(57)【要約】【課題】  エンジンのクランクシャフト等に用いられる摺動装置において、摩擦損失を低減させることが可能な低摩擦摺動装置の軸を提供する。【解決手段】  軸心を中心に回転する軸１０と、軸１０を支持する円筒からなる油を介在したすべり軸受１１とから構成される摺動装置１において、軸１０の表面に、凹部１０ａは、軸１０の回転時に、回転方向の成分を有する油の流れを促進させる機能を有する凹部１０ａを形成することによって、例えば軸の高速回転時などにおいても、低フリクションという効果を発揮し、耐焼付き性を向上させることを可能とする。【選択図】            図１
2005249127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心を中心に回転可能な軸と、
該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、
前記軸の外表面に１つ以上の凹部が設けられ、
前記凹部は、前記軸の回転時に、前記軸の回転方向の成分を有する前記油の流れを促進させるように形成されていることを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。
【請求項２】
軸心を中心に回転可能な軸と、
該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、
前記軸の外表面に１つ以上の凹部が設けられ、
前記凹部を構成する面における単位面積を有する単位面のうち、法線が前記軸の回転方向の成分を有する単位面の面積の合計は、法線が前記軸の回転方向と反対方向の成分を有する単位面の面積の合計よりも大きいことを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。
【請求項３】
前記軸心に垂直な平面で切断した前記凹部の断面形状は三角形を呈しており、前記凹部の底部に位置する頂点から延びる前記三角形の２つの辺のうち、前記軸の回転方向に対して前方に位置する辺が、前記軸の回転方向に対して後方に位置する辺よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項４】
前記凹部の断面形状は、直角三角形を呈していることを特徴とする請求項３に記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項５】
軸心を中心に回転可能な軸と、
該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、
前記軸の外表面に１つ以上の凹部が設けられ、
前記凹部は、長手方向が前記軸の回転方向と直交する方向に対して傾斜していることを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。
【請求項６】
前記凹部の長手方向が前記軸の回転方向と直交する方向に対して傾斜する角度は、０°より大きく６０°以下としたことを特徴とする請求項５に記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項７】
前記凹部は、前記軸の外表面に複数設けられ、１つの凹部の長手方向の延長線上に、長手方向が当該凹部の長手方向と平行である他の凹部が、１つ以上存在するように配置されることを特徴とする請求項５に記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項８】
前記軸の外表面には、前記軸心に垂直な平面に対して相互に鏡像となるように配置された複数の凹部から構成される凹部群が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項９】
前記凹部群は、前記軸の長手方向に複数設けられていることを特徴とする請求項８に記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項１０】
前記凹部群を構成する複数の凹部のうち、前記平面により分割される各領域内に位置する凹部は、長手方向が全て平行となるように配置されることを特徴とする請求項８又は９に記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項１１】
