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JP4520223B2 - Method for forming nitriding sliding surface - Google Patents

Method for forming nitriding sliding surface Download PDF

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JP4520223B2
JP4520223B2 JP2004178139A JP2004178139A JP4520223B2 JP 4520223 B2 JP4520223 B2 JP 4520223B2 JP 2004178139 A JP2004178139 A JP 2004178139A JP 2004178139 A JP2004178139 A JP 2004178139A JP 4520223 B2 JP4520223 B2 JP 4520223B2
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nitriding
recesses
sliding
recess
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裕行 成瀬
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Honda Motor Co Ltd
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Description

本発明は、部材に対向させて配置し、対向する部材に対して相対的に摺動する摺動面に窒化処理を施した窒化処理摺動面の形成方法に関する。   The present invention relates to a method for forming a nitriding treatment sliding surface in which a nitriding treatment is performed on a sliding surface that is disposed to face a member and slides relative to the facing member.

図11は従来のクランクシャフトを示す斜視図である。なお、図11では単気筒エンジンを例に説明するが、多気筒エンジンへの適用も可能である。
クランクシャフト100のジャーナル部101,102をクランクシャフトケースの軸受(図示せず)に回転自在に取り付け、ピン部103にコンロッド104の大端部105を回転自在に取り付ける。
シリンダ106内をピストン107が移動することにより、コンロッド104を介してクランクシャフト100がジャーナル部101,102を軸に回転する。
FIG. 11 is a perspective view showing a conventional crankshaft. In FIG. 11, a single cylinder engine will be described as an example, but application to a multi-cylinder engine is also possible.
The journal portions 101 and 102 of the crankshaft 100 are rotatably attached to a crankshaft case bearing (not shown), and the large end portion 105 of the connecting rod 104 is rotatably attached to the pin portion 103.
As the piston 107 moves in the cylinder 106, the crankshaft 100 rotates about the journal portions 101 and 102 via the connecting rod 104.

この際に、ジャーナル部101,102と軸受との間の隙間に潤滑油を供給するとともに、ピン部103と大端部105との間の隙間に潤滑油を供給する。
軸受に対するジャーナル部101,102の摺動面や、大端部105に対するピン部103の摺動面の耐摩耗性などを高めるために、それぞれの摺動面に窒化処理を施している。
窒化処理は、ジャーナル部101,102やピン部103の摺動面に窒素を浸透拡散させることで、摺動面を表面硬化させるもので、一例としてガス軟窒化が知られている。
At this time, the lubricating oil is supplied to the gap between the journal portions 101 and 102 and the bearing, and the lubricating oil is supplied to the gap between the pin portion 103 and the large end portion 105.
In order to improve the wear resistance of the sliding surfaces of the journal portions 101 and 102 with respect to the bearing and the sliding surface of the pin portion 103 with respect to the large end portion 105, each sliding surface is subjected to nitriding treatment.
The nitriding treatment is to harden the sliding surface by diffusing nitrogen into the sliding surfaces of the journal portions 101 and 102 and the pin portion 103, and gas soft nitriding is known as an example.

ここで、ジャーナル部101,102は軸受に荷重をかけながら回転し、ピン部103は大端部105から荷重を受けながら回転する。
このため、ジャーナル部101,102やピン部103の摺動面に油膜を確保して、それぞれの摺動面の耐焼付性を高めることが要求されている。
摺動面の耐焼付性を高める方法として摺動面に凹部(微小窪み)を形成し、凹部に潤滑油を蓄える方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平3―172608号公報(第2頁)
Here, the journal portions 101 and 102 rotate while applying a load to the bearing, and the pin portion 103 rotates while receiving a load from the large end portion 105.
For this reason, it is required to secure an oil film on the sliding surfaces of the journal portions 101 and 102 and the pin portion 103 to improve the seizure resistance of each sliding surface.
As a method for improving the seizure resistance of the sliding surface, a method is known in which a concave portion (micro-dent) is formed in the sliding surface and lubricating oil is stored in the concave portion (for example, see Patent Document 1).
JP-A-3-172608 (2nd page)

特許文献1の技術によれば、摺動面をバレル研磨することにより、摺動面に凹部を形成する。摺動面に凹部を形成することで、凹部に潤滑油を蓄える。
これにより、凹部に潤滑油を蓄えることで、摺動面に油膜を一層確実に確保し、摺動面に対する耐焼付性を高めることが可能になる。
According to the technique of Patent Document 1, a concave portion is formed on the sliding surface by barrel-polishing the sliding surface. Lubricating oil is stored in a recessed part by forming a recessed part in a sliding surface.
Thereby, by storing the lubricating oil in the concave portion, it is possible to secure an oil film more reliably on the sliding surface and to improve the seizure resistance to the sliding surface.

ところで、ジャーナル部101,102の摺動面や、ピン部103の摺動面の耐摩耗性などを高めるために、それぞれの摺動面に窒化処理が施されている。窒化処理を施した摺動面は表面硬化されており、特許文献1の技術のように、バレル研磨では摺動面に凹部を良好に形成することは難しい。   By the way, in order to improve the wear resistance of the sliding surfaces of the journal portions 101 and 102 and the sliding surface of the pin portion 103, each sliding surface is subjected to nitriding treatment. The sliding surface that has been subjected to nitriding treatment is hardened, and as in the technique of Patent Document 1, it is difficult to satisfactorily form a concave portion on the sliding surface by barrel polishing.

この対策として、ジャーナル部101,102の摺動面や、ピン部103の摺動面に、微小な鋼球を吹き付けて凹部(微小窪み)を形成する方法が考えられる。
しかし、ジャーナル部101,102の摺動面や、ピン部103の摺動面は窒化処理で表面硬化されており、それぞれの摺動面に鋼球を吹き付けた際に、摺動面に亀裂が発生する虞がある。
このため、摺動面に窒化処理を施すとともに、凹部を形成することは難しいとされていた。
As a countermeasure against this, a method is considered in which a minute steel ball is sprayed on the sliding surfaces of the journal portions 101 and 102 and the sliding surface of the pin portion 103 to form concave portions (micro-dents).
However, the sliding surfaces of the journal portions 101 and 102 and the sliding surface of the pin portion 103 are hardened by nitriding treatment, and when the steel balls are sprayed on the respective sliding surfaces, the sliding surfaces are cracked. May occur.
For this reason, it has been difficult to form a recess while performing nitriding treatment on the sliding surface.

本発明は、摺動面に窒化処理を施し、かつ凹部(微小窪み)を形成することができる窒化処理摺動面の形成方法を提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a method for forming a nitriding treatment sliding surface capable of performing nitriding treatment on the sliding surface and forming a recess (micro-dent).

請求項1に係る発明は、素材の所定部位を加工し、加工した部位に窒化処理を施すことにより、対向する部材に対して相対的に摺動する窒化処理摺動面を形成する方法において、前記素材のうち、前記窒化処理摺動面に対応する部位を粗加工することで粗加工摺動面を得る工程と、前記粗加工摺動面にビーズを吹き付けて凹部を形成する工程と、前記凹部を形成した粗加工摺動面に窒化処理を施す工程と、前記窒化処理を施した粗加工摺動面を仕上げ加工することで前記窒化処理摺動面を得るとともに前記凹部に潤滑油が蓄えられるように前記凹部の形状を調整する工程とからなり、前記窒化処理摺動面は、クランクシャフトに備えたジャーナル部の表面および/またはピン部の表面であることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a method of forming a nitriding treatment sliding surface that slides relative to an opposing member by processing a predetermined portion of a material and nitriding the processed portion. Among the materials, a step of roughing a portion corresponding to the nitriding sliding surface to obtain a roughing sliding surface, a step of spraying beads on the roughing sliding surface to form a recess, a step of performing nitriding treatment roughing sliding surface forming the recess, said by finishing the rough machining sliding surfaces subjected to nitriding treatment, the lubricating oil in the recess together give the nitriding sliding surface Ri Do and a step of adjusting the shape of the recess to be stored, said nitriding sliding surface, you characterized in that the surface of the surface and / or the pin portions of the journal portion with the crankshaft.

粗加工摺動面に窒化処理を施す前に凹部を形成する。窒化処理を施す前なので粗加工摺動面は靱性を備えている。
よって、粗加工摺動面にビーズを吹き付けて凹部を形成する際に、粗加工摺動面に亀裂が発生することを防ぐことができる。
A concave portion is formed before the nitriding treatment is performed on the roughened sliding surface. Since it is before nitriding treatment, the rough machining sliding surface has toughness.
Therefore, when a bead is sprayed on the rough machining sliding surface to form a recess, it is possible to prevent the rough machining sliding surface from being cracked.

