JP2007046660A

JP2007046660A - 摺動受部材

Info

Publication number: JP2007046660A
Application number: JP2005230243A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Mabuchi; 豊馬渕; Takeshi Higuchi; 毅樋口; Kenichi Okita; 賢一沖田; Takeshi Sekikawa; 岳関川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】摺動面にくぼみを有する従来の摺動受部材と比較して、フリクションの大幅な低減を実現することが可能である摺動受部材をを提供する。
【解決手段】摺動部材と組み合わせて用いられる摺動受部材であって、摺動部材が往復摺動する摺動面１を有する摺動受部材において、摺動面１の少なくとも摺動部材が折り返す摺動端近傍部分２には円形状のくぼみ３を多数形成すると共に、摺動面１の少なくとも摺動部材が速く摺動する摺動中間部分４には一方の対向辺が摺動方向に垂直で且つ他方の対向辺が摺動方向に沿う矩形状のくぼみ５を多数形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、潤滑油を介在させて摺動部材と組み合わせて用いられる摺動受部材に関するものである。

従来、上記したような潤滑油を介在させて摺動部材と組み合わせて用いられる摺動受部材において、摺動部材が往復摺動する摺動面に円形状のくぼみや、矩形状のくぼみや、細かい溝状のくぼみを多数形成することで、両者間のフリクションを低減する技術が知られている。

また、くぼみの形状に特徴をもたせてフリクションを低減する以外に、くぼみの深さに特徴をもたせたり、深さの異なるくぼみの配置状況に特徴をもたせたりして、フリクションを低減する試みもなされている。
特開２００２−２３５８５２号

上記したような摺動受部材において、摺動面にくぼみを形成する場合、くぼみの基本形状や深さや面積率は、摺動部材の摺動速度や潤滑油の油膜厚さや潤滑油量などの条件に基づいて決定されることが多いが、一定の摺動条件下においても、上記のパラメータが変化する往復摺動の場合には、くぼみの形状を最適なもの一つに絞り込むのではなく、最適な分布で配置することがフリクションを低減するうえで有効である。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、摺動面にくぼみを有する従来の摺動受部材と比較して、フリクションの大幅な低減を実現することが可能である摺動受部材を提供することを目的としている。

本発明者らは、摺動受部材の摺動面に形状の異なるくぼみを形成し、広範囲な摺動条件において鋭意評価実験を進めてきた結果、潤滑状態に応じた最適なくぼみの形状があることを見出した。

摺動部材と組み合わせて用いられる摺動受部材において、その摺動部材が往復摺動する平滑な摺動面に対してくぼみを形成する場合、摺動部材の摺動速度が遅くそして両者間の潤滑油膜厚さが薄い摺動部材の折り返し点ないしその近傍の摺動端近傍部分では、矩形状のくぼみよりも円形状のくぼみの方がフリクションを低減するうえで有効であることが判った。

一方、摺動端近傍部分を除いた摺動部材の摺動速度が速い部分では、円形状のくぼみよりも矩形状のくぼみの方がフリクションを低減するうえで有効であることが判った。

ここで、円形状のくぼみ及び矩形状のくぼみの双方の面積率を同じにして比較した場合、潤滑油膜厚さが薄い領域では、メタルコンタクトがある割合で発生するので、摺動方向に対して垂直な辺を多く有する矩形状のくぼみよりも円形状のくぼみの方が、くぼみ段差を垂直に乗り越える比率が少ない分だけ摺動部材にとって乗り越え易く、その結果、フリクションが低減する。

これと同じ考え方で、摺動方向に対して平行な矩形状のくぼみとした場合、往復摺動する摺動部材の大半は、摺動受部材の摺動面に対して線接触又は点接触となることから、くぼみの摺動部材との接触部分からはみ出た部分より油圧漏れが生じてしまい、摺動面内における油圧を保持するうえで不利になり、したがって、円形状のくぼみを上回る効果が期待できない。

一方、摺動部材の摺動速度が速い領域では、潤滑油膜厚さが十分に厚くメタルコンタクトの割合が少ないほか、摺動方向に対して垂直な辺が多いほど、このくぼみ段差に乗り上げる際の油圧増幅効果によってより一層くぼみの効果が得られやすく、したがって、円形状のくぼみよりも矩形状のくぼみの方がフリクションを低減するうえで優れていると考えられる。

