(57)【要約】【課題】摺動ストローク全域に亘って安定的な潤滑状態を発揮できる新規な摺動部品およびその製造方法の提供。【解決手段】互いに摺動する第１および第２の摺動面１０、２０に、油溜まりとなる凹部１１，２１を複数形成し、前記第２摺動面２０に形成される凹部２１の大きさを前記第１摺動面１０に形成される隣接する凹部１１間の平均距離よりも大きくする。これにより、油膜剪断損失が発生する領域などで第１摺動面１０の隣接する凹部１１が第２摺動面２０に形成された凹部２１によって高効率で連通して両摺動面１０，２０の接触部近傍に新たな潤滑流体が速やかに供給されるため、摺動ストローク全域に亘って安定的な潤滑状態を保つことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに摺動する第１と第２の摺動面を有する摺動部品であって、
前記第１および第２の摺動面には、油溜まりとなる凹部が複数形成されており、
前記第２の摺動面に形成される凹部の大きさは、前記第１の摺動面に形成される隣接する凹部間の平均距離よりも大きいことを特徴とする摺動部品。
【請求項２】
請求項１に記載の摺動部品において、
前記第１の摺動面に形成される凹部はディンプル状になっていると共に、前記第２の摺動面に形成される凹部は溝状となっていることを特徴とする摺動部品。
【請求項３】
請求項２に記載の摺動部品において、
前記第１の摺動面に形成される凹部は、ショットピーニングまたはショットブラストにより形成されていると共に、前記第２の摺動面に形成される凹部は、転圧加工により形成されていることを特徴とする摺動部品。
【請求項４】
請求項３に記載の摺動部品の製造方法において、
前記ショットピーニングまたはショットブラストあるいは転圧加工により形成された凹部が形成された少なくとも一方の摺動面に、球またはローラー状の圧子を押しつけながら転動させてその摺動面を平坦化することを特徴とする摺動部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプなどの流体圧駆動機器などを構成する摺動部品とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や建設機械には油圧ポンプなどの多くの摺動部品が用いられている。従来からこれらの摺動部品の摺動表面には、摺動面間の摩擦抵抗を低減させるための潤滑表面処理や表面加工が施されており、摩擦抵抗に起因した動力損失を減らすことで摺動機構の作動効率を向上させている。摺動面間の摩擦抵抗を低減させる方法として例えば以下の特許文献１では、摺動面上に潤滑溝を加工成形することで摺動面間の潤滑状態を改善する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７１２０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１の方法によると、油潤滑環境下での往復摺動において、滑り速度が大きいストローク工程の中央部では、表面粗さの微細凸部が形成油膜に高速で剪断応力を与えるため、油膜剪断に起因した摩擦損失が大きい。また、ストローク部では、摺動方向折り返し動作の際、滑り速度が零になるため、摺動面に作用している荷重によって摺動面間から潤滑油が押し出され、油膜切れが生じてしまう。
【０００５】
そのため、ストローク中央部における摩擦損失低減と、ストローク端部における油膜切れ防止の両方を実現するためには、摺動面上に形成する潤滑溝深さをストローク中央部において最も深く、ストローク中央部からストローク両端部に向けて徐々に浅くなるように形成することが望ましいとしている。
【０００６】
しかし、上記の理想的な潤滑形状を摺動面上に形成しようとする場合、例えば、加工手段を切削加工した場合、刃具の切込み深さを潤滑溝形成位置ごとに変化させる必要があり、多大な加工時間、高額な精密加工を要するという問題がある。このことから、摺動面の潤滑摺接状態の変化に対しても高い摺動安定性で潤滑効果を発揮し、さらに簡素な設備で多くの加工時間を要せずに作製可能な高潤滑性の摺動面が必要とされている。
【０００７】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、簡素な設備で多くの加工時間を要することなく、摺動ストローク全域に亘って安定的な潤滑状態を発揮することができる新規な摺動部品およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために第１の発明は、互いに摺動する第１と第２の摺動面を有する摺動部品であって、前記第１および第２の摺動面には、油溜まりとなる凹部が複数形成されており、前記第２の摺動面に形成される凹部の大きさは、前記第１の摺動面に形成される隣接する凹部間の平均距離よりも大きいことを特徴とする摺動部品である。
【０００９】