粗加工摺動面に凹部を形成した後、窒化処理を施して表面硬化する。粗加工摺動面を表面硬化することで、粗加工摺動面の耐摩耗性を高めることができる。
加えて、窒化処理摺動面に凹部を備えることで、凹部に潤滑油を蓄えることが可能になる。凹部に潤滑油を蓄えることで、窒化処理摺動面に油膜を一層確実に確保し、窒化処理摺動面の耐焼付性を高めることができる。
また、請求項1において、窒化処理摺動面は、クランクシャフトに備えたジャーナル部の表面および/またはピン部の表面である。
ここで、クランクシャフトはジャーナル部やピン部に比較的大きな荷重をかけながら、高速回転で使用する部材であり、ジャーナル部やピン部の摺動面の耐摩耗性を高めるために、摺動面に窒化処理を施している。
摺動面に窒化処理を施すことで、窒化処理摺動面を表面硬化し、窒化処理摺動面の耐摩耗性を高めることができる。
After forming the concave portion on the roughing sliding surface, the surface is hardened by nitriding. By surface hardening the rough machining sliding surface, the wear resistance of the rough machining sliding surface can be improved.
In addition, it is possible to store lubricating oil in the concave portion by providing the concave portion on the nitriding sliding surface. By storing lubricating oil in the recesses, an oil film can be more reliably secured on the sliding surface of the nitriding treatment, and seizure resistance of the sliding surface of the nitriding treatment can be improved.
Further, in claim 1, the nitriding sliding surface is a surface of a journal portion and / or a surface of a pin portion provided in the crankshaft.
Here, the crankshaft is a member that is used at high speed rotation while applying a relatively large load to the journal part and the pin part. In order to increase the wear resistance of the sliding surface of the journal part and the pin part, Is subjected to nitriding treatment.
By nitriding the sliding surface, the nitriding sliding surface can be hardened and the wear resistance of the nitriding sliding surface can be improved.

請求項2に係る発明は、素材の所定部位を加工し、加工した部位に窒化処理を施すことにより、対向する部材に対して相対的に摺動する窒化処理摺動面を形成する方法において、前記素材のうち、前記窒化処理摺動面に対応する部位を粗加工することで粗加工摺動面を得る工程と、前記粗加工摺動面にビーズを吹き付けて凹部を形成する工程と、前記凹部を形成した粗加工摺動面に窒化処理を施す工程と、前記凹部の開口面積割合が単位面積当たり5〜10%、かつ前記凹部の体積割合が単位面積当たり2×10 〜5×10 μm /mm になるように、前記粗加工摺動面を仕上げ加工することで前記窒化処理摺動面を得る工程とからなり、前記窒化処理摺動面は、クランクシャフトに備えたジャーナル部の表面および/またはピン部の表面であることを特徴とする。
ここで、潤滑形態のなかには、流体潤滑や境界潤滑の形態がある。流体潤滑は、一対の摺動面が油膜で完全に隔離された状態をいう。
一方、境界潤滑は、一対の摺動面間に油膜が存在するにも拘わらず、摺動面の一部がところどころで接触する状態をいう。境界潤滑は、起動時/停止時に起こりやすい。
The invention according to claim 2 is a method for forming a nitriding treatment sliding surface that slides relative to an opposing member by processing a predetermined portion of a material and performing nitriding treatment on the processed portion. Among the materials, a step of roughing a portion corresponding to the nitriding sliding surface to obtain a roughing sliding surface, a step of spraying beads on the roughing sliding surface to form a recess, A step of nitriding the rough-processed sliding surface on which the recesses are formed, an opening area ratio of the recesses of 5 to 10% per unit area, and a volume ratio of the recesses of 2 × 10 5 to 5 × 10 per unit area The nitriding treatment sliding surface is obtained by finishing the roughing sliding surface so as to be 5 μm 3 / mm 2 , and the nitriding treatment sliding surface is a journal provided on a crankshaft. Surface and / or pin part It is the surface of this.
Here, the lubrication forms include fluid lubrication and boundary lubrication. Fluid lubrication refers to a state in which a pair of sliding surfaces are completely isolated by an oil film.
On the other hand, boundary lubrication refers to a state in which a part of the sliding surface comes into contact in some places even though an oil film exists between the pair of sliding surfaces. Boundary lubrication tends to occur at start / stop.

境界潤滑では、窒化処理摺動面に凹部を多数形成し過ぎると、窒化処理摺動面の摩擦係数が増加することが考えられる。特に、凹部の開口面積の割合(以下、「開口面積割合」という)が、単位面積当たり10%を超えると、摩擦係数の増加が大きくなり過ぎる虞がある。
よって、境界潤滑を考慮した場合には、開口面積割合をある程度小さく、具体的には10%以下に設定することが好ましい。
In boundary lubrication, it is considered that the friction coefficient of the nitriding sliding surface increases if too many concave portions are formed on the nitriding sliding surface. In particular, if the ratio of the opening area of the recesses (hereinafter referred to as “opening area ratio”) exceeds 10% per unit area, the friction coefficient may increase excessively.
Therefore, when boundary lubrication is taken into consideration, it is preferable to set the ratio of the opening area to a certain extent, specifically to 10% or less.

一方、流体潤滑では、油膜を確保することが重要である。開口面積割合を大きくすると、油膜を確実に確保できる。そこで、開口面積割合を、単位面積当たり5%以上にして、油膜を確実に確保するようにした。
しかし、開口面積割合が、単位面積当たり17%を超えると、窒化処理摺動面の面積を良好に確保することが難しく、窒化処理摺動面の摩擦係数がばらつく虞がある。
よって、流体潤滑を考慮した場合には、開口面積割合を、単位面積当たり5〜17%の範囲に設定することが好ましい。
On the other hand, in fluid lubrication, it is important to secure an oil film. When the ratio of the opening area is increased, an oil film can be reliably secured. Therefore, the opening area ratio is set to 5% or more per unit area to ensure the oil film.
However, if the ratio of the opening area exceeds 17% per unit area, it is difficult to ensure a good area of the nitriding sliding surface, and the friction coefficient of the nitriding sliding surface may vary.
Therefore, when considering fluid lubrication, it is preferable to set the opening area ratio in a range of 5 to 17% per unit area.

ここで、摺動面の潤滑状態は、通常の摺動時に流体潤滑となり、起動時/停止時に境界潤滑となる傾向がある。よって、摺動面の開口面積割合を決める際には、流体潤滑と境界潤滑との両方を考慮することが好ましい。
そこで、請求項において、開口面積割合を、境界潤滑と流体潤滑との両方を考慮して、単位面積当たり5〜10%となるように設定した。
Here, the lubrication state of the sliding surface tends to be fluid lubrication during normal sliding and boundary lubrication during start / stop. Therefore, it is preferable to consider both fluid lubrication and boundary lubrication when determining the opening area ratio of the sliding surface.
Therefore, in claim 2 , the opening area ratio is set to 5 to 10% per unit area in consideration of both boundary lubrication and fluid lubrication.

ところで、摺動面の潤滑状態を検討する際に、凹部の開口面積の割合を選択するだけでは十分ではない。凹部の体積の割合(以下、「体積割合」という)も摺動面の潤滑状態に影響を与えるからである。
具体的には、境界潤滑を考慮して窒化処理摺動面の摩擦係数を好適に保つためには、凹部を抑える必要がある。特に、体積割合が、単位面積当たり5×10μm/mmを超えると、摩擦係数が増加して大きくなる虞がある。
よって、境界潤滑を考慮した場合には、体積割合をある程度小さく、具体的には5×10μm/mm以下に設定することが好ましい。
By the way, when examining the lubrication state of the sliding surface, it is not sufficient to select the ratio of the opening area of the recess. This is because the volume ratio of the recesses (hereinafter referred to as “volume ratio”) also affects the lubrication state of the sliding surface.
Specifically, in order to keep the friction coefficient of the nitriding sliding surface in consideration of boundary lubrication, it is necessary to suppress the recess. In particular, when the volume ratio exceeds 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area, the friction coefficient may increase and increase.
Therefore, when boundary lubrication is taken into consideration, the volume ratio is preferably set to be small to some extent, specifically, 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 or less.

一方、流体潤滑を考慮して、油膜を確実に確保するためには、体積割合を大きくする必要がある。そこで、体積割合を、単位面積当たり2×10μm/mm以上にして、油膜を確実に確保するようにした。 On the other hand, it is necessary to increase the volume ratio in order to ensure the oil film in consideration of fluid lubrication. Therefore, the volume ratio is set to 2 × 10 5 μm 3 / mm 2 or more per unit area to ensure the oil film.

しかし、体積割合が、単位面積当たり8×10μm/mmを超えると、体積割合が大きくなり過ぎて摩擦係数が増加し過ぎる虞がある。
よって、流体潤滑を考慮した場合には、体積割合を、単位面積当たり2×10〜8×10μm/mmの範囲に設定することが好ましい。
However, if the volume ratio exceeds 8 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area, the volume ratio becomes too large and the friction coefficient may increase too much.
Therefore, in consideration of fluid lubrication, the volume ratio is preferably set in a range of 2 × 10 5 to 8 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area.

