JP2005220790A - Swash plate type fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、斜板型アキシャルピストンポンプまたは斜板型アキシャルモータとして使用される斜板型流体機械に関するものである。 The present invention relates to a swash plate type fluid machine used as a swash plate type axial piston pump or a swash plate type axial motor.
従来の斜板型流体機械の構成を、その一例として斜板型アキシャルピストンポンプを挙げて、説明する。図8は、かかる斜板型アキシャルピストンポンプの構成を示す断面図である。図中、1はケーシング、2はエンドプレート、3はグレードル、4は回転軸、5はシリンダバレル、6はピストン、7はピストンシュー、8は斜板、9は弁板である。 The configuration of a conventional swash plate type fluid machine will be described by taking a swash plate type axial piston pump as an example. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of such a swash plate type axial piston pump. In the figure, 1 is a casing, 2 is an end plate, 3 is a grade, 4 is a rotating shaft, 5 is a cylinder barrel, 6 is a piston, 7 is a piston shoe, 8 is a swash plate, and 9 is a valve plate.
前記エンドプレート2はケーシング1の一端部に固定され、ケーシング1の他端部にはグレードル3が固定されている。これらエンドプレート2とクレードル3の各中央部には軸受11が取り付けられており、これら軸受11によって回転軸4がケーシング1に回転自在に軸支されている。前記エンドプレート2には作動流体の吸入口12と吐出口13とが各々設けられている。これらケーシング1とエンドプレート2とグレードル3とで囲まれる空間は作動流体が満たされた作動流体室14として利用される。
The
前記回転軸4のグレードル3側の端部はグレードル3を貫通しており、外部のモータや原動機などの駆動装置(不図示)に連結され、この駆動装置により回転される。前記シリンダバレル5は、回転バレル型のブロックであり、前記作動流体室14内において回転軸4にスプライン係合により固定されおり、回転軸4と一体的に回転される。このシリンダバレル5には、回転の周方向に等間隔に配置されるとともに回転軸に平行な複数のシリンダ5aが穿設されており、それぞれのシリンダ5aにはピストン6が往復摺動自在に嵌入されている。各ピストン6の開放端は球状に形成されており、その球状部分にはピストンシュー7が回動自在に覆うように嵌合され、自在継ぎ手機構を構成している。
The end of the
前記斜板8は、全体がほぼ環形板状の部材であり、支持手段15を介してグレードル3に固定されている。この斜板8の中央には前記回転軸4が非接触状態に貫通されるとともに、前記支持手段15により回転軸4の軸線に斜めに交差する姿勢に固定されている。なお、この斜板8の傾斜角度は前記支持手段15により調節可能になっている。また、斜板8のシリンダバレル5に面する円周面には環形板状のスラストプレート16が取り付けられている。この環形板状のプレート16には前記各ピストンシュー7がそれぞれ常にプレートの全周面に沿って摺動可能に環状の枠体17により取り付けられている。換言すれば、各ピストン6の頭部に自在継ぎ手機構を持って取り付けられているピストンシュー7は、スラストプレート16と環状の枠体17とによって、スラストプレート16の傾斜円軌道を描く円周面上に摺動可能な状態で常に位置するように強制されていることになる。
The
前記弁板9は、前記シリンダバレル5とほぼ同外径寸法の環形板状部材であり、回転軸4に非接触状態で前記エンドプレート2に固定され、前記シリンダバレル5の端面に摺動自在となっている。この環形板状の弁板9は、ステンレスで形成されており、そのシリンダバレル5側から見た端面を示す図9に見るように、前記エンドプレート12の吸入口12と連通する低圧ポート9aと、同エンドプレート12の吐出口13に連通する高圧ポート9bが穿設されている。これらポート9a、9bは、図8および図9に見るように、回転軸4の軸心を中心した円弧状をなす長穴であり、一方の低圧ポート9aはエンドプレート2の吸入口12のみに連通し、他方の高圧ポート9bはエンドプレート2の吐出口13のみに連通している。なお、98において、斜線で示した面は、前記シリンダバレル5に接触する摺接面18であり、前記長穴状のポート9a,9bの内側と外側には、回転軸4側に開口するリング状のレリーフ溝18aと弁板9の外周縁側に開口するリング状のレリーフ溝18bが刻設されている。これらレリーフ溝18a,18bは、前記摺接面18の総面積を低減させるとともに、作動流体室14内の作動流体を潤滑油として摺接面10に供給する役目を果たすもので、これによりシリンダバレル5と弁板9との摺動を滑らかにしている。
The
前記構成の斜板型アキシャルピストンポンプは、その回転軸4を不図示の駆動装置により駆動することにより、ポンプ動作を実現する。このポンプ動作では、まず、回転軸4が駆動されることにより、この回転軸4と一体になっているシリンダバレル5が回転する。このシリンダバレル5の複数のシリンダ5aに嵌入されているピストン5の頭部に回動自在に取り付けられてるピストンシュー7も、シリンダバレル5と一体に回転することになり、その回転に伴って、ピストンシュー7は斜板8上のスラストプレート14と枠体16とにより設定された傾斜軌道上を摺動する。このようにピストンシュー7は、シリンダ5aに対して傾斜した軌道上を摺動回転するので、回転に伴って、ピストン6はシリンダ5aに対して往復動することになる。そして、弁板9はケーシング1に対して固定状態にあるので、回転するシリンダバレル5は弁板9に対して摺動することになる。
The swash plate type axial piston pump having the above-described configuration realizes a pump operation by driving the rotating
このように、斜板8の傾斜角度にしたがってピストン6がその軸方向に往復動されるので、その往復動に伴ってシリンダ5aとピストン6とがピストン動作を行うことになる。前記ピストン6の往復動により、シリンダ5a内が減圧になる回転区間では、シリンダ5a底部の開口は、弁板9の円弧状長穴形の低圧ポート9aに長穴のいずれかの位置で重なっており、シリンダ5a内が圧縮により加圧状態となる回転区間では、シリンダ5a底部の開口は、弁板9の円弧状長穴形の高圧ポート9bに長穴のいずれかの位置で重なっている。したがって、エンドプレート2の吸入口12から弁板9の低圧ポート9aを通ってシリンダバレル5内に作動流体が吸い込まれ、こうして吸い込まれた作動流体が圧縮されて弁板9の高圧ポート9bを通ってエンドプレート2の吐出口13から高圧作動流体として吐出される。
Thus, since the piston 6 is reciprocated in the axial direction according to the inclination angle of the
なお、以上のポンプ構成は、その弁板9の形状変更の上、圧流体を作動流体の出入り口12,13に前記と逆に通すようにすれば、圧流体の流動エネルギーによってピストン運動を起こして回転軸4を回転させることができる。すなわち、圧流体の流動エネルギーを回転軸の回転エネルギーに変換する斜板型のアキシャルピストンモータを実現することができる。
