(57)【要約】  本発明は、被加工物（３）の使用中であるときに潤滑剤を被加工物（３）に供給するために、高圧水ジェット（８）によって、毛管（９）が被加工物表面（４）に形成される、被加工物表面（４）を加工する方法に関し、前記毛管は潤滑剤リザーバの働きをする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物が使用状態であるとき潤滑剤が供給されることになる被加工物表面を加工する方法であって、
毛管（９）が高圧水ジェット（８）によって被加工物表面（４）に形成され、これらの毛管（９）は、前記被加工物（３）が使用状態にあるとき潤滑剤リザーバとして働くことを特徴とする方法。
【請求項２】
内燃機関（１）のシリンダライナ（３ａ）のシリンダ摺動面（４ａ）が機械加工されるべき前記被加工物表面（４）として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記毛管（９）が前記シリンダ摺動面（４ａ）に対して移動するピストン（１０）の上死点（ＴＤＣ）の直ぐ下の領域に形成されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記毛管（９）が前記シリンダ摺動面（４ａ）に対して移動するピストン（１０）の下死点（ＢＤＣ）の直ぐ上の領域に形成されることを特徴とする請求項２あるいは３に記載の方法。
【請求項５】
前記毛管（９）が、１：２〜１：１０の、幅（ｂ）対深さ（ｔ）の比を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記毛管（９）が１０〜６０μｍの幅（ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記毛管（９）が６０〜１２０μｍの深さ（ｔ）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記高圧水ジェット（８）が複数の高圧ノズル（７）を有するガン（６）によって噴射され、１〜８本の高圧ノズル（７）が前記ガン（６）の周囲に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ガン（６）が１０〜１０００ｒｅｖ／分、特に１００〜５００ｒｅｖ／分で回転されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記高圧水ジェット（８）が１８００〜３２００バールの圧力で噴射されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物が使用中であるときに潤滑剤が供給されることになる被加工物表面を加工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な種類の方法は特許文献１で開示されている。この場合、好ましくは互いに対して交差するように延びる凹所は、レーザジェットによって被加工物表面に形成される。しかしながら、特にシリンダ摺動面の場合にこの方法を適用すると、特に被加工物表面の凹所の全てが互いに連通しているので、潤滑剤がピストンの運動中に凹所に残らないばかりか、ピストンリングによって前記凹所から押し出されるという欠点がある。この結果は、潤滑剤が通常、潤滑を必要とする場所になく、前記適用中、高オイル消費量、ゆえにより悪いエミッションにつながる因子となる。周知方法の他の欠点には、その比較的高い費用や不可欠な補修がある。
【０００３】
【特許文献１】独国特許発明第４３  １６  ０１２  Ｃ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ゆえに、被加工物が使用中であるとき潤滑剤が供給されることになる被加工物表面を加工する方法を提供することであり、その方法によって被加工物表面の潤滑剤の最適な供給が確保される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の特徴によって本発明より達成される。
【０００６】
高圧水ジェットによって被加工物表面に本発明により形成された毛管によって、個々の凹所が前記被加工物表面に得られ、それらの凹所内に、潤滑剤が、被加工物が関与する相対運動中に被加工物から分配されることなく、浸透できる。このことは、毛管が互いに連通していない凹所であるからであり、一定量の潤滑剤が常にそれらの中に留まる。ゆえに、トライボロジー応力下での摩擦力や磨耗を最小限に抑える効果を有する微小圧力室を形成する。
