WO2023139909A1 - 摺動部材 - Google Patents

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WO2023139909A1
WO2023139909A1 PCT/JP2022/042896 JP2022042896W WO2023139909A1 WO 2023139909 A1 WO2023139909 A1 WO 2023139909A1 JP 2022042896 W JP2022042896 W JP 2022042896W WO 2023139909 A1 WO2023139909 A1 WO 2023139909A1
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sliding
sliding surface
grooves
sliding member
groove
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PCT/JP2022/042896
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕之 宮原
真司 近藤
典良 丸山
育朗 高橋
Original Assignee
株式会社リケン
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/14—Tappets; Push rods

Definitions

  • the present disclosure relates to a sliding member used in the presence of lubricant.
  • Patent Literature 1 discloses a sliding member whose sliding surface is treated with diamond-like carbon and in which a plurality of minute recesses are formed.
  • Patent Document 2 discloses a sliding member having a hard carbon film that serves as a sliding surface and a concave portion whose depth distribution changes according to the oil film thickness distribution from the center to the end in the direction orthogonal to the sliding direction on the sliding surface.
  • the present disclosure provides a sliding member in which a diamond-like carbon film is not provided on the sliding surface, and which can achieve an excellent friction reduction effect under relatively low sliding speed conditions.
  • a sliding member according to the present disclosure is a sliding member that is used in the presence of a lubricant, and includes a sliding surface made of a base material and recesses provided in the sliding surface, and the sliding surface satisfies the conditions expressed by the following formula. 2 ⁇ /Ra ⁇ 100
  • ⁇ indicates the ratio of the total volume of the recesses on the sliding surface to the area of the portion on the sliding surface on which the recesses are not formed (total volume of the recesses/the area of the portion on which the recesses are not formed)
  • Ra indicates the center line average roughness of the portion on the sliding surface on which the recesses are not formed.
  • the fact that the sliding surface is composed of the base material means that no hard coating is formed on the sliding surface.
  • Hard coatings are, for example, diamond-like carbon coatings, ion plating coatings and hard platings.
  • the shape of the concave portion on the sliding surface is, for example, a groove (elongated depression).
  • the ratio L/W of the length L to the average width W is preferably 2 or more, where L is the length of the groove and W is the average width of the groove.
  • the groove may extend linearly or may be spiral.
  • the recess may be a plurality of radially extending grooves or a plurality of concentric grooves. In the case where the shape of the recess is a spiral groove or a plurality of concentric grooves, the mating member is evenly affected by the recess on the sliding surface during sliding, so that a more effective friction reduction effect can be achieved.
  • the average width W of the groove means the average value of widths measured at a plurality of locations (for example, 5 locations) equally spaced in the extending direction of the groove, although it depends on the length of the groove.
  • the ratio W/D of the average width W to the average depth D is preferably greater than 1.
  • the sliding member according to the present disclosure may be used in an environment where the relative sliding speed with respect to the mating member is 1.4 m/s or less.
  • the friction reduction effect can be achieved more effectively than when the sliding member is used in an environment where the sliding speed relative to the mating member exceeds 1.4 m/s.
  • a sliding member that does not have a diamond-like carbon coating on its sliding surface and that can achieve an excellent friction reduction effect under conditions where the sliding speed is relatively low.
  • FIG. 1(A) and 1(B) are cross-sectional views showing part of a valve mechanism of an internal combustion engine to which a sliding member according to an embodiment of the present disclosure is applied.
  • 2 is a sectional view showing the valve lifter shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a top view schematically showing one mode of grooves formed on the sliding surface of the valve lifter.
  • FIG. 4 is a top view of the valve lifter schematically showing another aspect of the groove.
  • FIG. 5 is a top view of the valve lifter schematically showing another aspect of the groove.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of the example and the comparative example when used in an environment where the relative sliding speed with the mating member is 1.4 m/s.
  • FIG. 1 shows part of a valve mechanism of an internal combustion engine to which a sliding member according to one embodiment of the present disclosure is applied.
  • FIG. 1(A) is a cross-sectional view of the state in which the valve lifter is raised and the valve is closed
  • FIG. 1(B) is a cross-sectional view of the state in which the valve lifter is lowered and the valve is opened.
  • the valve lifter 10 shown in FIG. 1(A) corresponds to the sliding member according to this embodiment, and is provided inside the bore 22 of the cylinder head 20 .
