JP2006026778A - Sliding surface formation method and sliding surface shape in sliding member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに摺動する摺動面の摺動抵抗を低減し、かつ焼き付きやかじりを防止可能な摺動面形成方法および摺動部材における摺動面形状に関するものである。 The present invention relates to a sliding surface forming method that can reduce sliding resistance of sliding surfaces that slide relative to each other and prevent seizure and galling, and a sliding surface shape in a sliding member.
機械装置、特に内燃機関においては、一方の摺動部材と他方の摺動部材との間で、相互に回転、または往復動するような摺動運動が行なわれている。 In a mechanical device, in particular, an internal combustion engine, a sliding motion that rotates or reciprocates between one sliding member and the other sliding member is performed.
そして、燃費向上やエミッションの削減のために、各々の摺動部材相互間の摺動運動に伴なう摺動摩擦抵抗の低減が図られており、潤滑特性を向上させる必要がある。 In order to improve fuel consumption and reduce emissions, the sliding frictional resistance associated with the sliding motion between the sliding members is reduced, and it is necessary to improve the lubrication characteristics.
この目的のために、特許文献1に示されたプラトーホーニング法や、特許文献2に示されたクロスハッチホーニング法や、特許文献3に示されたレーザーホーニング法等が提案されている。
For this purpose, a plateau honing method disclosed in
前記特許文献1に記載されたプラトーホーニング法によれば、砥石の砥粒の間隔が不規則でかつ広いため、砥粒で削り取られた摺動部材の摺動面の微細な凹部に潤滑油が溜められてその近傍に油膜が形成されても、隣接する前記凹部間においてその間隔が広いため油膜破断が生じ、摺動摩擦抵抗を充分に低減させることができず、摺動面での焼付きが生じ易いという問題点があった。
According to the plateau honing method described in
また、前記特許文献2に記載されたクロスハッチング法によれば、摺動部材の摺動面上に、幅40μm、深さ5〜10μmの微細な細長い溝が1.2mm間隔毎に多数平行に形成されるとともに、これら1群の多数の溝に対し30°の角度をなして交叉する前記溝と同様な溝が平行に多数形成されるため、これら交叉した微細な溝を伝って潤滑油が流出し、摺動部材相互間で金属接触を生じ易く、その結果、焼付きを起す可能性を回避できなかった。
Further, according to the cross-hatching method described in
さらに、特許文献3に記載されたレーザーホーニング法によれば、長さ3mm、幅60μm、深さ15〜20μmの微細な短かい溝が2mm間隔毎に多数平行に形成されているので、この短い溝に潤滑油が滞留してこの溝が潤滑油溜めの役を果し、摺動摩擦抵抗が低下する。しかし溝間が比較的広いため、溝占有面積比率が小さく、高い油膜保持性が得られず、耐焼付き性が低かった。 Furthermore, according to the laser honing method described in Patent Document 3, a number of fine short grooves each having a length of 3 mm, a width of 60 μm, and a depth of 15 to 20 μm are formed in parallel at intervals of 2 mm. Lubricating oil stays in the groove and this groove serves as a lubricating oil reservoir, and the sliding frictional resistance is lowered. However, since the groove spacing is relatively wide, the groove occupation area ratio is small, high oil film retention cannot be obtained, and seizure resistance is low.
本発明により解決しようとする課題は、このような難点を克服した摺動部材と、摺動面形成方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a sliding member that overcomes such difficulties and a sliding surface forming method.
請求項1記載の発明は、互いに摺動する摺動部材の少なくとも一方の摺動部材に摺動面を形成する摺動面形成方法であって、加工部材の先端に存在する刃部材を、前記一方の摺動部材の摺動方向に略直交する方向へ移動する前記一方の摺動部材表面に押し当てる刃部材押し当て工程と、該刃部材に超音波振動を加える超音波加振工程と、前記一方の摺動部材表面に押し当てられた刃部材を所定速度で前記一方の摺動部材の摺動方向に沿って移動させる刃部材移動工程と、該刃部材移動工程後に、前記一方の摺動部材表面を均一に研削する研削工程とを有することを特徴とするものである。
The invention according to
請求項2記載の発明は、上記摺動面形成方法において、研削工程はラッピング加工であることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項3記載の発明は、前記摺動面形成方法において、前記超音波振動の振動方向は、少なくとも前記一方の摺動部材の移動方向に略平行に前記刃部材が振動する方向であることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the sliding surface forming method, the vibration direction of the ultrasonic vibration is a direction in which the blade member vibrates substantially parallel to at least the moving direction of the one sliding member. It is a feature.
