JP2764353B2 - Plunger of injection pump for alcohol fuel - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はアルコール燃料用ディー
ゼルエンジンの噴射ポンプのプランジャーに関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plunger for an injection pump of a diesel engine for alcohol fuel.

【０００２】[0002]

【従来の技術】アルコールディーゼルエンジンは、クリ
ーンディーゼルエンジン実現の一つの方法として開発が
行われている。例えば、特願昭６３−８００６０号公報
がある。2. Description of the Related Art Alcohol diesel engines are being developed as one method for realizing clean diesel engines. For example, there is Japanese Patent Application No. 63-80060.

【０００３】しかし、アルコールは低粘性のため燃料噴
射ポンプのプランジャー摺動面において焼付きおよび摩
耗増大等の問題が発生し、開発の障害になっている。そ
の対策として、従来硬度の高いセラミックス等を用いた
り、Ｃｒ等の硬質メッキやＣＶＤ等によりＴｉＮあるい
はＴｉＣ等をコーティングして硬度をあげ、耐摩耗性を
向上させる表面硬化法が試みられている。[0003] However, alcohol has low viscosity and causes problems such as seizure and increased wear on the sliding surface of the plunger of the fuel injection pump, which hinders development. As a countermeasure, a surface hardening method of increasing hardness by improving the wear resistance by using ceramics or the like having high hardness or coating with TiN or TiC by hard plating such as Cr or CVD or the like has been attempted.

【０００４】しかし、これらの材料および表面硬化処理
品を用いても焼き付きが生じてしまい、実用上充分小さ
な摩擦係数を有し、焼き付きを起こし難い材料等の開発
が望まれていた。また、これらの材料等はその表面が非
常に固く、加工性が悪いので仕上げ加工に非常に手間が
かかる。特に上記摺動部分はミクロンオーダーの超精密
仕上げが要求され、これらの材料および表面処理品では
ミクロンオーダーの面粗度を得るのは極めて困難であっ
た。However, seizure occurs even when these materials and surface-hardened products are used, and there has been a demand for the development of a material which has a sufficiently low friction coefficient for practical use and hardly causes seizure. In addition, these materials and the like have very hard surfaces and poor workability, so that finishing work is extremely troublesome. In particular, the sliding portion requires ultra-precision finishing on the order of microns, and it is extremely difficult to obtain surface roughness on the order of microns with these materials and surface-treated products.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明はアルコール燃
料を用いた場合でもシリンダーとの摺動に際して焼付き
を起こさない極めて優れた低摩擦特性を有する長寿命の
プランジャーを提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a long-life plunger having extremely excellent low friction characteristics which does not cause seizure when sliding on a cylinder even when alcohol fuel is used. is there.

【０００６】本発明者等は、アルコール用ディーゼルエ
ンジンの噴射ポンプ作動時におけるプランジャーとシリ
ンダー壁との摺動現象について鋭意研究を重ねた。プラ
ンジャーとシリンダー壁との摺動は、通常はアルコール
による流体潤滑状態にあると考えられる。しかし、特に
高負荷運転時などにおいては、アルコール潤滑膜が部分
的に切られた作動状態も起き得ると考えられ、これが焼
付きの発生する最も大きな原因と考えられる。すなわ
ち、アルコール潤滑膜が切れた部分では、プランジャー
とシリンダーが直接接触して摺動運動をすることにな
る。このため、この部分での摩擦が大きくなり、ついに
焼付きに到るのである。本発明者等は、このような考え
のもとに以下に記載する焼付き防止策を考えた。The present inventors have conducted intensive studies on the sliding phenomenon between the plunger and the cylinder wall during the operation of the injection pump of the diesel engine for alcohol. Sliding between the plunger and the cylinder wall is usually considered to be in a fluid lubricated state with alcohol. However, it is considered that an operation state in which the alcohol lubricating film is partially cut may occur particularly during a high-load operation, and this is considered to be the largest cause of seizure. That is, in the portion where the alcohol lubricating film has been cut, the plunger and the cylinder come into direct contact with each other and perform a sliding motion. For this reason, the friction in this portion becomes large, and finally seizure occurs. The present inventors have devised a seizure prevention measure described below based on such a concept.

【０００７】（１）アルコールによる流体潤滑状態が維
持できるように、アルコール潤滑膜が切れた状態が発生
しにくいような工夫をすること、(1) In order to maintain the fluid lubrication state by alcohol, it is necessary to devise such that a state in which the alcohol lubricating film is cut hardly occurs.

