(57)【要約】【課題】本発明は、脱塩水を使用した場合でも、水圧機械の運転を可能とする課題に基づいている。【解決手段】本発明は、少なくとも２つの相互可動部品（５、６；１１，１２；１０、１３；３、１５；１６、１９）を備え、その一方の部品の表面が、摩擦低減特性を有するプラスチック材料からなる水圧機械に関する。そのような機械においては、脱塩水が使用可能であることが望ましい。この目的のため、プラスチック材料（５、１２、１２’、１３、１５、１９）と他方の部品（６、１１、１１’、１０、３、１６）との間に炭素含有材料からなる層（２２から２７）が配置されている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの相互可動部品を備え、その一方の部品の表面が摩擦低減特性を有するプラスチック材料からなる水圧機械であって、炭素含有材料からなる層（２２から２７）が、前記プラスチック材料（５、１２、１２’、１３、１５、１９）と他方の部品（６、１１、１１’、１０、３、１６）との間に配置されていることを特徴とする機械。
【請求項２】
前記層（２２から２７）が他方の部品（６、１１、１１’、１０、３、１６）上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の機械。
【請求項３】
前記層（２２から２７）が、ダイヤモンド様炭素をベースとして作られることを特徴とする請求項１又は２に記載の機械。
【請求項４】
前記層（２２から２７）が、プラズマによる気相蒸着中に付着されることを特徴とする請求項３に記載の機械。
【請求項５】
前記層（２２から２７）が、０．５から１０μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の機械。
【請求項６】
前記層（２２から２７）が、２５Ｇｐａのテンパーを有することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の機械。
【請求項７】
前記プラスチック材料（５、１２、１２’、１３、１５、１９）が、ポリアリルエーテルケトンをベースとした高性能熱可塑性プラスチック材料の群、特にポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリアセタレン、ポリアリルエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリレート、ノボラック樹脂或いは同様の物質のフェノール樹脂から選択され、充填材としてガラス、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン或いは炭素を特に繊維の形で使用されていことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の機械。
【請求項８】
前記２つの部品の一方が、前記プラスチック材料からなるスリーブ（５）を備えたシリンダ（４）であり、前記２つの部品の他方が、少なくともその摩擦面上に配置された前記層（２２）を備えたピストン（６）であることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の機械。
【請求項９】
前記２つの部品の一方が、止め板（９）であり、該止め板がボール継手（１１、１２；１１’、１２’）を介してシリンダ・ドラム（３、３’、３”）上に支持され、前記ボール継手（１１、１２；１１’、１２’）の一方の摺動表面が前記プラスチック材料を備え、他方の摺動面が前記層（２５、２５’）を有することを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の機械。
【請求項１０】
前記２つの部品の一方が、摺動シュー（８）であり、該摺動シューが斜板（１０）を押圧し、且つ前記プラスチック材料（１３）を支え、前記斜板（１０）が前記２つの部品の他方であり、前記層（２４）を備えることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の機械。
【請求項１１】
前記２つの部品の一方が、前記２つの部品の他方である制御板（１８）と前記シリンダ・ドラム（３）との間に配置され、且つ運転中には前記制御板（１８）に対して前記シリンダ・ドラム（３）と共に回転する圧力板（１６）であり、前記制御板（１８）が、前記プラスチック材料（１９）を備え、前記圧力板（１６）が前記層（２７）を有することを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の機械。
