(57)【要約】【解決手段】滑り軸受の摩擦を低減するために、複数の微小な凹部（２７）をＥＣＭで形成することによって滑り面（１）をストラクチャリングすることが知られている。本発明によれば、当該工程と同時に凹部（２７）同士の間に位置する中間部（５）も滑らかにすることによって、表面形状の先端部を除去することが提案される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する表面に沿って摺動する滑り面（１）、具体的には滑り軸受面、より具体的には回転対称な滑り軸受面であって、
前記滑り面（１）の表面は、複数の微小な凹部（２７）によってストラクチャリングされており、
ストラクチャリングされた部分（１１）における前記凹部（２７）同士の間に位置する中間部（５）の粗さ（Ｒｚ）がストラクチャリングされていない部分の粗さ（Ｒｚ）よりも小さいことを特徴とする、
滑り面
【請求項２】
前記ストラクチャリングされた部分（１１）における前記凹部（２７）同士の間に位置する前記中間部（５）は、０．２μｍ以下の粗さ（Ｒａ）と０．１６μｍ以下の粗さ（Ｒｐｋ）の少なくとも一方を有していることを特徴とする、
請求項１に記載の滑り面。
【請求項３】
前記ストラクチャリングされた部分（１１）における前記凹部（２７）同士の間に位置する前記中間部（５）の前記粗さ（Ｒｚ）は、前記ストラクチャリングされていない部分よりも１０％以上、好ましくは２０％以上、より好ましくは３０％以上小さいことを特徴とする、
請求項１または２に記載の滑り面。
【請求項４】
前記凹部（２７）同士の間に位置する前記中間部（５）は、
前記粗さ（Ｒｚ）が前記凹部（２７）の深さ（ｔ）よりも小さく、好ましくは５μｍ未満であり、より好ましくは４μｍ未満であり、さらに好ましくは２μｍ未満であることと、
接触面積率が５０％以上、好ましくは７５％以上であること、
の少なくとも一方を満足していることを特徴とする、
請求項１から３のいずれか一項に記載の滑り面。
【請求項５】
隣接する二つの前記凹部（２７）の間隔（２１）が、
複数の隆起部（２６）の一つの端縁を越えて側方に延びる散乱電場（２９）の長さの二倍を超えている場合、あるいは
前記凹部（２７）を上方から見た最大寸法（Ｅ）を超えている場合、
前記凹部（２７）同士の間に位置する前記中間部（５）の前記粗さ（Ｒｚ）は、前記凹部（２７）から離れるに連れて大きくなるか、逆に粗さ（Ｒｃ）が小さくなることを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載の滑り面。
【請求項６】
前記粗さ（Ｒｚ）を低減させるために前記ストラクチャリングされた部分（１１）における微視的な表面形状の頂部は、十分に角取りされていることにより、プラトー形状ではなく凸状に湾曲した面、具体的には半球状の曲面を呈していることを特徴とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の滑り面。
【請求項７】
特にクランクシャフト（２）において凸状に湾曲した滑り面（１）、具体的には回転対称な滑り軸受を、電気化学的な材料除去を通じて加工するツール（２５）であって、
前記ツール（２５）の作用面（２４）上の複数の隆起部（２６）は、それらにより形成される複数の凹部（２７）の深さ（ｔ）の２倍以上、好ましくは３倍以上、より好ましくは５倍以上の高さ（ｈ）を有していることを特徴とする、
ツール。
【請求項８】
前記隆起部（２６）同士の間に位置する前記ツール（２５）の一部の粗さ（Ｒａ）は、対応する箇所に形成される表面の粗さ（Ｒａ）の２００％以下であり、好ましくは５０％以下であり、より好ましくは２０％以下であることを特徴とする、
請求項７に記載のツール。
【請求項９】
前記隆起部（２６）同士の間に位置する前記ツール（２５）の一部は、膨出部（７）を有していることを特徴とする、
請求項７または８に記載のツール。
【請求項１０】
滑り面（１）の表面に複数の凹部（２７）を形成することにより、当該滑り面（１）の少なくとも一部をストラクチャリングする方法であって、
前記凹部（２７）同士の間に位置する中間部（５）にストラクチャリングされた領域（１１）を形成するのと同一工程において、粗さ（Ｒｚ）を低減する材料除去も行なわれることを特徴とする、
方法。
【請求項１１】