【０００７】
高圧水ジェットで作製される毛管は、例えば、スチール構造の塑性変形の形で又は剥離片状黒鉛の形で生じても良い。
【０００８】
表面を粗くする高圧水ジェットの使用は、基本的に独国特許出願公開第１０１  ５３  ３０５  Ａ１号明細書で開示されている。これは、費用対効果が大きく、信頼性の高い方法である。
【０００９】
本発明による方法によって、毛管は、潤滑剤の供給が必要な加工される被加工物表面のこれらの領域にそれぞれ有利に提供されるが、その表面の残りの部分、特に上死点と下死点との間の部分は、可能な限り小さな表面粗さで仕上げることができる。そこで優勢な高ピストン速度のため、流体潤滑は低潤滑剤量でも達成される。
【００１０】
有利な発展形態において、内燃機関のシリンダライナが機械加工される被加工物として使用される場合、内燃機関の摩擦や磨耗、さらにオイル消費量及びエミッションがシリンダ摺動面のトライボロジー特性の本発明による最適化によって低減できる。
【００１１】
この状況でシリンダ摺動面に対し移動するピストンの上死点の直ぐ下の領域に毛管が形成される場合、もっとも大きな負荷、特にもっとも大きな熱負荷を受ける領域への潤滑剤の特に十分な供給が、内燃機関の動作中に得られるが、シリンダ摺動面の中央領域は加工される必要がなく、ゆえにより低い高さの潤滑皮膜、内燃機関のオイル消費量を著しく低減できる因子を有する。
【００１２】
さらに、毛管がシリンダ摺動面に対して移動するピストンの下死点の直ぐ上の領域に形成されても良い。上死点に関して記載されたことは基本的にこの手法に当てはまり、その違いは、下死点の領域が顕著な熱負荷を受けないということである。
【００１３】
本発明の他の有利な構成や発展形態は、残りの従属請求項から得られる。本発明の例示的実施形態は基本的に以下で説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、加工されるべき被加工物３を形成するシリンダライナ３ａが周知方法で配置される、クランクケース２を有する内燃機関１を非常に概略的な図で示す。被加工物３について、その被加工物表面４、つまりこの場合のシリンダ摺動面４ａは、正確には、シリンダライナ３ａの使用中のシリンダライナ３ａへの、潤滑剤、例えばオイルの供給を改良するために、加工されるようになっている。
【００１５】
このために、装置５は被加工物３に、つまりこの場合ではシリンダライナ３ａのボア内に移動され、この装置５は複数の高圧ノズル７を備えているガン６を有する。１〜８本の高圧ノズル７はガン６の周囲に配置されることが好ましく、高圧ジェット８は前記高圧ノズル７を経由して被加工物３の方向に噴射される。特に、異なる種類の被加工物３の場合、さらに多数の高圧ノズル７の使用も考えられ、必要なら複数の面にも配置できる。
【００１６】
被加工物３の材料により、高圧水ジェット８が１８００〜３２００バールの圧力で噴射されるので、それらは被加工物３から材料の一部を除去でき、個々の毛管９の形の微小構造が被加工物表面４に形成され、それらの毛管９の形状や寸法については後に詳細に触れる。
【００１７】
示されるように、高圧水ジェット８は、水平面に、つまり縦軸６に対し９０°で連続的に分配されることが好ましい。加工中、ガン６は１０〜１０００ｒｅｖ／分で、特に１００〜５００ｒｅｖ／分で回転される。さらに、次のパラメータは被加工物３にアルミニウム又はアルミニウム合金を使用するとき実用的であることを証明した：１０〜２０ｌ／分の水流量において２８００〜３２００バールの高圧水ジェット８の圧力あるいは２５〜４５ｌ／分の水流量において１８００〜２２００バールの高圧水ジェット８の圧力、５〜１２ｍｍ／分のガン６の送り、及び１０〜１５ｍｍの被加工物表面４からの高圧ジェット７の距離。
【００１８】
ねずみ鋳鉄、ねずみ鋳鉄合金又は鋼が被加工物３用の母材として使用される場合、１０〜２０ｌ／分の水流量において２８００〜３２００バールの高圧水ジェット８の圧力又は２５〜４５ｌ／分の水流量において１８００〜２２００バールの高圧水ジェット８の圧力が同じように使用されても良い。しかしながら、アルミニウムと対照的に、ガン６の送りは、単に０．５〜５ｍｍ／分であるべきであり、被加工物表面４からの高圧ノズル７の距離は同じように１０〜１５ｍｍであっても良い。
【００１９】
