JP2000320670A

JP2000320670A - ピストンの表面処理方法

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Publication number: JP2000320670A
Application number: JP11129479A
Authority: JP
Inventors: Keizo Mizuno; 啓三水野; Katsuhiro Kitago; 克弘北郷
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2000-11-24
Anticipated expiration: 2019-05-11
Also published as: JP3914657B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加工工数や、費用をかけずに、ピストンとボア
間の滑り性を向上させることができるピストンの表面処
理方法を提供すること。【解決手段】ポンプまたはモータなどのピストン８の摺
動面に、表面硬化処理をして硬化処理層６を形成すると
ともに、この硬化処理層６を研磨処理して平滑にし、そ
の平滑にした硬化処理層６の表面にＤＬＣ（ダイヤモン
ドライクカーボン）をコーティングして、ＤＬＣ層７を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ピストンポンプ
やピストンモータの、ピストンの表面処理方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、斜板ピストンポンプの摺動部分
を示したものである。この斜板ピストンポンプは、シリ
ンダブロック１に形成したボア内をピストン２が、往復
することによって、圧油を供給するものである。上記ピ
ストン２は、筒状で、一方の端部内側に、凹球面２ａを
形成し、ここにシュー４の球状部４ａをはめ込んでい
る。このシュー４は、斜板５により、ピストン２に押し
つけられている。このとき、上記凹球面２ａの先端をか
しめ、球状部４ａがはずれないようにしている。また、
シリンダブロック１は、図示しない駆動源により、回転
軸ｘを中心にして、回転するように構成されている。こ
の回転軸ｘは、上記ピストン２の軸心からずれている。

【０００３】一方、斜板５は、図９に示すように、上記
ピストン２の軸心に対して、直交していない。そのた
め、シリンダブロック１と斜板５とが、軸ｘを中心にし
て相対回転すると、斜板５の、シュー４を押す部分の、
軸方向位置が変化する。このような斜板５の移動にとも
なって、ピストン２がボア内を往復する。このとき、シ
ュー４の球状部４ａは、ピストン２の凹球面２ａ内で摺
動する。また、斜板ピストンポンプにおいては、ピスト
ン２の軸心と、斜板５とが直交していないため、斜板５
からシュー４を介してピストン２へ作用する力の方向
は、ピストン２が往復する方向とは異なる。すなわち、
往復運動する際、ピストン２には、曲げ応力が作用す
る。この曲げ応力により、ピストン２が疲労破壊しない
ようにするために、ピストン２の表面には軟窒化処理や
窒化処理、あるいは、焼き入れなどの表面硬化処理を施
している。このように、ピストン２の表面に、硬化処理
を行うことで、ピストン２は、曲げに対する強度が向上
する。

【０００４】さらに、上記のような往復運動により、ピ
ストン２の外周面と、ボア内周面とが、焼き付いたり、
摩耗したりしないように、シリンダブロック１側には、
銅合金製のブッシュ３を圧入している。このように、ブ
ッシュ３を設けることにより、ピストン２とボア間の滑
り性が良くなる。滑り性が良くなると、耐焼き付き性
や、耐摩耗性が向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、シリン
ダブロック１のボアにブッシュ３を圧入して、シリンダ
２の外周面とボアとの間の滑り性を向上させるために
は、各部品の正確な寸法管理が必要である。ボアや、ブ
ッシュ３の寸法を正確に管理することはもちろん、圧入
により、ブッシュ３が変形して、各部品の寸法関係が狂
わないように、ブッシュ３の圧入工程にも、細心の注意
が必要である。すなわち、滑り性向上のために、ブッシ
ュ３を用いる方法では、部品数が多くなるとともに、加
工に手間がかかるため、費用がかかるという問題があっ
た。この発明の目的は、加工工数や、費用をかけずに、
ピストンとボア間の滑り性を向上させることができるピ
ストンの表面処理方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ポンプま
たはモータなどのピストンの摺動面に、表面硬化処理を
して硬化処理層を形成するとともに、この硬化処理層を
研磨処理して平滑にし、その平滑にした硬化処理層の表
面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）をコーティ
ングする点に特徴を有する。第２の発明は、斜板に当接
したシューの球状部をはめ込むための凹球面を備えたピ
ストンの外周面に、上記凹球面側端部のかしめ加工部を
残して、表面硬化処理をして硬化処理層を形成するとと
もに、この硬化処理層を研磨して平滑にしてから、ピス
トンの外周面および凹球面上にＤＬＣ（ダイヤモンドラ
イクカーボン）をコーティングすることを特徴とする点
に特徴を有する。

