(57)【要約】      （修正有）【課題】ローラ面とカム面との間の油膜を維持し、ローラ又はカムの寿命が向上されたラジアルピストン式油圧機械を提供する。【解決手段】油圧機械の半径方向に沿って配置された少なくとも１つのピストンと、前記ピストンに回転自在に設けられ、ローラ面を有するローラと、潤滑油の油膜を介して前記ローラ面に対向して配置されるカム面を有するカムと、を備え、前記ローラ面又は前記カム面は、等方的である表面粗さ又は前記カムの回転軸に沿った方向の異方性を持つ表面粗さを有し、前記ローラ及び前記カムの回転に伴う前記ローラ面及び前記カム面の速度は、下記式で定義されるΛ値が０以上１．０以下となるような条件に設定されたことを特徴とすることを特徴とする。Λ＝ｔ／（Ｒａ１２＋Ｒａ２２）０．５（但し、ｔは前記油膜の厚さであり、Ｒａ１は前記ローラ面の表面粗さであり、Ｒａ２は前記カム面の表面粗さである。）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアルピストン式の油圧機械であって、
前記油圧機械の半径方向に沿って配置された少なくとも１つのピストンと、
前記ピストンに回転自在に設けられ、ローラ面を有するローラと、
潤滑油の油膜を介して前記ローラ面に対向して配置されるカム面を有し、回転可能に構成されたカムと、を備え、
前記ローラ面又は前記カム面の少なくとも一方は、等方的である表面粗さ又は前記カムの回転軸に沿った方向の異方性を持つ表面粗さを有し、
前記ローラ及び前記カムの回転に伴う前記ローラ面及び前記カム面の速度は、下記式で定義されるΛ値が０以上１．０以下となるような条件に設定されたことを特徴とすることを特徴とする油圧機械。
Λ＝ｔ／（Ｒａ１２＋Ｒａ２２）０．５
（但し、ｔは前記油膜の厚さであり、Ｒａ１は前記ローラ面の表面粗さであり、Ｒａ２は前記カム面の表面粗さである。）
【請求項２】
前記潤滑油の４０℃における動粘度が３５．０〜５５．０ｍｍ２／ｓであるときに、前記ローラ面又は前記カム面の前記一方が鏡面である場合よりも大きい油膜厚さを有するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項３】
前記ローラ面又は前記カム面の前記一方は前記回転軸に沿った研磨方向を有し、前記表面粗さは前記研磨方向と同一の方向の異方性を持つことを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項４】
前記ローラ面又は前記カム面の前記一方は等方的である表面粗さを有し、前記表面粗さは、前記ローラ面又は前記カム面の少なくとも前記一方をブラスト加工することにより形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項５】
前記ローラ面又は前記カム面の前記一方の表面粗さは、Ｒａが０．１以上０．３以下であることを特徴とする請求項１乃至４に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項６】
前記ローラ面又は前記カム面のいずれか一方は、前記ローラ面又は前記カム面の他方を構成する材料よりも硬度の高いコーティング材料を含むコーティングにより構成されたことを特徴とする請求項１乃至５に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項７】
前記ローラ面が前記コーティング材料を含むコーティングにより構成されたことを特徴とする請求項６に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項８】
前記コーティング材料はＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）であることを特徴とする請求項６又は７に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項９】
前記ローラ面が前記ＤＬＣを含むコーティングにより構成され、前記カム面が軸受鋼で構成されることを特徴とする請求項６乃至８に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項１０】
前記油圧機械を運転することにより前記ローラ面又は前記カム面の前記他方の表面粗さを小さくすることが可能に構成された請求項６乃至９のいずれか一項に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項１１】
前記油圧機械は、前記ピストンを前記半径方向に沿って往復運動可能に案内するためのシリンダをさらに有し、
前記ピストンは、
前記ローラを受けるピストン受け面と、
前記ピストンと前記シリンダとで囲まれる作動室内に存在する作動油を潤滑油として前記ピストン受け面に供給するための潤滑油供給路と、
を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項１２】
前記カム面は、前記ピストンが前記シリンダ内で往復運動するサイクルのうち、前記作動室の中の圧力が相対的に高圧となる期間に前記ローラ面に対向する前記カム面の部分によって構成される高圧領域と、前記作動室の中の圧力が相対的に低圧となる期間に前記ローラ面に対向する前記カム面の部分によって構成される低圧領域と、を含み、
前記低圧領域の表面粗さが前記高圧領域の表面粗さよりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項１３】
回転シャフトと、
前記回転シャフトの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、を備える油圧トランスミッションであって、
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの少なくとも一方は請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のラジアルピストン式の油圧機械であることを特徴とする油圧トランスミッション。
【請求項１４】
少なくとも１本のブレードと、
前記少なくとも１本のブレードが取り付けられるハブと、
前記ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、を備える風力発電装置であって、
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの少なくとも一方は請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のラジアルピストン式の油圧機械であることを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ラジアルピストン式の油圧機械、油圧トランスミッション及び風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のピストンが放射状に並んだラジアルピストン式の油圧機械が知られている。
例えば、特許文献１には、シリンダ内を往復運動するピストンと、ピストンに回転自在に取り付けられたローラと、ローラが転動するカム面を有するリングカムとを備えたラジアルピストン式油圧機械が開示されている。また、特許文献２には、風力発電装置のドライブトレインとして機能するラジアルピストン式油圧機械も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】英国特許出願公開第２４８４８９０号明細書
【特許文献２】英国特許出願公開第２４８２８７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ラジアルピストン式油圧機械においては、ローラとカムとの間の摩擦を低減させて、エネルギーロスやローラ及びカムの摩耗を低減させるために、ローラ面とカム面との間に潤滑油が供給されることがある。通常、ローラ面及びカム面は、研磨等の表面加工によってローラとカムとの間の摩擦が低減可能なように平滑に形成されているが、表面加工で形成された微小な溝によって、ローラ面とカム面との間に保持されるべき潤滑油が流出してしまい、ローラ面とカム面との間に形成される潤滑油の油膜の厚さを十分に維持できないことがある。そしてこの油膜が薄くなると、ローラとカムとの接触により表面損傷しやすくなり、ローラ又はカムの寿命が低下する可能性がある。
この点、特許文献１及び２には、ラジアルピストン式油圧機械においてローラがカム面を転動する構成については開示されているものの、ローラ面とカム面との間の油膜を維持することについては何ら開示されていない。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ローラ面とカム面との間の油膜を維持し、ローラ又はカムの寿命が向上されたラジアルピストン式油圧機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るラジアルピストン式油圧機械は、
