(57)【要約】【課題】  製造効率が良好で、製造コストを低減し得る、摺動部材の製造方法およびこれにより製造される摺動部材を提供する。【解決手段】  相手材と潤滑剤を介して互いに摺動し合う際にオイル溜まりとなるべき凹部が分布し、かつ、前記凹部を除いた部位が平滑である摺動表面を有する摺動部材の製造方法であって、摺動表面に凹部を形成する凹部形成工程と、凹部形成工程により凹部周辺に生成する微小凸部を、マイクロブラスト加工により除去する凸部除去工程と、を有している。【選択図】  図１
2005161419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手材と潤滑剤を介して互いに摺動し合う際にオイル溜まりとなるべき凹部が分布し、かつ、前記凹部を除いた部位が平滑である摺動表面を有する摺動部材の製造方法において、
前記摺動表面に前記凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部形成工程により凹部周辺に生成する微小凸部を、マイクロブラスト加工により除去する凸部除去工程と、を有していることを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項２】
前記凹部形成工程が、ショットブラスト加工、マイクロロールフォーミング加工およびレーザ加工のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項３】
前記凹部形成工程が、前記摺動表面に、直径が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である、セラミックあるいはセラミックコーティングされた球状粒子を投射するショットブラスト加工であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項４】
前記凸部除去工程が、前記摺動表面に、直径が２μｍ〜５０μｍの範囲である球状粒子を、投射圧が０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲で投射するマイクロブラスト加工であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、球状粒子が、超硬あるいはセラミックから成ることを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一つの方法により製造される摺動部材。
【請求項７】
摺動表面に対する凹部の合計面積率が５％〜４０％の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の摺動部材。
【請求項８】
摺動表面における、凹部を除いた平坦部の表面粗さがＲａ０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項６または請求項７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、潤滑剤を介して互いに摺動し合う摺動部材の製造方法に係わり、特に、オイル溜まりとして作用する凹部を摺動表面に分布させた摺動部材の製造方法およびそれにより製造される摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受や自動車部品の摺動部材にあっては、相手材と潤滑剤を介して互いに摺動し合う際にオイル溜まりとなる凹部が形成されることがある。このように摺動表面に凹部を形成する製造方法として、例えばレーザ光を照射する方法（レーザ加工）が公知である（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、レーザ加工による凹部の形成に際して、例えば工作物である摺動部材が金属材料である場合、レーザ光が照射された個所には凹部が形成されるものの、レーザ光の照射によって溶融した金属は昇華して分離除去されるわけではなく、凹部の周辺で冷却されて再び固まってしまうため、凹部周辺に微小凸部として残留する。このため、この凸部除去を目的として、特許文献２では、超仕上研磨を施し、凹部を除いた部位を平滑に仕上げるようにしている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載された摺動部材の製造方法にあっては、超仕上研磨が比較的加工能率の低い工法であるため、最終的に得られる摺動部材の製造コストが高価になってしまうという問題点があった。
【０００５】
また、加工能率を高めようとして番手が粗めの超仕上砥石を選定すると、凹部を除いた平坦部の表面粗さを良好に仕上げることが困難である。このため、超仕上砥石の番手を少なくとも２段階に設定して、凸部除去を目的とした粗めの番手による超仕上研磨工程と、平坦部の平滑化を目的とした細かめの番手による超仕上研磨工程とを別々に行わなければならず、やはり摺動部材の製造コストが高価になってしまう。
【０００６】
さらに、レーザ加工によって凹部を形成する場合、形成された凹部の底面は荒れた状態になり、潤滑剤の流れに乱れが生じてしまうために、摺動摩擦特性を向上させる効果が得られにくいという問題点があった。
【特許文献１】特開平７−１３３７０４号公報
