JP7407908B2 - 自動車用サスペンション装置のピストンロッドの製造方法 - Google Patents

自動車用サスペンション装置のピストンロッドの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、自動車用サスペンション装置のピストンロッドの製造方法に関する。
本願は、2020年3月27日に、日本国に出願された特願2020-057547号
に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来から、自動車関連摺動部品の表面性状を規定することにより、耐摩耗性や摺動特性を向上させる技術が提案されている。例えば、以下の特許文献1には、ベルト式無段変速機用プーリーにおけるエレメントとの接触面の溝部をラップフィルムにて研磨し、表面粗さについて、突出山部高さRpkを0.09μm以下、突出谷部深さRvkを0.4~1.3μmに加工する技術が開示されている。
日本国特開2011-137492号公報
自動車関連摺動部品の表面性状に関連し、ピストンロッドの場合についての検討がなされている。すなわち、ピストンロッドにおいて、摺動特性および耐食性の観点から、オイルシールとの摺動面にクロムめっきを施し、その後、バフ仕上げや超仕上げ等の研磨加工を行っている。
ピストンロッドにおけるオイルシールとの摺動面において、摺動面の突出山部の高さが高い場合、オイルシールへの攻撃力が強くなり、オイルシールの摩耗が懸念される。また、ピストンロッドの摺動面の突出谷部の深さが浅い場合、油膜の厚みが不足する懸念がある。一方、突出谷部の深さが深い場合、オイルシールとの引っ掛かりが強くなる懸念がある。
更に、本発明者らの研究によると、ピストンロッドの摺動面においてコア部のレベル差が少ないと、ドライ状態から定常状態までのなじみやすさに影響が及ぶことがわかった。
ここで、ピストンロッドが自動車のサスペンション装置のピストンロッドである場合、コア部のレベル差は、自動車の乗り心地に影響すると考えられる。
即ち、ピストンロッド摺動面の表面性状が不適切であると、自動車の乗り心地が低下するおそれがある。また、ピストンロッド摺動面の表面性状が不適切であると、摺動特性の経時変化が発生するおそれもある。
本発明が解決する課題は、ピストンロッドの摺動面における耐摩耗性を向上させることにより、ピストンロッドの摺動特性の経時変化を少なくするとともに、ドライ状態から定常状態までのなじみ易さを向上させることができる、自動車用サスペンション装置のピストンロッドの製造方法を提供することにある。
本発明は、以下の態様を採用した。
(1)自動車用サスペンションに用いられ、オイルシールに接触しつつ軸方向に摺動する摺動面にクロムめっき層が形成され、前記摺動面をシリンダの内部と前記シリンダの外部との間で繰り返し出入自在とし、内部に作動液体が収容された前記シリンダに対し出入自在とされるピストンロッドの製造方法であって、前記クロムめっき層の形成後に行う研磨処理工程を有し、前記研磨処理工程が、第1研磨フィルムを用いて研磨し、前記第1研磨用フィルムよりも目の粗い第2研磨用フィルムを用いて研磨することにより、JIS B 0671-2およびISO 13565-2に記載されるプラトー構造表面の特性評価パラメータである、突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつ前記クロムめっきのめっき厚さ未満である初期研磨面を得る初期研磨処理工程と;前記第1研磨フィルムおよび前記第2研磨用フィルムよりも目の細かい第研磨フィルムを用いて前記初期研磨面を研磨することにより、前記プラトー構造表面の潤滑性パラメータである、突出山部高さRpkが、0μm以上かつ0.04μm以下、コア部のレベル差Rkが、0.08μm以上かつ0.16μm以下、のプラトー面を形成する仕上げ研磨処理工程と;を有することを特徴とする自動車用サスペンション装置のピストンロッドの製造方法。
本発明によれば、第1研磨用フィルムと、それより目の粗い第2研磨用フィルムと、第2研磨フィルムより目の細かい第3研磨用フィルムを用いて研磨することにより、内部に作動液体が収容されたシリンダに対し出入自在とされるピストンロッドの摺動面について、好適な突出谷部深さと突出山部高さとコア部のレベル差を有するので、優れた耐摩耗性を有し、オイルシールに対する攻撃性が低く、オイルシールの摩耗を少なくできるとともに、摺動特性の経時変化を少なくすることができる。また、ドライ状態から定常状態までのなじみが良好であり、自動車用サスペンション装置用のピストンロッドである場合に自動車の乗り心地を低下させることのない自動車用サスペンション装置のピストンロッドを提供できる。
本発明の一実施形態に係るピストンロッドの製造方法により得られたピストンロッドにおける、摺動面の表面粗さ曲線の一例を示すグラフである。 同ピストンロッドを備えたシリンダ装置である、ショックアブソーバの全体構造を示す図であって、中心軸線CLを含む断面で見た断面図である。前記ピストンロッドの摺動面は、図1に示す表面粗さ曲線の特性を有する。 同ピストンロッドの外形状と摺動面の位置とを示す正面図である。 同ショックアブソーバの上部構造を示す図であって、図2のA部の拡大断面図である。 同ピストンロッドの先端部を示す図であって、図2のB部の拡大断面図である。 同ピストンロッドの製造工程の一例を示すフロー図である。 同ピストンロッドの外径研磨(図6の研磨処理工程S6)の一例を示すフロー図である。 同ピストンロッドの外径研磨に用いる研磨装置の一例を示す斜視図であって、同研磨装置の要部を示す。 同ピストンロッドの摺動面を含む部分を、中心軸線CLを含む断面で見た場合の部分拡大断面図であって、同ピストンロッドの外径を#400の研磨フィルムで研磨した場合の図である。 同ピストンロッドの摺動面を含む部分を、中心軸線CLを含む断面で見た場合の部分拡大断面図であって、同ピストンロッドの外径を#320の研磨フィルムで研磨した場合を示す。 同ピストンロッドの摺動面を含む部分を、中心軸線CLを含む断面で見た場合の部分拡大断面図であって、同ピストンロッドの外径を#1000の研磨フィルムで研磨した場合を示す。 