滑動部件的紋理加工方法以及滑動部件的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種滑動部件的紋理加工方法以及滑動部件。本發明提供一種能夠通過新穎的方法形成形狀精度優異的紋理圖案的紋理加工方法。使用沿著外周脊線形成著刀尖的刻劃輪(11)，一邊將刻劃輪(11)的刀尖按壓在成為被加工物的滑動部件(3)的滑動面上一邊使刀尖在滑動面上滾動，由此產生因輥拋光產生的塑性變形，在滑動面上形成作為滾動痕跡的細微的槽(10、10'、10")而加工紋理圖案。
【專利說明】
滑動部件的紋理加工方法以及滑動部件
技術領域
[0001]本發明涉及一種滑動部件的滑動面的紋理加工方法以及滑動部件。通常來說，所謂“紋理”的概念是指物質表面的質感或手感等。在本發明中，將對物質的表面形狀進行控制稱為紋理化，且將通過紋理化而控制后的表面形狀稱為紋理圖案。并且，將用以將滑動面等加工成槽、凹處(凹陷)、凹凸等表面形狀的加工稱為紋理加工。
【背景技術】
[0002]作為構成機械零件的要素，有例如活塞、汽缸、閥導承、曲軸頸部要求降低摩擦的部分、以及例如剎車、離合器要求抗摩擦的部分。它們共同的要求是抑制隨摩擦急增而產生的燒蝕與滑動。
[0003]作為減少滑動使其穩定的方法之一，已知有效的是紋理化，也就是在滑動面形成發揮積油功能的細微槽或凹處等紋理圖案，并且一直以來使用這種方法。作為該紋理化，已知有例如專利文獻I所示的通過切削而進行的機械加工方法、例如專利文獻2所示的通過蝕刻而進行的化學加工方法、或者例如專利文獻3所示的通過照射激光而進行的光學加工方法。而且，在增大摩擦使其穩定的情況下，仍有效的是賦予例如在市售的制動盤中觀察到的孔或槽等紋理。
[0004]所述紋理化的加工方法中，通過切削進行的加工在對細微的槽或凹處進行高精度加工方面存在極限。而且，在切削加工中會產生切肩，還必須去除在被削出切肩的部分產生的毛邊，因此需要在切削加工后追加研磨處理步驟。在激光加工中也同樣需要這種后處理步驟。而且，在蝕刻加工中，由于將零件浸漬在腐蝕液中，因此必需在后續步驟中充分地實施清洗。
[0005][【背景技術】文獻]
[0006][專利文獻]
[0007][專利文獻I]日本專利特開2006-9846號公報
[0008][專利文獻2]日本專利特開2012-233593號公報
[0009][專利文獻3]日本專利第4111045號公報
【發明內容】
[0010][發明所要解決的問題]
[0011]此外，在蝕刻加工中，因必須使用掩模(mask)等的圖案化處理(預處理)或圖案化后的后處理而耗費工夫，并且需要蝕刻專用的通風設備(draft)或處理廢液的設備等。
[0012]因此，至今為止，為進行細微的紋理化，認為最佳的方法是使用激光加工。但是，在激光加工中存在如下問題:當對金屬材料的滑動面照射激光而形成細微的槽或凹處時，因激光而蒸發的金屬蒸氣或已熔融的金屬在槽或凹處的邊緣附近被冷卻，如圖9(a)所示再次附著并凝固于槽或凹處16的周邊附近，形成所謂碎片17。該碎片17有因附著于材料表面而對滑動性造成不良影響的弊端。
[0013]因此，所產生的碎片必須通過研磨而去除，所以除了激光照射步驟以外，還新需要碎片的研磨去除步驟、清洗因研磨產生的金屬粉末的步驟，從而導致步驟數增加。而且，有在研磨步驟中當去除碎片時損傷一部分紋理圖案的擔憂。
