(57)【要約】【課題】他の部材との接触面における面圧の上昇を抑制しつつ、潤滑特性の向上が可能な摺動部材を提供する。【解決手段】摺動部材は、他の部材が摺動する摺動面の少なくとも一部に設けられたマイクロテクスチャ部１０を備え、マイクロテクスチャ部１０は、摺動方向に交わる方向に沿う複数の微小油溝と微小油溝を隔てるプラトー部１３とを含み、微小油溝が延びる方向に直交するプラトー部１３の断面形状は、他の部材との接触部分を少なくとも含む第１の部分１３Ａと、当該プラトー部１３が隔てる第１及び第２の微小油溝の底部１１Ｂ，１１Ｃのうちの第１の微小油溝の底部１１Ｂと第１の部分１３Ａとの間に設けられた第２の部分１３Ｂと、第２の微小油溝の底部１１Ｃと第１の部分１３Ａとの間に設けられた第３の部分１３Ｃと、を含み、第１の部分１３Ａの曲率半径は、第２及び第３の部分１３Ｂ，１３Ｃの曲率半径より大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の部材と組み付けられたときに該他の部材が摺動する摺動面を有する摺動部材であって、
前記摺動面の少なくとも一部に設けられたマイクロテクスチャ部を備え、
前記マイクロテクスチャ部は、
摺動方向に交わる方向に沿う複数の微小油溝と、
前記微小油溝を隔てるプラトー部と、を含み、
前記微小油溝が延びる方向に直交する前記プラトー部の断面の形状は、
前記他の部材と接触する接触部分を少なくとも含む第１の部分と、
当該プラトー部が隔てる第１及び第２の微小油溝の底部のうちの第１の微小油溝の底部と前記第１の部分との間に設けられた第２の部分と、
前記第２の微小油溝の底部と前記第１の部分との間に設けられた第３の部分と、を含み、
前記第１の部分の曲率半径は、前記第２の部分及び前記第３の部分の曲率半径より大きい、
摺動部材。
【請求項２】
前記マイクロテクスチャ部は、前記他の部材からの荷重が最も大きくかかる部分である最大荷重部を含む一定の範囲である主荷重部に設けられる、
請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記第２の部分の曲率半径と前記第３の部分の曲率半径とは略等しい、
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、エンジンのコンロッドの小端孔の内周面に沿って設けられ、ピストンピンが摺動可能に挿入されるブシュであり、
前記他の部材は、前記ピストンピンである、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項５】
前記摺動部材は前記コンロッドの大端部側から供給される潤滑油を前記小端孔内に導くための連通孔と連通しており、前記ピストンピンとの摺動面に設けられた導油孔を備え、
前記導油孔は、１〜１０ｍｍのミリメートルオーダーの直径を有し、
前記微小油溝は、１〜１０００μｍのマイクロメートルオーダーの幅を有する、
請求項４に記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに摺動する部材間の潤滑特性を改善するために、部材の摺動面に微細な凹凸からなるマイクロテクスチャを形成することが行われている。マイクロテクスチャの形状としては、例えば、ディンプル状の凹形状の溝を複数並べたもの、断面が三角波形状となる溝が複数並べられたもの、及び、条痕状の表面を有するもの等が知られている。例えば、特許文献１には、突状部と溝とからなる構造が表面に設けられた軸受が記載されている。これらの従来の例では、接触する部材との摺動面に凹凸を設けて、その凹部に潤滑油を導くことにより、潤滑特性の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８８６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のマイクロテクスチャの構造では、摺動面に凹凸形状が構成されるので、その凸部において、接触する部材による面圧が高くなっていた。これにより、好適な摺動特性が得られなかった。また、凸部の断面形状が鋭角に形成されている場合には、摺動特性が悪化する場合があった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、他の部材との接触面における面圧の上昇を抑制しつつ、潤滑特性の向上が可能な摺動部材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】
