(57)【要約】本発明は、厚みが１０〜４０μｍのａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層を少なくとも１層備えた摺動体、特にピストンリングまたはシリンダライナを提供する。ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層において、Ｍｅとはゲルマニウムおよびシリコンを指す。
2013528268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部にａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層を少なくとも１層備え、式中Ｍｅはゲルマニウム及びシリコンを指し、
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層の厚さは１５〜４０μｍである、摺動体。
【請求項２】
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層内のＭｅの含有量は、５〜７０重量％、好ましくは４０〜６０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載の摺動体。
【請求項３】
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層において、ゲルマニウム対シリコンの比は、１：７〜７：１、好ましくは１：２〜２：１である、請求項１または２に記載の摺動体。
【請求項４】
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層において、ゲルマニウムおよびシリコンの含有量は、いずれの場合も５〜３５重量％、好ましくは２０〜３０重量％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項５】
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層の厚さは１５〜３０μｍである、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項６】
ａ−Ｃ：Ｈ層を更に備えている、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項７】
前記ａ−Ｃ：Ｈ層は被覆層である、請求項６に記載の摺動体。
【請求項８】
前記ａ−Ｃ：Ｈ層の厚さは３μｍ以下である、請求項６または７に記載の摺動体。
【請求項９】
ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ１４５７７−１に従い、ピコデンター（登録商標）ＨＭ５００を用いて測定した滑り面における硬度は、１４００〜１９００ＨＶ０．０２であり、好ましくは１５００〜１８００ＨＶ０．０２である、請求項７または８に記載の摺動体。
【請求項１０】
ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ１４５７７−１に従い、ピコデンター（登録商標）ＨＭ５００を用いて測定した滑り面における押し込み係数は、１００〜１３０ＧＰａであり、好ましくは１０５〜１２５ＧＰａである、請求項９に記載の摺動体。
【請求項１１】
鋳鉄材料または鋼材料で作製された基体を備えている、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項１２】
前記層は、少なくとも、滑り接触面と滑り接触させるために設けられた領域に被着されている、請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の摺動体を備える、ピストンリング。
【請求項１４】
請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の摺動体を備える、シリンダライナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層を少なくとも１層備えた摺動体、特にピストンリングまたはシリンダライナに関する。式中、Ｍｅはゲルマニウムおよびシリコンを指す。
【背景技術】
【０００２】
燃焼エンジンからのＣＯ２排出を低減する目的は、本質的に、燃料消費を減少することによってのみ達成することができる。これに関して、エンジンの摩擦損失は、磨耗および断裂と同様に、本質的な役割を果たしている。その摩擦損失の発生原因の大部分は、ピストン組立体、したがってピストンリングによるものである。
【０００３】
加えて、大きな応力がかかるエンジンでは、ピストンリングの滑り面に耐磨耗性に優れたコーティングを施すことが求められている。このために、物理気相成長（ＰＶＤ）または化学気相成長（ＣＶＤ）によって被着された硬質材料に基づくコーティングが、ますます活用されつつある。それらのコーティングは、耐用年数全体にわたって機能を確保するものと考えられている。
【０００４】
ＤＬＣ（ダイヤモンド様炭素）層は、粘着する傾向が非常に低いことから、滑り接触表面に対する摩擦係数が概して非常に小さいことが知られている。この知見によれば、ＤＬＣ層はエンジンの摩擦損失を効果的に低減することが可能になる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、炭素による磨耗層および初期なじみ層が被着された滑り面と滑り接触するための表面を少なくとも１つ備えた摺動体について記述されている。この場合、その初期なじみ層は、水素およびナノ結晶カーバイド相を含有している。このコーティングは、卓越した初期なじみ動作につながるものである。