【特許文献２】特開２００１−２５４８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、製造効率が良好で、製造コストを低減し得る、摺動部材の製造方法およびこれにより製造される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】
【０００８】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００９】
本発明は、相手材と潤滑剤を介して互いに摺動し合う際にオイル溜まりとなるべき凹部が分布し、かつ、前記凹部を除いた部位が平滑である摺動表面を有する摺動部材の製造方法において、
前記摺動表面に前記凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部形成工程により凹部周辺に生成する微小凸部を、マイクロブラスト加工により除去する凸部除去工程と、を有していることを特徴とする摺動部材の製造方法である。
【００１０】
また、本発明は、前記摺動表面に前記凹部を形成する前記凹部形成工程と、前記凹部形成工程により凹部周辺に生成する微小凸部をマイクロブラスト加工により除去する前記凸部除去工程とにより製造される摺動部材である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る摺動部材の製造方法およびそれにより製造される摺動部材によれば、摺動部材の表面に、凹部を分布させ、かつ凹部周辺に生成する微小凸部を除去して凹部を除いた部位を平滑に仕上げることにより、相手材と潤滑材を介して互いに摺動し合う際にオイル溜まりとして機能させる場合にあっては、摩擦し合う摺動面同士の接触部に十分に潤滑油を行き届かせ、潤滑性能が向上し得る摺動部材を安価な製造コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る摺動部材の製造方法およびそれにより製造される摺動部材について、詳細に説明する。
【００１３】
本発明の摺動部材の製造方法に関しては、摺動部材とすべきワークの被処理面である表面に、凹部形成処理と、それに続く凸部除去処理とを施すことによって、分布した凹部と平坦部とで構成される摺動表面を形成することができる。
【００１４】
凹部形成処理としては、ショットブラスト加工、マイクロロールフォーミング加工およびレーザ加工のうちのいずれか一つを選択することができる。つまり、例えば金属から成る高硬度の摺動部材の場合であっても、塑性変形あるいは熱による変形を生じさせることにより、有効な凹部を形成することができるからである。
【００１５】
ショットブラスト加工で用いる球状粒子の直径は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましい。また、球状粒子は、セラミックあるいはセラミックコーティングされた球状粒子から成ることが好ましい。
【００１６】
この理由は、球状粒子の直径が０．１ｍｍに満たないときには、形成される微小凹部の開口部の直径が小さくなり、オイル溜まりとして機能する凹部が実質的に形成できなくなるからであり、一方、球状粒子の直径が０．５ｍｍを超えるときには、形成される微小凹部の開口部の直径が大きくなってしまい、オイル溜まりとして十分に機能しなくなってしまうからである。また、球状粒子がセラミックよりも軟らかい材質であるときには、ワークである摺動部材に十分な塑性変形を生じさせることができず、有効な凹部が形成されない可能性があるからである。
【００１７】
凸部除去処理としては、直径が２μｍ〜５０μｍの範囲である球状粒子を、投射圧０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲で投射するマイクロブラスト加工であることが好ましい。
【００１８】
つまり、球状粒子の直径が２μｍに満たないときには、十分な加工能力を有しないため、実質的に微小凸部を除去する能力が不足しているからであり、一方、球状粒子の直径が５０μｍを超えるときには、凹部を除いた平坦部の表面粗さを良好に仕上げることができなくなってしまうからである。また、上記投射圧が０．１ＭＰａに満たないときには、微小凸部を除去する能力が不足しており、０．５ＭＰａを超えるときには、凹部を除いた平坦部の表面粗さを良好に仕上げることができなくなってしまうからである。
【００１９】
また、球状粒子は、超硬あるいはセラミックから成ることが望ましい。
【００２０】
つまり、球状粒子が超硬よりも軟らかい材質であるときには、摺動部材に塑性変形を生じさせることができず、凸部除去ができない可能性があるからである。
【００２１】
さらにまた、本発明に係る摺動部材は、凹部が分布し、かつ凹部を除いた部位が平滑である摺動表面を有してなる。摺動表面に分散している凹部が、相手材と潤滑剤を介して互いに摺動し合う際にオイル溜まりとして機能し、摩擦係数が大幅に低減することになる。
【００２２】
凹部の分布については、相手材の表面と潤滑剤を介して互いに摺動し合う摺動表面に対する凹部の合計面積率を５％〜４０％の範囲とすることが望ましい。
【００２３】
つまり、上記合計面積率が５％に満たないときには、オイル溜まりとして実質的に機能しないので、摩擦の低減効果が十分に得られないからである。一方、上記合計面積率が４０％を超えたときには、摺動時に発生するヘルツ接触面圧に十分に耐えることができずに、凹部を起点とした微細クラックの形成によるピッチングおよびこれに伴うスカッフィング生じてしまい、その結果、摺動面の粗さが悪化して摩擦の低減効果が減少する可能性があるからである。
