CN115126671A - 滑动构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滑动构件，该滑动构件通过设定为与部位相应的适当的硬度，从而减小磨耗的偏差，能谋求耐磨耗性的进一步提高。本实施方式的滑动构件(30)具备支承层(32)和滑动层(31)。滑动层(31)设于与对象构件发生滑动的支承层(32)的一个端面侧。该滑动层(31)从轴向的中心到外周侧上具有硬度的梯度，外侧的硬度设定得比中心的硬度大。

Description

滑动构件

技术领域

本实施方式涉及一种滑动构件，特别涉及一种用于活塞泵的活塞的滑动构件。

背景技术

以往，作为液压泵、液压马达，广泛使用斜板式活塞泵。斜板式活塞泵具备斜板和活塞，通过旋转的斜板沿轴向往复驱动活塞(专利文献1)。

在该情况下，活塞的斜板侧的端部与旋转的斜板发生滑动。也就是说，活塞通过在斜板侧的端部与旋转的斜板相接而与斜板发生滑动。因此，活塞在斜板侧的端部具备滑动构件。该滑动构件与如上所述那样旋转的斜板发生滑动，并且从由斜板和活塞加压的流体沿活塞的轴向受力。因此，滑动构件存在容易以活塞的轴为中心在径向上产生磨耗的偏差的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-16150号公报

发明内容

发明要解决的问题

因此，本发明的目的在于提供一种滑动构件，所述滑动构件通过设定为与部位相应的适当的硬度，从而减小磨耗的偏差，能谋求耐磨耗性的进一步的提高。

用于解决问题的方案

为了解决上述的问题，本实施方式的滑动构件具备：支承层；以及滑动层，设于与对象构件发生滑动的所述支承层的一个端面侧，外侧的硬度设定得比轴向的中心的硬度大。

滑动层以轴为中心，外侧的硬度设定得比中心侧的硬度大。也就是说，滑动层在径向上具有硬度的梯度，外侧比中心侧硬。因此，例如在与斜板发生滑动时，即使通过斜板的旋转而从中心侧向外侧受力，滑动层也能在硬的外周侧谋求耐磨耗性的提高。此外，例如即使在中心侧从作为压缩的对象的流体受到大的力，该力也被中心的软的部分挡住，并且将该力向外侧传递，在外侧的硬的部分维持形状。即，本实施方式的滑动层的结构例如与像日本刀那样通过利用比较软的软铁夹持硬的钢来提高作为整体的强度的构成类似。由此，即使在例如进一步高压化等严苛的条件下，也能通过与部位相应的适当的硬度来减轻磨耗的偏差。因此，能谋求作为整体的耐磨耗性的进一步提高。

此外，就本实施方式的滑动构件而言，所述滑动层为具有多个孔隙的多孔性，所述滑动层的孔隙率为0.1％以上且3.2％以下。

像这样，若孔隙率增大，则滑动层保持于内部的润滑油的油量增加。即，润滑油被保持在形成于滑动层的孔隙中。因此，通过增大孔隙率，能谋求滑动层与对象构件的摩擦的减轻。因此，能谋求耐磨耗性的进一步提高。

