(57)【要約】  相手部材と摺動する内周面１２１にピット１２２Ａを形成している。ピット１２２は、従来技術の開断面状のクロスハッチ形状とは異なり、互いに独立しているので、ピストン１４０の各部位との間に油膜を形成した場合、流体潤滑性を向上させることができる。ピット１２２ＡをＤＬＣ膜１２３で被覆している。ＤＬＣ膜１２３は、極めて優れた耐焼付き性と耐摩耗性を有するので、そのようなＤＬＣ膜１２３で被覆された内周面１２１を、従来技術の開断面状のクロスハッチ形状の表面よりも平滑とすることができる。その結果、耐焼付き性および耐摩耗性の向上を図ることができるのはもちろんのこと、環境調和性の向上、軽量化、および、熱伝導率の向上による圧縮比を改善を図ることができるとともに、フリクションロスを低コストで低減することができる。
2010044216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材と摺動する摺動面に、互いに独立したピットが形成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記ピットがＤＬＣ膜で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記ピットが前記摺動面全体に一様に配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記摺動部材はシリンダボアであり、前記摺動面は前記シリンダボアの内周面であり、
前記相手部材は、前記内周面を上下方向に摺動し、
前記ピットは、前記内周面における前記相手部材と接触する上下死点およびその周辺部にのみ形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
前記シリンダボアの上下死点の周辺部分とは、
前記相手部材の摺動に連動するクランクシャフトの角度が、そのクランクシャフトの上死点あるいは下死点から±１０度の範囲内にあるときに前記内周面における前記相手部材と接している部分であることを特徴とする請求項４に記載の摺動部材。
【請求項６】
ＤＬＣ膜で被覆されていない場合、前記ピットの直径に対する前記ピットの深さの割合をアスペクト比と定義したとき、あるいは、前記ＤＬＣ膜で被覆されている場合、前記ＤＬＣ膜で被覆されている前記ピットの直径に対する前記ＤＬＣ膜で被覆されている前記ピットの深さの割合をアスペクト比と定義したとき、
前記アスペクト比は、０を超え、かつ０．６以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項７】
前記ピットの断面形状は角溝形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項８】
相手部材と摺動する摺動面に、互いに独立したピットを形成する工程を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項９】
前記摺動面をＤＬＣ膜で被覆する工程を含み、
前記ピット形成工程と前記ＤＬＣ被覆工程とはその工程順が入替可能であることを特徴とする請求項８に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１０】
前記摺動部材としてシリンダボアを製造する方法であって、
シリンダブロックを鋳造する工程と、
前記シリンダブロックに前記シリンダボアを粗仕上げする工程と、
前記シリンダボアの内周面を前記摺動面として鏡面加工する工程と、
前記ピット形成工程として、前記鏡面加工後の前記シリンダボアの内周面に前記ピットを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項８または９に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１１】
前記ＤＬＣ被覆工程は、前記ピットにＤＬＣ膜を被覆する工程であることを特徴とする請求項９または１０に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１２】
前記ピットは、表面に凸部を有する回転体を摺動面に押圧して回転させる表面加工法、レーザを用いた熱加工法、あるいは、エッチング法により形成することを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相手部材と摺動する摺動面を有する摺動部材およびその製造方法に係り、特に、摺動面の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部材の分野では、相手部材との摺動による各種特性の向上を図ることを目的として、種々の技術が開発されている。たとえば、エンジンの分野では、摺動部材として、油膜を介して相対的にピストンに摺動するシリンダボアの摺動面の改良がなされている。【０００３】