【０００８】（２）たとえアルコール潤滑膜が切れた状
態が局部的、瞬間的に発生しても、その部分で低摩擦の
摺動が維持されるようにすること、(2) Even if a state in which the alcohol lubricating film is broken locally or instantaneously occurs, low-friction sliding is maintained in that part;

【０００９】尚、（２）でアルコール潤滑膜の切れた部
分でのプランジャーとシリンダー間の動状態は、低湿度
の空気中（相対湿度２０〜６０％）での摺動状態に近い
と考えられる。It is considered that the moving state between the plunger and the cylinder at the portion where the alcohol lubricating film is cut in (2) is close to the sliding state in low humidity air (relative humidity 20 to 60%). Can be

【００１０】このように、焼付き防止対策は上記
（１）、（２）を同時に満足するものであることが望ま
れた。As described above, it is desired that the anti-seizure measures simultaneously satisfy the above (1) and (2).

【００１１】本発明者等は、プランジャーを加熱するこ
となく処理が可能で、処理による寸法変化がなく、低摩
擦係数を有する固体潤滑被膜を形成し得る蒸着とイオン
照射とを組み合わせた表面処理法に着目し、本発明をな
すに至ったのである。The present inventors have developed a surface treatment that combines vapor deposition and ion irradiation, which enables processing without heating the plunger, does not change the dimensions due to the processing, and can form a solid lubricating film having a low coefficient of friction. Focusing on the law, the present invention has been achieved.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、有機物の蒸着
とともに気体元素のイオンの照射とを行うことによって
シリンダーとの摺動面に形成した、非晶質炭素と珪素を
主成分とする固体潤滑被膜を具備することを特徴とする
アルコール燃料用噴射ポンプのプランジャーに関するも
のである。According to the present invention, there is provided a solid material mainly composed of amorphous carbon and silicon formed on a sliding surface with a cylinder by performing ion irradiation of gaseous elements together with vapor deposition of an organic substance. The present invention relates to a plunger for an alcohol fuel injection pump, which is provided with a lubricating coating.

【００１３】[0013]

【発明の効果】本発明に係る主成分が非晶質炭素と珪素
からなる固体潤滑被膜を形成したプランジャーは、アル
コールによる流体潤滑状態をより良く維持でき、たとえ
アルコール潤滑膜が切れた状態が発生しても、極めて低
摩擦の摺動状態を維持できる。The plunger according to the present invention, in which the solid lubricating film composed mainly of amorphous carbon and silicon is formed, can maintain the fluid lubricating state by alcohol better, even if the alcohol lubricating film is broken. Even if it occurs, a very low friction sliding state can be maintained.

【００１４】図１に示したように、本発明に係る固体潤
滑被膜処理は、他のプラズマＣＶＤによって形成したダ
イヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、純カーボン膜
（ｐｕｒｅＣ）、従来のＮイオン注入、Ｎｉ−Ｐメッ
キ、窒化処理と比べて、メタノールとの濡れ性に優れる
（アルコールの接触角が小さい）。As shown in FIG. 1, the solid lubricating film processing according to the present invention is performed by using diamond-like carbon (DLC), pure carbon film (pureC), conventional N-ion implantation, Ni- Excellent wettability with methanol (small alcohol contact angle) compared to P plating and nitriding.

【００１５】このため、噴射ポンプ作動時に、プランジ
ャーとシリンダー壁間にアルコールの膜が形成され易
く、アルコールによる流体潤滑の状態がより良く維持さ
れる。したがって、これは特にアルコール使用時の焼付
き防止に有利に作用する。For this reason, when the injection pump is operated, an alcohol film is easily formed between the plunger and the cylinder wall, and the state of fluid lubrication by the alcohol is better maintained. Accordingly, this has an advantageous effect particularly on seizure prevention when using alcohol.

【００１６】また、図２は、相対湿度２０〜６０％の比
較的低湿度の空気中、すなわち、アルコール流体潤滑膜
の切れた状態に対応した雰囲気下でのピンオンディスク
の試験による各種表面処理材等のＳＵＪ２に対する摩擦
係数を求めたものであるが、固体潤滑被膜は０．０５程
度の極めて低い摩擦係数を示す。この値は、従来の処理
と比べ十倍以上低い。また、他のカーボン系材料、例え
ばＤＬＣやｐｕｒｅＣ膜と比べても２〜３倍低い。FIG. 2 shows various surface treatments by testing a pin-on-disk in relatively low humidity air having a relative humidity of 20 to 60%, that is, in an atmosphere corresponding to a state in which the alcohol fluid lubricating film is cut. The friction coefficient of the material and the like against SUJ2 was determined. The solid lubricating coating shows a very low friction coefficient of about 0.05. This value is more than ten times lower than the conventional processing. Also, it is 2-3 times lower than other carbon-based materials, for example, DLC and pureC films.

