潤滑装置
【課題】エンジンなどの作動機械に適用される潤滑装置の、種々の部材間の摺動箇所での摺動をより安定的に改善する。
【解決手段】潤滑油に加えられた粒子状物質Ｓと、潤滑油を供給可能な摺動面５５に区画形成された溝５６であって、該粒子状物質Ｓの一部の外形よりも大きな幅を有し、該粒子状物質Ｓの外形よりも深い深さ、あるいは浅い深さを有する粒子状物質Ｓを保持可能な溝５６とを備える。粒子状物質Ｓの表面部はポーラス状であるとよい。
【解決手段】潤滑油に加えられた粒子状物質Ｓと、潤滑油を供給可能な摺動面５５に区画形成された溝５６であって、該粒子状物質Ｓの一部の外形よりも大きな幅を有し、該粒子状物質Ｓの外形よりも深い深さ、あるいは浅い深さを有する粒子状物質Ｓを保持可能な溝５６とを備える。粒子状物質Ｓの表面部はポーラス状であるとよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンなどの作動機械に適用される潤滑装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関などの作動機械では、例えば、潤滑油を用いることで、種々の部材間の摺動箇所のすべり状態を良好に保つようにしている。そして、特に、内燃機関では、近年の高性能化、高出力化等の要請に伴い、種々の部材間の摺動環境をより良好に保つことが求められている。
【０００３】
特許文献１は、エンジンオイルに、０．１ミクロンから３０ミクロンまでの溶解しない、しかも耐熱性のある球形または球に近い物質を添加することで、エンジンのピストンとシリンダとの間にベアリング効果を持たせることを開示する。
【０００４】
また、特許文献２は、摩擦係数を低減するように、ａ）潤滑性有機物、ｂ）無機粒子、およびｃ）ケイ素化合物または有機金属化合物を含む潤滑剤組成物を用いることを開示する。そして、特許文献２の記載によれば、例えば、無機粒子は金属ケイ素と酸素とを反応させて得られる真球状シリカ粒子であることが好ましく、また、その無機粒子の粒径は０．０１〜３μｍが好ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２０７９１号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５３０５号公報
【特許文献３】特開２００５−８９２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、種々の部材間の摺動箇所の油膜の厚さは、作動機械の状態によって変化する。そして、油膜の厚さが所定厚さよりも薄い場合、上記球形物質や粒子をそのような箇所に安定して供給することは難しい。したがって、潤滑油に、上記球形物質や粒子を添加することで、その潤滑性能を向上させることには限界がある。
【０００７】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、種々の部材間の摺動箇所での摺動をより安定的に改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る潤滑装置は、潤滑油に加えられた粒子状物質と、潤滑油を供給可能な摺動面に区画形成された溝であって、粒子状物質を保持可能に該粒子状物質の一部の外形よりも大きな溝とを備えることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、粒子状物質の表面部はポーラス状である。
【００１０】
なお、溝は、粒子状物質の径よりも浅い深さ、および粒子状物質の径よりも大きな幅を有することができ、または、粒子状物質の径よりも深い深さ、および粒子状物質の径よりも大きな幅を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関に適用された、本発明に係る第１実施形態の潤滑装置を説明するための図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の潤滑装置が適用された内燃機関の、シリンダブロックおよびクランクケース周囲の概念的な断面図である。
【図３】図２の、ピストンとシリンダとの間の摺動箇所の一部の断面模式図である。
【図４】ブロックオンリング摩擦試験機の概念図である。
【図５】一例としての実験結果を示すグラフである。
【図６】本発明に係る第２実施形態の潤滑装置が適用された内燃機関の、ピストンとシリンダとの間の摺動部位の一部の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態が添付図面に基づいて説明される。まず、第１実施形態が説明される。
【００１３】
本発明に係る第１実施形態の潤滑装置１０は、内燃機関に適用されている。図示しないが、内燃機関では、既知の如く、吸気系から導かれた空気と、燃料噴射弁から噴射された燃料との混合気を燃焼室で燃焼させて、シリンダ内でピストンを往復動させて、クランクシャフトを回転させる。そして、燃焼室での混合気の燃焼により生じた排気ガスは、図示しない排気系を介して排出される。
【００１４】
