JP3914657B2

JP3914657B2 - ピストンの表面処理方法

Info

Publication number: JP3914657B2
Application number: JP12947999A
Authority: JP
Inventors: 啓三水野; 克弘北郷
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2019-05-11
Also published as: JP2000320670A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ピストンポンプやピストンモータの、ピストンの表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、斜板ピストンポンプの摺動部分を示したものである。
この斜板ピストンポンプは、シリンダブロック１に形成したボア内をピストン２が、往復することによって、圧油を供給するものである。
上記ピストン２は、筒状で、一方の端部内側に、凹球面２ａを形成し、ここにシュー４の球状部４ａをはめ込んでいる。このシュー４は、斜板５により、ピストン２に押しつけられている。このとき、上記凹球面２ａの先端をかしめ、球状部４ａがはずれないようにしている。
また、シリンダブロック１は、図示しない駆動源により、回転軸ｘを中心にして、回転するように構成されている。この回転軸ｘは、上記ピストン２の軸心からずれている。
【０００３】
一方、斜板５は、図６に示すように、上記ピストン２の軸心に対して、直交していない。そのため、シリンダブロック１と斜板５とが、軸ｘを中心にして相対回転すると、斜板５の、シュー４を押す部分の、軸方向位置が変化する。このような斜板５の移動にともなって、ピストン２がボア内を往復する。このとき、シュー４の球状部４ａは、ピストン２の凹球面２ａ内で摺動する。
また、斜板ピストンポンプにおいては、ピストン２の軸心と、斜板５とが直交していないため、斜板５からシュー４を介してピストン２へ作用する力の方向は、ピストン２が往復する方向とは異なる。すなわち、往復運動する際、ピストン２には、曲げ応力が作用する。この曲げ応力により、ピストン２が疲労破壊しないようにするために、ピストン２の表面には軟窒化処理や窒化処理、あるいは、焼き入れなどの表面硬化処理を施している。このように、ピストン２の表面に、硬化処理を行うことで、ピストン２は、曲げに対する強度が向上する。
【０００４】
さらに、上記のような往復運動により、ピストン２の外周面と、ボア内周面とが、焼き付いたり、摩耗したりしないように、シリンダブロック１側には、銅合金製のブッシュ３を圧入している。このように、ブッシュ３を設けることにより、ピストン２とボア間の滑り性が良くなる。滑り性が良くなると、耐焼き付き性や、耐摩耗性が向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、シリンダブロック１のボアにブッシュ３を圧入して、シリンダ２の外周面とボアとの間の滑り性を向上させるためには、各部品の正確な寸法管理が必要である。ボアや、ブッシュ３の寸法を正確に管理することはもちろん、圧入により、ブッシュ３が変形して、各部品の寸法関係が狂わないように、ブッシュ３の圧入工程にも、細心の注意が必要である。すなわち、滑り性向上のために、ブッシュ３を用いる方法では、部品数が多くなるとともに、加工に手間がかかるため、費用がかかるという問題があった。
この発明の目的は、加工工数や、費用をかけずに、ピストンとボア間の滑り性を向上させることができるピストンの表面処理方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、斜板に当接したシューの球状部をはめ込むための凹球面を備えたポンプまたはモータのピストンの表面処理方法であって、ピストン外周面の上記凹球面側端部に、かしめ加工部を残し、それ以外の部分に表面硬化処理をして硬化処理層を形成するとともに、この硬化処理層を研磨して平滑にしてから、ピストンの外周面および凹球面上にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）をコーティングする点に特徴を有する。
