JP2018188968A - Sliding structure - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a sliding structure in which one member slides relative to the other member.
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。 In a sliding structure in which one member slides relative to the other member, it is required to reduce the sliding resistance between both members. For example, in a reciprocating piston engine, the inner peripheral wall of the cylinder and the outer peripheral wall of the piston skirt, the large end of the connecting rod and the pin portion of the crankshaft can be cited as the sliding structure, and the fuel consumption performance of the engine and In order to improve the output performance, it is required to reduce the sliding resistance between these two members. Patent Document 1 discloses a technique for levitating one member of a sliding structure relative to the other member in order to reduce sliding resistance.
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。 However, in the conventional levitation structure, the levitation force that levitates one member of the sliding structure relative to the other member may not be sufficiently secured. That is, even if an attempt is made to realize the levitation by interposing a lubricating fluid such as air, water or oil between the sliding surfaces of a pair of members, for example, a large force in the direction in which one member approaches the other member In such a case, the sliding surfaces may come into contact with each other. In this case, the sliding resistance cannot be reduced sufficiently.
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。 An object of the present invention is to provide a sliding structure capable of generating a good levitation force between a pair of sliding surfaces and reducing a sliding resistance between them.
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1摺動面と前記第2摺動面との間には潤滑性流体が介在され、前記第2摺動面は、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ことを特徴とする。 A sliding structure according to one aspect of the present invention includes a first member having a first sliding surface, and a second sliding surface facing the first sliding surface, with respect to the first member. A second member that relatively moves in a predetermined sliding direction, a lubricating fluid is interposed between the first sliding surface and the second sliding surface, and the second sliding surface is Including a microtexture structure portion comprising a plurality of grooves extending in a direction orthogonal to the sliding direction, and each of the grooves of the microtexture structure portion has an inclined surface in which the downstream side in the sliding direction is deep and the upstream side is shallow. It is characterized by that.
この摺動構造体によれば、第2摺動面に形成された前記ミクロテクスチャ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するようになる。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、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。 According to this sliding structure, when the first member and the second member slide, the second sliding surface is moved to the first sliding surface by the action of the microtexture structure portion formed on the second sliding surface. Float against the moving surface. That is, at the time of the sliding, the lubricating fluid relatively flows between the first and second sliding surfaces from the downstream side to the upstream side in the sliding direction. And each of the micro size groove | channel with which the said micro texture structure part is provided has an inclined surface where the said downstream side becomes deep and the said upstream side becomes shallow. A good levitation force can be obtained by the laminar flow of the lubricating fluid flowing along the microtexture structure part in which a plurality of inclined surfaces of the grooves are arranged. That is, when the laminar flow flows from the downstream side to the upstream side, a relatively wide space is formed by the inclined surface of each groove that gradually narrows the interval between the first and second sliding surfaces. It flows while repeating the action of being confined in a relatively small space. By such a confinement action, a large levitation force can be generated on the second sliding surface with respect to the first sliding surface. Therefore, sliding resistance between the first member and the second member can be reduced.
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。
In the above sliding structure, a portion of the groove closest to the first sliding surface is a top portion, a farthest portion is a bottom portion, and a gap between the top portion and the first sliding surface is a minimum gap h1. And when the gap between the bottom and the first sliding surface is the maximum gap h2,
h1 = 0.5 μm to 2.0 μm,
h2 / h1 = 1.5-5.0,
It is desirable to be set within the range.
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。 According to this sliding structure, the minimum gap h1 at the top of the groove of the microtextured structure is set to the above numerical range, and the gap ratio h2 / h1 between the minimum gap h1 and the maximum gap h2 is set. Is set in the above numerical range. For this reason, the second sliding surface is further improved from the first sliding surface by the lubricating fluid flowing between the first sliding surface and the second sliding surface during the relative movement of the second member. The sliding resistance can be remarkably reduced.
この場合、最小隙間h1は、前記第1摺動面の表面粗さ、若しくは、前記第2摺動面が前記複数の溝間にプラトー部を有する場合には、前記第1摺動面及び前記プラトー部の表面粗さの合算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。 In this case, the minimum gap h1 is the surface roughness of the first sliding surface, or when the second sliding surface has a plateau portion between the plurality of grooves, the first sliding surface and the It is desirable that the surface roughness of the plateau portion is set to a value larger than the total surface roughness.
この摺動構造体によれば、最小隙間h1を上記の通りの値とすることで、摺動浮揚時において、前記第1摺動面と、前記ミクロテクスチャ構造部が形成された前記第2摺動面とが接触しないようにすることができる。 According to this sliding structure, by setting the minimum gap h1 to the value as described above, the second sliding surface on which the first sliding surface and the microtexture structure portion are formed at the time of sliding levitation. It is possible to prevent contact with the moving surface.
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。 In the above sliding structure, the groove is an opening edge of the groove, which is a downstream edge and an upstream edge in the sliding direction, a deepest bottom located between these edges, and the downstream A first surface between a side edge and the bottom and a second surface between the upstream edge and the bottom, wherein the first sliding surface is parallel to the sliding direction. The first surface and the second surface are inclined planes with respect to the first sliding surface, and the first surface is more than the second surface with respect to the first sliding surface. It is desirable that the surface has a large inclination, and the second surface is the inclined surface.
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。 According to this sliding structure, the groove has the first surface and the second surface. When the laminar flow flows between the first and second sliding surfaces from the downstream side to the upstream side, the laminar flow suddenly expands in the region of the first surface having a relatively large inclination, The operation of gradually confining the laminar flow by the second surface (the inclined surface) having a small inclination is repeated. A good levitation force is generated by the operation of the laminar flow.
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。 In this case, it is desirable that the first surface has an inclination angle with respect to the first sliding surface in a range of 70 ° to 90 °.
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。 According to this sliding structure, most of the width of the groove in the sliding direction can be constituted by the second surface that functions as the inclined surface. Therefore, the laminar flow confinement effect can be enhanced.
上記の摺動構造体において、前記複数の溝が前記摺動方向に並ぶピッチが、1μm〜1mmの範囲に設定されていることが望ましい。 In the above sliding structure, it is desirable that a pitch in which the plurality of grooves are arranged in the sliding direction is set in a range of 1 μm to 1 mm.