ここで、図１に、内燃機関に適用された潤滑装置１０における潤滑油（オイル）の主な流れを概念的に示す。内燃機関の種々の部材間の摺動箇所での摩擦や磨耗を減らすため、内燃機関はその潤滑装置１０を備えている。潤滑装置１０は、それら摺動箇所にオイルを給油するように構成されている。内燃機関の潤滑装置１０は、オイルストレーナ１４、オイルポンプ１６、およびオイルフィルター１８を有する。オイルパン２０に貯留されるオイル中にはオイルストレーナ１４が配置され、オイルストレーナ１４にはオイルポンプ１６が接続されている。そして、オイルパン２０に貯留されたオイルからオイルストレーナ１４で比較的大きな異物が除去され、それが除去されたオイルがオイルポンプ１６で吸い上げられて、オイルポンプ１６からオイルフィルター１８に圧送される。そしてオイルフィルター１８で比較的小さな異物が除去された後に、メインオイルホール２２を介して、内燃機関１２の内部の各軸受部や摺動部である摺動箇所にオイルが分配されて、それらの潤滑や冷却が図られる。
【００１５】
例えば、シリンダヘッド２４に導かれたオイルは、チェーンテンショナプランジャ２５やカムシャフトジャーナル２６に供給される。また、オイルジェット２８を介して、チェーン３０に、オイルは供給される。また、クランクシャフトジャーナル３２にオイルが供給され、さらにクランクピン３４や、オイルジェット３６を介してピストン３８にオイルは供給される。そして、内燃機関１２の各軸受部や摺動部に供給されたオイルは、自然落下等により、オイルパン２０に戻る。例えば、シリンダヘッド２４に圧送されたオイルは、シリンダヘッド２４に設定したオイル戻し孔やチェーンカバー内を通り、オイルパン２０に戻される。なお、このようなオイルの流れは、一例に過ぎない。本発明に係る潤滑装置では、種々のオイルの流れが許容され、そのために、種々の構成が有され得る。
【００１６】
ここでは、図２に模式的に示すように、コンロッド４０の大端部４２に、オイルジェット３６としてのオイルジェット孔４４が設けられている。オイルジェット３６はシリンダ４６内にオイル４８を噴射することができる。これにより、ピストン３８の裏面側（燃焼室に面するピストン３６の頂面とは反対側）にオイル４８が供給される。ピストン３８の裏面側に供給されたオイルは、シリンダブロック５０のシリンダ４６の内壁面（シリンダボア壁あるいはシリンダライナ）５２に至り、シリンダ４６内でのピストン３８の往復動によってシリンダ４６の内壁面５２とピストン３８との間に導かれて（供給されて）、それらの間で潤滑および冷却効果を発揮する。なお、オイルジェット３６は、シリンダブロック５０に設けられてもよい。
【００１７】
図３に、図２の円Ｃで囲んだ領域の、シリンダ４６の内壁面５２とピストン３８のスカート部５４との接触部位（摺動箇所）の拡大断面模式図を示す。ピストン３８のスカート部５４の外面５５には、複数の溝５６が設けられている。この溝５６は、機械加工で形成されることができる。例えば、溝５６は、レーザー加工により形成される。
【００１８】
ところで、潤滑装置１０で用いられるオイルには、粒子状物質Ｓが複数個、加えられている。粒子状物質Ｓのオイルへの添加（混入）は、潤滑装置１０へオイルが入れられる前あるいは後に行われてもよく、または潤滑装置１０へのオイルの注入と同時に行われてもよい。ここでは、粒子状物質Ｓは、潤滑装置１０へのオイルの注入と同時期に、潤滑装置１０に入れられることで、オイルに添加されている。
【００１９】
粒子状物質Ｓは、ここでは、メソサイズの細孔（メソ孔）を複数有する球状のシリカ（シリカ）である。このようなメソ孔を有する球状のシリカは、例えば、特許文献３に示されている。このメソ孔を有する球状のシリカは、粒子同士が凝集していないすなわち単分散状態にある。また、そしてこのようなシリカである、本第１実施形態での粒子状物質Ｓは、その全体積の４０〜６０％が中空空間となる程度の数および大きさのメソ孔を有しているので、全体的にポーラス状である。したがって、このようなメソ孔を有する球状のシリカは、単分散球状メソポーラスシリカ（Monodispersed Mesoporous Silica Spheres:MMSS）と称され得る。しかし、粒子状物質Ｓは、その一部分、特にその表面部がポーラス状であれば、部分的にポーラス状であってもよい。なお、粒子状物質Ｓは、このようなメソ孔を有する球状のシリカに限定されず、他のシリカ粒子などの他の粒子状物質であり得、オイルに対して化学的および熱的に安定であり、物理的強度に優れるとよい。
【００２０】
複数の粒子状物質Ｓの各々は、概ね球状である。そして、それら粒子状物質間の粒径のバラツキは最小限とされ、それらの平均粒径は約６００ｎｍである。好ましくは、複数の粒子状物質Ｓの平均粒径は、６００ｎｍ以上、３０００ｎｍ以下である。ただし、用いられる粒子状物質Ｓのうちで最小のものでも、４００ｎｍよりも大きな径を有するとよい。これは、複数の粒子状物質Ｓの凝集を抑制するためである。なお、「球状」とは、真の球体に限定されるものではなく、それには最小直径が最大直径の８０％以上である略球体も含まれる。ただし、本第１実施形態の粒子状物質としては球状でない粒子状物質は用いられないが、本発明では、球状でない例えば多面体の粒子状物質が粒子状物質として用いられることもできる。