図２及び３は、高圧水ジェット８によって加工されたシリンダライナ３ａ、及び形成された毛管９の形の例を示す。確率分布に従って配置される毛管９は、１：２〜１：１０の範囲の、幅ｂ対深さｔの比を有することが好ましい。被加工物３に使用された材料がアルミニウム合金である場合、それらの直径又はそれらの幅ｂは１０〜２０μｍであり、それらの深さｔは平均で約６０μｍである。対照的に、被加工物３に使用された材料がねずみ鋳鉄又は鋼である場合、毛管９の直径又は幅ｂは４０〜６０μｍの範囲にあり、深さｔは平均で約１２０μｍである。毛管９の形及び大きさは、上述のパラメータによってある程度まで影響を受ける。例えば、毛管９は、チャネル、孔又はトラフ状凹所の形で被加工物表面４に形成される。図３を参照すると、毛管９はそれぞれそれらの形に関係なく互いに接続されていないことが分かる。
【００２０】
特にシリンダ摺動面４ａを加工するとき、シリンダ摺動面４ａに対して移動するピストン１０の上死点ＴＤＣの直ぐ下の領域に、及びピストン１０の下死点ＢＤＣの直ぐ上の領域に毛管９を形成するのが適している。毛管９が形成される領域は、例えば、それぞれ上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとの間の距離の１０〜１５％であっても良い。このようにして、潤滑剤、好ましくは、オイルは、シリンダライナ３ａが使用中であるとき特にピストン１０の反転領域に残るので、特に高い機械的及び熱負荷の両者を受けるこれらの領域において、内燃機関１の低オイル消費量、ゆえに、低エミッションにも貢献する改良された潤滑剤の供給が提供される。毛管９がそれぞれそれらの形に関係なく互いに接続されていない事実のため、ピストン１０は、毛管９間で潤滑剤を分配できないので、毛管９は理想的に潤滑剤ポケット又は潤滑剤リザーバとして働き、したがって、トライボロジー上の対偶、この場合ピストン１０、と共に圧力クッションを形成できる。このことは、問題の領域での潤滑剤の均一な分布を確実にする。
【００２１】
潤滑剤分布、つまり潤滑皮膜の厚さの分布が、シリンダ摺動面４ａの下死点ＢＤＣと上死点ＴＤＣとの間のピストン１０の経路に対してプロットされたものが、図４による線図でも示される。ここでは、破線は従来技術による分布を示し、最大量の潤滑剤が中央領域に集まるが、２つの死点ＢＤＣ及びＴＤＣにはほんの少しの潤滑剤しかないことが分かる。しかしながら、本発明による方法によって、実線で示されるように、十分な潤滑剤供給が、特に２つの死点ＴＤＣ及びＢＤＣの領域に達成される。
【００２２】
シリンダ摺動面４ａの場合に適用される代わりに、記載の方法が、例えば、カムシャフト又はクランクシャフト軸受の場合に、又は被加工物３が使用中であるとき潤滑剤が供給されることになる他の被加工物表面４の場合に適用されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による方法を実行する装置を示す。
【図２】本発明による方法によって加工されたシリンダ摺動面を示す。
【図３】図２からの矢印ＩＩＩの方向に見たシリンダ摺動面の図を示す。
【図４】シリンダ摺動面に対して移動するピストンの上死点と下死点との間の潤滑皮膜の厚さの分布を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年12月13日(2005.12.13)
【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】
被加工物が使用状態であるとき潤滑剤が供給されることになる被加工物表面を加工する方法であって、
毛管（９）が高圧水ジェット（８）によって被加工物表面（４）に形成され、これらの毛管（９）は、前記被加工物（３）が使用状態にあるとき潤滑剤リザーバとして働き、幅（ｂ）が１０〜６０μｍ、深さ（ｔ）が６０〜１２０μｍで、１：２〜１：１０の幅（ｂ）対深さ（ｔ）の比を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
内燃機関（１）のシリンダライナ（３ａ）のシリンダ摺動面（４ａ）が機械加工されるべき前記被加工物表面（４）として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記毛管（９）が前記シリンダ摺動面（４ａ）に対して移動するピストン（１０）の上死点（ＴＤＣ）の直ぐ下の領域に形成されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記毛管（９）が前記シリンダ摺動面（４ａ）に対して移動するピストン（１０）の下死点（ＢＤＣ）の直ぐ上の領域に形成されることを特徴とする請求項２あるいは３に記載の方法。
