JP2005140220A

JP2005140220A - 低摩擦摺動部材およびこれを用いたエンジンに設けられるクランクピンと該クランクピンを受ける軸受メタル並びにエンジン。

Info

Publication number: JP2005140220A
Application number: JP2003376617A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Nanbu; 俊和南部; Yoshiteru Yasuda; 芳輝保田; Yosuke Hizuka; 洋輔肥塚
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】クランクピンおよび該クランクピンを受ける軸受メタル、および可変圧縮比エンジン等のエンジンに用いられる摺動部材において、摩擦損失を低減させることが可能な摺動部材を提供する。
【解決手段】本発明の摺動部材によれば、摺動部材を構成する軸１０と該軸を支持する円筒からなるすべり軸受１２において、軸１０表面に微細な凹部１０ａと軸受幅において少なくとも２つ以上のうねり１０ｂを設けること、または、軸１０表面に、微細な凹部１０ａと軸受幅において少なくとも２つ以上のうねり１０ｂを設けるともに、すべり軸受１２内面に、軸方向の軸受幅範囲において少なくとも２つ以上の第２のうねり１２ｂを設けることによって、軸１０とすべり軸受１２との間の油膜が薄くなった時でも、接触部内に油が溜まり易くなり、軸１０とすべり軸受１２の作動条件下の広範囲にわたってフリクションが低減させることが可能となるのみならず、磨耗や焼き付きなどの損傷を抑制することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、摺動部材を構成する軸および該軸を支持する円筒からなるすべり軸受の表面に、微細な凹部やうねりを付与することによって、摺動部材に発生する摩擦を低減させ、また耐焼付き性を向上させる技術に関する。

従来から、摺動部材は、例えば、エンジンに設けられるクランクピンおよび該クランクピンを支持する軸受メタルや可変圧縮比エンジン等のエンジンなどに用いられており、
摺動時における摩擦を低減するために、摺動面に微細な窪み、凹凸面、溝などを形成することが行われている。

このような窪み、凹凸面、溝などを摺動部材に形成する技術は、たとえば、往復摺動を行うピストン／ボアのフリクション低減を目的として、摺動面において、摺動方向あるいは摺動方向と直交する方向に対して深さを変化させた微細な凹部を形成したものがある（特許文献１参照）。

しかしながら、従来の摺動部材は、例えば、クランクシャフトなどのように、回転運動する摺動条件下において、摺動方向と直交方向の微細形状に関しては、凹部を設けるだけでは、接触部内の油膜厚さ分布や油膜保持能力に応じた最適化が図られておらず、低フリクションという機能が、必ずしも十分に発現されないという問題があった。特にクランクシャフトでは、軸の曲げたわみが発生し、これを支持する軸受端部において、油膜の薄い場所が存在し、凹部を形成するだけでは、フリクション低減効果が限定されるだけでなく、軸受端部における磨耗や焼き付きなどの損傷が懸念されるという問題があった。
特開２００２−２３５８５２号公報（要約）

そこで本発明の目的は、回転運動する摺動部材において、フリクション低減効果を大きくしまた耐焼付き性を向上させることのできる摺動部材を提供することである。そして、さらなる目的として、このようにフリクションを低減させる摺動部材を用いることによって、回転部分における摩擦抵抗を少なくしたエンジンシステムを提供することである。

本発明の目的は、下記の手段により達成される。

（１）軸と、該軸を支持する円筒からなる油を介在したすべり軸受とから構成される摺動部材において、前記軸の表面と前記すべり軸受の内面のいずれか一方に、１つ以上の微細な凹部を有するとともに、軸受幅に少なくとも２つ以上のうねりを有することを特徴とする低摩擦摺動部材。

（２）軸と、該軸を支持する円筒からなる油を介在したすべり軸受とから構成される摺動部材において、前記軸の表面と前記すべり軸受の内面のいずれか一方に、１つ以上の微細な凹部を有するとともに、軸受幅に少なくとも２つ以上のうねりを有し、他方の前記軸の表面、あるいは前記すべり軸受の内面に、軸受幅に少なくとも２つ以上の第２のうねりを有することを特徴とする低摩擦摺動部材。