前記ストラクチャリングは、電気化学的な除去、具体的にはツール（２５）およびワークピース（２）の間隔と、印加される電流との少なくとも一方が増減される電気化学的な除去により行なわれることを特徴とする、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ワークピース（２）に形成される前記凹部（２７）の深さ（ｔ）に対するツール（２５）における隆起部（２６）の高さ（ｈ）と、前記凹部（２７）同士の間隔（２１）と、加工中におけるワークピース（２）およびツール（２５）の間隔（３）の少なくとも一つは、前記凹部（２７）同士の間に位置する中間部（５）における前記ストラクチャリングされた領域（１１）の粗さ（Ｒｚ）が、ストラクチャリングされていない領域の粗さ（Ｒｚ）よりも１０％以上小さく、好ましくは２０％以上小さく、より好ましくは３０％以上小さくなるような材料除去が行なわれるように選択される、
請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
グラインディングの直後に前記凹部（２７）を形成し、当該凹部（２７）同士の間の部分の材料除去を行なうことにより、回転対称な滑り軸受面がストラクチャリングされ、
当該材料除去は、前記滑り軸受面が使用される前に行なわれる最後の材料除去工程であることを特徴とする、
請求項１０から１２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、滑り対偶の滑り面に関し、具体的にはラジアル軸受の滑り軸受け面に関し、より具体的には内燃機関内のクランクシャフト（一方でエンジンブロックに対し、他方でコネクティングロッドに対する）に関する。
【背景技術】
【０００２】
潤滑される滑り対偶の滑り面においては、当該滑り対偶（特に滑り軸受）の滑り摩擦の大きさだけでなく耐用年数の観点から、すべての駆動状態において充分に多くの潤滑剤が当該滑り対偶の接触面間に均一に分配されることが必須である。その場合、特に二つの滑り面の相対移動の開始時が重要となる。
【０００３】
自動車においてスタート−ストップ設備の使用が増加するにつれて、滑り軸受の始動プロセスの数が１００倍以上に増加するため、上記の重要性は、特にクランクシャフトの軸受部において顕著に増大する。
【０００４】
したがって、特に滑り軸受における滑り面の接触面は、潤滑剤用のリザーバとして用いられる微視的に細かい凹部を有するように加工される。これらの凹部は、滑り面材料の自然な粗さに基づいて、あるいは意図的に形成される。よって、滑り軸受の支持率（すなわち接触面同士が実際に接触する面の割合）は、１００％を大きく下回ることが一般的であり、場合によっては６０％を下回りさえする。
【０００５】
滑り面の然るべきストラクチャリングは、グラインディング、フィニッシング、あるいはホーニングのような特殊な加工工程によって達成される。しかしながら、これら凹部の具体的な配置は予め定めることはできず、その大きさ、特に深さに関するばらつきも比較的大きい。ストラクチャリングの結果は、特に当該工程を実施する人の経験にも著しく左右される。
【０００６】
凹部の数、大きさ、深さ、および分布について所定の滑り軸受の接触面をストラクチャリングするために、表面にレーザーを照射して所望の凹部を得ることも知られている。
【０００７】
しかしながら、この手法は、凹部の数が多い場合には時間がかかり、レーザービームは凹部をリング状に包囲する望ましくない縁を発生させる。また、レーザー加工は、望ましくないハードゾーンを新たに生じさせる。
【０００８】
さらに、電解加工（ＥＣＭ）が知られており、パルス的に用いられる（ＰＥＣＭ）こともある。
【０００９】
これにより、例えば上記の凹部が形成された三次元的な表面が作製される。しかしながら、経済的意義を確保しつつ当該手法によって除去できる量は、高々３０μｍである。
【００１０】
然るべく負極として構成された電極を、別電極としてふるまう加工対象表面に近づけることにより、当該電極は、当該表面から材料をイオンの形態で除去する。
【００１１】
導電性を確保しつつ溶解した物質を除去するために、プロセス全体を通じて導電性の液体がツールとワークピースの隙間を通される。
【００１２】
