JP2002235852A - 低摩擦摺動部材 - Google Patents
低摩擦摺動部材Info
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- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads having cooling means
- F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
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- F16C29/02—Sliding-contact bearings
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- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
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- F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 摺動部材、特に自動車用エンジンのピストン
やバルブリフターのような往復摺動部材において、スト
ローク端における油切れが生じることがなく、しかもス
トローク中央部における摩擦損失を低減することができ
る低摩擦摺動部材を提供する。 【解決手段】 摺動表面に形成され、例えば表面粗さＲ
ａが０．３μ以下の平滑面１に、深さが規則的に変化す
る微細な凹部２を形成して、凹部間にプラトー状の凸部
３を設ける。
やバルブリフターのような往復摺動部材において、スト
ローク端における油切れが生じることがなく、しかもス
トローク中央部における摩擦損失を低減することができ
る低摩擦摺動部材を提供する。 【解決手段】 摺動表面に形成され、例えば表面粗さＲ
ａが０．３μ以下の平滑面１に、深さが規則的に変化す
る微細な凹部２を形成して、凹部間にプラトー状の凸部
３を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品の摺動面
に微細な凹部を形成することによる摩擦低減技術に係わ
り、例えば自動車用のエンジン部品などの摩擦損失を低
減することができる低摩擦摺動部材に関するものであ
る。
に微細な凹部を形成することによる摩擦低減技術に係わ
り、例えば自動車用のエンジン部品などの摩擦損失を低
減することができる低摩擦摺動部材に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】摺動部材間の摩擦を低減するために、摺
動面に窪みや溝などの微細加工を施すことが従来から行
われている。
動面に窪みや溝などの微細加工を施すことが従来から行
われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面微細形状においては、その窪みや溝などの凹部深さ
が均一であったことから、接触部の摩擦条件としてのす
べり速度や油膜せん断速度が大きく変わったとしても、
潤滑油の保持能力や油膜厚さの摺動部位に応じた最適化
を図ることができず、特に往復摺動部材においては、す
べり速度が大きいストローク工程の中央部では、形成油
膜が表面粗さの微細凸部により高速でせん断応力を受け
るために油膜せん断ロスによるフリクション損失が大き
い上に、ストローク端の折り返し点では、逆にすべり速
度が０となるために潤滑油が接触部に巻き込まれないこ
とと、潤滑された油が途中の凹部に逃げてしまって油切
れを生じるという二つの理由によって、フリクション低
減効果が限定されてしまうという問題点があり、このよ
うな問題点の解消が従来の摺動部材における課題となっ
ていた。
表面微細形状においては、その窪みや溝などの凹部深さ
が均一であったことから、接触部の摩擦条件としてのす
べり速度や油膜せん断速度が大きく変わったとしても、
潤滑油の保持能力や油膜厚さの摺動部位に応じた最適化
を図ることができず、特に往復摺動部材においては、す
べり速度が大きいストローク工程の中央部では、形成油
膜が表面粗さの微細凸部により高速でせん断応力を受け
るために油膜せん断ロスによるフリクション損失が大き
い上に、ストローク端の折り返し点では、逆にすべり速
度が０となるために潤滑油が接触部に巻き込まれないこ
とと、潤滑された油が途中の凹部に逃げてしまって油切
れを生じるという二つの理由によって、フリクション低
減効果が限定されてしまうという問題点があり、このよ
うな問題点の解消が従来の摺動部材における課題となっ
ていた。
【０００４】なお、例えばピストン／ボア間の摺動にお
いては、摺動面を平滑にすると油保持性が低下して焼き
付き特性が悪化するものの、フリクションについては最
も低くなると言われていた。
いては、摺動面を平滑にすると油保持性が低下して焼き
付き特性が悪化するものの、フリクションについては最
も低くなると言われていた。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、従来の摺動部材における上記
課題に着目してなされたものであって、特にエンジンに
おけるピストンやバルブリフターのような往復摺動部材
において、ストローク端における油切れが生じることが
なく、しかもストローク中央部における摩擦損失を低減
することができる低摩擦摺動部材を提供することを目的
としている。
課題に着目してなされたものであって、特にエンジンに
おけるピストンやバルブリフターのような往復摺動部材
において、ストローク端における油切れが生じることが
なく、しかもストローク中央部における摩擦損失を低減
