JP2018123847A

JP2018123847A - 緩衝器および摺動部材の製造方法

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Publication number: JP2018123847A
Application number: JP2017014306A
Authority: JP
Inventors: 拓也中瀬; Takuya Nakase
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-08-09
Also published as: CN110214238A; WO2018138953A1; EP3575628A4; EP3575628A1; US20190271372A1

Abstract

【課題】本発明は、軽量な緩衝器の提供および軽量な緩衝器の製造方法の提供を目的とする。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の緩衝器Ｄは、内周にプラズマ電解酸化膜Ａを有するアルミニウム合金製のシリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されるピストン２と、シリンダ１内に移動自在に挿入されてピストン２に連結されるピストンロッド３とを備えて構成される。このように構成された緩衝器Ｄでは、プラズマ電解酸化膜Ａを備えたシリンダ１が耐摩耗性に優れ低摩擦の特性を持つので、ピストン２の摺動特性も良好で、摩耗も少ないために、アルミニウム合金をシリンダ１の母材として使用できる。【選択図】図１

Description

本発明は、緩衝器および摺動部材の製造方法に関する。

緩衝器は、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるピストンロッドとを備えて構成されている。このような緩衝器では、ピストンロッドを通じて外力がピストンに作用してシリンダに対してピストンが移動する際に、シリンダ内にピストンで区画した伸側室と圧側室とを行き交う作動液体の流れに抵抗を与えて減衰力を発揮する（たとえば、特許文献１参照）。

そして、一般的には、緩衝器を構成するシリンダには、内周にクロムメッキを施して内周面を滑らかとした鋼管が利用されている。

特開平８−１７７９３０号公報（図９）

シリンダを鋼管としている従来の緩衝器では、重量が重くなるという問題があり、特に基液に鉄粉を分散させた磁気粘性流体を利用する場合には、緩衝器が非常に重くなってしまうので、軽量化が要望されている。

そこで、本発明は、軽量な緩衝器の提供および軽量な摺動部材の製造方法の提供を目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の緩衝器は、内周にプラズマ電解酸化膜を有するアルミニウム合金製のシリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるピストンロッドとを備えて構成される。このように構成された緩衝器では、プラズマ電解酸化膜を備えたシリンダが耐摩耗性に優れ低摩擦の特性を持つので、ピストンの摺動特性も良好で、摩耗も少ないために、アルミニウム合金をシリンダの母材としても使用できる。

また、プラズマ電解酸化膜がα−アルミナを含む場合には、プラズマ電解酸化膜が高硬度でより一層耐摩耗性に優れ、低摩擦の特性を持つので、シリンダとピストンとの間の摺動特性がより向上し、緩衝器がより滑らかにストロークでき、長寿命となる。

さらに、プラズマ電解酸化膜がシリンダの内周にプラズマ電解酸化処理によって４０μｍ以上成膜されたのちに内周面を研磨処理して形成される場合には、プラズマ電解酸化膜がα−アルミナを含んだ膜となり、ポーラス層を除去できる。よって、このように構成された緩衝器では、シリンダの内周面が耐摩耗性に優れ、低摩擦の特性を備えるだけではなく、表面も滑らかとなるので、緩衝器がより一層滑らかにストロークでき、長寿命となる。

また、プラズマ電解酸化膜がシリンダ１の内周にプラズマ電解酸化処理によって４５μｍ以上成膜された後に内周面を研磨処理して５μｍ以上２０μｍ以下の範囲で表面を取り除いて形成される場合、ポーラス層を除去し、さらに、α―アルミナを多く含む層をシリンダの内周面にできる。よって、より耐摩耗性と低摩擦性も向上するので、緩衝器がより一層滑らかにストロークでき、長寿命となる。

また、アルミニウム合金製の摺動部材の摺動面にプラズマ電解酸化膜を４０μｍ以上成膜するプラズマ電解酸化処理ステップと、プラズマ電解酸化膜の表面を研磨する研磨処理ステップとを備えた摺動部材の製造方法によれば、滑らかな表面を持つα―アルミナを多く含む層を手動部材の摺動面とできる。よって、摺動部材の摺動面の耐摩耗性と低摩擦性が向上するので摺動部材をアルミニウム合金製として軽量化。

