JP4155939B2 - 摺動部材の条痕形成方法および摺動部材 - Google Patents

Description

本発明は、互いに摺動する摺動部材の摺動面の摺動抵抗を低下させることができる摺動部材の条痕形成方法および摺動部材に関するものである。

特許文献１には、内燃機関のシリンダ孔に摺動自在に嵌装されるピストンの円筒状周面に、摺動方向と略直交する周方向に刃部材を走らせて、溝幅３０〜１００μｍの溝を形成する技術が記載されている。

特開２０００−８８１０１号公報

前記特許文献１に記載されたピストンでは、摺動方向に対し略直交する方向に形成された溝に隣接した摺接面角部が、スライシングブレードによる溝加工で不規則な形状に盛り上がるとともに鋭利な形状に形成されるので、齧りが生じ易く、しかもこの盛り上がり部分や鋭利部分を欠落させるための長期の馴らし運転が必要となる。また前記盛り上がり部分や鋭利な部分でもってシリンダ孔内周面に付着した潤滑油が掻き落とされることにより、焼き付きが生じ易い。

さらに、前述の不規則な形状の盛り上がり部分を除去するために、精密円筒加工を行なっても、この盛り上がり部分が溝に押し込められて、溝開口部が一部閉塞され、ピストン表面の潤滑油保持性が低下し、また溝内に保持された潤滑油がシリンダ孔内周面と、ピストン表面間を潤滑するのが阻害され、焼き付きを十分防止しえないという問題があった。

本発明により解決しようとする課題は、このような不具合を解消した摺動部材とその加工方法を提供することにある。

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面に条痕を形成する条痕形成方法であって、回動する前記摺動部材の摺動面に所定刃幅を有する刃部材を当接させた状態で該摺動面の摺動方向へ略直交する方向に前記刃部材を移動させ所定深さの溝を含む第１の条痕を全長に亘って形成する第１条痕形成工程と、前記第１条痕形成工程後、形成された溝間の突出部先端に前記第１条痕形成工程における前記刃部材の設定位置に対し前記第１の条痕幅の１／２幅だけ幅方向へ前記刃部材の位置をずらし、前記第１条痕形成工程と同一の刃部材をもって前記突出部先端の中央に、前記第１条痕形成時の条痕深さより所定量浅い第２の条痕を形成して、前記突出部先端の中央に単一の凹部を形成する第２条痕形成工程と、前記第２条痕形成工程後の摺動部材の外周に、さらに精密円筒研削を行い、前記第２の条痕における突出部先端の凹部の両端角部を丸く形成する第３工程とからなることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の摺動部材の条痕形成方法において、前記第１条痕形成工程によって形成される第１の条痕の溝深さと、前記第２条痕形成工程によって形成される第２の条痕の溝深さとの差は、前記第１の条痕のみ形成された摺動部材を摺動させた際に、条痕の溝間に形成された突出部の摺動側先端部に生じる最大磨耗量より小さく設定されることを特徴とするものである。

請求項３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面において、摺動方向に対して略直交する方向に指向した溝が幅方向に亘り多数形成された摺動部材であって、該溝間に形成された突出部先端が略台形の横断面形状に形成され、該台形形状先端に中央が窪んだ単一の凹部が形成されるとともに、前記凹部の両端角部が丸く形成されたことを特徴とする摺動部材である。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の摺動部材において、前記突出部の台形形状の両端角部は、該突出部が形成された前記摺動部材の摺動面への精密外形円筒研削により形成されたことを特徴とする。

請求項１記載の発明では、第１条痕形成工程に用いられる刃部材をそのまま用い、第１条痕形成工程後の同一摺動面に、前記刃部材の設定位置に対し１ピッチの１／２だけ幅方向へ該刃部材の位置をずらせるとともに第１条痕の溝深さよりも浅い深さに設定を変えて前記第１条痕形成工程と同じような第２条痕形成工程を行なうことで、前記第１条痕の溝間に形成された突出部の先端を所定量切削することができるので、通常一定期間の馴らし運転後の磨耗形状に近い形状を有し、かつ馴らし運転前の従来のピストン径と略同じ径のピストンを形成することができる。
これにより初期馴染み性が向上し、突出部先端残存による摺動部材の焼き付きおよびかじり防止のための馴らし運転時間を短縮できる。
また摩擦低減や磨耗量低減を図ることができる。
加えて磨耗量の低減により摺動部材間のクリアランスの増大を抑制できるので、シリンダとピストンとの衝突による騒音の増大を阻止することができる。

