JP5606475B2

JP5606475B2 - 液圧回転機および液圧回転機の製造方法

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Publication number: JP5606475B2
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Inventors: 修一小林
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Description

本発明は、油圧ポンプや油圧モータなどの液圧回転機とその製造方法に関し、より詳しくは液圧回転機を構成するシリンダブロックにおけるシリンダボアとピストンとの摺動部分に関する液圧回転機とその製造方法に関する。

油圧ポンプや油圧モータに代表される油圧駆動機器は、多くの摺動部品から構成されている。それらの摺動面は、高い摺動面圧による潤滑油膜切れ、制御油圧の変動による摺接状態の不安定化などの影響により、摺動面同士の焼付きや局部的な異常摩耗などの発生リスクを有している。そのため、これら摺動部品のほとんどは鉄鋼材によって作製されている。

特に、油圧ポンプ、油圧モータ等の油圧駆動機器の代表的な構成部品であるシリンダブロックのシリンダボアの摺動面は、摺動相手であるピストンとの片当たりによる摺動によって摩耗や焼付き現象が特に発生しやすく、それらの改善が強く望まれている。

特許文献１では、シリンダボアの摺動面におけるピストンの片当たりにより生じる高面圧摺接部位での摩耗を防止するため、切削加工にて荒加工形成されたシリンダブロックおよびその摺動面であるシリンダボアに対し、その摺動面硬度を上げるために窒化系熱処理を施し、更にピストン部品とのμｍオーダーの嵌合精度を実現するために、窒化系熱処理にて形成される窒素化合物層を仕上げ研削工程にて除去して仕上げている。

また、シリンダボアの摺動面上に、摺動性焼結銅合金ライナーを設け、焼付きによる両摺動面の固着を回避する方法（例えば特許文献２参照）や、切削加工やレーザ加工によって溝やディンプルなどの凹形状を形成して油溜りとして作用させることで油膜切れを防止する方法（例えば特許文献３参照）などが知られている。

特開平６−１５９２３０号公報特開平１０−１９６５５２号公報特開２０１０−１９６６１２号公報

しかし、特許文献１では、シリンダボアの摺動面が平滑な面のため、ピストンとの高面圧接触点において、シリンダボアとピストンとの間で潤滑油膜がせん断されるため、シリンダボアとピストンが固体接触することによる摩耗や焼付き現象が発生するとの問題がある。

また、特許文献２では、銅合金を焼結するための銅合金成分と焼結工程における冷却温度管理とを厳密に管理する必要があるため、製造工程が複雑になるうえ、銅合金材が高価なため、大幅なコスト高になってしまうという問題がある。

また、特許文献３では、シリンダブロックのシリンダボアのような形状に対して凹形状加工を行うためには、ワークの位置出しと加工工具の加工軌跡が複雑になるため、高価な多軸加工設備が必要となったり、加工時間が長くなったりするという問題がある。さらに、凹形状が摺動によって摩滅してしまった場合、平滑研削面の場合と同様に、油膜切れによる焼付きが発生してしまう。

本発明は、シリンダボアとピストンとの摺動面の耐摩耗性および潤滑性能を更に向上させることができる液圧回転機とその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明は、筒状のケーシングと、ケーシングに回転可能に設けられた回転軸と、この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ボアが穿設されたシリンダブロックと、シリンダブロックの各シリンダボアに往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記シリンダブロックと前記ケーシングとの間に位置して前記ケーシングに設けられ前記各シリンダボアと連通する給排ポートが形成された弁板とを備える液圧回転機であって、前記シリンダボアと前記ピストンが摺動する摺動面のいずれか一方の少なくとも一部表面に、前記シリンダボアと前記ピストンの少なくとも一方の母材側に形成され、その表面側の一部が除去されて前記摺動面側に露出した窒素拡散層と、この窒素拡散層上に形成され、表面側に凹形状を有した窒素化合物層とを有する。

この第１の発明によれば、窒素拡散層上に単純に微小な凹形状を形成した場合に比べて、高面圧摺動環境下においても、凹形状の凹部分に残留している硬質な窒素化合物層の存在により、油溜り効果を発揮する凹形状部が摩滅し辛く、より長時間油膜切れを防止することが可能となる。よって、シリンダボアとピストンとの摺動面において潤滑油膜がせん断されることが従来の液圧回転機に比べて抑制され、耐摩耗性および潤滑性能の更なる向上を図ることができ、液圧回転機の長寿命化を達成することができる。

また、上記目的を達成するために、第２の発明は、筒状のケーシングと、ケーシングに回転可能に設けられた回転軸と、この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ボアが穿設されたシリンダブロックと、シリンダブロックの各シリンダボアに往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記シリンダブロックと前記ケーシングとの間に位置して前記ケーシングに設けられ前記各シリンダボアと連通する給排ポートが形成された弁板とを備える液圧回転機の製造方法であって、前記シリンダボアと前記ピストンの少なくともいずれか一方の母材の少なくとも一部表面に、圧縮塑性加工によって凹形状を形成する工程と、窒化系表面処理を施すことで、前記凹形状を形成した表面に窒素化合物層を形成する工程と、切削または研削加工によって前記窒素化合物層の一部を除去する工程とを有し、前記圧縮塑性加工工程において形成される前記凹形状の深さを、前記窒化系表面処理によって形成される窒素化合物層の厚さよりも厚い深さとし、前記窒素化合物層の除去深さを、前記凹形状深さを超えない厚さとする。