【００２１】
このような粒子状物質Ｓは上記の如くポーラス状であるので、粒子状物質Ｓの孔にオイルを保持することが可能である。したがって、周囲にオイルが豊富にあるとき、各粒子状物質Ｓは、内部にオイルを吸収保持する、オイル吸収材として働くことができる。これに対して、周囲にオイルがないあるいは乏しいとき、各粒子状物質Ｓは、オイルを周囲に供給するオイル供給源として働くことができる。また、シリカは、硬く、耐熱性に優れ、また、オイルに対して化学的に安定である。したがって、粒子状物質Ｓとしてのシリカは、内燃機関の種々の部位にオイルと共に供給されても、オイルの種々の機能を妨げることはない。
【００２２】
上記したように図３のピストン３８のスカート部５４の外面５５には複数の溝５６が設けられている。それらの溝５６の各々は、粒子状物質Ｓを保持できるように粒子状物質Ｓの一部の外形よりも大きな溝である。つまり、溝５６の各々は、粒子状物質Ｓの一部の外形よりも大きな開口部を有して形成されている。具体的には、溝５６の各々は、粒子状物質Ｓの径よりも浅い深さＤ、および粒子状物質Ｓの径よりも大きな幅（開口部最小幅）Ｗを有するように設計されている。したがって、上記のようにしてオイルがピストン３８とシリンダ４６との間に供給されることで、それらの間に粒子状物質Ｓが供給されると、幾つかの粒子状物質Ｓはその溝５６に入り込むことができる。ただし、深さＤは、粒子状物質Ｓの径の半分よりも長い。しかし、溝５６の各々は粒子状物質Ｓの径よりも浅い深さを有するので、溝５６内の粒子状物質Ｓの一部は、溝５６の外部に突出する。したがって、シリンダ４６の内壁面５２とピストン３８のスカート部５４との摺動箇所では、溝５６に粒子状物質Ｓがあるとき、粒子状物質Ｓがそれらの間に介在して動くことができる。すなわち、粒子状物質Ｓ自体が回転することで、粒子状物質Ｓは、ベアリング効果を発揮し、潤滑剤として機能する。なお、ピストン３８は、図３に白抜き矢印で示すようにシリンダ４６に対してシリンダ４６内で往復動するので、溝５６の粒子状物質Ｓの回転方向はピストン３８の動きに応じて変化する。
【００２３】
そして、このように溝５６に入り込むことができる粒子状物質Ｓは、ピストン３８の往復動に起因して、溝５６から外れてオイルと共に、あるいは、順次供給されるオイルに流されて、オイル同様、オイルパン２０に戻ることができる。したがって、粒子状物質Ｓは、オイルと同様に、内燃機関内を循環でき、また、溝５６に留まることができる。なお、粒子状物質Ｓは、オイルストレーナ１４やオイルフィルター１８を通過することができる。
【００２４】
さらに、上記したように、粒子状物質Ｓは、オイルを吸収したり、オイルを放出して供給したりする機能を発揮することができる。それ故、溝５６に粒子状物質Ｓが留まったり（保持されたり）、出入りしたりすることで、シリンダ４６の内壁面５２とピストン３８のスカート部５４との摺動箇所には、オイルがある状態が適度に好ましくは常に維持される。したがって、シリンダ４６の内壁面５２とピストン３８のスカート部５４との摺動部位の潤滑状態を良好に維持することができる。
【００２５】
このように、オイルを供給可能な摺動面（摺動する２つ以上の部材の表面）である外面５５に、オイルに加えられた粒子状物質Ｓを保持可能にその粒子状物質Ｓの大きさに基づいて区画形成された溝５６を設けることで、摺動面のすべり（摺動）を改善することができる。そして、さらに、粒子状物質Ｓをポーラス状としたことで、より安定的にオイルを摺動箇所に供給し続けることができるので、さらにそのすべりを改善することができる。
【００２６】
なお、そのような溝は、摺動面である、シリンダ４６の内壁面５２に形成されてもよい。また、ここでは、ピストン３８のスカート部５４とシリンダ４６の内壁面５２との摺動部位に関して説明したが、他の部位にも同様の溝が形成され、他の部位も粒子状物質によるすべり効果が発揮可能にされている。例えば、他の摺動箇所には、ピストン３８のピストンリング表面部、カムシャフトジャーナル、クランクシャフトジャーナルが含まれる。ただし、各摺動箇所において、溝は、少なくとも２つ以上の部材の摺動方向と交わる方向に形成されるとよい。例えば、溝は、少なくとも２つ以上の摺動部材の摺動方向に対して直交する方向にあるいは斜めの方向に延びるように形成され得る。なお、溝は、摺動部位にらせん状に形成されてもよく、例えば、溝５６はらせん状にピストン３８周囲に形成され得る。
【００２７】
ここで、上記のように、粒子状物質Ｓとして、メソ孔を有する球状のシリカをオイルに添加したことによる部材間のすべり状態の変化を実験により確かめたので、その結果を説明する。図４に概念的に示すブロックオンリング摩擦試験機６０を用いて、実験を行った。この試験機６０では、オイルとシリカとの混合油である試験油６２に略下半分が浸かったリング試験片６４を回転させた。そして、このリング試験片６２を、荷重Ｌがかかったブロック試験片６６に接触させて、ブロック試験片６６との間で摺動させた。そして、それらの間の摩擦を評価した。ただし、オイルとして動粘度４．２ｍｍ２／ｓのオイルを用い、オイルへ１重量％のシリカを含有させた。また、ブロック試験片６６として、表面粗さ０．１μｍＲｚＪＩＳのＳＣＭ浸炭鋼を用い、リング試験片６４として、表面粗さ０．５μｍＲｚＪＩＳの浸炭鋼を用いた。なお、試験油６２の温度を８０℃とした。
