(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周摺動面、上下面、内周面を有し、ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダボアと摺動する内燃機関用ピストンリングの製造方法において、
前記ピストンリングの母材の外周摺動面上に、金属から成り、窒素の浸入を阻害する緻密層と、前記緻密層上に形成された多孔質層から構成される硬質皮膜を、イオンプレーティング法により形成する工程と、
前記硬質皮膜の形成後に、前記ピストンリングの上下面を研磨加工する工程と、
前記母材の外周摺動面に前記硬質皮膜が形成されたピストンリングを窒化処理する工程と、を有することを特徴とするピストンリングの製造方法。
【請求項２】
前記緻密層は、Ｃｒ、Ｃｒ系合金、Ｔｉ、またはＴｉ系合金から成ることを特徴とする請求項１に記載のピストンリングの製造方法。
【請求項３】
前記多孔質層は、Ｃｒ−Ｎ系、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ系、Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ−Ｎ系、またはＴｉ−Ｎ系の材料から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のピストンリングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンに設けられたリング溝に装着して使用されるピストンリングに関し、特に耐折損性が高く、優れた耐摩耗性を有するピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に用いられるピストンリングは、エンジンのシリンダライナ内に往復自在に配置されたピストンのリング溝に、その外周面とシリンダライナ内周面とが摺接関係となるように組み込まれる。上記ピストンリングはエンジン作動中は主に燃焼室の気密化、シリンダ表面に形成される潤滑油膜の厚さ制御、および燃焼熱をピストンからシリンダライナへ伝達することによるピストンの冷却等の働きをする。従って、ピストンリングには耐摩耗性、耐焼付性、耐熱性、保油性などの特性が高い次元で要求される。
【０００３】
従来より、内燃機関用のピストンリングの外周摺動面には、その耐久性を改善するため、硬質クロムめっき処理や窒化処理などの耐摩耗性の向上を目的とした表面処理が施されている。しかしながら、近年、内燃機関はますます軽量化および高出力化の方向へ向かっており、ピストンリングの摺動環境は非常に苛酷になり、上述したような表面処理では耐摩耗性等の機能を十分に満足させることができなくなってきている。最近では、さらにピストンリングの寿命を延ばすことを目的として、外周摺動面にイオンプレーティング法による硬質皮膜（窒化クロム、窒化チタン等）が形成されたピストンリングが用いられている。また、ピストンリングの耐折損性向上のために、外周摺動面のみにイオンプレーティング皮膜を形成し、上下面および内周面のみに窒化層を形成することでイオンプレーティング皮膜の下地に窒化処理を施さず、亀裂の伝播を抑制するタイプのピストンリングが用いられている。
【０００４】
上述したようなピストンリングは、外周摺動面上にイオンプレーティング法により硬質皮膜を形成した後に、上下面および内周面に窒化処理を施すために、窒化処理の際に上記硬質皮膜の空孔から母材の外周面にまで窒素が侵入し、母材が窒化されることにより母材と硬質皮膜との間に硬度の高い窒化層が入り込み、当該部分の耐折損性が低下してしまう場合がある。特に、外周摺動面の両端部においては、外周摺動面の中央部に比べて上記硬質皮膜の厚さが薄くなるため、窒素が侵入しやすく、耐折損性が低下する。
【０００５】
そこで、特許文献１においては、外周摺動面に窒化防止層を形成した後にピストンリングの窒化処理を行い、窒化処理後に上記窒化防止層を除去し、外周摺動面にイオンプレーティング法により硬質皮膜を形成することにより、外周摺動面の窒化を防止している。しかしながら上記方法では、窒化防止層の形成および除去が必要であるため製造工程の増加や生産コストの増大につながり、実用的な方法であるとは言えない。
