JP2006017218A - Sliding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動装置に関する。 The present invention relates to a sliding device.
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シャフトおよび該クランクシャフトを支持する軸受メタルなどに用いられ、クランクシャフト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)。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。 Conventionally, a sliding device has been used, for example, for a crankshaft provided in an engine and a bearing metal that supports the crankshaft, and the friction generated on the sliding surface when the crankshaft slides on the bearing metal. In order to reduce this, there is one in which a concave portion whose longitudinal direction is orthogonal to the sliding direction is provided on the surface of the shaft with the groove depth changed according to the portion of the shaft surface (see Patent Document 1). In order to evenly lubricate the sliding surface with the lubricating oil interposed between the shaft and the bearing metal, the concave portion holds the lubricating oil and provides the lubricating oil to the sliding surface near the concave portion during sliding ( Hereinafter, it is based on exhibiting the function of retaining lubricating oil.
しかしながら、従来の摺動部材は、クランクシャフトのような回転運動する軸の摺動面上の形状に関して、凹部の深さなどを規定するものであり、相手面であるメタル表面の粗さに関して言及するものではない。 However, the conventional sliding member regulates the depth of the concave portion with respect to the shape on the sliding surface of the rotating shaft such as the crankshaft, and refers to the roughness of the metal surface as the mating surface. Not what you want.
例えば、マスクドブラスト工法を用いて凹部を形成したクランクシャフトと該クランクシャフトを支持する軸受メタルとの摺動において、軸受メタル表面のスキューネスRskが正であり、表面に突起部分が多く存在している場合、摺動初期において、この突起部分によって相手面であるクランクシャフトの表面が荒れてしまい、摺動面のなじみ性が悪化し、摩擦が増加するという問題がある。
そこで、本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、摺動面が良好になじみ、低摩擦という効果を発揮し得る摺動装置を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a sliding device that can be well adapted to the sliding surface and exhibit the effect of low friction. is there.
本発明の目的は、下記の手段により達成される。
(1)油を介して相対的に摺動する第1の摺動部材と第2の摺動部材とから構成される摺動装置であって、第1の摺動部材は、油溜りのための凹部を形成する処理が施され、第2の摺動部材は、表面のスキューネスRskが負であることを特徴とする摺動装置。
The object of the present invention is achieved by the following means.
(1) A sliding device composed of a first sliding member and a second sliding member that slide relative to each other via oil, the first sliding member being an oil reservoir The sliding device is characterized in that the second sliding member has a negative surface skewness Rsk.
本発明によれば、油を介して相対的に摺動する第1の摺動部材と第2の摺動部材とから構成される摺動装置において、第1の摺動部材は、油溜りのための凹部を形成する処理が施され、第2の摺動部材は、表面のスキューネスRskが負であることによって、摺動時において、油溜りの効果が発揮されるとともに、摺動面が良好になじみ、摺動装置に発生する摩擦の低減効果を発揮する。 According to the present invention, in the sliding device constituted by the first sliding member and the second sliding member that slide relative to each other through the oil, the first sliding member is an oil reservoir. For this reason, the second sliding member has a negative surface skewness Rsk, so that the effect of oil accumulation is exhibited and the sliding surface is good when sliding. Familiarity, it shows the effect of reducing the friction generated in the sliding device.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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を中心に方向Aに向けて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11a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と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、本実施形態において、複数の凹部10aが、軸10の表面に設けられている。
FIG. 1 is a schematic view of a
図2は、軸10とすべり軸受け11との摺動面における拡大図を示している。矢印Aは、軸10の摺動方向である。
FIG. 2 shows an enlarged view of the sliding surface between the
ここで、軸10が回転摺動する際に、すべり軸受け11の内面11aのRskが正である場合は、図3に示すように、すべり軸受け11の内面11a上に突起部分11bが多く存在することとなり、突起部分11bと、軸10の凹部10a以外の表面との直接接触が起こりやすくなる。また軸10の表面とすべり軸受け11の内面11aとの隙間が小さいなど摺動条件が厳しい場合には、凹部10aによるすべり軸受け11の内面11a表面への攻撃性が懸念される。
Here, when the
そこで、本実施形態において、図2に示すように、スキューネスRskが負であるように、すべり軸受け11の内面11aを形成することとした。スキューネスRskは、通常、次の式に基づいて測定される。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the inner surface 11a of the slide bearing 11 is formed so that the skewness Rsk is negative. The skewness Rsk is usually measured based on the following equation.
式中、nは測定データのサンプル数、Rqは二乗平均平方根粗さ、Yiはi番目の測定データの粗さ曲線の中心線からの高さである(JISB0601参照)。 In the equation, n is the number of samples of measurement data, Rq is the root mean square roughness, and Yi is the height from the center line of the roughness curve of the i-th measurement data (see JISB0601).