In the above pump configuration, when the shape of the
前述のように、ピストンシュー7が斜板8上のスラストプレート16によって設定された傾斜円軌道上を摺動することにより、回転軸4に一体化されたシリンダバレル5のシリンダ5aとピストン6とがピストン動作を行うことになるわけである。この場合、ピストン6の往復動は、ピストンシュー7が回転軸4に対して傾斜した円軌道上を摺動することによりもたらされており、ピストンシュー7がピストン6に対して自在継ぎ手機構により回動自在となっていても、斜板8からピストン6へ発生する駆動力はピストン6の軸線に平行ではなく、傾斜した方向に働くことは、避けることができない。したがって、ピストン6にはシリンダ5aの軸心方向の往復駆動力が働くと同時に、シリンダ5aの側壁に向かう付勢力が分力として常に発生することになる。
As described above, the piston shoe 7 slides on the inclined circular orbit set by the
このような、いわゆる「ピストン6のシリンダ5aに対する片当たり力」の発生によって、ピストン6はシリンダ5aの内壁面に局部的に強く当接することになる。それに伴って、ピストン6およびシリンダ5aに摩耗が発生しやすくなる。
Due to the generation of such a so-called “one-sided force of the piston 6 against the
さらに、このような複数のピストン6によるシリンダバレル5のシリンダ5aに掛かる片当たり力は、シリンダバレル5全体に対して回転軸4の軸心に交差する方向に付勢することになる。その結果、シリンダバレル5は、弁板9に対して、微少量であるが傾斜する傾向を持つことになる。この傾斜傾向は、斜板8の傾斜に沿う方向になるため、図8で見ると、図の上側、すなわち、弁板9の高圧ポート9a側に隙間を形成しようとする力が常に働くことになる。この点を多少誇張して示すと、図10のようになる。もし、微少量であっても隙間Gが生じると、この部分は、作動流体が流通している部分であるため、低圧側では、その隙間Gから作動流体室14から容易に作動流体が流路内に流入したり、高圧河では、流路外の作動流体室14へ漏洩することになる。
Further, the one-piece force applied to the
前述したピストン6とシリンダ5aとの片当たりにより両者の摩耗が促進されるという問題に関しては、ピストンの円筒状外周面を含む外面にダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングを施すことにより、解決を図ることが提案されている(特許文献1)。
The problem that the wear of both the piston 6 and the
一方、シリンダバレル5と弁板9と間に局部的に隙間Gが形成されやすくなるという問題に関しては、隙間Gをなくすべく単にシリンダバレル5を弁板9に強く押さえつけると、弁板9とシリンダバレル5との摩擦力が急激に増大して焼き付けを起こす虞があるため、弁板9の摺接面を金属より柔軟で隙間Gをつくりにくい合成樹脂材料で形成することにより、解決を図ることが提案されている(特許文献2)。
On the other hand, regarding the problem that a gap G is likely to be locally formed between the
前述のように、従来の流体機械では、弁板に対してシリンダバレルが微少量であるが傾斜するような付勢力が働くので、弁板とシリンダバレルとの間において作動流体が流路内に流入したり、流路外へ漏洩する問題があり、それを解決するために、弁板の摺接面を合成樹脂材料から形成している。かかる手段で、弁板とシリンダバレルとの間に隙間が発生して作業流体の漏洩が生じる問題は解決可能ではある。しかしながら、弁板に対するシリンダバレルの片当たりによる弁板およびシリンダバレルの局部の摩耗進行も解決すべき問題であるのだが、この問題については、解決することができない。かかる問題は、作動流体が水である場合に顕著となる。というのは、通常の油性流体に比べて、水は潤滑性において劣っているからである。 As described above, in a conventional fluid machine, a biasing force that tilts the cylinder barrel with respect to the valve plate but inclines acts, so that the working fluid flows between the valve plate and the cylinder barrel in the flow path. In order to solve the problem of inflow or leakage to the outside of the flow path, the sliding contact surface of the valve plate is made of a synthetic resin material. By such means, the problem that a gap is generated between the valve plate and the cylinder barrel and the working fluid leaks can be solved. However, the progress of wear of the valve plate and the local part of the cylinder barrel due to the contact of the cylinder barrel with respect to the valve plate is also a problem to be solved, but this problem cannot be solved. Such a problem becomes prominent when the working fluid is water. This is because water is inferior in lubricity compared to ordinary oily fluids.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題は、斜板型流体機械に特有の機構によって避けがたく生じる「弁板に対するシリンダバレルの片当たり現象」によって弁板およびシリンダバレル間で局部の摩耗が進行するのを防止することのできる斜板型流体機械を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the problem is that the valve plate and the cylinder are caused by the "single contact phenomenon of the cylinder barrel with respect to the valve plate" which is unavoidably caused by a mechanism unique to the swash plate type fluid machine. It is an object of the present invention to provide a swash plate type fluid machine capable of preventing local wear from progressing between barrels.