【０００６】
本発明に係る摺動部材は、他の部材と組み付けられたときに該他の部材が摺動する摺動面を有する摺動部材であって、摺動面の少なくとも一部に設けられたマイクロテクスチャ部を備え、マイクロテクスチャ部は、摺動方向に交わる方向に沿う複数の微小油溝と、微小油溝を隔てるプラトー部と、を含み、微小油溝が延びる方向に直交するプラトー部の断面の形状は、他の部材と接触する接触部分を少なくとも含む第１の部分と、当該プラトー部が隔てる第１及び第２の微小油溝の底部のうちの第１の微小油溝の底部と第１の部分との間に設けられた第２の部分と、第２の微小油溝の底部と第１の部分との間に設けられた第３の部分と、を含み、第１の部分の曲率半径は、第２の部分及び第３の部分の曲率半径より大きい。
【０００７】
この摺動部材では、他の部材との摺動面にマイクロテクスチャ部が設けられている。マイクロテクスチャ部は、摺動方向に交わる方向に沿う微小油溝を含んでいる。この微小油溝により、供給された潤滑油の貯留及び摺動面の各部への供給が実現される。また、マイクロテクスチャ部は、微小油溝を隔てるプラトー部を含む。プラトー部における、他の部材との接触部分を含む第１の部分の断面形状の曲率半径が、第１の部分と微小油溝の底部との間の第２及び第３の部分の断面形状の曲率半径より大きいので、他の部材との接触部分における面圧の上昇が抑制される。また、第２及び第３の部分と、第１の部分との曲率半径の差異に起因して、第２または第３の部分から第１の部分に向かうに従って、摺動部材と他の部材とのクリアランスが小さくなる。これにより、動圧効果が生じることとなり、他の部材との接触部分となるプラトー部の頂部に、微小油溝に貯留された潤滑油が供給されやすくなる。これにより、潤滑特性の向上が可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る摺動部材では、マイクロテクスチャ部は、他の部材からの荷重が最も大きくかかる部分である最大荷重部を含む一定の範囲である主荷重部に設けられることとしてもよい。
【０００９】
この摺動部材によれば、マイクロテクスチャ部が主荷重部に設けられるので、マイクロテクスチャ部に潤滑油が導入されることにより、摺動する他の部材の荷重が大きくなる領域に潤滑油を供給できる。
【００１０】
また、本発明に係る摺動部材では、第２の部分の曲率半径と第３の部分の曲率半径とは略等しいこととしてもよい。
【００１１】
この摺動部材によれば、第２の部分から第１の部分に至るにつれての摺動部材と他の部材とのクリアランスの変化と、第３の部分から第１の部分に至るにつれての摺動部材と他の部材とのクリアランスの変化とが同様であるので、微小油溝が延びる方向と交わる方向に沿う２方向のうちのいずれの方向の他の部材の摺動においても、動圧効果によるプラトー部の頂部に対する潤滑油の供給が同等に実現される。従って、当該摺動部材を、他の部材が摺動面を往復して摺動するような部品として適用できる。また、当該摺動部材の他の部材に対する組み付けの方向に自由度が増すこととなる。
【００１２】
また、本発明に係る摺動部材では、摺動部材は、エンジンのコンロッドの小端孔の内周面に沿って設けられ、ピストンピンが摺動可能に挿入されるブシュであり、他の部材は、ピストンピンであることとしてもよい。
【００１３】
この摺動部材によれば、他の部材をエンジンのピストンピンとしたときに、コンロッドの内周面に設けられピストンピンが挿入されるブシュを好適に構成できる。
【００１４】
また、本発明に係る摺動部材では、摺動部材は、エンジンのコンロッドの小端孔の内周面に沿って設けられ、ピストンピンが摺動可能に挿入されるブシュであり、他の部材は、ピストンピンであって、摺動部材は、コンロッドの大端部側から供給される潤滑油を前記小端孔内に導くための連通孔と連通しており、ピストンピンとの摺動面に設けられた導油孔を備え、導油孔は、１〜１０ｍｍのミリメートルオーダーの直径を有し、微小油溝は、１〜１０００μｍのマイクロメートルオーダーの幅を有することとしてもよい。
【００１５】
この摺動部材によれば、導油孔と微小油溝との断面積の差により、微小油溝に供給される潤滑油の圧力が高められること、及び、微小油溝の断面積が小さいことによる毛細管現象により、主荷重部の全般に亘って効果的に潤滑油を供給できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、他の部材との接触面における面圧の上昇を抑制しつつ、潤滑特性の向上が可能な摺動部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るブシュが備えられるエンジンのコンロッドの側面図である。