前記凹部群を構成する複数の凹部は、当該凹部における前記軸の回転方向に対する前方部が、当該凹部における前記軸の回転方向に対する後方部よりも、前記平面から離隔するように形成されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項１２】
前記凹部が前記軸の外表面に開口する形状は、楕円形状あるいは矩形状のいずれかであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項１３】
前記凹部が前記軸の外表面に開口する形状は、前記長手方向と直交する方向の幅寸法が、５０〜１５０μｍ、前記長手方向の長さ寸法が、前記幅寸法の２倍以上１０倍以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項１４】
前記凹部が前記軸の外表面に開口する面積の合計は、前記軸の表面積の０．３％以上１０％以下としたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸が適用されたことを特徴とするクランクシャフト。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸が適用されたことを特徴とするカムシャフト。
【請求項１７】
請求項１〜１４のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸が少なくとも一部に適用されたことを特徴とするエンジン。
【請求項１８】
前記エンジンは、クランクシャフトとシリンダ内を往復動するピストンとが、第１のコンロッドおよび第２のコンロッドを介して、連結された可変圧縮比エンジンであって、
第１のコンロッドと第２のコンロッドとは、コンロッド間連結ピンによって連結され、
前記第２のコンロッドは、コントロールロッド間連結ピンによって、揺動可能にコントロールロッドと連結され、
前記コントロールロッドは、前記コントロールロッド間連結ピンと反対側に位置する制御機構連結部によって、制御機構と連結され、
前記制御機構は、前記制御機構連結部の位置を変更することによって、ピストンのストローク長を制御することを特徴とする請求項１７に記載の可変圧縮比エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸と該軸を支える円筒からなる油を介在したすべり軸とから構成される摺動装置において、軸の外表面に凹部を付与することによって、摺動装置に発生する摩擦を低減させ、摺動装置の耐焼付き性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、摺動装置は、例えば、エンジンに設けられるクランクピンおよび該クランクピンを支持する軸受メタルなどに用いられ、クランクピンが軸受メタル上を摺動する際に摺動面に発生する摩擦を低減するために、軸の表面に、長手方向が摺動方向と直交する凹部を、軸表面の部位に応じて溝深さを変えて設けたものがある（特許文献１参照）。これは、摺動方向および摺動速度が変化する軸の往復摺動時に、軸と軸受メタルとの間に介在する潤滑油を摺動面に満遍なく潤させるために、凹部は、潤滑油を保持し、かつ摺動時に凹部近傍の摺動面に潤滑油を提供する機能（以下、潤滑油を保持する機能）を発揮することに基づく。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の摺動装置は、軸が回転摺動する摺動装置ではない。クランクシャフトなどのように、軸が円筒状のすべり軸受の内面を回転摺動する摺動装置において、軸であるクランクピンは、すべり軸受けであるクランクシャフトの円筒内を、軸心を中心に回転摺動する。その際に、摺動面に発生する摩擦を低減するためには、潤滑油が、回転する軸に巻き込まれて、油膜を形成する層となって軸の回転方向へ安定して流れることが前提となる。概して、軸の低速回転時には、潤滑油は前述のように安定して軸の回転方向へ流れる。しかし、軸の高速回転時には、低速回転時と比べて、軸は、軸心を安定して回転せず、軸受けに多く接触するようになり、該接触の際に摺動面に発生する摩擦力も大きい。この摩擦により、潤滑油の流れは乱されて、低速回転時のように、軸に巻き込まれず、軸の回転方向へ安定して流れないことが生じ得る。このように、潤滑油の流れに乱れが生じる場合には、前述した摩擦を低減するための前提を欠くこととなる。この状況下において、従来のような凹部を軸の表面に設けるだけでは、低フリクションという効果は、必ずしも十分に発現されないという問題が生じる。
