(57)【要約】【課題】斜板型流体機械に特有の機構によって避けがたく生じる「弁板に対するシリンダバレルの片当たり現象」によって弁板およびシリンダバレル間で局部の摩耗が進行するのを防止することのできる斜板型流体機械を提供する。【解決手段】弁板もしくはシリンダバレルのいずれかの摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施した上で、ケーシングの内壁の一部に前記シリンダバレルの偏心を抑制する摺接支持部材が取り付けるか、ダイヤモンドライクカーボンコーティングに対向する他方の摺接面を応力緩和材料から構成するか、弁板のシリンダバレル寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、
前記ケーシングの内壁の一部に前記シリンダバレルの偏心を抑制する摺接支持部材が取り付けられていることを特徴とする斜板型流体機械。
【請求項２】
前記斜板が前記シリンダバレルに最も遠ざかっている側の前記ケーシングの内壁の最も前記弁板に近い位置に少なくとも一つの前記摺接支持部材が取り付けられるとともに、前記斜板が前記シリンダバレルに最も近づいて側の前記ケーシングの内壁の最も前記弁板から遠い位置に少なくとも一つの前記摺接支持部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の斜板型流体機械。
【請求項３】
前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の斜板型流体機械。
【請求項４】
前記シリンダバレルの弁板との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の斜板型流体機械。
【請求項５】
作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、
前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にはダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする斜板型流体機械。
【請求項６】
前記シリンダバレルの弁板との摺接面が応力緩和材料から形成されていることを特徴とする請求項５に記載の斜板型流体機械。
【請求項７】
前記応力緩和材料がヤング率の低い材料であることを特徴とする請求項６に記載の斜板型流体機械。
【請求項８】
前記ヤング率が５０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項７に記載の斜板型流体機械。
【請求項９】
前記ヤング率の５０ＧＰａ以下の材料が合成樹脂材料であることを特徴とする請求項８に記載の斜板型流体機械。
【請求項１０】
前記応力緩和材料が硬さの低い材料であることを特徴とする請求項６に記載の斜板型流体機械。
【請求項１１】
前記硬さがビッカース硬さで１ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の斜板型流体機械。
【請求項１２】
前記ビッカース硬さが１ＧＰａ以下の材料が合成樹脂材料、ＭｏＳ2、グラファイトから選ばれた一種、あるいはそれらの複合材料であることを特徴とする請求項１１に記載の斜板型流体機械。
【請求項１３】
作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、
前記シリンダバレルの弁板との摺接面にはダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする斜板型流体機械。
【請求項１４】
前記弁板のシリンダバレルとの摺接面が応力緩和材料から形成されていることを特徴とする請求項５に記載の斜板型流体機械。
【請求項１５】
前記応力緩和材料がヤング率の低い材料であることを特徴とする請求項１４に記載の斜板型流体機械。
【請求項１６】
前記ヤング率が５０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１５に記載の斜板型流体機械。
【請求項１７】
前記ヤング率の５０ＧＰａ以下の材料が合成樹脂材料であることを特徴とする請求項１６に記載の斜板型流体機械。
【請求項１８】
前記応力緩和材料が硬さの低い材料であることを特徴とする請求項１４に記載の斜板型流体機械。
【請求項１９】
前記硬さがビッカース硬さで１ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１８に記載の斜板型流体機械。
【請求項２０】
前記ビッカース硬さが１ＧＰａ以下の材料が合成樹脂材料、ＭｏＳ2、グラファイトから選ばれた一種、あるいはそれらの複合材料であることを特徴とする請求項１９に記載の斜板型流体機械。
【請求項２１】
作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、
前記弁板のシリンダバレル寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝が形成されていることを特徴とする斜板型流体機械。
【請求項２２】
