(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がりおよび／または滑り接触に適した表面（１３）を有する機械部分の製作方法であって、前記表面（１３）は平坦構造（１７）を有し、前記平坦構造（１７）は相互に交差する複数の溝部（１５）により断続され、ここで平坦構造（１７）が少なくとも２段のホーニング工程の第２のホーニング段により形成され、一方プロフィル形状の先端部（１４）は第２のホーニング段によりプロフィル形状中心線（１６）まで除去され、これにより溝部（１５）の深さが第１のホーニング段の残留プロフィル形状により決定される前記機械部分の製作方法において、
砥粒（１８）を表面（１３）内に圧入することにより、圧入凹部（１９）から出発して、ランダム分布をなして発生する材料押しのけが水平方向および垂直方向に行われ、これにより溝部（１５）が完全にまたは一部埋め込まれ、プロフィル形状中心線（１６）の上部に隆起部（２０）が発生し、前記隆起部（２０）がそれに続く研磨工程によりプロフィル形状中心線（１６）まで除去されることを特徴とする機械部分の製作方法。
【請求項２】
表面（１３）に複数の不均一分布をなして配置された微小くぼみが設けられ、ここで溝部およびくぼみの表面積比率がほぼ１：１で与えられ、全表面に対するこれらの表面積比率が１５％以下であることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
表面（１３）の１００μｍの深さまでの直接表面層が周期的圧縮に対し１０００Ｎ／ｍｍ2以下の圧縮強さを有することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項４】
表面（１３）がカムフォロア（１）の転がりまたは滑りローラ（８）および／またはカム（７）に形成されていることを特徴とする請求項１または２の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、転がりおよび／または滑り接触に適した表面を有する機械部分の製作方法であって、前記表面は平坦構造を有し、前記平坦構造は相互に交差する複数の溝部により断続され、ここで平坦構造が少なくとも２段のホーニング工程の第２のホーニング段により形成され、一方プロフィル形状の先端部は第１のホーニング段によりプロフィル形状中心線まで除去され、これにより溝部の深さが第１のホーニング段の残留プロフィル形状により決定される前記機械部分の製作方法に関するものである。
このような平坦構造はかなり前から既知であり、とくにガソリンおよびディーゼル機関の機関ブロック内のシリンダ内径の最終加工において、シリンダ摺動面の摺動特性を改善するために使用される（ＶＤＩ−Ｚ第１２５巻（１９８３年）ＮＯ．１４−７月号（II）、９９５頁以降「年鑑における専門分野：ホーニング」）。摺動面特性の改善は、相互に交差する溝部によりオイル保持能力が改善されることにある。
この方法の欠点は、このような構造の表面があらゆる用途に対し十分ではなく、とくに高荷重において潤滑が不足した条件において転がりおよび滑り接触が同時に発生するときには十分ではない。
したがって、転がりおよび滑りの条件が重なり同時に潤滑が不足したことにより支持荷重が高くかつ負荷応力が高い場合でも、故障を回避する表面領域の形状を開発することが本発明の課題である。
この課題は本発明により、砥粒を表面内に圧入することにより、圧入凹部から出発して、ランダム分布をなして発生する材料押しのけが水平方向および垂直方向に行われ、これにより溝部が完全にまたは一部埋め込まれ、プロフィル形状中心線の上部に隆起部が発生し、前記隆起部がそれに続く研磨工程によりプロフィル形状中心線まで除去されることにより解決される。このような砥粒はたとえばＡｌ2Ｏ3ないしコランダム砥粒でよい。重ねて行われる平坦ホーニング加工により、一方で、第１のホーニング構造の表面先端部がそのプロフィル形状中心線まで除去され、これにより複数倍に小さくされた粗さ深さを有する残留平坦部が大きな材料部分を占め、この結果大きい支持部分が形成される。