技術 すべり軸受

0001

本発明は、内燃機関や工作機械等の各種機械装置の軸受として潤滑油の存在下で使用されるすべり軸受及びその製造方法、回転軸の改良技術に関する。

0002

従来より、種々のすべり軸受（滑り軸受、メタル）が提案されており、例えば、高強度Ｃｕ軸受合金にオーバレイめっきを付加した高強度ケルメットや、スパッタリング法によって軸受合金の上に下地軸受合金よりも硬質の表面層を形成したものなどがある。

0003

また、特許文献１には、軸受合金層に深さ３μｍ〜２０μｍ程度の条痕（機械加工による切削痕）を周方向（例えば螺旋状）に形成し、その上にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等の硬質膜を形成することで、対荷重性能と対焼付性、異物埋収性などの向上を狙ったものなどが提案されている。

0004

特開２００３−１３９５８号公報

0005

この一方で、すべり軸受の摺動面の材質や条痕の有無等に拘らず、摺動面に対する動的な油膜生成の改善に関するアプローチにより、すべり軸受に対して、一層の低フリクション化を図ることができれば、それぞれの特徴を活かしつつ、一層の内燃機関の高出力化、省燃費化等に貢献可能であり、極めて有益な技術となり得る。

0006

また、近年の省燃費、省資源の観点から、エンジン（内燃機関）用潤滑油の低粘度化が進んでいる。

0007

このため、エンジンの各摺動部は、潤滑油の油膜厚さが薄くなるので、境界潤滑状態に移行し易く金属接触が生じ易くなるといったおそれがあり、これに伴い、クランクシャフトジャーナル部等のすべり軸受についても低粘度潤滑油により境界潤滑状態での使用状態に移行し易い状態となっているといった実情がある。

0008

また、近年の更なる省燃費（高出力化）、省資源の観点からエンジンの低フリクション化も求められている。

0009

ピストン、ピストンリング、シリンダライナの摺動部の次にフリクションが大きな部位であるクランクシャフトジャーナル部とそのすべり軸受との間の摺動部における低フリクション化を図るために、例えば二硫化モリブデンショットメタルなども提案されているが、更なる低フリクション化が求められているといった実情がある。

0010

なお、二硫化モリブデンショットメタルとは、すべり軸受の摺動面に、固体潤滑剤として高い潤滑性能を持つ二硫化モリブデン粉体を高速衝突させることで、二硫化モリブデン高純度層を形成、または熱拡散させたもので、摩擦抵抗を大幅に低減し耐摩耗性及び耐焼付き性を向上させることを可能にしたメタル（すべり軸受）である。

0011

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、すべり軸受の摺動面に超短パルスレーザ等により微細なテクスチャを形成することにより、油膜の生成を改善して摺動抵抗を低減することで、低フリクション化を促進することができるすべり軸受、回転軸及びすべり軸受けの製造方法を提供することを目的とする。

0012

このため、本発明に係るすべり軸受は、
潤滑油の存在下において回転軸を摺動自在に支持するすべり軸受であって、
回転軸を摺動自在に支持する摺動面に、微細なテクスチャが付与されたことを特徴とする。

0013

本発明に係るすべり軸受において、前記微細なテクスチャは、超短パルスレーザにより付与されることを特徴とすることができる。

0014

本発明に係るすべり軸受において、前記微細なテクスチャは、回転軸の回転方向下流側に頂点を有するＶ字状溝であることを特徴とすることができる。

0015

本発明に係るすべり軸受において、前記微細なテクスチャは、回転軸の回転方向下流側に頂点を有するＶ字状溝がヘリングボーン状に複数連設されたヘリングボーン溝であることを特徴とすることができる。

0016

本発明に係るすべり軸受において、前記微細なテクスチャは、摺動面の有効幅の範囲内に収まるように付与されることを特徴とすることができる。

0017

本発明に係るすべり軸受において、前記微細なテクスチャは、溝幅が５μｍ〜２０μｍ程度、溝深さが１〜５μｍ程度であり、隣接する溝との間隙が０．１ｄｅｇ．程度であることを特徴とすることができる。

0018

本発明に係るすべり軸受において、前記微細なテクスチャは、少なくとも主摺動部領域に付与されることを特徴とすることができる。

0019

本発明に係る回転軸は、
潤滑油の存在下においてすべり軸受に摺動自在に支持される回転軸の摺動面に、超短パルスレーザにより微細なテクスチャが付与されたことを特徴とする。