同ピストンロッドの摺動面を含む部分を、中心軸線CLを含む断面で見た場合の部分拡大断面図であって、同ピストンロッドの外径を#2000の研磨フィルムで研磨した場合を示す。 平滑化粗さ曲線における、突出山部高さ(Rpk)とコア部のレベル差(Rk)と突出谷部深さ(Rvk)との関係を示す説明図である。 突出山部高さ(Rpk)とコア部のレベル差(Rk)と突出谷部深さ(Rvk)とを求める場合の説明図であり、表面粗さ曲線において突出部を分離する直線位置を示す説明図である。 表面粗さ曲線から求めた評価長さに対する輪郭曲線要素の負荷長さの比を示す説明図である。 負荷長さ率の差であるΔMrを40%として引いた負荷曲線の割線が最も緩い傾斜となる直線の位置を示す説明図である。 ΔMr=0%および100%まで前記直線を伸ばして、突出山部と突出谷部とに分断した状態を示す説明図である。 突出山部の断面積A1に等しくなる直角三角形の高さを求める状態を示す説明図である。 実施例試料について行った再現試験方法の説明図である。 外径研磨(図6の研磨処理工程S6)における試験条件を変更して求めた場合の実施例の評価試験結果を示すグラフである。 実施例において製造した複数のピストンロッドにおける、突出谷部深さ(Rvk)と摩擦力変化量(ΔN)との関係示すグラフである。 実施例において製造した複数のピストンロッドにおける、コア部のレベル差(Rk)と摩擦力変化量(ΔN)との関係示すグラフである。 実施例において製造した複数のピストンロッドにおける、突出谷部深さ(Rvk)と最大摩擦力(P-P)との関係示すグラフである。 実施例において製造した複数のピストンロッドにおける、コア部のレベル差(Rk)と最大摩擦力(P-P)との関係示すグラフである。 実施例において製造した複数のピストンロッドにおける、突出山部高さ(Rpk)とオイルシール付着量との関係示すグラフである。 実施例において製造した複数のピストンロッドにおける、コア部のレベル差(Rk)とオイルシール付着量との関係示すグラフである。 第1の研磨処理工程~第4の研磨処理工程で用いた研磨用フィルムを示す表である。 試料1~10のそれぞれにおける、突出谷部深さ、突出山部高さ、コア部のレベル差の各測定結果を示す表である。 加振条件を示す表である。
以下、本発明の一実施形態に係るシリンダ装置とピストンロッドの製造方法とについて説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下に示す実施形態の説明に用いる図面は、各部を見やすくするために、縮尺を適宜変更して示している。また、図2~図5及び以下の説明における符号CLは、シリンダ装置及びピストンロッドの中心線を示す。
図1は、後述する製造方法に従って表面が研磨されたピストンロッドにおける摺動面の表面粗さ曲線の一例を示すグラフである。また、図2は、同ピストンロッドを備えたシリンダ装置である、ショックアブソーバの全体構造を示す図であって、中心軸線CLを含む断面で見た断面図である。このピストンロッドの摺動面は、図1に示す表面粗さ曲線の特性を有する。
ピストンロッドの摺動面の表面粗さについて説明する前に、まず、ピストンロッドを備えるシリンダ装置の全体構成について説明する。
「シリンダ装置」
図2に示すシリンダ装置1は、自動車や鉄道車両等の車両のサスペンション装置に用いられる緩衝器(Shock Absorber)であり、具体的には自動車のストラット型サスペンション装置に用いられる。このシリンダ装置1は、作動液体が封入される円筒状の内筒(シリンダ)2と、内筒2よりも大径で内筒2の外周側に設けられ、内筒2との間に作動液体および作動気体が封入されるリザーバ室Rを形成する有底筒状の外筒3と、を有している。つまり、シリンダ装置1は、外筒3内に内筒2が設けられた複筒式の緩衝器である。
外筒3は、円筒状の側壁部7と、側壁部7の軸方向の一端側を閉塞する底部8とからなっている。内筒2は、円筒状をなしている。内筒2は、その軸方向の一端部に取り付けられた円環状のベースバルブ13を介して外筒3の底部8に係合されている。また、内筒2は、その軸方向の他端部に取り付けられた円環状の金属製のロッドガイド11を介して、外筒3の側壁部7の底部8とは反対側にある開口部9に係合されている。
ベースバルブ13は、内筒2に嵌合して固定された状態で、外筒3の底部8に載置されることで、径方向に位置決めされる。これにより、ベースバルブ13は、外筒3と同軸に配置される。ロッドガイド11は、内筒2と外筒3の側壁部7とに嵌合することで、内筒2の軸方向の他端部を、外筒3と同軸に配置している。
このロッドガイド11において、底部8側と反対側には、円環状のオイルシール(シール部材)15が配置されている。このオイルシール15も、側壁部7の開口部9側の内周部に嵌合されている。外筒3の開口部9は、内筒2よりも軸方向の外側にあることから、シリンダの開口部にもなっている。外筒3の底部8と反対側には、径方向内方に折り曲げられることによって係止部16が形成されている。オイルシール15は、その軸方向の外側が係止部16で係止されることにより、シリンダの一端側に支持されている。
内筒2内には、ピストン25が摺動可能に嵌装されている。このピストン25は、内筒2内を、第1室22と第2室23とに画成している。第1室22は、内筒2内のピストン25とロッドガイド11との間に設けられている。第2室23は、内筒2内のピストン25とベースバルブ13との間に設けられている。内筒2内の第2室23は、内筒2の一端側に設けられたベースバルブ13によって、リザーバ室Rと画成されている。
ピストン25には、金属製のピストンロッド21がナット26によって連結されている。ピストンロッド21は、一定外径の円柱状の大径部21aを有しており、ロッドガイド11およびオイルシール15を通るとともに、内筒2および外筒3、つまりシリンダの一端側から外部へと延出している。ピストンロッド21は、その大径部21aにおいて、ロッドガイド11およびオイルシール15のそれぞれの内側に対して摺動可能に挿通されている。ピストンロッド21は、その一端が外筒3および内筒2内に配置され、他端が外筒3および内筒2の外部に配置されている。