【０００６】
特許文献２においては、外周摺動面にイオンプレーティング法による硬質皮膜を形成後、上下面および内周面に窒化処理を施し、ピストンリングの上下面を研磨加工することにより、硬質皮膜とビッカース硬度（Ｈｖ）７００以上の窒化層を互いに離間させ、疲労強度を向上させたことを特徴としたピストンリングの開示がある。この形成方法では、複数個のピストンリングがその軸方向に積み重ねられた状態で外周摺動面に硬質皮膜が形成される際、上記外周摺動面の端部（上下面と、外周摺動面との連結部分）は曲面的な形状を有するため、ピストンリング同士が隣接する箇所には凹んだ空間ができる。このような状態のピストンリングの外周摺動面に対して硬質皮膜を形成すると、当該凹み部分にも硬質皮膜が形成され、図７に示すように、ピストンリング１の上下面に硬質皮膜６のかぶり部７０が生じる。形成された上記かぶり部７０はピストンリング１毎にばらつきがあるため、このようなかぶり部７０を有する母材２に窒化処理を施すと、形成される窒化層７もピストンリング１毎にばらつきがあるものとなり、その後にピストンリング１上下面の研磨加工を行っても上記硬質皮膜６とＨｖ７００以上の窒化層７との離間距離もばらつきがあるものとなり製造上好ましくない。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１７２２４８号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１８００公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、耐折損性が高く、優れた耐摩耗性を有するピストンリングを提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダボアと摺動する内燃機関用ピストンリングであり、上記ピストンリングは外周摺動面、上下面、内周面を有し、上記上下面のみ、あるいは上記上下面および上記内周面のみに窒化層が形成され、上記外周摺動面にイオンプレーティング法により硬質皮膜が形成されているピストンリングにおいて、上記硬質皮膜は、ピストンリング母材の外周面上に形成された、金属から成る緻密層と、上記緻密層上に形成された多孔質層から構成されており、上記ピストンリング母材の外周面の最大高さ粗さＲｚが１．０〜４．０μｍの範囲内であり、上記緻密層の厚さは１〜５μｍの範囲内であり、上記多孔質層の空孔率が０．５〜２０．０％の範囲内であることを特徴とするピストンリングを提供する。
【００１０】
本発明のピストンリングの外周摺動面上に設けられた、イオンプレーティングによる硬質皮膜（以下、単に硬質皮膜とする場合がある）は、母材の外周面への窒素の侵入を阻害する緻密層と、上記緻密層上に形成された耐折損性に優れた多孔質層とから構成されるものである。このような構成を有するピストンリングは、その母材の外周面の窒化が防止されているため耐折損性が高く、かつ、上記外周面以外の母材の表面は窒化されているため優れた耐摩耗性を有するものである。また、このようなピストンリングは母材の外周面上に上記硬質皮膜を形成した後にピストンリング全体を窒化処理することのみにより得られるため、ピストンリングを上記構成にすることにより優れた特性を有するピストンリングを効率的に製造することができる。
【００１１】
上記発明においては、上記緻密層は、Ｃｒ、Ｃｒ系合金、Ｔｉ、またはＴｉ系合金から成ることがこのましい。これらの金属はピストンリングの母材と熱膨張率が近く、熱応力の影響を受けにくいため、母材との密着性が良好な緻密層を形成することができるからである。
【００１２】
また、上記発明においては、上記多孔質層は、Ｃｒ−Ｎ系、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ系、Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ−Ｎ系、またはＴｉ−Ｎ系の材料から成ることが好ましい。