JP4026984B2 - 斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板型液圧ポンプ又はモータ等（以後、斜板型液圧回転機と言う）に用いられる、球面結合部で摺動自在に結合されたピストン及びシューの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は斜板型液圧回転機の一例としての油圧モータの構成例を示す断面図である。ケース１には斜板２が内設されており、駆動軸３がケース１の中央部に斜板２を貫通して回転自在に支承されている。駆動軸３にはシリンダブロック４がスプライン５を介して取着されており、シリンダブロック４に円周上に軸方向に設けられた複数個のシリンダ穴６にはピストン１０が摺動自在に嵌入されている。ピストン１０の先端部には凹球面部１１が設けられており、凹球面部１１にシュー２０の一端部に設けられた凸球面部２１を嵌合して凹球面部１１の先端部を縮径することにより、揺動自在に結合している。ピストン１０には、凹球面部１１とシュー２０の凸球面部２１との摺動面に潤滑油を供給するための潤滑油通路１３が設けられている。シュー２０の他端部に設けられた摺動板２３の摺動面２４は斜板２に摺動自在に当接している。シュー２０には摺動板２３の摺動面２４と斜板２との摺動面に潤滑油を供給するための潤滑油通路２８が設けられており、この潤滑油通路２８はピストン１０の凹球面部１１とシュー２０の凸球面部２１との隙間部を経由して潤滑油通路１３と連通するようになっている。シュー２０の凸球面部２１と摺動板２３との間には段付部２５が設けられ、摺動板２３は段付部２５に係合するシュー押さえ板２６により常時斜板２に当接するようになっている。ケース１の斜板２の対向面には弁板７が配設され、弁板７はシリンダブロック４に摺動自在に当接しており、弁板７にはシリンダ穴６の圧油を供給又は排出するポート８ａ，８ｂが設けられている。ポート８ａ，８ｂはケース１に設けられた図示しない圧油の給排通路と接続している。
【０００３】
次に作動について説明する。図示しない液圧ポンプから吐出された圧油はポート８ａから供給され、シリンダ穴６に供給される。これにより圧油はピストン１０を伸張する方向に作用し、シュー２０の摺動板２３は斜板２に押圧される。ここで、斜板２はピストン１０の軸心に対して傾斜しているため、シュー２０は斜板２上を摺動し、その反力によりシリンダブロック４は回転する。これに伴い、駆動軸３も回転して回転力を発生する。この間、ピストン１０の凹球面部１１とシュー２０の凸球面部２１とは摺動しながら揺動運動を繰り返し、両者の摺動面には潤滑油通路１３から潤滑油が供給され、磨耗を防止する。また同様に、シュー２０の摺動面２４には潤滑油通路１３からの潤滑油が潤滑油通路２８を経由して供給され、シュー２０の摺動面２４と斜板２との磨耗を防止する。
【０００４】
上記のようにピストン１０は圧油により軸方向に押され、凹球面部１１はシュー２０の凸球面部２１を押圧しながら摺動する。したがって、凹球面部１１の内表面部及び凸球面部２１の外表面部は耐磨耗性が要求され、一般にはガス軟窒化処理により耐磨耗性に優れた窒化化合物層が形成されている。図２は、ピストン１０の凹球面部１１とシュー２０の凸球面部２１との球面摺動部を示す断面図である。凹球面部１１の内表面部１２と凸球面部２１の外表面部２２との接触面は、特に耐磨耗性を要求されている。
【０００５】
従来、斜板型液圧ポンプ又はモータの、球面結合部で揺動自在に結合されたピストン及びシューの製造方法については、例えば特開平８−８２２７８号に提案されたものがある。同公報に開示された製造方法は、（１）ピストン１０を焼入れ焼戻しする第１の熱処理工程と、（２）シュー２０に対して軟窒化処理を行う第２の熱処理工程と、（３）ピストン１０の凹球面部１１にシュー２０の凸球面部２１を嵌合してピストン１０の先端部を縮径させて結合する結合工程と、（４）結合されたピストン１０とシュー２０とに対し軟窒化処理を行う第３の熱処理工程とからなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記製造方法においては、第２工程に軟窒化処理を行う第２の熱処理工程があり、また第４工程にも軟窒化処理を行う第３の熱処理工程がある。