【図２】本実施形態のブシュの一例を示す図であって、ブシュの内側面の一部を示す展開図である。
【図３】マイクロテクスチャ部を示す斜視図である。
【図４】マイクロテクスチャ部の、微小油溝が延びる方向に直交する断面図である。
【図５】図４におけるＡの部分の拡大図であって、マイクロテクスチャ部における動圧効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る摺動部材の一例であるブシュが備えられるコンロッドの側面図である。図２は、本実施形態のブシュの一例を示す図であって、ブシュの内側面の一部を示す展開図である。
【００２０】
図１に示すコンロッド２０は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関に備えられ、ピストンとクランク軸とを連結し、ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動へと変換する部材である。コンロッド２０は、金属製であり、例えば鉄鋼により形成されている。コンロッド２０は、例えば棒状を呈している。コンロッド２０は、一端側に形成された小端部２２と、他端側に形成された大端部（図示せず）と、を有している。小端部２２は、先細り形状を呈している。小端部２２には、断面が円形状の小端孔２４が形成されている。この小端孔２４の内周面に沿って、本実施形態のブシュ１が設けられている。このブシュ１には、ピストンピン（図示せず）が摺動可能に挿入される。大端部には、大端孔が形成されており、この大端孔に前記クランク軸が連結されている。
【００２１】
ブシュ１に挿入されるピストンピンは、ピストンとコンロッド２０の小端部２２とを揺動自在に連結する部材である。ピストンピンは、金属製であり、例えばクロムモリブデン鋼により形成されている。ピストンピンは、円形の外周面を有する棒状を呈している。
【００２２】
ブシュ１は、ピストンピンとの間に介在して、ピストンピンを摺動可能に収容するための部材であって、中空の筒状に形成され外周面が小端孔２４の内側面に沿うように設けられている。ブシュ１の内側面は、ピストンピンとの摺動面を構成する。ブシュ１は、金属製であり、例えば銅を基材とする合金により形成されている。コンロッド２０の大端部側から供給される潤滑油は、連通孔２８及びブシュ１の導油孔１９を通り、小端孔２４内及びブシュ１の内周面に供給される。導油孔１９は、１〜１０ｍｍのいわゆるミリメートルオーダーの直径を有する。
【００２３】
図２に示すように、ブシュ１は、組み付けられる部材であるピストンピンが摺動する摺動面の少なくとも一部に設けられたマイクロテクスチャ部１０を備える。矢印ｒＡは、ブシュ１の内側面の周方向、且つ、ピストンピンの摺動方向を示す。
【００２４】
マイクロテクスチャ部１０は、他の部材からの荷重が最も大きくかかる部分である最大荷重部を含む一定の範囲である主荷重部に設けられる。本実施形態では、マイクロテクスチャ部１０は、ピストンピンからの荷重が最も大きくかかる最大荷重部Ｌｘを含む主荷重部Ｌに設けられる。
【００２５】
主荷重部Ｌは、例えば、下降行程のピストンの動作に基づくピストンピンによる荷重が作用する領域を少なくとも含む。なお、本明細書では、エンジンの吸入行程及び燃焼行程を下降行程と称する。この下降の方向は、エンジンのレイアウトに依存し、重力方向に限定されない。図１に示す例では、主荷重部Ｌは、ブシュ１の内周面における下方に位置する。
【００２６】
さらに具体的には、コンロッド２０はピストンに対して揺動するので、この揺動に伴い、ブシュ１の内周面に対するピストンピンによる荷重方向が変化する。従って、主荷重部Ｌは、コンロッド２０の揺動に伴う、下降行程のピストンの、当該ブシュ１の内周面に対する相対的な動作方向の変化範囲に対応する領域を含む。また、最大荷重部Ｌｘは、主荷重部Ｌのうちの周方向における略中央の部分である。図１に示す例では、最大荷重部Ｌｘは、ブシュ１の内周面における最下方に位置する。
【００２７】
図３は、マイクロテクスチャ部１０を示す斜視図である。図４は、マイクロテクスチャ部１０の、微小油溝１１Ｌが延びる方向に直交する断面図である。
【００２８】