することができる低摩擦摺動部材を提供することを目的
としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る低摩擦摺動部材は、摺動表面に形成された平滑面に深
さが規則的に変化する微細な凹部を備え、凹部間にプラ
トー状の凸部が形成されている構成としたことを特徴と
しており、摺動部材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。
る低摩擦摺動部材は、摺動表面に形成された平滑面に深
さが規則的に変化する微細な凹部を備え、凹部間にプラ
トー状の凸部が形成されている構成としたことを特徴と
しており、摺動部材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。
【０００７】本発明に係わる低摩擦摺動部材の実施の形
態として、請求項２に係わる摺動部材においては、前記
平滑面の表面粗さがＲａで０．３μｍ以下である構成と
し、同じく実施の形態として、請求項３に係わる低摩擦
摺動部材においては、摩擦接触部が潤滑油で潤滑されて
いる構成とし、請求項４に係わる低摩擦摺動部材におい
ては、最も浅い凹部の最大深さＤｓと最も深い凹部の最
大深さＤｄとの比が２倍以上である構成とし、請求項５
に係わる低摩擦摺動部材においては、前記凹部の形状が
溝形状をなしている構成とし、請求項６に係わる摺動部
材においては、当該凹部の形状が摺動方向に直交する溝
形状である構成としたことを特徴としている。
態として、請求項２に係わる摺動部材においては、前記
平滑面の表面粗さがＲａで０．３μｍ以下である構成と
し、同じく実施の形態として、請求項３に係わる低摩擦
摺動部材においては、摩擦接触部が潤滑油で潤滑されて
いる構成とし、請求項４に係わる低摩擦摺動部材におい
ては、最も浅い凹部の最大深さＤｓと最も深い凹部の最
大深さＤｄとの比が２倍以上である構成とし、請求項５
に係わる低摩擦摺動部材においては、前記凹部の形状が
溝形状をなしている構成とし、請求項６に係わる摺動部
材においては、当該凹部の形状が摺動方向に直交する溝
形状である構成としたことを特徴としている。
【０００８】また、同じく実施の形態として請求項７に
係わる低摩擦摺動部材においては、粗さ断面曲線の中心
線で区切られる凹部の溝幅Ｗｇと凸部の幅Ｗｈとの比Ｗ
ｇ／Ｗｈが１／１０以上である構成、請求項８に係わる
低摩擦摺動部材においては、摺動ストロークの中央部に
おけるＷｇ／Ｗｈ比が１／５〜５の範囲である構成、請
求項９に係わる低摩擦摺動部材においては、摺動ストロ
ークの中央部において、溝状凹部に隣接する凸部の表面
に形成される計算油膜厚さｈｃに対する前記溝状凹部の
最大深さＤｃの比Ｄｃ／ｈｃが２〜１０の範囲である構
成、請求項１０に係わる低摩擦摺動部材においては、最
も深い凹部の最大深さＤｄが５〜３０μｍの範囲である
構成、さらに請求項１１に係わる低摩擦摺動部材におい
ては、往復摺動面における折り返し点もしくはその近傍
位置から形成された溝状凹部の深さがストロークの中央
部に向けて徐々に深くなって行く構成、請求項１２に係
わる低摩擦摺動部材においては、往復摺動面に形成され
た溝状凹部の深さがストロークの中央部において最も深
く、摺動面両端の折り返し点もしくはその近傍位置に向
けて徐々に浅くなるように形成してある構成、請求項１
３に係わる低摩擦摺動部材においては、摺動面の表面粗
さがＲａで０．３μｍ以下である相手部材と組み合わせ
るものである構成としており、摺動部材におけるこのよ
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。
係わる低摩擦摺動部材においては、粗さ断面曲線の中心
線で区切られる凹部の溝幅Ｗｇと凸部の幅Ｗｈとの比Ｗ
ｇ／Ｗｈが１／１０以上である構成、請求項８に係わる
低摩擦摺動部材においては、摺動ストロークの中央部に
おけるＷｇ／Ｗｈ比が１／５〜５の範囲である構成、請
求項９に係わる低摩擦摺動部材においては、摺動ストロ
ークの中央部において、溝状凹部に隣接する凸部の表面
に形成される計算油膜厚さｈｃに対する前記溝状凹部の
最大深さＤｃの比Ｄｃ／ｈｃが２〜１０の範囲である構
成、請求項１０に係わる低摩擦摺動部材においては、最
も深い凹部の最大深さＤｄが５〜３０μｍの範囲である
構成、さらに請求項１１に係わる低摩擦摺動部材におい
ては、往復摺動面における折り返し点もしくはその近傍
位置から形成された溝状凹部の深さがストロークの中央
部に向けて徐々に深くなって行く構成、請求項１２に係
わる低摩擦摺動部材においては、往復摺動面に形成され
た溝状凹部の深さがストロークの中央部において最も深
く、摺動面両端の折り返し点もしくはその近傍位置に向
けて徐々に浅くなるように形成してある構成、請求項１
３に係わる低摩擦摺動部材においては、摺動面の表面粗
さがＲａで０．３μｍ以下である相手部材と組み合わせ
るものである構成としており、摺動部材におけるこのよ
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。
【０００９】そして、本発明の請求項１４ないし１７に
係わる低摩擦摺動部材は、本発明に係わる摺動部材にお
ける上記構成をエンジン用のピストンスカート、シリン
ダーボア、シリンダーライナーおよびバルブリフターに
それぞれ適用した構成としたとを特徴としている。
係わる低摩擦摺動部材は、本発明に係わる摺動部材にお
ける上記構成をエンジン用のピストンスカート、シリン
ダーボア、シリンダーライナーおよびバルブリフターに
それぞれ適用した構成としたとを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、比較的良好な潤滑条件
下で、一般的に最も摩擦係数が下げられると言われてき