この摺動構造体によれば、前記複数の溝のピッチが適正化され、一層大きい浮揚力を発生させることが可能となる。 According to this sliding structure, the pitch of the plurality of grooves is optimized, and a larger levitation force can be generated.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the favorable floating force can be generated between a pair of sliding surfaces, and the sliding structure which can reduce the sliding resistance between both can be provided.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A sliding structure according to the present invention has a first member having a first sliding surface and a second sliding surface facing the first sliding surface, and a predetermined sliding surface with respect to the first member. It is a sliding structure containing the 2nd member which moves relatively in a moving direction. There is no restriction | limiting in particular in the aspect of a said 1st member and a said 2nd member. For example, as a first aspect, the first member is a plate-like member such as a flat plate, a disk, a curved plate, etc., and has the first sliding surface on one side of the plate-like member, and the second member Is another plate-like member having the second sliding surface on one side, and moves in a straight line with respect to the first member, moves around, or rotates around a predetermined axis. It can be illustrated. In addition, even if it is an aspect in which only the second member moves, an aspect in which both the first member and the second member move may be used.
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。 As a second aspect, the first member is a cylindrical body such as a cylinder or a square tube, the inner peripheral surface thereof is the first sliding surface, and the second member is accommodated inside the cylindrical body. A column body such as a cylinder or a prism can be exemplified in which the outer peripheral surface thereof is the second sliding surface and the second member moves in the axial direction of the cylindrical body. Conversely, the first member may be the column body, the second member may be the cylinder body, and the cylinder body may move along the column body.
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。 As a third aspect, the first member is a cylindrical body, an inner peripheral surface thereof is the first sliding surface, and the second member is a columnar body accommodated inside the cylindrical body. An example in which the outer peripheral surface is the second sliding surface and the second member rotates about its own axis can be exemplified. On the contrary, the first member may be the cylindrical body, the second member may be the cylindrical body, and the cylindrical body may rotate around the axis of the cylindrical body.
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10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。 When an example is given as a constituent member of an automobile, a disk brake can be exemplified as the first aspect. In this case, the first member is a brake pad, the second member is a disc rotor, the first sliding surface is the surface of the brake pad, and the second sliding surface is the brake pad in the disc rotor. This is the opposite surface. As said 2nd aspect, the engine main-body part of a reciprocating piston engine, a suspension damper, etc. can be illustrated. In the case of the engine main body, the first member is a cylinder and its inner peripheral wall is the first sliding surface, and the second member is a piston skirt and its outer peripheral wall is the second sliding surface. (This aspect is illustrated in FIG. 10 as the third embodiment). In the case of the suspension damper, the first member is a shell (cylinder), and the second member is a piston that reciprocates within the shell.
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11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。 As said 3rd aspect, the various rotating shafts with which a motor vehicle is provided, and its bearing part can be mentioned, A crankshaft of a reciprocating piston engine can be illustrated typically. Specifically, the connection part of the big end part of a connecting rod and a crankpin can be illustrated. In this case, the first member is a crank pin, the outer peripheral surface thereof is the first sliding surface, the second member is the connecting rod large end portion, and the inner peripheral surface thereof is the second sliding surface. (This aspect is illustrated in FIG. 11 as the fourth embodiment). In addition, the bearing part of a crank journal can also be mentioned. Other than the crankshaft, for example, a bearing portion of a power steering pump can be cited.
[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。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a partially broken perspective view schematically showing a sliding structure according to a first embodiment of the present invention. The sliding structure exemplified here corresponds to the second aspect described above. The sliding structure includes a first member 1 and a second member 2 that moves relative to the first member 1. The second member 2 is a cylindrical body. The first member 1 includes a cylindrical space that accommodates the second member 2, and an inner peripheral wall that defines the space is the first sliding surface 1 </ b> S. The outer peripheral wall of the second member 2 is the second sliding surface 2S, and this second sliding surface 2S is spaced apart from the first sliding surface 1S in the Y direction (the radial direction of the second member 2). Confronted.
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方向である。すなわち、+Xが摺動方向の下流側、−Xが摺動方向の上流側である。 The material of the first member 1 and the second member 2 is not particularly limited as long as it is a member having a predetermined rigidity, but is preferably a metal. For example, the 1st member 1 and the 2nd member 2 which were comprised with aluminum, SUS, etc. can be illustrated preferably. The first member 1 is a member that is fixedly arranged, and the second member 2 is a member that moves linearly in the X direction (the axial direction of the second member 2) perpendicular to the Y direction. In the first embodiment, the moving direction of the second member 2, that is, the sliding direction of the second sliding surface 2S with respect to the first sliding surface 1S is the + X direction. That is, + X is the downstream side in the sliding direction, and -X is the upstream side in the sliding direction.
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。 In the present embodiment, when the second member 2 moves, a gap is formed between the first sliding surface 1S and the second sliding surface 2S, and the lubricating fluid F is planned to be interposed between the two. ing. That is, the second sliding surface 2S floats from the first sliding surface 1S via the lubricating fluid F. Thereby, the sliding resistance of the second member 2 can be minimized. The lubricating fluid F may be either liquid or gas, for example, air (viscosity = 1.8 × 10 −5 [Pa · s]), water (8.9 × 10 −4 [Pa · s]). ) Or low viscosity oil of the 0W-20 class (6.8 × 10 −3 [Pa · s]), particularly preferably air.
上記の浮揚を実現するため、第2摺動面2Sには、ミクロテクスチャ構造部30が備えられている。すなわち、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。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。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。 In order to realize the above levitation, the micro-texture structure portion 30 is provided on the second sliding surface 2S. That is, the microtextured structure portion 30 is formed to float the second sliding surface 2S from the first sliding surface 1S when the second member 2 slides relative to the first member 1. Yes. The microtextured structure portion 30 includes a plurality of grooves 3 extending in the circumferential direction of the second member 2 made of a cylindrical body, that is, in a direction orthogonal to the sliding direction of the second member 2. Each groove 3 is a minute groove having a groove width on the order of microns, and is arranged at a predetermined pitch in the sliding direction.
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。 The direction in which the groove 3 extends may not be completely orthogonal to the sliding direction, and may be inclined from the orthogonal direction as long as the effect of levitation described later is obtained. For example, the groove 3 may extend in a direction inclined by about 10 ° to 20 ° with respect to the orthogonal direction. Further, the formation region of the groove 3 (microtextured structure portion 30) may be either the entire region or a partial region of the second sliding surface 2S.
