JP2013210057A - 耐摩耗被膜コーティング構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】摺動面の凹部に貯溜された潤滑油を凹部の周囲へ積極的に進出させて、摺動面の潤滑性と耐摩耗性を向上させる構造の提供を目的とする。
【解決手段】機械的に対向する軸受摺動面1aと回転軸摺動面4aとの空間部20に供給された潤滑油を貯溜する複数の凹部3を摺動面の少なくとも一側に配置した第1軸受1と、軸受摺動面1aに成膜され、凹部3に貯溜した潤滑油を凹部周囲の岸部に進出させて、摺動面の潤滑を促進させる撥水被膜コーティング5と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】機械的に対向する軸受摺動面1aと回転軸摺動面4aとの空間部20に供給された潤滑油を貯溜する複数の凹部3を摺動面の少なくとも一側に配置した第1軸受1と、軸受摺動面1aに成膜され、凹部3に貯溜した潤滑油を凹部周囲の岸部に進出させて、摺動面の潤滑を促進させる撥水被膜コーティング5と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は基材の相手部材との接触面に耐摩耗被膜をコーティングするコーティング構造に関するものである。
例えば、軸と軸受、エンジンのシリンダライナとピストンリング間等の相対的に動く摺動面では摩耗が発生し、摩耗量が限度をこえるような場合には、当該部品の交換が必要になる。
摺動面には、潤滑装置を用いてその接触面に油膜を作ることにより、摩擦を減らして、摩耗や発熱を少なくすることが行われている。
ところが、摺動面には、構造上の問題、軸の捩り変形、エンジンのピストンに発生する負荷変動等により、潤滑油が十分に行渡らない場合が生じることがある。
この場合、摺動面間の焼付き、異常摩耗等が発生する場合があり、このような場合には継続使用ができなくなり、当該部品の即時交換が必要となる。
摺動面には、潤滑装置を用いてその接触面に油膜を作ることにより、摩擦を減らして、摩耗や発熱を少なくすることが行われている。
ところが、摺動面には、構造上の問題、軸の捩り変形、エンジンのピストンに発生する負荷変動等により、潤滑油が十分に行渡らない場合が生じることがある。
この場合、摺動面間の焼付き、異常摩耗等が発生する場合があり、このような場合には継続使用ができなくなり、当該部品の即時交換が必要となる。
このような場合の対応に関する先行技術として、特開2000−35042号公報(特許文献1)が存在している。
特許文献1によると、相対運動を行う2つの固体のいずれか一方又は、両方の接触面に、多数の微小な窪みを並べて凹設し、これら各窪みの中に潤滑油を供給する技術開示が成されている。
特許文献1によると、相対運動を行う2つの固体のいずれか一方又は、両方の接触面に、多数の微小な窪みを並べて凹設し、これら各窪みの中に潤滑油を供給する技術開示が成されている。
ところが、特許文献1による構造では、摺動面が高圧・高速滑り条件下において、凹部の深さ(摺動面からの深さ)が摩耗により消失する可能性がある。
従って、適正なアスペクト比(深さ/径)よりも高いアスペクト比とする必要がある。
この場合、製品の使用初期においては、凹部深さが深すぎるため、凹部内の潤滑油の入替えが生起されず、潤滑油の劣化、摺動面の潤滑性能低下が生ずる不具合が想定される。
従って、適正なアスペクト比(深さ/径)よりも高いアスペクト比とする必要がある。
この場合、製品の使用初期においては、凹部深さが深すぎるため、凹部内の潤滑油の入替えが生起されず、潤滑油の劣化、摺動面の潤滑性能低下が生ずる不具合が想定される。
そこで、本発明はこのような不具合に鑑み成されたもので、摺動面の凹部に貯溜された潤滑油を凹部の周囲へ積極的に進出させて、摺動面の潤滑性と耐摩耗性を向上させる構造の提供を目的とする。
本発明はかかる目的を達成するもので、機械的に対向する摺動面に供給された潤滑油を貯溜する複数の凹部を前記摺動面の少なくとも一側に散在配置した被処理基材と、
前記被処理基材の前記摺動面に成膜され、前記凹部に貯溜した潤滑油を前記摺動面の前記凹部周囲の岸部に進出させて、前記摺動面の潤滑を促進させる潤滑促進被膜と、を備えたことを特徴とする。
前記被処理基材の前記摺動面に成膜され、前記凹部に貯溜した潤滑油を前記摺動面の前記凹部周囲の岸部に進出させて、前記摺動面の潤滑を促進させる潤滑促進被膜と、を備えたことを特徴とする。