そこで、境界潤滑と流体潤滑との両方を考慮して、請求項1において、体積割合を、単位面積当たり2×10〜5×10μm/mmとなるように設定した。 Therefore, in consideration of both boundary lubrication and fluid lubrication, in claim 1, the volume ratio is set to be 2 × 10 5 to 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area.

また、請求項2において、窒化処理摺動面は、クランクシャフトに備えたジャーナル部の表面および/またはピン部の表面である。 Further, in claim 2, nitriding sliding surface, Ru surface der surface and / or the pin portions of the journal portion with the crankshaft.

ここで、クランクシャフトはジャーナル部やピン部に比較的大きな荷重をかけながら、高速回転で使用する部材であり、ジャーナル部やピン部の摺動面の耐摩耗性を高めるために、摺動面に窒化処理を施している。
摺動面に窒化処理を施すことで、窒化処理摺動面を表面硬化し、窒化処理摺動面の耐摩耗性を高めることができる。
Here, the crankshaft is a member that is used at high speed rotation while applying a relatively large load to the journal part and the pin part. In order to increase the wear resistance of the sliding surface of the journal part and the pin part, Is subjected to nitriding treatment.
By nitriding the sliding surface, the nitriding sliding surface can be hardened and the wear resistance of the nitriding sliding surface can be improved.

加えて、窒化処理摺動面に凹部を備え、凹部の開口面積割合を、単位面積当たり5〜17%、かつ、凹部の体積割合を、単位面積当たり2×10〜5×10μm/mmとなるように設定した。
これにより、ジャーナル部やピン部の窒化処理摺動面の油膜を確保して耐焼付性を高め、かつジャーナル部やピン部の窒化処理摺動面の摩擦係数を好適に保つことができる。
このように、ジャーナル部やピン部の耐摩耗性や耐焼付性を高め、かつ摩擦係数を好適に保つことで、クランクシャフトの耐久性を高めることができる。
In addition, a concave portion is provided on the nitriding sliding surface, the opening area ratio of the concave portion is 5 to 17% per unit area, and the volume ratio of the concave portion is 2 × 10 5 to 5 × 10 5 μm 3 per unit area. It was set to be / mm 2.
Thereby, it is possible to secure an oil film on the nitriding sliding surface of the journal part or the pin part to improve seizure resistance and to suitably keep the friction coefficient of the nitriding sliding surface of the journal part or the pin part.
As described above, the durability of the crankshaft can be enhanced by enhancing the wear resistance and seizure resistance of the journal portion and the pin portion and maintaining the friction coefficient in a suitable manner.

請求項1に係る発明では、粗加工摺動面に凹部を形成した後、窒化処理を施すことで、窒化処理摺動面の耐摩耗性を高めるとともに、耐焼付性を高めることができるという利点がある。
さらに、請求項1に係る発明では、ジャーナル部やピン部の窒化処理摺動面に凹部を備えることで、耐摩耗性や耐焼付性を高め、かつ摩擦係数を好適に保ち、クランクシャフトの耐久性を高めることができるという利点がある。
In the invention according to claim 1, by forming a concave portion on the rough-processed sliding surface and then performing nitriding treatment, it is possible to increase the wear resistance of the nitriding sliding surface and improve seizure resistance. There is.
Further, in the invention according to claim 1, by providing the concave portions on the nitriding sliding surfaces of the journal portion and the pin portion, the wear resistance and seizure resistance are improved, the friction coefficient is suitably maintained, and the durability of the crankshaft is increased. There is an advantage that the sex can be enhanced.

求項に係る発明では、凹部の開口面積割合を、単位面積当たり5〜10%、体積割合を、単位面積当たり2×10〜5×10μm/mmとすることで、境界潤滑と流体潤滑との両方に対応することができるという利点がある。 Motomeko In 2 in accordance the invention, the opening area ratio of the recesses, 5-10% per unit area, the volume rate, by the 2 × 10 5 ~5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area, There is an advantage that both boundary lubrication and fluid lubrication can be handled.

請求項2に係る発明では、ジャーナル部やピン部の窒化処理摺動面に凹部を備えることで、耐摩耗性や耐焼付性を高め、かつ摩擦係数を好適に保ち、クランクシャフトの耐久性を高めることができるという利点がある。   In the invention which concerns on Claim 2, by providing a recessed part in the nitriding treatment sliding surface of a journal part or a pin part, wear resistance and seizure resistance are improved, a friction coefficient is maintained suitably, and durability of a crankshaft is improved. There is an advantage that it can be increased.

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法で形成したクランクシャフトの斜視図である。
クランクシャフト10は、一対のジャーナル部11,12に各々ウエブ部13,14を設け、一対のウエブ部13,14間にピン部15を設けたものである。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is a perspective view of a crankshaft formed by the method for forming a nitriding sliding surface according to the present invention.
In the crankshaft 10, web portions 13 and 14 are provided in a pair of journal portions 11 and 12, respectively, and a pin portion 15 is provided between the pair of web portions 13 and 14.

ピン部15は、ジャーナル部11,12に対してオフセットさせた状態に配置した部材である。一対のウエブ部13,14は、それぞれカウンタウエイト16,17を備える。
このクランクシャフト10は、一例として、低炭素鋼(S35C〜S55C)や窒化鋼で形成した部材である。
The pin portion 15 is a member disposed in an offset state with respect to the journal portions 11 and 12. The pair of web portions 13 and 14 includes counterweights 16 and 17, respectively.
As an example, the crankshaft 10 is a member formed of low carbon steel (S35C to S55C) or nitrided steel.

一対のジャーナル部11,12の表面としての摺動面(窒化処理摺動面)18,19には、図2に示す凹部31…(…は複数個を示す)が形成されるとともに、一例としてガス軟窒化処理(窒化処理)が施されている。
また、ピン部15の表面としての摺動面(窒化処理摺動面)21には、ジャーナル部11,12と同様に、凹部31…(図2参照)が形成されるとともに、一例としてガス軟窒化処理(窒化処理)が施されている。
2 are formed on the sliding surfaces (nitriding treatment sliding surfaces) 18 and 19 as the surfaces of the pair of journal portions 11 and 12, and as an example, Gas soft nitriding treatment (nitriding treatment) is performed.
Further, in the same manner as the journal portions 11 and 12, a recess 31 (see FIG. 2) is formed on a sliding surface (nitriding treatment sliding surface) 21 as a surface of the pin portion 15, and as an example, a gas softening Nitriding treatment (nitriding treatment) is performed.

ジャーナル部12の端部にフライホイール22を設け、ピン部15にコンロッド23の大端部(対向する部材)24を連結する。
具体的には、大端部24を二個の分割体24a,24bに分割し、分割したそれぞれの分割体24a,24bでピン部15を挟み込む。
A flywheel 22 is provided at the end of the journal portion 12, and a large end portion (opposing member) 24 of the connecting rod 23 is connected to the pin portion 15.
Specifically, the large end portion 24 is divided into two divided bodies 24a and 24b, and the pin portion 15 is sandwiched between the divided bodies 24a and 24b.

この状態で、分割体24a,24bをボルト25,25およびナット26,26で一体に組み付けることにより、大端部24をピン部15に連結する。
このコンロッド23の小端部(図示せず)をピストンピン28を介してピストン29に連結する。
In this state, the large ends 24 are connected to the pin portion 15 by assembling the divided bodies 24a and 24b integrally with the bolts 25 and 25 and the nuts 26 and 26.
A small end (not shown) of the connecting rod 23 is connected to a piston 29 via a piston pin 28.

ピストン29がシリンダ(図示せず)内を移動することにより、コンロッド23を介してクランクシャフト10がジャーナル部11,12を軸に回転する。
この際に、ジャーナル部11,12の摺動面18,19と軸受(対向する部材)との間の隙間に潤滑油を供給するとともに、ピン部15の摺動面21と大端部(対向する部材)24との間の隙間に潤滑油を供給する。
As the piston 29 moves in a cylinder (not shown), the crankshaft 10 rotates about the journal portions 11 and 12 via the connecting rod 23.
At this time, the lubricating oil is supplied to the gap between the sliding surfaces 18 and 19 of the journal portions 11 and 12 and the bearing (opposing member), and the sliding surface 21 of the pin portion 15 and the large end portion (facing the opposing portion). Lubricating oil is supplied to the gap between the member 24 and the member.

図2は本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法で形成した摺動面の斜視図であり、ピン部15の摺動面21を示す。
なお、図1に示すジャーナル部11,12の摺動面18,19は、ピン部15の摺動面21と同様であり、以下、摺動面18,19の説明を省略する。
ピン部15の摺動面21は、凹部(微小窪み)31…を備えるとともに、窒化処理の一例としてガス軟窒化処理を施した面である。
凹部31は、例えば、開口31aの直径d(図6(b)、図7(b)も参照)が略100μm、深さhが略10μmの略半球状の微小窪みである。
FIG. 2 is a perspective view of the sliding surface formed by the nitriding sliding surface forming method according to the present invention, and shows the sliding surface 21 of the pin portion 15.
The sliding surfaces 18 and 19 of the journal portions 11 and 12 shown in FIG. 1 are the same as the sliding surface 21 of the pin portion 15, and the description of the sliding surfaces 18 and 19 will be omitted below.
The sliding surface 21 of the pin portion 15 is provided with a recess (micro-dent) 31... And a surface subjected to gas soft nitriding as an example of nitriding.
The recess 31 is, for example, a substantially hemispherical minute recess having a diameter d n (see also FIGS. 6B and 7B) of the opening 31a of approximately 100 μm and a depth h of approximately 10 μm.

