JP2013204463A - 可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイドおよび可変容量型アキシャルピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で低コストでありながら、耐荷重性、耐摩耗性および低摩擦特性を全て満足できる可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド、および、該クレイドルガイドを用いた可変容量型アキシャルピストンポンプを提供する。
【解決手段】可変容量型アキシャルピストンポンプにおけるピストンストロークを調整するクレイドル３に摺接し、このクレイドル３が揺動可能であるように保持するクレイドルガイド１であって、焼結金属製部材１ａと、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなる樹脂層１ｂとを有し、樹脂層１ｂは、焼結金属製部材１ａの少なくともクレイドル３と摺接する表面に０.１〜０.７ｍｍの厚さで射出成形により重ねて一体に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変容量型アキシャルピストンポンプのピストンのストロークを変更するクレイドルに摺接し、これを揺動自在に保持するクレイドルガイド、および、これを用いた可変容量型アキシャルピストンポンプに関する。

例えば、油圧回路の油圧発生源に用いられる可変容量型ピストンポンプとして、いわゆるクレイドル型ポンプ（以下、単に「ポンプ」ともいう）の構造が周知である。クレイドル型ポンプは、ピストンを収容するシリンダブロックが、回転軸と共に一体的に回転されるものであり、クレイドルはクレイドルガイドに摺接して回転軸に対して傾斜可能に支持され、ピストンの端部に連結されたシューを介してクレイドルの傾斜面に接している。従って、ピストンは、回転軸の回転に伴いクレイドルの傾角に応じて規定されるストロークで往復動し、ポンプ作用を奏するようになっている。そして、ストローク差によるポンプの吐出容量は、上記クレイドルの回転軸に対する傾角を油圧等で制御することによって常時変更することができる。

ところが、例えば、アルミニウム材（アルミニウム合金を含む）からなるクレイドルを、同材料のアルミニウム材からなるクレイドルガイドに摺接させて保持すると、クレイドルの回転軸に対する傾角を油圧等で常時制御する使用状態で両者は摺接摩耗を起こし、焼き付き等の問題を起こす。このため、クレイドルとクレイドルガイドとの間に合成樹脂製のスラストブッシュを介在させる手段が採られていた。

例えば、クレイドルガイドとなるスラストブッシュとしては、摺動面に樹脂膜を施した金属製スラストブッシュや、ナイロン（ポリアミド樹脂）、ポリアセタール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂等の摺動性樹脂からなるスラストブッシュが公知である（特許文献１参照）。

アルミニウム材からなるクレイドルまたはクレイドルガイドの少なくとも一方に、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂、ＰＴＦＥ樹脂等のフッ素樹脂のコーティングが施された可変容量型ピストンポンプも知られている（特許文献２参照）。

また、クレイドルガイドとなるスラストブッシュとして、鉄製基材の表面に銅系の焼結膜を形成したものや、その焼結膜表面に更に樹脂膜を施したスラストブッシュが知られている（特許文献３参照）。

実用新案登録第２５５９５１０号公報 特開平０８−３３４０８１号公報 実用新案登録第２５８４１３５号公報

しかし、通常、クレイドルがクレイドルガイドに対し、３０ＭＰａ程度の高面圧で接触して常時摺動する場合、特許文献１に記載されているクレイドルガイド（スラストブッシュ）では樹脂膜による耐荷重性が満足できないという問題がある。

この用途での耐荷重性についての問題は、特許文献２に記載されたＰＴＦＥ樹脂等のフッ素樹脂コーティングをアルミニウム材製のクレイドルガイド表面に形成するか、または特許文献３に記載の鉄製基材の表面に銅系焼結膜を介してフッ素樹脂コーティングを形成すれば改善されるが、その場合に耐摩耗性および低摩擦特性は充分でなかった。

また、鋼板に塗膜（コーティング）層を形成する場合、吹付け、乾燥、焼成等が必要であり、また、形成後に旋盤や研磨機による加工などが必要となり、製造コストが高くなる。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、製造が容易で低コストでありながら、３０ＭＰａ以上の耐荷重性、耐摩耗性および低摩擦特性を全て満足できる可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド、および、該クレイドルガイドを用いた可変容量型アキシャルピストンポンプの提供を目的とする。

本発明のクレイドルガイドは、可変容量型アキシャルピストンポンプにおけるピストンストロークを調整するクレイドルに摺接し、このクレイドルが揺動可能であるように保持するクレイドルガイドであって、該クレイドルガイドは、焼結金属製部材と、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなる樹脂層とを有し、上記樹脂層は、上記焼結金属製部材の少なくとも上記クレイドルと摺接する表面に０.１〜０.７ｍｍの厚さで射出成形により重ねて一体に設けられたことを特徴とする。

上記樹脂組成物が繊維状充填材を含み、上記樹脂層において該繊維状充填材が、繊維の長さ方向をクレイドルガイドの摺動方向に対して４５〜９０度に交差するように配向していることを特徴とする。

上記焼結金属製部材が、クレイドルガイド本体であることを特徴とする。また、別の態様として、上記クレイドルガイドが、溶製金属製のクレイドルガイド本体を有し、該クレイドルガイド本体に上記焼結金属製部材が設置されていることを特徴とする。

上記焼結金属製部材の理論密度比が、０.７〜０.９であることを特徴とする。また、上記焼結金属製部材が、鉄を主成分とする焼結金属からなることを特徴とする。

上記繊維状充填材が、炭素繊維であることを特徴とする。また、上記樹脂組成物が、該樹脂組成物全体に対して、上記炭素繊維を５〜３０体積％、ＰＴＦＥ樹脂を１〜３０体積％含むことを特徴とする。また、上記樹脂組成物が、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ^−１における溶融粘度５０〜２００Ｐａ・ｓの樹脂組成物であることを特徴とする。

