(57)【要約】【課題】加工工数を増やすことなく生産性の向上を図ることができ、且つ断面略Ｗ形状の凹部と同様、摩擦抵抗の少ない摺動部材及び摺動面への微細凹部形成方法を提供する。【解決手段】相互に摺動するピストンとシリンダボア１のうちシリンダボア１のボア内壁１ａに微細な凹部１１を複数形成するに際して、前記ボア内壁１ａにレーザｈｖを断続的に照射して断面形状を略Ｕ字状とした微細な第１凹み１１Ａを同一列上に複数形成した後、同一列上に形成された前記第１凹み１１Ａに対して、その配列方向において一つずつレーザｈｖの照射位置を互い違いの位置にずらしてレーザｈｖを照射して前記第１凹み１１Ａと連接する第２凹み１１Ｂを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に摺動する２つの摺動部材のうち一方の摺動部材の摺動面に微細な凹部を複数形成してなる摺動部材において、
前記微細な凹部は、一方の第１斜面に対して他方の第２斜面が切り立った断面形状とされており、
同一列上に形成された複数の凹部は、その配列方向において前記切り立った第２斜面の位置を互い違いの位置としている
ことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
請求項１に記載の摺動部材であって、
一方の摺動部材をピストンとし、他方の摺動部材をシリンダボアとしたときに、シリンダボアのボア内壁に前記微細な凹部が形成されている
ことを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
相互に摺動する２つの摺動部材のうち一方の摺動部材の摺動面に微細な凹部を複数形成する摺動面への微細凹部形成方法において、
前記摺動面にレーザを断続的に照射して断面形状を略Ｕ字状とした微細な第１凹みを同一列上に複数形成した後、
同一列上に形成された前記第１凹みに対して、その配列方向において一つずつレーザの照射位置を互い違いの位置にずらしてレーザを照射して前記第１凹みと連接する第２凹みを形成する
ことを特徴とする摺動面への微細凹部形成方法。
【請求項４】
相互に摺動する２つの摺動部材のうち一方の摺動部材の摺動面に微細な凹部を複数形成する摺動面への微細凹部形成方法において、
前記摺動面にレーザを断続的に照射して断面形状を略Ｕ字状とした微細な第１凹みを同一列上に複数形成した後、
同一列上に形成された前記第１凹みに対して、その配列方向において一つずつレーザの照射向きを互い違いの向きに変えてレーザを照射して前記第１凹みと連接する第２凹みを形成する
ことを特徴とする摺動面への微細凹部形成方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の摺動面への微細凹部形成方法であって、
前記レーザのビーム径、出力エネルギー、照射時間などのレーザ照射条件を調整して前記微細な凹部の形状を任意形状とする
ことを特徴とする摺動面への微細凹部形成方法。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の摺動面への微細凹部形成方法であって、
一方の摺動部材をピストンとし、他方の摺動部材をシリンダボアとしたときに、レーザ照射ヘッドをシリンダボアの上端から下端へとボア内に挿入下降させる時に、シリンダボアを回転させながら前記第１凹みを形成した後、前記レーザ照射ヘッドをシリンダボアの下端から上端へ上昇させる時に、シリンダボアを回転させながら前記第２凹みを形成する
ことを特徴とする摺動面への微細凹部形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に摺動する２つの摺動部材のうち一方の摺動部材の摺動面に微細な凹部を形成して摺動抵抗を低減させるための摺動部材及び摺動面への微細凹部形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エンジンなどのピストンとシリンダボアにおけるような相対的に往復運動するような２つの摺動部品の間には、これらの間の摩擦抵抗を低減させるために、シリンダボアのボア内壁に微細な凹部を形成することが行われている（特許文献１など参照）。
【０００３】