軟窒化処理を行う熱処理工程は多大の時間を要し、軟窒化処理を２回も行うのは製造工程時間が長くなり、生産性を非常に低下させるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に着目し、軟窒化処理工程時間の短縮が可能な、生産性の高い斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明に係る斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法は、ケースに内設された斜板と、斜板を貫通してケースに回転自在に支承された駆動軸に軸方向に摺動自在に設けられ、かつ斜板に対向して回転するシリンダブロックと、シリンダブロックに設けられた複数個のシリンダ穴内に摺動自在に嵌入され、先端部に凹球面部を有するピストンと、一端部にピストンの凹球面部に嵌合して摺動自在に結合される凸球面部を有し、かつ他端部にシリンダブロックの回転に伴って斜板上を摺動する摺動板を有するシューとを備えた斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法において、（１）調質材を加工してピストン及びシューを製作する加工工程と、（２）ピストンの凹球面部にシューの凸球面部を嵌合し、ピストンの凹球面部の先端部を縮径して摺動自在に結合する結合工程と、（３）結合したピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間に隙間部を設けてガス軟窒化処理を行い、ピストン及びシューの表面に窒化層を設ける熱処理工程とからなり、前記熱処理工程は、大径通路から絞り部を経由して凹球面部へ通じる潤滑油通路を有するピストンと、凸球面部へ通じる潤滑油通路を有するシューとを結合した状態で、それぞれの潤滑油通路を経由させて窒化処理ガスを導入し、ピストン、凹球面部、シュー及び凸球面部の表面に窒化層を設ける方法としている。
【０００９】
第１発明によれば、長時間を要するガス軟窒化処理を行う熱処理工程を一回行うだけでよいため、工程数が少なくなり、作業時間も短縮化される。これにより、斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造工程における生産性を向上できる。
【００１１】
また、結合したピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間には、ピストン内及びシュー内に設けられた潤滑油通路を経由して窒化処理ガスを導入するようにしたので、ピストンやシュー等に特別な加工をすることなく窒化処理ガスを球面部の所望範囲に容易に、かつ確実に導入できる。したがって、安いコストで、しかも非常に効率的に軟窒化処理を行うことができ、確実に窒化層を形成できる。また第１発明によれば、ピストンに設けられた大径の潤滑油通路から導入された窒化処理ガスは絞り部で絞られて流速を増し、ピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間の隙間部に効率的に供給される。これにより、隙間部における摺動面の表面に均一に、そして確実に所定厚さの窒化層が形成される。
【００１２】
第２発明は、第１発明に基づき、結合したシュー及びピストンをピストンの軸心を上下方向にして配置し、シュー及びピストンのいずれか一方を支持して他方を釣支することにより、結合したピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間に隙間部を設ける方法としている。
【００１３】
第２発明によれば、ピストンの軸心を上下方向にして配置し、シュー及びピストンのいずれか一方を支持するので、他方のピストン又はシューは自重により下がる。このため、ピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間には球面の頂部近傍に確実に所定の隙間ができ、この隙間に窒化処理ガスが導入されるので、所望の場所（つまり、球面の頂部近傍の所定角度範囲）に窒化層を確実に形成できる。したがって、ピストンの凹球面部とシューの凸球面部との摺動面に、確実に良好な窒化層を形成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施形態について、図３〜図９を参照して詳述する。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下での説明を省く。