本発明の可変容量型アキシャルピストンポンプは、上記本発明のクレイドルガイドを備えることを特徴とする。

本発明の可変容量型ピストンポンプのクレイドルガイドは、焼結金属製部材と、該焼結金属製部材の少なくともクレイドルと摺接する表面に形成された、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなる樹脂層とを有するので、耐熱性、低摩擦性、耐摩耗性に優れたクレイドルガイドとなる利点がある。また、樹脂層は、焼結金属製部材の上記表面に０.１〜０.７ｍｍの厚さで射出成形により重ねて一体に設けられているので、耐荷重性、耐クリープ性に優れ、高面圧下でも寸法変化することがなく、低トルクを安定的に得ることが可能になる。その結果、３０ＭＰａ以上という高圧摺動状態でも、耐荷重性、耐摩耗性および低摩擦特性を全て満足して長期使用が可能なクレイドルガイドになる利点がある。さらに、樹脂層が焼結金属製部材の表面に射出成形により重ねて一体に設けられる、すなわち、焼結金属製部材を金型内にインサートして射出成形により樹脂層を形成するので、従来のクレイドルガイドのように鋼板への塗膜層形成（吹付け、乾燥、焼成等）が不要であり、また、旋盤や研磨機による加工などが不要であり、製造が容易で低コストでありながら、摺動面が高寸法精度となる。

上記樹脂組成物に繊維状充填材を含むので、樹脂層の耐熱性、耐摩耗性、耐荷重性、耐クリープ性をより高くすることができる。さらに、樹脂層において該繊維状充填材が、繊維の長さ方向をクレイドルガイドの摺動方向に対して４５〜９０度に交差するように配向しているので、繊維状充填材の両端エッジによる相手材表面への攻撃性を低減することができ、摺動トルクの変動が防止できる。

上記焼結金属製部材が、クレイドルガイド本体であるので、部品点数が少なく構造が簡易であり、製造コストが低くなる。

また、別の態様として、溶製金属製のクレイドルガイド本体をさらに備え、このクレイドルガイド本体に上記焼結金属製部材を設置することで、クレイドルガイド全体としての高い機械的強度を確保しつつ、焼結金属製部材とこれに薄肉で射出成形された樹脂層とを用いることによる上記効果を得ることができる。また、この態様では、従来のクレイドルガイド本体を使用することができるため、設計変更等が不要となりコストアップが防止できる。

焼結金属製部材の理論密度比が、０.７〜０.９であるので、焼結金属製部材が担う構造的強度を確保するための所要の緻密性を有するとともに、樹脂層を焼結金属製部材に強固に密着させるための表面の凹凸を確保することができる。また、潤滑油を焼結金属製部材に保持することが可能である。さらに、焼結金属製部材の熱伝導性を確保できる。

焼結金属製部材が、鉄を主成分とする焼結金属からなるので、より高い機械的強度を得ることができる。

繊維状充填材が、炭素繊維であるので、樹脂層の補強効果と耐摩耗性、低摩擦性が特に優れるようになる。

樹脂層を形成する樹脂組成物が、該樹脂組成物全体に対して、繊維状充填材として炭素繊維を５〜３０体積％、ＰＴＦＥ樹脂を１〜３０体積％含むので、高ＰＶ条件においても、樹脂層の変形および摩耗、相手材表面への攻撃性が小さく、油などに対する耐性も高い。

樹脂層を形成する樹脂組成物が、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ^−１における溶融粘度５０〜２００Ｐａ・ｓの樹脂組成物であるので、焼結金属製部材の表面に０.１〜０.７ｍｍの薄肉インサート成形が円滑に行なえる。

本発明の可変容量型アキシャルピストンポンプは、上記本発明のクレイドルガイドを備えるので、精密なクレイドルの傾角制御が可能になり、これによって精密な油圧制御動作などを行なえ、精密に機能する信頼性の高いポンプになる。

本発明のクレイドルガイドを用いた可変容量型アキシャルピストンポンプの縦断面図である。 本発明のクレイドルガイドの一例を示す斜視図である。 本発明のクレイドルガイドの他の例を示す斜視図である。 図３のクレイドルガイドの分解斜視図である。 本発明のクレイドルガイドの他の例を示す斜視図である。 クレイドルガイドの断面図である。

本発明のクレイドルガイドを用いた可変容量型アキシャルピストンポンプの一実施例を図１に基づいて説明する。図１は、可変容量型アキシャルピストンポンプの縦断面図である。図１に示すように、可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド１は、ピストン２のストロークを調整するクレイドル３に摺接し、このクレイドル３が揺動可能であるように保持するものである。ここで、クレイドルガイド１は、焼結金属製部材１ａの表面側、すなわちクレイドル３に対する摺動面に、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなる樹脂層１ｂを０.１〜０.７ｍｍの厚さで射出成形により重ねて一体に設けたものである。なお、樹脂層１ｂは、上記範囲の厚さの薄肉であるが、図１では説明のため、実際よりも厚く記載してある。

