JP6468450B2 - 摺動構造体 - Google Patents

Description

本発明は、一方の部材が他方の部材に対して相対的に摺動移動する摺動構造体に関する。

一方の部材が他方の部材に対して相対的に摺動移動する摺動構造体においては、両部材間の摺動抵抗を小さくすることが求められる。例えば、往復動ピストンエンジンにおいては、気筒の内周壁とピストンスカート部の外周壁、コンロッドの大端部とクランクシャフトのピン部などを前記摺動構造体として挙げることができ、エンジンの燃費性能及び出力性能を向上させるために、これら両部材間の摺動抵抗を小さくすることが求められる。特許文献１には、摺動抵抗の低減のため、摺動構造体の一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる技術が開示されている。

特開２０１６−１２１５９７号公報

しかし、従来の浮揚構造では、摺動構造体の一方の部材を他方の部材に対して浮揚させる浮揚力を十分に確保できない場合があった。すなわち、一対の部材の摺動面間に、空気、水、オイルなどの潤滑性流体を介在させて前記浮揚を実現させようとしても、例えば一方の部材が他方の部材へ接近する方向の大きな力が作用したような場合に、前記摺動面同士が接触してしまうことがあった。この場合、摺動抵抗を十分に低減させることはできない。

本発明の目的は、一対の摺動面間に良好な浮揚力を発生させ、両者間の摺動抵抗を低減させることができる摺動構造体を提供することにある。

本発明の一局面に係る摺動構造体は、第１摺動面を有する第１部材と、前記第１摺動面と隙間を置いて対峙する第２摺動面を有し、前記第１部材に対して所定の摺動方向に相対移動する第２部材と、を備え、前記第２摺動面は、前記隙間への潤滑性流体の介在によって、前記第１摺動面に対して浮揚する浮揚構造部と、前記浮揚構造部に形成され、前記摺動方向と直交する方向に延びる複数の溝からなるミクロテクスチャ構造部と、を含み、前記ミクロテクスチャ構造部の前記溝の各々は、前記摺動方向の下流側が深く上流側が浅くなる傾き面を有する、摺動構造体において、前記第１部材が、往復動ピストンエンジンにおいて気筒を区画するシリンダであって、前記第１摺動面が前記気筒の内周壁であり、前記第２部材が、前記気筒内を往復動するピストンであって、前記第２摺動面が前記ピストンのスカート部の外周面であり、
前記スカート部は、前記第２摺動面を各々有し、前記ピストンのピストンピン回りの首振り方向を基準として、スラスト側に位置するスラスト側スカート部と反スラスト側に位置する反スラスト側スカート部とを備え、前記スラスト側スカート部及び反スラスト側スカート部は、前記浮揚構造部として、前記摺動方向に沿った断面において、前記気筒の内周壁へ向けて弓形に張り出す張出形状部を有し、前記ミクロテクスチャ構造部は、前記スラスト側スカート部及び反スラスト側スカート部のうち、前記スラスト側スカート部にだけ形成され、且つ、当該スラスト側スカート部が有する張出形状部の張出頂部及びその周辺領域にだけ形成され、前記溝の、前記第１摺動面に最も近い部分を溝頂部、最も遠い部分を溝底部とし、前記溝頂部と前記第１摺動面との間の隙間を最小隙間ｈ１とし、前記溝底部と前記第１摺動面との間の隙間を最大隙間ｈ２とするとき、
ｈ１＝０．５μｍ〜２．０μｍ、
ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０、
の範囲に設定されていることを特徴とする。

この摺動構造体によれば、前記浮揚構造部の作用によって、第１部材及び第２部材の摺動時に、前記第２摺動面が前記第１摺動面に対して浮揚させることが可能となる。さらに、前記浮揚構造部には前記ミクロテクスチャ構造部が形成されており、このミクロテクスチャ構造部の作用によって、前記摺動時に、前記第２摺動面の前記第１摺動面に対する浮揚をアシストすることができる。

すなわち、前記摺動時には、前記潤滑性流体が、第１、第２摺動面間を、摺動方向の下流側から上流側へ相対的に流れることになる。そして、前記ミクロテクスチャ構造部が備えるミクロサイズの溝の各々は、前記下流側が深く前記上流側が浅くなる傾き面を有する。このような前記溝の傾き面が複数並ぶ前記ミクロテクスチャ構造部に沿って流れる前記潤滑性流体の層流によって、良好な浮揚力を得ることができる。つまり、前記層流は、前記下流側から前記上流側へ流れる際に、第１、第２摺動面間の間隔を徐々に狭くすることになる各溝の前記傾き面によって、比較的広い空間から比較的狭い空間に閉じ込められる動作を繰り返しながら流れる。このような閉じ込めの作用により、前記第１摺動面に対して前記第２摺動面に大きな浮揚力を発生させることができる。従って、例えば前記第２摺動面の前記浮揚構造部を前記第１摺動面へ接近させる力が前記第２部材に加わったとしても、前記ミクロテクスチャ構造部が創出する前記浮揚力のアシストによって、前記第１、第２摺動面同士が接触することを防止することができる。これらの作用により、前記第１部材と前記第２部材との間の摺動抵抗を低減することができる。

上記の摺動構造体において、前記浮揚構造部は、前記摺動方向に沿った断面において、前記第１摺動面側へ張り出す張出形状を有し、前記ミクロテクスチャ構造部は、前記浮揚構造部において前記第１摺動面との接触が想定される領域だけに形成されていることが望ましい。

この摺動構造体によれば、前記浮揚構造部は、張出形状を有する部分からなる。つまり、上記の閉じ込め作用をマクロ的に実現するような張出形状部が前記第２摺動面されている。このような浮揚構造部によって、前記第２部材の相対移動時に、第１、第２摺動面間に流入する流体によって、前記第２摺動面を前記第１摺動面から浮揚させることが可能となる。そして、前記浮揚構造部において前記第１摺動面との接触が想定される領域、例えば前記張出形状部の最も張り出した部分付近には、前記ミクロテクスチャ構造部が施与される。従って、当該ミクロテクスチャ構造部のアシストによって、前記接触を未然に防止することができる。

上記の摺動構造体において、前記溝の、前記第１摺動面に最も近い部分を頂部、最も遠い部分を底部とし、前記頂部と前記第１摺動面との間の隙間を最小隙間ｈ１とし、前記底部と前記第１摺動面との間の隙間を最大隙間ｈ２とするとき、
ｈ１＝０．５μｍ〜２．０μｍ、
ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０、
の範囲に設定されていることが望ましい。

この摺動構造体によれば、前記ミクロテクスチャ構造部の前記溝が備える前記頂部における最小隙間ｈ１が上記の数値範囲に設定されると共に、最小隙間ｈ１と最大隙間ｈ２との隙間比ｈ２／ｈ１が上記の数値範囲に設定される。このため、前記第２部材の相対移動時に、第１摺動面と第２摺動面との間に流入する潤滑性流体によって、前記第２摺動面を前記第１摺動面から一層良好に浮揚させることができ、前記摺動抵抗を格段に低減させることができる。

上記摺動構造体において、前記溝は、当該溝の開口縁であって前記摺動方向の下流側縁部及び上流側縁部と、これら縁部の間に位置する最深の底部と、前記下流側縁部と前記底部との間の第１面と、前記上流側縁部と前記底部との間の第２面と、を含み、前記第１摺動面は前記摺動方向と平行な面であり、前記第１面及び前記第２面は前記第１摺動面に対して傾きを持つ平面であって、前記第１面は、前記第１摺動面に対して前記第２面よりも大きい傾きを持つ面であり、前記第２面が前記傾き面であることが望ましい。

