JP2012007509A - 斜軸式液圧回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックの各シリンダ穴とテーパピストンとの接触箇所での摩耗を抑え、かじり・焼付き等の発生を防ぐことができるようにする。
【解決手段】シリンダブロック６の表面側には、センタ穴７および複数のシリンダ穴８を含んで全体を覆うように表面処理層１５を形成する。表面処理層１５は、鋳鉄または鋳鋼等の鉄系材料を用いて形成されたシリンダブロック６の母材に対し窒化系の熱処理を施すことにより形成された窒化処理層とりん酸マンガンの化成皮膜とにより構成される。化成皮膜は、窒化処理層の表面側にりん酸マンガンの化成皮膜を形成するものである。この化成皮膜は、テーパピストン等の摺動部材に対する初期なじみ性に優れ、その膜厚は、例えば１０〜２０μｍ以上の厚みに設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば土木・建築機械、その他の一般機械に油圧ポンプ、モータ等として用いられる斜軸式液圧回転機に関する。

一般に、油圧ショベル等の建設機械や一般機械において油圧ポンプまたは油圧モータとして用いられる液圧回転機として、例えば固定容量型または可変容量型の斜軸式液圧回転機が知られている。

この種の従来技術による斜軸式液圧回転機は、ケーシングと、該ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸と、該回転軸と共に回転するように前記ケーシング内に回転可能に設けられ周方向に離間して軸方向に延びる複数のシリンダ穴が形成されたシリンダブロックと、該シリンダブロックの各シリンダ穴内に摺動可能に挿嵌され該シリンダブロックの回転に伴って各シリンダ穴内を往復動する複数のピストンとを含んで構成されている。

また、前記斜軸式液圧回転機は、前記シリンダブロックの回転軸中心に沿って形成されたセンタ穴と、前記シリンダブロックのセンタ穴に嵌合され該シリンダブロックのセンタリングを行うセンタシャフトと、前記ケーシングとシリンダブロックとの間に設けられ前記各シリンダ穴と連通する給排ポート（低圧ポート、高圧ポート）が形成された弁板と、前記センタシャフトとシリンダブロックとの間に設けられ前記シリンダブロックを前記弁板に向けて付勢するばねとを備えている。

さらに、前記ケーシング内に位置する回転軸の基端側端部にはドライブディスクが一体的に設けられ、このドライブディスクには、前記シリンダブロックから突出した各ピストンの突出側端部とセンタシャフトの突出側端部とが揺動可能に連結されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、この種の斜軸式液圧回転機は、例えば油圧モータとして用いる場合に、高圧ポートを通じて外部からの圧油を各シリンダ穴内に順次供給すると、前記各ピストンの突出側端部がドライブディスクに順次押付けられる。これにより、前記ドライブディスクの回転軸を中心とした回転力が発生し、この回転力をモータ出力として取出すものである。

特開２００８−１０１５８１号公報

ところで、上述した従来技術では、シリンダブロックの母材を鋳物、鋼材料等を用いて形成し、母材の表面側には、例えば窒化系の熱処理を施している。しかし、シリンダブロックの回転時には、各シリンダ穴の入口部周縁（開口部周縁）とピストンとが接触するに伴ってシリンダブロックの接触箇所には摩耗痕が生じる。そして、このような摩耗が進行すると、例えば化合物層と拡散層とからなる窒化系の処理層から化合物層が剥離されることもあり、かじり・焼付き等の発生が懸念されるという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、シリンダブロックの各シリンダ穴とピストンとの接触箇所での摩耗を抑え、かじり・焼付き等の発生を防ぐことができるようにした斜軸式液圧回転機を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、筒状のケーシングと、該ケーシングの一側に位置し軸受を介して回転自在に設けられた回転軸と、該回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ周方向に離間して軸方向に延びる複数のシリンダ穴を有したシリンダブロックと、軸方向の一側が前記回転軸に揺動自在に支持され他側が前記シリンダブロックの各シリンダ穴に往復動可能に挿嵌された複数のテーパピストンとを備えてなる斜軸式液圧回転機に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記シリンダブロックには、前記各シリンダ穴を含んで窒化系の処理を施した処理層を形成し、該処理層の表面側にはりん酸マンガン皮膜からなる化成皮膜を形成する構成としたことにある。

また、請求項２の発明によると、前記シリンダブロックのシリンダ穴には、前記処理層のうち表面側に位置する化合物層を研磨手段で除去した状態で、前記りん酸マンガン皮膜からなる前記化成皮膜を形成する構成としている。