【００２４】
さらに、摺動表面における凹部を除いた平坦部の部位については、その表面粗さＲａが０．３μｍを超えると、摺動時に発生するヘルツ接触面圧に十分に耐えきれなくなってスカッフィングが生じてしまい、摺動面の粗さが悪化することによって、上記と同様に摩擦が急増してしまう傾向がある。したがって、摺動表面における、凹部を除いた平坦部の部位の表面粗さを中心線平均粗さＲａで０．３μｍ以下とすることが望ましい。
【００２５】
本発明に係る摺動部材の製造方法を具現化した加工装置の実施形態およびその作用について、図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
（本発明の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る、摺動部材の被処理面に対して凹部形成処理を施す加工装置１０ａを示す概略構成図である。
【００２７】
凹部形成処理を施す加工装置１０ａは、概説すれば、摺動部材とすべきワークとしての円筒部材Ｗを回転駆動する駆動手段２０ａと、円筒部材Ｗの外周面に向けて硬質の球状粒子（ショット）３２ａを投射するショットブラスト装置３０ａと、を有している。円筒部材Ｗは、例えば、カムシャフトやクランクシャフトの円筒部材であり、例えば焼入れ鋼または鋳鉄から成る。この円筒部材Ｗの外周表面が、凹部を形成すべき被処理面となる。
【００２８】
そして、円筒部材Ｗの外周面に対して、ショットブラスト装置３０ａから球状粒子３２ａを投射することにより、円筒部材Ｗの外周面に凹部を形成する凹部形成処理すなわちショットブラスト処理を施す。円筒部材Ｗに凹部形成処理を施すことにより、凹部が分布した摺動表面を有する摺動部材が製造される。図示例では、円筒部材Ｗの上部部分がショトブラスト処理により凹部が形成される加工部となる。加工部は、円筒部材Ｗの回転に伴って順次移動することになる。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態に係る、摺動部材の被処理面に対して凸部除去処理を施す加工装置１０ｂを示す概略構成図である。
【００３０】
凸部除去処理を施す加工装置１０ｂの本体は、加工装置１０ａと共通とすることができるため、以下では、加工装置１０ａとの相違点のみについて概説する。
【００３１】
すなわち、円筒部材Ｗの外周面に向けて硬質の球状粒子３２ｂを投射するマイクロブラスト装置３０ｂを有している。
【００３２】
そして、円筒部材Ｗの外周面に対して、マイクロブラスト装置３０ｂから球状粒子３２ｂを投射することにより、円筒部材Ｗの外周面の凸部除去処理すなわちマイクロブラスト処理を施す。円筒部材Ｗに凸部除去処理を施すことにより、凹部周辺に生成した微小凸部が除去され、凹部を除いた平坦部が平滑化された摺動表面を有する摺動部材が製造される。
【００３３】
以下、加工装置１０ａおよび加工装置１０ｂを詳述する。
【００３４】
前記駆動手段２０ａは、円筒部材Ｗの回転軸Ｗａを着脱自在に把持する図示しないチャック、当該チャックに連結され円筒部材Ｗを回転駆動するモータＭなどから構成されている。円筒部材Ｗは、図中矢印で示される回転方向に回転する。円筒部材Ｗの回転速度は、モータＭの回転速度を調整することにより、可変自在となっている。円筒部材Ｗは、例えば、３０ｒｐｍで回転する。
【００３５】
前記ショットブラスト装置３０ａは、円筒部材Ｗの上方に配置されている。粒子タンク３３ａに貯蔵された球状粒子３２ａは、粒子供給装置３５ａを経て、配管ホース３６ａに供給される。配管ホース３６ａの一端には、球状粒子３２ａを運搬する媒体である気体（例えば、エアー）を供給する供給源３４ａが接続され、配管ホース３６ａの他端には、ブラストノズル３１ａが接続されている。配管ホース３６ａに供給された球状粒子３２ａは、球状粒子運搬媒体に混合される。
【００３６】
ブラストノズル３１ａの先端は、加工部から所定距離離間した位置に配置されている。前記離間する距離は、例えば、１００ｍｍである。投射する球状粒子３２ａの直径は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲、投射圧は０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲で適宜選択される。一例を挙げれば、直径０．３ｍｍのジルコニアセラミックからなる球状粒子３２ａが、噴射圧力０．５ＭＰａで投射される。
【００３７】
図中符号２１ａは、加工装置１０ａ全体の制御を司るコントローラを示し、当該コントローラ２１ａは、駆動手段２０ａ、供給源３４ａおよび粒子供給装置３５ａの作動を制御する。
【００３８】
上記の加工装置１０ａによる凹部形成処理に続き、加工装置１０ｂによる凸部除去処理が施される。
【００３９】
前記駆動手段２０ｂは、円筒部材Ｗの回転軸Ｗａを着脱自在に把持する図示しないチャック、当該チャックに連結され円筒部材Ｗを回転駆動するモータＭなどから構成されている。円筒部材Ｗは、図中矢印で示される回転方向に回転する。円筒部材Ｗの回転速度は、モータＭの回転速度を調整することにより、可変自在となっている。円筒部材Ｗは、例えば、３０ｒｐｍで回転する。
【００４０】