本発明の摺動部材によれば、前記軸の表面と前記すべり軸受の内面のいずれか一方に、１つ以上の微細な凹部を有するとともに、軸受幅に少なくとも２つ以上のうねりを有することによって、微細な凹部のみを設けた場合に比して、軸とすべり軸受との間の油膜が薄くなった時でも、接触部内に油が留まり易くなり、軸とすべり軸受の摺動条件下の広範囲にわたってフリクションを低減させることが可能となるのみならず、磨耗や焼き付きなどの損傷を抑制することができる。

さらに、他方の前記軸の表面あるいは前記すべり軸受の内面に、軸受幅に少なくとも２つ以上の第２のうねりを設けることによって、前述のフリクションの低減効果の確実性をより高めることを可能とする。

なお、本発明における１うねりとは、なだらかな波形をした凹凸と定義する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

まず、本発明の実施形態について、下記に説明する。

図１は、本発明の実施形態における摺動部材の概略図である。図には、軸１０とすべり軸受１１から構成される摺動部材１が示されている。円柱状の軸１０と、これを支持する円筒からなるすべり軸受１１において、軸１０は、表面に、１つ以上の微細な凹部１０ａを有するとともに、さらに軸受幅において少なくとも２つ以上のうねり１０ｂを有している。摺動部材のすべり軸受１１は、クランクピンを受ける軸受メタルに用いられるような場合を考慮して、半円筒状物１１ａが２つ組み合わされて円筒を構成されていてもよい。

すべり軸受内面１１上を軸１０が摺動する際の摩擦係数を低減させるためには、摺動面における潤滑油の保持能力や油膜厚さの最適化を図ることが必要となる。この潤滑油の保持能力や油膜厚さは、摺動面の形状、すなわち軸１０表面とすべり軸受１１内面の表面形状に関わっている。摺動条件下の各表面間には、潤滑油が適量に溜まっていることが望まれるが、そのために、微細な凹部は、潤滑油を保持する機能を有し、うねりは、摺動により油切れを生じた表面部へ潤滑油を流し込む機能を有する。その両者の機能が、適切に機能分担を果たすために、両者の形状の適切な相関について把握しておくことが必要となる。そこで、適切な相関を有する微細な凹部１０ａとうねり１０ｂの形状について、潤滑油の滞留条件を調節する軸方向の両形状の高さ成分に着目し、下記に述べる。

図２は、本発明の実施形態における軸１０表面の形状について軸方向の高さ成分によって説明する図である。図には、軸１０の表面形状の高さ成分を軸方向に測定し、該測定値をフーリエ変換して求められる軸表面における高さ成分の周波数出現強度を示している。微細な凹部１０ａと、うねり１０ｂに起因される周波数帯において、強く出現される２つの山が形成され、山１０ｂ_１が出現するうねり１０ｂに起因される周波数帯は、山１０ａ_１が出現する微細な凹部１０ａに起因される周波数帯よりも、小さい値の範囲内に属する。このように、高さ成分について微細な凹部と前述の相関を有するうねりを軸表面に設けることによって、軸に微細な凹部のみが軸に設けられるだけの場合に比べて、摺動部材の耐焼き付き性が向上するという効果がもたらされる。

微細な凹部１０ａとうねり１０ｂは、前述の相関を有する形状に設けられることにより、微細な凹部１０ａは潤滑油を保持し、うねり１０ｂは潤滑油を油切れが生じた表面部へ潤滑油を流し込む機能を分担して発揮する。続いて、この機能の分担が発揮されることを前提に、微細な凹部１０ａとうねり１０ｂが、各機能において有すべき能力を定量的に把握することが、耐焼き付き性を考慮する上で必要となる。微細な凹部１０ａは、前述のように潤滑油を保持する機能を有するが、その機能を定量的に示す指標として、一つの微細な凹部１０ａが潤滑油を保持する個としての油溜まり量と、軸１０表面に設けられた全ての微細な凹部１０ａが潤滑油を保持する集合体としての油溜まり量と、それぞれの微細な凹部１０ａが軸１０表面に設けられる分散の度合がある。この各指標に対する本案の評価基準は、個体としての油溜まり量については、その通り１つの微細な凹部１０ａが保持可能な油溜まり量によって、集合体としての油溜まり量については、軸１０表面積に対する全ての微細な凹部１０ａの合計面積の率によって、分散の度合については、軸１０表面の単位面積辺りに含まれる微細な凹部１０ａの面積と等しい面積を有する円の直径（以下、等価円直径）によって行うものとした。なお、等価円直径は、軸１０表面の単位面積辺りに含まれる微細な凹部１０ａの面積Ｓをπ×（４×Ｓ）^０．５に代入することによって算出される。