[0014]為了抑制所述激光照射時產生碎片，在專利文獻3中公開了如下方法:在金屬材料表面一邊流動具有激光透過性的潤滑油一邊進行激光加工。在該方法中，由于對金屬材料的表面一邊流動潤滑油一邊進行激光照射，因此所產生的金屬蒸氣瞬間被冷卻，在潤滑油中凝固而流動，而比圖9(a)相比，能夠如圖9(b)所示那樣抑制在槽或凹處16附近形成碎片(圖9(a)、(b)均引用專利文獻3的圖4(B)、圖5(B))。
[0015]然而，在該方法中，由于一邊流動潤滑油一邊進行激光加工，因此有裝置變復雜，并且與直接進行激光照射的情況相比，對激光產生干擾而導致所形成的槽或凹處的形狀精度下降的問題，不僅如此，還必須要對使用后的潤滑油進行處理。
[0016]由此，在蝕刻加工或激光加工中，均有被加工的槽或凹處的尺寸精度或再現性、加工成本、加工工時等問題，而不能被確定為紋理加工方法。
[0017]因此，本發明的目的在于提供一種能夠通過與以往的方法完全不同的新穎的方法，在滑動部件上形成形狀精度優異的紋理圖案的紋理加工方法以及滑動部件。
[0018][解決問題的技術手段]
[0019]為了解決所述問題，本發明中想出了如下技術手段。也就是說，本發明的滑動部件的紋理加工方法中使用沿著外周脊線形成著刀尖的刻劃輪，一邊將所述刻劃輪的刀尖按壓在成為被加工物的滑動部件的滑動面上一邊使刀尖在滑動面上滾動，而在所述滑動面上產生因輥拋光產生的塑性變形，在所述滑動面上形成作為滾動痕跡的細微的槽，由此加工紋理圖案。
[0020]于此，所謂“因輥拋光產生的塑性變形”是指通過將輥按壓在(金屬等)被加工物上并使該輥在被加工物上滾動，而利用被加工物的材料自身所具有的可塑性及延展性將表面弄平，從而在不會產生粉末或切肩的情況下產生塑性變形。本發明中，通過使用具有鋒利刀尖的刻劃輪作為輥，而同時進行拋光加工和槽形成。
[0021]另外，例如通過所述專利文獻I的“因切削加工產生的塑性變形”也能夠形成槽，但與“因輥拋光產生的塑性變形”不同的是，在利用切削加工的情況下，一邊將被加工物的一部分作為粉末或切肩剝離一邊進行塑性變形。與通過切削形成的槽相比，通過利用輥拋光弄平而形成的槽中，形成在所形成的槽邊緣的凸起的高度非常小，而且，能夠將該凸起設為固定高度，能夠使形成在滑動面上的槽為理想形狀的槽。而且，還會產生通過拋光使表面硬化的作用。
[0022]通常來說，沿著外周脊線形成著鋒利刀尖的刻劃輪被用于在將玻璃基板等脆性材料基板分斷時，預先雕刻用以規定龜裂行進方向的劃線。如此因龜裂行進而將基板分斷的加工成為脆性材料所特有的加工技術。因此，在并非因龜裂行進而進行分斷的金屬分斷加工中，至今為止尚未使用刻劃輪。而且，關于用以將金屬精加工成平滑表面的拋光加工，其本質是利用將與被加工物的接觸面精加工成平滑面的拋光工具進行按壓的加工方法，所以在拋光加工的工具中并未使用具有鋒利刀尖的刻劃輪。
[0023]本發明是通過新穎的方法進行紋理加工，也就是將用于對脆性材料進行刻劃的刻劃輪利用于顯示可塑性及延展性的金屬等被加工物。另外，成為滑動部件的被加工物除了金屬以外，還可以為燒結前的LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic，低溫共燒陶瓷)基板等(能夠通過按壓而變形的生片狀態的)脆性材料。