前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする請求項２１に記載の斜板型流体機械。
【請求項２３】
前記シリンダバレルの弁板との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする請求項２１に記載の斜板型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜板型アキシャルピストンポンプまたは斜板型アキシャルモータとして使用される斜板型流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の斜板型流体機械の構成を、その一例として斜板型アキシャルピストンポンプを挙げて、説明する。図８は、かかる斜板型アキシャルピストンポンプの構成を示す断面図である。図中、１はケーシング、２はエンドプレート、３はグレードル、４は回転軸、５はシリンダバレル、６はピストン、７はピストンシュー、８は斜板、９は弁板である。
【０００３】
前記エンドプレート２はケーシング１の一端部に固定され、ケーシング１の他端部にはグレードル３が固定されている。これらエンドプレート２とクレードル３の各中央部には軸受１１が取り付けられており、これら軸受１１によって回転軸４がケーシング１に回転自在に軸支されている。前記エンドプレート２には作動流体の吸入口１２と吐出口１３とが各々設けられている。これらケーシング１とエンドプレート２とグレードル３とで囲まれる空間は作動流体が満たされた作動流体室１４として利用される。
【０００４】
前記回転軸４のグレードル３側の端部はグレードル３を貫通しており、外部のモータや原動機などの駆動装置（不図示）に連結され、この駆動装置により回転される。前記シリンダバレル５は、回転バレル型のブロックであり、前記作動流体室１４内において回転軸４にスプライン係合により固定されおり、回転軸４と一体的に回転される。このシリンダバレル５には、回転の周方向に等間隔に配置されるとともに回転軸に平行な複数のシリンダ５ａが穿設されており、それぞれのシリンダ５ａにはピストン６が往復摺動自在に嵌入されている。各ピストン６の開放端は球状に形成されており、その球状部分にはピストンシュー７が回動自在に覆うように嵌合され、自在継ぎ手機構を構成している。
【０００５】
前記斜板８は、全体がほぼ環形板状の部材であり、支持手段１５を介してグレードル３に固定されている。この斜板８の中央には前記回転軸４が非接触状態に貫通されるとともに、前記支持手段１５により回転軸４の軸線に斜めに交差する姿勢に固定されている。なお、この斜板８の傾斜角度は前記支持手段１５により調節可能になっている。また、斜板８のシリンダバレル５に面する円周面には環形板状のスラストプレート１６が取り付けられている。この環形板状のプレート１６には前記各ピストンシュー７がそれぞれ常にプレートの全周面に沿って摺動可能に環状の枠体１７により取り付けられている。換言すれば、各ピストン６の頭部に自在継ぎ手機構を持って取り付けられているピストンシュー７は、スラストプレート１６と環状の枠体１７とによって、スラストプレート１６の傾斜円軌道を描く円周面上に摺動可能な状態で常に位置するように強制されていることになる。
【０００６】
前記弁板９は、前記シリンダバレル５とほぼ同外径寸法の環形板状部材であり、回転軸４に非接触状態で前記エンドプレート２に固定され、前記シリンダバレル５の端面に摺動自在となっている。この環形板状の弁板９は、ステンレスで形成されており、そのシリンダバレル５側から見た端面を示す図９に見るように、前記エンドプレート１２の吸入口１２と連通する低圧ポート９ａと、同エンドプレート１２の吐出口１３に連通する高圧ポート９ｂが穿設されている。これらポート９ａ、９ｂは、図８および図９に見るように、回転軸４の軸心を中心した円弧状をなす長穴であり、一方の低圧ポート９ａはエンドプレート２の吸入口１２のみに連通し、他方の高圧ポート９ｂはエンドプレート２の吐出口１３のみに連通している。なお、９８において、斜線で示した面は、前記シリンダバレル５に接触する摺接面１８であり、前記長穴状のポート９ａ，９ｂの内側と外側には、回転軸４側に開口するリング状のレリーフ溝１８ａと弁板９の外周縁側に開口するリング状のレリーフ溝１８ｂが刻設されている。これらレリーフ溝１８ａ，１８ｂは、前記摺接面１８の総面積を低減させるとともに、作動流体室１４内の作動流体を潤滑油として摺接面１０に供給する役目を果たすもので、これによりシリンダバレル５と弁板９との摺動を滑らかにしている。
【０００７】
前記構成の斜板型アキシャルピストンポンプは、その回転軸４を不図示の駆動装置により駆動することにより、ポンプ動作を実現する。このポンプ動作では、まず、回転軸４が駆動されることにより、この回転軸４と一体になっているシリンダバレル５が回転する。このシリンダバレル５の複数のシリンダ５ａに嵌入されているピストン５の頭部に回動自在に取り付けられてるピストンシュー７も、シリンダバレル５と一体に回転することになり、その回転に伴って、ピストンシュー７は斜板８上のスラストプレート１４と枠体１６とにより設定された傾斜軌道上を摺動する。このようにピストンシュー７は、シリンダ５ａに対して傾斜した軌道上を摺動回転するので、回転に伴って、ピストン６はシリンダ５ａに対して往復動することになる。そして、弁板９はケーシング１に対して固定状態にあるので、回転するシリンダバレル５は弁板９に対して摺動することになる。