一部領域にミクロテクスチャ構造部30を形成する場合、第1摺動面1Sに対して第2摺動面2Sが接触することが想定される領域を、ミクロテクスチャ構造部30の形成領域として選定することが望ましい。図1の例では、第2部材2は+X方向へ移動する部材であるが、この移動の際に第2部材2に対してY方向への荷重が加わることを予定している。このため、第2摺動面2SがY方向において第1摺動面1Sに接触し、摺動抵抗を大きくしてしまう懸念がある。従って、第2摺動面2SのY方向を指向する領域だけに、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、第2摺動面2Sが第1摺動面1Sに接近した際に浮揚力を発生させ、前記接触を抑止することができる。 When the microtexture structure portion 30 is formed in a partial region, the region where the second slide surface 2S is supposed to contact the first slide surface 1S is selected as the formation region of the microtexture structure portion 30. It is desirable to do. In the example of FIG. 1, the second member 2 is a member that moves in the + X direction, but it is planned that a load in the Y direction is applied to the second member 2 during this movement. For this reason, there is a concern that the second sliding surface 2S may contact the first sliding surface 1S in the Y direction and increase the sliding resistance. Accordingly, the microtextured structure portion 30 is disposed only in the region of the second sliding surface 2S that is oriented in the Y direction. Thereby, when the 2nd sliding surface 2S approaches the 1st sliding surface 1S, a levitation | floating force can be generated and the said contact can be suppressed.
<溝の構造及び作用>
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、摺動方向H1(+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。
<Groove structure and action>
FIG. 2 is a cross-sectional view along the X direction showing the configuration of the microtexture structure 30 in the sliding structure according to the first embodiment. The plurality of grooves 3 provided in the microtexture structure portion 30 illustrated here form a sawtooth shape in the X-direction cross section. Each of the grooves 3 includes a top portion 31 that is the portion closest to the first sliding surface 1S, a bottom portion 32 that is the farthest portion, and an inclined surface 33 between the top portion 31 and the bottom portion 32. The inclined surface 33 is an inclined surface in which the downstream side (+ X side) in the sliding direction H1 (+ X direction) is deep and the upstream side (−X side) is shallow.
一つの溝3の開口縁は、摺動方向H1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H1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H1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。 The opening edges of one groove 3 are an upstream edge 3U and a downstream edge 3D in the sliding direction H1. These edge parts 3U and 3D are also a pair of top parts 31 adjacent to the sliding direction H1. In other words, the top portion 31 of one groove 3 also serves as the downstream edge 3D of the groove 3 adjacent to the upstream side of the one groove 3. That is, there is no flat portion such as a plateau portion between adjacent grooves 3, and a plurality of grooves 3 are continuously provided in the sliding direction H1. Therefore, the groove pitch L1 is the same as the length (groove width) in the X direction between the upstream edge 3U and the downstream edge 3D.
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H1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H1と直交する面であるので、第2面3B(傾き面33)の摺動方向H1の幅が溝幅(溝ピッチL1)と一致している。 The groove 3 includes a first surface 3A between the downstream edge 3D and the bottom 32 (the deepest portion between the edges 3U and 3D) and a second surface between the upstream edge 3U and the bottom 32. 3B. In the X-direction cross section, the first sliding surface 1S is a surface parallel to the sliding direction H1, but the first surface 3A is a plane extending in a direction orthogonal to the first sliding surface 1S. The second surface 3B is a flat surface having an inclination with respect to the first sliding surface 1S, but is not an orthogonal surface like the first surface 3A, but a flat surface having a relatively gentle inclination. In the present embodiment, the second surface 3B is the inclined surface 33 described above. In the example of FIG. 2, since the first surface 3A is a surface orthogonal to the sliding direction H1, the width of the second surface 3B (inclined surface 33) in the sliding direction H1 matches the groove width (groove pitch L1). ing.
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。 The plurality of grooves 3 can be formed by various cutting processes using a minute cutting blade. In the case where the grooves 3 are provided on the entire circumferential surface of the cylindrical second sliding surface 2S, it is necessary to bring the cutting blade into contact with the second sliding surface 2S while rotating the second member 2 with a lathe. The groove 3 can be formed. As shown in FIG. 1, when the groove 3 is provided in a partial region of the second sliding surface 2S, a minute cutting blade is brought into contact with the second sliding surface 2S while drawing an elliptical or circular locus. Necessary grooves 3 can be formed by elliptical vibration cutting.
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H1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H1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H1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。 FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the flow FA of the lubricating fluid F at the time of sliding in the microtexture structure portion 30. When the second member 2 moves in the sliding direction H1 toward the + X direction, the lubricating fluid F is downstream of the sliding direction H1 in the gap G between the first sliding surface 1S and the second sliding surface 2S. It flows relatively from the side (+ X side) toward the upstream side (−X side). That is, the lubricating fluid F flows into the gap G from the inflow direction H2 that is the direction opposite to the sliding direction H1. The lubricating fluid F forms a flow FA that flows through the gap G from the + X side to the −X side. This flow FA is a laminar flow. This laminar flow contributes to the levitation of the second sliding surface 2S.
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H1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。 Here, each of the grooves 3 has an inclined surface 33 that is deep on the + X side and shallow on the −X side. Since the laminar flow of the lubricating fluid F flows along the microtexture structure portion 30 in which a plurality of such inclined surfaces 33 are arranged in the sliding direction H1, a good levitation force can be created. That is, when the laminar flow flows from the + X side to the −X side, the inclined surface 33 of each groove 3 that gradually narrows the interval between the first and second sliding surfaces 1S and 2S is relatively It flows while repeating the action of being confined in a relatively narrow space from a wide space. That is, the flow FA is gradually confined in a narrow space by the inclined surface 33 that narrows the gap G with the first sliding surface 1S toward the −X side, and the density is increased. By such a confinement action, a large levitation force can be generated on the second sliding surface 2S with respect to the first sliding surface 1S. Therefore, the sliding resistance between the first member 1 and the second member 2 can be reduced.
