プラトー構造面を容易に成形できる工具 スパロールMAC/ディンプル成形ツール

摺動性とは…部品の表面が滑らかで部品同士の摩擦が少なく、接触部分・可動部分がなめらかに動く様子を指します。

部品の表面が滑らかであるほど、摺動性に優れていると一般的には言われますが、どんなに高精度に仕上げ加工をしても金属表面には、「表面粗さ」という幾何学的な微細凹凸が存在します。

微細凹凸は、接触面に油膜を介在させても、凸の先端が接触しあうことで摩耗が進み、この時に生じる摩耗粉は接触面の摩耗を更に促進させます。この状態は摩擦が多い状態です。

つまり、摺動性に優れた面とは、表面が滑らかなだけではなく、接触面に凸がなく、かつ、発生した摩耗粉をためるオイルポット（谷形状）がある面をいいます。摺動性に優れる面は、摩耗粉による摩耗促進の抑制にも効果的です。

このように凸がなく、凹部分のみが残った面のことを「プラトー構造表面」といいます。凸がなくなることで金属同士の接触を減らし、残った谷部分が油の保持、摩耗粉をためることで、摩擦、摩耗を低減させることが可能です。

「スパロールMAC」は内蔵されたスプリングにより加工面にローラを圧しつける力を一定圧とすることで前加工の山のみを押し均し、谷形状を残す加工ができるため、容易に安定したプラトー構造面を成形できます。
専用設備は不要です。旋盤、M/C、ボール盤など、既存設備で加工できます。

摺動抵抗の原因となる突出山部
Rpk 3.208μm → Rpk ​0.050μm

油溜りとなる突出谷部
Rvk 1.311μm → Rvk ​1.295μm

前加工の山谷形状の凸形状のみローラで押しつぶして谷形状のみ残し加工します。

ツール径は設定径から最大0.2mmの範囲で縮小方向に追従します。

ツールに所定の回転と送りを与えることで、内臓のボールが規則的に飛び出し、加工面に数μｍの深さの窪みを規則的に高速で加工できます。​

「​ディンプルツールによる摺動性評価データ」を得るために、次のような試験を行いました。

摩擦ブロックと摩擦プレートの接触面に3パターンの加工を行い、特殊な試験装置で摩擦係数の測定を実施。

摩擦抵抗の改善

加工面の違いにより、摩擦係数の大きさが異なります。

「切削加工」⇒「スパロール加工」⇒「ディンプル成形加工」の順に抵抗が小さくなります。

ディンプル成形加工面が最も摺動面に有効な面粗さであるといえるデータです。​

ディンプル成形した面の焼付き性を評価するため次のような試験を行いました。​

摩擦リングと摩擦シャフトの接触面に3パターンの加工を行い、押込荷重90Nで押し込んだ摩擦リングの中心に摩擦シャフトを1,800min^-1で回転させ、焼き付き発生までの時間と温度変化を測定。

摺動抵抗の改善
グラフが示す通り、スパロール加工、切削加工に比べ、温度上昇が極めて緩やかであることが分かりました。

耐焼付き性の向上
ディンプル成形ツールにより成形された窪みが油溜りとなり、油切れが生じ難くなりました。
また、接触面積が少なくなることで焼き付きまでの時間が伸びています。