JP2006519304A - 滑り面の生成方法 - Google Patents

Abstract

本発明は滑り面（１）に関し、該滑り面は、回転器具を用いてアーク溶射によって塗布される。溶射加工中、パラメータは、全ての原料粒子が溶融するように設定される。高い溶融度(レベル)の利点は、滑り面（１）が、原料の無制御な噴出なしに、精密旋削によって機械加工されることが可能であるということである。回転溶射加工は、滑り面（１）の面（１．２）上の表面起伏を、円周方向に横方向に配向する。これにより、くぼみ（１．１）の形をした谷間構造が、精密旋削加工中に生成されることを可能にし、前記くぼみは１未満のペクルニック係数を有し、高度な流れの障害を実現し、所定の油保持容積を形成する。

Description

本発明は、鉄系合金の原料粒子のアーク溶射によって、軸受中心軸を備えた円筒形滑り面を生成する方法に関する。

滑り面を生成する方法は、特許文献１にて既に公知となっている。滑り面は、スチールとモリブデンから成る皮膜を溶射することで生成される。この方法では、２０〜６０％のモリブデン粉末と８０〜４０％のスチール粉末との混合物が、アルミニウム合金の上に溶射され、滑り面を有する皮膜を形成する。

独国特許出願公開第１９５ ４９ ４０３号明細書

本発明は、圧力の増大に対して好適な粗さ分布を生成するように、滑り面を形成し強化するという目的に基づいている。

この目的は、本発明に従い、滑り面は回転溶射器によって塗布され、滑り面の微細構造が、軸受中心軸に対して円周方向に配向されるか、あるいは円周方向から最大でも４５度偏向して配向されることによって達成される。その結果、横断面方向に起伏(粗さ)を有する滑り面が生成され、これは流体力学上の圧力形成に有益な効果を有する。

このようにするために、好ましくは溶射される全ての原料粒子の９５〜１００％が溶融され、溶射作業の後、くぼみや谷間構造が、滑り面内及び／又は表面上に、精密旋削によって生成されるとよい。アーク溶射法は、全ての原料粒子が溶融されるように制御される。原料粒子の高い溶融度または溶融レベルにより、精密旋削の際、くぼみという形で谷間構造が生成され、未溶融の原料粒子の無制御な層剥離は回避される。

従って、主に谷間構造で構成される所定の表面の構造的形状は、滑り面が溶射される時に生成される。この表面の構造的形状は、粗さを増加させた表面と所定の配向によって、輪郭が定められる。所定の直径への精密旋削中、表面起伏は完全には削り落とされない。円周方向に配向されて所定の油溜めを形成する一定の残留起伏が残る。

１つの改良形態によると、滑り面及びくぼみは、精密旋削作業の後、セラミック仕上げ等の微細仕上げ処理によって機械加工されるという追加オプションがある。これにより、残留起伏及び油溜めが、計画的かつ再現可能に設定されることが可能になる。滑り面の表面を覆う油溜めの均一な分布は、この状況において重要となる。

さらに、本発明は、アーク溶射により支持面に塗布された軸受の滑り面であって、鉄系合金で形成される滑り面に関する。

圧力の増大に対して好適な粗さ分布を実現するため、本発明によると、滑り面は、表面領域にくぼみで形成された谷間構造を有し、くぼみは流れの障害を形成し、かつ円周方向から最大でも４５度偏向した軸受中心軸に対する配向を有する。従って谷間構造又はくぼみは、滑り軸受の滑動方向に対して横向きに伸び、不規則に配向される。その結果、流体圧の増大が改善され、摩擦係数は軽減される。

このようにするために、くぼみは、表面１ｃｍ^２につき０．０１〜２ｍｍ^３、特に０．０４〜０．１ｍｍ^３量となる油保持容積を形成すると好適である。油保持容積は、滑り面全体にわたって定量的に均一に設定されることが可能であり、この油保持容積によって滑り潤滑を形成し、滑動相手側に対する摩耗を軽減する。油保持容積は、潤滑剤フィルムの厚みをゼロとして決定される。しかし、この決定の際、起伏先端の変形はない。くぼみの配置構造と配向とを組み合わせた油保持容積のみが、流れの障害の増大をもたらす。