<摺動面のプロファイル>
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。
<Sliding surface profile>
In order to effectively express the action of sliding levitation by the microtexture structure portion 30, it is necessary to optimize the profile of the groove 3. What is important in this profile is the minimum gap h1 that is the distance between the top 31 of the groove 3 and the first sliding surface 1S, and the maximum that is the distance between the bottom 32 and the first sliding surface 1S. The gap ratio h2 / h1 is a ratio to the gap h2. It is also important to set the minimum gap h1 within an optimum range. This point will be described with reference to FIG.
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H1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H1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H1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。 FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the profile. FIG. 4 shows a state in which the sliding member B having the sliding surface SB formed of an inclined surface slides in the sliding direction H1 along the sliding surface SA of the sliding member A. The sliding surface SA corresponds to the first sliding surface 1S, and the sliding surface SB corresponds to the inclined surface 33 (second sliding surface 2S) of one groove 3. The sliding surface SB has a top portion P that is the portion closest to the sliding surface SA and a bottom portion Q that is disposed on the downstream side (+ X side) of the sliding direction H1 of the top portion P and is farthest from the sliding surface SA. And has a shape that gradually separates from the sliding surface SA from the upstream side to the downstream side in the sliding direction H1.
摺動部材Bが摺動方向H1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H1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。 In Equation (1), η is the viscosity of the lubricating fluid F interposed between the sliding surface SB and the sliding surface SA, and B is the length of the sliding surface SB in the sliding direction (the top portion P in FIG. 4). C is the length in the direction perpendicular to the sliding direction H1 of the sliding surface SB (the length in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 4), and U is the sliding of the sliding surface SB. Speed. h1 is the minimum gap, which is the distance between the top portion P and the sliding surface SA, that is, the minimum value of the gap G between the sliding surface SB and the sliding surface SA. m is the above-mentioned gap ratio, and is the distance between the bottom Q and the sliding surface SA, that is, the minimum gap h1 and the maximum gap h2 when the maximum value of the gap G is the maximum gap h2. It is a ratio and is represented by m = h2 / h1.
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。 In equation (1), if the second item is the load capacity coefficient Kw (Kw = 6 / (m−1) 2 {lnm−2 (m−1) / (m + 1)}), the sliding levitation force W is This is proportional to the load capacity coefficient Kw.
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。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the load capacity coefficient Kw and the gap ratio m. As shown in this graph, the sliding levitation force W becomes maximum when the gap ratio m is 2.2, and becomes smaller as the gap ratio m is separated from this value. From this finding, a high sliding levitation force W can be obtained if the gap ratio m is set in the vicinity of 2.2. Specifically, by setting the gap ratio m in the range of 1.5 to 5.0, the sliding levitation force W can be set to the line C or more in FIG. In this case, as the sliding levitation force W, a high value that is 60% or more of the maximum value (value when the gap ratio m is 2.2) can be obtained.
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。 Based on equation (1), the sliding levitation force W increases as the minimum gap h1 decreases. However, the minimum gap h1 that is too small increases the coefficient of friction generated between the sliding surface SA and the sliding surface SB. That is, there exists an optimum range in which the friction coefficient can be kept small for the minimum gap h1. The magnitude of the friction coefficient corresponds to the magnitude of friction during sliding levitation of the sliding surface SB. The smaller the friction coefficient, the better the sliding levitation can be realized. From this viewpoint, the desirable minimum gap h1 is in the range of 0.5 μm to 2.0 μm. When h1 exceeds 2.0 μm, the tendency of the sliding levitation force W to become smaller becomes significant from the above equation (1). On the other hand, when h1 is less than 0.5 μm, the coefficient of friction increases, and the tendency to inhibit good sliding levitation becomes significant. The desired minimum gap h1 is a gap that is desired when the sliding member B is actually performing a sliding operation. When the sliding member B is a member that thermally expands in a sliding operation, it is desirable to determine the normal temperature design value so that the minimum gap h1 is ensured in the thermally expanded state.
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。
From the above, the profile of the groove 3 shown in FIG.
Minimum gap h1 = 0.5 μm to 2.0 μm
Gap ratio m = h2 / h1 = 1.5-5.0
It is desirable to set it within the range. The groove depth D, which is the maximum gap h2, and the difference h2-h1 between the maximum gap h2 and the minimum gap h1, is naturally determined by setting h1 and m. A preferable groove depth D is in the range of 0.25 μm to 8.0 μm from (h1_min × m_min−h1_min) to (h1_max × m_max−h1_max).
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。 The first sliding surface 1S is desirably a surface having high smoothness. In other words, it is desirable that the minimum gap h1 is set to a value larger than the surface roughness of the first sliding surface 1S. This is to prevent the first sliding surface 1S from contacting the second sliding surface 2S on which the microtextured structure portion 30 is formed during sliding levitation. For example, when the surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of the first sliding surface 1S is 0.6 μm, when the minimum gap h1 is set to 0.5 μm, the top 31 of the groove 3 becomes the first sliding surface 1S. Can touch. In order to avoid this contact problem, it is desirable that the minimum gap h1 is set to about twice or more the surface roughness of the first sliding surface 1S.
複数の溝3が摺動方向H1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。 The groove pitch L1 in which the plurality of grooves 3 are arranged in the sliding direction H1 is desirably set in a range of 1 μm to 1 mm, preferably in a range of 5 μm to 100 μm. None of the microtextured structure portions 30 composed of the grooves 3 having the groove pitch L1 that is too short and the groove pitch L1 that is too long can exhibit the above-described confinement action satisfactorily. By setting the groove pitch L1 in the above range, a large levitation force can be generated.
<変形例1>
図6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。
<Modification 1>
FIG. 6 is a cross-sectional view of a sliding structure including a microtexture structure 30a according to Modification 1 of the first embodiment. In the first embodiment, the example in which the first surface 3A of the groove 3 is a flat surface extending in a direction orthogonal to the first sliding surface 1S has been described. Modification 1 shows an example in which the first surface 3A is a surface inclined from the orthogonal direction.