【００１７】このように、固体潤滑被膜処理は、単一の
処理で、焼付き防止の方策として考えられる前記（１）
および（２）を同時に良好に満足するものである。従っ
て、この処理は、アルコール用ディーゼル噴射ポンププ
ランジャーの耐焼付き被覆処理として最適のものであ
る。As described above, the solid lubricating film treatment can be considered as a measure for preventing seizure by a single treatment.
And (2) are simultaneously satisfied. Therefore, this treatment is optimal as a seizure-resistant coating treatment for a diesel injection pump plunger for alcohol.

【００１８】[0018]

【実施例】（本発明の具体例）前記本発明をより具体化
した具体例を説明する。EXAMPLES (Specific Examples of the Present Invention) Specific examples of the present invention will be described.

【００１９】本具体例に係る固体潤滑被膜は、非晶質炭
素−珪素を主成分とする膜からなり、珪素の含有量は１
０〜２０％であり、少量の水素、酸素も含まれる。該膜
の厚さは５μｍ以下で用いる。５μｍより厚いと剥離し
易くなる。The solid lubricating film according to this example is a film mainly composed of amorphous carbon-silicon, and the silicon content is 1%.
It is 0 to 20%, and includes a small amount of hydrogen and oxygen. The thickness of the film is 5 μm or less. If it is thicker than 5 μm, it is easy to peel off.

【００２０】また、該膜の面粗度は極めて滑らかである
ため、処理後に特に仕上げ加工を必要としない。Since the surface roughness of the film is extremely smooth, no special finishing is required after the treatment.

【００２１】非晶質炭素−珪素膜は以下のような方法に
よって形成する。すなわち、有機物質を真空雰囲気中で
プランジャー表面に加熱蒸着すると同時に該有機物質を
分解するに十分なエネルギーを有する気体元素のイオン
を照射するものである。The amorphous carbon-silicon film is formed by the following method. That is, an organic substance is heated and vapor-deposited on the plunger surface in a vacuum atmosphere, and is simultaneously irradiated with ions of a gas element having sufficient energy to decompose the organic substance.

【００２２】真空雰囲気は１０^-4Ｔｏｒｒ以下の高真空
とし、有機物質は室温での蒸気圧が10^-4Ｔｏｒｒ以下の
ものを使用する。このような有機物質としては、液体状
のものとして、真空ポンプのオイルとして使用されてい
るシリコーン系オイル、炭化水素系オイル、あるいは潤
滑油として使われているフッ素系オイル等がある。特
に、メチルフェニルシロキサン（シリコーン系オイル）
やアルキルナフタレン（炭化水素系オイル）、パーフロ
ロポリエーテル（フッ素系オイル）は代表的なものであ
る。固体状のものとしては、例えばナフタレン、アント
ラセン、フタロシアニン等が使用できる。これらのもの
は単独でも、あるいは組み合わせて使用しても良い。The vacuum atmosphere is a high vacuum of 10 ^-4 Torr or less, and the organic substance has a vapor pressure at room temperature of 10 ^-4 Torr or less. Examples of such organic substances include, as liquid substances, silicone-based oils, hydrocarbon-based oils used as vacuum pump oils, and fluorine-based oils used as lubricating oils. Particularly, methylphenylsiloxane (silicone oil)
And alkyl naphthalene (hydrocarbon-based oil) and perfluoropolyether (fluorine-based oil) are typical ones. As a solid, for example, naphthalene, anthracene, phthalocyanine and the like can be used. These may be used alone or in combination.

【００２３】照射すべきイオンビームとしては、有機物
質の分解を引き起こし得るＨｅ以上の質量を有するイオ
ン種が使用できる。イオンビームの生成の容易さから気
体元素、特に形成される炭素膜と反応して膜質を変える
ことがないＨｅ、Ｎ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅが望まし
い。As the ion beam to be irradiated, an ion species having a mass equal to or higher than He which can cause decomposition of an organic substance can be used. He, N, Ne, Ar, Kr, and Xe, which do not change the film quality by reacting with a gas element, particularly a formed carbon film, are preferable from the viewpoint of easy generation of an ion beam.