【０００７】第３の発明は、上記第１、第２の発明を前
提とし、表面硬化処理が、窒化または軟窒化処理である
とともに、研磨によって、硬化処理層の化合物層と拡散
層のうち化合物層を除去する点に特徴を有する。第４の
発明は、上記第１、第２の発明を前提とし、表面硬化処
理が、焼き入れ処理である点に特徴を有する。第５の発
明は、ポンプまたはモータなどのピストンの摺動面に、
ＳｉＣ（炭化ケイ素）をコーティングしてＳｉＣ層を形
成するとともに、このＳｉＣ層の表面にＤＬＣ（ダイヤ
モンドライクカーボン）をコーティングする点に特徴を
有する。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１、図２に示す第１実施例は、
この発明のピストンの表面処理方法を用いた斜板ピスト
ンポンプの例である。図１に示すピストン８が、球状部
８ａを備えた形状が、従来例のものと異なる。また、こ
のピストン８は、外表面に、表面処理を施し、硬化処理
層６と、ＤＬＣ層７とを備えている。上記表面処理は、
以下の手順で行う。まず、鉄製のピストン８の表面硬化
処理として、軟窒化処理を施し、硬化処理層を形成す
る。上記軟窒化処理によって形成した、硬化処理層は、
化合物層と、その下の拡散層からなる。上記硬化処理層
を形成したら、この表面を研磨処理して、化合物層を除
去するとともに、表面を平滑化する。このようにして、
化合物層を除いた層が、硬化処理層６である。

【０００９】次に、ピストン８の表面にＤＬＣコーティ
ングを施し、ＤＬＣ層７を形成する。ＤＬＣ層７を形成
することにより、ピストン８の外表面は、摩擦係数が小
さくなり、滑り性が向上する。このようにして図１に示
すピストン８を形成する。そして、このピストン８の球
状部８ａを、シュー９の凹球面９ａにはめ込んで、斜板
ピストンポンプを組み立てる。上記斜板ピストンポンプ
は、上記従来例と同様に、斜板５とシリンダブロック１
との相対回転によって、ピストン８が往復運動する仕組
みになっている。

【００１０】この第１実施例のピストン８は、外周面に
ＤＬＣ層７を備えているので、シリンダブロック１のボ
ア内周面との間の滑り性が良い。したがって、図９に示
す従来例のように、ブッシュ３を設けなくても、充分な
滑り性を得られ、焼き付く心配がない。また、ピストン
８の外周に、硬化処理層を形成してから、研磨処理をし
ているので、ＤＬＣ層７の表面が、平滑になり、さらに
滑り性が向上する。なお、軟窒化処理を行った後に、化
合物層を除去する理由は、ＤＬＣ層７を形成する際に、
化合物層があると、化合物層の中の窒素がＤＬＣ層７の
健全な形成を阻害してしまうからである。ＤＬＣ層７の
形成が、健全に行われなければ、ＤＬＣ層７がピストン
８の表面から剥離しやすくなる。ＤＬＣ層７が剥がれれ
ば、滑り性が悪くなる。そして、上記研磨処理において
除去すべき化合物層の厚みは、軟窒化処理サンプルを測
定して、予め求めておき、研磨工程で、その分だけ取り
除くようにする。