[0024]因所述刻劃輪滾動而形成的槽的槽深度宜為I?6 μ m，槽寬宜設為0.1?0.4mm的范圍。而且，刻劃輪對滑動面的按壓力宜為0.1?10N，滾動速度宜設為0.1?2m/s。這些數值根據成為加工對象的滑動部件的種類或材料而適當選擇。而且，能夠通過調整按壓負荷與輪的形狀而賦予任意形狀的紋理。
[0025]所述刻劃輪宜為由比作為被加工物的滑動部件的材料硬的材料(例如超硬合金或燒結金剛石)形成，直徑為1.0?3.0mm,厚度為0.4?1.2mm、刀尖角度為90?150°，刀尖前端形成為帶弧度。由此，能夠形成連續的線的槽作為滾動痕跡。
[0026]而且，也可以通過使用在成為刀尖的脊線部整周上連續形成凹部與凸部的帶槽刻劃輪，在滑動面上形成斷續的線或點的槽作為滾動痕跡。該帶槽刻劃輪宜為所述凹部的長度為50?100 μπι，凸部的長度為30?100 μπι，刀尖角度為90?150°、優選為100?150°，刀尖前端形成為帶弧度。
[0027][發明的效果]
[0028]根據本發明，通過一邊將刻劃輪按壓在滑動部件的滑動面一邊使刻劃輪在滑動面上滾動，而產生因輥拋光產生的塑性變形，形成連續的線或者斷續的線或點的槽作為滾動痕跡。因此，能夠精度極高并且容易地形成微米尺寸的槽寬或槽間距。而且，能夠在所形成的槽表面獲得因拋光產生的硬化作用，并且使該槽表面成為例如實施表面精加工后的平滑面，而能夠在滑動面上加工形狀精度優異的紋理圖案。
[0029]而且，無須像以往的蝕刻加工或激光加工那樣需要復雜的附帶設備，而只須一邊將刻劃輪按壓在滑動面上一邊使該刻劃輪與該滑動面相對移動即可，因此只要簡單的裝置即可并且能夠減少總成本及運轉成本。而且，成為加工對象的滑動部件的材料只要為能夠通過按壓刻劃輪而實現因拋光產生的塑性變形的材料，便能夠進行加工，因此有能夠應用于多種金屬材料或燒結前的生片狀態的陶瓷等、能夠大幅度緩和對被加工材料的制約等多種效果。
【附圖說明】
[0030]圖1是作為本發明的加工對象的一例示出的軸承部件的分解立體圖。
[0031]圖2是圖1所示的軸承部件的旋轉軸支持狀態的剖視圖。
[0032]圖3是本發明中使用的刻劃輪的前視圖。
[0033]圖4是保持刻劃輪的刻劃頭部分的前視圖。
[0034]圖5 (a)、(b)是表示使用槽加工輔具的加工方法的一例的圖。
[0035]圖6是經槽加工后的滑動面的放大剖視圖。
[0036]圖7 (a)、(b)是表示滑動面的槽加工的另一實施例的俯視圖。
[0037]圖8(a)、(b)是帶槽刻劃輪的前視圖及部分放大圖。
[0038]圖9(a)、(b)是通過激光照射而加工后的槽的放大剖視圖。
[0039]圖10是表示本發明的另一實施方式的刻劃輪的刀尖前端形狀的顯微鏡照片。
[0040]圖11是表示由圖10的刻劃輪形成的凹痕的顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0041]以下，基于附圖詳細地說明本發明的紋理加工方法。于此，以在支承發動機的曲軸的旋轉軸的滑動軸承的滑動面上實施紋理加工的情況為例進行說明。
[0042]圖1是內裝成為本發明的加工對象的滑動軸承的軸承部件的概略性分解立體圖，圖2是支撐著旋轉軸的狀態的剖視圖。本實施方式所示的軸承部件I中，支承旋轉軸2的成為滑動部件的滑動軸承3被軸承保持體4保持。