この実施形態の可変容量型アキシャルピストンポンプは、接合された一対のハウジング５、６の端壁間に回転軸７が回転可能に支持されている。回転軸７上には、シリンダブロック８が相対回転不能に支持されている。回転軸７と一体的に回転するシリンダブロック８内には複数のピストン２が回転軸７の軸方向へスライド変位可能に収容されている。シリンダブロック８内のピストン収容室８ａは、回転軸７の回転に連動して弁板９に形成された円弧状の吸入ポート９ａおよび吐出ポート９ｂと交互に接続することになる。これにより、作動油が吸入ポート９ａから各ピストン収容室８ａ内へ吸入され、回転軸７と共に回転したシリンダブロック８におけるピストン収容室８ａ内の作動油が、吐出ポート９ｂへ吐出される。

押圧バネ１０は、シリンダブロック８をクレイドル３側に付勢している。これにより、回転軸７の周りにおいて、リテーナ１１に保持されたアルミニウム材からなるシュー１２が、クレイドル３の平面部と密接する。シュー１２に嵌められたピストン２は、回転軸７の回転に伴ってクレイドル３の傾角に応じたストロークで往復動される。なお、クレイドル３の傾角は、ハウジング５内の押圧バネ１３の押圧力と、油圧制御装置１４によって調整されるシリンダ１５からの油圧によって常時適正な角度に制御されている。

図２にクレイドルガイド１の斜視図を示す。図１および図２に示すように、アルミニウム合金製のハウジング５内にはクレイドルガイド１が、２個一組で固定して設けられている。また、２つのクレイドルガイド１の間に回転軸７がクレイドル３の軸孔を貫通して配置されている。

図２に示す態様では、クレイドルガイド１は、その本体が焼結金属製部材１ａで構成されている。この本体において、クレイドル３の支持面が円弧面状に形成されており、該支持面に所定組成の樹脂層１ｂが射出成形により薄肉で一定肉厚で形成されている。この樹脂層１ｂが形成された円弧面が、クレイドル３に対する摺動面となる。クレイドルガイド本体を、焼結金属製部材にすることで、部品点数が少なく構造が簡易であり、製造コストが低くなる。

図３および図４に基づいてクレイドルガイドの他の態様を説明する。図３は、クレイドルガイド１の他の態様の斜視図であり、図４は、図３のクレイドルガイドの分解斜視図である。図３に示すように、クレイドルガイド１は、溶製金属製の本体１ｃを備え、この本体１ｃに、樹脂層１ｂを形成した焼結金属製部材１ａが設置されている。焼結金属製部材１ａは、樹脂層１ｂが形成された円弧状（一部円筒形）の焼結ブッシュとされ、本体１ｃにおける円弧面状に形成されたクレイドル３の支持面にセットされている。焼結金属製部材１ａの本体１ｃ側の表面は、本体１ｃの支持面の円弧面形状に対応して同じ形状に形成されている。この焼結ブッシュの樹脂層１ｂが形成された円弧面が、クレイドル３に対する摺動面となる。また、図４に示すように、２個一組の焼結ブッシュ（１ａ＋１ｂ）が、本体１ｃのクレイドルガイドの支持面１ｄ、１ｅからズレないように、対の凹部１ｆと凸部１ｇの嵌め合わせで固定されている。なお、焼結ブッシュを固定するための凹凸部は、その凹凸関係を図４に示すものと反対にしてもよく、また、形状も任意の形状にできる。あるいは、凹部１ｆにピンを挿入し、焼結ブッシュにピン穴を設けることで嵌め合わせることが製造コストを考慮すると最も望ましい。

クレイドル３は、例えば珪素含有アルミニウム合金で形成され、その背面には各クレイドルガイドにおける支持面１ｄ、１ｅに対応する一対の円弧面状の摺接部３ａ、３ｂが突設されている。図３および図４に示す態様では、両摺接部３ａ、３ｂは一対の焼結ブッシュ（１ａ＋１ｂ）を介して支持面１ｄ、１ｅに接するように組み付けられる。

図３および図４に示す態様において、クレイドルガイド本体１ｃの材料は、溶製金属であれば、その種類は特に限定されない。例えば、高炭素クロム軸受鋼、クロムモリブデン鋼、機械構造用炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、アルミニウム合金、黄銅などが使用できる。本体１ｃを溶製金属製とすることで、本体全体を焼結金属製部材とする場合よりも、クレイドルガイド全体としての機械的強度を高めることができる。

樹脂層１ｂは、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなり、焼結金属製部材１ａのクレイドルと摺接する表面に０.１〜０.７ｍｍの厚さで射出成形により重ねて一体に設けられることで形成されている。

樹脂層１ｂは焼結金属製部材１ａの表面に形成されるため、射出成形時に芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の溶融樹脂が、焼結金属製部材１ａの表面の凹凸に深く入り込み、樹脂層１ｂを該部材１ａに強固に密着できる。射出成形では、溶融樹脂を高速、高圧で流し込むため、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂として用いながらも、該樹脂がせん断力により多孔質の焼結層の凹凸（空孔）に入りやすい。そのため、焼結金属製部材１ａと樹脂層１ｂとの密着強度が確保できる。

樹脂層１ｂに、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物を使用することで、連続使用温度が２５０℃であり、耐熱性、耐油・耐薬品性、耐クリープ性、摩擦摩耗特性に優れた可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイドになる。また、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂は、靭性、高温時の機械物性が高く、耐疲労特性、耐衝撃性にも優れているため、使用時に摩擦力、衝撃、振動等が加わる際にも、樹脂層が焼結金属製部材から剥離し難い。従来の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイドは、ＰＴＦＥ樹脂等のフッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物が摺動面であったため、異常時において多孔質焼結層から樹脂組成物が剥離することを防止することはできなかった。