ワークピースがクランクシャフトである場合（特にシリンダ数が多い乗用車用のクランクシャフトである場合）、プロセス中において当該ワークピースは安定しない。よって、位置決めだけでなくストラクチャリングも難しいという短所もある。
【００１３】
形成されたクランクシャフトの寸法精度は、最大軸受幅に加えて以下に列挙するパラメータを評価することによって、まず判断される。
−  直径偏差：軸受ピンの所定の目標直径からの最大の偏差
−  真円度：外側包絡円と内側包絡円の間隔によって定められる、軸受ピンの目標円形輪郭からの巨視的偏差
−  同心性：回転軸受けの偏心と軸受の理想円形状からの形状偏差の少なくとも一方によってもたらされる、回転ワークピースにおける径方向の寸法偏差
−  個別粗さＲｚの平均として定義される粗さ：山部の最高点までの寸法と谷部の最低点までの寸法の和を５箇所測定し、その平均をとった値として表される軸受点の微視的表面粗さ
−  算術平均粗さＲａ：個別測定区間内における輪郭座標値を算術平均したもの
−  突出山部高さＲｐｋとして定義される粗さ：Ｓ字形状のアボット曲線における所定の底辺長を有する三角形と同面積を有する輪郭断面の高さであり、山部の先端部の評価を可能にする
−  支持率：微視的表面構造において接触相手面と接している部分の割合
クランクピン軸受については、さらに以下のパラメータが評価される。
−  ストローク偏差：実際のストローク（クランクジャーナルの実際の中心からクランクピンの実際の中心までの距離）の目標ストロークからの寸法偏差
−  角度偏差：周方向におけるストローク長に関連して中央軸受軸や他のクランクピンの角度位置に対して定められるクランクジャーナルの実際の角度位置の目標角度位置からの周方向偏差
【００１４】
よって、これらのパラメータについての所望の公差の維持可能性は、利用する機械加工法だけでなく、ワークピースの不安定性や機械加工力によっても制限される。
【００１５】
実用に際しては加工プロセスの効率と経済性が非常に重要である。特に量産に際しては、サイクル時間と製造コストが非常に重要である。他方、試作品の加工に際しては、こうした制約を受けない。
【００１６】
具体的には、クランクシャフトなどのワークピースの製造時における最後の工程、特に当該ワークピースの軸受部のフィニッシング加工と表面ストラクチャリング時において、上記の事が言える。
【００１７】
これに関連して、例えば特許文献１と特許文献２に記載されているように、所定の低い粗さを得るためにＥＣＭ方法を利用することが、原理的に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２００８  ０１１  ８９３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０  ２００４  ０２７  ８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
よって、本発明の目的は、摩擦を著しく低減しつつ効率的な製造が可能なストラクチャリングされた滑り面（特に動圧滑り軸受）およびそれを製造する方法とツールを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的は、請求項１、７、および１０に記載された特徴によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項より得られる。
【００２１】
上記の目的は、滑り面であって、ストラクチャリングされた部分における凹部同士の間に位置する中間部の粗さＲｚが、ストラクチャリングされていない部分の粗さＲｚよりも小さいものによって達成される。
【００２２】
これにより、凹部同士の間の中間部の支持性が改善される。よって、単に凹部を形成するのみでストラクチャリングを行なう場合よりも、著しく摩擦が低減される。
【００２３】
この場合、前記ストラクチャリングされた部分における前記凹部同士の間に位置する表面は、０．２μｍ以下の粗さＲａと０．１６μｍ以下の粗さＲｐｋの少なくとも一方を有するべきである。
【００２４】
前記ストラクチャリングされた部分における前記凹部同士の間に位置する部分の前記粗さＲｚは、前記ストラクチャリングされていない部分よりも１０％以上、好ましくは２０％以上、より好ましくは３０％以上小さくすべきである。