た平滑面に較べて、顕著な摩擦低減効果を発揮する表面
微細形状を見出したものであって、本発明に係わる低摩
擦摺動部材は、例えば図１に示すように、摺動表面に形
成された平滑面１に、深さを規則的に変化させた微細な
凹部２を備えており、各凹部２，２の間にプラトー状の
凸部３が形成されたものであり、この凹部２が油溜りと
なると共に、凹部２の深さが部位によって規則的に変化
させてあることから、すべり速度や油膜せん断速度の変
化に応じた最適の潤滑油保持能力や油膜厚さのものとな
り、摩擦が大幅に低減することになる。このとき、平滑
面１、すなわちプラトー状凸部２の頂部平滑面の表面粗
さについては、請求項２に記載しているようにＲａ表示
で０．３μｍ以下とすることが望ましい。これは、この
頂部平滑面１の粗さが０．３μｍを超えると、摺動時に
相手部材の摺動面と微小部分で固体接触が発生すること
がないとは言えず、摩擦低減効果が減少することがある
ことによる。平滑面１の粗さＲａは小さくなるほど摩擦
低減効果が大きくなるが、０．０１μｍより小さくした
としてもそれ以上の摩擦低減効果を得ることは出来な
い。
下で、一般的に最も摩擦係数が下げられると言われてき
た平滑面に較べて、顕著な摩擦低減効果を発揮する表面
微細形状を見出したものであって、本発明に係わる低摩
擦摺動部材は、例えば図１に示すように、摺動表面に形
成された平滑面１に、深さを規則的に変化させた微細な
凹部２を備えており、各凹部２，２の間にプラトー状の
凸部３が形成されたものであり、この凹部２が油溜りと
なると共に、凹部２の深さが部位によって規則的に変化
させてあることから、すべり速度や油膜せん断速度の変
化に応じた最適の潤滑油保持能力や油膜厚さのものとな
り、摩擦が大幅に低減することになる。このとき、平滑
面１、すなわちプラトー状凸部２の頂部平滑面の表面粗
さについては、請求項２に記載しているようにＲａ表示
で０．３μｍ以下とすることが望ましい。これは、この
頂部平滑面１の粗さが０．３μｍを超えると、摺動時に
相手部材の摺動面と微小部分で固体接触が発生すること
がないとは言えず、摩擦低減効果が減少することがある
ことによる。平滑面１の粗さＲａは小さくなるほど摩擦
低減効果が大きくなるが、０．０１μｍより小さくした
としてもそれ以上の摩擦低減効果を得ることは出来な
い。
【００１１】本発明に係わる低摩擦摺動部材は、請求項
３に記載しているように、潤滑油で潤滑されていること
が望ましく、潤滑油、具体的にはエンジン油もしくはト
ランスミッション油による潤滑下で基本的に大きな摩擦
低減効果を発揮する。また、請求項４に記載しているよ
うに、摺動表面に形成された微細凹部のうちの最も浅い
ものの最大深さＤｓに対して、最も深い凹部の最大深さ
Ｄｄがその２倍以上であることが摩擦低減効果向上の観
点から望ましい。このとき、ＤｄがＤｓの２倍未満、す
なわちＤｄとＤｓの値が近似している場合には、Ｄｓの
値が小さい時にはＤｄの値も小さくなることから、往復
摺動時における工程ストロークの中央部での摩擦低減効
果が顕著に現れない傾向があり、逆にＤｄの値が大きく
なるようにするとＤｓの値も大きくなるので摺動折り返
し部（ストローク端）での油膜切れが生じやすくなる。
なお、摺動条件やＤｄの絶対値にもよるが、ＤｄとＤｓ
の間に１０倍以上の変化を形成させても摩擦低減に対す
るさらなる向上効果はほとんど認められない。
３に記載しているように、潤滑油で潤滑されていること
が望ましく、潤滑油、具体的にはエンジン油もしくはト
ランスミッション油による潤滑下で基本的に大きな摩擦
低減効果を発揮する。また、請求項４に記載しているよ
うに、摺動表面に形成された微細凹部のうちの最も浅い
ものの最大深さＤｓに対して、最も深い凹部の最大深さ
Ｄｄがその２倍以上であることが摩擦低減効果向上の観
点から望ましい。このとき、ＤｄがＤｓの２倍未満、す
なわちＤｄとＤｓの値が近似している場合には、Ｄｓの
値が小さい時にはＤｄの値も小さくなることから、往復
摺動時における工程ストロークの中央部での摩擦低減効
果が顕著に現れない傾向があり、逆にＤｄの値が大きく
なるようにするとＤｓの値も大きくなるので摺動折り返
し部（ストローク端）での油膜切れが生じやすくなる。
なお、摺動条件やＤｄの絶対値にもよるが、ＤｄとＤｓ
の間に１０倍以上の変化を形成させても摩擦低減に対す
るさらなる向上効果はほとんど認められない。
【００１２】本発明に係わる低摩擦摺動部材において
は、独立した凹部を摺動方向に沿って、各々の深さを変
化させた状態で形成させることができるが、請求項５に
記載しているように、溝形状とすることがすべり速度の
大きなストローク中央部での油の排出がよりスムーズに
行われるようになり、大きな摩擦低減効果が得られやす
くなることから望ましい。また、凹部としての溝の形成
方向としては、請求項６に記載しているように摺動方向
に直交していることが望ましい。溝が摺動方向に直交す
ることにより、摺動時に油膜が凸部に巻き込まれるよう
になり、低速から高速までの条件下において安定な流体
潤滑効果が得られる。特にピストン−ボア摺動部品など
に適用した場合には、エンジン油を保油できるので焼き
付き特性についても優れたものとなる。
は、独立した凹部を摺動方向に沿って、各々の深さを変
化させた状態で形成させることができるが、請求項５に
記載しているように、溝形状とすることがすべり速度の
大きなストローク中央部での油の排出がよりスムーズに
行われるようになり、大きな摩擦低減効果が得られやす
くなることから望ましい。また、凹部としての溝の形成
方向としては、請求項６に記載しているように摺動方向
に直交していることが望ましい。溝が摺動方向に直交す
ることにより、摺動時に油膜が凸部に巻き込まれるよう
になり、低速から高速までの条件下において安定な流体