【請求項５】
前記高圧水ジェット（８）が複数の高圧ノズル（７）を有するガン（６）によって噴射され、１〜８本の高圧ノズル（７）が前記ガン（６）の周囲に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ガン（６）が１０〜１０００ｒｅｖ／分、特に１００〜５００ｒｅｖ／分で回転されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記高圧水ジェット（８）が１８００〜３２００バールの圧力で噴射されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
特許文献１は、自動車のエンジンのシリンダバレル内のピットの製造を示し、シリンダバレルとエンジンピストンとの間の潤滑を改良するためにオイルがピット内に蓄えられることが意図される。これらのピットは、最大２０μｍまでの深さを有する。シリンダバレル内のピット形成の製造は、より大きな寸法でなければ、ピットと同寸法を有するグラファイトクラスタの開口部であるように、同様に特許文献２に記載されている。
流体ジェットによる、シリコーンなどの機械的抵抗材料粒子が埋め込まれたシリンダバレルのアルミニウム母材の除去は、特許文献３から推測できる。これらの粒子は、エンジンピストンが可能な限り磨耗せずに粒子に沿って滑動できるように露出される。
特許文献４において、第１コラム、２７〜３１行によれば、凹所が被加工物表面に提供され、これらの凹所は、自然に存在する不規則に配置された凹所の人工的増加を構成する。これらの凹所は、鋳造孔と明白に呼ばれる。この仕様は周知凹所の明白なパターンを再生する。孔は深さは小さいが、それに対しかなり幅が広いことが知られている。これらの孔は、オイル保持容積を形成するが、それらの構造のため、被加工物表面への潤滑剤の最適な供給ができない。比較的大きな表面のため、対応する大量のオイルがエンジンの運転中に蒸発し、このことは緩やかではあるが、少なくないオイルの消費につながる。さらに、ピストンが孔の上を移動すると、ピストンは孔の中にあるオイル量の一部を削ぎ取り、シリンダボアから前記部分を回復不能に押し出し、オイル消費量をさらに増す因子となる。孔全体のオイル保持容積は、従って比較的短時間後でも排出されるので、シリンダバレルを形成する、被加工物表面には、もはや潤滑剤が最適に供給されない。潤滑剤の供給の欠落のためによるエンジンへの損傷を防止するために、追加的な潤滑剤量の支援がゆえに必要となる。
特許文献５において、水ジェットは同じようにシリンダバレルに利用される。ピットはここでも製造されるが、それらの平均深さは７５〜１０μｍである。
一般的な種類の方法は特許文献６で開示されている。この場合、好ましくは互いに対して交差するように延びる凹所は、レーザジェットによって被加工物表面に形成される。しかしながら、特にシリンダ摺動面の場合にこの方法を適用すると、特に被加工物表面の凹所の全てが互いに連通しているので、潤滑剤がピストンの運動中に凹所に残らないばかりか、ピストンリングによって前記凹所から押し出されるという欠点がある。この結果は、潤滑剤が通常、潤滑を必要とする場所になく、前記適用中、高オイル消費量、ゆえにより悪いエミッションにつながる因子となる。周知方法の他の欠点には、その比較的高い費用や不可欠な補修がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公表第１００  ８５  １６８  Ｔ１号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０  １６９  ９８４  Ａ２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１９５  ０６  ５６８  Ａ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１９８  ０９  ３６７  Ａ１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，６２６，６７４号明細書
【特許文献６】独国特許発明第４３  １６  ０１２  Ｃ２号明細書
【国際調査報告】
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