【００１５】
図３は、ピストン及びシューの製造工程を示す図である。先ず、一次加工工程において、焼き入れ、焼き戻しされた特殊合金鋼（いわゆる調質材）を旋削加工してピストン１０及びシュー２０を製作する。次に、結合工程において、ピストン１０の凹球面部１１にシュー２０の凸球面部２１を嵌合し、ピストン１０の凹球面部１１の先端部を矢印Ｆの方向に加圧、縮径して全周にわたってかしめ、球面部にて摺動自在に結合する。このとき、ピストン１０とシュー２０との間に自在に摺動し易いように０．１ｍｍ未満のエンドプレー（軸方向のあそび）が生じるように、凹球面部１１の先端部はかしめられる。次に、結合したピストン１０とシュー２０とを熱処理炉に入れ、ガス軟窒化処理を行い、耐磨耗性にすぐれた窒化化合物層を形成する。窒化化合物層は図のピストン１０の外周面１６、凹球面部１１の内表面部１２、シュー２０の凸球面部２１の外表面部２２、摺動板２３の摺動面２４等に形成される。この後、ピストン１０の外周面１６及びシュー２０の摺動面２４は２次加工工程において研削仕上げが行われる。
【００１６】
以下に、ガス軟窒化処理の方法について詳述する。
図４は第１実施形態に係るガス軟窒化処理用の治具３０の側面図であり、図５はその平面図である。図４及び図５において、座板３１上に立設された支柱３２に支持された支持板３３には、長い切り欠き穴３４が設けられている。切り欠き穴３４には複数個（本例では３個）のシュー２０の段付部２５が挿入され、凸球面部２１を下向きにして支持されている。凸球面部２１には凹球面部１１を結合されたピストン１０が釣支されている。ピストン１０の凹球面部１１の反対側に穿設された潤滑油通路１３は内径Ｄ１の大径通路１４と、大径通路１４及び凹球面部１１間を連通する、内径Ｄ１より径の小さい内径Ｄ２の絞り部１５とを有している。
【００１７】
シュー２０を支持してピストン１０を釣支すると、前述のようにシュー２０の凸球面部２１とピストン１０の凹球面部１１との間には軸方向に０．１ｍｍ未満のエンドプレーが設けられているため、図６に示すように凸球面部２１の頂部と凹球面部１１の底部との間には隙間部Ｓが形成される。窒化処理ガス（例えばアンモニアガスＮＨ3）は図中破線矢印で示すようにピストン１０の大径通路１４から供給され、絞り部１５で絞られて流速が上昇するので、隙間部Ｓに有効に充填されて、良好な窒化化合物層が形成される。また、アンモニアガスＮＨ3が分解して発生した水素ガスＨ2はシュー２０側の潤滑油通路２８を経由して上方へ抜けるので、隙間部ＳにはアンモニアガスＮＨ3が効率よく供給される。
【００１８】
また、窒化ポテンシャルＫＮが低い場合、嵌合部のようなガスの進入しにくい部位の窒化層は浅くなりがちであるから、炉内導入窒化ガスのアンモニアガス分率を上げて前記窒化ポテンシャルＫＮを所定値以上確保し、炉排ガス中の残留率を高めることにより、隙間部Ｓに充填される窒化ガスの流速がさらに上昇し、処理時間を短くし、良好な窒化化合物層が形成される。（表１参照）
【表１】
【００１９】
尚、上記窒化ポテンシャルについて説明すると、窒化ポテンシャルＫＮは一般的に下記の数式によるとされている。
ＫＮ＝φ（ＮＨ３）／｛φ（Ｈ２）×３/２｝
ここで、φはガス濃度を表している。このとき、ガス軟窒化による窒化ポテンシャルは、炉内導入ガスの処理温度による炉内での分解によるガス成分によって変動する。窒化ポテンシャルＫＮが低い場合、嵌合部のようなガスの進入しにくい部位の窒化層は浅くなりがちなので、この窒化ポテンシャルＫＮを所定値以上に確保するために、炉内導入ガスの成分を下記の如く調整する必要がある。すなわち、炉内導入ガスの種類を、アンモニアガスＮＨ３、窒素ガスＮ２及び二酸化炭素ガスＣＯ２とすると、アンモニアガスＮＨ３は、炉内にて「２ＮＨ３→Ｎ２＋３Ｈ２」の分解をする。したがって、アンモニアガスＮＨ３のガス分率を所定値以上に上げるように、すなわち（ＮＨ３／Ｈ２）の比を上げるように、炉内に導入するガス成分を調整する。炉の特性により、アンモニアガスＮＨ３の分解率が変わるので、炉排ガス中の残留（つまり未分解）アンモニアガスＮＨ３分率を測定して調整している。
【００２０】