さらに、請求項３の発明によると、前記テーパピストンには、窒化系の処理を施して形成した処理層と、該処理層の表面側に形成した酸化皮膜とを設ける構成としている。

請求項１の発明によれば、シリンダ穴の周壁（表面）側に窒化系の処理層を覆うようにりん酸マンガン皮膜からなる化成皮膜を形成している。このため、りん酸マンガンの化成皮膜は、シリンダ穴内を摺動変位するテーパピストンの形状に早期になじむようになり、シリンダ穴とピストンとの接触部位における面圧を低下することができ、摩耗の低減化を図ることができる。また、りん酸マンガンの化成皮膜を摩耗量と同程度以上の膜厚に形成しておくことにより、窒化系の処理層のうち化合物層と拡散層との境界面付近まで摩耗が到達するのを防ぐことができ、シリンダブロックに形成した窒化系の処理層が摩耗によってダメージを受けるのを抑制することができる。しかも、窒化系の処理後の表面状態にりん酸マンガン処理を行うことにより、表面積が増えた状態で化成皮膜を形成できるため、化成皮膜がより付き易くなる。

さらに、シリンダ穴内を摺動変位するピストンの形状にりん酸マンガンの化成皮膜が早期になじむことによって、シリンダ穴の開口部周縁とテーパピストンとの接触領域に偏りが生じるのを抑えることができる。このため、シリンダ穴の開口部周縁とテーパピストンとの接触領域が広がるのを抑制でき、接触領域の拡大に伴う発熱量の増大を抑えることができる。従って、シリンダ穴の開口部周縁とテーパピストンとのかじり・焼付き等のリスクを低減することができ、斜軸式液圧回転機としての信頼性を高めることができる。

また、請求項２の発明は、処理層のうち表面側に位置する化合物層を研磨手段で除去することにより、例えばシリンダブロックが正方向の回転と逆方向の回転とを繰返すような場合に、シリンダ穴の開口部周縁とテーパピストンとの接触部位に衝撃荷重が発生したとしても、これに伴う前記化合物層の剥離をなくすことができ、かじり・焼付き等のリスクを低減できると共に、シリンダ穴の開口部周縁にはりん酸マンガンの化成皮膜を安定した状態で確保し、残しておくことができる。さらに、前記化合物層を研磨手段で除去した後に、開口部周縁の摩耗量と同程度以上の化成皮膜を形成しておくことにより、シリンダブロックに形成した窒化系の処理層が摩耗によってダメージを受けるのを抑制することができる。このため、シリンダ穴の開口部周縁で摺動面の粗さが悪くなるのを抑えることができ、テーパピストンの摺動特性を良好に保つことができる。

また、請求項３の発明によれば、テーパピストンの表面側には、窒化系の処理層に加えて酸化皮膜を形成するため、この酸化皮膜により耐かじり性の良い表面処理がなされたテーパピストンを製作することができ、シリンダブロックに対しても各シリンダ穴の開口部周縁での摩耗を効果的に低減することができる。これにより、シリンダブロックに形成した窒化系の処理層が摩耗によってダメージを受けるのを抑制でき、かじり・焼付き等のリスクを低減することができる。さらに、シリンダ穴の開口部周縁とテーパピストンとの接触部位における面圧が過大になったり、油膜切れ等が発生したりする条件下でも、テーパピストンの表面のうち最表面側に酸化皮膜の層を形成することによって、かじり・焼付き等が発生するリスクの低減化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態による斜軸式の油圧モータを示す縦断面図である。 図１中のシリンダブロックを単体として示す拡大断面図である。 図１中のテーパピストンを単体として拡大して示す一部破断の正面図である。 シリンダブロックの各シリンダ穴内に複数のピストンを挿嵌した状態を図１中の矢示IV−IV方向から拡大してみた断面図である。 図４中のシリンダ穴に形成される開口部周縁の摩耗形状を拡大して示すシリンダブロックの部分拡大図である。 比較例によるシリンダ穴に形成される開口部周縁の摩耗形状を拡大して示すシリンダブロックの部分拡大図である。 シリンダブロックに対する表面処理の各工程を示す流れ図である。 テーパピストンに対する表面処理の各工程を示す流れ図である。 シリンダ穴の周壁面に形成した化成皮膜を含む表面処理層等を示す図２中の矢示ＩＸにおける拡大断面図である。 表面処理層を形成する前の状態でシリンダ穴の周壁面等を示す図９と同様位置での拡大断面図である。 シリンダ穴の周壁面に窒化系の処理層を形成した状態を示す図９と同様位置での拡大断面図である。 テーパピストンの外周面側に形成した酸化皮膜を含む表面処理層等を示す図３中の矢示XII部における拡大断面図である。 表面処理層を形成する前の状態でテーパピストンの外周面等を示す図１２と同様位置での拡大断面図である。 テーパピストンの外周面側に窒化系の処理層を形成した状態を示す図１２と同様位置での拡大断面図である。 シリンダ穴の開口部周縁における表面粗さの変化を試験時間との関係で示す特性線図である。 シリンダ穴の開口部周縁における摩耗量を試験時間との関係で示す特性線図である。 第２の実施の形態によるシリンダブロックの表面処理工程を示す流れ図である。 シリンダ穴の周壁面に窒化系の処理層を形成した状態を示す図９と同様位置での拡大断面図である。 図１８中の処理層から化合物層を除去した状態を示す拡大断面図である。 化合物層が除去された処理層の上に化成皮膜を形成した状態を示す図１８と同様位置での拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態による斜軸式液圧回転機を、固定容量型斜軸式の油圧モータに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