ピストンロッド21の大径部21aの一端側に、小径部21bが形成されている。この小径部21bにピストン25が挿通され、小径部21bの先端側に形成されたねじ部にナット26が螺合されることで、ピストン25がピストンロッド21に取り付けられている。ピストンロッド21の大径部21aにおいて小径部21bの基端部に近い位置に、環状溝21cが形成されている。この環状溝21cに係合されるように、リング状の内部ストッパー24が装着されている。この内部ストッパー24の上部側には、リング状のリバウンドラバー19が配置されている。
図3に示すように、ピストンロッド21の大径部21aにおいて、環状溝21cよりもピストン取付側から反対側に向かって僅かに離間した位置P1と、車体への取付部となるボルト部21dの連接部位P2との間が、ロッドガイド11とオイルシール15とに対する摺動範囲Aとされている。
また、図面では略されているが、ピストンロッド21の外面にはクロムめっき層が形成されている。
更に、ピストンロッド21において、大径部21aの摺動範囲Aの表面(クロムめっき層の摺動表面。以下、単に「摺動面A」と呼ぶ場合がある)は、研磨面となっている。この研磨面は、JIS B 0671-2およびISO 13565-2に記載されるプラトー構造表面の特性評価パラメータである、突出山部高さRpkが、0μm以上かつ0.04μm以下であり、コア部のレベル差Rkが、0.08μm以上かつ0.16μm以下であり、突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつめっき厚さ未満である。
この研磨面についての詳細は、後で説明する。
ピストンロッド21は、ピストン25と一体になって軸方向に移動する。ピストンロッド21の大径部21aが挿通するオイルシール15は、外筒3とピストンロッド21との間を閉塞して、内筒2内の作動液体と、リザーバ室R内の作動気体および作動液体とが外部に漏出するのを防ぐ。
図5に示すように、ピストン25には、軸方向に貫通する通路27および通路28が形成されている。通路27、28は、第1室22と第2室23との間を連通可能としている。ピストン25には、ピストン25に当接することで通路28を閉塞可能な円環状のディスクバルブ28aが、軸方向の底部8とは反対側に設けられている。また、ピストン25には、ピストン25に当接することで通路27を閉塞可能な円環状のディスクバルブ27aが、軸方向の底部8側に設けられている。
ディスクバルブ28aは、ピストンロッド21が内筒2および外筒3内への進入量を増やす縮み側に移動すると、ピストン25が第2室23を狭める方向に移動する。その結果、第2室23の圧力が第1室22の圧力よりも所定値以上高くなると、通路28を開き、その際に減衰力を発生させる。ディスクバルブ27aは、ピストンロッド21が内筒2および外筒3からの突出量を増やす伸び側に移動すると、ピストン25が第1室22を狭める方向に移動する。その結果、第1室22の圧力が第2室23の圧力よりも所定値以上高くなると、通路27を開き、その際に減衰力を発生させる。
図2に示すベースバルブ13には、軸方向に貫通する通路28および通路29が形成されている。通路28、29は、第2室23とリザーバ室Rとの間を連通可能としている。ベースバルブ13には、その軸方向の底部8側に、ベースバルブ13に当接することで通路28を閉塞可能な円環状のディスクバルブ30が配置されている。また、ベースバルブ13の、軸方向の底部8とは反対側には、ベースバルブ13に当接することで通路29を閉塞可能な円環状のディスクバルブ31が配置されている。
ディスクバルブ30は、通路28を介する第2室23からリザーバ室R側への作動液体の流れを許容する一方、これとは逆方向に向かって通路28を介する作動液体の流れを規制する、チェックバルブである。ディスクバルブ30は、ピストンロッド21が縮み側に移動して第2室23の圧力がリザーバ室Rの圧力よりも所定値以上高くなると通路28を開いてその際に減衰力を発生させる減衰バルブとなっている。
ディスクバルブ31は、通路29を介してリザーバ室Rから第2室23側へ向かう作動液体の流れを許容し、これとは逆方向に向かって通路29を介する作動液体の流れを規制する、チェックバルブである。ディスクバルブ31は、ピストンロッド21が伸び側に移動しピストン25が第1室22側に移動すると、第2室23の圧力がリザーバ室Rの圧力より下降し、通路29を開く。ディスクバルブ31は、その際に、リザーバ室Rから第2室23内に実質的に減衰力を発生させずに作動液体を流すサクションバルブである。
図2に示すように、外筒3の底部8の外側には、筒状の取付アイ33が固定されている。シリンダ装置1は、ピストンロッド21のオイルシール15よりも外側の部分と、取付アイ33とが、取り付け対象である相対移動部分間に取り付けられる。シリンダ装置1は、取り付け対象部分で生じる相対移動によってピストンロッド21と一体になってピストン25が内筒2内を軸方向に摺動して第1室22および第2室23の容積を変化させる。その際、ピストン25およびベースバルブ13に生じる油液の流通抵抗で減衰力を発生させる。シリンダ装置1は、例えばピストンロッド21が車両の車体側に連結され、取付アイ33が車両の車輪側に連結されて、車輪の車体に対する相対移動に対して減衰力を発生させる。
図4に示すように、ロッドガイド11は、略段付き円環状をなしている。ロッドガイド11は、軸方向一側に外周面が円筒面からなる大径部11aが形成され、軸方向他側に外周面が大径部11aの外周面よりも小径の円筒面からなる小径部11bが形成されている。大径部11aおよび小径部11bは同軸に形成されている。ロッドガイド11は、大径部11aにおいては外筒3の内周面に嵌合し、小径部11bにおいては内筒2の内周面に嵌合している。
ロッドガイド11の軸方向の大径部11a側の端部には、軸方向に突出する円環状の環状凸部11cが形成されている。環状凸部11cには、その径方向内側位置に、ロッドガイド11を軸方向に沿って貫通する連通穴11dが形成されている。連通穴11dは、ロッドガイド11の軸方向における環状凸部11cとは反対側が、外筒3と内筒2との間のリザーバ室Rに開口している。