この摺動構造体によれば、前記溝は前記第１面と前記第２面とを有する。前記層流が第１、第２摺動面間を前記下流側から前記上流側へ流れる際、比較的大きい傾きを持つ前記第１面の領域において急に前記層流の幅が拡がり、比較的小さい傾きを持つ前記第２面（前記傾き面）によって徐々に前記層流が閉じ込められてゆくという動作が繰り返される。このような層流の動作によって、良好な浮揚力が生成される。

この場合、前記第１面は、前記第１摺動面に対する傾き角が７０°〜９０°の範囲に設定されていることが望ましい。

この摺動構造体によれば、前記溝の前記摺動方向の幅の大半を、前記傾き面として機能する前記第２面にて構成することができる。従って、前記層流の閉じ込め効果を高めることができる。

上記の摺動構造体において、前記第１部材が、往復動ピストンエンジンにおいて気筒を区画するシリンダであって、前記第１摺動面が前記気筒の内周壁であり、前記第２部材が、前記気筒内を往復動するピストンであって、前記第２摺動面が前記ピストンのスカート部の外周面であることが望ましい。

この摺動構造体によれば、前記気筒の内周壁に対して前記ピストンのスカート部を良好に浮揚させることができる。従って、ピストンの摺動低減を低減することができる。

上記の摺動構造体において、往復動ピストンエンジンにおいてピストンとクランク軸とを連結するコンロッドの大端部に挿通される前記クランク軸のクランクピンであって、前記第１摺動面が前記クランクピンの外周面であり、前記第２部材が、前記コンロッドであって、前記第２摺動面が、前記コンロッドの大端部の内周面であることが望ましい。

この摺動構造体によれば、前記クランク軸のクランクピンに対して、前記コンロッドの大端部を良好に浮揚させることができる。従って、前記大端部の摺動低減を低減することができる。

本発明によれば、一対の摺動面間に良好な浮揚力を発生させ、両者間の摺動抵抗を低減させることができる摺動構造体を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る摺動構造体を概略的に示す一部破断斜視図である。 図２は、前記摺動構造体における、ミクロテクスチャ構造部の構成を示す断面図である。 図３は、前記ミクロテクスチャ構造部における潤滑性流体の流れを模式的に示す断面図である。 図４は、前記ミクロテクスチャ構造部のプロファイルを説明するための模式図である。 図５は、第１摺動面と第２摺動面との間の最小隙間と最大隙間との比である隙間比と、負荷容量係数との関係を示すグラフである。 図６（Ａ）は、前記摺動構造体の浮揚構造部を主に示す断面図、図６（Ｂ）は、浮揚構造部に形成されたミクロテクスチャ構造部の拡大図である。 図７は、第１実施形態の変形例１に係るミクロテクスチャ構造部を備えた摺動構造体の断面図である。 図８は、第１実施形態の変形例２に係るミクロテクスチャ構造部を備えた摺動構造体の断面図である。 図９は、第２実施形態に係るミクロテクスチャ構造部を備えた摺動構造体の断面図である。 図１０は、第２実施形態の前記ミクロテクスチャ構造部における、潤滑性流体の流れを模式的に示す断面図である。 図１１は、往復動ピストンエンジンの、気筒軸に沿い且つクランク軸と直交する方向の概略断面図である。 図１２は、図１１の要部拡大図であって、第３実施形態に係る摺動構造体を構成するシリンダブロック及びピストンの断面図である。 図１３は、図１１の要部拡大図であって、第４実施形態に係る摺動構造体を構成するコンロッドの大端部及びピストンピンの断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明に係る摺動構造体は、第１摺動面を有する第１部材と、前記第１摺動面と対峙する第２摺動面を有し、前記第１部材に対して所定の摺動方向に相対移動する第２部材とを含む摺動構造体である。前記第１部材及び前記第２部材の態様に特に制限はない。例えば第１の態様として、前記第１部材が、平板、円板、湾曲板等の板状部材であって、これら板状部材の片面に前記第１摺動面を有し、前記第２部材が、前記第２摺動面を片面に有する他の板状部材であって、前記第１部材に対して直線的に移動する、周回移動する、或いは所定の軸回りに回転移動するという態様を例示することができる。なお、前記第２部材だけが移動する態様であっても、前記第１部材及び前記第２部材の双方が移動する態様であってもよい。

第２の態様として、前記第１部材が円筒、角筒等の筒体であってその内周面が前記第１摺動面であり、前記第２部材が前記筒体の内部に収容される円柱、角柱等の柱体であってその外周面が前記第２摺動面であり、前記第２部材が前記筒体の軸方向へ移動する態様を例示することができる。これとは逆に、前記第１部材が前記柱体、前記第２部材が前記筒体であって、前記筒体が前記柱体に沿って移動する態様であってもよい。

第３の態様として、前記第１部材が円筒体であってその内周面が前記第１摺動面であり、前記第２部材が前記円筒体の内部に収容される円柱体であってその外周面が前記第２摺動面であり、前記第２部材が自身の軸回りに回転する態様を例示することができる。これとは逆に、前記第１部材が前記円柱体、前記第２部材が前記円筒体であって、前記円筒体が前記円柱体の軸回りに回転する態様であってもよい。

自動車の構成部材で例を挙げると、前記第１の態様としてはディスクブレーキを例示することができる。この場合、前記第１部材がブレーキパット、前記第２部材がディスクローターであって、前記第１摺動面が前記ブレーキパットの表面、前記第２摺動面が前記ディスクローターにおける前記ブレーキパットとの対向面である。前記第２の態様としては、往復動ピストンエンジンのエンジン本体部、サスペンションダンパーなどを例示することができる。前記エンジン本体部の場合、前記第１部材がシリンダであってその内周壁が前記第１摺動面であり、前記第２部材はピストンのスカート部であってその外周壁が前記第２摺動面である（この態様は、第３実施形態として図１２に例示している）。前記サスペンションダンパーの場合、前記第１部材がシェル（シリンダ）、前記第２部材が前記シェル内で往復動するピストンである。

前記第３の態様としては、自動車が備える各種の回転軸及びその軸受け部分を挙げることができ、代表的には往復動ピストンエンジンのクランク軸を例示することができる。具体的には、コンロッドの大端部とクランクピンとの連結部を例示することができる。この場合、前記第１部材がクランクピンであってその外周面が前記第１摺動面、前記第２部材がコンロッド大端部であって、その内周面が前記第２摺動面である（この態様は、第４実施形態として図１３に例示している）。この他、クランクジャーナルの軸受け部分等も挙げることができる。クランク軸以外では、例えばパワーステアリングポンプの軸受け部分等を挙げることができる。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る摺動構造体を概略的に示す一部破断斜視図である。ここで例示する摺動構造体は、上記の第２の態様に相当する。摺動構造体は、第１部材１と、この第１部材１に対して相対移動する第２部材２とを含む。第２部材２は円柱体である。第１部材１は、第２部材２を収容する円柱型の空間を備え、その空間を区画する内周壁が第１摺動面１Ｓである。第２部材２の外周壁が第２摺動面２Ｓであり、この第２摺動面２Ｓは、第１摺動面１Ｓと所定の隙間を置いてＹ方向（第２部材２の径方向）に対峙している。

第１部材１及び第２部材２の材質は、所定の剛性を有する部材であれば特に制限はないが、金属であることが望ましい。例えば、アルミニウムやＳＵＳ等で構成された第１部材１及び第２部材２を好ましく例示することができる。第１部材１は固定的に配置される部材であり、第２部材２はＹ方向と直交するＸ方向（第２部材２の軸方向）に直線的に移動する部材である。

第１実施形態では、第２部材２の移動方向、つまり第１摺動面１Ｓに対する第２摺動面２Ｓの摺動方向は＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の双方である。但し、第２部材２１が＋Ｘ方向への移動する際（摺動方向Ｈ１１）に、Ｙ方向の荷重が第２部材２１に付加され、−Ｘ方向へ移動する際（摺動方向Ｈ１２）には前記荷重が実質的に付加されないものとする。摺動方向Ｈ１１を基準とすれば、＋Ｘが摺動方向の下流側、−Ｘが摺動方向の上流側である。