【０００７】
第２の発明は、上記第１の発明を前提とし、表面硬化処理が、窒化または軟窒化処理であるとともに、研磨によって、硬化処理層の化合物層と拡散層のうち化合物層を除去する点に特徴を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に示す実施例は、図６に示す従来例と同じタイプのピストン１０にこの発明の表面処理を施した例である。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
図１に示すピストン１０は、図６のピストン２と同じ形状をしているが、表面処理を施し、焼き入れ層１１とＤＬＣ層７とを備えている点が、従来例と異なる。この焼き入れ層１１が、この発明の硬化処理層である。
そして、上記焼き入れ層１１は、通常の焼き入れ処理によって形成され、焼き入れ層１１を形成したら、ピストン１０の表面にＤＬＣコーティングによってＤＬＣ層７を形成する。
ただし、図２に示すように、焼き入れ処理を行う際に、ピストン１０の外表面のうち、凹球面１０ａ側の端部に、かしめ加工部１０ｂを残して焼き入れ層１１を形成する。上記かしめ加工部１０ｂは、ポンプ組み立て時に、かしめ処理を行う部分なので、焼き入れ処理により、硬化させることができない部分である。
【００１５】
また、焼き入れ層１１を形成後、ＤＬＣ層７を形成する前に、下地表面の研磨処理をおこなう。この研磨処理によって、ＤＬＣ層７の下地を、Ｒａ０．１μｍ以下の表面粗さにする。そして、外周面と、凹球面１０ａと、この凹球面１０ａ側の端部とに、ＤＬＣコーティングを施し、ＤＬＣ層７を形成する。
このようにして、図１に示すピストン１０を形成したら、図３に示すように、ピストン１０の凹球面１０ａに、シュー４の球状部４ａをはめる。
なお、ピストン１０の上記焼き入れ層１１は、凹球面１０ａ側のかしめ加工部１０ｂを残して形成されているので、このかしめ加工部１０ｂをかしめて、シュー４の球状部４ａが、ピストン１０の凹球面１０ａから、はずれないようにすることができる。このように、球状部４ａが上記凹球面１０ａからはずれないようにして、ポンプを組み立てる。
【００１６】
上記ピストン１０は、研磨処理をした表面に、ＤＬＣ層７を形成しているので、シリンダブロック１に形成したボアとの間の滑り性が良く、焼き付きや、摩耗の心配がない。
また、この実施例のピストン１０も、焼き入れ層１１によって、疲労強度を向上させることができる。したがって、曲げ応力による疲労破壊も防止できる。
【００１７】
上記実施例のように、ピストンの表面処理を行うことで、シリンダブロック１は、通常、球状黒鉛鋳鉄を素材として製造されているが、ブッシュを設けるなどの加工をせずに用いることができる。
なお、上記のように、ピストン表面を平滑化することで、ＤＬＣ層が、剥離しにくくなる理由を以下に示す。
ＤＬＣコーティングは、ＤＬＣの均一な層を簡単に形成できる方法であるが、全体に、均一な厚みでＤＬＣをコーティングするため、下地に凹凸があるとその凹凸が、ＤＬＣ層７の表面に現れてしまう。つまり、コーティング前の摺動面に突起があれば、ＤＬＣコーティングをしても、そこが突起となる。そして、ピストンが往復運動すると、上記突起の部分に応力が集中して、ＤＬＣが剥がれてしまうことになる。特に、ピストンの外周の摺動面には、大きな摩擦力が作用するので、表面が平滑でないと、ＤＬＣ層が剥がれ易くなる。そこで、ＤＬＣコーティングをおこなう前に、下地処理として、平滑化処理をおこなうことが有効である。
上記と同様の表面処理を、シリンダブロック１側に施すことも考えられるが、ボア内を処理するより、ピストンの外表面を処理する方が圧倒的に簡単である。特に、シリンダブロック１のボア内にＤＬＣのコーティング処理を施す場合には、特別なコーティング装置が必要になる。そのため、加工コストも高くなってしまうし、安定したコーティングもむずかしい。
【００１８】
なお、上記実施例のＤＬＣ層７の厚みは、滑り性や耐剥離性を考えると、１〜１０μｍ程度が望ましい。
また、硬化処理層の硬度は、疲労強度や表面粗さの確保の点から、ＨＲＣ（ロックウエル硬度）＝５０以上が好ましい。