シリンダボアの材質については、ピストンの各部位（スカート部、ランド部、あるいは、リング部）との摺動時の耐摩耗性や燃焼ガスのシール性を確保することを目的として、シリンダボアに鋳鉄スリーブを設けたり、シリンダボアをＳｉＣ複合めっきＮｉ仕様としている。また、表面形状については、油膜確保による耐焼付き性と耐摩耗性の向上を主な目的として、ホーニング加工によりクロスハッチと呼ばれる１〜５μｍの深さの溝形状を形成している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記材質について、鋳鉄スリーブは、約５００ｇ／本と重量であり、かつ、熱伝導性に劣るという問題があった。一方、ＳｉＣ複合めっきＮｉ仕様では、鋳鉄スリーブ廃止によって、軽量化を図ることができ、かつ熱伝導率の向上による圧縮比を改善することができるが、ＰＲＴＲ法（Pollutant Release and Transfer Registar 法）の管理物質であるＮｉを含有することや、めっき廃液処理が必要であることから、環境調和性が悪いという問題があった。【０００５】
上記表面形状について、フリクションロスの観点に鑑みると、クロスハッチ形状はベストではなく、面粗度がより小さくて、かつ均一な表面であることが望ましい。ところが、シリンダボア上死点付近の油量は極めて少ないため、上記材質の表面では平滑化に限界があった。【０００６】
そこで、特許文献１の技術は、相対速度がゼロとなるシリンダボアの上下死点付近、および、相対速度が速くなるシリンダボアの中央付近で油膜厚さの確保とフリクションの低減を両立するために、次のような摺動面の形状を提案している。具体的には、上記領域において、摺動面に深さが不規則に変化する微細な凹部と、その凹部間にプラトー状の凸部を設けている。しかしながら、特許文献１の技術では、上記のような微細な凹部を摺動面に設けることは、製造プロセス上、非常に手間がかかるものであるため、コストの増大を招く。【０００７】
【特許文献１】特開平２００２−２３５８５２号公報
【０００８】
したがって、本発明は、耐焼付き性および耐摩耗性の向上を図ることができるのはもちろんのこと、環境調和性の向上、軽量化、および、熱伝導率の向上による圧縮比を改善を図ることができるとともに、フリクションロスを低コストで低減することができる摺動部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の摺動部材は、相手部材と摺動する摺動面に、互いに独立したピットが形成されていることを特徴としている。【００１０】
本発明の摺動部材では、相手部材と摺動する摺動面にピットを形成している。ピットは、従来技術の開断面状のクロスハッチ形状とは異なり、互いに独立しているので、相手部材との間に油膜を形成した場合、流体潤滑性を向上させることができる。その結果、フリクションロスを低減することができる。【００１１】
本発明の摺動部材は種々の構成を用いることがができる。たとえばピットをＤＬＣ膜で被覆することができる。この態様では、ピットがＤＬＣ膜で被覆されているので、本発明の上記摺動部材による効果に加えて次のような効果を得ることができる。【００１２】
ＤＬＣ膜（ダイヤモンド・ライク・カーボン（Diamond-Like Carbon）膜）は、極めて優れた耐焼付き性と耐摩耗性を有するので、そのようなＤＬＣ膜で被覆された摺動面を、従来技術の開断面状のクロスハッチ形状の表面よりも平滑としても、摺動面に要求される耐焼付き性および耐摩耗性を満足することができる。また、これにより摺動面の平滑化を図ることができることに加えて、ＤＬＣ膜の材質自体による低フリクション効果を得ることができる。また、摺動面に形成したピットは、相手部材との摺動による磨耗によってその初期形状が失われ、フリクション抑制効果が損なわれる場合があるが、ＤＬＣ膜を被覆すると、その優れた耐磨耗性により、ピットの形状・フリクション抑制効果を維持することができる。以上のことから、フリクションロスを大幅に低減させることができるので、燃費の向上を図ることができる。【００１３】
また、ＤＬＣ膜の摺動面への被覆により耐焼付き性および耐摩耗性を満足することができるので、従来技術の鋳鉄スリーブが不要となり、これにより軽量化・コンパクト化を図ることができるとともに、熱伝導率向上による圧縮比の改善を図ることができる。その結果、燃費の向上をさらに図ることができる。さらにＤＬＣ膜は無害な炭素と水素を主成分とする硬質膜であるから、環境調和性を満足することができる。加えて、上記のように摺動面の平滑化を図ることができるので、燃焼ガスのシール性を向上させることができるとともに、オイル消費量を低減させることができる。【００１４】