微細な凹部１０ａに関して、前述の各基準によって評価すべき理由は、１つの微細な凹部１０ａの保持可能な油溜まり量が、適当な範囲外の量になる場合には、耐焼き付き性の向上が得られない。軸１０表面積に対する全ての微細な凹部１０ａの合計面積の率が適当な範囲の率未満の場合には、十分な焼き付き性向上効果が得られず、適当な範囲の率を超える場合には、負荷容量の低下が見られ、金属接触が発生するという問題がある。等価円直径が、適当な範囲の長さ未満の場合には、凹部と凹部の間隔が小さくなり、その結果、凸部に発生する油膜圧力が増大し、その結果、油膜が薄くなり金属接触が発生しやすくなるという問題がある。一方、等価円直径が適当な範囲の長さを超える場合には、クランク軸のように曲げたわみが発生する部品において、軸１０とすべり軸受１１の接触面圧が局所的に大きくなる部分が生じ、局所的に面圧が高い面積に対して、凹部の占める割合が増加し、結果的に負荷容量が低下し、油膜が薄くなり、金属接触が発生しやすくなるという問題がある。

次に、うねり１０ｂは、潤滑油を流し込む機能を有するが、その機能の能力を定量的に示す評価は、うねり１０ｂの間隔１０ｃ、うねり１０ｂの高さ１０ｄによるものとした。理由は、うねり１０ｂの間隔１０ｃが適当な範囲外の長さである場合には、油溜まりの効果を十分に発揮できず、うねり１０ｂの高さ１０ｄが適当な範囲の長さ未満の場合には、油溜まりの効果が十分に発揮されず、適当な範囲の長さを超える場合には、油膜の保持性能が悪化するために、金属接触が発生し好ましくない。

なお、本発明の範囲内において、本実施形態に限定されるものではなく、軸表面に設けられる微細な凹部１０ａと軸受幅に対して少なくとも２つ以上のうねり１０ｂは、すべり軸受内面に設けられてもよい。

＜実施例１＞
前述の微細な凹部１０ａとうねり１０ｂの各評価基準において、耐焼き付き性に効果を発揮し得る適切な基準値を特定するために、本案の実施例１として、様々な形状の微細な凹部１０ａとうねり１０ｂが表面に設けられた軸を構成とする摺動部材を製作して、耐焼き付き性について比較検討することとした。具体的には、比較にあたって、微細な凹部１０ａとうねり１０ｂがどちらも表面に設けられていない軸１０を製作し、該軸を構成とする摺動部材を基準とし、これに対して、評価基準の各項目において様々な形態に設けられた微細な凹部１０ａとうねり１０ｂが設けられた軸を構成とする摺動部材の耐焼き付き性を比較するものである。そして評価基準の各項目における適切な基準値は、比較の結果、大きく耐焼き付き性を発揮した部材を特定し、該部材の評価基準の項目における設定値を集約することにより特定することとした。

