(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の軸に連結されかつリング形状のカム面からなるカムリング側摺動面をそなえたカムリングと、他方の軸に連結されかつ複数のプランジャ室を軸方向に形成したロータの前記複数のプランジャ室内に往復移動自在に収納されて前記カムリング側摺動面にリターンスプングの押圧力で圧接するプランジャ側摺動面をそなえた複数のプランジャと、前記ロータに形成されかつ前記プランジャ室に通じる吐出孔と該吐出孔に連通する高圧室を有するとともに前記プランジャの往復移動による吐出油の流動により流動抵抗を発生する流動抵抗発生手段を有するバルブを備え、前記プランジャの頭部に吸入用のワンウエイバルブをまた前記吐出孔内に吐出用のワンウエイバルブをそれぞれ設けていて前記両軸の回転速度差に応じたトルクを伝達する油圧式動力伝達継手において、前記プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方が少なくともクロムを含む機械構造用鋼からなり、表面炭素濃度が１．２〜３．０重量％、表面硬さがＨｖ７７０以上で、摺動部に炭化物が析出している鋼表面に、平均粒径が１０〜２００μｍでビッカース硬さが７５０Ｈｖ以上の微細粒を１００ｍ／ｓ以上の速度で投射した摺動面を有することを特徴とする油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体。
【請求項２】
プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方の微細粒投射前の鋼表面において、炭化物の面積率が２〜４０面積％、炭化物の平均径が３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体。
【請求項３】
プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方の微細粒投射後の表面粗さをＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９−１９９４で制定する中心線平均粗さＲａで０．５５μｍ以下および／またはＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９−１９９４で制定する最大高さＲｙで３．５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載の油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体。
【請求項４】
プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方の摺動面の表面硬さ（表面から０．００５ｍｍ位置の硬さ）がＨｖ８５０以上および／または圧縮残留応力が１０００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の駆動力配分に使用することのできる油圧式動力伝達継手に関し、とくに、油圧式動力伝達継手を構成するプランジャおよびカムリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧式動力伝達継手としては、例えば、トルク伝達装置に関する特開昭６２−２８６８３８号公報，回転差感応型継手に関する特開昭６３−１０１５６７号公報，油圧式動力伝達継手に関する特開平３−４１２３０号公報に開示されているものがある。
【０００３】
このうち、特開平３−４１２３０号公報には、相対回転可能な入出力軸間に設けられ前記両軸の回転速度差に応じた量の流体を流動させる流量発生手段と、前記流体の流動抵抗を発生する流動抵抗発生手段を備え、前記流動抵抗により前記入出力軸間の伝達トルクが制御される動力伝達継手であって、前記入出力軸と一体となる一方の部材に軸方向に往復動する流量発生手段としての複数のプランジャ式ポンプを備えるととともに、他の部材の内側面に前記プランジャの往復運動を規制するカム面を形成し、前記プラジャ先端部と接触するカム面の形状を前記プランジャがカムリングの回転にともなって所定のストローク運動をした時にプランジャによって創成される形状とし、この場合に、プラジャ先端部の形状を、カム面との摺動方向に対しては円弧もしくは楕円形状とし、それと直交する方向に対しては直線形状とした油圧式動力伝達継手が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の油圧式動力伝達継手においては、プランジャとカムリングのそれぞれ摺動面での接触面圧が高いため、従来から使用されている共析浸炭材では常温での硬さあるいは摺動による発熱に伴う軟化抵抗が十分でないことから、母材が軟化することがあり、摩耗やピッチングなどの発生による耐久性や信頼性に問題があった。
【０００５】