本発明は、摺動部材と組み合わせて用いられる摺動受部材であって、摺動部材が往復摺動する摺動面を有する摺動受部材において、摺動面の少なくとも摺動部材が折り返す摺動端近傍部分には円形状のくぼみを多数形成すると共に、摺動面の少なくとも摺動部材が速く摺動する摺動中間部分には一方の対向辺が摺動方向に垂直で且つ他方の対向辺が摺動方向に沿う矩形状のくぼみを多数形成した構成としたことを特徴としており、この摺動受部材の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。

本発明の摺動受部材において、上述したように、潤滑油膜厚さが薄い摺動部材の折り返し点ないしその近傍の摺動端近傍部分では、摺動方向に対して垂直なくぼみ段差の少ない円形状のくぼみの方がフリクションを低減でき、また、摺動速度が速く潤滑油膜厚さが十分に厚い部分では、くぼみ段差に乗り上げる際の油圧増幅効果によって、矩形状のくぼみの方がフリクションを低減できる。

本発明では、摺動面にくぼみを有する従来の摺動受部材と比較して、フリクションの大幅な低減を実現することができるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の摺動受部材において、図１に示すように、摺動面１の少なくとも摺動部材が折り返す摺動端近傍部分２，２（図示上下端部分）には円形状のくぼみ３を多数形成すると共に、摺動面１の少なくとも摺動部材が速く摺動する摺動中間部分４には一方の対向辺が摺動方向に垂直で且つ他方の対向辺が摺動方向に沿う矩形状のくぼみ５を多数形成するが、円形状のくぼみ３は真円に限定されるものではなく、摺動面の少なくとも摺動部材が速く摺動する摺動中間部分４の矩形状のくぼみ５と比べてアスペクト比が小さくなる形状に近ければよい。

また、本発明の摺動受部材において、摺動部材の摺動速度の分布に応じて最適なくぼみ形状を設定することが好ましく、摺動部材の摺動速度又は潤滑油膜厚さに応じて、摺動面の摺動中間部分から摺動端近傍部分にかけてくぼみの形状を、矩形状から円形状に漸次変化させたり、アスペクト比の大きい矩形状からアスペクト比の小さい矩形状に漸次変化させたりする構成とすることが好ましい。

この際、摺動面の中間から摺動端にかけて複数の区域に分割し、この区域に合わせてくぼみの形状を矩形状から円形状に段階的に変化させる構成とすることもでき、くぼみを矩形状から円形状に変化させる際の形状変化は、例えば、矩形のアスペクト比を円形の１に段階的に近づけるようにする。

さらに、本発明の摺動受部材において、摺動面の摺動中間部分に位置するくぼみの深さを摺動端近傍部分に位置するくぼみの深さよりも深くしてある構成を採用することができる。つまり、摺動部材の摺動速度が速い部分のくぼみの深さを摺動部材の摺動速度が遅い部分のくぼみの深さよりも深くしてある構成とすることができる。これは、くぼみの深さと潤滑油膜厚さとの間にフリクションの低減に最適な値が存在するからであり、くぼみの形状とともに深さの分布を設定することがフリクションの低減に有効である。

図２は本発明をエンジン部品に適用した場合を示しており、図２に示すように、摺動部材であるピストンと組み合わせて用いられる摺動受部材がシリンダボアＢを有するシリンダブロックＳＢである場合には、シリンダボアＢの内周面Ｂａの少なくともピストンの上死点Ｂｕ及び下死点Ｂｌの近傍部分には円形状のくぼみ３を多数形成すると共に、シリンダボアＢの内周面Ｂａの少なくとも両死点Ｂｕ，Ｂｌ間の工程中間部分Ｂｍには一方の対向辺が摺動方向に垂直で且つ他方の対向辺が摺動方向に沿う矩形状のくぼみ５を多数形成した構成とすることができる。

この場合には、摺動面であるシリンダボアＢの内周面Ｂａの摩擦が低いものとなり、その結果、燃費の向上に寄与し得ることとなる。

また、上記シリンダブロックにおいて、ピストンの摺動速度の分布に応じて最適なくぼみ形状を設定することが好ましく、シリンダボアにおける内周面の上死点及び下死点間の工程中間部分から両死点の近傍部分にかけてくぼみの形状を、矩形状から円形状に漸次変化させたり、アスペクト比の大きい矩形状からアスペクト比の小さい矩形状に漸次変化させたりする構成とすることが好ましい。

この際、シリンダボアにおける内周面の上死点及び下死点間の工程中間から両死点にかけて複数の区域に分割し、この区域に合わせてくぼみの形状を矩形状から円形状に段階的に変化させる構成とすることもでき、くぼみを矩形状から円形状に変化させる際の形状変化は、例えば、矩形のアスペクト比を円形の１に段階的に近づけるようにする。