図７に、本発明のガス軟窒化方法により得られた窒化化合物層の結果の一例を示す。図に示すように、ピストン１０の凹球面部１１の内表面部１２及びシュー２０の凸球面部２１の外表面部２２には、耐磨耗性に優れた硬化層と、その上に積層され、潤滑性及びなじみ性に優れた化合物層（Ｆｅ３Ｎ）とが形成される。化合物層は所要の厚さ１０〜２０μを満足しており、硬度Ｈｖ４００以上の有効な硬化層の厚さは所要の厚さ０．１５〜０．３ｍｍを満足していて、良好な窒化化合物層が形成されている。
【００２１】
本実施形態の軟窒化処理方法によれば、長時間を要するガス軟窒化処理工程を１回のみ行うだけで良好な硬化層を形成でき、また１個の治具で複数個のピストン１０及びシュー２０のガス軟窒化処理を行うことができる。したがって、ガス軟窒化処理の工程及び作業時間が非常に短くなり、効率的で、かつコストの安い斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法が得られる。
【００２２】
図８は、第２実施形態に係る治具３０ａの平面図である。座板(図示せず)上に立設された支柱(図示せず)に支持された支持板３３ａの左右両側に複数個の切り欠き穴３５を設け、１箇所の切り欠き穴３５に１個のシュー２０の段付部２５を挿入して支持し、一度に複数個のシュー２０及びピストン１０のガス軟窒化処理を行うものである。
【００２３】
図９は、第３実施形態に係る治具３０ｂの側面図である。座板３１に立設した支柱３２に支持板３３ｂを取着し、支持板３３ｂに設けられ、かつ周壁面がテーパ状の切り欠き穴３６によりピストン１０の縮径部１７を支持し、シュー２０を釣支している。作用、効果は第１実施形態と同一なので説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】斜板型液圧モータの側面断面図である。
【図２】ピストンとシューとの球面部の耐磨耗性要求範囲の説明図である。
【図３】本発明のピストンとシューの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るガス窒化処理用の治具の側面面である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るガス窒化処理用の治具の平面図である。
【図６】本発明に係る治具を用いて形成されるピストンとシューとの隙間の説明図である。
【図７】本発明に係るガス軟窒化処理による窒化層形成の結果の説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るガス窒化処理用の治具の平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るガス窒化処理用の治具の側面図である。
【符号の説明】
１０：シリンダ、１１：凹球面部、１２：内表面部、１３：潤滑油通路、１４：大径通路、１５：絞り部、２０：シュー、２１：凸球面部、２２：外表面部、２３：摺動板、２４：摺動面、２５：段付部、２８：潤滑油通路、３０，３０ａ，３０ｂ：治具、３１：座板、３３，３３ａ，３３ｂ：支持板、３４：切り欠き穴、３５，３６：切り欠き穴。
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板型液圧ポンプ又はモータ等（以後、斜板型液圧回転機と言う）に用いられる、球面結合部で摺動自在に結合されたピストン及びシューの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は斜板型液圧回転機の一例としての油圧モータの構成例を示す断面図である。ケース１には斜板２が内設されており、駆動軸３がケース１の中央部に斜板２を貫通して回転自在に支承されている。駆動軸３にはシリンダブロック４がスプライン５を介して取着されており、シリンダブロック４に円周上に軸方向に設けられた複数個のシリンダ穴６にはピストン１０が摺動自在に嵌入されている。ピストン１０の先端部には凹球面部１１が設けられており、凹球面部１１にシュー２０の一端部に設けられた凸球面部２１を嵌合して凹球面部１１の先端部を縮径することにより、揺動自在に結合している。ピストン１０には、凹球面部１１とシュー２０の凸球面部２１との摺動面に潤滑油を供給するための潤滑油通路１３が設けられている。シュー２０の他端部に設けられた摺動板２３の摺動面２４は斜板２に摺動自在に当接している。