[0043]軸承保持體4由上部保持體4a及下部保持體4b形成，并由連結螺栓5結合。在上部保持體4a及下部保持體4b的相對向的內面設置著由大致半圓筒形狀的凹曲面形成的軸承安裝面6。在所述軸承安裝面6、6上安裝支承旋轉軸2的滑動軸承3。
[0044]滑動軸承3由被分割成兩個部分的半圓筒形狀的上下一對軸承金屬3a、3b構成。軸承金屬3a、3b的至少支承旋轉軸2的軸承面也就是滑動面的層是由鋁合金等金屬材料形成。而且，在滑動面上設置潤滑油供給孔7，該潤滑油供給孔7與形成在軸承保持體4的軸承安裝面6上的潤滑油供給槽8連通。從外部經由形成在軸承保持體4上的潤滑油供給路徑9對潤滑油供給槽8供給潤滑油，潤滑油從潤滑油供給孔7流至軸承金屬3a、3b的滑動面。
[0045]而且，在軸承金屬3a、3b的軸承面的大致整個區域，沿著旋轉軸2的圓周方向的細微的槽10多個平行地形成。該細微的槽10的區域為發揮積油功能的紋理圖案。以下說明本發明的紋理加工方法。
[0046]在本發明的紋理加工方法中，使用如圖3所示在外周脊線部具有刀尖的刻劃輪Ilo該刻劃輪11由超硬合金等硬質金屬材料或燒結金剛石等碳系材料形成，直徑D為
1.0?3.0mm,厚度W為0.4?1.2mm，刀尖角度α形成為90?150°。而且，刀尖前端優選形成為帶弧度。
[0047]如圖4所示，刻劃輪11被旋轉自如地保持于保持器12，保持器12以如下方式組裝:通過以能沿著直線狀導軌13移動的方式安裝的刻劃頭14而能夠上下移動。保持器12的上下移動是通過組入刻劃頭14中的流體汽缸(未圖示)而進行，由此能夠將刻劃輪11以所設定的按壓力按壓在軸承金屬3a、3b的滑動面上。
[0048]本發明中，通過一邊將該刻劃輪11按壓在軸承金屬3a、3b的滑動面上一邊使刻劃輪11與滑動面相對移動，而在滑動面上產生因拋光產生的塑性變形而形成作為滾動痕跡的細微的槽，由此形成紋理圖案。也就是說，不會從加工部分產生粉末或切肩(通過非切削加工)，利用材料本身的可塑性產生塑性變形而形成紋理圖案。
[0049]于此，圖5是表示加工槽時使用輔具的加工方法的一例的圖。準備輔具15，該輔具15保持軸承金屬3a(或3b)并以軸承金屬3a的彎曲的滑動面的圓弧中心C為支點重復圓弧振蕩。然后如圖5(a)所示，在將刻劃輪11按壓在滑動面的端部的狀態下使輔具15向逆時針方向振蕩直至圖5(b)的位置，由此在滑動面上形成沿圓弧的圓周方向的槽10作為刻劃輪11的滾動痕跡。接下來，在圖5(b)的位置使刻劃輪11在槽寬方向上移動I間距并使輔具15向順時針方向振蕩，對與之前加工成的槽平行的槽進行加工。以下，通過重復進行同樣的步驟而在軸承金屬3a、3b的滑動面上形成例如圖1所示的由多個細微的槽10形成的紋理圖案。
[0050]如圖6所示，形成在軸承金屬3a、3b的滑動面上的槽10的深度H宜為I?6 μ m，槽寬L宜設為0.1?0.4mm。而且，槽間距P優選為設為0.1?0.5_。而且，刻劃輪11對滑動面的按壓力宜為0.1?10N，滾動速度宜設為0.5?2m/s。另外，這些數值根據成為加工對象的滑動部件的種類或材料而適當選擇。
[0051]槽10的深度H能夠通過主要改變刻劃輪11的刀尖形狀或按壓力而容易地調整為所需數值。而且，槽寬L能夠通過主要改變所使用的刻劃輪11的尺寸或刀尖角度而調整。