前記課題を解決するために、本発明は、請求項1の発明として、作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、前記ケーシングの内壁の一部に前記シリンダバレルの偏心を抑制する摺接支持部材が取り付けられていることを特徴とする斜板型流体機械を、提案する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a valve plate having a working fluid port fixed to one end in a casing and the other end in the casing with respect to the valve plate. A cylinder barrel having a plurality of pistons is integrally attached to a rotating shaft installed so as to pass through the fixed swash plate, and one end surface of the cylinder barrel slides on the valve plate. In the swash plate type fluid machine in which one end of the piston is slidably attached to the inclined circumferential surface of the swash plate on the other end side of the cylinder barrel, the inner wall of the casing A swash plate type fluid machine is proposed in which a sliding contact support member that suppresses eccentricity of the cylinder barrel is attached to a part of the swash plate type fluid machine.
請求項1の流体機械において、好ましくは、請求項1から4のように構成する。
すなわち、請求項2においては、前記斜板が前記シリンダバレルに最も遠ざかっている側の前記ケーシングの内壁の最も前記弁板に近い位置に少なくとも一つの前記摺接支持部材が取り付けられるとともに、前記斜板が前記シリンダバレルに最も近づいて側の前記ケーシングの内壁の最も前記弁板から遠い位置に少なくとも一つの前記摺接支持部材が取り付けられている。
そして、請求項3に記載のように、前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されているか、請求項4に記載のように、前記シリンダバレルの弁板との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることが、好ましい。
前記摺接支持部材を形成するための材料としては、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを表面に施工したステンレス鋼、Si3N4,SiCなどのSi系セラミックス、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)樹脂系複合材、PEEK樹脂系複合材、フェノール樹脂系複合材などの水潤滑性に優れた材料を用いることができる。
The fluid machine according to
That is, according to a second aspect of the present invention, at least one sliding contact support member is attached to a position closest to the valve plate on the inner wall of the casing on the side farthest from the cylinder barrel. At least one of the sliding contact support members is attached to the inner wall of the casing on the side closest to the cylinder barrel and the farthest from the valve plate.
Further, as described in
Examples of the material for forming the sliding contact support member include stainless steel having a diamond-like carbon coating applied on its surface, Si ceramics such as Si 3 N 4 , SiC, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin composite, Materials excellent in water lubricity, such as PEEK resin composites and phenol resin composites, can be used.
また、請求項5に記載の発明は、作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にはダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, a valve plate having a working fluid port is fixed to one end of the casing, and a swash plate inclined with respect to the valve plate is fixed to the other end of the casing. A cylinder barrel having a plurality of pistons is integrally attached to a rotary shaft installed so as to pass through these, and one end surface of the cylinder barrel is slidable on the valve plate, and the cylinder In the swash plate type fluid machine in which one end of the piston is slidably attached to the inclined circumferential surface of the swash plate on the other end side of the barrel, on the sliding contact surface of the valve plate with the cylinder barrel Is characterized by a diamond-like carbon coating.
この請求項5において、好ましくは、請求項6〜12のように構成する。
すなわち、請求項6においては、前記シリンダバレルの弁板との摺接面が応力緩和材料から形成されている。この応力緩和材料は、請求項7に記載のように、ヤング率の低い材料か、請求項10に記載のように、硬さの低い材料が、好ましい。
前記ヤング率の低い材料のヤング率は、請求項8に記載のように、50GPa以下であることが好ましく、そのような材料としては、請求項9に記載のように、合成樹脂材料を用いることができる。
また、前記硬さの低い材料の硬さは、請求項11に記載のように、ビッカース硬さで1GPa以下であることが好ましく、そのような材料としては、請求項12に記載のように、合成樹脂材料、MoS2、グラファイトから選ばれた一種、あるいはそれらの複合材料であることが好ましい。
In the fifth aspect of the present invention, preferably, it is configured as in the sixth to twelfth aspects.