実験に用いる摺動部材は、図１に示す円柱軸１０（軸）と軸受メタル１１（すべり軸受）であり、軸受けメタル１１は、２つの半円筒状物１１ａに分解される。

表１に、実験を行った摺動部材である試験体１〜８における円柱軸１０に設けられた微細な凹部１０ａおよびうねり１０ｂの形状と、後述する耐焼き付き性強度比を示す。

表は、各試験体の各評価基準の項目における設定値を示しており、微細な凹部１０ａに関し、微細な凹部１０ａの等価円直径、全ての微細な凹部１０ａの合計面積の円柱軸１０表面積に対する面積率、１つの微細な凹部１０ａへの油溜まり量Ｖｏにおいて、また、うねりに関し、うねり１０ｂの間隔１０ｃ、うねり１０ｂの高さ１０ｄにおいて、試験体は、さまざまな形状に製作されている。

微細な凹部１０ａは、試験体１〜７には、各評価基準の項目における設定値を種々変化させて形成した。うねり１０ｂは、試験体１〜５には、間隔１０ｃ、高さ１０ｄについて、種々変化させて形成したが、試験体６および７には形成しなかった。結果、表に示している値は、軸製作過程における製作誤差、あるいは測定誤差による非常に微少な値である。試験体８には、微細な凹部とうねりのどちらも設けていない。この試験体８を基準に、他の試験体について耐焼き付き性の比較を行う。

前述の各試験体の製作過程について、下記に具体的に説明する。

試験体１〜５の円柱軸１０は、高周波焼入れ後、超仕上げ加工を施し、その後、テ−プラップ加工を行った。この際、テ−プラップ加工のためのラップフィルムを取り付けるバックシュ−にうねり成分を形成し、そのバックシュ−にテ−プラップフィルムを取り付け、テ−プラップ加工することにより、うねり１０ｂを形成した。その後、さらに、軸１０の外径に凹部微細形状を、マスクブラスト処理により形成した。すなわち、光リソグラフィ技術を利用し、樹脂製マスクに凹部微細形状を形成し、その樹脂マスクを円柱軸１０表面に貼り付けた後、平均粒径２０μｍのアルミナ砥粒を、投射ノズルからワ−クまでの距離を１００ｍｍとし、投射流量１００ｇ／ｍｉｎ、投射圧０．４ＭＰａの条件下で投射し、凹部微細形状を得た。その後、凹部微細形状周辺に形成されたエッジ部の盛り上がりを粒径９μｍのテープラップフィルムにより除去し、試験に供した。このようにして得た凹凸面の凸部の中心線返金粗さＲａは０．０２μｍである
一方、試験体６〜８は、テ−プラップ加工による円柱軸１０へのうねり１０ｂの付与は行わなかった。そのうち、試験体６および７は、円柱軸１０は、高周波焼入れ後、超仕上げ加工を施し、その後、軸１０の外径に凹部微細形状を、マスクブラスト処理により形成した。すなわち、光リソグラフィ技術を利用し、樹脂製マスクに凹部微細形状を形成し、その樹脂マスクを軸１０表面に貼り付けた後、平均粒径２０μｍのアルミナ砥粒を、投射ノズルからワ−クまでの距離を１００ｍｍとし、投射流量１００ｇ／ｍｉｎ、投射圧０．４ＭＰａの条件下で投射し、凹部微細形状を得た。その後、凹部微細形状周辺に形成されたエッジ部の盛り上がりを粒径９μｍのテープラップフィルムにより除去し、試験に供した。試験体８については、円柱軸１０は、高周波焼入れ後、研作加工を施した後、試験に供した。すなわち、試験体８には、円柱軸１０の表面にうねり１０ｂとともに微細な凹部１０ａも形成していない。

次に、試験に用いた装置および試験パターンについて説明する。

図３は、実施例１および後述する実施例２における焼き付き評価試験装置２の概略図である。円柱軸１０は外径φ５３のＳ５５Ｃであり、高周波焼入れを行った。一方、軸受メタル１１は、メタル幅１６ｍｍのアルミメタルを使用した。軸受メタル１１の半円筒状物１１ａを、評価試験装置の支持台２０上に内面が上になるように設置する。その内面上に、左右の保持軸受２１とともに支持するように円柱軸１０を設置して軸線Ｏを中心に回転させる。なお、半円筒状物１１ａの内面と円柱軸１０間には、定量的に油２２が供給されるようにしてある。