上記窒化層を形成する材料の窒化物から多孔質層を形成することにより、上記緻密層との密着性がよく、上記緻密層と近い熱膨張率を有する多孔質層を形成することができるからである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、耐折損性が高く、優れた耐摩耗性を有するピストンリングを得ることができるといった効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のピストンリングは、ピストンのリング溝に装着され、シリンダライナあるいはシリンダボアと摺動する内燃機関用ピストンリングであり、上記ピストンリングは外周摺動面、上下面、内周面を有し、上記上下面のみ、あるいは上記上下面および上記内周面のみに窒化層が形成され、上記外周摺動面にイオンプレーティング法により硬質皮膜が形成されているピストンリングにおいて、上記硬質皮膜は、ピストンリング母材の外周面上に形成された、金属から成る緻密層と、上記緻密層上に形成された多孔質層から構成されており、上記ピストンリング母材の外周面の最大高さ粗さＲｚが１．０〜４．０μｍの範囲内であり、上記緻密層の厚さは１〜５μｍの範囲内であり、上記多孔質層の空孔率が０．５〜２０．０％の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１５】
以下、本発明のピストンリングについて、図を用いて説明する。図１は、本発明のピストンリングの一例を示す概略断面図である。図１に例示するように、本発明のピストンリング１の母材２の外周面には、緻密層４と、上記緻密層４上に形成された多孔質層５とから構成される硬質皮膜６が形成されている。また、ピストンリングの母材２の、上記外周摺動面３部分以外の上下面および内周面には窒化層７が形成されている。
【００１６】
本発明のピストンリングの外周摺動面には窒素の侵入を阻害する緻密層と、上記緻密層上に形成された耐折損性に優れた多孔質層とから構成される硬質皮膜が形成されている。そのため、上記硬質皮膜が母材の外周面に形成された後のピストンリング全体に窒化処理を施した場合でも、母材の外周面が窒化されることはなく、従来のピストンリングのような母材の窒化による耐折損性の低下を防止することができる。
【００１７】
従来は、多くの時間とコストを費やして母材の外周面の窒化を防止していた。しかしながら本発明においては、上記多孔質層を形成する前に上記緻密層を形成することのみにより母材の外周面の窒化を防止することができ、上記緻密層は除去する必要がないため、効率的かつ経済的である。さらに上記緻密層は、その下層である母材と、その上層である多孔質層との中間の特性を有する層であるため、両者の密着性を向上させることができるという利点も有する。
以下、このような本発明のピストンリングの各構成および製造方法についてそれぞれ詳細に説明する。
【００１８】
１．緻密層
本発明において、ピストンリングの母材の外周面の表面には、イオンプレーティング法により形成される、金属から成る緻密な層である緻密層が１〜５μｍの範囲内、好ましくは２〜４μｍの範囲内、の膜厚で形成される。緻密層の膜厚が上記範囲に満たないと、窒素の侵入防止機能が不十分であり、上記緻密層の下に窒化層が形成されてしまう場合がある。一方、緻密層の膜厚が上記範囲を超える、不必要に厚い緻密層は形成に時間を要するため製造効率上望ましくなく、材料コストの観点からも望ましくない。
【００１９】
上記緻密層の形成に用いられる金属は、窒素の侵入を防止することができる緻密な層を形成することができるものであれば特に限定されるものではなく、通常は単金属、または複数の金属を含有する合金が用いられる。本発明においては、ピストンリングの母材との密着性、熱膨張率、柔軟性等の観点からＣｒ、Ｃｒ系合金、Ｔｉ、Ｔｉ系合金等、中でもＣｒ、Ｃｒ系合金（Ｃｒ−Ｂ合金、Ｃｒ−Ｖ−Ｂ合金、Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ合金等）が好適に用いられる。このような、上記母材と、多孔質層との中間の特性を有する金属を用いて緻密層を形成することにより、両者の密着性を向上させることができ、母材と、多孔質層との間の熱膨張率の違い等による剥離を防止することができる。
【００２０】
上記緻密層の緻密の程度は、窒化処理の際に当該緻密層の下層の母材への窒素の侵入を阻害し、上記母材の窒化を防止することができる程度のものであれば特に限定されるものではない。本発明においては窒素の侵入を効果的に阻害するため、上記緻密層の空孔率が０〜０．４％の範囲内であることが好ましい。
