内燃機関の滑り要素を被覆する方法、及び、その滑り要素、特に、ピストンリング又はシリンダライナ
内燃機関の滑り要素、特に、ピストンリング又はシリンダライナを被覆する方法において、硬質材料の層が堆積される間、ＤＬＣ相が前記硬質材料の層内に埋め込まれる。内燃機関のピストンリング又はシリンダライナ等の滑り要素は、ＤＬＣ相が埋め込まれた硬質材料の層を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の滑り要素、特に、ピストンリング又はシリンダライナを被覆する方法、及び、その滑り要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンリングは、上下に動くピストンとシリンダ壁との間を可能な限り完璧に封止するために内燃機関に使用される。さらに、ピストンリングは、シリンダ壁上にある油をぬぐい取るよう、及び、潤滑に対するその油の有用性を維持するよう役立つ。ピストンリングに定められた根本的な要求は、内燃機関の作動中のある程度の極限条件下での可能な限り少ない摩擦及び可能な限り長い使用期間である。これは、ピストンリングに定められた要求を可能な限り長くピストンリングが満たす磨耗挙動を意味している。同じことが、ピストンリングが滑り接触するシリンダライナの磨耗挙動にも当てはまる。
【０００３】
国際公開ＷＯ２００７／０２０１３９Ａ１号は、接着剤層、正四面体炭素の中間層、及び、非晶質炭素の外層を有した、ピストンリングであり得る基板を記載している。
【０００４】
出願人のドイツ特許出願ＤＥ １０ ２００５ ０６３ １２３ Ｂ３号は、磨耗層及び慣らし層（ｒｕｎ−ｉｎ ｌａｙｅｒ）を含む例えばピストンリング等の滑り要素に関連している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の根底にある目的は、内燃機関の滑り要素、特に、ピストンリング又はシリンダライナを被覆する方法を提供することであり、当該方法によって、摩擦値に関する要求も使用期間に関する要求も考慮に入れられる。さらに、摩擦値及び長い使用期間が有利な様式で組み合わされる滑り要素が提供されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、一方で、請求項１に記載の方法によって解消される。
【０００７】
これに従って、滑り要素、特に、例えばピストンリング又はシリンダライナ等の内燃機関の滑り要素が、硬質材料の層の堆積によって被覆される。本発明によると、堆積の間、硬質材料の層内に、又は、言い換えるとそこに平行にＤＬＣ相が埋め込まれる。従って、ＤＬＣ被覆が硬質材料の層の「上」で、及び／又は、別の被覆工程で実行されることはないが、記述された埋め込みが形成されるように平行及び好ましくは硬質材料の層の堆積と同時に実行される本発明による方法は、以前から知られた方法とは異なる。ＤＬＣ相の埋め込みは、「ｉｎ ｓｉｔｕでの取り込み」とも呼ぶことができる。有利な摩擦挙動は硬質材料の相とＤＬＣ相の平行での存在によって達成されることが検査において判る。さらに、有利な磨耗挙動を見つけることができる。言い換えると、磨耗量は、要求に従った使用期間を確実にする範囲内にある。ＤＬＣ相の埋め込みは、さらに、有利な様式で硬質材料の層にその厚さに沿って異なる特性を提供することを可能にする。例えば、硬質材料の層の表面上及び／又は最上の層に対する磨耗挙動を、有利な慣らし挙動が達成されるように調整することができ、一方で、硬質材料の層のより低い所で横たわる領域は、不変に有利な磨耗挙動が達成されるように、適したＤＬＣ相の埋め込みによって形成される。
【０００８】
本発明による方法の好ましい発展が、さらなる請求項において記載されている。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
硬質材料の層に対して、少なくとも１０μｍの厚さが好ましい。ＤＬＣの埋め込みは、従って、特性に有利な範囲で提供することができる。同時に、前述の厚さの層は、上側での慣らし層の供給、さらに、より低い位置での特定の特性を有した層の供給を可能にする。
【００１０】
硬質材料の被覆にとって、周期表の４番目及び／又は５番目及び／又は６番目の亜族の要素の窒化物を有すること、又は、完全にこれらの要素から成ることでさえもさらに好ましい。特に、有利な特性は、前述の要素と共に見つけることができる。窒化クロム（ＣｒＮ）の硬質材料の被覆が特に好ましい。
【００１１】
このことは、硬質材料の被覆が、例えばホウ素、炭素、酸素、及び／又は珪素等のさらなる要素を含む本発明による硬質材料の被覆において改善することができる熱抵抗及び／又は擦りきず抵抗に関しても同様に当てはまる。
【００１２】
埋め込まれるＤＬＣ相は、均一に分布させることができる。特に、硬質材料の相に対して０．１から９９．９％という相含有量が存在し得る。
【００１３】
一部の領域におけるもう１つの手段及び／又は補足として、１００％の局所的な相含有量を有するようにＤＬＣ埋め込みを局在化させることができ、特に、１００％ＤＬＣ埋め込みの相を構成することができる。要求次第で、前述の実施形態のうちどちらに対しても優れた特性を見つけることができる。