かかる発明において、凹部を設けた面に、潤滑促進被膜を成膜したので、供給された潤滑油を凹部に貯溜させ、該貯溜部の潤滑油を摺動面に進出させることにより、潤滑油供給部からの潤滑油が直接かからない部分で、凹部周囲の岸部の摺動面に油膜を形成させて摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。
また、本願発明において好ましくは、前記潤滑促進被膜は撥油性物質によって成膜されると共に、該撥油性物質上に前記潤滑油を滴下した際の表面張力による表面と前記撥油物質の被膜面とが成す接触角が50度以上であるとよい。
このような構成にすることにより、撥油性物質の物性を潤滑油との接触角が50度以上とすることで、潤滑油の摺動面への進出量を確保して、摺動面の性能を保持することができる。
また、本願発明において好ましくは、前記凹部の孔径は50〜500μm、前記摺動面からの深さは50〜150μmにするとよい。
このような構成にすることにより、潤滑促進被膜の物性を撥油性とすることで、凹部に貯溜した潤滑油を、凹部から積極的に摺動面に進出させることができ、更に、孔径を50〜500μm、深さを50〜150μmとすることで、潤滑油の貯溜量が大きくなり、且つ、潤滑油の表面張力による膨出で対向面との接触量が多くなり、摺動面への進出量も増加させることができる。
従って、耐摩耗性効果が大きいと共に、摺動面負荷の大きい部分にも対応できる効果を有している。
従って、耐摩耗性効果が大きいと共に、摺動面負荷の大きい部分にも対応できる効果を有している。
また、本願発明において好ましくは、前記撥油性物質の被膜は、少なくとも前記凹部の内周壁面に成膜されているとよい。
このような構成にすることにより、撥油性物質を凹部の内周壁面に成膜したので、凹部に貯溜した潤滑油が排出され易く、凹部内の潤滑油の入替えが促進され、潤滑油の昇温及び劣化が防止され、摺動面の耐摩耗性が向上する。
また、本願発明において好ましくは、前記潤滑促進被膜の物性は親油性物質によって成膜されると共に、該親油性物質上に前記潤滑油を滴下した際の表面張力による表面と前記親油物質の被膜面とが成す接触角が10度以下とするとよい。
このような構成にすることにより、撥油性物質の物性を潤滑油との接触角が10度以下とすることで、潤滑油の摺動面への進出量を確保して、摺動面の性能を保持することができる。
また、本願発明において好ましくは、前記凹部の開口は50〜500μm、前記摺動面からの深さは10〜20μmにするとよい。
このような構成にすることにより、潤滑促進被膜の物性を親油性とすることで、凹部に貯溜した潤滑油を、凹部から積極的に摺動面に進出させることができ、更に、開口を50〜500μm、深さを10〜20μmとすることで、凹部に貯溜された潤滑油が摺動面に浸透し易くすると共に、凹部の潤滑油の入替えが促進されて、潤滑油の昇温及び劣化が防止され、摺動面の耐摩耗性が向上する。
また、本願発明において好ましくは、前記親油性物質の被膜は少なくとも前記凹部の開口縁周辺に成膜されているとよい。
このような構成にすることにより、親油性物質を凹部の開口縁周辺に成膜することで、凹部の潤滑油を摺動面の凹部が設けられていない所謂岸部の摺動面に積極的に浸透させて、摺動部の耐摩耗性を向上させる。
また、本願発明において好ましくは、前記摺動面に形成される前記複数の凹部の総面積は、前記摺動面積に対する比が5〜50%とするとよい。
このような構成にすることにより、摺動面に作用する面圧(負荷)が大きい場合には凹部が形成される面積比を大きくして、摺動面への潤滑量を多くして、摺動面の潤滑性を確保する。
一方、面圧(負荷)が小さい場合には凹部が形成される面積比を小さくして、凹部形成の加工費を低減させると共に、潤滑油供給量を減少させて、潤滑油の消費量(摺動部から他部への流出)を低減させる。
一方、面圧(負荷)が小さい場合には凹部が形成される面積比を小さくして、凹部形成の加工費を低減させると共に、潤滑油供給量を減少させて、潤滑油の消費量(摺動部から他部への流出)を低減させる。
本発明によれば、摺動面に設けた凹部に貯溜される潤滑油を凹部の周囲へ積極的に進出させて、摺動面の潤滑性と耐摩耗性を向上させることができる。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
(第1実施形態)
図1は本発明が実施される軸受部の概略構造図を示す。
軸受構造は、第1軸受1と、該第1軸受1の断面が円形の筒状部に、該筒状部の軸線を中心にして回動自在に嵌着された回転軸4と、該回転軸4と筒状部との隙間(空間部)に潤滑油を圧送するオイルポンプ2とで構成されている。