【請求項１２】
前記摺動シュー（８）が、ボール継手（１４）を介して前記ピストン（６）に連結され、少なくとも前記ボール継手（１４）領域においては、前記プラスチック材料（１３）を備え、前記ボール継手の対向面が、前記層（２３）を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の機械。
【請求項１３】
前記摺動シュー（８）が、止め板（９）によって前記斜板（１０）への押圧を維持し、前記止め板（９）が、前記層（１３）を支えることを特徴とする請求項１０から１２の何れかに記載の機械。
【請求項１４】
前記シリンダ・ドラム（３）が、ラジアル・ベアリング面（１５）を介してハウジング（２）上に支持され、前記シリンダ・ドラム（３）が前記層（２６）を有し、前記ベアリング面（１５）が前記プラスチック材料からなることを特徴とする請求項９から１３の何れかに記載の機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２つの相互可動部品を備え、その一方の部品の表面が摩擦低減特性を有するプラスチック材料からなる水圧機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この型式の水圧機械は、デンマーク国、Ｎｏｒｄｂｏｒｇ、Ｄａｎｆｏｓｓ　Ａ／Ｓの「Ｎｅｓｓｉｅ」プロジェクトで知られる。そのような機械の特許公報の例は、ＤＥ　４３０１１２４　Ａ１である。
【０００３】
水圧機械においては、水は液圧媒体として使用される。通常使用される液圧油と比較すると、水は、漏洩しても環境への汚染を事実上生じない利点を有する。
【０００４】
しかしながら、油とは逆に、水には潤滑特性を有さない短所がある。水圧機械では、相互可動部品を潤滑して充分な程度まで冷却することができない。これは通常問題となる。
【０００５】
従って、上述のＮｅｓｓｉｅプロジェクトにおいては、２つの相互可動部品の組合せで作動させる場合、一方の部品は、摩擦低減プラスチック材料で作られた、プラスチック材料からなる層又はインサートを備える。この目的にとって好ましいプラスチック材料は、ポリアリルエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を基にした高性能熱可塑性プラスチック材料である。基本的には、ＰＥＥＫを使用すると、結果的に上手くいくことが分かっている。相互可動部品の接触面上にこのようなプラスチック材料を備えた水圧機械は、水を使用して長期間にわたり確実に運転することができる。
【０００６】
しかしながら、或る特定用途においては、液圧流体として脱塩水が使用される場合、問題が発生することがある。このような用途には、例えば、逆浸透の原理によって働くシステムを含む。「純」水を使用すると、相互に運動している部品に、特にそれらの部品がＰＥＥＫを備えている場合、摩耗現象が発生する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、脱塩水を使用した場合でも、水圧機械の運転を可能とする課題に基づいている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
始めに説明した水圧機械においては、この課題は、炭素含有材料の層がプラスチック材料と他方の部品との間に配置されることにより解決される。
【０００９】
従って、プラスチック材料、例えばＰＥＥＫは、別のプラスチック材料で置き換えられることはない。逆に、プラスチック材料と他方の部品との間に配置される炭素含有材料からなる追加の層が使用される。脱塩水との関連において、このような炭素含有層を使用すると、驚くべき結果をもたらす。プラスチック材料層と、その上を摺動する層、例えばスチール層との摩耗が、大幅に低減する。機械寿命が大幅に延びる。同時に、この装置を備えた水圧機械の作動特性は、Ｎｅｓｓｉｅプロジェクトで知られている機械と比較して、ほとんど変わらない。炭素含有材料層を使用する場合、脱塩水を使用した運転時の改善に対する理由は、未だ完全には明らかになってはいない。層によって引き起こされた「潤滑能力」の改善に加えて、腐蝕保護の改善も発生しているのではないかと想定される。このことは、液圧流体として脱塩水を使用することに関連して特に重要である。