【０００８】
このように、斜板８の傾斜角度にしたがってピストン６がその軸方向に往復動されるので、その往復動に伴ってシリンダ５ａとピストン６とがピストン動作を行うことになる。前記ピストン６の往復動により、シリンダ５ａ内が減圧になる回転区間では、シリンダ５ａ底部の開口は、弁板９の円弧状長穴形の低圧ポート９ａに長穴のいずれかの位置で重なっており、シリンダ５ａ内が圧縮により加圧状態となる回転区間では、シリンダ５ａ底部の開口は、弁板９の円弧状長穴形の高圧ポート９ｂに長穴のいずれかの位置で重なっている。したがって、エンドプレート２の吸入口１２から弁板９の低圧ポート９ａを通ってシリンダバレル５内に作動流体が吸い込まれ、こうして吸い込まれた作動流体が圧縮されて弁板９の高圧ポート９ｂを通ってエンドプレート２の吐出口１３から高圧作動流体として吐出される。
【０００９】
なお、以上のポンプ構成は、その弁板９の形状変更の上、圧流体を作動流体の出入り口１２，１３に前記と逆に通すようにすれば、圧流体の流動エネルギーによってピストン運動を起こして回転軸４を回転させることができる。すなわち、圧流体の流動エネルギーを回転軸の回転エネルギーに変換する斜板型のアキシャルピストンモータを実現することができる。
【００１０】
前述のように、ピストンシュー７が斜板８上のスラストプレート１６によって設定された傾斜円軌道上を摺動することにより、回転軸４に一体化されたシリンダバレル５のシリンダ５ａとピストン６とがピストン動作を行うことになるわけである。この場合、ピストン６の往復動は、ピストンシュー７が回転軸４に対して傾斜した円軌道上を摺動することによりもたらされており、ピストンシュー７がピストン６に対して自在継ぎ手機構により回動自在となっていても、斜板８からピストン６へ発生する駆動力はピストン６の軸線に平行ではなく、傾斜した方向に働くことは、避けることができない。したがって、ピストン６にはシリンダ５ａの軸心方向の往復駆動力が働くと同時に、シリンダ５ａの側壁に向かう付勢力が分力として常に発生することになる。
【００１１】
このような、いわゆる「ピストン６のシリンダ５ａに対する片当たり力」の発生によって、ピストン６はシリンダ５ａの内壁面に局部的に強く当接することになる。それに伴って、ピストン６およびシリンダ５ａに摩耗が発生しやすくなる。
【００１２】
さらに、このような複数のピストン６によるシリンダバレル５のシリンダ５ａに掛かる片当たり力は、シリンダバレル５全体に対して回転軸４の軸心に交差する方向に付勢することになる。その結果、シリンダバレル５は、弁板９に対して、微少量であるが傾斜する傾向を持つことになる。この傾斜傾向は、斜板８の傾斜に沿う方向になるため、図８で見ると、図の上側、すなわち、弁板９の高圧ポート９ａ側に隙間を形成しようとする力が常に働くことになる。この点を多少誇張して示すと、図１０のようになる。もし、微少量であっても隙間Ｇが生じると、この部分は、作動流体が流通している部分であるため、低圧側では、その隙間Ｇから作動流体室１４から容易に作動流体が流路内に流入したり、高圧河では、流路外の作動流体室１４へ漏洩することになる。
【００１３】
前述したピストン６とシリンダ５ａとの片当たりにより両者の摩耗が促進されるという問題に関しては、ピストンの円筒状外周面を含む外面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティングを施すことにより、解決を図ることが提案されている（特許文献１）。
【００１４】
一方、シリンダバレル５と弁板９と間に局部的に隙間Ｇが形成されやすくなるという問題に関しては、隙間Ｇをなくすべく単にシリンダバレル５を弁板９に強く押さえつけると、弁板９とシリンダバレル５との摩擦力が急激に増大して焼き付けを起こす虞があるため、弁板９の摺接面を金属より柔軟で隙間Ｇをつくりにくい合成樹脂材料で形成することにより、解決を図ることが提案されている（特許文献２）。
【００１５】
【特許文献１】特開２００２−３１０４０号公報
【特許文献２】特開平９−２０９９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述のように、従来の流体機械では、弁板に対してシリンダバレルが微少量であるが傾斜するような付勢力が働くので、弁板とシリンダバレルとの間において作動流体が流路内に流入したり、流路外へ漏洩する問題があり、それを解決するために、弁板の摺接面を合成樹脂材料から形成している。かかる手段で、弁板とシリンダバレルとの間に隙間が発生して作業流体の漏洩が生じる問題は解決可能ではある。しかしながら、弁板に対するシリンダバレルの片当たりによる弁板およびシリンダバレルの局部の摩耗進行も解決すべき問題であるのだが、この問題については、解決することができない。かかる問題は、作動流体が水である場合に顕著となる。というのは、通常の油性流体に比べて、水は潤滑性において劣っているからである。