図３に示すように、マイクロテクスチャ部１０は、ブシュ１の内側面の周方向（矢印ｒＡの方向）に交わる方向に沿う複数の微小油溝の底部１１を有する。ブシュ１の内側面の周方向（矢印ｒＡの方向）は、ピストンピンＰ（他の部材）の摺動方向（矢印ｒＢ）に略一致するので、マイクロテクスチャ部１０は、ピストンピンＰの摺動方向に交わる方向に沿う複数の微小油溝の底部１１を有することになる。また、マイクロテクスチャ部１０は、微小油溝１１Ｌを隔てるプラトー部１３を有する。即ち、マイクロテクスチャ部１０では、微小油溝の底部１１とプラトー部１３とがブシュ１の内側面の周方向（矢印ｒＡの方向）に沿って交互に繰り返し配列されている。
【００２９】
微小油溝１１Ｌは、導油孔１９から供給された潤滑油を摺動面の各部に行き渡らせると共に、供給された潤滑油を貯留する。プラトー部１３における微小油溝が延びる方向に直交する断面は、各部で曲率半径が異なる円弧形状を呈する。
【００３０】
図２に示すように、ブシュ１は、ピストンピンＰとの摺動面に設けられた導油孔１９を備えている。この導油孔１９は、コンロッド２０の大端部側から供給される潤滑油を小端孔内に導くための連通孔２８と連通している。なお、ピストンピンＰの軸方向及びブシュ１の軸方向は、図２における図示縦方向に相当し、ピストンピンＰ及びブシュ１の周方向は図３における図示横方向（矢印ｒＡの方向）に相当する。
【００３１】
図４に示すように、複数の微小油溝１１Ｌは、摺動する部材であるピストンピンＰと接触する接触部分１３Ｔにより隔てられている。微小油溝１１Ｌの幅は、いわゆるマイクロメートルオーダーであって、例えば、１〜１０００μｍである。また、微小油溝１１Ｌの深さも、例えば、１〜１０００μｍのマイクロメートルオーダーである。
【００３２】
プラトー部１３の断面の形状を具体的に説明する。プラトー部１３は、摺動する部材であるピストンピンＰと接触する接触部分１３Ｔを少なくとも含む第１の部分１３Ａを含む。また、プラトー部１３は、当該プラトー部１３が隔てる第１及び第２の微小油溝の底部１１Ｂ，１１Ｃのうちの第１の微小油溝の底部１１Ｂと第１の部分１３Ａとの間に設けられた第２の部分１３Ｂと、第２の微小油溝の底部１１Ｃと第１の部分１３Ａとの間に設けられた第３の部分１３Ｃとを含む。
【００３３】
プラトー部１３の第１〜第３の部分１３Ａ〜１３Ｃは、前述のとおり、円弧形状を有する。そして、第１の部分１３Ａの曲率半径は、第２の部分１３Ｂ及び第３の部分１３Ｃの曲率半径より大きい。このように、ピストンピンＰとの接触部分１３Ｔを含む第１の部分１３Ａの曲率半径が、その他の部分よりも大きいことにより、ピストンピンＰとの接触部分における面圧の上昇が抑制される。これにより、ブシュ１のピストンピンＰとの摺動面における摺動特性及び潤滑特性の悪化が防止される。なお、断面が円弧形状を有する部分が他の部材と接触するときに、その接触部分における接触応力及び面圧が、接触部分における曲率半径が大きいほど小さくなることは、ヘルツの接触応力の理論により周知の事項である。
【００３４】
図５は、図４における部分Ａの拡大図であって、マイクロテクスチャ部１０における動圧効果を説明する図である。図４を参照して説明したように、第１の部分１３Ａの曲率半径は、第２の部分１３Ｂ及び第３の部分１３Ｃの曲率半径より大きい。この曲率半径の差異及び第１の部分１３Ａが円弧形状を有することに起因して、第２の部分１３Ｂまたは第３の部分１３Ｃから第１の部分１３Ａに向かうに従って、ブシュ１の内側面とピストンピンＰとのクリアランスが小さくなる。これにより、ピストンピンＰが矢印ｒＢに示す方向に摺動すると、微小油溝１１Ｌに貯留されている潤滑油においていわゆる動圧効果が生じることとなり、矢印ＯＦに示すように潤滑油の流れが発生する。そして、ピストンピンＰとの接触部分１３Ｔであるプラトー部１３の頂部に、微小油溝１１Ｌに貯留された潤滑油が供給されやすくなる。これにより、ブシュ１のピストンピンＰとの摺動面における潤滑特性の向上が可能となる。
【００３５】
なお、図４に示すように、ブシュ１では、第２の部分１３Ｂの曲率半径と第３の部分１３Ｃの曲率半径とは略等しく構成することができる。第２の部分１３Ｂから第１の部分１３Ａに至るにつれてのブシュ１とピストンピンＰとのクリアラスの変化と、第３の部分１３Ｃから第１の部分１３Ａに至るにつれてのブシュ１とピストンピンＰとのクリアランスの変化とが同様であるので、微小油溝１１Ｌが延びる方向と交わる方向に沿う２方向のうちのいずれの方向のピストンピンＰの摺動においても、動圧効果によるプラトー部１３の頂部に対する潤滑油の供給が同等に実現される。このような構造は、本実施形態のように、ピストンピンＰがブシュ１の摺動面を往復して摺動するような場合に好適である。また、ブシュ１のピストンピンＰに対する組み付けの方向の自由度が増すこととなる。