That is, in claim 6, the sliding contact surface with the valve plate of the cylinder barrel is formed of a stress relaxation material. The stress relaxation material is preferably a material having a low Young's modulus as described in claim 7 or a material having a low hardness as described in
The Young's modulus of the material having a low Young's modulus is preferably 50 GPa or less as described in
Further, the hardness of the low-hardness material is preferably 1 GPa or less in terms of Vickers hardness as described in
また、請求項13に記載の発明は、作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、前記シリンダバレルの弁板との摺接面にはダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, a valve plate having a working fluid port is fixed to one end of the casing, and a swash plate inclined with respect to the valve plate is fixed to the other end of the casing. A cylinder barrel having a plurality of pistons is integrally attached to a rotary shaft installed so as to pass through these, and one end surface of the cylinder barrel is slidable on the valve plate, and the cylinder In the swash plate type fluid machine in which one end of the piston is slidably attached to the inclined circumferential surface of the swash plate on the other end side of the barrel, on the sliding contact surface with the valve plate of the cylinder barrel Is characterized by a diamond-like carbon coating.
この請求項13において、好ましくは請求項14〜20のように構成する。
すなわち、請求項14においては、前記シリンダバレルの弁板との摺接面が応力緩和材料から形成されている。この応力緩和材料は、請求項15に記載のように、ヤング率の低い材料か、請求項18に記載のように、硬さの低い材料が、好ましい。
前記ヤング率の低い材料のヤング率は、請求項16に記載のように、50GPa以下であることが好ましく、そのような材料としては、請求項17に記載のように、合成樹脂材料を用いることができる。
また、前記硬さの低い材料の硬さは、請求項19に記載のように、ビッカース硬さで1GPa以下であることが好ましく、そのような材料としては、請求項20に記載のように、合成樹脂材料、MoS2、グラファイトから選ばれた一種、あるいはそれらの複合材料であることが好ましい。
In the thirteenth aspect, it is preferably configured as in the fourteenth to twentieth aspects.
In other words, the sliding contact surface of the cylinder barrel with the valve plate is formed of a stress relaxation material. The stress relaxation material is preferably a material having a low Young's modulus as described in
The Young's modulus of the material having a low Young's modulus is preferably 50 GPa or less as described in
Further, the hardness of the low hardness material is preferably 1 GPa or less in terms of Vickers hardness as described in claim 19, and as such a material, as described in
さらに、請求項21に記載の発明は、作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、前記弁板のシリンダバレル寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝が形成されていることを特徴とする。 Furthermore, in the invention described in claim 21, a valve plate having a working fluid port is fixed to one end of the casing, and a swash plate inclined to the valve plate is fixed to the other end of the casing. A cylinder barrel having a plurality of pistons is integrally attached to a rotary shaft installed so as to pass through these, and one end surface of the cylinder barrel is slidable on the valve plate, and the cylinder In the swash plate type fluid machine in which one end of the piston is slidably attached to the inclined annular circumferential surface of the swash plate on the other end side of the barrel, A continuous slit groove is formed along the surface.
この請求項21に記載の発明において、好ましくは請求項22または23のように構成する。すなわち、請求項22に記載のように、前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施すか、請求項23に記載のように、前記シリンダバレルの弁板との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施すことが好ましい。 In the invention as set forth in claim 21, it is preferably configured as in claim 22 or 23. That is, a diamond-like carbon coating is applied to the sliding contact surface of the valve plate with the cylinder barrel as described in claim 22, or the sliding contact with the valve plate of the cylinder barrel as described in claim 23. It is preferable to apply a diamond-like carbon coating on the surface.