さらに、ピット形成およびＤＬＣ被覆では、摺動面に深さが不規則に変化する微細な凹部と、その凹部間にプラトー状の凸部を設ける従来技術とは異なり、手間がかからないので、上記効果は、低コストで得ることができる。【００１５】
加えて、摺動部材をエンジンに適用する場合、摺動部材としてシリンダボアあるいはピストンに用いることができる。摺動部材としてシリンダボアを用いる場合、相手部材はピストンであり、摺動部材としてピストンを用いる場合、相手部材はシリンダボアである。この場合、摺動部材だけでなく相手部材にも本発明のピットやＤＬＣ膜を適用してもよい。ピットの断面形状は、種々の形状を用いることができ、たとえば角溝形状を用いることができる。【００１６】
また、ピットの配列形態は、種々の形態を用いることができる。たとえば、ピットを、摺動面全体に一様に配列することができる。また、摺動部材としてシリンダボアを用い、摺動面はシリンダボアの内周面を用い、相手部材は内周面を上下方向に摺動する場合、ピットは、内周面における相手部材と接触する上下死点およびその周辺部にのみ形成することができる。この場合、前記シリンダボアの上下死点の周辺部分とは、相手部材の摺動に連動するクランクシャフトの角度が、そのクランクシャフトの上死点あるいは下死点から±１０度の範囲内にあるときに内周面における相手部材と接している部分である。【００１７】
さらに、上記摺動部材において、ピットがＤＬＣ膜で被覆されていない場合、ピットの直径に対するピットの深さの割合をアスペクト比と定義したとき、アスペクト比は、０を超え、かつ０．６以下であることが好適である。ピットがＤＬＣ膜で被覆されている場合、ＤＬＣ膜で被覆されているピットの直径に対するＤＬＣ膜で被覆されているピットの深さの割合をアスペクト比と定義したとき、アスペクト比は、０を超え、かつ０．６以下であることが好適である。【００１８】
本発明の摺動部材の製造方法は、相手部材と摺動する摺動面に、互いに独立したピットを形成する工程を含むことを特徴としている。本発明の摺動部材の製造方法では、本発明の摺動部材と同様な効果を得ることができる。【００１９】
本発明の摺動部材の製造方法は種々の構成を用いることができる。たとえば摺動面をＤＬＣ膜で被覆する工程を含み、ピット形成工程とＤＬＣ被覆工程とはその工程順を入替可能とすることができる。この態様では、ピットをＤＬＣ膜で被覆した摺動部材と同様な効果を得ることができる。【００２０】
また、本発明の摺動部材の製造方法は、摺動部材としてシリンダボアを製造する方法に適用することができる。たとえば、シリンダブロックを鋳造する工程と、シリンダブロックにシリンダボアを粗仕上げする工程と、シリンダボアの内周面を摺動面として鏡面加工する工程と、ピット形成工程として、鏡面加工後のシリンダボアの内周面にピットを形成する工程とを含むことができる。また、この場合、ＤＬＣ被覆工程は、ピットにＤＬＣ膜を被覆する工程とすることができる。【００２１】
さらに、たとえばピットの形成では、表面に凸部を有する回転体を摺動面に押圧して回転させる表面加工法、レーザを用いた熱加工法、あるいは、エッチング法を用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の摺動部材あるいはその製造方法によれば、相手部材と摺動する摺動面にピットを形成している。ピットは、従来技術の開断面状のクロスハッチ形状とは異なり、互いに独立しているので、相手部材との間に油膜を形成した場合、流体潤滑性を向上させることができる等の効果を得ることができる。【００２３】
特に、ピットをＤＬＣ膜で被覆した場合、ＤＬＣ膜は、極めて優れた耐焼付き性と耐摩耗性を有するので、そのようなＤＬＣ膜で被覆された摺動面を、従来技術の開断面状のクロスハッチ形状の表面よりも平滑としても、摺動面に要求される耐焼付き性および耐摩耗性を満足することができる等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る一実施形態の摺動部材としてのシリンダボアを備えた内燃機関の概略構成を表している。
【図２】本発明に係る一実施形態のシリンダボアの部分構成を表し、（Ａ）〜（Ｃ）は、シリンダボアの内周面の形状例を表す拡大断面図である。
【図３】本発明に係る一実施形態のシリンダボアのピットの表面状態の詳細を表し、（Ａ）〜（Ｄ）はシリンダボアのピットへのＤＬＣ膜の被覆形態例を表す拡大断面図である。
【図４】本発明に係る一実施形態のシリンダボアの内周面の部分構成を表し、（Ａ）〜（Ｃ）は、シリンダボアの内周面に形成されたピットの形状例を表している。