前記油圧機械の半径方向に沿って配置された少なくとも１つのピストンと、
前記ピストンに回転自在に設けられ、ローラ面を有するローラと、
潤滑油の油膜を介して前記ローラ面に対向して配置されるカム面を有し、回転可能に構成されたカムと、を備え、
前記ローラ面又は前記カム面の少なくとも一方は、等方的である表面粗さ又は前記カムの回転軸に沿った方向の異方性を持つ表面粗さを有し、
前記ローラ及び前記カムの回転に伴う前記ローラ面及び前記カム面の速度は、下記式で定義されるΛ値が０以上１．０以下となるような条件に設定されたことを特徴とする。
Λ＝ｔ／（Ｒａ１２＋Ｒａ２２）０．５
（但し、ｔは前記油膜の厚さであり、Ｒａ１は前記ローラ面の表面粗さであり、Ｒａ２は前記カム面の表面粗さである。）
【０００７】
上記式で定義されるΛ値の算出において、ローラ面とカム面の表面粗さＲａ１，Ｒａ２としては、ＪＩＳ  Ｂ  ００３１  （１９９４）に規定される算術平均粗さＲａを用いる。算術平均粗さＲａとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、ｘが０（基準点）〜ｌ（基準長さ）の範囲での｜ｆ（ｘ）｜の積分値をｌで除した値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう。
Λ値はローラ面とカム面との接触のしにくさの指標であり、Λ値が大きいほど、ローラ面とカム面の表面粗さよりも油膜厚さが大きく、ローラ面とカム面が接触しにくいことを示す。また、Λ値が小さいほど油膜厚さが小さく、ローラ面とカム面とが接触しやすいことを示す。
また、上記において“表面粗さが等方的である”とは、表面粗さが特定の方向の異方性を有しない場合のことを意味する。
【０００８】
本発明者らの鋭意検討の結果、ローラ面又はカム面の表面粗さが等方的又はカムの回転軸に沿った方向（カムの回転方向に直交する方向）の異方性を持つことで、該表面粗さがカムの回転方向に沿った方向である場合に比べてローラ面とカム面との間の油膜厚さが維持しやすいことが見出された。また、本発明者らは、このようなローラ面又はカム面の表面粗さの方向性（異方性又は等方性）による油膜厚さの向上効果は、Λ値が０以上１以下の範囲内で顕著になることを見出した。
上記（１）の油圧機械によれば、潤滑油の油膜を介して対向して配置されるローラ面又はカム面の少なくとも一方は、等方的である表面粗さ又はカムの回転軸に沿った方向の異方性を持つ表面粗さを有し、ローラ及びカムの回転に伴うローラ面及びカム面の速度は、Λ値が０以上１．０以下となるような条件に設定される。よって、ローラ面またはカム面の前記少なくとも一方がカムの回転方向（カムの回転軸に直交する方向）に沿った方向の表面粗さを持つ場合に比べてローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることができる。このようにローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることで、ローラ面又はカム面の劣化を抑制でき、ローラ又はカムの長寿命化を図ることができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）で説明した構成において、前記潤滑油の４０℃における動粘度が３５．０〜５５．０ｍｍ２／ｓであるときに、前記ローラ面又は前記カム面の前記一方が鏡面である場合よりも大きい油膜厚さを有するように構成される。
上記（２）の構成によれば、潤滑油としては粘度が比較的低い油を潤滑油として用いる場合にも、ローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることができる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）又は（２）で説明した構成において、前記ローラ面又は前記カム面の前記一方は前記回転軸に沿った研磨方向を有し、前記表面粗さは前記研磨方向と同一の方向の異方性を持つ。
上記（３）の構成によれば、ローラ面又はカム面の一方は、研磨によって形成された表面粗さを有し、その研磨方向はカムの回転軸に沿った方向である。したがって、ローラ面又はカム面の表面粗さがカムの回転軸に沿った方向の異方性をもつので、ローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることができる。
【００１１】
（４）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）又は（２）で説明した構成において、前記ローラ面又は前記カム面の前記一方は等方的である表面粗さを有し、前記表面粗さは、前記ローラ面又は前記カム面の少なくとも前記一方をブラスト加工することにより形成される。
上記（４）の構成によれば、ローラ面又はカム面の一方は、ブラスト加工によって形成された表面粗さを有し、表面粗さは等方的である。したがって、ローラ面又はカム面の表面粗さが等方的であるので、ローラとカムとの間の油膜厚さを向上させることができる。
【００１２】
（５）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）乃至（４）で説明した構成において、前記ローラ面又は前記カム面の前記一方の表面粗さは、Ｒａが０．１以上０．３以下である。
一般に、２物体間の接触部における摩耗を抑制するためには、表面を平滑にして潤滑性を向上させることが望ましいとされる。そのため、ローラ面及びカム面の表面粗さＲａが小さいほど、ローラやカムの寿命は長くなると考えられる。しかし、本発明者らの知見によれば、ローラ面やカム面の表面を鏡面仕上げとしてＲａを０．１未満とするよりも、Ｒａが０．１〜０．３程度の適度な表面粗さをローラ面又はカム面に形成し、かつ表面粗さの方向性を上述のように制御することで、ローラとカムとの間の油膜厚さをかえって向上させることができる。
上記（５）の構成によれば、ローラ面又はカム面の表面粗さＲａを０．１以上０．３以下とすることにより、ローラとカムとの間に十分な油膜厚さの潤滑油を保持しながら、ローラとカムとの間の潤滑性を良好に維持できる。
【００１３】
（６）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）乃至（５）で説明した構成において、前記ローラ面又は前記カム面のいずれか一方は、前記ローラ面又は前記カム面の他方を構成する材料よりも硬度の高いコーティング材料を含むコーティングにより構成される。
上記（６）の構成によれば、硬度の高いコーティング材料を含むコーティングで構成されたローラ面またはカム面のいずれか一方で他方を磨くことにより、該他方の表面粗さが向上する（すなわち表面粗さＲａが小さくなる）ので、上記式で定義されるΛ値が増加する。このため、ローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることができ、ローラ面又はカム面の劣化を抑制できるので、ローラ又はカムの長寿命化を図ることができる。
【００１４】
（７）幾つかの実施形態では、例えば上記（６）で説明した構成において、前記ローラ面が前記コーティング材料を含むコーティングにより構成される。
ラジアルピストン式の油圧機械においては、通常、１つのカムに対して、複数のローラが該カムの周囲に周状に分散配置され、各ローラが該カムのカム面を転がるように構成される。
上記（７）の構成によれば、コーティングに剥離が生じる等、コーティングされた部分に損傷が生じた場合、損傷が生じたローラのみを交換すればよい。ローラはカムに比較してサイズが一般的に小さく、ローラの交換はカムの交換に比べて容易であるため、油圧機械のメンテナンス性が向上する。また、上記（７）の構成によれば、カムに比較してサイズが一般的に小さいローラをコーティングすればよいので、カムをコーティングする場合に比べてコーティング加工が容易である。
【００１５】
（８）幾つかの実施形態では、例えば上記（６）又は（７）で説明した構成において、前記コーティング材料はＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）である。
上記（８）の構成によれば、コーティング材料として硬度の高い材料であるＤＬＣを採用することで、コーティングされたローラ面又はカム面の前記一方を損傷しにくい構造とすることができるとともに、ローラ面又はカム面の他方の表面粗さを向上させやすくなる。
【００１６】
（９）幾つかの実施形態では、例えば上記（６）乃至（８）で説明した構成において、前記ローラ面が前記ＤＬＣを含むコーティングにより構成され、前記カム面が軸受鋼で構成される。