[0052]本實施例中，使用直徑D為1.5mm、厚度W為1mm、刀尖角度α為150°的刻劃輪11，以5Ν的按壓力且lm/s的滾動速度對鋁合金制的滑動面進行加工，結果能夠加工槽深度H為3 μ m、槽寬L為0.2 μ m的槽。以此方式形成的槽10能夠充分發揮積油功能。
[0053]如上所述，通過一邊將刻劃輪11按壓在滑動面上一邊使刻劃輪11在滑動面上滾動，而形成作為滾動痕跡的細微的槽10。因此，即便是槽寬L或槽間距P極細微的微米尺寸的槽加工也能夠容易地形成。而且，能夠使所形成的槽表面為例如利用以往的拋光工具(利用輥等按壓部件擦拭被加工物的表面用以進行鏡面拋光的工具)進行加工的平滑面，而能夠加工形狀精度優異的紋理圖案。該情況下，通過將刻劃輪11的刀尖前端形成為稍帶弧度，而能夠提高所述拋光工具效果。而且，無須像以往的蝕刻加工或激光加工那樣需要復雜的附帶設備，而只需要一邊將刻劃輪11按壓在滑動面上一邊使刻劃輪與滑動面相對移動即可，因此能夠利用簡單的裝置進行加工，而能夠抑制加工成本。而且，只要成為加工對象的滑動部件的材料為能夠通過按壓刻劃輪11而塑性變形的材料，便能夠進行加工，因此能應用于多種金屬材料而能夠大幅度地緩和對被加工材料的制約。
[0054]另外，在滑動軸承(滑動部件)3的材料為陶瓷的情況下，只要利用所述方法對燒結前的陶瓷材料(生片狀態)進行加工即可。由此，即便為脆性材料且高硬度的陶瓷，也能夠通過由非切削產生的塑性變形而容易地形成槽10。
[0055]在所述實施例中，將因刻劃輪11滾動而形成的槽10設為連續的線狀，但也可以加工成例如圖7(a)所示的斷續的線狀的槽10’或例如圖7(b)所示的點狀槽10"。該情況下，作為用以加工槽10’或槽10"的刻劃輪，使用例如圖8所示的帶槽刻劃輪11’，該帶槽刻劃輪11’是通過在刀尖脊線整周以固定間距設置缺口而形成連續的凹部18及實質上成為刀尖的凸部19。作為此種帶槽刻劃輪11’，例如可以使用被用于玻璃分斷的三星DIAMOND股份有限公司制造的刻劃輪“Penett” (注冊商標)。
[0056]該帶槽刻劃輪11’與所述刻劃輪11同樣地是將超硬合金或燒結金剛石作為材料，直徑為1.0?3.0mm，刀尖角度α為90?150°，且刀尖前端形成為帶弧度。而且，凹部18的長度SI宜形成為50?100 μ m，凸部19的長度S2宜形成為30?100 μ m。
[0057]因此，作為該帶槽刻劃輪11’的滾動痕跡而形成的滑動面的斷續的線或點的槽10’或10"隔開相當于所述帶槽刻劃輪11’的凹部18的長度的間隔而形成，形狀也以相當于凸部19的尺寸的大小形成。通過如此斷續地形成分別獨立的線或點，而能夠進一步提高積油功能。
[0058]以如上方式加工而成的滑動部件的滑動面能夠獲得由拋光產生的硬化作用，并且成為例如實施表面精加工后的平滑面，而且能夠由發揮積油功能的斷續的線或點的槽而實現順利滑動，從而能夠獲得優異的滑動部件。
[0059]而且，圖10是構造適合于本發明的實施的帶槽刻劃輪的刀尖前端部分的顯微鏡照片。與圖8所示的用于玻璃分斷的帶槽刻劃輪11’相比，使凸部的邊緣變圓，而將凸部與凹部平滑地連接。圖11是表示使用該刻劃輪使其在玻璃板上滾動時的凹痕的顯微鏡照片。該情況下，形成的凹痕比由圖7所示的刻劃輪形成的凹痕圓。
