JP7053531B2 - Surface treatment method - Google Patents

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本発明は、表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment method.

近年、環境負荷の低減のために、内燃機関の低燃費化とオイル消費の低減が課題として挙げられている。内燃機関の低燃費化の手段として、ピストン系の摩擦損失の低減が有効である。また、近年の内燃機関の高出力化に伴い、耐摩耗性の優れたピストンリングが要求されている。一般的な自動車に搭載される内燃機関は、トップリング及びセカンドリングを含む２本のコンプレッションリング（圧力リング）と１本のオイルリングとを組み合わせた３本のピストンリングを、シリンダに装着されたピストンに設けた構成を採用している。これに関連して、ＰＶＤ処理によりピストンリングの外周面にＣｒ窒化物被膜を施すことで、摩擦力の低減及び耐摩耗性向上を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１）。また、内燃機関の低燃費化に加えて、オイル消費の低減を図ることも重要である。オイル消費低減の観点では、ピストンリングの外周面の下部にアンダーカットを形成することで、オイル掻き性能を向上させることが知られている。例えば、特許文献２では、コンプレッションリングの下部にアンダーカットを形成している。 In recent years, in order to reduce the environmental load, it has been raised as issues to reduce fuel consumption and oil consumption of internal combustion engines. Reducing the friction loss of the piston system is effective as a means of reducing fuel consumption of an internal combustion engine. Further, with the increase in output of internal combustion engines in recent years, a piston ring having excellent wear resistance is required. The internal combustion engine installed in a general automobile is equipped with three piston rings, which are a combination of two compression rings (pressure rings) including a top ring and a second ring, and one oil ring. The configuration provided on the piston is adopted. In connection with this, a technique has been proposed in which a Cr nitride film is applied to the outer peripheral surface of the piston ring by PVD treatment to reduce the frictional force and improve the wear resistance (for example, Patent Document 1). In addition to reducing fuel consumption of internal combustion engines, it is also important to reduce oil consumption. From the viewpoint of reducing oil consumption, it is known that the oil scraping performance is improved by forming an undercut in the lower part of the outer peripheral surface of the piston ring. For example, in Patent Document 2, an undercut is formed in the lower part of the compression ring.

特開２０１３－６１０７２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-61072 特開平１０－２５２８９１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-252891

しかしながら、例えば、ＰＶＤ法のようなターゲットを用いた蒸着法によってアンダーカットを有するピストンリングの外周面に蒸着膜を形成する場合、アンダーカットの下面（クランク室側の面）に蒸着膜の材料となる粒子が十分に衝突し難く、アンダーカット下面の蒸着膜が均一な膜厚で成膜されない場合がある。その場合、後工程の化成処理時に蒸着膜の薄い部分から処理液が基材表面と蒸着膜の間に浸透し、ピストンリングのエンジン組み付け作業において蒸着膜の剥離する虞がある。剥離した蒸着膜は異物となり、内燃機関の運転中にシリンダ内壁に傷を発生させる要因となる。 However, for example, when a thin-film deposition film is formed on the outer peripheral surface of a piston ring having an undercut by a thin-film deposition method using a target such as the PVD method, the material of the thin-film deposition film is formed on the lower surface (the surface on the crank chamber side) of the undercut. The particles may not easily collide with each other, and the thin-film deposition film on the lower surface of the undercut may not be formed with a uniform film thickness. In that case, the treatment liquid may permeate between the surface of the base material and the vapor-deposited film from the thin portion of the vapor-film-deposited film during the chemical conversion treatment in the subsequent step, and the vapor-filmed film may be peeled off in the engine assembly work of the piston ring. The peeled vapor-film film becomes a foreign substance, which causes scratches on the inner wall of the cylinder during operation of the internal combustion engine.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ピストンリングの外周面にターゲットを用いた蒸着法により被膜を形成する表面処理方法において、蒸着膜の密着性を良好なものとすることが可能な技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and in a surface treatment method for forming a film by a vapor deposition method using a target on the outer peripheral surface of a piston ring, the adhesion of the vapor deposition film is to be good. The purpose is to provide possible technologies.

上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用した。本発明は、内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるピストンリングの一例として、コンプレッションリングの外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であって、前記コンプレッションリングの基材であって、該コンプレッションリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁に対向する基材上面と、該コンプレッションリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁に対向する基材下面と、前記基材上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、ターゲットを用いた蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、前記基材外周面は、前記基材において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よ
りも径方向外側に形成された外周端面と、前記外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続するカット面と、を有し、前記カット面は、前記外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面を含み、且つ、前記カット面の全領域に亘って径方向の外側に面しており、前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、表面処理方法である。 In order to solve the above problems, the present invention has adopted the following means. The present invention is a surface treatment method for forming a vapor deposition film on the outer peripheral surface of a compression ring as an example of a piston ring mounted in a ring groove of a piston for an internal combustion engine, and is a base material of the compression ring. A base material facing the upper wall of the ring groove when the compression ring is mounted in the ring groove, and a group facing the lower wall of the ring groove when the compression ring is mounted in the ring groove. By a base material preparation step of preparing a base material having a lower surface of the material and a base material outer peripheral surface connecting the outer peripheral edge of the upper surface of the base material and the outer peripheral edge of the lower surface of the base material, and a vapor deposition method using a target. A vapor deposition step of forming the vapor deposition film on the outer peripheral surface of the substrate by adhering particles emitted from the target to the substrate is included, and the outer peripheral surface of the substrate has a maximum diameter in the substrate. An outer peripheral end face having an edge on the lower surface side of the base material formed radially outside the outer peripheral edge of the lower surface of the base material, and an edge on the lower surface side of the base material and the lower surface of the base material on the outer peripheral end surface. It has a cut surface connecting to the outer peripheral edge, and the cut surface is connected to the edge of the outer peripheral end surface on the lower surface side of the base material and is inclined so as to shrink in diameter toward the lower surface side of the base material. A surface treatment method including an inclined surface and facing the outer side in the radial direction over the entire region of the cut surface, and the vapor deposition step is performed in a state where the target and the outer peripheral end surface face each other. Is.

本発明によると、蒸着工程において外周端面とターゲットとを対向配置することで、外周端面において蒸着膜を均一性の高い膜厚で成膜しつつも、カット面Ｓ２を全領域に亘って径方向外側に面した形状とすることで、カット面の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜を成膜することができる。その結果、蒸着膜の密着性が良好なものとなり、蒸着膜の浮きや剥離を抑制することができる。ここで、「面が径方向外側に面している」とは、面が径方向外側に向いていることを指し、面が径方向に対して直交しながら（即ち、軸方向と平行）径方向の外側を向いている場合に限らず、面が軸方向に対して傾斜しながら径方向外側を向いている場合を含む。また、傾斜面の傾斜角度は、一様でなくともよい。 According to the present invention, by arranging the outer peripheral end face and the target so as to face each other in the vapor deposition process, the vapor-deposited film is formed with a highly uniform film thickness on the outer peripheral end face, and the cut surface S2 is radially over the entire region. By forming the shape facing the outside, particles of the material easily adhere to the entire area of the cut surface, and a PVD film having a high uniform film thickness can be formed on the cut surface as well. As a result, the adhesion of the thin-film vapor film becomes good, and the floating and peeling of the thin-film film can be suppressed. Here, "the surface faces the outer side in the radial direction" means that the surface faces the outer side in the radial direction, and the diameter while the surface is orthogonal to the radial direction (that is, parallel to the axial direction). It is not limited to the case where the surface is facing outward in the direction, but also includes the case where the surface is inclined outward in the radial direction while being inclined with respect to the axial direction. Further, the inclination angle of the inclined surface does not have to be uniform.

本発明に係る表面処理方法は、ピストンリングとして、例えば、トップリングやセカンドリングを含んだコンプレッションリングに適用することができる。なお、「周長方向」とは、ピストンリング又は基材の周長方向のことを指す。「径方向」とは、ピストンリング又は基材の半径方向のことを指す。「径方向内側」とは、ピストンリング又は基材の内周面側のことを指し、「径方向外側」とは、その反対側（即ち、基材の外周面側）のことを指す。「軸方向」とは、ピストンリング又は基材の中心軸に沿う方向のことを指す。ピストンのリング溝の「上壁」は、リング溝の内壁のうち、燃焼室側の内壁を指し、「下壁」は、クランク室側の内壁を指す。また、本発明に係る蒸着法は、ターゲットから出射された粒子を基材に付着させることで物質の表面に膜を形成する蒸着法であればよい。このような蒸着法としては、ＰＶＤ（physical vapor deposition）を例示することができる
。ＰＶＤ法は、物理気相成長とも呼ぶことができる。ＰＶＤ法には、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc）法等を含めることができる。 The surface treatment method according to the present invention can be applied as a piston ring to, for example, a compression ring including a top ring and a second ring. The "perimeter direction" refers to the perimeter direction of the piston ring or the base material. "Diameter" refers to the radial direction of the piston ring or substrate. "Diameter inside" refers to the inner peripheral surface side of the piston ring or the base material, and "diameter outside" refers to the opposite side (that is, the outer peripheral surface side of the base material). "Axial direction" refers to the direction along the central axis of the piston ring or substrate. The "upper wall" of the ring groove of the piston refers to the inner wall of the inner wall of the ring groove on the combustion chamber side, and the "lower wall" refers to the inner wall of the crank chamber side. Further, the vapor deposition method according to the present invention may be any vapor deposition method in which particles emitted from the target are attached to a substrate to form a film on the surface of the substance. PVD (physical vapor deposition) can be exemplified as such a vapor deposition method. The PVD method can also be called physical vapor deposition. The PVD method can include an ion plating method, an ion beam vapor deposition method, a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an FCVA (Filtered Cathodic Vacuum Arc) method and the like.

また、本発明において、前記カット面は、前記基材下面の外周縁と前記傾斜面における前記基材下面側の縁とを接続する接続面を含んでもよい。これによると、カット面が基材下面１２に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面と、基材下面の外周縁と傾斜面における基材下面側の縁とを接続する接続面と、を含むことで、基材外周面がアンダーカット形状に形成されている。このような基材に表面処理を施すことで、アンダーカットを有するコンプレッションリングが形成され、このコンプレッションリングは、良好なオイル掻き性能を有する。 Further, in the present invention, the cut surface may include a connecting surface connecting the outer peripheral edge of the lower surface of the base material and the edge of the inclined surface on the lower surface side of the base material. According to this, an inclined surface whose cut surface is inclined so as to decrease in diameter toward the lower surface 12 of the base material, and a connecting surface connecting the outer peripheral edge of the lower surface of the base material and the edge on the lower surface side of the base material on the inclined surface are provided. By including it, the outer peripheral surface of the base material is formed in an undercut shape. By applying a surface treatment to such a substrate, a compression ring having an undercut is formed, and this compression ring has good oil scraping performance.

また、本発明において、前記蒸着工程は、複数の前記基材を、それぞれの中心軸が一致するように、軸方向に積み重ねた状態で行われ、前記基材は、径方向における前記中心軸から前記基材上面の外周縁までの距離と前記中心軸から前記基材下面の外周縁までの距離とが、互いに等しくなるように形成されていてもよい。これによると、蒸着工程において、軸方向に隣接する２つの基材において互いに対向する基材上面と基材下面とが、径方向に段差を生じることなく（ずれることなく）重なり合う。そのため、基材上面及び基材下面に蒸着膜が成膜されることを抑制でき、基材上面や基材下面から蒸着膜を除去するための研磨加工を省くことができる。このような表面処理方法は、複数の基材に対してＰＶＤ被膜を成膜する場合に好適である。 Further, in the present invention, the vapor deposition step is performed in a state where a plurality of the base materials are stacked in the axial direction so that their respective central axes coincide with each other, and the base materials are formed from the central axis in the radial direction. The distance to the outer peripheral edge of the upper surface of the base material and the distance from the central axis to the outer peripheral edge of the lower surface of the base material may be formed to be equal to each other. According to this, in the thin-film deposition step, the upper surface of the substrate and the lower surface of the substrate facing each other in the two axially adjacent substrates overlap each other without causing a step in the radial direction (without shifting). Therefore, it is possible to suppress the formation of a thin-film deposition film on the upper surface of the base material and the lower surface of the base material, and it is possible to omit the polishing process for removing the vapor-film deposition film from the upper surface of the base material and the lower surface of the base material. Such a surface treatment method is suitable for forming a PVD film on a plurality of substrates.

また、本発明において、前記基材の周長方向に直交する断面において、前記基材の径方
向に対する前記傾斜面の傾斜角度は、５°以上とすることが好ましい。そうすることにより、傾斜面の全域に材料の粒子がより付着し易くなり、傾斜面における膜厚の均一性を更に高めることができる。その結果、蒸着膜の密着性を更に向上させることができる。 Further, in the present invention, it is preferable that the inclination angle of the inclined surface with respect to the radial direction of the base material is 5 ° or more in the cross section orthogonal to the circumferential length direction of the base material. By doing so, the particles of the material are more likely to adhere to the entire area of the inclined surface, and the uniformity of the film thickness on the inclined surface can be further improved. As a result, the adhesion of the thin-film deposition film can be further improved.

また、本発明において、前記基材の周長方向に直交する断面において、前記基材の径方向に対する前記傾斜面の傾斜角度は、５°以上２５°以下とすることがより好ましい。傾斜角度を２５°以下とすることにより、外周端面の軸方向寸法をより大きく確保することができる。その結果、例えば、外周端面がクランク室側に向かうに従って拡径するように傾斜したテーパ状に形成されている場合、テーパ状の外周端面を長時間残存させることでき、外周端面が早期に消滅することによるオイル掻き機能の低下を抑制することができる。その結果、コンプレッションリングのオイル掻き性能を、より良好なものとすることができる。 Further, in the present invention, it is more preferable that the inclination angle of the inclined surface with respect to the radial direction of the base material is 5 ° or more and 25 ° or less in the cross section orthogonal to the circumferential length direction of the base material. By setting the inclination angle to 25 ° or less, it is possible to secure a larger axial dimension of the outer peripheral end face. As a result, for example, when the outer peripheral end face is formed in a tapered shape inclined so as to increase in diameter toward the crank chamber side, the tapered outer peripheral end face can be left for a long time, and the outer peripheral end face disappears at an early stage. It is possible to suppress the deterioration of the oil scraping function due to this. As a result, the oil scraping performance of the compression ring can be improved.

また、本発明において、前記蒸着工程は、前記基材外周面にＣｒ又はＴｉからなる下地被膜を形成する下地被膜形成工程と、前記下地被膜の上に硬質被膜を形成する硬質被膜形成工程と、を含んでもよい。これによると、Ｃｒ又はＴｉからなる下地被膜を介して硬質被膜を基材外周面に成膜することで、硬質被膜の基材外周面に対する密着性を高めることができる。その結果、硬質被膜の浮きや剥離を好適に抑制することができる。 Further, in the present invention, the vapor deposition step includes a base film forming step of forming a base film made of Cr or Ti on the outer peripheral surface of the base material, and a hard film forming step of forming a hard film on the base film. May include. According to this, by forming a hard film on the outer peripheral surface of the base material via the base film made of Cr or Ti, the adhesion of the hard film to the outer peripheral surface of the base material can be improved. As a result, floating and peeling of the hard coating can be suitably suppressed.

また、本発明において、前記下地被膜の膜厚は、前記硬質被膜と前記下地被膜とを含めた前記蒸着膜全体の膜厚の５０％以下とすることが、密着性の向上の観点からより好ましい。 Further, in the present invention, it is more preferable that the film thickness of the undercoat film is 50% or less of the film thickness of the entire vapor-filmed film including the hard film and the undercoat film from the viewpoint of improving the adhesion. ..

また、本発明は、ピストンリングとして、３ピースオイルリングにおけるセグメントの外周面に蒸着膜を形成する場合にも適用することができる。即ち、本発明は、軸方向両側に設けられた一対のセグメントと、前記一対のセグメントを径方向外側へ付勢するエキスパンダと、を有し、内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるオイルリングにおける前記セグメントの外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であってもよい。この場合、本発明は、前記セグメントの基材であって、該セグメントの軸方向両側の面のうち、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁側に位置する基材上面と、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁側に位置する基材下面と、前記基材上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、ターゲットを用いた蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、前記基材外周面は、前記基材において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よりも径方向外側に形成された外周端面と、前記外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続するカット面と、を有し、前記カット面は、前記外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面を含み、且つ、前記カット面の全領域に亘って径方向の外側に面しており、前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、表面処理方法である。 The present invention can also be applied to the case where a vapor-deposited film is formed on the outer peripheral surface of a segment in a three-piece oil ring as a piston ring. That is, the present invention has a pair of segments provided on both sides in the axial direction and an expander for urging the pair of segments outward in the radial direction, and the oil is mounted in the ring groove of the piston for an internal combustion engine. A surface treatment method may be used in which a vapor-deposited film is formed on the outer peripheral surface of the segment in the ring. In this case, the present invention is the base material of the segment, and is located on the upper wall side of the ring groove when the oil ring is mounted on the ring groove among the surfaces on both sides in the axial direction of the segment. The upper surface of the base material, the lower surface of the base material located on the lower wall side of the ring groove when the oil ring is mounted in the ring groove, the outer peripheral edge of the upper surface of the base material, and the outer peripheral edge of the lower surface of the base material. By adhering particles emitted from the target to the base material by a base material preparation step of preparing a base material having a base material outer peripheral surface to be connected and a vapor deposition method using a target, the base material outer peripheral surface is formed. The outer peripheral surface of the base material includes a top having the maximum diameter in the base material, and the edge on the lower surface side of the base material is from the outer peripheral edge of the lower surface of the base material. Also has an outer peripheral end surface formed on the outer side in the radial direction, and a cut surface connecting the edge of the outer peripheral end surface on the lower surface side of the base material and the outer peripheral edge of the lower surface of the base material, and the cut surface is the outer periphery. Includes an inclined surface that is connected to the lower surface side edge of the substrate and is inclined so as to shrink in diameter toward the lower surface side of the substrate, and is radially outward over the entire region of the cut surface. The vapor deposition step is a surface treatment method performed in a state where the target and the outer peripheral end face face each other.