ここで、図１ないし図１６は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は斜軸式液圧回転機からなる油圧モータのケーシングである。このケーシング１は、略「く」字状に屈曲した筒形状をなすケーシング本体２と、後述のヘッドケーシング３とにより構成されている。

ケーシング本体２は、図１中に示すように軸方向の一側に位置する一側筒部２Ａと、軸方向他側の他側筒部２Ｂとにより構成され、一側筒部２Ａと他側筒部２Ｂとの中間部位が略「く」字状に屈曲されている。また、ケーシング本体２の一側筒部２Ａには、その軸方一側の端部に軸挿通孔２Ｃが形成されている。

３はケーシング本体２の他側筒部２Ｂ側に位置するヘッド側端面に固着されたヘッドケーシングで、該ヘッドケーシング３には、一対の給排通路（いずれも図示せず）が形成されている。これらの給排通路のうち高圧側の給排通路は、油圧ポンプ（図示せず）から吐出された圧油を後述する弁板１３の給排ポート１３Ｂを介して各シリンダ穴８内に供給する。また、低圧側の給排通路は、後述する弁板１３の給排ポート１３Ｃ側からタンク（図示せず）側に向けて戻り油を排出するものである。

４はケーシング本体２の一側筒部２Ａ内に設けられた回転軸を示し、該回転軸４は、当該油圧モータの出力軸を構成し、ケーシング本体２の一側筒部２Ａ内に軸受等を介して回転自在に支持されている。そして、回転軸４の一端側は、軸挿通孔２Ｃを通じてケーシング本体２の外部に突出し、例えば遊星歯車減速装置等の油圧モータによって駆動される機器類（図示せず）に連結される。

一方、ケーシング本体２の一側筒部２Ａ内を他側筒部２Ｂに向けて延びる回転軸４の基端側（他端側）には、該回転軸４と一体に回転するドライブディスク５が一体的に設けられている。該ドライブディスク５は、ケーシング本体２の一側筒部２Ａと他側筒部２Ｂとの境界部近傍となる位置に配置されている。そして、ドライブディスク５には、後述のシリンダブロック６と対向する他側端面の中心側に位置し後述するセンタシャフト９の球形部９Ａが摺動可能に連結される中心側の凹球面部５Ａと、該凹球面部５Ａの径方向外側に位置して周方向に互いに離間し後述する各テーパピストン１０の球形部１０Ｂがそれぞれ揺動可能に連結される回転伝達用の複数の凹球面部５Ｂとが設けられている。

６はケーシング１内に回転可能に設けられたシリンダブロックを示し、該シリンダブロック６は、後述のセンタシャフト９、各テーパピストン１０等を介してドライブディスク５に連結され回転軸４と一体に回転するものである。ここで、シリンダブロック６は、肉厚な円筒状に形成され、その中心部には、後述のセンタシャフト９が摺動可能に挿嵌されるセンタ穴７が回転中心軸αに沿って穿設されている。また、シリンダブロック６には、センタ穴７を中心として周方向に一定の間隔をもって離間し軸方向に延びた複数本（通常５本、７本または９本等の奇数本）のシリンダ穴８が穿設されている。

ここで、シリンダブロック６は、例えば鋳鉄または鋳鋼等の鉄系材料を用いて形成された後述の母材１６に対し、表面処理として後述の如く窒化処理とりん酸マンガンの化成皮膜処理とを施すことにより構成されている。シリンダブロック６のうちヘッドケーシング３側の端面は、後述の弁板１３に摺接する凹湾曲面状の摺動面６Ａとなっている。

シリンダブロック６の摺動面６Ａと各シリンダ穴８との間には、摺動面６Ａ側で弁板１３に連通、遮断される複数のシリンダポート８Ａ（１本のみ図示）が形成されている。また、各シリンダ穴８は、図２に示すように開口部周縁８Ｂを有し、この開口部周縁８Ｂは、後述のテーパピストン１０をシリンダ穴８内に挿入するための入口部周縁でもある。