例えば、図７に示すように、シリンダボア１０１のボア内壁１０１ａに微細な凹部１０５を複数形成すれば、その凹部１０５に潤滑剤が入り込むことによって、ピストンとシリンダボア１間の摺動抵抗（摩擦抵抗）を低減させることができ、エンジンの出力アップ並びに耐久性を大幅に向上させることが可能となる。
【０００４】
前記微細な凹部を形成する方法としては、例えば図８に示すように、レーザ加工装置から射出されたレーザｈｖを集光レンズ１０６で所定のスポット径にして直接シリンダボア１０１のボア内壁１０１ａに照射して微細な凹部１０５を形成するレーザ加工方法がある。前記微細な凹部１０５の形状としては、ピストンの摺動方向と直交する方向を長軸とした楕円形状に形成する。
【０００５】
ところで、前記微細な凹部１０５の形状としては、断面Ｕ字形状よりもシリンダボア１０１に対するピストンの摺動出口方向の切り立った断面略三角形状の方がより摺動抵抗を低減できることが判っている。図９は、微細な凹部１０５の形状を断面略Ｕ字形状としたときと断面略三角形状としたときの回転数と摩擦抵抗の関係を示す特性図である。なお、図中矢印は、摺動方向を示してある。
【０００６】
前記凹部１０５の形状は、一方向摺動時には前記断面略三角形状の方が好ましいが、往復摺動時では図１０に示すように断面略Ｗ形状の方が摺動抵抗をより一層低減することができる。ピストンとシリンダボアのような往復摺動する場合には、凹部１０５の形状を断面略Ｗ形状とする。
【特許文献１】特開２００５−２４９１９４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、凹部１０５の形状を断面略Ｗ形状とするには、レーザｈｖをボア内壁１０ａに３度照射する必要があることから、加工工数が多く生産効率が悪化する。
【０００８】
そこで、本発明は、加工工数を増やすことなく生産性の向上を図ることができ、且つ断面略Ｗ形状の凹部と同様、摩擦抵抗の少ない摺動部材及び摺動面への微細凹部形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の摺動部材は、摺動面に微細な凹部を複数形成しており、その微細な凹部を、一方の第１斜面に対して他方の第２斜面が切り立った断面形状とし、また、同一列上に形成された複数の凹部を、その配列方向において前記切り立った第２斜面の位置を互い違いの位置としている。
【００１０】
本発明の方法は、一方の摺動部材の摺動面に微細な凹部を複数形成する方法として、大きく分けて２つの方法がある。
【００１１】
１つ目は、摺動面にレーザを断続的に照射して断面形状を略Ｕ字状とした微細な第１凹みを同一列上に複数形成した後、同一列上に形成された前記第１凹みに対して、その配列方向において一つずつレーザの照射位置を互い違いの位置にずらしてレーザを照射して前記第１凹みと連接する第２凹みを形成する。
【００１２】
２つ目は、摺動面にレーザを断続的に照射して断面形状を略Ｕ字状とした微細な第１凹みを同一列上に複数形成した後、同一列上に形成された前記第１凹みに対して、その配列方向において一つずつレーザの照射向きを互い違いの向きに変えてレーザを照射して前記第１凹みと連接する第２凹みを形成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の摺動部材によれば、摺動面に形成される微細な凹部を、一方の第１斜面に対して他方の第２斜面が切り立った断面形状とし、さらに同一列上に形成された複数の凹部を、その配列方向において前記切り立った第２斜面の位置を互い違いの位置としているため、同一列上の前後２つの凹部によって断面略Ｗ形状の凹部と同様の作用をさせることができ、摺動抵抗を低減させることができる。
【００１４】
本発明の摺動面への微細凹部形成方法によれば、同一列上に形成された第１凹みに対してその配列方向において一つずつレーザの照射位置を互い違いの位置にずらしてレーザを照射して前記第１凹みと連接する第２凹みを形成するか、または、その配列方向において一つずつレーザの照射向きを互い違いの向きに変えてレーザを照射して前記第１凹みと連接する第２凹みを形成するようにしているため、加工工数を掛けることなく断面略Ｗ形状の凹部と同様の作用をする微細な凹部を形成することができ、生産効率を高めることができる。
【００１５】