図４は、実施例１および後述する実施例２の試験パターンを示す説明図である。試験パターンは、半円筒状物１１ａ内面に円柱軸１０によって負荷される面圧Ｐを５０ＭＰａ一定に設定し、円柱軸１０を、軸線Ｏを中心に回転数が３６００ｒｐｍから９０００ｒｐｍまで６００ｒｐｍ毎に上昇するように回転させて、各回転数について５分間実験を行った。各回転数における半円筒状物１１ａ背面の温度を、半円筒状物１１ａ背面に取り付けた熱電対により測定し、２００℃以上になった場合を焼き付きと判定し、その際の軸回転数より、円柱軸１０の回転周速度Ｖを計測する。油２２にはＶＧ２２油を用い供給油温８０℃、供給量４００ｃｃ／ｍｉｎで実施した。

耐焼き付き性は、面圧Ｐ×周速度Ｖの積で表されるＰＶ値によって評価を行うが、各試験体の耐焼き付き性の比較のために、試験体８のＰＶ値を１として、それに対する試験体１から試験体７のＰＶ値の比率を、耐焼き付き強度比として表１に示した。

試験の結果、円柱軸１０表面に微細な凹部１０ａおよびうねり１０ｂのいずれも設けた試験体１〜３および４〜５の耐焼き付き強度比は１．１８以上、１．１１となり、両者とも１を上回るものとなっている。それに対し、円柱軸１０表面に微細な凹部１０ａのみを設けてうねり１０ｂを設けなかった試験体６および７の耐焼き付き強度比は、０．９２と１とほぼ同程度の値となった。よって、試験体１〜５の耐焼き付き強度比は、試験体６〜８の値よりも上回り、耐焼き付き性に関して、円柱軸１０に微細な凹部１０ａとともにうねり１０ｂを設けることが、微細な凹部１０ａのみを設けた場合、および、どちらにも設けなかった場合よりも効果を発揮することが把握される。

さらに、上記の各試験体の設定値から、微細な凹部１０ａおよびうねり１０ｂの各評価基準の項目における適切な基準値の集約を行う。集約にあたって、微細な凹部１０ａの各評価基準について、耐焼き付き性に効果を発揮した試験体１〜５の設定値は、基準値の範囲内に含まれるように、且つ、境界を設定するために試験体６および７の設定値が、上下限値となるように集約を行う。また、うねり１０ｂの間隔１０ｃおよび高さ１０ｄの基準値については、試験体１〜５の設定値の範囲内で、上下限値を設定し基準値の集約を行い、試験体６〜７の設定値は、製作誤差あるいは測定誤差であるために参考とはしない。

微細な凹部１０ａに関し、等価円直径について、試験体１〜５の設定値は８０〜２８５μｍの範囲であり、試験体６および７の設定値は、４８μｍおよび３１９μｍである。よって、基準値として５０μｍ以上３００μｍ以下と提言する。面積率について、試験体１〜５の設定値は、１．２〜１０％の範囲であり、試験体６および７の設定値は、０．３％および１２％である。よって、基準値として０．３％以上１０％以下と提言する。油溜まり量Ｖｏについて、試験体１〜５の設定値は、３．２５×１０^−５〜３．００×１０^−４ｍｍ^３／ｍｍ^２の範囲であり、試験体６および７の設定値は、２．４０×１０^−５ｍｍ^３／ｍｍ^２および１．２０×１０^−３ｍｍ^３／ｍｍ^２である。よって、基準値として３×１０^−５ｍｍ^３／ｍｍ^２以上１×１０^−３ｍｍ^３／ｍｍ^２以下と提言する。

うねりに関し、間隔１０ｃについて、試験体１〜５の設定値は２〜２０ｍｍの範囲である。よって、基準値として２ｍｍ以上２０ｍｍ以下と提言する。高さ１０ｄについて、試験体１〜５の設定値は１〜１０μｍの範囲である。よって、基準値として１μｍ以上１０μｍ以下と提言する。