【００１０】
好ましくは、この層は他方の部品上に配置される。換言すれば、共に摩擦低減特性を有する２つの材料が互いに作用するように作られ、すなわち、最初のものは既に摩擦低減特性を有するプラスチック材料であり、次のものは、他方の部品上に配置された炭素含有材料の層である。この炭素含有材料の層は、他方の部品を保護することになる。同時に、この２つの部品が相互に運動することで、この層の軽微な摩耗を引き起こし、結果としてプラスチック材料上に安定を生じさせる。
【００１１】
好ましくは、この層は、ダイヤモンド様炭素をベースとして作られる。そのような「ＤＬＣ」（ダイヤモンド様炭素）層は、対応する対向面上に顕著な摩擦特性を有し、すなわち、摩耗を小さく保つ。このことは、ＤＬＣ層がプラスチック材料と協働する場合に特に当てはまる。プラスチック材料、特にＰＥＥＫは、既に顕著な摩擦係数を有していることから、改善は殆ど見込むことができない。しかしながら、脱塩水を使用する場合、ＤＬＣ層はこれらを更に改善する。
【００１２】
好ましくは、この層は、プラズマによる気相蒸着中に付着される。従って、比較的薄い層を実現できる。同時に、基材とダイヤモンド様炭素との極めて密接した結合が発生し、その結果、例え重負荷が加わったにしても、この基材からＤＬＣ層が引き剥がされる危険性は極めて低い。気相蒸着、特にプラズマによる気相蒸着を使用することにより、事実上この基材の形状とは関係なく、ダイヤモンド様炭素の適用が可能となる。このことは、相互可動部品を設計する場合、比較的高い自由度を与える。
【００１３】
好ましくは、この層は、０．５から１０μｍの範囲の厚みを有する。正確な厚みは、所望の負荷に左右される。極めて薄い層を使用する場合、基材、つまり、他方の部品の表面は事実上同様に複製される利点を有する。相互可動部品を設計する場合、ダイヤモンド様炭素の層は、事実上どのような注意をも全く必要としない。しかしながら、それでも、摩擦特性及び摩耗特性は、非常に低減されるので、脱塩水を使用した場合でさえも長寿命が保証される。
【００１４】
好ましくは、この層は、２５Ｇｐａのテンパー（ｔｅｍｐｅｒ）を有する。そのようなテンパーにより、比較的高い負荷能力が可能となる。従って、同様に高い圧力で、且つ脱塩水を使用した場合でも、摩耗は低く保たれる。
【００１５】
好ましくは、プラスチック材料は、ポリアリルエーテルケトンをベースとした高性能熱可塑性プラスチック材料の群、特にポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリアセタレン、ポリアリルエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリレート、ノボラック樹脂或いは同様の物質のフェノール樹脂から選択され、充填材としてガラス、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン或いは炭素を特に繊維の形で使用可能である。この材料選択を使用して、既に現在液圧流体として水を使用し、優れた作動特性を実現している。脱塩水或いは純水を使用する場合には、炭素含有材料、特にダイヤモンド様炭素の層が他方の部品上に使用されると言う条件で、この動作特性が維持されることになる。
【００１６】
好ましくは、２つの部品の一方が、プラスチック材料からなるスリーブを備えたシリンダであり、その２つの部品の他方が、少なくともその摩擦面上に当該層を備えたピストンである。この組合せのシリンダ−ピストンは、例えばアキシアル・ピストン機械又はラジアル・ピストン機械における、最も重い負荷がかけられる要素の１つである。ここでは、摩擦低減プラスチック材料とＤＬＣ層との組合せが特に効果的であり、脱塩水を使用する場合に摩耗を小さく維持することができる。
【００１７】
代替として、或いは追加的に、この２つの部品の一方がボール継手を介してシリンダ・ドラムに支持された止め板であり、そのボール継手の一方の摺動面がプラスチック材料を備え、他方の摺動面が当該層を有する。ボール継手の領域において、止め板がボール継手でシリンダ・ドラムに支持され、相当な負荷が発生する。この負荷は、一方の摺動面がプラスチック材料、例えばＰＥＥＫを備え、他方の摺動面がＤＬＣ層を備える場合には問題なく吸収することができる。
【００１８】