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。 The groove 3 of the microtextured structure portion 30a has a first surface 3A between the top portion 31 and the bottom portion 32, which is the downstream edge portion 3D, and a first surface 3A between the top portion 31 and the bottom portion 32, which is the upstream edge portion 3U. 2 side 3B. Both the first surface 3A and the second surface 3B are flat surfaces that are inclined with respect to the first sliding surface 1S. The first surface 3A has an inclination angle θ1 with respect to the first sliding surface 1S, and the second surface 3B has an inclination angle θ2 with respect to the first sliding surface 1S. Here, the first surface 3A is a surface (θ1> θ2) having a larger inclination than the second surface 3B. A desirable range of the inclination angle θ1 of the first surface 3A with respect to the first sliding surface 1S is 70 ° to 90 °. The inclination angle θ2 of the second surface 3B is desirably sufficiently small with respect to θ1, and can be selected from a range of about 10 ° to 55 °, for example.
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。 The first surface 3A is desirably a plane orthogonal to the first sliding surface 1S, but may be a plane inclined with respect to the orthogonal direction within the above-mentioned limitation. In the groove 3 having such a first surface 3A, the laminar flow (flow FA) of the lubricating fluid F flows along the inflow direction H2 through the gap G between the first and second sliding surfaces 1S, 2S. At this time, the width of the laminar flow suddenly expands in the region of the first surface 3A having a relatively large inclination angle θ1, and the laminar flow is gradually increased by the second surface 3B (inclined surface 33) having a relatively small inclination angle θ2. The action of being trapped is repeated. A good levitation force is generated by the operation of the laminar flow.
<変形例2>
図7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H1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。
<Modification 2>
FIG. 7 is a cross-sectional view of a sliding structure including a microtexture structure portion 30b according to Modification 2 of the first embodiment. In the first embodiment, the example in which the plurality of grooves 3 are closely connected in the sliding direction H1 has been described. Modification 2 shows an example in which a plateau is provided between adjacent grooves 3.
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H1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。 The microtextured structure portion 30 b includes a plurality of grooves 3 and a plateau portion 34 disposed between the adjacent grooves 3. The plateau part 34 is a plane substantially parallel to the first sliding surface 1S. The plateau part 34 is a plane extending between the top part 31 which becomes the upstream edge part 3U of one groove 3 and the downstream edge part 3D of the groove 3 adjacent to the upstream side of the one groove 3. In this case, the groove pitch L1 is obtained by adding the groove width L2 that is the length of the upstream edge 3U to the downstream edge 3D of the groove 3 in the sliding direction H1 and the length of the plateau 34. . Thus, even if the plateau part 34 exists between the grooves, the levitation force can be generated as long as the plateau part 34 is not too long with respect to the groove width L2.
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。 The plateau part 34 is desirably a surface having high smoothness. This is because the plateau portion 34 is a surface at the same height as the top portion 31 that defines the minimum gap h1, and if the smoothness is low, contact with the first sliding surface 1S becomes a problem. In this case, it is desirable that the minimum gap h1 is set to a value larger than the total surface roughness obtained by adding the surface roughness of the first sliding surface 1S and the surface roughness of the plateau portion 34. For example, when the arithmetic average roughness Ra of the first sliding surface 1S and the plateau part 34 is both 0.5 μm, the minimum gap h1 is a value that exceeds these combined surface roughnesses 1 μm, preferably a value that is twice or more. It is desirable to set to.
[第2実施形態]
第1実施形態では、X方向の断面において直線状に延びる第2摺動面2Sにミクロテクスチャ構造部30が設けられる例を示した。第2実施形態では、第2摺動面2S自体にも、マクロ的な浮揚構造が施与されている例を示す。図8(A)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、図8(B)は、ミクロテクスチャ構造部30Aの拡大図である。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, an example in which the microtexture structure portion 30 is provided on the second sliding surface 2S that extends linearly in the cross section in the X direction has been described. In the second embodiment, an example in which a macro levitation structure is also applied to the second sliding surface 2S itself is shown. FIG. 8A is a cross-sectional view of a sliding structure including a microtexture structure portion 30A according to the second embodiment, and FIG. 8B is an enlarged view of the microtexture structure portion 30A.
ミクロテクスチャ構造部30Aを有する摺動構造体は、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1摺動面1Sは、第1実施形態と同様に、摺動方向H1と平行な平面である。一方、第2摺動面21Sは、X方向の断面において、第1摺動面1S側に張り出す張出形状部Mを有している。ここでは、張出形状部Mが弓形形状を有する例を示している。なお、図8では理解を容易にするために、第2摺動面21Sの弓形形状を大きく誇張して描いており、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。 The sliding structure having the microtextured structure portion 30A includes a first member 1 having a first sliding surface 1S and a second member 21 having a second sliding surface 21S facing the first sliding surface 1S. It consists of. The first sliding surface 1S is a plane parallel to the sliding direction H1 as in the first embodiment. On the other hand, the second sliding surface 21S has an overhanging shape portion M that projects to the first sliding surface 1S side in the cross section in the X direction. Here, an example in which the projecting shape portion M has an arcuate shape is shown. In FIG. 8, the arcuate shape of the second sliding surface 21S is drawn greatly exaggerated for easy understanding, and actually has an arcuate shape having a micron-order overhang that is difficult to distinguish visually.
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21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。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21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。なお、本実施形態では、第2部材21が+X方向への移動時に、Y方向の荷重が第2部材21に付加され、−X方向への移動時には前記荷重が実質的に付加されないものとする。 The protruding shape portion M has a top portion P that protrudes most to the first sliding surface 1S side at the center portion in the X direction, and is closest to the first sliding surface 1S side at + X side and −X side end portions. Skirts Q1 and Q2 are small. The overhanging shape portion M is used because the second member 21 is scheduled to move in both the + X direction and the −X direction at predetermined speeds U1 and U2. When movement in only one direction is planned, for example, when the second member 21 moves only in the + X direction, a skirt portion Q1 is provided at the end portion on the + X side, and a top portion P is provided at the end portion on the −X side. Be placed. In the present embodiment, when the second member 21 moves in the + X direction, a load in the Y direction is applied to the second member 21, and when the second member 21 moves in the -X direction, the load is not substantially applied. .