第1軸受1は、摺動面1aが半円形状に形成されている被処理基材である軸受部材Aと、摺動面1aと対向して配設された摺動面1bが半円形状に形成されている被処理基材である軸受部材Bと、軸受部材Aと軸受部材Bとを軸受部材B設けられた雌ネジ25を介して締結される締結ボルト24にて構成されている。
尚、説明を簡略化するため、以後、摺動面1aと摺動面1bとを総称して、「軸受摺動面1c」と記載する。
回転軸4の回転軸摺動面4aと対向する軸受摺動面1cとで形成する空間部20に潤滑油が供給され潤滑油膜が形成される構造になっている。
潤滑油膜は、オイルポンプ2によって、軸受部材B内に設けられた第1油路15を介して空間部20に圧送される。圧送された潤滑油は空間部20内を循環して、軸受部材Aに設けられた第2油路16、該第2油路16に接続し、軸受部材Bに配設された第3油路17を流れて、オイルポンプ2を介して図示されないオイルタンクに戻され、該オイルタンクで潤滑油が冷却される。
図1は本発明が実施される軸受部の概略構造図を示す。
軸受構造は、第1軸受1と、該第1軸受1の断面が円形の筒状部に、該筒状部の軸線を中心にして回動自在に嵌着された回転軸4と、該回転軸4と筒状部との隙間(空間部)に潤滑油を圧送するオイルポンプ2とで構成されている。
第1軸受1は、摺動面1aが半円形状に形成されている被処理基材である軸受部材Aと、摺動面1aと対向して配設された摺動面1bが半円形状に形成されている被処理基材である軸受部材Bと、軸受部材Aと軸受部材Bとを軸受部材B設けられた雌ネジ25を介して締結される締結ボルト24にて構成されている。
尚、説明を簡略化するため、以後、摺動面1aと摺動面1bとを総称して、「軸受摺動面1c」と記載する。
回転軸4の回転軸摺動面4aと対向する軸受摺動面1cとで形成する空間部20に潤滑油が供給され潤滑油膜が形成される構造になっている。
潤滑油膜は、オイルポンプ2によって、軸受部材B内に設けられた第1油路15を介して空間部20に圧送される。圧送された潤滑油は空間部20内を循環して、軸受部材Aに設けられた第2油路16、該第2油路16に接続し、軸受部材Bに配設された第3油路17を流れて、オイルポンプ2を介して図示されないオイルタンクに戻され、該オイルタンクで潤滑油が冷却される。
図2は図1のM部の部分拡大図を示し、図2(A)には第1軸受1と回転軸4とが対向した摺動面間には潤滑油膜が形成される空間部20が形成されている。
軸受摺動面1c側には円柱形状の凹部3が複数散在配置されている。
凹部3は、孔径D1=50〜500μm、軸受摺動面1cから凹部3の底面までの深さH1=50〜150μmの形状に形成されている。
そして、凹部3の摺動面全体の面積(軸受摺動面1cの面積)に対する凹部の開口総面積比率は5〜50%とした。
開口総面積比率が<5%の場合には、軸受摺動面1c全面に潤滑油が十分にいきわたらない場合が生じて本発明の効果が得られ難い。
また、開口総面積比率>50%になると、凹部以外の摺動面での面圧が高くなり本発明の効果が得られ難い。
更に、凹部3の内周壁面1bを含むに軸受摺動面1cは、潤滑促進被膜である、撥油物質のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)含有Ni−Pメッキを施した撥油性被膜コーティング5が成膜されている。
尚、本実施形態では、撥油コーティングとしてPTFE含有Niを使用したが、他に、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、TiO2(酸化チタン)による皮膜層を形成してもよいし、シランカップリング材による表面の改質を図る方法でもよい。
軸受摺動面1c側には円柱形状の凹部3が複数散在配置されている。
凹部3は、孔径D1=50〜500μm、軸受摺動面1cから凹部3の底面までの深さH1=50〜150μmの形状に形成されている。
そして、凹部3の摺動面全体の面積(軸受摺動面1cの面積)に対する凹部の開口総面積比率は5〜50%とした。
開口総面積比率が<5%の場合には、軸受摺動面1c全面に潤滑油が十分にいきわたらない場合が生じて本発明の効果が得られ難い。
また、開口総面積比率>50%になると、凹部以外の摺動面での面圧が高くなり本発明の効果が得られ難い。
更に、凹部3の内周壁面1bを含むに軸受摺動面1cは、潤滑促進被膜である、撥油物質のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)含有Ni−Pメッキを施した撥油性被膜コーティング5が成膜されている。