0020

本発明に係る回転軸において、前記微細なテクスチャは、回転軸の回転方向下流側に頂点を有するＶ字状溝であることを特徴とすることができる。

0021

本発明に係る回転軸において、前記微細なテクスチャは、回転軸の回転方向下流側に頂点を有するＶ字状溝がヘリングボーン状に複数連設されたヘリングボーン溝であることを特徴とすることができる。

0022

本発明に係る回転軸において、前記微細なテクスチャは、回転軸の軸受部の有効幅の範囲内に収まるように付与されることを特徴とすることができる。

0023

本発明に係るすべり軸受の製造方法は、潤滑油の存在下において回転軸を摺動自在に支持するすべり軸受の摺動面に、超短パルスレーザにより微細なテクスチャを付与することを特徴とする。

0024

本発明に係るすべり軸受の製造方法において、前記微細なテクスチャは、回転軸の回転方向下流側に頂点を有するＶ字状溝がヘリングボーン状に複数連設されたヘリングボーン溝であることを特徴とすることができる。

0025

本発明によれば、すべり軸受の摺動面に超短パルスレーザ等により微細なテクスチャを形成することにより、油膜の生成を改善して摺動抵抗を低減することで、低フリクション化を促進することができるすべり軸受、回転軸及びすべり軸受けの製造方法を提供することができる。

0026

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係るすべり軸受（試験に供した分割式すべり軸受）のＬＯＷＥＲ側（下側）の側面図（回転軸方向から見た図）及び正面図（回転軸中心から半径方向に向かって見た図）であり、（Ｂ）はＵＰＰＥＲ側（上側）の側面図及び正面図であり、（Ｃ）はそれらに設けられているヘリングボーン溝（Ｖ字状溝）の一例を拡大して示した正面図である。
同上実施の形態に係るすべり軸受のヘリングボーン溝（テクスチャ）の一例を概略的に示す正面図（回転軸の直交する方向から見た図）である。
（Ａ）は同上実施の形態に係るすべり軸受のヘリングボーン溝（テクスチャ）の断面形状（矩形状）の例を示す図２のＡ−Ａ矢視図であり、（Ｂ）は他の断面形状（Ｕ字形状或いは樽形状）の例を示す図２のＡ−Ａ矢視図であり、（Ｃ）は他の断面形状（略円弧状、略半円形状或いはＲ形状）の例を示す図２のＡ−Ａ矢視図である。
同上実施の形態に係るすべり軸受の摺動面に付与されたヘリングボーン溝（微細なテクスチャ）の一例を示す拡大写真（２００倍、５００倍、１０００倍）である。
同上実施の形態に係るすべり軸受の摺動面に付与されたヘリングボーン溝（微細なテクスチャ）の溝底の形状例を示す図である。
（Ａ）は同上実施の形態に係るすべり軸受の摺動面に付与された微細なテクスチャの一例（ドットをＶ字状に点在させた例）を示す正面図（回転軸中心から半径方向に向かって見た図）であり、（Ｂ）は他の一例（ドットを格子状に点在させた例）を示す正面図であり、（Ｃ）は他の一例（ドットを千鳥格子状に点在させた例）を示す正面図であり、（Ｄ）は他の一例（三角形状の凹部を形成した例）を示す正面図である。
同上実施の形態に係るすべり軸受に採用可能な一般的なメタル（すべり軸受）の材料の例を示す図（テーブル）である。
同上実施の形態に係るすべり軸受の潤滑油（エンジンオイル）の存在下における油膜圧力の発生の様子を示した模式図である。

0027

以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

0028

本発明は、潤滑油の存在下における摺動面に対する動的な油膜生成の改善（潤滑油の動圧効果）に関するアプローチにより、すべり軸受に関して一層の低フリクション化を図ることを狙ったもので、そのために摺動面に超短パルスレーザ加工により微細なテクスチャを付与することを特徴としている。