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題は、斜板型流体機械に特有の機構によって避けがたく生じる「弁板に対するシリンダバレルの片当たり現象」によって弁板およびシリンダバレル間で局部の摩耗が進行するのを防止することのできる斜板型流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題を解決するために、本発明は、請求項１の発明として、作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、前記ケーシングの内壁の一部に前記シリンダバレルの偏心を抑制する摺接支持部材が取り付けられていることを特徴とする斜板型流体機械を、提案する。
【００１９】
請求項１の流体機械において、好ましくは、請求項１から４のように構成する。
すなわち、請求項２においては、前記斜板が前記シリンダバレルに最も遠ざかっている側の前記ケーシングの内壁の最も前記弁板に近い位置に少なくとも一つの前記摺接支持部材が取り付けられるとともに、前記斜板が前記シリンダバレルに最も近づいて側の前記ケーシングの内壁の最も前記弁板から遠い位置に少なくとも一つの前記摺接支持部材が取り付けられている。
そして、請求項３に記載のように、前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されているか、請求項４に記載のように、前記シリンダバレルの弁板との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることが、好ましい。
前記摺接支持部材を形成するための材料としては、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを表面に施工したステンレス鋼、Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＣなどのＳｉ系セラミックス、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂系複合材、ＰＥＥＫ樹脂系複合材、フェノール樹脂系複合材などの水潤滑性に優れた材料を用いることができる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にはダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする。
【００２１】
この請求項５において、好ましくは、請求項６〜１２のように構成する。
すなわち、請求項６においては、前記シリンダバレルの弁板との摺接面が応力緩和材料から形成されている。この応力緩和材料は、請求項７に記載のように、ヤング率の低い材料か、請求項１０に記載のように、硬さの低い材料が、好ましい。
前記ヤング率の低い材料のヤング率は、請求項８に記載のように、５０ＧＰａ以下であることが好ましく、そのような材料としては、請求項９に記載のように、合成樹脂材料を用いることができる。
また、前記硬さの低い材料の硬さは、請求項１１に記載のように、ビッカース硬さで１ＧＰａ以下であることが好ましく、そのような材料としては、請求項１２に記載のように、合成樹脂材料、ＭｏＳ2、グラファイトから選ばれた一種、あるいはそれらの複合材料であることが好ましい。
【００２２】
また、請求項１３に記載の発明は、作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、前記シリンダバレルの弁板との摺接面にはダイヤモンドライクカーボンコーティングが施されていることを特徴とする。
【００２３】
この請求項１３において、好ましくは請求項１４〜２０のように構成する。
すなわち、請求項１４においては、前記シリンダバレルの弁板との摺接面が応力緩和材料から形成されている。この応力緩和材料は、請求項１５に記載のように、ヤング率の低い材料か、請求項１８に記載のように、硬さの低い材料が、好ましい。
前記ヤング率の低い材料のヤング率は、請求項１６に記載のように、５０ＧＰａ以下であることが好ましく、そのような材料としては、請求項１７に記載のように、合成樹脂材料を用いることができる。
また、前記硬さの低い材料の硬さは、請求項１９に記載のように、ビッカース硬さで１ＧＰａ以下であることが好ましく、そのような材料としては、請求項２０に記載のように、合成樹脂材料、ＭｏＳ2、グラファイトから選ばれた一種、あるいはそれらの複合材料であることが好ましい。
【００２４】
さらに、請求項２１に記載の発明は、作動流体のポートを有する弁板がケーシング内の一端に固定されるとともに、該ケーシング内の他端に前記弁板に対して傾斜した斜板が固定され、これらを貫通するように設置された回転軸に複数本のピストンを備えたシリンダバレルが一体的に取り付けられ、該シリンダバレルの一端面は前記弁板に摺動自在とされるとともに、該シリンダバレルの他端側において前記ピストンの一端が前記斜板の傾斜した環状の円周面に摺動自在に取り付けられている斜板型流体機械において、前記弁板のシリンダバレル寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