【図５】シリンダボアの上下死点の周辺部分について説明するためのクランクシャフトの大端部の回転軌跡を表す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、ピットの直径の定義を説明するためのピットの各種形状例の断面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、ピットの直径および深さの定義を説明するためのピットの各種形状例の側断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の実施例で用いた試料片の構成を表す上面図、（Ｂ）はピットの構成を表す上面図である。
【図９】本発明の実施例で得られたＣＯＦ平均値のアスペクト比および断面形状依存性の結果を表すグラフである。
【図１０】本発明の実施例で得られたＣＯＦ平均値の面積比依存性の結果を表すグラフである。
【図１１】本発明の実施例で得られたＣＯＦ平均値の断面形状依存性の結果を表すグラフである。
【図１２】本発明の実施例で得られた２０Ｎ保持中のＣＯＦ値の経時変化のアスペクト比依存性の結果を表すグラフである。
【図１３】本発明の実施例で得られた２０Ｎ保持中のＣＯＦ値の経時変化の面積比依存性の結果を表すグラフである。
【図１４】本発明の実施例で得られた２０Ｎ保持中のＣＯＦ値の経時変化の断面形状依存性の結果を表すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１１０…シリンダブロック、１２０…シリンダボア（摺動部材、相手部材）、１２１…内周面（摺動面）、１２２，１２２Ａ〜１２２Ｃ…ピット、１２３…ＤＬＣ膜、１４０…ピストン（相手部材、摺動部材）、１４１…スカート部（相手部材、摺動部材）、１４２…ランド部（相手部材、摺動部材）、１４３…リング部（相手部材、摺動部材）、１６０…クランクシャフト、Ｐ…上死点、Ｑ…下死点
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（１）実施形態の構成
（１−１）内燃機関の構成
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る一実施形態の摺動部材としてシリンダボア１２０が形成されたエンジン等の内燃機関１００の概略構成を表している。内燃機関１００は、シリンダブロック１１０、シリンダボア１２０、シリンダヘッド１３０、ピストン１４０、コンロッド１５０、および、クランクシャフト１６０を備えている。【００２７】
シリンダボア１２０は、シリンダブロック１１０に形成され、摺動面としての内周面１２１を有する。シリンダボア１２０の内周面１２１には、ピットおよびＤＬＣ膜が形成されており（図１では図示省略）、その構成の詳細は後述する。シリンダボア１２０の上側開口部は、シリンダヘッド１３０により閉塞されている。ピストン１４０は、シリンダボア１２０の内周面１２１（摺動面）に沿って摺動する。【００２８】
ピストン１４０は、下部に形成されたスカート部１４１、上部に形成されたランド部１４２、および、ランド１４２部間の溝に設けられたリング部１４３を有する。コンロッド１５０は、ピストン１４０とクランクシャフト１６０とを連結している。コンロッド１５０の小端部１５１の上端部には、ピストン１４０のピストンピンが回転自在に接続され、コンロッド１５２の大端部１５２の下端部にクランクシャフト１６０が回転自在に接続されている。符号Ｈは、コンロッド１５２の大端部１５２の回転軌跡を表し、軌跡Ｈ上の点Ｐは、クランクシャフト１６０の上死点に対応し、軌跡Ｈ上の点Ｑは、クランクシャフト１６０の下死点に対応している。【００２９】
（１−２）シリンダボアの構成
図２は、シリンダボア１２０の概略構成を表し、（Ａ）〜（Ｃ）は、シリンダボア１２０の内周面１２１の形状例の拡大側断面図である。図３は、シリンダボア１２０のピット１２２の表面状態の詳細を表し、（Ａ）〜（Ｄ）はシリンダボア１２０のピット１２２へのＤＬＣ膜１２３の被覆形態例の拡大断面図である。図４は、シリンダボア１２０の内周面１２１の部分構成を表し、（Ａ）〜（Ｃ）はシリンダボア１２０の内周面１２１に形成されたピット１２２の形状例の拡大断面図である。なお、図２，４では、ＤＬＣ膜１２３の図示を省略している。【００３０】
シリンダボア１２０の材質は、たとえばＦｅあるいはＡｌである。この場合、軽量化の観点から、Ａｌが好適である。シリンダボア１２０の内周面１２１には、ピット１２２Ａが形成され、ピット１２２Ａの表面にＤＬＣ膜１２３が形成されている。【００３１】
ピット１２２Ａは、個々に独立している（すなわち、閉断面状をなしている）。ＤＬＣ膜１２３は、ＤＬＣ膜（ダイヤモンド・ライク・カーボン（Diamond-Like Carbon）膜）からなる。ＤＬＣ膜は、主として炭化水素、あるいは炭素の同素体からなる非晶質（アモルファス）の硬質膜である。ＤＬＣ膜１２３は、化学的安定性に起因して耐焼付き性が優れ、耐摩耗性が高く、低フリクション効果を有する。【００３２】