【００２４】イオンのエネルギーは、有機物を十分に分
解できる程度であれば良く、通常１ＫｅＶ以上であれば
よい。The energy of the ions only needs to be such that the organic matter can be sufficiently decomposed, and is usually 1 KeV or more.

【００２５】良好な固体潤滑性を有する非晶質炭素珪素
膜を製造するために必要なイオンの照射量は、用いるイ
オンの種類のよるが、Ｈｅ⁺ イオンの場合、１×１０¹⁶
個／ｃｍ² 、その他のイオンの場合には１×１０¹⁵個／
ｃｍ² 以上が望ましい。照射量が上記値より少ないと、
炭素膜の良好な密着性が得られない。The amount of irradiation of ions required to produce an amorphous carbon silicon film having good solid lubrication depends on the type of ions used, but in the case of He ⁺ ions, 1 × 10 ¹⁶
Pieces / cm ² , 1 × 10 ¹⁵ pieces /
cm ² or more is desirable. If the irradiation dose is less than the above value,
Good adhesion of the carbon film cannot be obtained.

【００２６】（本発明の具体例の効果）本具体例によっ
てプランジャー表面に形成された固体潤滑被膜は、有機
物質を蒸着すると同時にイオン照射を行うための１分子
層もしくは数分子層程度の極めて薄い層の堆積が連続的
に行われることとなり、形成されえた膜中に歪応力が殆
ど含まれず、プランジャーと膜との定着性は極めて高く
なる。図３は固体潤滑被膜被覆とＤＬＣおよびｐｕｒｅ
Ｃについて、無潤滑下でピンオンディスク試験を行い低
摩擦の得られる摺動回数を比較したものである。被覆が
剥がれると、摩擦係数は急激に高くなるが、この時の摺
動回数を比較することによって密着性を評価できる。図
３より被覆の寿命は、それぞれ８×１０⁶ 回、２×１０
⁴ 回、３×１０² 回である。実用的にはこのような試験
において１０⁶ 回程度の寿命が必要と推定され、これを
満たすのは処理の固体潤滑被覆処理のみであり、この結
果からも被膜の密着性が優れていることが明らかであ
る。また、膜の厚さは極めて均一で、ミクロンオーダー
の面粗度を有し、処理後に精密仕上げ等を必要としな
い。(Effects of Embodiment of the Present Invention) The solid lubricating film formed on the plunger surface according to this embodiment has an extremely small size of about one molecular layer or several molecular layers for performing ion irradiation simultaneously with vapor deposition of an organic substance. Thin layers are continuously deposited, and the formed film hardly contains a strain stress, and the fixability between the plunger and the film is extremely high. Figure 3 shows the solid lubricant coating and DLC and pure
For C, a pin-on-disk test was conducted without lubrication to compare the number of sliding times at which low friction was obtained. When the coating is peeled off, the coefficient of friction rapidly increases, but the adhesion can be evaluated by comparing the number of times of sliding at this time. According to FIG. 3, the life of the coating is 8 × 10 ⁶ times and 2 × 10 ⁶ times, respectively.
⁴ times, 3 × 10 ² times. Practically, it is estimated that a life of about 10 ⁶ times is necessary in such a test, and only the solid lubrication coating treatment of the treatment satisfies this, and it can be seen from this result that the adhesion of the coating is excellent. it is obvious. Further, the thickness of the film is extremely uniform, has a surface roughness on the order of microns, and does not require precision finishing or the like after processing.

【００２７】（実施例１）軽油を燃料とした従来のディ
ーゼルエンジン用列型噴射ポンプを用意し、軽油の代わ
りにアルコールを燃料として、本発明に係る固体潤滑被
膜を形成したプランジャーの特性を評価した。(Example 1) A conventional line-type injection pump for diesel engines using light oil as fuel was prepared, and the characteristics of a plunger having a solid lubricating film according to the present invention formed using alcohol as fuel instead of light oil were used. evaluated.

【００２８】まず、焼入れ焼戻処理を行った鋼（ＪＩＳ
ＳＵＪ２）からなるプランジャー１６個を用意した。
プランジャーをシリンダーに取りつけた状態の概略図を
図４に示す。プランジャー１の外周面とシリンダー２の
内周面とが摺動し、プランジャーの端面３でアルコール
を押し出す。固体潤滑被膜は、図５に示すように、プラ
ンジャー１の外周面でシリンダーの内周面と接する部分
４に形成した。First, steel subjected to quenching and tempering treatment (JIS
16 plungers made of SUJ2) were prepared.
FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the plunger is attached to the cylinder. The outer peripheral surface of the plunger 1 slides on the inner peripheral surface of the cylinder 2 to push out the alcohol on the end surface 3 of the plunger. As shown in FIG. 5, the solid lubricating film was formed on a portion 4 of the outer peripheral surface of the plunger 1 which was in contact with the inner peripheral surface of the cylinder.