また、本発明は、ピストンリングとして、２ピースオイルリングにおけるリング本体の外周面に蒸着膜を形成する場合にも適用することができる。即ち、本発明は、径方向外側に突出した一対のレールが軸方向両側に設けられたリング本体と、前記リング本体を径方向外側へ付勢するエキスパンダと、を有し、内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるオイルリングにおける前記リング本体の外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であってもよい。この場合、本発明は、前記リング本体の基材であって、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁に対向する基材上面と、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁に対向する基材下面と、前記基材
上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、ターゲットを用いた蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、前記基材外周面は、前記一対のレールのうち、前記リング溝の上壁側のレールの外周面に含まれる上側レール面と、前記リング溝の下壁側のレールに含まれる下側レール面と、を有し、前記上側レール面は、前記上側レール面において最大径となる頂部を含み、前記基材上面側の縁が前記基材上面の外周縁よりも径方向外側に形成された上側の外周端面と、前記上側の外周端面における前記基材上面側の縁と前記基材上面の外周縁とを接続する上側のカット面であって、前記上側の外周端面における前記基材上面側の縁に接続されると共に前記基材上面側に向かうに従って縮径するように傾斜した上側の第１の傾斜面を含み、且つ、全領域に亘って径方向の外側に面した上側のカット面と、前記上側の外周端面における前記基材下面側の縁と前記上下レール接続面における前記基材上面側の縁とを接続すると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した上側の第２の傾斜面と、を有し、前記下側レール面は、前記下側レール面において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よりも径方向外側に形成された下側の外周端面と、前記下側の外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続する下側のカット面であって、前記下側の外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した下側の第１の傾斜面を含み、且つ、全領域に亘って径方向の外側に面した下側のカット面と、前記下側の外周端面における前記基材上面側の縁と前記上下レール接続面における前記基材下面側の縁とを接続すると共に前記基材上面側に向かうに従って縮径するように傾斜した下側の第２の傾斜面と、を有し、前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、表面処理方法である。 The present invention can also be applied to the case where a vapor-deposited film is formed on the outer peripheral surface of the ring body in a two-piece oil ring as a piston ring. That is, the present invention has a ring body in which a pair of rails projecting outward in the radial direction are provided on both sides in the axial direction, and an expander for urging the ring body outward in the radial direction, and is a piston for an internal combustion engine. A surface treatment method may be used in which a vapor-deposited film is formed on the outer peripheral surface of the ring body of the oil ring mounted in the ring groove of the above. In this case, the present invention is the base material of the ring body, and the upper surface of the base material facing the upper wall of the ring groove when the oil ring is mounted in the ring groove, and the oil ring is the ring. A base material having a lower surface of the base material facing the lower wall of the ring groove when mounted in the groove, and an outer peripheral surface of the base material connecting the outer peripheral edge of the upper surface of the base material and the outer peripheral edge of the lower surface of the base material. A base material preparation step for preparing the substrate, and a vapor deposition step for forming the vapor deposition film on the outer peripheral surface of the substrate by adhering particles emitted from the target to the substrate by a vapor deposition method using the target. The outer peripheral surface of the base material includes an upper rail surface included in the outer peripheral surface of the rail on the upper wall side of the ring groove and a lower surface included in the rail on the lower wall side of the ring groove among the pair of rails. The upper rail surface has a side rail surface, and the upper rail surface includes a top having the maximum diameter in the upper rail surface, and an edge on the upper surface side of the base material is formed radially outside the outer peripheral edge of the upper surface of the base material. An upper cut surface connecting the upper outer peripheral end surface, the edge on the upper surface side of the base material on the upper outer peripheral end surface, and the outer peripheral edge of the upper surface of the base material, and the base material on the upper outer peripheral end surface. The upper side, which is connected to the edge on the upper surface side and includes the first inclined surface on the upper side which is inclined so as to reduce the diameter toward the upper surface side of the base material, and which faces the outer side in the radial direction over the entire region. The cut surface, the edge on the lower surface side of the base material on the upper outer peripheral end surface, and the edge on the upper surface side of the base material on the upper and lower rail connection surfaces are connected and inclined so as to reduce the diameter toward the lower surface side of the base material. The lower rail surface includes a top having the maximum diameter in the lower rail surface, and the edge on the lower surface side of the base material is the outer peripheral edge of the lower surface of the base material. It is a lower cut surface that connects the lower outer peripheral end surface formed on the outer side in the radial direction, the edge on the lower surface side of the base material on the lower outer peripheral end surface, and the outer peripheral edge of the lower surface of the base material. Includes a lower first inclined surface that is connected to the lower surface side edge of the lower outer peripheral end surface and is inclined so as to shrink in diameter toward the lower surface side of the base material, and includes the entire area. The lower cut surface facing the outer side in the radial direction, the edge on the upper surface side of the base material on the lower outer peripheral end surface, and the edge on the lower surface side of the base material on the upper and lower rail connecting surfaces are connected. It has a lower second inclined surface that is inclined so as to reduce its diameter toward the upper surface side of the base material, and the vapor deposition step is performed in a state where the target and the outer peripheral end surface face each other. It is a surface treatment method to be performed.

また、２ピースオイルリングにおけるリング本体の外周面に蒸着膜を形成する場合、本発明において、前記上側のカット面は、前記基材上面の外周縁と前記上側の傾斜面における前記基材上面側の縁とを接続する上側の接続面を含み、前記下側のカット面は、前記基材下面の外周縁と前記下側の傾斜面における前記基材下面側の縁とを接続する下側の接続面を含んでもよい。 Further, when a vapor-deposited film is formed on the outer peripheral surface of the ring body in the two-piece oil ring, in the present invention, the upper cut surface is the outer peripheral edge of the upper surface of the base material and the upper surface side of the base material on the upper inclined surface. The lower cut surface comprises the upper connecting surface connecting to the edge of the substrate, and the lower cut surface is a lower surface connecting the outer peripheral edge of the lower surface of the substrate and the lower edge of the substrate on the lower inclined surface. It may include a connecting surface.

本発明によれば、ピストンリングの外周面にターゲットを用いた蒸着法により被膜を形成する表面処理方法において、蒸着膜の密着性を良好なものとすることが可能となる。 According to the present invention, in a surface treatment method for forming a film on the outer peripheral surface of a piston ring by a vapor deposition method using a target, it is possible to improve the adhesion of the vapor deposition film.

図１は、実施形態１に係る表面処理がなされたセカンドリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which a second ring having been surface-treated according to the first embodiment is provided in an internal combustion engine. 図２は、図１の部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 図３は、実施形態１に係る表面処理方法の工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a process of the surface treatment method according to the first embodiment. 図４は、実施形態１に係る表面処理方法の蒸着工程を行う成膜装置を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing a film forming apparatus that performs a vapor deposition step of the surface treatment method according to the first embodiment. 図５は、蒸着工程を説明するための模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the vapor deposition process. 図６は、蒸着工程の詳細を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing details of the vapor deposition process. 図７は、比較例に係る表面処理方法の蒸着工程を説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the vapor deposition process of the surface treatment method according to the comparative example. 図８は、捩れ試験を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a twist test. 図９は、実施形態１の変形例１に係る表面処理方法に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a cross section of the base material used in the surface treatment method according to the first modification of the first embodiment, which is orthogonal to the circumferential direction. 図１０は、実施形態１の変形例２に係る表面処理がなされたセカンドリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which the surface-treated second ring according to the second modification of the first embodiment is provided in the internal combustion engine. 図１１は、実施形態１の変形例２に係る表面処理方法に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a cross section of the base material used in the surface treatment method according to the second modification of the first embodiment, which is orthogonal to the circumferential direction. 図１２は、実施形態１の変形例３に係る表面処理方法に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a cross section of the base material used in the surface treatment method according to the third modification of the first embodiment, which is orthogonal to the circumferential direction. 図１３は、実施形態１の変形例４に係る表面処理方法に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a cross section of the base material used in the surface treatment method according to the modified example 4 of the first embodiment, which is orthogonal to the peripheral length direction. 図１４は、実施形態２に係る表面処理がなされたオイルリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in which the surface-treated oil ring according to the second embodiment is provided in the internal combustion engine. 図１５は、実施形態２に係る表面処理に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a cross section of the base material used for the surface treatment according to the second embodiment, which is orthogonal to the peripheral length direction. 図１６は、実施形態３に係る表面処理がなされたオイルリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state in which the surface-treated oil ring according to the third embodiment is provided in the internal combustion engine. 図１７は、実施形態３に係る表面処理に用いる基材の、周長方向に直交する断面を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a cross section of the base material used for the surface treatment according to the third embodiment, which is orthogonal to the peripheral length direction.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態に記載されている構成は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the configurations described in the following embodiments are not intended to limit the technical scope of the invention to those alone unless otherwise specified.

なお、以下の説明において「周長方向」とは、特に指定しない限りはピストンリング又は基材の周長方向のことを指す。「径方向」とは、特に指定しない限りはピストンリング又は基材の半径方向のことを指す。「径方向内側」とは、ピストンリング又は基材の内周面側のことを指し、「径方向外側」とは、その反対側（即ち、基材の外周面側）のことを指す。「軸方向」とは、特に指定しない限りはピストンリング又は基材の中心軸に沿う方向のことを指す。ピストンのリング溝の「上壁」は、リング溝の内壁のうち、燃焼室側の内壁を指し、「下壁」は、クランク室側の内壁を指す。基材の「上側」は、基材の軸方向において、ピストンリングがリング溝に設けられた場合におけるリング溝の上壁側を指し、「下側」は、ピストンリングがリング溝に設けられた場合におけるリング溝の下壁側を指す。また、ＰＶＤ（physical vapor deposition）とは、ターゲットから出射された粒
子を基材に付着させることで物質の表面に膜を形成する蒸着法の一種であり、物理気相成長とも呼ぶことができる。ＰＶＤ法には、イオンプレーティング法、真空蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc）法等を含むことができる。 In the following description, the "perimeter direction" refers to the perimeter direction of the piston ring or the base material unless otherwise specified. The "radial direction" refers to the radial direction of the piston ring or substrate unless otherwise specified. "Diameter inside" refers to the inner peripheral surface side of the piston ring or the base material, and "diameter outside" refers to the opposite side (that is, the outer peripheral surface side of the base material). "Axial direction" refers to the direction along the central axis of the piston ring or substrate unless otherwise specified. The "upper wall" of the ring groove of the piston refers to the inner wall of the inner wall of the ring groove on the combustion chamber side, and the "lower wall" refers to the inner wall of the crank chamber side. The "upper side" of the base material refers to the upper wall side of the ring groove when the piston ring is provided in the ring groove in the axial direction of the base material, and the "lower side" means that the piston ring is provided in the ring groove. Refers to the lower wall side of the ring groove in the case. Further, PVD (physical vapor deposition) is a kind of vapor deposition method for forming a film on the surface of a substance by adhering particles emitted from a target to a substrate, and can also be called physical vapor deposition. The PVD method can include an ion plating method, a vacuum vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method, a sputtering method, an FCVA (Filtered Cathodic Vacuum Arc) method and the like.

＜実施形態１＞
実施形態１は、本発明に係る表面処理方法を、ピストンリングとしてのコンプレッションリングの一例であるセカンドリングに適用したものである。但し、本発明に係る表面処理方法は、トップリングに適用してもよい。図１は、実施形態１に係る表面処理がなされたセカンドリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。図１は、セカンドリングの周長方向に直交する断面を示している。図２は、図１の部分拡大図である。図１に示す内燃機関１００は、シリンダ２０と、シリンダ２０に装着された内燃機関用ピストン３０（以下、ピストン３０）と、図示しない燃焼室及びクランク室と、を有する。図１を平面視した場合の上側が燃焼室側であり、下側がクランク室側である。図１に示すように、内燃機関１００では、シリンダ２０の内周面であるシリンダ内壁２０ａとピストン３０の外周面であるピストン外周面３０ａの間に所定の離間距離が確保されることにより、隙間ＰＣ１が形成されている。ピストン外周面３０ａには、略矩形状の断面形状を有する溝であるリング溝４０が形成されている。リング溝４０は、燃焼室側に形成された上壁４０１と、クランク室側に形成されて上壁４０１に対向する下壁４０２と、上壁４０１と下壁４０２の内周縁同士を接続する接続壁４０３とを有する。リング溝４０には、セカンドリ
ング１０が装着される。 <Embodiment 1>
In the first embodiment, the surface treatment method according to the present invention is applied to a second ring which is an example of a compression ring as a piston ring. However, the surface treatment method according to the present invention may be applied to the top ring. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which a second ring having been surface-treated according to the first embodiment is provided in an internal combustion engine. FIG. 1 shows a cross section orthogonal to the peripheral direction of the second ring. FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. The internal combustion engine 100 shown in FIG. 1 has a cylinder 20, an internal combustion engine piston 30 (hereinafter, piston 30) mounted on the cylinder 20, and a combustion chamber and a crank chamber (not shown). When FIG. 1 is viewed in a plan view, the upper side is the combustion chamber side, and the lower side is the crank chamber side. As shown in FIG. 1, in the internal combustion engine 100, a predetermined separation distance is secured between the cylinder inner wall 20a which is the inner peripheral surface of the cylinder 20 and the piston outer peripheral surface 30a which is the outer peripheral surface of the piston 30. PC1 is formed. A ring groove 40, which is a groove having a substantially rectangular cross-sectional shape, is formed on the outer peripheral surface 30a of the piston. The ring groove 40 connects the upper wall 401 formed on the combustion chamber side, the lower wall 402 formed on the crank chamber side and facing the upper wall 401, and the inner peripheral edges of the upper wall 401 and the lower wall 402. It has a wall 403 and. A second ring 10 is mounted on the ring groove 40.

［セカンドリング］
セカンドリング１０は、ピストン３０の往復運動に伴ってシリンダ内壁２０ａを摺動する摺動部材である。図１に示すように、セカンドリング１０の表面は、リング上面１０１とリング下面１０２とリング外周面１０３とリング内周面１０４とを有する。セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合において、リング上面１０１が上壁４０１に対向し、リング下面１０２が下壁４０２に対向し、リング外周面１０３がシリンダ内壁２０ａに摺接し、リング内周面１０４が接続壁４０３に対向する。セカンドリング１０は、合口（図示なし）が形成された円環状を有している。また、セカンドリング１０は、リング溝４０に装着された場合に外周面１０３がシリンダ内壁２０ａを押圧するように、自己張力を有している。図２に示すように、セカンドリング１０は、基材１とＰＶＤ被膜２と酸化被膜３とを有する。セカンドリング１０は、実施形態１に係る表面処理方法を用いて基材１の表面にＰＶＤ被膜２、酸化被膜３が成膜されることで形成される。以下、基材１、ＰＶＤ被膜２、酸化被膜３について詳しく説明する。 [Second ring]
The second ring 10 is a sliding member that slides on the inner wall 20a of the cylinder with the reciprocating motion of the piston 30. As shown in FIG. 1, the surface of the second ring 10 has a ring upper surface 101, a ring lower surface 102, a ring outer peripheral surface 103, and a ring inner peripheral surface 104. When the second ring 10 is mounted in the ring groove 40, the upper surface 101 of the ring faces the upper wall 401, the lower surface 102 of the ring faces the lower wall 402, the outer peripheral surface 103 of the ring slides into the inner wall 20a of the cylinder, and the inside of the ring. The peripheral surface 104 faces the connection wall 403. The second ring 10 has an annular shape in which a joint (not shown) is formed. Further, the second ring 10 has a self-tension so that the outer peripheral surface 103 presses the cylinder inner wall 20a when mounted in the ring groove 40. As shown in FIG. 2, the second ring 10 has a base material 1, a PVD film 2, and an oxide film 3. The second ring 10 is formed by forming a PVD film 2 and an oxide film 3 on the surface of the base material 1 by using the surface treatment method according to the first embodiment. Hereinafter, the base material 1, the PVD coating 2, and the oxide coating 3 will be described in detail.

