JP2013185223A - 斜軸式液圧回転機および斜軸式液圧回転機の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液圧回転機1は、ケーシング2、弁板3、回転軸4、シリンダブロック5、ピストン6、コネクティングロッド7、ドライブディスク8、センタシャフト9、傾転機構10、レギュレータ11等により構成され、ケーシング2を構成するヘッドケーシング13と弁板3との摺動部は、弁板3側が、鋼材30に窒化系表面処理を施して形成した窒素化合物層を加工除去した後に非鉄軟質金属の被膜31を形成した摺動面3Bと、ヘッドケーシング13側が、球状黒鉛鋳鉄材40に窒化系表面処理を施して窒素化合物層42を形成した摺動面13Aとからなり、非鉄軟質金属被膜31の一部を、摺動面13Aの表面に存在する表面欠陥41a,41bに侵入させ、付着充填させる。
【選択図】 図2
Description
このうち、鉄鋼材の中でも安価で摺動性能が高い球状黒鉛鋳鉄(FCD材)、特にFCD材のうち構成組織がフェライトかパーライト、またはそれらの共存組織のものが多く用いられる。
そこでこの欠点を補うために、特許文献1では、摺動面を構成するFCD材および鋼材に対して窒化系熱処理を実施して窒素拡散層を形成することで摺動面表層域を硬化させ、さらにその上に硬質な窒素化合物層を形成することで、摺動負荷に対する耐摩耗性能と耐焼付き性を確保している。また、FCD材の摺動面は、窒素化合物層を加工除去している。
また、空孔が塑性流動組織によって覆われている箇所では、塑性流動組織上に窒素化合物層が形成されるものの、その直下は空孔となっているため、不安定な窒素化合物層、即ち表面欠陥が形成される。このため、相手面によって摺動負荷が与えられると表面欠陥が剥離破壊し、摺動面の異常摩耗や焼付き現象の原因となる。
本発明の斜軸式液圧回転機およびその製造方法の第1の実施形態を図1乃至図6を用いて説明する。なお、図1乃至図6においては、斜軸式液圧回転機として可変容量型の斜軸式アキシャルピストンポンプに適用した場合を例に挙げて説明する。
図2は、図1に示す本発明の斜軸式液圧回転機の第1の実施形態を構成する弁板とヘッドケーシングの摺動部を示す断面図で、図2の(a)は弁板とヘッドケーシングの一部を断面にて示す縦断面図、図2の(b)は図2(a)のA部を拡大して示す断面図である。
そして、図2(b)に示すように、弁板3の摺動面3B上に形成された非鉄軟質金属被膜31と、球状黒鉛鋳鉄材材40からなるヘッドケーシング13の摺動面13A上に形成した窒素化合物層42とが摺動する際に、非鉄軟質金属被膜31の一部を、摺動面13Aの表面に存在する表面欠陥41a,41bの開口部または亀裂隙間から侵入させる。これにより、表面欠陥直下に存在するカーボンが脱落した孔45へと付着充填させてヘッドケーシング13の摺動面13Aを平滑化し、また付着充填させた非鉄軟質金属により塑性流動組織44を支持することで窒素化合物層を有する塑性流動組織44の剥離脱落を防止する構造で、両摺動面3B,13Aの摺動状態の安定化及び表面欠陥41a,41b部分の安定化を図ったものである。
その後、作製した弁板3の外形に対して、窒化系表面処理として窒化系熱処理を施す。この窒系化熱処理により、図3に示すように、弁板3の摺動面3Bの表層に窒素拡散層33および窒素化合物層32を形成し、表層組織の硬度を上昇させる。この窒化系熱処理の条件は一般的な条件を採用すればよい。
まず、FCD材40から、ヘッドケーシング13の外形を作製する。
その後、作製したヘッドケーシング13の外形に対して、窒化系熱処理を施す。この窒化系熱処理により、図6(a)に示すように、ヘッドケーシング13の摺動面13Aの表層に窒素拡散層43および窒素化合物層42を形成し、表層組織の硬度を上昇させる。ここで、図6(b)に示すように、ヘッドケーシング13の摺動面13Aの表面に形成された窒素化合物層42には、FCD材に由来するカーボンが脱落した孔45を起因とした表面欠陥41a,41bが存在している。