請求項4記載の発明は、互いに摺動する摺動部材の少なくとも一方の摺動部材における摺動面形状であって、前記一方の摺動部材の摺動方向に略直交する方向に形成された条痕内部に、長径が条痕幅以下でかつ前記条痕底面より深い略楕円形状の凹部が、前記摺動方向に沿って複数並列に形成されていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項5記載の発明は、上記摺動面形状において、上記条痕間には略平面部が形成されていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項6記載の発明は、前記摺動面形状において、前記略楕円形状の凹部間は、切削加工により略平面に形成されていることを特徴とするものである。 The invention according to claim 6 is characterized in that, in the sliding surface shape, the substantially elliptical recesses are formed in a substantially flat surface by cutting.
請求項7記載の発明は、前記摺動面形状において、前記楕円形状凹部の幅、深さおよび長さがミクロンオーダであることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項1記載の発明によれば、互いに摺動する摺動部材の少なくとも一方の摺動面に所定間隔毎に多数平行に形成された浅い溝に潤滑油が溜められるとともに、この溝の底部に溝幅方向へ指向した凹部が該溝の長手方向に亘り多数形成された凹部に溜められるために、前記摺動部材の摺動面に広い範囲に亘り充分に潤滑油が存在でき、摺動摩擦抵抗が低下するとともに、焼付け荷重が増大し、耐焼付け性が向上する。 According to the first aspect of the present invention, the lubricating oil is stored in the shallow grooves formed in parallel at a predetermined interval on at least one sliding surface of the sliding members that slide relative to each other, and at the bottom of the groove. Since a large number of recesses oriented in the groove width direction are accumulated in the recesses formed in the longitudinal direction of the groove, sufficient lubrication oil can be present over a wide range on the sliding surface of the sliding member, and sliding friction resistance The seizure load increases and the seizure resistance is improved.
また、請求項2記載の発明によれば、摺動部材の摺動抵抗の低下と、耐焼付け性の向上が可能となる。
Further, according to the invention described in
さらに、請求項3記載の発明によれば、平行に多数設けられた溝の深さが減少されて、摺動面全面に亘り高密度に小さく形成された凹部に潤滑油がそれぞれ滞留することができ、大きな凹部占有面積比率によって高い油膜保持性が得られ、大幅な摺動抵抗の低下と、高い耐焼付け性とを同時に達成することができる。 Furthermore, according to the third aspect of the present invention, the depth of the grooves provided in parallel is reduced, and the lubricating oil is retained in the recesses formed with high density over the entire sliding surface. In addition, a high oil film retaining property can be obtained by a large recessed area occupied area ratio, and a significant reduction in sliding resistance and high seizure resistance can be achieved at the same time.
請求項4記載の発明によれば、請求項1記載の摺動部材が能率良く確実に得られる。
According to invention of
また請求項5記載の発明によれば、請求項3記載の摺動部材が容易にかつ確実に得られる。
According to the invention described in
さらに請求項6記載の発明によれば、請求項1記載の摺動部材が能率良く得られる。
Furthermore, according to the invention described in claim 6, the sliding member described in
さらにまた請求項7記載の発明によれば、請求項1記載の摺動部材が高い精度の摺動面を有することが可能となる。 Furthermore, according to the seventh aspect of the invention, the sliding member of the first aspect can have a highly accurate sliding surface.
以下、図1ないし図4に図示された本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 1 to 4 will be described.