軸１０表面に微細な凹部１０ａとともにうねり１０ｂを設けること、さらにその形状は、実施例１で定めた適切な基準値内に形成されることによって摩擦低減に効果を発揮することを実証したが、該効果を発揮すべく実施例１に示す微細な凹部１０ａおよびうねり１０ｂを軸１０表面に設けたものの、軸１０表面と対向するすべり軸受１１の表面形状によっては、該効果を十分発揮されない状況が発生することが考えられる。そこで、すべり軸受１１の表面形状を、ばらつきなく特定の形状に限定することが、確実性をもって耐焼き付き性の効果を発揮するものと認識される。そこで、軸１０表面に実施例１に示す微細な凹部１０ａおよびうねり１０ｂを適切な基準に設けられることを前提として、さらに、すべり軸受１１の表面形状に関して、うねり成分に着目し、耐焼き付き性の効果を確実性をもって発揮し得るうねり成分の形状を把握することとした。そのために、実施例１と同様にうねりの間隔１２ｃと高さ１２ｄを評価基準とし、実施例２において、様々な第２のうねり１２ｂの形状を有する摺動部材を製作して、適切な基準値について比較検証し提言するものとする。第２のうねり１２ｂが、さらにこの適切な基準値内の形状に設けられることによって、確実性をもって、油溜まりの効果を十分に発揮され、油膜の保持性能が保持されて、金属接触が発生することを低減するものと考えられる。

図５は、本発明の実施形態におけるより好ましい摺動部材の概略図である。軸１０とすべり軸受１２から構成される摺動部材１ａを示している。円柱状の軸１０と、これを支持する円筒からなるすべり軸受１２において、軸１０表面に、微細な凹部１０ａとうねり１０ｂを設けた上で、さらに、それを支えるすべり軸受１２内面に、軸方向の軸受幅範囲において少なくとも２つ以上の第２のうねり１２ｂを持たせた。すべり軸受１２は、実施例１と同様に、半円筒状物１２ａが２つ組み合わされて円筒を構成されていてもよい。

また、軸１０表面の微細な凹部１０ａとうねり１０ｂは、実施例１に示す適切な基準値内の形状に設けられている。すなわち、１つの微細な凹部１０ａの油溜まり量Ｖｏは、３×１０^−５ｍｍ^３／ｍｍ^２以上１×１０^−３ｍｍ^３／ｍｍ^２以下となるように、また、全ての微細な凹部の合計面積は、軸表面積に対して０．３％以上１０％以下の面積率を有するように、さらに、凹部の等価円直径は、５０μｍ以上３００μｍ以下となるように、加えて、うねり１０ｂの間隔１０ｃは、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるように、うねり１０ｂの高さ１０ｄは、１μｍ以上１０μｍ以下となるように微細な凹部１０ａとうねり１０ｂを形成した。

なお、本発明の範囲内において、本実施形態に限定されるものではなく、すべり軸受内面に、微細な凹部とうねりが設けられる場合には、第２のうねりは軸表面に設けてもよい。

次に、実施例２として、様々な摺動部材１ａを製作し、耐焼き付き性について、比較検討するものとした。

＜実施例２＞
表面に様々な形状の微細な凹部１０ａとうねり１０ｂを有する軸と、すべり軸受１２内面に様々な形状の第２のうねり１２ｂを有するすべり軸受１２から構成される摺動部材１ａを製作して、耐焼き付き性を求める実験を行った。円柱軸１０（軸）は、実施例１と同一の外径および焼入れ特性を有し、軸受メタル１２（すべり軸受）も、実施例１と同一のメタル幅を有するアルミメタルであり、２つの半円筒状物１２ａへ円筒は分解されるものを用いた。

試験に用いた摺動部材は、円柱軸１０（軸）と軸受メタル１２（すべり軸受）を分解した半円筒状物１２ａからなり、焼き付き評価試験装置２は、図３に示す実施例１のものと、実施例２で用いる円柱軸１０と半円筒状物１２ａに置き換える以外は、同一の構成である。試験パターンも、図４に示した実施例１のものと同一であり、円柱軸１０を軸線Ｏを中心に回転させ、半円筒状物１２ａ背面の温度を熱電対により測定し、２００℃以上になった場合を焼き付きと判定し、焼き付きの際における円柱軸１０の回転周速度Ｖを計測する。