（Ａ）シリンダボアの内周面の形状
ＤＬＣ膜１２３は、上記のように耐焼付き性および耐摩耗性が優れているので、シリンダボア１２０の内周面１２１は、従来と比較して、平滑化が可能となり、フリクションロスの低減を図ることができる。これにより、内周面１２１の形状について自由度が大きくなり、図２に示すように種々の形状を有することができる。たとえば図２（Ａ）に示すように、内周面１２１全体を平滑面とする。また、たとえば図２（Ｂ）に示すように、内周面１２１全体にピット１２２Ａを形成する。これにより、流体潤滑性の向上による低フリクション化を図ることができる。【００３３】
ここで、シリンダボア１２０の内周面１２１の中央部はスラスト圧が小さいので、図２（Ｃ）に示すように、内周面１２１におけるスラスト圧の大きな上下死点およびその周辺部分にのみピット１２２Ａを形成することにより、低フリクション化を効果的に図ることができる。【００３４】
この場合、シリンダボア１２０の内周面１２１の上死点の周辺部分とは、図１，５に示すように、クランクシャフト１６０の上死点Ｐからの回転角度θ１が±１０度の範囲内にあるときに、クランクシャフト１６０に連動するピストン１４０が内周面１２１と接している部分のことである。シリンダボア１２０の内周面１２１の下死点の周辺部分とは、図１，５に示すように、クランクシャフト１６０の下死点Ｑからの回転角度θ２が±１０度の範囲内にあるときに、クランクシャフト１６０に連動するピストン１４０が内周面１２１と接している部分のことである。なお、図５の符号Ｏは、コンロッド１５２の大端部１５２の回転軌跡Ｈの回転中心である。【００３５】
また、内燃機関１００では、以上のようなシリンダボア１２０の内周面１２１とピストン１４０の各部位１４１〜１４３との間に油膜（図示略）が存在している。この場合、くさび効果による弾性流体潤滑（油膜に発生する圧力で固体表面が弾性変形する現象）が促進され、それら部位間の固体接触を防止することにより、低フリクション化を図ることができる。【００３６】
（Ｂ）シリンダボア内周面へのＤＬＣ膜の被覆形態
シリンダボア１２０の内周面１２１へのＤＬＣ膜１２３の被覆形態は、ピット１２２においてオイルが入り込む空間が確保されていることが好適である。具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示す被覆形態は、ＤＬＣ膜１２３がピット１２２の空間に完全に充填された図３（Ｃ），（Ｄ）に示す形態よりも好適である。この場合、図３（Ａ）の被覆形態では、図３（Ｂ）の形態とは異なり、ＤＬＣ膜１２３がピット１２２Ａの上縁部で欠けることが防止されるので、より好適である。【００３７】
（Ｃ）ピットの側断面形状
シリンダボア１２０のピットの側断面形状は、図２，３、４（Ａ）に示すピット１２２Ａのように、角溝形状に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、図４（Ｂ），（Ｃ）のピット１２２Ｂ，１２２Ｃは、丸溝形状である。なお、角溝形状は、底面が平面である溝形状であり、丸溝形状は、底面が曲面である溝形状である。【００３８】
（Ｄ）アスペクト比
ＤＬＣ膜１２３が被覆されていない場合、ピット１２２（１２２Ａ〜１２２Ｃ）の直径ｒに対するピット１２２の深さｄの割合をアスペクト比Ｌと定義した場合、０＜Ｌ≦０．６以下であることが好適である。また、ＤＬＣ膜１２３が被覆されている場合、ＤＬＣ膜１２３で被覆されているピット１２２の直径ｒに対するＤＬＣ膜１２３で被覆されているピットの深さｄの割合をアスペクト比Ｌと定義した場合、０＜Ｌ≦０．６以下であることが好適である。【００３９】
本発明では、直径ｒと深さｄは次のように定義する。直径ｒは、摺動方向におけるピット１２２の最大長と定義している。深さｄは、シリンダボア１２０の内周面１２１からピット１２２の最深部までの距離と定義している。具体的には、直径ｒについて、図６（Ａ）に示すようにピット１２２の断面形状が円形である場合、その円形の直径である。図６（Ｂ），（Ｃ）に示すようにピット１２２の断面形状が円形以外の場合、摺動方向Ｆにおけるピット１２２の最大長を直径とする。【００４０】
また、この場合、図７（Ａ）に示すようにＤＬＣ膜１２３が被覆されていないとき、ピット１２２の対向する側面どうしの間隔を直径ｒとし、内周面１２１からピット１２２の底面の最深部までの距離を深さｄとしている。図７（Ｂ）に示すようにＤＬＣ膜１２３が被覆されているとき、ピット１２２の側面に被覆されたＤＬＣ膜１２３間の長さを直径ｒとし、内周面１２１（すなわち、ピット１２２外側のＤＬＣ膜１２３の上面）からピット１２２底面のＤＬＣ膜１２３の上面の最深部までの距離を深さｄとしている。【００４１】