［基材］
基材１は、実施形態１に係る表面処理が施される対象となるものである。基材１は、全体として、間欠的な円環形状を有している。基材１は、主に鋼材（スチール）を材料として形成されている。基材１の材料となる鋼材には、炭素鋼材、ステンレス鋼材、合金鋼、鋳鉄材、鋳鋼材が挙げられる。但し、基材１の材料はこれに限定されず、チタン系の材料やアルミニウム系の材料も使用することができる。 [Base material]
The base material 1 is to be subjected to the surface treatment according to the first embodiment. The base material 1 has an intermittent annular shape as a whole. The base material 1 is mainly formed of a steel material (steel). Examples of the steel material used as the material of the base material 1 include carbon steel material, stainless steel material, alloy steel, cast iron material, and cast steel material. However, the material of the base material 1 is not limited to this, and titanium-based materials and aluminum-based materials can also be used.

図１に示すように、基材１の表面は、基材上面１１と基材下面１２と基材外周面１３と基材内周面１４とを有する。基材上面１１は、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に上壁４０１に対向する面である。基材下面１２は、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に下壁４０２に対向する面である。基材上面１１及び基材下面１２は、軸方向に直交しており、互いに平行な平坦面に形成されている。図２に示すように、基材外周面１３は、基材上面１１の外周縁Ｅ１と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続する面であり、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に、シリンダ内壁２０ａに対向する。基材内周面１４は、基材上面１１の内周縁と基材下面１２の内周縁とを接続する面であり、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に接続壁４０３に対向する。 As shown in FIG. 1, the surface of the base material 1 has a base material upper surface 11, a base material lower surface 12, a base material outer peripheral surface 13, and a base material inner peripheral surface 14. The upper surface 11 of the base material is a surface facing the upper wall 401 when the second ring 10 is mounted in the ring groove 40. The lower surface 12 of the base material is a surface facing the lower wall 402 when the second ring 10 is mounted in the ring groove 40. The upper surface of the base material 11 and the lower surface of the base material 12 are orthogonal to each other in the axial direction and are formed on flat surfaces parallel to each other. As shown in FIG. 2, the base material outer peripheral surface 13 is a surface connecting the outer peripheral edge E1 of the base material upper surface 11 and the outer peripheral edge E2 of the base material lower surface 12, and the second ring 10 is mounted in the ring groove 40. In this case, it faces the cylinder inner wall 20a. The inner peripheral surface 14 of the base material is a surface that connects the inner peripheral edge of the upper surface surface 11 of the base material and the inner peripheral edge of the lower surface 12 of the base material, and faces the connection wall 403 when the second ring 10 is mounted in the ring groove 40. ..

図２に示すように、基材外周面１３は、外周端面Ｓ１と、カット面Ｓ２と、第２傾斜面Ｓ３と、を有する。外周端面Ｓ１は、クランク室側に向かうに従って拡径するように傾斜したテーパ形状を有している。外周端面Ｓ１は、基材１の最外周部位を構成する面である。より具体的には、外周端面Ｓ１は、基材１において最大径となる頂部Ｐ１を含む。図２に示すように、頂部Ｐ１は、外周端面Ｓ１における基材下面１２側の縁Ｅ３によって形成される。また、外周端面Ｓ１は、基材下面１２の外周縁Ｅ２よりも径方向の外側に形成されている。即ち、縁Ｅ３は、基材下面１２の外周縁Ｅ２よりも径方向外側に位置する。外周端面Ｓ１は、セカンドリング１０がリング溝４０に装着された場合に、ＰＶＤ被膜２を介してシリンダ内壁２０ａに摺接することで、隙間ＰＣ１内のオイルを掻き落とす。なお、外周端面Ｓ１の形状は、テーパ形状に限定しない。外周端面Ｓ１は、軸方向に沿って延在するストレート形状を有してもよい。 As shown in FIG. 2, the base material outer peripheral surface 13 has an outer peripheral end surface S1, a cut surface S2, and a second inclined surface S3. The outer peripheral end surface S1 has a tapered shape that is inclined so as to increase in diameter toward the crank chamber side. The outer peripheral end surface S1 is a surface constituting the outermost outer peripheral portion of the base material 1. More specifically, the outer peripheral end surface S1 includes a top portion P1 having the maximum diameter in the base material 1. As shown in FIG. 2, the top P1 is formed by the edge E3 on the lower surface 12 side of the base material on the outer peripheral end surface S1. Further, the outer peripheral end surface S1 is formed on the outer side in the radial direction with respect to the outer peripheral edge E2 of the lower surface surface 12 of the base material. That is, the edge E3 is located radially outside the outer peripheral edge E2 of the lower surface surface 12 of the base material. When the second ring 10 is mounted in the ring groove 40, the outer peripheral end surface S1 is in sliding contact with the cylinder inner wall 20a via the PVD coating 2 to scrape off the oil in the gap PC1. The shape of the outer peripheral end surface S1 is not limited to the tapered shape. The outer peripheral end surface S1 may have a straight shape extending along the axial direction.

図２に示すように、カット面Ｓ２は、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続する面である。カット面Ｓ２は、第１傾斜面Ｓ２１と接続面Ｓ２２とを含む。第１傾斜面Ｓ２１は、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜している。接続面Ｓ２２は、第１傾斜面Ｓ２１における基材
下面１２側の縁Ｅ４と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続すると共に基材１の軸方向に沿って延在している。但し、接続面Ｓ２２は、基材１の軸方向に対して傾斜してもよい。図２に示すように、カット面Ｓ２は、カット面Ｓ２の全領域（全範囲）において径方向外側に面している。ここで、本明細書において「面が径方向外側に面している」とは、面が径方向外側に向いていることを指し、面が径方向に対して直交しながら（即ち、軸方向と平行）径方向外側を向いている場合に限らず、面が軸方向に対して傾斜しながら径方向外側を向いている場合を含むものとする。基材外周面１３は、第１傾斜面Ｓ２１と接続面Ｓ２２とによって、クランク室側の部分が切り欠かかれたアンダーカット形状に形成されている。このような基材１に後述の表面処理を施すことで、外周面１０３にアンダーカットを有するセカンドリング１０が形成される。そのため、図１に示すように、内燃機関１００において、リング外周面１０３の下部とシリンダ２０との間に、空間５０が形成される。この空間５０がオイル溜まりとなり、ピストン３０の下降時においてセカンドリング１０が隙間ＰＣ１内のオイルを掻き落とす際に、空間５０にオイルがバッファされることで、油圧の上昇が抑制される。その結果、良好なオイル掻き性能が得られる。なお、第１傾斜面Ｓ２１は、本発明における「傾斜面」の一例に相当する。 As shown in FIG. 2, the cut surface S2 is a surface connecting the edge E3 of the outer peripheral end surface S1 and the outer peripheral edge E2 of the lower surface surface 12 of the base material. The cut surface S2 includes a first inclined surface S21 and a connecting surface S22. The first inclined surface S21 is connected to the edge E3 of the outer peripheral end surface S1 and is inclined so as to reduce its diameter toward the lower surface 12 side of the base material. The connection surface S22 connects the edge E4 on the lower surface 12 side of the base material on the first inclined surface S21 and the outer peripheral edge E2 of the lower surface 12 of the base material, and extends along the axial direction of the base material 1. However, the connection surface S22 may be inclined with respect to the axial direction of the base material 1. As shown in FIG. 2, the cut surface S2 faces the outer side in the radial direction in the entire region (entire range) of the cut surface S2. Here, in the present specification, "the surface faces radially outward" means that the surface faces radially outward, and the surface is orthogonal to the radial direction (that is, in the axial direction). (Parallel to) Not only when facing outward in the radial direction, but also when the surface is inclined outward in the axial direction while facing outward in the axial direction. The outer peripheral surface 13 of the base material is formed in an undercut shape in which a portion on the crank chamber side is cut out by the first inclined surface S21 and the connecting surface S22. By subjecting such a base material 1 to a surface treatment described later, a second ring 10 having an undercut is formed on the outer peripheral surface 103. Therefore, as shown in FIG. 1, in the internal combustion engine 100, a space 50 is formed between the lower portion of the ring outer peripheral surface 103 and the cylinder 20. This space 50 becomes an oil pool, and when the second ring 10 scrapes off the oil in the gap PC1 when the piston 30 is lowered, the oil is buffered in the space 50, so that the increase in hydraulic pressure is suppressed. As a result, good oil scraping performance can be obtained. The first inclined surface S21 corresponds to an example of the "inclined surface" in the present invention.

図２に示すように、第２傾斜面Ｓ３は、基材上面１１の外周縁Ｅ１と外周端面Ｓ１における基材上面１１側の縁Ｅ５とを接続する面である。第２傾斜面Ｓ３は、基材上面１１側に向かうに従って縮径するように傾斜している。 As shown in FIG. 2, the second inclined surface S3 is a surface connecting the outer peripheral edge E1 of the upper surface surface 11 of the base material and the edge E5 of the outer peripheral end surface S1 on the upper surface 11 side of the base material. The second inclined surface S3 is inclined so as to reduce its diameter toward the upper surface 11 side of the base material.

なお、基材上面１１、基材下面１２、外周端面Ｓ１、第１傾斜面Ｓ２１、接続面Ｓ２２、第２傾斜面Ｓ３、基材内周面１４は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して滑らかに接続されてもよい。 The upper surface of the base material 11, the lower surface of the base material 12, the outer peripheral end surface S1, the first inclined surface S21, the connecting surface S22, the second inclined surface S3, and the inner peripheral surface of the base material 14 have an arcuate cross section formed by R processing or the like. It may be smoothly connected via the curved surface of.

［ＰＶＤ被膜］
ＰＶＤ被膜２は、後述する蒸着工程により基材外周面１３の略全域に形成された膜である。ＰＶＤ被膜２は、基材外周面１３に直接成膜された下地被膜２１と、下地被膜２１の上に成膜された硬質被膜２２と、を含む。下地被膜２１は、Ｃｒ膜又はＴｉ膜であり、基材外周面１３に対する硬質被膜２２の密着性を高めるために設けられる。下地被膜２１は、後述する蒸着工程における下地被膜形成工程において、基材外周面１３に成膜される。硬質被膜２２は、セカンドリング１０の耐磨耗性を向上させるために設けられる膜である。硬質被膜２２は、例えば、Ｃｒ－Ｎ膜、Ｃｒ－Ｂ－Ｎ膜、非晶質炭素被膜（ダイヤモンドライクカーボンともいう）等が挙げられる。硬質被膜２２は、後述する蒸着工程における硬質被膜形成工程において、下地被膜２１の上に成膜される。ＰＶＤ被膜は、本発明における「蒸着膜」の一例である。 [PVD coating]
The PVD film 2 is a film formed on substantially the entire area of the outer peripheral surface 13 of the base material by the vapor deposition process described later. The PVD coating film 2 includes an undercoat film 21 formed directly on the outer peripheral surface 13 of the base material and a hard coating film 22 formed on the undercoat film 21. The undercoat film 21 is a Cr film or a Ti film, and is provided to enhance the adhesion of the hard film 22 to the outer peripheral surface 13 of the base material. The undercoat film 21 is formed on the outer peripheral surface 13 of the base material in the undercoat film forming step in the vapor deposition step described later. The hard film 22 is a film provided to improve the wear resistance of the second ring 10. Examples of the hard coating film 22 include a Cr—N film, a Cr—BN film, and an amorphous carbon film (also referred to as diamond-like carbon). The hard film 22 is formed on the base film 21 in the hard film forming step in the vapor deposition process described later. The PVD film is an example of the "deposited film" in the present invention.

［酸化被膜］
酸化被膜３は、基材１の表面の防錆や、セカンドリング１０とリング溝４０との良好な初期馴染みを目的として設けられる膜である。酸化被膜３は、後述する酸化被膜形成工程により、基材上面１１、基材下面１２、基材内周面１４の上に成膜される。例えば、基材１を鋼材により形成した場合、酸化被膜３として四三酸化鉄被膜が成膜され、基材１をアルミニウム系材料により形成した場合、酸化被膜３として酸化アルミニウム膜が成膜される。 [Oxide film]
The oxide film 3 is a film provided for the purpose of preventing rust on the surface of the base material 1 and for good initial familiarization between the second ring 10 and the ring groove 40. The oxide film 3 is formed on the upper surface of the base material 11, the lower surface of the base material 12, and the inner peripheral surface of the base material 14 by the oxide film forming step described later. For example, when the base material 1 is formed of a steel material, a triiron tetraoxide film is formed as the oxide film 3, and when the base material 1 is formed of an aluminum-based material, an aluminum oxide film is formed as the oxide film 3. ..

［表面処理方法］
次に、実施形態１に係る表面処理方法を用いて、基材１にＰＶＤ被膜２及び酸化被膜３を形成する方法について説明する。以下に示す例では、鋼材により形成した基材１に成膜する場合について説明する。図３は、実施形態１に係る表面処理方法の工程を示す図である。図３に示すように、実施形態１に係る表面処理方法は、基材準備工程と、蒸着工程と、酸化被膜形成工程と、を含む。以下、各工程について説明する。 [Surface treatment method]
Next, a method of forming the PVD coating 2 and the oxide coating 3 on the substrate 1 will be described using the surface treatment method according to the first embodiment. In the example shown below, a case where a film is formed on the base material 1 formed of a steel material will be described. FIG. 3 is a diagram showing a process of the surface treatment method according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the surface treatment method according to the first embodiment includes a substrate preparation step, a vapor deposition step, and an oxide film forming step. Hereinafter, each step will be described.

先ず、Ｓ１１０の基材準備工程では、図１及び図２に示した基材１を準備する。Ｓ１１０では、例えば、上述の鋼材を加工して得られた基材１の素形材にブラスト又はバフ研磨を施すことで、基材１を成形する。但し、基材準備工程では、予め成形された基材１を準備してもよい。また、基材準備工程では、Ｓ１２０の蒸着工程の前工程として、イオンボンバードメント処理を行うことで、基材１の表面を清浄化してもよい。 First, in the base material preparation step of S110, the base material 1 shown in FIGS. 1 and 2 is prepared. In S110, for example, the base material 1 is formed by blasting or buffing the raw material of the base material 1 obtained by processing the above-mentioned steel material. However, in the base material preparation step, a preformed base material 1 may be prepared. Further, in the base material preparation step, the surface of the base material 1 may be cleaned by performing an ion bombardment treatment as a pre-step of the vapor deposition step of S120.

次に、Ｓ１２０の蒸着工程では、ＰＶＤ法により、基材外周面１３にＰＶＤ被膜２を成膜する。但し、蒸着工程で用いる蒸着法はＰＶＤ法に限定しない。蒸着工程で用いる蒸着法は、ターゲットから出射された粒子を基材に付着させることで物質の表面に膜を形成する蒸着法であればよい。以下、ＰＶＤ法の一例であるアークイオンプレーティング法により複数の基材１の基材外周面１３にＰＶＤ被膜を形成する場合について説明する。 Next, in the vapor deposition step of S120, the PVD coating film 2 is formed on the outer peripheral surface 13 of the base material by the PVD method. However, the vapor deposition method used in the vapor deposition step is not limited to the PVD method. The vapor deposition method used in the vapor deposition step may be any vapor deposition method in which particles emitted from the target are attached to a substrate to form a film on the surface of the substance. Hereinafter, a case where a PVD film is formed on the outer peripheral surface 13 of a plurality of base materials 1 by the arc ion plating method, which is an example of the PVD method, will be described.

図４は、実施形態１に係る表面処理方法の蒸着工程を行う成膜装置を示す模式図である。図４では、複数の基材１の一部を示している。図４に示す成膜装置２００は、基材外周面１３にアークイオンプレーティングによって成膜処理を行なう装置である。アークイオンプレーティング法は、イオンプレーティングの一つで、真空アーク放電を利用して、陰極の材料を蒸気化、イオン化して、被コーティング物の表面に被膜を形成するものである。成膜装置２００は、チャンバ２１０と、ターゲット２２０と、アーク供給源２３０と、ワーク回転装置２４０と、バイアス電圧供給源２５０を備えている。チャンバ２１０は、基材１及びターゲット２２０を収容する空間である。ターゲット２２０は、ＰＶＤ被膜２を成膜するための材料を含んで形成されており、材料の粒子（金属イオン）が飛び出す出射面２２０Ｓを有する。アーク供給源２３０は、ターゲット２２０にアーク電流を供給することで、材料の粒子を出射させる。アーク供給源２３０は、ターゲット２２０に接続される陰極とチャンバ２１０に接続される陽極とを有する。ワーク回転装置２４０は、成膜プロセス中に、基材１を、回転軸Ａ１回りに自転させる。バイアス電圧供給源２５０は、ワーク回転装置２４０を介して基材１にバイアス電圧を印加する。 FIG. 4 is a schematic view showing a film forming apparatus that performs a vapor deposition step of the surface treatment method according to the first embodiment. FIG. 4 shows a part of the plurality of base materials 1. The film forming apparatus 200 shown in FIG. 4 is an apparatus for performing a film forming process on the outer peripheral surface 13 of the base material by arc ion plating. The arc ion plating method is one of the ion plating methods, which uses vacuum arc discharge to vaporize and ionize the cathode material to form a film on the surface of the object to be coated. The film forming apparatus 200 includes a chamber 210, a target 220, an arc supply source 230, a work rotation apparatus 240, and a bias voltage supply source 250. The chamber 210 is a space for accommodating the base material 1 and the target 220. The target 220 is formed to include a material for forming the PVD coating film 2, and has an exit surface 220S from which particles (metal ions) of the material are ejected. The arc supply source 230 supplies the target 220 with an arc current to emit particles of the material. The arc source 230 has a cathode connected to the target 220 and an anode connected to the chamber 210. The work rotating device 240 rotates the base material 1 around the rotation axis A1 during the film forming process. The bias voltage supply source 250 applies a bias voltage to the base material 1 via the work rotation device 240.