さらに、上記シリンダブロックにおいて、シリンダボアにおける内周面の上死点及び下死点間の工程中間部分に位置するくぼみの深さを上死点及び下死点の近傍部分に位置するくぼみの深さよりも深くしてある構成とすることができる。

図３も本発明をエンジン部品に適用した場合を示しており、図３に示すように、摺動受部材が摺動部材であるカムに接触して従動するタペットＴである場合には、冠面Ｔａの少なくとも中心Ｃから離れた部位に位置する環状帯部分Ｔｏには円形状のくぼみ３を多数形成すると共に、冠面Ｔａの少なくとも中心部分Ｔｉには一方の対向辺が摺動方向に垂直で且つ他方の対向辺が摺動方向に沿う矩形状のくぼみ５を同心円状に多数形成した構成とすることができ、この場合にも、フリクションを低減することができる。

また、上記タペットにおいて、冠面の中心部分から環状帯部分にかけてくぼみの形状を、矩形状から円形状に漸次変化させたり、アスペクト比の大きい矩形状からアスペクト比の小さい矩形状に漸次変化させたりする構成とすることができる。

この際、冠面の中心から環状帯部分にかけて複数の区域に分割し、この区域に合わせてくぼみの形状を矩形状から円形状に段階的に変化させる構成とすることもできる。

さらに、上記シリンダブロックにおいて、冠面の中心部分に位置するくぼみの深さを環状帯部分に位置するくぼみの深さよりも深くしてある構成とすることができる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本発明のフリクション低減効果を確かめるため、滑り軸受試験機を用いてフリクションの計測を行った。ここで使用する滑り軸受試験機は、試験に供する実施例及び比較例の軸部材を３箇所で軸受支持し、左右２箇所の軸受が負荷を受ける軸受であり、中央の軸受が負荷を与える軸受である構造をなしている。

［計測条件］
・油種５Ｗ３０ＧＦ３
・油温８０℃
・回転数０〜６０００ｒｐｍ（滑り速度：０〜１６ｍ／ｓ）
・押付け荷重２０ｋＮ
・軸外径５２ｍｍ

［実施例１］
素材に対して研削加工を行った後に、摺動部分にテープラップ加工により表面粗さＲａ０．０３μｍとなるように研磨加工を施すのに続いて、マスキングシートを用いて行うセラミックス微粒子のショットブラストによって約１００μｍの大きさの円形状くぼみを形成して、実施例１の軸部材を製作した。この際、くぼみの面積率を４〜８％とし、くぼみの深さを１〜５μｍとした。

［実施例２］
上記した実施例１と同じく、素材に対して研削加工を行った後に、摺動部分にテープラップ加工により表面粗さＲａ０．０３μｍとなるように研磨加工を施すのに続いて、マスキングシートを用いて行うセラミックス微粒子のショットブラストによって約１００μｍ×約３００μｍの大きさの矩形状くぼみを形成して、実施例２の軸部材を製作した。この際も、くぼみの面積率を４〜８％とし、くぼみの深さを１〜５μｍとした。

［比較例］
素材に対して研削加工を行った後に、摺動部分にテープラップ加工により表面粗さＲａ０．０３μｍとなるように研磨加工を施して、比較例の軸部材とした。

図４に試験結果を示す。この図４において、縦軸は、くぼみの無い比較例の軸部材で得られたフリクショントルクからの低減値（比較例の軸部材からの差）を表しており、このフリクショントルクからの低減値が高いほどフリクションの低減効果が大きいことを示す。

図４から判るように、滑り速度の遅い領域では、矩形状のくぼみよりも円形状のくぼみの方がフリクション低減効果が大きく、一方、滑り速度の速い領域では、円形状のくぼみよりも矩形状のくぼみの方がフリクション低減効果が大きい。

以上の結果から、一定の周波数で摺動する摺動部材と組み合わせて用いられる摺動受部材において、摺動面の摺動部材が折り返す滑り速度の遅い摺動端近傍部分には円形状のくぼみを多数形成する一方で、摺動面の滑り速度が速い摺動中間部分には矩形状のくぼみを多数形成することが、フリクションの低減に有効であることが実証できた。

なお、上記した実施例では、ショットブラスト法によってくぼみを形成するようにしているが、レーザ加工や転造加工などの機械加工を用いても上記と同様のくぼみを形成することが可能である。

本発明を自動車のエンジン部品、例えば、シリンダブロックＳＢに適用すると、フリクションの低減及びエンジン性能の向上を実現し得る。

本発明の摺動受部材の一実施例を示す摺動面のくぼみの配置状況説明図である。（実施例１）本発明を適用したシリンダブロックを示す断面説明図である。本発明を適用したタペットを示す平面説明図である。本発明のフリクション低減効果を表すグラフである。