附图说明

图1是表示应用了一实施方式的滑动构件的活塞泵的示意性剖视图。

图2是表示应用了一实施方式的滑动构件的活塞泵的活塞滑靴的示意性主视图。

图3是表示在一实施方式的滑动构件的制造中使用的夹具的示意性俯视图。

图4是用于对一实施方式的滑动构件的制造方法进行说明的示意性主视图。

图5是从图2的箭头V方向观察滑动构件的图，是用于对滑动构件的测定位置进行说明的概略图。

图6是表示一实施方式的实施例的滑动构件的测定位置与硬度的关系的概略图。

图7是表示比较例的滑动构件的测定位置与硬度的关系的概略图。

图8是表示实施例和比较例的滑动方向与静摩擦系数以及动摩擦系数的关系的概略图。

图9是表示实施例和比较例的滑动位置以及滑动次数与静摩擦系数以及动摩擦系数的关系的概略图。

图10是用于对滑动方向进行说明的概略图。

图11是表示实施例和比较例的润滑油与油保持力的关系的概略图。

图12是表示实施例的滑动位置、滑动次数以及有无润滑油与静摩擦系数以及动摩擦系数的关系的概略图。

图13是表示比较例的滑动位置、滑动次数以及有无润滑油与静摩擦系数以及动摩擦系数的关系的概略图。

具体实施方式

以下，基于附图对实施方式进行详细说明。

图1示出了应用了一实施方式的滑动构件的活塞泵10。活塞泵10具备旋转轴构件11、缸体12、活塞13以及斜板14。需要说明的是，就本实施方式而言，对活塞泵10进行了说明，但通过使液压回路倒置，也能用作活塞马达。旋转轴构件11安装有斜板14。旋转轴构件11被未图示的轴承构件支承，与斜板14一同旋转。缸体12形成多个缸15。具体而言，缸体12沿以旋转轴构件11为中心的周向具有多个缸15。活塞13分别设于缸体12所形成的缸15。活塞13的外径形成为比缸15的内径稍小。由此，活塞13一边与形成缸15的缸体12的内壁发生滑动，一边在缸15的内侧沿轴向往复移动。缸体12和活塞13中，在轴向上与斜板14相反侧的端部形成流体室16。

活塞13具有活塞主体21和活塞滑靴(piston shoe)22。活塞主体21和活塞滑履22能沿轴向一体地移动。如图2所示，活塞滑靴22具有头部23和台部24。头部23形成为球体状。如图1所示，活塞主体21在活塞滑靴22侧的端部具有球面状的内壁25。活塞滑靴22的头部23嵌入活塞主体21的端部。头部23的外径形成为比内壁25的内径稍小。因此，容许头部23和活塞主体21的内壁25向三维的方向移动。由此，活塞主体21和活塞滑靴22以关节状连接，能在规定的范围内呈现自由的角度的姿势。

斜板14相对于旋转轴构件11的中心轴C倾斜。即，旋转轴构件11的中心轴C与斜板14不以直角相交而是形成规定的角度。活塞13的轴向的端部、也就是说与流体室16相反侧的端部与斜板14相接。通过使相对于中心轴C倾斜的斜板14与旋转轴构件11一同旋转，从而与斜板14相接的多个活塞13一边沿旋转轴构件11的周向与斜板14发生滑动，一边沿旋转轴构件11的轴向被驱动。由此，活塞13通过从流体室16的流体受到的力和由斜板14的旋转而沿中心轴C的轴向受到的力，在缸15的内侧沿轴向往复移动。活塞主体21和活塞滑靴22以关节状连接，因此活塞13以稳定的姿势在缸15的内侧移动。

当活塞13通过倾斜的斜板14的旋转而向流体室16侧移动时，流体室16的流体被加压。加压后的流体从形成于缸体12的未图示的排出通路被排出。另一方面，当活塞13向斜板14侧移动时，流体经由未图示的吸入通路被吸入流体室16。活塞13通过斜板14的旋转在缸15的内侧进行往复，由此反复进行流体向流体室16内的吸入和加压。

需要说明的是，就本实施方式而言，对活塞泵10进行了说明，但通过使液压回路倒置，该构成的活塞泵10也能用作活塞马达。即，通过与上述的实施方式相反地向流体室16依次导入加压后的流体，会获取旋转轴构件11的旋转力。由此，本实施方式也能用作使用流体的压力来获取旋转力的活塞马达。流体例如可以任意地使用水、油等液体、气体、或者超临界流体等。

本实施方式的滑动构件30设于活塞13的端部。具体而言，如图2所示，滑动构件30设于活塞滑靴22的斜板14侧的端部。滑动构件30具备滑动层31和支承层32。在本实施方式的情况下，支承层32相当于活塞滑靴22。滑动层31设于作为该支承层的活塞滑靴22的端面侧、即位于与头部23相反侧的台部24的端部。滑动层31由以Cu为主要成分的Cu基合金形成。滑动层31也可以以Cu为主要成分，包含Sn、Zn、Ni、Pb、Bi、Fe等作为添加元素。滑动构件30通过斜板14的旋转与斜板14发生滑动。