９はシリンダブロック６のセンタリングを行うためにセンタ穴７に挿嵌して設けられたセンタシャフトである。このセンタシャフト９は、図１に示す如く一端側が球形部９Ａとなり、他端側には有底状のばね収容穴９Ｂが形成されている。そして、センタシャフト９の球形部９Ａは、ドライブディスク５の中心側に形成された凹球面部５Ａに摺動可能に嵌合されている。また、センタシャフト９のばね収容穴９Ｂ内には後述のばね１４が配設されている。

１０はシリンダブロック６の各シリンダ穴８内に往復動可能に挿嵌された複数のテーパピストンである。これらのテーパピストン１０は、図３に示すように一端側から他端側に向けテーパ状に拡径して形成されたテーパ軸部１０Ａと、該テーパ軸部１０Ａの一端（小径部）側に一体に形成された球形部１０Ｂと、テーパ軸部１０Ａの他端（大径部）側に形成されたピストン部１０Ｃと、該ピストン部１０Ｃ側の端面から球形部１０Ｂ側に向けてテーパピストン１０内を軸方向に延びた油孔１０Ｄ等とを含んで構成されている。

テーパピストン１０は、ピストン部１０Ｃ側がシリンダ穴８内に摺動可能に挿嵌されている。ピストン部１０Ｃの外周側には、シリンダ穴８との間のシール性を確保するためにピストンリング等からなるシール部材１１，１２等が装着されている。テーパピストン１０の球形部１０Ｂは、ドライブディスク５の凹球面部５Ｂ内に揺動（摺動）可能に連結され、両者の摺動面には、シリンダ穴８内に供給された油液の一部が潤滑油となって油孔１０Ｄ側から補給される。

１３はケーシング１のヘッドケーシング３とシリンダブロック６との間に設けられた弁板で、該弁板１３は、シリンダブロック６に対面する一側面が凸湾曲状の切換面１３Ａとなり、他側面は平坦面となってヘッドケーシング３に固着されている。シリンダブロック６は、その摺動面６Ａが弁板１３の切換面１３Ａに対して摺接しつつ回転することにより、各シリンダ穴８に対する圧油の供給，排出が下記のように行われる。

即ち、弁板１３には、図４に示す如く眉形状をなす一対の給排ポート１３Ｂ，１３Ｃが周方向に延びて形成され、これらの給排ポート１３Ｂ，１３Ｃは、ヘッドケーシング３に形成した前記一対の給排通路に連通している。そして、給排ポート１３Ｂ，１３Ｃは、シリンダブロック６の回転に伴って各シリンダ穴８のシリンダポート８Ａと間欠的に連通する。

この場合、高圧側となる一方の給排ポート１３Ｂは、前記一対の給排通路のうち高圧側の給排通路に接続され、油圧ポンプ（図示せず）から吐出された圧油を各シリンダ穴８内に供給する。また、低圧側となる他方の給排ポート１３Ｃは、前記一対の給排通路のうち低圧側の給排通路に接続され、各シリンダ穴８から排出される戻り油をタンク（図示せず）側に向けて排出するものである。

１４はセンタシャフト９とシリンダブロック６との間に設けられたばねで、該ばね１４は、センタシャフト９のばね収容穴９Ｂ内に配置され、シリンダブロック６を弁板１３の切換面１３Ａに向けて常時付勢している。これにより、シリンダブロック６は、その摺動面６Ａを弁板１３の切換面１３Ａに密着させた状態で弁板１３に対して正方向または逆方向に相対回転するものである。

１５はシリンダブロック６に形成された表面処理層で、該表面処理層１５は、図２に示すように、センタ穴７および複数のシリンダ穴８を含んでシリンダブロック６の表面側を全体的に覆うように形成されている。そして、表面処理層１５は、図９に示すように、例えば鋳鉄または鋳鋼等の鉄系材料を用いて形成されたシリンダブロック６の母材１６に対し後述の如く窒化系の熱処理を施すことにより形成された窒化処理層１７と後述の化成皮膜１８とにより構成されている。

ここで、窒化処理層１７は、図９、図１１に示すように母材１６の表面側に形成される拡散層１７Ａと、該拡散層１７Ａの表面側を覆うように形成された化合物層１７Ｂとにより構成されている。このうち化合物層１７Ｂは、拡散層１７Ａよりも硬い層として形成され、化合物層１７Ｂの厚さは、１０〜２０μｍ程度となっている。