このような構成によれば、互いの摺動面同士が高速で摺動しているときでも、ストローク中央部での油膜剪断損失が発生する領域や、ストローク端部での油膜切れが発生する領域においても第２の摺動面の隣接する凹部が第２の摺動面に形成された凹部によって高効率で連通して両摺動面の接触部近傍に新たな潤滑流体が速やかに供給されるため、摺動ストローク全域に亘って安定的な潤滑状態を保つことができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１の摺動面に形成される凹部はディンプル状になっていると共に、前記第２の摺動面に形成される凹部は溝状となっていることを特徴とする摺動部品である。このような構成によれば、両摺動面同士の接触面積を大きく減少させることなく、第１の摺動面に形成される隣接するディンプル状の凹部同士を第２の摺動面に形成される溝状の凹部によって高効率で連通状態とすることができる。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記第１の摺動面に形成される凹部は、ショットピーニングまたはショットブラストにより形成されていると共に、前記第２の摺動面に形成される凹部は、転圧加工により形成されていることを特徴とする摺動部品である。このような構成によれば、各摺動面に対してそれぞれディンプル状の凹部および溝状の凹部を容易かつ確実に形成することができる。なお、このショットピーニングまたはショットブラストおよび転圧加工については後に詳述する。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、前記ショットピーニング、ショットブラストまたは転圧加工により形成された凹部が形成された少なくとも一方の摺動面に、球またはローラー状の圧子を押しつけながら転動させてその摺動面を平坦化することを特徴とする摺動部品の製造方法である。このような平坦化加工を施すことにより、凹部の周囲に形成された隆起部が押し潰されて凹部の周囲が平坦化されるため、剪断応力の発生を抑制することができる。また、この平坦化加工によって凹部周囲の組織が加工硬化するため、凹部周囲の耐摩耗性が向上し、より長期に亘って優れた潤滑性能を発揮することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の摺動部品によれば、互いの摺動面同士が高速で摺動しているときでも、ストローク中央部での油膜剪断損失が発生する領域や、ストローク端部での油膜切れが発生する領域においても第２の摺動面の隣接する凹部が第２の摺動面に形成された凹部によって高効率で連通して両摺動面の接触部近傍に新たな潤滑流体が速やかに供給される。また、切削加工のように多くの加工時間を要することがなく、短時間で多くの溝状凹部を連続して加工成形することができる。また、レーザー加工のように高価な設備を要しないため、製造コストも安価となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る摺動部品１００の摺動面１０の実施の一形態を示す拡大断面図である。
【図２】ショットピーニングによって第１摺動面１０に形成された直後の凹部１１を示す部分拡大断面図である。
【図３】（Ａ）は転写加工によって第２摺動面２０に形成された直後の凹部２１を示す拡大斜視図、（Ｂ）は図３（Ａ）中Ｓ断面図である。
【図４】ショットピーニングによって第１摺動面１０に凹部１１を形成する状態を示す概念図である。
【図５】ショットピーニングによって複数の凹部１１が形成された第１摺動面１０を示す概念図である。
【図６】図５中Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図７】第２摺動面に対して刃状突起３１を用いて溝状の凹部２１を塑性加工している状態を示す概念図である。
【図８】圧子１４を用いて凹部１１周囲の隆起部１３を押し潰して平坦化している状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る摺動部品１００の第１摺動面１０と第２摺動面２０との摺動部分の構造を示した概念図である。本発明に係る摺動部品１００は、前述したように例えば自動車や産業機械などに用いられている油圧ポンプなどの流体圧駆動機器用の摺動部品などとして用いられる。そして図示するように、その第１摺動面１０には、油溜まりとなるディンプル状の凹部１１が複数形成されていると共に、第２摺動面２０には、同じく油溜まりとなる溝状の凹部２１が複数形成されている。
【００１６】
この第１摺動面１０に形成されるディンプル状の凹部１１はその開口部の大きさ（直径）は例えば約１０〜３０μｍ程度となっており、さらにこれら各凹部１１はそれぞれ平均数十μｍ程度の間隔を隔てて形成されている。一方、溝状の凹部２１は、その長さＬが少なくとも隣接する凹部１１，１１間の平均距離ＬＡＶよりも大きくなっている（ＬＡＶ＜Ｌ）。従って、例えば、凹部１１，１１間の平均距離ＬＡＶが約５０μｍであれば、溝状の凹部２１の長さＬは、少なくとも５０μｍ以上となっている。なお、この溝状の凹部２１は、その長手方向が図１の例では摺動方向と平行になるように設けているが、特にこれに限定されるものでなく摺動方向と直交あるいは斜め方向のいずれか、またはこれらを混在させたものであっても良い。
【００１７】
このような構成をした本発明の摺動部品１００にあっては、互いの摺動面１０、２０同士が高速で摺動しているときでも、ストローク中央部での油膜剪断損失が発生する領域（例えば図１中Ａ部）や、ストローク端部での油膜切れが発生する領域においても一方の摺動面１０の隣接するディンプル状の凹部１１、１１同士が他方の摺動面２０に形成された溝状の凹部２１によって高効率で連通して両摺動面１０、２０の接触部近傍に新たな潤滑流体が速やかに供給されることになる。これによって、摺動ストローク全域に亘って安定的な潤滑状態を発揮することができる。