また、上記ピストン１０に、軟窒化や窒化処理によって、硬化処理層を形成することもできる。ただし、この場合には、マスキングによって、かしめ加工部を残して表面硬化処理をし、研磨によって化合物層を除去する必要がある。
このように、軟窒化処理を行った後に、化合物層を除去する理由は、ＤＬＣ層を形成する際に、化合物層があると、化合物層の中の窒素がＤＬＣ層の健全な形成を阻害してしまうからである。ＤＬＣ層の形成が、健全に行われなければ、ＤＬＣ層がピストンの表面から剥離しやすくなる。ＤＬＣ層が剥がれれば、滑り性が悪くなる。
そして、上記研磨処理において除去すべき化合物層の厚みは、軟窒化処理サンプルを測定して、予め求めておき、研磨工程で、その分だけ取り除くようにする。
実施例のように、表面硬化処理が焼き入れ処理の場合には、化合物層を除去する必要が無いので、軟窒化・窒化処理と比べて、研磨作業が簡単である。
【００１９】
なお、図４に、図５に示すような種々のサンプルの、焼き付き限界荷重を示している。これらサンプル１〜５のうち、焼き付き限界荷重の点から、実際に、使用できるのは、サンプル１、２、４である。
上記サンプル１は、ピストン側に軟窒化処理を行い、シリンダブロックにブッシュを圧入した、従来例のサンプルである。
サンプル２は、ピストンの軟窒化処理後、化合物層を除去するとともに、表面をＲａ０．１まで平滑にしたサンプルで、実施例１に相当する。ブッシュを用いなくても、サンプル１と同等の焼き付き限界荷重である。
サンプル３は、ＤＬＣ層の下地の平滑度は充分であるが、軟窒化処理の化合物層を除去していないために、ＤＬＣ層が剥離してしまう。そのため、焼き付き限界荷重が低く、使用に耐えない。
【００２０】
また、サンプル４は、ピストンに焼き入れ処理を行い、焼き入れ層をＲａ０．１まで平滑化してから、ＤＬＣ層を形成した実施例２のタイプで、焼き付き限界荷重が大きい。
サンプル５は、ＤＬＣ層の下地となる焼き入れ層の表面粗さが粗く、Ｒａ０．２であるサンプルで、焼き付き限界荷重が低くなっている。
【００２１】
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、ピストンとシリンダブロック間の滑り性を向上できる。したがって、摺動面の、耐焼き付き性や、耐摩耗性が向上する。
また、ピストンの疲労強度を高くできるので、ピストンに曲げ応力が作用しても、疲労破壊しにくい。
しかも、シリンダブロック側に手間のかかる処理をせずに、ピストン側の表面処理だけで足りるので、加工工数や、コストを抑えることもできる。
特に、凹球面側のかしめ加工部に、硬化処理層を形成しないので、表面処理後のピストンをかしめて、凹球面からシューの球状部がはずれないように加工することができる。
【００２３】
また、第２の発明によれば、窒化処理または軟窒化処理によって表面硬化したピストンにも、剥離しにくいＤＬＣ層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のピストンの断面図である。
【図２】実施例の、ピストンの表面処理過程の断面図である。
【図３】実施例のピストンを組み込んだ斜板ピストンポンプの部分図である。
【図４】ピストンの表面処理と焼き付き限界加重との関係を示したグラフである。
【図５】図４のサンプル内容を示した表である。
【図６】従来例の斜板ピストンポンプの摺動部分の説明図である。
【符号の説明】
４シュー
４ａ球状部
７ＤＬＣ層
１０ピストン
１０ａ凹球面
１０ｂかしめ加工部
１１焼き入れ層

Claims

斜板に当接したシューの球状部をはめ込むための凹球面を備えたポンプまたはモータのピストンの表面処理方法であって、ピストン外周面の上記凹球面側端部に、かしめ加工部を残し、それ以外の部分に表面硬化処理をして硬化処理層を形成するとともに、この硬化処理層を研磨して平滑にしてから、ピストンの外周面および凹球面上にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）をコーティングすることを特徴とするピストンの表面処理方法。
表面硬化処理が、窒化または軟窒化処理であるとともに、研磨によって、硬化処理層の化合物層と拡散層のうち化合物層を除去することを特徴とする請求項１に記載のピストンの表面処理方法。