１８は窒化処理層１７の化合物層１７Ｂを覆うように形成された化成皮膜で、該化成皮膜１８は、例えば浸漬（ディピング）等の処理手段により化合物層１７Ｂの表面側にりん酸マンガン皮膜を形成するものである。りん酸マンガンの化成皮膜１８は、テーパピストン１０等の摺動部材に対する初期なじみ性に優れ、その膜厚は、例えば１０〜２０μｍ以上の厚みに設定される。そして、りん酸マンガンの化成皮膜１８は、シリンダ穴８内を摺動変位するテーパピストン１０の表面形状に早期になじむようになり、シリンダ穴８とテーパピストン１０との接触部位における面圧を低下して摩耗を低減させるものである。

次に、２０はテーパピストン１０に形成された表面処理層で、該表面処理層２０は、図３に示すようにテーパピストン１０のテーパ軸部１０Ａ、球形部１０Ｂおよびピストン部１０Ｃの表面側を全体的に覆うように形成されている。そして、表面処理層２０は、図１２に示すように、テーパピストン１０の母材１０′に対し後述の如く窒化系の熱処理を施すことにより形成された窒化処理層２１と後述の酸化皮膜２２とにより構成されている。ここで、テーパピストン１０の窒化処理層２１も、シリンダブロック６の窒化処理層１７と同様に、拡散層２１Ａと化合物層２１Ｂとにより構成されている。

２２は窒化処理層２１の化合物層２１Ｂを覆うように形成された酸化皮膜で、該酸化皮膜２２は、例えば５００℃以上の過熱水蒸気を化合物層２１Ｂの表面側に付着させることにより、酸化鉄（Ｆe_３Ｏ_４）の表面層を形成するものである。酸化皮膜２２は、テーパピストン１０の最表面側に緻密で安定した層を形成し、テーパピストン１０の耐酸化性、耐食性および耐摩耗性等を高めるものである。

本実施の形態による斜軸式の油圧モータは上述の如き構成を有するもので、以下、その作動について説明する。

まず、油圧モータの回転軸４を駆動するときには、油圧ポンプ（図示せず）から吐出された圧油をヘッドケーシング３に形成した高圧側の給排通路、弁板１３の給排ポート１３Ｂを介して各シリンダ穴８内へ順次供給し、このときの油圧力で各テーパピストン１０をシリンダ穴８からドライブディスク５側に向けて順次伸長（突出）させる。また、各シリンダ穴８からの戻り油は、各テーパピストン１０がシリンダ穴８内へと縮小する方向に変位するに伴って低圧側の給排ポート１３Ｃ、給排通路からタンク側に向けて排出される。

このとき、前記圧油が順次供給される各シリンダ穴８内では、内部に挿嵌されたテーパピストン１０の突出側端部となる球形部１０Ｂがドライブディスク５の凹球面部５Ｂ側に順次押付けられる。これにより、ドライブディスク５には回転軸４を中心とした回転力が発生し、この回転力は回転軸４の先端側からモータ出力として取出される。

ここで、油圧モータの回転駆動時には、各テーパピストン１０がシリンダ穴８の内周壁と開口部周縁８Ｂとに接触することにより、シリンダブロック６に回転力が伝達され、シリンダブロック６とドライブディスク５とが同期して回転するようになる。この場合、各テーパピストン１０のうちの１本のピストン１０がシリンダ穴８の内周壁と開口部周縁８Ｂとに接触する領域としては、当該テーパピストン１０が挿通されたシリンダ穴８が低圧側の給排ポート１３Ｃに連通するときの一定区間（図４中に示す低圧側の接触領域Ａ）と、高圧側の給排ポート１３Ｂに連通するときの一定区間（高圧側の接触領域Ｂ）とが挙げられる。

即ち、シリンダブロック６の各シリンダ穴８内に挿嵌して設けられた複数のテーパピストン１０は、シリンダブロック６が１回転する間に、図４中に示す低圧側の接触領域Ａと高圧側の接触領域Ｂとにおいてシリンダ穴８の内周壁と開口部周縁８Ｂとに接触する。これにより、テーパピストン１０からシリンダブロック６への回転力の伝達が行われ、シリンダブロック６とドライブディスク５とが同期して回転する。

このため、従来技術では、図６中に比較例として示すように、シリンダブロック６′の各シリンダ穴８′の開口部周縁８Ｂ′に摩耗痕２３′が形成される。そして、このような摩耗が進行すると、化成皮膜を形成していない比較例の場合、シリンダ穴８′に形成した化合物層と拡散層とからなる窒化処理層のうち、前記化合物層が剥離されることがあり、シリンダ穴８′の開口部周縁８Ｂ′側ではかじり・焼付き等が発生する虞れがある。