【００２１】
２．多孔質層
本発明においては上述した緻密層上に、イオンプレーティング法により多孔質層が形成される。上記多孔質層は、応力を吸収する空孔を有する層であるため、ピストンリングの外周摺動面にこのような多孔質層を形成することにより、外周摺動面の耐折損性を向上させることができる。
【００２２】
本発明に用いられる多孔質層の空孔率は、０．５〜２０．０％の範囲内、好ましくは１．０〜１０．０％の範囲内において形成される。多孔質層の空孔率が上記範囲に満たない場合は、応力を吸収する空孔の量が十分でなく、好ましい耐折損性が得られない場合がある。一方、空孔率が上記範囲を越えると、空孔が多すぎて多孔質層の強度が低下してしまう可能性がある。
【００２３】
上記多孔質層を形成する材料は、上述したような空孔率を有する層を形成できるものであれば特に限定されるものではなく、一般的には金属窒化物等の無機材料が用いられる。中でも、上記緻密層を形成する金属の窒化物、例えば、Ｃｒ−Ｎ系、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ系、Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ−Ｎ系、またはＴｉ−Ｎ系等の材料が好適に用いられ、特にＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮとＣｒ２Ｎとの混合物、ＣｒとＣｒＮとの混合物、ＣｒとＣｒ２Ｎとの混合物、ＣｒとＣｒＮとＣｒ２Ｎとの混合物、またはＴｉＮ等が好適に用いられる。このような材料を用いて多孔質層を形成することにより上記緻密層に近い特性を有する多孔質層を形成することができるため、緻密層との密着性を向上させることができ、緻密層との熱膨張率の違い等による剥離を防止することができる。
【００２４】
上記多孔質層の膜厚は、所望の耐折損性を得られるものであれば特に限定されるものではなく、通常は５〜８０μｍの範囲内、好ましくは１０〜５０μｍの範囲内の膜厚で形成される。
【００２５】
３．母材
本発明のピストンリングに用いる母材は、外周面における最大高さ粗さＲｚが１．０〜４．０μｍの範囲内、好ましくは１．５〜２．５μｍの範囲内のものが用いられる。母材の外周面の最大高さ粗さＲｚが上記範囲に満たないと、母材の表面積が小さ過ぎ、その上に形成される緻密層との密着性が悪くなってしまう場合がある。一方、上記最大高さ粗さＲｚが上記範囲を超えると、イオンプレーティング法により緻密層を形成する際に緻密層を均一な膜厚で形成することが困難になり、局所的に緻密層の膜厚が薄い、または形成されない可能性がある。このような場合は、窒化処理の際に緻密層の膜厚が薄い、または形成されていない箇所から窒素が侵入し、緻密層の下の母材に窒化層が形成され、上記緻密層を形成した効果が十分に得られないため好ましくない。
【００２６】
ここで最大高さ粗さＲｚとは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１に基づく基準長さにおける輪郭曲線（粗さ曲線）の山高さＺｐの最大値と、谷深さＺｖの最大値との和であり、この値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいうものとする。
【００２７】
上記母材の材質は、上述したような最大高さ粗さＲｚを有するものであれば特に限定されるものではなく、ピストンリングに一般的に用いられる材料を用いることができる。例えば、ＳＵＳ４４０ＢやＤＩＮＸ９０に代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼や、ＳＵＳ４１０材、ＳＵＳ４４０材、１０Ｃｒ鋼（質量％でＣｒ：９〜１１％）、およびオーステナイト系ステンレス鋼等を用いることができる。
【００２８】
なお、母材の形状や寸法は特に限定されるものではなく、ピストンリングの用途に合わせて適宜調整することができる。
【００２９】
４．窒化層
本発明のピストンリングにおいては、上記母材の上下面のみ、または上下面および内周面に窒化層が形成される。窒化層を形成することにより、ピストンリング上下面の、ピストンリング溝の上下面との叩かれに対する耐摩耗性を向上することができるからである。このような窒化層は所望の耐摩耗性を得られるものであれば特に限定されるものではなく、一般的な方法で母材に窒素を侵入、拡散させることにより形成されたものを用いることができる。