【００１８】
このような構造を有する第１摺動面１０と第２摺動面２０は、例えば、図４乃至図８に示すような加工方法によって製造することができる。まず、第１摺動面１０は、図４に示すように一般的にショットピーニングやショットブラストと呼ばれる公知の加工装置によって製造することができる。すなわち、これらの加工装置を用いて第１摺動面１０に対して、そのノズル４０から圧縮空気によって粒径数μｍ〜数十μｍのガラスビーズやアルミナビーズなどの硬質粒子４１を高速噴射してその表面に衝突させる。
【００１９】
すると、その硬質粒子４１の衝突による衝撃によって第１摺動面１０の表面に、その粒径に対応した、例えば開口幅が数μｍ〜数十μｍ程度の微小なディンプル状（球形状）の凹部１１が複数形成される。なお、この工程で使用される硬質粒子４１の形状は、大別して球形のものとグリッド形状と呼ばれる多角（多面）形のものがあるが、本発明のように摺動面１０へ投射する場合、グリッド形状のものを使用すると、硬質粒子４１が衝突部に食い込んで摺動面上に残留し、摺動状態を悪化させるため、球形のものを用いるのが好ましい。また、この凹部１１の開口幅は、衝突させる硬質粒子４１の粒径を変えるだけで容易に調整できる。
【００２０】
この凹部１１の分布については、第１摺動面１０における凹部１１の合計面積率が高くなると図５に示すように凹部１１同士が部分的に重なり合うように形成される確率が高くなる。このような凹部１１同士が部分的に重なり合った部分には、図６に示すように鋭利なエッジ部１２が形成され、油膜への剪断応力の原因となる。そのため、第１摺動面１０における凹部１１の合計面積率は、このようなエッジ部１２が形成され難い、すなわち凹部１１同士が部分的に重なり合わないような面積率、例えば２０乃至４０％程度の調整することが望ましい。
【００２１】
一方、第２摺動面２０は、図７に示すように外周端に刃状突起３１を複数取り付けた円板３０を用いて形成することができる。すなわち、この円板３０を第２摺動面２０に大きな圧力で押付けながらその表面を転動させながら、その刃状突起３１の形状を凹みとしてその表面に転写することで溝状の凹部２１を複数連続的に形成することができる。ここで、形成される溝状の凹部２１の長手方向の長さは、刃状突起３１の円周長で決まり、その幅は刃状突起３１の厚さで決まるため、この刃状突起３１のサイズを適宜変えることで溝状の凹部２１の大きさを容易に調整することができる。
【００２２】
ところで、このような製造方法によって第１摺動面１０に対して凹部１１を形成する際にその凹部１１を大きくしようとすると、図２に示したように凹部１１の開口部周囲には塑性変形に伴う体積流動が起こってその表面から盛り上がり、環状の隆起部１３が形成される。この隆起部１３が大きすぎると摺動面上に形成された流体潤滑膜に大きな剪断応力を与えてしまうため、除去するか、可能な限り小さくすることが望ましい。そのため、本発明では、一般的にバニシングと呼ばれる加工装置によってこれらの隆起部１３を消滅させるようにしている。すなわち、図８に示すように隆起部１３を有する凹部１１が形成された第１摺動面１０上に球またはローラー状の圧子１４を一定の圧力で押付けながら転動させる。すると、その隆起部１３が圧子１４に押し潰されて低くなるため、その第１摺動面１０が平坦化されることになる。
【００２３】
これによって、隆起部１３による流体潤滑膜への悪影響を回避することができるため、優れた潤滑性を維持することができる。さらに、この圧子１４によって隆起部１３が押し潰されるように圧縮塑性変形することによって、凹部１１の周辺組織が加工硬化するため、凹部１１周辺組織の耐摩耗性が向上し、凹部１１の潤滑流体保持機能である油溜まり性能をより長期に亘って維持することが可能となる。
【００２４】
そして、このような塑性加工に伴う隆起部１３は、図３に示すように他方の第２摺動面２０に形成された溝状の凹部２１側でも同様に発生することから、同じくバニシング加工装置によってその表面を平坦化することで第２摺動面２０においても同様の作用・効果を発揮することができる。また、このように刃状突起３１を押付けて溝状の凹部２１を転写する加工方法によれば、切削加工のように多くの加工時間を要することがなく、短時間で多くの溝状凹部２１を連続して加工成形することができる。また、レーザー加工のように高価な設備を要しないため、製造コストも安価となる。なお、この第１および第２の摺動面１０，２０は、平面のみならず曲面あるいは球面であっても良い。
【符号の説明】
【００２５】
１００…摺動部品
１０…第１摺動面
１１…ディンプル状の凹部
１２…エッジ部
１３…隆起部
１４…圧子
２０…第２摺動面
２１…溝状の凹部
３０…円板
３１…刃状突起
４０…ノズル
４１…硬質粒子
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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