先に説明したように、斜板型流体機械の構造的特質から、シリンダバレルはケーシングに固定されている弁板に対して偏心して片当たりする。その結果、シリンダバレルと弁板とのそれぞれの片当たりが強い箇所において摩耗が促進される。それを防ぐためには、弁板のシリンダバレルに対する摺接面をダイヤモンドライクカーボンコーティングするか、シリンダバレルの弁板に対する摺接面をダイヤモンドライクカーボンコーティングすることが考えられる。ダイヤモンドライクカーボンコーティングは、蒸着法により容易に形成でき、しかも水潤滑条件下でも優れた耐摩耗性を示す材料であり、シリンダバレルと弁板との摺動を滑らかにすることができ、シリンダバレルと弁板との密着性をより高めて、シリンダバレルの偏心変位による弁板間の隙間発生を防止することが容易にできるものと、期待される。しかしながら、シリンダバレルを傾斜させようとする分力は解消されていないので、シリンダバレルが弁板に片当たりする力は相変わらず存在し続けている。この片当たり力によって、片当たり部において応力集中が生じて、せっかく形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングが部分的に剥離する虞がある。コーティングが剥離すると、その下地を構成しているステンレス鋼などの母材が露出し、優れた耐摩耗性が損なわれ、その箇所に焼き付きが発生することになる。
これに対して、本発明の請求項1のように構成すれば、摺接支持部材によりシリンダバレルの偏心変位が抑制されるので、シリンダバレルと弁板との片当たりは大幅に低減されることになる。すなわち、シリンダバレルと弁板との間に片当たりが生じたとしても、その接触面圧は大きく低減されることになる。その結果、弁板の摺接面、もしくはシリンダバレルの摺接面に形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングは剥離されることなく、全面に亘って、その優れた耐摩擦、耐摩耗特性を最大限に生かせることができることになる。
As described above, due to the structural characteristics of the swash plate type fluid machine, the cylinder barrel is eccentrically displaced with respect to the valve plate fixed to the casing. As a result, wear is promoted at locations where the one-sided contact between the cylinder barrel and the valve plate is strong. In order to prevent this, it is conceivable that the sliding surface of the valve plate with respect to the cylinder barrel is coated with diamond-like carbon, or the sliding surface of the cylinder barrel with respect to the valve plate is coated with diamond-like carbon. Diamond-like carbon coating is a material that can be easily formed by vapor deposition and exhibits excellent wear resistance even under water-lubricated conditions, and can smoothly slide between the cylinder barrel and the valve plate. It is expected that the adhesion between the valve plate and the valve plate can be further improved, and the generation of a gap between the valve plates due to the eccentric displacement of the cylinder barrel can be easily prevented. However, since the component force to incline the cylinder barrel has not been eliminated, the force with which the cylinder barrel hits the valve plate continues to exist as usual. Due to the force per one piece, stress concentration occurs at the one-sided portion, and the diamond-like carbon coating thus formed may be partially peeled off. When the coating is peeled off, the base material such as stainless steel constituting the base is exposed, the excellent wear resistance is impaired, and seizure occurs at that location.
On the other hand, according to the first aspect of the present invention, since the eccentric displacement of the cylinder barrel is suppressed by the sliding contact support member, the contact between the cylinder barrel and the valve plate is greatly reduced. become. That is, even if a single contact occurs between the cylinder barrel and the valve plate, the contact surface pressure is greatly reduced. As a result, the diamond-like carbon coating formed on the sliding contact surface of the valve plate or the sliding contact surface of the cylinder barrel is not peeled off, and the entire friction and wear resistance characteristics can be maximized over the entire surface. Will be able to.
請求項1の発明のように、摺接支持部材によりシリンダバレルの偏心変位を抑制し、それによって、弁板もしくはシリンダバレルのいずれかの摺接面に形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングの剥離を防止し、シリンダバレルと弁板との良好な摺動を確保するのは、本願における一つの発明である。そのような構成のかわりに、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを弁板かシリンダバレルのいずれか一方の摺接面に形成するのが、請求項5および請求項13の発明であり、さらに、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを施した面に対向する他方の摺接面を応力緩和材料(ヤング率の低い材料もしくは硬さの低い材料)で形成すれば(請求項6および請求項14)、かかる材料からなる摺接面の弾性変形により、当接相手のカーボンコーティング面の片当たり部における接触応力を緩和することができ、その結果、カーボンコーティングの部分的な剥離を防止することができる。
As in the first aspect of the invention, the eccentric displacement of the cylinder barrel is suppressed by the sliding contact supporting member, thereby preventing the diamond-like carbon coating formed on the sliding contact surface of either the valve plate or the cylinder barrel from being peeled off. It is one invention in the present application to ensure good sliding between the cylinder barrel and the valve plate. Instead of such a configuration, the diamond-like carbon coating is formed on the sliding contact surface of either the valve plate or the cylinder barrel according to the inventions of
また、弁板のシリンダバレル寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝を形成すれば、弁板のシリンダバレルに対する摺接面の外周縁部分のたわみ特性が高められることになる。偏心変位したシリンダバレルが弁板に対して片当たりする部分は、弁板摺接面の外周縁部分に集中する。したがって、この部分のたわみ特性が高まれば、片当たりによる応力が緩和されることになり、弁板の摺接面またはシリンダバレルの摺接面のいずれかに形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングが部分的に剥離されることを防止することができる。これが請求項21に記載の発明の特徴的効果である。 Further, if a slit groove continuous along the peripheral surface is formed on the outer peripheral surface of the valve plate near the cylinder barrel, the deflection characteristic of the outer peripheral edge portion of the sliding contact surface with respect to the cylinder barrel of the valve plate is enhanced. The portion where the eccentrically displaced cylinder barrel comes into contact with the valve plate concentrates on the outer peripheral edge portion of the valve plate sliding contact surface. Therefore, if the deflection characteristics of this part increase, the stress due to the one-sided contact will be relieved, and the diamond-like carbon coating formed on either the sliding surface of the valve plate or the sliding surface of the cylinder barrel will be partially It can prevent peeling. This is the characteristic effect of the invention as set forth in claim 21.
以下に、本発明の実施例を説明するが、以下の実施例は、本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。 Examples of the present invention will be described below. However, the following examples are merely examples for suitably explaining the present invention, and do not limit the present invention.
本実施例の特徴構成を図1に示す。なお、図1において、前述の図7〜図9に表示の装置構造における構成要素と同一構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。 A characteristic configuration of the present embodiment is shown in FIG. In FIG. 1, the same components as those in the device structure shown in FIGS.