符号の説明

１摺動面
２摺動端近傍部分
３円形状のくぼみ
４摺動中間部分
５矩形状のくぼみ
Ｂシリンダボア
Ｂａシリンダボアの内周面（摺動面）
Ｂｌピストンの下死点
Ｂｍ工程中間部分
Ｂｕピストンの上死点
Ｃタペット冠面の中心
ＳＢシリンダブロック
Ｔタペット
Ｔａ冠面（摺動面）
Ｔｏ環状帯部分
Ｔｉ中心部分

Claims

摺動部材と組み合わせて用いられる摺動受部材であって、摺動部材が往復摺動する摺動面を有する摺動受部材において、摺動面の少なくとも摺動部材が折り返す摺動端近傍部分には円形状のくぼみを多数形成すると共に、摺動面の少なくとも摺動部材が速く摺動する摺動中間部分には一方の対向辺が摺動方向に垂直で且つ他方の対向辺が摺動方向に沿う矩形状のくぼみを多数形成したことを特徴とする摺動受部材。
摺動面の摺動中間部分から摺動端近傍部分にかけてくぼみの形状を矩形状から円形状に漸次変化させる請求項１に記載の摺動受部材。
摺動面の摺動中間部分から摺動端近傍部分にかけてくぼみの形状をアスペクト比の大きい矩形状からアスペクト比の小さい矩形状に漸次変化させる請求項１に記載の摺動受部材。
摺動面の中間から摺動端にかけて複数の区域に分割し、この区域に合わせてくぼみの形状を矩形状から円形状に段階的に変化させる請求項１に記載の摺動受部材。
摺動面の摺動中間部分に位置するくぼみの深さを摺動端近傍部分に位置するくぼみの深さよりも深くしてある請求項１〜４のいずれか一つの項に記載の摺動受部材。
ピストンが往復摺動するシリンダボアを有するシリンダブロックにおいて、シリンダボアの内周面の少なくともピストンの上死点及び下死点の近傍部分には円形状のくぼみを多数形成すると共に、シリンダボアの内周面の少なくともピストンが速く摺動する両死点間の工程中間部分には一方の対向辺が摺動方向に垂直で且つ他方の対向辺が摺動方向に沿う矩形状のくぼみを多数形成したことを特徴とするシリンダブロック。
シリンダボアにおける内周面の上死点及び下死点間の工程中間部分から両死点の近傍部分にかけてくぼみの形状を矩形状から円形状に漸次変化させる請求項６に記載のシリンダブロック。
シリンダボアにおける内周面の上死点及び下死点間の工程中間部分から両死点の近傍部分にかけてくぼみの形状をアスペクト比の大きい矩形状からアスペクト比の小さい矩形状に漸次変化させる請求項６に記載のシリンダブロック。
シリンダボアにおける内周面の上死点及び下死点間の工程中間から両死点にかけて複数の区域に分割し、この区域に合わせてくぼみの形状を矩形状から円形状に段階的に変化させる請求項６に記載のシリンダブロック。
シリンダボアにおける内周面の上死点及び下死点間の工程中間部分に位置するくぼみの深さを上死点及び下死点の近傍部分に位置するくぼみの深さよりも深くしてある請求項６〜９のいずれか一つの項に記載のシリンダブロック。
カムに接触して従動するタペットであって、カムが回転しつつ摺動する冠面を有するタペットにおいて、冠面の少なくとも中心から離れた部位に位置する環状帯部分には円形状のくぼみを多数形成すると共に、冠面の少なくとも中心部分には一方の対向辺が摺動方向に垂直で且つ他方の対向辺が摺動方向に沿う矩形状のくぼみを同心円状に多数形成したことを特徴とするタペット。
冠面の中心部分から環状帯部分にかけてくぼみの形状を矩形状から円形状に漸次変化させる請求項１１に記載のタペット。
冠面の中心部分から環状帯部分にかけてくぼみの形状をアスペクト比の大きい矩形状からアスペクト比の小さい矩形状に漸次変化させる請求項１１に記載のタペット。
冠面の中心から環状帯部分にかけて複数の区域に分割し、この区域に合わせてくぼみの形状を矩形状から円形状に段階的に変化させる請求項１１に記載のタペット。
冠面の中心部分に位置するくぼみの深さを環状帯部分に位置するくぼみの深さよりも深くしてある請求項１１〜１４のいずれか一つの項に記載のタペット。