潤滑効果が得られる。特にピストン−ボア摺動部品など
に適用した場合には、エンジン油を保油できるので焼き
付き特性についても優れたものとなる。
【００１３】さらに、凹部２と凸部３の大きさについて
は、請求項７に記載しているように、粗さ断面曲線の中
心線によって区切られる凹部２の溝幅Ｗｇと凸部３の幅
Ｗｈ（図１参照）の比Ｗｇ／Ｗｈを１／１０以上にする
ことが摩擦低減効果をさらに向上させる上で好ましい。
すなわち、上記Ｗｇ／Ｗｈ比が１／１０より小さい場合
には、溝による保油効果と油のすばやい排出効果が充分
に得られなくなり、摩擦低減効果が小さなものとなる。
このとき、とくに摺動ストロークの中部においては、摺
動速度が大きいために、請求項８に記載しているよう
に、上記Ｗｇ／Ｗｈ比を１／５〜５の範囲とすることが
望ましい。つまり、摺動速度が大きいストローク中央部
においては、上記比が１／５に満たないときには保油効
果および排出効果が充分に得られず、上記比が５を超え
ると凸部３の耐荷重性が低下して、摩耗が生じやすくな
ることによる。
は、請求項７に記載しているように、粗さ断面曲線の中
心線によって区切られる凹部２の溝幅Ｗｇと凸部３の幅
Ｗｈ（図１参照）の比Ｗｇ／Ｗｈを１／１０以上にする
ことが摩擦低減効果をさらに向上させる上で好ましい。
すなわち、上記Ｗｇ／Ｗｈ比が１／１０より小さい場合
には、溝による保油効果と油のすばやい排出効果が充分
に得られなくなり、摩擦低減効果が小さなものとなる。
このとき、とくに摺動ストロークの中部においては、摺
動速度が大きいために、請求項８に記載しているよう
に、上記Ｗｇ／Ｗｈ比を１／５〜５の範囲とすることが
望ましい。つまり、摺動速度が大きいストローク中央部
においては、上記比が１／５に満たないときには保油効
果および排出効果が充分に得られず、上記比が５を超え
ると凸部３の耐荷重性が低下して、摩耗が生じやすくな
ることによる。
【００１４】また、ストローク中央部における油膜厚さ
については、請求項９に記載しているように、溝状凹部
2に隣接する凸部３の表面（平滑面１）上に形成される
油膜厚さｈｃ（計算値）に対する前記溝凹部２の最大深
さＤｃの比Ｄｃ／ｈｃを２〜１０の範囲とすることが望
ましい。すなわち、Ｄｃ／ｈｃ比が２より小さいと油の
排出効果が不足して大きな摩擦低減効果が認められなく
なり、逆に１０より大きくなると油の排出が過多となっ
て凸部表面１の油膜が不足しやすくなる傾向があること
による。さらに、摺動表面における凹部２の大きさにつ
いては、請求項１０に記載しているように、最も深い凹
部２（溝部）の最大深さＤｄが５〜３０μｍの範囲とな
るようにすることが好ましい。これは、Ｄｄが５μｍに
満たない場合には、保油性能、油排出性能が共に不足し
て、ストローク中央部での摩擦低減効果が少なくなり、
３０μｍを超えた場合には、通常の自動車用エンジンの
ピストンやボアにおいて、油の排出が過多となって凸部
表面１の油膜が不足しやすくなることによる。なお、エ
ンジンの回転数やエンジン油の粘土特性、計算された油
膜厚さが大きく変化する場合には、請求項９に記載され
たＤｃ／ｈｃ比の条件を優先させるようにすればよい。
については、請求項９に記載しているように、溝状凹部
2に隣接する凸部３の表面（平滑面１）上に形成される
油膜厚さｈｃ（計算値）に対する前記溝凹部２の最大深
さＤｃの比Ｄｃ／ｈｃを２〜１０の範囲とすることが望
ましい。すなわち、Ｄｃ／ｈｃ比が２より小さいと油の
排出効果が不足して大きな摩擦低減効果が認められなく
なり、逆に１０より大きくなると油の排出が過多となっ
て凸部表面１の油膜が不足しやすくなる傾向があること
による。さらに、摺動表面における凹部２の大きさにつ
いては、請求項１０に記載しているように、最も深い凹
部２（溝部）の最大深さＤｄが５〜３０μｍの範囲とな
るようにすることが好ましい。これは、Ｄｄが５μｍに
満たない場合には、保油性能、油排出性能が共に不足し
て、ストローク中央部での摩擦低減効果が少なくなり、
３０μｍを超えた場合には、通常の自動車用エンジンの
ピストンやボアにおいて、油の排出が過多となって凸部
表面１の油膜が不足しやすくなることによる。なお、エ
ンジンの回転数やエンジン油の粘土特性、計算された油
膜厚さが大きく変化する場合には、請求項９に記載され
たＤｃ／ｈｃ比の条件を優先させるようにすればよい。
【００１５】さらに、往復摺動部位においては、折り返
し点（ストローク端）で摺動接線が停止することから油
膜巻き込みができなくなるために、摩耗が生じやすく、
溝を形成しても早期に摩滅するので、溝は折り返し点か
ら若干摺動範囲内に入った位置から形成することが好ま
しい。また、接線の摺動速度は折り返し点からストロー
ク中央部に向かって徐々に速くなるので、請求項１１あ
るいは請求項１２に記載しているように、溝状凹部２の
深さが一方のストローク端から中央部に向かって徐々に
深くなり、中央部において最も深く、中央部から他方の
ストローク端に向けて再び徐々に浅くなるように形成す
ることが好ましい。
し点（ストローク端）で摺動接線が停止することから油
膜巻き込みができなくなるために、摩耗が生じやすく、
溝を形成しても早期に摩滅するので、溝は折り返し点か
ら若干摺動範囲内に入った位置から形成することが好ま
しい。また、接線の摺動速度は折り返し点からストロー
ク中央部に向かって徐々に速くなるので、請求項１１あ
るいは請求項１２に記載しているように、溝状凹部２の
深さが一方のストローク端から中央部に向かって徐々に
深くなり、中央部において最も深く、中央部から他方の
ストローク端に向けて再び徐々に浅くなるように形成す
ることが好ましい。
【００１６】本発明に係わる低摩擦摺動部材と組み合わ
せる相手部材としては、請求項１３に記載しているよう
