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
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Description
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。
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。
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。
(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研磨用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研磨用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3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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
Claims (3)
- 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研磨用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研磨用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3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。 - 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1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。 - 前記初期研磨処理工程において、前記第1研磨用フィルムとして#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3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1または請求項2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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