本発明の緩衝器によれば、緩衝器を軽量化でき、摺動部材を軽量化できる。

一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。（Ａ）は、アルミニウム合金の表面に２０μｍの膜厚のプラズマ電解酸化膜を形成した際のＸ線回折グラフである。（Ｂ）は、アルミニウム合金の表面に３０μｍの膜厚のプラズマ電解酸化膜を形成した際のＸ線回折グラフである。（Ｃ）は、アルミニウム合金の表面に４０μｍの膜厚のプラズマ電解酸化膜を形成した際のＸ線回折グラフである。シリンダ１の内周にプラズマ電解酸化処理を施してプラズマ電解酸化膜を形成した際の一部拡大断面図である。プラズマ電解酸化膜を有するアルミニウム合金の耐摩耗および摩擦係数の特性を示した表である。

図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態における緩衝器Ｄは、摺動部材としてのシリンダ１と、当該シリンダ１内に摺動自在に挿入されるピストン２と、シリンダ１内に移動自在に挿入されてピストン２に連結されるピストンロッド３とを備えている。

以下、緩衝器Ｄの詳細について説明する。シリンダ１は、図１に示すように、アルミニウム合金製の筒体であり、一端がボトムキャップ４によって閉塞され、他端には環状のロッドガイド５が取り付けられている。そして、シリンダ１は、ピストン２が摺接する内周面を摺動面とする摺動部材とされており、この摺動面にプラズマ電解酸化処理によって形成されたプラズマ電解酸化膜Ａを備えている。シリンダ１の母材であるアルミニウム合金は、アルミニウムに銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、ニッケル等を含んだ合金であり、純アルミニウムに比較して強度面等で優れている。

プラズマ電解酸化膜Ａをシリンダ１の内周面に形成するには、以下の処理を行う。まず、アルミニウム合金製のシリンダ１の内周にプラズマ電解酸化処理を施して４０μｍ以上成膜する。

アルミニウム合金製のシリンダ１の内周にプラズマ電解酸化処理を行ってプラズマ電解酸化膜Ａを４０μｍ以上成膜すると、スピネル型のγ−アルミナより硬度で勝るコランダム型のα−アルミナの結晶を含んだプラズマ電解酸化膜Ａが得られる。α−アルミナは、γ―アルミナよりも高硬度で耐摩耗性に優れる特性を備えている。図３に示すように、アルミニウム合金の表面にプラズマ電解酸化処理を施してプラズマ電解酸化膜を形成する実験を行った。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、アルミニウム合金の表面に２０μｍ、３０μｍ、４０μｍの膜厚のプラズマ電解酸化膜を形成した際のＸ線回折グラフである。図３から理解できるように、プラズマ電解酸化膜を２０μｍ、３０μｍ、４０μｍの各膜厚で成膜したが、膜厚が４０μｍのプラズマ電解酸化膜で、１５％の含有率でα−アルミナを含んだプラズマ電解酸化膜が得られるとの結果を得た。よって、アルミニウム合金製のシリンダ１の内周に４０μｍ以上の膜厚のプラズマ電解酸化膜を成膜すれば、α−アルミナの結晶を含んだプラズマ電解酸化膜が得られる。

このようにしてシリンダ１の摺動面である内周面に形成されたプラズマ電解酸化膜Ａの表面は、図３に示すように、気孔を多く含んだポーラス層１０があり、その下にα―アルミナを多く含む層１１が形成されている。よって、プラズマ電解酸化処理のみを行った後のシリンダ１の内周面は、荒れており、ピストン２を摺動させると摩擦抵抗が大きい。そのため、プラズマ電解酸化処理を施してシリンダ１の内周にプラズマ電解酸化膜Ａを形成した後、シリンダ１の内周面を研磨する研磨処理を行う。研磨処理を行って５μｍ以上２０μｍ以下の範囲で表面を除去すると、ポーラス層１０を除去でき、α―アルミナを多く含む層１１をシリンダ１の内周の表面にできる。なお、研磨処理後の表面粗さは、Ｒａ０．４μｍ以下とした。

このようにシリンダ１の内周面にプラズマ電解酸化処理を行ってから研磨処理を行うと、シリンダ１の内周面に滑らかな表面を持つプラズマ電解酸化膜Ａを形成できる。前述したところから、本例におけるプラズマ電解酸化膜Ａは、アルミニウム合金製のシリンダ１の内周にプラズマ電解酸化処理を施して４５μｍ以上成膜した後、シリンダ１の内周面を研磨して５μｍ以上２０μｍ以下の範囲で表面を取り除いて形成されている。