【特許文献１】特開２００２−２３５８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の目的は、軸が回転摺動する摺動装置において、軸の高速回転時に発生し得る前述の状況下においも、低フリクションという効果を発揮し、耐焼付き性を向上させることの可能な摺動装置を提供することである。そして、さらなる目的として、このようにフリクションを低減させる摺動装置を用いることによって、回転部分における摩擦抵抗を少なくしたエンジンシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、下記の手段により達成される。
【０００６】
（１）  軸心を中心に回転可能な軸と、該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受と、を有し、前記軸の外表面に１つ以上の凹部が設けられ、前記凹部は、前記軸の回転時に、前記軸の回転方向の成分を有する前記油の流れを促進させるように形成されていることを特徴とする低摩擦摺動装置。
【０００７】
（２）  軸心を中心に回転可能な軸と、該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、前記軸の外表面に１つ以上の凹部が設けられ、前記凹部を構成する面における単位面積を有する単位面のうち、法線が前記軸の回転方向の成分を有する単位面の面積の合計は、法線が前記軸の回転方向と反対方向の成分を有する単位面の面積の合計よりも大きいことを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。
【０００８】
（３）  軸心を中心に回転可能な軸と、該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、前記軸の外表面に１つ以上の凹部が設けられ、前記凹部は、長手方向が前記軸の回転方向と直交する方向に対して傾斜していることを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。
【０００９】
（４）  （１）〜（３）のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸が適用されたことを特徴とするクランクシャフト。
【００１０】
（５）  （１）〜（３）のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸が適用されたことを特徴とするカムシャフト。
【００１１】
（６）  （１）〜（３）のいずれか１つに記載の低摩擦摺動装置の軸が少なくとも一部に適用されたことを特徴とするエンジン。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、軸の表面に設けられる凹部は、潤滑油を保持する機能と、軸の回転時に、軸の回転方向の成分を有する潤滑油の流れを促進させる機能とを合わせ持つことによって、摺動面に潤滑油を潤わせるとともに、軸の高速回転時に発生し得る潤滑油の流れの乱れを低減し、摺動装置に発生するフリクション低減の効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
まず、本発明の実施形態について、下記に説明する。図１は、本発明の実施形態における摺動装置１の概略図である。図には、軸心ａを中心に回転する円柱状の軸１０と、これを支える円筒からなるすべり軸受１１とから構成される摺動装置１が示されている。なお、軸１０の長さの寸法は、図に示すものから適宜延長されても良い。さらに、軸１０の表面とすべり軸受け１１の内面との間には、図示しない潤滑油が供給される。この潤滑油が、軸１０とすべり軸受１１の摺動面に発生する摩擦を低減するために、摺動面に適量に存在していることが重要である。そのため、従来より、例えば軸がすべり軸受けの上を往復摺動する摺動装置において、軸の表面上に、潤滑油を保持する機能を有する凹部を設けることが知られている。本実施形態においても、複数の凹部１０ａが、軸１０の表面に設けられている。
【００１５】
軸１０がすべり軸受１１の円筒内を回転摺動する摺動装置１において、軸１０の回転に伴い、潤滑油には流れが生じる。摺動面に発生する摩擦を低減するためには、前述したように潤滑油が、軸１０に巻き込まれて、軸１０の回転方向へ、油膜を形成する層となって安定して流れることが前提となる。そこで、本実施形態において、軸１０の高速回転時においても、潤滑油が軸１０の回転方向へ安定して流れるように、凹部１０ａに、従来の潤滑油を保持する機能に合わせ、軸１０の回転方向へ向かう潤滑油の流れを促進させる機能を付加することとした。そして、前記流れを促進させる機能は、軸１０の回転方向へ潤滑油の流れを誘導する機能と、軸１０の回転方向へ潤滑油を押し流す機能とに分類されるものである。