[0060]以上，對本發明的具代表性的實施例進行了說明，但本發明未必特定為所述實施方式。例如，在所述實施例中，為了加工槽10、10’、10〃而使作為被加工物的軸承金屬3a、3b相對于刻劃輪11、11’移動，但也可以使刻劃輪11、11’沿著軸承金屬3a、3b的滑動面移動。而且，成為本發明的加工對象的滑動部件并不限定于所述軸承部件，也能夠應用于對例如發動機的活塞或汽缸、起閥器那樣的往返滑動部件的滑動面進行紋理加工。此外，在本發明中，能夠在達成本發明的目的、且不脫離權利要求書的范圍內適當修正、變更。
[0061][工業上的可利用性]
[0062]本發明能夠應用于對例如活塞或汽缸、起閥器那樣的往返滑動部件、或者支承曲軸等的旋轉軸的軸承部件的滑動面進行紋理加工。
[0063][符號的說明]
[0064]α 刀尖角度
[0065]I 軸承部件
[0066]3 滑動軸承(滑動部件)
[0067]10 槽
[0068]10’斷續的線狀的槽
[0069]10〃斷續的點狀的槽
[0070]11 刻劃輪
[0071]11’帶槽刻劃輪
[0072]12 保持器
[0073]13 導軌
[0074]14 刻劃頭
[0075]18 凹部
[0076]19 凸部
【主權項】
1.一種滑動部件的紋理加工方法，使用沿著外周脊線形成著刀尖的刻劃輪， 一邊將所述刻劃輪的刀尖按壓在成為被加工物的滑動部件的滑動面上一邊使刀尖在該滑動面上滾動而在所述滑動面上產生因輥拋光產生的塑性變形，在所述滑動面上形成作為滾動痕跡的細微的槽，由此加工紋理圖案。2.根據權利要求1所述的滑動部件的紋理加工方法，其中由所述刻劃輪滾動而形成的槽是以連續的線形成。3.根據權利要求1所述的滑動部件的紋理加工方法，其中由所述刻劃輪滾動而形成的槽是以斷續的線形成。4.根據權利要求1所述的滑動部件的紋理加工方法，其中由所述刻劃輪滾動而形成的槽是以斷續的點形成。5.根據權利要求1至4中任一項所述的滑動部件的紋理加工方法，其中因所述刻劃輪滾動而形成的槽的深度為I?6 μ m，槽寬為0.1?0.4mm。6.根據權利要求2所述的滑動部件的紋理加工方法，其中形成所述連續的線的槽的刻劃輪是由超硬合金或燒結金剛石形成，直徑形成為1.0?3.0mm，刀尖角度為90?150°，刀尖前端形成為帶弧度。7.根據權利要求3或4所述的滑動部件的紋理加工方法，其中形成所述斷續的線或點的槽的刻劃輪為帶槽刻劃輪，是由超硬合金或燒結金剛石形成，直徑為1.0?3.0_，在成為刀尖的脊線部整周上連續形成著凹部與凸部。8.根據權利要求7所述的滑動部件的紋理加工方法，其中所述帶槽刻劃輪中所述凹部的長度為50?100 μ m，凸部的長度為30?100 μ m，刀尖角度為90?150°，刀尖前端形成為帶弧度。9.一種滑動部件，具有滑動面，通過一邊將在成為刀尖的外周脊線的整周上設置著凹部及凸部而帶槽刻劃輪按壓在所述滑動面上一邊使帶槽刻劃輪在滑動面上滾動，而在所述滑動面上形成因塑性變形產生的多個斷續的線或點的槽，所述槽的深度形成為能夠蓄積潤滑劑。10.根據權利要求9所述的滑動部件，其中所述滑動部件的滑動面的材料為金屬。11.根據權利要求9所述的滑動部件，其中所述滑動部件的滑動面的材料為燒結前的陶瓷。
【文檔編號】F16C33/10GK105834669SQ201510983297
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月24日
【發明人】字佐美初彥, 長友正平
【申請人】三星鉆石工業股份有限公司