0029

すなわち、本発明においては、例えば、内燃機関（エンジン）のクランクシャフトのジャーナル部と、すべり軸受と、の間の摺動部において、すべり軸受の前記ジャーナル部との摺動面に微細なテクスチャを付与（形成）することで、
（１）流体（エンジン潤滑油）の動圧効果を高め、油膜反力を増大することで流体潤滑領域の拡大、つまり境界潤滑状態への移行を抑制することができる。
例えば、境界潤滑に移行し易い低粘度潤滑油を使用する際に、摺動面に付与する微細なテクスチャの一例としてヘリングボーン溝は有効である。
（２）また、適切なテクスチャの付与により平均油膜厚さを増大させることができるので、エンジン潤滑油のせん断抵抗が低減され、エンジンフリクションの低減に貢献することができる。

0030

ここで、本実施の形態において、テクスチャとは物体の表面の模様を意味し、ここでは、すべり軸受の摺動面（軸受面）に形成される微細な凹部（溝、窪み、ディンプル等）により表わされる表面形状（模様）をいう。

0031

本実施の形態では、図１に示すようなすべり軸受（プレーンメタル、平軸受）１の摺動面（軸を回転自在に支持する軸受面）２に、テクスチャの一例であるヘリングボーン溝３を、後述する超短パルスレーザにより付与する。超短パルスレーザによる加工によれば、従来の加工用レーザのようにレーザ加工時の熱で軸受面が溶けてデブリとなって摺動面を荒らすなど（摺動面に突起が生じるなど）といったおそれを招くことなく、非常に微細な凹部（溝）を精密に形成することができる。

0032

本実施の形態において、ヘリングボーン溝３を形成したすべり軸受１は、図１に示すような一般的なサイズのものを用いた。具体的には、外径φ５９ｍｍ程度（内径φ５６ｍｍ、厚さ３ｍｍ程度）、幅２０ｍｍ程度のものを用いたが、これに限定されるものではない。

0033

なお、図１のすべり軸受１は、半割りタイプ（ＬＯＷＥＲ側１Ａ、ＵＰＰＥＲ側１Ｂ）のすべり軸受で、摺動面２の軸方向中央部にオイル溝２Ａが設けられているが、当該オイル溝２Ａが無いタイプのすべり軸受にも、また半割りタイプでないすべり軸受であっても同様の効果があり、本発明は適用可能である。

0034

また、本実施の形態においてテクスチャを付与する前のベースとなるすべり軸受１の材質の例としては、例えば、図７に示すような一般的なメタル（すべり軸受）、例えばアルミニウム合金メタル（Ａｌ−Ｓｎ合金、Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金等）などを採用することができる。

0035

但し、一般的なコーティングメタル、つまりコーティング面（層）にテクスチャ（ヘリングボーン溝等）３を付与することも可能である。

0036

すなわち、本実施の形態においてテクスチャの付与（加工）に用いる超短パルスレーザは、加工対象の材質には限定されない加工技術であるため、他の材質のすべり軸受（金属は勿論、金属以外の材質（樹脂、セラミックス等））にも本発明は適用可能である。

0037

ここで、本実施の形態に係る微細なテクスチャの一例であるヘリングボーン溝は、以下のような特徴を有する。

0038

［１］本実施の形態において、ヘリングボーン溝３は、すべり軸受１と軸（クランクシャフトやカムシャフト等のジャーナル部等）との摺動部のすべり軸受１側の摺動面２に付与する（図１、図２等参照）。

0039

一般的には、摺動面二面（すべり軸受側の摺動面と、回転軸側の摺動面の対面する二面）に関して、高硬度材料（ジャーナル部：炭素鋼等）側にテクスチャを形成するのが一般的だが、へリングボーン溝が所謂やすりのように作用し、相手側を摩耗させるおそれが考えられるため、本実施の形態では、低硬度材料側であるすべり軸受１にヘリングボーン溝（テクスチャ）３を付与（形成）する。

0040

但し、材質や形状など様々な条件の相違によって、回転軸側に微細なテクスチャ（例えばヘリングボーン溝等）を付与（形成）しても各摺動面の摩耗が少ないような場合などには、微細なテクスチャ（例えばヘリングボーン溝等）を回転軸側に付与（形成）することも可能である。

0041

［２］へリングボーン溝とは、魚（ニシン）の骨に似た形状で、回転軸中心から半径方向に見た形がアルファベットのＶ字形の溝（Ｖ字状溝）を連続して周方向（縦方向）に所定間隙を持って複数並べたようなテクスチャ（当該テクスチャを横方向に複数列並べることもできる）である（図１、図２参照）。