  • the cam 24 is a mating member for the sliding surface 11 of the valve lifter 10 .
  • the cam 24 is attached to the camshaft and rotates as the camshaft is rotated by the drive system or the like. Since the cam 24 has a cam profile in which the distance from the center of rotation to the outer peripheral sliding surface is not constant, the force that presses the sliding surface 11 of the valve lifter 10 changes according to the rotation of the cam 24 .
  • FIGS. 1A and 1B as the cam 24 rotates, the valve lifter 10 moves within the bore 22 to open and close the valve 26 connected to the valve lifter 10 .
  • the valve 26 is constantly urged upward (toward the cam) in the figure by a valve spring 28 arranged on the outer periphery.
  • the opening operation of the valve 26 (see FIG. 1B) is performed when the protrusion of the cam 24 presses the sliding surface 11 .
  • Lubricating oil is supplied from lubricating oil supply means (not shown) provided on the camshaft side to lubricate the cam 24 and the valve lifter 10 .
  • the force with which the cam 24 presses the valve lifter 10 is maximized when the projecting tip (cam nose) of the cam 24 reaches the vicinity of the central region of the sliding surface 11 .
  • the sliding speed with respect to the valve lifter 10 also increases as the rotation speed of the camshaft increases.
  • ⁇ Valve lifter> 2 is a cross-sectional view of the valve lifter 10, and FIG. 3 is a top view of the valve lifter 10.
  • the valve lifter 10 has a cylindrical shape with one side open. Specifically, it has a cylindrical skirt portion 12 and a crown portion 13 integrally formed with the skirt portion 12 at the upper end portion of the skirt portion 12, which is one end in the direction of the center axis X.
  • a circular boss portion 14 is provided near the center of the lower surface of the crown portion 13 (main surface on the skirt portion 12 side). The boss portion 14 abuts against the upper end (valve stem) of the valve 26 .
  • a tapered chamfered portion is formed at the boundary between the skirt portion 12 and the sliding surface 11 .
  • the sliding surface 11 may be circular as shown in FIG. If the sliding surface is circular, the cam 24 slides in the direction of arrow S shown in FIG. That is, the arrow S indicates the sliding direction of the cam 24, and the point of contact between the cam 24 rotating in one direction and the sliding surface 11 reciprocates in the direction along the arrow S.
  • a sliding range Sa indicated by a dashed line indicates a moving range of the cam 24 that slides along the arrow S.
  • the center position of the cam width may be slightly offset from the central axis of the valve lifter crown surface to the outer peripheral side, and the sliding range Sa of the cam may be slightly larger than the cam width in consideration of the offset.
  • the sliding surface 11 means an area with which the cam 24 can come into contact.
  • the body of the valve lifter 10 (sliding surface 11, skirt 12, crown 13 and boss 14) is made of a base material.
  • the material of the base material is not particularly limited, for example, a heat-treated steel material can be used, and a steel material subjected to carburizing, nitriding, sulfurizing, or the like may also be used.
  • the valve lifter 10 is used in the presence of lubricant.
  • Engine oil for example, can be used as the lubricant.
  • lubricating oil such as machine oil, grease, or the like can be used as the lubricant, for example.
  • the lubricant may contain additives.
  • the additive is not particularly limited, it is preferable to use one containing at least one element selected from molybdenum, phosphorus, sulfur, zinc, and calcium.
  • the additive contains at least one or more elements selected from molybdenum, phosphorus, sulfur, zinc, and calcium, a tribofilm is likely to form between the sliding surface and the mating member during sliding, and a friction reduction effect can be easily achieved.
  • the tribofilm is formed when the additive contained in the lubricant is adsorbed to the base material on the sliding surface, and the components of the base material and the additive react with each other due to the temperature and pressure generated by sliding acting as a driving force.
  • the additive contains one or more elements from molybdenum, phosphorus, sulfur, and calcium.
  • the sliding surface 11 is provided with grooves 16 (recesses).
  • the groove 16 has a spiral shape centered on the central axis X (hereinafter simply referred to as “axis X”) of the sliding surface 11, and is formed continuously from the end on the outer peripheral side of the sliding surface 11 to the central portion (near the axis X).
  • the grooves 16 can be formed by a method of irradiating the sliding surface 11 with a laser. For example, while the valve lifter before forming the groove 16 is rotated about the axis X, the laser is irradiated radially from the outer peripheral side of the sliding surface 11 toward the central portion thereof. At this time, the groove 16 shown in FIG.
