(57)【要約】【課題】            本発明は、互いに摺動する摺動面の摺動抵抗を低減し、かつ焼き付きやかじりを防止可能な摺動面形成方法および摺動部材における摺動面形状に関するものである。【解決手段】        互いに摺動する摺動部材の少なくとも一方の摺動部材１に摺動面２を形成する摺動面形成方法であって、加工部材15の先端に存在する刃部材14を、前記一方の摺動部材１の摺動方向に略直交する方向へ移動する前記一方の摺動部材表面２に押し当てる刃部材押し当て工程と、該刃部材14に超音波振動を加える超音波加振工程と、前記一方の摺動部材表面２に押し当てられた刃部材14を所定速度で前記一方の摺動部材１の摺動方向に沿って移動させる刃部材移動工程と、該刃部材移動工程後に、前記一方の摺動部材表面２を均一に研削する研削工程とを有することを特徴とする摺動面形成方法である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに摺動する摺動部材の少なくとも一方の摺動部材に摺動面を形成する摺動面形成方法であって、
加工部材の先端に存在する刃部材を、前記一方の摺動部材の摺動方向に略直交する方向へ移動する前記一方の摺動部材表面に押し当てる刃部材押し当て工程と、
該刃部材に超音波振動を加える超音波加振工程と、
前記一方の摺動部材表面に押し当てられた刃部材を所定速度で前記一方の摺動部材の摺動方向に沿って移動させる刃部材移動工程と、
該刃部材移動工程後に、前記一方の摺動部材表面を均一に研削する研削工程とを有することを特徴とする摺動面形成方法。
【請求項２】
前記摺動面形成方法において、研削工程はラッピング加工であることを特徴とする請求項１記載の摺動面形成方法。
【請求項３】
前記摺動面形成方法において、前記超音波振動の振動方向は、少なくとも前記一方の摺動部材の移動方向に略平行に前記刃部材が振動する方向であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の摺動面形成方法。
【請求項４】
互いに摺動する摺動部材の少なくとも一方の摺動部材における摺動面形状であって、
前記一方の摺動部材の摺動方向に略直交する方向に形成された条痕内部に、長径が条痕幅以下でかつ前記条痕底面より深い略楕円形状の凹部が、前記摺動方向に沿って複数並列に形成されていることを特徴とする摺動部材における摺動面形状。
【請求項５】
前記摺動面形状において、前記条痕間には略平面部が形成されていることを特徴とする請求項４記載の摺動部材における摺動面形状。
【請求項６】
前記摺動面形状において、前記略楕円形状の凹部間は、切削加工により略平面に形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５記載の摺動部材における摺動面形状。
【請求項７】
前記摺動面形状において、前記楕円形状凹部の幅、深さおよび長さがミクロンオーダであることを特徴とする請求項４ないし請求項６いずれか記載の摺動部材における摺動面形状。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに摺動する摺動面の摺動抵抗を低減し、かつ焼き付きやかじりを防止可能な摺動面形成方法および摺動部材における摺動面形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械装置、特に内燃機関においては、一方の摺動部材と他方の摺動部材との間で、相互に回転、または往復動するような摺動運動が行なわれている。
【０００３】
そして、燃費向上やエミッションの削減のために、各々の摺動部材相互間の摺動運動に伴なう摺動摩擦抵抗の低減が図られており、潤滑特性を向上させる必要がある。
【０００４】
この目的のために、特許文献１に示されたプラトーホーニング法や、特許文献２に示されたクロスハッチホーニング法や、特許文献３に示されたレーザーホーニング法等が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−７８７５５号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平７−４００６８号公報
【０００７】
【特許文献３】特開平６−１９８５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１に記載されたプラトーホーニング法によれば、砥石の砥粒の間隔が不規則でかつ広いため、砥粒で削り取られた摺動部材の摺動面の微細な凹部に潤滑油が溜められてその近傍に油膜が形成されても、隣接する前記凹部間においてその間隔が広いため油膜破断が生じ、摺動摩擦抵抗を充分に低減させることができず、摺動面での焼付きが生じ易いという問題点があった。
【０００９】
また、前記特許文献２に記載されたクロスハッチング法によれば、摺動部材の摺動面上に、幅４０μｍ、深さ５〜１０μｍの微細な細長い溝が１．２ｍｍ間隔毎に多数平行に形成されるとともに、これら１群の多数の溝に対し３０°の角度をなして交叉する前記溝と同様な溝が平行に多数形成されるため、これら交叉した微細な溝を伝って潤滑油が流出し、摺動部材相互間で金属接触を生じ易く、その結果、焼付きを起す可能性を回避できなかった。
【００１０】