シュー２０には摺動板２３の摺動面２４と斜板２との摺動面に潤滑油を供給するための潤滑油通路２８が設けられており、この潤滑油通路２８はピストン１０の凹球面部１１とシュー２０の凸球面部２１との隙間部を経由して潤滑油通路１３と連通するようになっている。シュー２０の凸球面部２１と摺動板２３との間には段付部２５が設けられ、摺動板２３は段付部２５に係合するシュー押さえ板２６により常時斜板２に当接するようになっている。ケース１の斜板２の対向面には弁板７が配設され、弁板７はシリンダブロック４に摺動自在に当接しており、弁板７にはシリンダ穴６の圧油を供給又は排出するポート８ａ，８ｂが設けられている。ポート８ａ，８ｂはケース１に設けられた図示しない圧油の給排通路と接続している。
【０００３】
次に作動について説明する。図示しない液圧ポンプから吐出された圧油はポート８ａから供給され、シリンダ穴６に供給される。これにより圧油はピストン１０を伸張する方向に作用し、シュー２０の摺動板２３は斜板２に押圧される。ここで、斜板２はピストン１０の軸心に対して傾斜しているため、シュー２０は斜板２上を摺動し、その反力によりシリンダブロック４は回転する。これに伴い、駆動軸３も回転して回転力を発生する。この間、ピストン１０の凹球面部１１とシュー２０の凸球面部２１とは摺動しながら揺動運動を繰り返し、両者の摺動面には潤滑油通路１３から潤滑油が供給され、磨耗を防止する。また同様に、シュー２０の摺動面２４には潤滑油通路１３からの潤滑油が潤滑油通路２８を経由して供給され、シュー２０の摺動面２４と斜板２との磨耗を防止する。
【０００４】
上記のようにピストン１０は圧油により軸方向に押され、凹球面部１１はシュー２０の凸球面部２１を押圧しながら摺動する。したがって、凹球面部１１の内表面部及び凸球面部２１の外表面部は耐磨耗性が要求され、一般にはガス軟窒化処理により耐磨耗性に優れた窒化化合物層が形成されている。図２は、ピストン１０の凹球面部１１とシュー２０の凸球面部２１との球面摺動部を示す断面図である。凹球面部１１の内表面部１２と凸球面部２１の外表面部２２との接触面は、特に耐磨耗性を要求されている。
【０００５】
従来、斜板型液圧ポンプ又はモータの、球面結合部で揺動自在に結合されたピストン及びシューの製造方法については、例えば特開平８−８２２７８号に提案されたものがある。同公報に開示された製造方法は、（１）ピストン１０を焼入れ焼戻しする第１の熱処理工程と、（２）シュー２０に対して軟窒化処理を行う第２の熱処理工程と、（３）ピストン１０の凹球面部１１にシュー２０の凸球面部２１を嵌合してピストン１０の先端部を縮径させて結合する結合工程と、（４）結合されたピストン１０とシュー２０とに対し軟窒化処理を行う第３の熱処理工程とからなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記製造方法においては、第２工程に軟窒化処理を行う第２の熱処理工程があり、また第４工程にも軟窒化処理を行う第３の熱処理工程がある。軟窒化処理を行う熱処理工程は多大の時間を要し、軟窒化処理を２回も行うのは製造工程時間が長くなり、生産性を非常に低下させるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に着目し、軟窒化処理工程時間の短縮が可能な、生産性の高い斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明に係る斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法は、ケースに内設された斜板と、斜板を貫通してケースに回転自在に支承された駆動軸に軸方向に摺動自在に設けられ、かつ斜板に対向して回転するシリンダブロックと、シリンダブロックに設けられた複数個のシリンダ穴内に摺動自在に嵌入され、先端部に凹球面部を有するピストンと、一端部にピストンの凹球面部に嵌合して摺動自在に結合される凸球面部を有し、かつ他端部にシリンダブロックの回転に伴って斜板上を摺動する摺動板を有するシューとを備えた斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法において、（１）調質材を加工してピストン及びシューを製作する加工工程と、（２）ピストンの凹球面