この請求項２１に記載の発明において、好ましくは請求項２２または２３のように構成する。すなわち、請求項２２に記載のように、前記弁板のシリンダバレルとの摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施すか、請求項２３に記載のように、前記シリンダバレルの弁板との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施すことが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
先に説明したように、斜板型流体機械の構造的特質から、シリンダバレルはケーシングに固定されている弁板に対して偏心して片当たりする。その結果、シリンダバレルと弁板とのそれぞれの片当たりが強い箇所において摩耗が促進される。それを防ぐためには、弁板のシリンダバレルに対する摺接面をダイヤモンドライクカーボンコーティングするか、シリンダバレルの弁板に対する摺接面をダイヤモンドライクカーボンコーティングすることが考えられる。ダイヤモンドライクカーボンコーティングは、蒸着法により容易に形成でき、しかも水潤滑条件下でも優れた耐摩耗性を示す材料であり、シリンダバレルと弁板との摺動を滑らかにすることができ、シリンダバレルと弁板との密着性をより高めて、シリンダバレルの偏心変位による弁板間の隙間発生を防止することが容易にできるものと、期待される。しかしながら、シリンダバレルを傾斜させようとする分力は解消されていないので、シリンダバレルが弁板に片当たりする力は相変わらず存在し続けている。この片当たり力によって、片当たり部において応力集中が生じて、せっかく形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングが部分的に剥離する虞がある。コーティングが剥離すると、その下地を構成しているステンレス鋼などの母材が露出し、優れた耐摩耗性が損なわれ、その箇所に焼き付きが発生することになる。
これに対して、本発明の請求項１のように構成すれば、摺接支持部材によりシリンダバレルの偏心変位が抑制されるので、シリンダバレルと弁板との片当たりは大幅に低減されることになる。すなわち、シリンダバレルと弁板との間に片当たりが生じたとしても、その接触面圧は大きく低減されることになる。その結果、弁板の摺接面、もしくはシリンダバレルの摺接面に形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングは剥離されることなく、全面に亘って、その優れた耐摩擦、耐摩耗特性を最大限に生かせることができることになる。
【００２７】
請求項１の発明のように、摺接支持部材によりシリンダバレルの偏心変位を抑制し、それによって、弁板もしくはシリンダバレルのいずれかの摺接面に形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングの剥離を防止し、シリンダバレルと弁板との良好な摺動を確保するのは、本願における一つの発明である。そのような構成のかわりに、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを弁板かシリンダバレルのいずれか一方の摺接面に形成するのが、請求項５および請求項１３の発明であり、さらに、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを施した面に対向する他方の摺接面を応力緩和材料（ヤング率の低い材料もしくは硬さの低い材料）で形成すれば（請求項６および請求項１４）、かかる材料からなる摺接面の弾性変形により、当接相手のカーボンコーティング面の片当たり部における接触応力を緩和することができ、その結果、カーボンコーティングの部分的な剥離を防止することができる。
【００２８】
また、弁板のシリンダバレル寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝を形成すれば、弁板のシリンダバレルに対する摺接面の外周縁部分のたわみ特性が高められることになる。偏心変位したシリンダバレルが弁板に対して片当たりする部分は、弁板摺接面の外周縁部分に集中する。したがって、この部分のたわみ特性が高まれば、片当たりによる応力が緩和されることになり、弁板の摺接面またはシリンダバレルの摺接面のいずれかに形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングが部分的に剥離されることを防止することができる。これが請求項２１に記載の発明の特徴的効果である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の実施例を説明するが、以下の実施例は、本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。
【実施例１】
【００３０】
本実施例の特徴構成を図１に示す。なお、図１において、前述の図７〜図９に表示の装置構造における構成要素と同一構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。
【００３１】