摺動面21にガス軟窒化処理を施すことで、摺動面21を硬化処理する。すなわち、摺動面21に沿って、ピン部15中に窒素を浸透拡散させた硬化層32を備えることで、摺動面21を硬化(硬く)する。
凹部31…は、それぞれの開口31a…の開口面積をSn(図6(b)も参照)で表し、それぞれの体積をVn(図7(b)も参照)で表す。
The sliding surface 21 is hardened by subjecting the sliding surface 21 to gas soft nitriding. That is, the sliding surface 21 is hardened (hardened) by providing the hardened layer 32 in which nitrogen is permeated and diffused in the pin portion 15 along the sliding surface 21.
In the recesses 31, the opening area of each opening 31 a is represented by Sn (see also FIG. 6 (b)), and each volume is represented by Vn (see also FIG. 7 (b)).

図3(a),(b)は本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法においてクランクシャフトの素材に粗加工摺動面を加工する例を説明する図である。
(a)において、鍛造装置で低炭素鋼(S35C〜S55C)を鍛造成形することで、クランクシャフト10(図1参照)の素材41(以下、「クランクシャフト素材41」という)を得る。
クランクシャフト素材41のうち、一対のジャーナル部11,12の摺動面18,19(図1参照)に対応する部位(所定部位)42,43を、粗加工するとともに、ピン部15の摺動面21(図1参照)に対応する部位(所定部位)44を、粗加工する。
FIGS. 3A and 3B are views for explaining an example of processing a rough-machined sliding surface on a crankshaft material in the nitriding sliding surface forming method according to the present invention.
In (a), the raw material 41 (henceforth "crankshaft raw material 41") of the crankshaft 10 (refer FIG. 1) is obtained by forging-molding low carbon steel (S35C-S55C) with a forging apparatus.
Of the crankshaft material 41, the parts (predetermined parts) 42 and 43 corresponding to the sliding surfaces 18 and 19 (see FIG. 1) of the pair of journal parts 11 and 12 are roughly processed and the pin part 15 is slid. A part (predetermined part) 44 corresponding to the surface 21 (see FIG. 1) is roughly processed.

(b)において、ジャーナル部11,12の摺動面18,19(図1参照)に対応する部位42,43((a)参照)を、粗加工することで、一対のジャーナル部11,12の粗加工摺動面46,47を得る。
さらに、ピン部15の摺動面21(図1参照)に対応する部位44((a)参照)を、粗加工することでピン部15の粗加工摺動面48を得る。
In (b), the parts 42 and 43 (see (a)) corresponding to the sliding surfaces 18 and 19 (see FIG. 1) of the journal parts 11 and 12 are roughly processed, so that a pair of journal parts 11 and 12 is obtained. Roughly processed sliding surfaces 46 and 47 are obtained.
Furthermore, the rough-processed sliding surface 48 of the pin part 15 is obtained by rough-processing the site | part 44 (refer (a)) corresponding to the sliding surface 21 (refer FIG. 1) of the pin part 15. FIG.

一対のジャーナル部11,12の粗加工摺動面46,47およびピン部15の粗加工摺動面48は、所定の表面粗さ、一例として最大高さHmax3S〜4Sに加工されている。
なお、本実施の形態では、所定の表面粗さとして、表面粗さが最大高さHmax3S〜4Sとなるように粗加工した例について説明するが、所定の表面粗さは最大高さHmaxを3S〜4Sに限定するものではない。
すなわち、ピン部15の粗加工摺動面48の所定の表面粗さとして、最大高さHmaxを20S以下、好ましくは10S以下に確保すればよい。
The roughing sliding surfaces 46 and 47 of the pair of journal portions 11 and 12 and the roughing sliding surface 48 of the pin portion 15 are processed to a predetermined surface roughness, for example, a maximum height Hmax 3S to 4S.
In this embodiment, an example in which rough processing is performed so that the surface roughness becomes the maximum height Hmax3S to 4S as the predetermined surface roughness will be described. However, the predetermined surface roughness has a maximum height Hmax of 3S. It is not limited to ~ 4S.
That is, as the predetermined surface roughness of the rough machining sliding surface 48 of the pin portion 15, the maximum height Hmax may be ensured to be 20S or less, preferably 10S or less.

粗加工摺動面48の表面粗さの最大高さHmaxが20Sを超えると、粗加工摺動面48が粗過ぎて、図4に示すように、粗加工摺動面48にビーズ51…(1個のみを示す)を吹き付けても、凹部31…(図2参照)を好適に形成することはできない。
そこで、粗加工摺動面48の表面粗さの最大高さHmaxを20S以下にすることで、粗加工摺動面48に凹部31…を好適に形成するようにした。
When the maximum height Hmax of the surface roughness of the roughing sliding surface 48 exceeds 20S, the roughing sliding surface 48 is too rough, and as shown in FIG. Even if one is shown), the recesses 31 (see FIG. 2) cannot be suitably formed.
Therefore, the maximum height Hmax of the surface roughness of the rough machining sliding surface 48 is set to 20 S or less, so that the concave portions 31 are suitably formed in the rough machining sliding surface 48.

図4(a)〜(d)は本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法において粗加工摺動面に奥部を形成する例を説明する図である。
(a)において、高圧水供給手段53を作動することにより、高圧水を流路54まで導き、導いた高圧水を流路54を通過させてノズル55から矢印aの如く噴射する。
4 (a) to 4 (d) are diagrams for explaining an example in which a back portion is formed on a rough machining sliding surface in the nitriding sliding surface forming method according to the present invention.
In (a), by operating the high-pressure water supply means 53, the high-pressure water is guided to the flow path 54, and the guided high-pressure water is ejected from the nozzle 55 as shown by the arrow a.

この際に、流路54が負圧になり、ホッパー56内からビーズ51…((b)参照)を流路54内に吸引する。これにより、粗加工摺動面48に高圧水を吹き付けるとともに、ビーズ51…を吹き付ける。   At this time, the flow path 54 has a negative pressure, and the beads 51 (see (b)) are sucked into the flow path 54 from the hopper 56. Thus, high-pressure water is sprayed on the rough-processed sliding surface 48 and beads 51 are sprayed.

ここで、高圧水の水圧は、最大250MPaである。高圧水の水圧として、最大250MPaを確保することで、粗加工摺動面48にビーズ51…を所定の衝撃荷重Fで吹き付けることができる。
さらに、高圧水を媒体として粗加工摺動面48にビーズ51…を吹き付けることで、ビーズ51…の方向性や、吹付け速度を確保することができる。
Here, the maximum pressure of the high-pressure water is 250 MPa. By ensuring a maximum of 250 MPa as the water pressure of the high-pressure water, the beads 51... Can be sprayed onto the rough machining sliding surface 48 with a predetermined impact load F.
Furthermore, the directionality of the beads 51 and the spraying speed can be ensured by spraying the beads 51 to the rough-processed sliding surface 48 using high-pressure water as a medium.

(b)において、高圧水とともにビーズ51…(1個のみ示す)を、所定の衝撃荷重Fで粗加工摺動面48に吹き付ける。
ビーズ51…は、ガラス製の球体であり、一例として直径Dが100〜150μmのサイズのものを使用する。
In (b), beads 51... (Only one is shown) are sprayed onto the roughing sliding surface 48 with a predetermined impact load F together with high-pressure water.
The beads 51 are glass spheres, for example, having a diameter D of 100 to 150 μm.

(c)において、粗加工摺動面48にビーズ51…が衝突して、衝突の際の衝撃力で粗加工摺動面48に凹部52…(1個のみを示す)を形成する。
高圧水の水圧を最大250MPaにすることで、粗加工摺動面48にビーズ51…を所定の衝撃荷重Fで吹き付けることが可能になる。よって、粗加工摺動面48に略半球状の凹部52…を形成することができる。
粗加工摺動面48にビーズ51…が衝突した際に、衝撃力でビーズ51…は側面視で楕円状に変形する。
In (c), the beads 51... Collide with the rough machining sliding surface 48 to form the recesses 52 (only one is shown) in the rough machining sliding surface 48 by the impact force at the time of the collision.
By setting the water pressure of the high-pressure water to a maximum of 250 MPa, beads 51... Can be sprayed onto the rough machining sliding surface 48 with a predetermined impact load F. Therefore, the substantially hemispherical recesses 52 can be formed on the rough machining sliding surface 48.
When the beads 51... Collide with the rough-processed sliding surface 48, the beads 51.