尚、本実施形態では、撥油コーティングとしてPTFE含有Niを使用したが、他に、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、TiO2(酸化チタン)による皮膜層を形成してもよいし、シランカップリング材による表面の改質を図る方法でもよい。
凹部3の孔径D1=50〜500μm、底面までの深さH1=50〜150μmの形状とした理由は、凹部3に貯溜される潤滑油量は、潤滑油が凹部3の開口外周縁周辺に進出して、空間部20に油膜を形成するために必要な油量を確保できると共に、貯溜された潤滑油の入替えを促進させることができる形状となっている。
深さH1>150μmになると潤滑油の入替えが十分に行われず、潤滑油の温度が高くなる。
従って、潤滑油の入替えに伴い軸受摺動面1c及び、回転軸摺動面4aの冷却ができ、且つ潤滑油の劣化を防止できると共に、高速、高負荷で摺動する部分に適用することができ、摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。
例えば、ターボチャージャのスラスト軸受部等においてはよい結果を得ている。
また、凹部3の孔径、深さ及び、凹部の開口総面積比率は、摺動部(軸受摺動面1c及び回転軸摺動面4a)に作用する回転速度、摺動面に作用する圧力等の使用条件に基づいて逐次設定すればよい。
深さH1>150μmになると潤滑油の入替えが十分に行われず、潤滑油の温度が高くなる。
従って、潤滑油の入替えに伴い軸受摺動面1c及び、回転軸摺動面4aの冷却ができ、且つ潤滑油の劣化を防止できると共に、高速、高負荷で摺動する部分に適用することができ、摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。
例えば、ターボチャージャのスラスト軸受部等においてはよい結果を得ている。
また、凹部3の孔径、深さ及び、凹部の開口総面積比率は、摺動部(軸受摺動面1c及び回転軸摺動面4a)に作用する回転速度、摺動面に作用する圧力等の使用条件に基づいて逐次設定すればよい。
また、撥油物質は、凹部3の形状において接触角θ≧50度の撥油性を有しているものであれば摺動部の湯膜が確保できることが判明した。
接触角とは、図5に示すように、撥油性被膜コーティング表面Fに潤滑油を滴下し、潤滑油が撥油性被膜コーティング表面Fにて球面状に生起した状態で、球面状表面と撥油性被膜コーティング表面Fとの接触部の球面状表面の接線Lと、撥油性被膜コーティング表面Fとが成す角度を接触角度と称している。
接触角が大きいほど、撥油性が高いことを示している。
撥油性被膜コーティング5の膜厚H2は数μm(例えば、4〜7μm)とした。
図2(B)はN−N線矢視図(第1軸受摺動面1aの平面図)を示しており、軸受摺動面1cの凹部3の開口縁周囲である岸部3a及び、凹部3の内部壁面に撥油被膜コーティング5が成膜されている。
尚、凹部3の形成は、レーザパルス、又は型押し、エッチング等の方法で容易にできる。
また、凹部3の配置パターンについて、図2では整然とした配置パターンにしたが、隣接する凹部3間の距離が略同等になれば、配置パターンについては規定するものではない。
更に、本実施形態では軸受摺動面1c側のみに凹部3を形成したが、回転軸摺動面4a側に設けるか、又は両面に設けても同様の効果を得ることができる。
接触角とは、図5に示すように、撥油性被膜コーティング表面Fに潤滑油を滴下し、潤滑油が撥油性被膜コーティング表面Fにて球面状に生起した状態で、球面状表面と撥油性被膜コーティング表面Fとの接触部の球面状表面の接線Lと、撥油性被膜コーティング表面Fとが成す角度を接触角度と称している。
接触角が大きいほど、撥油性が高いことを示している。
撥油性被膜コーティング5の膜厚H2は数μm(例えば、4〜7μm)とした。
図2(B)はN−N線矢視図(第1軸受摺動面1aの平面図)を示しており、軸受摺動面1cの凹部3の開口縁周囲である岸部3a及び、凹部3の内部壁面に撥油被膜コーティング5が成膜されている。
尚、凹部3の形成は、レーザパルス、又は型押し、エッチング等の方法で容易にできる。
また、凹部3の配置パターンについて、図2では整然とした配置パターンにしたが、隣接する凹部3間の距離が略同等になれば、配置パターンについては規定するものではない。
更に、本実施形態では軸受摺動面1c側のみに凹部3を形成したが、回転軸摺動面4a側に設けるか、又は両面に設けても同様の効果を得ることができる。
このような撥油性物質のコーティング構造とすることで、オイルポンプ2により圧送された潤滑油は、第1油路15を介して、空間部20において潤滑油膜を形成するが、第1油路15に近い部分は潤滑油が十分に供給されるが、第1油路15から遠い部分は、油圧が低下する部分が発生する。