【発明の目的】
このような油圧式動力伝達継手におけるプランジャとカムリングのそれぞれ摺動面ではそれらの接触面圧が高いため、従来から使用されている共析浸炭材では常温での硬さあるいは摺動による発熱に伴う軟化抵抗が十分でなく、母材が軟化することがあり、摩耗やピッチングなどの発生による耐久性や信頼性に問題がある。そこで、本発明では、熱処理を通常の共析浸炭から高濃度浸炭とし、基材表面に微細な炭化物を形成するとともに、さらに高濃度浸炭後に微細粒によるショットピーニングを行うことにより、耐摩耗性・耐ピッチング性・耐焼き付き性に優れた油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体は、請求項１に記載しているように、一方の軸に連結されかつリング形状のカム面からなるカムリング側摺動面をそなえたカムリングと、他方の軸に連結されかつ複数のプランジャ室を軸方向に形成したロータの前記複数のプランジャ室内に往復移動自在に収納されて前記カムリング側摺動面にリターンスプングの押圧力で圧接するプランジャ側摺動面をそなえた複数のプランジャと、前記ロータに形成されかつ前記プランジャ室に通じる吐出孔と該吐出孔に連通する高圧室を有するとともに前記プランジャの往復移動による吐出油の流動により流動抵抗を発生する流動抵抗発生手段を有するバルブを備え、前記プランジャの頭部に吸入用のワンウエイバルブをまた前記吐出孔内に吐出用のワンウエイバルブをそれぞれ設けていて前記両軸の回転速度差に応じたトルクを伝達する油圧式動力伝達継手において、前記プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方が少なくともクロムを含む機械構造用鋼からなり、表面炭素濃度が１．２〜３．０重量％、表面硬さがＨｖ７７０以上で、摺動部に炭化物が析出している鋼表面に、平均粒径が１０〜２００μｍでビッカース硬さが７５０Ｈｖ以上の微細粒を１００ｍ／ｓ以上の速度で投射した摺動面を有するものとしたことを特徴としている。
【０００７】
そして、本発明に係わる油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体においては、請求項２に記載しているように、プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方の微細粒投射前の鋼表面において、炭化物の面積率が２〜４０面積％、炭化物の平均径が３μｍ以下であるものとすることができる。
【０００８】
同じく、本発明に係わる油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体においては、請求項３に記載しているように、プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方の微細粒投射後の表面粗さをＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９−１９９４で制定する中心線平均粗さＲａで０．５５μｍ以下および／またはＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９−１９９４で制定する最大高さＲｙで３．５μｍ以下のものとすることができる。
【０００９】
同じく、本発明に係わる油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体においては、請求項４に記載しているように、プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方の摺動面の表面硬さ（表面から０．００５ｍｍ位置の硬さ）がＨｖ８５０以上および／または圧縮残留応力が１０００ＭＰａ以上であるものとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、本発明による油圧式動力伝達継手およびその一部を構成するプランジャ・カムリング摺動体の一実施の形態を示すものであって、この油圧式動力伝達継手１は、一方の軸２に連結されかつリング形状のカム面からなるカムリング側摺動面３Ｓをそなえたカムリング３と、他方の軸４に連結されかつ複数のプランジャ室５を軸方向に形成したロータ６の前記複数のプランジャ室５内に往復移動自在に収納されて前記カムリング側摺動面３Ｓにリターンスプング７の押圧力で圧接するプランジャ側摺動面８Ｓをそなえた複数のプランジャ８と、前記ロータ６に形成されかつ前記プランジャ室５に通じる吐出孔９と該吐出孔９に連通する高圧室１０を有するとともに前記プランジャ８の往復移動による吐出油の流動により流動抵抗を発生する流動抵抗発生手段を有するバルブ１１，１２を備え、前記プランジャ８の頭部に吸入用のワンウエイバルブ１１をまた前記吐出孔９内に吐出用のワンウエイバルブ１２をそれぞれ設けていて前記両軸２，４の回転速度差に応じたトルクを伝達する構造を有し、前記プランジャ８およびカムリング３のうちいずれか一方あるいは両方が少なくともクロムを含む機械構造用鋼からなり、表面炭素濃度が１．２〜３．０重量％、表面硬さがＨｖ７７０以上で、摺動部に炭化物が析出している鋼表面に、平均粒径が１０〜２００μｍでビッカース硬さが７５０Ｈｖ以上の微細粒を１００ｍ／ｓ以上の速度で投射したプランジャ側摺動面８Ｓおよび／またはカムリング側摺動面３Ｓを有するものとしている。