(d)において、粗加工摺動面48にビーズ51…が衝突した際に、衝撃力でビーズ51…を破砕する。
ここで、ビーズ51…を破砕片51a…に破砕することで、粗加工摺動面48に必要以上に大きな凹部52を形成することを防ぐ。
これにより、粗加工摺動面48に凹部52…を所望の形状に形成することができる。
In (d), when the beads 51... Collide with the roughing sliding surface 48, the beads 51.
Here, by crushing the beads 51... Into crush pieces 51 a.
This makes it possible to form the recesses 52 in a desired shape on the rough machining sliding surface 48.

図5(a)〜(c)は本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法において摺動面に窒化処理を施す例を説明する図である。
(a)において、粗加工摺動面48に凹部52…を形成する。
ここで、粗加工摺動面48の表面粗さの最大高さHmaxを3S〜4Sに抑えたので、粗加工摺動面48に凹部52…を好適に形成することができる。
FIGS. 5A to 5C are diagrams for explaining an example in which the sliding surface is subjected to nitriding treatment in the nitriding sliding surface forming method according to the present invention.
In (a), recesses 52 are formed in the roughing sliding surface 48.
Here, since the maximum height Hmax of the surface roughness of the rough machining sliding surface 48 is suppressed to 3S to 4S, the recesses 52 can be suitably formed in the rough machining sliding surface 48.

(b)において、凹部52…を形成した粗加工摺動面48に窒化処理、一例としてガス軟窒化処理を施す。
すなわち、凹部52…を形成した粗加工摺動面48を、脱脂、洗浄した後、浸炭性ガスおよびNHガスの混合雰囲気中で、550〜600℃の温度範囲で1〜5時間加熱保存する。
In (b), nitriding treatment, for example, gas soft nitriding treatment, is performed on the rough machining sliding surface 48 in which the recesses 52 are formed.
That is, the roughened sliding surface 48 in which the recesses 52 are formed is degreased and washed, and then heated and stored in a mixed atmosphere of carburizing gas and NH 3 gas at a temperature range of 550 to 600 ° C. for 1 to 5 hours. .

粗加工摺動面48からピン部15内に窒素と炭素とを同時に浸透拡散させ、粗加工摺動面48に沿って硬化層を形成する。
これにより、ガス軟窒化処理工程が完了する。
硬化層32は、粗加工摺動面48に沿った薄膜の混合層(図示せず)と、この混合層の内側に沿って形成した拡散層(図示せず)とからなる。
Nitrogen and carbon are simultaneously permeated and diffused from the rough machining sliding surface 48 into the pin portion 15 to form a hardened layer along the rough machining sliding surface 48.
Thereby, the gas soft nitriding process is completed.
The hardened layer 32 includes a thin film mixed layer (not shown) along the rough-processed sliding surface 48 and a diffusion layer (not shown) formed along the inside of the mixed layer.

(c)において、ガス軟窒化処理を施した面を、例えばラップ加工により仕上げ加工をおこなうことで摺動面21を得る。
ガス軟窒化処理を施した面を仕上げ加工することにより、凹部52…が凹部31…になる。
凹部31…の開口31a…を、例えば直径d…が略100μmとし、凹部31…の深さhを、例えば略10μmの略半球状の微小窪みとする。
In (c), the sliding surface 21 is obtained by finishing the surface subjected to the gas soft nitriding treatment by, for example, lapping.
The recesses 52 become the recesses 31 by finishing the surface subjected to the gas soft nitriding treatment.
The recess 31 ... opening 31a ..., for example, the diameter d n ... is substantially 100 [mu] m, the recesses 31 ... the depth h, for example substantially 10μm semispherical micro-pockets of.

このように、凹部31…の形状を調整することで、凹部31…の開口面積の割合Rsを、摺動面21の単位面積当たり5〜10%とし、かつ凹部31…の体積の割合Rvを、摺動面31…の単位面積当たり2×10〜5×10μm/mmとする。
なお、凹部31…の開口面積の割合Rsについては図6で詳しく説明し、凹部31…の体積の割合Rvについては図7で詳しく説明する。
In this way, by adjusting the shape of the recesses 31, the ratio Rs of the opening area of the recesses 31 is set to 5 to 10% per unit area of the sliding surface 21, and the volume ratio Rv of the recesses 31 is set. , And 2 × 10 5 to 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area of the sliding surface 31.
The ratio Rs of the opening area of the recesses 31 will be described in detail with reference to FIG. 6, and the volume ratio Rv of the recesses 31 will be described in detail with reference to FIG.

以上説明したように、本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法によれば、摺動面21に窒化処理を施す前に凹部52を形成する。
窒化処理前の粗加工摺動面48は靱性を備えているので、粗加工摺動面48にビーズ51…を吹き付けて凹部52…を形成する際に、粗加工摺動面48に亀裂が発生することを防ぐことができる。
As described above, according to the method for forming a nitriding sliding surface according to the present invention, the concave portion 52 is formed before nitriding the sliding surface 21.
Since the roughing sliding surface 48 before nitriding has toughness, cracks are generated in the roughing sliding surface 48 when the beads 51 are sprayed on the roughing sliding surface 48 to form the recesses 52. Can be prevented.

粗加工摺動面48に凹部52…を形成した後、窒化処理を施して粗加工摺動面48を表面硬化し、摺動面21を得る。
粗加工摺動面48を表面硬化して摺動面21とすることで、摺動面21の耐摩耗性を高めることができる。
加えて、摺動面21に凹部31…を備えることで、凹部31…に潤滑油を蓄えることが可能になる。凹部31…に潤滑油を蓄えることで、摺動面21に油膜を一層確実に確保し、摺動面21の耐焼付性を高めることができる。
After the recesses 52 are formed in the rough machining sliding surface 48, nitriding treatment is performed to harden the rough machining sliding surface 48 to obtain the sliding surface 21.
The roughened sliding surface 48 is hardened to form the sliding surface 21, whereby the wear resistance of the sliding surface 21 can be improved.
In addition, by providing the sliding surface 21 with the recesses 31, lubricating oil can be stored in the recesses 31. By storing lubricating oil in the recesses 31..., An oil film can be more reliably secured on the sliding surface 21 and the seizure resistance of the sliding surface 21 can be improved.

図6(a),(b)は本発明に係る凹部の開口面積の割合を説明する図であり、(b)は(a)のb部拡大図である。
(a)は、摺動面21の拡大図であり、単位面積A×Aに、多数の凹部31…が形成された状態を示す。ここで、便宜上、図右上の凹部31の開口面積をS1、その左の凹部31の開口面積をS2、その左の凹部31の開口面積をS3、……図左下隅の凹部31の開口面積をSn(図2も参照)とする。
FIGS. 6A and 6B are views for explaining the ratio of the opening area of the recess according to the present invention, and FIG. 6B is an enlarged view of a portion b of FIG.
(A) is an enlarged view of the sliding surface 21, and shows a state in which a large number of recesses 31 are formed in a unit area A × A. Here, for the sake of convenience, the opening area of the recess 31 in the upper right of the figure is S1, the opening area of the left recess 31 is S2, the opening area of the left recess 31 is S3,... It is assumed that Sn (see also FIG. 2).

(b)は、仮に凹部31の開口31aが正円に近似し、その半径がa(d/2)であれば、n番目の凹部31での開口面積Snは
Sn=π×(a
である。よって、凹部31…の開口面積の総和Smは、
Sm=Σ{S1+S2+……+Sn}
となり、凹部31…の開口面積の割合Rsは、
Rs={(開口面積の総和Sm)/(単位面積A×A)}×100(%)
で求めることができる。
(B) it is, if the opening 31a of the concave portion 31 is approximated to a circle, as long as the radius of a n (d n / 2) , the opening area Sn of the n-th recess 31 Sn = π × (a n ) 2
It is. Therefore, the sum Sm of the opening areas of the recesses 31.
Sm = Σ {S1 + S2 + ... + Sn}
The ratio Rs of the opening area of the recesses 31 is
Rs = {(total opening area Sm) / (unit area A × A)} × 100 (%)
Can be obtained.

なお、以上は凹部31…の開口面積の割合の定義を説明したものであり、例えば、摺動面21の平坦部21aと、凹部31…との陰影差を画像処理することで、凹部31…の開口面積の割合を求めることができる。   In the above description, the definition of the ratio of the opening area of the recesses 31 is described. For example, the shading difference between the flat portion 21a of the sliding surface 21 and the recesses 31 is subjected to image processing, whereby the recesses 31. The ratio of the opening area can be obtained.