【００１４】
上記のように、ＤＬＣ相の相含有量は、硬質材料の層の厚さを介して、好ましくは１又は複数の成分を介して変えることができる。従って、被覆の特性は、厚さに沿って全体として変えることができ、特に各ケースにおける要求に対してよく適合させることができる。
【００１５】
硬質材料の層の表面上及び／又は最上の１から２μｍ内のＤＬＣ相の相含有量を、残りの被覆と比較して増やすことは特に有利であると証明した。これは、慣らし挙動を有利な様式で改善する。
【００１６】
前述の目的は、請求項１０に記載された滑り要素によってさらに解消される。得ることができる好ましい実施形態及び利点は、その結果、本発明による方法を参考にして記述されたものに一致する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の滑り要素、特に、ピストンリング又はシリンダライナを被覆する方法、及び、その滑り要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンリングは、上下に動くピストンとシリンダ壁との間を可能な限り完璧に封止するために内燃機関に使用される。さらに、ピストンリングは、シリンダ壁上にある油をぬぐい取るよう、及び、潤滑に対するその油の有用性を維持するよう役立つ。ピストンリングに定められた根本的な要求は、内燃機関の作動中のある程度の極限条件下での可能な限り少ない摩擦及び可能な限り長い使用期間である。これは、ピストンリングに定められた要求を可能な限り長くピストンリングが満たす磨耗挙動を意味している。同じことが、ピストンリングが滑り接触するシリンダライナの磨耗挙動にも当てはまる。
【０００３】
国際公開ＷＯ２００７／０２０１３９Ａ１号は、接着剤層、正四面体炭素の中間層、及び、非晶質炭素の外層を有した、ピストンリングであり得る基板を記載している。
【０００４】
出願人のドイツ特許出願ＤＥ １０ ２００５ ０６３ １２３ Ｂ３号は、磨耗層及び慣らし層（ｒｕｎ−ｉｎ ｌａｙｅｒ）を含む例えばピストンリング等の滑り要素に関連している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の根底にある目的は、内燃機関の滑り要素、特に、ピストンリング又はシリンダライナを被覆する方法を提供することであり、当該方法によって、摩擦値に関する要求も使用期間に関する要求も考慮に入れられる。さらに、摩擦値及び長い使用期間が有利な様式で組み合わされる滑り要素が提供されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、一方で、請求項１に記載の方法によって解消される。
【０００７】
これに従って、滑り要素、特に、例えばピストンリング又はシリンダライナ等の内燃機関の滑り要素が、硬質材料の層の堆積によって被覆される。本発明によると、堆積の間、硬質材料の層内に、又は、言い換えるとそこに平行にＤＬＣ相が埋め込まれる。従って、ＤＬＣ被覆が硬質材料の層の「上」で、及び／又は、別の被覆工程で実行されることはないが、記述された埋め込みが形成されるように平行及び好ましくは硬質材料の層の堆積と同時に実行される本発明による方法は、以前から知られた方法とは異なる。ＤＬＣ相の埋め込みは、「ｉｎ ｓｉｔｕでの取り込み」とも呼ぶことができる。有利な摩擦挙動は硬質材料の相とＤＬＣ相の平行での存在によって達成されることが検査において判る。さらに、有利な磨耗挙動を見つけることができる。言い換えると、磨耗量は、要求に従った使用期間を確実にする範囲内にある。ＤＬＣ相の埋め込みは、さらに、有利な様式で硬質材料の層にその厚さに沿って異なる特性を提供することを可能にする。例えば、硬質材料の層の表面上及び／又は最上の層に対する磨耗挙動を、有利な慣らし挙動が達成されるように調整することができ、一方で、硬質材料の層のより低い所で横たわる領域は、不変に有利な磨耗挙動が達成されるように、適したＤＬＣ相の埋め込みによって形成される。
【０００８】
本発明による方法の好ましい発展が、さらなる請求項において記載されている。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
硬質材料の層に対して、少なくとも１０μｍの厚さが好ましい。ＤＬＣの埋め込みは、従って、特性に有利な範囲で提供することができる。同時に、前述の厚さの層は、上側での慣らし層の供給、さらに、より低い位置での特定の特性を有した層の供給を可能にする。
【００１０】
硬質材料の被覆にとって、周期表の４番目及び／又は５番目及び／又は６番目の亜族の要素の窒化物を有すること、又は、完全にこれらの要素から成ることでさえもさらに好ましい。特に、有利な特性は、前述の要素と共に見つけることができる。窒化クロム（ＣｒＮ）の硬質材料の被覆が特に好ましい。
【００１１】
このことは、硬質材料の被覆が、例えばホウ素、炭素、酸素、及び／又は珪素等のさらなる要素を含む本発明による硬質材料の被覆において改善することができる熱抵抗及び／又は擦りきず抵抗に関しても同様に当てはまる。