すべり軸受け11の内面11aのスキューネスRskを負とすることによって、図2に示すように、すべり軸受け11の内面11aにおいて表面から窪んだ部分の分布が増加し、突起部分11bが減少するため、凹部10aを有した軸10の表面との摺動に関して、摺動面が良好になじみ、摩擦低減効果が十分に得られることとなる。
By making the skewness Rsk of the inner surface 11a of the sliding bearing 11 negative, as shown in FIG. 2, in the inner surface 11a of the sliding bearing 11, the distribution of the recessed portion from the surface increases and the protruding
また、すべり軸受け11において、内面11aの平均粗さRaは、0.05μm以下であることが好ましい。すべり軸受け11の内面11aの粗さを上記の範囲まで小さくすることによって、軸10の表面との直接接触による摩擦の増加を抑えることができる。特に摺動条件が厳しく、凹部10aが存在する場合には、すべり軸受け11の内面11aの粗さが大きいと、摩擦初期に凹部10aが、すべり軸受け11の突起部分11bを大きく削り、内面11aの表面をあらしてしまい、摺動面が良好になじまず、摩擦低減効果が十分に発揮できない。
In the sliding bearing 11, the average roughness Ra of the inner surface 11a is preferably 0.05 μm or less. By reducing the roughness of the inner surface 11a of the sliding bearing 11 to the above range, an increase in friction due to direct contact with the surface of the
また、軸10においても、凹部10a以外の表面の平均粗さRaは、0.05μm以下であることが好ましい。これによって、油は凹部10a以外の表面が滑らかになることによって、油がより確実に凹部10aへ滞留することとなり、凹部10aによる油の閉じ込め効果が増加する。これにより、摺動面において十分に油膜を保持できる。また、上記の平均粗さRaが小さくなることにより、凹部10a以外の表面における突起部分は減少し、すべり軸受け11の内面11aとの直接接触による摩擦の増加を抑えることが出来る。
Also in the
また、軸10において、凹部10aが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%より小さい場合には凹部10aの油閉じ込め効果が十分でなく摩擦低減効果が十分発現されない。逆に10%を超えると、負荷容量の低下を招き、その結果、金属接触が発生しやすくなり、十分な摩擦低減が発現できない。
In addition, in the
さらに、凹部10aの最大深さは、0.5μm以上20μm以下であることが好ましい。凹部10aの深さが0.5μmより小さい場合、油閉じ込め効果が十分でなく、摩擦低減効果が十分に発現されない。20μmを超えると負荷容量の低下を招き、金属接触が発生しやすくなり、十分な摩擦低減が発現できない。 Further, the maximum depth of the recess 10a is preferably 0.5 μm or more and 20 μm or less. When the depth of the recess 10a is smaller than 0.5 μm, the oil confinement effect is not sufficient, and the friction reducing effect is not sufficiently exhibited. If it exceeds 20 μm, the load capacity is reduced, metal contact is likely to occur, and sufficient friction reduction cannot be realized.
また、凹部10aは、長手方向が摺動方向に対して直交する方向に向いていることが好ましい。これにより接触部に多くの油を流入させることが出来、摩擦の低減が図られる。 Moreover, it is preferable that the recessed part 10a is suitable for the direction where the longitudinal direction is orthogonal to a sliding direction. Thereby, much oil can be made to flow into a contact part, and reduction of friction is achieved.
さらに、凹部10aの短辺の長さは、50μm以上150μm以下であり、且つ長辺の長さは、短辺の長さの2倍以上10倍以下であることが好ましい。凹部10aの短辺が50μmより小さい場合、油の凹部10aへの流入保持が十分に行われず、また150μmを超える場合には、負荷容量が低下し、金属接触が起こりやすくなる。また、長辺の長さを短辺の2倍から10倍にすることによって、接触部に多くの油を流入させ、また接触域からの油の側方漏れを抑制し、摩擦特性を向上できる。 Further, the length of the short side of the recess 10a is preferably 50 μm or more and 150 μm or less, and the length of the long side is preferably 2 times or more and 10 times or less of the length of the short side. When the short side of the concave portion 10a is smaller than 50 μm, the inflow and retention of oil into the concave portion 10a is not sufficiently performed, and when it exceeds 150 μm, the load capacity decreases and metal contact is likely to occur. In addition, by making the length of the long side twice to 10 times that of the short side, a large amount of oil can flow into the contact portion, and side leakage of oil from the contact area can be suppressed to improve the friction characteristics. .
<実施例>
次に、本発明の実施例として、すべり軸受け11の内面11aのRskが負であること、および表面の平均粗さRaが0.05μm未満であることが、摩擦の低減に効果を発揮することを確認することを目的として、実際に摺動装置1を製作し、摩擦試験を行った。
<Example>
Next, as an example of the present invention, the fact that Rsk of the inner surface 11a of the slide bearing 11 is negative and that the average roughness Ra of the surface is less than 0.05 μm is effective in reducing friction. In order to confirm the above, a
具体的には、円筒状の円柱軸10(軸10)と、スキューネスRskおよび平均粗さRaにおいて様々な形態を有する軸受メタル11(すべり軸受け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。
Specifically, a test body of the
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。 The manufacturing process of the test body used for the test will be specifically described below.
