JP2000283060A

JP2000283060A - ギアロータ、ギアロータセットおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2000283060A
Application number: JP11091362A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Kondo; 勝義近藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた経済性のもとで創製することのできる
アルミニウム粉末合金製のギアロータセットとその製造
方法とを提供する。【解決手段】圧粉成形されたアルミニウム粉末からな
るギアロータ成形体を焼結することにより、ギアロータ
焼結体を形成する焼結工程と、このギアロータ焼結体を
ギアロータの形状を有する金型に挿入し加圧固化してギ
アロータを焼成する温間圧縮工程と、そのギアロータを
金型から取出す離型工程とを備えている。温間圧縮工程
では、金型の内壁面に所定のカルボン酸を含む水溶液を
塗布した後に、ギアロータ焼結体をその金型に挿入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はギアロータ、ギアロ
ータセットおよびその製造方法に関し、特に、エンジン
潤滑用、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）用
または燃料供給用などのオイルポンプに用いられる内接
ギアタイプのアルミニウム粉末合金からなるギアロー
タ、ギアロータセットおよびその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
よりエンジンやＡＴに用いられているオイルポンプのオ
イルポンプケースには鋳鉄が適用され、また、ギアロー
タセットには鉄系焼結体が適用されている。近年、軽量
化の観点から、アルミニウム合金の適用が検討されてい
る。その際に、オイルポンプの心臓部でもある鉄系ギア
ロータセットについてもアルミニウムの適用が要求され
ている。

【０００３】オイルポンプ内には、１５０℃を超える潤
滑油が循環するため、オイルポンプ全体の温度が上昇す
る。その結果、ポンプケースとギアロータセットとの材
料の違いによる熱膨張率の差が大きい場合には、両者の
クリアランスが増加し、オイルポンプの容積効率が低下
する問題が生じる。したがって、ポンプケースにアルミ
ニウム合金を適用する場合には、熱膨張率を同じにする
といった観点から、ギアロータセットについてもアルミ
ニウム合金を適用する必要がある。

【０００４】これまで、歯型形状部がトロコイド曲線、
インボリュート曲線、ハイポサイクロイド曲線のいずれ
かを基調としたインナーロータおよびアウターロータか
らなる内接ギアタイプのギアロータセットについて、ア
ルミニウム合金の適用を図るために、いくつかの焼結ア
ルミニウム合金およびその製造方法が提案されている。

【０００５】たとえば、代表的なものとして第１の従来
技術（特開昭６０−１２８９８３号公報）、第２の従来
技術（特開平２−１６９８８１号公報）、第３の従来技
術（特開平４−９９２０４号公報）、第４の従来の技術
（特開平６−１７９９３号公報）および第５の従来技術
（特開平１１−２１８９号公報）などがある。

【０００６】しかしながら、上述した第１〜第５の従来
技術により創製したアルミニウム合金製のギアロータセ
ットにおいては、それぞれ次のような課題がある。

【０００７】まず第１の従来技術においては、ギアロー
タセットの全体、すなわちインナーロータおよびアウタ
ーロータの両者を、焼結アルミニウム合金で創製する方
法を提案している。なお、ここで示す焼結アルミニウム
合金とは、所定の組成を有するアルミニウム合金粉末を
型押・成形した後に加熱・焼結を施したもの、あるい
は、必要に応じてその焼結アルミニウム合金にサイジン
グやコイニングなどの再圧縮を施したものを意味してお
り、後述する熱間鍛造法や熱間押出法といった高温にお
ける塑性変形加工により相対密度をできる限り１００％
に近づけたアルミニウム粉末合金とは区別される。

【０００８】このような焼結アルミニウム合金からギア
ロータセットを創製した場合には、エンジン潤滑用のオ
イルポンプのように、低トルクが作用するオイルポンプ
への適用が可能である。一方、ＡＴ用のオイルポンプの
場合では、特に、インナーロータは駆動軸（シャフト）
により回転する。その際に、シャフトと接触するインナ
ーロータの内径部分には、シャフトからの高い応力が作
用し、摩耗損傷が生じる。このため、インナーロータに
は、摩耗損傷を低減するため高強度および高硬度が要求
される。したがって、比較的低い強度の焼結アルミニウ
ム合金では、高いトルクが作用するオイルポンプ用ギア
ロータセットへの適用が困難となる。

【０００９】また、インナーロータおよびアルミニウム
合金からなるポンプケースと高速で摺動するアウターロ
ータでは、ポンプケースと摺動する外周面と、インナー
ロータと摺動する歯型の歯先部とにおいて、相手材との
焼付き摩耗現象が生じやすい。このため、アウターロー
タには、優れた耐焼付き性が要求される。