この第２の発明によれば、油溜り効果を発揮する凹形状が窒素化合物層を有することにより、摩滅し辛くより長時間油膜切れを防止することが可能な摺動面構造を形成することができ、耐摩耗性および潤滑性能の向上を図ることができる。また、凹形状を形成させるための可能手段を圧縮塑性加工としているため、切削加工やレーザ加工の場合に比べて、加工後表面にバリやスパッタリングなどの異常突起がなく、簡素な加工装置と工具によって短時間に凹形状を形成することが可能となる。更に、圧縮塑性加工工程において形成される凹形状の深さが、後工程である窒化系表面処理によって形成される窒素化合物層の厚さを超える深さであり、さらに切削または研削による窒素化合物層の除去深さが、窒素化合物層の厚さを超え、凹形状深さを超えない深さとしているため、シリンダボア内径とピストン外形との嵌合精度を実現しつつ、高い耐摩耗性を有した油溜り形状を形成することができ、潤滑性能の更なる向上が可能となる。

また、第３の発明は、第２の発明において、前記圧縮塑性加工として、前記表面に硬質粒子を高速で衝突させるショットブラストまたはショットピーニングを用いる。

この第３の発明によれば、切削加工やレーザ加工による凹形状形成工程よりも簡素な設備で、短時間で加工することが可能となる。

また、第４の発明は、第２の発明において、前記圧縮塑性加工として、前記表面に凸形状を備える転圧型を押付ける転圧圧縮加工を用いる。

この第４の発明によれば、硬質粒子の高速衝突による加工のように、被加工面であるシリンダボアの摺動面への硬質粒子の静電付着残留、食い込み残留が生じることがなく、後工程の窒化系表面処理を実施した際にも、均質に表面を硬化させることができる。

また、第５の発明は、第４の発明において、前記転圧型に、前記ピストンの往復動方向に対して異方性を有した凸形状を有するものを用いる。

この第５の発明によれば、異方性を有した凹形状を形成することにより、凹形状中にピストンの動く方向に合わせて油の流れを生じさせることができ、同時にスムーズなピストンの往復動が可能となる。

本発明の液圧回転機によれば、液圧回転機におけるシリンダボアとピストンとの摺動面の耐摩耗性および潤滑性能を従来に比べて更に向上させることができるので、液圧回転機の長寿命化を図ることができる。

また、本発明の液圧回転機の製造方法によれば、液圧回転機におけるシリンダボアとピストンとの摺動面の耐摩耗性および潤滑性能を従来に比べて更に向上させることができるので、長寿命化を図った液圧回転機を製造することができる。

本発明の液圧回転機の第１の実施形態の縦断面図である。図１に示す本発明の液圧回転機の第１の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図２の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図２の（ｂ）は図２（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。本発明の液圧回転機の第１の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図３の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図３の（ｂ）は図３（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。本発明の液圧回転機の第１の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図４の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図４の（ｂ）は図４（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。本発明の液圧回転機の第２の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図５の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図５の（ｂ）は図５（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。本発明の液圧回転機の第２の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図６の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図６の（ｂ）は図６（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。本発明の液圧回転機の第２の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図７の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図７の（ｂ）は図７（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図、図７の（ｃ）は図７（ａ）のＢ部を拡大して示す断面図である。本発明の液圧回転機の第２の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図８の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図８の（ｂ）は図８（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。本発明の液圧回転機の第３の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図９の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図９の（ｂ）は図９（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。本発明の液圧回転機の第３の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図１０の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図１０の（ｂ）は図１０（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図、図１０の（ｃ）は図１０（ａ）のＢ部を拡大して示す断面図である。

以下に本発明の液圧回転機およびその製造方法の実施形態を、図面を用いて説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の液圧回転機およびその製造方法の第１の実施形態を、図１乃至図４を用いて説明する。なお、図１乃至図４においては、液圧回転機として可変容量型斜板式アキシャルピストンポンプに適用した場合を例に挙げて説明する。

図１において、液圧回転機としての可変容量型斜板式アキシャルピストンポンプ１は、ケーシング２、回転軸３、シリンダブロック４、各ピストン５、スリッパシュー６、斜板７、および弁板８等により概略構成されている。

ケーシング２は、図１に示すように、筒状のケーシング本体９と、ケーシング本体９の両端側をそれぞれ閉塞したフロントケーシング１０、リヤケーシング１１とから構成されている。そして、リヤケーシング１１には、一対の給排通路１２Ａ，１２Ｂが設けられている。これらの給排通路１２Ａ，１２Ｂは、作動油の吸込側、吐出側の配管（いずれも図示せず）等に接続している。