また、本発明の方法によれば、レーザの照射位置または照射向きの照射角度を適宜変えることで微細な凹部の形状を工具交換無しで簡単に任意形状とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
「実施の形態１」
図１はレーザ加工装置を使用してシリンダボアのボア内壁に微細な凹部を形成する状態を示す図、図２はシリンダボアのボア内壁に微細な凹部を形成した図、図３はレーザ照射ヘッドをシリンダボアの上端から下端へとボア内に挿入下降させる時にシリンダボアを回転させながら第１凹みを形成する工程を示す図、図４はレーザ照射ヘッドをシリンダボアの下端から上端へ上昇させる時にシリンダボアを回転させながらレーザの照射位置を一方へずらして第２凹みを形成する工程を示す図、図５はレーザ照射ヘッドをシリンダボアの下端から上端へ上昇させる時にシリンダボアを回転させながらレーザの照射位置を他方へずらして第２凹みを形成する工程を示す図である。
【００１８】
本実施の形態では、相互に摺動する２つの摺動部材としてエンジンを構成するシリンダーブロックに形成されたシリンダボアと、このシリンダボア内で上下動するピストンとを例にとり説明する。
【００１９】
シリンダボア１のボア内壁（摺動面）１ａに微細な凹部を形成するには、図１に示すように、シリンダーブロック２をレーザ加工装置の基台３上に固定した後、レーザ照射ヘッド４をシリンダボア１の内部に挿入し、このレーザ照射ヘッド４を昇降機構部５で上下動させながらレーザ発振器６から照射されるレーザｈｖを偏向レンズ７を介して前記レーザ照射ヘッド４に供給し、ボア内壁１ａにレーザｈｖを照射することで凹部を形成する。
【００２０】
レーザ照射ヘッド４は、シリンダボア１の内部に挿入される集光レンズ８と、集光されたレーザｈｖの向きをボア内壁１ａに向けて偏光させる偏光レンズ９とからなる。このレーザ照射ヘッド４は、基台３上に固定された昇降機構部５から延びる昇降アーム１０の先端に固定されており、シリンダボア１内を上端から下端或いは下端から上端へと上下動するようになされている。
【００２１】
シリンダボア１のボア内壁１ａには、図２に示すように、周方向に沿って所定の間隔を置いて微細な凹部１１が複数形成されている。また、この凹部１１は、ピストンの上下運動方向であるシリンダボア１の長手方向に沿って、その周方向に環状として形成された前記微細な凹部１１が所定間隔を置いてボア上端から下端に複数列形成されている。
【００２２】
ボア内壁１ａの同一列上に形成される複数の微細な凹部１１は、図２に示すように、その配列方向において第１斜面Ｓ１に対して切り立った第２斜面Ｓ２を互い違いの位置となるように形成されている。
【００２３】
具体的には、同一列の前後に並んだ２つの凹部１１のうち一方の凹部１１は、図２（Ｃ）のＡ−Ａ断面で示すように、シリンダボア下端寄りに形成される一方の第１斜面Ｓ１に対して他方の切り立った第２斜面Ｓ２をシリンダボア上端寄りに形成した微細な溝として形成されている。そして、その隣の他方の凹部１１は、図２（Ｄ）のＢ−Ｂ断面で示すように、前記一方の凹部１１とは異なり、第１斜面Ｓ１をシリンダボア上端寄りに形成し、第２斜面Ｓ２をシリンダボア下端寄りに形成した微細な溝として形成されている。
【００２４】
このように形成された同一列の隣り同士並んで形成される２つの凹部１１は、図２（Ｃ）及び（Ｄ）で示すように、第１斜面Ｓ１に対して切り立った第２斜面Ｓ２を互い違いの位置としているため、断面略Ｗ形状をなす凹部と同様の作用をする。つまり、ピストンがこのシリンダボア１のボア内壁１ａと摺動する際に、ピストン上昇時には図２（Ｃ）の凹部１１（ピストン摺動方向出口側に切り立つ第２斜面Ｓ２）が有効に働き、ピストンの下降時には図２（Ｄ）の凹部１１（ピストン摺動方向出口側に切り立つ第２斜面Ｓ２）が有効に働く。
【００２５】
前記ボア内壁１ａに形成される全ての同一列における凹部１１は、前記したようにその配列方向において切り立った第２斜面Ｓ２の位置を互い違いの位置として形成されている。
【００２６】
このように構成された本実施の形態のシリンダボア１によれば、同一列上の前後２つの凹部１１によって断面略Ｗ形状の凹部と同様の作用が得られるため、摺動抵抗を低減させることができる。
【００２７】
次に、前記シリンダボア１のボア内壁１ａに形成された微細な凹部１１を形成する方法について説明する。