に、その摺動面における表面粗さＲａが０．３μｍ以下
のものであることが望ましい。すなわち、相手部材の表
面粗さが０．３μｍを超えると、摩擦条件によっては固
体接触が生じ易くなることがあり、摩擦が大きくなる傾
向があるので好ましくない。なお、相手部材摺動面の粗
さＲａは小さくなるほど良好であるが、０．１μｍより
小さくしても、それ以上大きな効果を望むことはできな
い。
せる相手部材としては、請求項１３に記載しているよう
に、その摺動面における表面粗さＲａが０．３μｍ以下
のものであることが望ましい。すなわち、相手部材の表
面粗さが０．３μｍを超えると、摩擦条件によっては固
体接触が生じ易くなることがあり、摩擦が大きくなる傾
向があるので好ましくない。なお、相手部材摺動面の粗
さＲａは小さくなるほど良好であるが、０．１μｍより
小さくしても、それ以上大きな効果を望むことはできな
い。
【００１７】そして、本発明に係わる低摩擦摺動部材
は、請求項１４ないし１７に記載しているように、種々
のエンジン部品、つまりピストンスカート、シリンダー
ボア、シリンダーライナー、バルブリフターに適用する
ことができ、このような部品の採用によってエンジンの
摩擦損失および摩耗量が減少し、エンジン性能が大幅に
向上することになる。
は、請求項１４ないし１７に記載しているように、種々
のエンジン部品、つまりピストンスカート、シリンダー
ボア、シリンダーライナー、バルブリフターに適用する
ことができ、このような部品の採用によってエンジンの
摩擦損失および摩耗量が減少し、エンジン性能が大幅に
向上することになる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の請求項１に係わる低摩擦摺動部
材は、摺動表面に形成された平滑面に深さが規則的に変
化する微細凹部を備えたものであり、この凹部が油溜り
となると共に、その深さが部位によって規則的に変化し
ているので潤滑油保持能力を最適なものとして、最適な
油膜厚さを保持することができ、例えば超仕上げによる
超平滑面を備えた摺動部材に較べて、摩擦の大幅な低減
を図ることができるというきわめて優れた効果をもたら
すものである。
材は、摺動表面に形成された平滑面に深さが規則的に変
化する微細凹部を備えたものであり、この凹部が油溜り
となると共に、その深さが部位によって規則的に変化し
ているので潤滑油保持能力を最適なものとして、最適な
油膜厚さを保持することができ、例えば超仕上げによる
超平滑面を備えた摺動部材に較べて、摩擦の大幅な低減
を図ることができるというきわめて優れた効果をもたら
すものである。
【００１９】本発明に係わる低摩擦摺動部材実施の一形
態として、請求項２に係わる低摩擦摺動部材において
は、平滑面の表面粗さＲａを０．３μｍ以下としたもの
であるから、相手部材との間に固体接触を発生すること
なく摩擦を低減することができ、同じく実施の形態とし
て請求項３に係わる低摩擦摺動部材においては、摩擦接
触部が潤滑油によって潤滑されているので、顕著な摩擦
低減効果を得ることができる。
態として、請求項２に係わる低摩擦摺動部材において
は、平滑面の表面粗さＲａを０．３μｍ以下としたもの
であるから、相手部材との間に固体接触を発生すること
なく摩擦を低減することができ、同じく実施の形態とし
て請求項３に係わる低摩擦摺動部材においては、摩擦接
触部が潤滑油によって潤滑されているので、顕著な摩擦
低減効果を得ることができる。
【００２０】また、請求項４に係わる低摩擦摺動部材に
おいては、浅い凹部と深い凹部との深さの比Ｄｄ／Ｄｓ
が２以上であるから、ストローク端（摺動の折り返し
部）での油切れを生じることなく、ストローク中央部で
の摩擦を低減することができ、請求項５に係わる低摩擦
摺動部材においては、凹部が溝形をなしているので、す
べり速度の大きなストローク中央部での摩擦を低減する
ことができ、請求項６に係わる低摩擦摺動部材において
は、凹部としての溝が摺動方向に直交しているので、油
膜を凸部に巻き込むことによって優れた流体潤滑効果を
得ることができる。さらに、請求項７に係わる低摩擦摺
動部材においては、溝部と凸部との幅の比Ｗｇ／Ｗｈが
１／１０以上となっているので、溝による保油効果と速
やかな油排出効果とを得ることができ、請求項８に係わ
る低摩擦摺動部材においては、ストローク中央部におけ
る上記Ｗｇ／Ｗｈ比を１／５〜５の範囲としたことによ
り、摺動速度の大きいストローク中央部においても顕著
な摩擦低減効果を得ることができる。
おいては、浅い凹部と深い凹部との深さの比Ｄｄ／Ｄｓ
が２以上であるから、ストローク端（摺動の折り返し
部）での油切れを生じることなく、ストローク中央部で
の摩擦を低減することができ、請求項５に係わる低摩擦
摺動部材においては、凹部が溝形をなしているので、す
べり速度の大きなストローク中央部での摩擦を低減する
ことができ、請求項６に係わる低摩擦摺動部材において
は、凹部としての溝が摺動方向に直交しているので、油
膜を凸部に巻き込むことによって優れた流体潤滑効果を
得ることができる。さらに、請求項７に係わる低摩擦摺
動部材においては、溝部と凸部との幅の比Ｗｇ／Ｗｈが
１／１０以上となっているので、溝による保油効果と速
やかな油排出効果とを得ることができ、請求項８に係わ
る低摩擦摺動部材においては、ストローク中央部におけ
る上記Ｗｇ／Ｗｈ比を１／５〜５の範囲としたことによ
り、摺動速度の大きいストローク中央部においても顕著
な摩擦低減効果を得ることができる。
【００２１】また、本発明の請求項９に係わる低摩擦摺
動部材においては、油膜厚さｈｃに対する溝状凹部の深
さＤｃの比Ｄｃ／ｈｃが２〜１０の範囲となっているの
で、油の排出が適度なものとなって、大きな摩擦低減効
果を得ることができ、請求項１０に係わる摺動部材にお