0042

本実施の形態では、そのテクスチャ（Ｖ字状溝）は、単一でも良いが、図１、図２に示 すように、回転軸中心に対し周方向に複数所定間隔で整列させることができ、また、図２に示すように、Ｖ字の頂点が、軸の回転方向下流側となるように配設することができる。

0043

また、そのテクスチャ（Ｖ字状溝）は、断面（図２のＡ−Ａ矢視図）が略矩形、略円弧状、または略Ｕ字状などの溝とすることができる（図３参照）。

0044

なお、回転軸側に微細なテクスチャ（例えばヘリングボーン溝等）を付与する場合においても、摺動面の幅方向の端部から中央に向かうに従って油膜反力が大きくなるように、Ｖ字状溝（ヘリングボーン溝）の場合にはその頂点が回転方向下流側の位置となるように付与されることができる。

0045

［３］へリングボーン溝が摩耗して消滅後も低フリクション効果が維持できる。
初期にテクスチャが存在した面には、テクスチャが消失後も元々テクスチャが無かった面（部分）より表面自由エネルギが高く、より親油性があり（濡れ性が高く）、油膜形成性、油膜保持性が高く、その結果、摩擦力が小さいことが明らかにされている（出典：２０１１年１２月０７日 (社)日本トライボロジー学会 第５７回トライボロジー先端講座足立孝志 東北大学）。
よって、摩耗し易い低硬度材料側であるすべり軸受側にヘリングボーン溝を付与（形成）し、それが摩耗した場合でも低フリクション効果を発揮することを期待できる。

0046

［４］すべり軸受（メタル）の摺動面の条痕（螺旋状切削溝など）の有無に拘らない。
条痕（上述した特許文献１に記載されているような回転軸中心を中心とする螺旋状溝）等のあるなしにかかわらず、超短パルスレーザによる加工であるため、へリングボーン溝を付与（形成）することができ、同様の潤滑油の動圧効果の改善による低フリクション化に交換可能である。

0047

［５］超短パルスレーザによる加工であるため、ショット面、コーティング面、その他のあらゆる表面処理を施した摺動面であってもヘリングボーン溝を付与可能である。

0048

［６］超短パルスレーザによる加工であるため、コーティング膜厚内において（基材に到達しない範囲で）へリングボーン溝を形成することができる。

0049

［７］超短パルスレーザによる加工であるため、メタル摺動面全面に付与せず、弾性流体潤滑範囲（領域）の局所当たりする主摺動部（周方向において高圧な油圧を受ける領域、後述及び図８等参照）のみに微細なテクスチャ（例えば、ヘリングボーン溝）を付与することができる。

0050

主摺動部以外へのヘリングボーン溝の付与（形成）は、動圧効果延いては低フリクション効果が得難くいばかりか、加工コスト並びに工程時間が長くなり生産性に欠けるなどのおそれがあるが、本実施の形態のように主摺動部（主摺動領域）にのみテクスチャを付与することで、このようなおそれを回避することができ、以って生産性の改善、低コスト化等に貢献可能である。

0051

言い換えると、微細なテクスチャ（例えば、ヘリングボーン溝）を少なくとも主摺動部領域に付与することが、動圧効果延いては低フリクション効果、生産コスト等の観点から有益である。

0052

但し、生産コスト等を考慮しなくて良い場合など条件によっては、図１に示したように、アッパー側１Ｂを含めすべり軸受１の摺動面２の周方向全域に亘ってテクスチャを付与することができる。

0053

なお、主摺動部とは、軸のジャーナル部と、すべり軸受の摺動面と、の間における潤滑状態が境界潤滑状態が主体となっているであろう部分（領域）で、ある期間運転（使用）した後（例えば、初期なじみ期間が終了した後）において、すべり軸受の摺動面に摺動痕（摩耗痕）が形成される部分である。また、主摺動部は、図８に示すように、軸が回転したときに油膜圧力が立ち上がる領域（例えば、最大油膜反力が発生するポイント及びその近傍（±１５ｄｅｇ．（ｄｅｇ．＝回転角度）程度）の領域に相当するとも言える。但し、主摺動部の位置、サイズ、形状等は、軸や軸の支持部の剛性等に左右されるので、一概には特定することは難しいため、実際には運転後のすべり軸受の摺動面の摺動痕（摩耗痕）を観察して特定することが望ましい。

0054

なお、主摺動部より広い領域にテクスチャを付与しても、動圧効果を良好に得ることができることから、生産コスト等とのトレードオフを考慮して、テクスチャを付与する領域を決定することが望ましい。