【００２９】固体潤滑被膜を形成するための装置は、図
６に示すように被覆形成処理用真空容器６に、公知の高
エネルギーのイオンビーム発生装置７を接続し、該イオ
ンビーム発生装置から発生したイオンビームを前記真空
容器に導入できるようになっている。真空容器内に処理
すべき部品を取りつけるホルダー９を配置し、該ホルダ
ーに取りつけられた部品の表面が見える位置に炉１１を
取りつける。蒸発源である有機物質１２が炉１１に入れ
られ、炉の加熱により有機物質１１が蒸発する。前記真
空容器には炉から蒸発する蒸気を遮断するシャッター１
３が取りつけられる。As shown in FIG. 6, a device for forming a solid lubricating film is formed by connecting a known high-energy ion beam generator 7 to a vacuum chamber 6 for forming a coating and generating the solid lubricating film from the ion beam generator. The ion beam thus formed can be introduced into the vacuum vessel. A holder 9 for mounting a component to be processed is arranged in a vacuum vessel, and a furnace 11 is mounted at a position where the surface of the component mounted on the holder can be seen. An organic substance 12 as an evaporation source is put in a furnace 11, and the organic substance 11 is evaporated by heating the furnace. The vacuum container has a shutter 1 for shutting off vapor evaporating from the furnace.
3 is installed.

【００３０】被覆処理を行う場合、まず、シャッター１
３を閉じた状態で炉１１を加熱し、有機物質１２を蒸発
させる。When performing the coating process, first, the shutter 1
With the furnace 3 closed, the furnace 11 is heated to evaporate the organic substance 12.

【００３１】炉１１を適当な温度に加熱した後、シャッ
ター１３を開くと同時にイオンビーム８の照射を開始す
る。部品１０の表面に被覆させる固体潤滑被膜の厚さ
は、シャッター１２を開いている時間より制御できる。
また、照射するイオンビームのエネルギー、種類、照射
量を適宜選択し、形成する膜の炭素密度を制御する。高
い炭素密度の被膜を得るには、全照射量を多くする。一
定時間内での全照射量の調製は、イオンビームの電流密
度を制御することにより行う。After heating the furnace 11 to an appropriate temperature, the shutter 13 is opened and the irradiation of the ion beam 8 is started at the same time. The thickness of the solid lubricating coating applied to the surface of the component 10 can be controlled by controlling the time during which the shutter 12 is open.
Further, the energy, type and irradiation amount of the ion beam to be irradiated are appropriately selected to control the carbon density of the film to be formed. To obtain a coating with a high carbon density, the total irradiation dose is increased. Adjustment of the total irradiation amount within a certain time is performed by controlling the current density of the ion beam.

【００３２】プランジャーの外周面でシリンダーと接触
する部分に固体潤滑被膜を形成するために、該プランジ
ャーをホルダー９に支持した。蒸発源であるペンタフェ
ニルトリメチルトリシロキサンを炉に入れ、真空容器を
約１０^-6 Torr まで減圧した後、炉を加熱し、炉温が約
８０℃になったところでシャッターを開くと同時に１．
５ＭｅＶに加速したＡｒ⁺ イオン照射してシリンダー表
面に約２μｍの固体潤滑被膜を形成した。The plunger was supported by a holder 9 to form a solid lubricating film on the outer peripheral surface of the plunger in contact with the cylinder. After putting pentaphenyltrimethyltrisiloxane, which is an evaporation source, into a furnace and reducing the pressure of the vacuum vessel to about 10 ^-6 Torr, the furnace was heated. When the furnace temperature reached about 80 ° C., the shutter was opened and at the same time, 1.
Irradiation with Ar ⁺ ions accelerated to 5 MeV resulted in the formation of a solid lubricating film of about 2 μm on the cylinder surface.