【００１１】また、ＤＬＣコーティングを施す前に、研
磨処理によって表面を平滑化することにより、更に、Ｄ
ＬＣ層７を剥離しにくくする効果も得られる。上記のよ
うに、ピストン表面を平滑化することで、ＤＬＣ層７
が、剥離しにくくなる理由を以下に示す。ＤＬＣコーテ
ィングは、ＤＬＣの均一な層を簡単に形成できる方法で
あるが、全体に、均一な厚みでＤＬＣをコーティングす
るため、下地に凹凸があるとその凹凸が、ＤＬＣ層７の
表面に現れてしまう。つまり、コーティング前の摺動面
に突起があれば、ＤＬＣコーティングをしても、そこが
突起となる。そして、ピストン８が往復運動すると、上
記突起の部分に応力が集中して、ＤＬＣが剥がれてしま
うことになる。特に、ピストン８の外周の摺動面には、
大きな摩擦力が作用するので、表面が平滑でないと、Ｄ
ＬＣ層７が剥がれ易くなる。

【００１２】そこで、ＤＬＣコーティングをおこなう前
に、下地処理として、平滑化処理をおこなうことが有効
である。ＤＬＣ層７の下地としては、平滑なほど良い。
ＤＬＣ層７の滑り性や、耐剥離性の観点からは、下地面
の表面粗さは、Ｒａ０．１μｍ以下にすることが好まし
い。特に、斜板ピストンポンプの場合には、図２に示す
ように、ピストン８をボアの軸心に対して傾ける力が作
用する。この場合、ピストン８とシリンダブロック１の
ボアとの接点に、応力が集中することになるが、表面処
理を施したピストン８は、ＤＬＣ層７表面の滑り性が良
いために、接点部分でも、焼き付いたり、摩耗したりし
にくい。

【００１３】また、この第１実施例では、軟窒化処理に
よって、表面を硬化させているので、薄いＤＬＣ層７
を、硬化処理層６が支えることで、ピストン８の疲労強
度を向上させることができる。そのため、斜板５から曲
げ応力が作用しても、ピストン８が疲労破壊しにくい。
更に、薄いＤＬＣ層７が、過度に変形して、割れたり、
剥離したりすることがない。なお、表面硬化処理として
は、軟窒化処理に限らず、窒化処理や、焼き入れ処理な
ど、表面を硬化できるものならは、どのような方法を用
いてもかまわない。ただし、窒化処理の場合には、軟窒
化処理と同様に、研磨処理で、化合物層を除去する必要
がある。また、焼き入れ処理としては、高周波焼き入
れ、レーザー焼き入れ、浸炭焼き入れなどを利用でき
る。

【００１４】図３〜図５に示す第２実施例は、図９に示
す従来例と同じタイプのピストン１０に表面処理を施し
た例である。図３に示すピストン１０は、図９のピスト
ン２と同じ形状をしているが、表面処理を施し、焼き入
れ層１１とＤＬＣ層７とを備えている点が、従来例と異
なる。この焼き入れ層１１が、この発明の硬化処理層で
ある。そして、上記焼き入れ層１１は、通常の焼き入れ
処理によって形成され、ＤＬＣ層７は、上記第１実施例
と同様にして形成する。ただし、この第２実施例では、
図４に示すように、焼き入れ処理を行う際に、ピストン
１０の外表面のうち、凹球面１０ａ側の端部に、かしめ
加工部１０ｂを残して焼き入れ層１１を形成する。上記
かしめ加工部１０ｂは、ポンプ組み立て時に、かしめ処
理を行う部分なので、焼き入れ処理により、硬化させる
ことができない部分である。

【００１５】また、第１実施例と同様に、焼き入れ層１
１を形成後、ＤＬＣ層７を形成する前に、下地表面の研
磨処理をおこなう。この研磨処理によって、ＤＬＣ層７
の下地を、Ｒａ０．１μｍ以下の表面粗さにする。そし
て、外周面と、凹球面１０ａと、この凹球面１０ａ側の
端部とに、ＤＬＣコーティングを施し、ＤＬＣ層７を形
成する。このようにして、図３に示すピストン１０を形
成したら、図５に示すように、ピストン１０の凹球面１
０ａに、シュー４の球状部４ａをはめる。なお、ピスト
ン１０の上記焼き入れ層１１は、凹球面１０ａ側のかし
め加工部１０ｂを残して形成されているので、このかし
め加工部１０ｂをかしめて、シュー４の球状部４ａが、
ピストン１０の凹球面１０ａから、はずれないようにす
ることができる。このように、球状部４ａが上記凹球面
１０ａからはずれないようにして、ポンプを組み立て
る。