同様に、２つの部品の一方が斜板と接触した摺動シューであり、且つプラスチック材料からなり、２つの他の部品の他方であるその斜板に層を設けることが好ましい。勿論、この実施形態は逆にすることも可能であり、すなわち、斜板がプラスチック材料で、摺動シューに当該層を形成させるようにしてもよい。ここでは、摺動シューが比較的高い圧力で斜板に対して押圧されることから、材料の組合せもまた特に重要である。
【００１９】
最後に、２つの部品の一方が圧力板であり、該圧力板がその２つの部品の他方である制御板とシリンダ・ドラムとの間に配置され、運転中に制御板に対してシリンダ・ドラムと共に回転するようになっており、その際、制御板はプラスチック材料を備え、圧力板が当該層を有することが好ましい。同様に、液圧流体として脱塩水が使用される場合に、この領域においては実質的な負荷が発生するが、この負荷は、機械の作動特性にどのような劣化を生じることなく、ＤＬＣ層で吸収することができる。
【００２０】
好ましくは、この摺動シューは、ボール継手を介してピストンに連結され、少なくともボール継手の領域においてはプラスチック材料を備え、このボール継手の対向面が当該層を有する。この摺動シュー上のボール継手の負荷は、ボール継手の負荷よりも幾分小さく、これにより止め板がシリンダ・ドラム上に支持される。いずれにしても、脱塩水を使用する場合、摩擦低減特性を有するプラスチック材料とＤＬＣ層とを材料的に組合せることは、結果として有利である。
【００２１】
好ましくは、シリンダ・ドラムは、ラジアル・ベアリング面を介してハウジング上に支持され、このシリンダ・ドラムが当該層を有し、ベアリング面がプラスチック材料を支える。シリンダ・ドラム上に当該層を付着させることは、ハウジングの内表面上に当該層を付着させるよりも幾分簡単である。
【００２２】
以下において、本発明は、好ましい実施形態をベースに図面との関連において詳細に説明される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、ハウジング２を備えた水圧機械１を示しており、内部にシリンダ・ドラム３が回転可能に配置されている。
【００２４】
シリンダ・ドラム３には、表面にスリーブ５を有する、少なくとも１つのシリンダ４が配置されている。スリーブ５は、ポリアリルエーテルケトン、本実施形態の場合、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）をベースにした高性能熱可塑性プラスチック材料の群のプラスチック材料で作られる。ＰＥＥＫは、低摩擦の様態で、本発明の場合ステンレス鋼で作られたピストン６の材料と協働する。
【００２５】
ピストン６は、シリンダ・ドラム内を両方向矢印７の方向に移動可能である。シリンダ４内におけるピストン６の移動は摺動シュー８によって制御され、該摺動シューは、止め板９の作用により斜板１０に保持される。
【００２６】
止め板９は、１つのボール１１を備えたボール継手を介してシリンダ・ドラム３に支持されている。ボール１１はステンレス鋼で作られている。ボール１１との接触領域において、止め板９はＰＥＥＫ製のインサート１２を有する。
【００２７】
摺動シュー８は、ＰＥＥＫ製の成形要素１３によって覆われており、すなわち、成形要素１３は、斜板１０上の摺動シュー８のベアリング面と、止め板９上の摺動シュー８のベアリング面の両方を形成する。最後に、この成形要素１３は、ピストン６の前端のボール１４を覆うようになっている延長部を有している。このボール１４がボール継手の一部を形成する。
【００２８】
シリンダ・ドラム３は、ハウジング２内のＰＥＥＫ製のベアリング面１５に支持されている。すなわち、ベアリング面１５は、ラジアル・ベアリングを形成する。
【００２９】
斜板１０から離れた反対側の端部に、圧力板１６が設けられ、該圧力板内へスリーブ１７が挿入され、これにより圧力板１６とシリンダ４との間の接続部を形成する。圧力板１６は、ＰＥＥＫ製のカバーを備えた制御板１８を押圧する。この制御板１８は、ハウジング２内に固定されるように配置される。ここでは、ボルト２０が制御板を保持している。圧力板１６は、制御板１８に対してシリンダ・ドラム３と共に回転し、その結果制御板１８は、シリンダ４に対して液圧流体の入口および出口を正確に位置合わせすることができる。
【００３０】
圧力板１６は、バネ２１の力によって制御板１８に押圧される。スリーブ１７により、シリンダ・ドラム３は、圧力板１６に対してわずかに軸方向に移動可能となる。同時に、バネ２１は、一定の圧力を与え、該圧力により止め板９が斜板１０に対して摺動シュー８を押圧する。