【００３３】ペンタフェニルトリメチルトリシロキサン
は分子状もしくはクラスター状で飛来してセラミック表
面に付着すると考えられ、加速されたＡｒ⁺ イオンはペ
ンタフェニルトリメチルトリシロキサン分子に衝突し、
該分子を分解する。このとき、分子中の化学結合の弱い
部分が最も多く分解し、ペンタフェニルトリメチルトリ
シロキサンでは、Ｃ−Ｈ結合が切断され、水素原子の一
部が分子から解放される。このようにして形成された固
体潤滑被膜は、高密度の炭素を含むが、純粋な炭素の膜
ではなく、珪素や酸素も含まれ、少量の水素も含む。ま
た、該膜は非晶質であり、結晶質炭素であるグラファイ
トやダイヤモンドとも異なる。It is considered that pentaphenyltrimethyltrisiloxane comes in molecular or cluster form and adheres to the ceramic surface, and accelerated Ar ⁺ ions collide with pentaphenyltrimethyltrisiloxane molecules,
Decompose the molecule. At this time, the weakest part of the molecule in the chemical bond is decomposed most, and in pentaphenyltrimethyltrisiloxane, the C—H bond is cut, and a part of the hydrogen atom is released from the molecule. The solid lubricating film thus formed contains high-density carbon, but is not a pure carbon film, but also contains silicon and oxygen and also contains a small amount of hydrogen. Further, the film is amorphous, and is different from graphite or diamond which is crystalline carbon.

【００３４】このようにイオン照射は有機物質を高密度
に炭素を含む非晶質の物質に変えるわけであるが、この
過程において、大きな収縮（体積変化もしくは密度変
化）を伴う。このような変化がある基体表面で起きると
き、変化する物質が１分子層もしくは数分子層程度の極
く薄い段階で起こるならば、収縮は拘束を受けず自由に
生ずる。従って、生成した無機質極薄膜と基体界面には
歪応力は殆ど発生しない。したがって、歪応力に起因す
る密着性の低下を防止できる。As described above, ion irradiation changes an organic substance into an amorphous substance containing carbon at high density. In this process, a large shrinkage (volume change or density change) accompanies. When such a change occurs on the surface of the substrate, the shrinkage is free and unrestricted if the changing material occurs in a very thin phase, on the order of one or several molecular layers. Therefore, almost no strain stress is generated at the interface between the formed inorganic extremely thin film and the substrate. Therefore, it is possible to prevent a decrease in adhesion due to strain stress.

【００３５】このように、固体潤滑被膜を形成したプラ
ンジャー４個について、プランジャーとシリンダーとの
焼付特性をベンチ試験によって評価した。プランジャー
をポンプの各気筒（４気筒）に組み込み、ベンチ上にて
ランニングを行った。試験には、燃料としてメタノール
１００％のアルコールを用いた。With respect to the four plungers having the solid lubricating film formed thereon, the seizure characteristics between the plunger and the cylinder were evaluated by a bench test. The plunger was installed in each cylinder (four cylinders) of the pump, and running was performed on a bench. For the test, 100% methanol alcohol was used as a fuel.

【００３６】運転条件は二段階よりなり、第１段階の試
験条件は図７に示すようにポンプ回転数Ｎｐ（ポンプシ
ャフトが１回転するとプランジャーが１往復する）を約
１２００rpm 一定とし、プランジャー加圧力Ｐｖを５０
０ｋｇ／ｃｍ² 、７００ｋｇ／ｃｍ² 、９００ｋｇ／ｃ
ｍ² 、と３段階に変化させ、各圧力での運転時間を１５
分とした。運転中に焼付きが生じると、プランジャーに
往復運動を与えるポンプシフトの回転トルクが急激に上
昇することから、焼付きの発生を検知することができ
る。The operating conditions consist of two stages. The test conditions in the first stage are as shown in FIG. 7, with the pump rotation speed Np (the plunger makes one reciprocation when the pump shaft makes one rotation) is constant at about 1200 rpm. Pressing force Pv is 50
0 kg / cm ² , 700 kg / cm ² , 900 kg / c
m ² , and the operation time at each pressure is 15
Minutes. If seizure occurs during operation, the rotational torque of the pump shift that reciprocates the plunger sharply increases, so that the occurrence of seizure can be detected.

【００３７】第２段階の評価は、第１段階で合格したプ
ランジャーにつき、図８に示す条件でポンプを運転し、
運転開始から焼付きが発生するまでの時間を求めるもの
である。運転時間は１００時間を上限とした。In the evaluation of the second stage, the pump is operated under the conditions shown in FIG.
The time from the start of operation to the occurrence of seizure is determined. The operation time was limited to 100 hours.