オイルシール15は、合成ゴム製のシール材35に金属製の環状部材36が埋め込まれた一体成形品のシール部材本体37と、金属製の環状のスプリング38と、を有している。環状部材36は、シール材35の形状を維持するためのものであり、対象部位に固定するための強度をシール部材本体37に生じさせる。シール部材本体37は、径方向の環状部材36の位置がロッドガイド11の環状凸部11cと外筒3の係止部16とに挟持されることで、シリンダの一端側に支持されている。
シール材35は、ダストリップ部35a、オイルリップ部35b、シールリング部35cおよびチェックリップ部35dを有している。
ダストリップ部35aは、環状部材36の内周面側から軸方向の一側に筒状をなして延出している。オイルリップ部35bは、環状部材36の内周面側から軸方向の他側に筒状をなして延出している。シール部材本体37は、これらオイルリップ部35bおよびダストリップ部35aの内側にピストンロッド21の大径部21aを摺接可能に挿通させている。これらダストリップ部35aおよびオイルリップ部35bは、自らとピストンロッド21の大径部21aとの間における隙間をシールする。
シールリング部35cは、環状部材36の外周面側から軸方向のオイルリップ部35bと同側に、円環状をなして突出している。シールリング部35cは、ロッドガイド11の環状凸部11cと外筒3とに同時に接触して、外筒3とロッドガイド11との隙間をシールする。
チェックリップ部35dは、環状部材36の径方向の中間位置から軸方向のオイルリップ部35bと同側に円環筒状をなして突出している。チェックリップ部35dは、ロッドガイド11の環状凸部11cよりも径方向内側に当接している。チェックリップ部35dは、ロッドガイド11とピストンロッド21の大径部21aとの隙間から漏れ出た作動流体を、連通穴11dを介してリザーバ室Rに流す一方、逆方向の作動流体の流れを規制する、逆止弁として機能する。
スプリング38は、オイルリップ部35bの外周部に装着される。スプリング38は、ピストンロッド21の大径部21aの外周にオイルリップ部35bを押圧して隙間をシールする。
車両の走行時のシリンダ装置1は、ピストンロッド21あるいは外筒3が外部からの衝撃を繰り返し受ける。衝撃力を受ける度に、ピストンロッド21が縮み側あるいは伸び側に移動し、その際に減衰力が作用する。このようにして、シリンダ装置1は、自動車のストラット式サスペンションに用いられる緩衝器としての機能を奏する。
また、ピストンロッド21の大径部21aの外周面に、クロムめっき層を設けて摺動面を形成しているので、大径部21aが繰り返しシール部材に対し摺動したとしても、クロムめっき層が優れた摺動特性を発揮し、優れた耐摩耗性を発揮できる。
本実施形態のピストンロッド21においては、摺動面Aが、JIS B 0671-2およびISO 13565-2に記載されるプラトー構造表面の特性評価パラメータである、突出山部高さRpkが、0μm以上かつ0.04μm以下、コア部のレベル差Rkが、0.08μm以上かつ0.16μm以下、突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつめっき厚さ未満とされている。
これら範囲の突出谷部深さRvkと突出山部高さRpkとコア部のレベル差Rkになるように研磨したピストンロッド21の摺動面Aの粗さ曲線の一例を、図1に示している。
突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつクロムめっき層のめっき厚未満であるので、谷部に十分な量のオイルを保持することができる。よって、保油性に優れるので、ピストンロッド21を円滑に摺動させることができる。特に、ピストンロッド21が停止していた状態から繰り返し往復動摺動する場合、ピストンロッド21の摺動面Aがドライ状態から定常状態になるまでのなじみが良好になる。そのため、このピストンロッド21を自動車用サスペンション装置に用いた場合に、自動車の乗り心地を低下させないサスペンション装置(シリンダ装置)1を提供できる。
また、摺動面Aは、好適な突出谷部深さと突出山部高さとコア部のレベル差とを有する。よって、ピストンロッド21は、優れた耐摩耗性を有し、オイルシール15に対する攻撃性が低く、オイルシール15の摩耗を少なくできるとともに、摺動特性の経時変化を少なくすることができる。
「ピストンロッドの製造方法」
図6は、ピストンロッド21の製造方法の概要を示すフロー図である。
導入工程S1においては、ピストンロッドに好適な種別の鋼材からなる鋼棒等のロッド素材を用意する。
このロッド素材に、熱処理工程S2において高周波焼き入れ、焼き戻しなどの熱処理を行い、ピストンロッド用として必要な表面硬化処理を施す。
次に、図3に示すピストンロッド21の外形となるように、切削工程S3と研削工程S4とを施す。これにより、小径部21b、環状溝21c、ボルト部21dなどを備えたピストンロッド21の外形となる。
続いて、めっき工程S5において、ピストンロッドに対してクロムめっき処理を施し、膜厚20μm程度のクロムめっき層を形成してロッド素材とする。
続いて、研磨処理工程S6において、前記ロッド素材に対して以下に説明する外径研磨を行い、目的のピストンロッド21を得る。
図7に、研磨処理工程S6の詳細を示す。
研磨処理工程S6は、第1の研磨処理工程S61と、第2の研磨処理工程S62と、第3の研磨処理工程S63と、第4の研磨処理工程S64とを備える。第1の研磨処理工程S61と第2の研磨処理工程S62は、油溜まり形成用の研磨処理工程S6-1と総称することができる。第3の研磨処理工程S63と第4の研磨処理工程S64は、プラトー面形成用研磨処理工程S6-2と称することができる。
なお,油溜まり形成用の研磨処理工程S6-1を、第1の研磨処理工程S61と第2の研磨処理工程S62の2工程としているが、これに限らず、1工程または3工程以上で研磨しても良い。
なお,プラトー面形成用研磨処理工程S6-2を、第3の研磨処理工程S63と第4の研磨処理工程S64の2工程としているが,これに限らず、1工程または3工程以上で研磨しても良い。