いては、最も深い凹部の深さＤｄが５〜３０μｍである
から、保油性能と油の排出性能をバランスよく発揮させ
て摩擦低減効果をより向上させることができ、請求項１
１に係わる摺動部材においては、溝状凹部の深さがスト
ロークの中央部に向けて徐々に深くなるように形成され
ており、請求項１２係わる摺動部材においては、ストロ
ーク中央部の凹部深さが最も深く、両端側に向けて徐々
に浅くなるように形成させてあることから、摺動速度が
速くなって行くストローク中央部における摩擦低減効果
を確実なものとすることができ、請求項１３に係わる摺
動部材においては、摺動面の粗さＲａが０．３μｍ以下
の相手部材と組み合わせるようにしたものであるから、
固体接触を生じることなく優れた摩擦特性を確保するこ
とができる。
動部材においては、油膜厚さｈｃに対する溝状凹部の深
さＤｃの比Ｄｃ／ｈｃが２〜１０の範囲となっているの
で、油の排出が適度なものとなって、大きな摩擦低減効
果を得ることができ、請求項１０に係わる摺動部材にお
いては、最も深い凹部の深さＤｄが５〜３０μｍである
から、保油性能と油の排出性能をバランスよく発揮させ
て摩擦低減効果をより向上させることができ、請求項１
１に係わる摺動部材においては、溝状凹部の深さがスト
ロークの中央部に向けて徐々に深くなるように形成され
ており、請求項１２係わる摺動部材においては、ストロ
ーク中央部の凹部深さが最も深く、両端側に向けて徐々
に浅くなるように形成させてあることから、摺動速度が
速くなって行くストローク中央部における摩擦低減効果
を確実なものとすることができ、請求項１３に係わる摺
動部材においては、摺動面の粗さＲａが０．３μｍ以下
の相手部材と組み合わせるようにしたものであるから、
固体接触を生じることなく優れた摩擦特性を確保するこ
とができる。
【００２２】そして、請求項１４ないし請求項１７に係
わる低摩擦摺動部材は、本発明の上記構成をピストンス
カート、シリンダーボア、シリンダーライナー、バルブ
リフターといったエンジン用部品にそれぞれ適用したも
のであるから、エンジンの摩擦損失と摩耗を最小限のも
のとすることができ、エンジン性能を長期にわたって良
好に保持すると共に、エンジンの燃費向上に大きく寄与
するという優れた効果がもたらされる。
わる低摩擦摺動部材は、本発明の上記構成をピストンス
カート、シリンダーボア、シリンダーライナー、バルブ
リフターといったエンジン用部品にそれぞれ適用したも
のであるから、エンジンの摩擦損失と摩耗を最小限のも
のとすることができ、エンジン性能を長期にわたって良
好に保持すると共に、エンジンの燃費向上に大きく寄与
するという優れた効果がもたらされる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体
的に説明する。
的に説明する。
【００２４】エンジンボア材料として汎用されている鋳
鉄材の平板を用いて、これに研磨加工、表面微細溝加
工、ラップ仕上げ加工を適宜施すことによって、表１に
示すような種々の仕様の摺動材試験片をそれぞれ作製し
た。なお、微細溝加工においては、図１に示したような
摺動方向に直交する微細溝（溝状凹部）２をストローク
の両端部から中央部に向かって深さが徐々に深くなるよ
うに形成させた。したがってこの実施例においては、最
も深い溝の深さＤｄとストローク中央部における溝深さ
Ｄｃの値が一致することになる。
鉄材の平板を用いて、これに研磨加工、表面微細溝加
工、ラップ仕上げ加工を適宜施すことによって、表１に
示すような種々の仕様の摺動材試験片をそれぞれ作製し
た。なお、微細溝加工においては、図１に示したような
摺動方向に直交する微細溝（溝状凹部）２をストローク
の両端部から中央部に向かって深さが徐々に深くなるよ
うに形成させた。したがってこの実施例においては、最
も深い溝の深さＤｄとストローク中央部における溝深さ
Ｄｃの値が一致することになる。
【００２５】次に、このようにして得られた各摺動材試
験片Ｔを図２に示すような往復摺動試験機に組み込み、
相手部材Ｐとして、先端部にＲ３０の曲率を有するＵ字
状断面を有し、クロムめっきを施したピストンリング相
当の試験片Ｐを用い、潤滑油としてエンジンオイルＬを
滴下しながら下記の条件のもとに、接触部が線接触とな
るように組み合わせて摩擦試験を実施した。
験片Ｔを図２に示すような往復摺動試験機に組み込み、
相手部材Ｐとして、先端部にＲ３０の曲率を有するＵ字
状断面を有し、クロムめっきを施したピストンリング相
当の試験片Ｐを用い、潤滑油としてエンジンオイルＬを
滴下しながら下記の条件のもとに、接触部が線接触とな
るように組み合わせて摩擦試験を実施した。
【００２６】往復摺動摩擦試験条件 ＊相手部材：Ｓ４０Ｃ＋クロムめっき、Ｒ３０ ＊エンジンオイル：５Ｗ−３０ＳＧ、滴下給油 ＊供給オイル温度：１００℃ ＊負荷荷重Ｗ：３ｋｇ ＊サイクル数：７００ｒｐｍ ＊往復ストロークＳ：３０ｍｍ
【００２７】上記往復摺動摩擦試験結果を表１に併せて
示す。
示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】表１に示した結果から明らかなように、実
施例１２の摺動部材においては、ラップ仕上げしていな
いために、実施例１に較べて凸部表面の平滑面における
表面粗さが比較的大きいために、摺動面に若干のスカッ
フィング痕が生じると共に、やや高い摩擦係数を示し
た。また、実施例１３においては、ストローク端部にお
ける浅い溝の深さＤｓ土中央部の深い溝の深さＤｄとの
比が１．５と比較的低いために、ストローク中央部での
摩擦係数が若干大きくなると共に、摺動速度が小さくて
油膜が切れやすい端部付近の溝深さが１０μｍ程度とや
や大きいために、油が排出されやすいので、多少のスカ