この実施例1の特徴は、ケーシング1の内壁の一部にシリンダバレル5の偏心を抑制する摺接支持部材101,102を取り付けたことにある。前記一方の摺接支持部材101は、回転軸4に対して傾斜した姿勢にある斜板8(図7)が前記シリンダバレル5に最も遠ざかっている側の前記ケーシング1の内壁において、最も前記弁板に近い位置に、固定されている。他方の摺接支持部材102は、前記斜板8が前記シリンダバレル5に最も近づいている側のケーシング1の内壁において、最も前記弁板8から遠い位置に、固定されている。これら摺接支持部材101,102は、回転するシリンダバレル5を摺接状態で支持するので、摺接面積を少なくして、摩擦抵抗を少なくする必要があるが、あまり摺接面積を小さくすると、シリンダバレル5の偏心抑制効果が不十分となるので、回転の周方向に幾分延長した円弧形状を持つ程度に、周方向の寸法を設定することが、好ましい。
The feature of the first embodiment resides in that sliding
これら摺接支持部材101,102を形成するための材料としては、先に述べたように、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを表面に施工したステンレス鋼、Si3N4,SiCなどのSi系セラミックス、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)樹脂系複合材、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂系複合材、フェノール樹脂系複合材などの水潤滑性に優れた材料を用いることができるが、本実施例では、フェノール樹脂系複合材を用いた。
As described above, the materials for forming these sliding
本実施例では、前述のように摺接支持部材101,102を設置した上で、さらに、前記弁板9のシリンダバレル5との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施すか、シリンダバレル5の弁板9との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施す。
In this embodiment, after the sliding
先に説明したように、斜板型流体機械の構造的特質から、シリンダバレルはケーシングに固定されている弁板に対して偏心して片当たりする。その結果、シリンダバレルと弁板とのそれぞれの片当たりが強い箇所において摩耗が促進される。
これに対して、本実施例のように、摺接支持部材101,102を設置すれば、これら摺接支持部材101,102によりシリンダバレル5の偏心変位が抑制することができる。その結果、シリンダバレル5と弁板9との片当たりは大幅に低減されることになる。少なくとも、シリンダバレル5と弁板9との間に片当たりが生じたとしても、その接触面圧は大きく低減されることになる。したがって、弁板9の摺接面、もしくはシリンダバレル5の摺接面に形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングは剥離されることなく、全面に亘って、その優れた耐摩擦、耐摩耗特性を最大限に生かせることができることになる。ダイヤモンドライクカーボンコーティングは、蒸着法により容易に形成でき、しかも水潤滑条件下でも優れた耐摩耗性を示す材料であり、前記摺接支持部材101,102を設置することにより、かかるダイヤモンドライクカーボンコーティングが部分的に剥離されることがなくなる。その結果、ダイヤモンドライクカーボンコーティングの永続的存在が可能になる。このダイヤモンドライクカーボンコーティングの永続的存在により、シリンダバレル5と弁板9との摺動を常に滑らかにすることができ、そのため、シリンダバレル5と弁板9との密着性をより一層高めることができ、それによって、シリンダバレル5の偏心変位が幾分か残存していても、シリンダバレル5と弁板9間の隙間発生を容易に防止することができる。
As described above, due to the structural characteristics of the swash plate type fluid machine, the cylinder barrel is eccentrically displaced with respect to the valve plate fixed to the casing. As a result, wear is promoted at locations where the one-sided contact between the cylinder barrel and the valve plate is strong.
On the other hand, if the sliding
本実施例の特徴構成を図2に示した。なお、図2において、前述の図7〜図9に表示の装置構造における構成要素と同一構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。 The characteristic configuration of this embodiment is shown in FIG. In FIG. 2, the same components as those in the device structure shown in FIGS.
この実施例2にかかる斜板型流体機械の特徴は、弁板9のシリンダバレル5との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング103を施し、さらに、シリンダバレル5の弁板9との摺接面に応力緩和材料層104を形成している構成にある。この応力緩和材料としては、ヤング率の低い材料か、硬さの低い材料が好ましい。ヤング率の低い材料とは、弾性変形に富む材料であり、硬さの低い材料とは、塑性変形に富む材料である。
The swash plate type fluid machine according to the second embodiment is characterized in that a diamond-
このように弁板9のシリンダバレル5との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング103を形成した上で、他方のシリンダバレル5の摺接面をヤング率の低い材料もしくは硬さの低い材料で形成すれば、これら材料からなる摺接面(応力緩和材料層104)の弾性変形もしくは塑性変形により、ダイヤモンドライクカーボンコーティング103の摺接面に片当たりするシリンダバレル摺接面の片当たり部における接触応力を緩和することができる。その結果、ダイヤモンドライクカーボンコーティング103の部分的な剥離を防止することができる。
Thus, after the diamond-
前記ヤング率の低い材料とは、50GPa以下である材料であり、具体的にはPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)などの樹脂材料が好適である。また、前記硬さの低い材料とは、ビッカース硬さが1GPa以下の材料であり、具体的にはPEEKなどの樹脂材料、MoS2やグラファイトなどが好適である。前記MoS2やグラファイトは潤滑性も高いので、さらに好ましい。 The material having a low Young's modulus is a material that is 50 GPa or less, and specifically, a resin material such as PEEK (polyether ether ketone) is suitable. The low-hardness material is a material having a Vickers hardness of 1 GPa or less, and specifically, a resin material such as PEEK, MoS 2 or graphite is preferable. MoS 2 and graphite are more preferable because they have high lubricity.