図8は、上述の各研磨処理工程を実施する場合に用いて好適なフィルム研磨装置の要部構成を示す。
本実施形態の研磨処理装置40は、それぞれの周面の一部を互いに近接させて個々に水平、かつ個々に軸回りに回転自在に近接配置されたドライブローラー41、42を有する。そして、これらの互いに近接配置されたドライブローラー41、42の境界部上に、加工目的とするピストンロッド用のロッド素材21Aを載置できるように構成されている。
近接配置されたドライブローラー41、42の境界部上にロッド素材21Aを配置すると、ドライブローラー41、42の回転に従い、支持したロッド素材21Aを軸回りに回転させることができる。
ドライブローラー41、42間の境界部上であって、ロッド素材21Aの上方には、軸回りに回転自在なバックアップローラー43が水平に配置されている。このバックアップローラー43の底面側に、図示略のフィルム供給装置から研磨用のフィルム44を供給できる。
研磨用のフィルム44は、長尺矩形状のフィルムであり、バックアップローラー43の中心軸に直交する方向の一側に設けられている図示略のフィルム供給装置から研磨用のフィルム44をバックアップローラー43の底面側に向かって矢印aに示すように供給する。そして、研磨用のフィルム44は、バックアップローラー43の中心軸に直交する方向の他側に設けられている図示略のフィルム巻取装置に、矢印bに示すように移動して巻き取られる。この研磨処理装置40によれば、研磨用のフィルム44を必要長さ分、前記フィルム供給装置に巻き付けておき、バックアップローラー43の底面側に連続供給することができる。
バックアップローラー43は、図示略の上下移動機構により、水平状態を維持したまま回転自在に支持されている。バックアップローラー43は、前記上下移動機構により、その上下位置を微調節できるように支持されている。バックアップローラー43の上方には、図示略の上下前後移動機構に支持された加圧ヘッド45が設けられている。この加圧ヘッド45は、バックアップローラー43の若干上方から矢印cに示すように下降しつつ、所定の加圧力でバックアップローラー43を下方に向けて押圧することができる。また、加圧ヘッド45は、上述の上下前後移動機構により矢印dに示すようにバックアップローラー43の軸方向にも移動自在に支持されている。よって、加圧ヘッド45は、バックアップローラー43を下方に所定の力で押圧した状態のまま、バックアップローラー43の軸方向に沿って往復移動自在に支持されている。
以下の説明では、図8に示す研磨処理装置40を4基搭載した研磨装置を用いてピストンロッド21の外径研磨を行う例について説明する。
一例として、4基の研磨装置のうち、第1の研磨装置の研磨用フィルムとして番手(#600)の研磨用フィルムを装填する。また、第2の研磨装置の研磨用フィルムとして番手(#320)の研磨用フィルムを装填する。また、第3の研磨装置の研磨用フィルムとして番手(#1000)の研磨用フィルムを装填する。また、第4の研磨装置の研磨用フィルムとして番手(#2000)の研磨用フィルムを装填する。
研磨用フィルムとは、PET(ポリエチレン樹脂)などの合成樹脂製のラッピングフィルムの一面に、研磨砥粒を接着層で固定したフィルムであり、番手に応じて粒度が特定された研磨砥粒がフィルム上に固定されている。
上述の4基の研磨装置のうち、第1の研磨装置で第1の研磨処理工程S61を実施し、第2の研磨装置で第2の研磨処理工程S62を実施し、第3の研磨装置で第3の研磨処理工程S63を実施し、第4の研磨装置で第4の研磨処理工程S64を実施することができる。
第1の研磨処理工程S61と第2の研磨処理工程S62により低い番手の研磨用フィルム(第1研磨フィルム)を用いて研磨を行うと、これらの工程ではピストンロッドの表面に谷深さと谷幅の大きい溝を形成することができる。図9に、#400の研磨用フィルムを用いて研磨した場合に生成する溝の概形を示す。図10に、#320の研磨用フィルムを用いて研磨した場合に生成する溝の概形を示す。
図9に示す溝と図10に示す溝を比較して明らかなように、番手の数値が低い(小さい)研磨用フィルムを用いた場合の方が、谷幅は拡がり、谷深さも深くなる。同時に、谷部と谷部との間に存在する山部の頂部の幅は小さくなるので、ピストンロッドがオイルシールに接触する場合の真実接触面積eは小さくなる。
第3の研磨処理工程S63と第4の研磨処理工程S64により高い番手の研磨用フィルム(第2研磨フィルム)を用いて研磨処理を行う。これらの研磨処理工程では、第1の研磨処理工程と第2の研磨処理工程で形成した大きな谷幅と、大きな谷深さの溝と、それらの溝間に形成されている山部とに対し、谷部の深さを変更することなく、山部の高さを減じる研磨処理を行う。
図11に、第1の研磨処理工程S61と第2の研磨処理工程S62により形成した谷部と山部を、#1000の研磨用フィルムを用いて研磨した場合に生成する谷部と山部の概形を示す。
図12に、第1の研磨処理工程S61と第2の研磨処理工程S62により形成した谷部と山部を、#2000の研磨用フィルムを用いて研磨した場合に生成する谷部と山部の概形を示す。
図11では「研磨」と示した部分の山部が削られるのに対し、図12では「研磨」と示した部分の山部が削られる。
図11に示す谷部及び山部の形状と、図12に示す谷部及び山部の形状との比較から分かるように、第1の研磨処理工程S61と第2の研磨処理工程S62により形成した谷部と山部に対し、番手の数が第1、第2の研磨処理工程よりも高い(大きい)研磨用フィルムを用いて研磨した第3、第4の研磨処理工程であっても、番手の数が低い場合(#1000)に形成される谷部と山部の形状と、番手の数が高い場合(#2000)に形成される谷部と山部の形状は異なる。
図11に示すように#1000の研磨用フィルムを用いて研磨した後の谷部、山部と、図12に示すように#2000の研磨用フィルムを用いて研磨した後の谷部、山部とを対比すると、#1000の研磨用フィルムでは山部の研磨量が大きく、#2000の研磨用フィルムでは山部の研磨量が小さい。従って、ピストンロッドがオイルシールと接触する場合の真実接触面積に影響する1つの山部における頂上部分の幅は、図11の山部の幅e1よりも図12の山部の幅e2の方が狭くなる。