しかし、オイルポンプ2からの潤滑油供給と、回転軸4の回転により凹部3に潤滑油が貯溜され、凹部3に貯溜された潤滑油は撥油性被覆コーティング5により、表面張力によって潤滑油が球状に生起し、回転軸摺動面4aと接触しながら凹部3の開口縁外周部である岸部に流出(進出)し、軸受摺動面1caとの間に油膜を形成して、摺動面の耐摩耗性を向上させている。
しかし、オイルポンプ2からの潤滑油供給と、回転軸4の回転により凹部3に潤滑油が貯溜され、凹部3に貯溜された潤滑油は撥油性被覆コーティング5により、表面張力によって潤滑油が球状に生起し、回転軸摺動面4aと接触しながら凹部3の開口縁外周部である岸部に流出(進出)し、軸受摺動面1caとの間に油膜を形成して、摺動面の耐摩耗性を向上させている。
尚、本実施形態では、製造コストを低減するため、軸受摺動面1c(含む凹部3の開口縁周囲である岸部3a)及び、凹部3の内部壁面に撥油コーティング5の成膜を実施したが、図3(C)に示すように、凹部3の内周壁1bに撥油性被覆コーティングが実施されていれば、凹部3内の潤滑油は表面張力により球状に生起されて、空間部20に進出されるので、同様の効果を得ることができる。
(第2実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、潤滑促進被膜の材質が撥油性→親油性に変り、それに伴い凹部の形状が変わる以外は同じなので、同じものは同一の符号を付して、説明を省略する。
図3(A)は図1におけるM部の部分拡大図を示し、図3(B)は図3(A)のP−P矢視図を示す。尚、軸受部全体構造は実施形態1と同じなので説明を省略する。
本実施形態は、第1実施形態に対して、潤滑促進被膜の材質が撥油性→親油性に変り、それに伴い凹部の形状が変わる以外は同じなので、同じものは同一の符号を付して、説明を省略する。
図3(A)は図1におけるM部の部分拡大図を示し、図3(B)は図3(A)のP−P矢視図を示す。尚、軸受部全体構造は実施形態1と同じなので説明を省略する。
図3(A)は第2軸受6と回転軸4との間には潤滑油膜が形成される空間部20を介して夫々の摺動面が対向している。
尚、説明を簡略化するため、以後、図1の軸受部材Aの摺動面と軸受部材Bの摺動面とを総称して、「軸受摺動面6a」と記載する。
軸受部の軸受摺動面6aには円柱形状の凹部8が複数散在配置されている。
凹部8は、孔径D2=50〜500μm、軸受摺動面6aからの深さH5=10〜20μmの形状に形成されている。
そして、凹部8の摺動面全体の面積(軸受摺動面6a)に対する凹部の開口総面積比率は5〜50%とした。
更に、凹部8の内周壁面6bを含む軸受摺動面6aには、潤滑促進被膜である親油性物質のシラン系カップリング剤が用いられている。
尚、カップリング剤としては、ビニルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン等を用いることができる。
尚、説明を簡略化するため、以後、図1の軸受部材Aの摺動面と軸受部材Bの摺動面とを総称して、「軸受摺動面6a」と記載する。
軸受部の軸受摺動面6aには円柱形状の凹部8が複数散在配置されている。
凹部8は、孔径D2=50〜500μm、軸受摺動面6aからの深さH5=10〜20μmの形状に形成されている。
そして、凹部8の摺動面全体の面積(軸受摺動面6a)に対する凹部の開口総面積比率は5〜50%とした。
更に、凹部8の内周壁面6bを含む軸受摺動面6aには、潤滑促進被膜である親油性物質のシラン系カップリング剤が用いられている。
尚、カップリング剤としては、ビニルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン等を用いることができる。
既述の通り、凹部8は、孔径D2=50〜500μm、底面までの深さH5=10〜20μmの形状とした理由は、凹部8に貯溜される潤滑油量は、潤滑油が凹部3の開口外周縁周辺の岸部8aに進出して、空間部20に油膜を形成するために必要な油量を確保できると共に、貯溜された潤滑油の入替えを促進させることができる形状となっている。
また、底面までの深さH5=10〜20μmと浅く(撥油性被膜より浅い)することにより、凹部8に貯溜された潤滑油が、親油剤の親和性作用により空間部20(潤滑油膜形成部)に積極的に進出し易いようにしてある。
従って、潤滑油の入替えに伴い摺動面(軸受摺動面6a及び、回転軸摺動面4a)の冷却及び、潤滑油の劣化が防止できると共に、高速、高負荷で摺動する部分に適用することができ、摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。