【００１６】
まず、凹部１０ａが、軸１０の回転方向へ潤滑油の流れを誘導する機能を有するための好ましい形態について述べる。図２は、本実施形態における軸１０の側面図を示している。図中の（Ａ）は、本実施形態における軸１０の表面上に設けられる凹部１０ａの配置の基本パターンであり、まず（Ａ）について説明する。なお、図に示す凹部１０ａの配置は、本発明が凹部１０ａの配置に関して提案する複数の構成要素を、複数包含して表現したものであり、便宜のため、各構成要素ごとに分解して説明するものとする。
【００１７】
軸１０の表面には、複数の凹部１０ａが形成されている。軸１０は、図に示す矢印Ａの方向へ向けて、すべり軸受１１の円筒内を回転する。前述したように、摺動面に発生する摩擦を低減させるためには、図示しない潤滑油が、軸１０の回転方向Ａに向かって安定して流れることが前提となる。ここで、凹部１０ａとは、凹部１０ａ内に流入した潤滑油の流れを、側壁が屈折させて、凹部１０ａの長手方向へ向けて潤滑油を誘導するものと考えられる。そこで、潤滑油が軸１０の回転方向Ａに向かって流れるように、従来技術に示されるように凹部１０ａの長手方向を軸１０の回転方向Ａと直交する方向へ向けるのではなく、長手方向を直交する方向に対して傾けて、凹部１０ａを形成することとした。
【００１８】
凹部１０ａの長手方向が軸１０の回転方向と直交する方向に対して傾斜する角度は、０°より大きく６０°以下となることが好ましく、さらに３０°以上６０°以下となることがより好ましい。この範囲内に当該角度が設けられることによって、凹部１０ａは、潤滑油の流れを誘導する機能と共に、潤滑油を保持する機能を合わせ持つことが可能となる。
【００１９】
次に、摺動装置１に発生する摩擦を低減するために、摺動面に潤滑油が満遍なく潤っていることが好ましい。この状況を実現するために、前述した凹部１０ａによって誘導される潤滑油の流れを制御することが重要である。よって、本実施形態において、凹部１０ａによって誘導される潤滑油の流れを、互いに干渉しあうことなく、広範囲に行き届き、摺動面の各部位へ均等に、摺動面の全体へ拡散するように、制御することとした。これにより、凹部１０ａによって誘導される潤滑油の流れが互いに干渉しあって消滅したり、潤滑油の流れが特定の方向のみに誘導されて、摺動面の特定の部位にのみ潤滑油が滞留したり、摺動面における潤滑油の潤いの不均衡が発生するということが防止されるものと考えられる。下記に、上記効果を発生させる本実施形態の凹部１０ａの配置における各構成要素について、具体的に述べる。
【００２０】
各凹部１０ａの長手方向の延長線上には、長手方向を平行とする他の凹部１０ａが、１つ以上存在するように配置されている。これにより、１つの凹部１０ａが当該凹部１０ａの長手方向へ誘導した潤滑油の流線は、当該長手方向の延長線上に位置する他の凹部１０ａによって、さらに延長されて、同一方向に向かう潤滑油の流線を、摺動面の広範囲なエリアへ確保することが可能となる。
【００２１】
また、軸１０の軸心に垂直な平面ｂに対して、相互に鏡像（面対象）となるように他の凹部１０ａが存在するように、また、平面ｂに分割される各領域内に位置する凹部１０ａの長手方向は、すべて平行となるように配置することとした。これにより、凹部１０ａによって誘導される潤滑油の流れは、平面ｂに対して左右対称に流れることとなり、平面ｂに分割される各領域へ供給される潤滑油の均衡が図れ、また、当該各領域内における凹部１０ａによって誘導される潤滑油の流れは、平行となり互いに干渉することがない。
【００２２】
さらに、各凹部１０ａは、当該凹部１０ａの軸１０の回転方向Ａに対する前方部が、後方部よりも、平面ｂから離隔するように、長手方向を傾斜させて配置した。これにより、潤滑油を、摺動面全体へ拡散するように流すことが可能となる。なお、平面ｂの軸１０の長手方向における位置は、軸１０のすべり軸受け１１の円筒内における摺動条件により、適宜決定される。
【００２３】