【００２８】
そして、シリカを添加していない試験油１と、平均粒径６１０ｎｍのシリカを添加した試験油２と、そして、平均粒径２７０ｎｍのシリカを添加した試験油３とをそれぞれ試験油６２として用いて実験を行った。それらの実験結果が、横軸にブロック試験片６６のすべり速度（ｍｍ／ｓ）をとり、縦軸にブロック試験片６６とリング試験片６４との間の摩擦係数（μ）をとった、図５のグラフに示されている。
【００２９】
図５から明らかなように、いずれのすべり速度でも，平均粒径６１０ｎｍのシリカを添加した試験油２を試験油６２として用いた場合の摩擦係数が、他の場合の摩擦係数よりも低かった。これは、１つには、上記の如く、シリカによりオイルが、継続してそれらの摺動部位である摺動面に供給されたからであると考えられる。また、もう１つには、平均粒径２７０ｎｍのシリカを添加した試験油２では、シリカの大きさが小さいので、シリカの凝集が一部で生じたためと考えられる。
【００３０】
この結果から、シリカの平均粒径は、シリカが凝集しない程度の大きさであるとよく、また、摺動箇所に適度のオイルを継続して供給できる大きさであるとよいことが理解できる。この点から、上記したように、複数の粒子状物質Ｓの平均粒径は、好ましくは、６００ｎｍ以上、３０００ｎｍ以下である。
【００３１】
次に、本発明に係る潤滑装置の第２実施形態が説明される。本第２実施形態では、溝の深さが粒子状物質の径よりも深い深さにされる。また、本第２実施形態では、異なる平均粒径を有する２種類の粒子状物質Ｓ１、Ｓ２がオイルに加えられる。これらの点以外、概ね、第２実施形態の潤滑装置は、上記第１実施形態の潤滑装置１０と同様の構成を有する。そこで、以下では、それら相違点に関して主として説明し、同じあるいは同様の構成には、上で用いたのと同じあるいは同様の符号を付して、それらの説明を省略する。なお、本第２実施形態にも、上記第１実施形態に関して説明された変形例は適用され得、また、上記第１実施形態と同様の効果を本第２実施形態も発揮することができる。
【００３２】
本第２実施形態では、図６に表されているように、上記粒子状物質Ｓと概ね同じ平均粒径を有する粒子状物質Ｓ１と、この粒子状物質Ｓ１の平均粒径よりも大きな平均粒径を有する粒子状物質Ｓ２とがオイルに混ぜられ、内燃機関内を循環することができる。そして、溝１５６は、それらのうちの径の大きな粒子状物質Ｓ２の径よりも深い深さ、および粒子状物質Ｓ２の径よりも大きな幅を有するように設計されている。したがって、溝１５６には、粒子状物質Ｓ１、Ｓ２の両方が入ることができる。
【００３３】
この溝１５６の大きさ、形状は、内燃機関の状態、例えば機関回転速度や機関負荷の変動により、摺動箇所の油膜の厚さが薄くなっても、摺動箇所に少なくとも粒子状物質Ｓ２を保持できるように、設計されるとよい。
【００３４】
なお、摺動面５５の溝１５６には２種類の粒子状物質が入ることができるが、図示しない他の複数の溝のうちの幾つかの溝は、粒子状物質Ｓ２のみが入るように区画形成されている。したがって、摺動部位の少なくとも２つの部材間の隙間に応じて溝を設計することができる。なお、オイルには、異なる平均粒径を有する３種類以上の粒子状物質が加えられてもよい。
【００３５】
以上、本発明を、上記２つの実施形態およびその変形例に基づいて説明した。しかし、本発明は、それら実施形態等に限定されず、他の実施形態を許容する。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 潤滑装置
１４ オイルストレーナ
１６ オイルポンプ
１８ オイルフィルター
２０ オイルパン
２２ メインオイルホール
２４ シリンダヘッド
２６ カムシャフトジャーナル
２８ オイルジェット
３０ チェーン
３２ クランクシャフトジャーナル
３４ クランクピン
３６ オイルジェット
３８ ピストン
４０ コンロッド
４２ 大端部
４４ オイルジェット孔
４８ オイル
５０ シリンダブロック
５２ 内壁面
５４ ピストン
５５ 外面
５６、１５６ 溝
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ 粒子状物質
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンなどの作動機械に適用される潤滑装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関などの作動機械では、例えば、潤滑油を用いることで、種々の部材間の摺動箇所のすべり状態を良好に保つようにしている。そして、特に、内燃機関では、近年の高性能化、高出力化等の要請に伴い、種々の部材間の摺動環境をより良好に保つことが求められている。
【０００３】