0055

［８］主摺動部領域内にヘリングボーン溝全体を少なくとも一本（一列）以上付与（形成）する。
すなわち、図２に示すように、主摺動部領域の幅方向（軸の長手方向）において軸受の有効幅（油膜反力を有効に受けることができる幅）の範囲内にＶ字の幅（全幅）が収まるようにヘリングボーン溝３を周方向に連設した列を少なくとも一列設けるようにする。これは、Ｖ字溝の端部がメタルの両端まで至って溝端部が幅方向においてはみ出して開放されてしまうと油圧が逃げてヘリングボーン溝による良好な油膜反力延いては低フリクション効果が得難くなるおそれがあるが、上記のようにＶ字の幅を制限することで、かかるおそれを回避することができる。
なお、有効幅の範囲内に複数列のヘリングボーン溝を軸方向（幅方向）に並設させる構成を採用することもできる。

0056

[９]本実施の形態では、上記[７]及び[８]等を満足するために、ヘリングボーン溝の折れ角度を考慮している。詳細については後述する。

0057

[１０]ヘリングボーン溝の深さは、最大油膜反力が得られるように、一般的に最小油膜厚（軸受への最大面圧入力時）の２〜３倍に設定するが、すべり軸受の初期摩耗（なじみ運転終了時の条痕摩耗量）を考慮した値とすることができる。

0058

より具体的なヘリングボーン溝の仕様例を、以下に記載する。
（１）溝幅：５μｍ〜２０μｍ程度、好ましくは１０μｍ（＋２μｍ〜＋５μｍ）程度
（２）溝深さ：２μｍ±１μｍ程度（初期なじみ後）
初期なじみによる摩耗を考慮すると３〜５μｍ程度とすることができる。
なお、一般的な条痕（螺旋状加工痕）の深さは約３μｍ程度なので、当該条痕が摩滅し消滅してもヘリングボーン溝が残存するように溝深さを設定することができる。
（３）溝ピッチ：０．１ｄｅｇ．（４８μｍ：周方向長さ間隔）程度とすることができる。

0059

（４）全幅：軸受摺動面の有効幅未満とする（図２参照）。
但し、できるだけ有効幅ギリギリに設定し、動圧効果を最大限発揮できるようにする。

0060

（５）折れ角度：良好な動圧効果を得ることができる範囲とすることができるが、例えば、約９０ｄｅｇ．程度（４５ｄｅｇ．〜１２０ｄｅｇ．の範囲）とすることができる。
弾性流体潤滑範囲の局部当たりする範囲に、ヘリングボーン溝と平坦部の比率を考慮し、できるだけ多数のヘリングボーン溝を付与（形成）することと、幅方向において真実摺動部からヘリングボーン溝がはみ出さない折れ角度とすることが望ましい。

0061

（６）ヘリングボーン溝を付与する範囲：上記［７］にて述べたように、最大油膜反力が発生するポイント及びその近傍（±１５ｄｅｇ．程度）の領域とすることができる。但し、周方向の全域に亘って形成することもできる（図１参照）。

0062

（７）溝幅と平坦部の比率（溝幅：平坦部）は、１：１〜１：１００程度とすることができる。
なお、図４で例示したように、溝幅と平坦部の比率（溝幅：平坦部）は、１：４程度（或いは他の例としては１：２（図３等参照）〜１：１０程度）などとすることが好ましい。

0063

（８）ヘリングボーン溝の溝底形状（摺動面と略平行な底面の形状）は平坦とすることができるが、超短パルスレーザにより溝加工を施す場合には、その加工送り速度に応じて、本実施の形態に係るテクスチャ（へリングボーン溝等）は、図４の１０００倍の拡大図に示されるように、微細なドット（微細孔或いは微細凹部）の集合体（隣接する微細なドット同士が数珠つなぎ状に連設された状態）とすることができるため、溝底面を連続した所謂凹凸形状とすることができる（図５参照）。
この場合には、一組の（隣接する）凹部凸部によって流体の動圧効果が発生するので、一般的な溝形状（底面が平坦な溝形状）のテクスチャ（へリングボーン溝等）に比べて、より大きな流体の動圧効果を発生させることができる。