回転軸３は、フロントケーシング１０とリヤケーシング１１とに軸受１３，１４を介してケーシング２内に回転可能に支持されている。そして、回転軸３の一方端３Ａ（図１の右側）は、フロントケーシング１０から軸方向に突出し、例えばディーゼルエンジン等の原動機（図示せず）に連結されている。

シリンダブロック４はケーシング２内に回転軸３を介して回転可能に設けられたもので、回転軸３の外周側にスプライン結合され、回転軸３と一体に回転する。そして、シリンダブロック４は、その一方の端面が後述の斜板７に対向して配置され、他方の端面は後述の弁板８に摺接する。

シリンダブロック４には、複数のシリンダボア１５がシリンダブロック４に同方向に間隔を持ってシリンダブロック４の軸線方向に穿設されている。各シリンダボア１５は、他端側にシリンダポート１６が形成されている。これらのシリンダポート１６は、後述の弁板８を介してリヤケーシング１１の給排通路１２Ａ、１２Ｂに対して間欠的に連通、遮断される。

ピストン５は、シリンダブロック４の各シリンダボア１５内に摺動可能に挿嵌されている。各ピストン５は、シリンダブロック４の回転に伴ってそれぞれのシリンダボア１５内を往復動し、それに伴って、各ピストン５は、後述の弁板８から各シリンダボア１５内に油液（作動油）を吸込みつつ、これを高圧の圧油として吐出する。

各ピストン５には、シリンダボア１５から突出する突出端側に後述のスリッパシュー６がそれぞれ揺動可能に設けられている。スリッパシュー６は、シュー押え１７によって後述する斜板７（平滑板１８）の摺動面１８Ｂに摺接するように支持されている。

スリッパシュー６は、各ピストン５の突出端側に揺動可能に設けられている。スリッパシュー６は、後述する斜板７の平滑板１８に対しピストン５からの押付力（圧力）でシュー押え１７等を介して押付けられた状態に保持される。各スリッパシュー６は、この状態で回転軸３、シリンダブロック４およびピストン５と一緒に回転することにより、リング状の円軌道を描くように後述の平滑板１８上を摺動変位する。

斜板支持体１９は、ケーシング２のフロントケーシング１０に設けられており、斜板支持体１９は、図１に示すように、回転軸３の周囲に対して斜板７の裏面側に配置され、ケーシング２のフロントケーシング１０に固定されている。そして斜板支持体１９には、回転軸３を挟んで左、右（または上、下）に離間した一対の傾転摺動面２０が設けられている。傾転摺動面２０は、斜板７を傾転可能に支持するために凹湾曲状の円弧面として形成されている。

斜板７は、ケーシング２内に傾転可能に設けられており、斜板７は斜板本体２１と斜板本体２１の表面側に固定して設けられた平滑板１８とにより構成されている。また、斜板７（斜板本体２１、平滑板１８）の中央部には、回転軸３が隙間をもって挿通される軸挿通穴１８Ａが穿接されている。そして、斜板本体２１は、その裏面（背面）側がフロントケーシング１０側に斜板支持体１９の傾転摺動面２０を介して傾転可能に取付けられている。

また、斜板７の平滑板１８は、シリンダブロック４と対向する面が斜めに傾斜した環状の摺動面１８Ｂを備えており、この摺動面１８Ｂを各スリッパシュー６が摺接する。即ち、スリッパシュー６は、斜板７（平滑板１８）の摺動面１８Ｂ上で円軌道を描くように摺動変位し、これによりピストン５がシリンダボア１５内を往復動する。

弁板８はケーシング２内に位置してリヤケーシング１１とシリンダブロック４との間に設けられている。弁板８はシリンダブロック４の端面に摺接し、シリンダブロック４を回転軸３と一緒に回転可能に支持している。また、弁板８には、円弧状をなす一対の給排ポート２２Ａ，２２Ｂが形成されている。これらの給排ポート２２Ａ，２２Ｂは、リヤケーシング１１の給排通路１２Ａ，１２Ｂと連通している。

そして、弁板８の給排ポートは、シリンダブロック４の回転時に各シリンダボア１５のシリンダポート１６と間欠的に連通し、例えば一方の給排通路１２Ａから各シリンダボア１５に吸込んだ油液（作動油）をピストン５により加圧させると共に、各シリンダボア１５内で高圧状態となった圧油を他方の給排通路１２Ｂから吐出させる機能を有している。

傾転アクチュエータ２３，２４は、斜板７を傾転駆動するように、ケーシング本体９に対して一対設けられている。アクチュエータ２３，２４は、外部から傾転制御圧が給排されることにより、この圧力に応じて斜板７の傾転角を可変に制御する。そして、シリンダボア１５内を摺動変位するピストン５のストローク長はこの斜板７の傾転角に応じて増減される。