本発明で使用できる芳香族ポリエーテルケトン系樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）樹脂などがある。本発明で使用できるＰＥＥＫ樹脂の市販品としては、ビクトレックス社製：ＰＥＥＫ（９０Ｐ、１５０Ｐ、３８０Ｐ、４５０Ｐ、９０Ｇ、１５０Ｇなど）、ソルベイアドバンストポリマーズ社製：キータスパイア（ＫＴ−８２０Ｐ、ＫＴ−８８０Ｐなど）、ダイセルデグザ社製：ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ（１０００Ｇ、２０００Ｇ、３０００Ｇ、４０００Ｇなど）などが挙げられる。また、ＰＥＫ樹脂としては、ビクトレックス社製：ＶＩＣＴＲＥＸ−ＨＴなどが、ＰＥＫＥＫＫ樹脂としてはビクトレックス社製：ＶＩＣＴＲＥＸ−ＳＴなどが、それぞれ挙げられる。

樹脂層１ｂの厚さは、０.１〜０.７ｍｍに設定されている。なお、本発明における「樹脂層の厚さ」は、焼結金属製部材に入り込まない表面部分の厚さである。この厚さ範囲は、インサート成形面や物性面を考慮して設定されたものである。樹脂層の厚さが０.１ｍｍ未満では、インサート成形が困難である。また、長期使用時の耐久性、すなわち寿命が短くなるおそれがある。一方、樹脂層の厚さが０．７ｍｍをこえると、ヒケが発生し寸法精度が低下するおそれがある。また、摩擦による熱が摩擦面から焼結金属製部材に逃げ難く、摩擦面温度が高くなる。さらに、荷重による変形量が大きくなるとともに、摩擦面における真実接触面積も大きくなり、摩擦力、摩擦発熱が高くなり、耐焼付き性などが低下するおそれがある。摩擦発熱の焼結金属製部材への放熱を考慮すると、樹脂層の厚さは０.２〜０.５ｍｍが好ましい。

また、図３に示すように焼結ブッシュを用いる態様においては、樹脂層１ｂの厚さは、焼結金属製部材１ａの厚さの１／８〜１／２であることが好ましい。樹脂層の厚さが焼結金属製部材の厚さの１／８未満では、焼結金属製部材に対して樹脂層が相対的に薄くなりすぎ、長期使用時の耐久性に劣るおそれがある。一方、樹脂層の厚さが焼結金属製部材の厚さの１／２をこえると、焼結金属製部材に対して樹脂層が相対的に厚くなりすぎ、摩擦による熱が摩擦面から焼結金属製部材に逃げ難く、摩擦面温度が高くなる。さらに、荷重による変形量が大きくなるとともに、摩擦面における真実接触面積も大きくなり、摩擦力、摩擦発熱が高くなり、耐焼付き性などが低下するおそれがある。

焼結金属製部材１ａの材質としては、鉄系、銅鉄系、銅系、ステンレス系などが挙げられる。焼結金属製部材と樹脂層との密着性に優れることから、鉄が主成分（銅を含んでもよい）である焼結金属を採用することが好ましい。なお、銅を含む場合、銅は鉄よりも樹脂との密着性（接着性）に劣るため、銅の含有量は１０重量％以下が好ましい。さらに好ましくは、銅の含有量は５重量％以下である。

焼結金属製部材に油などの付着、含油がある場合、樹脂層の射出成形時において分解・ガス化する油残分が界面に介在するため、樹脂層と焼結金属製部材との密着性が低下してしまうおそれがある。そのため、樹脂層を形成する前の焼結金属製部材には、油を含浸しない焼結金属を使用することが好ましい。また、焼結金属の成形または再圧（サイジング）の工程内にて油を使用する場合は、溶剤洗浄などで油を除去した非含油焼結金属にすることが好ましい。

鉄を主成分とする焼結金属製部材は、スチーム処理を施すことで、成形または再圧（サイジング）工程時に意図せず焼結表面に付着、または内部に浸透した油分、付着物などを除去する効果があるため、樹脂層との密着性のばらつきが小さく、安定する。また、焼結金属製部材に防錆性も付与することができる。スチーム処理の条件は特に限定するものではないが、５００℃程度に加熱したスチームを吹きかける方法が一般的である。

焼結金属製部材の理論密度比は、０.７〜０.９であることが好ましい。材質の理論密度比とは、材質の理論密度（気孔率０％の場合の密度）を１としたときの焼結金属製部材の密度の比である。理論密度比０.７未満では焼結金属製部材の強度が低くなり、インサート成形時の射出成形圧力により該部材が割れるおそれがある。一方、理論密度比０.９をこえると、凹凸が小さくなるため、表面積、アンカー効果が低下し、樹脂層との密着性が低くなる。さらに好ましくは、材質の理論密度比０.７２〜０.８４である。このように、焼結金属製部材の理論密度比を０.７〜０.９にすることで、焼結金属製部材が担うクレイドルガイドの強度（特に、焼結金属製部材で本体全体を構成する場合）を確保するための所要の緻密性を有するとともに、樹脂層を焼結金属製部材に強固に密着させるための表面の凹凸を確保することができる。また、潤滑油を焼結金属製部材に保持することも可能となる。さらに、焼結金属製部材の熱伝導性を確保できる。

樹脂層を形成する樹脂組成物は、ベース樹脂として芳香族ポリエーテルケトン系樹脂を用い、これにガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ウィスカなどの繊維状充填材を分散状態に配合することができる。これにより、樹脂層の機械的強度を一層向上させることができる。特に、本発明の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイドでは、樹脂層が０.１〜０.７ｍｍの厚さという薄肉であるため、機械的強度の向上は望ましい。