また、凹部１０ａの配置は、（Ａ）の配置を基本として、（Ｂ）および（Ｃ）に示す配置へ応用することも可能である。すなわち、（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、（Ａ）に示す凹部群を、軸１０の長手方向に複数配置する。これによって、前述した（Ａ）における効果が発揮されるとともに、長手方向が同一延長線上にある凹部１０ａ列の両端の離隔を、よりコンパクトに縮めることが可能となり、当該凹部１０ａ列における各凹部１０ａ間の潤滑油の流れの連係をより強固なものとすることが出来る。また、各凹部１０ａ列に誘導される潤滑油の流れを、平面ｃを中心とする均等な方向へ向かう流れとして、各凹部群ごとに集約することが出来、高速回転時に発生し得る潤滑油の流れの乱れに対して、凹部１０ａによって誘導される潤滑油の流れが乱されることを低減することが可能となる。
【００２４】
次に、図３および４を用いて、凹部１０ａが軸１０の回転方向Ａへ潤滑油を押し流す機能を有するための好ましい形態について説明する。図３は、凹部１０ａを軸芯ａに直角な面で切断した際の拡大断面図であり、図４は、凹部１０ａを上から見た拡大斜視図である。
【００２５】
ここで、凹部１０ａは、図３に示すものを含め、任意の断面形状に形成され得る。その中で、軸１０の回転方向Ａへ潤滑油を押し流す機能を発揮し得る凹部１０ａの共通要素について、以下に述べる。凹部１０ａを構成する面は、単位面積を有し、独立した法線方向を有する単位面の集合体と見ることができる。この法線が軸１０の回転方向Ａの成分を有する単位面は、軸１０の回転に伴い、潤滑油を軸１０の回転方向Ａへ押し流すものといえる。よって、このような単位面が多く存在する凹部１０ａが、潤滑油を押し流す機能を有するものと考えられる。そこで、法線が軸１０の回転方向の成分を有する単位面の面積の合計が、法線が軸の回転方向と反対方向の成分を有する単位面の面積の合計よりも、大きな面積となるように、凹部１０ａを形成することとした。
【００２６】
図３の各凹部１０ａに示す二点鎖線矢印は、各凹部１０ａを構成する面における単位面を１箇所あるいは２箇所抽出し、該単位面における法線Ｂを示したものである。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において示されている法線Ｂは、回転方向Ａの成分を有し、凹部１０ａを構成する面において、法線が、法線Ｂと同じく回転方向Ａの成分を有する単位面の面積の合計は、法線が、回転方向Ａと反対方向の成分を有する単位面の面積の合計よりも大きくなっている。一方、（ｅ）に示した法線Ｂは、回転方向Ｂと反対方向の成分を有しており、凹部１０ａを構成する面において、法線が、法線Ｂと同様に回転方向Ａと反対方向の成分を有する単位面の面積の合計は、法線が回転方向Ａの成分を有する単位面の面積の合計よりも大きい。また、（ｄ）においては、前記２つの面積は、ほぼ等しいといえる。よって、凹部１０ａが軸１０の回転方向へ潤滑油を押し流す機能を有するため、凹部１０ａの断面形状は、図３における（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）に示す断面形状が好ましく、（ｄ）および（ｅ）に示す断面形状は好ましくない。
【００２７】
さらに、前述したように、凹部１０ａの長手方向を軸１０の回転方向Ａと直交する方向から傾斜するように凹部１０ａを形成した場合の例として、図４に示す凹部１０ａがある。図に示す一点鎖線が、図３の断面に切断する切断線Ｃであり、よって当該凹部１０ａの断面形状は、図３に示す（ｂ）の形状となる。図４に示す凹部１０ａの例では、図に示す面Ｉおよび面ＩＩが、前述した法線が軸１０の回転方向の成分を有する面に該当し、面ＩＩＩおよび面ＩＶが、前述した法線が軸の回転方向と反対方向の成分を有する面に該当する。よって、面ＩおよびＩＩの面積の合計が、面ＩＩＩおよび面ＩＶの面積の合計よりも、上回るように凹部１０ａが形成されることが好ましい。
【００２８】
なお、凹部１０ａが軸１０の外表面に開口する形状を、矩形状および長円形とすることによって、より潤滑油を流入させる効果が持続し、かつ摩擦低減の効果が発揮される。
【００２９】
さらに、凹部１０ａが軸１０の外表面に開口する形状は、長手方向と直交する方向の幅寸法が、５０〜１５０μｍとすること、および長手方向の長さ寸法が、前記幅寸法の２倍以上１０倍以下とすることが好ましい。この範囲内に、凹部１０ａの該開口する形状が設けられた場合には、十分な潤滑油を摺動面に流入させること、摺動条件下において摩擦の低減効果を発現すること、およびすべり軸受１１端部における摩擦や焼き付きなどの損傷を抑制することが可能となる。