ッフィングが形成される結果となった。
施例１２の摺動部材においては、ラップ仕上げしていな
いために、実施例１に較べて凸部表面の平滑面における
表面粗さが比較的大きいために、摺動面に若干のスカッ
フィング痕が生じると共に、やや高い摩擦係数を示し
た。また、実施例１３においては、ストローク端部にお
ける浅い溝の深さＤｓ土中央部の深い溝の深さＤｄとの
比が１．５と比較的低いために、ストローク中央部での
摩擦係数が若干大きくなると共に、摺動速度が小さくて
油膜が切れやすい端部付近の溝深さが１０μｍ程度とや
や大きいために、油が排出されやすいので、多少のスカ
ッフィングが形成される結果となった。
【００３０】また、実施例１４においては、溝幅の割合
が比較的小さいために、また実施例１５に係わる摺動部
材においては、ストローク中央部の計算油膜厚さｈｃと
溝深さＤｃとの比がやや小さく、最深溝の深さＤｄの絶
対値も３μｍと比較的小さいために、摩擦係数の低減効
果が若干小さなものとなり、実施例１６においては、Ｄ
ｄの値が４０μｍと比較的大きいために、摩擦係数がさ
ほど低下せず、摺動端部付近の溝深さがやや深いために
油が排出されやすく、若干のスカッフィングが認められ
た。
が比較的小さいために、また実施例１５に係わる摺動部
材においては、ストローク中央部の計算油膜厚さｈｃと
溝深さＤｃとの比がやや小さく、最深溝の深さＤｄの絶
対値も３μｍと比較的小さいために、摩擦係数の低減効
果が若干小さなものとなり、実施例１６においては、Ｄ
ｄの値が４０μｍと比較的大きいために、摩擦係数がさ
ほど低下せず、摺動端部付近の溝深さがやや深いために
油が排出されやすく、若干のスカッフィングが認められ
た。
【００３１】一方、平滑面の表面粗さや、深い溝と浅い
溝との深さの比、溝幅の割合、油膜厚さに対する溝深さ
の比などを所定の好ましい範囲とした実施例１ないし１
１に係わる摺動部材においては、従来、一般的に摩擦係
数が下げられるとされていた平滑面を備えた摺動部材
（比較例１）に較べて、約３０％以上の摩擦低減効果が
得られると共に、平滑面に較べて油の保持機能を有する
ことから、耐焼き付き性能にも優れるメリットもある。
溝との深さの比、溝幅の割合、油膜厚さに対する溝深さ
の比などを所定の好ましい範囲とした実施例１ないし１
１に係わる摺動部材においては、従来、一般的に摩擦係
数が下げられるとされていた平滑面を備えた摺動部材
（比較例１）に較べて、約３０％以上の摩擦低減効果が
得られると共に、平滑面に較べて油の保持機能を有する
ことから、耐焼き付き性能にも優れるメリットもある。
【００３２】これに対し、直交溝を持たない平滑面を備
えた比較例１に係わる摺動部材、およびほとんど同一深
さのＶ形溝からなるクロスハッチ状の凹凸が形成され、
表面粗さの大きい比較例２の摺動部材においては、高い
摩擦係数を示す結果となった。
えた比較例１に係わる摺動部材、およびほとんど同一深
さのＶ形溝からなるクロスハッチ状の凹凸が形成され、
表面粗さの大きい比較例２の摺動部材においては、高い
摩擦係数を示す結果となった。
【図１】本発明に係わる低摩擦摺動部材の表面微細形状
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例において摩擦特性の評価に用い
た往復摺動試験要領を示す概略説明図である。
た往復摺動試験要領を示す概略説明図である。
１ 平滑面 ２ 凹部 ３ 凸部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｊ 1/08 Ｆ１６Ｊ 1/08 10/02 10/02 Ｚ 10/04 10/04 (72)発明者 小又 正博 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 坂根 時夫 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 牛嶋 研史 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G016 BA47 BB02 BB06 CA04 CA06 EA24 FA13 GA02 3G024 AA23 AA26 AA27 FA06 FA07 GA10 3J044 AA02 AA12 BA02 BB39 BC04 BC11 BC13 DA09 EA02
Claims (17)
- 【請求項１】 摺動表面に形成された平滑面に深さが規
則的に変化する微細な凹部を備え、凹部間にプラトー状
の凸部が形成されていることを特徴とする低摩擦摺動部
材。 - 【請求項２】 平滑面の表面粗さがＲａで０．３μｍ以
下であることを特徴とする請求項１記載の低摩擦摺動部
材。 - 【請求項３】 摩擦接触部が潤滑油で潤滑されているこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の低摩擦摺
動部材。 - 【請求項４】 最も浅い凹部の最大深さＤｓと最も深い
凹部の最大深さＤｄとの比が２倍以上であることを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の低摩
擦摺動部材。 - 【請求項５】 凹部の形状が溝形状をなしていることを
特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
低摩擦摺動部材。 - 【請求項６】 凹部の形状が摺動方向に直交する溝形状
であることを特徴とする請求項５記載の低摩擦摺動部
材。 - 【請求項７】 粗さ断面曲線の中心線で区切られる凹部
の溝幅Ｗｇと凸部の幅Ｗｈとの比Ｗｇ／Ｗｈが１／１０
以上であることを特徴とする請求項６記載の低摩擦摺動
部材。 - 【請求項８】 摺動ストロークの中央部におけるＷｇ／