【０００６】
特許文献２は、滑り表面上にＤＬＣ層を有する摺動体について記述している。この文献のＤＬＣ層は、層厚が０．５〜３０μｍの球面構造を有している。そのＤＬＣ層は、アモルファス炭素構造、アモルファス／ダイヤモンド様炭素構造、またはアモルファス／グラファイト様炭素構造のいずれかを有している。
【０００７】
特許文献３も、ＤＬＣ層を備えたピストンリングについて記述している。これは、基層に被着されるものである。基層は、７０原子百分率以上１００原子百分率未満の量の、シリコン、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、ニオビウム、およびバナジウムから成る群から選択される１または複数の元素から成り、残りは、１００原子百分率の量の炭素または前述の元素の１つまたは複数から成る。基層は、ＤＬＣ層と基層を合わせた全体厚のうちの１〜３５％を占め、したがって、その厚さは０．０５〜１．７５μｍの範囲にある。
【０００８】
特許文献３によれば、その薄い基層は、ＤＬＣ層内部に生じる応力を低減するためのものである。これは、ＤＬＣ層の粘着性を増大させて、割れまたは圧痕といった不具合が層内に起こるのを防止する。しかしながら、基層は、特許文献３によれば耐磨耗性が不十分であり、したがって、ＤＬＣ層が磨耗した結果としてひとたび露出されれば、直ぐに除去されてしまうと考えられる。
【０００９】
しかしながら、このようなＤＬＣ層の寿命は、とりわけ層厚が薄い、結果として限定的なものになっており、そのため摩擦は、一定期間しか低減することができない。したがって、特許文献３のピストンリングのＤＬＣ層も、厚さが薄いために、主に初期なじみ段階の間にその効果を発揮する。その後は、変化させられた摩擦学的な組織のために、摩擦損失は再び増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許第１０２００５０６３１２３号
【特許文献２】米国特許第６，２７９，９１３号
【特許文献３】米国特許第６，３２５，３８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、長期にわたって、好ましくは摺動体が使用される燃焼エンジンの全寿命にわたって低い摩擦係数を保証できる摺動体、特にピストンリングまたはシリンダライナが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、驚くべきことにａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層を使用することによって達成された。式中、Ｍｅはゲルマニウムおよびシリコンを指しており、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層の厚さは、１０〜４０μｍである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例１におけるピストンリングのＲＥＭおよびＥＤＸを示す図である。
【図２】例２におけるピストンリングのＲＥＭおよびＥＤＸを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の範囲内で使用されるａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層は、炭素および水素で作製されたアモルファスＤＬＣ層であり、更にゲルマニウムおよびシリコンの両方を含有している。
【００１５】
ゲルマニウムおよびシリコンが、層の内部の応力を低減し（米国特許第６，０８６，７６９号も参照のこと）、これにより、従来技術のものよりも厚い層を堆積することが可能になるものと考えている。
【００１６】
摺動体に１層または複数層のａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層を被着することは、本発明の範囲内で可能である。いくつかの層が使用される場合、これらの層は、例えば組成の点で異なっている。ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層（１層または複数層）全体の厚さは１５〜４０μｍであり、好ましくは１５〜３０μｍである。
【００１７】
層内のゲルマニウムおよびシリコンの含有量は、好ましくは５〜７０重量％であり、特に好ましくは４０〜６０重量％である。ゲルマニウムおよびシリコンの含有量がこの範囲にある場合、内部応力が低減され、非常に厚い層厚を実現することができる。
【００１８】
特に好適な実施形態では、層内のゲルマニウムおよびシリコンの含有量は、いずれの場合も好ましくは５〜３５重量％であり、特に２０〜３０重量％である。
【００１９】
本発明に係る層において、ゲルマニウム対シリコンの比は、１：７〜７：１であることが好ましく、１：２〜２：１であることがより好ましい。
【００２０】
本発明に係る摺動体は、ａ−Ｃ：Ｈ層、即ち炭素および水素を含み、ゲルマニウムおよびシリコンを含まないアモルファスＤＬＣ層を更に備えていることが好ましい。このａ−Ｃ：Ｈ層は、被覆層としてａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層に被着されることが好ましい。金属が存在しないことに起因して耐磨耗性がより高くなる結果として、このａ−Ｃ：Ｈ層は、最適な初期なじみ動作をもたらす。ａ−Ｃ：Ｈ層は、最大３μｍの厚さを有することが好都合である。というのは、３μｍを超える層厚は、無金属層内の内部応力が過剰に高くなるために、粘着の問題を引き起こす可能性があるからである。