図５は、蒸着工程を説明するための模式図である。図５では、便宜上、複数の基材１のうち、軸方向に隣接する２つの基材１のみを図示している。図５に示すように、蒸着工程は、ターゲット２２０が基材１の径方向外側に配置され、ターゲット２２０の出射面２２０Ｓと外周端面Ｓ１とが対向した状態で行われる。また、図５に示す例では、複数の基材１が軸方向に積み重ねられた状態で、蒸着工程が行われる。より詳細には、複数の基材１は、それぞれの中心軸が回転軸Ａ１に一致するようにして設置されている。つまり、複数の基材１は、同軸となるように設置されている。 FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the vapor deposition process. In FIG. 5, for convenience, only two base materials 1 adjacent to each other in the axial direction are shown among the plurality of base materials 1. As shown in FIG. 5, the vapor deposition step is performed in a state where the target 220 is arranged on the radial outer side of the base material 1 and the exit surface 220S of the target 220 and the outer peripheral end surface S1 face each other. Further, in the example shown in FIG. 5, the vapor deposition step is performed in a state where a plurality of base materials 1 are stacked in the axial direction. More specifically, the plurality of base materials 1 are installed so that their central axes coincide with the rotation axis A1. That is, the plurality of base materials 1 are installed so as to be coaxial.

チャンバ２１０内の基材１には、ワーク回転装置２４０を介してバイアス電圧供給源２５０からバイアス電位が印加される。この状態で、アーク供給源２３０からターゲット２２０へアーク電流が供給される。これにより、ターゲット２２０（陰極）とチャンバ２１０の内面（陽極）との間でアーク放電が発生し、ターゲット２２０に含まれる材料が蒸発して高エネルギーの粒子が出射面２２０Ｓから飛び出す。このとき、バイアス電圧が基材１に印加されることにより、粒子が基材１に向かって加速され、基材外周面１３に衝突し、付着する。これにより、基材外周面１３にＰＶＤ被膜２が形成される。このとき、ワーク回転装置２４０が基材１を回転軸Ａ１回り（即ち、基材１の中心軸回り）に自転させることで、基材外周面１３の全周に亘ってＰＶＤ被膜２が形成される。 A bias potential is applied to the base material 1 in the chamber 210 from the bias voltage supply source 250 via the work rotation device 240. In this state, an arc current is supplied from the arc supply source 230 to the target 220. As a result, an arc discharge is generated between the target 220 (cathode) and the inner surface (anode) of the chamber 210, the material contained in the target 220 evaporates, and high-energy particles are ejected from the exit surface 220S. At this time, when the bias voltage is applied to the base material 1, the particles are accelerated toward the base material 1 and collide with the base material outer peripheral surface 13 to adhere to the base material 1. As a result, the PVD coating 2 is formed on the outer peripheral surface 13 of the base material. At this time, the work rotating device 240 rotates the base material 1 around the rotation axis A1 (that is, around the central axis of the base material 1), so that the PVD coating 2 is formed over the entire circumference of the outer peripheral surface 13 of the base material. To.

ここで、出射面２２０Ｓから出射された材料の粒子の多くは、基材１に入射する。図４及び図５に鎖線で示す矢印は、出射面２２０Ｓから基材１の基材外周面１３に入射する粒子の軌跡を模式的に表したものである。図５に示すように、外周端面Ｓ１と出射面２２０Ｓとが対向配置されていることから、出射面２２０Ｓから基材１に入射する粒子が外周端
面Ｓ１の全域に付着し易くなり、外周端面Ｓ１において膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。また、カット面Ｓ２については、カット面Ｓ２が全領域において径方向外側に面していることから、出射面２２０Ｓから入射する粒子は、カット面Ｓ２の全域に付着し易くなっている。その結果、カット面Ｓ２においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。同様に、第２傾斜面Ｓ３が傾斜して形成されていることから、出射面２２０Ｓから入射する粒子が第２傾斜面Ｓ３の全域に付着することができ、第２傾斜面Ｓ３においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。 Here, most of the particles of the material emitted from the emission surface 220S are incident on the base material 1. The arrows shown by the chain lines in FIGS. 4 and 5 schematically represent the trajectories of the particles incident on the outer peripheral surface 13 of the base material 1 from the exit surface 220S. As shown in FIG. 5, since the outer peripheral end surface S1 and the emission surface 220S are arranged to face each other, particles incident on the base material 1 from the emission surface 220S are likely to adhere to the entire area of the outer peripheral end surface S1 and the outer peripheral end surface S1. It is possible to form a PVD film 2 having a high uniformity of film thickness. Further, with respect to the cut surface S2, since the cut surface S2 faces the outer side in the radial direction in the entire region, the particles incident from the exit surface 220S are likely to adhere to the entire area of the cut surface S2. As a result, the PVD film 2 having a high film thickness uniformity can be formed even on the cut surface S2. Similarly, since the second inclined surface S3 is formed to be inclined, particles incident from the exit surface 220S can adhere to the entire area of the second inclined surface S3, and the film thickness is also formed on the second inclined surface S3. It is possible to form a PVD film 2 having a high degree of uniformity.

図６は、蒸着工程の詳細を示す図である。図６に示すように、蒸着工程は、下地被膜形成工程と硬質被膜形成工程と、を含む。Ｓ１２１の下地被膜形成工程では、下地被膜２１として、Ｃｒ膜又はＴｉ膜を成膜する。下地被膜形成工程では、ターゲット２２０の材料としてＣｒ又はＴｉを用いる。次に、Ｓ１２２の硬質被膜形成工程では、下地被膜２１の上に、硬質被膜２２として、Ｃｒ－Ｎ膜、Ｃｒ－Ｂ－Ｎ膜、又は非晶質炭素被膜を成膜する。Ｃｒ－Ｎ膜又はＣｒ－Ｂ－Ｎ膜を成膜する場合、ターゲット２２０の材料としてＣｒ又はＣｒＢ２を用い、反応ガスとしての窒素をチャンバ２１０に導入する。非晶質炭素被膜を成膜する場合、ターゲット２２０の材料としてグラファイトを使用する。以上のようにして、下地被膜２１及び硬質被膜２２が成膜される。 FIG. 6 is a diagram showing details of the vapor deposition process. As shown in FIG. 6, the vapor deposition step includes a base film forming step and a hard film forming step. In the undercoat film forming step of S121, a Cr film or a Ti film is formed as the undercoat film 21. In the base film forming step, Cr or Ti is used as the material of the target 220. Next, in the hard film forming step of S122, a Cr—N film, a Cr—BN film, or an amorphous carbon film is formed as the hard film 22 on the undercoat film 21. When forming a Cr—N film or a Cr—B—N film, Cr or CrB 2 is used as the material of the target 220, and nitrogen as a reaction gas is introduced into the chamber 210. When forming an amorphous carbon film, graphite is used as the material of the target 220. As described above, the undercoat film 21 and the hard film 22 are formed.

次に、Ｓ１３０の酸化被膜形成工程では、化成処理を行うことで基材上面１１、基材下面１２、及び基材内周面１４に酸化被膜３を成膜する。Ｓ１３０では、アルカリ着色処理が用いられる。アルカリ着色処理では、アルカリ溶液に酸化剤や反応促進剤等を加えた処理液に鋼材を浸して煮沸等することで、鋼材の表面に処理液が作用し、四三酸化鉄からなる酸化被膜３が成膜される。酸化被膜形成工程では、アルカリ着色処理により、基材１の表面においてＰＶＤ被膜２によって覆われていない領域、即ち、基材上面１１、基材下面１２、及び基材内周面１４に酸化被膜３が成膜される。 Next, in the oxide film forming step of S130, the oxide film 3 is formed on the upper surface 11 of the base material, the lower surface 12 of the base material, and the inner peripheral surface 14 of the base material by performing a chemical conversion treatment. In S130, an alkaline coloring treatment is used. In the alkaline coloring treatment, the treatment liquid acts on the surface of the steel material by immersing the steel material in a treatment liquid in which an oxidizing agent, a reaction accelerator, etc. are added to an alkaline solution and boiling the steel material. Is formed. In the oxide film forming step, the oxide film 3 is formed on the surface of the base material 1 that is not covered by the PVD film 2, that is, the upper surface 11 of the base material, the lower surface 12 of the base material, and the inner peripheral surface 14 of the base material by the alkali coloring treatment. Is formed.

以上の工程を経ることにより、実施形態１に係る表面処理が完了する。これにより、基材１の表面にＰＶＤ被膜２及び酸化被膜３が形成される。上述の表面処理が完了した後、ブラスト、バフ研磨、ラッピング処理等を行うことによって、図１に示すセカンドリング１０が完成する。 By going through the above steps, the surface treatment according to the first embodiment is completed. As a result, the PVD film 2 and the oxide film 3 are formed on the surface of the base material 1. After the above surface treatment is completed, the second ring 10 shown in FIG. 1 is completed by performing blasting, buffing, lapping and the like.

［作用・効果］
以上のように、実施形態１に係るコンプレッションリングの表面処理方法は、基材１を用意する基材準備工程と、ターゲットを用いた蒸着法であるＰＶＤ法により、基材外周面１３にＰＶＤ被膜２を形成する蒸着工程と、を含む。そして、基材外周面１３は、基材１において最大径となる頂部Ｐ１を含み、基材下面１２の外周縁Ｅ２よりも径方向外側に形成された外周端面Ｓ１と、外周端面Ｓ１における基材下面側の縁Ｅ３と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続するカット面Ｓ２と、を有する。そして、カット面Ｓ２は、外周端面Ｓ１における基材下面１２側の縁Ｅ３に接続されると共に基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜した第１傾斜面Ｓ２１を含み、且つ、カット面Ｓ２の全領域に亘って径方向の外側に面している。そして、蒸着工程は、ＰＶＤ被膜２の材料となる粒子を出射するターゲット２２０と外周端面Ｓ１とを対向させた状態で行われる。 [Action / Effect]
As described above, the surface treatment method for the compression ring according to the first embodiment is a substrate preparation step for preparing the substrate 1 and a PVD method which is a vapor deposition method using a target to coat the outer peripheral surface 13 of the substrate with a PVD. Includes a vapor deposition step of forming 2. The outer peripheral surface 13 of the base material includes the top portion P1 having the maximum diameter in the base material 1, and is formed on the outer peripheral end surface S1 radially outside the outer peripheral edge E2 of the lower surface surface 12 of the base material, and the base material on the outer peripheral end surface S1. It has a cut surface S2 that connects the edge E3 on the lower surface side and the outer peripheral edge E2 of the lower surface 12 of the base material. The cut surface S2 includes a first inclined surface S21 that is connected to the edge E3 on the lower surface 12 side of the base material on the outer peripheral end surface S1 and is inclined so as to reduce the diameter toward the lower surface 12 side of the base material, and is cut. It faces the outer side in the radial direction over the entire region of the surface S2. Then, the thin-film deposition step is performed in a state where the target 220 that emits particles that are the material of the PVD coating 2 and the outer peripheral end surface S1 face each other.

このような表面処理方法によると、蒸着工程において外周端面Ｓ１とターゲット２２０とを対向配置することで、外周端面Ｓ１においてＰＶＤ被膜２を均一性の高い膜厚で成膜しつつも、カット面Ｓ２を全領域に亘って径方向外側に面した形状とすることで、カット面Ｓ２の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面Ｓ２においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。 According to such a surface treatment method, by arranging the outer peripheral end surface S1 and the target 220 so as to face each other in the vapor deposition step, the PVD coating film 2 is formed on the outer peripheral end surface S1 with a highly uniform film thickness, and the cut surface S2 is formed. By forming the shape facing outward in the radial direction over the entire region, the particles of the material easily adhere to the entire area of the cut surface S2, and the PVD film 2 having a high uniform film thickness is formed on the cut surface S2 as well. Can be filmed.

更に、カット面Ｓ２が、基材下面１２に向かうに従って縮径するように傾斜した第１傾斜面Ｓ２１と、基材下面１２の外周縁Ｅ２と第１傾斜面Ｓ２１における基材下面１２側の縁Ｅ４とを接続する接続面Ｓ２２と、を含むことで、基材外周面１３がアンダーカット形状に形成されている。このような基材外周面１３に表面処理を施すことで、外周面１０３にアンダーカットを有するセカンドリング１０が形成される。これにより、良好なオイル掻き性能を得ることができる。 Further, the first inclined surface S21 whose cut surface S2 is inclined so as to decrease in diameter toward the lower surface 12 of the base material, and the outer peripheral edge E2 of the lower surface 12 of the base material and the edge of the first inclined surface S21 on the lower surface 12 side of the base material. By including the connection surface S22 connecting the E4, the outer peripheral surface 13 of the base material is formed in an undercut shape. By applying surface treatment to the outer peripheral surface 13 of the base material, a second ring 10 having an undercut is formed on the outer peripheral surface 103. Thereby, good oil scraping performance can be obtained.

ここで、成膜されたＰＶＤ被膜の膜厚の均一性が低いと、酸化被膜形成工程において化成処理をしたときに、ＰＶＤ被膜の薄い部分から処理液が基材外周面とＰＶＤ被膜の間に浸透し、ＰＶＤ被膜が基材外周面から浮く場合がある。その結果、セカンドリングのエンジン組み付け作業においてセカンドリングに応力が作用したときにＰＶＤ被膜が剥離する虞がある。剥離した被膜は異物となり、内燃機関の運転中にシリンダ内壁の傷発生等の要因となる。つまり、ＰＶＤ被膜の膜厚の均一性が低いと、ＰＶＤ被膜の密着性の低下を招く虞がある。 Here, if the film thickness of the PVD film formed is not uniform, the treatment liquid is transferred from the thin portion of the PVD film between the outer peripheral surface of the substrate and the PVD film when the chemical conversion treatment is performed in the oxide film forming step. It may penetrate and the PVD film may float from the outer peripheral surface of the substrate. As a result, there is a risk that the PVD coating will peel off when stress acts on the second ring in the engine assembly work of the second ring. The peeled film becomes a foreign substance, which causes scratches on the inner wall of the cylinder during operation of the internal combustion engine. That is, if the film thickness of the PVD film is not uniform, the adhesion of the PVD film may be deteriorated.

図７は、比較例に係る表面処理方法の蒸着工程を説明するための模式図である。図７では、便宜上、単一の基材を示している。比較例に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ｘを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点で同じである。基材１Ｘは、外周面１３Ｘがアンダーカット形状に形成されているものの、カット面Ｓ２Ｘが第１傾斜面Ｓ２１に代えて傾斜面Ｓ２３とストレート面Ｓ２４とを有する点で基材１と異なる。傾斜面Ｓ２３は、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に、基材下面１２に向かうに従って縮径するように傾斜している。ストレート面Ｓ２４は、傾斜面Ｓ２３における基材下面１２側の縁Ｅ６に接続されると共に基材１の周長方向に直交する断面において、径方向と平行に延在している。即ち、ストレート面Ｓ２４は、軸方向下側に面している。これにより、カット面Ｓ２Ｘは、ストレート面Ｓ２４において径方向外側に面していない形状となっている。ストレート面Ｓ２４における径方向内側の縁Ｅ４には、接続面Ｓ２２が接続されている。図７に示すように、比較例の場合、ストレート面Ｓ２４が径方向外側に面していないため、ターゲット２２０の出射面２２０Ｓから入射する粒子がストレート面Ｓ２４に付着し難くなっている。その結果、ストレート面Ｓ２４において膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２が成膜されず、ストレート面Ｓ２４におけるＰＶＤ被膜２が剥離する虞がある。 FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the vapor deposition process of the surface treatment method according to the comparative example. FIG. 7 shows a single substrate for convenience. The surface treatment method according to the comparative example is different from the surface treatment method described with reference to FIG. 3 in that the base material 1X is used instead of the base material 1, and is the same in other respects. The base material 1X is different from the base material 1 in that the outer peripheral surface 13X is formed in an undercut shape, but the cut surface S2X has an inclined surface S23 and a straight surface S24 instead of the first inclined surface S21. The inclined surface S23 is connected to the edge E3 of the outer peripheral end surface S1 and is inclined so as to reduce its diameter toward the lower surface 12 of the base material. The straight surface S24 is connected to the edge E6 on the lower surface 12 side of the base material on the inclined surface S23, and extends in parallel with the radial direction in a cross section orthogonal to the circumferential length direction of the base material 1. That is, the straight surface S24 faces downward in the axial direction. As a result, the cut surface S2X has a shape that does not face the outer side in the radial direction on the straight surface S24. A connecting surface S22 is connected to the radial inner edge E4 of the straight surface S24. As shown in FIG. 7, in the case of the comparative example, since the straight surface S24 does not face the outer side in the radial direction, it is difficult for particles incident from the exit surface 220S of the target 220 to adhere to the straight surface S24. As a result, the PVD coating film 2 having a high film thickness uniformity is not formed on the straight surface S24, and the PVD coating film 2 on the straight surface S24 may be peeled off.