表２に、実験を行った摺動部材である試験体１〜５における円柱軸１０に設けられた微細な凹部１０ａおよびうねり１０ｂの形状と、軸受メタル１２に設けられた第２のうねり１２ｂの形状と、後述する耐焼き付き性強度比を示す。

表は、実施例１同様、各試験体の各評価基準の項目における設定値を示している。試験体１〜５は、円柱軸１０表面に設けられた微細な凹部１０ａ、およびうねり１０ｂの各評価基準の項目について、実施例１に示した適切な基準値内に属する同一の値に形成されているが、軸受メタル１２表面に設けられる第２のうねり１２ｂについては、間隔１２ｃ、高さ１２ｄについて種々形状を変化させて形成されている。

試験体１〜５の全ての製作過程を、下記に具体的に説明する。

円柱軸１０は、高周波焼入れ後、超仕上げ加工を施した。その後、さらに、円柱軸１０の外径に凹部微細形状を、マスクブラスト処理により形成した。すなわち、光リソグラフィ技術を利用し、樹脂製マスクに凹部微細形状を形成し、その樹脂マスクを軸表面に貼り付けた後、平均粒径２０μｍのアルミナ砥粒を、投射ノズルからワ−クまでの距離を１００ｍｍとし、投射流量１００ｇ／ｍｉｎ、投射圧０．４ＭＰａの条件下で投射し、凹部微細形状を得た。その後、凹部微細形状周辺に形成されたエッジ部の盛り上がりを粒径９μｍのテープラップフィルムにより除去し、試験に供した。また、凹凸面の凸部の中心線返金粗さＲａは０．０２μｍに形成されている。

一方、軸受メタル１２は、アルミのメタル内面を、ボ−リング加工によりＲａ０．５ｕｍに仕上げた後、テ−プラップ加工によりＲａ０．０５ｕｍに仕上げた。その際、テ−プラップ加工のためのラップフィルムを取り付けるバックシュ−にうねり成分を形成し、そのバックシュ−にテ−プラップフィルムを取り付け、テ−プラップ加工することにより、第２のうねり１２ｂを形成した。

耐焼き付き性は、実施例１における評価と同様に、面圧Ｐ×周速度Ｖの積で表されるＰＶ値によって評価を行うが、比較のため、試験体５のＰＶ値を１として、それに対する試験体１〜４のＰＶ値の比率を、焼き付き強度比として表に示した。

試験体１〜３の試験体５に対する焼き付き強度比は１．１８以上となり、試験体４の焼き付き強度比は、試験体５と同一となり強度比１となった。よって、試験体１〜３の耐焼き付き性は、試験体４および５よりも上回っていると把握される。

上記の各試験体の設定値から、第２のうねり１２ｂの間隔１２ｃと高さ１２ｄの各評価基準の項目における適切な基準値の集約を行う。集約にあたって、耐焼き付き性に効果を発揮した試験体１〜３の設定値は、基準値の範囲内に含まれるように、また、境界を設定するために試験体４および５の設定値が、上下限値となるように集約を行う。

間隔について、試験体１〜３の設定値は６０〜３００μｍの範囲であり、試験体４および５の設定値は、３０μｍおよび１２００μｍである。よって、基準値として５０μｍ以上１ｍｍ以下と提言する。高さについて、試験体１〜３の設定値は１．２〜９．５μｍの範囲であり、試験体４および５の設定値は、１３μｍおよび０．１μｍである。よって、基準値として１μｍ以上１０μｍ以下と提言する。

本発明の実施形態における摺動部材の概略図である。本発明の実施形態における軸表面の形状について軸方向の高さ成分によって説明する図である。本発明の実施例１および実施例２における焼き付き評価試験装置の概略図である。本発明の実施例１および実施例２における試験パターンを示す説明図である。本発明の実施形態におけるより好ましい摺動部材の概略図である。