図7(a),(b)は本発明に係る凹部の体積の割合を説明する図であり、(b)は(a)のb−b線断面拡大図である。
(a)は、摺動面21の拡大図であり、単位面積A×Aに、多数の凹部31…が形成された状態を示す。ここで、便宜上、図右上の凹部31の体積をV1、その左の凹部31の体積をV2、その左の凹部31の体積をV3、……図左下隅の凹部31の体積をVnとする。
FIGS. 7A and 7B are views for explaining the volume ratio of the recesses according to the present invention, and FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view taken along the line bb in FIG.
(A) is an enlarged view of the sliding surface 21, and shows a state in which a large number of recesses 31 are formed in a unit area A × A. Here, for the sake of convenience, the volume of the recess 31 at the upper right of the figure is V1, the volume of the left recess 31 is V2, the volume of the left recess 31 is V3,...

(b)は、仮に凹部31が半径rの略半球であれば、n番目の凹部31での体積Vnは、
Vn=1/6{π×h(3(a+h)}
である。よって、凹部31…の体積の総和Vmは、
Vm=Σ(V1+V2+……+Vn)
となり、凹部31…の体積の割合Rvは、
Rv={(体積の総和Vm)/(単位面積A×A)}×100(%)で求めることができる。
(B) as long if the recess 31 is substantially hemispherical with a radius r n, the volume Vn of the n-th recess 31,
Vn = 1/6 {π × h (3 (a n ) 2 + h 2 )}
It is. Therefore, the total volume Vm of the recesses 31.
Vm = Σ (V1 + V2 + ... + Vn)
And the volume ratio Rv of the recesses 31.
Rv = {(total volume Vm) / (unit area A × A)} × 100 (%).

なお、以上は凹部31…体積の割合の定義を説明したものであり、例えば、摺動面21の平坦部と凹部1…との陰影差を画像処理することで、凹部31…の体積の割合を求めることができる。   In the above description, the definition of the ratio of the recesses 31... Is explained. For example, the ratio of the volume of the recesses 31. Can be requested.

ここで、ジャーナル部の軸受に対する潤滑や、ピン部の大端部に対する潤滑は、通常、ジャーナル部やピン部の回転時に流体潤滑となり、始動時/停止時に境界潤滑となる。
流体潤滑とは、一対の摺動面が油膜で完全に隔離された状態をいう。境界潤滑とは、一対の摺動面間に油膜が存在するにも拘わらず、摺動面の一部がところどころで接触する状態をいう。
流体潤滑や境界潤滑は、潤滑油の粘性η、摺動面21の回転速度V、摺動面21にかかる荷重Pなどの条件に影響される。
Here, the lubrication for the journal portion bearing and the large end portion of the pin portion are usually fluid lubrication during rotation of the journal portion and the pin portion, and boundary lubrication during start / stop.
Fluid lubrication refers to a state in which a pair of sliding surfaces are completely isolated by an oil film. Boundary lubrication refers to a state in which a part of the sliding surface comes into contact in some places even though an oil film exists between the pair of sliding surfaces.
Fluid lubrication and boundary lubrication are affected by conditions such as the viscosity η of the lubricating oil, the rotational speed V of the sliding surface 21, and the load P applied to the sliding surface 21.

図8は潤滑油の粘性η、摺動面の回転速度Vrおよび荷重Pと摩擦係数μとの関係を示すグラフである。縦軸に摩擦係数μを示し、横軸に潤滑油の粘性η、摺動面の回転速度Vrおよび荷重Pの関係式(η×Vr)/Pを示した。
ここで、摺動面21にかかる荷重Pが大きく、摺動面21の回転速度Vrが小さければ、潤滑油の油膜を確保し難くなり、境界潤滑になりやすい。すなわち、横軸の(η×Vr)/Pが小さければ、境界潤滑になりやすい。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the viscosity η of the lubricating oil, the rotational speed Vr of the sliding surface, the load P, and the friction coefficient μ. The vertical axis represents the friction coefficient μ, and the horizontal axis represents the relational expression (η × Vr) / P of the viscosity η of the lubricating oil, the rotational speed Vr of the sliding surface, and the load P.
Here, if the load P applied to the sliding surface 21 is large and the rotational speed Vr of the sliding surface 21 is small, it is difficult to secure an oil film of the lubricating oil, and boundary lubrication is likely to occur. That is, if (η × Vr) / P on the horizontal axis is small, boundary lubrication is likely to occur.

一方、摺動面21にかかる荷重Pが小さく、摺動面21の回転速度Vrが大きければ、潤滑油の油膜を確保しやすくなり、流体潤滑になりやすい。すなわち、横軸の(η×Vr)/Pが大きければ、流体潤滑になりやすい。
このことから、グラフG1に示すように、(η×Vr)/Pが0.1近傍と小さいとき、境界潤滑の領域E1となり、(η×Vr)/Pが2近傍と大きいとき、流体潤滑の領域E2となる。
On the other hand, if the load P applied to the sliding surface 21 is small and the rotational speed Vr of the sliding surface 21 is large, it is easy to secure an oil film of lubricating oil, and fluid lubrication is likely to occur. That is, if (η × Vr) / P on the horizontal axis is large, fluid lubrication is likely to occur.
Therefore, as shown in the graph G1, when (η × Vr) / P is as small as near 0.1, the boundary lubrication region E1 is obtained, and when (η × Vr) / P is as large as 2 near, fluid lubrication. It becomes area E2.

境界潤滑の領域E1と流体潤滑の領域E2との間は、混合潤滑の領域E3となる。混合潤滑とは、潤滑膜の厚さが薄くなり、流体潤滑部分と境界潤滑部分とが混在した状態をいう。
なお、縦軸の摩擦係数μは等間隔目盛りあるが、横軸の(η×Vr)/Pは対数目盛であるため、0.1と2の位置は不等間隔になる。
Between the boundary lubrication region E1 and the fluid lubrication region E2 is a mixed lubrication region E3. Mixed lubrication refers to a state in which a lubricating film is thin and a fluid lubrication portion and a boundary lubrication portion are mixed.
Note that although the friction coefficient μ on the vertical axis has a regular scale, (η × Vr) / P on the horizontal axis has a logarithmic scale, the positions of 0.1 and 2 are unequal.

図9(a),(b)は本発明に係る凹部の開口面積割合と摩擦係数との関係を説明するグラフである。縦軸に摩擦係数μを示し、横軸に開口面積割合を示した。
(a)は、ηV/Pが0.1の境界潤滑状態におけるデータをプロットし、プロットしたデータから、図6に示す凹部31…の開口面積割合Rsと摩擦係数μとの関係をグラフG2で表したものである。
グラフG2から、凹部31…の開口面積割合Rsを単位面積当たり0〜10%の範囲に設定すれば摩擦係数μを小さく抑えられることが判明した。
すなわち、境界潤滑では、摺動面21(図6参照)の凹凸が摩擦係数μの増加に繋がり、凹部31…の開口面積割合Rsが10%を超えると急激に摩擦係数μが増加することが判明した。よって、境界潤滑を考慮した場合、凹部31…の開口面積割合Rsを単位面積当たり10%以下に設定することが望ましい。
9A and 9B are graphs for explaining the relationship between the opening area ratio of the recess and the friction coefficient according to the present invention. The vertical axis represents the friction coefficient μ, and the horizontal axis represents the opening area ratio.
(A) plots the data in the boundary lubrication state where ηV / P is 0.1. From the plotted data, the relationship between the opening area ratio Rs and the friction coefficient μ of the recesses 31 shown in FIG. It is a representation.
From the graph G2, it has been found that the friction coefficient μ can be kept small if the opening area ratio Rs of the recesses 31 is set in the range of 0 to 10% per unit area.
That is, in the boundary lubrication, the unevenness of the sliding surface 21 (see FIG. 6) leads to an increase in the friction coefficient μ, and when the opening area ratio Rs of the recesses 31. found. Therefore, when considering boundary lubrication, it is desirable to set the opening area ratio Rs of the recesses 31 to 10% or less per unit area.

(b)は、ηV/Pが2の流体潤滑状態におけるデータをプロットし、このプロットしたデータから、凹部31…の開口面積割合Rsと摩擦係数μとの関係をグラフG3で表したものである。
ここで、流体潤滑では油膜への依存率が高い。凹部31…の開口面積割合Rsが大きいと、十分な油膜が得られる。よって、グラフG3に示すように、摩擦係数μを抑えるためには、凹部31…の開口面積割合Rsを単位面積当たり5%以上にする必要がある。
(B) plots data in a fluid lubrication state in which ηV / P is 2, and the relationship between the opening area ratio Rs of the recesses 31 and the friction coefficient μ is represented by a graph G3 from the plotted data. .
Here, the dependence on the oil film is high in fluid lubrication. When the opening area ratio Rs of the recesses 31 is large, a sufficient oil film is obtained. Therefore, as shown in the graph G3, in order to suppress the friction coefficient μ, it is necessary to set the opening area ratio Rs of the recesses 31 to 5% or more per unit area.

一方、凹部31…の開口面積割合Rsが単位面積当たり17%を超えると、摩擦係数μがばらついてしまう。このため、グラフG3を破線で示す。
よって、流体潤滑を考慮した場合、凹部31…の開口面積割合Rsを単位面積当たり5〜17%の範囲に設定することが望ましい。
On the other hand, when the opening area ratio Rs of the recesses 31 exceeds 17% per unit area, the friction coefficient μ varies. For this reason, the graph G3 is indicated by a broken line.
Therefore, when considering fluid lubrication, it is desirable to set the opening area ratio Rs of the recesses 31 to a range of 5 to 17% per unit area.

