JP2002213612A - Sliding part for internal combustion engine and internal combustion engine using the sliding part - Google Patents

Sliding part for internal combustion engine and internal combustion engine using the sliding part

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JP2002213612A
JP2002213612A JP2001353633A JP2001353633A JP2002213612A JP 2002213612 A JP2002213612 A JP 2002213612A JP 2001353633 A JP2001353633 A JP 2001353633A JP 2001353633 A JP2001353633 A JP 2001353633A JP 2002213612 A JP2002213612 A JP 2002213612A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sliding part for a reciprocating internal combustion engine, preventing reduction of flow resistance of lubricating oil flowing between sliding surfaces to ensure oil film thickness of the lubricating oil, which can reduce frictional loss so that efficiency of the internal combustion engine can be improved. SOLUTION: A dimple-shaped hollow 11 is formed in a base surface 10 of both sliding surfaces having irregularities of maximum height t, when the closest distance approached between the sliding surfaces is defined as h, when inflow/ outflow amounts of lubricating oil relating to a clearance between two parts are balanced when both the sliding surfaces are made a completely smoothed surface, h is set larger than t, at least one of averaged depths of the hollow in each sliding surface is set larger than h, a maximum diameter of the hollow in both the sliding surfaces is set to the shortest span or less in a range formed with a lubricating oil film, and an averaged value d of the maximum width of a groove in one sliding surface is set smaller than an averaged value L of the minimum distance between grooves in the other sliding surface.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品の摺動面
に形成された微細形状に基づく摩擦低減技術に係わり、
例えば自動車用のレシプロ式内燃機関の摩擦損失を低減
することができるレシプロ式内燃機関用摺動部品の表面
粗さ構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology for reducing friction based on a fine shape formed on a sliding surface of a machine component.
For example, the present invention relates to a surface roughness structure of a sliding component for a reciprocating internal combustion engine capable of reducing a friction loss of a reciprocating internal combustion engine for an automobile.

【0002】[0002]

【従来の技術】レシプロ式内燃機関の摺動部品として、
例えばクランクシャフトを支持する軸受メタルの表面形
状としては、すべり面に所定の深さと面積を有する潤滑
油ポケットを備えたものが特開2000−504089
号公報に開示されており、このような軸受メタルの相手
部品であるクランクシャフトの摺動面は、例えば図11
に示すように、微細な凹凸面における深い谷の部分が、
ある広い範囲に連続しているのが特徴であり、軸受メタ
ルの表面に、上記浮ポケットが存在し、その油溜りの効
果によって不十分な潤滑時や、高回転高荷重時の耐焼き
付き性が向上している。
2. Description of the Related Art As sliding parts for reciprocating internal combustion engines,
For example, as a surface shape of a bearing metal supporting a crankshaft, a bearing metal having a lubricating oil pocket having a predetermined depth and area on a sliding surface is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-504089.
The sliding surface of a crankshaft, which is a mating part of such a bearing metal, is disclosed in, for example, FIG.
As shown in the figure, the deep valley portion on the fine uneven surface is
It is characterized by being continuous over a certain wide area, and the above-mentioned floating pockets exist on the surface of the bearing metal, and due to the effect of the oil pool, seizure resistance during insufficient lubrication or high rotation and high load is reduced. Has improved.

【0003】また、例えばピストンスカートの摺動面
は、図12に示すように、旋削加工やローラ転造などの
方法によって、十点平均粗さRzが20μm以上となる
ように加工され、ピストンスカート部の摩耗が進行して
も、油溜りとしてのたに部が残されるようになってお
り、その油溜りの効果によって不十分な潤滑時や、高回
転高荷重時の耐焼き付き性が同様に向上している。ま
た、相手部品であるシリンダボアの摺動面は、例えば図
13(a)および(b)に示すようにクロスハッチ状に
加工されており、粗さの凹凸の谷が深い部分がある広い
範囲に連続している。
Further, for example, as shown in FIG. 12, the sliding surface of the piston skirt is processed by a method such as turning or roller rolling so that the ten-point average roughness Rz becomes 20 μm or more. Even if the wear of the part progresses, a part is left as an oil sump, and due to the effect of the oil sump, the seizure resistance at the time of insufficient lubrication and high rotation and high load is also reduced. Has improved. The sliding surface of the cylinder bore, which is the mating part, is processed in a cross hatch shape, for example, as shown in FIGS. It is continuous.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような摺動部品の表面粗さ構造にあっては、荷重を受け
る摺動面間に形成される潤滑油膜の厚さは、相対運動に
起因して、部品間の隙間に巻き込む潤滑油の流量と、荷
重に起因する圧力によって前記隙間から漏れ出る潤滑油
の流量とのバランスによって決定される。このとき、隙
間から漏れ出ようとする油は、修道する2つの面の表面
形状によって形成される空間を流れ、流動抵抗が小さい
部分からより多く流れる。また、その流れは層流となる
ので、流量は隙間の3乗に比例する。したがって、流動
方向に連続して隙間の広い空間があると、流動抵抗が大
きく低下することになる。
However, in the above-described surface roughness structure of the sliding component, the thickness of the lubricating oil film formed between the sliding surfaces receiving the load is caused by the relative motion. Then, it is determined by the balance between the flow rate of the lubricating oil caught in the gap between the parts and the flow rate of the lubricating oil leaking from the gap due to the pressure caused by the load. At this time, the oil that is about to leak from the gap flows through the space formed by the surface shapes of the two surfaces to be rebuilt, and flows more from the portion where the flow resistance is small. Since the flow is laminar, the flow rate is proportional to the cube of the gap. Therefore, if there is a space with a large gap continuously in the flow direction, the flow resistance will be greatly reduced.

【0005】ここで、上記のような組み合わせで摺動す
る場合、クランクシャフトやシリンダボアの摺動面にお
ける深い谷の部分が広い範囲に連続している個所が軸受
メタルやピストンスカートに形成された油溜りの窪み部
分ををつなぐ確率が高く、隙間から漏れ出ようとする油
は、この連続した隙間の大きい領域を選択的に流れるた
めに、流動抵抗が減少し、これによって油膜厚さが小さ
くなり、流体のせん断力が大きくなって摩擦損失が増大
するという問題があり、このような問題点の解消が摺動
面間の摩擦を低減して内燃機関の効率を向上させる上で
の課題となっていた。
[0005] In the case of sliding in the above-described combination, a portion where a deep valley portion in a sliding surface of a crankshaft or a cylinder bore is continuous over a wide range is formed on a bearing metal or a piston skirt. There is a high probability of connecting the pits of the pool, and the oil that tries to leak from the gap selectively flows through this continuous large area, reducing the flow resistance and thereby reducing the oil film thickness. However, there is a problem that the shear force of the fluid increases and friction loss increases, and solving such a problem is a problem in reducing the friction between the sliding surfaces and improving the efficiency of the internal combustion engine. I was

【0006】[0006]

【発明の目的】本発明は、従来のレシプロ式内燃機関用
の摺動部品における上記課題に着目してなされたもので
あって、2部品の摺動面間を流れる潤滑油の流動抵抗の
減少を防止することができ、潤滑油の油膜厚さを確保し
て摩擦損失を低減し、もって内燃機関の効率を向上させ
ることができるレシプロ式内燃機関用摺動部品を提供す
ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems in a conventional sliding component for a reciprocating internal combustion engine, and has been made to reduce the flow resistance of lubricating oil flowing between sliding surfaces of two components. It is an object of the present invention to provide a sliding component for a reciprocating internal combustion engine capable of preventing the occurrence of friction, reducing the friction loss by securing the oil film thickness of the lubricating oil, and thereby improving the efficiency of the internal combustion engine. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係わ
る内燃機関用摺動部品は、内燃機関において相対運動
し、摺動面間が層流状態の潤滑油油で潤滑された2部品
の摺動面における表面粗さ構造であって、両摺動面の表
面形状により形成される2部品間の隙間形状において隙
間から漏れる潤滑油の流れ方向の圧力勾配に対する流動
抵抗が両摺動面を完全平滑面としたときに2部品間に形
成される隙間形状における流動抵抗と等しい状態のとき
に、2部品間の隙間の逆数を面積分した値が完全平滑面
で形成される隙間形状における値よりも小さい構成とし
たことを特徴としており、当該摺動部品の実施の形態と
して請求項2に係わる摺動部品においては、両摺動面が
最大高さtの凹凸を持つベース面に、該ベース面にまわ
りを囲まれたディンプル状の窪みを有し、各摺動面のく
ぼみの最大深さをHとするとき、H/tが1よりも大き
く、両摺動面の窪みの最大径が摺動面の最も短いスパン
以下であり、一方の摺動面における窪みの最大径の平均
値をdとし、他方の摺動面における窪み間の最小距離の
平均値をLとしたときに、d<Lである構成とし、本発
明の請求項3に係わる摺動部品は、同じく内燃機関にお
いて相対運動し、摺動面間が層流状態の潤滑油油で潤滑
された2部品の摺動面における表面粗さ構造であって、
両摺動面が最大高さtの凹凸を持つベース面に、該ベー
ス面にまわりを全て囲まれたディンプル状の窪みを有
し、両摺動面を完全平滑面としたときに2部品間に形成
される隙間への相対運動による潤滑油の流入量と、2部
品間に発生する圧力による潤滑油の流出量がバランスす
る時の摺動面間の最接近距離をhと定義した場合に、該
hがtよりも大きく、各摺動面の窪みの平均深さの少な
くとも一方がhよりも大きく、両摺動面の窪みの最大径
が潤滑油膜の形成されている範囲の最も短いスパン以下
であり、一方の摺動面の窪みの最大径の平均値をdと
し、他方の摺動面の窪み間の最小距離の平均値をLとし
たときに、d<Lである構成としたことを特徴としてお
り、内燃機関用摺動部品におけるこのような構成を前述
した従来の課題を解決するための手段としている。
A sliding part for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention is a two-part part which relatively moves in an internal combustion engine and is lubricated with lubricating oil in a laminar state between sliding surfaces. The surface roughness structure of the sliding surfaces of the two sliding surfaces, wherein the flow resistance to the pressure gradient in the flow direction of the lubricating oil leaking from the gaps in the gap shape between the two parts formed by the surface shapes of the two sliding surfaces. In a state where the flow resistance is equal to the flow resistance in the gap formed between the two parts when is completely smooth, a value obtained by dividing the area of the reciprocal of the gap between the two parts is used in the gap formed by the completely smooth surface. The sliding component according to claim 2 as an embodiment of the sliding component, wherein both sliding surfaces have a base surface having irregularities of a maximum height t. Din surrounded by the base surface H / t is greater than 1 and the maximum diameter of the dents on both sliding surfaces is the shortest of the sliding surfaces, where H is the maximum depth of the dent on each sliding surface. Where d <L when the average value of the maximum diameter of the depression on one sliding surface is d and the average value of the minimum distance between the depressions on the other sliding surface is L, The sliding component according to claim 3 of the present invention has a surface roughness structure on the sliding surface of the two components which are also relatively moved in the internal combustion engine and are lubricated with lubricating oil in a laminar flow state between the sliding surfaces. hand,
A base surface having irregularities of the maximum height t on both sliding surfaces has a dimple-shaped depression surrounded all around the base surface. When the inflow of the lubricating oil due to the relative movement into the gap formed in the gap and the outflow of the lubricating oil due to the pressure generated between the two parts are balanced, the closest approach distance between the sliding surfaces is defined as h. Where h is greater than t, at least one of the average depths of the depressions on each sliding surface is greater than h, and the maximum diameter of the depressions on both sliding surfaces is the shortest span in the range in which the lubricating oil film is formed. When d is the average value of the maximum diameter of the depression on one sliding surface and L is the average value of the minimum distance between the depressions on the other sliding surface, d <L. It is characterized by the fact that such a configuration in a sliding part for an internal combustion engine solves the conventional problem described above. It is the order of means.

【0008】本発明の請求項3に係わる摺動部品の実施
の形態として、請求項4に係わる摺動部品においては、
両摺動面のうちの表面硬度が高い方の摺動面における窪
みの最大径の平均値をdとし、表面硬度が低い方の摺動
面における窪み間の最小距離の平均値をLとしたとき
に、d<Lである構成とし、同じく実施の形態として、
請求項5に係わる摺動部品においては、両摺動面のうち
の表面硬度が低い方の摺動面における窪みの最大径の平
均値をDとしたときに、D>dである構成とし、請求項
6に係わる摺動部品においては、両摺動面のうちの表面
硬度が高い方の摺動面におけるベース面の凹凸の最大高
さがhよりも小さく、表面硬度が低い方の摺動面におけ
るベース面の凹凸の最大高さがhよりも大きい構成と
し、請求項7に係わる摺動部品においては、前記hが当
該摺動部品を搭載したレシプロ式内燃機関において想定
された運転条件のうちで摩擦損失への影響が最も大きい
条件において算出されたものである構成とし、請求項8
に係わる摺動部品においては、当該摺動部品を搭載した
レシプロ式内燃機関において想定された運転条件のうち
で摩擦損失への影響が最も大きい条件において算出され
る前記hをh0としたときに、他の運転条件におけるh
は、h0よりも小さくなることがある構成とし、請求項
9に係わる摺動部品においては、請求項7および請求項
8における摩擦損失への影響が最も大きい条件を最高回
転数の1/3の回転、最大負荷の1/4の条件とし、請
求項10に係わる摺動部品においては、最も運転時間が
長いときの運転条件を最高回転数の1/3の回転、最大
負荷の1/4の条件としたことを特徴としている。
[0008] As an embodiment of the sliding component according to claim 3 of the present invention, in the sliding component according to claim 4,
The average value of the maximum diameter of the dents on the sliding surface with the higher surface hardness of both sliding surfaces was d, and the average value of the minimum distance between the dents on the sliding surface with the lower surface hardness was L. Sometimes, d <L, and as an embodiment,
In the sliding component according to claim 5, when the average value of the maximum diameter of the depression in the sliding surface having the lower surface hardness of both sliding surfaces is D, D> d, In the sliding component according to the sixth aspect, the maximum height of the irregularities on the base surface of the sliding surface having the higher surface hardness of the two sliding surfaces is smaller than h and the sliding surface having the lower surface hardness is used. The maximum height of the unevenness of the base surface on the surface is larger than h, and in the sliding component according to claim 7, the h is the operating condition assumed in a reciprocating internal combustion engine equipped with the sliding component. Claim 8 wherein the calculation is made under the condition having the largest effect on friction loss.
In the sliding components according to the above, when h is calculated as h0, which is calculated under the condition having the largest effect on the friction loss among the operating conditions assumed in the reciprocating internal combustion engine equipped with the sliding component, H under other operating conditions
May be smaller than h0. In the sliding component according to the ninth aspect, the condition that has the largest effect on the friction loss in the seventh and eighth aspects is set to one-third of the maximum rotation speed. In the sliding component according to the tenth aspect, the operating condition when the operating time is the longest is set to one-third of the maximum rotation speed and one-fourth of the maximum load. It is characterized by the condition.