繊維状充填材の他に、ＰＴＦＥ樹脂、黒鉛、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤や、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、マイカ、タルクなどの無機充填材を配合することも可能である。上記固体潤滑剤を配合することで、無潤滑、潤滑油が希薄な条件であっても低摩擦となり、耐焼き付き性を向上させることができる。また、上記無機充填材を配合することで、耐クリープ性を向上させることができる。

繊維状充填材、無機系の固体潤滑剤（黒鉛、二硫化モリブデンなど）、および無機充填材は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の成形収縮率を小さくする効果がある。そのため、焼結金属製部材とのインサート成形時に、樹脂層の内部応力を抑える効果もある。

繊維状充填材を配合した樹脂組成物からなる樹脂層を有する態様のクレイドルガイドを図５に示す。図５は、クレイドルガイド（樹脂層に繊維状充填材配合）の斜視図である。クレイドルガイド１は、樹脂層１ｂに繊維状充填材４を配合してある以外は、図２のものと同様の構成である。

樹脂層１ｂを射出成形で形成するにあたって、樹脂組成物の溶融流動方向を調整することにより、繊維状充填材４（の長さ方向）をクレイドルガイド１の摺動方向（図中矢印）に対して４５度以上のできるだけ直角に近い交差角度で配向させることが好ましい。樹脂層１ｂの機械的強度を向上させるためには繊維状充填材を配合することが好ましいが、繊維状充填材の繊維の端部はエッジ状になっているため、繊維の端部によって相手材であるクレイドル３を物理的に摩耗損傷させ易く、摩擦係数も安定し難くなる。繊維状充填材（の長さ方向）を該クレイドルガイドの摺動方向に対して４５〜９０度に交差するように配向させることにより、繊維の両端のエッジが摺動方向に対して４５〜９０度に向く。これにより、繊維の両端のエッジによる相手材の摩耗損傷の軽減、摩擦係数の安定化を図れる。なお、繊維状充填材の配向は、９０度により近い方が繊維のエッジによる摩耗損傷が少なく、摩擦係数も安定するので望ましい。８０〜９０度であれば特に好ましい。

繊維状充填材の平均繊維長は、０.０２〜０.２ｍｍが好ましい。０.０２ｍｍ未満では充分な補強効果が得られず、耐クリープ性、耐摩耗性が満足しないおそれがある。０.２ｍｍをこえる場合は樹脂層の層厚に対する繊維長の比率が大きくなるため、薄肉成形性に劣る。特に、樹脂厚み０.２〜０．７ｍｍにインサート成形する場合は、繊維長が０.２ｍｍをこえると薄肉成形性を阻害する。より薄肉成形の安定性を高めるには、平均繊維長０.０２〜０.１ｍｍが望ましい。

繊維状充填材の中でも、炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維は、樹脂層を成形する際に樹脂の溶融流動方向への配向性が強い。特に、直径が細く、比較的短い炭素繊維を選択し、その場合に、炭素繊維の両端のエッジがクレイドルガイドの摺動方向に沿っており、例えば配向方向が０〜４５度未満であると、相手材であるクレイドルを損傷する場合がある。そのため、細く、短い炭素繊維を採用した場合には、樹脂を射出成形する際に、溶融樹脂の流動方向をクレイドルガイドの摺動方向と直角または直角に近い角度とし、繊維の長さ方向をクレイドルガイドの摺動方向に対する４５〜９０度になるように配向させることが耐久性および摺動トルクを低く安定させるために極めて有利である。

本発明で使用する炭素繊維としては、原材料から分類されるピッチ系またはＰＡＮ系のいずれのものであってもよいが、高弾性率を有するＰＡＮ系炭素繊維の方が好ましい。その焼成温度は特に限定するものではないが、２０００℃またはそれ以上の高温で焼成されて黒鉛（グラファイト）化されたものよりも、１０００〜１５００℃程度で焼成された炭化品のものが、高ＰＶ下でも相手材を摩耗損傷しにくいので好ましい。

炭素繊維の平均繊維径は２０μｍ以下、好ましくは５〜１５μｍである。この範囲をこえる太い炭素繊維では、極圧が発生するため、耐荷重性の向上効果が乏しく、相手材であるクレイドルがアルミニウム合金、焼入れなしの鋼材の場合、該相手材の摩耗損傷が大きくなるため好ましくない。また、炭素繊維は、チョップドファイバー、ミルドファイバーのいずれであってもよいが、安定した薄肉成形性を得るためには、繊維長が１ｍｍ未満のミルドファイバーの方が好ましい。

本発明で使用できる炭素繊維の市販品としては、ピッチ系炭素繊維として、クレハ社製：クレカ Ｍ−１０１Ｓ、Ｍ−１０７Ｓ、Ｍ−１０１Ｆ、Ｍ−２０１Ｓ、Ｍ−２０７Ｓ、Ｍ−２００７Ｓ、Ｃ−１０３Ｓ、Ｃ−１０６Ｓ、Ｃ−２０３Ｓなどが挙げられる。また、同様のＰＡＮ系炭素繊維として、東邦テナックス社製：ベスファイト ＨＴＡ−ＣＭＦ０１６０−０Ｈ、同ＨＴＡ−ＣＭＦ００４０−０Ｈ、同ＨＴＡ−Ｃ６、同ＨＴＡ−Ｃ６−Ｓまたは東レ社製：トレカ ＭＬＤ−３０、同ＭＬＤ−３００、同Ｔ００８、同Ｔ０１０などが挙げられる。