第2部材21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、21S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、21S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21S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21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、21S間に摺動浮揚力が生じる。一方、第2部材21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、21S間に摺動浮揚力が生じる。張出形状部Mは、第2摺動面21S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面である。 When the speed is given to the second member 21, the lubricating fluid F existing in the periphery is drawn into the gap G between the first and second sliding surfaces 1S, 21S. The lubricating fluid F that has lost its destination generates a drag in a direction in which the space between the first and second sliding surfaces 1S and 21S is enlarged. This drag acts to float the second sliding surface 21S from the first sliding surface 1S. More specifically, when the velocity U1 in the + X direction is given to the second member 21, the lubricating fluid F enters the gap G from the skirt portion Q1 toward the top portion P. Thereby, a sliding levitation force is generated between the first and second sliding surfaces 1S and 21S. On the other hand, when the velocity U2 in the −X direction is given to the second member 21, the lubricating fluid F enters the gap G from the skirt portion Q2 toward the top portion P. Thereby, a sliding levitation force is generated between the first and second sliding surfaces 1S and 21S. The projecting shape portion M is a surface having a macro profile that generates a sliding levitation force by using the entire length of the second sliding surface 21S in the X direction.
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。 The technical idea shown in FIGS. 4 and 5 and formula (1) can also be applied to the profile of the second sliding surface 21S. That is, the distance between the top portion P of the projecting shape portion M and the first sliding surface 1S is the minimum clearance h3, and the distance between the skirt portions Q1 and Q2 and the first sliding surface 1S is the maximum clearance h4. When doing so, it is desirable to set the gap ratio m = h4 / h3 in the range of 1.5 to 5.0. The minimum gap h3 is naturally 0.5 μm to 2.0 μm, similar to the minimum gap h1 for the groove 3. Further, the maximum gap h4 and the peak height DA (h4-h3) are naturally determined by setting the minimum gap h1 and the gap ratio m.
ミクロテクスチャ構造部30A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21S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30Aが配置される。このため、ミクロテクスチャ構造部30Aは、第2部材21のX方向への移動時にY方向の荷重が付加された場合に、第2摺動面21S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30Aが配置されている。 The microtexture structure portion 30A is provided to assist the levitation of the second sliding surface 21S created by the macro profile of the projecting shape portion M. That is, the microtextured structure portion 30A is disposed in order to strengthen the sliding levitation force created by the projecting shape portion M and make the second sliding surface 21S more difficult to contact the first sliding surface 1S. For this reason, in the microtextured structure portion 30A, when a load in the Y direction is applied when the second member 21 moves in the X direction, the second sliding surface 21S may come into contact with the first sliding surface 1S. Arranged in the expected part. That is, the contact is likely to occur around the top portion P, and the microtextured structure portion 30A is arranged in the peripheral region of the top portion P.
ミクロテクスチャ構造部30Aが備える溝3は、先に第1実施形態で説明したものと同じである。上述の通り、第2部材21が+X方向への移動時に、Y方向の荷重が第2部材21に付加される。このため、第2部材21の+X方向への移動時において、ミクロテクスチャ構造部30A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。 The grooves 3 included in the microtextured structure portion 30A are the same as those described in the first embodiment. As described above, a load in the Y direction is applied to the second member 21 when the second member 21 moves in the + X direction. For this reason, the profile of the groove 3 is set so that the microtexture structure portion 30A can assist the levitation when the second member 21 moves in the + X direction.
具体的には、図8(B)に示すように、溝3の各々の傾き面33は、摺動方向H1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。最小隙間h1、最大隙間h2及び隙間比mも、第1実施形態と同様である。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。 Specifically, as shown in FIG. 8B, each inclined surface 33 of the groove 3 is inclined such that the downstream side (+ X side) in the sliding direction H1 is deep and the upstream side (−X side) is shallow. It is made a face. The minimum gap h1, the maximum gap h2, and the gap ratio m are the same as in the first embodiment. It should be noted that h1, h2, and m of the groove 3 are set so as to be established in a situation where levitation assistance is required for the projecting shape portion M, that is, immediately before the peripheral region of the top portion P contacts the first sliding surface 1S. Is done.
[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9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。
[Third Embodiment]
In 3rd Embodiment (and 4th Embodiment), the sliding structure which concerns on this invention shows the example applied to the sliding part of a reciprocating piston engine. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the reciprocating piston engine in a direction along the cylinder axis AX and orthogonal to the crankshaft 5. The reciprocating piston engine includes a cylinder 41, a crankshaft 5 and a connecting rod 6.
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9に矢印で示す通り、時計方向に回転するものとする。 The cylinder 41 is partitioned by a cylinder block 42 (first member). In the cylinder 41, a piston 43 (second member) is accommodated so as to be capable of reciprocating in the cylinder axis AX direction. The piston 43 includes a head portion 44 having a crown surface on the upper surface, a skirt portion 45 extending below the head portion 44, and a piston boss 46. The crankshaft 5 includes a crank journal 51, a crankpin 52, a crank arm 53, and a balance weight 54. The piston 43 is coupled to the crankshaft 5 by a connecting rod 6. The small end portion 61 at the upper end of the connecting rod 6 and the piston 43 are connected via a piston pin 47 held by a piston boss 46. Further, the large end 62 at the lower end of the connecting rod 6 and the crank pin 52 are connected. The crankshaft 5 is assumed to rotate clockwise as indicated by an arrow in FIG.
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10は、図9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。 In 3rd Embodiment, the example to which the sliding structure which concerns on this invention is applied to the sliding part comprised by the skirt part 45 of the piston 43 and the inner peripheral wall of the cylinder 41 is shown. FIG. 10 is an enlarged view of the main part of FIG. 9, and is a cross-sectional view of the cylinder block 42 and the piston 43 constituting the sliding structure according to the third embodiment. A cylinder head 421 is disposed on the upper surface of the cylinder block 42. A combustion chamber 48 is defined by the cylinder 41 of the cylinder block 42, the crown of the piston 43, and the cylinder head 421. The cylinder head 421 is provided with an intake port 481 and an exhaust port 482 that communicate with the combustion chamber 48.
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10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8(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。 The inner peripheral wall of the cylinder 41 includes a thrust side inner peripheral wall 41A (left side in FIG. 10; first sliding surface) and an anti-thrust side inner peripheral wall 41B facing this with reference to the swinging direction of the piston 43. The skirt portion 45 includes a thrust side skirt portion 45A having a sliding surface 45SA (second sliding surface) facing the thrust side inner peripheral wall 41A and a sliding surface 45SB facing the anti-thrust side inner peripheral wall 41B. It consists of an anti-thrust side skirt portion 45B. These sliding surfaces 45SA and 45SB have projecting shape portions M that project in a direction facing the inner peripheral walls 41A and 41B in a cross section along the cylinder axis AX. The overhanging shape portion M has a macro profile similar to that shown in FIG.