【００２５】
前記ストラクチャリングされた部分における前記凹部同士の間に位置する部分の前記粗さＲｚが前記凹部の深さよりも小さく、好ましくは５μｍ未満であり、より好ましくは４μｍ未満であり、さらに好ましくは２μｍ未満である場合、有利であることが明らかにされた。
【００２６】
好ましくは、前記ストラクチャリングされた部分における前記凹部同士の間に位置する部分の支持率は、５０％以上、好ましくは７５％以上であるべきである。
【００２７】
前記粗さＲｚは、隣接する二つの前記凹部の間隔に応じて、前記凹部から離れるに連れて増加するか、あるいは減少すべきである。
【００２８】
隣接する二つの前記凹部の間隔が、複数の隆起部の一つの端縁を越えて側方に延びる散乱電場の長さの二倍を超えている場合、あるいは前記凹部を上方から見た最大寸法を超えている場合、前記凹部同士の間に位置する部分の前記粗さＲｚは、前記凹部から離れるに連れて大きくなるべきである。前記凹部の周囲の粗さが小さければ、所望する摩擦の低減には十分である。
【００２９】
上記二つの条件のいずれにも該当しない場合、前記凹部同士の間の前記粗さＲｚは、当該凹部から離れるに連れて小さくなるべきである。この場合、間隔が小さいため、滑り摩擦を減少させるためには、凹部同士の間の部分全体に小さな粗さが必要とされる。
【００３０】
好ましくは、前記凹部同士の間の前記ストラクチャリングされた部分における微視的な表面形状の頂部は、前記粗さＲｚを低減するために凸状に湾曲した面、より好ましくは半球状の曲面を呈しているべきである。これにより、当該先端部は、もはやプラトー形状を呈していない。これによっても滑り摩擦が低くなる。
【００３１】
上記の目的は、ストラクチャリング中に電気化学的な材料除去を行なうために用いられるツールであって、当該ツールの作用面上の複数の隆起部は、それらにより形成される複数の凹部の深さの２倍以上、好ましくは３倍以上、より好ましくは５倍以上の高さを有するものによっても達成される。
【００３２】
前記隆起部同士の間に位置する前記ツールの一部の粗さＲａは、対応する箇所に形成される表面の粗さＲａの２００％以下であり、好ましくは５０％以下であり、より好ましくは２０％以下であるべきである。隆起部同士の間隔が隆起部自体よりも十分大きい場合、ツールとワークピースの間隔が増すに連れてツール構造のワークピースへの転写精度が低下することへの対策である。
【００３３】
前記隆起部同士の間に位置する前記ツールの一部が膨出部を有していることにより、当該ツールの一部においてはもはや有効でない隆起部に由来する散乱場が補償されうる。また、隆起部同士の間全体にわたって粗さＲｚが均一に低減されうる。
【００３４】
上記の目的は、滑り面の表面に複数の凹部を形成することによって当該滑り面の少なくとも一部をストラクチャリングする方法であって、前記凹部同士の間に位置する中間部にストラクチャリングされた領域を形成するのと同一工程において、粗さＲｚを低減する材料除去も行なわれることを特徴とするものによっても達成される。
【００３５】
この場合、前記ストラクチャリングは、電気化学的な除去、具体的にはパルス的電気化学的な除去により行なわれることが好ましい。
【００３６】
この場合、前記凹部同士の間に位置する中間部における前記ストラクチャリングされた領域の粗さＲｚが、ストラクチャリングされていない領域よりも１０％以上小さく、好ましくは２０％以上小さく、より好ましくは３０％以上小さくなるような材料除去が行なわれるように選択される。
【００３７】
この目標値のために、下記の製造パラメータの少なくとも一つが適宜に選択される。
−形成される凹部の深さに対するツールの隆起部の高さ
‐凹部同士の間隔
‐加工中におけるツールとワークピースの間隔
【００３８】
回転対称な滑り軸受面の場合、グラインディングの直後に前記凹部を形成し、当該凹部同士の間の部分の材料除去を行なうことにより、ストラクチャリングが行なわれる。これにより、当該ストラクチャリングされた部分のフィニッシング工程は、完全に省略されうる。
【００３９】
ストラクチャリングは、回転対称な滑り軸受面において顕著な負荷が生じる箇所においてのみ行なわれ、ストラクチャリングされていない部分においては負荷がほぼ生じないため、当該部分にフィニッシングは必要ない。よって、作業工程としてのフィニッシングは完全に省略される。