この実施例１の特徴は、ケーシング１の内壁の一部にシリンダバレル５の偏心を抑制する摺接支持部材１０１，１０２を取り付けたことにある。前記一方の摺接支持部材１０１は、回転軸４に対して傾斜した姿勢にある斜板８（図７）が前記シリンダバレル５に最も遠ざかっている側の前記ケーシング１の内壁において、最も前記弁板に近い位置に、固定されている。他方の摺接支持部材１０２は、前記斜板８が前記シリンダバレル５に最も近づいている側のケーシング１の内壁において、最も前記弁板８から遠い位置に、固定されている。これら摺接支持部材１０１，１０２は、回転するシリンダバレル５を摺接状態で支持するので、摺接面積を少なくして、摩擦抵抗を少なくする必要があるが、あまり摺接面積を小さくすると、シリンダバレル５の偏心抑制効果が不十分となるので、回転の周方向に幾分延長した円弧形状を持つ程度に、周方向の寸法を設定することが、好ましい。
【００３２】
これら摺接支持部材１０１，１０２を形成するための材料としては、先に述べたように、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを表面に施工したステンレス鋼、Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＣなどのＳｉ系セラミックス、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂系複合材、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂系複合材、フェノール樹脂系複合材などの水潤滑性に優れた材料を用いることができるが、本実施例では、フェノール樹脂系複合材を用いた。
【００３３】
本実施例では、前述のように摺接支持部材１０１，１０２を設置した上で、さらに、前記弁板９のシリンダバレル５との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施すか、シリンダバレル５の弁板９との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを施す。
【００３４】
先に説明したように、斜板型流体機械の構造的特質から、シリンダバレルはケーシングに固定されている弁板に対して偏心して片当たりする。その結果、シリンダバレルと弁板とのそれぞれの片当たりが強い箇所において摩耗が促進される。
これに対して、本実施例のように、摺接支持部材１０１，１０２を設置すれば、これら摺接支持部材１０１，１０２によりシリンダバレル５の偏心変位が抑制することができる。その結果、シリンダバレル５と弁板９との片当たりは大幅に低減されることになる。少なくとも、シリンダバレル５と弁板９との間に片当たりが生じたとしても、その接触面圧は大きく低減されることになる。したがって、弁板９の摺接面、もしくはシリンダバレル５の摺接面に形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングは剥離されることなく、全面に亘って、その優れた耐摩擦、耐摩耗特性を最大限に生かせることができることになる。ダイヤモンドライクカーボンコーティングは、蒸着法により容易に形成でき、しかも水潤滑条件下でも優れた耐摩耗性を示す材料であり、前記摺接支持部材１０１，１０２を設置することにより、かかるダイヤモンドライクカーボンコーティングが部分的に剥離されることがなくなる。その結果、ダイヤモンドライクカーボンコーティングの永続的存在が可能になる。このダイヤモンドライクカーボンコーティングの永続的存在により、シリンダバレル５と弁板９との摺動を常に滑らかにすることができ、そのため、シリンダバレル５と弁板９との密着性をより一層高めることができ、それによって、シリンダバレル５の偏心変位が幾分か残存していても、シリンダバレル５と弁板９間の隙間発生を容易に防止することができる。
【実施例２】
【００３５】
本実施例の特徴構成を図２に示した。なお、図２において、前述の図７〜図９に表示の装置構造における構成要素と同一構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。
【００３６】
この実施例２にかかる斜板型流体機械の特徴は、弁板９のシリンダバレル５との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３を施し、さらに、シリンダバレル５の弁板９との摺接面に応力緩和材料層１０４を形成している構成にある。この応力緩和材料としては、ヤング率の低い材料か、硬さの低い材料が好ましい。ヤング率の低い材料とは、弾性変形に富む材料であり、硬さの低い材料とは、塑性変形に富む材料である。
【００３７】
このように弁板９のシリンダバレル５との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３を形成した上で、他方のシリンダバレル５の摺接面をヤング率の低い材料もしくは硬さの低い材料で形成すれば、これら材料からなる摺接面（応力緩和材料層１０４）の弾性変形もしくは塑性変形により、ダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３の摺接面に片当たりするシリンダバレル摺接面の片当たり部における接触応力を緩和することができる。その結果、ダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３の部分的な剥離を防止することができる。