次に、図２において、本発明の液圧回転機の第１の実施形態を構成するシリンダブロック４のシリンダボア１５とピストン５との摺動面の構造について説明する。
図２は、図１に示す本発明の液圧回転機の一実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図２の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図２の（ｂ）は図２（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、本発明の液圧回転機の一実施形態に係る液圧回転機１のシリンダブロック４に穿設されたシリンダボア１５におけるピストン５との摺動面となる表面側には、まず、シリンダブロック４の鉄鋼材からなる母材３４側に図２（ｂ）の２点鎖線で示すように形成された窒素拡散層３０と、この窒素拡散層３０上に図２の（ｂ）の２点鎖線で示すように形成された窒素化合物層３１を形成した後、窒素拡散層３０および窒素化合物層３１の表面側の一部を除去して、窒素化合物層３１が除去されて露出した窒素拡散層３０と、凹面内部に窒素化合物層が残留した凹形状の窒素化合物層３２とを形成している。

ここで、本発明における窒素化合物層３１とは、母材である鉄鋼材に対して窒化系表面処理を行った際に、その最表面に形成される、高硬度の窒素化合物からなる層のことである。また本発明における窒素拡散層３０とは、母材である鉄鋼材に対して窒化系表面処理を行った際に、その最表面に形成される窒素化合物層の直下に形成される、窒素が拡散によって鉄鋼材に侵入してなる層のことである。

次に、上述のように構成される本発明の液圧回転機の一実施形態の製造方法を図１〜図４を用いて説明する。
図３は、本発明の液圧回転機の第１の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図３の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図３の（ｂ）は図３（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図、図４は、本発明の液圧回転機の第１の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図４の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図４の（ｂ）は図４（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。

まず、素材である鉄鋼材を切削加工によって切削してシリンダブロックの外形を形成し、更に形成したシリンダブロックの所定の位置を穿鑿してシリンダボア１５を形成する。

その後、形成されたシリンダボア１５表面に対してショットピーニングを行い、表面に微小な凹形状３３を形成する。
具体的には、図３（ａ）に示すように、回転自在のノズル６０をシリンダボア１５内に挿入し、このノズル６０を回転させつつ、シリンダボア１５の下死点側から上死点側まで繰り返し上下移動させながら噴射口６１より硬質粒子６２を圧縮空気流によって噴射させて、シリンダボア１５表面に衝突させる。これによって、シリンダボア１５の表面に図３（ｂ）に示すような微小な凹形状３３を形成する（圧縮塑性加工工程）。

次に、ショットピーニング後に、シリンダブロック４を、窒素を含有する雰囲気（例えばアンモニア等）下に置き、加熱する（窒化系熱処理）。これにより、図４（ａ），（ｂ）に示すように、微小な凹形状３３を形成したシリンダボア１５表面に窒素拡散層３０を形成して母材３４の表層域の硬度を上昇させると同時に、表面に硬質な窒素化合物層３１を形成する（窒素化合物層形成工程）。この窒化系熱処理の条件は一般的な条件を採用すればよい。

次に、窒素化合物層３１が形成されたシリンダボア１５の内径を、摺動相手であるピストン５との嵌合公差を満たすように、研削加工にて窒素化合物層３１を加工除去する。このとき、図２（ａ），（ｂ）に示すように、研削加工後のシリンダボア１５におけるピストン５との摺動面となる表面上に、窒素化合物層３１直下の窒素拡散層３０が露出するとともに、凹形状の窒素化合物層３２とが存在するような条件で研削加工を行う（窒素化合物層除去工程）。
そのため、前述の圧縮塑性加工による微小な凹形状３３の谷部の深さを、後工程である窒化系熱処理によって形成される窒素化合物層３１の厚さのよりも深いものとするように、圧縮塑性加工の条件を選択する。
さらに、研削加工による窒素化合物層３１の研削除去深さを、窒素化合物層３１の厚さを超え、凹形状の窒素化合物層３２の谷部深さを超えないように、研削条件を選択する。

本発明の液圧回転機の一実施形態の動作を説明する。

まず、図示しないエンジン等の原動機によって回転軸３を回転駆動すると、ケーシング２内でシリンダブロック４が回転軸３と一体に回転される。これにより、斜板７（平滑板１８）の摺動面１８Ｂに沿ってそれぞれのピストン５がシリンダブロック４の各シリンダボア１５内で往復動を繰り返すようになる。

このため、シリンダブロック４が１回転する間に、各ピストン５はシリンダボア１５内を上死点から下死点に向けて摺動変位する吸入行程と、下死点から上死点に向けて摺動変位する吐出行程とを繰り返す。そして、ピストン５の吸入行程では、例えば給排通路１２Ａからシリンダボア１５内に作動油を吸込み、ピストン５の吐出行程では、ピストン５がシリンダボア１５内の油液を高圧の圧油として給排通路１２Ｂ側から吐出させる。

上述の動作中、斜板７との連結構成上、ピストン５がシリンダボア１５の端部と奥側の２点で片当りしながら摺動することがあるが、シリンダボア１５の表面に形成された、窒素化合物層３１が除去されて露出した窒素拡散層３０と、凹形状の窒素化合物層３２とを備えていることにより、この凹形状の窒素化合物層３２に保持された油によって油膜切れが抑制され、摩耗や焼付きが抑制される。また、凹形状の窒素化合物層３２は高硬度であるため、摩耗に非常に強く、摺動面に長く存在させることができ、長時間の使用にも十分に耐えうる、との利点を有する。更に、摺動面の表面には高硬度の窒素拡散層３０が存在しており、その耐摩耗性は十分に確保され、この結果、液圧回転機の長寿命化を図ることができる。
また、凹形状形成工程と窒化系表面処理工程と窒素化合物層除去工程によって製造することができ、高価な銅合金を用いる必要も、高価な多軸加工設備も必要なく、安価かつ容易に製造することができる。
また、微小な凹形状を形成するための加工に、ショットピーニングを用いているため、切削加工やレーザ加工によって微小な凹形状を形成する場合に比べ、加工後表面にバリやスパッタリングなどの異常突起を少なくでき、簡素な加工装置と工具によって短時間に微小な凹形状をシリンダボア１５の摺動面に形成することが可能となる。