【００２８】
前記微細な凹部１１をシリンダボア１のボア内壁１ａに形成するには、先ず図３に示すように、レーザ照射ヘッド４をシリンダボア１の上端から下端へとボア内に挿入下降させる時に、シリンダボア１を回転させながらレーザｈｖを断続的に照射して断面形状を略Ｕ字形状とする微細な第１凹み１１Ａを形成する。この第１凹み１１Ａは、断面略Ｕ字状の溝における両斜面を同じ傾斜角度とした第１斜面Ｓ１としている。
【００２９】
第１凹み１１Ａは、図３（Ｃ）に示すように、矢印で示す加工方向に沿って円周方向に所定間隔を置いて同一列上に複数形成すると共に、シリンダボア１の長手方向に沿って環状として形成された前記微細な凹部１１を所定間隔を置いて複数列形成する。
【００３０】
次に、前記工程でシリンダボア１の下端位置にあるレーザ照射ヘッド４を下端から上端へと上昇させる時に、図４及び図５に示すように、シリンダボア１を回転させながら同一列上に形成された第１凹み１１Ａに対してその配列方向において一つずつレーザｈｖの照射位置を互い違いの位置にずらしてレーザｈｖを照射して前記第１凹み１１Ａと連接する第２凹み１１Ｂを形成する。
【００３１】
具体的には、先ず、前記工程で形成した同一列上の第１凹み１１Ａに対して、図４（Ｂ）に示すように、この第１凹み１１Ａを形成したときのレーザｈｖの照射センター位置Ｃ１からシリンダボア上端寄りの位置に照射センター位置Ｃ２をずらしてレーザｈｖを照射し、前記第１凹み１１Ａと連接する第２凹み１１Ｂを形成する。
【００３２】
次に、その同一列上の隣の第１凹み１１Ａに対して、図５（Ｂ）に示すように、今度は第１凹み１１Ａを形成したときのレーザｈｖの照射センター位置Ｃ１からシリンダボア下端寄りの位置に照射センター位置Ｃ３をずらしてレーザｈｖを照射し、前記第１凹み１１Ａと連接する第２凹み１１Ｂを形成する。
【００３３】
この作業を同一列上の全ての第１凹み１１Ａに対して繰り返して行うことで、第１斜面Ｓ１よりも切り立った第２斜面Ｓ２が同一列上において互い違いとされた複数の微細な凹部１１が形成される。なお、ボア内壁１ａに形成した円環状をなす複数列の微細な凹部１１の全てに対して同様に、前記レーザｈｖの照射位置を互い違いの位置にずらして形成する。
【００３４】
このように、本実施の形態によれば、同一列上に形成された第１凹み１１Ａに対してその配列方向において一つずつレーザｈｖの照射位置を互い違いの位置にずらしてレーザｈｖを照射して前記第１凹み１１Ａと連接する第２凹み１１Ｂを形成するようにしているため、加工工数を掛けることなく断面略Ｗ形状の凹部と同様の作用をする微細な凹部１１を形成することができ、生産効率を高めることができる。
【００３５】
また、本実施の形態によれば、レーザｈｖの照射位置を適宜変えることで微細な凹部１１の形状を工具交換無しで簡単に任意形状とすることができる。
【００３６】
また、本実施の形態によれば、レーザｈｖのビーム径、出力エネルギー、照射時間などのレーザ照射条件を調整するだけで、マイクロロールフォーミング方法での加工とは異なり工具などの交換をすることなく簡単に微細な凹部１１の形状を任意形状とすることができる。
【００３７】
「実施の形態２」
図６は、シリンダボアのボア内壁に微細な凹部を形成する加工方法の他の例を示す工程図である。なお、図６では、レーザ照射ヘッド４でレーザｈｖを照射させる光学系を簡略化して示してある。
【００３８】
実施の形態２では、レーザｈｖの照射位置をピストンの摺動方向にオフセットしてレーザ照射することで第１凹み１１Ａに連接する第２凹み１１Ｂを互い違いに形成する実施の形態１の方法とは異なり、レーザｈｖの照射向き（照射角度）を変えることで第２凹み１１Ｂを形成する方法である。
【００３９】
具体的には、先ず図６（Ａ）に示すように、レーザ照射ヘッド４をシリンダボア１のボア内壁１ａの上端から下端へとボア内に挿入下降させる時に、シリンダボア１を回転させながら集光レンズ１２によりレーザｈｖを断続的に照射して断面形状を略Ｕ字状とする微細な第１凹み１１Ａを形成する。第１凹み１１Ａを形成する工程は、実施の形態１と同様である。
【００４０】