【００３０】
加えて、凹部１０ａが軸１０の外表面に開口する面積の合計は、軸１０の表面積の０．３％以上１０％以下とすることが好ましい。０．３％率未満の場合には、十分な焼き付き性向上効果が得られず、１０％を超える場合には、負荷容量の低下が見られ、金属接触が発生するという問題が生じ得る。
【００３１】
以上、説明したように本実施形態によれば、軸１０の外表面に設けられる凹部１０ａは、潤滑油を保持する機能と、軸１０の回転時に、軸１０の回転方向へ向かう潤滑油の流れを促進させる機能とを合わせ持つことによって、摺動面に潤滑油を潤わせるとともに、軸１０の高速回転時に発生し得る潤滑油の流れの乱れを低減し、摺動装置１に発生するフリクション低減の効果を発揮する。
【００３２】
上記の軸１０は、クランクシャフトおよびカムシャフトなど、エンジンの摺動装置に適用可能である。さらに、当該エンジンを、可変圧縮比エンジンとすることも可能である。この可変圧縮比エンジンは、運転状態に応じてピストンのストローク長を制御することで燃費などを向上し、省エネルギーを図るエンジンである。
【００３３】
図５に、本発明の軸１０が適用可能な可変圧縮比エンジン２の概略図を示す。シリンダ２０内を往復動するピストン２１に、ピストンピン２２を介して、第１のコンロッド２３が連結されている。その下方において、当該第１のコンロッド２３は、コンロッド間連結ピン２４によって、第２のコンロッド２５と揺動可能に連結され、さらに下方において、第２のコンロッド２５は、クランクピン２６によって、クランクシャフト２７と回転可能に連結されている。また、第２のコンロッド２５は、コンロッド間連結ピン２４の近傍に位置するコントロールロッド間連結ピン２８によって、コントロールロッド２９と揺動可能に連結されている。また、コントロールロッド２９は、コントロールロッド連結ピン２８と反対側に位置する制御機構連結部３０により、制御機構３１と連結されている。この制御機構３１は、制御機構連結部３０の位置を変更可能である。
【００３４】
以上の構成より、ピストン２１のストロークに伴い、第１のコンロッドと第２のコンロッドは、コントロールロッド２９の揺動範囲内でコンロッド間連結部２４が描く軌跡に応じて、コンロッド間連結部において、くの字状に屈曲し、クランクシャフト２７へ動力を伝達する。制御機構３１が制御機構連結部３０の位置を変更することによって、当該くの字状に屈曲する度合いは調整され、ピストン２１のストローク長は制御されることとなる。この可変圧縮比エンジン２において、ピストンピン２２、コンロッド間連結ピン２４、コントロールロッド間連結ピン２８、およびクランクピン２６に、本実施形態における軸１０は適用可能である。
【００３５】
なお、コンロッド間連結ピン２４と、コントロールロッド間連結ピン２８とを、一つのピンとし、第１のコンロッド２３と第２のコンロッド２５とコントロールロッドとを同一ピンにより連結してもよい。
【００３６】
＜実施例＞
次に、本発明の実施例として、前述した凹部１０ａの長手方向が、軸１０の回転方向と直行する方向に対して傾斜する好ましい角度の特定、および図３に示した断面形状を有する凹部１０ａが摩擦の低減に効果を発揮することの確認を目的として、実際に摺動装置を製作し、摩擦試験を行った。具体的には、長手方向の軸の方向と直交する方向に対して傾斜する角度、および断面形状に関し、様々な形態を有する凹部１０ａが、外表面に設けられた円柱軸１０（軸１０）と、円筒状の軸受メタル１１（すべり軸受１１）とから構成される摺動装置１の試験体を製作し、円柱軸１０を軸受メタル１１の円筒内で回転させて、摺動面に発生する摩擦係数を算出する摩擦試験を行った。
【００３７】
試験に用いた試験体の製作過程について、下記に具体的に説明する。
【００３８】
図６は、試験に用いた摺動装置１の垂直および水平断面図である。軸受メタル１１は外径φ６０の鋼製円筒に内径φ４５ｍｍのアルミメタル１１ａを圧入したものである。一方、円柱軸１０は円筒状を呈し、外径がφ４３、軸方向曲率半径Ｒ７００ｍｍの鋼鉄（ＳＣＭ４２０Ｈ鋼）の浸炭焼き入れ焼き戻し材である。円柱軸１０および軸受メタル１１の幅厚１０ａ、１１ｂは、ともに２０ｍｍである。
【００３９】