【００２１】
本発明に係る摺動体では、上述した層は、鋳鉄材料または鋼材料で作製された基体に被着されることが好ましい。
【００２２】
個々の層は、例えばプラズマ化学気相成長またはグロー放電によって、基体に被着することができる。例えば国際公開第２００９／００６１７９号および国際公開第２００９／０１１８０１号に適切な方法が記述されている。これらの開示内容は、ここで参照することにより本明細書に取り込まれている。
【００２３】
本発明に係る摺動体は、多種多様な用途に適しており、好ましくはピストンリングまたはシリンダライナに使用される。
【００２４】
例を参照して以下に本発明を更に詳細に説明する。但し、これらの例は、本発明の範囲を限定することは全く意図されていない。
【００２５】
例１及び例２
【表１】
2013528268.tif 000003
【００２６】
ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ１４５７７−１に従い、ピコデンター（登録商標）  ＨＭ５００を用いて、上掲のサンプルについて、ピストンリングの滑り面における硬度および押し込み係数を測定した。下記の結果を得た。
【表２】
2013528268.tif 000004
【００２７】
図１は、例１で得られたピストンリングのＲＥＭ図およびＥＤＸ図に基づく層構造を示している。
【００２８】
図２は、例２で得られたピストンリングのＲＥＭ図およびＥＤＸ図に基づく層構造を示している。
【図１】
2013528268.tif 000005
【図２】
2013528268.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月26日(2012.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部にａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層を少なくとも１層備え、
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層は、Ｍｅとして、ゲルマニウムとシリコンの両方を含有しており、前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層の厚さは１５〜４０μｍである、摺動体。
【請求項２】
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層内のＭｅ含有量は、５〜７０重量％、好ましくは４０〜６０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載の摺動体。
【請求項３】
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層において、ゲルマニウム対シリコンの比は、１：７〜７：１、好ましくは１：２〜２：１である、請求項１または２に記載の摺動体。
【請求項４】
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層において、ゲルマニウムおよびシリコンの含有量は、いずれの場合も５〜３５重量％、好ましくは２０〜３０重量％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項５】
前記ａ−Ｃ：Ｈ：Ｍｅ層の厚さは１５〜３０μｍである、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項６】
ａ−Ｃ：Ｈ層を更に備えている、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項７】
前記ａ−Ｃ：Ｈ層は被覆層である、請求項６に記載の摺動体。
【請求項８】
前記ａ−Ｃ：Ｈ層の厚さは３μｍ以下である、請求項６または７に記載の摺動体。
【請求項９】
ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ１４５７７−１に従い、ピコデンター（登録商標）ＨＭ５００を用いて測定した滑り面における硬度は、１４００〜１９００ＨＶ０．０２、好ましくは１５００〜１８００ＨＶ０．０２である、請求項７または８に記載の摺動体。
【請求項１０】
ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ１４５７７−１に従い、ピコデンター（登録商標）ＨＭ５００を用いて測定した滑り面における押し込み係数は、１００〜１３０ＧＰａ、好ましくは１０５〜１２５ＧＰａである、請求項９に記載の摺動体。
【請求項１１】
鋳鉄材料または鋼材料で作製された基体を備えている、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項１２】
前記層は、少なくとも、滑り接触面と滑り接触させるために設けられた領域に被着されている、請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の摺動体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の摺動体を備える、ピストンリング。
【請求項１４】
請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の摺動体を備える、シリンダライナ。
【国際調査報告】
2013528268.tif 000007
2013528268.tif 000008
2013528268.tif 000009
2013528268.tif 000010