以上のようなアスペクト比Ｌが０を超えると、低フリクション化を図ることができる。また、アスペクト比Ｌを０．６以下とすると、加工が容易となる。【００４２】
（Ｅ）面積比
シリンダボアの内周面に対するピットの面積比は、適宜設定する。ピットを摺動面の全体に形成する場合、面積比は、摺動面に占める全てのピットの投影面積の割合とする。ピットを摺動面の上下死点およびその周辺部分に形成する場合、面積比は、上下死点およびその周辺部分に占める全てのピットの投影面積の割合とする。【００４３】
（２）シリンダボアの製造方法
シリンダボアの製造方法について説明する。まず、金型を用いて、Ａｌからなるシリンダブロックを鋳造する。次いで、切削等の加工によって、シリンダブロックにシリンダボアを粗仕上げした後（粗仕上げ工程）、シリンダボアの内周面を鏡面加工する（鏡面加工工程）。鏡面加工工程では、ローラバニシング法あるいはＥＬＩＤ研削法（電解インプロセスドレッシング研削法）を用いる。【００４４】
続いて、シリンダボアの内周面にピットを形成する（ピット形成工程）。ピット形成手法としては、たとえば表面に凸部を有する回転体を摺動面に押圧して回転させる表面加工法（たとえば、ローラバニシング法の改良技術）を用いる。この改良技術では、マンドレルの外周面にリテーナを回転自在に設け、マンドレルの回転により転動するボールを凸部としてリテーナに設ける。この場合、ボールの一部がマンドレルの回転によって、リテーナの外周面から外部に対して出没動作を行うように構成する。このような構成では、シリンダボアの内周面にリテーナを挿入し、そこにリテーナを押圧して回転させることにより、シリンダボアの内周面で所定パターン形状に配列されたピットを形成する。また、表面加工法の代わりに、たとえばエキシマレーザやＵＶ−ＹＡＧ等のレーザを用いた熱加工法や、化学的あるいは電気化学的エッチング法を用いることができる。【００４５】
次いで、たとえばプラズマＣＶＤあるいはＰＶＤ法を用いて、シリンダボアの内周面をＤＬＣ膜で被覆する（ＤＬＣ被覆工程）。この場合、ピット形成工程とＤＬＣ被覆工程とはその工程順を逆にしてもよい。ピット形成工程後にＤＬＣ被覆工程を行う態様では、硬質膜であることに起因して微細加工が困難なＤＬＣ膜に対して加工を施す必要がないので、この態様が好適である。  【００４６】
以上のような工程を行うことにより、本実施形態のシリンダボア１２０が製造される。【００４７】
以上のように本実施形態のシリンダボア１２０では、ピストン１４０の各部位（スカート部１４１、ランド部１４２、あるいは、リング部１４３）と摺動する内周面１２１にピット１２２（１２２Ａ〜１２２Ｃ）を形成している。ピット１２２は、従来技術の開断面状のクロスハッチ形状とは異なり、互いに独立しているので、ピストン１４０の各部位との間に油膜を形成した場合、流体潤滑性を向上させることができる。その結果、フリクションロスを低減することができる。【００４８】
また、ピストン１４０の各部位と摺動する内周面１２１に互いに独立したピット１２２が設けられ、ピット１２２がＤＬＣ膜１２３で被覆されているので、次のような効果を得ることができる。【００４９】
ＤＬＣ膜１２３は、極めて優れた耐焼付き性と耐摩耗性を有するので、そのようなＤＬＣ膜１２３で被覆された内周面１２１を、従来技術の開断面状のクロスハッチ形状の表面よりも平滑としても、内周面１２１に要求される耐焼付き性および耐摩耗性を満足することができる。また、これにより内周面１２１の平滑化を図ることができることに加えて、ＤＬＣ膜１２３の材質自体による低フリクション効果を得ることができる。また、内周面１２１に形成したピット１２２は、ピストン１４０の各部位との摺動による磨耗によってその初期形状が失われ、フリクション抑制効果が損なわれる場合があるが、ＤＬＣ膜１２３を被覆すると、その優れた耐磨耗性により、ピット１２２の形状・フリクション抑制効果を維持することができる。以上のことから、フリクションロスを大幅に低減させることができるので、燃費の向上を図ることができる。【００５０】
また、ＤＬＣ膜１２３の内周面１２１への被覆により耐焼付き性および耐摩耗性を満足することができるので、従来技術の鋳鉄スリーブが不要となり、これにより軽量化・コンパクト化を図ることができるとともに、熱伝導率向上による圧縮比の改善を図ることができる。その結果、燃費の向上をさらに図ることができる。さらにＤＬＣ膜１２３は無害な炭素と水素を主成分とする硬質膜であるから、環境調和性を満足することができる。加えて、上記のように内周面１２１の平滑化を図ることができるので、燃焼ガスのシール性を向上させることができるとともに、オイル消費量を低減させることができる。【００５１】
さらに、ピット形成およびＤＬＣ被覆では、内周面に深さが不規則に変化する微細な凹部と、その凹部間にプラトー状の凸部を設ける従来技術とは異なり、手間がかからないので、以上のような効果は、低コストで得ることができる。【００５２】