【0009】また、請求項11に係わる摺動部品におい
ては、摺動面の表面硬度が高い方の部品がクランクシャ
フトであり、表面硬度が低い方の部品が前記クランクシ
ャフトを支持する軸受メタルである構成としたことを特
徴としており、このとき、請求項12に記載しているよ
うに両部品を自動車用内燃機関のものとして、クランク
シャフト摺動面におけるベース面の凹凸の最大高さを1
μm以下、窪みの平均深さを1〜50μm、軸受メタル
摺動面における窪みの平均深さを1〜50μm、その最
大径の平均値を1mm以下とすることができる。請求項
13に係わる摺動部品においては、摺動面の表面硬度が
高い方の部品がシリンダーボアであり、表面硬度が低い
方の部品がピストンスカートである構成としたことを特
徴としており、このとき、請求項14に記載しているよ
うに両部品を自動車用内燃機関のものとして、シリンダ
ーボア摺動面におけるベース面の凹凸の最大高さを1μ
m以下、窪みの平均深さを1〜50μm、ピストンスカ
ート摺動面における窪みの平均深さを1〜50μm、そ
の最大径の平均値を1mm以下とすることができ、請求
項15に係わる摺動部品においては、摺動面の表面硬度
が高い方の部品がピストンリングであり、表面硬度が低
い方の部品がシリンダーボアである構成としたことを特
徴としており、このとき、請求項16に記載しているよ
うに両部品を自動車用内燃機関のものとし、ピストンリ
ング摺動面におけるベース面の凹凸の最大高さを1μm
以下、窪みの平均深さを1〜50μm、シリンダーボア
摺動面における窪みの平均深さを1〜50μm、その最
大径の平均値を1mm以下とすることができる。さら
に、請求項17に係わる摺動部品においては、摺動面の
表面硬度が高い方の部品がシリンダーボアであり、表面
硬度が低い方の部品がピストンリングである構成とした
ものであり、このとき、請求項18に記載しているよう
に、両部品を自動車用内燃機関のものとして、シリンダ
ーボア摺動面におけるベース面の凹凸の最大高さを1μ
m以下、窪みの平均深さを1〜50μm、ピストンリン
グ摺動面における窪みの平均深さを1〜50μm、その
最大径の平均値を1mm以下とすることができる。
In the sliding component according to the eleventh aspect, the component having the higher surface hardness of the sliding surface is a crankshaft, and the component having the lower surface hardness is a bearing metal for supporting the crankshaft. In this case, assuming that both parts are those of an internal combustion engine for an automobile, the maximum height of the unevenness of the base surface on the sliding surface of the crankshaft is one.
μm or less, the average depth of the depression is 1 to 50 μm, the average depth of the depression on the bearing metal sliding surface is 1 to 50 μm, and the average value of the maximum diameter thereof is 1 mm or less. The sliding component according to claim 13 is characterized in that the component having the higher surface hardness of the sliding surface is a cylinder bore, and the component having the lower surface hardness is a piston skirt. At this time, assuming that both parts are those of an automotive internal combustion engine, the maximum height of the unevenness of the base surface on the cylinder bore sliding surface is 1 μm.
m, the average depth of the depressions is 1 to 50 μm, the average depth of the depressions on the piston skirt sliding surface is 1 to 50 μm, and the average value of the maximum diameter thereof is 1 mm or less. In the moving part, the component having the higher surface hardness of the sliding surface is a piston ring, and the component having the lower surface hardness is a cylinder bore. As described, both parts are for an internal combustion engine for automobiles, and the maximum height of the irregularities on the base surface on the piston ring sliding surface is 1 μm.
Hereinafter, the average depth of the depression can be 1 to 50 μm, the average depth of the depression on the sliding surface of the cylinder bore can be 1 to 50 μm, and the average of the maximum diameter can be 1 mm or less. Further, in the sliding component according to claim 17, the component having a higher surface hardness of the sliding surface is a cylinder bore, and the component having a lower surface hardness is a piston ring. At this time, assuming that both parts are of an internal combustion engine for an automobile, the maximum height of the unevenness of the base surface on the cylinder bore sliding surface is 1 μm.
m, the average depth of the depression is 1 to 50 μm, the average depth of the depression on the piston ring sliding surface is 1 to 50 μm, and the average value of the maximum diameter thereof is 1 mm or less.

【0010】また、本発明の請求項19に係わる内燃機
関用摺動部品は、内燃機関のピストンスカートおよびピ
ストンリングがシリンダーボアと摺動する部位における
表面粗さ構造に関するものであって、当該内燃機関にお
いて想定された最も運転時間が長い条件において、ピス
トンスカートおよびピストンリングとシリンダーボアと
の摺動面が完全平滑面と仮定したときに当該部品間に形
成される隙間への相対運動による潤滑油の流入量と当該
部品間に発生する圧力による潤滑油の流出量とがバラン
スする時の摺動面間の最接近距離をhとし、ピストン上
下動ストロークの中央部におけるピストンスカートとシ
リンダボアおよびピストンリングとシリンダーボアとの
2組の摺動面におけるhの小さい方の値をhとすると
き、シリンダーボアおよびピストンリングの摺動面がh
よりも小さい最大高さの凹凸を有するベース面に、該ベ
ース面にまわりを全て囲まれたディンプル状の窪みを有
し、当該窪みの深さがhよりも大きく、窪みの最大径の
平均値がピストンリングの摺動面の幅いかであると共
に、ピストンスカートの摺動面がhよりも小さい最大高
さの凹凸を有するベース面に、該ベース面にまわりを全
て囲まれたディンプル状の窪みを有し、当該窪みの深さ
がhよりも大きく、かつシリンダーボアの窪みの最大径
の平均値をd、ピストンスカートの窪み間の最小距離の
平均値をL1、ピストンリングの窪み間の最小距離の平
均値をL2とするとき、d<L1かつd<L2である構
成とし、本発明の請求項20に係わる内燃機関用摺動部
品は、内燃機関のシリンダーボア,ピストンスカートお
よびピストンリングの摺動面における表面粗さ構造に関
するものであって、シリンダーボアの摺動面は最大高さ
が1μm以下の凹凸を有するベース面に、該ベース面に
まわりを全て囲まれ、深さが1〜50μm、最大径の平
均値dが50μm以下の窪みを有し、該シリンダーボア
に摺接するピストンスカートの摺動面は最大高さが5μ
m以下の凹凸を有するベース面に、該ベース面にまわり
を全て囲まれ、深さが1〜50μm、最大径の平均値が
1mm以下の窪みを有し、前記シリンダーボアに摺接す
るピストンリングの摺動面は最大高さが1μm以下の凹
凸を有するベース面に、該ベース面にまわりを全て囲ま
れ、深さが1〜50μm、最大径の平均値が50μm以
下の窪みを有し、さらにピストンスカートの窪み間の最
小距離の平均値をL1、ピストンリングの窪み間の最小
距離の平均値をL2とするとき、d<L1かつd<L2
である構成としたことを特徴としている。
A sliding part for an internal combustion engine according to a nineteenth aspect of the present invention relates to a surface roughness structure at a portion where a piston skirt and a piston ring of the internal combustion engine slide with a cylinder bore. Under the condition that the operating time assumed in the engine is longest, lubricating oil due to relative movement to the gap formed between the parts when the sliding surface between the piston skirt and the piston ring and the cylinder bore is assumed to be a perfectly smooth surface The distance between the sliding surfaces when the inflow amount of the lubrication oil and the outflow amount of the lubricating oil due to the pressure generated between the parts are balanced is h, and the piston skirt, the cylinder bore, and the piston ring at the center of the piston vertical movement stroke Let h be the smaller value of h in the two sets of sliding surfaces of the cylinder bore and the cylinder bore. The sliding surface of the piston ring is h and
On a base surface having irregularities with a maximum height smaller than that, the base surface has a dimple-shaped depression entirely surrounded by the base surface, the depth of the depression is larger than h, and the average value of the maximum diameter of the depression Is the width of the sliding surface of the piston ring, and the sliding surface of the piston skirt has a dimple-shaped depression entirely surrounded by the base surface having irregularities of the maximum height smaller than h. The depth of the depression is larger than h, the average value of the maximum diameter of the depression of the cylinder bore is d, the average value of the minimum distance between the depressions of the piston skirt is L1, and the minimum value of the distance between the depressions of the piston ring is L1. When the average value of the distance is L2, d <L1 and d <L2. The sliding component for an internal combustion engine according to claim 20 of the present invention is a cylinder component, a piston skirt and a piston ring of an internal combustion engine. The present invention relates to a surface roughness structure on a sliding surface, wherein a sliding surface of a cylinder bore is entirely surrounded by a base surface having irregularities of 1 μm or less in maximum height, and has a depth of 1 to 1 μm. 50 μm, the average diameter d of the maximum diameter is 50 μm or less, and the sliding surface of the piston skirt that slides on the cylinder bore has a maximum height of 5 μm.
m of the piston ring, which is entirely surrounded by the base surface, has a depth of 1 to 50 μm, has an average maximum diameter of 1 mm or less, and slides on the cylinder bore. The sliding surface has a recess having a maximum height of 1 μm or less on a base surface having irregularities, all of which are surrounded by the base surface, a depth of 1 to 50 μm, and an average maximum diameter of 50 μm or less. When the average value of the minimum distance between the depressions of the piston skirt is L1 and the average value of the minimum distance between the depressions of the piston ring is L2, d <L1 and d <L2.
Is characterized in that:

【0011】さらに、本発明の請求項21に係わる内燃
機関用摺動部品は、内燃機関において相対運動し、摺動
面間が層流状態の潤滑油油で潤滑された2部品の摺動面
における表面粗さ構造に係わり、両摺動面がそれぞれ最
大高さt1,t2(μm)の凹凸を持つベース面に、摺
動方向と45°以上の角度をなす複数の溝を互いに交差
することなく有し、両摺動面の溝の最大深さをH(μ
m)としてH/t1,H/t2が1よりも大きく、前記
溝の最大幅が潤滑油膜の形成されている摺動方向の接触
長さ以下であり、一方の摺動面における溝の最大幅の平
均値をb(μm)とし、他方の摺動面における溝間の最
小距離の平均値をL(μm)としたときに、b<Lであ
る構成とし、当該請求項に係わる摺動部品の表面粗さ構
造の実施の形態として、請求項22に係わる摺動部品に
おいては、両摺動面を完全平滑面としたときに2部品間
に形成される隙間への相対運動による潤滑油の流入量
と、2部品間に発生する圧力による潤滑油の流出量がバ
ランスする時の摺動面間の最接近距離をhと定義したと
き、前記t1およびt2がhよりも小さい構成とし、同
じく実施の形態として、請求項23に係わる摺動部品に
おいては、両摺動面のうちの表面硬度が高い方の摺動面
における溝の最大幅の平均値をbとし、表面硬度が低い
方の摺動面における溝間の最小距離の平均値をLとした
ときに、b<Lである構成とし、請求項24に係わる摺
動部品においては、両摺動面のうちの表面硬度が低い方
の摺動面における溝の最大幅の平均値をBとしたとき
に、B>bである構成とし、請求項25に係わる摺動部
品においては、前記hが当該摺動部品を搭載したレシプ
ロ式内燃機関において想定された運転条件のうちで摩擦
損失への影響が最も大きい条件において算出されたもの
である構成とし、請求項26に係わる摺動部品において
は、摺動面の表面硬度が高い方の部品がシリンダーボア
であり、表面硬度が低い方の部品がピストンスカートで
ある構成としている。そして、請求項27に係わる摺動
部品においては、両部品を自動車用内燃機関のものとし
て、シリンダーボアおよびピストンスカートの摺動面に
おけるベース面の凹凸を最大粗さ表示Ryで1μm以下
とし、シリンダーボアにおける溝の平均深さを1〜50
μm、溝間の最小距離の平均値を100μm以下とする
と共に、ピストンスカートにおける溝の平均深さを5〜
50μm、溝間の最小距離の平均値を1mm以下とする
ことができる。
A sliding part for an internal combustion engine according to a twenty-first aspect of the present invention is a two-part sliding surface lubricated with a lubricating oil having a relative flow in the internal combustion engine and having a laminar flow between the sliding surfaces. In relation to the surface roughness structure of the above, the two sliding surfaces intersect with each other a plurality of grooves that form an angle of 45 ° or more with the sliding direction on a base surface having irregularities of maximum heights t1 and t2 (μm). And the maximum depth of the groove on both sliding surfaces is H (μ
m), H / t1 and H / t2 are greater than 1 and the maximum width of the groove is less than or equal to the contact length in the sliding direction where the lubricating oil film is formed, and the maximum width of the groove on one of the sliding surfaces B <μL, and the average value of the minimum distance between the grooves on the other sliding surface is L (μm), where b <L. As an embodiment of the surface roughness structure of the present invention, in the sliding component according to claim 22, lubricating oil is formed by relative movement to a gap formed between the two components when both sliding surfaces are completely smooth. When the closest approach distance between the sliding surfaces is defined as h when the inflow amount and the outflow amount of the lubricating oil due to the pressure generated between the two parts are defined as h, the configuration is such that t1 and t2 are smaller than h. As an embodiment, in the sliding component according to claim 23, both sliding surfaces When the average value of the maximum width of the groove on the sliding surface with the higher surface hardness is b and the average value of the minimum distance between the grooves on the sliding surface with the lower surface hardness is L, b < L, and in the sliding component according to claim 24, when the average value of the maximum width of the groove on the sliding surface having the lower surface hardness of both sliding surfaces is B, B> b, and in the sliding component according to claim 25, in the condition that h has the largest effect on friction loss among operating conditions assumed in a reciprocating internal combustion engine equipped with the sliding component. The sliding component according to claim 26, wherein the component having the higher surface hardness of the sliding surface is the cylinder bore, and the component having the lower surface hardness is the piston skirt. And In the sliding component according to the twenty-seventh aspect, the two components are those of an internal combustion engine for an automobile, and the unevenness of the base surface on the sliding surface of the cylinder bore and the piston skirt is set to 1 μm or less in maximum roughness indication Ry. The average depth of the groove in the bore is 1 to 50
μm, the average of the minimum distance between the grooves is 100 μm or less, and the average depth of the grooves in the piston skirt is 5 to 5.
The average value of the minimum distance between the grooves can be set to 1 mm or less.

【0012】さらに実施の形態として、請求項28に係
わる摺動部品においては、ピストンスカートおよびピス
トンリングとシリンダーボアとの摺動面が完全平滑面と
仮定したときに当該部品間に形成される隙間への相対運
動による潤滑油の流入量と当該部品間に発生する圧力に
よる潤滑油の流出量とがバランスする時の摺動面間の最
接近距離をhとし、ピストン上下動ストロークの中央部
におけるピストンスカートとシリンダボアおよびピスト
ンリングとシリンダーボアとの2組の摺動面におけるh
の小さい方の値をh0とすると共に、シリンダーボアに
おける溝の最大幅の平均値をb、溝間の最小距離の平均
値をL'、シリンダーボアにおける溝間の最小距離の平
均値をLとし、ピストンリングとシリンダーボアの摺動
方向の接触幅をaとするとき、ピストンスカート,ピス
トンリングおよびシリンダーボアにおけるベース面の凹
凸の最大高さがh0以下で、かつb>L,b+L'<a
の関係にある構成とし、請求項29に係わる摺動部品に
おいては、ピストンスカート,ピストンリングおよびシ
リンダーボアの摺動面におけるベース面がそれぞれ1μ
m以下の最大高さの凹凸を有し、シリンダーボアにおけ
る溝の最大幅の平均値bが1〜50μm、溝の平均深さ
が1〜10μm、溝間の最小距離の平均値L'が100
μm以下で、ピストンスカートにおける溝の最大幅の平
均値Bが50μm以上、溝の平均深さが5〜50μm、
溝間の最小距離の平均値Lが50μm以上1mm以下で
ある構成とし、内燃機関用摺動部品の表面粗さ構造にお
けるこのような構成を前述した従来の課題を解決するた
めの手段としたことを特徴としている。
As a further embodiment, in the sliding component according to claim 28, a gap formed between the piston skirt and the component when the sliding surface between the piston ring and the cylinder bore is assumed to be a completely smooth surface. When the inflow of lubricating oil due to relative motion to the lubricating oil and the outflow of lubricating oil due to the pressure generated between the parts are balanced, the closest distance between the sliding surfaces is h, H at two sliding surfaces of a piston skirt and a cylinder bore and a piston ring and a cylinder bore
H0, the average value of the maximum width of the groove in the cylinder bore is b, the average value of the minimum distance between the grooves is L ', and the average value of the minimum distance between the grooves in the cylinder bore is L. When the contact width between the piston ring and the cylinder bore in the sliding direction is a, the maximum height of the irregularities on the base surface of the piston skirt, the piston ring and the cylinder bore is h0 or less, and b> L, b + L ′ <a
In the sliding component according to claim 29, the base surfaces of the sliding surfaces of the piston skirt, the piston ring, and the cylinder bore are each 1 μm.
m, the average value b of the maximum width of the groove in the cylinder bore is 1 to 50 μm, the average depth of the groove is 1 to 10 μm, and the average value L ′ of the minimum distance between the grooves is 100.
μm or less, the average value B of the maximum width of the groove in the piston skirt is 50 μm or more, the average depth of the groove is 5 to 50 μm,
The average value L of the minimum distance between the grooves is 50 μm or more and 1 mm or less, and such a configuration in the surface roughness structure of the sliding part for the internal combustion engine is used as a means for solving the above-mentioned conventional problems. It is characterized by.