樹脂層を形成する樹脂組成物は、ベース樹脂として芳香族ポリエーテルケトン系樹脂を用い、これに上記炭素繊維と、固体潤滑剤であるＰＴＦＥ樹脂とを必須成分として含むことが好ましい。

ＰＴＦＥ樹脂としては、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生ＰＴＦＥのいずれを採用してもよい。芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の流動性を安定させるためには、成形時のせん断により繊維化し難く、溶融粘度を増加させ難い再生ＰＴＦＥを採用することが好ましい。

再生ＰＴＦＥとは、熱処理（熱履歴が加わったもの）粉末、γ線または電子線などを照射した粉末のことである。例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを熱処理した粉末、また、この粉末をさらにγ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーの成形体を粉砕した粉末、また、その後γ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。再生ＰＴＦＥの中でも、凝集せず、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の溶融温度おいて、全く繊維化せず、内部潤滑効果があり、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物の流動性を安定して向上させることが可能なことから、γ線または電子線などを照射したＰＴＦＥ樹脂を採用することがより好ましい。

本発明で使用できるＰＴＦＥ樹脂の市販品としては、喜多村社製：ＫＴＬ−６１０、ＫＴＬ−４５０、ＫＴＬ−３５０、ＫＴＬ−８Ｎ、ＫＴＬ−４００Ｈ、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン（登録商標）７−Ｊ、ＴＬＰ−１０、旭硝子社製：フルオンＧ１６３、Ｌ１５０Ｊ、Ｌ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ−１５、ルブロンＬ−５、ヘキスト社製：ホスタフロンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。また、パーフルオロアルキルエーテル基、フルオルアルキル基、またはその他のフルオロアルキルを有する側鎖基で変性されたＰＴＦＥ樹脂であってもよい。上記の中でγ線または電子線などを照射したＰＴＦＥ樹脂としては、喜多村社製：ＫＴＬ−６１０、ＫＴＬ−４５０、ＫＴＬ−３５０、ＫＴＬ−８Ｎ、ＫＴＬ−８Ｆ、旭硝子社製：フルオンＬ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊなどが挙げられる。

なお、この発明の効果を阻害しない程度に、樹脂組成物に対して周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。この添加剤としては、例えば、窒化ホウ素などの摩擦特性向上剤、炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなどの着色剤、黒鉛、金属酸化物粉末などの熱伝導性向上剤が挙げられる。

樹脂層を形成する樹脂組成物は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とし、炭素繊維を５〜３０体積％、ＰＴＦＥ樹脂を１〜３０体積％を必須成分として含むことが好ましい。この必須成分と他の添加剤を除く残部が芳香族ポリエーテルケトン系樹脂である。この配合割合とすることで、高ＰＶ条件においても、樹脂層の変形および摩耗、相手材であるクレイドル表面への攻撃性が小さく、油などに対する耐性も高くなる。また、炭素繊維は、５〜２０体積％がより好ましく、ＰＴＦＥ樹脂は、２〜２５体積％がより好ましい。

炭素繊維の配合割合が３０体積％をこえると、溶融流動性が著しく低下し、薄肉成形が困難になるとともに、相手材であるクレイドルがアルミニウム合金、焼入れなしの鋼材の場合、摩耗損傷するおそれがある。また、炭素繊維の配合割合が５体積％未満では、樹脂層を補強する効果が乏しく、充分な耐クリープ性、耐摩耗性が得られない場合がある。

ＰＴＦＥ樹脂の配合割合が３０体積％をこえると、耐摩耗性、耐クリープ性が所要の程度より低下するおそれがある。また、ＰＴＦＥ樹脂の配合割合が１体積％未満では組成物に所要の潤滑性の付与効果に乏しく、充分な摺動特性が得られない場合がある。

以上の諸原材料を混合し、混練する手段は、特に限定するものではなく、粉末原料のみをヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダー、レディゲミキサー、ウルトラヘンシェルミキサーなどにて乾式混合し、さらに二軸押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレット（顆粒）を得ることができる。また、充填材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用い、焼結金属製部材に対して樹脂層をインサート成形により射出成形する。射出成形を採用することで、精密成形性および製造効率などに優れる。また、物性改善のためにアニール処理等の処理を採用してもよい。

樹脂層を形成する樹脂組成物は、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ^−１における溶融粘度が５０〜２００Ｐａ・ｓであることが好ましい。溶融粘度がこの範囲であると、精密な成形と繊維状充填材を所定角度に配向をさせることが可能となり、焼結金属製部材の表面に０.１〜０．７ｍｍの薄肉インサート成形が円滑に行なえる。溶融粘度が、上記所定範囲未満の粘度または上記所定範囲をこえる粘度であれば、精密な成形性を確実に得ることや、繊維状充填材を所定角度に配向させることが容易でなくなる。薄肉インサート成形を可能とし、インサート成形後の後加工を不要とすることで、製造が容易となり、製造コストの低減が図れる。

樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ^−１における溶融粘度を５０〜２００Ｐａ・ｓにするためには、該条件における溶融粘度が１３０Ｐａ・ｓ以下の芳香族ポリエーテルケトン系樹脂を採用することが好ましい。このような芳香族ポリエーテルケトン系樹脂としては、ビクトレックス社製：ＰＥＥＫ（９０Ｐ、９０Ｇ）などが例示できる。