このため、#2000の研磨用フィルムを用いて研磨した後のピストンロッド外面の真実接触面積よりも、#1000の研磨用フィルムを用いて研磨した後のピストンロッド外面の真実接触面積の方が大きくなる。また、図11と図12を比較して明らかなように、#2000の研磨用フィルムを用いて研磨した後のピストンロッド外面の油溜まりを構成する谷部の深さは、#1000の研磨用フィルムを用いて研磨した後のピストンロッド外面の油溜まりを構成する谷部の深さよりも深くなる。
以上の関係から、第1の研磨処理工程S61と第2の研磨処理工程S62により低い数の番手の研磨用フィルムを用いて研磨を行った後、より高い数の番手の研磨用フィルムを用いて行う第3の研磨処理工程S63と第4の研磨処理工程S64における研磨用フィルムの番手を適宜調節することで、ピストンロッドの真実接触面積と油溜まりとなる谷部の深さとを調節できる。その結果、ピストンロッドの摺動特性の経時変化を少なくするとともに、ピストンロッドが摺動する際のドライ状態から定常状態までのなじみ易さを向上させることができると考えられる。
図9~図12に示す研磨処理後の山部と谷部の状態を種々考慮し、後述する試験結果からピストンロッド21の大径部21aの摺動範囲Aの表面(クロムめっき層の表面である摺動面A)は、JIS B 0671-2およびISO 13565-2に記載されるプラトー構造表面の特性評価パラメータである、突出山部高さRpkが、0μm以上かつ0.04μm以下(0~0.04μm)、コア部のレベル差Rkが、0.08μm以上かつ0.16μm以下(0.08~0.16μm)、突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつめっき厚さ未満である研磨面とされていることが望ましいと判明した。
上述のように、クロムめっき層厚が20μmの場合、突出谷部深さRvkは、0.06μm以上かつ20μm未満である。
「(Rvk)、(Rpk)、(Rk)」
以下、本実施形態において評価パラメータとして用いる突出谷部深さ(Rvk)と、突出山部高さ(Rpk)と、コア部のレベル差(Rk)とについて説明する。
本実施形態では、実測した断面曲線から摺動面Aの平滑化粗さ曲線を得る。平滑粗さ曲線は、測定生データ(断面曲線)からうねり曲線の波長のフィルタで除いたもので表される。
本実施形態で用いるカットオフ値λcは、λc=0.8mmを用いた。
平滑化粗さ曲線に関し、上述の軸断面曲線データに位相補償フィルタでフィルタ処理を施して第1回目の平均線を算出し、この第1平均線から下部を除去する。さらに、前記下部の除去後に、同じ位相補償フィルタでフィルタ処理して第2回目の平均線を算出し、断面曲線から第2回目の平均線を差し引くことで平滑化粗さ曲線が得られる。
図13に、平滑化粗さ曲線に対する突出山部と突出谷部とコア部と評価長さlnとの関係を示す。更に、図13に、負荷長さ率と、平滑化粗さ曲線に対応する負荷曲線と、等価直線と、突出山部高さ(Rpk)と、コア部のレベル差(Rk)と、突出谷部深さ(Rvk)と、最緩傾斜直線との関係を示す。図13において、Mr1は、突出山部と粗さ曲線のコア部とを分離する直線が負荷曲線と交わる点の負荷長さ率(パーセント単位)を示す。また、Mr2は、突出谷部と粗さ曲線のコア部とを分離する直線が負荷曲線と交わる点の負荷長さ率(パーセント単位)を示す。
これらの関係は、図14~図18に示す手順により求めることができる。
図14は、上述のように求めた平滑化粗さ曲線を示す。
図15は、評価長さlnに対する、切断レベルcにおける輪郭曲線要素の負荷長さの比を求めた状態を示す。
図16に示すように、負荷長さ率の差ΔMrを40%に設定して描いた負荷曲線の割線が最も緩い傾斜となる位置を求める。
図17に示すように、元の平滑化粗さ曲線に対し、Mr=0%およびMr=100%まで割線を延ばし、突出山部と突出谷部に分断した状態とする。
図18に示すように、突出山部の断面積A1’に等しくなる直角三角形の高さを求め、底辺はMr1を用いる。
ここでは、得られた平滑化粗さ曲線のうち、評価長さに対応した平滑化粗さ曲線に対する切断線を上端から下端に移動させながら突出山部の幅を合計してゆくことで、負荷曲線を作成している。この負荷曲線に対して40%長の等価直線を引き、等価直線と0%の縦軸との交点をコア部の上側レベルとし、等価直線と100%の縦線との交点をコア部の下側レベルとする。このコア部の上限レベルとコア部の下限レベルの差を、コア部のレベル差Rkとする。
そして、負荷曲線のうち、その頂点とコア部の上側レベルとで囲まれた面積を、三角形に等価させた時の面積(等価三角形面積A1’)を求め、該等価三角形の高さを突出山部高さRpkとする。また、100%の縦線とコア部の下側レベルとの負荷曲線とで囲まれた面積を、三角形に等価させたときの面積(等価三角形面積A2’)を求め、該等価三角形の高さを突出谷部深さRvkとする。
本実施形態のピストンロッド21の摺動面Aにおいて、以上説明のように定義された突出山部高さRpkが、0μm以上かつ0.04μm以下(0~0.04μm)、コア部のレベル差Rkが、0.08μm以上かつ0.16μm以下(0.08~0.16μm)、突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつめっき厚さ未満の研磨面とされている。
後述する試験結果から、突出谷部深さRvkが、0.06μm未満であると、摩擦力変化量と摩擦力が増大することが分かっているので、突出谷部深さRvkは、0.06μm以上であることが望ましい。
後述する試験結果から、コア部のレベル差Rkが0.08μm未満であると、摩擦力変化量と摩擦力が増大することが分かっているので、コア部のレベル差Rkは、0.08μm以上であることが望ましい。
後述する試験結果から、突出山部高さRpkが0.04μmを超えるとオイルシールの剥離量が増大することが分かっているので、突出山部高さRpkは、0.04μm以下であることが望ましい。
後述する試験結果から、コア部のレベル差Rkが0.16μmを超えるとオイルシールの剥離量が増大することが分かっているので、コア部のレベル差Rkは、0.16μm以下であることが望ましい。