部にシューの凸球面部を嵌合し、ピストンの凹球面部の先端部を縮径して摺動自在に結合する結合工程と、（３）結合したピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間に隙間部を設けてガス軟窒化処理を行い、ピストン及びシューの表面に窒化層を設ける熱処理工程とからなり、前記熱処理工程は、大径通路から絞り部を経由して凹球面部へ通じる潤滑油通路を有するピストンと、凸球面部へ通じる潤滑油通路を有するシューとを結合した状態で、それぞれの潤滑油通路を経由させて窒化処理ガスを導入し、ピストン、凹球面部、シュー及び凸球面部の表面に窒化層を設ける方法としている。
【０００９】
第１発明によれば、長時間を要するガス軟窒化処理を行う熱処理工程を一回行うだけでよいため、工程数が少なくなり、作業時間も短縮化される。これにより、斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造工程における生産性を向上できる。
【００１１】
また、結合したピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間には、ピストン内及びシュー内に設けられた潤滑油通路を経由して窒化処理ガスを導入するようにしたので、ピストンやシュー等に特別な加工をすることなく窒化処理ガスを球面部の所望範囲に容易に、かつ確実に導入できる。したがって、安いコストで、しかも非常に効率的に軟窒化処理を行うことができ、確実に窒化層を形成できる。また第１発明によれば、ピストンに設けられた大径の潤滑油通路から導入された窒化処理ガスは絞り部で絞られて流速を増し、ピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間の隙間部に効率的に供給される。これにより、隙間部における摺動面の表面に均一に、そして確実に所定厚さの窒化層が形成される。
【００１２】
第２発明は、第１発明に基づき、結合したシュー及びピストンをピストンの軸心を上下方向にして配置し、シュー及びピストンのいずれか一方を支持して他方を釣支することにより、結合したピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間に隙間部を設ける方法としている。
【００１３】
第２発明によれば、ピストンの軸心を上下方向にして配置し、シュー及びピストンのいずれか一方を支持するので、他方のピストン又はシューは自重により下がる。このため、ピストンの凹球面部とシューの凸球面部との間には球面の頂部近傍に確実に所定の隙間ができ、この隙間に窒化処理ガスが導入されるので、所望の場所（つまり、球面の頂部近傍の所定角度範囲）に窒化層を確実に形成できる。したがって、ピストンの凹球面部とシューの凸球面部との摺動面に、確実に良好な窒化層を形成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施形態について、図３〜図９を参照して詳述する。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下での説明を省く。
【００１５】
図３は、ピストン及びシューの製造工程を示す図である。先ず、一次加工工程において、焼き入れ、焼き戻しされた特殊合金鋼（いわゆる調質材）を旋削加工してピストン１０及びシュー２０を製作する。次に、結合工程において、ピストン１０の凹球面部１１にシュー２０の凸球面部２１を嵌合し、ピストン１０の凹球面部１１の先端部を矢印Ｆの方向に加圧、縮径して全周にわたってかしめ、球面部にて摺動自在に結合する。このとき、ピストン１０とシュー２０との間に自在に摺動し易いように０．１ｍｍ未満のエンドプレー（軸方向のあそび）が生じるように、凹球面部１１の先端部はかしめられる。次に、結合したピストン１０とシュー２０とを熱処理炉に入れ、ガス軟窒化処理を行い、耐磨耗性にすぐれた窒化化合物層を形成する。窒化化合物層は図のピストン１０の外周面１６、凹球面部１１の内表面部１２、シュー２０の凸球面部２１の外表面部２２、摺動板２３の摺動面２４等に形成される。この後、ピストン１０の外周面１６及びシュー２０の摺動面２４は２次加工工程において研削仕上げが行われる。
【００１６】
以下に、ガス軟窒化処理の方法について詳述する。