【0013】本発明に係わる内燃機関は、内燃機関にお
いて相対運動し、摺動面間が層流状態の潤滑油で潤滑さ
れた2部品の摺動面における表面粗さ構造であって、両
摺動面の表面形状により形成される2部品間の隙間形状
において隙間から漏れる潤滑油の流れ方向の圧力勾配に
対する流動抵抗が両摺動面を完全平滑面としたときに2
部品間に形成される隙間形状における流動抵抗と等しい
状態のときに、2部品間の隙間の逆数を面積分した値が
完全平滑面で形成される隙間形状における値よりも小さ
い摺動部品を用いた構成としたことを特徴としている。
The internal combustion engine according to the present invention has a surface roughness structure on the sliding surfaces of two parts which are relatively moved in the internal combustion engine and are lubricated with lubricating oil in a laminar state between the sliding surfaces. The flow resistance to the pressure gradient in the flow direction of the lubricating oil leaking from the gap in the gap shape between the two parts formed by the surface shape of the moving surface is 2 when both sliding surfaces are completely smooth.
When the flow resistance is equal to the flow resistance in the gap formed between the parts, use a sliding part in which the value obtained by dividing the reciprocal of the gap between the two parts by area is smaller than the value in the gap formed by the completely smooth surface. It is characterized by having a configuration that has been adopted.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明に係わる内燃機関用摺動部品によ
れば、上記構成、とくに両摺動面が最大高さtの凹凸を
有するベース面に、ディンプル状の窪みや、摺動方向と
45°以上の角度をなす溝を備え、両摺動面を完全平滑
面としたときに2部品間の隙間に対する潤滑油の流入量
と流出量がバランスする時の摺動面間の最接近距離をh
と定義した場合に、各摺動面の窪みの最大深さをtより
も大きくしたり、両摺動面の窪みの最大径を摺動面の最
も短いスパン以下としたり、一方の摺動面の窪みの最大
径の平均値を他方の摺動面における窪み間の最小距離の
平均値よりも小さくしたり、前記hをtよりも大きく、
各摺動面における窪みの平均深さの一方もしくは両方が
hよりも大きくしたり、両摺動面の窪みの最大径を潤滑
油膜の形成されている範囲の最も短いスパン以下とした
り、両摺動面における溝の最大深さをtよりも大きくし
たり、両摺動面における溝の最大幅を潤滑油膜の形成さ
れている摺動方向の接触長さ以下としたり、一方の摺動
面の溝の最大幅の平均値を他方の摺動面における溝間の
最小距離の平均値よりも小さくしたりすることにより、
一方の摺動面に形成された油溜りとして機能する窪みや
溝同士が他方の摺動面の窪みや溝を介して連結される確
率が極めて低くなり、流動抵抗の減少が回避され、必要
な潤滑油膜の厚さを確保することができ、内燃機関用摺
動部品、例えば、軸受メタルとクランクシャフト、ピス
トンスカートとシリンダーボア、ピストンリングとシリ
ンダーボアなどの間の摩擦損失を減少して、エンジンの
出力効率を高めることができるという極めて優れた効果
がもたらされる。
According to the sliding component for an internal combustion engine according to the present invention, a dimple-shaped dent or a sliding direction is formed on the base surface having the above-mentioned structure, in particular, the base surface having the unevenness of the maximum height t. Equipped with a groove at an angle of 45 ° or more, when both sliding surfaces are completely smooth, the closest distance between the sliding surfaces when the inflow and outflow of lubricating oil to the gap between the two parts is balanced. H
If the maximum depth of the depression on each sliding surface is larger than t, the maximum diameter of the depression on both sliding surfaces is less than the shortest span of the sliding surface, The average value of the maximum diameter of the dent of the other is smaller than the average value of the minimum distance between the dents on the other sliding surface, or h is larger than t,
One or both of the average depths of the depressions on each sliding surface may be greater than h, the maximum diameter of the depressions on both sliding surfaces may be less than the shortest span in the range in which the lubricating oil film is formed, The maximum depth of the groove on the moving surface is larger than t, the maximum width of the groove on both sliding surfaces is less than the contact length in the sliding direction in which the lubricating oil film is formed, or one of the sliding surfaces By making the average value of the maximum width of the groove smaller than the average value of the minimum distance between the grooves on the other sliding surface,
The probability that the dents or grooves functioning as oil reservoirs formed on one sliding surface are connected via the dents or grooves on the other sliding surface is extremely low, and a decrease in flow resistance is avoided. It can ensure the thickness of the lubricating oil film and reduce the friction loss between sliding parts for internal combustion engines, such as bearing metal and crankshaft, piston skirt and cylinder bore, piston ring and cylinder bore, etc. An extremely excellent effect that the output efficiency of the device can be increased.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
具体的に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments.

【0016】(実施例1)まず、本発明に係わる摺動部
品における表面粗さ構造を自動車用内燃機関の軸受メタ
ルとクランクシャフトの摺動面に適用した例について説
明する。なお、ここでの内燃機関は、排気量2000c
c程度、最高回転数6000rpm程度のものを対象と
した。
(Embodiment 1) First, an example in which the surface roughness structure of a sliding part according to the present invention is applied to a sliding surface of a bearing metal and a crankshaft of an internal combustion engine for an automobile will be described. The internal combustion engine here has a displacement of 2000c.
c and a maximum rotation number of about 6000 rpm.

【0017】図1は、上記軸受メタルとクランクシャフ
トの形状を示すものであって、図1(a)は軸受メタル
およびクランクシャフトの横断面図、図1(b)は上記
軸受メタルを収納した軸受ボックスの斜視図、図1
(c)は、図1(a)の線C−Cについての水平断面図
である。軸受メタル31は、半割り円筒状の1対のもの
であって、上下からクランクシャフト32を支持するよ
うになっており、図1(c)2示す軸方向長さS1は、
周方向長さS2よりも短く、この実施例において摺動面
の最も短いスパンとなっている。
FIG. 1 shows the shapes of the bearing metal and the crankshaft. FIG. 1 (a) is a cross-sectional view of the bearing metal and the crankshaft, and FIG. 1 (b) houses the bearing metal. Perspective view of bearing box, FIG. 1
FIG. 2C is a horizontal cross-sectional view taken along line CC of FIG. The bearing metal 31 is a pair of half-cylindrical cylinders and supports the crankshaft 32 from above and below. The axial length S1 shown in FIG.
It is shorter than the circumferential length S2, and is the shortest span of the sliding surface in this embodiment.

【0018】このような軸受メタル31とクランクシャ
フト32の摺動面間には、潤滑油が十分に供給され、相
対回転運動が常に発生しているので、流体潤滑油膜fが
形成される。この場合、多用される通常の運転条件、こ
の実施例では運転される頻度が高く、摩擦損失が燃料消
費量に影響する割合が大きい条件である2000rp
m、1/4負荷の運転条件では、油膜厚さが2μmにな
る。
Since a sufficient amount of lubricating oil is supplied between the bearing metal 31 and the sliding surface of the crankshaft 32 and relative rotation is constantly generated, a fluid lubricating oil film f is formed. In this case, a normal operating condition that is frequently used, that is, a condition in which the frequency of operation is high in this embodiment and the rate at which the friction loss affects the fuel consumption is large is 2000 rpm.
Under the operating conditions of m and 1/4 load, the oil film thickness becomes 2 μm.

【0019】クランクシャフト32は、スチール製のも
のであり、熱処理などによって硬度Hv500程度に調
整されており、この素材にラッピングテープを用いて研
磨を加えることによって、非常に微細で交差状の研磨溝
からなる平均粗さRa:0.08μm、最大高さ(t)
Ry:0.5μmという極めて平滑なベース面10を形
成した。
The crankshaft 32 is made of steel, and is adjusted to a hardness of about Hv500 by heat treatment or the like. When the material is polished using a wrapping tape, a very fine and cross-shaped polishing groove is formed. Average roughness Ra: 0.08 μm, maximum height (t)
An extremely smooth base surface 10 of Ry: 0.5 μm was formed.

【0020】次いで、この平滑なベース面10に、YA
Gレーザ装置を用いてパルス状のレーザ光線を照射する
ことによって、図2に示すような独立した微細なディン
プル状の窪み11を形成した。なお、この実施例におい
て、窪み11は略球面形状をなすものとし、この窪み1
1の深さk1〜Nは3〜5μmで、平均値4μm(k=4
μm)、窪み11の直径d1〜Nは10〜30μmで、平
均値20μm(d=20μm)であり、窪み11の面積
率は30〜80%であった。
Next, YA is applied to the smooth base surface 10.
By irradiating a pulsed laser beam using a G laser device, independent fine dimple-shaped depressions 11 as shown in FIG. 2 were formed. In this embodiment, the depression 11 has a substantially spherical shape.
The depth k 1 to N of 1 is 3 to 5 μm, and the average value is 4 μm (k = 4
μm), the diameter d 1 to N of the depression 11 was 10 to 30 μm, the average value was 20 μm (d = 20 μm), and the area ratio of the depression 11 was 30 to 80%.

【0021】一方、軸受メタル31は、ブローチ加工
(ボーリング加工でも可)によって、最大高さt(R
y)が1.0μmの凹凸を有するベース面10を形成
し、当該ベース面10にパルス状のレーザ光線を照射す
ることによって、同様の窪み11を形成した。この窪み
11の深さk1〜Nは3〜10μmで、平均値7μm(k
=7μm)、窪み11の直径d1〜Nは50〜80μm
で、平均値60μm(d=60μm)であり、窪み11
のピッチP1〜Nは110〜180μm、平均150μm
(窪み間の最小距離の平均値L=30μm)であった。
On the other hand, the bearing metal 31 has a maximum height t (R
y) A base surface 10 having irregularities of 1.0 μm was formed, and a similar depression 11 was formed by irradiating the base surface 10 with a pulsed laser beam. The depth k 1 to N of the depression 11 is 3 to 10 μm, and the average value is 7 μm (k
= 7 μm), and the diameter d 1 to N of the depression 11 is 50 to 80 μm
And the average value is 60 μm (d = 60 μm).
Pitches P 1 to N are 110 to 180 μm, average 150 μm
(The average value of the minimum distance L between the depressions L = 30 μm).

【0022】このような表面粗さを備えたクランクシャ
フトおよび軸受メタルにおいて、荷重を受ける摺動面間
に形成される潤滑油膜の厚さは、クランクの回転によっ
て起こるクリアランスに潤滑油を巻き込む流量と、荷重
に起因する圧力によってその隙間から漏れ出る流量との
バランスによって決定される。この実施例において、摩
擦損失が燃料消費量に影響する割合が大きい上記運転条
件では、完全平滑面で考えれば、油膜厚さh=2μmの
とき、そのバランスが得られる。そのとき、隙間から漏
れ出ようとする油は、摺動する2つの面の表面形状によ
って形成される空間を流れ、流動抵抗が小さい部分から
より多く流れる。また、その流れは層流なので、潤滑油
の流量は隙間の3乗に比例する。よって、流動方向に連
続した隙間の広い空間があると、流動抵抗が大きく低下
する。この実施例においては、クランクシャフト摺動面
の窪み11の最大径の平均値dが20μmである一方、
軸受メタル摺動面における窪み11間の最小距離の平均
値Lが30μm(d<L)であるので、窪み同士が連結
されることが確率的に非常に少なくなるので、隙間の大
きな空間がどの方向に対しても連続する可能性がほとん
どなく、隙間から漏れ出ようとする油は、クランクシャ
フトの窪み11の周りのベース面10と、軸受メタルの
窪み11の周りのベース面10との間の比較的狭い流路
を必ず通過する必要があり、隙間から漏れ出ようとする
油の流動抵抗が大きくなる。このことによって、全体の
凹凸は大きくても、摺動面間の最接近距離が小さくなる
ことがなく、粗さ先端の流体せん断力を大きくすること
なく、凹部分の流体せん断力が小さくなるので摩擦損失
を減らすことができる。
In a crankshaft and a bearing metal having such a surface roughness, the thickness of the lubricating oil film formed between the sliding surfaces receiving the load is determined by the flow rate of the lubricating oil in the clearance caused by the rotation of the crank. Is determined by the balance with the flow rate leaking from the gap due to the pressure caused by the load. In this embodiment, under the above operating conditions in which the rate at which the friction loss affects the fuel consumption is large, when the oil film thickness h is 2 μm, the balance is obtained when considering the perfectly smooth surface. At this time, the oil that is about to leak from the gap flows through the space formed by the surface shapes of the two sliding surfaces, and flows more from the portion where the flow resistance is small. Since the flow is laminar, the flow rate of the lubricating oil is proportional to the cube of the gap. Therefore, if there is a continuous space with a large gap in the flow direction, the flow resistance is greatly reduced. In this embodiment, while the average value d of the maximum diameter of the depression 11 on the crankshaft sliding surface is 20 μm,
Since the average value L of the minimum distance between the depressions 11 on the bearing metal sliding surface is 30 μm (d <L), the probability that the depressions are connected to each other is extremely small. There is almost no possibility of continuity in the direction, and the oil that tries to leak out of the gap is between the base surface 10 around the depression 11 of the crankshaft and the base surface 10 around the depression 11 of the bearing metal. Must pass through a relatively narrow flow path, and the flow resistance of the oil that tends to leak from the gap increases. As a result, even when the overall unevenness is large, the closest approach distance between the sliding surfaces does not decrease, and the fluid shear force at the concave portion decreases without increasing the fluid shear force at the tip of the roughness. Friction loss can be reduced.

【0023】次に、このような効果を定量的に検討す
る。
Next, such effects will be examined quantitatively.

【0024】この実施例のように、d<Lの条件を満た
す場合、潤滑油の流れは、必ず隙間分布の狭い部分を通
過するので、流動抵抗の合計は、隙間分布を図3のよう
に2次元形状と考えて、その凹凸に直交した層流圧力流
れに対する抵抗で近似できる。この流動抵抗を粗さ形状
に対して計算し、完全平滑面で考えて油膜厚さh=2μ
mのときの流動抵抗と同じになる2面間の接近状態を求
めた。窪みの間のベース面の粗さ形状を3次元的にラン
ダムと考えれば、その流動抵抗は平滑な場合で近似でき
るので平滑とした。この2面間の近接状態がその運転条
件での2面の摺動状態に対応する。
When the condition of d <L is satisfied as in this embodiment, the flow of the lubricating oil always passes through a narrow portion of the gap distribution. Considering a two-dimensional shape, it can be approximated by resistance to laminar pressure flow perpendicular to the irregularities. This flow resistance is calculated with respect to the roughness shape, and the oil film thickness h = 2 μ is considered as a completely smooth surface.
The approaching state between the two surfaces, which is the same as the flow resistance at m, was determined. If the roughness shape of the base surface between the depressions is considered to be three-dimensionally random, the flow resistance can be approximated in a smooth case, so that the flow resistance is made smooth. The state of proximity between the two surfaces corresponds to the sliding state of the two surfaces under the operating conditions.

【0025】また、その時のせん断摺動による摩擦損失
は、油膜厚さの逆数の面積分に比例すると近似できる。
ここで、油膜厚さの逆数に対する窪みの間のベース面の
粗さ形状の影響は大きく、無視することはできない。よ
って、油膜厚さの逆数の合計は、窪みの間のベース面の
ランダムな粗さ形状と窪みのディンプル形状を合成した
形状に対して計算した。粗さ形状を変化させ、そのとき
の合成粗さの高さの累積分布の例(Abbotの負荷曲
線)を図4に示し、計算データを整理したパラメータを
示す。
The friction loss due to shear sliding at that time can be approximated as being proportional to the area of the reciprocal of the oil film thickness.
Here, the influence of the roughness shape of the base surface between the depressions on the reciprocal of the oil film thickness is large and cannot be ignored. Therefore, the sum of the reciprocals of the oil film thickness was calculated for a shape obtained by combining the random roughness shape of the base surface between the depressions and the dimple shape of the depressions. FIG. 4 shows an example of the cumulative distribution of the height of the combined roughness (Abbott's load curve) when the roughness shape is changed, and shows the parameters obtained by organizing the calculated data.

【0026】窪みの間のベース面の粗さ高さ相当の値を
r、窪みの深さに相当する値をH、窪みの面積割合の相
当値をCとおいた。これらのパラメータで整理し、摩擦
損失に相当する油膜厚さの逆数の面積分値Tと流動抵抗
の等しい完全平滑面でのTの値をTsmoothとして、その
比の計算結果を図5〜7に示す。
The value corresponding to the height of the roughness of the base surface between the depressions is denoted by r, the value corresponding to the depth of the depressions is denoted by H, and the value corresponding to the area ratio of the depressions is denoted by C. Arranged by these parameters, the reciprocal area value T of the oil film thickness corresponding to the friction loss and the value of T on a perfectly smooth surface having the same flow resistance as Tsmooth are shown in FIGS. Show.

【0027】図5には、窪みの深さに相当する値H/h
に対して、r/hの値およびの値をパラメータとして整
理した結果を示す。rが小さい場合、Hが大きいほどT
は小さくなるが、rが大きい場合、逆の傾向となる。
FIG. 5 shows a value H / h corresponding to the depth of the depression.
Here, the results obtained by rearranging the values of r / h and the value of as parameters are shown. If r is small, the larger H is, the more T
Becomes smaller, but when r is larger, the opposite tendency occurs.