【００１７】
（１０）幾つかの実施形態では、例えば上記（６）乃至（９）で説明した構成において、前記油圧機械を運転することにより前記ローラ面又は前記カム面の前記他方の表面粗さを小さくすることが可能に構成される。
上記（１０）の構成によれば、油圧機械を運転することにより、硬度の高いコーティング材料を含むコーティングで構成されたローラ面またはカム面のいずれか一方で他方の表面粗さを小さくすることができるので、上記式で定義されるΛ値が増加する。このため、ローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることができ、ローラ面又はカム面の劣化を抑制できるので、ローラ又はカムの長寿命化を図ることができる。
【００１８】
（１１）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）乃至（１０）で説明した構成において、
前記油圧機械は、前記ピストンを前記半径方向に沿って往復運動可能に案内するためのシリンダをさらに有し、
前記ピストンは、
前記ローラを受けるピストン受け面と、
前記ピストンと前記シリンダとで囲まれる作動室内に存在する作動油を潤滑油として前記ピストン受け面に供給するための潤滑油供給路と、を有する。
上記（１１）の構成によれば、作動室内の油圧作動油が潤滑油として潤滑油供給路を介してピストン受け面に供給されるので、作動油とは別に専用の潤滑油を要する必要がなく、該専用の潤滑油を供給するための構造も不要であるため、ピストンとローラとの間及びカムとローラとの間を効率的に潤滑させることができる。
【００１９】
（１２）幾つかの実施形態では、例えば上記（１１）で説明した構成において、前記カム面は、前記ピストンが前記シリンダ内で往復運動するサイクルのうち、前記作動室の中の圧力が相対的に高圧となる期間に前記ローラ面に対向する前記カム面の部分によって構成される高圧領域と、前記作動室の中の圧力が相対的に低圧となる期間に前記ローラ面に対向する前記カム面の部分によって構成される低圧領域と、を含み、前記低圧領域の表面粗さが前記高圧領域の表面粗さよりも大きい。
作動室内からの作動油を用いてピストンとローラとの間の摺動部を潤滑する場合、ローラがカム面の高圧領域上に位置する間、ピストン−ローラ間の摺動部に作動油が確実に供給されてピストン−ローラ間の摩擦係数が大幅に低減される。一方、ローラがカム面の低圧領域上に位置する間、作動室内の作動油の圧力が小さいためにピストン−ローラ間の摺動部に十分な作動油が供給されず、ピストン−ローラ間の摩擦係数は大きいままである。そのため、ローラがカム面の高圧領域上に位置するときに比べ、ローラがカム面の低圧領域上に位置するときの方がローラ面とカム面との間のすべりが発生しやすい。
そこで、上記（１２）のように、カム面の高圧領域の表面粗さに比べて低圧領域の表面粗さを大きく設定することで、ローラ面とカム面（低圧領域）との間の摩擦係数を十分に確保し、ローラがカム面の低圧領域上に位置するときに生じやすいローラ面とカム面との間のすべりを防止できる。よって、すべりに起因したスミアリングや焼き付き等に対する耐久性を向上させることができる。また、カム面の表面粗さＲａに分布を持たせて高圧領域の表面粗さを選択的に小さくすることで、カム面全体の表面粗さを均一に小さくする場合に比べて、過剰な設計を回避でき、油圧機械の大型化を防止できるとともに、油圧機械の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧トランスミッションは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、を備える油圧トランスミッションであって、
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの少なくとも一方は、例えば上記（１）乃至（１２）で説明したラジアルピストン式の油圧機械であることを特徴とする。
【００２１】
上記（１３）の油圧トランスミッションによれば、潤滑油の油膜を介して対向して配置されるローラ面又はカム面の少なくとも一方は、等方的である表面粗さ又はカムの回転軸に沿った方向の異方性を持つ表面粗さを有し、ローラ及びカムの回転に伴うローラ面及びカム面の速度は、Λ値が０以上１．０以下となるような条件に設定される。よって、ローラ面またはカム面の前記少なくとも一方がカムの回転方向（カムの回転軸に直交する方向）に沿った方向の表面粗さを持つ場合に比べてローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることができる。このようにローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることで、ローラ面又はカム面の劣化を抑制でき、ローラ又はカムの長寿命化を図ることができる。
【００２２】
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
少なくとも１本のブレードと、
前記少なくとも１本のブレードが取り付けられるハブと、
前記ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、を備える風力発電装置であって、
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの少なくとも一方は、例えば上記（１）乃至（１２）で説明したラジアルピストン式の油圧機械であることを特徴とする。
【００２３】
上記（１４）の風力発電装置によれば、潤滑油の油膜を介して対向して配置されるローラ面又はカム面の少なくとも一方は、等方的である表面粗さ又はカムの回転軸に沿った方向の異方性を持つ表面粗さを有し、ローラ及びカムの回転に伴うローラ面及びカム面の速度は、Λ値が０以上１．０以下となるような条件に設定される。よって、ローラ面またはカム面の前記少なくとも一方がカムの回転方向（カムの回転軸に直交する方向）に沿った方向の表面粗さを持つ場合に比べてローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることができる。このようにローラ面とカム面との間の油膜厚さを向上させることで、ローラ面又はカム面の劣化を抑制でき、ローラ又はカムの長寿命化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ローラ面とカム面との間の油膜を維持し、ローラ又はカムの寿命が向上されたラジアルピストン式油圧機械が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施形態に係る風力発電装置の構成を示す図である。
【図２】一実施形態に係る油圧機械の半径方向に沿った断面図である。
【図３】一実施形態に係る油圧機械のシリンダ周辺の構造を示す断面図である。
【図４】一実施形態に係るローラ面及びカム面の表面粗さの方向（異方性又は等方性）を説明するためのカムの斜視図である。
【図５】ローラ面及びカム面の表面粗さの方向（異方性又は等方性）を説明するための模式図である。
【図６】一実施形態に係るピストンの断面図である。
【図７】図６に示すピストンをカムの径方向内側から視た図である。
【図８】（Ａ）は一実施形態に係るカムプロファイル及び接触荷重を示すグラフで、（Ｂ）は一実施形態に係るカムプロファイル、カム／ローラ摩擦係数及びピストン／ローラ摩擦係数を示すグラフである。
【図９】表面粗さの方向性（異方性又は等方性）と油膜比率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２７】
以下の実施形態では、油圧機械又は油圧トランスミッションが適用される装置の一例として風力発電装置について説明する。ただし、本発明の油圧機械又は油圧トランスミッションの用途は、例えば、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生エネルギー発電装置であってもよいし、あるいは建設機械等の他の装置であってもよく、その用途は特に限定されない。
また、以下では、主として外向きカムを備えた油圧機械の実施形態について説明するが、油圧機械は内向きカムを備えていてもよく、その場合、下記内容の方向に関する記載を適宜逆方向に読み替えたものも本発明の実施形態に含まれる。さらに、以下では、主としてカムが回転する場合について例示しているが、カムは固定でシリンダ及びピストンが回転する構成としてもよい。
【００２８】
図１は、一実施形態に係る風力発電装置の構成を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、少なくとも一本のブレード２及びハブ４で構成されるロータ３を備える。なお、ハブ４はハブカバー（スピナー）５によって覆われていてもよい。