  • Lasers that may be used include ultrashort pulse lasers and linearly polarized lasers. Among these, it is preferable to employ an ultrashort pulse laser with a pulse interval of picoseconds to femtoseconds as the laser for forming the grooves 16 .
  • the sliding surface 11 satisfies the conditions represented by the following formula. 2 ⁇ /Ra ⁇ 100 ⁇ represents the ratio of the total volume of the grooves 16 on the sliding surface 11 to the area of the portion of the sliding surface 11 where the grooves 16 are not formed (total volume of the recesses/area of the portion where the recesses are not formed), and Ra represents the center line average roughness of the portion of the sliding surface 11 where the grooves 16 are not formed.
  • the area of the portion of the sliding surface 11 where the grooves 16 are not formed can be calculated by performing measurement according to JIS B 0601-2001 using, for example, a surface roughness/contour shape measuring machine (SURFCOM 1400D manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). Alternatively, the area may be obtained by image processing.
  • a cutoff value of 0.25 mm, an evaluation length of 1.25 mm, a measurement speed of 0.3 mm/s, and a 60-degree conical stylus with a tip radius of 2 ⁇ m can be used.
  • the area of the portion of the sliding surface 11 where the grooves 16 are formed can also be calculated by performing measurement according to JIS B 601-2001 with a surface roughness/contour shape measuring machine (SURFCOM 1400D manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). Alternatively, the area may be obtained by image processing.
  • SURFCOM 1400D manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.
  • the ratio L/W of the length L to the average width W is preferably 2 or more.
  • the average width W of the grooves 16 can be measured by, for example, a surface roughness/contour measuring machine (SURFCOM1400D manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.). Alternatively, the average width may be obtained by image processing.
  • the ratio W/D of the average width W to the average depth D is preferably greater than 1, more preferably 10 or more.
  • the average depth D of the grooves 16 can be measured by, for example, a surface roughness/contour measuring machine (SURFCOM1400D manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.).
  • W/D surface roughness/contour measuring machine
  • the depth of the groove 16 is, for example, 100 to 400 nm.
  • the volume of the grooves 16 on the sliding surface 11 is measured by, for example, a surface roughness/contour shape measuring machine (SURFCOM 1800D manufactured by Tokyo Seimitsu), and can be calculated from the average depth of the grooves 16 and the area of the portion of the sliding surface 11 where the grooves 16 are formed.
  • SURFCOM 1800D surface roughness/contour shape measuring machine manufactured by Tokyo Seimitsu
  • the centerline average roughness of the portion of the sliding surface 11 where the grooves 16 are not formed is represented by the centerline average roughness (Ra) determined by JISB-0601. Ra is obtained by analyzing surface profiles measured over an evaluation length of 4 ⁇ m using an atomic force microscope.
  • the central line average roughness Ra of the portion of the sliding surface 11 where the concave portion is not formed may be, for example, 0.5 ⁇ m or less.
  • the value of ⁇ /Ra on the sliding surface 11 is, for example, 2-100, and may be 2-50 or 2-10.
  • the value of ⁇ /Ra is 2 or more, the resistance caused by the roughness of the surface of the sliding surface 11 is suppressed, or the concave portion of the sliding surface 11 is not formed by the pump effect and the wedge effect that push out the lubricant.
  • the value of ⁇ /Ra is 100 or less, it is possible to prevent an excessive amount of lubricant from being supplied to a portion of the sliding surface 11 where the grooves 16 are not formed, and suppress an increase in sliding resistance caused by the lubricant.
  • the valve lifter 10 may be used in an environment where the relative sliding speed with the mating member is 1.4 m/s or less. When the valve lifter 10 is used in the above environment, the friction reduction effect can be achieved more effectively than when the valve lifter 10 is used in an environment where the relative sliding speed with respect to the mating member exceeds 1.4 m/s.
  • the cross-sectional shape of the groove 16 is not particularly limited. For example, it may have a shape in which the side surface and the bottom surface are continuously curved, or may have a shape in which the side surface and the bottom surface are clearly distinguished. Furthermore, the inside of the groove 16 may have a so-called V-groove shape formed on two sides.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the spiral groove 16 formed continuously from one end to the other end was exemplified, but the groove 16 may be intermittently formed as long as the value of ⁇ /Ra on the sliding surface 11 is within the range of 2 to 100.
  • the form of the recess may not be spiral, and for example, a plurality of concentric grooves 17 may be formed in the sliding surface 11 as shown in FIG.