【００３６】
また、このような構造により、本実施形態においてブシュ１に例示される摺動部材を、他の部材が摺動面を往復して摺動するような部品として適用することができると共に、当該摺動部材の他の部材に対する組み付けの方向に自由度が増すこととなる。
【００３７】
また、導油孔１９がミリメートルオーダーの直径を有し、微小油溝１１Ｌがマイクロメートルオーダーの幅を有することにより、本実施形態のブシュ１では、導油孔１９と微小油溝１１Ｌとの断面積の差が非常に大きくなる。これにより、微小油溝１１Ｌに供給される潤滑油の圧力が高められることとなり、さらに、微小油溝１１Ｌの断面積が小さいことによる毛細管現象により、主荷重部Ｌの全般に亘って効果的に潤滑油を供給できる。
【００３８】
なお、本実施形態では、図４に示すように、第２の部分１３Ｂの曲率半径と第３の部分１３Ｃの曲率半径とは略等しく構成することとしているが、両曲率半径が異なっていてもよい。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態の摺動部材の一例であるブシュ１では、他の部材の一例であるピストンピンＰとの摺動面にマイクロテクスチャ部１０が設けられている。マイクロテクスチャ部１０は、摺動方向に交わる方向に沿う微小油溝１１Ｌを含んでいる。この微小油溝１１Ｌにより、供給された潤滑油の貯留及び摺動面の各部への供給が実現される。また、マイクロテクスチャ部１０は、微小油溝１１Ｌを隔てるプラトー部１３を含む。プラトー部１３における、ピストンピンＰとの接触部分１３Ｔを含む第１の部分１３Ａの断面形状の曲率半径が、第１の部分１３Ａと微小油溝の底部１１Ｂ及び１１Ｃとの間の第２の部分１３Ｂ及び第３の部分１３Ｃの断面形状の曲率半径より大きいので、ピストンピンＰとの接触部分１３Ｔにおける面圧の上昇が抑制される。また、第２の部分１３Ｂ及び第３の部分１３Ｃと、第１の部分１３Ａとの曲率半径の差異に起因して、第２の部分１３Ｂまたは第３の部分１３Ｃから第１の部分１３Ａに向かうに従って、ブシュ１とピストンピンＰとのクリアランスが小さくなる。これにより、動圧効果が生じることとなり、ピストンピンＰとの接触部分１３Ｔとなるプラトー部１３の頂部に、微小油溝１１Ｌに貯留された潤滑油が供給されやすくなる。これにより、潤滑特性の向上が可能となる。
【００４０】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００４１】
本実施形態では、微小油溝の底部１１の間隔としても定義しうるプラトー部１３の幅、及び各プラトー部１３における第１〜第３の部分１３Ａ〜１３Ｃの曲率半径は、図２に示したマイクロテクスチャ部１０の全面に亘って一様であることとしているが、マイクロテクスチャ部１０の各部分において異なっていてもよい。例えば、主荷重部Ｌを含む一定範囲の第１の部分１３Ａの曲率半径が、マイクロテクスチャ部１０における前記一定範囲以外の部分における第１の部分１３Ａの曲率半径より大きくてもよい。
【００４２】
また、ブシュ１の軸方向に対しての位置に応じて、プラトー部１３の幅、微小油溝１１Ｌの間隔、第１〜第３の部分１３Ａ〜１３Ｃの曲率半径、及び、ブシュ１の軸方向に対する微小油溝１１が延びる方向の角度が異なっていてもよい。
【００４３】
また、マイクロテクスチャ部１０は、ブシュ１の内側面の全面に亘って設けられていてもよい。
【００４４】
また、ブシュ１を例示して摺動部材を説明したが、本実施形態の摺動部材はブシュには限られない。本実施形態の摺動部材は、例えば、軸受部を構成する部品の全般に適用することが可能であり、その例としては、クランクシャフトの軸受が挙げられる。
【符号の説明】
【００４５】
１…ブシュ、１０…マイクロテクスチャ部、１１Ｌ…微小油溝、１１，１１Ｂ，１１Ｃ…微小油溝の底部、１３…プラトー部、１３Ａ…第１の部分、１３Ｂ…第２の部分、１３Ｃ…第３の部分、１９…導油孔、２０…コンロッド、２２…小端部、２４…小端孔、２８…連通孔、Ｌ…主荷重部、Ｐ…ピストンピン。
【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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