【００１２】
埋め込まれるＤＬＣ相は、均一に分布させることができる。特に、硬質材料の相に対して０．１から９９．９％という相含有量が存在し得る。
【００１３】
一部の領域におけるもう１つの手段及び／又は補足として、１００％の局所的な相含有量を有するようにＤＬＣ埋め込みを局在化させることができ、特に、１００％ＤＬＣ埋め込みの相を構成することができる。要求次第で、前述の実施形態のうちどちらに対しても優れた特性を見つけることができる。
【００１４】
上記のように、ＤＬＣ相の相含有量は、硬質材料の層の厚さを介して、好ましくは１又は複数の成分を介して変えることができる。従って、被覆の特性は、厚さに沿って全体として変えることができ、特に各ケースにおける要求に対してよく適合させることができる。
【００１５】
硬質材料の層の表面上及び／又は最上の１から２μｍ内のＤＬＣ相の相含有量を、残りの被覆と比較して増やすことは特に有利であると証明した。これは、慣らし挙動を有利な様式で改善する。
【００１６】
前述の目的は、請求項１０に記載された滑り要素によってさらに解消される。得ることができる好ましい実施形態及び利点は、その結果、本発明による方法を参考にして記述されたものに一致する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の滑り要素、特に、ピストンリング又はシリンダライナを被覆する方法であって、硬質材料の層の堆積中に該硬質材料の層内へＤＬＣ相が埋め込まれる、方法。
【請求項２】
前記硬質材料の層は１０μｍ以上の厚さで堆積されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記硬質材料の層は、周期表の４番目及び／又は５番目及び／又は６番目の亜族の要素の窒化物を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記硬質材料の層は、例えば、ホウ素、炭素、酸素、及び／又は、珪素等のさらなる要素をさらに有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記埋め込みは均一に分布されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ＤＬＣ相は、０．１から９９．９％の相含有量を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ＤＬＣ相は、１００％までの局所的な相含有量を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ＤＬＣ相の相含有量は、前記層の厚さを介して変えられることを特徴とする、請求項１乃至４、６、及び、７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記硬質材料の層の表面上及び／又は最上の１から２μｍ内の前記ＤＬＣ相の相含有量は残りの層と比較して増やされることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
硬質材料の層が、埋め込まれたＤＬＣ相を含む、内燃機関の例えばピストンリング又はシリンダライナ等の滑り要素。
【請求項１１】
前記硬質材料の層が１０μｍ以上の厚さを有することを特徴とする、請求項１０に記載の滑り要素。
【請求項１２】
前記硬質材料の層は、周期表の４番目及び／又は５番目及び／又は６番目の亜族の要素の窒化物を有することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の滑り要素。
【請求項１３】
前記硬質材料の層は、例えば、ホウ素、炭素、酸素、及び／又は、珪素等のさらなる要素をさらに有することを特徴とする、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１４】
前記埋め込みは均一に分布されることを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１５】
前記ＤＬＣ相は、０．１から９９．９％の相含有量を有することを特徴とする、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１６】
前記ＤＬＣ相は、１００％までの局所的な相含有量を有することを特徴とする、請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１７】
前記ＤＬＣ相の相含有量は、前記層の厚さを介して変えられることを特徴とする、請求項１０乃至１３、１５、及び、１６のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１８】
前記硬質材料の層の表面上及び／又は最上の１から２μｍ内の前記ＤＬＣ相の相含有量は残りの層と比較して増やされることを特徴とする、請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１】