【００１１】
このように、本発明では、摺動部に炭化物が析出している鋼表面に、微細粒を高速で投射するショットピーニングが施されたものとすることにより、摺動特性に優れた摩耗量が少ないプランジャ側摺動面８Ｓおよび／またはカムリング側摺動面３Ｓが形成されたものとしているが、場合によってはこのようなショットピーニング無しであっても摺動面に炭化物が析出しているものとすることにより鋼表面の硬さが十分高いものとなり、それ自体でも比較的良好な摺動特性を示すものとなる。
【００１２】
そして、上記したように、少なくとも摺動部表面に炭化物が析出していて、摺動部表面において、Ｃ量が１．２〜３．０重量％となっているものとする。
【００１３】
すなわち、摺動部表面のＣ量が１．２重量％未満では炭化物量が不足し、Ｈｖ７７０以上の表面硬さを確保するのが困難となるので、１．２重量％以上であるようにするのがよく、３．０重量％を超えると炭化物量が過剰となり、かえって衝撃強度や曲げ疲労強度が低下することとなるので、摺動部表面のＣ量は１．２〜３．０重量％であるようにする。
【００１４】
また、このような炭化物が析出している鋼表面に、微細粒を高速で投射するショットピーニングを施すことにより、表面に圧縮の残留応力が付与され、また、硬度が上昇することにより、耐摩耗性および耐ピッチング性が著しく向上する。さらにまた、摺動面の表面微細形状においてランダムな凹凸が多数形成されているものとなるため、油膜形成能力が向上することとなり、これにより凝着に由来する摩耗が防止されることとなる。
【００１５】
そしてこの場合に、投射エネルギが十分でかつ表面粗度を悪化させないために、ショットピーニングの際に用いる微細粒としては、硬さがＨｖ７５０以上で、平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲のものが適当であり、微細粒の投射速度は１００ｍ／ｓ以上とするのが良い。
【００１６】
また、ショットピーニング前は、プランジャ８およびカムリング３のうちいずれか一方あるいは両方の微細粒投射前の鋼表面において、炭化物の面積率が２〜４０面積％、炭化物の平均径が３μｍ以下となっているものとするのが望ましい。すなわち、摺動部表面における炭化物の面積率が２面積％よりも少ない場合には、Ｈｖ７７０以上の表面硬さを確保するのが困難となる傾向となるので好ましくなく、また、炭化物の面積率が４０面積％よりも多かったり、炭化物の平均径が３μｍよりも大きかったりした場合には、靭性が劣化する傾向となるので好ましくなく、このようなことから、摺動部表面における炭化物の面積率が２〜４０面積％、炭化物の平均径が３μｍ以下であるものとするのが好ましい。
【００１７】
さらにまた、プランジャ８およびカムリング３のうちいずれか一方あるいは両方のショットピーニングによる微細粒投射後の摺動面の表面粗さをＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４で制定する中心線平均粗さＲａで、０．５５μｍ以下とすることが望ましく、このようになすことによって摺動面の摩耗が著しく少ないものとなる。
【００１８】
また、プランジャ８およびカムリング３のうちいずれか一方あるいは両方のショットピーニングによる微細粒投射後の摺動面の表面粗さをＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４で制定する最大高さＲｙで３．５μｍ以下とすることが望ましく、このようになすことによって表面粗さが過大となった場合の摩耗深さの増大が防止されることになると共に耐焼き付き性や耐ピッチング性がさらに向上したものとなる。
【００１９】
さらにまた、プランジャ８およびカムリング３のうちいずれか一方あるいは両方の摺動面の表面硬さ（表面から深さ０．００５ｍｍ位置の硬さ）がＨｖ８５０以上および／または圧縮残留応力が１０００ＭＰａ以上であるものとすることにより、摺動面の摩耗量が少なく、また、微少な亀裂が表面に生成したとしても圧縮残留応力値が大きいため亀裂の進展が抑制され、耐ピッチング性に著しく優れたものとなる。
【００２０】