【００３０】
上記窒化層の母材へ拡散する形態は特に限定されるものではなく、任意の形態に形成することができる。例えば図１に例示するように、窒化層と上記緻密層とは、窒化層の膜厚方向の全域において接触していてもよい。また、図２に例示するように、窒化層の膜厚方向の全域で窒化層と緻密層とが接触しておらず、母材の上下面の最外周においてのみ接触していてもよい。このような窒化層の膜厚等は特に限定されるものではなく、通常は１０〜１００μｍの範囲内、好ましくは１０〜７０μｍの範囲内の膜厚で形成される。
【００３１】
５．製造方法
本発明のピストンリングの製造方法は上述した構成を有するピストンリングを得ることができるものであれば特に限定されるものではないが、例えばピストンリングの母材の外周面にイオンプレーティング法により上記緻密層および多孔質層から構成される硬質皮膜を形成し、ピストンリングの上下面を研磨加工し、窒化処理を施すことにより形成することができる。以下、このようなピストンリングの製造方法の各工程について説明する。
【００３２】
ａ）イオンプレーティング法による硬質皮膜の形成
本工程においては、以下の方法によりピストンリングの母材の外周面に上記緻密層と多孔質層とから構成される硬質皮膜を形成することができる。
ます、緻密層の形成に先立って、上記母材を８×１０−５Ｔｏｒｒ以下の真空度に設定されたアークイオンプレーティング装置の炉内ヒーターで３００〜６６０℃の範囲内で加熱することにより母材に吸着しているガスを放出させる。その後、上記母材に−１０００〜−６００Ｖの範囲内のバイアス電圧を印加し、陰極の金属ターゲットと陽極との間でアーク放電を発生させて上記ターゲットの金属を蒸気化、イオン化し、窒素ガスまたはアルゴンガスを導入してイオンボンバードをすることにより母材表面のクリーニングを行った。この際の上記陰極のターゲットとしては、緻密層を形成する金属のターゲットを用いる。
【００３３】
上記クリーニングを行った後の、アーク放電が発生している上記炉内へ、４×１０−３〜４×１０−２Ｔｏｒｒの範囲内になるまでアルゴンガスを導入し、−１０〜５０Ｖの範囲内のバイアス電圧を印加して母材の外周面上に緻密層を形成する。さらに、４×１０−３〜４×１０−２Ｔｏｒｒの範囲内になるまで窒素ガスを導入し、−１０〜−５０Ｖの範囲内のバイアス電圧を印加することにより上記緻密層上に多孔質層を形成することができる。
【００３４】
ｂ）研磨加工
本発明において、上記硬質皮膜はピストンリングの母材の外周面上に形成されるが、硬質皮膜の形成の際に母材の上面や下面などの外周面以外の箇所にも上記硬質皮膜が形成される場合がある。母材の上下面に硬質皮膜が形成された場合、当該硬質皮膜が窒素の母材への侵入を阻害し、後の窒化処理の際に母材の上下面に均一に窒化層を形成することができなくなる可能性があるため、上記硬質皮膜の形成後に母材の上面と下面とをそれぞれ１０〜２０μｍの範囲内、中でも１０〜１５μｍの範囲内で研磨加工を行うことが好ましい。このような研磨加工を行って上下面に形成された硬質皮膜のかぶり部を除去することにより母材の上下面に均一かつ安定的に窒化層を形成することができる。
【００３５】
ｃ）窒化処理
本発明においては、母材の外周面に上記硬質皮膜が形成されたピストンリングを窒化処理することにより、上記ピストンリングの上下面、または、上下面および内周面に窒化層を形成する。上記窒化処理の方法は特に限定されるものではなく、ガス窒化法（５５０〜６００℃において６０〜１８０分）、塩浴窒化（タフトライド）法（５７０〜５９０℃において１０〜３００分）等公知の方法により行うことができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３７】
以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【００３８】
[実施例１〜６]