前述のようにアルミニウム合金のディスク表面にプラズマ電解酸化膜を形成して、アルミニウム合金上を高炭素クロム軸受鋼鋼材のローラを潤滑油を介在させた状態で軸方向に往復動させて摩耗試験を行った。潤滑油は、ポリプロピレングリコールとして、プラズマ電解酸化膜を２０μｍ、３０μｍ、４０μｍの各膜厚で成膜して、表面を研磨処理した三つのサンプルの摩擦特性を図４に示す。図４に示されたように、プラズマ電解酸化膜の膜厚を４０μｍで成膜したサンプルで摩擦係数が非常に低く、また、耐摩耗性が高いのが分かる。

なお、アルミニウム合金のディスク表面を硫酸陽極処理して陽極酸化皮膜を成膜したサンプルとプラズマ電解酸化膜の膜厚を４０μｍで成膜したサンプルについては、潤滑油にポリプロピレングリコールに添加剤を添加して潤滑性を高めたものを使用した結果も示した。この結果から、一般的なアルマイト膜を成膜したアルミニウム合金に比較して、プラズマ電解酸化膜を４０μｍの膜厚で成膜して、表面を研磨処理したアルミニウム合金は、摩擦係数が非常に低く、また、耐摩耗性が非常に高い。以上から、内周にプラズマ電解酸化膜Ａを備えたアルミニウム合金製のシリンダ１は、軽量かつ耐摩耗性に優れ、低摩擦の特性を持つのである。

また、図４の表から理解できるように、プラズマ電解酸化膜を２０μｍとした場合でも、プラズマ電解酸化膜は陽極酸化皮膜に比較して耐摩耗性に優れる点が確認できる。なお、両者の摩擦係数は同程度となっているが、陽極酸化皮膜の試験では潤滑性を高めた潤滑油を使用しているので、プラズマ電解酸化膜は陽極酸化皮膜に比較して摩擦係数においても優位であるのが分かる。

他方、ピストン２は、シリンダ１内に摺動自在に挿入されるとシリンダ１内を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画する。伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２には、作動液体として作動油等の液体が充填されている。また、ピストン２には、伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とを連通する減衰通路２ａが設けられている。減衰通路２ａは、本例では、伸側室Ｒ１から圧側室Ｒ２へ、或いは、圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ向かう作動液体の流れに対して抵抗を与える絞り通路となっている。なお、本例では、減衰通路２ａは、作動液体の双方向の流れを許容しているが、伸側室Ｒ１から圧側室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する減衰通路と圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する減衰通路とを設けてもよい。さらに、減衰通路２ａに減衰弁を設けるようにしてもよい。また、作動液体が磁気粘性流体である場合、ピストン２には、減衰通路２ａを通過する磁気粘性流体に磁界を作用させる磁石や電磁石といった磁界発生部を設ければよい。

ピストンロッド３は、シリンダ１内に移動自在に挿入されており、一端がピストン２に連結されるとともに、他端がシリンダ１の管端に取付けた環状のロッドガイド５の内周を通してシリンダ１外へ突出している。

また、シリンダ１には、圧側室Ｒ２と気室Ｇとを区画するフリーピストン６が摺動自在に挿入されている。フリーピストン６は、シリンダ１内にピストンロッド３が出入りする際に、シリンダ１内を移動して気室Ｇの容積を変化させてシリンダ１内に出入りするピストンロッド３の体積を補償する。なお、フリーピストン６で気室Ｇを設けてシリンダ１内に出入りするピストンロッド３の体積を補償するのに代えて、シリンダ１内或いはシリンダ１外に前記体積を補償するリザーバを設けてもよい。

このように構成された緩衝器Ｄでは、シリンダ１に摺接するピストン２は、シリンダ１の内周面に形成されたプラズマ電解酸化膜Ａに接している。プラズマ電解酸化膜Ａを備えたシリンダ１は、耐摩耗性に優れ低摩擦の特性を持ち、ピストン２の摺動特性も良好で摩耗も少ないので、アルミニウム合金を母材としてもシリンダ１として充分に使用に耐えうる。また、作動流体に鉄粉が含まれる磁気粘性流体を利用するＭＲＦ緩衝器では、シリンダ１とピストン２との間の摺動部に鉄粉が入り込むために使用環境が厳しくなるが、このような使用環境でもシリンダ１は摩耗に耐えうる。