これに対して、実施形態１に係る表面処理方法では、第１傾斜面Ｓ２１においても膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜可能となることから、下地被膜２１におけるＰＶＤ被膜の密着性を比較例よりも向上させることができる。その結果、セカンドリング１０に良好なオイル掻き性能を付与しながらも、ＰＶＤ被膜２の密着性を良好なものとすることができ、ＰＶＤ被膜２の浮きや剥離を抑制することができる。 On the other hand, in the surface treatment method according to the first embodiment, since the PVD coating film 2 having a high film thickness uniformity can be formed even on the first inclined surface S21, the adhesion of the PVD coating film on the undercoat film 21 can be formed. Can be improved as compared with the comparative example. As a result, it is possible to improve the adhesion of the PVD film 2 while imparting good oil scraping performance to the second ring 10, and it is possible to suppress the floating and peeling of the PVD film 2.

更に、蒸着工程は、基材外周面１３にＣｒ又はＴｉからなる下地被膜２１を形成する下地被膜形成工程と、下地被膜２１の上に硬質被膜２２を形成する硬質被膜形成工程と、を含んでいる。これによると、Ｃｒ又はＴｉからなる下地被膜２１を介して硬質被膜２２を基材外周面１３に成膜することで、硬質被膜２２の基材外周面１３に対する密着性を高めることができる。その結果、硬質被膜２２の浮きや剥離を好適に抑制することができる。また、下地被膜２１により密着性が向上するため、硬質被膜２２を薄く成膜した場合であっても、浮きや剥離が生じ難くなる。その結果、ＰＶＤ被膜２の厚みをより薄くすることが可能となる。ここで、下地被膜２１の膜厚は特に限定されないが、硬質被膜２２と下地被膜２１とを含めた蒸着膜２全体の膜厚の５０％以下とすることが、密着性向上の観点から、より好ましい。 Further, the thin-film deposition step includes a base film forming step of forming a base film 21 made of Cr or Ti on the outer peripheral surface 13 of the base material, and a hard film forming step of forming a hard film 22 on the base film 21. There is. According to this, by forming the hard coating film 22 on the outer peripheral surface 13 of the base material via the base film 21 made of Cr or Ti, the adhesion of the hard coating 22 to the outer peripheral surface 13 of the base material can be improved. As a result, floating and peeling of the hard coating 22 can be suitably suppressed. Further, since the adhesion is improved by the base film 21, even when the hard film 22 is thinly formed, floating and peeling are less likely to occur. As a result, the thickness of the PVD coating 2 can be made thinner. Here, the film thickness of the undercoat film 21 is not particularly limited, but it is better to make it 50% or less of the film thickness of the entire vapor-filmed film 2 including the hard film 22 and the undercoat film 21 from the viewpoint of improving the adhesion. preferable.

ここで、径方向における頂部Ｐ１から基材上面１１の外周縁Ｅ１までの距離をｄ１とす
る。また、径方向における頂部Ｐ１から基材下面１２の外周縁Ｅ２までの距離ｄ２とする。図２に、ｄ１及びｄ２を示す。このとき、実施形態１では、基材１の基材外周面１３に基材上面１１に向かうに従って縮径するように傾斜した第２傾斜面Ｓ３を形成することで、ｄ１とｄ２とを、互いに等しくしている。これにより、基材１では、径方向における中心軸から基材上面１１の外周縁Ｅ１までの距離と中心軸から基材下面１２の外周縁Ｅ２までの距離とが、互いに等しくなっている。そして、蒸着工程は、複数の基材１を、それぞれの中心軸が一致するように、軸方向に積み重ねた状態で行われる。これによると、図５に示すように、蒸着工程において、軸方向に隣接する２つの基材１において互いに対向する基材上面１１の外周縁Ｅ１と基材下面１２の外周縁Ｅ２の、径方向における位置が一致する。即ち、互いに対向する基材上面１１と基材下面１２とが、径方向に段差を生じることなく（ずれることなく）重なり合う。ここで、互いに対向する基材上面１１と基材下面１２との間に段差が生じると、当該段差部分において基材上面１１や基材下面１２にＰＶＤ被膜２が成膜される場合がある。その場合、基材上面１１や基材下面１２からＰＶＤ被膜２を除去してリング上面１０１やリング下面１０２を平坦面とするための研磨加工が必要となる。これに対して、実施形態１に係る表面処理方法では、互いに対向する基材上面１１と基材下面１２とが、径方向に段差を生じることなく重なり合うため、基材上面１１及び基材下面１２にＰＶＤ被膜２が成膜されることを抑制でき、上述した研磨加工を省くことができる。このような表面処理方法は、複数の基材１に対してＰＶＤ被膜２を成膜する場合に好適である。 Here, the distance from the top P1 in the radial direction to the outer peripheral edge E1 of the upper surface 11 of the base material is defined as d1. Further, the distance d2 from the top P1 in the radial direction to the outer peripheral edge E2 of the lower surface 12 of the base material is set. FIG. 2 shows d1 and d2. At this time, in the first embodiment, d1 and d2 are made to each other by forming a second inclined surface S3 inclined so as to reduce the diameter toward the upper surface 11 of the base material on the outer peripheral surface 13 of the base material of the base material 1. Equal. As a result, in the base material 1, the distance from the central axis in the radial direction to the outer peripheral edge E1 of the upper surface surface 11 of the base material and the distance from the central axis to the outer peripheral edge E2 of the lower surface surface 12 of the base material are equal to each other. Then, the thin-film deposition step is performed in a state where a plurality of base materials 1 are stacked in the axial direction so that their respective central axes coincide with each other. According to this, as shown in FIG. 5, in the vapor deposition process, the outer peripheral edge E1 of the upper surface surface 11 of the base material and the outer peripheral edge E2 of the lower surface 12 of the base material facing each other in the two axially adjacent base materials 1 are in the radial direction. The positions in match. That is, the upper surface 11 of the base material and the lower surface 12 of the base material facing each other overlap each other without forming a step in the radial direction (without shifting). Here, if a step is generated between the upper surface 11 of the base material and the lower surface 12 of the base material facing each other, the PVD coating film 2 may be formed on the upper surface 11 of the base material or the lower surface 12 of the base material at the step portion. In that case, polishing processing is required to remove the PVD coating 2 from the base material upper surface 11 and the base material lower surface 12 to make the ring upper surface 101 and the ring lower surface 102 a flat surface. On the other hand, in the surface treatment method according to the first embodiment, the upper surface surface 11 of the base material and the lower surface 12 of the base material that face each other overlap each other without causing a step in the radial direction, so that the upper surface surface 11 of the base material and the lower surface 12 of the base material are overlapped with each other. It is possible to suppress the formation of the PVD film 2 on the surface, and the above-mentioned polishing process can be omitted. Such a surface treatment method is suitable for forming a PVD coating film 2 on a plurality of substrate 1s.

ここで、図２に示す符号θは、基材１の周長方向に直交する断面における、基材１の径方向（即ち、軸方向と直交する方向）に対する第１傾斜面Ｓ２１の傾斜角度を表す。このとき、傾斜角度θを５°以上とすることで、第１傾斜面Ｓ２１の全域にターゲット２２０の材料の粒子がより付着し易くなり、第１傾斜面Ｓ２１における膜厚の均一性を更に高めることができる。その結果、第１傾斜面Ｓ２１に対するＰＶＤ被膜２の密着性を更に向上させることができる。但し、本発明はこれに限定しない。 Here, the reference numeral θ shown in FIG. 2 indicates the inclination angle of the first inclined surface S21 with respect to the radial direction (that is, the direction orthogonal to the axial direction) of the base material 1 in the cross section orthogonal to the peripheral direction of the base material 1. show. At this time, by setting the inclination angle θ to 5 ° or more, the particles of the material of the target 220 are more likely to adhere to the entire area of the first inclined surface S21, and the uniformity of the film thickness on the first inclined surface S21 is further improved. be able to. As a result, the adhesion of the PVD coating 2 to the first inclined surface S21 can be further improved. However, the present invention is not limited to this.

傾斜角度θが５°以上の場合、９０°を超えない範囲で傾斜角度θを大きくすればするほど、ＰＶＤ被膜２の密着性が向上する。ここで、セカンドリングのリング幅（軸方向寸法）は該セカンドリングを収容するリング溝の上下幅に依存し、例えば、１．０～１．５ｍｍのように、設計可能なリング幅の範囲が限定されている。そのため、傾斜角度θをより大きくしようとすると、縁Ｅ３をより燃焼室側に形成する必要があり、その結果、外周端面Ｓ１の軸方向寸法が減少する。ここで、本実施形態のように外周端面Ｓ１がテーパ形状を有している場合、ピストン３０の往復運動に伴い、外周端面Ｓ１が徐々に摩耗する。このとき、外周端面Ｓ１の軸方向寸法がより大きい方が、外周端面Ｓ１をより長時間残存させることができる。これを考慮すると、傾斜角度θは、５°以上２５°以下とすることが好ましい。傾斜角度θを２５°以下とすることで、外周端面Ｓ１の軸方向寸法をより大きく確保することができる。これにより、テーパ状の外周端面Ｓ１を長時間残存させることでき、外周端面Ｓ１が早期に消滅することによるオイル掻き機能の低下を抑制することができる。その結果、セカンドリング１０のオイル掻き性能を、より良好なものとすることができる。但し、本発明はこれに限定しない。 When the inclination angle θ is 5 ° or more, the larger the inclination angle θ is within the range not exceeding 90 °, the better the adhesion of the PVD coating 2 is. Here, the ring width (axial dimension) of the second ring depends on the vertical width of the ring groove accommodating the second ring, and the range of the designable ring width is, for example, 1.0 to 1.5 mm. Limited. Therefore, in order to increase the inclination angle θ, it is necessary to form the edge E3 closer to the combustion chamber side, and as a result, the axial dimension of the outer peripheral end surface S1 is reduced. Here, when the outer peripheral end surface S1 has a tapered shape as in the present embodiment, the outer peripheral end surface S1 gradually wears with the reciprocating motion of the piston 30. At this time, the larger the axial dimension of the outer peripheral end surface S1, the longer the outer peripheral end surface S1 can remain. Considering this, the inclination angle θ is preferably 5 ° or more and 25 ° or less. By setting the inclination angle θ to 25 ° or less, it is possible to secure a larger axial dimension of the outer peripheral end surface S1. As a result, the tapered outer peripheral end surface S1 can be left for a long time, and the deterioration of the oil scraping function due to the early disappearance of the outer peripheral end surface S1 can be suppressed. As a result, the oil scraping performance of the second ring 10 can be improved. However, the present invention is not limited to this.

以上、アークイオンプレーティング法により複数の基材１の基材外周面１３にＰＶＤ被膜を形成する場合について説明したが、本発明に係る表面処理方法は、これに限定しない。蒸着工程で用いられるＰＶＤ法には、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc）法を挙げることができる。また、本発明で用いられる蒸着法は、ＰＶＤ法に限らず、ターゲットを用いる蒸着法であればよい。また、蒸着工程では、１つの基材１に対してＰＶＤ被膜を形成してもよい。 Although the case where the PVD coating is formed on the outer peripheral surface 13 of the substrate 1 of the plurality of substrates 1 by the arc ion plating method has been described above, the surface treatment method according to the present invention is not limited to this. Examples of the PVD method used in the vapor deposition step include an ion plating method, an ion beam vapor deposition method, a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, and an FCVA (Filtered Cathodic Vacuum Arc) method. Further, the vapor deposition method used in the present invention is not limited to the PVD method, and may be any vapor deposition method using a target. Further, in the vapor deposition step, a PVD film may be formed on one substrate 1.

また、本発明の蒸着工程において成膜される蒸着膜は、下地被膜や硬質被膜に限定されず、ＰＶＤ被膜の材料は、上述の材料に限定されない。例えば、ＰＶＤ被膜は、下地被膜を有さずに硬質被膜のみを有してもよい。また、本発明に係る表面処理方法は、酸化被膜形成工程を含まなくともよい。例えば、本発明に係る表面処理方法は、酸化被膜に代えて、リン酸塩被膜を形成してもよい。 Further, the vapor deposition film formed in the vapor deposition process of the present invention is not limited to the undercoat film and the hard film, and the material of the PVD film is not limited to the above-mentioned materials. For example, the PVD coating may have only a hard coating without an undercoat. Further, the surface treatment method according to the present invention does not have to include an oxide film forming step. For example, in the surface treatment method according to the present invention, a phosphate film may be formed instead of the oxide film.

［密着性評価］
実施形態１に係る表面処理方法により成膜されたＰＶＤ被膜の密着性の評価を行った。密着性の評価では、化成処理により酸化被膜を成膜した後のセカンドリングを対象に捩れ試験を実施し、カット面にＰＶＤ被膜の剥離が存在するか否かを目視にて観察した。図８は、捩れ試験を説明するための図である。捩れ試験では、図８に示すように、セカンドリング１０の合口を形成する一対の合口端部１１０，１２０を掴持し、中心軸に対して合口の反対側部位１３０を支点として、セカンドリングが図８の実線で示される姿勢となる方向にセカンドリングを所定の捩れ角度で捻った。なお、このときの捩れ角度は４５°、９０°とした。 [Adhesion evaluation]
The adhesion of the PVD film formed by the surface treatment method according to the first embodiment was evaluated. In the evaluation of adhesion, a twist test was carried out on the second ring after the oxide film was formed by chemical conversion treatment, and it was visually observed whether or not the PVD film was peeled off on the cut surface. FIG. 8 is a diagram for explaining a twist test. In the twist test, as shown in FIG. 8, the pair of abutment ends 110, 120 forming the abutment of the second ring 10 is grasped, and the second ring is set with the portion 130 opposite to the abutment as a fulcrum with respect to the central axis. The second ring was twisted at a predetermined twist angle in the direction shown by the solid line in FIG. The twist angles at this time were 45 ° and 90 °.

［実施例］
実施例１～５として、図３に示した表面処理方法を用いて基材の外周面にＰＶＤ被膜を成膜した場合の密着性を評価した。実施例１～５では、図１に示した形状の基材を用い、第１傾斜面の傾斜角度を異ならせた。より詳細には、実施例１では、第１傾斜面の傾斜角度を２°とし、ＰＶＤ被膜を得た。実施例２は、第１傾斜面の傾斜角度を５°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。実施例３は、第１傾斜面の傾斜角度を１０°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。実施例４は、第１傾斜面の傾斜角度を１５°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。実施例５は、第１傾斜面の傾斜角度を２５°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。 [Example]
As Examples 1 to 5, the adhesion when a PVD film was formed on the outer peripheral surface of the base material by using the surface treatment method shown in FIG. 3 was evaluated. In Examples 1 to 5, the base material having the shape shown in FIG. 1 was used, and the inclination angle of the first inclined surface was made different. More specifically, in Example 1, the inclination angle of the first inclined surface was set to 2 °, and a PVD film was obtained. In Example 2, a PVD film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle of the first inclined surface was set to 5 °. In Example 3, a PVD film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle of the first inclined surface was set to 10 °. In Example 4, a PVD film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle of the first inclined surface was set to 15 °. In Example 5, a PVD film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle of the first inclined surface was set to 25 °.

［比較例］
比較例１として、カット面が傾斜面を有さない基材の外周面にＰＶＤ被膜を成膜した場合の密着性を評価した。比較例１は、第１傾斜面の傾斜角度を０°とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＶＤ被膜を得た。 [Comparison example]
As Comparative Example 1, the adhesion when a PVD film was formed on the outer peripheral surface of a base material whose cut surface did not have an inclined surface was evaluated. In Comparative Example 1, a PVD film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle of the first inclined surface was set to 0 °.

［実験結果］
表１に示す評価結果は、密着性評価の結果を以下の評価基準で表したものである。各捩れ角度において、ＰＶＤ被膜の剥離の発生がないものを「○」とし、剥離が発生したものを「×」とした。また、表１に示す密着性は、捩れ角度４５°と捩れ角度９０°の両方で剥離が発生しなかったものについては「Ａ」とし、捩れ角度９０°では剥離が発生したものの、捩れ角度４５°では剥離が発生しなかったものについては「Ｂ」とし、捩れ角度４５°と捩れ角度９０°の両方で剥離が発生したものについては「Ｃ」とした。表１に示すように、比較例１よりも実施例１～５の方が密着性に優れる結果となった。これにより、実施形態１に係る表面処理方法によってＰＶＤ被膜の密着性が向上することを確認できた。また、実施例同士で比較した場合、実施例１よりも実施例２～５の方が密着性に優れる結果となった。これにより、第１傾斜面の傾斜角度を５°以上とすることによってＰＶＤ被膜の密着性が更に向上することを確認できた。 [Experimental result]
The evaluation results shown in Table 1 represent the results of the adhesion evaluation according to the following evaluation criteria. At each twist angle, the one in which the PVD coating did not peel off was marked with “◯”, and the one in which the peeling occurred was marked with “x”. The adhesion shown in Table 1 is set to "A" for those in which peeling did not occur at both the twist angle of 45 ° and the twist angle of 90 °, and the twist angle of 45 was found in the case where peeling occurred at the twist angle of 90 °. Those in which peeling did not occur at ° were given "B", and those in which peeling occurred at both a twist angle of 45 ° and a twist angle of 90 ° were given "C". As shown in Table 1, the results of Examples 1 to 5 were superior to those of Comparative Example 1. As a result, it was confirmed that the adhesion of the PVD coating was improved by the surface treatment method according to the first embodiment. Further, when the examples were compared with each other, the results of Examples 2 to 5 were superior to those of Example 1. As a result, it was confirmed that the adhesion of the PVD coating was further improved by setting the inclination angle of the first inclined surface to 5 ° or more.

