜が積層構造を有し、その硬質クロムめっき皮膜のビッカース硬さが上記範囲内であるので、耐摩耗性及び疲労強度を更に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のピストンリングによれば、外周摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。また、外周摺動面から上下面に連なる曲面又は面取り面で比較的高い靱性を容易に確保することができるので、曲面又は面取り面で生じ易い折損を抑制することができる。その結果、本発明によれば、耐摩耗性及び疲労強度を向上させ易いピストンリングが提供されるので、内燃機関の高出力化と低燃費化等を図ることが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のピストンリングについて、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明のピストンリングの一例を示す模式図である。図１中、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ’断面図である。なお、本発明のピストンリングは、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
本発明のピストンリング１０は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、１つの合い口部１を有する環状の部材であって、外周面ａの一部をなす外周摺動面ｅ、内周面ｄ、及び厚さ方向の上面ｂと下面ｃ（以下、単に「上下面ｂ，ｃ」という。）にそれぞれ窒化層（１２，１３）が形成されているスチール製母材１１と、このスチール製母材１１の外周面ａを覆う硬質クロムめっき皮膜１４とを有している。
【００１７】
スチール製母材１１は、例えば、マルテンサイトステンレス鋼（ＳＵＳ４４０材、ＳＵＳ４１０材、又は、ＳＵＳ４４０材にＣｏを添加した材料等）や、クロムを１０重量％含むスチール材で形成されたものであることが望ましい。
【００１８】
スチール製母材１１の外周面ａの一部をなす外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２は、ビッカース硬さが４００〜９００ＨＶ0.05の範囲内にある。窒化層１２のビッカース硬さが４００ＨＶ0.05未満では、ピストンリング１０の外周摺動面ｅの耐摩耗性が低くなる。一方、窒化層１２のビッカース硬さが９００ＨＶ0.05を超えても、ピストンリングの摺動特性には変化がなく、過剰な品質となってしまう。なお、窒化層１２のビッカース硬さは、４００〜７００ＨＶ0.05の範囲内であることがより好ましい。
【００１９】
一方、スチール製母材１１の内周面ｄ及び上下面ｂ，ｃに形成されている窒化層１３は、ビッカース硬さが７００ＨＶ0.05未満の第１窒化層１３ａと、この第１窒化層１３ａを覆う第２窒化層１３ｂとを有している。第２窒化層１３ｂのビッカース硬さは、第１窒化層１３ａのビッカース硬さよりも大きい。そして、ピストンリング１０の内周面ｄ及び上下面ｂ，ｃそれぞれの耐摩耗性を高めるという観点から、第２窒化層１３ｂのビッカース硬さは７００〜１２００ＨＶ0.05の範囲内であることが好ましく、７５０〜１１００ＨＶ0.05の範囲内であることが更に好ましい。第２窒化層１３ｂのビッカース硬さが１２００ＨＶ0.05を超えると、ピストン材であるアルミニウム合金への攻撃性が高くなるので好ましくない。
【００２０】