円柱軸１０の表面には、いずれもφ４３ｍｍの凹部１０ａを、マイクロインデント加工、マスクブラスト処理により形成した。マイクロインデント加工では、所望の凹部１０ａを形成するためにインデンタを製作し、インデンタを円筒表面に押し付け塑性加工することにより凹部１０ａを形成した。また、マイクロブラスト加工では、光リソグラフィ技術を利用し、樹脂製マスクに凹部微細形状を形成し、その樹脂マスクを円筒表面に貼り付けた後、平均粒径２０μｍのアルミナ砥粒を、投射ノズルからワークまでの距離を１００ｍｍとし、投射流量１００ｇ／ｍｉｎ、投射圧０．４Ｍｐａの条件下で投射し、凹部１０ａを得た。各種方法を用いて凹部１０ａを形成後、凹部１０ａのエッジ部にできた盛り上がりを粒径９μｍのテープラップフィルムにより除去し、試験に供した。
【００４０】
表１に、上記により製作し、各試験体の円柱軸１０の表面に設けられた凹部１０ａの形態と、後述する試験結果を示す。
【００４１】
【表１】
2005249127.tif 000003
まず、各試験体において、凹部１０ａの開口部は矩形状を呈し、開口部の短辺は５０〜１５０μｍであり、長辺は、短辺の２倍以上１０倍以下であり、前述した好ましい範囲内に形成されている。
【００４２】
また、凹部１０ａが軸１０の表面に開口する面積の合計は、軸１０の表面積の０．３％以上１０％以下とすることに形成され、前述した好ましい範囲内に形成されている。
【００４３】
次に、凹部１０ａの断面形状について、実施例１〜５は、図３に示す（ａ）に、実施例６〜８および比較例１〜２は（ｄ）に、比較例３は（ｅ）に設けられている。すなわち、実施例１〜５が本実施形態における好ましい断面形状に設けられている。
【００４４】
また、凹部１０ａの長手方向が、軸１０の回転方向と直交する方向に対して傾斜する角度（表中の長手方向傾斜角）は、各試験体において、０°以上の様々な角度に設けられている。
【００４５】
なお、各試験帯の円柱軸１０の表面に設けられる凹部１０ａの配置は、図２の（Ａ）に示す形態に統一した。これは、軸１０の表面に設けられる凹部１０ａの配置パターンは、本実施形態のほかに無数に存在するものであり、他と比較して、本実施形態における凹部１０ａの配置が摩擦に効果を発揮する配置の形態であると特定して立証することが不可能であること、また、各試験体は、比較のため、長手方向の軸１０の回転方向と直交する方向に対して傾斜する角度、および断面形状以外の条件については、同一のものを製作する必要があったことによる。本発明における凹部１０ａの配置が摩擦の低減に効果を発揮することは、前述したように、凹部１０ａの配置が発生させる作用が、当然にもたらす効果であると主張するものである。
【００４６】
次に、試験に用いた装置について説明する。
【００４７】
図７は、試験に用いた内接２円筒試験機の概略図である。車のエンジンのクランクシャフトなどに用いられる軸とすべり軸受から構成される摺動装置において、通常、すべり軸受は固定され、軸のみが回転する。本実施例においては、クランクシャフトなどに用いられる軸の回転速度を再現するために、円柱軸１０を軸受メタル１１の円筒内に回転させるとともに、すべり軸受け１１も軸１０の回転方向Ａと反対の方向Ｄへ回転させて、両者の回転速度の絶対値を合算した相対回転速度が、前記クランクシャフトにおける軸の回転数と同程度となるようにした。よって、円柱軸１０および軸受メタル１１にはそれぞれ図示しないＡＣサーボモータを取り付け、独立に回転制御できるようにしている。そして、５Ｗ３０の潤滑油を入れた図示しない油浴内にこの円柱軸１０および軸受メタル１１を浸すことで、円柱軸１０と軸受メタル１１との間に油膜を形成した。そして、相対回転運動中に発生する摩擦トルクを、円柱軸１０に取り付けた図示しないトルクセンサにより計測して、摩擦係数の算出を可能としている。
【００４８】
次に、表２に、本実施例における試験条件について示す。
【００４９】
【表２】
2005249127.tif 000004
本試験における、円柱軸１０と軸受メタル１１との相対回転速度の測定可能範囲は、０〜１２ｍ／ｓであり、円柱軸１０および軸受メタル１１の平均転がり速度は、０〜２ｍ／ｓである。実験は、ラジアル荷重２０ｋｇの荷重条件下で行い、使用した潤滑油は５Ｅ３０ＳＪであり、油温度は８０℃である。
【００５０】
次に、試験パターンおよび試験の評価方法について説明する。
【００５１】
試験は、表１に示すように、２通りの回転条件（条件ＡおよびＢ）において行った。表１に示す円柱軸１０および軸受メタル１１の回転速度は、円柱軸１０の回転方向を正として示している。円柱軸１０と軸受メタル１１との相対回転速度は、表中に示す円柱軸１０および軸受メタル１１の回転速度の絶対値を合算し、条件Ａでは６ｍ／ｓであり、条件Ｂでは１２ｍ／ｓである。
【００５２】