  • a plurality of annular grooves 17 may also be formed continuously in the respective circumferential directions, or may be formed intermittently.
  • a plurality of linear grooves 18 may be formed on the sliding surface 11 .
  • the plurality of linear grooves 18 may also be formed continuously or intermittently.
  • valve lifter is exemplified as the sliding member, but the sliding member according to the present disclosure may be applied to sliding portions of valve operating parts such as shims, rocker arms, and finger followers, or to sliding portions such as gears and bearings.
  • valve lifter whose sliding surface had the same configuration as that shown in FIG. 3 was produced.
  • the aspects of the valve lifter according to this embodiment are as follows.
  • ⁇ Valve lifter material SCM420 ⁇ Sliding surface diameter: 28.5 mm ⁇ Groove mode: continuous spiral ⁇ Groove average depth D: 0.254 ⁇ m ⁇ Average groove width W: 105 ⁇ m ⁇ Area
  • Total volume V of recesses on the sliding surface: 0.032 mm 3 ⁇ Ratio ( ⁇ V/A) of the total volume V (unit: mm 3 ) of the recesses on the sliding surface to the area A (unit: mm 2 ) of the portion where the recesses are not formed on the sliding surface: 0.074 ⁇ m ⁇ Central line average roughness (Ra) in the portion of the sliding surface where the concave portion is not formed
  • Valve lifters of Comparative Examples 3 to 5 were produced in the same manner as in Example 1, except that a diamond-like carbon film was provided on the sliding surface. Table 1 shows the measurement results.
  • Fig. 6 shows the measurement results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 at a relative sliding speed of 1.4 m/s.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本発明に係る摺動部材は、潤滑剤の存在下で用いられる摺動部材であって、母材で構成された摺動面と、摺動面に設けられている凹部と、を備え、摺動面が下記式で表される条件を満たす。　２≦α／Ｒａ≦１００　式中、αは摺動面における凹部が形成されていない部分の面積に対する摺動面における凹部の総容積の比を示し、Ｒａは摺動面における凹部が形成されていない部分における中心線平均粗さを示す。

Description

摺動部材
　本開示は潤滑剤存在下で使用される摺動部材に関する。