最後に、本発明による解決策の好ましい実施形態によると、表面によって形成された流れの障害の大きさは、ペクルニック係数（Ｐｅｋｌｅｎｉｋ ｆａｃｔｏｒ）の平均値が１未満であり、この係数はくぼみの配向を、滑動方向に対して直角の、滑動方向におけるくぼみの相関長さの比として示している。相関長さとは、滑動方向における長さと滑動方向に対して直角の長さである。係数１とは、くぼみの等方性配向を表し、係数１未満とは、くぼみの横向き配向を表す。

本発明にとって特に重要なのは、滑り面はモリブデンを含有しない鉄をベースにした合金から形成され及び／又は炭素を０．８〜０．９％含む鉄をベースにした合金で形成されることである。高い圧力形成及び良好な潤滑特性のため、更なる合金の構成成分は必要ない。

本発明による設計及び配置に関して、滑り面は、好適には溶射後及び精密旋削作業前、０．１〜０．５ｍｍの粗さを有する。この粗度は、所定の配向と相まって、さらなる機械加工のために非常に有利であることが証明されている。表面粗さは、精密旋削中に完全には除去されない。

これに相応して、滑り面は、溶射及び精密旋削作業の後、０．０１〜０．０３ｍｍの粗さ値を有すると、好適である。この粗さ値は、油保持容積にとって重要な要素である。精密旋削は、所望の軸受内径との相関において、残留粗さの値を決定する。

さらに、滑り面は内燃機関のピストン用の滑動スリーブとして設計され、支持面はシリンダケーシングのシリンダ壁を形成すると、好適である。くぼみは、ピストンの滑動方向に対して直角に伸びる。対応する流れの障害は、くぼみの配向及び長さに依存する。実質的に円周方向に配向された長いくぼみは、非常に良好な流れの障害を形成する。非常に良好な滑り特性は、油保持容積と組み合わせて生成される。

滑動スリーブの摩擦特性を改善するために可能な別方法は、遅延燃焼として知られる方法によって実現される。特別な燃焼手順が短時間の間に設定された結果、燃焼反応生成物が蓄積される。これらの反応生成物は、主に、炭素と、少量の添加残留物を含む。炭素はこの場合、固形潤滑剤として作用するので、滑動相手側の摩耗特性に能動的に、良い影響をもたらす。この方法は、モリブデンを含有しない鉄系合金が滑り面として使用されることを可能にする。

Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はＭｇは、摩擦特性をさらに改善するために、合金成分として鉄系合金に添加される。

本発明のさらなる利点と詳細を、請求項及びこの後の記述において説明し、図に示す。

図１によると、滑り面１は、支持面２の上に溶射されている。支持面２は、軸受中心軸１．３を備えた中空シリンダを形成する。表面１．２の粗度は、最大でも０．５ｍｍである。粗さは、表面１．２から軸受中心軸１．３までの最大距離と最小距離との差として定義される。粗度３に対する滑り面１の絶対的層厚さの比は、この図では同じ縮尺になっていない。

図２は、表面１．２の精密旋削後の滑り面１を示す。精密旋削は、起伏の先端を平滑化する。油溜めを形成する若干の残留起伏は残る。図１及び図２は互いに同じ縮尺になっていない。

円周方向７に回転するバーナーを用いた溶射加工及び全ての原料粒子の溶融は、表面１．２上に図３に示すような構造的形状をもたらす。図３は、内燃機関のピストン用の滑動スリーブとして設計された滑り面１を示す。ピストンの滑動方向６は矢印で示されている。