次に、前記工程で形成した同一列上の第１凹み１１Ａに対して、図６（Ｂ）に示すように、集光レンズ１２をシリンダボア下端側へ傾けて第１凹み１１Ａを形成したときのレーザｈｖの照射センター位置Ｃ１に対してその照射センター位置Ｃ２をαなる角度としてレーザｈｖを照射し、第１凹み１１Ａと連接する第２凹み１１Ｂを形成する。
【００４１】
次に、その同一列上の隣の第１凹み１１Ａに対して、図６（Ｃ）に示すように、集光レンズ１２をシリンダボア上端側へ傾けて第１凹み１１Ａを形成したときのレーザｈｖの照射センター位置Ｃ１に対してその照射センター位置Ｃ３を同じくαなる角度としてレーザｈｖを照射し、第１凹み１１Ａと連接する第２凹み１１Ｂを形成する。
【００４２】
この作業を同一列上の全ての第１凹み１１Ａに対して繰り返し行うことで、第１斜面Ｓ１よりも切り立った第２斜面Ｓ２が同一列上において互い違いとされた複数の微細な凹部１１が形成される。
【００４３】
本実施の形態によれば、同一列上に形成された第１凹み１１Ａに対してその配列方向において一つずつレーザｈｖの照射向きを互い違いの向きに変えてレーザｈｖを照射して前記第１凹み１１Ａと連接する第２凹み１１Ｂを形成するようにしているため、加工工数を掛けることなく断面略Ｗ形状の凹部と同様の作用をする微細な凹部１１を形成することができ、生産効率を高めることができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様、レーザｈｖのビーム径、出力エネルギー、照射時間などのレーザ照射条件を調整するだけで、マイクロロールフォーミング方法での加工とは異なり工具などの交換をすることなく簡単に微細な凹部１１の形状を任意形状とすることができる。
【００４５】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００４６】
例えば、実施の形態１、２では、何れもエンジンなどのピストンとシリンダボアを摺動部材としたが、これらピストンとシリンダボアに制限されることなく、相互に摺動する２つの摺動部材の関係にあるものであれば、そのうちの一方の摺動部材の摺動面に本発明方法による微細な凹部を複数形成すれば、本願発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】レーザ加工装置を使用してシリンダボアのボア内壁に微細な凹部を形成する状態を示す図である。
【図２】シリンダボアのボア内壁に微細な凹部を形成した図である。
【図３】レーザ照射ヘッドをシリンダボアの上端から下端へとボア内に挿入下降させる時にシリンダボアを回転させながら第１凹みを形成する工程を示す図である。
【図４】レーザ照射ヘッドをシリンダボアの下端から上端へ上昇させる時にシリンダボアを回転させながらレーザの照射位置を一方へずらして第２凹みを形成する工程を示す図である。
【図５】レーザ照射ヘッドをシリンダボアの下端から上端へ上昇させる時にシリンダボアを回転させながらレーザの照射位置を他方へずらして第２凹みを形成する工程を示す図である。
【図６】シリンダボアのボア内壁に微細な凹部を形成する加工方法の他の例を示す工程図である。
【図７】シリンダボアのボア内壁に断面略Ｕ字状の微細な凹部を形成する様子を示す図である。
【図８】レーザを照射してシリンダボアのボア内壁に断面略Ｕ字状の微細な凹部を形成する図である。
【図９】微細な凹部の形状を断面略Ｕ字形状としたときと断面略三角形状としたときの回転数と摩擦抵抗の関係を示す特性図である。
【図１０】微細な凹部の形状を断面略Ｗ形状とした例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…シリンダボア（摺動部材）
１ａ…ボア内壁（摺動面）
２…シリンダーブロック
４…レーザ照射ヘッド
６…レーザ発振器
７…偏向レンズ
８，１２…集光レンズ
９…偏光レンズ
１１…微細な凹部
１１Ａ…第１凹み
１１Ｂ…第２凹み
【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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【図９】
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【図１０】
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