例えば、潤滑油が不足しがちな圧縮機やエンジン内部などで良い効果が得られる。
また、凹部8の孔径D2、深さH5及び、凹部の開口総面積比率は、摺動部に作用する回転速度、摺動面に作用する圧力等の条件に基づいて逐次設定すればよい。
また、底面までの深さH5=10〜20μmと浅く(撥油性被膜より浅い)することにより、凹部8に貯溜された潤滑油が、親油剤の親和性作用により空間部20(潤滑油膜形成部)に積極的に進出し易いようにしてある。
従って、潤滑油の入替えに伴い摺動面(軸受摺動面6a及び、回転軸摺動面4a)の冷却及び、潤滑油の劣化が防止できると共に、高速、高負荷で摺動する部分に適用することができ、摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。
例えば、潤滑油が不足しがちな圧縮機やエンジン内部などで良い効果が得られる。
また、凹部8の孔径D2、深さH5及び、凹部の開口総面積比率は、摺動部に作用する回転速度、摺動面に作用する圧力等の条件に基づいて逐次設定すればよい。
また、親油物質は、凹部8の形状において接触角度θ≦10度の親油性を有しているものであれば摺動部への潤滑油の進出が十分に促進され、摺動部の耐摩耗性が向上することが判明した。
接触角とは、図5に示すように、親油性被覆コーティング表面Fに潤滑油を滴下し、潤滑油が親油性被覆コーティング表面Gにて半球面状に生起した状態で、半球面状表面と親油性被膜コーティング表面Fとの接触部の半球面状表面の接線Lと、親油性被覆コーティング表面Fとが成す角度θを接触角度と称している。
親油性被覆コーティング5の膜厚は数μm(例えば、4〜7μm)とした。
図3(B)はP−P矢視図(第3軸受摺動面6aの平面図)を示しており、第3及び第4軸受摺動面6a,7a(図1参照)の凹部3の開口縁周囲である岸部及び、凹部8の内部壁面に撥油コーティング5が成膜されている。
尚、凹部8の形成は、レーザパルス、又は型押し等の方法で容易にできる。
また、凹部8の配置パターンについて、図3(B)では整然とした配置パターンにしたが、隣接する凹部3間の距離が略同等になれば、配置パターンについては規定するものではない。
接触角とは、図5に示すように、親油性被覆コーティング表面Fに潤滑油を滴下し、潤滑油が親油性被覆コーティング表面Gにて半球面状に生起した状態で、半球面状表面と親油性被膜コーティング表面Fとの接触部の半球面状表面の接線Lと、親油性被覆コーティング表面Fとが成す角度θを接触角度と称している。
親油性被覆コーティング5の膜厚は数μm(例えば、4〜7μm)とした。
図3(B)はP−P矢視図(第3軸受摺動面6aの平面図)を示しており、第3及び第4軸受摺動面6a,7a(図1参照)の凹部3の開口縁周囲である岸部及び、凹部8の内部壁面に撥油コーティング5が成膜されている。
尚、凹部8の形成は、レーザパルス、又は型押し等の方法で容易にできる。
また、凹部8の配置パターンについて、図3(B)では整然とした配置パターンにしたが、隣接する凹部3間の距離が略同等になれば、配置パターンについては規定するものではない。
このような親油性物質のコーティング構造とすることで、オイルポンプ2により圧送された潤滑油は、第1油路15を介して、空間部20において潤滑用の油膜を形成するが、第1油路15に近い部分は潤滑油が十分に供給されるが、第1油路15から遠い部分は、油圧が低下する部分が発生する。
しかし、凹部に貯留された潤滑油は親油性被膜コーティングし、軸受摺動面6aから底面までの深さH5=10〜20μmと浅く(撥油性被膜より浅い)することにより、凹部8に貯溜された潤滑油が、親油剤の親和性作用により空間部20(潤滑油膜形成部)に積極的に進出し易いようにして、摺動面の耐摩耗性を向上させている。
しかし、凹部に貯留された潤滑油は親油性被膜コーティングし、軸受摺動面6aから底面までの深さH5=10〜20μmと浅く(撥油性被膜より浅い)することにより、凹部8に貯溜された潤滑油が、親油剤の親和性作用により空間部20(潤滑油膜形成部)に積極的に進出し易いようにして、摺動面の耐摩耗性を向上させている。
尚、本実施形態では、製造工数を低減するため、軸受摺動面6a(含む凹部8の開口縁周囲である岸部8a)及び、凹部8の内部壁面に撥油コーティング5の成膜を実施した。
しかし、凹部3の底面までの深さH5が10〜20μmと浅く且つ、凹部8の開口縁外周の岸部8aに親油性被膜コーティング9に成膜されていれば、凹部8内の潤滑油は親和性作用により、空間部20に進出して摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。