スチール製母材１１の外周面ａのうち、外周摺動面ｅから上下面ｂ，ｃに連なる領域には、図１（ｂ）に示すように、面取り面１５ｃが形成されている。そして、外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２と、上下面ｂ，ｃに形成されている窒化層１３とが、この面取り面１５ｃを隔てて分離されている。したがって、窒化層１２，１３が形成されていない領域１５ｓは、スチール製母材１１の素地がピストンリングの円周方向に、幅Ｌで形成されている。各領域１５ｓは、スチール製母材１１の円周方向に間欠的に形成することも可能であるが、スチール製母材１１の円周方向の全長に亘って形成されていることが好ましい。また、その領域１５ｓの幅Ｌは、通常、５０〜４００μｍの範囲内で形成されていることが好ましく、１５０〜３００μｍの範囲内で形成されていることがより好ましい。このように、外周摺動面ｅから上下面ｂ，ｃに連なる領域に、脆さを有する窒化層が形成されていないので、そのコーナー部は靱性を有し、折損の発生が起こり難くなっている。なお、図１では、外周摺動面ｅから上下面ｂ，ｃに連なる領域を面取り面１５ｃで示しているが、その領域は外側にゆるやかな凸の曲面形状であっても構わない。
【００２１】
硬質クロムめっき皮膜１４としては、ビッカース硬さが９００〜１２００ＨＶ0.05の範囲内のものが好ましく、その構造は単層構造であってもよいし、２層以上の積層構造であってもよい。いずれにしても、硬質クロムめっき皮膜１４は保油性の高い被膜であることが望ましいので、ポーラスなめっき皮膜であることが好ましい。硬質クロムめっき皮膜１４の厚さは、１００〜２００μｍ程度の範囲内であることが好ましく、１２０〜１８０μｍ程度の範囲内であることが更に好ましい。硬質クロムめっき皮膜１４の厚さが１００μｍ未満では、ピストンリング１０の外周摺動面ｅの耐摩耗性が低くなり易い。一方、その厚さが２００μｍを超えると、品質に変化が無く、むしろ過剰品質となってコストアップになる。
【００２２】
硬質クロムめっき皮膜１４は、前述のようにスチール製母材１１の外周面ａを覆っている。したがって、窒化層１２，１３が互いに分離されている各領域１５ｓにおいては、スチール製母材１１の素地上に硬質クロムめっき皮膜１４が直接形成されている。
【００２３】
上述の構造を有するピストンリング１０は、スチール製母材１１の外周面ａに窒化層１２が形成され、この窒化層１２を覆うようにして硬質クロムめっき皮膜１４が形成されているので、硬質クロムめっき皮膜１４が摩滅した後においては、窒化層１２が外周摺動面ｅとなる。したがって、本発明のピストンリング１０は、硬質クロムめっき皮膜１４が摩滅した後であっても、耐摩耗性を維持することができる。また、本発明のピストンリング１０は、スチール製母材１１の内周面ｄ及び上下面ｂ，ｃにそれぞれ窒化層１３が形成され、かつ、上記の各面取り面１５ｃを有しているので、シリンダ本体との摺動による摩耗も抑制される。
【００２４】
更に、硬質クロムめっき皮膜１４は、脆い窒化層が形成されていない領域１５ｓでスチール製母材１１上に直接形成されているので、その領域１５ｓでは、比較的高い靱性を容易に確保することができる。その結果として、ピストンリング１０の疲労強度を向上させることができ、面取り面１５ｃとなっている領域からの折損を抑制することができる。
【００２５】
本発明のピストンリング１０は、例えば次のようにして製造することができる。
【００２６】
先ず、マルテンサイトステンレス鋼等からなるスチール製母材１１を用意し、公知の機械加工を施してピストンリング形状に形成する。機械加工後のスチール製母材１１の断面形状を略矩形状としたピストンリング素材に、窒化層１３を全体に形成する。この窒化処理は、例えばガス窒化法、塩浴窒化法等により行うことができる。
【００２７】
窒化処理条件は、適用する窒化処理方法に応じて異なるが、第１窒化層１３ａの厚さが３０〜１００μｍの範囲内となり、第２窒化層１３ｂの厚さが５０〜１５０μｍの範囲内となり、第１窒化層１３ａと第２窒化層１３ｂとの合計厚さが８０〜２５０μｍの範囲内となる条件（処理時間や温度等）が任意に設定される。なお、窒化層１３の合計厚さが８０μｍ未満であると、最終的に得られるピストンリングの内周面ｄの耐摩耗性及び厚さ方向の上下面ｂ，ｃの耐摩耗性が低くなり易い。また、窒化層１３の合計厚さが２５０μｍを超えても、品質的にメリットはなく、むしろコスト高となる。窒化層１３の合計厚さは、１２０〜２００μｍの範囲内であることが更に好ましい。
【００２８】
ガス窒化法や塩浴窒化法で窒化処理を施した場合には、スチール製母材１１の表面に脆い化合物層が生成されるが、この化合物層は、例えば化学研磨等によって除去することができる。
【００２９】