　内燃機関が備えるバルブ駆動機構において、バルブリフタ等の摺動部材が用いられている。バルブリフタは、カムシャフトのカムの外周面に対して摺接し、カムシャフトの回転をバルブの開閉に作用させる。摺動部材における摺動抵抗を低減するため、従来、種々の取り組みがなされている。例えば、特許文献１は、摺動面にダイヤモンドライクカーボン処理が施され且つ複数の微小凹部が形成された摺動部材を開示している。特許文献２は、摺動面となる硬質炭素皮膜と、摺動面における摺動方向と直交する方向の中心から端部方向へ深さ分布が油膜厚さ分布に応じて変化する凹部とを有する摺動部材を開示している。
特開２００６－９０８０号公報 特開２００４－２７８７０５号公報
　しかしながら、従来の摺動部材は、ダイヤモンドライクカーボン等の硬質皮膜を備えるため、耐摩耗性に優れ、流体潤滑領域での摩擦低減効果は良好であるが、境界潤滑領域のような低摺動速度（高荷重下）では、流体潤滑領域に比べると摩擦係数が高く、改善の余地があった。
　本開示は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜が摺動面に設けられていない摺動部材であって、摺動速度が比較的低い条件下において優れた摩擦低減効果を達成できる摺動部材を提供する。
　本開示に係る摺動部材は、潤滑剤の存在下で用いられる摺動部材であって、母材で構成された摺動面と、当該摺動面に設けられている凹部とを備え、摺動面が下記式で表される条件を満たす。
　　２≦α／Ｒａ≦１００
　式中、αは摺動面における凹部が形成されていない部分の面積に対する摺動面における凹部の総容積の比（凹部の総容積／凹部の形成されていない部分の面積）を示し、Ｒａは摺動面における凹部が形成されていない部分における中心線平均粗さを示す。
　上記のとおり、摺動面が母材で構成されているということは、すなわち、摺動面に硬質皮膜が形成されていないことを意味する。硬質皮膜は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン皮膜、イオンプレーティング膜及び硬質メッキである。かかる摺動面が上記の条件を満たすことで、摺動速度が比較的低い条件下において優れた摩擦低減効果を達成できる。すなわち、摺動面に硬質皮膜を形成していない母材の凹部周辺部が弾性変形して凹溝内の潤滑剤を押し出すポンプ効果と、摺動面と相手部材との間に潤滑剤を引き込むくさび効果とにより、圧力発生域の摺動方向への油膜供給量が増大し、摺動部材間の潤滑状態が流体潤滑状態に近づき、摩擦低減効果が発現する。
　摺動面における凹部の形態は、例えば、溝（細長いくぼみ）である。平面視において、溝の長さをＬとし、溝の平均幅をＷとしたとき、平均幅Ｗに対する長さＬの比Ｌ／Ｗは２以上であることが好ましい。溝は直線状に延びていてもよいし、渦巻状であってもよい。凹部は、放射状に延びる複数の溝であってもよいし、同心円の複数の溝であってもよい。凹部の形態が渦巻状の溝又は同心円の複数の溝である場合、摺動時において相手部材が平均的に摺動面における凹部の影響を受けるため、より効果的に摩擦低減効果を達成できる。なお、溝の平均幅Ｗは、溝の長さにもよるが、溝の延在方向に均等の間隔をあけた複数個所（例えば、５箇所）について幅を測定し、その平均値を意味する。
　溝の平均幅をＷとし、溝の平均深さをＤとしたとき、平均深さＤに対する平均幅Ｗの比Ｗ／Ｄが１よりも大きいことが好ましい。かかる条件を満たすことで、十分な量の潤滑剤を蓄えることができ、また、摺動時に蓄えられた潤滑剤が凹部から掃き出されることで、凹部が形成されていない部分に十分な量の潤滑剤を供給することができる。なお、溝の平均深さＤは、溝の長さにもよるが、溝の延在方向に均等の間隔をあけた複数個所（例えば、５箇所）について深さを測定し、その平均値を意味する。
　本開示における摺動部材は、相手部材との相対滑り速度が１．４ｍ／ｓ以下の環境で使用されてもよい。本開示における摺動部材が上記環境で使用される場合、相手部材との相対滑り速度が１．４ｍ／ｓ超の環境で使用される場合と比べて、より効果的に摩擦低減効果を達成できる。
　本開示によれば、ダイヤモンドライクカーボン皮膜が摺動面に設けられていない摺動部材であって、摺動速度が比較的低い条件下において優れた摩擦低減効果を達成できる摺動部材が提供される。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本開示の一実施形態に係る摺動部材が適用される内燃機関の動弁機構の一部を示す断面図である。 図２は、図１に示すバルブリフタを示す断面図である。 図３は、バルブリフタの摺動面に形成された溝の一態様を模式的に示す上面図である。 図４は、溝の他の態様を模式的に示すバルブリフタの上面図である。 図５は、溝の他の態様を模式的に示すバルブリフタの上面図である。 図６は、相手部材との相対滑り速度が１．４ｍ／ｓの環境で使用された場合の実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