0064

（９）また、本実施の形態においては、超短パルスレーザにより溝加工を施した後に、３Ｄラッピング処理を施すことができ、これにより溝と摺動面との境界（角部付近など）をバリ等の突起の無い良好な状態にすることができる。
すなわち、溝と摺動面の境界面に万が一突起（バリ等）が形成された場合を考慮し、３Ｄラッピング処理により突起を除去することができる（図３（Ａ）参照）。このため、摺動面上の突起等によるメタルコンタクト或いは境界潤滑状態の発生を効果的に抑制することができ、一層確実な低フリクション化や摩耗低減に貢献可能である。

0065

（１０）クランクシャフトのジャーナル部と、すべり軸受の摺動面と、の間のクリアランス（油膜厚さ）から最適溝深さ（クリアランス：溝深さ＝１：１．８〜３程度）が決まるので、すべり軸受の幅方向に関し、端部側はジャーナルの接触があることを考慮すると、へリングボーン溝は幅方向端部に向かうほど、溝深さが減少（段階的に或いは漸減）するような構成を採用することも可能である。
これにより、例えば、平均油膜厚さを厚くすることなどが可能となるため、かかる場合には、オイルのせん断抵抗を低減することができ、以って流体潤滑領域の拡大が図れフリクションを低減することができ、結果的に境界、混合、流体の全潤滑領域で低フリクション効果を発揮することができる。

0066

（１１）本実施の形態においては、テクスチャの例としてヘリングボーン溝を例示したが、これに限定されるものではない。
例えば、図６（Ａ）に示すように、複数の微小ディンプル（φ５μｍ〜２０μｍ程度、深さ３〜５μｍ程度）をヘリングボーン溝状に点在させた構成、或いは、図６（Ｂ）、（Ｃ）等に示すように、複数の微小ディンプルを規則正しく（碁盤の目状に）或いはランダムに点在させたり千鳥状に配設させた構成、更に、図６（Ｄ）に示すように、三角形の頂点を軸の回転方向下流側に位置するように三角形状の凹部を形成することなども可能である。更に、複数の微小ディンプルと三角形状の凹部を組み合わせて、規則正しく（碁盤の目状に）或いはランダムに点在させたり千鳥状に配設することなども可能である。
また、図６（Ａ）から図６（Ｄ）では、略半球状（入口部円形状）の微小ディンプル（微小凹部）や三角形状に凹設された凹部を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、円形状や三角形状の他にも、菱形や六角形等の多角形形状を有するディンプルや凹部とすることができる。

0067

ここで、本実施の形態に係るすべり軸受へのテクスチャの付与による作用効果について説明しておく。
テクスチャ（例えばヘリングボーン溝）を付与しない従来のすべり軸受においても、軸の軸受部（ジャーナル部）とすべり軸受の間の軸の偏心により、ウェッジ効果（クサビ効果）が発生し油膜が形成され易くなり、メタルコンタクトや流体潤滑から境界潤滑への移行を抑制するといった作用効果があることは知られているところである。そして、摺動面にテクスチャ（例えばヘリングボーン溝）を付与すると、Ｖ字型という溝の構成から潤滑油が軸受部（ジャーナル部：すなわち、すべり軸受）の幅方向の中央部（図２参照）に集まり易くなり、結果的に面圧の高い領域でも油膜反力が増大することになる。このため、テクスチャ（例えばヘリングボーン溝）を付与した本実施の形態に係るすべり軸受によれば、従来のテクスチャ無しのすべり軸受に比べて、平均油膜厚さが増大し、潤滑油のせん断抵抗が減少することで低フリクション化が一層促進されることになる。

0068

また、潤滑油がすべり軸受の幅方向の中央部に集まり易くなるということは、潤滑油の側方漏れ（ジャーナル部とすべり軸受のクリアランス部からの幅方向外側へのオイル漏れ）が減少すると考えられ、オイルポンプの小容量化延いてはエンジンの小型化・軽量化に貢献可能であり、結果的にオイルポンプの駆動ロスも低減されエンジンのフリクションロスの低減に貢献することができる。

0069

なお、へリングボーン溝は、潤滑油の入口出口比の最適化（すなわち、へリングボーン溝深さの最適化）により、ステップ軸受（段階的に或いは徐々に溝深さを（１本のへリングボーン溝の中で、或いはヘリングボーン溝間において）異ならせたヘリングボーン溝を有する軸受）として機能させることができ、以って動圧効果（浮力：油膜反力）を効果的に発生させることで負荷能力を向上させることが可能である。その結果、高負荷時の油膜が薄くなり難く、言い換えれば流体潤滑領域が拡大され（より低回転、高負荷領域まで流体潤滑状態を維持することが可能となり）、へリングボーン溝なしの場合に比べ低フリクションなすべり軸受の実現に貢献可能である。