Figure 0007053531000001

［実施形態１の変形例１］
図９は、実施形態１の変形例１に係る表面処理方法に用いる基材１Ａの、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態１の変形例１に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ａを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。また、基材１Ａは、基材外周面１３Ａが第２傾斜面Ｓ３を有さない点で基材１と相違し、その他の点は同じである。図９に示すように、本発明に係る表面処理方法では、第２傾斜面Ｓ３を有さない基材を用いてもよい。
Figure 0007053531000001
[Modification 1 of Embodiment 1]
FIG. 9 is a diagram showing a cross section of the base material 1A used in the surface treatment method according to the first modification of the first embodiment, which is orthogonal to the circumferential direction. The surface treatment method according to the first modification of the first embodiment is different from the surface treatment method described with reference to FIG. 3 in that the base material 1A is used instead of the base material 1, and is the same in other respects. Further, the base material 1A is different from the base material 1 in that the base material outer peripheral surface 13A does not have the second inclined surface S3, and is the same in other respects. As shown in FIG. 9, in the surface treatment method according to the present invention, a substrate having no second inclined surface S3 may be used.

［実施形態１の変形例２］
図１０は、実施形態１の変形例２に係る表面処理がなされたセカンドリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。図１１は、実施形態１の変形例２に係る表面処理方法に用いる基材１Ｂの、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態１の変形例２に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ｂを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。 [Modification 2 of Embodiment 1]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which the surface-treated second ring according to the second modification of the first embodiment is provided in the internal combustion engine. FIG. 11 is a diagram showing a cross section of the base material 1B used in the surface treatment method according to the second modification of the first embodiment, which is orthogonal to the peripheral length direction. The surface treatment method according to the second modification of the first embodiment is different from the surface treatment method described with reference to FIG. 3 in that the base material 1B is used instead of the base material 1, and is the same in other respects.

図１１に示すように、実施形態１の変形例２に係る基材１Ｂの基材外周面１３Ｂは、基材１Ｂにおいて最大径となる頂部Ｐ１を含み、基材下面１２の外周縁Ｅ２よりも径方向外側に形成された外周端面Ｓ１と、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続するカット面Ｓ２と、を含む。また、カット面Ｓ２は、外周端面Ｓ１における基材下面１２側の縁Ｅ３と基材下面１２の外周縁Ｅ２とを接続すると共に基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜した第１傾斜面Ｓ２１によって形成されている。即ち、基材１Ｂは、基材外周面１３Ｂのカット面Ｓ２が接続面Ｓ２２を有さない点で基材１と相違し、その他の点は同じである。図１１に示すように、カット面Ｓ２が第１傾斜面Ｓ２１によって形成されていることから、カット面Ｓ２は、全領域において径方向外側に面した形状となっている。 As shown in FIG. 11, the base material outer peripheral surface 13B of the base material 1B according to the modified example 2 of the first embodiment includes the top portion P1 having the maximum diameter in the base material 1B, and is larger than the outer peripheral edge E2 of the base material lower surface 12. It includes an outer peripheral end surface S1 formed on the outer side in the radial direction, and a cut surface S2 connecting the edge E3 of the outer peripheral end surface S1 and the outer peripheral edge E2 of the lower surface surface 12 of the base material. Further, the cut surface S2 connects the edge E3 on the lower surface 12 side of the base material on the outer peripheral end surface S1 and the outer peripheral edge E2 of the lower surface 12 of the base material, and is inclined so as to reduce the diameter toward the lower surface 12 side of the base material. It is formed by an inclined surface S21. That is, the base material 1B is different from the base material 1 in that the cut surface S2 of the base material outer peripheral surface 13B does not have the connection surface S22, and is the same in other respects. As shown in FIG. 11, since the cut surface S2 is formed by the first inclined surface S21, the cut surface S2 has a shape facing outward in the radial direction in the entire region.

基材外周面１３Ｂは、カット面Ｓ２が第１傾斜面Ｓ２１によって形成されていることより、クランク室側の部分が斜めにカットされたベベル形状に形成されている。このような基材１Ｂに表面処理を施されたセカンドリング１０Ｂのリング外周面１０３Ｂは、図１０に示すように、内燃機関１００においてオイル溜まりとなる空間５０を形成する。そのため、良好なオイル掻き性能を得ることができる。更に、実施形態１の変形例２に係る表面処理方法では、カット面Ｓ２を全領域において径方向外側に面した形状とすることで、蒸着工程において、カット面Ｓ２の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面Ｓ２に膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。その結果、セカンドリングに良好なオイル掻き性能を付与しながらも、基材外周面１３Ｂに対するＰＶＤ被膜２の密着性を良好なものとすることができ、ＰＶＤ被膜２の浮きや剥離を抑制することができる。 The outer peripheral surface 13B of the base material is formed in a bevel shape in which the portion on the crank chamber side is cut diagonally because the cut surface S2 is formed by the first inclined surface S21. As shown in FIG. 10, the ring outer peripheral surface 103B of the second ring 10B whose surface treatment is applied to the base material 1B forms a space 50 which becomes an oil pool in the internal combustion engine 100. Therefore, good oil scraping performance can be obtained. Further, in the surface treatment method according to the second modification of the first embodiment, the cut surface S2 is formed to face the outer side in the radial direction in the entire region, so that the particles of the material adhere to the entire area of the cut surface S2 in the vapor deposition step. It becomes easy to form a PVD film 2 having a high uniformity of film thickness on the cut surface S2. As a result, it is possible to improve the adhesion of the PVD coating 2 to the outer peripheral surface 13B of the base material while imparting good oil scraping performance to the second ring, and suppress the floating and peeling of the PVD coating 2. Can be done.

［実施形態１の変形例３］
図１２は、実施形態１の変形例３に係る表面処理方法に用いる基材１Ｃの、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態１の変形例３に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ｃを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。また、基材１Ｃは、基材外周面１３Ｃが第２傾斜面Ｓ３を有さない点で基材１Ｂと相違し、その他の点は同じである。 [Modification 3 of Embodiment 1]
FIG. 12 is a diagram showing a cross section of the base material 1C used in the surface treatment method according to the third modification of the first embodiment, which is orthogonal to the circumferential direction. The surface treatment method according to the third modification of the first embodiment is different from the surface treatment method described with reference to FIG. 3 in that the base material 1C is used instead of the base material 1, and is the same in other respects. Further, the base material 1C is different from the base material 1B in that the base material outer peripheral surface 13C does not have the second inclined surface S3, and is the same in other respects.

［実施形態１の変形例４］
なお、第１傾斜面Ｓ２１の傾斜角度θは、一様でなくともよい。図１３は、実施形態１の変形例３に係る表面処理方法に用いる基材１Ｄの、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態１の変形例４に係る表面処理方法は、基材１に代えて基材１Ｄを用いる点で、図３で説明した表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。図１３に示すように、変形例４に係る基材外周面１３Ｄの第１傾斜面Ｓ２１Ｄは、傾斜角度の異なる複数の面が連なって形成されている点で図２に示した基材外周面１３の第１傾斜面Ｓ２１と相違する。より具体的には、第１傾斜面Ｓ２１Ｄは、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続される外側面Ｓ２１１と、外側面Ｓ２１１に連なると共に第１傾斜面Ｓ２１Ｄにおける基材下面１２側の縁Ｅ４に接続される内側面Ｓ２１２と、を有する。外側面Ｓ２１１は、基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜角θ１で傾斜しており、内側面Ｓ２１２は、基材下面１２側に向かうに従って縮径するように傾斜角θ２で傾斜している。図１３に示すように、第１傾斜面Ｓ２１Ｄが全領域において径方向外側に面しているものの、θ１＞θ２となっており、第１傾斜面Ｓ２１Ｄの傾斜角度は一様ではない。 [Modification 4 of Embodiment 1]
The inclination angle θ of the first inclined surface S21 does not have to be uniform. FIG. 13 is a diagram showing a cross section of the base material 1D used in the surface treatment method according to the third modification of the first embodiment, which is orthogonal to the circumferential direction. The surface treatment method according to the modified example 4 of the first embodiment is different from the surface treatment method described with reference to FIG. 3 in that the base material 1D is used instead of the base material 1, and is the same in other respects. As shown in FIG. 13, the first inclined surface S21D of the base material outer peripheral surface 13D according to the modified example 4 is formed by connecting a plurality of surfaces having different inclination angles, and the base material outer peripheral surface shown in FIG. 2 is formed. It is different from the first inclined surface S21 of 13. More specifically, the first inclined surface S21D is connected to the outer surface S211 connected to the edge E3 of the outer peripheral end surface S1 and the outer surface S211 and connected to the edge E4 on the lower surface 12 side of the base material in the first inclined surface S21D. It has an inner side surface S212 to be formed. The outer side surface S211 is inclined at an inclination angle θ1 so as to decrease in diameter toward the lower surface 12 side of the base material, and the inner side surface S212 is inclined at an inclination angle θ2 so as to decrease in diameter toward the lower surface 12 side of the base material. are doing. As shown in FIG. 13, although the first inclined surface S21D faces the outer side in the radial direction in the entire region, θ1> θ2, and the inclination angle of the first inclined surface S21D is not uniform.

＜実施形態２＞
図１４は、実施形態２に係る表面処理がなされたオイルリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。図１５は、実施形態２に係る表面処理方法に用いる基材４の、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態２は、ピストンリングとして、３ピースのオイルリングに本発明に係る表面処理方法を適用したものである。コンプレッションリングの一例であるセカンドリングに適用したものである。実施形態２に係る表面処理方法は、セカンドリング（コンプレッションリング）の基材１に代えて３ピースオイルリングにおけるセグメントの基材４を用いる点で、図３で説明した実施形態１に係る表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。 <Embodiment 2>
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in which the surface-treated oil ring according to the second embodiment is provided in the internal combustion engine. FIG. 15 is a diagram showing a cross section of the base material 4 used in the surface treatment method according to the second embodiment, which is orthogonal to the peripheral direction. In the second embodiment, the surface treatment method according to the present invention is applied to a three-piece oil ring as a piston ring. It is applied to the second ring, which is an example of the compression ring. The surface treatment method according to the second embodiment uses the surface treatment according to the first embodiment described with reference to FIG. 3 in that the base material 4 of the segment in the three-piece oil ring is used instead of the base material 1 of the second ring (compression ring). It differs from the method and is the same in other respects.

［オイルリング］
図１４に示すオイルリング３００は、軸方向両側に設けられた一対のセグメント６０，６０と、一対のセグメント６０，６０を径方向外側へ付勢するエキスパンダ７０と、が組み合わされて形成されている。一対のセグメント６０，６０は、ピストン３０の往復運動に伴ってシリンダ内壁２０ａを摺動する。図１４に示すように、セグメント６０の表面は、セグメント上面６０１とセグメント下面６０２とセグメント外周面６０３とセグメント内周面６０４とを有する。オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合において、上側のセグメント上面６０１が上壁４０１側に位置し、下側のセグメント下面６０２が下壁４０２側に位置し、セグメント外周面６０３がシリンダ内壁２０ａに摺接し、セグメント内周面６０４がエキスパンダ７０に当接する。セグメント６０は、合口（図示なし）が形成された円環状を有している。セグメント６０は、表面処理方法を用いて基材４の表面にＰＶＤ被膜２、酸化被膜３が成膜されることで形成される。以下、基材４について詳しく説明し、ＰＶＤ被膜２、酸化被膜３についての詳しい説明は割愛する。 [Oil ring]
The oil ring 300 shown in FIG. 14 is formed by combining a pair of segments 60, 60 provided on both sides in the axial direction and an expander 70 for urging the pair of segments 60, 60 outward in the radial direction. There is. The pair of segments 60, 60 slide on the inner wall 20a of the cylinder with the reciprocating motion of the piston 30. As shown in FIG. 14, the surface of the segment 60 has a segment upper surface 601, a segment lower surface 602, a segment outer peripheral surface 603, and a segment inner peripheral surface 604. When the oil ring 300 is mounted in the ring groove 40, the upper segment upper surface 601 is located on the upper wall 401 side, the lower segment lower surface 602 is located on the lower wall 402 side, and the segment outer peripheral surface 603 is the cylinder inner wall. It is in sliding contact with 20a, and the inner peripheral surface of the segment 604 comes into contact with the expander 70. The segment 60 has an annular shape in which a joint (not shown) is formed. The segment 60 is formed by forming a PVD film 2 and an oxide film 3 on the surface of the base material 4 by using a surface treatment method. Hereinafter, the base material 4 will be described in detail, and the detailed description of the PVD film 2 and the oxide film 3 will be omitted.

図１４に示すように、基材４の表面は、基材上面４１と基材下面４２と基材外周面４３と基材内周面４４とを有する。基材上面４１は、オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合に上壁４０１側に位置する面である。基材下面４２は、オイルリング３００
がリング溝４０に装着された場合に下壁４０２側に位置する面である。基材上面４１及び基材下面４２は、軸方向に直交しており、互いに平行な平坦面に形成されている。図１５に示すように、基材外周面４３は、基材上面４１の外周縁Ｅ１と基材下面４２の外周縁Ｅ２とを接続する面であり、オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合に、シリンダ内壁２０ａに対向する。基材内周面４４は、基材上面４１の内周縁と基材下面４２の内周縁とを接続する面であり、オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合にエキスパンダ７０に対向する。 As shown in FIG. 14, the surface of the base material 4 has a base material upper surface 41, a base material lower surface 42, a base material outer peripheral surface 43, and a base material inner peripheral surface 44. The upper surface 41 of the base material is a surface located on the upper wall 401 side when the oil ring 300 is mounted in the ring groove 40. The lower surface 42 of the base material is the oil ring 300.
Is a surface located on the lower wall 402 side when mounted in the ring groove 40. The base material upper surface 41 and the base material lower surface 42 are orthogonal to each other in the axial direction and are formed on flat surfaces parallel to each other. As shown in FIG. 15, the base material outer peripheral surface 43 is a surface connecting the outer peripheral edge E1 of the base material upper surface 41 and the outer peripheral edge E2 of the base material lower surface 42, and the oil ring 300 is mounted on the ring groove 40. In this case, it faces the cylinder inner wall 20a. The base material inner peripheral surface 44 is a surface connecting the inner peripheral edge of the base material upper surface 41 and the inner peripheral edge of the base material lower surface 42, and faces the expander 70 when the oil ring 300 is mounted in the ring groove 40. ..

図１５に示すように、基材外周面４３は、外周端面Ｓ１と、カット面Ｓ２と、を有する。外周端面Ｓ１は、周長方向に直交する断面において、径方向外側に凸状に湾曲した円弧形状を有している。外周端面Ｓ１は、基材４において最大径となる頂部Ｐ１を含む。図１５に示すように、頂部Ｐ１は、外周端面Ｓ１における円弧の頂点に形成される。また、外周端面Ｓ１は、基材下面４２の外周縁Ｅ２よりも径方向の外側に形成されている。即ち、頂部Ｐ１は、基材下面４２の外周縁Ｅ２よりも径方向外側に位置する。外周端面Ｓ１は、オイルリング３００がリング溝４０に装着された場合に、ＰＶＤ被膜２を介してシリンダ内壁２０ａに摺接することで、隙間ＰＣ１内のオイルを掻き落とす。なお、外周端面Ｓ１の形状は、円弧形状に限定しない。 As shown in FIG. 15, the base material outer peripheral surface 43 has an outer peripheral end surface S1 and a cut surface S2. The outer peripheral end surface S1 has an arc shape curved outward in the radial direction in a cross section orthogonal to the circumferential length direction. The outer peripheral end face S1 includes a top portion P1 having the maximum diameter in the base material 4. As shown in FIG. 15, the top portion P1 is formed at the apex of the arc on the outer peripheral end surface S1. Further, the outer peripheral end surface S1 is formed on the outer side in the radial direction with respect to the outer peripheral edge E2 of the lower surface surface 42 of the base material. That is, the top portion P1 is located radially outside the outer peripheral edge E2 of the lower surface surface 42 of the base material. When the oil ring 300 is attached to the ring groove 40, the outer peripheral end surface S1 is in sliding contact with the cylinder inner wall 20a via the PVD coating 2 to scrape off the oil in the gap PC1. The shape of the outer peripheral end surface S1 is not limited to the arc shape.