使用中の摩擦力に対して、充分な密着強さを得るためには、焼結金属製部材と樹脂層とのせん断密着強さは、２ＭＰａ以上であることが好ましい。更に安全率を高めるためには、３ＭＰａ以上が好ましい。また、焼結金属製部材と樹脂層のせん断密着強さを更に高めるために、樹脂層を形成する焼結金属面に、凹凸、溝などの物理的な剥がれ対策を施してもよい。

例えば、クレイドルとの摺動時などにおいて、樹脂層１ｂが焼結金属製部材１ａから剥がれることを防止するため、図６に示すように、境界面に凹凸を設けることができる。図６（ａ）は図２に示す態様のクレイドルガイドの断面図、図６（ｂ）は図３に示す態様のクレイドルガイドの断面図である。図６では、焼結金属製部材１ａに凹部を設けることで、射出成形される樹脂層１ｂにこれに対応した凸部が形成されている。なお、上記凹凸部は、その凹凸関係を図６に示すものと反対にしてもよく、また、形状も任意の形状にできる。

実施例、比較例に用いた焼結金属製の基材を表１に記載する。

また、実施例、比較例に用いた樹脂層の原材料を以下に示す。
芳香族ポリエーテルケトン系樹脂の溶融粘度は、東洋精機社製キャピラグラフ、φ１×１０ｍｍ細管、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ^−１における測定値である。
（１）芳香族ポリエーテルケトン系樹脂〔ＰＥＫ−１〕：ビクトレックス社製ＰＥＥＫ ９０Ｐ（溶融粘度１０５Ｐａ・ｓ）
（２）芳香族ポリエーテルケトン系樹脂〔ＰＥＫ−２〕：ビクトレックス社製ＰＥＥＫ １５０Ｐ（溶融粘度１４５Ｐａ・ｓ）
（３）ＰＡＮ系炭素繊維〔ＣＦ−１〕：東レ社製トレカＭＬＤ−３０（平均繊維長０．０３ｍｍ、平均繊維径７μｍ）
（４）ＰＡＮ系炭素繊維〔ＣＦ−２〕：東邦テナックス社製ベスファイトＨＴＡ−ＣＭＦ０１６０−０Ｈ（繊維長０．１６ｍｍ、繊維径７μｍ）
（５）ピッチ系炭素繊維〔ＣＦ−３〕：クレハ社製クレカＭ−１０１Ｓ（平均繊維長０．１／２ｍｍ、平均繊維径１４．５μｍ）
（６）ピッチ系炭素繊維〔ＣＦ−４〕：クレハ社製クレカＭ−１０７Ｓ（平均繊維長０．７ｍｍ、平均繊維径１４．５μｍ）
（７）炭酸カルシウム粉末〔ＣａＣＯ_３〕：日窒工業社製ＮＡ６００（平均粒径３μｍ）
（８）黒鉛〔ＧＲＰ〕：ティムカルジャパン社製ＴＩＭＲＥＸ ＫＳ６（平均粒径６μｍ）
（９）ＰＴＦＥ樹脂〔ＰＴＦＥ〕：喜多村社製ＫＴＬ−６１０（再生ＰＴＦＥ）

樹脂層の原材料を表２に示す配合割合（体積％）でヘンシェル乾式混合機を用いてドライブレンドし、二軸押出し機を用いて溶融混練し射出成形用ペレットを作製した。

（１）せん断密着強さ試験（実施例１〜９、比較例１）
せん断密着強さ試験は、円筒状のテストピースを用いて行なった。円筒状のテストピースは、表１に記載の基材Ａ〜基材Ｊから、φ３１×φ３５×２０（ｍｍ）の円筒状基材を成形し、この内径に表２に記載のペレットを用いて樹脂層の厚さが０.５ｍｍにインサート成形により製作したものである。インサート成形する際には、円筒状テストピースの端面に９点のピンゲートを設け、樹脂層の溶融流動方向が円筒状テストピースの軸線方向になるようにした。

せん断密着強さ試験は、この円筒状テストピースを固定し、樹脂層に軸方向のせん断力を加え、焼結金属製基材から樹脂層が剥離する荷重を測定し、この荷重に、樹脂層と焼結金属製基材の見かけの接合面積を割った値を、せん断密着強さとし、表３に示した。また、円筒状テストピースを３０個インサート成形し、成形圧による円筒状基材の割れの有無を確認し表３に併記した。

表３のとおり、実施例１〜９はインサート成形時に焼結金属製基材の割れがなく、１.５ＭＰａ以上のせん断密着強さがあった。特に、焼結金属製基材の密度が、材質の理論密度比０.７〜０.９である基材Ａ〜Ｈを用いた実施例１〜８は、せん断密着強さが２ＭＰａ以上であった。一方、鋼材の機械加工品では、せん断密着強さが非常に低い値であった（比較例１）。

（２）耐焼付き性試験（実施例１０〜２０、比較例２〜３）
油中ラジアル型試験機による耐焼付き性試験は、円筒状のテストピースを用いて行なった。円筒状テストピースは、せん断密着強さ試験に用いた円筒状テストピースと同様に製作したものである。なお、比較例３は、裏金（ＳＰＣＣ）付多孔質焼結層（Ｃｕ＋Ｓｎ）にＰＴＦＥ樹脂組成物（炭素繊維１０体積％入り）を含浸した３層型の滑り軸受（φ３０×φ３５×２０ｍｍ，樹脂層０.０５ｍｍ）を使用したものである。表４の油供給条件で３０分慣らし運転後、油供給を停止・油排出し焼付くまでの時間を測定した。焼付きは、円筒状テストピースの外径部温度が２０℃上昇またはトルクが２倍に上昇するまでの時間とし、表５に示した。