なお、上述した本発明の液圧回転機の一実施形態において、凹形状の窒素化合物層３２と、窒素化合物層３１が除去されたことによって露出した窒素拡散層３０は、シリンダボア１５の表面全面に形成されていなくてもよく、少なくともピストン５との摺動面となる一部表面に形成されていればよい。この一部表面は、シリンダブロック４の回転に伴い、ピストン５がシリンダボア１５内部において偏荷重を受けて片当たりするシリンダボア１５の端部と奥側の２点と、その周辺とすることが望ましい。
また、圧縮塑性加工工程は、ショットピーニングの代わりにショットブラストを行ってもよく、本加工工程後のシリンダボア１５表面に微小な凹形状を形成できればよい。
また、窒素化合物層３１を形成するための窒素化合物層形成工程での処理は、上述のような窒素含有雰囲気下での熱処理に限られず、例えば、塩浴窒化やプラズマ窒化等、公知の窒化処理（窒化系表面処理）を用いることができる。
また、窒素化合物層除去工程は、研削以外にも、切削を用いることができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の液圧回転機およびその製造方法の第２の実施形態を図５および図６を用いて説明する。なお、図５および図６においても、液圧回転機として可変容量型斜板式アキシャルピストンポンプに適用した場合を例に挙げて説明する。
第２の実施形態における液圧回転機は、シリンダボア４５ａにおけるピストンとの摺動面構造以外の構成は第１の実施形態の液圧回転機と略同じであり、詳細は省略する。
図５は、本発明の液圧回転機の第２の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図５の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図５の（ｂ）は図５（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、本発明の液圧回転機の第２の実施形態に係る液圧回転機のシリンダブロック４４ａに穿設されたシリンダボア４５ａにおけるピストンとの摺動面となる表面には、まず、シリンダブロック４４ａの鉄鋼材からなる母材４６側に図５（ｂ）の２点鎖線で示すように形成された窒素拡散層４０と、この窒素拡散層４０上に図５の（ｂ）の２点鎖線で示すように形成された窒素化合物層４１を形成した後、窒素拡散層４０および窒素化合物層４１の表面側の一部を除去して、窒素化合物層４１が除去されて露出した窒素拡散層４０と、凹面内部に窒素化合物層が残留した凹形状の窒素化合物層４２とを形成している。

このようなシリンダボア４５ａを有するシリンダブロック４４ａを備えた液圧回転機の製造方法を、図６を参照して以下説明する。
図６は、本発明の液圧回転機の第２の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図６の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図６の（ｂ）は図６（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。
本実施形態に係る液圧回転機の製造方法は、シリンダボア４５ａのピストンとの摺動面への微小な凹形状を形成する圧縮塑性加工工程をナーリング加工（ローレット加工）とすることを特徴とし、その他の工程については本発明の液圧回転機の製造方法の第１の実施形態と同様なため、詳細は省略する。

シリンダブロック４４ａに形成されたシリンダボア４５ａ表面に対してナーリング加工を行う際に、図６（ａ）に示すように、形成すべき微小な凹形状と同一のピラミッド形状の凸形状を配置した転圧型６３をシリンダボア４５ａ内に挿入し、この挿入した転圧型６３をシリンダボア４５ａ表面に押付けた状態でシリンダブロック４４ａを加工対象シリンダボア４５ａの中心軸で回転させる。これにより、図６（ｂ）に示すように、シリンダボア４５ａ表面に微小な凹形状４３ａを形成する。

次に、窒化系熱処理によって窒素化合物層４１を形成する、その後、窒素化合物層４１が形成されたシリンダボア４５ａの内径を、研削加工後のシリンダボア４５ａのピストンとの摺動面上に、窒素化合物層４１直下の窒素拡散層４０が露出するとともに、凹形状の窒素化合物層４２とが存在するような深さで窒素化合物層の除去工程を行う。

第２の実施態様の液圧回転機およびその製造方法においても、得られる効果は第１の実施形態の液圧回転機およびその製造方法の場合とほぼ同様である。さらに、本実施形態の液圧回転機の製造方法では、シリンダボア４５ａのピストンとの摺動表面への圧縮塑性加工手段が、形成したい微小な凹形状と同一の凸形状を配置した転圧型６３を押付けるナーリングであることにより、第１の実施形態のようなショットピーニングによる場合に対して、被加工面であるシリンダボアの摺動面への硬質粒子の静電付着残留や食い込み残留といった不具合が生じることがなく、後工程の窒化系表面処理を実施した際にも、均質な表面硬化の効果を得られるとの利点を有している。
また、微小な凹形状４３ａを形成する位置を自由に選択可能であり、片当たりの激しい位置のみに微小な凹形状４３ａを形成するなど、使用状況に応じて適宜選択可能となり、様々な仕様の液圧回転機に対応可能である。
また押し込み形状を、転圧型の形状を選択することで自由に選択することができる。