下記表１に示す最大高さ粗さＲｚを有する、直径Φが９０ｍｍ、径方向幅（図１に示すａ１）が２．７ｍｍ、軸方向高さ（図１に示すｈ１）が１．０ｍｍのピストンリング母材（ＳＵＳ４１０材相当、Ｃ：０．６５質量％、Ｓｉ：０．４０質量％、Ｍｎ：０．３５質量％、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｃｒ：１３．５質量％、Ｍｏ：０．３質量％、残部：Ｆｅ）を用い、上記「５．製造方法」に記載された方法により硬質皮膜の形成、研磨加工、窒化処理を行うことにより、母材の外周面に緻密層および多孔質層が形成され、上下面および内周面に窒化層が形成されたピストンリングを製造した。その際、アークイオンプレーティング装置の陰極としてはＣｒターゲットを用いた。形成された緻密層はＣｒから成り、膜厚は下記表１に示す厚さであり、空孔率は０〜０．２％であった。また、形成された多孔質層はＣｒとＣｒＮとＣｒ２Ｎとの混合物から成り、膜厚は２０μｍ、空孔率は１〜７％であった。また、上記多孔質層形成後には上記ピストンリングの上下面をそれぞれ１５μｍ研磨加工し、ガス窒化法により窒化処理を行った（窒化時間：６０分、温度５５０℃）。
【００３９】
[比較例１〜１５]
下記表１に示す母材の外周面の最大高さ粗さＲｚおよび緻密層の膜厚を有するピストンリングを、上記実施例と同様の方法により製造した。
【００４０】
[比較例１６〜１７]
下記表１に示す母材の外周面の最大高さ粗さＲｚを有すること、上記緻密層を形成しなかったこと、および上記多孔質層の形成後にピストンリング上下面の研磨加工を行わずに上記窒化層を形成したこと以外は、上記実施例と同様の方法によりピストンリングを製造した。
【００４１】
[比較例１８〜１９]
下記表１に示す外周面の最大高さ粗さＲｚを有する母材に窒化処理を行うことにより上記母材の全面（外周面、内周面および上下面）に窒化層を形成した後に上記多孔質層を形成したこと、および上記緻密層を形成しなかったこと以外は、上記実施例と同様の方法によりピストンリングを製造した。
【００４２】
[耐折損性試験]
上記実施例および比較例において製造されたピストンリングの耐折損性試験を行った。耐折損性試験には、ピストンリングに当接し押圧変形させる押し治具を有する、特開２００１−２０８６５０公報の図１に開示されている第１の実施の形態によるピストンリングの性能評価装置を用いた。この際、上記性能評価装置の押圧部は先細り状のテーパ面（テーパ角度：７．５°）をなすものを用い、ピストンリングが折損するまで上記押し治具を往復運動することにより耐折損性を測定した。上記性能評価装置の押し治具による荷重負荷の変位が正弦波で３０Ｈｚとなるように上記押し治具を往復移動させ、試験を行った。ピストンリングの折損の検出は、ピストンリングによってシールされた部分に９．８ＭＰａのエアーを流し、シールされた部分のエアー圧変化をレコーダーに記録させ、圧力変化が生じたところで試験機を停止させた。
【００４３】
下記表１に耐折損性試験の結果を示す。なお、下記表１中の耐折損性指数は、比較例１６の（緻密層を有さず、硬質皮膜形成後に窒化処理を行った）ピストンリングの疲労強度を１００としたときの、それぞれのピストンリングの疲労強度を指数化し、耐折損性を示す値とした。
【００４４】
[ツイスト試験]
上記実施例および比較例において製造されたピストンリングに対し、図３（ａ）および（ｂ）に示す試験装置を用いてツイスト試験を行った。上記ツイスト試験は、図３（ａ）に例示するようにピストンリング１の合口の、相対向する合口端部３１ａ、３１ｂを掴持具３２ａ、３２ｂにそれぞれ固定し、掴持具３２ａが固定された状態で掴持具３２ｂを、図３（ａ）における合口端部３１ｂが図３（ｂ）における合口端部３１ｂの位置に来るように、直線Ｙを回転軸として回転させ、ピストンリング１に所定の角度のひねりを加えることにより行った。ひねり後のピストンリング１を、上記合口端部３１ａと合口端部３１ｂとの中心位置である中心点３３において切断し、当該切断面（破面）における硬質皮膜のピストンリング母材からの剥離の有無を目視で観察した。
【００４５】
[衝撃試験]
上記ツイスト試験において剥離が確認されなかったピストンリングに対し、さらに図４（ａ）および（ｂ）に示す試験装置を用いて衝撃試験を行った。上記衝撃試験は、図４（ａ）に例示するように試料４１を当金４２上に配置し、スプリング４３で付勢した圧子４４を図４(ｂ)の矢印で示す方向に動かし、上記圧子４４を上記試料４１の皮膜表面（外周摺動面）４５に衝突させることにより行った。衝突１回当り４３．１ｍＪ（４．４Ｋｇｆｍｍ）の衝撃エネルギーを加え、皮膜表面４５に剥離が発生するまでの回数を測定した。剥離の有無の判定は皮膜表面４５をルーペにて１５倍に拡大して観察することにより行った。