このようなプランジャ８およびカムリング３の素材としては、少なくともクロムを含む機械構造用鋼が用いられ、例えば、ＪＩＳ  Ｇ４１０２〜ＪＩＳ  Ｇ４１０６−１９７９で制定するＳＮＣ，ＳＮＣＭ，ＳＣｒ，ＳＣＭ，ＳＭｎＣ等が用いられ、さらには適宜の合金元素を添加したものが用いられる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体では、請求項１に記載しているように、一方の軸に連結されかつリング形状のカム面からなるカムリング側摺動面をそなえたカムリングと、他方の軸に連結されかつ複数のプランジャ室を軸方向に形成したロータの前記複数のプランジャ室内に往復移動自在に収納されて前記カムリング側摺動面にリターンスプングの押圧力で圧接するプランジャ側摺動面をそなえた複数のプランジャと、前記ロータに形成されかつ前記プランジャ室に通じる吐出孔と該吐出孔に連通する高圧室を有するとともに前記プランジャの往復移動による吐出油の流動により流動抵抗を発生する流動抵抗発生手段を有するバルブを備え、前記プランジャの頭部に吸入用のワンウエイバルブをまた前記吐出孔内に吐出用のワンウエイバルブをそれぞれ設けていて前記両軸の回転速度差に応じたトルクを伝達する油圧式動力伝達継手において、前記プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方が少なくともクロムを含む機械構造用鋼からなり、表面炭素濃度が１．２〜３．０重量％、表面硬さがＨｖ７７０以上で、摺動部に炭化物が析出している鋼表面に、平均粒径が１０〜２００μｍでビッカース硬さが７５０Ｈｖ以上の微細粒を１００ｍ／ｓ以上の速度で投射した摺動面を有するものとしたから、油圧式動力伝達継手のプランジャやカムリングの摺動面における耐摩耗性および耐ピッチング性ならびに耐焼き付き性をより一層向上したものにすることが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００２２】
そして、請求項２に記載しているように、プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方の微細粒投射前の鋼表面において、炭化物の面積率が２〜４０面積％、炭化物の平均径が３μｍ以下であるものとすることによって、摺動部表面における所要の硬さが確保され、耐摩耗性，耐ピッチング性，耐焼き付き性に優れていると共に靭性にも優れた油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体を提供することが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００２３】
そしてまた、請求項３に記載しているように、プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方の微細粒投射後の表面粗さをＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９−１９９４で制定する中心線平均粗さＲａで０．５５μｍ以下および／またはＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９−１９９４で制定する最大高さＲｙで３．５μｍ以下のものとすることによって、摺動面の摩耗が著しく少ない耐焼き付き性や耐ピッチング性に優れた油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体を提供することが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００２４】
さらにまた、請求項４に記載しているように、プランジャおよびカムリングのうちいずれか一方あるいは両方の摺動面の表面硬さ（表面から０．００５ｍｍ位置の硬さ）がＨｖ８５０以上および／または圧縮残留応力が１０００ＭＰａ以上であるものとすることによって、摺動面の摩耗量が少なくかつまた微少な亀裂が表面に生成したとしても圧縮残留応力値が大きいため亀裂の進展が抑制されて耐ピッチング性が著しく向上した油圧式動力伝達継手のプランジャ・カムリング摺動体を提供することが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限定されないことはいうまでもない。
【００２６】
図１ないし図３に示した油圧式動力伝達装置１を構成するカムリング３のカムリング側摺動面３Ｓおよびプランジャ８のプランジャ側摺動面８Ｓの耐ピッチング性、耐摩耗性および曲げ疲労強度を評価するために、ローラピッチング試験および回転曲げ疲労試験を行った。
【００２７】
このうち、ローラピッチング試験は、外径φ２６ｍｍの小ローラとクラウニング半径Ｒ１５０ｍｍをもつ外径φ１３０ｍｍの大ローラとが転がりすべり運動を行う２円筒型試験機を用い、面圧：３ＧＰａ、すべり率：−６０％、油度：９０℃のもと、合成油（動粘度：９０ｃＳｔ＠４０℃）を用いて行った。そして、ローラピッチング用小ローラおよび回転曲げ試験片には以下の熱処理を施した。なお、ローラピッチング用大ローラにはＳＣＭ４３５Ｈに浸炭焼入れ焼戻し処理を施し、その後研削仕上げを行ったものを用いた。