また、従来技術にあっては、前記窒化処理層から予め化合物層を、例えばホーニング加工等の手段で除去し、耐かじり性、耐焼付きのよいホーニング面を形成する場合がある。しかし、この場合でも前記摩耗痕２３′が１０μｍ程度の深さに達すると、前記ホーニング面が摩耗により無くなることがあり、さらに摩耗が進行すると開口部周縁８Ｂ′の表面粗さが悪くなり、テーパピストンの摺動性が低下してかじり・焼付き等のリスクが高くなる。

さらに、従来技術の場合、シリンダ穴８′とテーパピストンとの形状のバラツキにより、シリンダ穴８′の開口部周縁８Ｂ′とテーパピストンとの接触領域に偏りが生じ、これによって両者の摺動接触に伴う発熱量が増加し、かじり・焼付き等のリスクが高くなる虞れもある。

そこで、本実施の形態では、図７に示す手順に従ってシリンダブロック６の表面処理を行う構成としている。この場合、図１０に示すように鉄系材料を用いて形成されたシリンダブロック６の母材１６を用意する。次に、シリンダブロック６の母材１６に対し窒化系の熱処理を施すことにより、図１１に示すように拡散層１７Ａと化合物層１７Ｂとからなる窒化処理層１７を形成する（図７中のステップ１）。

次に、ステップ２の化成皮膜処理では、例えばりん酸マンガンが加熱溶融された浴槽（図示せず）中に、シリンダブロック６の母材１６を所定時間にわたって浸漬させる。そして、このような浸漬（ディピング）処理によって、りん酸マンガンの化成皮膜１８を化合物層１７Ｂの表面側に形成し、この化成皮膜１８により図９に示す如く、窒化処理層１７の化合物層１７Ｂを外側から全面にわたって被覆するように覆う。

また、本実施の形態では、テーパピストン１０に対しても図８に示す手順に従って表面処理を行う。この場合、図１３に示すように鉄系材料等を用いて形成されたテーパピストン１０の母材１０′を用意しておく。次に、テーパピストン１０の母材１０′に対して窒化系の熱処理を施すことにより、図１４に示すように拡散層２１Ａと化合物層２１Ｂとからなる窒化処理層２１を形成する（図８中のステップ１１）。

次に、ステップ１２の酸化皮膜処理では、例えば５００℃以上の過熱水蒸気を化合物層２１Ｂの表面側に付着させることにより、酸化鉄（Ｆe_３Ｏ_４）の表面層からなる酸化皮膜２２を形成する。そして、この酸化皮膜２２により図１２に示す如く、窒化処理層２１の化合物層２１Ｂを外側から全面にわたって被覆するように覆う。

かくして、本実施の形態によれば、シリンダブロック６の表面側、特にシリンダ穴８の周壁（表面）側に窒化処理層１７を覆うように、りん酸マンガン皮膜からなる化成皮膜１８を形成する構成としているため、表面処理層１５のうち最も外側に位置するりん酸マンガンの化成皮膜１８は、シリンダ穴８内を摺動変位するテーパピストン１０の外形状に早期になじむようになり、初期なじみ効果を発揮することができる。

この結果、シリンダ穴８とテーパピストン１０との接触部位における面圧を低下することができ、摩耗の低減化を図ることができる。また、りん酸マンガンの化成皮膜１８を摩耗量と同程度以上の膜厚に形成しておくことにより、窒化処理層１７のうち化合物層１７Ｂと拡散層１７Ａとの境界面付近まで摩耗が到達するのを防ぐことができ、シリンダブロック６に形成した窒化処理層１７が摩耗によってダメージを受けるのを抑制することができる。

このため、例えば図５に示すようにシリンダブロック６の各シリンダ穴８において、その開口部周縁８Ｂに摩耗痕２３が形成される場合でも、これらの摩耗痕２３が窒化処理層１７の化合物層１７Ｂと拡散層１７Ａとの境界面付近に達するまで深くなるのを防ぐことができ、シリンダブロック６に形成した窒化処理層１７が摩耗によってダメージを受けるのを抑制することができる。しかも、窒化系の処理後の表面状態にりん酸マンガン処理を行うことにより、表面積が増えた状態で化成皮膜１８を形成できるため、化成皮膜１８がより付き易くなる。

また、本発明者等は、シリンダブロック６のシリンダ穴８内にテーパピストン１０を挿嵌して摺動試験を繰返すようにし、シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂにおける表面粗さ、即ち平均表面粗さ（Ｒａ）を計測する試験を行った。この結果、図１５中に示す特性線２４のように、本実施の形態によるシリンダブロック６のシリンダ穴８にあっては、開口部周縁８Ｂの平均表面粗さ（Ｒａ）が摺動試験の経過時間に伴って低下し、安定した面粗さを得ることができる。