本実施形態では、第２部材２の移動時に、第１摺動面１Ｓと第２摺動面２Ｓとの間に隙間が形成され、両者間に潤滑性流体Ｆが介在されることが予定されている。つまり、第２摺動面２Ｓは、潤滑性流体Ｆを介して第１摺動面１Ｓから浮揚する。これにより、第２部材２の摺動抵抗を極小化することを可能とする。潤滑性流体Ｆは、液体又は気体のいずれであっても良く、例えば空気（粘度＝１．８×１０^−５［Ｐａ・ｓ］）、水（８．９×１０^−４［Ｐａ・ｓ］）、或いは０Ｗ−２０クラスの低粘度オイル（６．８×１０^−３［Ｐａ・ｓ］）であり、特に好ましくは空気である。

上記の浮揚を実現するため、第２摺動面２Ｓには、マクロ的な浮揚構造を提供する張出形状部Ｍ（浮揚構造部）と、この張出形状部Ｍに重畳的に形成されミクロ的な浮揚構造を提供するミクロテクスチャ構造部３０とが備えられている。張出形状部Ｍ及びミクロテクスチャ構造部３０は、第２部材２が第１部材１に対して相対移動する摺動時において、第２摺動面２Ｓを第１摺動面１Ｓから浮揚させるために形成されている。

張出形状部Ｍは、Ｘ方向の断面において、第１摺動面１Ｓ側に張り出す弓形形状を有している。なお、図１及び後出の図６では理解を容易にするために、第２摺動面２Ｓの弓形形状を大きく誇張して描いているが、実際には目視では判別困難なミクロンオーダーの張り出しを有する弓形形状である。ミクロテクスチャ構造部３０は、円柱体からなる第２部材２の周方向、つまり第２部材２の前記摺動方向と直交する方向に延びる複数の溝３からなる。

＜ミクロテクスチャ構造部＞
先ず、ミクロテクスチャ構造部３０について説明する。ミクロテクスチャ構造部３０は、張出形状部Ｍのマクロプロファイルによって創出される第２摺動面２１Ｓの浮揚をアシストするために設けられている。つまり、張出形状部Ｍが作り出す摺動浮揚力を強化し、第２摺動面２Ｓが第１摺動面１Ｓに一層接触し難くするためにミクロテクスチャ構造部３０が配置される。既述の通り、本実施形態では第２部材２１が摺動方向Ｈ１１に移動する際に、Ｙ方向の荷重が第２部材２１に付加される。このため、ミクロテクスチャ構造部３０は、第２部材２の摺動方向Ｈ１１への移動時に、第２摺動面２Ｓの浮揚をアシストできるプロファイルに設定される。

ミクロテクスチャ構造部３０が備える各溝３は、ミクロンオーダーの溝幅を有する微小な溝であり、前記摺動方向に所定のピッチで配列されている。溝３の延びる方向は、前記摺動方向に対して完全に直交する方向でなくとも良く、後述する浮揚の効果が得られる限りにおいて前記直交方向から傾いていても良い。例えば、前記直交方向に対して１０°〜２０°程度傾いた方向に延びる溝３であっても良い。また、溝３（ミクロテクスチャ構造部３０）の形成領域は、第２摺動面２Ｓの全域又は一部領域のいずれであっても良い。後述するが、本実施形態では、張出形状部Ｍの頂部Ｐの周辺にミクロテクスチャ構造部３０が形成される例を示している。

図２は、第１実施形態の摺動構造体における、ミクロテクスチャ構造部３０の構成を示す、Ｘ方向に沿った断面図である。ここに例示しているミクロテクスチャ構造部３０が備える複数の溝３は、Ｘ方向断面において鋸歯形状を形成している。溝３の各々は、第１摺動面１Ｓに最も近い部分である頂部３１と、最も遠い部分である底部３２と、頂部３１と底部３２との間の傾き面３３とを備える。傾き面３３は、浮揚のアシストが必要な摺動方向Ｈ１１（＋Ｘ方向）の下流側（＋Ｘ側）が深く、上流側（−Ｘ側）が浅くなる傾き面である。

一つの溝３の開口縁は、摺動方向Ｈ１１の上流側縁部３Ｕ及び下流側縁部３Ｄである。これら縁部３Ｕ、３Ｄは、摺動方向Ｈ１１に隣接する一対の頂部３１でもある。換言すると、一つの溝３の頂部３１が、当該一つの溝３の上流側に隣接する溝３の下流側縁部３Ｄを兼ねている。つまり、隣接する溝３間にプラトー部のような平面部が存在せず、複数の溝３が摺動方向Ｈ１１に連設されている。従って、溝ピッチＬ１は、上流側縁部３Ｕと下流側縁部３Ｄとの間のＸ方向の長さ（溝幅）と同じである。

溝３は、下流側縁部３Ｄと底部３２（縁部３Ｕ、３Ｄ間において最深となる部分）との間の第１面３Ａと、上流側縁部３Ｕと底部３２との間の第２面３Ｂとを有している。Ｘ方向断面において、第１摺動面１Ｓは摺動方向Ｈ１１と平行な面であるが、第１面３Ａは第１摺動面１Ｓと直交する方向に延びる平面である。第２面３Ｂは、第１摺動面１Ｓに対して傾きを持つ平面であるが、第１面３Ａのような直交面ではなく、比較的緩い傾きを持つ平面である。本実施形態では、第２面３Ｂが上述の傾き面３３である。図２の例では、第１面３Ａが摺動方向Ｈ１１と直交する面であるので、第２面３Ｂ（傾き面３３）の摺動方向Ｈ１１の幅が溝幅（溝ピッチＬ１）と一致している。

複数の溝３は、微小な切削刃を用いた各種の切削加工によって形成することができる。円柱型の第２摺動面２Ｓの全周面に溝３を設ける場合には、第２部材２を旋盤で回転させながら切削刃を第２摺動面２Ｓに当接させることで、必要な溝３を形成することができる。図１に示すように、第２摺動面２Ｓの一部の領域に溝３を設ける場合には、微小な切削刃を楕円又は円の軌跡を描きながら第２摺動面２Ｓに当接させる楕円振動切削加工によって、必要な溝３を形成することができる。

図３は、ミクロテクスチャ構造部３０における摺動時の潤滑性流体Ｆの流れＦＡを模式的に示す断面図である。第２部材２が＋Ｘ方向に向かう摺動方向Ｈ１１に移動すると、第１摺動面１Ｓと第２摺動面２Ｓとの間の隙間Ｇには、潤滑性流体Ｆが摺動方向Ｈ１１の下流側（＋Ｘ側）から上流側（−Ｘ側）へ向けて相対的に流れ込むことになる。つまり、摺動方向Ｈ１１とは反対方向である流入方向Ｈ２から、潤滑性流体Ｆが隙間Ｇに流入する。そして、潤滑性流体Ｆは、隙間Ｇを＋Ｘ側から−Ｘ側へ流れる流れＦＡを形成する。この流れＦＡは層流である。この層流が、第２摺動面２Ｓの浮揚に寄与する。

ここで、溝３の各々は、＋Ｘ側が深く−Ｘ側が浅くなる傾き面３３を有する。潤滑性流体Ｆの層流は、このような傾き面３３が複数個摺動方向Ｈ１１に並ぶミクロテクスチャ構造部３０に沿って流れるので、良好な浮揚力を創出することができる。すなわち、前記層流は、＋Ｘ側から−Ｘ側へ流れる際に、第１、第２摺動面１Ｓ、２Ｓの間隔を徐々に狭くすることになる各溝３の傾き面３３によって、比較的広い空間から比較的狭い空間に閉じ込められる動作を繰り返しながら流れる。つまり、−Ｘ側に向かうに連れて第１摺動面１Ｓとの隙間Ｇを狭くする傾き面３３によって、流れＦＡは徐々に狭い空間へ閉じ込められ、密度が高められる。このような閉じ込めの作用により、第１摺動面１Ｓに対して第２摺動面２Ｓに大きな浮揚力を発生させることができる。従って、第１部材１と第２部材２との間の摺動抵抗を低減することができる。