（３）摩耗試験
耐焼付き性試験と同じ円筒状テストピースについて、油中ラジアル型試験機を用い、表４の油供給条件で３０時間運転した後の摩耗量を測定した。

（４）溶融粘度
東洋精機社製キャピラグラフ、φ１×１０（ｍｍ）細管、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ^−１における溶融粘度を測定した。

実施例１０〜２０は、焼付き時間が３０分以上、摩耗量が１０μｍ以下で、耐焼付き性、耐摩耗性に優れていた。一方、樹脂層の厚みが０.７ｍｍを超える比較例２は、焼付き時間が１分未満で、摩耗量も非常に大きかった。また、比較例３は、焼付き時間が１分未満ですぐに焼付き、摩耗量も大きかった。

（５）往復動試験（実施例２１、比較例４）
実施例２１は、縦２５ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ２０ｍｍに成形した基材Ｅの表面に、樹脂組成ｄの樹脂層をインサート成形で形成して試験片を製作し、アルミニウム合金製の相手材を用いて、下記条件にて往復動試験を行ない、結果を表６に示した。なお、インサート成形する際には、樹脂層の溶融流動方向が試験片の運動方向と直角となるようにした。また、比較例４は、裏金（ＳＰＣＣ）付多孔質焼結層（Ｃｕ＋Ｓｎ）にＰＴＦＥ樹脂組成物（炭素繊維１０体積％入り）を含浸した３層型の滑り軸受（板厚２．５ｍｍ，樹脂層０.０５ｍｍ）を縦２５ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ１７ｍｍの台座に固定して試験片を製作し、アルミニウム合金製の相手材を用いて同様の往復動試験を行ない、結果を表６に示した。

［試験条件］
試験機 ：ＮＴＮ製往復動試験機
面圧 ：４５ＭＰａ
最大加振速度：３ｍ／ｍｉｎ
振幅 ：＋−５０ｍｍ
温度 ：室温（２５℃）
潤滑条件 ：油潤滑
試験時間 ：往復２０００回（初期、５００回、１０００回の時に摩擦係数を測定する。）

本発明による実施例２１は、往復動試験において、試験終了時まで低摩擦係数であり、樹脂層の状態に変化はみられなかった。これにより実施例のクレイドルガイドは、可変容量型ピストンポンプの長期使用に耐えられるものであり、３０ＭＰａ以上の耐荷重性、耐摩耗性および低摩擦特性を全て満足できるものであることが確認された。一方、比較例４は、往復１０００回で摩擦係数が上昇したため試験を中断した。

本発明のクレイドルガイドは、製造が容易で低コストでありながら、３０ＭＰａ以上の耐荷重性、耐摩耗性および低摩擦特性を全て満足できるので、油圧ショベルなどの建設機械や一般産業機械の油圧源として備えられる油圧ポンプまたは油圧モータ等に用いる可変容量型アキシャルピストンポンプにおいて好適に利用できる。

１ クレイドルガイド
１ａ 焼結金属製部材
１ｂ 樹脂層
１ｃ クレイドルガイド本体
１ｄ、１ｅ 支持面
１ｆ 凹部
１ｇ 凸部
２ ピストン
３ クレイドル
４ 繊維状充填材
５、６ ハウジング
７ 回転軸
８ シリンダブロック
８ａ ピストン収容室
９ 弁板
９ａ 吸入ポート
９ｂ 吐出ポート
１０、１３ 押圧バネ
１１ リテーナ
１２ シュー
１４ 油圧制御装置
１５ シリンダ

Claims (10)

1. 可変容量型アキシャルピストンポンプにおけるピストンストロークを調整するクレイドルに摺接し、このクレイドルが揺動可能であるように保持するクレイドルガイドであって、
   前記クレイドルガイドは、焼結金属製部材と、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物からなる樹脂層とを有し、
   前記樹脂層は、前記焼結金属製部材の少なくとも前記クレイドルと摺接する表面に０.１〜０.７ｍｍの厚さで射出成形により重ねて一体に設けられたことを特徴とする可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド。
2. 前記樹脂組成物が繊維状充填材を含み、前記樹脂層において該繊維状充填材が、繊維の長さ方向をクレイドルガイドの摺動方向に対して４５〜９０度に交差するように配向していることを特徴とする請求項１記載の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド。
3. 前記焼結金属製部材が、クレイドルガイド本体であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド。
4. 前記クレイドルガイドが、溶製金属製のクレイドルガイド本体を有し、該クレイドルガイド本体に前記焼結金属製部材が設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド。
5. 前記焼結金属製部材の理論密度比が、０.７〜０.９であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド。
6. 前記焼結金属製部材が、鉄を主成分とする焼結金属からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド。
7. 前記繊維状充填材が、炭素繊維であることを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか１項記載の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド。
8. 前記樹脂組成物が、該樹脂組成物全体に対して、前記炭素繊維を５〜３０体積％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を１〜３０体積％含むことを特徴とする請求項７記載の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド。
9. 前記樹脂組成物が、樹脂温度３８０℃、せん断速度１０００ｓ^−１における溶融粘度５０〜２００Ｐａ・ｓの樹脂組成物であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載の可変容量型アキシャルピストンポンプのクレイドルガイド。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項記載のクレイドルガイドを備えることを特徴とする可変容量型アキシャルピストンポンプ。

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