即ち、シリンダブロック６のシリンダ穴８に形成した表面処理層１５のうち最も外側に位置するりん酸マンガンの化成皮膜１８が、シリンダ穴８内を摺動変位するテーパピストン１０の外形状になじむことにより、開口部周縁８Ｂの平均表面粗さ（Ｒａ）は摺動試験を続ける従って低下し、りん酸マンガンの化成皮膜１８がなじんだ後には良好な面粗さで安定することを確認できた。

一方、例えば図６に示す比較例の場合、りん酸マンガンの化成皮膜等を有していないため、シリンダ穴８′の開口部周縁８Ｂ′では表面粗さ、即ち平均表面粗さ（Ｒａ）が、図１５中の特性線２５のように時間の経過と共に悪くなり、摩耗が漸次進行することを確認している。

また、図１６中に特性線２６で示すように、シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂにおける摩耗量を計測して調べた結果、開口部周縁８Ｂの摩耗量は深さ寸法ｈよりも少ない量に抑えられることが確認できた。即ち、りん酸マンガンの化成皮膜１８を寸法ｈと同等な膜厚で形成することにより、シリンダブロック６に形成した窒化処理層１７が摩耗により悪影響を受けるのを抑えることができ、りん酸マンガンの化成皮膜１８により窒化処理層１７を保護することができる。

これに対し、図６に示す比較例の場合、りん酸マンガンの化成皮膜等を有していないため、シリンダ穴８′の開口部周縁８Ｂ′では、図１６中に示す特性線２７のように摩耗量が時間の経過と共に増加し、摩耗が深さ寸法ｈを大きく越えて進行することを確認している。

また、本実施の形態では、テーパピストン１０の表面側に窒化処理層２１に加えて酸化皮膜２２を形成する構成としている。このため、酸化皮膜２２により耐かじり性の良い表面処理がなされたテーパピストン１０を製作することができ、シリンダブロック６に対しても各シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂでの摩耗を効果的に低減することができる。

即ち、酸化皮膜２２の表面処理を行ったテーパピストン１０を、シリンダブロック６のシリンダ穴８に挿嵌して摺動試験を行った場合、図１６中に示す特性線２８のように開口部周縁８Ｂでの摩耗を、酸化皮膜２２の表面処理を行っていない場合（特性線２６）に比較して、さらに低減できることが確認された。

これにより、シリンダブロック６に形成した窒化処理層１７が摩耗によってダメージを受けるのを抑制でき、かじり・焼付き等のリスクを低減することができる。しかも、シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂとテーパピストン１０との接触部位における面圧が過大になったり、油膜切れ等が発生したりする条件下でも、テーパピストン１０の表面のうち最表面側に酸化皮膜２２の層を形成することによって、かじり・焼付き等が発生するリスクの低減化を図ることができる。

従って、本実施の形態によれば、シリンダブロック６の各シリンダ穴８とテーパピストン１０との接触箇所での摩耗を抑えることができ、かじり・焼付き等の発生を防ぐことができる。また、シリンダ穴８内を摺動変位するテーパピストン１０の外形状にりん酸マンガンの化成皮膜１８が早期になじむことによって、シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂとテーパピストン１０との接触領域に偏りが生じるのを抑えることができる。

このため、シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂとテーパピストン１０との接触領域が広がるのを抑制でき、接触領域の拡大に伴う発熱量の増大を抑えることができる。従って、シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂとテーパピストン１０とのかじり・焼付き等のリスクを低減することができ、斜軸式油圧モータ（液圧回転機）としての信頼性を高めることができる。

次に、図１７〜図２０は本発明の第２の実施の形態を示し、第２の実施の形態の特徴は、窒化処理層のうち表面側に位置する化合物層を研磨手段で除去し、この状態で表面側に化成皮膜を形成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

第２の実施の形態では、図１７に示す手順に従ってシリンダブロック６の表面処理を行う構成としている。この場合、図２０に示すように、シリンダブロック６の表面側に形成された表面処理層３１は、第１の実施の形態と同様に窒化処理層１７と後述の化成皮膜３２とにより構成されている。即ち、図１７に示すようにシリンダブロック６の母材１６に対し窒化系の熱処理を施すことにより、第１の実施の形態と同様に拡散層１７Ａと化合物層１７Ｂとからなる窒化処理層１７を形成する（図１７中のステップ３１）。

しかし、第２の実施の形態にあっては、ステップ３２の除去処理を追加して行うことにより、窒化処理層１７のうち表面側に位置する化合物層１７Ｂをホーニング加工等の研磨手段を用いて除去する。これによって、図１９に示すように母材１６の表面側には、窒化処理層１７の拡散層１７Ａが外側に露出されるようになる。