ここで、図1に示すジャーナル部11,12の軸受(図示せず)に対する潤滑や、ピン部15の大端部24に対する潤滑は、通常、ジャーナル部11,12やピン部15の回転時に流体潤滑となり、始動時/停止時に境界潤滑となる。
このため、流体潤滑と境界潤滑の両方を考慮して凹部31…の開口面積割合Rsを決める必要がある。
Here, the lubrication for the bearings (not shown) of the journal portions 11 and 12 shown in FIG. 1 and the lubrication for the large end portion 24 of the pin portion 15 are usually performed when the journal portions 11 and 12 and the pin portion 15 are rotated. Lubrication and boundary lubrication at start / stop.
Therefore, it is necessary to determine the opening area ratio Rs of the recesses 31 in consideration of both fluid lubrication and boundary lubrication.

よって、凹部31…の開口面積割合Rsは、グラフG2から求めた0〜10%の範囲と、グラフG3から求めた5〜17%の範囲とから、5〜10%の範囲にすることが望ましい。
凹部31…の開口面積割合Rsを単位面積当たり5〜10%の範囲にすれば、流体潤滑と境界潤滑の両方に対して摩擦係数μを下げることができる。
Therefore, the opening area ratio Rs of the recesses 31 is desirably 5 to 10% from the range of 0 to 10% obtained from the graph G2 and the range of 5 to 17% obtained from the graph G3. .
If the opening area ratio Rs of the recesses 31 is set in the range of 5 to 10% per unit area, the friction coefficient μ can be lowered for both fluid lubrication and boundary lubrication.

図10(a),(b)は本発明に係る凹部の体積割合と摩擦係数との関係を説明するグラフである。縦軸に摩擦係数μを示し、横軸に体積割合を示した。
(a)は、ηV/Pが0.1の境界潤滑状態におけるデータをプロットし、このプロットしたデータから、図7に示す凹部31…の体積割合Rvと摩擦係数μとの関係をグラフG4で表したものである。
グラフG4から、凹部31…の体積割合Rvを単位面積当たり0〜5×10μm/mmの範囲に設定すれば摩擦係数μを小さく抑えられることが判明した。
FIGS. 10A and 10B are graphs for explaining the relationship between the volume ratio of the recesses and the friction coefficient according to the present invention. The vertical axis indicates the friction coefficient μ, and the horizontal axis indicates the volume ratio.
(A) plots the data in the boundary lubrication state where ηV / P is 0.1. From this plotted data, the relationship between the volume ratio Rv of the recesses 31 shown in FIG. It is a representation.
From the graph G4, it was found that the friction coefficient μ can be kept small by setting the volume ratio Rv of the recesses 31 to a range of 0 to 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area.

すなわち、境界潤滑では、摺動面21(図7参照)の凹凸が摩擦係数μの増加に繋がり、凹部31…の体積割合Rvが単位面積当たり5×10μm/mmを超えると摩擦係数μが増加することが判明した。よって、境界潤滑を考慮した場合、凹部31…の体積割合Rvを単位面積当たり5×10μm/mm以下に設定することが望ましい。 That is, in boundary lubrication, the unevenness of the sliding surface 21 (see FIG. 7) leads to an increase in the friction coefficient μ, and the friction when the volume ratio Rv of the recesses 31 exceeds 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area. It was found that the coefficient μ increases. Therefore, in consideration of boundary lubrication, the volume ratio Rv of the recesses 31 is desirably set to 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 or less per unit area.

(b)は、ηV/Pが2の流体潤滑状態におけるデータをプロットし、このプロットしたデータから、凹部31…の体積割合Rvと摩擦係数μとの関係をグラフG5で表したものである。
ここで、流体潤滑では油膜への依存率が高い。凹部31…の体積割合Rvが大きいと、十分な油膜が得られるため、グラフG5に示すように、凹部31…の体積割合Rvは単位面積当たり2×10μm/mm以上にすることが望ましい。
(B) plots data in a fluid lubrication state where ηV / P is 2. From this plotted data, the relationship between the volume ratio Rv of the recesses 31 and the friction coefficient μ is represented by a graph G5.
Here, the dependence on the oil film is high in fluid lubrication. When the volume ratio Rv of the recesses 31 is large, a sufficient oil film is obtained. Therefore, as shown in the graph G5, the volume ratio Rv of the recesses 31 is set to 2 × 10 5 μm 3 / mm 2 or more per unit area. Is desirable.

一方、グラフG5に示すように、凹部31…の体積割合Rvが単位面積当たり8×10μm/mmを超えると、体積割合Rvが大きくなり過ぎて摩擦係数μが増加する虞がある。
よって、流体潤滑を考慮した場合、体積割合Rvを単位面積当たり2×10〜8×10μm/mmの範囲に設定することが望ましい。
On the other hand, as shown in the graph G5, when the volume ratio Rv of the recesses 31... Exceeds 8 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area, the volume ratio Rv becomes too large and the friction coefficient μ may increase. .
Therefore, when considering fluid lubrication, it is desirable to set the volume ratio Rv to a range of 2 × 10 5 to 8 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area.

ここで、図1に示すジャーナル部11,12の軸受(図示せず)に対する潤滑や、ピン部15の大端部24に対する潤滑は、通常、ジャーナル部11,12やピン部15の回転時に流体潤滑となり、始動時/停止時に境界潤滑となる。
このため、流体潤滑と境界潤滑の両方を考慮して凹部31…の体積割合Rvを決める必要がある。
Here, the lubrication for the bearings (not shown) of the journal portions 11 and 12 shown in FIG. 1 and the lubrication for the large end portion 24 of the pin portion 15 are usually performed when the journal portions 11 and 12 and the pin portion 15 are rotated. Lubrication and boundary lubrication at start / stop.
Therefore, it is necessary to determine the volume ratio Rv of the recesses 31 in consideration of both fluid lubrication and boundary lubrication.

よって、凹部31…の体積割合Rvは、グラフG4から求めた0〜5×10μm/mmの範囲と、グラフG5から求めた2×10〜8×10μm/mmの範囲とから、2×10〜5×10μm/mmの範囲にすることが望ましい。
凹部31…の体積割合Rvを単位面積当たり2×10〜5×10μm/mmの範囲にすれば、流体潤滑と境界潤滑の両方に対して摩擦係数μを下げることができる。
Therefore, the volume ratio Rv of the recesses 31 is in the range of 0 to 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 obtained from the graph G4 and 2 × 10 5 to 8 × 10 5 μm 3 / mm 2 obtained from the graph G5. From this range, it is desirable that the range is 2 × 10 5 to 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 .
If the volume ratio Rv of the recesses 31 is in the range of 2 × 10 5 to 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area, the friction coefficient μ can be lowered for both fluid lubrication and boundary lubrication.

図1に戻って、ピン部15の窒化処理摺動面21に凹部31…(図2参照)を備え、凹部31…の開口面積割合Rsを、単位面積当たり5〜17%とし、かつ、凹部31…の体積割合Rvを、単位面積当たり2×10〜5×10μm/mmとなるように設定した。
同様に、ジャーナル部11,12の窒化処理摺動面18,19に凹部31…を備え、凹部31…の開口面積割合Rsを、単位面積当たり5〜17%とし、かつ、凹部31…の体積割合Rvを、単位面積当たり2×10〜5×10μm/mmとなるように設定した。
Returning to FIG. 1, the nitriding sliding surface 21 of the pin portion 15 is provided with recesses 31 (see FIG. 2), the opening area ratio Rs of the recesses 31 is 5 to 17% per unit area, and the recesses 31 ... the volume ratio Rv of was set to be 2 × 10 5 ~5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area.
Similarly, the nitriding treatment sliding surfaces 18, 19 of the journal portions 11, 12 are provided with recesses 31 ..., the opening area ratio Rs of the recesses 31 ... is 5 to 17% per unit area, and the volume of the recesses 31 ... The ratio Rv was set to be 2 × 10 5 to 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area.

これにより、ジャーナル部11,12やピン部15の窒化処理摺動面18,19,21の油膜を確保して耐焼付性を高め、かつジャーナル部11,12やピン部15の窒化処理摺動面18,19,21の摩擦係数を好適に保つことができる。
このように、窒化処理摺動面18,19,21の耐摩耗性や耐焼付性を高め、かつ摩擦係数を好適に保つことで、クランクシャフト10の耐久性を高めることができる。
加えて、摺動面に窒化処理を施すことで、窒化処理摺動面18,19,21を表面硬化し、窒化処理摺動面18,19,21の耐摩耗性を高めることができる。
This secures an oil film on the nitriding sliding surfaces 18, 19, and 21 of the journal portions 11 and 12 and the pin portion 15 to improve seizure resistance, and nitriding sliding of the journal portions 11 and 12 and the pin portion 15 The friction coefficients of the surfaces 18, 19, and 21 can be suitably maintained.
Thus, the durability of the crankshaft 10 can be enhanced by increasing the wear resistance and seizure resistance of the nitriding sliding surfaces 18, 19, and 21 and maintaining the friction coefficient in a suitable manner.
In addition, by nitriding the sliding surfaces, the nitriding sliding surfaces 18, 19, and 21 can be hardened, and the wear resistance of the nitriding sliding surfaces 18, 19, and 21 can be improved.