次に、窒化層が形成されたスチール製母材１１について、その外周面ａの上下面側のコーナー部を研磨等により面取り加工又は曲面加工して、窒化層の素地としてのスチール製母材１１を局所的に露出させ、図１（ｂ）に示した各領域１５ｓを形成する。次いで、スチール製母材１１の外周面ａに形成されている窒化層をその厚さ方向に研磨加工して、ビッカース硬さが４００〜９００ＨＶ0.05の範囲内の窒化層１２を残す。
【００３０】
その後、窒化層１２が残ったスチール製母材の外周面ａ上に、図１（ｂ）に示すように、硬質クロムめっき皮膜１４を形成する。この硬質クロムめっき皮膜１４は、例えば周知ないし公知の種々の方法により形成することができる。特許文献２に記載された製造方法によって硬質クロムめっき皮膜１４を形成すれば、保油性が高く、かつ、耐摩耗性と耐焼付き性に優れた積層構造の硬質クロムめっき皮膜を得ることができる。以上のようにして、図１に示したピストンリング１０が得られる。
【００３１】
以上、本発明のピストンリングによれば、外周摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。また、外周摺動面から上下面に連なる曲面又は面取り面で比較的高い靱性を容易に確保することができるので、曲面又は面取り面で生じ易い折損を抑制することができる。その結果、本発明によれば、耐摩耗性及び疲労強度を向上させ易いピストンリングが提供されるので、内燃機関の高出力化と低燃費化等を図ることが容易になる。
【実施例】
【００３２】
以下に実施例と比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。
【００３３】
（実施例１）
ピストンリングを形成するためのスチール製母材として、質量％で、Ｃｒ：１０．０５％、Ｃ：０．５１％、Ｓｉ：０．２０％、Ｍｎ：０．３１％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０２％の組成からなる材料（以下、Ａ材という）を用い、ピストンリング形状となるように切削加工及び研削加工を行った。次いで、ピストンリング形状に加工されたスチール製母材１１をガス窒化処理して窒化層１３を形成した。このときの窒化処理は、アンモニア分解ガス雰囲気中に５９０℃×６時間保持して第１窒化層１３ａを形成し、さらに５４０℃×２時間保持して第２窒化層１３ｂを形成する条件で行った。こうした窒化処理により、厚さ５０μｍの第１窒化層１３ａと、厚さ１００μｍの第２窒化層１３ｂとからなる合計厚さ１５０μｍの窒化層１３をスチール製母材１１上に形成した。
【００３４】
次に、窒化処理後のスチール製母材１１に対して化学研磨を施し、窒化層１３上に形成された化合物層を除去し、その後、外周摺動面ｅから上下面ｂ，ｃに連なるコーナー部の窒化層１３を研磨により取り除き、スチール製母材１１が幅Ｌ約１５０μｍ露出するように面取り面１５ｃを形成した。その際、外周摺動面ｅの窒化層１２を厚さ３５μｍとなるまで併せて研磨した。次に、その外周摺動面ｅを含む外周面ａを覆うように、積層構造の硬質クロムめっき皮膜１４を形成した。積層構造の硬質クロムめっき皮膜１４は、公知のフッ化クロム溶液を用い、１層当たり１０μｍのめっき厚となるように正電工程と逆電工程とを繰り返し行う電気めっき法により形成した。こうして１５層の積層構造を有する硬質クロムめっき皮膜１４を約１５０μｍの厚さで形成した。さらに仕上げとして、ラッピング加工を行い、外周摺動面の性状を整えた。
【００３５】
こうして作製されたピストンリング１０において、外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２は外周面近傍のビッカース硬さが９００ＨＶ0.05であり、スチール製母材上に形成されている第１窒化層１３ａは第２窒化層１３ｂのビッカース硬さ７００ＨＶ0.05の位置から１０μｍ母材側のビッカース硬さが５８２ＨＶ0.05であり、その第１窒化層１３ａを覆うように形成されている第２窒化層１３ｂはビッカース硬さは最も硬度の高い部分において１２００ＨＶ0.05であった。また、外周摺動面ｅを覆うように外周面ａに形成されている硬質クロムめっき皮膜１４はビッカース硬さが１２００ＨＶ0.05であった。なお、ビッカース硬さは、微小ビッカース硬度計を用い、図１（ｂ）に示すような断面を形成し、その断面に現れる各窒化層１２，１３ａ，１３ｂと硬質クロムめっき皮膜１４に加重０．０５ｋｇ（５０ｇ）のダイヤモンド圧子を押し当てて測定した。