ヤング率が10GPa未満であるPEEKを用いて応力緩和材料層104を形成し、シリンダバレル5を回転させるとともに、応力緩和材料層104とダイヤモンドライクカーボンコーティング103との密着度を高めていき、焼き付き限界PV値(MPa・m/s)を計測した。また、比較のために、応力緩和材料層104の代わりにヤング率が120GPa程度の銅層を形成した場合と、ヤング率が200GPaを超えているステンレス層を形成した場合を、比較例として、同様の焼き付き限界PV値を計測した。その結果を図3に示す。図3から明らかなように、ステンレスに比べて変形特性に優れる銅を摺接面に形成した場合の方が幾分焼き付き限界PV値が高くなっている。一方、PEEKをダイヤモンドライクカーボンコーティング103との摺接面に用いた場合では、その焼き付き限界PV値は銅の場合のほぼ6倍にも向上している。
The stress
斜板型流体機械における弁板とシリンダバレルとの摺接面の焼き付き限界PV値は、実用上、少なくとも20MPa・m/sは必要であると考えられるので、図3の結果からは、ヤング率が50GPa以下である材料を応力緩和材料層104に用いることが重要となる。
Since it is considered that the seizure limit PV value of the sliding contact surface between the valve plate and the cylinder barrel in the swash plate type fluid machine is practically required to be at least 20 MPa · m / s, the Young's modulus is shown from the result of FIG. It is important to use a material having a stress of 50 GPa or less for the stress
応力緩和材料層104を構成する材料として、硬さの低い材料も好適に用いることができる。前記ヤング率に基づく計測に用いた組み合わせ構成と同様の材料を用いて、ダイヤモンドライクカーボンコーティング103に対する摺接面を構成し、それらのビッカース硬度と焼き付き限界PV値との関係を求めた。その結果を、図4に示す。PEEKのビッカース硬度は0.3MPa・m/s弱であり、銅のビッカース硬度は2.7MPa・m/s程度であり、ステンレスのビッカース硬度は4MPa・m/s強である。したがって、図4の結果から、ビッカース硬度が1GPa以下である材料を応力緩和材料層104に用いることが重要となる。
As a material constituting the stress
前記実施例1では、摺接支持部材101,102によりシリンダバレル5の偏心変位を抑制し、それによって、弁板9もしくはシリンダバレル5のいずれかの摺接面に形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングの剥離を防止し、シリンダバレル5と弁板9との良好な摺動を確保した。これに対し、本実施例2では、ダイヤモンドライクカーボンコーティング103を弁板9のシリンダバレル5との摺接面に形成した上で、他方のシリンダバレル5の摺接面をヤング率の低い材料もしくは硬さの低い材料で形成し、これら材料からなる摺接面の弾性変形もしくは塑性変形により、当接相手のダイヤモンドライクカーボンコーティング103面の片当たり部における接触応力を緩和している。
In the first embodiment, the eccentric displacement of the
したがって、本実施例2においても、ダイヤモンドライクカーボンコーティング103の部分的な剥離を防止することができ、ダイヤモンドライクカーボンコーティング103を永続させることができる。このダイヤモンドライクカーボンコーティング103の永続的存在により、シリンダバレル5と弁板9との摺動を常に滑らかにすることができ、しかも、応力緩和材料層104の変形特性の寄与もあり、シリンダバレル5と弁板9との密着性をより一層高めることができる。その結果、シリンダバレル5の偏心付勢力が残存していても、シリンダバレル5と弁板9との摺接面を劣化させることなく、シリンダバレル5と弁板9間の隙間発生を容易に防止することができる。
Therefore, also in the present Example 2, partial peeling of the diamond-
図5に本発明の第3の実施例を示す。本実施例3の特徴は、シリンダバレル5の弁板9との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング105を形成し、他方の弁板9の摺接面に応力緩和材料層106を形成したことにある。
かかる本実施例3における特徴構成は、前記実施例2において、ダイヤモンドライクカーボンコーティングと応力緩和材料層との形成位置を相互に交換した構成に相当するものである。したがって、その構成に基づく、作用および効果は、前記実施例2と全く同様であるので、それらの説明は省略する。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. A feature of the third embodiment is that a diamond-
The characteristic configuration in the third embodiment corresponds to a configuration in which the formation positions of the diamond-like carbon coating and the stress relaxation material layer are exchanged in the second embodiment. Therefore, since the operation and effect based on the configuration are the same as those in the second embodiment, description thereof will be omitted.