【0028】図6には、窪みの面積割合の相当値Cに対
して、r/hの値およびH/hの値をパラメータとして
整理した結果を示す。この場合もrが小さい場合、Cが
大きいほどTは小さくなるが、rが大きい場合は逆の傾
向となる。
FIG. 6 shows the results obtained by using the values of r / h and H / h as parameters for the equivalent value C of the area ratio of the depression. Also in this case, when r is small, T becomes smaller as C becomes larger, but when r is large, the opposite tendency occurs.

【0029】図7には、窪みの間のベース面の粗さ高さ
相当の値r/hに対して、Cの値をパラメータとして整
理した結果を示す。r/hがある値以上大きいと空隙に
Tの値は大きくなり、Cの値が大きいほど、小さなr/
hでTは大きくなる。
FIG. 7 shows the results obtained by rearranging the value of C as a parameter with respect to the value r / h corresponding to the height of the roughness of the base surface between the depressions. If the value of r / h is larger than a certain value, the value of T increases in the gap, and the larger the value of C, the smaller the value of r / h.
At h, T increases.

【0030】この検討から、本発明に係わる表面粗さ形
状によって、摩擦損失が減少するのは、以下の理由であ
ることがわかる。
From this study, it is understood that the friction loss is reduced by the surface roughness shape according to the present invention for the following reasons.

【0031】流動抵抗が隙間の3乗に逆比例するので、
大きな窪みが存在しても、潤滑油の流れが必ず狭い部分
を通過するようになり、流動抵抗が大きくなって平滑面
と同等の流動抵抗を得るための摺動面間最接近距離がさ
ほど小さくならない。しかし、窪みの存在は流動抵抗を
必ず小さくするので、最接近距離は平滑面の場合より必
ず接近する。一方、窪みの存在はせん断率(隙間の逆数
と相対速度の積)の小さな部分の面積を広くする。した
がって、結果として最接近距離が小さくなった部分のせ
ん断率が大きくなった分より窪みの存在によるせん断率
の小さな部分の面積を広くする効果が上回って、全体の
摩擦損失が低下する。よって、窪みの間のベース面の粗
さ高さが大きいと、窪みの存在による流動抵抗を小さく
し、最接近距離を小さくする影響が窪みの存在によるせ
ん断率の小さな部分の面積を広くする効果を上回って、
逆に窪みの存在によって摩擦が大きくなる。摩擦は隙間
に逆比例するので、rが油膜厚さhに近くなると、摩擦
増大の影響が大きくなることがわかる。つまり、2面の
表面形状で形成される2部品間の隙間形状の、隙間から
漏れる流れの方向に対する圧力勾配に対する流動抵抗が
2つの面が完全平滑面で形成される隙間形状での流動抵
抗と等しい状態のときに、2部品間の隙間の逆数を面積
分した値が、その完全平滑面で形成される隙間形状での
値よりも小さいときに摩擦損失が低減することがわか
る。
Since the flow resistance is inversely proportional to the cube of the gap,
Even if there is a large depression, the flow of the lubricating oil always passes through the narrow part, and the flow resistance increases, and the closest approach distance between the sliding surfaces to obtain the same flow resistance as the smooth surface is very small. No. However, since the presence of the depression necessarily reduces the flow resistance, the closest approach distance is always closer than in the case of a smooth surface. On the other hand, the presence of the depression enlarges the area of the portion where the shear rate (the product of the reciprocal of the gap and the relative speed) is small. Therefore, as a result, the effect of increasing the area of the portion having a small shear rate due to the presence of the dent is greater than the increase in the shear rate of the portion where the closest approach distance is reduced, and the overall friction loss is reduced. Therefore, if the roughness height of the base surface between the depressions is large, the flow resistance due to the presence of the depression is reduced, and the effect of reducing the closest approach distance is the effect of increasing the area of the portion with a small shear rate due to the presence of the depression. More than
Conversely, the presence of the depression increases friction. Since the friction is inversely proportional to the gap, it can be seen that as r approaches the oil film thickness h, the effect of the increase in friction increases. In other words, the flow resistance to the pressure gradient with respect to the direction of the flow leaking from the gap in the gap shape between the two parts formed by the two surface shapes is the same as the flow resistance in the gap shape in which the two surfaces are formed to be completely smooth. It can be seen that in the same state, when the value obtained by dividing the reciprocal of the gap between the two parts by area is smaller than the value of the gap shape formed by the completely smooth surface, the friction loss is reduced.

【0032】よって、それぞれ2面の窪みのまわりの平
滑面の凹凸の最大高さの合計が油膜厚さよりも小さいと
きに、d<Lの形状であれば、窪みの面積が大きく深い
ほど摩擦損失が低減する。また、それぞれ2面の窪みの
まわりの平滑面の凹凸の最大高さの合計が油膜厚さより
も小さいときに、d<Lの形状であれば、2面の表面形
状で形成される2部品間の隙間形状の、隙間から漏れる
流れの方向に対する圧力勾配に対する流動抵抗が、2つ
の面が完全平滑面で形成される隙間形状での流動抵抗と
等しい状態のときに2部品間の隙間の逆数を面積分した
値がその完全平滑面で形成される隙間形状での値よりも
小さくなるということである。
Therefore, when the sum of the maximum heights of the irregularities on the smooth surface around each of the two depressions is smaller than the oil film thickness, if d <L, the larger the depth of the depression, the more the friction loss Is reduced. In addition, when the sum of the maximum heights of the irregularities on the smooth surface around the two depressions is smaller than the oil film thickness, if d <L, the shape between the two parts formed by the two surface shapes When the flow resistance with respect to the pressure gradient in the direction of the flow leaking from the gap in the gap shape of the above is in a state where the flow resistance is equal to the flow resistance in the gap shape in which the two surfaces are formed by completely smooth surfaces, the reciprocal of the gap between the two parts is determined. That is, the value obtained by dividing the area is smaller than the value obtained by the gap shape formed by the completely smooth surface.

【0033】当該実施例では、2面の窪みのまわりのベ
ース面における凹凸の最大高さの合計が1.5μmであ
り、油膜厚さよりも小さいため、摩擦を小さくすること
ができる。原理から明きらかなように、窪みの大きさの
関係は、ここで示したものだけでなく、d(=20μ
m)を軸受側の窪みの直径としても効果があることがわ
かる。つまり、それぞれ2面の窪みのまわりのベース面
の凹凸の最大高さの合計が油膜厚さよりも小さい時に、
d<Lの形状であることが本発明の効果が得られる条件
であり、本発明の特徴である。
In this embodiment, the sum of the maximum heights of the irregularities on the base surface around the two depressions is 1.5 μm, which is smaller than the oil film thickness, so that the friction can be reduced. As is clear from the principle, the relationship between the sizes of the depressions is not limited to that shown here, but d (= 20 μm).
It can be seen that m) is also effective as the diameter of the depression on the bearing side. In other words, when the sum of the maximum heights of the irregularities of the base surface around the two depressions is smaller than the oil film thickness,
The condition of d <L is a condition for obtaining the effect of the present invention, and is a feature of the present invention.

【0034】また、窪みの大きさが大きく、流体潤滑油
膜が発生している範囲より大きければ、上記原理を考え
れば、その効果がなくなることは自明である。また、窪
みの深さは必要以上に深くても摩擦は低減せず、あまり
に窪みの容積が大きいと潤滑油の圧縮性の影響が現れ、
部品表面の最接近距離が小さくなる場合も考えられる。
Also, if the size of the depression is large and larger than the range in which the fluid lubricating oil film is generated, it is obvious that the effect is lost in consideration of the above principle. In addition, even if the depth of the dent is deeper than necessary, friction does not decrease, and if the volume of the dent is too large, the compressibility of the lubricating oil appears,
It is also conceivable that the closest approach distance of the component surface is reduced.

【0035】また、以上の作用効果の原理から、いかな
る摺動部位でも、相対運動する2つの面間が流体である
潤滑剤で潤滑され、その部品間の潤滑油の流れが層流で
あり、ある荷重を支えつつ摺動する2つの部品の表面形
状に関しては、上記構成とすることにより、上記実施例
で示した作用効果が得られることが明らかである。ま
た、この実施例では、2面の窪みをレーザ光線を照射す
ることによって略球面形状を有する独立したディンプル
としたが、図2のような不規則な形状であっても、窪み
がそれぞれ独立している限り同様な効果が得られること
も原理的に明らかである。
In addition, from the principle of the above operation and effect, any sliding portion is lubricated between two surfaces that move relative to each other with a lubricant, which is a fluid, and the flow of the lubricating oil between the components is laminar. With respect to the surface shapes of the two components that slide while supporting a certain load, it is clear that the above-described configuration provides the operational effects shown in the above-described embodiment. Further, in this embodiment, the two dimples are formed as independent dimples having a substantially spherical shape by irradiating a laser beam. However, even if the dimples have an irregular shape as shown in FIG. It is also clear in principle that the same effect can be obtained as long as it is possible.

【0036】また、当該実施例のように、一方の部品、
ここでは軸受メタルの硬度が、他方の部品、ここではク
ランクシャフトの硬度よりも小さい場合、直接接触があ
ると、摩耗によって軸受メタル側の表面が削り取られ
る。このとき、この実施例のように、硬い方の窪みの直
径をdとして、d<Lの関係を持たせることで、小さな
dであっても摩耗によって窪みがなくなるようなことが
少なく、Lが小さく設定できるので、軸受側の窪み割合
を大きく設定してもこの関係が崩れることがなく、硬度
の低い側の窪みの径を大きくすることによって窪み自体
が摩耗によってなくなる時間を長くすることができ、摩
擦低減効果を長期間維持することができる。さらに、運
転初期のなじみ効果を期待すれば、軸受メタル側の窪み
のまわりのベース面の凹凸の最大高さが当初油膜厚さよ
りも大きくても、なじみ終了後に油膜厚さよりも小さく
なれば、当該実施例と同等の効果が得られる。
Also, as in this embodiment, one of the components,
Here, when the hardness of the bearing metal is smaller than the hardness of the other part, here, the crankshaft, if there is direct contact, the surface on the bearing metal side is scraped off due to wear. At this time, as shown in this embodiment, by setting the diameter of the harder dent as d and giving a relation of d <L, even if the d is small, the dent is less likely to disappear due to wear, and L is smaller. Since the setting can be made smaller, this relationship does not collapse even if the ratio of the dent on the bearing side is set to a large value.By increasing the diameter of the dent on the low hardness side, the time for the dent itself to disappear due to wear can be extended. The effect of reducing friction can be maintained for a long time. Furthermore, if the familiarization effect at the initial stage of operation is expected, even if the maximum height of the unevenness of the base surface around the depression on the bearing metal side is larger than the initial oil film thickness, if the maximum height of the unevenness becomes smaller than the oil film thickness after the completion of the adaptation, it is considered An effect equivalent to that of the embodiment can be obtained.

【0037】さらに、例えば自動車用内燃機関のクラン
ク軸受、ピストン摺動面であれば、その相対摺動速度は
機関の最高回転時に20m/sを超え得る。このような
条件の時には、摺動摩擦発熱に基づく温度上昇による粘
度低下に起因して、油膜厚さが小さくなり、部品に作用
する慣性力などによる部品の弾性変形などによって、直
接接触の頻度が高くなる。また、他の機構においても、
このような高速摺動時に例えば異物の混入などによって
部品間の直接接触が発生すれば、その摺動速度が高いた
めに、局部的な冷却作用があることが部品の耐焼き付き
性を確保するために有効である。この実施例のようにデ
ィンプル状の窪みを形成することによって、窪みの中に
ある程度の体積の潤滑油が存在できるので、冷却効果が
期待できる。また、混入した異物を窪みに捕捉して、部
品間の直接接触を低減することもできる。
Further, for example, in the case of a crank bearing or a piston sliding surface of an internal combustion engine for an automobile, the relative sliding speed may exceed 20 m / s at the time of maximum rotation of the engine. Under such conditions, the oil film thickness becomes small due to the viscosity decrease due to the temperature rise based on the sliding friction heat generation, and the frequency of direct contact increases due to the elastic deformation of the parts due to the inertial force acting on the parts. Become. Also, in other mechanisms,
If direct contact between components occurs due to, for example, the entry of foreign matter during such high-speed sliding, the sliding speed is high, and there is a local cooling action to ensure the seizure resistance of the component. It is effective for By forming a dimple-shaped depression as in this embodiment, a certain amount of lubricating oil can be present in the depression, and a cooling effect can be expected. In addition, the contaminants can be trapped in the depressions to reduce direct contact between components.

【0038】とくに、例えば高回転の高温条件下におけ
る自動車用内燃機関のクランク軸受のように、通常の運
転条件に較べて油膜厚さが小さくなる条件で運転される
ものについては、上記の冷却効果による実質粘度の向上
による耐摩耗性の向上にも有効である。
In particular, for a crankshaft bearing of an internal combustion engine for an automobile under a high-speed and high-temperature condition, the above-described cooling effect is obtained for an engine operated under conditions in which the oil film thickness is smaller than normal operating conditions. It is also effective for improving the abrasion resistance due to the improvement of the substantial viscosity.

【0039】また、自動車用内燃機関のクランク軸受に
限定して考えれば、通常の運転条件に対する油膜厚さ
は、この実施例で示した値からさほど大きく逸脱しない
ので、この実施例に示した形状の数値により共通の効果
が得られる。
When considering only the crank bearing of an internal combustion engine for an automobile, the oil film thickness under normal operating conditions does not greatly deviate from the value shown in this embodiment. A common effect is obtained by the numerical value of.

【0040】(実施例2)上記作用効果は、他の摺動部
材、他の摺動部位においても同様に得られる。例えば、
図8に示すように、内燃機関のシリンダーボア35とピ
ストンリング36、シリンダーボア35とピストンスカ
ート37の摺動面に対しても、油膜厚さの値に対して同
様の関係で表面形状を形成すれば、同様の効果を得るこ
とができる。さらに、ピストンはシリンダーに対して往
復摺動するので、摺動が停止する上下死点においては、
流体潤滑油膜の形成能力が低下し、油膜厚さが小さくな
り直接接触の発生が多くなる。このとき、上記のような
ディンプル状の窪みが摺動面に存在することによって、
局部的冷却、境界膜の破断面への潤滑剤の連続した供給
が可能となり、耐摩耗性、耐スカッフ性も向上させるこ
とができる。
(Embodiment 2) The above operation and effect can be similarly obtained in other sliding members and other sliding parts. For example,
As shown in FIG. 8, the surface shapes of the sliding surfaces of the cylinder bore 35 and the piston ring 36, and the cylinder bore 35 and the piston skirt 37 of the internal combustion engine are formed in the same relationship with respect to the oil film thickness value. Then, a similar effect can be obtained. Furthermore, since the piston slides back and forth with respect to the cylinder, at the top and bottom dead center where sliding stops,
The ability to form a fluid lubricating oil film decreases, the oil film thickness decreases, and direct contact increases. At this time, the presence of the dimple-shaped depression on the sliding surface as described above allows
Local cooling and continuous supply of the lubricant to the fracture surface of the boundary film become possible, and wear resistance and scuff resistance can also be improved.

【0041】さらに、内燃機関を前記自動車用のものと
限定すれば、その常用運転条件において、摺動速度が比
較的大きいので、摩擦損失寄与度が大きいストローク中
央部のタイミングの油膜厚さは、ピストンスカートが8
μm程度、ピストンリングが1μm程度となる。よっ
て、例えば以下の表面形状とすることによって、摩擦損
失を低減することができる。なお、自動車用のものと限
定すれば、通常の運転条件に対する油膜厚さがここで示
した値からさほど大きく逸脱することはないので、上記
数値の表面形状とすることにより共通の効果が得られ
る。
Furthermore, if the internal combustion engine is limited to that for the automobile, the sliding speed is relatively high under the normal operating conditions, so that the oil film thickness at the stroke center portion where the friction loss contribution is large is: 8 piston skirts
μm and the piston ring is about 1 μm. Therefore, for example, the following surface shape can reduce the friction loss. If limited to those for automobiles, the oil film thickness under normal operating conditions does not greatly deviate from the values shown here, so that a common effect can be obtained by adopting the surface shape of the above numerical value. .

【0042】すなわち、シリンダーボアは、鋳鉄材から
なり、熱処理などによって硬度Hv300程度に作成さ
れ、ピストンスカートはアルミ合金製で、Hv150程
度であり、ピストンリングにはクロムめっきがなされ、
その表面硬度はHv1000程度である。
That is, the cylinder bore is made of a cast iron material, is formed to a hardness of about Hv300 by heat treatment or the like, the piston skirt is made of an aluminum alloy and has a hardness of about Hv150, and the piston ring is plated with chrome.
Its surface hardness is about Hv1000.