【００３８】
前記ヤング率の低い材料とは、５０ＧＰａ以下である材料であり、具体的にはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの樹脂材料が好適である。また、前記硬さの低い材料とは、ビッカース硬さが１ＧＰａ以下の材料であり、具体的にはＰＥＥＫなどの樹脂材料、ＭｏＳ2やグラファイトなどが好適である。前記ＭｏＳ2やグラファイトは潤滑性も高いので、さらに好ましい。
【００３９】
ヤング率が１０ＧＰａ未満であるＰＥＥＫを用いて応力緩和材料層１０４を形成し、シリンダバレル５を回転させるとともに、応力緩和材料層１０４とダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３との密着度を高めていき、焼き付き限界ＰＶ値（ＭＰａ・ｍ／ｓ）を計測した。また、比較のために、応力緩和材料層１０４の代わりにヤング率が１２０ＧＰａ程度の銅層を形成した場合と、ヤング率が２００ＧＰａを超えているステンレス層を形成した場合を、比較例として、同様の焼き付き限界ＰＶ値を計測した。その結果を図３に示す。図３から明らかなように、ステンレスに比べて変形特性に優れる銅を摺接面に形成した場合の方が幾分焼き付き限界ＰＶ値が高くなっている。一方、ＰＥＥＫをダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３との摺接面に用いた場合では、その焼き付き限界ＰＶ値は銅の場合のほぼ６倍にも向上している。
【００４０】
斜板型流体機械における弁板とシリンダバレルとの摺接面の焼き付き限界ＰＶ値は、実用上、少なくとも２０ＭＰａ・ｍ／ｓは必要であると考えられるので、図３の結果からは、ヤング率が５０ＧＰａ以下である材料を応力緩和材料層１０４に用いることが重要となる。
【００４１】
応力緩和材料層１０４を構成する材料として、硬さの低い材料も好適に用いることができる。前記ヤング率に基づく計測に用いた組み合わせ構成と同様の材料を用いて、ダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３に対する摺接面を構成し、それらのビッカース硬度と焼き付き限界ＰＶ値との関係を求めた。その結果を、図４に示す。ＰＥＥＫのビッカース硬度は０．３ＭＰａ・ｍ／ｓ弱であり、銅のビッカース硬度は２．７ＭＰａ・ｍ／ｓ程度であり、ステンレスのビッカース硬度は４ＭＰａ・ｍ／ｓ強である。したがって、図４の結果から、ビッカース硬度が１ＧＰａ以下である材料を応力緩和材料層１０４に用いることが重要となる。
【００４２】
前記実施例１では、摺接支持部材１０１，１０２によりシリンダバレル５の偏心変位を抑制し、それによって、弁板９もしくはシリンダバレル５のいずれかの摺接面に形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングの剥離を防止し、シリンダバレル５と弁板９との良好な摺動を確保した。これに対し、本実施例２では、ダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３を弁板９のシリンダバレル５との摺接面に形成した上で、他方のシリンダバレル５の摺接面をヤング率の低い材料もしくは硬さの低い材料で形成し、これら材料からなる摺接面の弾性変形もしくは塑性変形により、当接相手のダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３面の片当たり部における接触応力を緩和している。
【００４３】
したがって、本実施例２においても、ダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３の部分的な剥離を防止することができ、ダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３を永続させることができる。このダイヤモンドライクカーボンコーティング１０３の永続的存在により、シリンダバレル５と弁板９との摺動を常に滑らかにすることができ、しかも、応力緩和材料層１０４の変形特性の寄与もあり、シリンダバレル５と弁板９との密着性をより一層高めることができる。その結果、シリンダバレル５の偏心付勢力が残存していても、シリンダバレル５と弁板９との摺接面を劣化させることなく、シリンダバレル５と弁板９間の隙間発生を容易に防止することができる。
【実施例３】
【００４４】
図５に本発明の第３の実施例を示す。本実施例３の特徴は、シリンダバレル５の弁板９との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング１０５を形成し、他方の弁板９の摺接面に応力緩和材料層１０６を形成したことにある。
かかる本実施例３における特徴構成は、前記実施例２において、ダイヤモンドライクカーボンコーティングと応力緩和材料層との形成位置を相互に交換した構成に相当するものである。したがって、その構成に基づく、作用および効果は、前記実施例２と全く同様であるので、それらの説明は省略する。
【実施例４】
【００４５】