従って、凹部3の開口周縁外周部にだけに親油コーティングを実施することで、摺動部の耐摩耗性を向上させると共に、親油コーティング剤の使用量を減少させて、コスト低減を図ることもできる。
しかし、凹部3の底面までの深さH5が10〜20μmと浅く且つ、凹部8の開口縁外周の岸部8aに親油性被膜コーティング9に成膜されていれば、凹部8内の潤滑油は親和性作用により、空間部20に進出して摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。
従って、凹部3の開口周縁外周部にだけに親油コーティングを実施することで、摺動部の耐摩耗性を向上させると共に、親油コーティング剤の使用量を減少させて、コスト低減を図ることもできる。
(第3実施形態)
本実施形態は、第2実施形態の凹部の形状が円形状に対し、凹部の形状が溝状になる以外は同じなので、同じ作用をするものは同一符号を付して、説明は省略する。
本実施形態は、第2実施形態の凹部の形状が円形状に対し、凹部の形状が溝状になる以外は同じなので、同じ作用をするものは同一符号を付して、説明は省略する。
図4(A)は図1M部分の軸受部材Aを部分拡大したものである。非処理基材である第3軸受11は回転軸4との間には潤滑油膜が形成される空間部20を介して夫々の摺動面が対向している。
尚、第3軸受11は、構造の説明を簡略化するため、図1に示す軸受部材Aの摺動面と軸受部材Bの摺動面とを総称して、「軸受摺動面11a」と記載する。
第3軸受部11の軸受摺動面11aには、凹部である断面矩形状の凹溝15が略平行に間隔を有して複数配置されている。
凹溝15は、溝の幅W=50〜500μm、軸受摺動面11aからの深さH5=10〜20μmの形状に形成されている。
図4(B)に示すように、凹溝15は回転軸4の軸線CLに対して角度α有して傾斜しており、且つ、凹溝15は軸受摺動面全体(軸受摺動面11a)の面積に対する凹溝15の開口総面積比率を5〜50%とした。
更に、本実施形態では凹溝15の端縁近傍の軸受摺動面11aのみに、潤滑促進被膜である親油物質のシラン系カップリング剤のコーティング(親油性被膜コーティング9)を実施した。
尚、第3軸受11は、構造の説明を簡略化するため、図1に示す軸受部材Aの摺動面と軸受部材Bの摺動面とを総称して、「軸受摺動面11a」と記載する。
第3軸受部11の軸受摺動面11aには、凹部である断面矩形状の凹溝15が略平行に間隔を有して複数配置されている。
凹溝15は、溝の幅W=50〜500μm、軸受摺動面11aからの深さH5=10〜20μmの形状に形成されている。
図4(B)に示すように、凹溝15は回転軸4の軸線CLに対して角度α有して傾斜しており、且つ、凹溝15は軸受摺動面全体(軸受摺動面11a)の面積に対する凹溝15の開口総面積比率を5〜50%とした。
更に、本実施形態では凹溝15の端縁近傍の軸受摺動面11aのみに、潤滑促進被膜である親油物質のシラン系カップリング剤のコーティング(親油性被膜コーティング9)を実施した。
親油性被膜コーティング9を凹溝15の端縁近傍の摺動面11aのみにした理由は、凹溝15の側壁にも親油性被膜コーティングがされていると、凹溝15に流入した潤滑油が凹溝15の端縁近傍の摺動面11aに進出する潤滑油と、凹溝15に沿って流出する潤滑油とが生じて、空間部20への潤滑油供給量が不足する場合がある。
摺動部の凹部を凹溝15形状にすることにより、摺動部全体に潤滑用油路が形成された状態になり、オイルポンプ2からの潤滑油の摺動面への供給が均一化され、潤滑油の凹溝15からの入替え量が多くなり、親油性被膜コーティングの作用効果に加え、潤滑油入替えによる潤滑油の温度が低下するので、摺動部の冷却による潤滑油の粘性が維持され、摺動部の耐摩耗向上し、高速摺動、高負荷の軸受部においての耐久性向上が得られる。
また、図4(C)は図4(B)に対し、回転軸4の軸線CLを基準にして、角度βを有して傾斜した凹溝15を交差させたもので、凹溝15の配置パターンを変えた以外は同じである。
このような凹溝15の配置パターンを回転軸4が正逆回転するような装置に使用することにより、親油性コーティングの作用効果に加えて、回転軸4と潤滑油との粘性による空間部への潤滑油進出性が向上し、摺動部の耐摩耗性向上、摺動抵抗の軽減、高速摺動、高負荷の軸受として耐久性が向上する。