在本实施方式的情况下，与活塞滑靴22的台部24的前端的形状相配合，滑动层31的与轴垂直的剖面为圆形。需要说明的是，滑动层31的与轴垂直的剖面的形状可以与台部24的形状相配合地任意地设定。在轴向的中心和外侧，滑动层31的硬度不同。具体而言，滑动层31被设定为外侧即外周侧的硬度比轴向的中心的硬度大。换言之，滑动层31被设定为越靠轴向的中心则相对越软，越靠外周侧则相对越硬。

滑动层31为多孔性，在内部具有多个孔隙(void)。即，滑动层31并非由整体均匀的合金形成，而是形成有多个孔隙。在本实施方式的情况下，滑动层31的孔隙率以体积计设定为0.1％以上且3.2％以下。滑动层31的孔隙率优选为0.6％以上且2.6％以下，更优选为1.2％以上且2.0％以下。

(滑动构件的制造方法)

接着，对一实施方式的滑动构件30的制造方法进行说明。

滑动构件30使用烧结来制造。

将构成滑动构件30的材料以粉末状加入图3所示的夹具41的凹部42，通过烧结而成型。加入凹部42的粉末是与形成的滑动层31的组成相应的合金的粉末。在像这样通过烧结进行成型时，如图4所示，加入到凹部42的合金的粉末通过载置支承构件43而被加压。在本实施方式的情况下，支承构件43例如也可以使用作为支承层的活塞滑靴22。由此，加入到凹部42的粉末44在因支承构件43的自重而被加压的状态下被烧结。在该烧结工序中，填充于凹部42的粉末44与夹具41一起被加热为750℃至950℃程度。

像这样，利用支承构件43的自重对填充于凹部42的状态的粉末44进行加压并对其进行加热，由此通过烧结而形成的滑动层31的外周侧比轴向的中心硬。其原因在于，填充于凹部42的粉末44因烧结时的加热而软化，软化后的粉末44在凹部42中因支承构件43的自重被加压，由此倾向于向外周侧移动。软化并移动的粉末44的进一步的移动被形成凹部42的夹具41的内壁45限制。因此，就通过粉末44的烧结而形成的滑动层31而言，越靠近内壁45的外周侧则密度越大，硬度也越大，相对于此，越靠中心则密度越小，硬度也越小。其结果是，就通过粉末44的烧结而形成的滑动层31而言，在轴向的中心和外周侧间，硬度产生梯度，越靠外周侧则硬度越大。滑动层31通过伴随由支承构件43进行的加压的粉末44的烧结，沿径向形成硬度的梯度，并且在内部形成微细的孔隙。

接着，对上述的实施方式的滑动构件30的性能的评价进行说明。

滑动构件30利用摩擦系数、油保持力以及润滑油浸渗状态下的摩擦系数来评价性能。

(实施例和比较例的试样)

本实施方式的滑动构件30的实施例采用了直径为28mm的圆板状。滑动构件30的实施例使用了采用Cu-11Sn-0.3P的Cu基合金。由该Cu基合金构成的材料的粉末44在800℃～900℃下进行烧结，制成滑动构件30。所得到的实施例的试样通过伴随加压的烧结而使体积收缩了约20％。此外，滑动构件30的实施例的试样的孔隙率为1.5％左右。就孔隙率而言，以可视方式拍摄试样的任意剖面中的放大图像，对拍摄到的图像进行二值化并确定了孔隙。然后，测定图像的观察视野中的面积比例，计算出观察视野中孔隙所占的比例作为孔隙率。在本实施例中，在试样中观察多个观察视野，对各观察视野中的孔隙率进行平均，将平均后得到的值作为孔隙率。也同样地对于下述的比较例计算出孔隙率。

准备与该实施例进行比较的比较例。比较例采用了利用与实施例相同的材料形成为相同的圆板状的试样。比较例是在反复进行合金的材料的烧结和轧制而形成板状的均匀的构件后，通过压力加工(press)而冲切成圆板状的例子。该比较例是通常用作活塞滑靴22的滑动构件的构成。就比较例的试样而言，通过烧结而体积收缩约20％左右，并且通过轧制而体积收缩20％以上。因此，比较例为作为整体均匀、不易含有空隙的结构。其结果是，比较例是孔隙率为0.012％的非常致密的结构。即，比较例与本实施方式的实施例相比，孔隙率为1/100以下。