なお、本実施形態においては、圧縮転圧加工は、ナーリング（ローレット加工）の代わりにバニシング（転圧加工）を行ってもよい。

また、シリンダブロックのシリンダボアの圧縮塑性加工工程のナーリング加工の際に、シリンダボアのピストンと片当たりする２点の高面圧摺接部位の摺動範囲にのみ選択的に微小な凹形状を形成するようなことも可能である。以下、この態様を図７を用いて説明する。
図７は、本発明の液圧回転機の第２の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図７の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図７の（ｂ）は図７（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図、図７の（ｃ）は図７（ａ）のＢ部を拡大して示す断面図である。

図７（ａ）において、シリンダブロック４４ｂに穿設されたシリンダボア４５ｂにおけるピストンとの摺動面には、それぞれの摺動領域の摺動速度、摺動面圧、潤滑状態に合わせて、図７（ｂ）に示すようにシリンダボア４５ｂの上死点側の微小な凹形状４３ｂ_１は凹形状の深さが深く、図７（ｃ）に示すようにシリンダボア４５ｂの下死点側の微小な凹形状４３ｂ_２の深さを微小な凹形状４３ｂ_１に比べて浅い形状となっている。

このような選択的な微小な凹形状４３ｂ_１，４３ｂ_２は、例えば、ナーリング加工の際に、微小な凹形状４３ｂ_１を形成する際の押圧力と微小な凹形状４３ｂ_２を形成する際の押圧力を変えることや、凸形状の異なる転圧型を用いることによって形成する。

このように２箇所以上に選択的に微小な凹形状４３ｂ_１，４３ｂ_２を形成し、その後窒化系表面処理による窒素化合物層形成工程および窒素化合物層除去工程を行って、シリンダブロック４４ｂに穿設されたシリンダボア４５ｂにおけるピストンとの摺動面となる表面に、まず、シリンダブロック４４ｂの鉄鋼材からなる母材４６側に形成された窒素拡散層と、この窒素拡散層上に形成された窒素化合物層を形成した後、窒素拡散層および窒素化合物層の表面側の一部を除去して、窒素化合物層が除去されて露出した窒素拡散層と、凹面内部に窒素化合物層が残留した凹形状の窒素化合物層とを形成することにより、使用状態に応じたより高い潤滑効果を有するシリンダボアとピストンとの摺動面を有する液圧回転機を製造することが可能となる。

さらには、図８に示すように、転圧型６４に異方性を有した凸形状を用い、窒素化合物層を有した凹形状の窒素化合物層に異方性を持たせることもできる。以下、この態様を図８を用いて説明する。
図８は、本発明の液圧回転機の第２の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図８の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図８の（ｂ）は図８（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。

図８（ａ）に示すように、形成されたシリンダボア４５ｃ表面に対してナーリング加工を行う際に、シリンダボア４５ｃの上死点側から下死点側にかけてその高さが高くなり、形成すべき微小な凹形状と同一の三角錐形状の凸形状を配置した転圧型６４をシリンダボア４５ｃに挿入し、この挿入した転圧型６４をシリンダボア４５ｃ表面に押付けた状態でシリンダブロック４４ｃを加工対象のシリンダボア４５ｃの中心軸で回転させる。これにより、図８（ｂ）に示すようにシリンダボア４５ｃ表面に微小な凹形状４３ｃを形成する。

上述のような転圧型６４を用いて微小な凹形状４３ｃを形成し、その後窒化系表面処理による窒素化合物層形成工程および窒素化合物層除去工程を行って、シリンダブロック４４ｃに穿設されたシリンダボア４５ｃにおけるピストンとの摺動面となる表面に、まず、シリンダブロック４４ｃの鉄鋼材からなる母材４６側に形成された窒素拡散層と、この窒素拡散層上に形成された窒素化合物層を形成した後、窒素拡散層および窒素化合物層の表面側の一部を除去して、窒素化合物層が除去されて露出した窒素拡散層と、凹面内部に窒素化合物層が残留した凹形状の窒素化合物層とを形成することによって、微小な凹形状中に、ピストンの動く方向に合わせて油の流れを生じさせることができる。
例えば、図８（ｂ）に示すように、シリンダボア４５ｃの上死点側に向かって幅が狭くなり、深さが浅くなる形状であれば、シリンダボア４５ｃの下死点側から上死点側に向けた油の流れを生じさせることができる。よって負圧が発生して潤滑膜が切れやすいタイミングである油を引き込む際に、生じさせた油の流れによって潤滑膜が切れることを抑制し、またピストンの上死点側への移動をサポートすることができ、スムーズなピストンの往復動が可能となる。このような異方性を有した凹形状の窒素化合物層を形成することは、特に斜板式のピストンポンプに好適である。