本発明の適用対象物の被加工物は、直径70〜100cmの回転軸1であり、図1に図示されるように、回転軸1の外周面2は、その外周面2に荒仕切げ切削および仕上げ切削を施された後、HRC≦55の硬度に高周波焼入れ処理されている。
The workpiece to which the present invention is applied is a
図1に図示されるように、回転軸1は、一端部で旋盤10のチャック11に着脱自在に掴持されるとともに、他端部で心押し台12に回転自在に支持され、主軸台13に回転自在に支持された図示されないスピンドルに前記チャック11は一体に取付けられており、このスピンドルは図示されないモータにより矢印方向へ回転駆動されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
回転軸1の周面を切削チップ14はバイト15の先端に着脱自在にかつ一体に装着され、バイト15は超音波加振装置16の先端に取付けられ、刃物台17は往復台18上に支持され、往復台18はスピンドルすなわち回転軸1が1回転する毎に100μmずつ回転軸1の軸方向に移動駆動されるようになっている。
The
旋盤10および超音波加振装置16が稼動状態になると、図2に図示されるように、回転軸1の外周面2は矢印方向Aに回転駆動されるとともに、超音波加振装置16では、20〜50キロヘルツの超音波振動が発信し、チップ14が上下方向Bに往復振動する。
When the
回転軸1が1回転する毎に、チップ14が軸方向へ100μm移動するため、図3に図示されるように、回転軸1の外周面2に周方向に指向した条痕3が形成されるとともに、条痕3の溝4に、条痕3の幅方向に指向したレース目状の振動加工痕5が形成され、この振動加工痕5の突出部6は、高さ4〜5μm、幅0.1mmとなっている。
Since the
前述した超音波振動加工処理終了後において、回転軸1の外周面2にラッピング加工処理を行なうと、図4に図示されるように、振動加工痕5の周辺の突出部6が削除され、長さ、幅、深さ共にミクロン単位の加工痕7が形成される。
When the lapping process is performed on the outer
前記ラッピング加工処理が終了した回転軸1の外周面2には、前述したような大きさの仕上げ加工痕7が外周面2の全面に亘り略均一に分散して形成されるため、潤滑油がこの仕上げ加工痕7に保留されて、摺動抵抗が大幅に低下する。
On the outer
また、ラッピング加工処理の処理深さによって任意の加工痕面積比率に仕上げることができるため、油膜保持性能が高く、耐焼付け性が向上する。 Moreover, since it can finish in arbitrary process trace area ratios by the processing depth of a lapping process, an oil film holding | maintenance performance is high and seizure resistance improves.
さらに、本実施形態では、中仕上げ加工を必要とせず、超音波振動加工処理を短時間で終了できるため、生産性が高く、コストダウンが可能である。 Furthermore, in this embodiment, since the intermediate finishing process is not required and the ultrasonic vibration machining process can be completed in a short time, the productivity is high and the cost can be reduced.
前述した超音波振動加工処理のみを終了した回転軸1でも、回転軸1の外周面2にレース目状の振動加工痕5が形成され、この振動加工痕5に潤滑油が保留されるため、摺動抵抗は低い。
Even in the
次に、本発明の適用対象物の図5に図示の被加工物がシリンダスリーブ20である場合について説明する。
Next, the case where the workpiece shown in FIG. 5 of the application object of the present invention is the
シリンダスリーブ20のシリンダ孔内周面21は、荒仕上げ加工および仕上げ加工処理が施された後、HRC≦55の硬度に高周波焼入れ処理されている。
The cylinder hole inner
図5に図示されるように、シリンダスリーブ20は図示されないテーブル上に固定され、シリンダ孔内周面21の中心軸の延長線上に、超音波加振装置30の中心軸が位置するように、超音波加振装置30が配置され、この超音波加振装置30は軸方向へ移動するように駆動されるようになっている。
As shown in FIG. 5, the
超音波加振装置30は、超音波振動子31とコーン33とホーン33とよりなり、超音波振動子31で発生した超音波振動は、コーン32およびホーン33で振幅増幅されて、ホーン33の円錐面体34に伝達されるようになっている。
The
ホーン33の先端の保持体35には、図5の下部に図示されるように、直径方向に指向した平行溝36が形成され、この溝36の両端にホルダー37が摺動自在に嵌合され、ホルダー37の先端に砥石39が一体に結合されている。ホルダー37には、長手方向に指向した長孔38が形成され、この長孔38を貫通して保持体35にボルト40が螺着され、円錐面体34の外周面にホルダー37の内周面が接触しており、円錐面体34が超音波振動子31により軸方向へ加振されると、ホルダー37および砥石39は保持体35の直径方向へ往復加振されるようになっている。
As shown in the lower part of FIG. 5, the