【００４０】
したがって、凹部の形成、および凹部同士の間の部分からの材料除去は、前記滑り軸受面が使用される前に行なわれる最後の材料除去工程であるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１ａ】滑り面におけるストラクチャリングされた部分を示す上面図である。
【図１ｂ】クランクシャフトの軸受部の拡大図である。
【図２】滑り面の凹部を通る断面図である。
【図３】滑り面に使用されるツールの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図面を参照しつつ、発明の実施形態について以下詳細に説明する。
【００４３】
動圧滑り軸受内における滑り対偶の二つの滑り面の間には、潤滑剤（通常はオイル）が存在する。潤滑剤は、滑り面同士の相対運動によって滑り面全体に分配され、軸受間隙内に滑りフィルムを形成する。滑り面１の上面図である図１ａに示されるように、微視的に円形の凹部２７が多数形成されている場合、摩擦の低減が容易になる。使用される潤滑剤、滑り面の材料と表面特性などのパラメータに依存するが、凹部の形状、大きさ、深さ、間隔などのパラメータを最適化することにより、上記の効果が増強されうる。
【００４４】
図１ｂは、この種のストラクチャリングされた滑り面１の典型的な適用例として、クランクシャフト２の軸受部を示している。本例において凹部２７は、ストラクチャリングされた部分１１（周方向に延びる部分１１ａ、そして普通は軸受部１の全体幅１２のうち所定の幅部分１１ｂ）のみに形成される。
【００４５】
再現可能かつ経済的な大量生産可能に所定の形状、寸法、深さ、間隔でこのような凹部２７を特定のμ範囲内で形成可能にするために、電気化学的製造法（ＥＣＭ）が使用される。
【００４６】
図３に示されるように、形成される滑り面１は一般に凹形状を呈するため、電極は作用面に隆起部２６を有する。隆起部２６は、加工される滑り面１から数μｍの非常に近い距離に配置される。作用ギャップ３における電解質および導電流体４を通じてツール２５からワークピース２へ電流が流れることにより、ワークピース２の表面から金属イオンが放出され、ツール２５の隆起部２６の形状が凹部２７の形状としてワークピース２の表面１に転写される。
【００４７】
この場合、ストラクチャリングされた部分における凹部の面積の割合は、１５％から４９％の範囲内にあるべきである。
【００４８】
よって、当該ストラクチャリングされた部分において凹部２７の間に位置する中間部５の面積の割合は、凹部の面積の割合よりも非常に大きい。
【００４９】
凹部２７の摩擦を低減する作用は、潤滑剤の貯蔵効果によって引き起こされる。すなわち、特に滑り軸受内の相対運動の開始時において非常に狭い間隔で配置された凹部２７から潤滑剤が引き出され、軸受ギャップ内における凹部２７同士の間の中間部５へ分配される。図２に示されるように、少なくとも滑り軸受の動作中に潤滑剤が引き出される凹部２７の側壁９は、傾斜面とされている。特に凹部２７が円形である場合、全ての側壁９は等しく形成されることが一般的であり、中間部５への移行部分８は、角取りされた形状を有している。
【００５０】
しかしながら、凹部２７同士の間の中間部５は依然として最初に滑り軸受の荷重を受けるため、軸受の負荷受容性などの特性は、中間部５の表面の微視的構造、特に図２において拡大視で示した粗さと接触部面積（図２に拡大して示した）に依存する。
【００５１】
従来は、所望の粗さ（特に十分な接触部面積）が得られるまで研削とフィニッシングによる機械加工を施していた。凹部２７は、その後で表面に形成されていた。
【００５２】
本発明によれば、凹部２７を形成するだけでなく、凹部２７同士の間の中間部５の粗さＲｚを低減するためにも、ＥＣＭが用いられる。
【００５３】
図３は、電気化学的に材料を除去するためにツール２５がどのような構成を備えるのかを示している。
【００５４】
ツール２５の作用面２４上に形成されており、ワークピース２の表面に凹部２７として転写される隆起部２６は、形成される凹部２７の深さｔよりも十分に大きな高さｈを有している。
【００５５】