他方で、相互に交差する溝部により存在する潤滑剤蓄積部は本発明による材料押しのけにより変化され、したがって溝部の部分的ないし完全な閉鎖により潤滑剤の制御されない流出はもはや不可能となる。溝部のこの閉鎖はそれに続く研磨により除去されることはない。その理由は、溝部内の隆起部はその位置がプロフィル形状中心線の下側にあるので第１のホーニング段においては研磨されず、プロフィル形状中心線の上側のみが研磨ないし研削により除去されるからである。
基本構造を形成するとき、まず前の加工工程の構造は完全に除去され、すなわち第１のホーニング工程によりたとえば研削跡は完全に除去され、このとき表面層は研削溝の深さまで除去される。第２のステップとしてここで平坦構造の形成が行われ、このときホーニング砥石の実質的に小さい粒度を用いた第２のホーニング工程により第１のホーニング構造が除去され、この結果小さい粗さ深さおよび大きい支持部分を有する希望の平坦部ならびに第１のホーニング段の粒度に対応する軸に対し斜め方向の溝を有する十字構造が形成される。この場合、加工物の回転速度、揺動周波数および揺動送りならびにホーニング砥石の対応する粒度のようなホーニング工程の動的設定条件を決定することにより、種々の方法で希望の構造を形成することができる。次に、第３のステップとして、研削砥粒を一時的に圧入することにより、上記の材料押しのけが行われ、この材料押しのけにより相互に交差する溝部が閉鎖される。
請求項２に記載の本発明の他の特徴により、表面に複数のランダム分布をなして配置された微小くぼみが設けられ、ここで溝部およびくぼみの表面積比率がほぼ１：１で与えられ、全表面に対するこれらの表面積比率が１５％以下とされる。この場合、微小くぼみは同様にオイル蓄積空間として働き、このオイル蓄積空間から、転がり方向ならびにそれに直角な方向のいずれにもオイルが流出することはない。このようなくぼみはそれ自身既知であり、たとえばドイツ特許公開第４１１４５１３号に詳細に記載されている。
請求項３に示すように、本発明の有利な変更態様においては、表面の１００μｍの深さまでの直接表面層が周期的圧縮に対し１０００Ｎ／ｍｍ2以下の圧縮強さを有するように設計されている。この場合、圧縮強さの最大値は直接表面にまたは１００μｍの深さに存在してもよい。このような固有の強さは材料内に働くせん断応力および引張応力を低減するように働き、したがって微小剥離および亀裂の発生は防止される。
負荷荷重の大きさおよび過程に適合して形成される固有圧縮強さは、鋼球ショットブラストに通常使用されるようなショットブラスト装置により形成される。これはたとえば、多数の小球が圧縮空気により高い慣性を有してノズルから処理すべき加工物の表面に加速されることにより行うことができる。このとき、これにより、球の直径、球の材料および加工物の表面への衝突速度のような所定のパラメータの関数として希望の固有強さが形成され、ないし希望のくぼみが形成される。しかしながら、表面の水ジェットもまた考えられる。
請求項４に記載のように、カムフォロアのローラの表面および／またはカムの表面に本発明による構造が設けられることが好ましく、これにより内燃機関の弁操作において転がりと滑りの条件が重なることにより負荷荷重が高くなり、好ましくない潤滑条件と組み合わされた、すなわち潤滑不足における故障を回避することができる。
本発明を以下に示す実施態様により詳細に説明する。ここで、
図１はカムフォロアの部分破断側面図、
図２はカムから力が伝達されるローラの斜視図、
図３はホーニング構造を説明するための表面の拡大断面図、
図４は本発明による構造を説明するための表面の拡大断面図である。