＜第３の実施形態＞
本発明の液圧回転機およびその製造方法の第３の実施形態を図９および図１０を用いて説明する。なお、図９および図１０においても、液圧回転機として可変容量型斜板式アキシャルピストンポンプに適用した場合を例に挙げて説明する。

本発明の液圧回転機およびその製造方法の第１の実施形態および第２の実施形態は、シリンダボアにおけるピストンとの摺動面となる表面側に、シリンダボアの母材側に形成された窒素拡散層と、この窒素拡散層上に形成された窒素化合物層を形成した後、窒素拡散層および窒素化合物層の表面側の一部を除去して、窒素化合物層が除去されて露出した窒素拡散層と、凹面内部に窒素化合物層が残留した凹形状の窒素化合物層とを形成しているケースである。これに対し、本発明の液圧回転機およびその製造方法の第３の実施形態は、ピストン５７におけるシリンダボア５５ａとの摺動面や、ピストン５７におけるシリンダボア５５ｂとの摺動面及びシリンダボア５５ｂにおけるピストン５７との摺動面の両摺動面に、母材側に形成された窒素拡散層と、この窒素拡散層上に形成された窒素化合物層を形成した後、窒素拡散層および窒素化合物層の表面側の一部を除去して、窒素化合物層が除去されて露出した窒素拡散層と、凹面内部に窒素化合物層が残留した凹形状の窒素化合物層とを形成しているケースある。本実施形態の液圧回転機は、ピストンやシリンダボア以外の構成は第１および第２の実施形態の液圧回転機と略同じであり、詳細は省略する。

図９は、本発明の液圧回転機の第３の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図９の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図９の（ｂ）は図９（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図である。

図９（ａ），（ｂ）において、本発明の液圧回転機の第３の実施形態を構成するピストン５７におけるシリンダボア５５ａとの摺動面となる表面には、まず、ピストン５７の鉄鋼材からなる母材５６ａ側に図９（ｂ）の２点鎖線で示すように形成された窒素拡散層５０と、この窒素拡散層５０上に図９の（ｂ）の２点鎖線で示すように形成された窒素化合物層５１を形成した後、窒素拡散層５０および窒素化合物層５１の表面側の一部を除去して、窒素化合物層５１が除去されて露出した窒素拡散層５０と、凹面内部に窒素化合物層が残留した凹形状の窒素化合物層５２とを形成している。

次に、上述のように構成される液圧回転機の製造方法を図９を用いて説明する。

まず、素材である鉄鋼材を切削加工によって切削してピストン５７の外形を形成する。この切削・穿鑿加工工程を含むこれ以前の工程は、第１の実施形態による液圧回転機１の製造方法と略同じである。そのため、詳細な説明は省略する。

その後、形成されたピストン５７の表面に対してショットピーニングやショットブラスト、ナーリング加工等の方法により、表面に微小な凹形状を形成する。

次に、微小な凹形状形成後のピストン５７に対して公知の窒化系表面処理を行い、窒素化合物層５１を形成する。

次に、窒素化合物層５１が形成されたピストン５７の表面を、シリンダブロック５４ａにおける摺動相手であるシリンダボア５５ａとの嵌合公差を満たすように、研削加工後のピストン５７のシリンダボア５５ａとの摺動面上に、窒素化合物層５１直下の窒素拡散層５０が露出するとともに、凹形状の窒素化合物層５２が存在するような深さで研削加工にて窒素化合物層５１を加工除去する。

これ以降の工程は、第１の実施形態による液圧回転機の製造方法と同様であるため、詳細は省略する。

第３の実施態様の液圧回転機およびその製造方法においても、得られる効果は第１の実施形態の液圧回転機およびその製造方法の場合とほぼ同様である。ただし、本実施形態の液圧回転機では、ピストン５７におけるシリンダボア５５ａとの摺動面となる表面に、窒素化合物層５１が除去されて露出した窒素拡散層５０と、凹面内部に窒素化合物層が残留した凹形状の窒素化合物層５２とを形成しているため、シリンダボア側に形成する場合に比べて容易に実施でき、液圧回転機の生産コストの更なる低減が可能である。

また、本実施形態の液圧回転機は、図９に示すようなピストン５７の表面側のみに凹形状の窒素化合物層が形成されたものに限られず、図１０に示すように、ピストン５７の表面側とシリンダボア５５ｂの表面側の両方に、凹形状の窒素化合物層が形成されたものとすることもできる。以下、この態様を図１０を用いて説明する。
図１０は、本発明の液圧回転機の第３の実施形態を構成するシリンダブロックの製造工程を示すもので、図１０の（ａ）はシリンダブロックの一部を断面にて示す縦断面図、図１０の（ｂ）は図１０（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図、図１０の（ｃ）は図１０（ａ）のＢ部を拡大して示す断面図である。