【００３６】
（実施例２）
外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２のビッカース硬さを８００ＨＶ0.05とし、外周摺動面ｅを覆うように形成されている硬質クロムめっき皮膜１４のビッカース硬さを９００ＨＶ0.05とした以外は、実施例１と同様にして実施例２のピストンリングを作製した。なお、外周摺動面ｅに形成されているビッカース硬さ８００ＨＶ0.05の窒化層１２は、実施例１の窒化層を研磨することにより形成し、外周摺動面ｅを覆うように形成されているビッカース硬さ９００ＨＶ0.05の硬質クロムめっき皮膜１４は、電流密度とめっき浴温度で調整することにより形成した。
【００３７】
（実施例３）
外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２のビッカース硬さを４００ＨＶ0.05とし、外周摺動面ｅを覆うように形成されている硬質クロムめっき皮膜１４のビッカース硬さを１０００ＨＶ0.05とした以外は、実施例１と同様にして実施例３のピストンリングを作製した。なお、外周摺動面ｅに形成されているビッカース硬さ４００ＨＶ0.05の窒化層１２は、実施例１の窒化層を研磨することにより形成し、外周摺動面ｅを覆うように形成されているビッカース硬さ１０００ＨＶ0.05の硬質クロムめっき皮膜１４は、電流密度とめっき浴温度で調整することにより形成した。
【００３８】
（実施例４）
ピストンリングを形成するためのスチール製母材として、質量％で、Ｃｒ：１７．８５％、Ｃｏ：４％、Ｍｏ：１．１６％、Ｃ：０．８９％、Ｓｉ：０．３２％、Ｍｎ：０．３５％、Ｖ：０．１２％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０２％の組成からなる材料（以下、Ｂ材という）を用いた以外は、実施例１と同様にして実施例４のピストンリングを作製した。こうして作製されたピストンリング１０において、外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２はビッカース硬さが９００ＨＶ0.05であり、スチール製母材上に形成されている第１窒化層１３ａは第２窒化層１３ｂのビッカース硬さ７００ＨＶ0.05の位置から１０μｍ母材側のビッカース硬さが５８６ＨＶ0.05であり、その第１窒化層１３ａを覆うように形成されている第２窒化層１３ｂはビッカース硬さが７００ＨＶ0.05であった。また、外周摺動面ｅを覆うように外周面ａに形成されている硬質クロムめっき皮膜１４はビッカース硬さが１２００ＨＶ0.05であった。
【００３９】
（実施例５）
ピストンリングを形成するためのスチール製母材としてＢ材を用い、外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２のビッカース硬さを８００ＨＶ0.05とし、外周摺動面ｅを覆うように形成されている硬質クロムめっき皮膜１４のビッカース硬さを９００ＨＶ0.05とした以外は、実施例４と同様にして実施例５のピストンリングを作製した。なお、外周摺動面ｅに形成されているビッカース硬さ８００ＨＶ0.05の窒化層１２は、実施例４の窒化層を研磨することにより形成し、外周摺動面ｅを覆うように形成されているビッカース硬さ９００ＨＶ0.05の硬質クロムめっき皮膜１４は、電流密度とめっき浴温度で調整することにより形成した。
【００４０】
（実施例６）
ピストンリングを形成するためのスチール製母材としてＢ材を用い、外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２のビッカース硬さを４００ＨＶ0.05とし、外周摺動面ｅを覆うように形成されている硬質クロムめっき皮膜１４のビッカース硬さを１０００ＨＶ0.05とした以外は、実施例４と同様にして実施例６のピストンリングを作製した。なお、外周摺動面ｅに形成されているビッカース硬さ４００ＨＶ0.05の窒化層１２は、実施例４の窒化層を研磨することにより形成し、外周摺動面ｅを覆うように形成されているビッカース硬さ１０００ＨＶ0.05の硬質クロムめっき皮膜１４は、電流密度とめっき浴温度で調整することにより形成した。