【００２８】
熱処理は、（１）有効硬化層深さＥＣＤが１．１ｍｍとなるように１０３０℃の高温浸炭と球状化炭化物析出処理を行い、油焼入れした後、１７０℃×９０分の焼戻しを行った高濃度浸炭（表１の実施例２〜４，比較例３〜６）と、（２）９５０℃にして浸炭・拡散後、８４０℃に保持して油焼入れを行ったあと、１７０℃×６０分の焼戻しを行ったガス共析浸炭（表１の比較例１，２）の２種類である。
【００２９】
そして、表１の比較例２〜４に関してはそのまま供試し、実施例２〜４および比較例１，５に関してはこの後に平均粒径：５０μｍ、ビッカース硬さ：Ｈｖ８３０のスチールビーズからなる微細粒投射材をエアー圧力：０．５ＭＰａ（投射速度：１５０ｍ／ｓ）で試料表面に６０ｓｅｃ投射した。また、比較例６のショットピーニング条件は、平均粒径：０．５ｍｍ、ビッカース硬さ：Ｈｖ８３０のスチールビーズからなる投射材をエアー圧力：０．５ＭＰａ（投射速度：８０ｍ／ｓ）で試料表面に６０ｓｅｃ投射した。そして、各供試片につき、硬さ、残留応力、炭化物面積率および平均粒径、面粗度、表面炭素濃度の測定をそれぞれ行った。
【００３０】
このうち、硬さは、マイクロビッカース硬度計を用い、荷重３００ｇで測定した。また、表面残留応力は、微小部Ｘ線応力測定装置（理学電機製）を用いて測定した。さらに、炭化物面積率および平均粒径は、試料を切断した後、バフ研磨し、５％ピクリン酸水溶液にて腐食した後、１００００倍で走査型エレクトロンマイクロスコープ（ＳＥＭ）観察し、画像解析によりそれぞれ算出した。さらにまた、面粗度は、触針式の粗さ計を用いてＧａｕｓｓｉａｎ  Ｆｉｌｔｅｒ、カットオフ０．２５、測定長さ２ｍｍとして測定した。さらにまた、表面炭素濃度は、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）および発光分光分析法により定量化した。
【００３１】
表１は、実施例２〜４および比較例１〜６の材料の内質調査結果とピッチング試験ならびに回転曲げ疲労試験の結果である。
【００３２】
【表１】
0003761134.tif 000002
【００３３】
表１より明らかなように、実施例２〜４のいずれも、ピッチングの発生は見られず、また、摩耗量も２μｍ以下と小さいものであった。さらにまた、曲げ疲労強度（１０７強度）も１０００ＭＰａ以上と極めて高いものとなり、耐ピッチング性、耐摩耗性および疲労強度とも極めて向上したものとなっていることがわかった。
【００３４】
これに対し、比較例１では、ガス共析浸炭としたため、微細粒を用いたショットピーニング前の鋼表面に炭化物の析出は見られず、ピッチング寿命、摩耗量、回転曲げ疲労強度（１０7強度）とも実施例に比較して劣る結果となった。
【００３５】
また、比較例２では、微細粒を用いたショットピーニングを行わなかったために、ピッチング寿命は更に低下し、また、摩耗量は増大し、回転曲げ疲労強度（１０7強度）も低い値を示した。
【００３６】
さらに、比較例３では、ショットピーニングを行っていないため、摺動面の表面硬さおよび圧縮残留応力が本発明実施例によるものに比べて低いため、耐ピッチング性、耐摩耗性および曲げ疲労強度ともに劣る結果となった。
【００３７】
さらにまた、比較例４では、比較例３と同様にショットピーニングを行っていないが、表面炭素濃度および炭化物面積率が多いためピッチング寿命は向上したものとなっていた。しかし、摩耗量が多く、また、曲げ疲労強度は低い値となった。
【００３８】
さらにまた、比較例５では、ショットピーニング前の鋼表面の炭素濃度および炭化物面積率が本発明実施例に比べて多いため、耐ピッチング性および耐摩耗性には優れているものの、曲げ疲労強度が悪化する結果となった。
【００３９】
さらにまた、比較例６では、ショットピーニングの条件が適切でないため、本発明実施例に比べて、摺動面の表面粗さが大きいことからスコーリングを発生し、耐摩耗性も劣る結果となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧式動力伝達継手の構造例を示す断面説明図である。
【図２】図１に示す油圧式動力伝達継手を構成するカムリングの斜面説明図である。
【図３】図１に示す油圧式動力伝達継手を構成するプランジャの斜面説明図（図３の（Ａ）），正面説明図（図３の（Ｂ））および側面説明図（図３の（Ｃ））である。
【符号の説明】
１  油圧式動力伝達継手
２  一方の軸
３  カムリング
３Ｓ  カムリング側摺動面
４  他方の軸
５  プランジャ室
６  ロータ
７  リターンスプリング
８  プランジャ
８Ｓ  プランジャ側摺動面
９  吐出孔
１０  高圧室
１１  吸入用のワンウエイバルブ
１２  吐出用のワンウエイバルブ
【図１】
0003761134.tif 000003
【図２】
0003761134.tif 000004
【図３】
0003761134.tif 000005