0070

また、その形状（溝深さを段階的に或いは漸増させた溝形状）から平均油膜厚さを厚くすることが可能であり、かかる場合には、オイルのせん断抵抗を低減することができ、以って流体潤滑領域を拡大できフリクションを低減することができ、結果的に境界、混合、流体の全潤滑領域で低フリクション効果を発揮することができる。

0071

本実施の形態では、微細なテクスチャを付与するすべり軸として条痕付きのすべり軸受に適用可能であるし、ボーリング加工により製造されたすべり軸受（螺旋状の条痕のない摺動面）にも適用可能である。

0072

以上のように、本実施の形態によれば、すべり軸受の摺動面に超短パルスレーザ等により微細なテクスチャを形成することにより、油膜の生成を改善して摺動抵抗を低減することで、低フリクション化を促進することができるすべり軸受、回転軸及びすべり軸受けの製造方法を提供することができる。

0073

ここで、本実施の形態においてテクスチャ（ヘリングボーン溝）の加工を行ったレーザ加工について説明する。
本実施の形態では、すべり軸受の摺動面に対してヘリングボーン溝を付与（形成）するレーザ加工に用いるレーザとしては、超短パルスレーザを用いることが望ましい。

0074

パルスレーザによる加工では，パルス幅が加工状態に大きく影響する。一般的には，パルス幅によりナノ秒（ｎａｎｏ）レーザ，ピコ（ｐｉｃｏ）秒レーザ，フェムト（ｆｅｍｔｏ：ｆｍ）秒レーザに分けられる。

0075

パルス幅は同一エネルギであれば、短パルスほどエネルギ密度が高いこと、パルス幅が短いほど照射エネルギが照射部に伝わらないことから、パルス幅が長いほど熱影響が多くなり溶融・蒸発の加工に、短いほど溶融過程を経過せずに直接原子化される（アブレーション）加工となるため、バリ等の生じない精度の高い加工が可能である。
また，装置価格もナノ（ｎａｎｏ）秒レーザ，ピコ（ｐｉｃｏ）秒レーザ，フェムト（ｆｅｍｔｏ：ｆｍ）秒レーザの順に高額となる。

0076

超短パルスレーザによる材料加工は、光が化学結合の電子系（電子による結合）を励起し、該結合を切断することにより溶融過程を経ずに、直接に原子化・蒸発を行う（アブレーション「ａｂｌａｔｉｏｎ」：材料の表面が蒸発等によって剥ぎ取られる現象））とされ、溶融バリなどの発生が少なく、精細な加工（例えば、幅で１０μｍ程度、深さ３〜５μｍ程度）の高精度な微小（微細）溝や凹形状の加工に好適である。

0077

このため、本発明では、溶融バリ等の発生がなく、加工精度や仕上がり精度、コスト等を勘案して、ピコ（ｐｉｃｏ）秒レーザ以上の超短パルスレーザ（パルス幅をピコ秒以上に短いパルス幅まで短パルス化したレーザ）により、すべり軸受の摺動面に微細なテクスチャ（例えば、へリングボーン溝）を付与（形成）することが好ましい。

0078

より具体的には、すべり軸受の摺動面のテクスチャ（例えば、ヘリングボーン溝）の加工に使用するレーザとしては、例えば、パルス幅２０ｐｓ以下の超短パルスを出力可能なピコ秒レーザが好適であり、更にはパルス幅２０ｐｓ以下の短パルスと最大２５０μＪの高いパルスエネルギを両立できるピコ秒レーザが好ましい。かかる超短パルスレーザによる加工によれば、従来の加工用レーザのようにレーザ加工時の熱で軸受面が溶けてデブリ（溶融バリ等）となって摺動面を荒らすなど（摺動面に突起が生じるなど）といったおそれを招くことなく、非常に微細なテクスチャ（凹部、溝）を精密に形成することができる。