＜溝のプロファイル＞
ミクロテクスチャ構造部３０による摺動浮揚の作用を効果的に発現させるためには、溝３のプロファイルを適正化する必要がある。このプロファイルにおいて重要となるのが、溝３の頂部３１と第１摺動面１Ｓとの間の距離である最小隙間ｈ１と、底部３２と第１摺動面１Ｓとの間の距離である最大隙間ｈ２との比である隙間比ｈ２／ｈ１である。また、最小隙間ｈ１を、最適な範囲に設定することも肝要となる。この点を、図４を参照して説明する。

図４は、前記プロファイルを説明するための模式図である。図４では、被摺動部材Ａの被摺動面ＳＡに沿って、傾き面からなる摺動面ＳＢを有する摺動部材Ｂが摺動方向Ｈ１１へ摺動する状態を示している。被摺動面ＳＡは上述の第１摺動面１Ｓに、摺動面ＳＢは一つの溝３の傾き面３３（第２摺動面２Ｓ）に相当する。摺動面ＳＢは、被摺動面ＳＡに最も近い部分となる頂部Ｐと、頂部Ｐの摺動方向Ｈ１１の下流側（＋Ｘ側）に配置され被摺動面ＳＡに対して最も遠い底部Ｑとを有し、摺動方向Ｈ１１の上流側から下流側に向かって被摺動面ＳＡから徐々に離間する形状を有している。

摺動部材Ｂが摺動方向Ｈ１１へ速度Ｕで摺動しているとき、摺動面ＳＢと被摺動面ＳＡとの間に生じる摺動浮揚力Ｗは、次の式（１）により求めることができる。

式（１）において、ηは摺動面ＳＢと被摺動面ＳＡとの間に介在する潤滑性流体Ｆの粘度、Ｂは摺動面ＳＢの摺動方向の長さ（図４における頂部Ｐから底部Ｑまでの長さ）、Ｃは摺動面ＳＢの摺動方向Ｈ１１と直交する方向の長さ（図４の紙面と直交する方向の長さ）、Ｕは摺動面ＳＢの摺動速度である。ｈ１は、最小隙間であって、頂部Ｐと被摺動面ＳＡとの間の距離、つまり、摺動面ＳＢと被摺動面ＳＡとの間の隙間Ｇの最小値である。ｍは、上述の隙間比であって、底部Ｑと被摺動面ＳＡとの間の距離、つまり、隙間Ｇの最大値を最大隙間ｈ２としたときの、最小隙間ｈ１と最大隙間ｈ２との比率であり、ｍ＝ｈ２／ｈ１で表される。

式（１）において、第２項目を負荷容量係数Ｋｗとすると（Ｋｗ＝６／（ｍ−１）^２｛ｌｎｍ−２（ｍ−１）／（ｍ＋１）｝）、摺動浮揚力Ｗはこの負荷容量係数Ｋｗに比例することになる。

図５は、負荷容量係数Ｋｗと隙間比ｍとの関係を示したグラフである。このグラフに示されるように、摺動浮揚力Ｗは、隙間比ｍが２．２のときに最大となり、隙間比ｍがこの値から離間するほど小さくなる。この知見より、隙間比ｍを２．２近傍に設定すれば高い摺動浮揚力Ｗを得ることができる。具体的には、隙間比ｍを１．５〜５．０の範囲とすることで、摺動浮揚力Ｗを、図５のラインＣ以上とすることができる。この場合、摺動浮揚力Ｗとして、その最大値（隙間比ｍが２．２のときの値）の６０％以上となる高い値を得ることができる。

式（１）に基づくと、最小隙間ｈ１が小さいほど摺動浮揚力Ｗは大きくなる。しかし、小さすぎる最小隙間ｈ１は、被摺動面ＳＡと摺動面ＳＢとの間に生じる摩擦係数を大きくする。つまり、最小隙間ｈ１について、前記摩擦係数を小さく抑えることのできる最適な範囲が存在する。前記摩擦係数の大小は、摺動面ＳＢの摺動浮揚時における摩擦の大小に相当し、摩擦係数が小さいほど良好な摺動浮揚が実現できる。この観点から、望ましい最小隙間ｈ１は、０．５μｍ〜２．０μｍの範囲である。ｈ１が２．０μｍを超過すると、上掲の式（１）より、摺動浮揚力Ｗが小さくなる傾向が顕著となる。一方、ｈ１が０．５μｍを下回ると、前記摩擦係数が大きくなり、良好な摺動浮揚を阻害する傾向が顕著となる。なお、望ましい最小隙間ｈ１は、摺動部材Ｂが現に摺動動作を実行している際に望まれる隙間である。摺動部材Ｂが摺動動作に熱膨張する部材である場合には、その熱膨張状態で上記の最小隙間ｈ１が確保されるよう、常温設計値を定めることが望ましい。

以上より、図２に示す溝３のプロファイルとしては、
最小隙間ｈ１＝０．５μｍ〜２．０μｍ
隙間比ｍ＝ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０
の範囲に設定することが望ましい。最大隙間ｈ２、及び最大隙間ｈ２と最小隙間ｈ１との差分ｈ２−ｈ１である溝深さＤは、ｈ１及びｍが設定されることにより、自ずと決定される。好ましい溝深さＤは、（ｈ１_min×ｍ_min−ｈ１_min）〜（ｈ１_max×ｍ_max−ｈ１_max）より、０．２５μｍ〜８．０μｍの範囲である。

第１摺動面１Ｓは、平滑度が高い面であることが望ましい。換言すると、最小隙間ｈ１は、第１摺動面１Ｓの表面粗さよりも大きい値に設定されていることが望ましい。これは、摺動浮揚時において、第１摺動面１Ｓと、ミクロテクスチャ構造部３０が形成された第２摺動面２Ｓとが接触しないようにするためである。例えば、第１摺動面１Ｓの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が０．６μｍである場合、最小隙間ｈ１を０．５μｍに設定すると、溝３の頂部３１が第１摺動面１Ｓに接触し得る。この接触の問題を回避できるよう、最小隙間ｈ１は、第１摺動面１Ｓの表面粗さの２倍程度以上に設定することが望ましい。

複数の溝３が摺動方向Ｈ１１に並ぶ溝ピッチＬ１は、１μｍ〜１ｍｍの範囲、好ましくは５μｍ〜１００μｍの範囲に設定されていることが望ましい。短すぎる溝ピッチＬ１及び長すぎる溝ピッチＬ１を持つ溝３からなるミクロテクスチャ構造部３０は、いずれも上述の閉じ込めの作用を良好に発揮することができない。上記の範囲に溝ピッチＬ１を設定することで、大きい浮揚力を発生させることが可能となる。

＜マクロ的な浮揚構造＞
続いて、張出形状部Ｍについて説明する。図６（Ａ）は、張出形状部Ｍを主に示す断面図、図６（Ｂ）は、張出形状部Ｍに重畳的に形成されたミクロテクスチャ構造部３０の拡大図である。張出形状部Ｍは、第２摺動面２ＳのＸ方向の全長を利用して摺動浮揚力を発生させるマクロプロファイルを有する浮揚構造部であって、隙間Ｇへの潤滑性流体Ｆの介在によって第２摺動面２Ｓを第１摺動面１Ｓに対して浮揚させる。