前記マイクロブラスト装置３０ｂは、円筒部材Ｗの上方に配置されている。粒子タンク３３ｂに貯蔵された球状粒子３２ｂは、粒子供給装置３５ｂを経て、配管ホース３６ｂに供給される。配管ホース３６ｂの一端には、球状粒子３２ｂを運搬する媒体である気体（例えば、エアー）を供給する供給源３４ｂが接続され、配管ホース３６ｂの他端には、ブラストノズル３１ｂが接続されている。配管ホース３６ｂに供給された球状粒子３２ｂは、球状粒子運搬媒体に混合される。
【００４１】
ブラストノズル３１ｂの先端は、加工部から所定距離離間した位置に配置されている。前記離間する距離は、例えば、１００ｍｍである。投射する球状粒子３２ｂの直径は２μｍ〜５０μｍの範囲、投射圧は０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲で適宜選択される。一例を挙げれば、直径２０μｍのアルミナセラミックからなる球状粒子３２ｂが、噴射圧力０．５ＭＰａで投射される。
【００４２】
図中符号２１ｂは、加工装置１０ｂ全体の制御を司るコントローラを示し、当該コントローラ２１ｂは、駆動手段２０ｂ、供給源３４ｂおよび粒子供給装置３５ｂの作動を制御する。
【００４３】
上述したように、本実施形態に係る加工装置１０ａおよび加工装置１０ｂは、摺動部材を製造するに際して、摺動部材とすべきワークの被処理面に、直径が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である球状粒子３２ａを、投射圧が０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲で投射して、被処理面に凹部を形成する凹部形成処理を施した後、摺動部材とすべきワークの被処理面に、直径が２μｍ〜５０μｍの範囲である球状粒子３２ｂを、投射圧が０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲で投射して、被処理面の微小凸部を除去する凸部除去処理を施し、凹部が分布した摺動表面を形成する摺動部材の製造方法を具現化したものであり、相手材と潤滑剤を介して摺動し合う摺動部材の摺動表面に凹部を分布させることができ、相手材との間の摩擦を大幅に低減した摺動部材を得ることができる。
【００４４】
また、その製造に際して、凹部形成工程と凸部除去工程を１台の加工装置で処理できるようにしているので、製造工程の大幅な簡略化をも実現することができる。すなわち、凹部形成工程としてショットブラスト加工を選定したため、直径が０．１〜０．５ｍｍの範囲である球状粒子（ショット）を噴射する投射ユニットと、直径が２〜５０μｍの範囲である球状粒子を噴射する投射ユニットとの２系統の噴射ユニットを設けることにより、凹部形成工程と凸部除去工程とを１台のブラスト加工機で行うことができるからである。
【００４５】
（対比例）
レーザ加工によって摺動部材の摺動表面に凹部を形成した後に、超仕上研磨によって凹部周辺の微小凸部を除去することにより、円筒部材の外周表面に凹部を形成した。この結果、円筒部材には、前記実施形態と同様の凹部が分布した表面が形成された。
【００４６】
しかしながら、製造に要したトータルの時間は、前記実施形態の場合と比較して約２倍となった。
【００４７】
以上説明したように、本発明は、摺動特性に優れる摺動部材の製造方法において、ブラスト工法の開発を鋭意行ってきた結果、製造工程の簡略化に直結する大きな効果が得られる加工技術を見出したものであって、工業的に有益なものである。すなわち、本発明によれば、製造工程が簡便で製造コストを安くすることができる、摺動部材の製造方法を提供できた。
【００４８】
また、特に凹部形成工程としてショットブラスト加工を選定した場合、直径が０．１〜０．５ｍｍの範囲である球状粒子（ショット）を噴射する投射ユニットと、直径が２〜５０μｍの範囲である球状粒子を噴射する投射ユニットとの２系統の噴射ユニットを設けることにより、凹部形成工程と凸部除去工程とを１台のブラスト加工機で行うことができるので、摺動部材の表面に凹部を形成し、かつ凹部周辺に生成する微小凸部を除去して凹部を除いた平坦部を平滑に仕上げるのに際し、製造効率を高め、引いては、製造コストを低減することが可能となる。
【００４９】
さらに、凹部がレーザ加工によって形成される場合にあっては、凹部の底面の面荒れを改善する効果が得られ、より大きな摩擦特性の向上効果を実現可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、オイル溜まりとして作用する凹部を摺動表面に分布させた摺動部材を製造する技術に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る、摺動部材の被処理面に対して凹部形成処理を施す加工装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る、摺動部材の被処理面に対して凸部除去処理を施す加工装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ａ  凹部形成処理を施す加工装置、
１０ｂ  凸部除去処理を施す加工装置、
２０ａ、２０ｂ    駆動手段、
２１ａ、２１ｂ    コントローラ、
３０ａ、３０ｂ    ショットブラスト装置、
３１ａ、３１ｂ    ブラストノズル、
３２ａ、３２ｂ    球状粒子、
３５ａ、３５ｂ    粒子供給装置、
Ｗ      円筒部材。
【図１】
2005161419.tif 000003
【図２】
2005161419.tif 000004