また、請求項１記載の発明では、第１条痕形成工程によって形成された第１の条痕の溝間の突出部の先端を、第２条痕形成工程における前記刃部材によって凹状に切削し、さらに第３の精密外形円筒研削工程を加えることで前記凹部の両先端を丸く形成することができ、該凹部両先端の丸みでもって摺動抵抗を軽減することができ、しかも前記凹部内の潤滑油保持効果と先端丸みによる潤滑油掬い効果によって焼き付きを確実に防止することができる。

請求項２記載の発明では、第１条痕形成工程のみを行なった摺動部材を摺動させた場合に条痕の溝間に形成された突出部先端に生ずる磨耗量より少ない所定量の刃部材による切削加工を該突出部先端に行なうことで、僅かな馴らし運転期間で両摺動部材の馴染みを促進することができ、しかも両摺動部材間のクリアランスを適正に維持することが可能となる。

請求項３記載の発明では、少なくとも摺動部材の一方に複数の溝部を形成することで、摺動面積を低減し、焼き付きを防止することができる摺動部材であって、該突出部先端を摺動開始時から磨耗後の形状に類似した台形形状に形成しておくことで、初期馴染み性を向上させることができ、またこの台形部の中央部を窪ませて凹部を形成することで、摺動面積をさらに低減することができ、摩擦抵抗を下げることができる。しかもこの凹部を潤滑油溜まりとして作用するため、摺動部の潤滑油保持性能を向上できるので、摺動部材の焼き付き防止効果をより一層上げることが可能となる。

さらに、請求項３記載の発明では、台形形状の両角部を丸く形成することで、他方の摺動部材と該突出部間で保持されている潤滑油が突出部の丸い形状によって摺動方向前方側から突出部の台形部上面へと引き込まれるスクイーズ効果が生じるため、台形部の摺動面と他方の摺動部材の摺動面との間に潤滑油を充分に供給することが可能となり、両者の焼き付きを一層防止することができるとともに、摺動抵抗のさらなる低減を促進することができる。

請求項４記載の発明では、精密外形円筒研削を行なうことで、台形状突出部の角部を均等に丸く容易に形成することが可能となり、潤滑油のスクイーズ効果を摺動面全面に亘り均一に発揮させることができるので、焼き付き防止に一層の効果を奏することができる。

以下、図１ないし図２に図示された本発明の一実施形態について説明する。

本発明の適用対象物は、図示されない内燃機関のシリンダブロックにおけるシリンダ孔（図示されず）とこのシリンダ孔に摺動自在に嵌装されるピストン１であり、ピストン１の外周面１ａの頂部近傍（図１では左側）には複数条のピストンリング溝２が予め形成され、ピストン１の外周面１ａに本発明の条痕形成方法が適用されている。なお、シリンダ孔の内周面にも、本発明の条痕形成方法を適用してもよく、あるいは、シリンダ孔の内周面とピストン１の外周面１ａとの両方に、本発明の条痕形成方法を適用してもよい。

ピストン１は、図示されない旋盤のワーク回転駆動装置により、ピストン１の中心軸を中心として矢印方向へ回転駆動され、ピストン１が１回転する毎に、バイト10がピストン１の中心軸に沿い１ピッチたる３００．０μｍだけピストン頭部に向い移動するように、図示されないバイトホルダを介してバイト10を支持するツールポスト（図示されず）が図示されないテーブル上を駆動されるようになっている。

そして、バイト10の先端に一体に装着されたチップ11が、ピストン１の頭部に向って３００．０μｍのピッチでピストン１の外周面１ａの周面の母線方向に沿い移動することにより、隣接する条痕突出部先端５間の第１条痕４の溝６深さが１０．０μｍとなるように、チップ11の刃先11ａが略放物線状に形成されている。