張出形状部Ｍは、Ｘ方向の中央部に、最も第１摺動面１Ｓ側に張り出した頂部Ｐを有し、＋Ｘ側及び−Ｘ側端部に、最も第１摺動面１Ｓ側への張り出しが小さい裾部Ｑ１、Ｑ２を有している。このような張出形状部Ｍとされるのは、第２部材２が＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の双方に、所定の速度Ｕ１、Ｕ２で移動することが予定されているからである（但し、Ｙ方向への荷重が加わるのは＋Ｘ方向）。一方向だけへの移動が予定されている場合、例えば第２部材２が＋Ｘ方向だけに移動する場合、＋Ｘ側の端部に裾部Ｑ１が設けられ、−Ｘ側の端部に頂部Ｐが配置される。

第２部材２に速度が与えられると、周辺に存在する潤滑性流体Ｆが第１、第２摺動面１Ｓ、２Ｓ間の隙間Ｇに引き込まれる。行き場を失った潤滑性流体Ｆは、第１、第２摺動面１Ｓ、２Ｓ間を拡大させる方向に抗力を生じさせる。この抗力が、第２摺動面２Ｓを第１摺動面１Ｓから浮揚させるように作用する。より具体的には、第２部材２に＋Ｘ方向の速度Ｕ１が与えられたときには、裾部Ｑ１から頂部Ｐに向かって潤滑性流体Ｆが隙間Ｇに入り込む。これにより、第１、第２摺動面１Ｓ、２Ｓ間に摺動浮揚力が生じる。一方、第２部材２に−Ｘ方向の速度Ｕ２が与えられたときには、裾部Ｑ２から頂部Ｐに向かって潤滑性流体Ｆが隙間Ｇに入り込む。これにより、第１、第２摺動面１Ｓ、２Ｓ間に摺動浮揚力が生じる。

この第２摺動面２１Ｓのプロファイルについても、図４、図５及び式（１）に示した技術思想を適用することができる。すなわち、張出形状部Ｍの頂部Ｐと第１摺動面１Ｓとの間の距離を最小隙間ｈ３とし、裾部Ｑ１、Ｑ２と第１摺動面１Ｓとの間の距離を最大隙間ｈ４とするとき、その隙間比ｍ＝ｈ４／ｈ３を、１．５〜５．０の範囲に設定することが望ましい。なお、最小隙間ｈ３は、自ずと溝３についての最小隙間ｈ１と同じく０．５μｍ〜２．０μｍとなる。また、最大隙間ｈ４及び山高さＤＡ（ｈ４−ｈ３）は、最小隙間ｈ１及び隙間比ｍが設定されることにより、自ずと決定される。

ミクロテクスチャ構造部３０は、張出形状部Ｍが作り出す摺動浮揚力を強化し、摺動時に第２摺動面２１Ｓが第１摺動面１Ｓに接触し難くするために配置されている。このため、ミクロテクスチャ構造部３０は、第２部材２がＸ方向へ移動する際にＹ方向の荷重が付加された場合に、第２摺動面２Ｓが第１摺動面１Ｓに接触することが想定される部分に配置されている。つまり、前記接触が生じ易いのは頂部Ｐの周辺であり、この頂部Ｐの周辺領域にミクロテクスチャ構造部３０が配置されている。これにより、張出形状部Ｍによる浮揚力を効果的にアシストすることができる。また、溝３の加工領域を最小限にすることができ、加工の手間を削減することができる。

上述の通り、本実施形態では第２部材２が＋Ｘ方向（摺動方向Ｈ１１）への移動時に、Ｙ方向の荷重が第２部材２に付加される。このため、第２部材２の＋Ｘ方向への移動時において、ミクロテクスチャ構造部３０が浮揚のアシストを行えるよう、溝３のプロファイルが設定される。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、溝３の各々の傾き面３３は、摺動方向Ｈ１１の下流側（＋Ｘ側）が深く、上流側（−Ｘ側）が浅くなる傾き面とされる。なお、溝３のｈ１、ｈ２及びｍは、張出形状部Ｍに対する浮揚のアシストが必要となる状況、つまり頂部Ｐの周辺領域が第１摺動面１Ｓに接触する直前において成立するように設定される。

＜ミクロテクスチャ構造部の変形例１＞
図７は、第１実施形態の変形例１に係るミクロテクスチャ構造部３０ａを備えた摺動構造体の断面図である。上記の第１実施形態では、溝３の第１面３Ａが第１摺動面１Ｓに対して直交する方向に延びる平面である例を示した。変形例１では、第１面３Ａが前記直交する方向から傾いた面である例を示す。

ミクロテクスチャ構造部３０ａの溝３は、その下流側縁部３Ｄである頂部３１と底部３２との間の第１面３Ａと、上流側縁部３Ｕである頂部３１と底部３２との間の第２面３Ｂとを含む。第１面３Ａ及び第２面３Ｂのいずれも第１摺動面１Ｓに対して傾きを持つ平面である。第１面３Ａは、第１摺動面１Ｓに対して傾き角θ１を持ち、第２面３Ｂは、第１摺動面１Ｓに対して傾き角θ２を持つ。ここで、第１面３Ａは、第２面３Ｂよりも大きい傾きを持つ面（θ１＞θ２）である。第１面３Ａの、第１摺動面１Ｓに対する傾き角θ１の望ましい範囲は、７０°〜９０°である。なお、第２面３Ｂの傾き角θ２は、θ１に対して十分小さいことが望ましく、例えば１０°〜５５°程度の範囲から選択することができる。

第１面３Ａは、第１摺動面１Ｓに対して直交する平面であることが望ましいが、上記の制限の範囲で前記直交する方向に対して傾いた平面であってもよい。このような第１面３Ａを持つ溝３であれば、潤滑性流体Ｆの層流（流れＦＡ）が第１、第２摺動面１Ｓ、２Ｓ間の隙間Ｇを流入方向Ｈ２に沿って流れる際、比較的大きい傾き角θ１を持つ第１面３Ａの領域において急に前記層流の幅が拡がり、比較的小さい傾き角θ２を持つ第２面３Ｂ（傾き面３３）によって徐々に前記層流が閉じ込められてゆくという動作が繰り返される。このような層流の動作によって、良好な浮揚力が生成される。

＜ミクロテクスチャ構造部の変形例２＞
図８は、第１実施形態の変形例２に係るミクロテクスチャ構造部３０ｂを備えた摺動構造体の断面図である。上記の第１実施形態では、複数の溝３が摺動方向Ｈ１１に密に連設されている例を示した。変形例２では、隣接する溝３間にプラトー（ｐｌａｔｅａｕ）が設けられている例を示す。

ミクロテクスチャ構造部３０ｂは、複数の溝３と、隣接する溝３の間に配置されたプラトー部３４とを含む。プラトー部３４は、第１摺動面１Ｓを略平行な平面である。プラトー部３４は、一の溝３の上流側縁部３Ｕとなる頂部３１と、前記一の溝３の上流側に隣接する溝３の下流側縁部３Ｄとの間に延びる平面である。この場合、溝ピッチＬ１は、摺動方向Ｈ１１における溝３の上流側縁部３Ｕ〜下流側縁部３Ｄの長さである溝幅Ｌ２と、プラトー部３４の長さとが加算されたものとなる。このように、溝間にプラトー部３４が存在している態様であっても、プラトー部３４が溝幅Ｌ２に対して長すぎるものでない限り、浮揚力を発生させることができる。

プラトー部３４は平滑度が高い面であることが望ましい。プラトー部３４は、最小隙間ｈ１を規定する頂部３１と同じ高さ位置にある面であり、その平滑度が低いと第１摺動面１Ｓとの接触が問題になるからである。この場合、最小隙間ｈ１は、第１摺動面１Ｓの表面粗さと、プラトー部３４の表面粗さとを合算した合算表面粗さよりも大きい値に設定されることが望ましい。例えば、第１摺動面１Ｓ及びプラトー部３４の算術平均粗さＲａがいずれも０．５μｍである場合、最小隙間ｈ１はこれらの合算表面粗さ１μｍを越える値、好ましくは２倍以上の値に設定することが望ましい。