特に、シリンダボア１２０の内周面１２１におけるスラスト圧の大きな上下死点およびその周辺部分にのみピット１２２Ａを形成することにより、低フリクション化を効果的に図ることができる。また、アスペクト比Ｌを、０を超え、かつ０．６以下となるように設定することにより、低フリクション化を図ることができ、かつ加工が容易となる。さらに低フリクション化は、ピットの溝形状が丸溝形状の場合よりも効果的に図ることができる。
【実施例】
【００５３】
以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。実施例では、試料片にピンを往復摺動させる往復摺動試験を行った。【００５４】
（１）サンプルの準備
試料片として、図８（Ａ）に示すＳｉウエハ基板１にドライエッチングあるいはウェットエッチングを施すことにより、個々に独立したピット１Ａを形成した。ピット１Ａは、Ｓｉウエハ基板１の全体に一様に配列した。【００５５】
このようなピット１Ａの形成では、表１に示すように、Ｓｉウエハ基板１毎にエッチング条件を変更することにより、ピット１Ａのアスペクト比、面積比、および側断面形状の異なる試料片１を作製した。このように各パラメータが異なる試料片１を８種類用意した（表１の実施例Ａ〜Ｇ）。また、比較例として、ピットを形成しなかったＳｉウエハ基板を用いた。この場合、全てのＳｉウエハ基板１の横方向長さｓを４５ｍｍとし、縦方向長さｔを１０ｍｍとした。なお、ピットのアスペクト比、面積比、および、側断面形状は実施形態で記載した定義に従っている。【００５６】
ピンとしては、図８（Ｂ）に示すように半球面状をなす先端部を有するピン２を用いた。ピン２は、ＳＫＤ材（ダイス鋼）にＣｒＮコーティング（厚さ２０μｍ）を施したものとした。この場合、ピン２の長さｕは２５ｍｍとし、断面径ｖは９．５ｍｍとし、先端部の曲率半径を１８ｍｍとした。【００５７】
【表１】
2010044216.tif 000003
【００５８】
（２）試験条件
ピンの試料片に対する往復摺動において、往復摺動のピッチを４０ｍｍ、サイクルを１５０ｃｐｍ（cycle per minutes）とし、オイルを５μｌ／分で滴下した。ピンへの荷重は、５Ｎから２０Ｎまで５Ｎ単位で上昇させた。この場合、５Ｎ、１０Ｎ、１５Ｎの各荷重の印加状態は４分間保持し、２０Ｎの荷重の印加状態は３０分間保持した。【００５９】
（３）評価項目
以上のような条件で実施例１〜８および比較例について往復摺動試験を行い、ピットのアスペクト比、面積比、および側断面形状のＣＯＦ（摩擦係数）への影響を調べた。具体的には、２０Ｎ荷重下のＣＯＦ平均値について、アスペクト比および断面形状依存性、面積比依存性、および、断面形状依存性について評価した。その結果を図９〜１１に示す。また、２０Ｎ保持中のＣＯＦ値の経時変化について、アスペクト比、面積比依存性、および、断面形状依存性について評価した。その結果を図９〜１１に示す。なお、２０Ｎ荷重下のＣＯＦ値について、２０Ｎ到達後、７．５、１５，２２．５、３０分の測定値の平均値とした。２０Ｎ保持中のＣＯＦ値について、２０Ｎ到達後、０，７．５、１５，２２．５、３０分の各測定値とした。【００６０】
（４）評価結果
ＣＯＰ値のアスペクト比依存性について図９，１２に示すように、２０Ｎ荷重下のＣＯＦ平均値および２０Ｎ保持中のＣＯＦ値の経時変化の両方において、アスペクト比が０から大きくなるに従い、ＣＯＦ値が顕著に減少した。この場合、ピットの溝形状が丸溝形状および角溝形状である場合の両方でその効果が得られた。これにより、アスペクト比は０を超えていることが好適であることが判った。一方、アスペクト比が０．６を超える場合、ピットに加工が困難となることが判った。以上のことから、アスペクト比は、０を超えて０．６以下であることが好適であることを確認した。【００６１】
ＣＯＰ値の面積比依存性について図１０，１３に示すように、２０Ｎ荷重下のＣＯＦ平均値および２０Ｎ保持中のＣＯＦ値の経時変化の両方において、面積比が２０，４０、６０％の場合のＣＯＦ値は、面積比が０％の場合のものよりも小さかった。これは、ピットの形成によって保油性が向上したことによるものと推察される。以上のことから、ピットの形成が低フリクション化に好適であることを確認した。【００６２】
ＣＯＰ値の断面形状依存性について図９，１１，１４に示すように、２０Ｎ荷重下のＣＯＦ平均値および２０Ｎ保持中のＣＯＦ値の経時変化の両方において、ピットの溝形状が角溝形状の場合のＣＯＦ値は、ピットの溝形状が丸溝形状の場合のものよりも低減されることが判った。以上のことから、ピットの断面形状について、角溝形状が丸溝形状よりも好適であることを確認した。
【図１】
2010044216.tif 000004