特許文献１は、エンジンオイルに、０．１ミクロンから３０ミクロンまでの溶解しない、しかも耐熱性のある球形または球に近い物質を添加することで、エンジンのピストンとシリンダとの間にベアリング効果を持たせることを開示する。
【０００４】
また、特許文献２は、摩擦係数を低減するように、ａ）潤滑性有機物、ｂ）無機粒子、およびｃ）ケイ素化合物または有機金属化合物を含む潤滑剤組成物を用いることを開示する。そして、特許文献２の記載によれば、例えば、無機粒子は金属ケイ素と酸素とを反応させて得られる真球状シリカ粒子であることが好ましく、また、その無機粒子の粒径は０．０１〜３μｍが好ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２０７９１号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５３０５号公報
【特許文献３】特開２００５−８９２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、種々の部材間の摺動箇所の油膜の厚さは、作動機械の状態によって変化する。そして、油膜の厚さが所定厚さよりも薄い場合、上記球形物質や粒子をそのような箇所に安定して供給することは難しい。したがって、潤滑油に、上記球形物質や粒子を添加することで、その潤滑性能を向上させることには限界がある。
【０００７】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、種々の部材間の摺動箇所での摺動をより安定的に改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る潤滑装置は、潤滑油に加えられた粒子状物質と、潤滑油を供給可能な摺動面に区画形成された溝であって、粒子状物質を保持可能に該粒子状物質の一部の外形よりも大きな溝とを備えることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、粒子状物質の表面部はポーラス状である。
【００１０】
なお、溝は、粒子状物質の径よりも浅い深さ、および粒子状物質の径よりも大きな幅を有することができ、または、粒子状物質の径よりも深い深さ、および粒子状物質の径よりも大きな幅を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関に適用された、本発明に係る第１実施形態の潤滑装置を説明するための図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の潤滑装置が適用された内燃機関の、シリンダブロックおよびクランクケース周囲の概念的な断面図である。
【図３】図２の、ピストンとシリンダとの間の摺動箇所の一部の断面模式図である。
【図４】ブロックオンリング摩擦試験機の概念図である。
【図５】一例としての実験結果を示すグラフである。
【図６】本発明に係る第２実施形態の潤滑装置が適用された内燃機関の、ピストンとシリンダとの間の摺動部位の一部の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態が添付図面に基づいて説明される。まず、第１実施形態が説明される。
【００１３】
本発明に係る第１実施形態の潤滑装置１０は、内燃機関に適用されている。図示しないが、内燃機関では、既知の如く、吸気系から導かれた空気と、燃料噴射弁から噴射された燃料との混合気を燃焼室で燃焼させて、シリンダ内でピストンを往復動させて、クランクシャフトを回転させる。そして、燃焼室での混合気の燃焼により生じた排気ガスは、図示しない排気系を介して排出される。
【００１４】
ここで、図１に、内燃機関に適用された潤滑装置１０における潤滑油（オイル）の主な流れを概念的に示す。内燃機関の種々の部材間の摺動箇所での摩擦や磨耗を減らすため、内燃機関はその潤滑装置１０を備えている。潤滑装置１０は、それら摺動箇所にオイルを給油するように構成されている。内燃機関の潤滑装置１０は、オイルストレーナ１４、オイルポンプ１６、およびオイルフィルター１８を有する。オイルパン２０に貯留されるオイル中にはオイルストレーナ１４が配置され、オイルストレーナ１４にはオイルポンプ１６が接続されている。そして、オイルパン２０に貯留されたオイルからオイルストレーナ１４で比較的大きな異物が除去され、それが除去されたオイルがオイルポンプ１６で吸い上げられて、オイルポンプ１６からオイルフィルター１８に圧送される。そしてオイルフィルター１８で比較的小さな異物が除去された後に、メインオイルホール２２を介して、内燃機関１２の内部の各軸受部や摺動部である摺動箇所にオイルが分配されて、それらの潤滑や冷却が図られる。
【００１５】
例えば、シリンダヘッド２４に導かれたオイルは、チェーンテンショナプランジャ２５やカムシャフトジャーナル２６に供給される。また、オイルジェット２８を介して、チェーン３０に、オイルは供給される。また、クランクシャフトジャーナル３２にオイルが供給され、さらにクランクピン３４や、オイルジェット３６を介してピストン３８にオイルは供給される。そして、内燃機関１２の各軸受部や摺動部に供給されたオイルは、自然落下等により、オイルパン２０に戻る。例えば、シリンダヘッド２４に圧送されたオイルは、シリンダヘッド２４に設定したオイル戻し孔やチェーンカバー内を通り、オイルパン２０に戻される。なお、このようなオイルの流れは、一例に過ぎない。本発明に係る潤滑装置では、種々のオイルの流れが許容され、そのために、種々の構成が有され得る。