JIS S25Cからなる鋼棒(直径12.5mm、長さ200mm)を表面硬化処理(高周波焼き入れと焼き戻し)し、切削加工し、外径加工及びクロムめっき処理して得たピストンロッドのサンプルとして試料1~10を得た。
次に、図7を基に、先に説明した第1~第4の研磨処理工程S61~64に従って研磨処理工程S6を実施した。研磨処理工程S6の実施には、図8に示すドライブローラー41、42とバックアップローラー43と研磨用のフィルム44と加圧ヘッド45とを有する研磨処理装置40を用いた。
研磨時におけるドライブローラー41の回転数を1400rpm、加圧ヘッド45による押圧力を0.15~0.3MPaとした。また、第1の研磨処理工程S61と第2の研磨処理工程S62では、図27の順に示す粒度1、粒度2、粒度3のいずれかの研磨用フィルムを用いた。また、第3の研磨処理工程S63と第4の研磨処理工程S64では、図27に示す粒度4、粒度5、粒度6のいずれかの研磨用フィルムを用いて研磨加工を実施した。
第1の研磨処理工程S61と第2の研磨処理工程S62では、主に潤滑油を保持するために有効な溝形成を行った。第3の研磨処理工程S63と第4の研磨処理工程S64で、はプラトー面を形成する研磨加工を行った。
試料1~10に対し、先に説明したJIS B 0671-2(2002)およびISO 13565-2に規定されるプラトー構造表面の特性評価パラメータである、突出谷部深さRvkと、突出山部高さRpkと、コア部のレベル差Rkとを求めた。それらの測定結果の平均値を、図28に示す。
粗さの測定は、触針式表面粗さ試験計を用い、試料1~10の摺動面Aの軸方向を5箇所測定し、評価長さ:4mm、カットオフ(λc):0.8mmの条件とした。
各試料について、微振幅加振機を用いて、各周波数での最大摩擦力の測定及び摩擦力の経時変化を評価した。
摩擦力の測定は、周波数を0.2、0.5、1、2、5、10、15、20、30、40Hzに設定し、測定領域をピストンロッド中間長±1mmとし、ピストン速度を0.002~0.290m/sとして行った。後述する試験例において、最大摩擦力差(P-P)は各周波数でのサスペンションの伸び側の最大摩擦力と縮み側の最大摩擦力の差(Peak to Peak)とした。また、摩擦力変化量は、試験初期値と3サイクル後の最大摩擦力(P-P)の差分とした。
周波数依存性試験条件の詳細は、図19に示すように、ならし加振(振幅:30mm、周波数:0.53Hz、加振時間:10分)を行い、その後、図29に示す周波数で加振(10条件)した。1分間隔で、同様の試験を3回実施した。
その後、1時間静置した後、再度、図29に示す条件で加振し、1分間隔で同様に試験を3回繰り返す、再現試験を行った。
図28に示す試料1~10のうちの試料1、6、7について、図29に示す試験条件のうちの1mm-10Hzを試験条件とする場合のリサージュ波形を、図20に示す。
図20に示す測定結果が示すように、1時間前後のリサージュ波形をそれぞれ比較すると、試料1は、3回の測定において縦軸に示す摩擦の値が大きく変動している。
これに対し、試料6、試料7は、縦軸に示す摩擦の変動が小さく、良好な結果が得られている。
試料6におけるコア部のレベル差Rkの値は、0.06μmであった。試料7におけるコア部のレベル差Rkの値は、0.15μmであり、0.06μmよりも大きくなった。
このため、各試料において、突出谷部深さRvkの値が重要であることが分かった。
そこで、図28に示す試料1~10のうちの試料1~7について、突出谷部深さRvkと摩擦力変化量ΔNとの関係を求めた結果を、図21に示す。
摩擦力変化量ΔNは、試験初期値と3サイクル後との間における最大摩擦力の差分(P-P)とした。
次に、図21に示した結果を示した試料1~7に関し、コア部のレベル差Rkと摩擦力変化量ΔNとの関係を求めた結果を、図22に示す。
図21に示す結果から、摩擦変化量を少なくするためには、突出谷部深さRvkを0.06μm以上とする必要があることが分かった。
図22に示す結果から、摩擦変化量を少なくするためには、コア部のレベル差Rkを0.08μm以上とする必要があることが分かった。
次に、図21に示す結果を示した試料1~試料7と同等条件で作成した試料に関し、突出谷部深さRvkと最大摩擦力差(P-P)との関係を求めた結果を、図23に示す。最大摩擦力差(P-P)は、各周波数でのサスペンションの伸び側の最大摩擦力と縮み側の最大摩擦力の差(Peak to Peak)としている。
また、前記と同様の試料に関し、コア部のレベル差Rkと最大摩擦力差(P-P)との関係を求めた結果を、図24に示す。
図23に示す結果から、最大摩擦力差(P-P)を少なくするためには、突出谷部深さRvkを0.06μm以上とする必要があることが分かった。
図24に示す結果から、最大摩擦力差(P-P)を少なくするためには、コア部のレベル差Rkを0.08μm以上とする必要があることが分かった。
以上の結果から、コア部のレベル差Rkを0.08μm以上、突出谷部深さRvkを0.06μm以上とすることで、ピストンロッドの摺動面に適切な油溝を形成できる。したがって、ピストンロッドのオイルシールより外側の摺動面がドライの状態からウエット(定常)状態に至るまでの回復が早く、オイルとピストンロッドのなじみ易さを向上できることが分かった。
次に、前述の図21に示す結果を示した試料1~10と同等条件で作成した試料に関し、加速試験として、オイルレスの状態で図2~図5に示す構造を備えるシリンダ装置(ショックアブソーバ)にそれぞれ組み付けた。そして、微振幅加振装置を用いて、振幅±1mm、周波数15Hz、測定領域ロッド中間長±1mm、試験サイクル2700回で、シール摩耗量を評価した。
シール摩耗量の評価は、試験後にピストンロッドの表面に付着したオイルシールの付着量をレーザー顕微鏡で観察することにより求めた。
図25に、オイルシールの付着量と突出山部高さRpkとの関係を示す。図26に、オイルシール付着量とコア部のレベル差Rkとの関係を示す。