【0043】まず、シリンダーボアについては、ホーニ
ング加工によって研磨を施し、非常に微細な交差状研磨
溝からなる平均粗さRa:0.13μm、最大高さRy
(t):1μmという平滑な平面(ベース面)とした。
次いで、YAGレーザ装置を用いて、この平面にパルス
状のレーザ光線を照射することによって、深さ3〜5μ
m、直径10〜30μmで平均値20μm(d=20μ
m)、ピッチ60〜100μmで平均値80μm(窪み
間の最小距離の平均値L=30μm)の略球面形状をな
すディンプル状の窪みを形成した。
First, the cylinder bore is polished by a honing process, and has an average roughness Ra of 0.13 μm and a maximum height Ry of very fine cross-shaped polishing grooves.
(T): A flat surface (base surface) of 1 μm was formed.
Then, by irradiating this plane with a pulsed laser beam using a YAG laser device, a depth of 3 to 5 μm is applied.
m, diameter 10-30 μm, average value 20 μm (d = 20 μm)
m), a dimple-like depression having a substantially spherical shape with a pitch of 60 to 100 μm and an average value of 80 μm (the average value of the minimum distance between the depressions L = 30 μm) was formed.

【0044】ピストンリングについては、同様の加工に
よって同様の交差状研磨溝からなる平均粗さRa:0.
13μm、最大高さRy(t):1μmの平面(ベース
面)に、同様のYAGレーザを照射することによって、
深さ3〜5μm、直径10〜30μmで平均値20μm
(d=20μm)、面積率30〜80%の略球面形状な
すディンプル状の窪みを形成した。
With respect to the piston ring, the average roughness Ra of the same cross-shaped polished grooves by the same processing is Ra: 0.
By irradiating a similar YAG laser to a plane (base surface) of 13 μm and maximum height Ry (t): 1 μm,
Depth 3-5 μm, diameter 10-30 μm, average value 20 μm
(D = 20 μm), and a dimple-like depression having a substantially spherical shape with an area ratio of 30 to 80% was formed.

【0045】さらに、ピストンスカートについては、研
削加工によって上記の平滑面(ベース面)を形成した
後、この平滑面にパルス状のYAGレーザを照射するこ
とによって、深さ10〜15μmで平均値13μm、直
径50〜80μmで平均値60μm、ピッチ110〜1
80μmで平均値150μm(窪み間の最小距離の平均
値L=30μm)の窪みを同様に形成した。
Further, with respect to the piston skirt, after forming the above-mentioned smooth surface (base surface) by grinding, the smooth surface is irradiated with a pulsed YAG laser to obtain an average value of 13 μm at a depth of 10 to 15 μm. , Diameter 50-80 μm, average value 60 μm, pitch 110-1
A depression having an average value of 150 μm at 80 μm (average value L of the minimum distance between the depressions L = 30 μm) was similarly formed.

【0046】上記において、シリンダーボア−ピストン
リング間でd(リング)<L(ボア)の関係、シリンダ
ーボア−ピストンスカート間でd(ボア)<L(スカー
ト)の関係がそれぞれ成り立っているので、摩擦損失が
低減できる。
In the above, the relationship d (ring) <L (bore) is established between the cylinder bore and the piston ring, and the relationship d (bore) <L (skirt) is established between the cylinder bore and the piston skirt. Friction loss can be reduced.

【0047】また、以下のような表面形状とすることに
より摩擦損失を低減することができ、さらに以下の効果
が得られる。
Further, by adopting the following surface shape, friction loss can be reduced, and the following effects can be obtained.

【0048】すなわち、上記と同じ素材、同じ加工方法
により、シリンダーボア、ピストンリングおよびピスト
ンスカートの摺動面に同様の大きさの窪みをそれぞれを
作成し、ピストンスカートにおける窪み間の最小距離の
平均値L1は30μmとし、ピストンリングにおける窪
みのピッチは60〜100μmで平均値80μm、窪み
間の最小距離の平均値L2は30μmとした。つまり、
d(ボア)<L1(スカート)、かつd(ボア)<L2
(リング)とし、シリンダボアの窪みの直径が他の窪み
より小さく形成されていることが特徴である。
That is, by using the same material and the same processing method as described above, depressions of the same size are formed on the sliding surfaces of the cylinder bore, the piston ring, and the piston skirt, and the average of the minimum distance between the depressions in the piston skirt is determined. The value L1 was 30 μm, the pitch of the depressions in the piston ring was 60 to 100 μm, the average value was 80 μm, and the average value L2 of the minimum distance between the depressions was 30 μm. That is,
d (bore) <L1 (skirt) and d (bore) <L2
(Ring) is characterized in that the diameter of the depression of the cylinder bore is formed smaller than the other depressions.

【0049】シリンダボアのストローク中央部について
は、その部位をリングおよびスカートが摺動するときは
摺動速度が比較的大きいので、油膜厚さが比較的大き
い。そのため、摩耗が起こり難い。よって、シリンダボ
アの窪みを小さく形成しても、磨耗によって消滅してし
まうようなことが起こりにくい。したがって、シリンダ
ボアの窪みを小さく形成できるので、リング,スカート
上の窪みの割合が、d(ボア)<L1(スカート)かつ
d(ボア)<L2(リング)の関係を保つ中で大きくで
きるので、摩耗によって、リング,スカート上の窪みが
小さくなっても摩擦損失低減効果が長期にわたって持続
させることができる。
In the center portion of the stroke of the cylinder bore, when the ring and the skirt slide at that position, the sliding speed is relatively high, so that the oil film thickness is relatively large. Therefore, abrasion hardly occurs. Therefore, even if the hollow of the cylinder bore is formed small, it is unlikely that the hollow will disappear due to wear. Therefore, since the depression of the cylinder bore can be formed small, the ratio of the depression on the ring and the skirt can be increased while maintaining the relation of d (bore) <L1 (skirt) and d (bore) <L2 (ring). Even if the recesses on the ring and skirt become smaller due to wear, the effect of reducing the friction loss can be maintained for a long time.

【0050】(実施例3)本発明に係わる摺動部品にお
ける表面粗さ構造を自動車用内燃機関のピストンスカー
トとシリンダーボアの摺動面に適用した例について説明
する。ここでの内燃機関は、排気量2000cc程度、
最高回転数6000rpm程度のものについて説明す
る。
(Embodiment 3) An example in which the surface roughness structure of a sliding part according to the present invention is applied to a sliding surface of a piston skirt and a cylinder bore of an internal combustion engine for an automobile will be described. The internal combustion engine here has a displacement of about 2000 cc,
A motor having a maximum rotation speed of about 6000 rpm will be described.

【0051】ピストンスカートはシリンダーボアに対し
て高速で摺動し、上死点および下死点においてストロー
ク方向が逆転する。この逆転位置付近では、互いの摺動
部が瞬間的に境界潤滑にさらされることになるが、摩擦
損失寄与度が大きいのはストロークの中央部であり、ス
トローク中央部分では、潤滑油が十分に供給され、高速
での相対運動が常時発生しているため、流体潤滑油膜が
形成される。多用される通常の運転条件、この実施例で
は運転される頻度が高く,摩擦損失が燃料消費量に寄与
する割合が大きい運転条件である2000rpm、1/
4負荷の運転条件では、摩擦損失寄与度が大きいストロ
ーク中央部の油膜厚さは、ピストンスカートとシリンダ
ーボア間で8μm程度、ピストンリングとシリンダーボ
ア間で1μm程度となる。
The piston skirt slides at a high speed with respect to the cylinder bore, and the stroke direction is reversed at the top dead center and the bottom dead center. In the vicinity of the reverse position, the sliding parts are instantaneously exposed to boundary lubrication, but the contribution of friction loss is large in the center of the stroke, and in the center of the stroke, the lubricating oil is sufficiently supplied. The fluid lubricating oil film is formed because the fluid is supplied and the relative motion at high speed is constantly generated. Normal operating conditions frequently used, that is, 2000 rpm, 1/2000, which are operating conditions in which the frequency of operation is high and friction loss contributes to fuel consumption in this embodiment is large.
Under the four-load operation condition, the oil film thickness at the center of the stroke where the friction loss contribution is large is about 8 μm between the piston skirt and the cylinder bore, and about 1 μm between the piston ring and the cylinder bore.

【0052】ここで、シリンダーボア表面には、図9に
示すように、凹凸の最大高さt(Ry)が0.5μmで
ある平滑なベース面20に、摺動方向に直交する微細な
溝21が形成されている。この溝21の深さH’1〜N
3〜5μmで、平均値H’が4μm、その幅b1〜Nは1
0〜30μmで、平均値bが20μm、さらに溝21の
ピッチP’1〜N は50〜100μmで、平均値P’が
80μm、溝間の最小距離の平均値L’が60μmで、
溝21の面積率は10〜60%である。
Here, as shown in FIG. 9, a fine groove perpendicular to the sliding direction is formed on a smooth base surface 20 having a maximum height t (Ry) of 0.5 μm on the surface of the cylinder bore. 21 are formed. The depth H ′ 1 to N of the groove 21 is 3 to 5 μm, the average value H ′ is 4 μm, and the width b 1 to N is 1
0 to 30 μm, the average value b is 20 μm, the pitch P ′ 1 to N of the groove 21 is 50 to 100 μm, the average value P ′ is 80 μm, the average value L ′ of the minimum distance between the grooves is 60 μm,
The area ratio of the groove 21 is 10 to 60%.

【0053】一方、ピストンスカートの表面にも同様に
摺動方向に直交する溝21が形成されており、これら溝
と溝の間のベース面20は、その凹凸の最大高さt(R
y)が1.0μmの平滑面となっている。当該溝21に
ついては、その深さH1〜Nが10〜15μmであって、
平均値Hは13μm、その幅B1〜Nは50〜80μmで
あって、平均値Bが60μm、さらにそのピッチPは1
10〜180μmであって、平均値Pは150μm、溝
間の最小距離の平均値Lは90μmである。
On the other hand, similarly, grooves 21 orthogonal to the sliding direction are formed on the surface of the piston skirt, and the base surface 20 between these grooves has a maximum height t (R) of the unevenness.
y) is a smooth surface of 1.0 μm. About the said groove | channel 21, the depth H1- N is 10-15 micrometers,
The average value H is 13 μm, the width B 1 to N is 50 to 80 μm, the average value B is 60 μm, and the pitch P is 1
The average value P is 150 μm, and the average value L of the minimum distance between the grooves is 90 μm.

【0054】なお、シリンダーボアは鋳鉄材からなり、
熱処理などによって硬度Hv300程度に調整され、ピ
ストンスカートはアルミ合金製であって、その硬さにつ
いてはHv150程度である。シリンダーボアについて
は、ホーニング加工で研磨することによって、非常に微
細で交差状の研磨溝からなる平均粗さRa:0.03μ
m、最大高さt(Ry):0.5μmという極めて平滑
なベース面20を形成したのち、このベース面20にY
AGレーザを照射することによって、他の溝と交差しな
い上記寸法の溝21を上記の間隔で形成した。また、ピ
ストンスカートについては、研削加工によって上記凹凸
(最大高さt=1.0ミクロン)を有するベース面2を
形成し、その面に旋削加工を施すことによって上記寸法
および間隔の溝21を他の溝と交差しないように形成し
た。このようにしてシリンダーボアおよびピストンスカ
ートの摺動面に形成した溝21の寸法について、表1に
まとめて示す。
The cylinder bore is made of cast iron material.
The hardness is adjusted to about Hv300 by heat treatment or the like, and the piston skirt is made of an aluminum alloy, and its hardness is about Hv150. The cylinder bore was polished by honing to obtain an average roughness Ra of 0.03 μm, which is composed of extremely fine and cross-shaped polishing grooves.
m, the maximum height t (Ry): after forming an extremely smooth base surface 20 of 0.5 μm,
By irradiating the AG laser, the grooves 21 having the above dimensions which do not intersect with the other grooves were formed at the above intervals. Further, as for the piston skirt, the base surface 2 having the above irregularities (maximum height t = 1.0 μm) is formed by grinding, and the surface is turned to form the grooves 21 having the above dimensions and intervals. Formed so as not to intersect with the groove. Table 1 summarizes the dimensions of the grooves 21 formed on the sliding surfaces of the cylinder bore and the piston skirt in this manner.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】このような表面粗さを備えたシリンダーボ
アとピストンスカートにおいて、荷重を受ける摺動面間
に形成される潤滑油膜は、ピストンの往復動によって起
こるクリアランスに潤滑油を巻き込む流量と、荷重に起
因する圧力によってその隙間から漏れ出る流量とのバラ
ンスによって決定される。この実施例において、運転さ
れる頻度が高く、摩擦損失が燃料消費量に影響する割合
が大きい上記運転条件である2000rpm、1/4負
荷の運転条件では、完全平滑面で考えれば、油膜厚さh
=8μmのとき、そのバランスが得られる。そのとき、
隙間から漏れ出ようとする油は、摺動する2つの面の表
面形状によって形成される空間を流れ、流動抵抗が小さ
い部分からより多く流れる。また、その流れは層流なの
で、潤滑油の流量は隙間の3乗に比例する。よって、流
動方向に連続した隙間の広い空間があると、流動抵抗が
大きく低下する。この実施例においては、b<Lなの
で、溝と溝とが2面間にあっても連結されることが確率
的に非常に小さいので、隙間の大きな空間が摺動方向に
対して連続する可能性がほとんどなく、隙間から漏れ出
ようとする油は、溝21に沿って接触部位外に漏れ出る
か、シリンダーボアの溝と溝の間のベース面20と、ピ
ストンスカートの溝と溝の間のベース面20との間の比
較的狭い流路を必ず通過する必要がある。これは、従来
のクロスハッチ状の表面形状に比較すると、隙間から漏
れ出ようとする油の流動抵抗を大きくする効果がある。
このことによって、全体の凹凸は大きくても、摺動面間
の最接近距離が小さくならず、粗さ先端の流体せん断力
を大きくすることなく、凹部分の流体せん断力が小さく
なるので摩擦損失を減らすことができる。
In the cylinder bore and the piston skirt having such a surface roughness, the lubricating oil film formed between the sliding surfaces receiving the load is characterized by the flow rate of the lubricating oil in the clearance caused by the reciprocation of the piston, Is determined by the balance with the flow rate leaking from the gap by the pressure caused by the pressure. In this embodiment, under the operating conditions of 2000 rpm and 1/4 load, which are the operating conditions in which the frequency of operation is high and the friction loss has a large effect on the fuel consumption, the oil film thickness is considered as a perfect smooth surface. h
= 8 μm, the balance is obtained. then,
The oil that is about to leak from the gap flows through the space formed by the surface shapes of the two sliding surfaces, and flows more from the portion where the flow resistance is small. Since the flow is laminar, the flow rate of the lubricating oil is proportional to the cube of the gap. Therefore, if there is a continuous space with a large gap in the flow direction, the flow resistance is greatly reduced. In this embodiment, since b <L, there is a very small probability that the groove is connected even if the groove is located between the two surfaces. Therefore, there is a possibility that a space with a large gap is continuous in the sliding direction. Almost no oil that escapes from the gap leaks out of the contact area along the groove 21 or the base surface 20 between the grooves in the cylinder bore and the base between the grooves in the piston skirt. It has to pass through a relatively narrow flow path between the surface 20. This has the effect of increasing the flow resistance of the oil that tends to leak from the gap, as compared with the conventional cross hatched surface shape.
As a result, even when the overall unevenness is large, the closest approach distance between the sliding surfaces is not reduced, and the fluid shear force at the concave portion is reduced without increasing the fluid shear force at the tip of the roughness. Can be reduced.

【0057】この実施例の場合も、実施例1と同様に説
明される。すなわち、b<Lの条件の場合、溝に沿って
漏れ出す潤滑油は、溝の間隔に較べて十分に大きいた
め、油の流れの多くは隙間分布の狭い部分を通過するの
で、潤滑油の流れの流動抵抗の合計は、隙間分布を図1
0のように2次元形状と考えて、その形状に直交した層
流圧力流れに対する抵抗で近似できる。この流動抵抗を
粗さ形状に対して計算し、完全平滑面で考えて油膜厚さ
h=8μmのときの流動抵抗と同じになる2面間の接近
状態を求めた。溝と溝の間のベース面の粗さ形状を3次
元的にランダムと考えれば、その流動抵抗は平滑な場合
で近似できるので平滑とした。この2面間の近接状態が
その運転条件での2面の摺動状態に対応する。
In the case of this embodiment, the description will be made in the same manner as in the first embodiment. That is, under the condition of b <L, the lubricating oil leaking along the groove is sufficiently large compared to the interval between the grooves, and most of the oil flow passes through a narrow portion of the gap distribution. Fig. 1 shows the gap distribution
Considering a two-dimensional shape like 0, it can be approximated by resistance to laminar pressure flow orthogonal to that shape. This flow resistance was calculated with respect to the roughness shape, and an approach state between the two surfaces, which was the same as the flow resistance when the oil film thickness was h = 8 μm, was determined by considering a completely smooth surface. If the roughness shape of the base surface between the grooves is considered to be three-dimensionally random, the flow resistance can be approximated in a smooth case, so that it was made smooth. The state of proximity between the two surfaces corresponds to the sliding state of the two surfaces under the operating conditions.