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2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。 The skirt portion 45 is originally scheduled to slide with the inner peripheral walls 41A and 41B of the cylinder 41 so that the piston 43 does not swing due to the secondary motion during the reciprocating motion of the piston 43. . However, in this embodiment, when the piston 43 is reciprocated, a gap G is planned to be formed between the sliding surfaces 45SA and 45SB of the skirt portions 45A and 45B and the inner peripheral walls 41A and 41B. That is, the sliding surfaces 45SA and 45SB having the projecting shape portion M are levitated from the inner peripheral walls 41A and 41B via the lubricating fluid. This levitation mechanism is as described in the second embodiment. As a result, the sliding resistance of the skirt portion 45 can be minimized. The lubricating fluid is, for example, air, water, or a low viscosity oil of 0W-20 class, and particularly preferably air.
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。 In addition to the protruding shape portion M, a microtexture structure portion 30B is formed on the thrust side sliding surface 45SA. That is, for the thrust side skirt portion 45A, in order to assist the levitation created by the macro profile of the protruding shape portion M, the microtexture structure portion 30B is arranged in a superimposed manner.
このミクロテクスチャ構造部30Bは、図8(A)、(B)に示したミクロテクスチャ構造部30A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8(B)に示す摺動方向H1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。 The microtexture structure portion 30B is the same as the microtexture structure portion 30A shown in FIGS. The groove 3 extends in the circumferential direction of the cylinder 41 and is continuously provided in the direction of the cylinder axis AX. However, in the third embodiment, the profile of the groove 3 is set so that the sliding direction H <b> 1 shown in FIG. 8B matches the descending direction of the piston 43. That is, each inclined surface 33 of the groove 3 is an inclined surface in which the downstream side (lower side) in the descending direction of the piston 43 is deep and the upstream side (upper side) is shallow.
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。 A large load swinging in the thrust direction is applied to the piston 43 due to an explosion load being applied to the piston 43 at a crank angle slightly exceeding top dead center. That is, in the initial stage of the expansion stroke in which the piston 43 descends, a load in the direction in which the sliding surface 45SA of the thrust side skirt portion 45A approaches the thrust side inner peripheral wall 41A (thrust direction) is applied to the piston 43. In order to prevent the sliding surface 45SA from coming into contact with the thrust side inner peripheral wall 41A due to this load, the microtexture structure portion 30B is provided on the sliding surface 45SA. As a result, the sliding levitation force created by the projecting shape portion M of the sliding surface 45SA is strengthened, and the sliding surface 45S can be made more difficult to contact the thrust side inner peripheral wall 41A.
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。 The piston 43 moves up and down in the cylinder 41, but the large load in the thrust direction is applied to the piston 43 when the expansion stroke is lowered. That is, the levitation assist by the microtextured structure 30B is required when the piston 43 moves in the downward direction, and as described above, the groove 3 has the inclined surface 33 in which the lower side is deeper and the upper side is shallower. Is formed. The microtextured structure portion 30B is disposed in a portion of the sliding surface 45SA that is supposed to be in contact with the thrust side inner peripheral wall 41A, that is, in a peripheral region of the top portion of the protruding shape portion M. From such a microtexture structure portion 30B, a levitation force can be generated in a superimposed manner on the sliding surface 45SA by the action described above with reference to FIG. A similar microtexture structure portion 30B may be provided on the sliding surface 45SB of the anti-thrust side skirt portion 45B.
[第4実施形態]
図11は、図9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。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 is an enlarged view of the main part of FIG. 9, and is a cross-sectional view of the connecting portion of the large end 62 of the connecting rod 6 and the crank pin 52 constituting the sliding structure according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, an example in which the present invention is applied to the sliding structure according to the third aspect described above, in which the large end 62 rotates and slides around the crankpin 52. Show.
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。 The large end portion 62 has a circular bearing hole 63, and a bearing metal 64 (second member) is fitted into the bearing hole 63. The bearing metal 64 is a sliding bearing in which a band-shaped metal circle is formed in an annular shape. In this embodiment, the crank pin 52 is the first member, the bearing metal 64 is the second member, the outer peripheral surface 52A of the crank pin 52 is the first sliding surface, and the inner peripheral surface 64A of the bearing metal 64 is the second sliding surface. It is.
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11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11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。 The inner circumferential surface 64A and the outer circumferential surface 52A face each other through the gap G when the large end portion 62 rotates and slides. In the gap G, a lubricating fluid made of air, water, or low viscosity oil of 0W-20 class is interposed. 64 A of inner peripheral surfaces are provided with the overhang | projection shape part M1 which protrudes in the crossing direction orthogonal to the axial direction of the crankpin 52 (cross section of FIG. 11) with 52 A of outer peripheral surfaces. In FIG. 11, the overhanging shape portion M1 is exaggeratedly drawn, but in actuality, it is a shape having an overhang of a micron order that is difficult to distinguish visually.
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11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。 The overhang shape portion M1 forms one overhang (macro profile) around the circumferential direction of the inner peripheral surface 64A, and has a top portion P and a bottom portion Q. The top portion P is the portion that protrudes most toward the outer peripheral surface 52A. The skirt portion Q is a portion that is located farthest from the outer peripheral surface 52A. The width of the gap G at the top P is the minimum gap h5, and the width of the gap G at the skirt Q is the maximum gap h6. FIG. 11 shows an example in which the apex P is arranged in the vicinity of a point where a line segment 6A connecting the axis of the small end 61 and the axis of the large end 62 of the connecting rod 6 intersects the bearing metal 64. ing. The cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the projecting shape portion M1 has a spiral shape that gradually decreases in diameter toward the center of the bearing hole 63 during one round of the inner peripheral surface 64A. The cross-sectional shape protrudes most at the top portion P, and then retreats rapidly outward in the radial direction, and is connected to the skirt portion Q.
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2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。 By providing such a protruding shape portion M1, when the large end portion 62 rotates and slides, the inner peripheral surface 64A floats with respect to the outer peripheral surface 52A. When the large end 62 rotates and slides in the sliding direction H1 (counterclockwise), a flow in the inflow direction H2 opposite to the sliding direction H1 occurs in the lubricating fluid existing in the gap G. That is, the fluid flows from the skirt Q toward the top P. As a result, the inner peripheral surface 64A floats with respect to the outer peripheral surface 52A by the action of the macro profile previously described in the second embodiment, and the sliding resistance therebetween can be significantly reduced.