如图5所示，对滑动构件30的实施例和比较例的试样设定测定位置，在各个测定位置中测定了硬度(Hv)。具体而言，测定位置r1～r12根据离径向中心O的距离而设定。在本实施方式的情况下，在各测定位置r1～r12中，在沿周向分割成8等分的位置P1～P8分别对硬度进行测定并进行平均，由此作为各测定位置r1～r12处的硬度。在本实施方式中，测定位置r1～r12从中心O沿径向等间隔地设定。如图6所示，可知在实施例中，测定出的硬度从靠近中心O的测定位置r1向测定位置r12而变大。像这样，就本实施方式的实施例而言，越靠近中心O的测定位置r1则相对越软，在远离中心O的测定位置r12变硬。

相对于此，在比较例的情况下，形成为整体均匀的板状。因此，比较例几乎没有由部位引起的硬度的差异。具体而言，如图7所示，可知在比较例中，测定出的硬度从靠近中心O的测定位置r1到测定位置r12大致相同。像这样，就比较例而言，从靠近中心O的测定位置r1到远离中心O的测定位置r12，硬度的差异小。

(摩擦系数)

就摩擦系数而言，对于滑动构件30的实施例和比较例测定了静止的状态的静摩擦系数μs和正在滑动的状态的动摩擦系数μk这两者。这些摩擦系数通过基于鲍顿(Bowden)试验的往复滑动试验进行了测定。就试验条件而言，将垂直载荷设定为1kg，将往复的移动距离设定为12mm，将移动速度设定为12mm/sec，在往复滑动次数1次和100次中分别计测出静摩擦系数μs和动摩擦系数μk。在图8所示的例子的情况下，往复滑动方向设定为径向即滑动构件的中心O与外周侧之间。

如图8所示，可知在往复滑动次数相同时，与比较例相比，实施例的静摩擦系数μs和动摩擦系数μk均降低。另一方面，在滑动方向从中心O趋向外侧时与从外侧趋向中心O时，实施例的静摩擦系数μs和动摩擦系数μk不同。具体而言，在实施例的情况下，静摩擦系数μs在从中心O趋向外侧时变大，在从外侧趋向中心O时变小。此外，动摩擦系数μk在从中心O趋向外侧时变小，在从外侧趋向中心O时变大。其原因在于，在实施例的情况下，从中心O向外周侧逐渐变硬。即，可认为其原因在于，就外周侧比中心O硬的实施例而言，在从中心O趋向外侧时，不易产生伴随滑动的磨耗粉末，相反地，在从外侧趋向中心O时，容易产生伴随滑动的磨耗粉末。相对于此，比较例整体上硬度均匀，因此在滑动方向与摩擦系数之间观察不到相关性。

图9是将往复滑动方向设定为在靠近中心O的部分和外侧的部分中平行的例子。即，如图10所示，试样与试验机的滑动方向设定为在靠近中心O的部分与外侧的部分中平行。如图9所示，实施例倾向于在靠近中心O的位置比外侧摩擦系数大。可认为其原因在于，在实施例的情况下，靠近中心O的位置比外侧硬度小，容易产生摩擦。相对于此，比较例整体上硬度均匀，因此在滑动位置与摩擦系数之间观察不到相关性。

(油保持力)

滑动构件30的实施例和比较例确认了保持润滑油的能力作为油保持力。油保持力基于试样的质量变化进行了测定。具体而言，就实施例和比较例的试样而言，在清洗和干燥后测定干燥质量。此时，若干燥质量连续两次没有变化，则将测定出的质量设定为该试样的干燥质量。计测出干燥质量的试样在润滑油中浸泡24小时，使润滑油浸渗。浸渗有润滑油的试样在擦去表面的润滑油后，计测出湿润质量。然后，通过将试样用于试验，将增加的质量的比例作为油保持力。即，以如下方式计算出油保持力：油保持力＝(湿润质量-干燥质量)/(湿润质量)×100。此外，润滑油使用了粘度不同的两种润滑油。具体而言，润滑油使用了粘度小的VG-22和粘度大的VG-68。比较例在与上述的实施例相同的条件下测定出油保持力。