内燃機関の滑り要素、特に、ピストンリング又はシリンダライナを被覆する方法であって、硬質材料の層の堆積中に該硬質材料の層内へＤＬＣ相が埋め込まれる、方法。
【請求項２】
前記硬質材料の層は１０μｍ以上の厚さで堆積されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記硬質材料の層は、周期表の４番目及び／又は５番目及び／又は６番目の亜族の要素の窒化物を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記硬質材料の層は、例えば、ホウ素、炭素、酸素、及び／又は、珪素等のさらなる要素をさらに有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記埋め込みは均一に分布されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ＤＬＣ相は、０．１から９９．９％の相含有量を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ＤＬＣ相は、１００％までの局所的な相含有量を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ＤＬＣ相の相含有量は、前記層の厚さを介して変えられることを特徴とする、請求項１乃至４、６、及び、７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記硬質材料の層の表面上及び／又は最上の１から２μｍ内の前記ＤＬＣ相の相含有量は残りの層と比較して増やされることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
硬質材料の層が、埋め込まれたＤＬＣ相を含む、内燃機関の例えばピストンリング又はシリンダライナ等の滑り要素。
【請求項１１】
前記硬質材料の層が１０μｍ以上の厚さを有することを特徴とする、請求項１０に記載の滑り要素。
【請求項１２】
前記硬質材料の層は、周期表の４番目及び／又は５番目及び／又は６番目の亜族の要素の窒化物を有することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の滑り要素。
【請求項１３】
前記硬質材料の層は、例えば、ホウ素、炭素、酸素、及び／又は、珪素等のさらなる要素をさらに有することを特徴とする、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１４】
前記埋め込みは均一に分布されることを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１５】
前記ＤＬＣ相は、０．１から９９．９％の相含有量を有することを特徴とする、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１６】
前記ＤＬＣ相は、１００％までの局所的な相含有量を有することを特徴とする、請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１７】
前記ＤＬＣ相の相含有量は、前記層の厚さを介して変えられることを特徴とする、請求項１０乃至１３、１５、及び、１６のいずれか一項に記載の滑り要素。
【請求項１８】
前記硬質材料の層の表面上及び／又は最上の１から２μｍ内の前記ＤＬＣ相の相含有量は残りの層と比較して増やされることを特徴とする、請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の滑り要素。
【公表番号】特表２０１２−５０６０１１（Ｐ２０１２−５０６０１１Ａ）
【公表日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３１４８５（Ｐ２０１１−５３１４８５）
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６３４７２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４３６６９
【国際公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（５１１０８１７５０）フェデラル−モーグル ブルシャイド ゲーエムベーハー (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６３４７２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４３６６９
【国際公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（５１１０８１７５０）フェデラル−モーグル ブルシャイド ゲーエムベーハー (5)
【Ｆターム（参考）】
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