【００２９】
一実施形態では、ロータ３には、回転シャフト６を介して油圧ポンプ８が連結される。油圧ポンプ８には、高圧ライン１２及び低圧ライン１４を介して油圧モータ１０が接続される。具体的には、油圧ポンプ８の出口が高圧ライン１２を介して油圧モータ１０の入口に接続され、油圧ポンプ８の入口が低圧ライン１４を介して油圧モータ１０の出口に接続される。油圧ポンプ８は、回転シャフト６によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ８で生成された圧油は高圧ライン１２を介して油圧モータ１０に供給され、この圧油によって油圧モータ１０が駆動される。油圧モータ１０で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ１０の出口と油圧ポンプ８の入口との間に設けられた低圧ライン１４を経由して、油圧ポンプ８に再び戻される。なお、本実施形態においては、油圧ポンプ８及び油圧モータ１０を含んで油圧トランスミッションが構成される。
【００３０】
油圧モータ１０には発電機１６が連結される。一実施形態では、発電機１６は、電力系統に連系されるとともに、油圧モータ１０によって駆動される同期発電機である。
【００３１】
なお、回転シャフト６の少なくとも一部は、タワー１９上に設置されたナセル１８によって覆われている。一実施形態では、油圧ポンプ８、油圧モータ１０及び発電機１６は、ナセル１８の内部に設置される。
【００３２】
幾つかの実施形態では、油圧ポンプ８又は油圧モータ１０の少なくとも一方は、以下で説明するラジアルピストン式の油圧機械である。
【００３３】
図２は、一実施形態に係る油圧機械の半径方向に沿った断面図である。図３は、一実施形態に係る油圧機械のシリンダ周辺の構造を示す断面図である。
【００３４】
図２に示す油圧機械２０は、複数のシリンダ２２と、シリンダ２２内にそれぞれ設けられる複数のピストン２４と、ピストン２４にそれぞれ設けられるローラ２６とを備える。また、油圧機械２０は、回転シャフト３０と、回転シャフト３０とともに回転するように構成されたカム３２をさらに備える。
なお、図２及び３に示す例示的な実施形態では、回転シャフト３０の外周側に環状の外向きカム３２が設けられ、さらに外向きカム３２の外周側にシリンダ２２、ピストン２４及びローラ２６が配置されている。ここで、外向きカムとは、ローラ２６と接触するカム面を外周側に有するカムをいう。他の実施形態では、回転シャフト３０の内周側に環状の内向きカム３２が設けられ、さらに内向きカム３２の内周側にシリンダ２２、ピストン２４及びローラ２６が配置される。ここで、内向きカムとは、ローラ２６と接触するカム面を内周側に有するカムをいう。
【００３５】
複数のシリンダ２２は、シリンダブロック２１内において油圧機械２０の周方向に配列される。一実施形態では、図３に示すように、シリンダ２２は、シリンダブロック２１のスリーブ穴２１Ｈに挿入されたシリンダスリーブ２３によって形成される。他の実施形態では、シリンダ２２は、シリンダスリーブ２３を用いずにシリンダブロック２１に直接形成される。なお、シリンダブロック２１は、油圧機械２０の周方向において複数のセグメント２１Ｓに分割されていてもよい。
【００３６】
各々のピストン２４は、各々のシリンダ２２内に摺動可能に設けられる。各ピストン２４は、各シリンダ２２によって案内され、シリンダ２２の中心軸に沿って、下死点と上死点との間で往復運動するようになっている。ピストン２４の往復運動の結果、各々のシリンダ２２と各々のピストン２４とで囲まれた作動室２５の容積は周期的に変化する。
【００３７】
こうした作動室２５の周期的な容積変化を伴うピストン２４の往復運動は、カム３２の回転運動との間で運動モードが変換されるようになっている。
例えば、油圧機械２０が油圧ポンプ８である場合、油圧機械２０の回転シャフト３０とともに回転するカム３２の回転運動がピストン２４の往復運動に変換され、作動室２５の周期的な容積変化が起こり、作動室２５で高圧の作動油（圧油）が生成される。これに対し、油圧機械２０が油圧モータ１０である場合、作動室２５への圧油の導入によってピストン２４の往復運動が起こり、この往復運動がカム３２の回転運動に変換される結果、カム３２とともに油圧機械２０の回転シャフト３０が回転する。
こうして、カム３２の働きにより、油圧機械２０の回転シャフト３０の回転エネルギー（機械的エネルギー）と作動油の流体エネルギーとの間でエネルギーが変換され、油圧機械２０が油圧ポンプ８又は油圧モータ１０としての所期の役割を果たすようになっている。
【００３８】
各々のローラ２６は、ローラ回転軸Ａ周りに回転可能に各々のピストン２４に係合しており、ローラ２６のローラ面２７とカム３２のカム面３３とは、潤滑油の油膜を介して互いに対向して配置される。カム３２が回転シャフト３０とともにカム中心Ｏ（油圧機械２０の中心軸）周りに回転すると、各々のローラ２６はローラ回転軸Ａ周りに回転しながら、カム３２のカム面３３上を走行する。
【００３９】
カム３２のカム面３３は、油圧機械２０の周方向に沿って並ぶ複数のローブ３４によって形成される。各々のローブ３４は、シリンダ２２に向かって突出している。各々のローブ３４は、一対の底点３８と、該一対の底点３８間に位置する１個の頂点３６とを通る滑らかな曲線によって形成される。ローブ３４の頂点３６及び底点３８は、油圧機械２０の回転軸（rotation axis）Ｏからの距離が最大又は最小となるカム面３３上の位置であり、頂点３６は底点３８よりもシリンダ２２寄りに位置する。ローブ３４の頂点３６は、ピストン２４の往復運動の周期における上死点に対応するカム面３３上の点である。一方、ローブ３４の底点３８は、ピストン２４の往復運動の周期における下死点に対応するカム面３３上の点である。
図２及び３に示す例示的な実施形態では、外向きカム３２の外周側にシリンダ２２が配置されており、ローブ３４の頂点３６で外向きカム３２の中心軸（油圧機械２０の回転軸）Ｏからの距離（カム径）が最大となり、ローブ３４の底点３８で中心軸Ｏからの距離（カム径）が最小となる。これに対し、内向きカムの内周側にシリンダ２２が配置された他の実施形態では、ローブ３４の頂点３６で内向きカムの中心軸Ｏからカム面３３までの距離は最小となり、ローブ３４の底点３８で内向きカムの中心軸Ｏからカム面３３までの距離は最大となる。なお、各々のローブ３４の頂点３６及び底点３８では、カム面３３の法線が油圧機械２０の半径方向と一致する。
【００４０】
幾つかの実施形態では、図３に示すように、油圧機械２０は、各々の作動室２５と低圧ライン１４との間に設けられる低圧弁４０と、各々の作動室２５と高圧ライン１２との間に設けられる高圧弁５０とをさらに備える。油圧機械２０が油圧ポンプである場合、低圧弁４０は低圧ライン１４から作動室２５に低圧の作動油を供給するために用いられ、高圧弁５０は作動室２５で生成された高圧の作動油を高圧ライン１２に供給するために用いられる。
低圧弁４０は、図３に示すように、第１シート４１と、第１シート４１に当接可能な第１弁体４２と、該第１弁体４２に連結された第１ステム４４と、第１ステム４４を駆動するための磁力を生成するように構成されたソレノイド４６と、第１弁体４２を第１シート４１とは反対側に付勢するための第１付勢部材４８とを含むノーマルオープン式電磁弁であってもよい。この場合、ソレノイド４６を励磁すれば、ソレノイド４６の磁力によって第１付勢部材４８による付勢力に抗して第１ステム４４が動き、第１弁体４２が第１シート４１に当接し、低圧弁４０は閉じられる。また、ソレノイド４６を非励磁とすれば、第１付勢部材４８による付勢力によって、第１ステム４４が動いて第１弁体４２が第１シート４１から離れ、低圧弁４０は開かれる。なお、第１弁体４２は、フェイス・シーリング・ポペット弁体であってもよい。
一方、油圧機械２０が油圧ポンプである場合、高圧弁５０は、図３に示すように、第２シート５１と、第２シート５１に当接可能な第２弁体５２と、該第２弁体５２を第２シート５１側に付勢するための第２付勢部材５８とを含むチェック弁であってもよい。この場合、作動室２５内の圧力が上昇して第２弁体５２の両側の圧力差が第２付勢部材５８による付勢力を上回れば、該圧力差によって第２弁体５２が第２シート５１から離れ、高圧弁５０は開かれる。また、第２弁体５２の両側の圧力差が第２付勢部材５８による付勢力より小さければ、第２付勢部材５８による付勢力によって第２弁体５２が第２シート５１に当接し、高圧弁５０は閉じられる。第２弁体５２は、図３に示すような球形弁体であってもよい。
【００４１】
図４は、一実施形態に係るローラ面及びカム面の表面粗さの方向性（異方性又は等方性）を説明するためのローラ及びカムの斜視図である。図５は、ローラ面及びカム面の表面粗さの方向性（異方性又は等方性）を説明するための模式図である。
【００４２】