図４は第１実施形態に係るガス軟窒化処理用の治具３０の側面図であり、図５はその平面図である。図４及び図５において、座板３１上に立設された支柱３２に支持された支持板３３には、長い切り欠き穴３４が設けられている。切り欠き穴３４には複数個（本例では３個）のシュー２０の段付部２５が挿入され、凸球面部２１を下向きにして支持されている。凸球面部２１には凹球面部１１を結合されたピストン１０が釣支されている。ピストン１０の凹球面部１１の反対側に穿設された潤滑油通路１３は内径Ｄ１の大径通路１４と、大径通路１４及び凹球面部１１間を連通する、内径Ｄ１より径の小さい内径Ｄ２の絞り部１５とを有している。
【００１７】
シュー２０を支持してピストン１０を釣支すると、前述のようにシュー２０の凸球面部２１とピストン１０の凹球面部１１との間には軸方向に０．１ｍｍ未満のエンドプレーが設けられているため、図６に示すように凸球面部２１の頂部と凹球面部１１の底部との間には隙間部Ｓが形成される。窒化処理ガス（例えばアンモニアガスＮＨ3）は図中破線矢印で示すようにピストン１０の大径通路１４から供給され、絞り部１５で絞られて流速が上昇するので、隙間部Ｓに有効に充填されて、良好な窒化化合物層が形成される。また、アンモニアガスＮＨ3が分解して発生した水素ガスＨ2はシュー２０側の潤滑油通路２８を経由して上方へ抜けるので、隙間部ＳにはアンモニアガスＮＨ3が効率よく供給される。
【００１８】
また、窒化ポテンシャルＫＮが低い場合、嵌合部のようなガスの進入しにくい部位の窒化層は浅くなりがちであるから、炉内導入窒化ガスのアンモニアガス分率を上げて前記窒化ポテンシャルＫＮを所定値以上確保し、炉排ガス中の残留率を高めることにより、隙間部Ｓに充填される窒化ガスの流速がさらに上昇し、処理時間を短くし、良好な窒化化合物層が形成される。（表１参照）
【表１】
尚、上記窒化ポテンシャルについて説明すると、窒化ポテンシャルＫＮは一般的に下記の数式によるとされている。
ＫＮ＝φ（ＮＨ３）／｛φ（Ｈ２）×３/２｝
ここで、φはガス濃度を表している。このとき、ガス軟窒化による窒化ポテンシャルは、炉内導入ガスの処理温度による炉内での分解によるガス成分によって変動する。窒化ポテンシャルＫＮが低い場合、嵌合部のようなガスの進入しにくい部位の窒化層は浅くなりがちなので、この窒化ポテンシャルＫＮを所定値以上に確保するために、炉内導入ガスの成分を下記の如く調整する必要がある。すなわち、炉内導入ガスの種類を、アンモニアガスＮＨ３、窒素ガスＮ２及び二酸化炭素ガスＣＯ２とすると、アンモニアガスＮＨ３は、炉内にて「２ＮＨ３→Ｎ２＋３Ｈ２」の分解をする。したがって、アンモニアガスＮＨ３のガス分率を所定値以上に上げるように、すなわち（ＮＨ３／Ｈ２）の比を上げるように、炉内に導入するガス成分を調整する。炉の特性により、アンモニアガスＮＨ３の分解率が変わるので、炉排ガス中の残留（つまり未分解）アンモニアガスＮＨ３分率を測定して調整している。
【００２０】
図７に、本発明のガス軟窒化方法により得られた窒化化合物層の結果の一例を示す。図に示すように、ピストン１０の凹球面部１１の内表面部１２及びシュー２０の凸球面部２１の外表面部２２には、耐磨耗性に優れた硬化層と、その上に積層され、潤滑性及びなじみ性に優れた化合物層（Ｆｅ３Ｎ）とが形成される。化合物層は所要の厚さ１０〜２０μを満足しており、硬度Ｈｖ４００以上の有効な硬化層の厚さは所要の厚さ０．１５〜０．３ｍｍを満足していて、良好な窒化化合物層が形成されている。
【００２１】
本実施形態の軟窒化処理方法によれば、長時間を要するガス軟窒化処理工程を１回のみ行うだけで良好な硬化層を形成でき、また１個の治具で複数個のピストン１０及びシュー２０のガス軟窒化処理を行うことができる。したがって、ガス軟窒化処理の工程及び作業時間が非常に短くなり、効率的で、かつコストの安い斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法が得られる。
【００２２】
図８は、第２実施形態に係る治具３０ａの平面図である。座板(図示せず)上に立設された支柱(図示せず)に支持された支持板３３ａの左右両側に複数個の切り欠き穴３５を設け、１箇所の切り欠き穴３５に１個のシュー２０の段付部２５を挿入して支持し、一度に複数個のシュー２０及びピストン１０のガス軟窒化処理を行うものである。
【００２３】