このような凹溝15の配置パターンを回転軸4が正逆回転するような装置に使用することにより、親油性コーティングの作用効果に加えて、回転軸4と潤滑油との粘性による空間部への潤滑油進出性が向上し、摺動部の耐摩耗性向上、摺動抵抗の軽減、高速摺動、高負荷の軸受として耐久性が向上する。
基材の相手部材との接触面に耐摩耗性部材をコーティングするコーティング構造に適用することができる。
1 第1軸受(被服処理基材)
1c、6a、11a 軸受摺動面
3、8,15 凹部
4 回転軸
4a 回転軸摺動面
5 撥油性被膜コーティング(潤滑促進被膜)
6 第2軸受(被服処理基材)
9 親油性被膜コーティング(潤滑促進被膜)
11 第3軸受(被服処理基材)
20 空間部(潤滑油膜形成部)
CL 回転軸の軸線
D1、D2 孔径
H1 凹部深さ
H2 膜厚
1c、6a、11a 軸受摺動面
3、8,15 凹部
4 回転軸
4a 回転軸摺動面
5 撥油性被膜コーティング(潤滑促進被膜)
6 第2軸受(被服処理基材)
9 親油性被膜コーティング(潤滑促進被膜)
11 第3軸受(被服処理基材)
20 空間部(潤滑油膜形成部)
CL 回転軸の軸線
D1、D2 孔径
H1 凹部深さ
H2 膜厚
Claims (8)
- 機械的に対向する摺動面に供給された潤滑油を貯溜する複数の凹部を前記摺動面の少なくとも一側に散在配置した被処理基材と、
前記被処理基材の前記摺動面に成膜され、前記凹部に貯溜した潤滑油を前記摺動面の前記凹部周囲の岸部に進出させて、前記摺動面の潤滑を促進させる潤滑促進被膜と、を備えたことを特徴とする耐摩耗被膜コーティング構造。 - 前記潤滑促進被膜は撥油性物質によって成膜されると共に、該撥油性物質上に前記潤滑油を滴下した際の表面張力による表面と前記撥油物質の被膜面とが成す接触角が50度以上であることを特徴とする請求項1記載の耐摩耗被膜コーティング構造。
- 前記凹部の孔径は50〜500μm、前記摺動面からの深さは50〜150μmとしたことを特徴とする請求項1又は2記載の耐摩耗被膜コーティング構造。
- 前記撥油性物質の被膜は、少なくとも前記凹部の内周壁面に成膜されていることを特徴とする請求項2又は3記載の耐摩耗被膜コーティング構造。
- 前記潤滑促進被膜の物性は親油性物質によって成膜されると共に、該親油性物質上に前記潤滑油を滴下した際の表面張力による表面と前記親油物質の被膜面とが成す接触角が10度以下であることを特徴とする請求項1記載の耐摩耗被膜コーティング構造。
- 前記凹部の開口は50〜500μm、前記摺動面からの深さは10〜20μmとしたことを特徴とする請求項1又は5記載の耐摩耗被膜コーティング構造。
- 前記親油性物質の被膜は少なくとも前記凹部の開口縁周辺に成膜されていることを特徴とする請求項5又は6記載の耐摩耗被膜コーティング構造。
- 前記摺動面に形成される前記複数の凹部の総面積は、前記摺動面積に対する比が5〜50%としたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の耐摩耗被膜コーティング構造。
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JP2015183797A (ja) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | 大豊工業株式会社 | 軸受 |
JP2016023672A (ja) * | 2014-07-17 | 2016-02-08 | 日本ピラー工業株式会社 | 滑り材及び支承装置 |
JP2016136039A (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 高知県公立大学法人 | 潤滑層の破断抑制方法および摺動部を有する構造体 |
JP2018128444A (ja) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | セイコーインスツル株式会社 | 機械部品、機構モジュール、ムーブメントおよび時計 |
JP2021095939A (ja) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | マツダ株式会社 | オイル潤滑軸受構造 |
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-
2012
- 2012-03-30 JP JP2012081092A patent/JP2013210057A/ja active Pending
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