ローラ２６のローラ面２７及びカム３２のカム面３３は、ローラ２６及びカム３２の製造時の加工により形成される表面粗さを有する。表面粗さは、後述するように例えば研磨やブラスト加工等によって形成される。
一実施形態において、ローラ面２７又はカム面３３の少なくとも一方は、等方的である表面粗さ又はカムの回転軸Ｏに沿った方向の異方性を持つ表面粗さを有する。そして、  ローラ２６及びカム３２の回転に伴うローラ面２７及びカム面３３の速度は、下記式で定義されるΛ値が０以上１．０以下となるような条件に設定される。
Λ＝ｔ／（Ｒａ１２＋Ｒａ２２）０．５
（但し、ｔはローラ面２７とカム面３３との間の油膜の厚さであり、Ｒａ１はローラ面２７の表面粗さであり、Ｒａ２はカム面３３の表面粗さである。）
【００４３】
ここで、“ローラ面２７又はカム面３３の表面粗さがカムの回転軸Ｏに沿った方向の異方性を持つ”とは、図５の（Ｃ）に模式的に示すように、表面粗さ１００の長さ方向がカムの回転軸Ｏに沿った方向（すなわち、カムの回転方向に直交する方向；図４を参照）であることを意味する。
また、“ローラ面２７又はカム面３３の表面粗さが等方的である（又は等方性を有する）”とは、図５の（Ｂ）に模式的に示すように、表面粗さ１００が特定の方向の異方性を有しない場合のことを意味する。
【００４４】
本発明者らの鋭意検討の結果、ローラ面又はカム面の表面粗さが等方的又はカムの回転軸に沿った方向の異方性を持つことでローラ面とカム面との間の油膜厚さが維持できること、そして、Λ値が０以上１．０以下の範囲で該油膜厚さが顕著に向上することが見出された。
【００４５】
ローラ面又はカム面の表面粗さの異方性等の違いにより油膜厚さが維持できることの理由については、以下のように考えられる。
ローラはカム面に対して回転しているので、ローラ面とカム面との間に油が存在すると、ローラ面とカム面の間で、ローラとカムの回転方向に油が引き込まれる効果が生じる。
一方、油圧機械の運転時には、ローラとカムとの間には両者の回転方向に沿って圧力分布が存在する。すなわち、油圧機械の運転時には、ローラにはピストンから荷重が加わるため、ローラとカムとの間、特にローラとカムとが最も近接している部分に比較的大きな圧力が生じる。これに対し、該部分のローラ及びカムの回転方向に沿った両側方では、ローラに加わる荷重が作用しないため、比較的低圧となる。このように、比較的高圧であるローラとカムの近接部分と、比較的低圧である両側方との間でローラ及びカムの回転方向に沿った圧力差が生じるため、潤滑油はカムとローラとの間から該回転方向外側に向かって追い出されようとする（逆流させようとする）。このことは、ローラとカムとの間の油膜厚さを減少させる効果がある。ローラとカムとの間の油膜を維持するためには、上述のような、ローラ及びカムの回転方向に沿った圧力差に起因する逆流を抑制することが望まれる。
【００４６】
ここで、ローラ面及びカム面の表面には、通常、製造時の加工（例えば旋盤加工や研磨）によって形成される表面粗さが存在する。この表面粗さがローラ及びカムの回転方向に沿った方向の異方性を有すると、上述の圧力差のため、油膜を形成する潤滑油がカムとローラの間から表面粗さの方向に沿って逃げようとする。
一方、表面粗さがカムの回転軸に沿った方向（回転方向に直交する方向）の異方性を有する場合、圧力差の方向に沿った表面粗さではないため、カムの回転方向に潤滑油が逃げにくくなり、これによって前述の圧力差による逆流を抑制できる。このためカムとローラとの間の油膜厚さを維持することができると考えられる。表面粗さが等方的である場合についても同様に考えることができ、表面粗さがカム及びローラの回転方向に沿った異方性を有する場合に比べて潤滑油の逆流を抑制する効果があると考えられる。
よって、同等サイズの表面粗さで比較した場合、表面粗さがカム及びローラの回転方向に沿った異方性を有する場合に比べて、表面粗さがカムの回転軸に沿った方向の異方性を有する場合又は表面粗さが等方的である場合に油膜厚さを向上できると考えられる。
【００４７】
そして、カム面又はローラ面の表面粗さの異方性又は等方性による油膜厚さ向上の効果についてΛ値の影響を検討したところ、表面粗さがカムの回転軸に沿った方向の異方性を有する場合又は表面粗さが等方的である場合にはΛ値が小さいほど高い効果を得ることができ、Λ値が０以上１．０以下の範囲で顕著な効果を奏することが見出された。
Λ値が比較的大きい領域では、油膜厚さが表面粗さに対して十分に確保されるために、油膜厚さに対する表面粗さの異方性又は等方性の影響は小さいと考えられる。逆に、Λ値が比較的小さい領域では、油膜厚さが表面粗さに対して比較的小さいため、油膜厚さに対する表面粗さの異方性又は等方性の影響が大きくなると考えられる。
しかしながら、軌道面（例えばカム面）と該軌道面上を転がる転動体の転動面（例えばローラ面）については、典型的な転動体の転がり条件はΛ値が１を超える領域での転がりであり、Λ値が１以下の低Λ領域での粗さの異方性又は等方性による油膜厚さ向上の効果は明らかではなかった。本発明者らの鋭意検討によって、Λ値が１．０以下である場合に、カム面又はローラ面の表面粗さを、カムの回転軸に沿った方向の異方性を有するものとすることで、又は等方的とすることで、油膜厚さが顕著に向上することが見出された。
【００４８】
上記油圧機械２０によれば、潤滑油の油膜を介して対向して配置されるローラ面２７又はカム面３３の少なくとも一方は、等方的である表面粗さ又はカムの回転軸Ｏに沿った方向の異方性を持つ表面粗さを有し、ローラ２６及びカム３２の回転に伴うローラ面２７及びカム面３３の速度は、Λ値が０以上１．０以下となるような条件に設定される。よって、ローラ面２７またはカム面３３の前記少なくとも一方がカム３２の回転方向（カムの回転軸Ｏに直交する方向）に沿った方向の表面粗さを持つ場合に比べてローラ面２７とカム面３３との間の油膜厚さを向上させることができる。このようにローラ面２７とカム面３３との間の油膜厚さを向上させることで、ローラ面２７又はカム面３３の劣化を抑制でき、ローラ２６又はカム３２の長寿命化を図ることができる。
【００４９】
ローラ面２７とカム面３３との間に形成される油膜を構成する潤滑油は、一般的に潤滑油として用いられる油を特に限定することなく用いることができる。
一般に、潤滑油の動粘度が高い方が油膜厚さを厚くしやすいため、潤滑油として動粘度の比較的高い油を用いることは勿論可能である。
一実施形態では、油圧機械２０において、潤滑油の４０℃における動粘度が３５．０〜５５．０ｍｍ２／ｓであるときに、ローラ面２７又はカム面３３の前記一方が鏡面である場合よりも大きい油膜厚さを有するように構成される。
ローラ面又はカム面等の転動面が、鏡面仕上げにより極めて小さい表面粗さを有する場合には、一般的には潤滑油による潤滑性が高くなる。しかしながら、上記のような油圧機械２０の構成によれば、潤滑油としては粘度が比較的低い油を潤滑油として用いる場合にも、ローラ面２７とカム面３３との間の油膜厚さを向上させることができる。
【００５０】
一実施形態では、図４に示すように、ローラ面２７又はカム面３３の前記一方はカムの回転軸Ｏに沿った研磨方向を有し、表面粗さは研磨方向と同一の方向の異方性を持つ。
【００５１】
ここで、研磨とは、機械的研磨、化学的研磨、電気的研磨、及びこれらの少なくとも２つを組み合わせた研磨を含む。
例えば、カム３２を機械的に研磨する場合、研削材を用いた研削工程によってカム３２の形状が整えられた後、研磨材を用いた粗研磨、仕上げ研磨（例えばバフ研磨）を含む研磨工程がカム面３３に施されることがある。研磨工程では、回転する研磨材をカム面３３に当接させ、カム面３３を平滑にする。その際、研磨方向（研磨材の回転方向）を、回転軸Ｏに沿った方向とする。なお、粗研磨や仕上げ研磨を含む複数の研磨工程を行う場合には、少なくともいずれかの研磨において、上記方向に研磨材を動かし、最終的に、研磨によりカム面３３に形成された微小な溝が、回転軸Ｏに沿った方向となるようにする。または、研削工程にてカム面３３に形成された微小な溝が残存する程度に研磨を行う場合、研削材の動作方向が回転軸Ｏに沿った方向となるようにしてもよい。さらに、仕上げ研磨で超仕上げ（Superfinish）を行う場合、薬液処理や粉の吹き付け加工等を用いてもよい。超仕上げでは、カム面３３の表面粗さＲａが０．０６以下となるように研磨を行ってもよく、その場合、カム面３３に十分な厚さの油膜を確保する観点から、後述するようにカム面３３にディンプルを設けたり、カム面３３に等方性を持たせたりしてもよい。勿論、仕上げ研磨では通常研磨を行ってもよい。
【００５２】
また、ローラ面２７又はカム面３３の研磨方向は、等方性を有してもよい。例えば、カム面３３を溶剤に浸漬し、化学反応によってカム面３３を溶解して平滑処理する。これによりカム面３３が特定の研磨方向をもたず、等方性を有するようになる。