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。 In addition to the protruding shape portion M1, a microtexture structure portion 30C is formed on a part of the inner peripheral surface 64A. That is, in order to assist the levitation created by the macro profile of the projecting shape portion M1, the microtexture structure portion 30C is arranged in a superimposed manner. The region where the microtextured structure portion 30 </ b> C is provided is a region serving as a transmission path for a load accompanying the maximum in-cylinder combustion pressure received by the connecting rod 6 from the piston 43. Specifically, the line segment 6 </ b> A intersects with the bearing metal 64 and is near the intersection on the small end 61 side.
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。 A high load is transmitted to the bearing structure portion of the crank mechanism through the connecting rod 6 when an explosion load (in-cylinder combustion pressure) in the combustion / expansion stroke is applied to the piston 43. In particular, at the timing when the in-cylinder maximum combustion pressure is generated, a high load is transmitted to the bearing structure. Such a high load may cause the inner peripheral surface 64A to approach or collide with the outer peripheral surface 72A during sliding levitation of the inner peripheral surface 64A based on the projecting shape portion M1, thereby causing a reduction or disappearance of the levitation effect. .
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8(B)に示す摺動方向H1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。 Therefore, by providing the micro-texture structure portion 30C at a place where a collision with the outer peripheral surface 72A is assumed, the sliding levitation force created by the overhanging shape portion M1 of the inner peripheral surface 64A is strengthened, and the inner peripheral surface 64A It can be made difficult to contact the outer peripheral surface 72A. In the microtextured structure portion 30C, the profile of the groove 3 is set so that the sliding direction H1 shown in FIG. 8B matches the rotational sliding direction H1 of the bearing metal 64. That is, each inclined surface 33 of the groove 3 is an inclined surface in which the downstream side in the rotational sliding direction H1 of the bearing metal 64 is deep and the upstream side is shallow. From such a microtextured structure portion 30C, a levitation force can be generated in a superimposed manner on the inner peripheral surface 64A by the action described above with reference to FIG.
[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の摺動方向H1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H1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。
[Description of Other Modified Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this. For example, although the cross-sectional shape of the groove 3 in the sliding direction H1 is a sawtooth type, the shape is deformed as long as the inclined surface 33 has a tendency that the downstream side in the sliding direction H1 is deep and the upstream side is shallow. Good. For example, the bottom portion 32 may not be an acute angle but may be an R surface. Further, the inclined surface 33 may be a gentle convex surface or a concave surface.
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 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
34 プラトー部
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)
F 潤滑性流体
L1 溝ピッチ
H1 摺動方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st member 1S 1st sliding surface 2, 21 2nd member 2S, 21S 2nd sliding surface 30, 30a, 30b, 30A, 30B, 30C Microtextured structure part 3 Groove 3A, 3B 1st surface, 2nd Surface 3U, 3D Upstream edge portion, downstream edge portion 31 Top portion 32 Bottom portion 33 Inclined surface 34 Plateau portion 41 Cylinder 41A Thrust side inner peripheral wall (first sliding surface)
42 Cylinder block (first member)
43 Piston 45 Skirt (second member)
45SA sliding surface (second sliding surface)
5 Crankshaft 52 Crankpin (first member)
52A Outer peripheral surface (first sliding surface)
6 Connecting rod 64 Bearing metal (second member)
64A Inner peripheral surface (second sliding surface)
F Lubricating fluid L1 Groove pitch H1 Sliding direction
Claims (6)
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、を備え、
前記第1摺動面と前記第2摺動面との間には潤滑性流体が介在され、
前記第2摺動面は、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。 A first member having a first sliding surface;
A second member having a second sliding surface facing the first sliding surface and moving relative to the first member in a predetermined sliding direction,
A lubricating fluid is interposed between the first sliding surface and the second sliding surface,
The second sliding surface includes a microtextured structure portion including a plurality of grooves extending in a direction orthogonal to the sliding direction,
Each of the grooves of the microtextured structure portion has a sloped surface that has a deep surface on the downstream side in the sliding direction and a shallow surface on the upstream side.
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、摺動構造体。 The sliding structure according to claim 1,
A portion of the groove closest to the first sliding surface is a top portion, a farthest portion is a bottom portion, and a gap between the top portion and the first sliding surface is a minimum clearance h1, and the bottom portion and the first When the gap between the sliding surface is the maximum gap h2,
h1 = 0.5 μm to 2.0 μm,
h2 / h1 = 1.5-5.0,
A sliding structure set in the range of
最小隙間h1は、
前記第1摺動面の表面粗さ、若しくは、
前記第2摺動面が前記複数の溝間にプラトー部を有する場合には、前記第1摺動面及び前記プラトー部の表面粗さの合算表面粗さ
よりも大きい値に設定されている、摺動構造体。 In the sliding structure according to claim 2,
The minimum gap h1 is
Surface roughness of the first sliding surface, or
When the second sliding surface has a plateau portion between the plurality of grooves, the sliding surface is set to a value larger than the total surface roughness of the surface roughness of the first sliding surface and the plateau portion. A moving structure.
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。 The sliding structure according to claim 1,
The groove is an opening edge of the groove, the downstream edge and the upstream edge in the sliding direction, the deepest bottom located between these edges, the downstream edge and the bottom A first surface between and a second surface between the upstream edge and the bottom,
The first sliding surface is a surface parallel to the sliding direction, and the first surface and the second surface are planes inclined with respect to the first sliding surface,
The first surface is a surface having a larger inclination than the second surface with respect to the first sliding surface,
A sliding structure in which the second surface is the inclined surface.
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。 In the sliding structure according to claim 4,
The first structure is a sliding structure in which an inclination angle with respect to the first sliding surface is set in a range of 70 ° to 90 °.
前記複数の溝が前記摺動方向に並ぶピッチが、1μm〜1mmの範囲に設定されている、摺動構造体。
In the sliding structure according to any one of claims 1 to 5,
A sliding structure in which a pitch in which the plurality of grooves are arranged in the sliding direction is set in a range of 1 μm to 1 mm.
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