図６および図７に本発明の第４の実施例を示す。本実施例の特徴は、弁板９のシリンダバレル５寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝１０７を形成し、弁板９のシリンダバレル５との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング（不図示）を施すか、逆にシリンダバレル５の弁板９との摺接面にダイヤモンドライクカーボンコーティング（不図示）を施す。
【００４６】
このように、弁板９のシリンダバレル５寄りの外周面に周面に沿って連続したスリット溝１０７を形成すれば、弁板９のシリンダバレル５に対する摺接面の外周縁部分のたわみ特性が高められることになる。偏心変位したシリンダバレル５が弁板９に対して片当たりする部分は、弁板９の摺接面の外周縁部分に集中する。したがって、この部分のたわみ特性が高まれば、片当たりによる応力が緩和されることになり、弁板９の摺接面またはシリンダバレル５の摺接面のいずれかに形成したダイヤモンドライクカーボンコーティングが部分的に剥離されることを防止することができる。その結果、前記各実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施例４においても、ダイヤモンドライクカーボンコーティングの部分的な剥離を防止することができ、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを永続させることができる。このダイヤモンドライクカーボンコーティングの永続的存在により、シリンダバレル５と弁板９との摺動を常に滑らかにすることができ、シリンダバレル５と弁板９との密着性をより一層高めることができる。その結果、シリンダバレル５の偏心付勢力が残存していても、シリンダバレル５と弁板９との摺接面を劣化させることなく、シリンダバレル５と弁板９間の隙間発生を容易に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる斜板型流体機械は、斜板型流体機械に特有の機構によって避けがたく生じる「弁板に対するシリンダバレルの片当たり現象」によって弁板およびシリンダバレル間で局部の摩耗が進行するのを防止することのでき、シリンダバレルの回転に伴う弁板との摩耗を大幅に低減し、かつ作動流体の漏洩を防止することができ、特に作動流体が潤滑性に乏しい水である場合にも好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施例にかかる斜板型流体機械の要部を示す断面構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例にかかる斜板型流体機械の要部を示す断面構成図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明するための図であり、本実施例を構成する応力緩和材料層を好適に構成することのできる樹脂材料とその比較材料である銅およびステンレスをダイヤモンドライクカーボンコーティングとの摺接面に使用した場合の各材料のヤング率と摺接面の焼き付き限界ＰＶ値との関係をグラフ表示した図である。
【図４】本発明の第２の実施例を説明するための図であり、本実施例を構成する応力緩和材料層を好適に構成することのできる樹脂材料とその比較材料である銅およびステンレスをダイヤモンドライクカーボンコーティングとの摺接面に使用した場合の各材料のビッカース硬度と摺接面の焼き付き限界ＰＶ値との関係をグラフ表示した図である。
【図５】本発明の第３の実施例にかかる斜板型流体機械の要部を示す断面構成図である。
【図６】本発明の第４の実施例にかかる斜板型流体機械の要部を示す断面構成図である。
【図７】図６に示した第４の実施例にかかる斜板型流体機械の要部拡大図である。
【図８】従来の斜板型流体機械の一例を示す断面構成図である。
【図９】斜板型流体機械の構成要素である弁板のシリンダバレル側から見た端面図である。
【図１０】従来の斜板型流体機械の問題点を説明するための同機械の要部断面構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ケーシング
４  回転軸
５  シリンダバレル
８  斜板
９  弁板
１０１，１０２  摺接支持部材
１０３，１９５  ダイヤモンドライクカーボンコーティング
１０４，１０６  応力緩和材料層
１０７  スリット溝
【図１】
2005220790.tif 000003
【図２】
2005220790.tif 000004
【図３】
2005220790.tif 000005
【図４】
2005220790.tif 000006
【図５】
2005220790.tif 000007
【図６】
2005220790.tif 000008
【図７】
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【図８】
2005220790.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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