【００３８】上記評価試験には、本発明による固体潤滑
被膜を被覆したプランジャー４本の他に、比較のために
窒素イオン注入処理（Ｎ⁺ イオンを注入エネルギー１０
０ＫｅＶで２×１０¹⁷個／ｃｍ² 注入）を行ったもの、
窒化ホウ素−ニッケル・リン複合メッキ処理（被覆層厚
さ５μｍ）を行ったもの、および単に焼入れ、焼戻し処
理を施しただけのプランジャーについても、各４本づつ
試験を行った。In the above evaluation test, in addition to the four plungers coated with the solid lubricating coating according to the present invention, for comparison, nitrogen ion implantation treatment (N ⁺ ion implantation energy
2 × 10 ¹⁷ / cm ² at 0 KeV)
Tests were also performed on each of the four plungers that had been subjected to the boron nitride-nickel-phosphorus composite plating treatment (coating layer thickness: 5 μm) and the plungers that had simply been quenched and tempered.

【００３９】第１段階の評価結果を図９に示す。図よ
り、窒素イオン注入処理では、１本がＰｖ＝９００ｋｇ
／ｃｍ² での試験中に焼付きを発生したが、他の３本
は、第１段階評価試験では焼付きを発生しなかった。処
理なしのものでは、Ｐｖ＝９００ｋｇ／ｃｍ² までの試
験で焼付きを生じなかったものは１本もなかった。図よ
り明らかなように、第１段階の試験で４本ともすべて合
格したのは、本発明の固体潤滑被膜を施したもののみあ
った。FIG. 9 shows the evaluation results of the first stage. As shown in the figure, in the nitrogen ion implantation process, one of them is Pv = 900 kg.
/ Cm ² caused seizure during the test, but the other three did not cause seizure in the first-stage evaluation test. In the case of no treatment, there was no one that did not cause seizure in the test up to Pv = 900 kg / cm ² . As is clear from the figure, all of the four samples that passed the first stage test were only those provided with the solid lubricating coating of the present invention.

【００４０】第１段階の試験で焼付きを発生しなった、
プランジャーについて、さらに第２段階の試験を行っ
た。本試験では、各処理３本づつ用いた。結果を図１０
に示す。本実施例の処理を施したものは、３本ともすべ
て１００時間経過後も焼付きを生じなかったが、他の処
理はいずれも１００時間内に焼付きを発生した。No seizure occurred in the first stage test.
The plunger was further tested in the second stage. In this test, three of each treatment were used. FIG. 10 shows the results.
Shown in All of the three samples subjected to the treatment of this example did not cause seizure even after 100 hours, but all other treatments caused seizure within 100 hours.

【００４１】また、１００時間耐久試験に合格したプラ
ンジャーを装着した噴射ポンプの噴射量は、１００時間
試験後も全く減少しなった。プランジャーもしくはシリ
ンダーが摩耗すると、通常は噴射量が減少するが、本処
理品ではそれがないことから、摩耗によるポンプ性能の
劣化が極めて小さいことがわかる。The injection amount of the injection pump equipped with the plunger which passed the 100-hour durability test did not decrease at all after the 100-hour test. When the plunger or the cylinder wears, the injection amount usually decreases, but in the case of the present treated product, it is understood that the deterioration of the pump performance due to the wear is extremely small.

【００４２】これらの結果より、本発明の処理がアルコ
ール用ディーゼル噴射ポンププランジャーの焼付き防止
に極めて優れた効果を発揮するものであることが分る。From these results, it is understood that the treatment of the present invention exerts an extremely excellent effect in preventing seizure of the diesel injection pump plunger for alcohol.

【００４３】〔実施例２〕この実施例では、図１１に示
すように、プランジャー１の表面にまず硬質表面処理層
５を形成し、該硬質表面処理層５の上に固体潤滑被膜４
を形成した点が前記実施例１の、プランジャー１と異な
っている。ＳＵＪ２鋼からなるプランジャーの表面に硬
質表面処理層として厚さ５μｍの窒化ホウ素−ニッケル
・リン複合メッキ層５を形成した。[Embodiment 2] In this embodiment, as shown in FIG. 11, a hard surface treatment layer 5 is first formed on the surface of the plunger 1, and a solid lubricating coating 4 is formed on the hard surface treatment layer 5.
Is different from the plunger 1 of the first embodiment. A boron nitride-nickel-phosphorus composite plating layer 5 having a thickness of 5 μm was formed as a hard surface treatment layer on the surface of a plunger made of SUJ2 steel.