［第２実施形態］
図９は、第２実施形態に係るミクロテクスチャ構造部３０Ａを備えた摺動構造体の断面図である。第２実施形態の摺動構造体は、第１摺動面１Ｓを備えた第１部材１と、第１摺動面１Ｓに対峙する第２摺動面２１Ｓを備えた第２部材２１とからなる。第２摺動面２１Ｓに、ミクロテクスチャ構造部３０Ａが形成されている。

ミクロテクスチャ構造部３０Ａが備える複数の溝３Ｍの各々は、第１摺動面１Ｓに最も近い部分である頂部３１と、最も遠い部分である底部３２と、頂部３１と底部３２との間の傾き面３３と、傾き面３３に形成された突起部３５とを備える。傾き面３３は、摺動方向Ｈ１１の下流側（＋Ｘ側）が深く、上流側（−Ｘ側）が浅くなる傾向を有する傾き面である。溝３Ｍは、突起部３５を傾き面３３上に有する点において、第１実施形態も溝３とは相違している。

溝３Ｍは、下流側縁部３Ｄと底部３２との間の第１面３Ａと、上流側縁部３Ｕと底部３２との間の第２面３Ｂとを有している。第１面３Ａは第１摺動面１Ｓと直交する方向に延びる平面である。第２面３Ｂは、第１摺動面１Ｓに対して傾きを持つ面であり、その上流側と下流側との中間領域に突起部３５を有する。本実施形態では、第２面３Ｂが傾き面３３である。

突起部３５は、摺動方向Ｈ１１に沿った断面において、頂部３１と底部３２とを結ぶ線（傾き面３３）よりも第１摺動面１Ｓの方向へ突出した形状を有している。本実施形態では、突起部３５の摺動方向Ｈ１１に沿った断面形状は、直角三角形である。すなわち突起部３５は、傾き面３３に対して最も突出した部分である頂点３５１と、頂点３５１からＹ方向に延びる縦壁３５２と、頂点３５１からＸ方向に延びる横壁３５３とを備え、縦壁３５２と横壁３５３とがなす角が９０°である形状を有している。つまり、横壁３５３は摺動方向Ｈ１１と平行な方向に延び、縦壁３５２は摺動方向Ｈ１１と直交する方向に延びている。突起部３５によって傾き面３３は２つの部分に分断されており、傾き面３３は底部３２と縦壁３５２の下端との間の第１傾斜面３３Ａと、横壁３５３の−Ｘ側端縁と頂部３１との間の第２傾斜面３３Ｂとを含んでいる。

溝３Ｍの各々は、当該溝３Ｍが奏する機能という観点から、摺動方向Ｈ１１の下流側（＋Ｘ側）から上流側（−Ｘ側）に向けて順次並ぶ、第１部分ＬＡ、第２部分ＬＢ及び第３部分ＬＣを含んでいる。大略的には、突起部３５が第２部分ＬＢ、突起部３５よりも前記下流側の部分が第１部分ＬＡ、突起部３５よりも前記上流側の部分が第３部分ＬＣを各々構成している。

詳しくは、第１部分ＬＡは、突起部３５の縦壁３５２と、第１傾斜面３３Ａと、第１面３Ａとによって区画される領域である。この第１部分ＬＡは、第１摺動面１Ｓに対して直交する方向に空間が延びる断面Ｕ字型の領域であり、後述する乱流ＦＢを閉じ込めるトラップ空間Ｔとしての役目を果たす。第２部分ＬＢは、横壁３５３が存在する領域であり、第１摺動面１Ｓと平行な壁面領域である。第３部分ＬＣは、横壁３５３の摺動方向Ｈ１１の上流端から第１摺動面１Ｓに徐々に近づくように前記上流側へ延びる傾斜面からなる領域、つまり第２傾斜面３３Ｂからなる領域である。

図１０は、ミクロテクスチャ構造部３０Ａにおける摺動時の潤滑性流体Ｆの流れＦＡを模式的に示す断面図である。第２部材２１が＋Ｘ方向に向かう摺動方向Ｈ１１に移動すると、第１摺動面１Ｓと第２摺動面２１Ｓとの間の隙間Ｇには、潤滑性流体Ｆが摺動方向Ｈ１１の下流側（＋Ｘ側）から上流側（−Ｘ側）へ向けて相対的に流れ込むことになる。つまり、摺動方向Ｈ１１とは反対方向である流入方向Ｈ２から、潤滑性流体Ｆが隙間Ｇに流入する。そして、潤滑性流体Ｆは、隙間Ｇを＋Ｘ側から−Ｘ側へ流れる流れＦＡを形成する。この流れＦＡは層流である。この層流が、第２摺動面２Ｓの浮揚に寄与する。

ここで、溝３Ｍの各々は、＋Ｘ側が深く−Ｘ側が浅くなる傾向を備えた傾き面３３を有する。潤滑性流体Ｆの層流は、このような傾き面３３が複数個摺動方向Ｈ１１に並ぶミクロテクスチャ構造部３０Ａに沿って流れるので、良好な浮揚力を創出することができる。すなわち、前記層流は、＋Ｘ側から−Ｘ側へ流れる際に、第１、第２摺動面１Ｓ、２１Ｓの間隔を徐々に狭くすることになる各溝３Ｍの傾き面３３によって、比較的広い空間から比較的狭い空間に閉じ込められる動作を繰り返しながら流れる。つまり、−Ｘ側に向かうに連れて第１摺動面１Ｓとの隙間Ｇを狭くする傾き面３３によって、流れＦＡは徐々に狭い空間へ閉じ込められ、密度が高められる。このような閉じ込めの作用により、第１摺動面１Ｓに対して第２摺動面２１Ｓに大きな浮揚力を発生させることができる。従って、第１部材１と第２部材２１との間の摺動抵抗を低減することができる。

そして、溝３Ｍの各々が備える第１部分ＬＡは、上記のトラップ空間Ｔを備え、隙間Ｇを流通する潤滑性流体Ｆの乱流ＦＢをトラップする領域として機能する。すなわち、流れＦＡが隙間Ｇの最も狭くなる頂部３１を抜けた際に、流れに指向性を持たない乱流ＦＢが発生し易くなる。この乱流ＦＢが、トラップ空間Ｔに囲い込まれる。第２部分ＬＢは、前記流通する潤滑性流体Ｆの層流（流れＦＡ）を確保する領域として機能する。この第２部分ＬＢは、乱流ＦＢを作り出さないようにするための領域とも言うことができる。第３部分ＬＣは、潤滑性流体Ｆの前記層流を徐々に狭くなる空間に閉じ込め、密度を高めるための領域として機能する。

これら第１〜第３部分ＬＡ〜ＬＣを溝３に具備させることで、浮揚に実質的に寄与しない乱流ＦＢを第１部分ＬＡでトラップし、第２部分ＬＢで前記層流だけが隙間Ｇ内を流通するようにし、最後に第３部分ＬＣでその層流を徐々に狭くなる空間に閉じ込めることができる。従って、第１摺動面１Ｓに対して第２摺動面２１Ｓに大きな浮揚力を発生させることができ、第１部材１と第２部材２１との間の摺動抵抗を低減することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態（及び第４実施形態）では、本発明に係る摺動構造体が、往復動ピストンエンジンの摺動部に適用される例を示す。図１１は、往復動ピストンエンジンの、気筒軸ＡＸに沿い且つクランク軸５と直交する方向の概略断面図である。往復動ピストンエンジンは、気筒４１、クランク軸５及びコンロッド６を含む。