表面１．２は、主に、谷間構造を形成するくぼみ１．１、１．１’、１．１’’、１．１’’’を含む。アーク溶射加工で使用される手順を用いて生成される配向８は、付加的な流れの障害４、４’がピストン滑動方向に生成されるようになっている。理想的には、くぼみ１．１は円周方向７に配向される。本実施例では、配向８は、円周方向７から約３５度偏向している。

くぼみ１．１に並んで、粒子の形態で固形潤滑剤の島５、５’が滑り面１に導入されており、摩擦機構の基本的耐荷重負担能力を形成する。

上述した表面起伏の配向は、流体圧の形成に好適な効果を有する。その結果、摩擦機構の耐荷重負担能力は、滑り面１の潤滑剤フィルムの厚みを増すことで、さらに増大され得る。全体的な表面の構造的形状は、ペクルニック係数が１未満となるように形成することができる。

溶射作業後の滑り面の概略的断面を示す。 精密旋削作業後の滑り面の概略的断面を示す。 滑り面の構造の概略的な描写である。

符号の説明

１ 滑り面
１．１ くぼみ、谷間構造
１．１’ くぼみ、谷間構造
１．１’’ くぼみ、谷間構造
１．１’’’ くぼみ、谷間構造
１．２ 表面
１．３ 軸受中心軸
２ 支持面
３ 粗度
４ 流れの障害
４’ 流れの障害
５ 固形潤滑剤の島
５’ 固形潤滑剤の島
６ 滑動方向
７ 円周方向
８ 配向

Claims (10)

1. 鉄系合金の原料粒子のアーク溶射によって、軸受中心軸（１．３）を備えた円筒形滑り面（１）を生成する方法において、
   前記滑り面（１）は回転溶射器によって塗布され、前記滑り面（１）の微細構造が、前記軸受中心軸（１．３）に対して円周方向（７）に配向されるか、あるいは前記円周方向（７）から最大でも４５度偏向して配向されることを特徴とする方法。
2. 溶射される全ての前記原料粒子の９５〜１００％が溶融され、前記溶射作業の後、くぼみ（１．１）又は谷間構造が、前記滑り面（１）及び／又は表面（１．２）に、精密旋削によって生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記滑り面（１）及び前記くぼみ（１．１）は、前記精密旋削作業の後、セラミック仕上げ等の微細仕上げ処理によって機械加工されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. アーク溶射により支持面（２）に塗布された軸受の滑り面（１）であって、前記滑り面（１）は鉄系合金で形成されており、
   前記滑り面（１）は、表面（１．２）領域にくぼみ（１．１）で形成された谷間構造を有し、前記くぼみ（１．１）は流れの障害（４）を形成し、かつ軸受中心軸（１．３）に対して前記円周方向（７）から最大でも４５度偏向した配向（８）を有することを特徴とする滑り面。
5. 前記くぼみ（１．１）は、表面（１．２）１ｃｍ^２につき０．０１〜２ｍｍ^３の油保持容積を形成することを特徴とする請求項４に記載の軸受の滑り面（１）。
6. 前記滑り面（１）の前記表面（１．２）によって形成された前記流れの障害（４）の大きさは、ペクルニック係数の平均値が１未満であることを特徴とする請求項４または５に記載の軸受の滑り面（１）。
7. 前記滑り面（１）はモリブデンを含有しない鉄系合金から形成される、及び／又は炭素を０．８〜０．９％含む鉄系合金で形成されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の軸受の滑り面（１）。
8. 前記滑り面（１）は、前記溶射後及び精密旋削作業前、０．１〜０．５ｍｍの粗さを有することを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の軸受の滑り面（１）。
9. 前記滑り面（１）は、前記溶射及び精密旋削作業の後、０．０１〜０．０３ｍｍの粗さ値を有することを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の軸受の滑り面（１）。
10. 前記滑り面（１）は内燃機関のピストン用の滑動スリーブとして設計され、前記支持面（２）はシリンダケーシングのシリンダ壁を形成することを特徴とする請求項４〜９のいずれか一項に記載の軸受の滑り面（１）。

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