【００１６】
ここでは、図２に模式的に示すように、コンロッド４０の大端部４２に、オイルジェット３６としてのオイルジェット孔４４が設けられている。オイルジェット３６はシリンダ４６内にオイル４８を噴射することができる。これにより、ピストン３８の裏面側（燃焼室に面するピストン３６の頂面とは反対側）にオイル４８が供給される。ピストン３８の裏面側に供給されたオイルは、シリンダブロック５０のシリンダ４６の内壁面（シリンダボア壁あるいはシリンダライナ）５２に至り、シリンダ４６内でのピストン３８の往復動によってシリンダ４６の内壁面５２とピストン３８との間に導かれて（供給されて）、それらの間で潤滑および冷却効果を発揮する。なお、オイルジェット３６は、シリンダブロック５０に設けられてもよい。
【００１７】
図３に、図２の円Ｃで囲んだ領域の、シリンダ４６の内壁面５２とピストン３８のスカート部５４との接触部位（摺動箇所）の拡大断面模式図を示す。ピストン３８のスカート部５４の外面５５には、複数の溝５６が設けられている。この溝５６は、機械加工で形成されることができる。例えば、溝５６は、レーザー加工により形成される。
【００１８】
ところで、潤滑装置１０で用いられるオイルには、粒子状物質Ｓが複数個、加えられている。粒子状物質Ｓのオイルへの添加（混入）は、潤滑装置１０へオイルが入れられる前あるいは後に行われてもよく、または潤滑装置１０へのオイルの注入と同時に行われてもよい。ここでは、粒子状物質Ｓは、潤滑装置１０へのオイルの注入と同時期に、潤滑装置１０に入れられることで、オイルに添加されている。
【００１９】
粒子状物質Ｓは、ここでは、メソサイズの細孔（メソ孔）を複数有する球状のシリカ（シリカ）である。このようなメソ孔を有する球状のシリカは、例えば、特許文献３に示されている。このメソ孔を有する球状のシリカは、粒子同士が凝集していないすなわち単分散状態にある。また、そしてこのようなシリカである、本第１実施形態での粒子状物質Ｓは、その全体積の４０〜６０％が中空空間となる程度の数および大きさのメソ孔を有しているので、全体的にポーラス状である。したがって、このようなメソ孔を有する球状のシリカは、単分散球状メソポーラスシリカ（Monodispersed Mesoporous Silica Spheres:MMSS）と称され得る。しかし、粒子状物質Ｓは、その一部分、特にその表面部がポーラス状であれば、部分的にポーラス状であってもよい。なお、粒子状物質Ｓは、このようなメソ孔を有する球状のシリカに限定されず、他のシリカ粒子などの他の粒子状物質であり得、オイルに対して化学的および熱的に安定であり、物理的強度に優れるとよい。
【００２０】
複数の粒子状物質Ｓの各々は、概ね球状である。そして、それら粒子状物質間の粒径のバラツキは最小限とされ、それらの平均粒径は約６００ｎｍである。好ましくは、複数の粒子状物質Ｓの平均粒径は、６００ｎｍ以上、３０００ｎｍ以下である。ただし、用いられる粒子状物質Ｓのうちで最小のものでも、４００ｎｍよりも大きな径を有するとよい。これは、複数の粒子状物質Ｓの凝集を抑制するためである。なお、「球状」とは、真の球体に限定されるものではなく、それには最小直径が最大直径の８０％以上である略球体も含まれる。ただし、本第１実施形態の粒子状物質としては球状でない粒子状物質は用いられないが、本発明では、球状でない例えば多面体の粒子状物質が粒子状物質として用いられることもできる。
【００２１】
このような粒子状物質Ｓは上記の如くポーラス状であるので、粒子状物質Ｓの孔にオイルを保持することが可能である。したがって、周囲にオイルが豊富にあるとき、各粒子状物質Ｓは、内部にオイルを吸収保持する、オイル吸収材として働くことができる。これに対して、周囲にオイルがないあるいは乏しいとき、各粒子状物質Ｓは、オイルを周囲に供給するオイル供給源として働くことができる。また、シリカは、硬く、耐熱性に優れ、また、オイルに対して化学的に安定である。したがって、粒子状物質Ｓとしてのシリカは、内燃機関の種々の部位にオイルと共に供給されても、オイルの種々の機能を妨げることはない。
【００２２】