このようにカム面３３の研磨方向が等方性を有するように構成することで、カム面３３とローラ２６との接触部に確実に油膜を形成することができ、カム３２とローラ２６の潤滑性を良好に保つことができる。
【００５３】
さらに、ローラ面２７又はカム面３３には、複数のディンプルが形成されていてもよい。例えば、粗研磨によって回転軸Ｏの回転方向とは異なる方向に微小な溝を形成した後、仕上げ研磨によりカム面３３の表面を削って、複数のディンプルを形成する。
これにより、カム面３３に形成された複数のディンプルの内部に潤滑油が保持され、カム面３３とローラ２６との接触部に確実に油膜を形成することができ、カム３２とローラ２６の潤滑性を良好に保つことができる。
【００５４】
ローラ面２７又はカム面３３が等方的である表面粗さを有する場合、該表面粗さは、ローラ面２７又はカム面３３をブラスト加工することにより形成されてもよい。
ブラスト加工をする際の条件（ブラスト加工における投射材の種類、投射速度、投射角度、投射量など）は特に限定されない。これらの条件は、ローラ２６やカム３２を構成する材料等などの諸条件に基づいて、適宜決定することができる。
【００５５】
また、幾つかの実施形態では、ローラ面２７又はカム面３３の表面粗さは、Ｒａが０．１以上０．３以下である。
このように、ローラ面２７又はカム面３３の表面粗さＲａを０．１以上０．３以下とすることにより、ローラ２６とカム３２との間に十分な油膜厚さの潤滑油を保持しながら、ローラ２６とカム３２との間の潤滑性を良好に維持できる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、ローラ面２７又はカム面３３のいずれか一方は、ローラ面２７又はカム面３３の他方を構成する材料よりも硬度の高いコーティング材料を含むコーティングにより構成される。
このように、硬度の高いコーティング材料を含むコーティングで構成されたローラ面２７またはカム面３３のいずれか一方で他方を磨くことにより、該他方の表面粗さが向上する（すなわち表面粗さＲａが小さくなる）ので、上記式で定義されるΛ値が増加する。このため、ローラ面２７とカム面３３との間の油膜厚さを向上させることができ、ローラ面２７又はカム面３３の劣化を抑制できるので、ローラ２６又はカム３２の長寿命化を図ることができる。
【００５７】
コーティングの成膜方法としては、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤ等の化学蒸着法（ＣＶＤ）や、スパッタリングやイオンプレーティング等の物理蒸着法（ＰＶＤ）等を採用することができる。
【００５８】
幾つかの実施形態では、ローラ面２７又はカム面３３のうち、ローラ面２７が前記コーティングにより構成されてもよい。
この場合、コーティングに剥離が生じる等、コーティングされた部分に損傷が生じた場合、損傷が生じたローラ２６のみを交換すればよい。ローラ２６はカム３２に比較してサイズが一般的に小さく、ローラ２６の交換はカム３２の交換に比べて容易であるため、油圧機械のメンテナンス性が向上する。また、カム３２に比較してサイズが一般的に小さいローラ２６をコーティングすればよいので、カム３２をコーティングする場合に比べてコーティング加工が容易である。
【００５９】
幾つかの実施形態では、前記コーティング材料はＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）であってもよい。
ＤＬＣは、主として炭化水素又は炭素の同素体からなる非晶質（アモルファス）であり、硬質な膜を形成可能であるという特徴を有する。コーティング材料としてＤＬＣを用いることで、コーティングされたローラ面２７又はカム面３３を損傷しにくい構造とすることができるとともに、ローラ面２７又はカム面３３の他方の表面粗さを向上させやすくなる。
【００６０】
ＤＬＣをコーティング材料として用いる場合のコーティング方法としては、例えばプラズマＣＶＤを採用することができる。この場合、例えば、アセチレンなどの炭化水素ガスを原料とし、チャンバー内で原料ガスをプラズマ化して、気相合成した炭化水素をローラ面２７又はカム面３３に蒸着することでＤＬＣのコーティングを成膜できる。
【００６１】
幾つかの実施形態では、ローラ面２７がＤＬＣを含むコーティングにより構成され、カム面３３が軸受鋼で構成される。
軸受鋼は、炭素（Ｃ）を０．９５〜１．１０％程度、クロム（Ｃｒ）を０．９〜１．６％程度含む鋼材（ＳＵＪ材）であり、すべり軸受や転がり軸受の材料に求められる耐荷重性、耐摩耗性、焼入れ性、耐食性等に優れた材料である。軸受鋼は、転がり軸受の球、ころ、内輪、外輪等といった軸受の材料として用いられることが多いが、用途は軸受に限られず、様々な部材に用いられる。軸受鋼は、構成元素の種類含有量を調整することで、用途に応じてその特性をコントロールすることができる。例えば、マンガン（Ｍｎ）を０．９０〜０．７０％程度含有させることで、比較的厚肉の部材に適した材料とすることができる。また、モリブデン（Ｍｏ）を０．１０〜０．２５％程度含有させることで、高温での強度や硬度が向上した材料とすることができる。
【００６２】
幾つかの実施形態では、油圧機械２０を運転することによりローラ面２７又はカム面３３のうちコーティングされていない方の表面粗さを小さくすることが可能に構成される。
この場合、油圧機械２０を運転することにより、硬度の高いコーティング材料を含むコーティングで構成されたローラ面２７またはカム面３３のいずれか一方で他方（コーティングされていない方）の表面粗さを小さくすることができるので、上記式で定義されるΛ値が増加する。このため、ローラ面２７とカム面３３との間の油膜厚さを向上させることができ、ローラ面２７又はカム面３３の劣化を抑制できるので、ローラ２６又はカム３２の長寿命化を図ることができる。
【００６３】
ところで、上記油圧機械２０では、カム面３３上をローラ２６が転動することによりピストン２４がシリンダ２２内を往復動するように構成されるが、ローラ２６がカム面３３上をすべってしまうことがあり、その場合、焼き付きやスミアリングが発生するおそれがある。
そこで、幾つかの実施形態では、カム面３３とローラ２６との間にすべりが生じないように、カム面３３に対するローラ２６の摩擦係数が、ピストン２４に対するローラ２６の摩擦係数より大きく設定された構成とする。これにより、ローラ２６がカム面３３をすべることなく円滑に転動するようになり、焼き付きやスミアリング等の不具合の発生を防止できる。よって、カム３２のより一層の長寿命化が可能となる。
【００６４】
ここで、図６は、一実施形態に係るピストンの断面図である。図７は、図６に示すピストンをカムの径方向内側から視た図である。
一実施形態では、図６に示すように、ピストン２４は、ローラ２６を受けるピストン受け面（ローラ摺動面）２４３と、作動室２５内に存在する作動油を潤滑油としてピストン受け面２４３に供給するための潤滑油供給路２４５と、を有する。この場合、ピストン受け面（ローラ摺動面）２４３に静圧軸受が形成されるように構成されてもよい。静圧軸受は、ピストン２４のピストン受け面（ローラ摺動面）２４３に設けられた静圧パッド６０Ａ，６０Ｂに、油圧作動室２５内の作動油が供給されることによって機能する。静圧軸受の構成については後で詳述する。
このような構成では、作動室２５内の油圧作動油が潤滑油として潤滑油供給路２４５を介してピストン受け面２４３に供給されるので、作動油とは別に専用の潤滑油を要する必要がなく、該専用の潤滑油を供給するための構造も不要であるため、ピストン２４とローラ２６との間及びカム３２とローラ２６との間を効率的に潤滑させることができる。
【００６５】
作動室２５内の作動油圧力が高いとき、静圧パッド６０Ａ，６０Ｂの負荷能力が高いためピストン受け面２４３とローラ２６とは流体潤滑の状態にある。したがって、ピストン受け面２４３に対するローラ２６の摩擦係数は非常に低くなる。一方、カム面３３とローラ２６との間には潤滑油は存在するものの静圧軸受は設けられていない。そのため、ピストン受け面２４３とローラ２６とが流体潤滑の状態にあるときは、通常、カム面３３に対するローラ２６の摩擦係数の方が、静圧軸受を介したピストン受け面２４３に対するローラ２６の摩擦係数よりも大きくなる。ローラ２６がカム面３３を円滑に転動するためには、ピストン２４のピストン受け面２４３とローラ２６の外周面とが円滑に摺動する必要がある。よって、ピストン受け面２４３とローラ２６とは流体潤滑の状態にあるときは、ローラ２６がカム面３３を円滑に転動する。
ところが、作動室２５内の作動油圧力が低いとき、静圧パッド６０Ａ，６０Ｂの負荷能力は低下し、ピストン受け面２４３とローラ２６とは境界潤滑に近づくこととなる。このとき、ピストン２４に対するローラ２６の摩擦係数の方が、カム３２に対するローラ２６の摩擦係数よりも大きくなると、ローラ２６はピストン２４のピストン受け面２４３で円滑に摺動しないことがあり、よってカム面３３側でもローラ２６のすべりが発生するおそれがある。