【００４１】
（比較例１）
実施例１とはピストンリング素材の外周コーナー部が形成されたことのみが異なる素材を用い、実施例１と同様な熱処理を施し、外周摺動面ｅのみを研磨して、窒化層１３を厚さ１５０μｍ程度残すように面取り面１５ｃを形成した。それ以外は実施例１と同様にして比較例１のピストンリングを作製した。なお、実施例１と同様、外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２はビッカース硬さが９００ＨＶ0.05であり、スチール製母材上に形成されている第１窒化層１３ａは第２窒化層１３ｂのビッカース硬さ７００ＨＶ0.05の位置から１０μｍ母材側のビッカース硬さが５７７ＨＶ0.05であり、その第１窒化層１３ａを覆うように形成されている第２窒化層１３ｂはビッカース硬さは最も硬度の高い部分において１１００ＨＶ0.05であった。また、外周摺動面ｅを覆うように形成されている硬質クロムめっき皮膜１４はビッカース硬さが１２００ＨＶ0.05であった。
【００４２】
（比較例２）
ピストンリングを形成するためのスチール製母材としてＡ材を用い、外周摺動面ｅに形成されている窒化層１２のビッカース硬さを３６０ＨＶ0.05とした以外は、実施例１と同様にして比較例２のピストンリングを作製した。なお、外周摺動面ｅに形成されているビッカース硬さ３６０ＨＶ0.05の窒化層１２は、実施例１の窒化層を研磨することにより形成した。
【００４３】
（評価；疲労強度試験）
実施例１〜６及び比較例１，２の各ピストンリングの疲労強度を、図２に概略的に示すリング実体型疲労試験機２０（以下、試験機２０という。）を用いて測定した。先ず、ピストンリング１０の合い口部１側の一端を試験機２０の支持台２１に固定し、他の一端を梃子アーム２２に固定する。次に、偏心カム２３を回転させて動力伝達棒２４を図２中に矢印Ａで示す方向に往復運動させる。動力伝達棒２４の往復運動に伴って、この動力伝達棒２４に連結されている梃子アーム２２が図２中に矢印Ｂで示す方向に往復運動し、ピストンリング１０の合い口部１の開閉量が変化する。実施例及び比較例はいずれも同一の試験条件下でピストンリング１０が折損するまで試験を行い、このときのＳ−Ｎ曲線（応力−繰返し数曲線）から１×１０７  回の繰返し数に耐え得る応力を疲労強度（疲れ限度）として求めた。なお、図２中の符号２５は、動力伝達棒２４の往復運動の方向を規制するためのガイドである。
【００４４】
その結果を表１に示す。なお、表１の結果は、比較例１で得られた疲労強度を疲労強度指数１００とし、実施例１〜６及び比較例２で得られた疲労強度を比較例１の結果と比較して表した。表１から明らかなように、本発明に係る実施例１〜６のピストンリングは、疲労強度指数が高く、優れた疲労強度を有していた。
【００４５】
【表１】
2006275253.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のピストンリングの一例を示す模式図であり、（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）模式断面図である。
【図２】疲労強度の測定に用いたリング実体型疲労試験機を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ピストンリング
１  合い口部
１１  スチール製母材
１２，１３  窒化層
１３ａ  第１窒化層
１３ｂ  第２窒化層
１４  硬質クロムめっき皮膜
１５ｃ  面取り面
１５ｓ  窒化層が形成されていない領域
Ｌ  幅
ａ  外周面
ｂ  上面
ｃ  下面
ｄ  内周面
ｅ  外周摺動面
【図１】
2006275253.tif 000004
【図２】
2006275253.tif 000005