【００４４】該硬質表面処理層５の上に前記第１実施例
と同様にして厚さ１μｍの固体潤滑被膜４を形成した。
本実施例に係るプランジャーを用いて実施例１と同様の
試験条件で評価を行ったところ、実施例１の固体潤滑被
膜のみを形成したプランジャーに比し、約１．２倍の寿
命を示した。A solid lubricating film 4 having a thickness of 1 μm was formed on the hard surface treatment layer 5 in the same manner as in the first embodiment.
Evaluation was performed using the plunger according to the present example under the same test conditions as in Example 1. As a result, the life was approximately 1.2 times that of the plunger of Example 1 having only the solid lubricating film formed thereon. Indicated.

【００４５】本実施例に係るプランジャーはポンプ運転
時に固体潤滑被膜４に加わる荷重を受け持つ下地である
硬質表面処理層４の硬度が高いため、固体潤滑被膜の潤
滑性がさらに良くなり、前記実施例よりさらに良い効果
を発揮する。In the plunger according to the present embodiment, since the hardness of the hard surface treatment layer 4 which is the base which bears the load applied to the solid lubricating film 4 during the operation of the pump is high, the lubricity of the solid lubricating film is further improved. It works better than the examples.

【００４６】なお、本発明は前記両実施例に限定される
ものではない。The present invention is not limited to the two embodiments.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】各種表面処理のメタノールに対する接触角度を
比較した図FIG. 1 is a diagram comparing contact angles of various surface treatments with methanol.

【図２】各種表面処理の相対湿度と摩擦係数との関係図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the relative humidity of various surface treatments and the coefficient of friction.

【図３】各種表面処理の摺動回数と摩擦係数との関係図FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number of times of sliding in various surface treatments and the coefficient of friction.

【図４】プランジャーをシリンダーに取りつけた状態を
示した断面概略図FIG. 4 is a schematic sectional view showing a state in which a plunger is attached to a cylinder.

【図５】プランジャーに固体潤滑被膜を形成した断面概
略図FIG. 5 is a schematic cross-sectional view in which a solid lubricating film is formed on a plunger.

【図６】固体潤滑被膜の形成方法に使用する装置の概略
構成図FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an apparatus used for a method of forming a solid lubricating film.

【図７】第１段階の試験条件を示した図FIG. 7 is a diagram showing test conditions in a first stage.

【図８】第２段階の試験条件を示した図FIG. 8 is a diagram showing test conditions in a second stage.

【図９】各種表面の処理の第１段階の試験結果を示した
図FIG. 9 is a diagram showing test results of a first stage of treatment of various surfaces.

【図１０】各種表面処理の第２段階の試験結果を示した
図FIG. 10 is a diagram showing test results of a second stage of various surface treatments.

【図１１】硬質表面処理層の上に固体潤滑被膜を形成し
たプランジャー断面概略図FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a plunger in which a solid lubricating film is formed on a hard surface treatment layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ プランジャー ２ シリンダ ５ 硬質表面処理層 ６ 真空容器 ７ イオンビーム発生装置 ８ イオンビーム ９ ホルダー １０ 部品 １１ 炉 １２ 有機物質 １３ シャッター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plunger 2 Cylinder 5 Hard surface treatment layer 6 Vacuum container 7 Ion beam generator 8 Ion beam 9 Holder 10 Parts 11 Furnace 12 Organic substance 13 Shutter

フロントページの続き (72)発明者 森 克己 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 本田 陽広 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 審査官 中村 則夫 (56)参考文献 特開 平２−19456（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 59/44 F02M 59/26 330 C23C 14/12 C23C 14/32Continuation of the front page (72) Inventor Katsumi Mori 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Japan Inside Denso Co., Ltd. (72) Inventor Yoshihiro Honda 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Japan Japan Electric Co., Ltd. Examination Government Norio Nakamura (56) References JP-A-2-19456 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁶ , DB name) F02M 59/44 F02M 59/26 330 C23C 14/12 C23C 14 / 32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】有機物の蒸着とともに気体元素のイオンの
照射とを行うことによってシリンダーとの摺動面に形成
した、非晶質炭素と珪素を主成分とする固体潤滑被膜を
具備することを特徴とするアルコール燃料用噴射ポンプ
のプランジャー。A solid lubricating film mainly composed of amorphous carbon and silicon is formed on a sliding surface with a cylinder by performing ion irradiation of a gas element together with vapor deposition of an organic substance. Plunger for alcohol fuel injection pump.