【0058】また、その時のせん断摺動による摩擦損失
は、油膜厚さの逆数の面積分に比例すると近似できる。
ここで、溝と溝の間のベース面の粗さ形状は油膜厚さの
逆数への影響が大きく、無視することはできない。よっ
て、油膜厚さの逆数の合計は、溝と溝の間のベース面の
ランダムな粗さ形状と微細溝形状を合成した形状に対し
て計算した。粗さ形状を変化させ、そのときの合成粗さ
の高さの累積分布の例を図4に示し、計算データを整理
したパラメータを示す。
The friction loss due to shear sliding at that time can be approximated as being proportional to the reciprocal area of the oil film thickness.
Here, the roughness shape of the base surface between the grooves has a large effect on the reciprocal of the oil film thickness and cannot be ignored. Therefore, the sum of the reciprocals of the oil film thickness was calculated for the shape obtained by combining the random roughness shape and the fine groove shape of the base surface between the grooves. FIG. 4 shows an example of the cumulative distribution of the height of the combined roughness when the roughness shape is changed, and shows parameters obtained by organizing the calculation data.

【0059】溝の間のベース面の粗さ高さ相当の値を
r、溝の深さに相当する値をH、溝の面積割合の相当値
をCとおいた。これらのパラメータで整理し、摩擦損失
に相当する油膜厚さの逆数の面積分値Tと流動抵抗の等
しい完全平滑面でのTの値をTsmoothとして、その比の
計算結果を図5〜7に示す。
The value corresponding to the height of the roughness of the base surface between the grooves is represented by r, the value corresponding to the depth of the groove is represented by H, and the value equivalent to the area ratio of the groove is represented by C. Arranged by these parameters, the reciprocal area value T of the oil film thickness corresponding to the friction loss and the value of T on a perfectly smooth surface having the same flow resistance as Tsmooth are shown in FIGS. Show.

【0060】図5には、溝の深さに相当する値H/hに
対して、r/hの値およびの値をパラメータとして整理
した結果を示す。rが小さい場合、Hが大きいほどTは
小さくなるが、rが大きい場合、逆の傾向となる。
FIG. 5 shows the results obtained by rearranging the value of r / h and the value of r / h as parameters with respect to the value H / h corresponding to the depth of the groove. When r is small, T increases as H increases, but when r is large, the opposite tendency occurs.

【0061】図6には、溝の面積割合の相当値Cに対し
て、r/hの値およびH/hの値をパラメータとして整
理した結果を示す。この場合もrが小さい場合、Cが大
きいほどTは小さくなるが、rが大きい場合は逆の傾向
となる。
FIG. 6 shows the results obtained by using the values of r / h and H / h as parameters for the equivalent value C of the groove area ratio. Also in this case, when r is small, T becomes smaller as C becomes larger, but when r is large, the opposite tendency occurs.

【0062】図7には、溝の間のベース面の粗さ高さ相
当の値r/hに対して、Cの値をパラメータとして整理
した結果を示す。r/hがある値以上大きいと空隙にT
の値は大きくなり、Cの値が大きいほど、小さなr/h
でTは大きくなる。
FIG. 7 shows the results obtained by rearranging the value of C as a parameter with respect to the value r / h corresponding to the roughness height of the base surface between the grooves. If r / h is larger than a certain value, T
Is larger, and the larger the value of C is, the smaller r / h
Then, T increases.

【0063】以上により、この実施例の表面粗さ形状に
よって、摩擦損失が減少するのは、以下の理由であるこ
とがわかる。
From the above, it can be understood that the friction loss is reduced by the surface roughness shape of this embodiment for the following reason.

【0064】流動抵抗が隙間の3乗に逆比例するので、
大きな凹部が存在しても、潤滑油の流れが必ず狭い部分
を通過するような形状とし、その流動抵抗を大きくする
ことによって、平滑面と同等の流動抵抗を得るための部
品表面の最接近距離があまり小さくならない。しかし、
溝の存在は流動抵抗を必ず小さくするので、最接近距離
は平滑面の場合より必ず接近する。一方、溝の存在はせ
ん断率(隙間の逆数と相対速度の積)の小さな部分の面
積を広くする。よって、結果として最接近距離が小さく
なった部分のせん断率が大きくなった分より、溝の存在
によるせん断率の小さな部分の面積を広くする効果が上
回って、全体の摩擦損失が低下する。よって、溝の間の
ベース面の粗さ高さが大きいと、溝の存在による流動抵
抗を小さくし、最接近距離を小さくする影響が溝の存在
によるせん断率の小さな部分の面積を広くする効果を上
回って、逆に溝の存在によって摩擦が大きくなる。摩擦
は隙間に逆比例するので、rが油膜厚さhに近くなる
と、摩擦増大の影響が大きくなることがわかる。つま
り、2面の表面形状で形成される2部品間の隙間形状
の、隙間から漏れる流れの方向に対する圧力勾配に対す
る流動抵抗が2つの面が完全平滑面で形成される隙間形
状での流動抵抗と等しい状態のときに、2部品間の隙間
の逆数を面積分した値が、その完全平滑面で形成される
隙間形状での値よりも小さいときに摩擦損失が低減する
ことがわかる。
Since the flow resistance is inversely proportional to the cube of the gap,
Even if there is a large recess, the shape is such that the flow of the lubricating oil always passes through the narrow part, and by increasing the flow resistance, the closest approach distance of the component surface to obtain the same flow resistance as the smooth surface Is not so small. But,
Since the presence of the groove necessarily reduces the flow resistance, the closest approach distance is always closer than in the case of a smooth surface. On the other hand, the presence of the groove increases the area of a portion where the shear rate (the product of the reciprocal of the gap and the relative speed) is small. Therefore, as a result, the effect of increasing the area of the portion having a small shear rate due to the presence of the groove is greater than the increase in the shear rate of the portion where the closest approach distance is reduced, and the overall friction loss is reduced. Therefore, when the roughness height of the base surface between the grooves is large, the flow resistance due to the presence of the grooves is reduced, and the effect of reducing the closest approach distance is the effect of increasing the area of the portion where the shear rate is small due to the presence of the grooves. And conversely, the presence of the groove increases the friction. Since the friction is inversely proportional to the gap, it can be seen that as r approaches the oil film thickness h, the effect of the increase in friction increases. In other words, the flow resistance to the pressure gradient with respect to the direction of the flow leaking from the gap in the gap shape between the two parts formed by the two surface shapes is the same as the flow resistance in the gap shape in which the two surfaces are formed to be completely smooth. It can be seen that in the same state, when the value obtained by dividing the reciprocal of the gap between the two parts by area is smaller than the value of the gap shape formed by the completely smooth surface, the friction loss is reduced.

【0065】よって、それぞれ2面の溝のまわりの平滑
面の凹凸の最大高さの合計が油膜厚さよりも小さいとき
に、b<Lの形状であれば、溝の面積が大きく深いほど
摩擦損失が低減する。また、それぞれ2面の溝のまわり
の平滑面の凹凸の最大高さの合計が油膜厚さよりも小さ
いときに、b<Lの形状であれば、2面の表面形状で形
成される2部品間の隙間形状の、隙間から漏れる流れの
方向に対する圧力勾配に対する流動抵抗が、2つの面が
完全平滑面で形成される隙間形状での流動抵抗と等しい
状態のときに2部品間の隙間の逆数を面積分した値がそ
の完全平滑面で形成される隙間形状での値よりも小さく
なるということである。
Therefore, when the sum of the maximum heights of the irregularities on the smooth surface around the two grooves is smaller than the oil film thickness, if b <L, the larger the groove area, the deeper the friction loss. Is reduced. Further, when the sum of the maximum heights of the irregularities of the smooth surface around the two grooves is smaller than the oil film thickness, if b <L, the two parts formed by the two surface shapes are formed. When the flow resistance with respect to the pressure gradient in the direction of the flow leaking from the gap of the gap shape is equal to the flow resistance in the gap shape in which the two surfaces are formed by completely smooth surfaces, the reciprocal of the gap between the two parts is determined. That is, the value obtained by dividing the area is smaller than the value obtained by the gap shape formed by the completely smooth surface.

【0066】当該実施例では、2面の溝のまわりのベー
ス面における凹凸の最大高さの合計が1.5μmであ
り、油膜厚さ8μmよりも小さいため、摩擦を小さくす
ることができる。原理から明きらかなように、溝の大き
さの関係は、ここで示したものだけでなく、bをピスト
ンスカートの溝の幅としても効果があることがわかる。
つまり、それぞれ2面の溝のまわりのベース面の凹凸の
最大高さの合計が油膜厚さよりも小さい時に、b<Lの
形状であることが本発明の効果が得られる条件であり、
本発明の特徴である。
In this embodiment, the sum of the maximum heights of the irregularities on the base surface around the two grooves is 1.5 μm, which is smaller than the oil film thickness of 8 μm, so that the friction can be reduced. As is clear from the principle, the relationship between the groove sizes is not limited to that shown here, and it can be seen that there is an effect when b is set as the width of the groove of the piston skirt.
That is, when the sum of the maximum heights of the irregularities of the base surface around the two grooves is smaller than the oil film thickness, the condition of b <L is a condition for obtaining the effect of the present invention,
This is a feature of the present invention.

【0067】また、溝の幅が流体潤滑油膜が発生してい
る範囲より大きければ、上記原理を考えれば、その効果
がなくなることは自明である。また、溝の深さは必要以
上に深くても摩擦は低減せず、あまりに溝の中の容積が
大きいと潤滑油の圧縮性の影響が現れ、部品表面の最接
近距離が小さくなる場合も考えられる。
If the width of the groove is larger than the range in which the fluid lubricating oil film is generated, it is obvious that the effect is lost in consideration of the above principle. Also, even if the depth of the groove is deeper than necessary, friction does not decrease.If the volume in the groove is too large, the compressibility of the lubricating oil appears, and the closest approach distance of the component surface may be reduced. Can be

【0068】また、以上の作用効果の原理から、いかな
る摺動部位でも、相対運動する2つの面間が流体である
潤滑剤で潤滑され、その部品間の潤滑油の流れが層流で
あり、ある荷重を支えつつ摺動する2つの部品の表面形
状に関しては、上記構成とすることにより、上記実施例
で示した作用効果が得られることが明らかである。
Also, from the principle of the above operation and effect, any sliding portion is lubricated between the two surfaces that move relative to each other with a lubricant that is a fluid, and the flow of the lubricating oil between the components is a laminar flow. With respect to the surface shapes of the two components that slide while supporting a certain load, it is clear that the above-described configuration provides the operational effects shown in the above-described embodiment.

【0069】また、この実施例のように、一方の部品、
ここではピストンスカートの硬度が、もう一方の部品、
ここではシリンダーボアの硬度よりも小さい場合、直接
接触があると、摩耗によってピストンスカート側の表面
が削り取られる。このとき、この実施例のように、硬い
方の窪みの直径をbとして、b<Lの関係を持たせるこ
とで、小さなbであっても摩耗によって溝がなくなるよ
うなことが少なく、Lが小さく設定できるので、ピスト
ンスカート側の溝割合を大きく設定してもこの関係が崩
れることがなく、柔らかい側の溝の幅を大きくすること
によって溝自体が摩耗によってなくなる時間を長くする
ことができ、摩擦低減効果を長期間維持することができ
る。さらに、運転初期のなじみ効果を期待すれば、当
初、ピストンスカート側の溝と溝の間のベース面の凹凸
の最大高さが油膜厚さよりも大きくても、なじみ終了後
に油膜厚さよりも小さくなれば、当該実施例と同等の効
果が得られる。
Also, as in this embodiment, one of the components,
Here, the hardness of the piston skirt is
Here, when the hardness is smaller than the cylinder bore, if there is direct contact, the surface on the piston skirt side is scraped off due to wear. At this time, as in this embodiment, by setting the diameter of the hard dent as b and giving the relationship of b <L, even if it is small b, the groove is less likely to disappear due to wear, and L is small. Since it can be set small, this relationship does not collapse even if the groove ratio on the piston skirt side is set to be large, and by increasing the width of the groove on the soft side, the time that the groove itself disappears due to wear can be extended, The effect of reducing friction can be maintained for a long time. In addition, if the effect of adaptation at the initial stage of operation is expected, even if the maximum height of the unevenness of the base surface between the grooves on the piston skirt side is initially larger than the oil film thickness, it can be made smaller than the oil film thickness after the adaptation. In this case, the same effect as that of the embodiment can be obtained.

【0070】さらに、例えば自動車用内燃機関のピスト
ン摺動面であれば、その相対摺動速度は機関の最高回転
時に20m/sを超え得る。このような条件の時には、
摺動摩擦発熱に基づく温度上昇による粘度低下に起因し
て、油膜厚さが小さくなり、部品に作用する慣性力など
による部品の弾性変形などによって、直接接触の頻度が
高くなる。また、他の機構であっても、このような高速
摺動時に例えば異物の混入などによって部品間の直接接
触が発生すれば、その摺動速度が高いために、局部的な
冷却作用があることが部品の耐焼き付き性を確保するた
めに有効である。この実施例のように溝状の凹部を形成
することで、溝の中に所定の体積の潤滑油が存在できる
ので、冷却効果が期待できる。また、混入した異物を溝
内に捕捉して、部品間の直接接触を低減することもでき
る。また、往復摺動しているので、摺動が停止する上下
死点においては、流体潤滑油膜の形成能力が低下し、油
膜厚さが小さくなり直接接触の発生が多くなる。このと
き、上記のような溝状の凹部が摺動面に存在することに
よって、局部的冷却、境界膜の破断面への潤滑剤の連続
した供給が可能となり、耐摩耗性、耐スカッフ性も向上
させることができる。
Further, for example, in the case of a piston sliding surface of an internal combustion engine for an automobile, the relative sliding speed can exceed 20 m / s at the time of maximum rotation of the engine. Under these conditions,
Due to the viscosity decrease due to the temperature rise due to the sliding friction heat generation, the oil film thickness decreases, and the frequency of direct contact increases due to the elastic deformation of the component due to the inertial force acting on the component. Also, even if other mechanisms are used, if direct contact between parts occurs due to, for example, entry of foreign matter during such high-speed sliding, the sliding speed is high, so that there is a local cooling action. Is effective for securing the seizure resistance of the component. By forming the groove-shaped concave portion as in this embodiment, a predetermined volume of lubricating oil can be present in the groove, so that a cooling effect can be expected. Further, the contaminated foreign matter can be captured in the groove to reduce direct contact between components. In addition, because of the reciprocating sliding, at the upper and lower dead center where sliding stops, the ability to form a fluid lubricating oil film is reduced, the oil film thickness is reduced, and direct contact is more likely to occur. At this time, the presence of the groove-shaped concave portion on the sliding surface as described above enables local cooling, continuous supply of the lubricant to the fracture surface of the boundary film, and also provides wear resistance and scuff resistance. Can be improved.

【0071】上記作用効果は、他の摺動部位、例えば、
内燃機関のシリンダーボアとピストンリングの摺動面に
対しても、油膜厚さの値に対して同様の関係で表面形状
を形成すれば、同様の効果が得られる。
The above operation and effect can be obtained by using other sliding parts, for example,
The same effect can be obtained by forming the surface shape on the sliding surface between the cylinder bore and the piston ring of the internal combustion engine in a similar relationship to the value of the oil film thickness.

【0072】さらに、内燃機関を前記自動車用のものと
限定すれば、その常用運転条件において、摺動速度が比
較的大きいので、摩擦損失寄与度が大きいストローク中
央部のタイミングの油膜厚さは、ピストンスカートが8
μm程度、ピストンリングが1μm程度となる。よっ
て、例えば以下の表面形状とすることによって、摩擦損
失を低減することができる。
Further, if the internal combustion engine is limited to that for the automobile, the sliding speed is relatively high under the normal operating conditions, so that the oil film thickness at the stroke center portion where the friction loss contribution is large is 8 piston skirts
μm and the piston ring is about 1 μm. Therefore, for example, the following surface shape can reduce the friction loss.