図5に図示の実施形態では、超音波加振装置30が稼動状態になると、円錐面体34が軸方向へ加振されると、円錐面体34の円錐面により砥石39がシリンダスリーブ20のシリンダ孔内周面21が当接しながら周方向に回転するので、シリンダ孔内周面21にホーニング加工処理が施される。
In the embodiment shown in FIG. 5, when the
また、シリンダ孔内周面21には、図1ないし図4に図示の実施形態と同様な条痕22や振動加工痕23が形成される。
Also, on the inner
前記ホーニング加工終了後に、前述したと同様なラッピング加工処理が施されれば、図4に図示のような仕上げ加工痕が形成される。 When the lapping process similar to that described above is performed after the honing process is finished, a finishing mark as shown in FIG. 4 is formed.
従って、本実施形態でも、前述の第1実施形態と同様な効果を奏することができる。 Therefore, the present embodiment can achieve the same effects as those of the first embodiment described above.
1・・・回転軸、2・・・外周面、3・・・条痕、4・・・溝、5・・・振動加工痕、6・・・突出部、7・・・仕上げ加工痕、10・・・旋盤、11・・・チャック、12・・・心押し台、13・・・主軸台、14・・・チップ、15・・・バイト、16・・・超音波加振装置、17・・・刃物台、18・・・往復台、20・・・シリンダスリーブ、21・・・シリンダ孔内周面、22・・・条痕、23・・・振動加工痕、30・・・超音波加振装置、31・・・超音波振動子、32・・・コーン、33・・・ホーン、34・・・円錐面体、35・・・保持体、36・・・溝、37・・・ホルダー、38・・・長孔、39・・・砥石、40・・・ボルト。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
加工部材の先端に存在する刃部材を、前記一方の摺動部材の摺動方向に略直交する方向へ移動する前記一方の摺動部材表面に押し当てる刃部材押し当て工程と、
該刃部材に超音波振動を加える超音波加振工程と、
前記一方の摺動部材表面に押し当てられた刃部材を所定速度で前記一方の摺動部材の摺動方向に沿って移動させる刃部材移動工程と、
該刃部材移動工程後に、前記一方の摺動部材表面を均一に研削する研削工程とを有することを特徴とする摺動面形成方法。 A sliding surface forming method for forming a sliding surface on at least one sliding member of sliding members that slide relative to each other,
A blade member pressing step of pressing the blade member present at the tip of the processing member against the surface of the one sliding member that moves in a direction substantially perpendicular to the sliding direction of the one sliding member;
An ultrasonic vibration process for applying ultrasonic vibration to the blade member;
A blade member moving step of moving the blade member pressed against the surface of the one sliding member at a predetermined speed along the sliding direction of the one sliding member;
And a grinding step for uniformly grinding the surface of the one sliding member after the blade member moving step.
前記一方の摺動部材の摺動方向に略直交する方向に形成された条痕内部に、長径が条痕幅以下でかつ前記条痕底面より深い略楕円形状の凹部が、前記摺動方向に沿って複数並列に形成されていることを特徴とする摺動部材における摺動面形状。 The sliding surface shape of at least one of the sliding members that slide relative to each other,
Inside the streak formed in a direction substantially orthogonal to the sliding direction of the one sliding member, a substantially elliptical concave portion whose major axis is equal to or smaller than the streak width and deeper than the bottom of the streak is in the sliding direction. A sliding surface shape of the sliding member, wherein a plurality of the sliding members are formed in parallel.
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