　以下、添付図面を参照して、本開示の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
＜動弁機構＞
　図１は、本開示の一形態に係る摺動部材が適用される内燃機関の動弁機構の一部を示している。図１（Ａ）は、バルブリフタが上昇しバルブが閉じた状態の断面であり、図１（Ｂ）は、バルブリフタが降下してバルブが開いた状態の断面図である。
　図１（Ａ）に示すバルブリフタ１０は、本実施形態に係る摺動部材に対応するものであって、シリンダヘッド２０のボア２２内に設けられている。カム２４はバルブリフタ１０の摺動面１１に対する相手部材である。カム２４はカムシャフトに取り付けられ、駆動系等によるカムシャフトの回転に伴って回転する。カム２４は回転の中心から外周摺動面までの距離が一定でないカムプロフィールを有するため、カム２４の回転によってバルブリフタ１０の摺動面１１を押す力が変化する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、カム２４の回転に伴って、バルブリフタ１０がボア２２内を移動して、バルブリフタ１０に対して接続されるバルブ２６の開閉操作が行われる。バルブ２６は、外周に配置されたバルブスプリング２８によって図示の上方（カム側）に常時付勢されている。バルブ２６の開動作（図１（Ｂ）参照）は、カム２４の突出部が、摺動面１１を押圧したときに行われる。カムシャフト側に設けられる潤滑油供給手段（不図示）から潤滑油が供給されて、カム２４及びバルブリフタ１０が潤滑される。カム２４がバルブリフタ１０を押圧する力は、摺動面１１の中心領域近傍にカム２４の突出先端部（カムノーズ）が到達したときに最大となる。なお、カムシャフトの回転数が高くなると、バルブリフタ１０との摺動速度も高まる。
＜バルブリフタ＞
　図２は、バルブリフタ１０の断面図であり、図３は、バルブリフタ１０の上面図である。これらの図に示すように、バルブリフタ１０は、一方が開口した円筒形をしており、具体的には、円筒形のスカート部１２と、スカート部１２の中心軸線Ｘ方向の一端側である上端部にスカート部１２に対して一体的に形成された冠部１３とを有する。冠部１３の下面（スカート部１２側の主面）の中央付近に、円形状のボス部１４が設けられている。ボス部１４はバルブ２６の上端（バルブステム）に対して当接する。スカート部１２と摺動面１１の境界には、テーパ状の面取り部が形成されている。
　摺動面１１は、例えば、図３に示すように円形状であってもよい。摺動面が円形状である場合、そのうちの一部の領域（図３に破線で示す摺動範囲Ｓａ）をカム２４が図３に示す矢印Ｓの方向に摺動する。すなわち、矢印Ｓはカム２４の摺動方向を示したものであり、一方向に回転するカム２４と摺動面１１との接点は、矢印Ｓに沿った方向に往復動する。破線で示した摺動範囲Ｓａは矢印Ｓに沿って摺動するカム２４の移動範囲を示したものである。カム２４との摺動時に、バルブリフタ１０をボア２２内でその中心軸に回転させる目的で、カム幅の中央位置をバルブリフタ冠面の中心軸から外周側に若干オフセットした位置とすることがあり、カムの摺動範囲Ｓａは、オフセットを考慮してカム幅よりも若干大きくしてよい。摺動面１１はカム２４が接し得る領域を意味する。
　バルブリフタ１０の本体部（摺動面１１、スカート部１２、冠部１３及びボス部１４）は、母材により構成されている。母材の材質は特に制限されないが、例えば、鉄鋼材に熱処理したものを用いることができ、他にも鉄鋼材に浸炭、窒化、浸硫等の処理をしたものを用いてもよい。
　バルブリフタ１０は、潤滑剤の存在下で用いられる。潤滑剤としては、例えば、エンジンオイルを用いることができる。なお、内燃機関の部品以外に適用する場合には、潤滑剤として、例えば、マシン油等の潤滑油、グリス等を用いることができる。
　潤滑剤は、添加剤を含んでいてもよい。添加剤は特に制限されないが、モリブデン、リン、硫黄、亜鉛、及びカルシウムから少なくとも一つ以上の元素を含むものを用いることが好ましい。添加剤がモリブデン、リン、硫黄、亜鉛、及びカルシウムから少なくとも一つ以上の元素を含むものであることで、摺動時に摺動面と相手部材の間にトライボ膜が生じやすくなり、摩擦低減効果を達成しやすい。トライボ膜は、潤滑剤中に含まれる添加剤が摺動面における母材に吸着し、摺動によって生じる温度、圧力が駆動力となって母材の成分と添加剤の成分とが反応することにより生じるものである。添加剤は、モリブデン、リン、硫黄、及びカルシウムから一つ以上の元素を含むものがより好ましい。