【0073】すなわち、シリンダーボアについては、上
記同様の素材および加工方法により、最大高さt(R
y):0.5μmの平滑なベース面20上に、深さ3〜
5μm、幅10〜30μm(平均値b=20μm)、ピ
ッチ60〜100μm(平均値:80μm)、溝間の最
小距離の平均値L'が60μmの溝21を形成する。
In other words, the cylinder bore has a maximum height t (R
y): On the smooth base surface 20 of 0.5 μm, a depth of 3 to
A groove 21 having a thickness of 5 μm, a width of 10 to 30 μm (average value b = 20 μm), a pitch of 60 to 100 μm (average value: 80 μm), and an average value L ′ of the minimum distance between grooves of 60 μm is formed.

【0074】ピストンスカートについては、上記同様に
深さ10〜15μm(平均値:13μm)、幅50〜8
0μm(平均値:60μm)、ピッチ110〜180μ
m(平均値:150μm)、溝間の最小距離の平均値L
が90μmの溝21を形成する。
As for the piston skirt, as described above, the depth is 10 to 15 μm (average value: 13 μm), and the width is 50 to 8 μm.
0 μm (average value: 60 μm), pitch 110 to 180 μ
m (average value: 150 μm), average value L of minimum distance between grooves
Form a groove 21 of 90 μm.

【0075】ピストンリングにはクロムめっきが施さ
れ、その表面硬度は1000Hv程度であり、ピストン
リングについては、ホーニング加工により研磨を施こと
によって、非常に微細で交差状の研磨溝からなる平均粗
さRa:0.03μm、最大高さRy:0.5μmとい
う平滑な平面とした。
The piston ring is plated with chrome and has a surface hardness of about 1000 Hv. The piston ring is polished by a honing process to obtain an average roughness of very fine and cross-shaped polished grooves. It was a smooth plane with Ra: 0.03 μm and maximum height Ry: 0.5 μm.

【0076】ピストンリングとシリンダーボア間の油膜
厚さが1.0μmであることと、ピストンリングには溝
はないものの、溝と溝の間隔を無限大とみれば、b<L
の関係が成り立ち、ピストンリングとシリンダーボア間
の摺動接触幅が0.5mm程度であり、シリンダーボア
の溝幅bに溝と溝の間隔L’を加えたb+L’より接触
幅aが十分大きいことから、シリンダーボア−ピストン
リング間でも、シリンダーボア−ピストンスカート間と
同様に摩擦損失が低減できる。このように、シリンダー
ボア−ピストンリング間でb+L’<aの関係、シリン
ダーボア−ピストンスカート間でb(ボア)<L(スカ
ート)が成り立っているので、長期にわたって摩擦損失
低減効果を持続させることができる。
If the oil film thickness between the piston ring and the cylinder bore is 1.0 μm and the piston ring has no groove, but if the distance between the grooves is infinite, b <L
Is established, the sliding contact width between the piston ring and the cylinder bore is about 0.5 mm, and the contact width a is sufficiently larger than b + L ′ obtained by adding the groove width b ′ of the cylinder bore to the groove width L ′. Therefore, the friction loss can be reduced between the cylinder bore and the piston ring as in the case between the cylinder bore and the piston skirt. As described above, since the relationship of b + L '<a is established between the cylinder bore and the piston ring, and b (bore) <L (skirt) is established between the cylinder bore and the piston skirt, the effect of reducing the friction loss can be maintained for a long time. Can be.

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

【図1】(a) 軸受メタルおよびクランクシャフトの
形状及び構造を示す横断面図でる。 (b) 図1(a)に示した軸受メタルを収納した軸受
ボックスを示す斜視図である。 (c) 図1(a)における線C−Cについての水平断
面図である。
FIG. 1A is a cross-sectional view showing shapes and structures of a bearing metal and a crankshaft. (B) It is a perspective view which shows the bearing box which accommodated the bearing metal shown in FIG. 1 (a). (C) It is a horizontal sectional view about line CC in Drawing 1 (a).

【図2】(a),(b)および(c)は本発明に係わる
摺動部品としてクランクシャフトおよび軸受メタル(ア
ルミ合金製、Hv100)の摺動表面の微細形状を示す
それぞれ斜視図、平面図および断面図である。
FIGS. 2 (a), (b) and (c) are perspective views and plan views respectively showing fine shapes of a sliding surface of a crankshaft and a bearing metal (aluminum alloy, Hv100) as sliding parts according to the present invention. It is a figure and a sectional view.

【図3】図2に示した表面形状を2次元形状と見なした
該略図である。
FIG. 3 is a schematic view in which the surface shape shown in FIG. 2 is regarded as a two-dimensional shape.

【図4】粗さ高さの累積分布を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a cumulative distribution of roughness height.

【図5】凹部の深さに相当する値H/hと摩擦損失の関
係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a value H / h corresponding to a depth of a concave portion and a friction loss.

【図6】凹部の面積割合の相当値Cと摩擦損失の関係を
示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the equivalent value C of the area ratio of the concave portion and the friction loss.

【図7】ベース部の粗さ高さ相当の値r/hと摩擦損失
の関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a value r / h corresponding to a roughness height of a base portion and a friction loss.

【図8】内燃機関におけるシリンダーボアとピストンリ
ングとピストンスカートを示す概略図である
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cylinder bore, a piston ring, and a piston skirt in the internal combustion engine.

【図9】(a)(b)および(c)は本発明に係わる摺
動部品としてシリンダーボアおよびピストンスカートの
摺動表面の微細形状を示すそれぞれ斜視図、平面図およ
び断面図である。
FIGS. 9 (a), (b) and (c) are a perspective view, a plan view and a sectional view, respectively, showing fine shapes of sliding surfaces of a cylinder bore and a piston skirt as sliding parts according to the present invention.

【図10】図9に示した表面形状を2次元形状と見なし
た該略図である。
FIG. 10 is a schematic view in which the surface shape shown in FIG. 9 is regarded as a two-dimensional shape.

【図11】従来のクランクシャフトの摺動面形状を示す
グラフである。
FIG. 11 is a graph showing a sliding surface shape of a conventional crankshaft.

【図12】従来のピストンスカートの表面形状を示す概
略図である。
FIG. 12 is a schematic view showing a surface shape of a conventional piston skirt.

【図13】(a)および(b)は従来のシリンダーボア
内面の表面形状を示す概略図である。
FIGS. 13A and 13B are schematic diagrams showing the surface shape of the inner surface of a conventional cylinder bore.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20 ベース面 11 窪み 21 溝 31 軸受メタル 32 クランク 35 シリンダーボア 36 ピストンリング 37 ピストンスカート 10, 20 Base surface 11 Depression 21 Groove 31 Bearing metal 32 Crank 35 Cylinder bore 36 Piston ring 37 Piston skirt