【００３１】
原理的には、このような機械は公知である。この機械は、シリンダ４が加圧された液圧流体を供給される場合にはモータとして、又は、シリンダ４のピストン６の移動により、液圧流体中に一定の圧力を生成する場合にはポンプとして、両方に使用することができる。機械１の２つの部品が相互に移動する領域にＰＥＥＫを使用するため、液圧流体として水を使用して機械を運転することが可能である。このプラスチック材料ＰＥＥＫにより、相互可動部品間の摩擦を、深刻な摩耗がもはや存在しない程度にまで低減させることができる。
【００３２】
しかしながら、この機械が脱塩水を使用して運転される場合には、追加の手段がとられなければならず、これは以下で説明される。
【００３３】
ＰＥＥＫ表面を押圧する表面は、すなわちダイヤモンド様炭素層を備える。そのＤＬＣ（省略形「ＤＬＣ」は「ダイヤモンド様炭素」を意味する）層は、極端に高いテンパーを有し、それは３，０００ＨＶの範囲内にあり、或いは２，０００から５，０００ｋｇ／ｍｍ２の範囲で測定することができる。別の表記では、このテンパーは少なくとも２５Ｇｐａである。このようなＤＬＣ層は、例えば、プラズマによる気相蒸着中に、対応する部品上に付着させることができる。このような層は極めて薄い。その厚みは０．５から１０μｍの範囲である。従って、基本的には、このＤＬＣ層を持つ部品の表面寸法形状は、変更されない。この層の粗さは維持される。いずれにしても、このＤＬＣは、液圧流体として脱塩水が使用される場合にも、ＰＥＥＫプラスチック材料と協働して、相互可動部品間に比較的小さな摩擦しかもたらさない。この摩擦は、相互可動部品の摩耗に対しては信頼できる保護を保証する。同様に、液圧流体として脱塩水を使用する場合にも、満足すべき寿命が保証される。
【００３４】
ピストン６は、スリーブ５と協働する摩擦面上にダイヤモンド様炭素の層２２を有する。ボール１４の領域において、このピストンは、別のＤＬＣ層２３を有する。当然のことながら、この２つの層２２、２３は、互いの方へ延長することもできる。
【００３５】
斜板１０上に、摺動シュー８との接触領域中にＤＬＣ層２４が配置される。止め板９とシリンダ・ドラムとの間のボール継手のボール１１は、ＰＥＥＫからなるインサート１２と協働する層２５を有する。シリンダ・ドラム３は、ベアリング面１５に接触する層２６を有している。
【００３６】
同様にシリンダ・ドラム３の他方端部に、対応するダイヤモンド様炭素層が形成される。これは特に圧力板１６に関係しており、圧力板は、制御板１８のＰＥＥＫカバー１９を押圧する層２７を有する。
【００３７】
図２は、同じように設計された液圧機械１’を示している。これは主としてシリンダ・ドラム３への止め板９の支持が変更されている。同じ部品は同じ参照符号を有する。対応部品は、参照符号にダッシュがつけられている。
【００３８】
ここで、ボール１１’は、止め板９内に配置されている。ボール１１’は、バネ２１の影響下でシリンダ・ドラム３内に支持されているインサート１２’を押圧する。インサート１２’は、プラスチック材料、特にＰＥＥＫで作られる。ボール１１’は、ダイヤモンド様炭素の層２５’を持つ。
【００３９】
図３は、液圧機械１”の別の実施形態を示しており、図１と同じ部品は同じ参照符号を有し、また、対応部品は二重ダッシュの参照符号を有する。ここで、シリンダ・ドラム３”は、もはやハウジング２を押圧していない。逆に、軸２８の２つの端部が、ハウジング２内に支持されている。更に、ここでピストン６と、斜板１０と、圧力板１６と、ボール１１とは、図１及び図２に示されるような様態でＤＬＣ層を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】水圧機械の第１実施形態である。
【図２】水圧機械の第２実施形態である。
【図３】水圧機械の第３実施形態である。
【符号の説明】
１　水圧機械
２　ハウジング
３　シリンダ・ドラム
４　シリンダ
５　スリーブ
６　ピストン
８　摺動シュー
９　止め板
１０　斜板
１１　ボール
１２　インサート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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