１回目の条痕形成加工を行なったピストン１の外周面１ａのスカート部３における断面形状が図３に図示される。

チップ11の刃先11ａの先端は、刃の新品時において、滑らかな突出曲面をなしているので、第１条痕４の溝６の底部６ａは滑らかな凹曲面となっているが、この図３のように、第１条痕４の溝６の底部６ａが微細な凹凸形状に形成されたのは、長期の加工により、刃先11ａに局部的な磨耗や破損が生じた場合に、その刃先形状が転写されたからである。

前記した旋盤を用い、ピストン１の外周面１ａにおけるスカート部３にスカート部３の端部からピストン１の頂部に向って１回目の条痕加工を行ない、外周面１ａのスカート部３のみに第１条痕４を形成した後、バイトホルダを元のスカート部３側に復動させてから、１／２ピッチすなわち１５０．０μｍずらすとともに、チップ11の刃先11ａを第１条痕４の突出部先端５に僅かに当接する程度に後退させ、次に、チップ11をピストン１のスカート部３からピストン１の頭部に向けて移動させ、チップ11の突き当て量を所定量浅くすることで、２回目の条痕加工をピストン１の外周面に施す。このような２回目の条痕形成加工を行なったピストン外周面１ａのスカート部３における断面形状が図４に図示される。前述のように、第１の条痕形成工程のみで得られたピストン１をピストン孔に嵌装して馴らし運転を行なった際での突出部先端５の磨耗量よりも、第２の条痕加工で得られた第２条痕７の突出部先端８の削除深さを所定量小さくすることで、突出部先端８に形成された凹部９の両端角部９ａは、僅かな馴らし運転でシリンダ孔に適切に接触することができ、馴らし運転による初期馴染み性を向上させるという効果をうることができる。

図３に図示されるように、第１条痕４の突出部先端５は鋭利な形状となっているので、齧りが生じ易く、馴らし運転中に内燃機関の回転速度を上げると、シリンダ孔内周面に傷が生じ易い。

しかし、本実施形態では、ピストン１を１回転させる間のバイト10の３００．０μｍの移動量すなわち１ピッチの１／２ピッチ１５０．０μｍだけバイト10の移動方向に沿ってバイト10をずらせて２回目の条痕加工を行なうため、１回目の第１条痕４の突出部先端５が切削されることにより、図４に図示されるように、突出部先端８は、略緩やかな凹部９に形成されるので、馴らし運転の短縮により初期馴染み性が付与され、齧りが生ずる惧れが少なくなり、また馴らし運転中の高速回転でもシリンダ孔内周面における傷も発生しにくい。

また、突出部先端８が凹部９に形成された場合には、摺動面積が減少するとともに、この凹部９における潤滑油保持が可能となって、ピストン１およびシリンダの焼き付き防止効果が向上するとともに、摺動抵抗が低下する。

さらに、１回目の条痕形成工程によって形成された第１条痕４の溝深さは深く、２回目の条痕形成工程によって第１条痕４の突出部先端５のみが浅く削除されることで第２条痕７の凹部深さは浅く、この第１条痕４の深さと第２条痕７の深さとの差が、第１条痕形成により得られたピストン１を摺動させた際における第１条痕４間の突出部先端５に生ずる磨耗量より小さくなっているので、僅かな馴らし運転期間でピストン１の外周面２とシリンダ孔との馴染みが完了し、ピストン１の外周面２とシリンダ孔との間のクリアランスが適切に保持される。

前述したような第１条痕形成工程と第２条痕形成工程を終えたピストン１の外周面２に、さらに精密外形円筒研削を行なうと、図４の下部に図示されるように、第２条痕７における突出部先端８の凹部９の両端９ａが丸く形成される。

このように突出部先端８が略台形形状に形成された第２条痕７における突出部先端凹部９の両端９ａが丸く形成されると、ピストン１の摺動抵抗がさらに低下し、また、凹部９内に潤滑油が保持されることと凹部９の両端９ａが丸く形成されることにより、図示されないシリンダ孔内周面に付着した潤滑油がスクイーズ効果により突出部先端８の両側傾斜面に沿いシリンダ孔と第２条痕７の突出部先端８の凹部９との間に導入され、ピストン表面に潤滑油溜まり部を形成するので、この潤滑油が摺動面を潤滑し、焼き付きがさらに確実に防止される。