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Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内燃機関において相対運動し、摺動面間
が層流状態の潤滑油で潤滑された2部品の摺動面におけ
る表面粗さ構造であって、両摺動面の表面形状により形
成される2部品間の隙間形状において隙間から漏れる潤
滑油の流れ方向の圧力勾配に対する流動抵抗が両摺動面
を完全平滑面としたときに2部品間に形成される隙間形
状における流動抵抗と等しい状態のときに、2部品間の
隙間の逆数を面積分した値が完全平滑面で形成される隙
間形状における値よりも小さいことを特徴とする摺動部
品。
1. A surface roughness structure of two parts sliding relative to each other in an internal combustion engine and lubricated with lubricating oil in a state of laminar flow between the sliding surfaces. In the formed gap between the two parts, the flow resistance to the pressure gradient in the flow direction of the lubricating oil leaking from the gap is equal to the flow resistance in the gap formed between the two parts when both sliding surfaces are completely smooth. A sliding component, wherein a value obtained by dividing the reciprocal of the gap between the two components by area is smaller than a value in a gap shape formed by a completely smooth surface in the same state.
【請求項2】 両摺動面が最大高さtの凹凸を持つベー
ス面に、該ベース面にまわりを囲まれたディンプル状の
窪みを有し、各摺動面のくぼみの最大深さをHとすると
き、H/tが1よりも大きく、両摺動面の窪みの最大径
が摺動面の最も短いスパン以下であり、一方の摺動面に
おける窪みの最大径の平均値をdとし、他方の摺動面に
おける窪み間の最小距離の平均値をLとしたときに、d
<Lであることを特徴とする請求項1記載の摺動部品。
2. A base surface in which both sliding surfaces have irregularities of the maximum height t, a dimple-shaped depression surrounded by the base surface, and the maximum depth of the depression in each sliding surface is determined. When H, H / t is greater than 1, the maximum diameter of the dent on both sliding surfaces is less than the shortest span of the sliding surface, and the average of the maximum diameter of the dent on one sliding surface is d. When the average value of the minimum distance between the depressions on the other sliding surface is L, d
The sliding component according to claim 1, wherein <L is satisfied.
【請求項3】 内燃機関において相対運動し、摺動面間
が層流状態の潤滑油油で潤滑された2部品の摺動面にお
ける表面粗さ構造であって、両摺動面が最大高さtの凹
凸を持つベース面に、該ベース面にまわりを全て囲まれ
たディンプル状の窪みを有し、両摺動面を完全平滑面と
したときに2部品間に形成される隙間への相対運動によ
る潤滑油の流入量と、2部品間に発生する圧力による潤
滑油の流出量がバランスする時の摺動面間の最接近距離
をhと定義した場合に、該hがtよりも大きく、各摺動
面の窪みの平均深さの少なくとも一方がhよりも大き
く、両摺動面の窪みの最大径が潤滑油膜の形成されてい
る範囲の最も短いスパン以下であり、一方の摺動面の窪
みの最大径の平均値をdとし、他方の摺動面の窪み間の
最小距離の平均値をLとしたときに、d<Lであること
を特徴とする摺動部品。
3. A surface roughness structure of two parts sliding relative to each other in an internal combustion engine and lubricated with a lubricating oil in a laminar flow state between the sliding surfaces, wherein both sliding surfaces have a maximum height. The base surface having the irregularities of the height t has a dimple-shaped dent which is entirely surrounded by the base surface, and a gap formed between the two parts when both sliding surfaces are completely smooth surfaces. When the inflow of lubricating oil due to the relative motion and the outflow of lubricating oil due to the pressure generated between the two parts are balanced, the closest approach distance between the sliding surfaces is defined as h. At least one of the average depths of the depressions on each sliding surface is larger than h, and the maximum diameter of the depressions on both sliding surfaces is less than the shortest span of the range in which the lubricating oil film is formed. The average value of the maximum diameter of the dent of the moving surface is d, and the average value of the minimum distance between the dents of the other sliding surface is L. Wherein d <L.
【請求項4】 両摺動面のうちの表面硬度が高い方の摺
動面における窪みの最大径の平均値をdとし、表面硬度
が低い方の摺動面における窪み間の最小距離の平均値を
Lとしたときに、d<Lであることを特徴とする請求項
3記載の摺動部品。
4. The average value of the maximum diameter of the depression on the sliding surface having the higher surface hardness of both sliding surfaces is d, and the average of the minimum distance between the depressions on the sliding surface having the lower surface hardness is d. 4. The sliding component according to claim 3, wherein when the value is L, d <L.
【請求項5】 両摺動面のうちの表面硬度が低い方の摺
動面における窪みの最大径の平均値をDとしたときに、
D>dであることを特徴とする請求項3または請求項4
記載の摺動部品。
5. When the average value of the maximum diameter of the dent on the sliding surface with the lower surface hardness of both sliding surfaces is D,
5. The method according to claim 3, wherein D> d.
The sliding parts described.
【請求項6】 両摺動面のうちの表面硬度が高い方の摺
動面におけるベース面の凹凸の最大高さがhよりも小さ
く、表面硬度が低い方の摺動面におけるベース面の凹凸
の最大高さがhよりも大きいことを特徴とする請求項3
ないし請求項5のいずれかに記載の摺動部品。
6. The unevenness of the base surface of the sliding surface having the lower surface hardness, wherein the maximum height of the unevenness of the base surface is smaller than h on the sliding surface having the higher surface hardness of the two sliding surfaces. 4. The maximum height of the slab is greater than h.
A sliding component according to claim 5.
【請求項7】 前記hが当該摺動部品を搭載したレシプ
ロ式内燃機関において想定された運転条件のうちで摩擦
損失への影響が最も大きい条件において算出されたもの
であることを特徴とする請求項3ないし請求項6のいず
れかに記載の摺動部品。
7. The method according to claim 7, wherein h is calculated under the condition that has the greatest effect on friction loss among the operating conditions assumed in the reciprocating internal combustion engine equipped with the sliding component. The sliding component according to any one of claims 3 to 6.
【請求項8】 当該摺動部品を搭載したレシプロ式内燃
機関において想定された運転条件のうちで摩擦損失への
影響が最も大きい条件において算出される前記hをh0
としたときに、他の運転条件におけるhは、h0よりも
小さくなることがあることを特徴とする請求項3ないし
請求項7のいずれかに記載の摺動部品。
8. A value h0 calculated as h0 calculated under a condition having the largest effect on friction loss among operating conditions assumed in a reciprocating internal combustion engine equipped with the sliding component.
The sliding component according to any one of claims 3 to 7, wherein h under other operating conditions may be smaller than h0.
【請求項9】 当該摺動部品を搭載したレシプロ式内燃
機関において想定された運転条件のうちで摩擦損失への
影響が最も大きい条件を最高回転数の1/3の回転、最
大負荷の1/4の条件としたことを特徴とする請求項7
または請求項8記載の摺動部品。
9. Among the operating conditions assumed in the reciprocating type internal combustion engine equipped with the sliding parts, the condition having the largest effect on the friction loss is defined as the rotation of 1/3 of the maximum rotation speed and 1 / of the maximum load. 8. The condition of item 4 is satisfied.
Or the sliding component according to claim 8.
【請求項10】 当該摺動部品を搭載したレシプロ式内
燃機関において想定された最も運転時間が長いときの運
転条件を最高回転数の1/3の回転、最大負荷の1/4
の条件としたことを特徴とする請求項7または請求項8
記載の摺動部品。
10. The operating condition for the longest operating time assumed in a reciprocating internal combustion engine equipped with the sliding component is set to a rotation of 1/3 of the maximum rotation speed and 1/4 of the maximum load.
9. The condition described in claim 7 or claim 8.
The sliding parts described.
【請求項11】 摺動面の表面硬度が高い方の部品がク
ランクシャフトであり、表面硬度が低い方の部品が前記
クランクシャフトを支持する軸受メタルであることを特
徴とする請求項3ないし請求項10のいずれかに記載の
摺動部品。
11. The component having a higher surface hardness of the sliding surface is a crankshaft, and the component having a lower surface hardness is a bearing metal supporting the crankshaft. Item 11. The sliding component according to any one of Items 10.
【請求項12】 両部品が自動車用内燃機関のものであ
って、クランクシャフト摺動面におけるベース面の凹凸
の最大高さが1μm以下、窪みの平均深さが1〜50μ
mであり、軸受メタル摺動面における窪みの平均深さが
1〜50μmであり、その最大径の平均値が1mm以下
であることを特徴とする請求項11記載の摺動部品。
12. Both parts are for an internal combustion engine for an automobile, wherein the maximum height of the unevenness of the base surface on the crankshaft sliding surface is 1 μm or less, and the average depth of the depression is 1 to 50 μm.
The sliding component according to claim 11, wherein the average depth of the depression in the bearing metal sliding surface is 1 to 50 m, and the average value of the maximum diameter is 1 mm or less.
【請求項13】 摺動面の表面硬度が高い方の部品がシ
リンダーボアであり、表面硬度が低い方の部品がピスト
ンスカートであることを特徴とする請求項3ないし請求
項10のいずれかに記載の摺動部品。
13. The component according to claim 3, wherein the component having the higher surface hardness of the sliding surface is a cylinder bore, and the component having the lower surface hardness is a piston skirt. The sliding parts described.
【請求項14】 両部品が自動車用内燃機関のものであ
って、シリンダーボア摺動面におけるベース面の凹凸の
最大高さが1μm以下、窪みの平均深さが1〜50μm
であり、ピストンスカート摺動面における窪みの平均深
さが1〜50μmであり、その最大径の平均値が1mm
以下であることを特徴とする請求項13記載の摺動部
品。
14. Both parts are for an internal combustion engine for an automobile, wherein the maximum height of the unevenness of the base surface on the sliding surface of the cylinder bore is 1 μm or less, and the average depth of the depression is 1 to 50 μm.
The average depth of the depressions on the piston skirt sliding surface is 1 to 50 μm, and the average value of the maximum diameter is 1 mm.
The sliding component according to claim 13, wherein:
【請求項15】 摺動面の表面硬度が高い方の部品がピ
ストンリングであり、表面硬度が低い方の部品がシリン
ダーボアであることを特徴とする請求項3ないし請求項
10のいずれかに記載の摺動部品。
15. The component according to claim 3, wherein the component having the higher surface hardness of the sliding surface is a piston ring, and the component having the lower surface hardness is a cylinder bore. The sliding parts described.
【請求項16】 両部品が自動車用内燃機関のものであ
って、ピストンリング摺動面におけるベース面の凹凸の
最大高さが1μm以下、窪みの平均深さが1〜50μm
であり、シリンダーボア摺動面における窪みの平均深さ
が1〜50μmであり、その最大径の平均値が1mm以
下であることを特徴とする請求項15記載の摺動部品。
16. Both parts are those of an internal combustion engine for automobiles, wherein the maximum height of the irregularities on the base surface on the piston ring sliding surface is 1 μm or less, and the average depth of the depressions is 1 to 50 μm.
The sliding component according to claim 15, wherein the average depth of the depression in the sliding surface of the cylinder bore is 1 to 50 m, and the average value of the maximum diameter is 1 mm or less.
【請求項17】 摺動面の表面硬度が高い方の部品がシ
リンダーボアであり、表面硬度が低い方の部品がピスト
ンリングであることを特徴とする請求項3ないし請求項
10のいずれかに記載の摺動部品。
17. The component according to claim 3, wherein the component having the higher surface hardness of the sliding surface is a cylinder bore, and the component having the lower surface hardness is a piston ring. The sliding parts described.
【請求項18】 両部品が自動車用内燃機関のものであ
って、シリンダーボア摺動面におけるベース面の凹凸の
最大高さが1μm以下、窪みの平均深さが1〜50μm
であり、ピストンリング摺動面における窪みの平均深さ
が1〜50μmであり、その最大径の平均値が1mm以
下であることを特徴とする請求項17記載の摺動部品。
18. Both parts are those of an internal combustion engine for an automobile, wherein the maximum height of the unevenness of the base surface on the cylinder bore sliding surface is 1 μm or less, and the average depth of the depression is 1 to 50 μm.
The sliding component according to claim 17, wherein the average depth of the depressions on the piston ring sliding surface is 1 to 50 µm, and the average value of the maximum diameter is 1 mm or less.
【請求項19】 内燃機関のピストンスカートおよびピ
ストンリングがシリンダーボアと摺動する部位における
表面粗さ構造であって、当該内燃機関において想定され
た最も運転時間が長い条件において、ピストンスカート
およびピストンリングとシリンダーボアとの摺動面が完
全平滑面と仮定したときに当該部品間に形成される隙間
への相対運動による潤滑油の流入量と当該部品間に発生
する圧力による潤滑油の流出量とがバランスする時の摺
動面間の最接近距離をhとし、ピストン上下動ストロー
クの中央部におけるピストンスカートとシリンダボアお
よびピストンリングとシリンダーボアとの2組の摺動面
におけるhの小さい方の値をhとするとき、シリンダー
ボアおよびピストンリングの摺動面がよりも小さい最大
高さの凹凸を有するベース面に、該ベース面にまわりを
全て囲まれたディンプル状の窪みを有し、当該窪みの深
さがhよりも大きく、窪みの最大径の平均値がピストン
リングの摺動面の幅いかであると共に、ピストンスカー
トの摺動面がhよりも小さい最大高さの凹凸を有するベ
ース面に、該ベース面にまわりを全て囲まれたディンプ
ル状の窪みを有し、当該窪みの深さがhよりも大きく、
かつシリンダーボアの窪みの最大径の平均値をd、ピス
トンスカートの窪み間の最小距離の平均値をL1、ピス
トンリングの窪み間の最小距離の平均値をL2とすると
き、d<L1かつd<L2であることを特徴とする摺動
部品。
19. A surface roughness structure at a portion where a piston skirt and a piston ring of an internal combustion engine slide with a cylinder bore, and the piston skirt and the piston ring under the condition that the operation time assumed in the internal combustion engine is longest. Assuming that the sliding surface between the cylinder bore and the cylinder bore is a completely smooth surface, the amount of lubricating oil flowing in and the amount of lubricating oil flowing out due to the pressure generated between the parts and the relative movement into the gap formed between the parts. H is the closest approach distance between the sliding surfaces when the balance is made, and the smaller value of h on the two sets of sliding surfaces of the piston skirt and the cylinder bore and the piston ring and the cylinder bore at the center of the piston vertical movement stroke. Where h is the sliding surface of the cylinder bore and piston ring has a smaller maximum height irregularity The base surface has a dimple-shaped depression entirely surrounded by the base surface, the depth of the depression is larger than h, and the average value of the maximum diameter of the depression is the width of the sliding surface of the piston ring. In addition, the sliding surface of the piston skirt has a dimple-shaped dent which is entirely surrounded on the base surface having irregularities of the maximum height smaller than h, and the depth of the dent is greater than h,
When the average value of the maximum diameter of the depression of the cylinder bore is d, the average value of the minimum distance between the depressions of the piston skirt is L1, and the average value of the minimum distance between the depressions of the piston ring is L2, d <L1 and d <Sliding component characterized by L2.
【請求項20】 内燃機関のシリンダーボア,ピストン
スカートおよびピストンリングの摺動面における表面粗
さ構造であって、シリンダーボアの摺動面は最大高さが
1μm以下の凹凸を有するベース面に、該ベース面にま
わりを全て囲まれ、深さが1〜50μm、最大径の平均
値dが50μm以下の窪みを有し、該シリンダーボアに
摺接するピストンスカートの摺動面は最大高さが5μm
以下の凹凸を有するベース面に、該ベース面にまわりを
全て囲まれ、深さが1〜50μm、最大径の平均値が1
mm以下の窪みを有し、前記シリンダーボアに摺接する
ピストンリングの摺動面は最大高さが1μm以下の凹凸
を有するベース面に、該ベース面にまわりを全て囲ま
れ、深さが1〜50μm、最大径の平均値が50μm以
下の窪みを有し、さらにピストンスカートの窪み間の最
小距離の平均値をL1、ピストンリングの窪み間の最小
距離の平均値をL2とするとき、d<L1かつd<L2
であることを特徴とする摺動部品。
20. A surface roughness structure of a sliding surface of a cylinder bore, a piston skirt and a piston ring of an internal combustion engine, wherein the sliding surface of the cylinder bore has a base surface having a maximum height of 1 μm or less. The base surface is entirely surrounded, has a depth of 1 to 50 μm, and has an average value d of maximum diameter of 50 μm or less. The sliding surface of the piston skirt that slides on the cylinder bore has a maximum height of 5 μm.
A base surface having the following irregularities is entirely surrounded by the base surface, has a depth of 1 to 50 μm, and has an average maximum diameter of 1
mm, and the sliding surface of the piston ring that slides in contact with the cylinder bore is surrounded by a base surface having a maximum height of 1 μm or less, and is entirely surrounded by the base surface and has a depth of 1 to 1. Assuming that there is a depression of 50 μm and the average of the maximum diameter is 50 μm or less, the average of the minimum distance between the depressions of the piston skirt is L1, and the average of the minimum distance between the depressions of the piston ring is L2, d < L1 and d <L2
A sliding part characterized by the following.
【請求項21】 内燃機関において相対運動し、摺動面
間が層流状態の潤滑油油で潤滑された2部品の摺動面に
おける表面粗さ構造であって、両摺動面がそれぞれ最大
高さt1,t2(μm)の凹凸を持つベース面に、摺動
方向と45°以上の角度をなす複数の溝を互いに交差す
ることなく有し、両摺動面の溝の最大深さをH(μm)
としてH/t1,H/t2が1よりも大きく、前記溝の
最大幅が潤滑油膜の形成されている摺動方向の接触長さ
以下であり、一方の摺動面における溝の最大幅の平均値
をb(μm)とし、他方の摺動面における溝間の最小距
離の平均値をL(μm)としたときに、b<Lであるこ
とを特徴とする摺動部品。
21. A surface roughness structure of two parts sliding relative to each other in an internal combustion engine and lubricated with a lubricating oil in a laminar flow state between the sliding surfaces, wherein each of the sliding surfaces has a maximum. The base surface having irregularities of heights t1 and t2 (μm) has a plurality of grooves that form an angle of 45 ° or more with the sliding direction without intersecting each other. H (μm)
H / t1 and H / t2 are greater than 1, the maximum width of the groove is less than or equal to the contact length in the sliding direction where the lubricating oil film is formed, and the average of the maximum width of the groove on one sliding surface is A sliding component, wherein b <L when the value is b (μm) and the average value of the minimum distance between grooves on the other sliding surface is L (μm).
【請求項22】 両摺動面を完全平滑面としたときに2
部品間に形成される隙間への相対運動による潤滑油の流
入量と、2部品間に発生する圧力による潤滑油の流出量
がバランスする時の摺動面間の最接近距離をhと定義し
たとき、前記t1およびt2がhよりも小さいことを特
徴とする請求項21記載の摺動部品の表面粗さ構造。
22. When both sliding surfaces are completely smooth,
The closest approach distance between the sliding surfaces when the amount of lubricating oil flowing in due to relative movement into the gap formed between the parts and the amount of lubricating oil flowing out due to the pressure generated between the two parts is defined as h. 22. The surface roughness structure of a sliding component according to claim 21, wherein said t1 and t2 are smaller than h.
【請求項23】 両摺動面のうちの表面硬度が高い方の
摺動面における溝の最大幅の平均値をbとし、表面硬度
が低い方の摺動面における溝間の最小距離の平均値をL
としたときに、b<Lであることを特徴とする請求項2
1または請求項22記載の摺動部品。
23. An average value of the maximum width of the groove on the sliding surface having the higher surface hardness of the two sliding surfaces, and an average of the minimum distance between the grooves on the sliding surface having the lower surface hardness. Value is L
3. The method according to claim 2, wherein b <L.
A sliding component according to claim 1 or claim 22.
【請求項24】 両摺動面のうちの表面硬度が低い方の
摺動面における溝の最大幅の平均値をBとしたときに、
B>bであることを特徴とする請求項22または請求項
23記載の摺動部品。
24. When the average value of the maximum width of the groove on the sliding surface with the lower surface hardness of both sliding surfaces is B,
The sliding component according to claim 22, wherein B> b.
【請求項25】 前記hが当該摺動部品を搭載したレシ
プロ式内燃機関において想定された運転条件のうちで摩
擦損失への影響が最も大きい条件において算出されたも
のであることを特徴とする請求項22ないし請求項24
のいずれかに記載の摺動部品。
25. The method according to claim 25, wherein h is calculated under the condition having the largest effect on friction loss among the operating conditions assumed in the reciprocating internal combustion engine equipped with the sliding component. Item 22 to Item 24
A sliding component according to any one of the above.
【請求項26】 摺動面の表面硬度が高い方の部品がシ
リンダーボアであり、表面硬度が低い方の部品がピスト
ンスカートであることを特徴とする請求項22ないし請
求項25のいずれかに記載の摺動部品。
26. The component according to claim 22, wherein the component having the higher surface hardness of the sliding surface is a cylinder bore, and the component having the lower surface hardness is a piston skirt. The sliding parts described.
【請求項27】 両部品が自動車用内燃機関のものであ
って、シリンダーボアおよびピストンスカートの摺動面
におけるベース面の凹凸が最大粗さ表示Ryで1μm以
下であり、シリンダーボアにおける溝の平均深さが1〜
50μm、溝間の最小距離の平均値が100μm以下で
あると共に、ピストンスカートにおける溝の平均深さが
5〜50μm、溝間の最小距離の平均値が1mm以下で
あることを特徴とする請求項26記載の摺動部品。
27. Both parts are those of an internal combustion engine for an automobile, and the unevenness of the base surface on the sliding surface of the cylinder bore and the piston skirt is 1 μm or less in maximum roughness indication Ry, and the average of the grooves in the cylinder bore is Depth is 1
The average value of the minimum distance between the grooves is 50 μm or less, and the average depth of the grooves in the piston skirt is 5 to 50 μm, and the average value of the minimum distance between the grooves is 1 mm or less. 27. The sliding component according to 26.
【請求項28】 ピストンスカートおよびピストンリン
グとシリンダーボアとの摺動面が完全平滑面と仮定した
ときに当該部品間に形成される隙間への相対運動による
潤滑油の流入量と当該部品間に発生する圧力による潤滑
油の流出量とがバランスする時の摺動面間の最接近距離
をhとし、ピストン上下動ストロークの中央部における
ピストンスカートとシリンダボアおよびピストンリング
とシリンダーボアとの2組の摺動面におけるhの小さい
方の値をh0とすると共に、シリンダーボアにおける溝
の最大幅の平均値をb、溝間の最小距離の平均値を
L'、シリンダーボアにおける溝間の最小距離の平均値
をLとし、ピストンリングとシリンダーボアの摺動方向
の接触幅をaとするとき、ピストンスカート,ピストン
リングおよびシリンダーボアにおけるベース面の凹凸の
最大高さがh0以下で、かつb>L,b+L'<aの関
係にあることを特徴とする請求項23ないし請求項27
のいずれかに記載の摺動部品。
28. An inflow of lubricating oil due to relative movement into a gap formed between said parts when a sliding surface between a piston skirt and a piston ring and a cylinder bore is assumed to be completely smooth. Let h be the closest approach distance between the sliding surfaces when the amount of lubricating oil flowing out due to the generated pressure is balanced, and two sets of a piston skirt and a cylinder bore and a piston ring and a cylinder bore at the center of the piston vertical movement stroke. The smaller value of h on the sliding surface is h0, the average value of the maximum width of the groove in the cylinder bore is b, the average value of the minimum distance between the grooves is L ′, and the minimum value of the minimum distance between the grooves in the cylinder bore is When the average value is L and the contact width in the sliding direction between the piston ring and the cylinder bore is a, the piston skirt, the piston ring, and the cylinder The maximum height of the irregularities of the base surface in the authors at h0 less, and b> L, b + L '<claim 23 through claim, characterized in that a relation of a 27
A sliding component according to any one of the above.
【請求項29】 ピストンスカート,ピストンリングお
よびシリンダーボアの摺動面におけるベース面がそれぞ
れ1μm以下の最大高さの凹凸を有し、シリンダーボア
における溝の最大幅の平均値bが1〜50μm、溝の平
均深さが1〜10μm、溝間の最小距離の平均値L'が
100μm以下で、ピストンスカートにおける溝の最大
幅の平均値Bが50μm以上、溝の平均深さが5〜50
μm、溝間の最小距離の平均値Lが50μm以上1mm
以下であることを特徴とする請求項28記載の摺動部
品。
29. A base surface in a sliding surface of a piston skirt, a piston ring, and a cylinder bore has irregularities of a maximum height of 1 μm or less, respectively, and an average value b of a maximum width of a groove in the cylinder bore is 1 to 50 μm; The average depth of the groove is 1 to 10 μm, the average value L ′ of the minimum distance between the grooves is 100 μm or less, the average value B of the maximum width of the groove in the piston skirt is 50 μm or more, and the average depth of the groove is 5 to 50 μm.
μm, average value L of minimum distance between grooves is 50 μm or more and 1 mm
The sliding component according to claim 28, wherein:
【請求項30】 内燃機関において相対運動し、摺動面
間が層流状態の潤滑油で潤滑された2部品の摺動面にお
ける表面粗さ構造であって、両摺動面の表面形状により
形成される2部品間の隙間形状において隙間から漏れる
潤滑油の流れ方向の圧力勾配に対する流動抵抗が両摺動
面を完全平滑面としたときに2部品間に形成される隙間
形状における流動抵抗と等しい状態のときに、2部品間
の隙間の逆数を面積分した値が完全平滑面で形成される
隙間形状における値よりも小さい摺動部品を用いたこと
を特徴とする内燃機関。
30. A surface roughness structure of two parts sliding relative to each other in an internal combustion engine and lubricated with lubricating oil in a state of laminar flow between the sliding surfaces, wherein the two parts have different surface roughness. In the formed gap between the two parts, the flow resistance to the pressure gradient in the flow direction of the lubricating oil leaking from the gap is equal to the flow resistance in the gap formed between the two parts when both sliding surfaces are completely smooth. An internal combustion engine characterized by using a sliding part whose value obtained by dividing the reciprocal of the gap between two parts by area is smaller than the value of the gap shape formed by a completely smooth surface when the two parts are in the same state.
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