図25に示す関係から、突出山部高さRpkの値が0.04μmを境界として、オイルシールの付着量に大きな違いを生むことが分かった。また、図26に示す関係から、コア部のレベル差Rkの値が0.16μmを境界として、オイルシールの付着量に大きな違いを生むことが分かった。
このため、突出山部高さRpkを0.04μm以下、コア部のレベル差Rkを0.16μm以下とすることで、オイルシールへの攻撃性を低減でき、耐摩耗性を向上できることが分かった。また、図25、図26に示す結果をまとめて、突出山部高さRpkを0.02μm以上、0.04μm以下とすることにより、摺動特性の優れたピストンロッドを確実に得られることがわかる。
以上の説明に基づく本発明の一態様の骨子を以下に纏める。
(1)本態様のシリンダ装置は、有底筒状のシリンダと、前記シリンダの開口部に設けられたシール部材と、前記シリンダの前記開口部から突出して設けられ、前記シール部材に対して摺動するピストンロッドと、を備える。
そして、前記ピストンロッドの摺動面が、クロムめっき層を有する。さらに、前記摺動面において、JIS B 0671-2およびISO 13565-2に記載されるプラトー構造表面の特性評価パラメータである、突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつめっき厚さ未満であり、突出山部高さRpkが、0μm以上かつ0.04μm以下であり、コア部のレベル差Rkが、0.08μm以上かつ0.16μm以下である。
(2)同態様のピストンロッドの製造方法は、摺動面にクロムめっき層が形成されたピストンロッドを製造する方法であり、前記クロムめっき層の形成後に行う研磨処理工程を有する。
そして、前記研磨処理工程が、第1研磨フィルムを用いて研磨することにより、JIS B 0671-2およびISO 13565-2に記載されるプラトー構造表面の特性評価パラメータである、突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつ前記クロムめっきのめっき厚さ未満である初期研磨面を得る初期研磨処理工程と;前記第1研磨フィルムよりも目の細かい第2研磨フィルムを用いて前記初期研磨面を研磨することにより、前記プラトー構造表面の潤滑性パラメータである、突出山部高さRpkが、0μm以上かつ0.04μm以下、コア部のレベル差Rkが、0.08μm以上かつ0.16μm以下、のプラトー面を形成する仕上げ研磨処理工程と;を有する。
(3)上記(2)に記載のピストンロッドの製造方法で、以下のようにしてもよい:前記初期研磨処理工程において、前記第1研磨フィルムとして#600以下の粗い粒度を持つ研磨材を用いて前記初期研磨面を形成し;前記仕上げ研磨処理工程において、前記第2研磨フィルムとして#800以上の細かい粒度を持つ研磨材を用いて前記プラトー面を形成する。なお、前記第1研磨フィルムとして#120以上#600以下の粒度を持つ研磨材を用いてもよい。また、前記第2研磨フィルムとして#800以上#3000以下の粒度を持つ研磨材を用いてもよい。
本発明の上記各態様によれば、ピストンロッドの摺動面が、好適な、突出谷部の深さと突出山部の高さとコア部のレベル差とを有する。よって、優れた耐摩耗性を有し、オイルシールに対する攻撃性が低く、オイルシールの摩耗を少なくできるとともに、摺動特性の経時変化を小さくすることができる。また、ドライ状態から定常状態までのなじみが良好であり、自動車用サスペンション装置用のピストンロッドに適用した場合には、自動車の乗り心地を低下させないサスペンション装置を提供できる。よって、産業上の利用可能性は大である。
1…シリンダ装置(ショックアブソーバ)、2…内筒、3…外筒、11…ロッドガイド、15…オイルシール(シール部材)、21…ピストンロッド、21a…大径部、25…ピストン、A…摺動面。

Claims (3)

  1. 自動車用サスペンションに用いられ、オイルシールに接触しつつ軸方向に摺動する摺動面にクロムめっき層が形成され、前記摺動面をシリンダの内部と前記シリンダの外部との間で繰り返し出入自在とし、内部に作動液体が収容された前記シリンダに対し出入自在とされるピストンロッドの製造方法であって、
    前記クロムめっき層の形成後に行う研磨処理工程を有し、
    前記研磨処理工程が、
    第1研磨フィルムを用いて研磨し、前記第1研磨用フィルムよりも目の粗い第2研磨用フィルムを用いて研磨することにより、JIS B 0671-2およびISO 13565-2に記載されるプラトー構造表面の特性評価パラメータである、突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつ前記クロムめっきのめっき厚さ未満である初期研磨面を得る初期研磨処理工程と;
    前記第1研磨フィルムおよび前記第2研磨用フィルムよりも目の細かい第研磨フィルムを用いて前記初期研磨面を研磨することにより、前記プラトー構造表面の潤滑性パラメータである、
    突出山部高さRpkが、0μm以上かつ0.04μm以下、
    コア部のレベル差Rkが、0.08μm以上かつ0.16μm以下、
    のプラトー面を形成する仕上げ研磨処理工程と;
    を有することを特徴とする自動車用サスペンション装置のピストンロッドの製造方法。
  2. 前記突出谷部深さRvkが、0.06μm以上かつ0.15μm以下であり、
    前記突出山部高さRpkが、0.02μm以上かつ0.04μm以下であり、
    前記コア部のレベル差Rkが、0.08μm以上かつ0.13μm以下とすることを特徴とする請求項に記載の自動車用サスペンション装置のピストンロッドの製造方法。
  3. 前記初期研磨処理工程において、前記第1研磨フィルムとして#600以下の粗い粒度を持つ研磨材を用いて前記初期研磨面を形成し;
    前記仕上げ研磨処理工程において、前記第研磨フィルムとして#800以上の細かい粒度を持つ研磨材を用いて前記プラトー面を形成する;
    ことを特徴とする請求項または請求項に記載の自動車用サスペンション装置のピストンロッドの製造方法。
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