このように、シリンダ１が内周に陽極酸化皮膜に比較して、耐摩耗性に優れ、低摩擦の特性を持つプラズマ電解酸化膜Ａを有していれば、シリンダ１をアルミニウム合金としても耐摩耗性に優れ、緩衝器Ｄに利用できるため、緩衝器Ｄを軽量化できる。そして、ＭＲＦ緩衝器では、鉄粉が含まれる磁気粘性流体を利用するために、重量が重くなる傾向にあるが、アルミニウム合金製のシリンダ１を利用できるために、緩衝器ＤをＭＲＦ緩衝器とする場合には効果的に重力軽減が可能となる。

また、プラズマ電解酸化膜Ａがα−アルミナを含むと、プラズマ電解酸化膜Ａは、高硬度となるため、より一層耐摩耗性に優れ、低摩擦の特性を持つので、シリンダ１とピストン２との間の摺動特性がより向上し、緩衝器Ｄがより滑らかにストロークでき、長寿命となる。

さらに、プラズマ電解酸化膜Ａがシリンダ１の内周にプラズマ電解酸化処理によって４０μｍ以上成膜されたのちに内周面を研磨処理して形成される場合には、α−アルミナを含んだプラズマ電解酸化膜Ａとなり、ポーラス層１０を除去できる。よって、このように構成された緩衝器Ｄでは、シリンダ１の内周面が耐摩耗性に優れ、低摩擦の特性を備えるだけではなく、表面も滑らかとなるので、緩衝器Ｄがより一層滑らかにストロークでき、長寿命となる。

また、プラズマ電解酸化膜Ａがシリンダ１の内周にプラズマ電解酸化処理によって４５μｍ以上成膜された後に内周面を研磨処理して５μｍ以上２０μｍ以下の範囲で表面を取り除いて形成されていてもよい。この場合、ポーラス層１０を除去し、さらに、α―アルミナを多く含む層１１をシリンダ１の内周面にできるので、より耐摩耗性と低摩擦性も向上するので、緩衝器Ｄがより一層滑らかにストロークでき、長寿命となる。

また、アルミニウム合金製のシリンダ１の内周にプラズマ電解酸化膜Ａを４０μｍ以上成膜するプラズマ電解酸化処理ステップと、プラズマ電解酸化膜Ａの内周面を研磨する研磨処理ステップとを備えた摺動部材であるシリンダ１の製造方法によれば、滑らかな表面を持つα―アルミナを多く含む層１１をシリンダ１の内周面とできる。よって、アルミニウム合金製のシリンダ１の耐摩耗性と低摩擦性が向上して緩衝器Ｄに使用でき、シリンダ１を軽量化できる。また、この製造方法で製造されたシリンダ1を備えた緩衝器Ｄは、滑らかにストロークでき、長寿命となる。

なお、前述したところでは、前記製造方法は、摺動部材をシリンダ１として緩衝器Ｄの製造に利用できるが、摺動面を備える摺動部材の製造に適用可能であるから、緩衝器以外にも油圧ポンプや油圧モータのバルブプレートやケース、或いはアクチュエータ等の摺動面を備える部品の製造にも適用できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

１・・・シリンダ、２・・・ピストン、３・・・ピストンロッド、Ａ・・・プラズマ電解酸化膜、Ｄ・・・緩衝器

Claims

内周にプラズマ電解酸化膜を有するアルミニウム合金製のシリンダと、
前記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、
前記シリンダ内に移動自在に挿入されて前記ピストンに連結されるピストンロッドとを備えた
ことを特徴とする緩衝器。
前記プラズマ電解酸化膜は、α−アルミナを含んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
前記プラズマ電解酸化膜は、前記シリンダの内周にプラズマ電解酸化処理によって４０μｍ以上成膜されたのちに内周面を研磨処理して形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝器。
前記プラズマ電解酸化膜は、前記シリンダの内周にプラズマ電解酸化処理によって４５μｍ以上成膜されたのちに内周面を研磨処理して５μｍ以上２０μｍ以下の範囲で表面を取り除いて形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の緩衝器。
アルミニウム合金製の摺動部材の摺動面にプラズマ電解酸化膜を４０μｍ以上成膜するプラズマ電解酸化処理ステップと、
前記プラズマ電解酸化膜の表面を研磨する研磨処理ステップとを備えた
ことを特徴とする摺動部材の製造方法。