そこで、上記したように、ピストン２４が静圧軸受を有する場合であっても、カム面３３に対するローラ２６の摩擦係数が、ピストン２４に対するローラ２６の摩擦係数より大きく設定された構成とすることによって、低圧領域ＬＡにおいてもローラ２６がカム面３３をすべることなく円滑に転動するようになり、焼き付きやスミアリング等の不具合の発生を防止できる。
【００６６】
ここで、ピストン２４の静圧軸受について詳細に説明する。
図６に示すピストン２４は、作動室形成部２４１とローラ保持部２４２とを含んで構成されている。作動室形成部２４１は、シリンダ２２内で往復運動するように構成され、シリンダ２２とともに作動室２５を形成する。一方、ローラ保持部２４２は、ローラ２６を回転可能に保持しており、ローラ２６と係合するピストン受け面（ローラ摺動面）２４３を有している。ピストン受け面２４３は、ローラ２６の外周面に沿うようにローラ２６と略等しい又はわずかに大きな曲率を有する曲面として形成されており、ローラ２６の外周面を部分的に囲むように配置される。そして、ピストン２４は、カム３２からの押圧力をローラ２６を介して受けて、シリンダ２２内で往復運動するようになっている。なお、カム３２からの押圧力に耐えうる耐久性を確保する観点から、ローラ保持部２４２を作動室形成部２４１に比べて大径に形成してもよい。
【００６７】
また、ピストン２４の内部には、作動室２５からの作動油が流れる潤滑油供給路２４５が設けられている。潤滑油供給路２４５は、ピストン２４に２本以上設けられてもよい。例えば、図６に示すローラ２６の幅方向（紙面奥行き方向）に２本の潤滑油供給路２４５が設けられる。この潤滑油供給路２４５は、一端側が作動室２５に開口して作動室形成部２４１をピストン２４の軸方向に貫通するように形成された流路部位２４５Ａと、一端側が流路部位２４５Ａに連通してローラ保持部２４２を貫通し、他端側がピストン受け面（ローラ摺動面）２４３に開口するように形成された流路部位２４５Ｂとを含む。なお、潤滑油供給路２４５には、作動室２５から供給される作動油の流量を調整するためのオリフィスが設けられてもよい。
図７に示すように、ピストン２４のピストン受け面２４３には、少なくとも一つの静圧パッド６０Ａ，６０Ｂが設けられている。静圧パッド６０Ａ，６０Ｂは、ピストン２４に形成された潤滑油供給路２４５を介して作動室２５に連通する環状溝６１Ａ，６１Ｂと、環状溝６１Ａ，６１Ｂによって囲まれるランド６５Ａ，６５Ｂとを有している。なお、同図では一例として、環状溝６１Ａ，６１Ｂを横切るようにローラ２６の回転方向に沿って形成された連通溝６２Ａ，６２Ｂを有する場合を示している。そのため、ランド６５Ａ，６５Ｂは環状溝６１Ａ，６１Ｂの内側に２つずつ設けられた構成となっている。さらに、潤滑油供給路２４５は、連通溝６２Ａ，６２Ｂ上に設けられた供給口６３Ａ，６３Ｂにそれぞれ連通している。作動油は、作動室２５から潤滑油供給路２４５を介して、溝６０Ａ，６０Ｂのうち連通溝６２Ａ，６２Ｂに供給される。そして、潤滑油供給路２４５から供給された作動油は、連通溝６２Ａ，６２Ｂを介して環状溝６１Ａ，６１Ｂの異なる箇所にそれぞれ導かれる。
上記構成によりピストン２４のピストン受け面（ローラ摺動面）２４３に静圧軸受が形成される。すなわち、ローラ２６が回転すると、環状溝６１Ａ，６１Ｂ及び連通溝６２Ａ，６２Ｂ内の作動油はピストン受け面２４３に引き込まれて油圧による静圧が発生して、この油圧による静圧によってカム３２からローラ２６に加わる大きな荷重を支える。そして、環状溝６１Ａ，６１Ｂ及び連通溝６２Ａ，６２Ｂから係合面３０に引き込まれた分だけ、作動油を静圧パッド６０Ａ，６０Ｂに補充すれば、油圧による静圧を常に得ることができる。
【００６８】
また、ピストン２４は、シリンダ２２との摺動面に静圧パッド７０を有していてもよい。その場合、図６に示すように、ピストン２４には、作動室２５からの作動油が流れる内部流路２４６が設けられる。この内部流路２４６は、一端側が作動室２５に開口して作動室形成部２４１をピストン２４の軸方向に貫通するように形成された流路部位２４６Ａと、一端側が流路部位２４６Ａに連通してローラ保持部２４２を貫通し、他端側がシリンダ２２の内周面と摺動するピストン２４の表面に開口するように形成された流路部位２４６Ｂとを含む。シリンダ２２の内周面と摺動するピストン２４の表面には、図７と同様に、環状溝を含む静圧パッド７０が設けられており、作動室２５から内部流路２４６を介して静圧パッド７０に作動油が供給される。そして、シリンダ２２の内周面とピストン２４の外周面との間に静圧軸受が形成される。
【００６９】
図３及び図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一実施形態では、カム面３３は、ピストン２４がシリンダ２２内で往復運動するサイクルのうち、作動室２５の中の圧力が相対的に高圧となる期間にローラ面２７に対向するカム面３３の部分によって構成される高圧領域ＨＡと、作動室２５の中の圧力が相対的に低圧となる期間にローラ面２７に対向するカム面３３の部分によって構成される低圧領域ＬＡと、を含む。すなわち、カム面３３には、カム３２とローラ２６との接触荷重が高い高圧領域ＨＡと、カム３２とローラ２６との接触荷重が低い低圧領域ＬＡとが存在する。なお、図８は（Ａ）は一実施形態に係るカムプロファイル及び接触荷重を示すグラフで、（Ｂ）は一実施形態に係るカムプロファイル、カム／ローラ摩擦係数及びピストン／ローラ摩擦係数を示すグラフである。
【００７０】
油圧機械２０が油圧ポンプである場合、ピストン２４が上死点に位置するとき、ローラ２６はカム面３３の頂点３６に位置する。図８（Ａ）、（Ｂ）に示すカムプロファイルにおいて、頂点３６はカム径が最大となる位置である。一方、ピストン２４が下死点に位置する時、ローラ２６はカム面の底点３８に位置する。図８（Ａ）、（Ｂ）に示すカムプロファイルにおいて、底点３８はカム径が最小となる位置である。基本的には、ピストン２４が下死点から上死点に向かって移動中のとき、すなわち、ローラ２６がカム面３３の高圧領域ＨＡ上に位置するとき、作動室２５内の作動油の圧力は高い。これに対し、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置するとき、作動室２５内の作動油の圧力は低い。なお、油圧機械２０が油圧ポンプの場合、基本的には、図３に示すように、高圧領域ＨＡは各々のローブ３４のうち頂点３６よりもカム回転方向の下流側の領域であり、低圧領域ＬＡは各々のローブ３４のうち頂点３６よりもカム回転方向の上流側の領域である。なお、高圧弁５０又は低圧弁４０の開閉タイミング等の関係から、カム面３３に対するローラ２６の進行方向に対して頂点３６よりも後流側へずれた切替点３７を境界にして高圧領域ＨＡと低圧領域ＬＡとが設定されてもよい。
一方、油圧機械２０が油圧モータである場合、ローラ２６がカム面３３の高圧領域ＨＡ上に位置するとき、基本的には、ピストン２４は上死点から下死点に向かって移動中であり、作動室２５内の作動油の圧力は高い。これに対し、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置するとき、基本的には、ピストン２４は下死点から上死点に向かって移動中であり、作動室２５内の作動油の圧力は低い。なお、油圧機械２０が油圧モータの場合、基本的には、高圧領域ＨＡは各々のローブ３４のうち頂点３６よりもカム回転方向の上流側の領域であり、低圧領域ＬＡは各々のローブ３４のうち頂点３６よりもカム回転方向の下流側の領域である。
【００７１】
一実施形態において、カム面３３において、低圧領域ＬＡの表面粗さが高圧領域ＨＡの表面粗さよりも大きい。作動室２５内からの作動油を用いてピストン２４とローラ２６との間の摺動部を潤滑する場合、ローラ２６がカム面３３の高圧領域ＨＡ上に位置する間、ピストン２４−ローラ２６間の摺動部に作動油が確実に供給されてピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数が大幅に低減される。一方、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置する間、作動室２５内の作動油の圧力が小さいためにピストン２４−ローラ２６間の摺動部に十分な作動油が供給されず、ピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数は大きいままである。そのため、ローラ２６がカム面３３の高圧領域ＨＡ上に位置するときに比べ、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置するときの方がローラ２６とカム面３３との間のすべりが発生しやすい。
【００７２】