図１０（ａ）において、本発明の液圧回転機の第３の実施形態に係る液圧回転機のピストン５７におけるシリンダボア５５ａとの摺動面となる表面には、まず、ピストン５７の鉄鋼材からなる母材５６ａ側に図１０（ｂ）の２点鎖線で示すように形成された窒素拡散層５０と、この窒素拡散層５０上に図１０の（ｂ）の２点鎖線で示すように形成された窒素化合物層５１を形成した後、窒素拡散層５０および窒素化合物層５１の表面側の一部を除去して、窒素化合物層５１が除去されて露出した窒素拡散層５０と、凹面内部に窒素化合物が残留した凹形状の窒素化合物層５２とを形成している。
これに加えて、図１０（ｃ）に示すように、シリンダボア５５ａにおけるピストン５７との摺動面となる表面には、まず、シリンダボア５５ａの鉄鋼材からなる母材５６ｂ側に図１０（ｃ）の２点鎖線で示すように形成された窒素拡散層５０と、この窒素拡散層５０上に図１０の（ｃ）の２点鎖線で示すように形成された窒素化合物層５１を形成した後、窒素拡散層５０および窒素化合物層５１の表面側の一部を除去して、窒素化合物層５１が除去されて露出した窒素拡散層５０と、凹面内部に窒素化合物層が残留した凹形状の窒素化合物層５２とを形成している。

＜その他＞
なお、上述の各実施形態では、液圧回転機として可変容量型斜板式油圧ポンプを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば可変容量型斜板式の油圧モータに適用することができ、また固定容量型の斜板式油圧ポンプ、油圧モータ等の斜板式の液圧回転機、更には斜軸式の液圧回転機に適用することも可能である。

１…液圧回転機、
２…ケーシング、
３…回転軸、
４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，５４ａ，５４ｂ…シリンダブロック、
５，５７…ピストン、
６…スリッパシュー、
７…斜板、
８…弁板、
９…ケーシング本体、
１０…フロントケーシング、
１１…リヤケーシング、
１２Ａ，１２Ｂ…給排通路、
１３，１４…軸受、
１５，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，５５ａ，５５ｂ…シリンダボア、
１６…シリンダポート、
１７…シュー押え、
１８…平滑板、
１８Ａ…軸挿通孔、
１８Ｂ…摺動面、
１９…斜板支持体、
２０…傾転摺動面、
２１…斜板本体、
２２Ａ，２２Ｂ…給排ポート、
２３，２４…傾転アクチュエータ、
３０，４０，５０…窒素拡散層、
３１，４１，５１…窒素化合物層、
３２，４２，５２…凹形状の窒素化合物層、
３３，４３ａ，４３ｂ_１，４３ｂ_２，４３ｃ…微小な凹形状、
３４，４６，５６ａ，５６ｂ…母材、
６０…ノズル、
６１…噴射口、
６２…硬質粒子、
６３，６４…転圧型。

Claims

筒状のケーシングと、ケーシングに回転可能に設けられた回転軸と、この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ボアが穿設されたシリンダブロックと、シリンダブロックの各シリンダボアに往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記シリンダブロックと前記ケーシングとの間に位置して前記ケーシングに設けられ前記各シリンダボアと連通する給排ポートが形成された弁板とを備える液圧回転機であって、
前記シリンダボアと前記ピストンが摺動する摺動面のいずれか一方の少なくとも一部表面に、前記シリンダボアと前記ピストンの少なくとも一方の母材側に形成され、その表面側の一部が除去されて前記摺動面側に露出した窒素拡散層と、この窒素拡散層上に形成され、表面側に凹形状を有した窒素化合物層とを有することを特徴とする液圧回転機。
筒状のケーシングと、ケーシングに回転可能に設けられた回転軸と、この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ボアが穿設されたシリンダブロックと、シリンダブロックの各シリンダボアに往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記シリンダブロックと前記ケーシングとの間に位置して前記ケーシングに設けられ前記各シリンダボアと連通する給排ポートが形成された弁板とを備える液圧回転機の製造方法であって、
前記シリンダボアと前記ピストンの少なくともいずれか一方の母材の少なくとも一部表面に、圧縮塑性加工によって凹形状を形成する工程と、
窒化系表面処理を施すことで、前記凹形状を形成した表面に窒素化合物層を形成する工程と、
切削または研削加工によって前記窒素化合物層の一部を除去する工程とを有し、
前記圧縮塑性加工工程において形成される前記凹形状の深さを、前記窒化系表面処理によって形成される窒素化合物層の厚さよりも厚い深さとし、
前記窒素化合物層の除去深さを、前記凹形状深さを超えない厚さとすることを特徴とする液圧回転機の製造方法。
請求項２に記載の液圧回転機の製造方法において、
前記圧縮塑性加工として、前記表面に硬質粒子を高速で衝突させるショットブラストまたはショットピーニングを用いることを特徴とする液圧回転機の製造方法。
請求項２に記載の液圧回転機の製造方法において、
前記圧縮塑性加工として、前記表面に凸形状を備える転圧型を押付ける転圧圧縮加工を用いることを特徴とする液圧回転機の製造方法。
請求項４に記載の液圧回転機の製造方法において、
前記転圧型に、前記ピストンの往復動方向に対して異方性を有した凸形状を有するものを用いることを特徴とする液圧回転機の製造方法。