上記したように図３のピストン３８のスカート部５４の外面５５には複数の溝５６が設けられている。それらの溝５６の各々は、粒子状物質Ｓを保持できるように粒子状物質Ｓの一部の外形よりも大きな溝である。つまり、溝５６の各々は、粒子状物質Ｓの一部の外形よりも大きな開口部を有して形成されている。具体的には、溝５６の各々は、粒子状物質Ｓの径よりも浅い深さＤ、および粒子状物質Ｓの径よりも大きな幅（開口部最小幅）Ｗを有するように設計されている。したがって、上記のようにしてオイルがピストン３８とシリンダ４６との間に供給されることで、それらの間に粒子状物質Ｓが供給されると、幾つかの粒子状物質Ｓはその溝５６に入り込むことができる。ただし、深さＤは、粒子状物質Ｓの径の半分よりも長い。しかし、溝５６の各々は粒子状物質Ｓの径よりも浅い深さを有するので、溝５６内の粒子状物質Ｓの一部は、溝５６の外部に突出する。したがって、シリンダ４６の内壁面５２とピストン３８のスカート部５４との摺動箇所では、溝５６に粒子状物質Ｓがあるとき、粒子状物質Ｓがそれらの間に介在して動くことができる。すなわち、粒子状物質Ｓ自体が回転することで、粒子状物質Ｓは、ベアリング効果を発揮し、潤滑剤として機能する。なお、ピストン３８は、図３に白抜き矢印で示すようにシリンダ４６に対してシリンダ４６内で往復動するので、溝５６の粒子状物質Ｓの回転方向はピストン３８の動きに応じて変化する。
【００２３】
そして、このように溝５６に入り込むことができる粒子状物質Ｓは、ピストン３８の往復動に起因して、溝５６から外れてオイルと共に、あるいは、順次供給されるオイルに流されて、オイル同様、オイルパン２０に戻ることができる。したがって、粒子状物質Ｓは、オイルと同様に、内燃機関内を循環でき、また、溝５６に留まることができる。なお、粒子状物質Ｓは、オイルストレーナ１４やオイルフィルター１８を通過することができる。
【００２４】
さらに、上記したように、粒子状物質Ｓは、オイルを吸収したり、オイルを放出して供給したりする機能を発揮することができる。それ故、溝５６に粒子状物質Ｓが留まったり（保持されたり）、出入りしたりすることで、シリンダ４６の内壁面５２とピストン３８のスカート部５４との摺動箇所には、オイルがある状態が適度に好ましくは常に維持される。したがって、シリンダ４６の内壁面５２とピストン３８のスカート部５４との摺動部位の潤滑状態を良好に維持することができる。
【００２５】
このように、オイルを供給可能な摺動面（摺動する２つ以上の部材の表面）である外面５５に、オイルに加えられた粒子状物質Ｓを保持可能にその粒子状物質Ｓの大きさに基づいて区画形成された溝５６を設けることで、摺動面のすべり（摺動）を改善することができる。そして、さらに、粒子状物質Ｓをポーラス状としたことで、より安定的にオイルを摺動箇所に供給し続けることができるので、さらにそのすべりを改善することができる。
【００２６】
なお、そのような溝は、摺動面である、シリンダ４６の内壁面５２に形成されてもよい。また、ここでは、ピストン３８のスカート部５４とシリンダ４６の内壁面５２との摺動部位に関して説明したが、他の部位にも同様の溝が形成され、他の部位も粒子状物質によるすべり効果が発揮可能にされている。例えば、他の摺動箇所には、ピストン３８のピストンリング表面部、カムシャフトジャーナル、クランクシャフトジャーナルが含まれる。ただし、各摺動箇所において、溝は、少なくとも２つ以上の部材の摺動方向と交わる方向に形成されるとよい。例えば、溝は、少なくとも２つ以上の摺動部材の摺動方向に対して直交する方向にあるいは斜めの方向に延びるように形成され得る。なお、溝は、摺動部位にらせん状に形成されてもよく、例えば、溝５６はらせん状にピストン３８周囲に形成され得る。
【００２７】
ここで、上記のように、粒子状物質Ｓとして、メソ孔を有する球状のシリカをオイルに添加したことによる部材間のすべり状態の変化を実験により確かめたので、その結果を説明する。図４に概念的に示すブロックオンリング摩擦試験機６０を用いて、実験を行った。この試験機６０では、オイルとシリカとの混合油である試験油６２に略下半分が浸かったリング試験片６４を回転させた。そして、このリング試験片６２を、荷重Ｌがかかったブロック試験片６６に接触させて、ブロック試験片６６との間で摺動させた。そして、それらの間の摩擦を評価した。ただし、オイルとして動粘度４．２ｍｍ２／ｓのオイルを用い、オイルへ１重量％のシリカを含有させた。また、ブロック試験片６６として、表面粗さ０．１μｍＲｚＪＩＳのＳＣＭ浸炭鋼を用い、リング試験片６４として、表面粗さ０．５μｍＲｚＪＩＳの浸炭鋼を用いた。なお、試験油６２の温度を８０℃とした。
【００２８】
そして、シリカを添加していない試験油１と、平均粒径６１０ｎｍのシリカを添加した試験油２と、そして、平均粒径２７０ｎｍのシリカを添加した試験油３とをそれぞれ試験油６２として用いて実験を行った。それらの実験結果が、横軸にブロック試験片６６のすべり速度（ｍｍ／ｓ）をとり、縦軸にブロック試験片６６とリング試験片６４との間の摩擦係数（μ）をとった、図５のグラフに示されている。
【００２９】
図５から明らかなように、いずれのすべり速度でも，平均粒径６１０ｎｍのシリカを添加した試験油２を試験油６２として用いた場合の摩擦係数が、他の場合の摩擦係数よりも低かった。これは、１つには、上記の如く、シリカによりオイルが、継続してそれらの摺動部位である摺動面に供給されたからであると考えられる。また、もう１つには、平均粒径２７０ｎｍのシリカを添加した試験油２では、シリカの大きさが小さいので、シリカの凝集が一部で生じたためと考えられる。
【００３０】