【００１６】上記ピストン１０も、第１実施例と同様
に、研磨処理をした表面に、ＤＬＣ層７を形成している
ので、シリンダブロック１に形成したボアとの間の滑り
性が良く、焼き付きや、摩耗の心配がない。また、この
第２実施例のピストン１０も、焼き入れ層１１によっ
て、疲労強度を向上させることができる。したがって、
曲げ応力による疲労破壊も防止できる。

【００１７】上記第１、第２実施例のように、ピストン
の表面処理を行うことで、シリンダブロック１は、通
常、球状黒鉛鋳鉄を素材として製造されているが、ブッ
シュを設けるなどの加工をせずに用いることができる。
上記と同様の表面処理を、シリンダブロック１側に施す
ことも考えられるが、ボア内を処理するより、ピストン
の外表面を処理する方が圧倒的に簡単である。特に、シ
リンダブロック１のボア内にＤＬＣのコーティング処理
を施す場合には、特別なコーティング装置が必要にな
る。そのため、加工コストも高くなってしまうし、安定
したコーティングもむずかしい。

【００１８】なお、上記第１、第２実施例のＤＬＣ層７
の厚みは、滑り性や耐剥離性を考えると、１〜１０μｍ
程度が望ましい。また、硬化処理層の硬度は、疲労強度
や表面粗さの確保の点から、ＨＲＣ（ロックウエル硬
度）＝５０以上が好ましい。また、上記第２実施例のタ
イプのピストンにも、軟窒化や窒化処理によって、硬化
処理層を形成することもできる。ただし、この場合に
は、マスキングによって、かしめ加工部を残して表面硬
化処理をしなければならい。これに対し、第１実施例の
タイプのピストンでは、かしめ加工部がいらないので、
全表面に硬化処理層を形成することができる。そのた
め、部分焼き入れや、マスキングの手間を省くことがで
きる。また、表面硬化処理が焼き入れ処理の場合には、
化合物層を除去する必要が無いので、軟窒化・窒化処理
と比べて、研磨作業が簡単である。

【００１９】なお、図６に、図７に示すような種々のサ
ンプルの、焼き付き限界荷重を示している。これらサン
プル１〜５のうち、焼き付き限界荷重の点から、実際
に、使用できるのは、サンプル１、２、４である。上記
サンプル１は、ピストン側に軟窒化処理を行い、シリン
ダブロックにブッシュを圧入した、従来例のサンプルで
ある。サンプル２は、ピストンの軟窒化処理後、化合物
層を除去するとともに、表面をＲａ０．１まで平滑にし
たサンプルで、実施例１に相当する。ブッシュを用いな
くても、サンプル１と同等の焼き付き限界荷重である。
サンプル３は、ＤＬＣ層の下地の平滑度は充分である
が、軟窒化処理の化合物層を除去していないために、Ｄ
ＬＣ層が剥離してしまう。そのため、焼き付き限界荷重
が低く、使用に耐えない。

【００２０】また、サンプル４は、ピストンに焼き入れ
処理を行い、焼き入れ層をＲａ０．１まで平滑化してか
ら、ＤＬＣ層を形成した実施例２のタイプで、焼き付き
限界荷重が大きい。サンプル５は、ＤＬＣ層の下地とな
る焼き入れ層の表面粗さが粗く、Ｒａ０．２であるサン
プルで、焼き付き限界荷重が低くなっている。

【００２１】図８に示す第３実施例のピストン８は、表
面処理によって、表面にＳｉＣ層１２と、ＤＬＣ層７と
を設けている点が第１実施例のものと異なる。上記表面
処理として、まず、鉄製のピストン表面に、ＳｉＣをコ
ーティングして、ＳｉＣ層１２を形成する。次に、Ｓｉ
Ｃ層１２上に、ＤＬＣコーティングを施し、ＤＬＣ層７
を形成する。上記ＳｉＣ層１２は、表面が滑面なので、
他の実施例のように、研磨処理を行わなくても、その上
にコーティングするＤＬＣ層７の下地として十分な平滑
性を備えている。したがって、ポンプまたはモータとし
て使用する場合に、ＤＬＣ層７が剥離してしまうような
ことがなく、耐焼き付き性を満足する。また、ＳｉＣは
硬度が高いので、ＳｉＣ層１２によって、ピストン表面
は硬化される。これにより、ピストン８の疲労強度を高
くできる。