気筒４１は、シリンダブロック４２（第１部材）によって区画されている。気筒４１には、ピストン４３（第２部材）が気筒軸ＡＸ方向に往復動可能に収容されている。ピストン４３は、上面に冠面を備えたヘッド部４４と、ヘッド部４４の下方に連なるスカート部４５と、ピストンボス４６とを備えている。クランク軸５は、クランクジャーナル５１、クランクピン５２、クランクアーム５３及びバランスウェイト５４を備える。ピストン４３は、コンロッド６によってクランク軸５と結合されている。コンロッド６の上端の小端部６１とピストン４３とが、ピストンボス４６で保持されるピストンピン４７を介して連結されている。また、コンロッド６の下端の大端部６２とクランクピン５２とが連結されている。クランク軸５は、図１１に矢印で示す通り、時計方向に回転するものとする。

第３実施形態では、ピストン４３のスカート部４５と、気筒４１の内周壁とで構成される摺動部に、本発明に係る摺動構造体が適用される例を示す。図１２は、図１１の要部拡大図であって、第３実施形態に係る摺動構造体を構成するシリンダブロック４２及びピストン４３の断面図である。シリンダブロック４２の上面にはシリンダヘッド４２１が配置されている。シリンダブロック４２の気筒４１、ピストン４３の冠面及びシリンダヘッド４２１によって、燃焼室４８が区画されている。シリンダヘッド４２１には、燃焼室４８に連通する吸気ポート４８１及び排気ポート４８２が設けられている。

気筒４１の内周壁は、ピストン４３の首振り方向を基準として、スラスト側内周壁４１Ａ（図１２の左側；第１摺動面）と、これと対向する反スラスト側内周壁４１Ｂとを含む。スカート部４５は、スラスト側内周壁４１Ａと対峙する摺動面４５ＳＡ（第２摺動面）を備えたスラスト側スカート部４５Ａと、反スラスト側内周壁４１Ｂと対峙する摺動面４５ＳＢを備えた反スラスト側スカート部４５Ｂとからなる。これら摺動面４５ＳＡ、４５ＳＢは、気筒軸ＡＸに沿った断面において、内周壁４１Ａ、４１Ｂと対峙する方向へ張り出す張出形状部Ｍを有している。張出形状部Ｍは、先に図６（Ａ）に示したものと同様のマクロプロファイルを有している。

スカート部４５は、本来的には、ピストン４３の往復動作時における２次運動によって当該ピストン４３の首振りが発生しないよう、気筒４１の内周壁４１Ａ、４１Ｂと摺動することが予定されている。しかし、本実施形態では、ピストン４３の往復動作時に、スカート部４５Ａ、４５Ｂの摺動面４５ＳＡ、４５ＳＢと内周壁４１Ａ、４１Ｂとの間に隙間Ｇが形成されることが予定されている。つまり、張出形状部Ｍを有する摺動面４５ＳＡ、４５ＳＢは、潤滑性流体を介して内周壁４１Ａ、４１Ｂから浮揚する。この浮揚のメカニズムは、先に第１実施形態で説明した通りである。これにより、スカート部４５の摺動抵抗を極小化することを可能とする。なお、潤滑性流体は、例えば空気、水、或いは０Ｗ−２０クラスの低粘度オイルであり、特に好ましくは空気である。

このような張出形状部Ｍに加え、スラスト側摺動面４５ＳＡにはミクロテクスチャ構造部３０Ｂが形成されている。つまり、スラスト側スカート部４５Ａについては、張出形状部Ｍのマクロプロファイルによって創出される浮揚をアシストするために、ミクロテクスチャ構造部３０Ｂが重畳的に配置されている。

このミクロテクスチャ構造部３０Ｂは、図６（Ａ）、（Ｂ）に示したミクロテクスチャ構造部３０と同様である。溝３は、気筒４１の周方向に延び、気筒軸ＡＸの方向に連設される。但し、第３実施形態では、図６（Ｂ）に示す摺動方向Ｈ１１が、ピストン４３の下降方向と一致するように溝３のプロファイルが設定される。すなわち、溝３の各々の傾き面３３は、ピストン４３の下降方向の下流側（下側）が深く、上流側（上側）が浅くなる傾き面とされる。

ピストン４３には、上死点を僅かに越えたクランク角において、爆発荷重がピストン４３に加わることに起因して、スラスト方向に首振りする大きな荷重が付加される。つまり、ピストン４３が下降する膨張行程の初期において、スラスト側スカート部４５Ａの摺動面４５ＳＡがスラスト側内周壁４１Ａに接近する方向（スラスト方向）の荷重が、ピストン４３に加わる。この荷重によって摺動面４５ＳＡがスラスト側内周壁４１Ａに接触することを防止するために、ミクロテクスチャ構造部３０Ｂが摺動面４５ＳＡに設けられている。これにより、摺動面４５ＳＡが有する張出形状部Ｍが作り出す摺動浮揚力が強化され、摺動面４５Ｓがスラスト側内周壁４１Ａに一層接触し難くすることができる。

なお、ピストン４３は気筒４１内を上下に移動するが、前記スラスト方向の大きな荷重がピストン４３に加わるのは、膨張行程の下降時である。つまり、ミクロテクスチャ構造部３０Ｂによる浮揚のアシストが必要となるのは、ピストン４３が下降方向へ移動するときであるので、上述の通り下方側が深く上方側が浅くなる傾き面３３を持つように溝３が形成される。ミクロテクスチャ構造部３０Ｂは、摺動面４５ＳＡのうち、スラスト側内周壁４１Ａに接触することが想定される部分、つまり、張出形状部Ｍの頂部の周辺領域に配置される。このようなミクロテクスチャ構造部３０Ｂより、先に図３に基づき説明した作用により、摺動面４５ＳＡに重畳的に浮揚力を発生させることができる。なお、反スラスト側スカート部４５Ｂの摺動面４５ＳＢにも、同様なミクロテクスチャ構造部３０Ｂを設けても良い。

［第４実施形態］
図１３は、図１１の要部拡大図であって、第４実施形態に係る摺動構造体を構成するコンロッド６の大端部６２及びクランクピン５２の結合部の断面図である。第４実施形態では、先に挙げた第３の態様の摺動構造体であって、大端部６２がクランクピン５２回りに回転摺動する摺動構造体に本発明が適用される例を示す。

大端部６２は円形の軸受け孔６３を有し、この軸受け孔６３には軸受けメタル６４（第２部材）が嵌め込まれている。軸受けメタル６４は、帯状の金属円が環状に成型された滑り軸受けである。本実施形態においては、クランクピン５２が第１部材、軸受けメタル６４が第２部材、クランクピン５２の外周面５２Ａが第１摺動面、軸受けメタル６４の内周面６４Ａが第２摺動面である。

内周面６４Ａと外周面５２Ａとは、大端部６２の回転摺動時において、隙間Ｇを介して対峙する。隙間Ｇには、空気、水、或いは０Ｗ−２０クラスの低粘度オイルからなる潤滑性流体が介在される。内周面６４Ａは、クランクピン５２の軸方向と直交する断面（図１３の断面）において、外周面５２Ａとの対峙方向へ張り出す張出形状部Ｍ１を備えている。なお、図１３では張出形状部Ｍ１が誇張して描かれているが、実際には目視では判別困難なミクロンオーダーの張り出しを有する形状である。