符号１が付けられたロッカアームには中心部に貫通内孔２が設けられている。この内孔２内を軸３が貫通し、これによりロッカアーム１はこの位置において回転点を有している。ロッカアーム１の部分４に凹所５が設けられ、凹所５の境界は軸方向に配置された２つの側壁６により形成されている。カム７と接触しているローラ８はこの凹所５内に保持されている。ローラ８には複数の針状コロ９を受け入れる中心内孔１０が設けられている。針状ころ９ないし針状ころ９により形成される針状ころ環はシャフト１１上でローラ８を回転可能に支持し、シャフト１１は同時に針状ころ環９に対する内レースを形成している。シャフト１１は側壁６の２つの受入内孔１２内に固定されている。とくに図２に示すローラ８の斜視図からわかるように、ローラ８の表面１３は本発明による構造を有するものである。
図３は２段のホーニング工程を行ったのちの前記ローラ８の表面１３をきわめて拡大してかつ簡単に示している。表面１３は異なる高さの先端部１４および谷部１５を有し、最も高い先端部１４から最も深い谷部１５までの先端部１４と谷部１５との間隔は粗さ深さといわれる。この場合、ローラ８の表面１３の加工は、先端部１４がプロフィル形状中心線１６まで除去されるように行われる。この加工ののち、図３に左側に略図で示すような構造が形成される。このように、重ねて行われるホーニング加工により、第１のホーニング段の先端部１４はプロフィル形状中心線１６まで除去され、一方谷部１５はこのホーニング段からは影響を受けない。このようにして摺動面の範囲内に複数の平坦部１７が形成され、平坦部１７は第１のホーニング段に比較して実質的に小さい粗さを有し、これにより平坦部１７は高い支持能力を有する比較的平らな摺動面を有している。この場合、第１のホーニング段の残留谷部１５内に、十分な潤滑剤の量を蓄積させることができ、この量は谷部１５が深くなればなるほど多くなる。
図４からわかるように、砥粒１８が平坦部に圧入される。表面内への砥粒１８の侵入により砥粒１８は圧入凹部１９を形成し、これによりこの位置に既に存在していた前の平坦部１７の材料は水平方向ないし垂直方向に押しのけられる。この材料の押しのけにより、存在していた溝部１５は部分的にまたは完全に埋め込まれ、これにより溝部１５はその長さ方向伸長長さが制限されることは好ましい。これにより、潤滑剤の制御されない流出が防止される。砥粒１８による材料の押しのけのときに同様に発生する隆起部２０は、続いて研磨工程によりプロフィル形状中心線１６の高さまで除去される。この研磨工程はプロフィル形状中心線１６の上部だけに行われるので、研磨工程により溝部１５に口が開けられることはない。
カムフォロアのローラ８の表面１３には、上記のように２段のホーニング加工により、図４に示すような構造が形成される。この場合最大粗さ深さは２．０μｍであり、相互に交差する溝部および微小くぼみの合計表面積比率は９％と特定され、この場合溝部は約２μｍの幅を有し、全体表面の４％を占め、一方平坦な面におけるくぼみは３０−６０μｍ2の大きさを有し、表面の５％を占めている。この場合、このようなローラで支持されるカムフォロアに対し高い荷重を与えた厳しい試験が行われた。この場合、潤滑が不足した条件下においても、割れないし剥離が発生しないことがわかった。本発明による転がりおよび／または滑り接触面の形成は内燃機関用のカムフォロアに限定されず、潤滑機能面が粗さ深さの小さい平坦構造を要求するところに広く使用可能であることは当然であり、この場合、相互に交差する溝部は制限された伸長長さを有し、すなわち潤滑剤の流出を防止するために相互に交差する溝部は随所で遮断されることになる。
符号の説明
１  ロッカアーム
２  内孔
３  軸
４  部分
５  凹所
６  側壁
７  カム
８  ローラ
９  針状ころ
１０  内孔
１１  シャフト
１２  内孔
１３  表面
１４  先端部
１５  谷部ないし溝部
１６  プロフィル形状中心線
１７  平坦部
１８  砥粒
１９  圧入凹部
２０  隆起部
【図１】
0003734507.tif 000002
【図２】
0003734507.tif 000003
【図３】
0003734507.tif 000004
【図４】
0003734507.tif 000005