【００４６】
[評価]
上記実施例および比較例において製造されたピストンリングの母材の外周面の最大高さ粗さＲｚ、緻密層の膜厚、耐折損性指数、密着性、生産性、および仕様を下記表１に示す。密着性については、上記ツイスト試験において剥離が確認されたものを×、上記ツイスト試験においては剥離が確認されず、その後の３０回の衝撃試験において剥離が確認されたものを△、上記３０回目の衝撃試験後にも剥離が確認されなかったものを○とした。さらに、生産性については、生産性の良好なものを○、製造に長時間を要する等生産性が良くないものを×とした。ここで生産性とは、皮膜形成に要する時間をいう。
【００４７】
【表１】
0004761374.tif 000002
【００４８】
上記表１から、実施例１〜６のピストンリングは、耐折損性が高く、密着性および生産性に優れていることが分かる。母材の外周面の最大高さ粗さＲｚおよび／または緻密層膜厚が上記数値範囲外である比較例１〜１５のピストンリングは、耐折損性、密着性、または生産性の点で上記実施例に劣るものであった。また、緻密層を形成していない比較例１６〜１９のピストンリングは、耐折損性指数も低く、密着性も劣るものであった。
【００４９】
また、図５および図６にピストンリングの外周摺動面の断面の光学顕微鏡写真を示す。図５は上記実施例６の、図６は上記比較例１６のピストンリングの外周摺動面の写真（ナイタル腐食４％）であり、写真のスケールの１目盛は１０μｍである。上記写真の上部がピストンリングの外周摺動面であり、左右の側面がピストンリングの上下面である。また、ピストンリングの上下面の黒色の層および灰色の層はいずれも窒化層であり、黒色の層はビッカース硬度が７００Ｈｖ０．１以上の層であり、灰色の層は７００Ｈｖ０．１未満の層である。図５においては、母材の外周面上には緻密層および多孔質層が形成されており、上記外周面上では母材への窒化層の侵入はないことが確認できる。一方、図６においては、母材の外周面に部分的に窒化層が侵入していることが確認できる（黒色の層および灰色の層を確認できる）。
【００５０】
以上より、上記範囲内の膜厚を有する緻密層を母材の外周面に形成し、その上に多孔質層を形成することにより、上記母材の外周面の窒化が防止され、耐折損性、密着性、および生産性に優れたピストンリングを得られることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のピストンリングの一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明のピストンリングの他の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明において、ピストンリングのツイスト試験に用いられる装置を示す概略図である。
【図４】本発明において、ピストンリングの衝撃試験に用いられる装置を示す概略図である。
【図５】実施例６のピストンリングの外周摺動面断面の光学顕微鏡写真である。
【図６】比較例１６のピストンリングの外周摺動面断面の光学顕微鏡写真である。
【図７】従来の製造方法により製造されたピストンリングの外周摺動面の端部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  …  ピストンリング
２  …  母材
３  …  外周摺動面
４  …  緻密層
５  …  多孔質層
６  …  硬質皮膜
７  …  窒化層
【図１】
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【図２】
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【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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