隆起部２６がワークピース２の表面に最接近し、図３の左半分に示されるように隆起部２６の一部が既に凹部２７として転写されていたとしても、隆起部２６同士の間には、隆起部２６が設けられている箇所よりも十分大きな間隙３が、ツール２５とワークピース２の間に残る。
【００５６】
電気化学的除去による材料除去効果は、特にこの間隔３の大きさに依存するため、隆起部２６間の中間部５においてツール２５からワークピース２へ流れる電流による材料除去量は、隆起部２６が設けられている箇所よりは少ないものの、確かに存在する。
【００５７】
ツール２５とワークピース２の最大接近時における間隔３の選択（電気化学的除去中はツールとワークピースを往復させながら接近させることが一般的）は、同期パルス電流の印加と組み合わせて制御されることにより、中間部５からの材料除去量が定めされうる。
【００５８】
この場合、当該部分からの材料除去量は、ワークピースの表面における微視的表面形状の先端部のみが除去されるように調節されうる。除去される先端部は凸状（具体的には半球状）の輪郭を有しているため、図２に拡大視で示されるように、接触部面積が増大して粗さ（ＲｚとＲａの少なくとも一方）が低減される。
【００５９】
これに関連して、他の因子も考慮される。
【００６０】
ツール２５とワークピース２の間を流れる電流は、両要素の微視的な接触平面に直交する方向だけでなく、隆起部２６の角部に直交する方向も向く。よって、電流は、図２の右半分に示されるように、中間部５の角部６においても、いわゆる散乱場２９の形態でワークピース２の表面に到達する。しかしながら、図１ａに示されるように、凹部２７同士の間隔２１は、凹部２７の直径の何倍にもなることが一般的であるため、中間部５の表面全体が加工されるわけではない。
【００６１】
ツール２５の作用面２４における平坦な部分（すなわち隆起部２６同士の間の部分）から中間部５へ流れる電流は、ワークピース２の表面に到達し、中間部５の縁部６において隆起部２６からの散乱場２９と重なる。
【００６２】
これにより縁部６において材料が過剰に除去される場合、隆起部２６同士の間に位置するツール２５の作用面２４を特定の形状とすることにより（例えば、縁部６に対応する作用面２４を隆起部２６に沿って低くし、中央に膨出部７を形成することにより）、対処できる。
【００６３】
間隔が大きいゆえに転写精度はやや劣るとは言え、隆起部２６同士の間においてもツール２５の表面の微視的な構造がワークピース２の表面に転写される点も考慮される必要がある。
【００６４】
したがって、ツール２５の表面（特に図３に示される隆起部２６同士の間の部分）の微視的な構造にも、ある転写精度は、粗さと接触率について所定のパラメータを有するという観点から注意が払われることを要する。
【００６５】
すなわち、ツール２５の作用面２４における当該部分が粗すぎると、支持率が不十分な表面構造になってしまう。滑り軸受の荷重支持能力が十分な支持率と必要な最大粗さに依存する部分（すなわちワークピース２の表面における中間部５）の粗さが、電気化学的な材料除去を通じて粗さが許容できないほど大きくなるからである。
【符号の説明】
【００６６】
１：軸受部、滑り面、２：クランクシャフト、ワークピース、３：間隔、作用間隙、４：流体、電解質、５：中間部、６：縁部、７：膨出部、８：角取りされた面、９：側面、１０：軸方向、回転軸、１１：ストラクチャリングされた部分、１１ａ：周部、１１ｂ：幅部、１２：全幅、２４：作用面、２５：ツール、電極、２６：隆起部、２７：凹部、２８：移動方向、回転方向、２９：散乱場、ｔ：深さ、ｈ：高さ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
2016532835.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2016532835.tif 000008
2016532835.tif 000009
2016532835.tif 000010
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2016532835.tif 000012
2016532835.tif 000013
2016532835.tif 000014
2016532835.tif 000015
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