この動作中、鋼母材30からなる弁板3の摺動面3B上に形成された非鉄軟質金属被膜31と、FCD材40からなるヘッドケーシング13の摺動面13A上に形成された表面欠陥41a,41bを有した窒素化合物層42とが摺動して、非鉄軟質金属被膜31の一部が表面欠陥41a,41bの開口部または亀裂隙間から侵入し、表面欠陥41a,41bの直下に存在するカーボンが脱落した孔45へと付着充填する。これにより、ヘッドケーシング13の摺動面13Aを平滑化するとともに、表面欠陥41aにおける窒素化合物層42の端部や、表面欠陥41bである不安定な窒素化合物層44を支持することができ、窒素化合物層42や窒素化合物層を有する塑性流動組織44の剥離脱落を防止して、両摺動面3B,13Aの摺動状態の安定化を図ることができる。よって、摺動部での異常摩耗や焼付き現象の問題の発生を防止し、より安定的な摺動状態を実現した摺動部を備えた液圧回転機が得られる。
本発明の斜軸式液圧回転機およびその製造方法の第2の実施形態を図7を用いて説明する。なお、図7においても、斜軸式液圧回転機として可変容量型斜軸式アキシャルピストンポンプに適用した場合を例に挙げて説明する。
図7は、本発明の斜軸式液圧回転機の第2の実施形態を構成する弁板の製造工程を示す縦断面図である。
これにより、摺動面3B上に衝突した微粒子62を塑性変形によって摺動面3B上に付着・堆積させていくことで、弁板3の摺動面3B表面に非鉄軟質金属からなる膜31aを形成し、非鉄軟質金属被膜31を形成する。
更に、本実施形態の斜軸式液圧回転機の製造方法では、非鉄軟質金属被膜31の形成方法として、非鉄軟質金属被膜31を形成する対象部位に対して、非鉄軟質金属材の微粒子62を高速で噴射させて堆積付着させる方法を用いていることにより、深穴形状や、めっき溶液のつき回り性の悪いような部位に関しても被膜31を容易に形成することが可能であり、均質な非鉄軟質金属被膜31の形成が可能である。
また、摺動面3B内の特定領域に対して選択的に被膜厚さを変えて非鉄軟質金属被膜31を形成することが可能となり、摺動面3B内において摺動面圧や摺動速度が異なる際にも、各面圧および速度領域に合わせて被膜厚さを変更することによって機能の最適化を図ることが可能となり、使用用途に応じて柔軟に対応することができる。
本発明の斜軸式液圧回転機およびその製造方法の第3の実施形態を図8および図9を用いて説明する。なお、図8および図9においても、斜軸式液圧回転機として可変容量型斜軸式アキシャルピストンポンプに適用した場合を例に挙げて説明する。
図8は、本発明の斜軸式液圧回転機の第3の実施形態を構成する弁板の製造工程を示す断面図で、図8の(a)は弁板の一部を断面にて示す縦断面図、図8の(b)は図8(a)のA部を拡大して示す断面図、図9は、本発明の斜軸式液圧回転機の第3の実施形態を構成する弁板の製造工程を示す断面図で、図9の(a)は弁板の一部を断面にて示す縦断面図、図9の(b)は図9(a)のA部を拡大して示す断面図である。
さらに、図9(a)に示すように、リン酸マンガン皮膜34が形成された弁板3を、第一塩化スズを主体とする反応溶液の薬液層72に浸漬させる。これにより、リン酸マンガン皮膜34の最表面層と第一塩化スズとを化学的に置換反応させ、その表面に図9(b)に示すようなリン酸スズ皮膜35を形成し、非鉄軟質金属被膜31を形成する。
更に、本実施形態の斜軸式液圧回転機の製造方法では、非鉄軟質金属被膜31の形成方法として、非鉄軟質金属被膜31の形成対象部位に対し、リン酸塩皮膜34を形成した後に、このリン酸塩皮膜34の最表面と非鉄軟質金属成分とを化学的に置換することで形成する方法を用いることで、弁板3の摺動面3Bへの非鉄軟質金属被膜31の密着性が高くなり、被膜形成異常による突発的な非鉄軟質金属被膜31の剥離損失が非常に少なく、表面欠陥の埋め立て効果を安定的に発揮させることが可能となる。