【００２２】

【発明の効果】この発明によれば、ピストンとシリンダ
ブロック間の滑り性を向上できる。したがって、摺動面
の、耐焼き付き性や、耐摩耗性が向上する。また、ピス
トンの疲労強度を高くできるので、ピストンに曲げ応力
が作用しても、疲労破壊しにくい。しかも、シリンダブ
ロック側に手間のかかる処理をせずに、ピストン側の表
面処理だけで足りるので、加工工数や、コストを抑える
こともできる。特に、第２の発明では、凹球面側のかし
め加工部に、硬化処理層を形成しないので、表面処理後
のピストンをかしめて、凹球面からシューの球状部がは
ずれないように加工することができる。

【００２３】また、第３の発明によれば、窒化処理また
は軟窒化処理によって表面硬化したピストンにも、剥離
しにくいＤＬＣ層を形成することができる。さらに、第
４の発明によれば、研磨処理によって、化合物層を除去
する必要が無いので、表面を平滑に仕上げることが容易
である。第５の発明によれば、ＳｉＣ層を形成すること
によって、特に、研磨などの平滑化処理を施さなくて
も、ＤＬＣ層の下地を平滑にすることができる。したが
って、剥離しにくいＤＬＣ層を形成し、耐焼き付き性や
耐摩耗性が向上する。また、ＳｉＣ層によってピストン
表面の硬度を高くし、ピストンの疲労強度を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のピストンの断面図である。

【図２】第１実施例のピストンを組み込んだ斜板ピスト
ンポンプの部分図である。

【図３】第２実施例のピストンの断面図である。

【図４】第２実施例の、ピストンの表面処理過程の断面
図である。

【図５】第２実施例のピストンを組み込んだ斜板ピスト
ンポンプの部分図である。

【図６】ピストンの表面処理と焼き付き限界加重との関
係を示したグラフである。

【図７】図６のサンプル内容を示した表である。

【図８】第３実施例のピストンの断面図である。

【図９】従来例の斜板ピストンポンプの摺動部分の説明
図である。

【符号の説明】

４シュー４ａ球状部６硬化処理層７ＤＬＣ層８、１０ピストン１０ａ凹球面１０ｂかしめ加工部１１焼き入れ層１２ＳｉＣ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H071 AA03 BB01 BB12 CC01 CC26 CC31 CC44 DD01 EE02 EE12 3J044 AA18 BA04 BB35 BB39 CA40 DA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプまたはモータなどのピストンの摺
動面に、表面硬化処理をして硬化処理層を形成するとと
もに、この硬化処理層を研磨処理して平滑にし、その平
滑にした硬化処理層の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライ
クカーボン）をコーティングすることを特徴とするピス
トンの表面処理方法。
【請求項２】斜板に当接したシューの球状部をはめ込
むための凹球面を備えたピストン外周面に、上記凹球面
側端部のかしめ加工部を残して、表面硬化処理をして硬
化処理層を形成するとともに、この硬化処理層を研磨し
て平滑にしてから、ピストンの外周面および凹球面上に
ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）をコーティング
することを特徴とするピストンの表面処理方法。
【請求項３】表面硬化処理が、窒化または軟窒化処理
であるとともに、研磨によって、硬化処理層の化合物層
と拡散層のうち化合物層を除去することを特徴とする請
求項１または２に記載のピストンの表面処理方法。
【請求項４】表面硬化処理が、焼き入れ処理であるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のピストンの表
面処理方法。
【請求項５】ポンプまたはモータなどのピストンの摺
動面に、ＳｉＣ（炭化ケイ素）をコーティングしてＳｉ
Ｃ層を形成するとともに、このＳｉＣ層の表面にＤＬＣ
（ダイヤモンドライクカーボン）をコーティングするこ
とを特徴とするピストンの表面処理方法。