各試験体の摺動面に発生する摩擦の評価は、試験機により求められる摩擦係数により行うが、比較の基準となる試験体を、比較例１と定めた。比較例１における凹部１０ａは、凹部１０ａの断面形状が（ｄ）であり、長手方向と傾斜する角度が０°であるため、両者において好ましい形態に設けられていない。この比較例１に対して、凹部１０ａにおいて、断面形状と長手方向が傾斜する角度とのいずれかが、本実施形態における好ましい形態に設けられている実施例１〜８の摩擦係数を比較する。なお、表には、各試験体の摩擦係数を、比較例１の摩擦係数で除した比率に変えて示している。
【００５３】
次に、試験結果について説明する。
【００５４】
試験の結果、実施例１〜５は、摩擦係数の比率が、断面形状が（ｄ）である比較例１に対して、また断面形状が（ｅ）である比較例３に対しても下回っていることから、図３に示す凹部１０ａの断面形状のうち、（ａ）が、最も摩擦を低減させる凹部１０ａの断面形状であることが確認される。
【００５５】
また、実施例６〜８は、摩擦係数の比率が、比較例１に対して、また長手方向が傾斜する角度が７０°である比較例２に対しても下回っていることから、凹部１０ａの長手方向が軸１０の回転方向と直交する方向に対して傾斜する角度は、０°より大きく６０°以下となることが好ましく、さらに３０°以上６０°以下とすることがより好ましいことが確認される。
【００５６】
さらに、実施例５は、長手方向が傾斜する角度および断面形状とも、前述した好ましい形態に製作されているが、他のすべての実施例よりも摩擦係数は下回るものであり、摩擦の低減に対して最も効果を発揮した試験体であるといえる。
【００５７】
加えて、条件Ａと条件Ｂで、相対速度を変えて試験を行ったが、実施例１〜５については、速度の増加とともに、摩擦係数の比率が減少し、よって摩擦の低減効果が上昇している。これは、実施例１〜５における凹部１０ａの断面形状が、図３に示す（ａ）に形成されていることに起因し、軸１０と軸受メタル１１との相対回転速度の増加に伴い、凹部１０ａの潤滑油を押し流す機能が、さらに増幅されたものと考えられる。
【００５８】
なお、凹部１０ａは、軸の回転方向へ向かう潤滑油の流れを促進させる機能を有するために、前述した軸１０の回転方向へ潤滑油の流れを誘導する機能と、軸１０の回転方向へ潤滑油を押し流す機能との両者を有する必要は無く、いずれか一つの機能を有するように、前述した好ましい形態に設けられれば良い。なお、実施例５に示したように、凹部１０ａは、両機能を有するように形成された場合には、さらに摩擦の低減について効果を発揮する。
【００５９】
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。
【００６０】
なお、本実施形態における凹部１０ａは、すべり軸受１１の円筒内面に設けられてもよい。
【００６１】
また、本実施形態におけるすべり軸受は円筒形状を呈するものとしたが、クランクシャフトなどに用いることを考慮して、２つの半円筒状に分解可能に構成されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態における摺動装置１の概略図である。
【図２】軸１０の側面図である。
【図３】凹部１０ａを軸芯ａに直角な面で切断した際の拡大断面図である。
【図４】凹部１０ａを上から見た拡大斜視図である。
【図５】本発明の軸１０が適用可能な可変圧縮比エンジン２の概略図である。
【図６】本発明の実施例における試験に用いた摺動装置１の垂直および水平断面図である。
【図７】本発明の実施例における試験に用いた内接２円筒試験機の概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１      摺動装置、
２      可変圧縮比エンジン、
１０    軸（円柱軸）、
１０ａ  凹部、
１１    すべり軸受（軸受メタル）、
２１    ピストン、
２３    第１のコンロッド、
２４    コンロッド間連結ピン、
２５    第２のコンロッド、
２８    コントロール間連結ピン、
３０    制御機構連結部、
３１    制御機構、
Ａ      軸（円柱軸）の回転方向、
Ｂ      凹部を構成する面における単位面の法線。
【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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