0079

本実施の形態においては、ピコ秒レーザとして、例えば、エッジウェーブ（edgewave）社製の短パルスレーザ「Ultra short pulse lasers PX-series」(スラブ型レーザＰＸ５０−２−ＧＭ)（仕様等についてはＵＲＬ：http://www.beams-inc.jp/edgewave_pico_pxqx.html or http://www.edge-wave.de/web/wp-content/uploads/2013/03/PX.pdf 参照）を用いて微小なスリット（溝）を形成した。
但し、これに限らず、他のレーザ加工装置を用いることは可能である。

0080

なお、超短パルスレーザに限らず、条件によっては、すべり軸受の摺動面のテクスチャ（例えば、ヘリングボーン溝）を形成するレーザ加工に用いるレーザとして、高密度連続波（ＣＷ）を採用することなども可能である。高密度連続波（ＣＷ）は、溶接、溶断など熱的に材料を溶融させて加工を施す方法であり、パルスレーザは光エネルギを圧縮化（パルス化）して加工を行う方法であり、これらは公知である。

0081

なお、かかる超短パルスレーザによる加工の際に溶融バリや再付着原子等が生じる場合には、これらの除去ならびにテクスチャ（ヘリングボーン溝）の入口部（摺動面と交差する角部）の周辺部の丸め（Ｒ取り、図３参照）を、ＷＰＣ処理或いは三次元形状を研磨することができる三次元研磨（３Ｄラッピング「登録商標」）により実現することができる。

0082

ＷＰＣ処理とは、「微粒子ピーニング」、「精密ショットピーニング」、「ＦＰＢ（Ｆｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｏｍｂａｒｄｉｎｇ）」などと称される表面処理で、金属製品の表面に、目的に応じた材質の微粒子を圧縮性の気体に混合して高速衝突させる表面改質処理である。かかるＷＰＣ処理により、溶融バリや再付着原子等を除去することができる。

0083

また、三次元研磨（３Ｄラッピング）処理について、以下に説明する。
（１）研磨砥粒：微小粒径（例えば粒径５μｍ以下）のダイヤモンドその他の研磨剤（炭化ケイ素、コランダム：アルミナなど）を単独もしくは樹脂等に担持させて研磨に用いる。
（２）複雑形状部材の研磨のために、上記の研磨砥粒を、部材に投射(投射処理) 或いはバレル容器内で部材と共に運動させる(バレル処理)。
（３）投射処理
以下の２通りが想定される。
（ａ）研磨砥粒を空気あるいは各種気体と混合し、ノズルから圧送し、被加工部材に投射する。
（ｂ）研磨砥粒を回転羽根等により機械的に速度を付加し，被加工部材に投射する。
（４）バレル処理
通常のバレル処理と同様（研磨砥粒を、バレル容器内で部材と共に運動させる）

0084

なお、３Ｄラッピングの具体的な例として、不二製作所のシリウス加工（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｕｊｉｍｆｇ．ｃｏ．ｊｐ／ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｉｒｉｕｓ．ｈｔｍ）、噴射式ラップマシン「ＳＭＡＰ」東洋研磨材工業株式会社製（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｙｏ−ｋｅｎｍａｚａｉ−ｋｏｇｙｏ．ｊｐ／ｓｍａｐ．ｈｔｍｌ）などを利用することができる。
かかる３Ｄラッピング（砥粒研磨）を用いることにより、比較的容易にかつ精度良く溶融バリ、再付着原子の除去ならびに溝入口周辺部の丸めを行うことなどが可能である。

0085

なお、本実施の形態では、クランクシャフトのジャーナル部におけるすべり軸受を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、潤滑油が介在するすべり軸受（例えば、カムシャフトのジャーナル部のすべり軸受、スラスト軸受、ターボチャージャ用軸受等）であれば適用可能である。

0086

また、本実施の形態では、すべり軸受側に微細なテクスチャ（例えばヘリングボーン溝等）を付与する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、回転軸側に微細なテクスチャ（例えばヘリングボーン溝等）を付与（形成）する場合にも適用可能である。

0087

また、本実施の形態では、微細なテクスチャ（例えば、へリングボーン溝等）を付与する加工方法として超短パルスレーザ加工を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、他の加工方法（例えば、機械加工（切削等）、放電加工、エッチング、その他の加工方法）による場合にも適用可能である。

0088

本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。

0089

１すべり軸受
２摺動面
２Ａオイル溝
３微細なテクスチャ（Ｖ字状溝、ヘリングボーン溝）