そこで、カム面３３の高圧領域ＨＡの表面粗さＲａに比べて低圧領域ＬＡの表面粗さＲａを大きく設定する。その場合、各領域における摩擦係数は図８（Ｂ）に示すようになる。すなわち、高圧領域ＨＡにおいて、カム３２−ローラ２６間の接触荷重が大きい分、カム３２−ローラ２６間の摩擦係数（図８（Ｂ)における「カム−ローラ摩擦係数」）はもともと低圧領域ＬＡよりも大きい。このとき、ピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数（図８（Ｂ）における「ピストン−ローラ摩擦係数」）は、静圧軸受が適切に機能するので極めて低くなる。よって、カム３２−ローラ２６間の摩擦係数がピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数よりも大きくなり、ローラ２６がカム面３３上を円滑に転動することとなる。
一方、低圧領域ＬＡにおいては、カム３２−ローラ２６間の接触荷重は小さくなるが、カム面３３の表面粗さＲａが高圧領域ＨＡよりも大きく設定されているので、カム３２−ローラ２６間の摩擦係数は増大する。よって、ピストン２４の静圧軸受が適切に機能していない場合であっても、カム３２−ローラ２６間の摩擦係数がピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数よりも大きくなり、やはり低圧領域ＬＡにおいてもローラ２６がカム面３３上を円滑に転動する。
【００７３】
このように、上記構成とすることにより、ローラ２６とカム面３３（低圧領域ＬＡ）との間の摩擦係数を十分に確保し、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置するときに生じやすいローラ２６とカム面３３との間のすべりを防止できる。よって、すべりに起因したスミアリングや焼き付き等に対する耐久性を向上させることができる。また、カム面３３の表面粗さＲａに分布を持たせて高圧領域ＨＡの表面粗さを選択的に小さくすることで、カム面３３全体の表面粗さを均一に小さくする場合に比べて、過剰な設計を回避でき、油圧機械２０の大型化を防止できるとともに、油圧機械２０の信頼性を向上させることができる。
【００７４】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、潤滑油の油膜を介して対向して配置されるローラ面２７又はカム面３３の少なくとも一方は、等方的である表面粗さ又はカムの回転軸Ｏに沿った方向の異方性を持つ表面粗さを有し、ローラ２６及びカム３２の回転に伴うローラ面２７及びカム面３３の速度は、Λ値が０以上１．０以下となるような条件に設定される。よって、ローラ面２７またはカム面３３の前記少なくとも一方がカム３２の回転方向（カムの回転軸Ｏに直交する方向）に沿った方向の表面粗さを持つ場合に比べてローラ面２７とカム面３３との間の油膜厚さを向上させることができる。このようにローラ面２７とカム面３３との間の油膜厚さを向上させることで、ローラ面２７又はカム面３３の劣化を抑制でき、ローラ２６又はカム３２の長寿命化を図ることができる。
【００７５】
本発明者らの鋭意検討の結果、上述した実施形態に係る油圧機械について、以下のような定性的な知見が得られている。
すなわち、カム面又はローラ面の表面粗さの方向性（異方性又は等方性）の違い及びΛ値の変化のそれぞれに対して、カムとローラとの間の油膜の厚さは、以下（ｉ）〜（ｉｉｉ）のように変化する。
（ｉ）カム面又はローラ面が転がり方向に直交する方向に沿った方向に表面粗さ（直交粗さ）又は等方的な表面粗さ（等方粗さ）を有する場合、Λ値が小さくなるにつれて油膜比率が大きくなる傾向となる。
（ｉｉ）Λ値の大小によらず、カム面又はローラ面が直交粗さ又は等方粗さを有する場合、カム面又はローラ面が転がり方向に沿った方向に表面粗さ（平行粗さ）を有する場合よりも油膜比率が大きくなる。
（ｉｉｉ）カム面又はローラ面が直交粗さ又は等方粗さを有する場合、Λ値が０以上１．０以下の低Λ値の領域において油膜比率が大きくなる傾向が顕著となる。
なお、油膜比率とは、Λ値が同一である条件での、ローラ面及びカム面が鏡面である場合のローラ面とカム面との間の油膜厚さに対する、ある表面粗さ（直交粗さ、平行粗さ又は等方粗さ）を有するローラ面とカム面との間の油膜厚さの比を意味する。
【００７６】
そこで、上記のように得られた定性的な知見について、解析により妥当性を確認した。
表面粗さを考慮する手法として、予め鏡面と粗面の流量関係を統計的に求め、その関係を支配方程式に係数として代入する方法（平均流モデル）を用いて解析を行った。粗さの影響を考慮する支配方程式はレイノルズ方程式で、粗さの効果をΦｘ，Φｙの係数として表す。このΦｘ，Φｙは圧力流量係数と呼ばれ、粗面と鏡面の流量比率を示している。Φｘ，Φｙは解析的に求める事ができ、さらに油膜比率の形に解析結果を整理することもできる。
このような解析によって得られた油膜比率の解析結果を図９に示す。
【００７７】
図９は、上記解析により得られたカム面及びローラ面の表面粗さの方向性（異方性又は等方性）と油膜比率との関係を示すグラフである。
図９のグラフでは、カム面又はローラ面が直交粗さ又は等方粗さを有する場合、Λ値が小さくなるにつれて油膜比率が大きい結果となった。また、Λ値の大小によらず、カム面又はローラ面が直交粗さ又は等方粗さを有する場合に、カム面又はローラ面が平行粗さを有する場合よりも油膜比率が大きい結果となった。また、カム面又はローラ面が直交粗さ又は等方粗さを有する場合、Λ値が０以上１．０以下の低Λ値の領域において油膜比率が顕著に大きくなる結果となった。
すなわち、上述の（ｉ）〜（ｉｉｉ）で説明した特徴が数値解析によっても確認された。本発明はこのようにして確認された知見に基づいてなされたものである。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。例えば、上述した実施形態のうち複数を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１                風力発電装置
２                ブレード
３                ロータ
４                ハブ
５                ハブカバー
６                回転シャフト
８                油圧ポンプ
１０              油圧モータ
１２              高圧ライン
１４              低圧ライン
１６              発電機
１８              ナセル
１９              タワー
２０              油圧機械
２１              シリンダブロック
２１Ｓ            セグメント
２１Ｈ            スリーブ穴
２２              シリンダ
２３              シリンダスリーブ
２４              ピストン
２５              作動室
２６              ローラ
２７              ローラ面
３０              回転シャフト
３２              カム
３３              カム面
３４              ローブ
３６              頂点
３８              底点
４０              低圧弁
４１              第１シート
４２              第１弁体
４４              第１ステム
４６              ソレノイド
４８              第１付勢部材
５０              高圧弁
５１              第２シート
５２              第２弁体
５８              第２付勢部材
６０Ａ，６０Ｂ    静圧パッド
６１Ａ，６１Ｂ    環状溝
６２Ａ，６２Ｂ    連通溝
６３Ａ，６３Ｂ    供給口
６５Ａ，６５Ｂ    ランド
１００            表面粗さ
２４１            作動室形成部
２４２            ローラ保持部
２４３            ピストン受け面
２４５            潤滑油供給路
２４６            内部流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016050565.tif 000007
【図６】
2016050565.tif 000008
【図７】
2016050565.tif 000009
【図８】
2016050565.tif 000010
【図９】
2016050565.tif 000011