図１５に示すように、カット面Ｓ２は、外周端面Ｓ１の基材下面４２側の縁Ｅ３と基材下面４２の外周縁Ｅ２とを接続する面である。カット面Ｓ２は、第１傾斜面Ｓ２１と接続面Ｓ２２とを含む。第１傾斜面Ｓ２１は、外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に基材下面４２側に向かうに従って縮径するように傾斜している。接続面Ｓ２２は、第１傾斜面Ｓ２１における基材下面４２側の縁Ｅ４と基材下面４２の外周縁Ｅ２とを接続している。接続面Ｓ２２は、基材１の軸方向に沿って延在してもよいし、基材１の軸方向に対して傾斜してもよい。図１５に示すように、カット面Ｓ２は、全領域において径方向外側に面している。基材外周面４３は、第１傾斜面Ｓ２１と接続面Ｓ２２とによって、クランク室側の部分が切り欠かかれたアンダーカット形状に形成されている。このような基材４に表面処理を施すことで、セグメント６０の外周面６０３にアンダーカットが形成される。その結果、良好なオイル掻き性能が得られる。なお、基材上面４１、基材下面４２、外周端面Ｓ１、第１傾斜面Ｓ２１、接続面Ｓ２２、基材内周面４４は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して接続されてもよい。 As shown in FIG. 15, the cut surface S2 is a surface connecting the edge E3 of the outer peripheral end surface S1 on the lower surface 42 side of the base material and the outer peripheral edge E2 of the lower surface 42 of the base material. The cut surface S2 includes a first inclined surface S21 and a connecting surface S22. The first inclined surface S21 is connected to the edge E3 of the outer peripheral end surface S1 and is inclined so as to reduce its diameter toward the lower surface 42 side of the base material. The connection surface S22 connects the edge E4 on the lower surface 42 side of the base material on the first inclined surface S21 and the outer peripheral edge E2 of the lower surface 42 of the base material. The connection surface S22 may extend along the axial direction of the base material 1 or may be inclined with respect to the axial direction of the base material 1. As shown in FIG. 15, the cut surface S2 faces radially outward in the entire region. The outer peripheral surface 43 of the base material is formed in an undercut shape in which a portion on the crank chamber side is cut out by the first inclined surface S21 and the connecting surface S22. By applying a surface treatment to such a base material 4, an undercut is formed on the outer peripheral surface 603 of the segment 60. As a result, good oil scraping performance can be obtained. The upper surface of the base material 41, the lower surface of the base material 42, the outer peripheral end surface S1, the first inclined surface S21, the connection surface S22, and the inner peripheral surface of the base material 44 are connected via a curved surface having an arcuate cross section formed by R processing or the like. May be done.

実施形態２に係る表面処理方法では、実施形態１と同様に、ターゲット２２０が基材４の径方向外側に配置され、ターゲット２２０の出射面２２０Ｓと外周端面Ｓ１とが対向した状態で、蒸着工程が行われる。カット面Ｓ２を全領域において径方向外側に面した形状とすることで、蒸着工程において、カット面Ｓ２の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面Ｓ２に膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。その結果、オイルリング３００に良好なオイル掻き性能を付与しながらも、基材外周面４３に対するＰＶＤ被膜２の密着性を良好なものとすることができ、ＰＶＤ被膜２の浮きや剥離を抑制することができる。 In the surface treatment method according to the second embodiment, as in the first embodiment, the target 220 is arranged on the radial outer side of the base material 4, and the emission surface 220S of the target 220 and the outer peripheral end surface S1 face each other in the vapor deposition step. Is done. By forming the cut surface S2 so as to face the outer side in the radial direction in the entire region, the particles of the material easily adhere to the entire area of the cut surface S2 in the vapor deposition process, and the PVD having high film thickness uniformity on the cut surface S2. The film 2 can be formed. As a result, it is possible to improve the adhesion of the PVD coating 2 to the outer peripheral surface 43 of the base material while imparting good oil scraping performance to the oil ring 300, and suppress the floating and peeling of the PVD coating 2. be able to.

また、実施形態２においても、径方向における中心軸から基材上面４１の外周縁Ｅ１までの距離と中心軸から基材下面４２の外周縁Ｅ２までの距離とを、互いに等しくし、複数の基材４をそれぞれの中心軸が一致するように軸方向に積み重ねた状態で蒸着工程を行うことで、基材上面４１及び基材下面４２にＰＶＤ被膜２が成膜されることを抑制できる。 Further, also in the second embodiment, the distance from the central axis in the radial direction to the outer peripheral edge E1 of the upper surface 41 of the base material and the distance from the central axis to the outer peripheral edge E2 of the lower surface 42 of the base material are made equal to each other, and a plurality of groups are used. By performing the vapor deposition step in a state where the materials 4 are stacked in the axial direction so that their central axes coincide with each other, it is possible to prevent the PVD coating film 2 from being formed on the upper surface 41 of the base material and the lower surface 42 of the base material.

また、実施形態２においても、Ｃｒ又はＴｉからなる下地被膜２１を介して硬質被膜２２を基材外周面４３に成膜することで、硬質被膜２２の基材外周面４３に対する密着性を更に高めることができる。その結果、硬質被膜２２の浮きや剥離をより好適に抑制することができる。なお、下地被膜２１の膜厚は特に限定されないが、硬質被膜２２と下地被膜
２１とを含めた蒸着膜２全体の膜厚の５０％以下とすることが、密着性向上の観点から、より好ましい。 Further, also in the second embodiment, by forming the hard coating film 22 on the outer peripheral surface 43 of the base material via the base film 21 made of Cr or Ti, the adhesion of the hard coating 22 to the outer peripheral surface 43 of the base material is further enhanced. be able to. As a result, floating and peeling of the hard coating 22 can be more preferably suppressed. The film thickness of the undercoat film 21 is not particularly limited, but it is more preferable to make it 50% or less of the film thickness of the entire vapor-filmed film 2 including the hard film 22 and the undercoat film 21 from the viewpoint of improving adhesion. ..

また、実施形態２においても、傾斜角度θを５°以上とすることで、第１傾斜面Ｓ２１に対するＰＶＤ被膜２の密着性を更に向上させることができる。更に、傾斜角度θを、５°以上２５°以下とすることが、オイル掻き性能の観点において好ましい。但し、本発明はこれらに限定されない。 Further, also in the second embodiment, by setting the inclination angle θ to 5 ° or more, the adhesion of the PVD coating 2 to the first inclined surface S21 can be further improved. Further, it is preferable that the inclination angle θ is 5 ° or more and 25 ° or less from the viewpoint of oil scraping performance. However, the present invention is not limited to these.

＜実施形態３＞
図１６は、実施形態３に係る表面処理がなされたオイルリングが内燃機関に設けられた状態を示す断面図である。図１７は、実施形態３に係る表面処理方法に用いる基材５の、周長方向に直交する断面を示す図である。実施形態３は、ピストンリングとして、２ピースのオイルリングに本発明に係る表面処理方法を適用したものである。実施形態３に係る表面処理方法は、セカンドリング（コンプレッションリング）の基材１に代えて２ピースオイルリングにおけるリング本体の基材５を用いる点で、図３で説明した実施形態１に係る表面処理方法と相違し、その他の点は同じである。 <Embodiment 3>
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state in which the surface-treated oil ring according to the third embodiment is provided in the internal combustion engine. FIG. 17 is a diagram showing a cross section of the base material 5 used in the surface treatment method according to the third embodiment, which is orthogonal to the peripheral direction. In the third embodiment, the surface treatment method according to the present invention is applied to a two-piece oil ring as a piston ring. The surface treatment method according to the third embodiment uses the base material 5 of the ring body in the two-piece oil ring instead of the base material 1 of the second ring (compression ring), and the surface according to the first embodiment described with reference to FIG. It differs from the processing method and is the same in other respects.

［オイルリング］
図１６に示すオイルリング４００は、径方向外側に突出した一対のレール８１０，８１０が軸方向両側に設けられたリング本体８０と、リング本体８０を径方向外側へ付勢するエキスパンダ９０と、が組み合わされて形成されている。一対のレール８１０，８１０は、ピストン３０の往復運動に伴ってシリンダ内壁２０ａを摺動する。図１６に示すように、リング本体８０の表面は、上面８０１と下面８０２と外周面８０３と内周面８０４とを有する。オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合において、上面８０１が上壁４０１に対向し、下面８０２が下壁４０２に対向し、外周面８０３がシリンダ内壁２０ａに摺接し、内周面８０４がエキスパンダ９０に当接する。リング本体８０は、合口（図示なし）が形成された円環状を有している。リング本体８０は、表面処理方法を用いて基材５の表面にＰＶＤ被膜２、酸化被膜３が成膜されることで形成される。以下、基材５について詳しく説明し、ＰＶＤ被膜２、酸化被膜３についての詳しい説明は割愛する。 [Oil ring]
The oil ring 400 shown in FIG. 16 includes a ring body 80 in which a pair of rails 810 and 810 projecting outward in the radial direction are provided on both sides in the axial direction, and an expander 90 for urging the ring body 80 outward in the radial direction. Are combined and formed. The pair of rails 810 and 810 slide on the inner wall 20a of the cylinder as the piston 30 reciprocates. As shown in FIG. 16, the surface of the ring body 80 has an upper surface 801 and a lower surface 802, an outer peripheral surface 803, and an inner peripheral surface 804. When the oil ring 400 is mounted in the ring groove 40, the upper surface 801 faces the upper wall 401, the lower surface 802 faces the lower wall 402, the outer peripheral surface 803 slides into contact with the cylinder inner wall 20a, and the inner peripheral surface 804 Contact the expander 90. The ring body 80 has an annular shape in which a joint (not shown) is formed. The ring body 80 is formed by forming a PVD film 2 and an oxide film 3 on the surface of the base material 5 by using a surface treatment method. Hereinafter, the base material 5 will be described in detail, and the detailed description of the PVD film 2 and the oxide film 3 will be omitted.

図１６に示すように、基材５の表面は、基材上面５１と基材下面５２と基材外周面５３と基材内周面５４とを有する。基材上面５１は、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合に上壁４０１に対向する面である。基材下面５２は、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合に下壁４０２に対向する面である。基材上面５１及び基材下面５２は、軸方向に直交しており、互いに平行な平坦面に形成されている。図１７に示すように、基材外周面５３は、基材上面５１の外周縁Ｅ１と基材下面５２の外周縁Ｅ２とを接続する面であり、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合に、シリンダ内壁２０ａに対向する。基材内周面５４は、基材上面５１の内周縁と基材下面５２の内周縁とを接続する面であり、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合にエキスパンダ９０に対向する。 As shown in FIG. 16, the surface of the base material 5 has a base material upper surface 51, a base material lower surface 52, a base material outer peripheral surface 53, and a base material inner peripheral surface 54. The upper surface 51 of the base material is a surface facing the upper wall 401 when the oil ring 400 is mounted in the ring groove 40. The lower surface 52 of the base material is a surface facing the lower wall 402 when the oil ring 400 is mounted in the ring groove 40. The base material upper surface 51 and the base material lower surface 52 are orthogonal to each other in the axial direction and are formed on flat surfaces parallel to each other. As shown in FIG. 17, the base material outer peripheral surface 53 is a surface connecting the outer peripheral edge E1 of the base material upper surface 51 and the outer peripheral edge E2 of the base material lower surface 52, and the oil ring 400 is mounted in the ring groove 40. In this case, it faces the cylinder inner wall 20a. The inner peripheral surface 54 of the base material is a surface connecting the inner peripheral edge of the upper surface surface 51 of the base material and the inner peripheral edge of the lower surface 52 of the base material, and faces the expander 90 when the oil ring 400 is mounted in the ring groove 40. ..

図１７に示すように、基材外周面５３は、上下対称の形状を有している。より具体的には、基材外周面５３は、リング本体８０における一対のレール８１０，８１０のうち、リング溝４０の上壁４０１側のレール８１０の外周面に含まれる上側レール面５３１と、リング溝４０の下壁４０２側のレール８１０に含まれる下側レール面５３２と、上側レール面５３１と下側レール面５３２とを接続する上下レール接続面５３３と、を有する。 As shown in FIG. 17, the base material outer peripheral surface 53 has a vertically symmetrical shape. More specifically, the base material outer peripheral surface 53 includes the upper rail surface 531 included in the outer peripheral surface of the rail 810 on the upper wall 401 side of the ring groove 40 among the pair of rails 810 and 810 in the ring body 80, and the ring. It has a lower rail surface 532 included in the rail 810 on the lower wall 402 side of the groove 40, and an upper and lower rail connecting surface 533 connecting the upper rail surface 531 and the lower rail surface 532.

上側レール面５３１は、更に、上側の外周端面Ｓ１と、上側のカット面Ｓ２と、上側の第２傾斜面Ｓ３と、を有する。上側の外周端面Ｓ１は、周長方向に直交する断面において、径方向外側に凸状に湾曲した円弧形状を有している。上側の外周端面Ｓ１は、上側レー
ル面５３１において最大径となる上側の頂部Ｐ１を含み、基材上面５１の外周縁Ｅ１よりも径方向の外側に形成されている。 The upper rail surface 531 further has an upper outer peripheral end surface S1, an upper cut surface S2, and an upper second inclined surface S3. The upper outer peripheral end surface S1 has an arc shape curved outward in the radial direction in a cross section orthogonal to the circumferential length direction. The upper outer peripheral end surface S1 includes the upper top portion P1 having the maximum diameter on the upper rail surface 531 and is formed on the outer side in the radial direction with respect to the outer peripheral edge E1 of the upper surface surface 51 of the base material.

図１７に示すように、上側のカット面Ｓ２は、上側の外周端面Ｓ１の基材上面５１側の縁Ｅ３と基材上面５１の外周縁Ｅ１とを接続する面である。上側のカット面Ｓ２は、上側の第１傾斜面Ｓ２１と上側の接続面Ｓ２２とを含む。上側の第１傾斜面Ｓ２１は、上側の外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に基材上面５１側に向かうに従って縮径するように傾斜している。上側の接続面Ｓ２２は、上側の第１傾斜面Ｓ２１における基材上面５１側の縁Ｅ４と基材上面５１の外周縁Ｅ１とを接続すると共に基材５の軸方向に沿って延在している。但し、上側の接続面Ｓ２２は、基材５の軸方向に対して傾斜してもよい。図１７に示すように、上側のカット面Ｓ２は、全領域において径方向外側に面している。上側の第２傾斜面Ｓ３は、上側の外周端面Ｓ１における基材下面５２側の縁Ｅ５と上下レール接続面５３３における基材上面側５１の縁Ｅ７とを接続すると共に基材下面５２側に向かうに従って縮径するように傾斜している。 As shown in FIG. 17, the upper cut surface S2 is a surface connecting the edge E3 of the upper outer peripheral end surface S1 on the upper surface 51 side of the base material and the outer peripheral edge E1 of the upper surface 51 of the base material. The upper cut surface S2 includes an upper first inclined surface S21 and an upper connecting surface S22. The upper first inclined surface S21 is connected to the edge E3 of the upper outer peripheral end surface S1 and is inclined so as to shrink in diameter toward the upper surface 51 side of the base material. The upper connecting surface S22 connects the edge E4 on the upper surface 51 side of the base material on the upper first inclined surface S21 and the outer peripheral edge E1 of the upper surface 51 of the base material, and extends along the axial direction of the base material 5. There is. However, the upper connecting surface S22 may be inclined with respect to the axial direction of the base material 5. As shown in FIG. 17, the upper cut surface S2 faces radially outward in the entire region. The upper second inclined surface S3 connects the edge E5 on the lower surface 52 side of the base material on the upper outer peripheral end surface S1 and the edge E7 on the upper surface side 51 of the base material on the upper and lower rail connecting surfaces 533, and faces the lower surface 52 side of the base material. It is inclined so as to reduce the diameter according to.

下側レール面５３２は、更に、下側の外周端面Ｓ１と、下側のカット面Ｓ２と、下側の第２傾斜面Ｓ３と、を有する。下側の外周端面Ｓ１は、周長方向に直交する断面において、径方向外側に凸状に湾曲した円弧形状を有している。下側の外周端面Ｓ１は、下側レール面５３２において最大径となる下側の頂部Ｐ１を含み、基材下面５２の外周縁Ｅ２よりも径方向の外側に形成されている。 The lower rail surface 532 further has a lower outer peripheral end surface S1, a lower cut surface S2, and a lower second inclined surface S3. The lower outer peripheral end surface S1 has an arc shape curved outward in the radial direction in a cross section orthogonal to the circumferential length direction. The lower outer peripheral end surface S1 includes the lower top portion P1 having the maximum diameter on the lower rail surface 532, and is formed radially outside the outer peripheral edge E2 of the lower surface 52 of the base material.