張出形状部Ｍ１は、内周面６４Ａの周方向一周で一つの張出（マクロプロファイル）を形成しており、頂部Ｐと裾部Ｑとを有している。頂部Ｐは、外周面５２Ａに向けて、最も張り出した部分である。裾部Ｑは、最も外周面５２Ａに対して離間した位置となる部分である。頂部Ｐにおける隙間Ｇの幅が最小隙間ｈ５であり、裾部Ｑにおける隙間Ｇの幅が最大隙間ｈ６である。図１３では、コンロッド６の小端部６１の軸心と大端部６２の軸心とを結ぶ線分６Ａが軸受けメタル６４と交差する点の近傍に、頂部Ｐが配置されている例を示している。張出形状部Ｍ１の軸方向と直交する断面形状は、内周面６４Ａの一周回の間に軸受け孔６３の孔心に向けて徐々に径小となる螺旋形状を有する。そして、前記断面形状は、頂部Ｐにおいて最も突出し、続いて径方向外側へ急激に退行して、裾部Ｑに繋がっている。

このような張出形状部Ｍ１が具備されることで、大端部６２が回転摺動すると、内周面６４Ａが外周面５２Ａに対して浮揚する。大端部６２が摺動方向Ｈ１（反時計方向）に回転摺動すると、隙間Ｇに存在する潤滑性流体に摺動方向Ｈ１とは逆方向の流入方向Ｈ２のフローが生じる。つまり、裾部Ｑから頂部Ｐに向けて、流体が流れ込む。これにより、先に第１実施形態で説明したマクロプロファイルの作用によって、内周面６４Ａは外周面５２Ａに対して浮揚し、両者間の摺動抵抗を格段に低減することができる。

このような張出形状部Ｍ１に加え、内周面６４Ａの一部には、ミクロテクスチャ構造部３０Ｃが形成されている。すなわち、張出形状部Ｍ１のマクロプロファイルによって創出される浮揚をアシストするために、ミクロテクスチャ構造部３０Ｃが重畳的に配置されている。ミクロテクスチャ構造部３０Ｃが設けられる領域は、ピストン４３からコンロッド６が受ける筒内最高燃焼圧力に伴う荷重の伝達経路となる領域である。具体的には、線分６Ａが軸受けメタル６４と交差する点であって、小端部６１の側の交差点の近傍である。

クランク機構の軸受け構造部には、燃焼・膨張行程の爆発荷重（筒内燃焼圧力）がピストン４３に加わった際に、コンロッド６を介して高い荷重が伝達される。とりわけ、筒内最高燃焼圧力が発生するタイミングにおいて、高荷重が前記軸受け構造部に伝達されることになる。このような高荷重は、張出形状部Ｍ１に基づく内周面６４Ａの摺動浮揚時に、内周面６４Ａを外周面７２Ａに接近又は衝突させ、浮揚効果の低減若しくは消失を招来させることがある。

そこで、外周面７２Ａとの衝突が想定される箇所にミクロテクスチャ構造部３０Ｃを設けることにより、内周面６４Ａが有する張出形状部Ｍ１が作り出す摺動浮揚力が強化され、内周面６４Ａが外周面７２Ａに接触し難くすることができる。ミクロテクスチャ構造部３０Ｃにおいては、図６（Ｂ）に示す摺動方向Ｈ１１が、軸受けメタル６４の回転摺動方向Ｈ１と一致するように、溝３のプロファイルが設定される。すなわち、溝３の各々の傾き面３３は、軸受けメタル６４の回転摺動方向Ｈ１の下流側が深く、上流側が浅くなる傾き面とされる。このようなミクロテクスチャ構造部３０Ｃより、先に図３に基づき説明した作用により、内周面６４Ａに重畳的に浮揚力を発生させることができる。

［他の変形実施形態の説明］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、溝３、３Ｍの摺動方向Ｈ１１の断面形状が鋸歯型のものを例示したが、傾き面３３が摺動方向Ｈ１１の下流側が深く上流側が浅くなる傾向を具備している限りにおいて形状を変形して良い。例えば、底部３２が鋭角的なものとせず、Ｒ面としてもよい。また、傾き面３３が緩やかな凸面又は凹面であっても良い。

１ 第１部材
１Ｓ 第１摺動面
２、２１ 第２部材
２Ｓ、２１Ｓ 第２摺動面
３０、３０ａ、３０ｂ、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ ミクロテクスチャ構造部
３、３Ｍ 溝
３Ａ、３Ｂ 第１面、第２面
３Ｕ、３Ｄ 上流側縁部、下流側縁部
３１ 頂部
３２ 底部
３３ 傾き面
４１ 気筒
４１Ａ スラスト側内周壁（第１摺動面）
４２ シリンダブロック（第１部材）
４３ ピストン
４５ スカート部（第２部材）
４５ＳＡ 摺動面（第２摺動面）
５ クランク軸
５２ クランクピン（第１部材）
５２Ａ 外周面（第１摺動面）
６ コンロッド
６４ 軸受けメタル（第２部材）
６４Ａ 内周面（第２摺動面／コンロッド内周面）
Ｆ 潤滑性流体
Ｌ１ 溝ピッチ
Ｈ１１ 摺動方向
Ｍ 張出形状部（浮揚構造部）

Claims (3)

1. 第１摺動面を有する第１部材と、
   前記第１摺動面と隙間を置いて対峙する第２摺動面を有し、前記第１部材に対して所定の摺動方向に相対移動する第２部材と、を備え、
   前記第２摺動面は、
   前記隙間への潤滑性流体の介在によって、前記第１摺動面に対して浮揚する浮揚構造部と、
   前記浮揚構造部に形成され、前記摺動方向と直交する方向に延びる複数の溝からなるミクロテクスチャ構造部と、を含み、
   前記ミクロテクスチャ構造部の前記溝の各々は、前記摺動方向の下流側が深く上流側が浅くなる傾き面を有する、摺動構造体において、
   前記第１部材が、往復動ピストンエンジンにおいて気筒を区画するシリンダであって、前記第１摺動面が前記気筒の内周壁であり、
   前記第２部材が、前記気筒内を往復動するピストンであって、前記第２摺動面が前記ピストンのスカート部の外周面であり、
   前記スカート部は、前記第２摺動面を各々有し、前記ピストンのピストンピン回りの首振り方向を基準として、スラスト側に位置するスラスト側スカート部と反スラスト側に位置する反スラスト側スカート部とを備え、
   前記スラスト側スカート部及び反スラスト側スカート部は、前記浮揚構造部として、前記摺動方向に沿った断面において、前記気筒の内周壁へ向けて弓形に張り出す張出形状部を有し、
   前記ミクロテクスチャ構造部は、前記スラスト側スカート部及び反スラスト側スカート部のうち、前記スラスト側スカート部にだけ形成され、且つ、当該スラスト側スカート部が有する張出形状部の張出頂部及びその周辺領域にだけ形成され、
   前記溝の、前記第１摺動面に最も近い部分を溝頂部、最も遠い部分を溝底部とし、前記溝頂部と前記第１摺動面との間の隙間を最小隙間ｈ１とし、前記溝底部と前記第１摺動面との間の隙間を最大隙間ｈ２とするとき、
   ｈ１＝０．５μｍ〜２．０μｍ、
   ｈ２／ｈ１＝１．５〜５．０、
   の範囲に設定されている、摺動構造体。
2. 請求項１に記載の摺動構造体において、
   前記溝は、当該溝の開口縁であって前記摺動方向の下流側縁部及び上流側縁部と、これら縁部の間に位置する最深の底部と、前記下流側縁部と前記底部との間の第１面と、前記上流側縁部と前記底部との間の第２面と、を含み、
   前記第１摺動面は前記摺動方向と平行な面であり、前記第１面及び前記第２面は前記第１摺動面に対して傾きを持つ平面であって、
   前記第１面は、前記第１摺動面に対して前記第２面よりも大きい傾きを持つ面であり、
   前記第２面が前記傾き面である、摺動構造体。
3. 請求項２に記載の摺動構造体において、
   前記第１面は、前記第１摺動面に対する傾き角が７０°〜９０°の範囲に設定されている、摺動構造体。