　図３に示すように、摺動面１１には溝１６（凹部）が設けられている。溝１６は、摺動面１１の中心軸線Ｘ（以下、単に「軸線Ｘ」という。）を中心とする渦巻状であり、摺動面１１の外周側の端部から中央部（軸線Ｘ付近）の端部まで連続的に形成されている。溝１６は、摺動面１１に対してレーザを照射する手法によって形成することができる。例えば、溝１６を形成前のバルブリフタを、軸線Ｘを中心として回転させた状態で、摺動面１１の外周側から中心部に向けて径方向にレーザを照射する。このとき、バルブリフタの回転速度、レーザの移動速度及びレーザの照射強度等を制御することで、図３に示す溝１６を形成することができる。使用し得るレーザとして、超短パルスレーザ及び直線偏光レーザが挙げられる。これらのうち、溝１６を形成するレーザとしてパルス間隔がピコ秒からフェムト秒の超短パルスレーザを採用することが好ましい。
　摺動面１１は、下記式で表される条件を満たす。
　　２≦α／Ｒａ≦１００
　αは摺動面１１における溝１６が形成されていない部分の面積に対する摺動面１１における溝１６の総容積の比（凹部の総容積／凹部の形成されていない部分の面積）を示し、Ｒａは摺動面１１における溝１６が形成されていない部分における中心線平均粗さを示す。
　摺動面１１における溝１６が形成されていない部分の面積は、例えば、表面粗さ・輪郭形状測定機（東京精密製ＳＵＲＦＣＯＭ１４００Ｄ）によって、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１に準じて測定を行い、計算により算出することができる。また、画像処理により面積を求めてもよい。測定条件としては、例えば、カットオフ値を０．２５ｍｍ、評価長さを１．２５ｍｍ、測定速度を０．３ｍｍ／ｓとし、触針として先端半径が２μｍの６０度円錐型の触針を用いることができる。なお、摺動面１１における溝１６が形成されている部分の面積も、例えば、表面粗さ・輪郭形状測定機（東京精密製ＳＵＲＦＣＯＭ１４００Ｄ）によって、ＪＩＳ　Ｂ　６０１－２００１に準じて測定を行い、計算により算出することができる。また、画像処理により面積を求めてもよい。
　平面視において、溝１６の長さをＬとし、溝１６の平均幅をＷとしたとき、平均幅Ｗに対する長さＬの比Ｌ／Ｗは、２以上であることが好ましい。溝１６の平均幅Ｗは、例えば、表面粗さ・輪郭形状測定機（東京精密製ＳＵＲＦＣＯＭ１４００Ｄ）によって測定することができる。また、画像処理により平均幅を求めてもよい。
　溝１６の平均幅をＷとし、溝１６の平均深さをＤとしたとき、平均深さＤに対する平均幅Ｗの比Ｗ／Ｄは、好ましくは１よりも大きく、より好ましくは１０以上である。溝１６の平均深さＤは、例えば、表面粗さ・輪郭形状測定機（東京精密製ＳＵＲＦＣＯＭ１４００Ｄ）によって測定することができる。Ｗ／Ｄの値が１よりも大きいことで溝１６内の潤滑剤が摺動面に供給されやすく、他方、５００以下であると、摺動面１１における溝１６が形成されていない部分の面積を確保しやすい。レーザ加工で溝１６を形成する場合、溝１６の深さは、例えば、１００～４００ｎｍである。
　摺動面１１における溝１６の容積は、例えば、表面粗さ・輪郭形状測定機（東京精密製ＳＵＲＦＣＯＭ１８００Ｄ）によって測定を行い、溝１６の平均深さと摺動面１１における溝１６が形成されている部分の面積から算出することができる。
　摺動面１１における溝１６が形成されていない部分における中心線平均粗さは、ＪＩＳＢ－０６０１によって決定される中心線平均粗さ（Ｒａ）で表す。Ｒａは、原子間力顕微鏡を使用して４μｍの評価長に対して測定される表面プロファイルを分析することによって得られる。摺動面１１における凹部が形成されていない部分における中心線平均粗さＲａは、例えば、０．５μｍ以下であってもよい。
　摺動面１１におけるα／Ｒａの値は、例えば、２～１００であり、２～５０又は２～１０であってもよい。α／Ｒａの値が２以上であると、摺動面１１の表面の粗さに起因する抵抗が抑制される、又は、潤滑剤を押し出すポンプ効果とくさび効果により摺動面１１における凹部が形成されていない部分に供給される潤滑剤の量が調整されることで優れた摩擦低減効果を達成される等の効果を生じる。また、α／Ｒａの値が１００以下であると、摺動面１１における溝１６が形成されていない部分に供給される潤滑剤の量が過剰になることを防ぎ、潤滑剤に起因する摺動抵抗の上昇を抑制できる。
　バルブリフタ１０は、相手部材との相対滑り速度が１．４ｍ／ｓ以下の環境で使用されてもよい。バルブリフタ１０が上記環境で使用される場合、相手部材との相対滑り速度が１．４ｍ／ｓ超の環境で使用される場合と比べて、より効果的に摩擦低減効果を達成できる。
　溝１６の断面形状は特に限定されない。例えば、側面及び底面が曲面状に連続した形状であってもよいし、側面と底面とが明確に区別されるような形状であってもよい。更に、溝１６内が二面で形成される所謂Ｖ溝状であってもよい。