【図２】
2010044216.tif 000005
【図３】
2010044216.tif 000006
【図４】
2010044216.tif 000007
【図５】
2010044216.tif 000008
【図６】
2010044216.tif 000009
【図７】
2010044216.tif 000010
【図８】
2010044216.tif 000011
【図９】
2010044216.tif 000012
【図１０】
2010044216.tif 000013
【図１１】
2010044216.tif 000014
【図１２】
2010044216.tif 000015
【図１３】
2010044216.tif 000016
【図１４】
2010044216.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月2日(2010.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材と摺動する摺動面に、互いに独立したピットが形成されていることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記ピットがＤＬＣ膜で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記ピットが前記摺動面の全体あるいは一部に一様に配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記摺動部材はシリンダボアであり、前記摺動面は前記シリンダボアの内周面であり、
前記相手部材は、前記内周面を上下方向に摺動し、
前記ピットは、前記内周面における前記相手部材と接触する上下死点およびその周辺部にのみ形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
前記シリンダボアの上下死点の周辺部分とは、
前記相手部材の摺動に連動するクランクシャフトの角度が、そのクランクシャフトの上死点あるいは下死点から±１０度の範囲内にあるときに前記内周面における前記相手部材と接している部分であることを特徴とする請求項４に記載の摺動部材。
【請求項６】
ＤＬＣ膜で被覆されていない場合、前記ピットの直径に対する前記ピットの深さの割合をアスペクト比と定義したとき、あるいは、前記ＤＬＣ膜で被覆されている場合、前記ＤＬＣ膜で被覆されている前記ピットの直径に対する前記ＤＬＣ膜で被覆されている前記ピットの深さの割合をアスペクト比と定義したとき、
前記アスペクト比は、０を超え、かつ０．６以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項７】
前記ピットの断面形状は角溝形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項８】
相手部材と摺動する摺動面に、互いに独立したピットを形成する工程を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項９】
前記摺動面をＤＬＣ膜で被覆する工程を含み、
前記ピット形成工程と前記ＤＬＣ被覆工程とはその工程順が入替可能であることを特徴とする請求項８に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１０】
前記摺動部材としてシリンダボアを製造する方法であって、
シリンダブロックを鋳造する工程と、
前記シリンダブロックに前記シリンダボアを粗仕上げする工程と、
前記シリンダボアの内周面を前記摺動面として鏡面加工する工程と、
前記ピット形成工程として、前記鏡面加工後の前記シリンダボアの内周面に前記ピットを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項８または９に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１１】
前記ＤＬＣ被覆工程は、前記ピットにＤＬＣ膜を被覆する工程であることを特徴とする請求項９または１０に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１２】
前記ピットは、表面に凸部を有する回転体を摺動面に押圧して回転させる表面加工法、レーザを用いた熱加工法、あるいは、エッチング法により形成することを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【国際調査報告】
2010044216.tif 000018
2010044216.tif 000019
2010044216.tif 000020
2010044216.tif 000021