前記実施形態では、円筒面の母線方向へ摺動させるように周方向へ指向する条痕を形成させた摺動部材について説明したが、円筒面の周方向へ摺動させるように円筒面の母線方向へ指向する条痕を形成させたクランクシャフトの回転軸に、本発明を適用することもできる。

前記実施形態における数値は、一実施例であって、ピッチ、条痕深さを適宜選定可能である。
また、前記実施形態では、被加工物であるピストン１は、円筒体であるが、ピストン１の外に、平板状の被加工物であってもよい。
この場合、所定の刃幅を有する刃部材を前記摺動面の摺動方向と略直交する方向に移動させ、摺動面に所定深さの溝を有する条痕を形成するとともに、この条痕の溝に対し所定幅の１ピッチだけ幅方向に位置をずらせた状態で所定の刃幅を有する刃部材を前記移動方向と平行に移動させ、前述と同様に摺動面に所定深さの溝を有する次の条痕を形成し、これを前記摺動部材の摺動方向全長に亘り次々と反覆する第１条痕形成工程と、前記第１条痕形成工程を終えた前記第１の条痕面に形成された突出部の先端に、前記第１条痕形成工程における前記刃部材の設定位置に対し１／２ピッチだけ幅方向へ該刃部材の位置をずらし、前記第１条痕形成時の条痕の溝深さより浅い第２の条痕を形成する第２条痕形成工程とを摺動方向全長に亘って同じく次々と反復することで、台形条痕が形成される。
また、複数の刃を摺動方向に沿って並べて、加工してもよい。

本発明の条痕形成方法の実施の状況を図示した傾斜図である。 図１の拡大正面図である。 １回目の条痕形成加工を終えたピストン１の要部拡大縦断面図である。 ２回目の条痕形成加工を終えたピストン１の要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１…ピストン、２…ピストンリング溝、３…スカート部、４…第１条痕、５…突出部先端、６…溝、７…第２条痕、８…突出部先端、９…凹部、10…バイト、11…チップ。

Claims (4)

1. 互いに摺動する摺動部材の少なくとも一方の摺動面に条痕を形成する条痕形成方法であって、
   回動する前記摺動部材の摺動面に所定刃幅を有する刃部材を当接させた状態で該摺動面の摺動方向へ略直交する方向に前記刃部材を移動させ所定深さの溝を含む第１の条痕を全長に亘って形成する第１条痕形成工程と、
   前記第１条痕形成工程後、形成された溝間の突出部先端に前記第１条痕形成工程における前記刃部材の設定位置に対し前記第１の条痕幅の１／２幅だけ幅方向へ前記刃部材の位置をずらし、前記第１条痕形成工程と同一の刃部材をもって前記突出部先端の中央に、前記第１条痕形成時の条痕深さより所定量浅い第２の条痕を形成して、前記突出部先端の中央に単一の凹部を形成する第２条痕形成工程と、
   前記第２条痕形成工程後の摺動部材の外周に、さらに精密円筒研削を行い、前記第２の条痕における突出部先端の凹部の両端角部を丸く形成する第３工程と、
   からなることを特徴とする摺動部材の条痕形成方法。
2. 前記第１条痕形成工程によって形成される第１の条痕の溝深さと、前記第２条痕形成工程によって形成される第２の条痕の溝深さとの差は、前記第１の条痕のみ形成された摺動部材を摺動させた際に、条痕の溝間に形成された突出部の摺動側先端部に生じる最大磨耗量より小さく設定されることを特徴とする請求項１記載の摺動部材の条痕形成方法。
3. 互いに摺動する摺動部材の少なくとも一方の摺動面において、摺動方向に対して略直交する方向に指向した溝が幅方向に亘り多数形成された摺動部材であって、
   該溝間に形成された突出部先端が略台形の横断面形状に形成され、
   該台形形状先端に中央が窪んだ単一の凹部が形成されるとともに、前記凹部の両端角部が丸く形成されたことを特徴とする摺動部材。
4. 前記突出部の台形形状の両端角部は、該突出部が形成された前記摺動部材の摺動面への精密外形円筒研削により形成されたことを特徴とする請求項３記載の摺動部材。

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