なお、各実施形態では、斜軸式液圧回転機として可変容量型の斜軸式油圧ポンプを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば可変容量型斜軸式の油圧モータに適用することができ、更には固定容量型の斜軸式油圧ポンプ、油圧モータ等にも適用することが可能である。
2…ケーシング、
3…弁板、
3A…(弁板3におけるシリンダブロック5との)摺動面、
3B…(弁板3におけるヘッドケーシング13との)摺動面、
3C…貫通孔、
4…回転軸、
5…シリンダブロック、
5A…(シリンダブロック5における弁板3との)摺動面、
6…ピストン、
7…コネクティングロッド、
8…ドライブディスク、
9…センタシャフト、
10…傾転機構、
11…レギュレータ、
12…ケーシング本体、
12A…上部開口、
13…ヘッドケーシング、
13A…(ヘッドケーシング13における弁板3との)摺動面、
13B…吐出通路、
14…タンク、
15…シリンダ、
16…揺動ピン、
17…ピストン摺動穴、
17A,17B…液圧室、
18…サーボピストン、
19…スリーブ、
20…スプール弁、
21…フィードバックリンク、
22…パイロットポンプ、
30…鋼材、
31…非鉄軟質金属被膜、
31a…非鉄軟質金属からなる膜、
32,42…窒素化合物層、
33,43…窒素拡散層、
34…リン酸マンガン皮膜、
35…リン酸スズ皮膜、
40…FCD材、
41a,41b…表面欠陥、
44…塑性流動組織、
45…空孔(カーボンが脱落した孔)、
51…めっき槽、
61…ノズル、
62…非鉄軟質金属微粒子、
71,72…薬液槽。
Claims (5)
- 鋼材である一方の部材の一方の摺動面と球状黒鉛鋳鉄材である他の部材の他方の摺動面とを摺接させる摺動部を備えた斜軸式液圧回転機であって、
摺動面に窒化系表面処理して形成した窒素化合物層を加工除去した後、非鉄軟質金属の被膜を形成した前記一方の摺動面と、
摺動面に窒化系表面処理して形成した窒素化合物層に存在する表面欠陥であるカーボンが脱落した孔に前記非鉄軟質金属被膜を侵入充填させた前記他方の摺動面とを備えたことを特徴とする斜軸式液圧回転機。 - 鋼材である一方の部材の一方の摺動面と球状黒鉛鋳鉄材である他の部材の他方の摺動面とを摺接させる摺動部を備えた斜軸式液圧回転機の製造方法であって、
前記一方の部材に、窒化系表面処理を行い、その後、前記一方の部材の一方の摺動面の表面に形成された窒素化合物除去を除去して窒素拡散層を露出させ、この露出させた窒素拡散層の表面に非鉄軟質金属被膜を形成して前記一方の摺動面を形成し、
前記他方の部材に、窒化系表面処理を行って窒素化合物層を形成して前記他方の部材の他方の摺動面を形成することを特徴とする斜軸式液圧回転機の製造方法。 - 請求項2に記載の斜軸式液圧回転機の製造方法において、
前記非鉄軟質金属被膜を、めっきにより形成することを特徴とする斜軸式液圧回転機の製造方法。 - 請求項2に記載の斜軸式液圧回転機の製造方法において、
前記非鉄軟質金属被膜を、この非鉄軟質金属被膜の形成対象部位に対し、非鉄軟質金属材からなる微粒子を高速で噴射または投射衝突させることで堆積付着させることで形成することを特徴とする斜軸式液圧回転機の製造方法。 - 請求項2に記載の斜軸式液圧回転機の製造方法において、
前記非鉄軟質金属被膜を、この非鉄軟質金属被膜の形成対象部位に対し、リン酸塩皮膜を形成し、その後にこのリン酸塩皮膜の最表面と非鉄軟質金属成分とを化学的に置換することで形成することを特徴とする斜軸式液圧回転機の製造方法。
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