この結果から、シリカの平均粒径は、シリカが凝集しない程度の大きさであるとよく、また、摺動箇所に適度のオイルを継続して供給できる大きさであるとよいことが理解できる。この点から、上記したように、複数の粒子状物質Ｓの平均粒径は、好ましくは、６００ｎｍ以上、３０００ｎｍ以下である。
【００３１】
次に、本発明に係る潤滑装置の第２実施形態が説明される。本第２実施形態では、溝の深さが粒子状物質の径よりも深い深さにされる。また、本第２実施形態では、異なる平均粒径を有する２種類の粒子状物質Ｓ１、Ｓ２がオイルに加えられる。これらの点以外、概ね、第２実施形態の潤滑装置は、上記第１実施形態の潤滑装置１０と同様の構成を有する。そこで、以下では、それら相違点に関して主として説明し、同じあるいは同様の構成には、上で用いたのと同じあるいは同様の符号を付して、それらの説明を省略する。なお、本第２実施形態にも、上記第１実施形態に関して説明された変形例は適用され得、また、上記第１実施形態と同様の効果を本第２実施形態も発揮することができる。
【００３２】
本第２実施形態では、図６に表されているように、上記粒子状物質Ｓと概ね同じ平均粒径を有する粒子状物質Ｓ１と、この粒子状物質Ｓ１の平均粒径よりも大きな平均粒径を有する粒子状物質Ｓ２とがオイルに混ぜられ、内燃機関内を循環することができる。そして、溝１５６は、それらのうちの径の大きな粒子状物質Ｓ２の径よりも深い深さ、および粒子状物質Ｓ２の径よりも大きな幅を有するように設計されている。したがって、溝１５６には、粒子状物質Ｓ１、Ｓ２の両方が入ることができる。
【００３３】
この溝１５６の大きさ、形状は、内燃機関の状態、例えば機関回転速度や機関負荷の変動により、摺動箇所の油膜の厚さが薄くなっても、摺動箇所に少なくとも粒子状物質Ｓ２を保持できるように、設計されるとよい。
【００３４】
なお、摺動面５５の溝１５６には２種類の粒子状物質が入ることができるが、図示しない他の複数の溝のうちの幾つかの溝は、粒子状物質Ｓ２のみが入るように区画形成されている。したがって、摺動部位の少なくとも２つの部材間の隙間に応じて溝を設計することができる。なお、オイルには、異なる平均粒径を有する３種類以上の粒子状物質が加えられてもよい。
【００３５】
以上、本発明を、上記２つの実施形態およびその変形例に基づいて説明した。しかし、本発明は、それら実施形態等に限定されず、他の実施形態を許容する。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 潤滑装置
１４ オイルストレーナ
１６ オイルポンプ
１８ オイルフィルター
２０ オイルパン
２２ メインオイルホール
２４ シリンダヘッド
２６ カムシャフトジャーナル
２８ オイルジェット
３０ チェーン
３２ クランクシャフトジャーナル
３４ クランクピン
３６ オイルジェット
３８ ピストン
４０ コンロッド
４２ 大端部
４４ オイルジェット孔
４８ オイル
５０ シリンダブロック
５２ 内壁面
５４ ピストン
５５ 外面
５６、１５６ 溝
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ 粒子状物質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油に加えられた粒子状物質と、
前記潤滑油を供給可能な摺動面に区画形成された溝であって、前記粒子状物質を保持可能に該粒子状物質の一部の外形よりも大きな溝と
を備えることを特徴とする潤滑装置。
【請求項２】
前記粒子状物質の表面部はポーラス状であることを特徴とする請求項１に記載の潤滑装置。
【請求項３】
前記溝は、前記粒子状物質の径よりも浅い深さ、および前記粒子状物質の径よりも大きな幅を有することを特徴とする請求項１または２に記載の潤滑装置。
【請求項４】
前記溝は、前記粒子状物質の径よりも深い深さ、および前記粒子状物質の径よりも大きな幅を有することを特徴とする請求項１または２に記載の潤滑装置。
【請求項１】
潤滑油に加えられた粒子状物質と、
前記潤滑油を供給可能な摺動面に区画形成された溝であって、前記粒子状物質を保持可能に該粒子状物質の一部の外形よりも大きな溝と
を備えることを特徴とする潤滑装置。
【請求項２】
前記粒子状物質の表面部はポーラス状であることを特徴とする請求項１に記載の潤滑装置。
【請求項３】
前記溝は、前記粒子状物質の径よりも浅い深さ、および前記粒子状物質の径よりも大きな幅を有することを特徴とする請求項１または２に記載の潤滑装置。
【請求項４】
前記溝は、前記粒子状物質の径よりも深い深さ、および前記粒子状物質の径よりも大きな幅を有することを特徴とする請求項１または２に記載の潤滑装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２８１２７８（Ｐ２０１０−２８１２７８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３６０８２（Ｐ２００９−１３６０８２）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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