図6および図7に本発明の第4の実施例を示す。本実施例の特徴は、弁板9のシリンダバレル5寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝107を形成し、弁板9のシリンダバレル5との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング(不図示)を施すか、逆にシリンダバレル5の弁板9との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング(不図示)を施す。
6 and 7 show a fourth embodiment of the present invention. A feature of the present embodiment is that a
このように、弁板9のシリンダバレル5寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝107を形成すれば、弁板9のシリンダバレル5に対する摺接面の外周縁部分のたわみ特性が高められることになる。偏心変位したシリンダバレル5が弁板9に対して片当たりする部分は、弁板9の摺接面の外周縁部分に集中する。したがって、この部分のたわみ特性が高まれば、片当たりによる応力が緩和されることになり、弁板9の摺接面またはシリンダバレル5の摺接面のいずれかに形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングが部分的に剥離されることを防止することができる。その結果、前記各実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施例4においても、ダイヤモンドライクカーボンコーティングの部分的な剥離を防止することができ、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを永続させることができる。このダイヤモンドライクカーボンコーティングの永続的存在により、シリンダバレル5と弁板9との摺動を常に滑らかにすることができ、シリンダバレル5と弁板9との密着性をより一層高めることができる。その結果、シリンダバレル5の偏心付勢力が残存していても、シリンダバレル5と弁板9との摺接面を劣化させることなく、シリンダバレル5と弁板9間の隙間発生を容易に防止することができる。
In this way, if the
以上のように、本発明にかかる斜板型流体機械は、斜板型流体機械に特有の機構によって避けがたく生じる「弁板に対するシリンダバレルの片当たり現象」によって弁板およびシリンダバレル間で局部の摩耗が進行するのを防止することのでき、シリンダバレルの回転に伴う弁板との摩耗を大幅に低減し、かつ作動流体の漏洩を防止することができ、特に作動流体が潤滑性に乏しい水である場合にも好適に使用することができる。 As described above, the swash plate type fluid machine according to the present invention has a local portion between the valve plate and the cylinder barrel due to the “single-contact phenomenon of the cylinder barrel with respect to the valve plate” that is unavoidably caused by a mechanism unique to the swash plate type fluid machine. It is possible to prevent the wear of the cylinder from progressing, significantly reduce the wear with the valve plate accompanying the rotation of the cylinder barrel, and prevent the working fluid from leaking, especially the working fluid has poor lubricity Even when it is water, it can be suitably used.
1 ケーシング
4 回転軸
5 シリンダバレル
8 斜板
9 弁板
101,102 摺接支持部材
103,195 ダイヤモンドライクカーボンコーティング
104,106 応力緩和材料層
107 スリット溝
DESCRIPTION OF
Claims (23)
前記ケーシングの内壁の一部に前記シリンダバレルの偏心を抑制する摺接支持部材が取り付けられていることを特徴とする斜板型流体機械。 A valve plate having a working fluid port is fixed to one end of the casing, and a swash plate inclined with respect to the valve plate is fixed to the other end of the casing, and the rotation is installed so as to penetrate the valve plate. A cylinder barrel having a plurality of pistons on a shaft is integrally attached. One end surface of the cylinder barrel is slidable on the valve plate, and one end of the piston is connected to the other end side of the cylinder barrel. In the swash plate type fluid machine slidably attached to the inclined annular circumferential surface of the swash plate,
A swash plate type fluid machine, wherein a sliding contact support member for suppressing eccentricity of the cylinder barrel is attached to a part of an inner wall of the casing.
前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にはダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする斜板型流体機械。 A valve plate having a working fluid port is fixed to one end of the casing, and a swash plate inclined with respect to the valve plate is fixed to the other end of the casing, and the rotation is installed so as to penetrate the valve plate. A cylinder barrel having a plurality of pistons on a shaft is integrally attached. One end surface of the cylinder barrel is slidable on the valve plate, and one end of the piston is connected to the other end side of the cylinder barrel. In the swash plate type fluid machine slidably attached to the inclined annular circumferential surface of the swash plate,
A swash plate type fluid machine characterized in that a diamond-like carbon coating is applied to a sliding contact surface of the valve plate with a cylinder barrel.
前記シリンダバレルの弁板との摺接面にはダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする斜板型流体機械。 A valve plate having a working fluid port is fixed to one end of the casing, and a swash plate inclined with respect to the valve plate is fixed to the other end of the casing, and the rotation is installed so as to penetrate the valve plate. A cylinder barrel having a plurality of pistons on a shaft is integrally attached. One end surface of the cylinder barrel is slidable on the valve plate, and one end of the piston is connected to the other end side of the cylinder barrel. In the swash plate type fluid machine slidably attached to the inclined annular circumferential surface of the swash plate,
A swash plate type fluid machine characterized in that a diamond-like carbon coating is applied to a sliding contact surface of the cylinder barrel with a valve plate.
前記弁板のシリンダバレル寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝が形成されていることを特徴とする斜板型流体機械。 A valve plate having a working fluid port is fixed to one end of the casing, and a swash plate inclined with respect to the valve plate is fixed to the other end of the casing, and the rotation is installed so as to penetrate the valve plate. A cylinder barrel having a plurality of pistons on a shaft is integrally attached. One end surface of the cylinder barrel is slidable on the valve plate, and one end of the piston is connected to the other end side of the cylinder barrel. In the swash plate type fluid machine slidably attached to the inclined annular circumferential surface of the swash plate,
A swash plate type fluid machine characterized in that a slit groove continuous along the peripheral surface is formed on the outer peripheral surface of the valve plate near the cylinder barrel.
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