如图11所示，在粘度不同的任意润滑油中，与比较例相比，实施例的油保持力均提高。可认为其原因在于，如上所述，实施例的孔隙率高，因此比几乎不形成孔隙的比较例容易包含油。由此可知，与比较例相比，具有孔隙的实施例的油保持力提高。图11所示的“提高率”示出了以比较例为基准，实施例的油保持力所提高的比例。即，以如下方式计算：提高率＝实施例的油保持力/比较例的油保持力×100。

(润滑油浸渗状态下的摩擦系数)

就实施例和比较例而言，在浸渗有润滑油的状态下测定了静摩擦系数μs和动摩擦系数μk。这些摩擦系数通过基于上述的鲍顿试验的往复滑动试验进行测定，测定条件与图8所示的例子相同。其中，往复滑动次数设为1次和1000次。

如图12所示，可知实施例通过浸渗润滑油，从而在往复滑动次数为1次和1000次这两者中均降低。其原因在于，由润滑油引起的摩擦的减轻。特别是，在实施例中，通过浸渗润滑油，即使在靠近中心O的位置和远离中心O的位置这两者中增加往复滑动次数，摩擦系数也会降低。由此可知，实施例通过基于孔隙的润滑油的保持，有助于摩擦系数的减轻。相对于此，如图13所示，比较例整体上硬度均匀并且几乎没有孔隙，因此润滑油的保持力小。因此可知，在比较例中，即使使用润滑油，摩擦系数也随着往复滑动次数的增加而逐渐增大。

如以上说明的那样，在本实施方式中，滑动层31的外侧的硬度设定得比中心O侧的硬度大。因此，在与活塞泵10的斜板14发生滑动时，即使随着斜板14的旋转和流体的加压而受力，滑动层31也能在硬的外周侧谋求耐磨耗性的提高。此外，即使通过流体室16的流体的加压而对滑动层31施加大的力，该力也被滑动层31的靠近中心O的软的部分挡住，并且向外侧传递，在更硬的外侧的部分维持滑动层31的形状。由此，即使在例如进一步高压化等严苛的条件下，也能通过与部位相应的适当的硬度来减轻磨耗的偏差。因此，能谋求作为整体的耐磨耗性的进一步提高。

此外，在本实施方式中，滑动层31为具有孔隙的多孔性。若作为滑动层31的孔隙的比例的孔隙率变大，则滑动层31保持于内部的润滑油的油量增加。即，润滑油被保持在形成于滑动层31的孔隙中。因此，通过增大孔隙率，能谋求滑动层31与对象构件的摩擦的减轻。因此，能谋求耐磨耗性的进一步提高。

此外，在本实施方式的滑动构件30的制造方法中，在形成滑动层31的材料的粉末44被填充于夹具41的凹部42后，载置支承构件43并进行烧结。因此，填充于凹部42的粉末44以被支承构件43沿轴向加压的状态被烧结。由此，形成滑动层31的粉末44通过为烧结进行的加热而软化时，从中心O向外周受力移动，并且移动被夹具41的内壁45限制。因此，所形成的滑动层31在中心O侧中密度降低而变得比较软，相对于此，在外周侧中密度提高而变得比较硬。其结果是，所形成的滑动层31在中心O与外周侧之间形成硬度的梯度。此外，滑动层31通过粉末44的烧结而形成，因此在内部形成有空隙。因此，能在所形成的滑动构件30的内部形成空隙，并且能沿径向形成硬度的梯度。

以上说明的本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以用于各种实施方式。

附图标记说明

附图中，30表示滑动构件，31表示滑动层，32表示支承层，41表示夹具，42表示凹部，43表示支承构件，44表示粉末。

Claims (3)

1.一种滑动构件，该滑动构件具备：

支承层；和

滑动层，所述滑动层设于与对象构件发生滑动的所述支承层的一个端面侧，外侧的硬度设定得比轴向的中心的硬度大。

2.根据权利要求1所述的滑动构件，其中，

所述滑动层的与轴垂直的剖面为圆形。

3.根据权利要求1或2所述的滑动构件，其中，

所述滑动层为具有多个孔隙的多孔性，

所述滑动层的孔隙率为0.1％以上且3.2％以下。

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