　以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、一方の端部から他方の端部まで連続的に形成されている渦巻き状の溝１６を例示したが、摺動面１１におけるα／Ｒａの値が２～１００の範囲内になるような態様であれば、溝１６は断続的に形成されていてもよい。また、凹部の態様は渦巻き状でなくてもよく、例えば、図４に示すように、同心円の複数の溝１７が摺動面１１に形成されたものであってもよい。複数の円環状の溝１７もそれぞれの周方向に連続的に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。図５に示すように、複数の直線状の溝１８が摺動面１１に形成されたものであってもよい。複数の直線状の溝１８もそれぞれ連続的に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。
　上記実施形態においては、摺動部材としてバルブリフタを例示したが、本開示に係る摺動部材をシム、ロッカーアーム、フィンガーフォロア等の動弁部品の摺動部、あるいは、ギヤ、軸受等の摺動部に適用してもよい。
　以下、本発明について実施例に基づいて説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
　摺動面が図３に示した構成と同様のバルブリフタを作製した。本実施例に係るバルブリフタの態様は以下のとおりである。
・バルブリフタの材質：ＳＣＭ４２０
・摺動面の直径：２８．５ｍｍ
・溝の態様：連続した渦巻き状
・溝の平均深さＤ：０．２５４μｍ
・溝の平均幅Ｗ：１０５μｍ
・摺動面における凹部が形成されていない部分の面積Ａ：４３２．３４ｍｍ２
・摺動面における凹部の総容積Ｖ：０．０３２ｍｍ３
・摺動面における凹部が形成されていない部分の面積Ａ（単位：ｍｍ２）に対する摺動面における凹部の総容積Ｖ（単位：ｍｍ３）の比（α＝Ｖ／Ａ）：０．０７４μｍ
・摺動面における凹部が形成されていない部分における中心線平均粗さ（Ｒａ）：０．０２４μｍ
・α／Ｒａ：３．１
・溝の加工法：レーザ加工
＜実施例２～５、比較例１～２＞
　摺動面における溝の平均深さ、溝の平均幅、摺動面における凹部が形成されていない部分の面積、摺動面における凹部の総容積、Ｒａを下記表１のように変更した以外は、実施例１と同様にして実施例２～５、比較例１～２のバルブリフタを作製した。
＜比較例３～５＞
　ダイヤモンドライクカーボン皮膜が摺動面に設けられていること以外は、実施例１と同様にして比較例３～５のバルブリフタをそれぞれ作製した。測定結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
＜摩擦低減効果の確認＞
　作製された実施例１～５、比較例１～５のバルブリフタについて、モーターリング試験機によりバルブリフタの摺動面に対して相手部材の外表面を摺動させ、相手部材との相対滑り速度を０．６、０．９、１．４又は１．７に変更した場合のそれぞれトルク値を測定した。比較例４のトルク値を１として、それぞれのトルクの相対値を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　相対滑り速度１．４ｍ／ｓの場合の実施例１～５及び比較例１～５の測定結果を図６に示す。
１１…摺動面、１６…渦巻き状の溝、１７…円環状の溝、２４…カム

 

Claims (7)

  1. 　潤滑剤の存在下で用いられる摺動部材であって、
    　母材で構成された摺動面と、
    　前記摺動面に設けられている凹部と、
    を備え、
    　前記摺動面が下記式で表される条件を満たす、摺動部材。
    　　２≦α／Ｒａ≦１００
    　式中、αは前記摺動面における前記凹部が形成されていない部分の面積に対する前記摺動面における前記凹部の総容積の比を示し、Ｒａは前記摺動面における前記凹部が形成されていない部分における中心線平均粗さを示す。
  2. 　前記凹部が渦巻状の溝又は同心円の複数の溝である、請求項１に記載の摺動部材。
  3. 　前記凹部が直線状に延びる溝である、請求項１に記載の摺動部材。
  4. 　前記凹部が放射状に延びる複数の溝である、請求項１に記載の摺動部材。
  5. 　前記溝は、長さＬと、平均幅Ｗとを有し、
    　前記平均幅Ｗに対する前記長さＬの比Ｌ／Ｗが２以上である、請求項２～４のいずれか一項に記載の摺動部材。
  6. 　前記溝は、平均幅Ｗと、平均深さＤとを有し、
    　前記平均深さＤに対する前記平均幅Ｗの比Ｗ／Ｄが１よりも大きい、請求項２～５のいずれか一項に記載の摺動部材。
  7. 　相手部材との相対滑り速度が１．４ｍ／ｓ以下の環境で使用される、請求項１～６のいずれか一項に記載の摺動部材。

     
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