Ｗｈ比が１／５〜５の範囲であることを特徴とする請求
項７記載の低摩擦摺動部材。 - 【請求項９】 摺動ストロークの中央部において、溝状
凹部に隣接する凸部の表面に形成される計算油膜厚さｈ
ｃに対する前記溝状凹部の最大深さＤｃの比Ｄｃ／ｈｃ
が２〜１０の範囲であることを特徴とする請求項８記載
の低摩擦摺動部材。 - 【請求項１０】 最も深い凹部の最大深さＤｄが５〜３
０μｍの範囲であることを特徴とする請求項９記載の低
摩擦摺動部材。 - 【請求項１１】 往復摺動面における折り返し点もしく
はその近傍位置から形成された溝状凹部の深さがストロ
ークの中央部に向けて徐々に深くなって行くことを特徴
とする請求項１０記載の低摩擦摺動部材。 - 【請求項１２】 往復摺動面に形成された溝状凹部の深
さがストロークの中央部において最も深く、摺動面両端
の折り返し点もしくはその近傍位置に向けて徐々に浅く
なるように形成してあることを特徴とする請求項１０記
載の低摩擦摺動部材。 - 【請求項１３】 摺動面の表面粗さがＲａで０．３μｍ
以下である相手部材と組み合わせるものであることを特
徴とする請求項１１または請求項１２記載の低摩擦摺動
部材。 - 【請求項１４】 エンジン用ピストンスカートであるこ
とを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の低摩
擦摺動部材。 - 【請求項１５】 エンジン用シリンダーボアであること
を特徴とする請求項１１または請求項１２記載の低摩擦
摺動部材。 - 【請求項１６】 エンジン用シリンダーライナーである
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の低
摩擦摺動部材。 - 【請求項１７】 エンジン用バルブリフターであること
を特徴とする請求項１１または請求項１２記載の低摩擦
摺動部材。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033277A JP3712052B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 低摩擦摺動部材 |
| EP02001524A EP1231393B1 (en) | 2001-02-09 | 2002-01-22 | Low friction sliding element for a reciprocating engine |
| DE60216340T DE60216340T2 (de) | 2001-02-09 | 2002-01-22 | Gleitelement mit niedriger Reibung für eine hin-und hergehende Maschine |
| US10/058,286 US6736101B2 (en) | 2001-02-09 | 2002-01-30 | Low friction sliding element for a reciprocating engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033277A JP3712052B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 低摩擦摺動部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002235852A true JP2002235852A (ja) | 2002-08-23 |
| JP3712052B2 JP3712052B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=18897055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001033277A Expired - Fee Related JP3712052B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 低摩擦摺動部材 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6736101B2 (ja) |
| EP (1) | EP1231393B1 (ja) |
| JP (1) | JP3712052B2 (ja) |
| DE (1) | DE60216340T2 (ja) |
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| CN104685233A (zh) * | 2012-07-06 | 2015-06-03 | 蒂森克虏伯冶金草原有限公司 | 具有部署非对称微斜面结构的轴承的曲柄传动机构 |
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| JP2018188968A (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-29 | マツダ株式会社 | 摺動構造体 |
| CN110985225A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-04-10 | 帝伯爱尔株式会社 | 气缸套及气缸孔 |
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| JP2003184883A (ja) | 2001-12-20 | 2003-07-03 | Nissan Motor Co Ltd | 軸受摺動部材 |
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