さらに、特許文献３に記載されたレーザーホーニング法によれば、長さ３ｍｍ、幅６０μｍ、深さ１５〜２０μｍの微細な短かい溝が２ｍｍ間隔毎に多数平行に形成されているので、この短い溝に潤滑油が滞留してこの溝が潤滑油溜めの役を果し、摺動摩擦抵抗が低下する。しかし溝間が比較的広いため、溝占有面積比率が小さく、高い油膜保持性が得られず、耐焼付き性が低かった。
【００１１】
本発明により解決しようとする課題は、このような難点を克服した摺動部材と、摺動面形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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部材に摺動面を形成する摺動面形成方法であって、加工部材の先端に存在する刃部材を、前記一方の摺動部材の摺動方向に略直交する方向へ移動する前記一方の摺動部材表面に押し当てる刃部材押し当て工程と、該刃部材に超音波振動を加える超音波加振工程と、前記一方の摺動部材表面に押し当てられた刃部材を所定速度で前記一方の摺動部材の摺動方向に沿って移動させる刃部材移動工程と、該刃部材移動工程後に、前記一方の摺動部材表面を均一に研削する研削工程とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記摺動面形成方法において、研削工程はラッピング加工であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、前記摺動面形成方法において、前記超音波振動の振動方向は、少なくとも前記一方の摺動部材の移動方向に略平行に前記刃部材が振動する方向であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４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部材における摺動面形状であって、前記一方の摺動部材の摺動方向に略直交する方向に形成された条痕内部に、長径が条痕幅以下でかつ前記条痕底面より深い略楕円形状の凹部が、前記摺動方向に沿って複数並列に形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５記載の発明は、上記摺動面形状において、上記条痕間には略平面部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６記載の発明は、前記摺動面形状において、前記略楕円形状の凹部間は、切削加工により略平面に形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７記載の発明は、前記摺動面形状において、前記楕円形状凹部の幅、深さおよび長さがミクロンオーダであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、互いに摺動する摺動部材の少なくとも一方の摺動面に所定間隔毎に多数平行に形成された浅い溝に潤滑油が溜められるとともに、この溝の底部に溝幅方向へ指向した凹部が該溝の長手方向に亘り多数形成された凹部に溜められるために、前記摺動部材の摺動面に広い範囲に亘り充分に潤滑油が存在でき、摺動摩擦抵抗が低下するとともに、焼付け荷重が増大し、耐焼付け性が向上する。
【００２０】
また、請求項２記載の発明によれば、摺動部材の摺動抵抗の低下と、耐焼付け性の向上が可能となる。
【００２１】
さらに、請求項３記載の発明によれば、平行に多数設けられた溝の深さが減少されて、摺動面全面に亘り高密度に小さく形成された凹部に潤滑油がそれぞれ滞留することができ、大きな凹部占有面積比率によって高い油膜保持性が得られ、大幅な摺動抵抗の低下と、高い耐焼付け性とを同時に達成することができる。
【００２２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の摺動部材が能率良く確実に得られる。
【００２３】
また請求項５記載の発明によれば、請求項３記載の摺動部材が容易にかつ確実に得られる。
【００２４】
さらに請求項６記載の発明によれば、請求項１記載の摺動部材が能率良く得られる。
【００２５】
さらにまた請求項７記載の発明によれば、請求項１記載の摺動部材が高い精度の摺動面を有することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図１ないし図４に図示された本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
本発明の適用対象物の被加工物は、直径７０〜１００ｃｍの回転軸１であり、図１に図示されるように、回転軸１の外周面２は、その外周面２に荒仕切げ切削および仕上げ切削を施された後、ＨＲＣ≦５５の硬度に高周波焼入れ処理されている。
【００２８】
図１に図示されるように、回転軸１は、一端部で旋盤10のチャック11に着脱自在に掴持されるとともに、他端部で心押し台12に回転自在に支持され、主軸台13に回転自在に支持された図示されないスピンドルに前記チャック11は一体に取付けられており、このスピンドルは図示されないモータにより矢印方向へ回転駆動されるようになっている。
【００２９】
回転軸１の周面を切削チップ14はバイト15の先端に着脱自在にかつ一体に装着され、バイト15は超音波加振装置16の先端に取付けられ、刃物台17は往復台18上に支持され、往復台18はスピンドルすなわち回転軸１が１回転する毎に１００μｍずつ回転軸１の軸方向に移動駆動されるようになっている。