なお、前記実施形態では、クランクシャフトとして、単気筒エンジンに適用したクランクシャフト10を例に説明したが、これに限らないで、多気筒エンジンのクランクシャフトに適用しても同様の効果を得ることは可能である。   In the above embodiment, the crankshaft 10 applied to a single cylinder engine has been described as an example of the crankshaft. Is possible.

また、前記実施の形態では、凹部31を開口の直径dが略100μm、深さhが略10μmの略半球状の微小窪みとした例について説明したが、凹部31の形状は任意に決めることができる。 Further, in the embodiments, substantially the recess 31 the diameter d n of the aperture 100 [mu] m, although depths h is described as being substantially hemispherical micro-pockets of substantially 10 [mu] m, the shape of the recess 31 is arbitrarily decide that Can do.

さらに、前記実施の形態では、窒化処理摺動面として、ジャーナル部11,12の摺動面18,19およびピン部15の摺動面21を例に説明したが、これに限らないで、その他の機械部品の摺動面に適用することも可能である。
要は、窒化処理摺動面は、対向する部材に対して相対的に摺動する面であれば、その種類を問わない。
Further, in the above-described embodiment, the sliding surfaces 18 and 19 of the journal portions 11 and 12 and the sliding surface 21 of the pin portion 15 have been described as examples of the nitriding sliding surface. It is also possible to apply to the sliding surfaces of these machine parts.
In short, the nitriding sliding surface is not limited as long as it is a surface that slides relative to the opposing member.

また、前記実施の形態では、クランクシャフト10のうち、ジャーナル部11,12やピン部15の表面のみに窒化処理を施して、窒化処理摺動面18,19,21とした例について説明したが、これに限らないで、クランクシャフト10全体を窒化処理しても同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, an example in which only the surfaces of the journal portions 11 and 12 and the pin portion 15 of the crankshaft 10 are subjected to nitriding treatment to form nitriding sliding surfaces 18, 19, and 21 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained by nitriding the entire crankshaft 10.

さらに、前記実施の形態では、窒化処理としてガス軟窒化処理法を例に説明したが、これに限らないで、プラズマ窒化法(あるいは、イオン窒化法)や、ガス窒化法などのその他の窒化処理を採用することも可能である。   Furthermore, in the above-described embodiment, the gas soft nitriding method has been described as an example of the nitriding treatment. It is also possible to adopt.

本発明の窒化処理摺動面の形成方法は、クランクシャフトなどのように摺動面を備えた機械部品への適用に好適である。   The method for forming a nitriding sliding surface of the present invention is suitable for application to a machine component having a sliding surface such as a crankshaft.

本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法で形成したクランクシャフトの斜視図である。It is a perspective view of the crankshaft formed with the formation method of the nitriding treatment sliding face concerning the present invention. 本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法で形成した摺動面の斜視図である。It is a perspective view of the sliding face formed with the formation method of the nitriding treatment sliding face concerning the present invention. 本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法においてクランクシャフトの素材に粗加工摺動面を加工する例を説明する図である。It is a figure explaining the example which processes a roughing sliding surface in the raw material of a crankshaft in the formation method of the nitriding treatment sliding surface which concerns on this invention. 本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法において粗加工摺動面に奥部を形成する例を説明する図である。It is a figure explaining the example which forms a back part in a rough processing sliding face in the formation method of the nitriding treatment sliding face concerning the present invention. 本発明に係る窒化処理摺動面の形成方法において摺動面に窒化処理を施す例を説明する図である。It is a figure explaining the example which performs nitriding treatment to a sliding face in the formation method of the nitriding sliding face concerning the present invention. 本発明に係る凹部の開口面積の割合を説明する図である。It is a figure explaining the ratio of the opening area of the recessed part which concerns on this invention. 本発明に係る凹部の体積の割合を説明する図である。It is a figure explaining the ratio of the volume of the crevice concerning the present invention. 潤滑油の粘性η、摺動面の回転速度Vrおよび荷重Pと摩擦係数μとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between viscosity (eta) of lubricating oil, the rotational speed Vr of a sliding surface, the load P, and the friction coefficient (micro | micron | mu). 本発明に係る凹部の開口面積割合と摩擦係数との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the opening area ratio of the recessed part which concerns on this invention, and a friction coefficient. 本発明に係る凹部の体積割合と摩擦係数との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the volume ratio of the recessed part which concerns on this invention, and a friction coefficient. 従来のクランクシャフトを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conventional crankshaft.

符号の説明Explanation of symbols

10…クランクシャフト、11,12…ジャーナル部、15…ピン部、18,19,21…摺動面(窒化処理摺動面)、24…大端部(対向する部材)、42,43,44…部位(所定部位)、46,47,48…粗加工摺動面、51…ビーズ、52、31…凹部、Rs…開口面積割合、Rv…体積割合。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Crankshaft, 11, 12 ... Journal part, 15 ... Pin part, 18, 19, 21 ... Sliding surface (nitriding treatment sliding surface), 24 ... Large end part (opposing member), 42, 43, 44 ... Site (predetermined site), 46, 47, 48 ... Roughly processed sliding surface, 51 ... Beads, 52, 31 ... Recess, Rs ... Opening area ratio, Rv ... Volume ratio.

Claims (2)

素材の所定部位を加工し、加工した部位に窒化処理を施すことにより、対向する部材に対して相対的に摺動する窒化処理摺動面を形成する方法において、
前記素材のうち、前記窒化処理摺動面に対応する部位を粗加工することで粗加工摺動面を得る工程と、
前記粗加工摺動面にビーズを吹き付けて凹部を形成する工程と、
前記凹部を形成した粗加工摺動面に窒化処理を施す工程と、
前記窒化処理を施した粗加工摺動面を仕上げ加工することで前記窒化処理摺動面を得るとともに前記凹部に潤滑油が蓄えられるように前記凹部の形状を調整する工程とからなり、
前記窒化処理摺動面は、クランクシャフトに備えたジャーナル部の表面および/またはピン部の表面であることを特徴とする窒化処理摺動面の形成方法。
In a method of forming a nitriding sliding surface that slides relative to an opposing member by processing a predetermined portion of the material and nitriding the processed portion,
Among the materials, a step of roughing a portion corresponding to the nitriding sliding surface to obtain a roughing sliding surface;
A step of spraying beads on the roughing sliding surface to form a recess;
Nitriding the roughened sliding surface on which the recess is formed;
The nitriding treatment by finishing the rough machining sliding surfaces subjected to, Ri together with obtaining the nitrided sliding surface Do and a step of adjusting the shape of the recess so that the lubricating oil is stored in the recess,
The nitriding sliding surface forming method of nitriding sliding surface you being a surface of the surface and / or the pin portions of the journal portion with the crankshaft.
素材の所定部位を加工し、加工した部位に窒化処理を施すことにより、対向する部材に対して相対的に摺動する窒化処理摺動面を形成する方法において、
前記素材のうち、前記窒化処理摺動面に対応する部位を粗加工することで粗加工摺動面を得る工程と、
前記粗加工摺動面にビーズを吹き付けて凹部を形成する工程と、
前記凹部を形成した粗加工摺動面に窒化処理を施す工程と、
前記凹部の開口面積割合が単位面積当たり5〜10%、かつ前記凹部の体積割合が単位面積当たり2×10 〜5×10 μm /mm になるように、前記粗加工摺動面を仕上げ加工することで前記窒化処理摺動面を得る工程とからなり、
前記窒化処理摺動面は、クランクシャフトに備えたジャーナル部の表面および/またはピン部の表面であることを特徴とする窒化処理摺動面の形成方法。
In a method of forming a nitriding sliding surface that slides relative to an opposing member by processing a predetermined portion of the material and nitriding the processed portion,
Among the materials, a step of roughing a portion corresponding to the nitriding sliding surface to obtain a roughing sliding surface;
A step of spraying beads on the roughing sliding surface to form a recess;
Nitriding the roughened sliding surface on which the recess is formed;
The roughened sliding surface so that the opening area ratio of the recesses is 5 to 10% per unit area, and the volume ratio of the recesses is 2 × 10 5 to 5 × 10 5 μm 3 / mm 2 per unit area. And the step of obtaining the nitriding sliding surface by finishing the process,
The nitriding sliding surface, the method of forming the nitrided treatment sliding surface you being a surface of the surface and / or the pin portions of the journal portion with the crankshaft.
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