図4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11c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10b、11dは、ともに20mmである。
FIG. 4 is a vertical and horizontal sectional view of the
円柱軸10の表面には、凹部10aを、マイクロブラスト加工により形成した。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。
A recess 10a was formed on the surface of the
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。 After forming the recess 10a, the bulge formed at the edge of the recess 10a was removed with a tape wrap film having a particle size of 9 μm and used for the test.
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。
Table 1 shows the form of the recess 10a produced as described above and provided on the surface of the
まず、比較例1における軸受メタル11の内面11aは、スキューネスRskが5.799であって正であり、平均粗さRaが0.065であって0.05以上であるため、両者において好ましい形態に設けられていない。これに対して、実施例1〜4の軸受メタル11の内面11aは、スキューネスRskと平均粗さRaとのいずれもが、本実施形態における好ましい形態に設けられている。
First, the inner surface 11a of the bearing
また、各試験体の円柱軸10においては、凹部10aの開口部の短辺は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。
Moreover, in the cylindrical axis |
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%以下となるように形成され、前述した好ましい範囲内に形成されている。
Further, the total area where the recesses 10a open on the surface of the
また、前記凹部以外の表面の平均粗さRaは、0.05μm未満であり、前述した好ましい範囲内に形成されている。 Further, the average roughness Ra of the surface other than the concave portion is less than 0.05 μm, and is formed within the above-described preferable range.
次に、試験に用いた装置について説明する。 Next, the apparatus used for the test will be described.
図5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と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の円筒内で回転方向Aに向けて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B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、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。
FIG. 5 is a schematic view of an inscribed two-cylinder testing machine used for the test. In a sliding device composed of a shaft used for a crankshaft or the like of a car engine and a slide bearing, the slide bearing is usually fixed and only the shaft rotates. In this embodiment, in order to reproduce the rotational speed of a shaft used for a crankshaft or the like, the
次に、表2に、本実施例における試験条件について示す。 Next, Table 2 shows test conditions in this example.
本試験における円柱軸10の材質はSCM420H−CQTであり、軸受けメタル11の材質はA17Xである。試験は、ラジアル荷重20kgの荷重条件下で行い、使用した潤滑油は5W30SJであり、油温度は80℃である。
The material of the
円柱軸10の転がり速度U1は、矢印Aの方向を正として5m/sであり、軸受メタル11の転がり速度U2は、同じく矢印Aの方向を正として−1m/sである。すなわち、円柱軸10が軸受メタル11よりも速い速度で回転し、相対転がり速度(|U1−U2|)が6m/sであり、平均転がり速度((U1+U2)/2)が2m/sである条件下において試験を行った。この条件下において油膜は厚くなる。
The rolling speed U1 of the
次に、試験の評価方法について説明する。 Next, a test evaluation method will be described.
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、比較の基準とする試験体を比較例1と定め、この比較例1における摩擦係数と、実施例1〜4における摩擦係数とを比較する。なお、表1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。 The evaluation of the friction generated on the sliding surface of each test specimen is performed based on the friction coefficient obtained by a testing machine. The test specimen used as a reference for comparison is defined as Comparative Example 1, and the friction coefficient in this Comparative Example 1 is measured. The friction coefficient in Examples 1 to 4 is compared. In Table 1, the friction coefficient of each specimen is changed to a ratio divided by the friction coefficient of Comparative Example 1.
次に、試験結果について説明する。 Next, test results will be described.
試験の結果、実施例1〜4は、摩擦係数の比率が比較例1に対して、いずれも下回っており、実施例1〜4の各項目における値より、スキューネスRskを負とすること、および平均粗さRaを0.05以下とすることが、摩擦を低減させるために好ましいことと確認される。 As a result of the test, in Examples 1 to 4, the ratio of the friction coefficient is lower than that of Comparative Example 1, and the skewness Rsk is set to be negative from the values in the items of Examples 1 to 4, and It is confirmed that the average roughness Ra is preferably 0.05 or less in order to reduce friction.
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.
また、軸10とすべり軸受け11とにおいて、いずれか一方を、上述したクランクシャフトのみならず、エンジンに用いられるカムシャフト、バランサーシャフトにも適用可能である。
Further, any one of the
1 摺動装置、
10 軸(第1の摺動部材)、
10a 凹部、
11 すべり軸受(第2の摺動部材)。
1 sliding device,
10 axis (first sliding member),
10a recess,
11 Sliding bearing (second sliding member).
Claims (11)
第1の摺動部材は、油溜りのための凹部を形成する処理が施され、
第2の摺動部材は、表面のスキューネスRskが負であることを特徴とする摺動装置。 A sliding device composed of a first sliding member and a second sliding member that slide relative to each other through oil,
The first sliding member is subjected to a process for forming a recess for an oil reservoir,
The second sliding member has a surface skewness Rsk which is negative.
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