次に、この状態でステップ３３の化成皮膜処理では、例えばりん酸マンガンが加熱溶融された浴槽（図示せず）中に、シリンダブロック６の母材１６を所定時間にわたって浸漬させる。そして、このような浸漬（ディピング）処理によって、図２０に示す如くりん酸マンガンの化成皮膜３２を拡散層１７Ａの表面側に形成し、この化成皮膜３２により窒化処理層１７の拡散層１７Ａを外側から全面にわたって被覆するように覆う。

かくして、このように構成される第２の実施の形態にあっても、シリンダブロック６の表面側に窒化処理層１７とりん酸マンガンの化成皮膜３２とからなる表面処理層３１を形成することにより、前述した第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態では、窒化処理層１７のうち表面側に位置する化合物層１７Ｂを研磨手段で除去することにより、下記のような効果を奏する。

即ち、油圧モータの場合には、回転軸４の回転方向が頻繁に切換えられる。そして、シリンダブロック６が正方向の回転と逆方向の回転とを繰返すような場合に、シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂとテーパピストン１０との接触部位に衝撃荷重が発生したとしても、これに伴う前記化合物層１７Ｂの剥離をなくすことができる。これにより、両者の接触部位におけるかじり・焼付き等のリスクを低減できると共に、シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂにはりん酸マンガンの化成皮膜３２を安定した状態で確保し、残しておくことができる。

さらに、前記化合物層１７Ｂを研磨手段で除去した後に、開口部周縁８Ｂの摩耗量と同程度以上の化成皮膜３２を形成しておくことにより、シリンダブロック６に形成した窒化処理層１７の拡散層１７Ａが摩耗によってダメージを受けるのを抑制することができる。このため、シリンダ穴８の開口部周縁８Ｂで摺動面の粗さが悪くなるのを抑えることができ、テーパピストン１０の摺動特性を良好に保つことができる。

なお、前記各実施の形態では、斜軸式液圧回転機として斜軸式で固定容量型の油圧モータを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば斜軸式で可変容量型の油圧モータに適用してもよい。さらには、斜軸式で固定容量型または可変容量型の油圧ポンプに適用してもよい。この場合には、一対の給排ポートのうち低圧側のポートを吸入ポートとし、高圧側のポートを吐出ポートとして用いるものである。

また、第１の実施の形態では、テーパピストン１０に形成する表面処理層２０を、窒化処理層２１と酸化皮膜２２とによって構成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばテーパピストン１０の表面処理層を窒化処理層のみにより構成してもよい。また、テーパピストンについては、表面の硬度を高めるために、窒化系の処理以外の熱処理を施す構成としてもよい。

１ ケーシング
２ ケーシング本体
２Ａ 一側筒部
２Ｂ 他側筒部
３ ヘッドケーシング
４ 回転軸
５ ドライブディスク
６ シリンダブロック
７ センタ穴
８ シリンダ穴
８Ｂ 開口部周縁
９ センタシャフト
１０ テーパピストン
１３ 弁板
１３Ｂ，１３Ｃ 給排ポート
１５，２０，３１ 表面処理層
１７，２１ 窒化処理層
１７Ａ，２１Ａ 拡散層
１７Ｂ，２１Ｂ 化合物層
１８，３２ 化成皮膜（りん酸マンガン皮膜）
２２ 酸化皮膜

Claims (3)

1. 筒状のケーシングと、該ケーシングの一側に位置し軸受を介して回転自在に設けられた回転軸と、該回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ周方向に離間して軸方向に延びる複数のシリンダ穴を有したシリンダブロックと、軸方向の一側が前記回転軸に揺動自在に支持され他側が前記シリンダブロックの各シリンダ穴に往復動可能に挿嵌された複数のテーパピストンとを備えてなる斜軸式液圧回転機において、
   前記シリンダブロックには、前記各シリンダ穴を含んで窒化系の処理を施した処理層を形成し、
   該処理層の表面側にはりん酸マンガン皮膜からなる化成皮膜を形成する構成としたことを特徴とする斜軸式液圧回転機。
2. 前記シリンダブロックのシリンダ穴には、前記処理層のうち表面側に位置する化合物層を研磨手段で除去した状態で、前記りん酸マンガン皮膜からなる前記化成皮膜を形成する構成としてなる請求項１に記載の斜軸式液圧回転機。
3. 前記テーパピストンには、窒化系の処理を施して形成した処理層と、該処理層の表面側に形成した酸化皮膜とを設けてなる請求項１または２に記載の斜軸式液圧回転機。

Images