符号の説明

１摺動部材、
１０軸（円柱軸）、
１０ａ微細な凹部、
１０ａ１微細な凹部に起因される周波数帯の山、
１０ｂうねり、
１０ｃうねりの間隔、
１０ｄうねりの高さ、
１０ｂ１うねりに起因される周波数帯の山、
１１、１２すべり軸受（軸受メタル）、
１１ａ、１２ａ半円筒状物、
１２ｂ第２のうねり、
１２ｃ第２のうねりの間隔、
１２ｄ第２のうねりの高さ。

Claims

軸と、該軸を支持する円筒からなる油を介在したすべり軸受とから構成される摺動部材において、
前記軸の表面と前記すべり軸受の内面のいずれか一方に、１つ以上の微細な凹部を有するとともに、軸受幅に少なくとも２つ以上のうねりを有することを特徴とする低摩擦摺動部材。
軸と、該軸を支持する円筒からなる油を介在したすべり軸受とから構成される摺動部材において、
前記軸の表面と前記すべり軸受の内面のいずれか一方に、１つ以上の微細な凹部を有するとともに、軸受幅に少なくとも２つ以上のうねりを有し、
他方の前記軸の表面、あるいは前記すべり軸受の内面に、軸受幅に少なくとも２つ以上の第２のうねりを有することを特徴とする低摩擦摺動部材。
前記微細な凹部および前記うねりが設けられた前記軸の表面あるいは前記すべり軸受の内面の表面形状について高さ成分を軸方向に測定し、該測定値をフーリエ変換して求められる前記高さ成分の周波数出現強度において、前記微細な凹部と、前記うねりに起因される周波数帯に、周波数出現強度が強く出現され、前記うねりに起因される周波数帯は、前記微細な凹部に起因される周波数帯よりも、小さい周波数の範囲内に属するように、前記微細な凹部と前記うねりは、前記軸の表面あるいは前記すべり軸受の内面に形成されることを特徴とする請求項１〜２のうちいずれか１つに記載の低摩擦摺動部材。
１つの前記微細な凹部における油溜まり量は、３×１０^−５ｍｍ^３／ｍｍ^２以上１×１０^−３ｍｍ^３／ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の低摩擦摺動部材。
全ての前記微細な凹部の面積の合計は、前記軸の表面あるいは前記すべり軸受の内面の表面積の０．３％以上１０％以下としたことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の低摩擦摺動部材。
前記軸の表面あるいは前記すべり軸受の内面における単位面積当りに含まれる前記微細な凹部の面積と、等しい面積を有する円の直径は、５０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１つに記載の低摩擦摺動部材。
前記うねりの間隔は、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、
前記うねりの高さは、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の低摩擦摺動部材。
前記第２のうねりの間隔は、５０μｍ以上１ｍｍ以下であり、
前記第２のうねりの高さは、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２〜７のうちいずれか１つに記載の低摩擦摺動部材。
前記すべり軸受は、２つの半円筒状物が組み合わされて円筒を形成することを特徴とする請求項１〜８いずれか１つに記載の低摩擦摺動部材。
請求項１〜９のいずれか１つに記載の低摩擦摺動部材の軸およびすべり軸受を用いたことを特徴とするエンジンに設けられるクランクピンおよび該クランクピンを受ける軸受メタル。
エンジンに設けられる摺動部材のうち、少なくとも１以上の摺動部材に請求項１〜９のいずれか１つに記載の低摩擦摺動部材を用いたことを特徴とするエンジン。
前記エンジンは、シリンダ内を往復動するピストンにピストンピンを介して第１コンロットが連結され、当該第１コンロッドがコンロッド間連結ピンによって第２コンロッドと揺動可能に連結され、当該第２コンロッドがクランクシャフトとクランクピンによって回転可能に装着され、前記第２コンロッドが前記クランクピンを中心に回転位置を変更するためのコントロールロッドとコントロールロッド連結ピンにより揺動可能に連結され、当該コントロールロッドの前記第２コンロッドと連結されていない側の連結部に当該コントロールロッドを移動させて前記ピストンのストロークを変更する制御機構が連結されている可変圧縮比エンジンであることを特徴とする請求項１１記載のエンジン。