【００３０】
旋盤10および超音波加振装置16が稼動状態になると、図２に図示されるように、回転軸１の外周面２は矢印方向Ａに回転駆動されるとともに、超音波加振装置16では、２０〜５０キロヘルツの超音波振動が発信し、チップ14が上下方向Ｂに往復振動する。
【００３１】
回転軸１が１回転する毎に、チップ14が軸方向へ１００μｍ移動するため、図３に図示されるように、回転軸１の外周面２に周方向に指向した条痕３が形成されるとともに、条痕３の溝４に、条痕３の幅方向に指向したレース目状の振動加工痕５が形成され、この振動加工痕５の突出部６は、高さ４〜５μｍ、幅０．１ｍｍとなっている。
【００３２】
前述した超音波振動加工処理終了後において、回転軸１の外周面２にラッピング加工処理を行なうと、図４に図示されるように、振動加工痕５の周辺の突出部６が削除され、長さ、幅、深さ共にミクロン単位の加工痕７が形成される。
【００３３】
前記ラッピング加工処理が終了した回転軸１の外周面２には、前述したような大きさの仕上げ加工痕７が外周面２の全面に亘り略均一に分散して形成されるため、潤滑油がこの仕上げ加工痕７に保留されて、摺動抵抗が大幅に低下する。
【００３４】
また、ラッピング加工処理の処理深さによって任意の加工痕面積比率に仕上げることができるため、油膜保持性能が高く、耐焼付け性が向上する。
【００３５】
さらに、本実施形態では、中仕上げ加工を必要とせず、超音波振動加工処理を短時間で終了できるため、生産性が高く、コストダウンが可能である。
【００３６】
前述した超音波振動加工処理のみを終了した回転軸１でも、回転軸１の外周面２にレース目状の振動加工痕５が形成され、この振動加工痕５に潤滑油が保留されるため、摺動抵抗は低い。
【００３７】
次に、本発明の適用対象物の図５に図示の被加工物がシリンダスリーブ20である場合について説明する。
【００３８】
シリンダスリーブ20のシリンダ孔内周面21は、荒仕上げ加工および仕上げ加工処理が施された後、ＨＲＣ≦５５の硬度に高周波焼入れ処理されている。
【００３９】
図５に図示されるように、シリンダスリーブ20は図示されないテーブル上に固定され、シリンダ孔内周面21の中心軸の延長線上に、超音波加振装置30の中心軸が位置するように、超音波加振装置30が配置され、この超音波加振装置30は軸方向へ移動するように駆動されるようになっている。
【００４０】
超音波加振装置30は、超音波振動子31とコーン33とホーン33とよりなり、超音波振動子31で発生した超音波振動は、コーン32およびホーン33で振幅増幅されて、ホーン33の円錐面体34に伝達されるようになっている。
【００４１】
ホーン33の先端の保持体35には、図５の下部に図示されるように、直径方向に指向した平行溝36が形成され、この溝36の両端にホルダー37が摺動自在に嵌合され、ホルダー37の先端に砥石39が一体に結合されている。ホルダー37には、長手方向に指向した長孔38が形成され、この長孔38を貫通して保持体35にボルト40が螺着され、円錐面体34の外周面にホルダー37の内周面が接触しており、円錐面体34が超音波振動子31により軸方向へ加振されると、ホルダー37および砥石39は保持体35の直径方向へ往復加振されるようになっている。
【００４２】
図５に図示の実施形態では、超音波加振装置30が稼動状態になると、円錐面体34が軸方向へ加振されると、円錐面体34の円錐面により砥石39がシリンダスリーブ20のシリンダ孔内周面21が当接しながら周方向に回転するので、シリンダ孔内周面21にホーニング加工処理が施される。
【００４３】
また、シリンダ孔内周面21には、図１ないし図４に図示の実施形態と同様な条痕22や振動加工痕23が形成される。
【００４４】
前記ホーニング加工終了後に、前述したと同様なラッピング加工処理が施されれば、図４に図示のような仕上げ加工痕が形成される。
【００４５】
従って、本実施形態でも、前述の第１実施形態と同様な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態の実施状況を図示した概略斜視図である。
【図２】図１の要部拡大正面図である。
【図３】図１に図示の装置により回転軸外周面に形成された振動加工痕の要部拡大平面図である。
【図４】図３に図示された回転軸外周面にラッピングを施した仕上げ加工痕の要部拡大平面図である。
【図５】他の実施形態の縦断側面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・回転軸、２・・・外周面、３・・・条痕、４・・・溝、５・・・振動加工痕、６・・・突出部、７・・・仕上げ加工痕、10・・・旋盤、11・・・チャック、12・・・心押し台、13・・・主軸台、14・・・チップ、15・・・バイト、16・・・超音波加振装置、17・・・刃物台、18・・・往復台、20・・・シリンダスリーブ、21・・・シリンダ孔内周面、22・・・条痕、23・・・振動加工痕、30・・・超音波加振装置、31・・・超音波振動子、32・・・コーン、33・・・ホーン、34・・・円錐面体、35・・・保持体、36・・・溝、37・・・ホルダー、38・・・長孔、39・・・砥石、40・・・ボルト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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