図９は、第３実施形態に係る治具３０ｂの側面図である。座板３１に立設した支柱３２に支持板３３ｂを取着し、支持板３３ｂに設けられ、かつ周壁面がテーパ状の切り欠き穴３６によりピストン１０の縮径部１７を支持し、シュー２０を釣支している。作用、効果は第１実施形態と同一なので説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】斜板型液圧モータの側面断面図である。
【図２】ピストンとシューとの球面部の耐磨耗性要求範囲の説明図である。
【図３】本発明のピストンとシューの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るガス窒化処理用の治具の側面面である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るガス窒化処理用の治具の平面図である。
【図６】本発明に係る治具を用いて形成されるピストンとシューとの隙間の説明図である。
【図７】本発明に係るガス軟窒化処理による窒化層形成の結果の説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るガス窒化処理用の治具の平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るガス窒化処理用の治具の側面図である。
【符号の説明】
１０：シリンダ、１１：凹球面部、１２：内表面部、１３：潤滑油通路、１４：大径通路、１５：絞り部、２０：シュー、２１：凸球面部、２２：外表面部、２３：摺動板、２４：摺動面、２５：段付部、２８：潤滑油通路、３０，３０ａ，３０ｂ：治具、３１：座板、３３，３３ａ，３３ｂ：支持板、３４：切り欠き穴、３５，３６：切り欠き穴。
Claims (2)
- ケースに内設された斜板と、斜板を貫通してケースに回転自在に支承された駆動軸に軸方向に摺動自在に設けられ、かつ斜板に対向して回転するシリンダブロックと、シリンダブロックに設けられた複数個のシリンダ穴内に摺動自在に嵌入され、先端部に凹球面部(11)を有するピストン(10)と、一端部にピストン(10)の凹球面部(11)に嵌合して摺動自在に結合される凸球面部(21)を有し、かつ他端部にシリンダブロックの回転に伴って斜板上を摺動する摺動板を有するシュー(20)とを備えた斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法において、
（１）調質材を加工してピストン(10)及びシュー(20)を製作する加工工程と、
（２）ピストン(10)の凹球面部(11)にシュー(20)の凸球面部(21)を嵌合し、ピストン(10)の凹球面部(11)の先端部を縮径して摺動自在に結合する結合工程と、
（３）結合したピストン(10)の凹球面部(11)とシュー(20)の凸球面部(21)との間に隙間部(S)を設けてガス軟窒化処理を行い、ピストン(10)及びシュー(20)の表面に窒化層を設ける熱処理工程とからなり、
前記熱処理工程は、大径通路 (14) から絞り部 (15) を経由して凹球面部 (11) へ通じる潤滑油通路 (13) を有するピストン (10) と、凸球面部 (21) へ通じる潤滑油通路 (28) を有するシュー (20) とを結合した状態で、それぞれの潤滑油通路 (13,28) を経由させて窒化処理ガスを導入し、ピストン (10) 、凹球面部 (11) 、シュー (20) 及び凸球面部 (21) の表面に窒化層を設ける
ことを特徴とする斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法。 - 請求項１記載の斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法において、
結合したシュー(20)及びピストン(10)をピストン(10)の軸心を上下方向にして配置し、シュー(20)及びピストン(10)のいずれか一方を支持して他方を釣支することにより、結合したピストン(10)の凹球面部(11)とシュー(20)の凸球面部(21)との間に前記隙間部(S)を設ける
ことを特徴とする斜板型液圧回転機のピストン及びシューの製造方法。
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