図１７に示すように、下側のカット面Ｓ２は、下側の外周端面Ｓ１の基材下面５２側の縁Ｅ３と基材下面５２の外周縁Ｅ２とを接続する面である。下側のカット面Ｓ２は、下側の第１傾斜面Ｓ２１と下側の接続面Ｓ２２とを含む。下側の第１傾斜面Ｓ２１は、下側の外周端面Ｓ１の縁Ｅ３に接続されると共に基材下面５２側に向かうに従って縮径するように傾斜している。下側の接続面Ｓ２２は、下側の第１傾斜面Ｓ２１における基材下面５２側の縁Ｅ４と基材下面５２の外周縁Ｅ２とを接続すると共に基材５の軸方向に沿って延在している。但し、下側の接続面Ｓ２２は、基材５の軸方向に対して傾斜してもよい。図１７に示すように、下側のカット面Ｓ２は、全領域において径方向外側に面している。下側の第２傾斜面Ｓ３は、下側の外周端面Ｓ１における基材上面５１側の縁Ｅ５と上下レール接続面５３３における基材下面側５２の縁Ｅ８とを接続すると共に基材上面５１側に向かうに従って縮径するように傾斜している。 As shown in FIG. 17, the lower cut surface S2 is a surface connecting the edge E3 on the lower surface 52 side of the lower outer peripheral end surface S1 and the outer peripheral edge E2 of the lower surface 52 of the base material. The lower cut surface S2 includes a lower first inclined surface S21 and a lower connecting surface S22. The lower first inclined surface S21 is connected to the edge E3 of the lower outer peripheral end surface S1 and is inclined so as to shrink in diameter toward the lower surface 52 side of the base material. The lower connecting surface S22 connects the edge E4 on the lower surface 52 side of the base material on the lower first inclined surface S21 and the outer peripheral edge E2 of the lower surface 52 of the base material, and extends along the axial direction of the base material 5. are doing. However, the lower connection surface S22 may be inclined with respect to the axial direction of the base material 5. As shown in FIG. 17, the lower cut surface S2 faces radially outward in the entire region. The lower second inclined surface S3 connects the edge E5 on the upper surface 51 side of the base material on the lower outer peripheral end surface S1 and the edge E8 on the lower surface side 52 of the base material on the upper and lower rail connecting surfaces 533, and is on the upper surface 51 side of the base material. It is inclined so that the diameter is reduced toward.

なお、基材上面５１、基材下面５２、外周端面Ｓ１、第１傾斜面Ｓ２１、接続面Ｓ２２、基材内周面５４は、Ｒ加工等によって形成された断面円弧状の曲面を介して接続されてもよい。 The upper surface of the base material 51, the lower surface of the base material 52, the outer peripheral end surface S1, the first inclined surface S21, the connecting surface S22, and the inner peripheral surface of the base material 54 are connected via a curved surface having an arcuate cross section formed by R processing or the like. May be done.

上側及び下側の外周端面Ｓ１は、オイルリング４００がリング溝４０に装着された場合に、ＰＶＤ被膜２を介してシリンダ内壁２０ａに摺接することで、隙間ＰＣ１内のオイルを掻き落とす。なお、外周端面Ｓ１の形状は、円弧形状に限定しない。 When the oil ring 400 is attached to the ring groove 40, the upper and lower outer peripheral end faces S1 are slidably contacted with the cylinder inner wall 20a via the PVD coating 2 to scrape off the oil in the gap PC1. The shape of the outer peripheral end surface S1 is not limited to the arc shape.

実施形態３に係る表面処理方法では、実施形態１と同様に、ターゲット２２０が基材５の径方向外側に配置され、ターゲット２２０の出射面２２０Ｓと外周端面Ｓ１とが対向した状態で、蒸着工程が行われる。上側及び下側のカット面Ｓ２を全領域において径方向外側に面した形状とすることで、蒸着工程において、カット面Ｓ２の全域に材料の粒子が付着し易くなり、カット面Ｓ２に膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜することができる。また、上側レール面５３１の第２傾斜面Ｓ３を基材下面５２側に向かうに従って縮径するように傾斜させ、下側レール面５３２の第２傾斜面Ｓ３を基材上面５１側に向かうに従って縮径するように傾斜させることで、上側及び下側の第２傾斜面Ｓ３の全域に材料の粒子が付着し易くなり、夫々の第２傾斜面Ｓ３にも膜厚の均一性の高いＰＶＤ被膜２を成膜
することができる。その結果、オイルリングに良好なオイル掻き性能を付与しながらも、基材外周面５３に対するＰＶＤ被膜２の密着性を良好なものとすることができ、ＰＶＤ被膜２の浮きや剥離を抑制することができる。 In the surface treatment method according to the third embodiment, as in the first embodiment, the target 220 is arranged on the radial outer side of the base material 5, and the vapor deposition step is carried out in a state where the exit surface 220S of the target 220 and the outer peripheral end surface S1 face each other. Is done. By forming the upper and lower cut surfaces S2 to face radially outward in the entire region, it becomes easy for material particles to adhere to the entire area of the cut surface S2 in the vapor deposition process, and the film thickness is increased on the cut surface S2. A PVD film 2 having high uniformity can be formed. Further, the second inclined surface S3 of the upper rail surface 531 is inclined so as to shrink in diameter toward the lower surface 52 side of the base material, and the second inclined surface S3 of the lower rail surface 532 shrinks toward the upper surface 51 side of the base material. By inclining so as to have a diameter, the particles of the material are likely to adhere to the entire area of the upper and lower second inclined surfaces S3, and the PVD coating 2 having high film thickness is also applied to each of the second inclined surfaces S3. Can be formed. As a result, it is possible to improve the adhesion of the PVD coating 2 to the outer peripheral surface 53 of the base material while imparting good oil scraping performance to the oil ring, and suppress the floating and peeling of the PVD coating 2. Can be done.

また、実施形態３においても、径方向における中心軸から基材上面５１の外周縁Ｅ１までの距離と中心軸から基材下面５２の外周縁Ｅ２までの距離とを、互いに等しくし、複数の基材５をそれぞれの中心軸が一致するように軸方向に積み重ねた状態で蒸着工程を行うことで、基材上面５１及び基材下面５２にＰＶＤ被膜２が成膜されることを抑制できる。 Further, also in the third embodiment, the distance from the central axis in the radial direction to the outer peripheral edge E1 of the upper surface surface 51 of the base material and the distance from the central axis to the outer peripheral edge E2 of the lower surface 52 of the base material are made equal to each other, and a plurality of groups are used. By performing the vapor deposition step in a state where the materials 5 are stacked in the axial direction so that their central axes coincide with each other, it is possible to prevent the PVD coating film 2 from being formed on the upper surface surface 51 of the base material and the lower surface 52 of the base material.

また、実施形態３においても、Ｃｒ又はＴｉからなる下地被膜２１を介して硬質被膜２２を基材外周面５３に成膜することで、硬質被膜２２の基材外周面５３に対する密着性を更に高めることができる。その結果、硬質被膜２２の浮きや剥離をより好適に抑制することができる。なお、下地被膜２１の膜厚は特に限定されないが、硬質被膜２２と下地被膜２１とを含めた蒸着膜２全体の膜厚の５０％以下とすることが、密着性向上の観点から、より好ましい。 Further, also in the third embodiment, by forming the hard coating film 22 on the outer peripheral surface 53 of the base material via the base film 21 made of Cr or Ti, the adhesion of the hard coating 22 to the outer peripheral surface 53 of the base material is further enhanced. be able to. As a result, floating and peeling of the hard coating 22 can be more preferably suppressed. The film thickness of the undercoat film 21 is not particularly limited, but it is more preferable to make it 50% or less of the film thickness of the entire vapor-filmed film 2 including the hard film 22 and the undercoat film 21 from the viewpoint of improving adhesion. ..

また、実施形態３においても、各傾斜面の傾斜角度φ１～φ４を５°以上とすることで、第１傾斜面Ｓ２１及び第２傾斜面Ｓ３に対するＰＶＤ被膜２の密着性を更に向上させることができる。更に、各傾斜面の傾斜角度φ１～φ４を、５°以上２５°以下とすることが、オイル掻き性能の観点において好ましい。但し、本発明はこれらに限定されない。 Further, also in the third embodiment, by setting the inclination angles φ1 to φ4 of each inclined surface to 5 ° or more, the adhesion of the PVD coating 2 to the first inclined surface S21 and the second inclined surface S3 can be further improved. can. Further, it is preferable that the inclination angles φ1 to φ4 of each inclined surface are 5 ° or more and 25 ° or less from the viewpoint of oil scraping performance. However, the present invention is not limited to these.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した種々の形態は、可能な限り組み合わせることができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the various embodiments described above can be combined as much as possible.

１ ：基材
１１ ：基材上面
１２ ：基材下面
１３ ：基材外周面
２ ：ＰＶＤ被膜（蒸着膜の一例）
２１ ：下地被膜
２２ ：硬質被膜
３ ：酸化被膜
１０ ：セカンドリング（コンプレッションリングの一例）
２０ ：シリンダ
３０ ：内燃機関用ピストン
４０ ：リング溝
４０１ ：上壁
４０２ ：下壁
１００ ：内燃機関
Ｓ１ ：外周端面
Ｓ２ ：カット面
Ｓ２１ ：第１傾斜面（傾斜面の一例）
Ｓ２２ ：接続面
Ｓ３ ：第２傾斜面（傾斜面の一例）
1: Substrate 11: Substrate upper surface 12: Substrate lower surface 13: Substrate outer peripheral surface 2: PVD coating film (example of vapor deposition film)
21: Undercoat 22: Hard coating 3: Oxide coating 10: Second ring (example of compression ring)
20: Cylinder 30: Piston for internal combustion engine 40: Ring groove 401: Upper wall 402: Lower wall 100: Internal combustion engine S1: Outer peripheral end surface S2: Cut surface S21: First inclined surface (example of inclined surface)
S22: Connection surface S3: Second inclined surface (an example of an inclined surface)

Claims (7)

内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるコンプレッションリングの外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であって、
前記コンプレッションリングの基材であって、該コンプレッションリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁に対向する基材上面と、該コンプレッションリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁に対向する基材下面と、前記基材上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、
ターゲットを用いた、溶射法を除く蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、
前記基材外周面は、前記基材において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よりも径方向外側に形成された外周端面と、前記外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続するカット面と、を有し、
前記カット面は、前記外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面を含み、且つ、該カット面の全領域に亘って径方向の外側に面しており、
前記カット面は、前記基材下面の外周縁と前記傾斜面における前記基材下面側の縁とを接続する接続面を更に含み、
前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、
表面処理方法。 A surface treatment method for forming a thin-film deposition film on the outer peripheral surface of a compression ring mounted in the ring groove of a piston for an internal combustion engine.
When the upper surface of the base material of the compression ring facing the upper wall of the ring groove when the compression ring is mounted in the ring groove and the compression ring are mounted in the ring groove. A base material preparation step for preparing a base material having a lower surface of the base material facing the lower wall of the ring groove, and an outer peripheral surface of the base material connecting the outer peripheral edge of the upper surface of the base material and the outer peripheral edge of the lower surface of the base material. When,
A vapor deposition step of forming the vapor deposition film on the outer peripheral surface of the substrate by adhering particles emitted from the target to the substrate by a vapor deposition method using a target other than a thermal spraying method is included.
The outer peripheral surface of the base material includes an upper portion having the maximum diameter in the base material, and an outer peripheral end surface having an edge on the lower surface side of the base material formed radially outside the outer peripheral edge of the lower surface of the base material, and the outer peripheral end surface. Has a cut surface connecting the edge on the lower surface side of the base material and the outer peripheral edge of the lower surface of the base material.
The cut surface includes an inclined surface that is connected to the edge of the outer peripheral end surface on the lower surface side of the base material and is inclined so as to reduce the diameter toward the lower surface side of the base material, and covers the entire region of the cut surface. Facing the outside in the radial direction over
The cut surface further includes a connecting surface connecting the outer peripheral edge of the lower surface of the base material and the edge of the inclined surface on the lower surface side of the base material.
The vapor deposition step is performed in a state where the target and the outer peripheral end face face each other.
Surface treatment method. 軸方向両側に設けられた一対のセグメントと、前記一対のセグメントを径方向外側へ付勢するエキスパンダと、を有し、内燃機関用ピストンのリング溝に装着されるオイルリングにおける前記セグメントの外周面に、蒸着膜を形成する表面処理方法であって、
前記セグメントの基材であって、該セグメントの軸方向両側の面のうち、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の上壁側に位置する基材上面と、該オイルリングが前記リング溝に装着された場合に前記リング溝の下壁側に位置する基材下面と、前記基材上面の外周縁と前記基材下面の外周縁とを接続する基材外周面と、を有する基材を用意する基材準備工程と、
ターゲットを用いた、溶射法を除く蒸着法により、前記ターゲットから出射された粒子
を前記基材に付着させることで、前記基材外周面に前記蒸着膜を形成する蒸着工程と、を含み、
前記基材外周面は、前記基材において最大径となる頂部を含み、前記基材下面側の縁が前記基材下面の外周縁よりも径方向外側に形成された外周端面と、前記外周端面における前記基材下面側の縁と前記基材下面の外周縁とを接続するカット面と、を有し、
前記カット面は、前記外周端面における前記基材下面側の縁に接続されると共に前記基材下面側に向かうに従って縮径するように傾斜した傾斜面を含み、且つ、該カット面の全領域に亘って径方向の外側に面しており、
前記カット面は、前記基材下面の外周縁と前記傾斜面における前記基材下面側の縁とを接続する接続面を更に含み、
前記蒸着工程は、前記ターゲットと前記外周端面とを対向させた状態で行われる、
表面処理方法。 It has a pair of segments provided on both sides in the axial direction and an expander that urges the pair of segments outward in the radial direction, and has an outer periphery of the segment in an oil ring mounted in a ring groove of a piston for an internal combustion engine. A surface treatment method for forming a vapor-filmed film on a surface.
Of the surfaces of the segment on both sides in the axial direction, the upper surface of the substrate located on the upper wall side of the ring groove when the oil ring is mounted in the ring groove, and the oil. When the ring is mounted in the ring groove, the lower surface of the base material located on the lower wall side of the ring groove, and the outer peripheral surface of the base material connecting the outer peripheral edge of the upper surface of the base material and the outer peripheral edge of the lower surface of the base material. A base material preparation process for preparing a base material having, and
A vapor deposition step of forming the vapor deposition film on the outer peripheral surface of the substrate by adhering particles emitted from the target to the substrate by a vapor deposition method using a target other than a thermal spraying method is included.
The outer peripheral surface of the base material includes an upper portion having the maximum diameter in the base material, and an outer peripheral end surface having an edge on the lower surface side of the base material formed radially outside the outer peripheral edge of the lower surface of the base material, and the outer peripheral end surface. Has a cut surface connecting the edge on the lower surface side of the base material and the outer peripheral edge of the lower surface of the base material.
The cut surface includes an inclined surface that is connected to the edge of the outer peripheral end surface on the lower surface side of the base material and is inclined so as to reduce the diameter toward the lower surface side of the base material, and covers the entire region of the cut surface. Facing the outside in the radial direction over
The cut surface further includes a connecting surface connecting the outer peripheral edge of the lower surface of the base material and the edge of the inclined surface on the lower surface side of the base material.
The vapor deposition step is performed in a state where the target and the outer peripheral end face face each other.
Surface treatment method. 前記蒸着工程は、複数の前記基材を、それぞれの中心軸が一致するように、軸方向に積み重ねた状態で行われ、
前記基材は、径方向における前記中心軸から前記基材上面の外周縁までの距離と前記中心軸から前記基材下面の外周縁までの距離とが、互いに等しくなるように形成されている、
請求項１又は２に記載の表面処理方法。 The thin-film deposition step is performed in a state where a plurality of the substrates are stacked in the axial direction so that their respective central axes coincide with each other.
The base material is formed so that the distance from the central axis to the outer peripheral edge of the upper surface of the base material in the radial direction and the distance from the central axis to the outer peripheral edge of the lower surface of the base material are equal to each other.
The surface treatment method according to claim 1 or 2 . 前記基材の周長方向に直交する断面において、前記基材の径方向に対する前記傾斜面の傾斜角度は、５°以上である、
請求項１から３の何れか一項に記載の表面処理方法。 In the cross section orthogonal to the circumferential length direction of the base material, the inclination angle of the inclined surface with respect to the radial direction of the base material is 5 ° or more.
The surface treatment method according to any one of claims 1 to 3 . 前記基材の周長方向に直交する断面において、前記基材の径方向に対する前記傾斜面の傾斜角度は、５°以上２５°以下である、
請求項４に記載の表面処理方法。 In the cross section orthogonal to the circumferential length direction of the base material, the inclination angle of the inclined surface with respect to the radial direction of the base material is 5 ° or more and 25 ° or less.
The surface treatment method according to claim 4 . 前記蒸着工程は、前記基材外周面にＣｒ又はＴｉからなる下地被膜を形成する下地被膜形成工程と、前記下地被膜の上に硬質被膜を形成する硬質被膜形成工程と、を含む、
請求項１から５の何れか１項に記載の表面処理方法。 The vapor deposition step includes a base film forming step of forming a base film made of Cr or Ti on the outer peripheral surface of the base material, and a hard film forming step of forming a hard film on the base film.
The surface treatment method according to any one of claims 1 to 5 . 前記下地被膜の膜厚は、前記硬質被膜と前記下地被膜とを含めた前記蒸着膜全体の膜厚の５０％以下である、
請求項６に記載の表面処理方法。 The film thickness of the undercoat film is 50% or less of the film thickness of the entire vapor-filmed film including the hard film and the undercoat film.
The surface treatment method according to claim 6 .
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