【００１０】一方、熱間鍛造法や熱間押出法等により創
製されたアルミニウム粉末合金は、高い強度を有してい
る。このため、機械的強度の観点から、上述したＡＴ用
オイルポンプのギアロータセットに、そのようなアルミ
ニウム粉末合金を適用することが十分可能である。

【００１１】たとえば、第２〜第４の従来技術では、図
５〜図７にそれぞれ示すように、熱間鍛造法、熱間押出
法または直接温間粉末成形法によりギアロータセットを
製造する製造方法が公開されている。しかしながら、熱
間鍛造法や熱間押出法等によってギアロータセットを創
製する場合には、インナーロータおよびアウターロータ
を、十分に高い寸法精度をもって創製することは非常に
困難である。

【００１２】このため、インナーロータおよびアウター
ロータの歯型形状部のすべては、切削・研削・エンドミ
ル・放電加工および研磨等の機械加工によって創製せざ
るを得ない。その結果、インナーロータおよびアウター
ロータの製造コストが上昇し、経済性の面において問題
が生じた。

【００１３】そこで、本発明者らは、これらの課題を鑑
みて、第５の従来の技術を提案した。この方法では、図
８に示すように、優れた耐焼付き性が要求されるアウタ
ーロータに対しては、適切な空孔率を有する焼結アルミ
ニウム合金を適用する。空孔を有する焼結アルミニウム
合金では、その空孔に油を嵌入させることにより、耐焼
付き性が改善される。

【００１４】一方、高い硬度・剛性が要求されるインナ
ーロータには、熱間鍛造法や熱間押出法等により創製し
た高い強度を有するアルミニウム粉末合金を素材として
適用した。そして、そのインナーロータの歯型部分のみ
に機械加工を施して高い寸法精度に仕上げた。これによ
り、本発明者らは、焼付き現象や凝着摩耗といった問題
が生じることなく、アルミニウム粉末合金からなる内接
タイプのギアロータセットを創製できることを見い出
し、従来より軽量のアルミニウム合金製オイルポンプを
実現することができた。

【００１５】しかしながら、上述した第５の従来技術で
は、インナーロータの歯型部分を形成するために依然と
して機械加工が必要とされる。このため、経済性の観点
から、さらなる製造コストの低減に対しては、このイン
ナーロータの歯型部分の機械加工も省略することが重要
な課題である。

【００１６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、１つの目的は、優れた経済性のもと
で創製することのできるアルミニウム粉末合金製のギア
ロータおよびギアロータセットを提供することであり、
他の目的は、そのようなギアロータの製造方法を提供す
ることである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】発明の構成と作用本発明者らは、種々の実験および検討を行なった結果、
アウターロータおよびインナーロータの双方の歯型部分
において、機械加工を施すことなしに高い寸法精度と良
好な表面の粗さとが得られ、しかも、熱間鍛造法や熱間
押出法によって得られるものと同等の高い硬度と耐摩耗
性が得られる、アルミニウム粉末合金製のギアロータセ
ットを優れた経済性のもとで製造できる製造方法を発明
した。本発明の構成は以下のとおりである。

【００１８】本発明の１つの局面におけるギアロータ
は、温間圧縮により、周部に歯型形状部を有する所定形
状に成型された焼結アルミニウム合金からなるギアロー
タある。その歯型形状部の表面では、温間圧縮後の表面
がそのまま残っている。

【００１９】その歯型形状部の周方向における表面の粗
さは、日本工業規格（ＪＩＳＢ０６０１）による十点
平均粗さの値で８μｍ以下であることが好ましい。

【００２０】また、焼結アルミニウム合金の空孔率は２
容積％以下であることが好ましい。さらに、焼結アルミ
ニウム合金のマイクロビッカース硬度の値は１８０ｍＨ
ｖ以上２７０ｍＨｖ以下であることが好ましい。

【００２１】本発明の他の局面におけるギアロータセッ
トは、温間圧縮により所定形状に成型された焼結アルミ
ニウム合金からなるギアロータセットである。このギア
ロータセットは、歯型形状部を内周部に有するアウター
ロータと、そのアウターロータ内に配置され、歯型形状
部を外周部に有するインナーロータとを備えている。ア
ウターロータの歯型形状部およびインナーロータの歯型
形状部の表面では、温間圧縮後の表面がそのまま残って
いる。

【００２２】本発明のさらに他の局面におけるギアロー
タの製造方法は、周部に歯型形状部形状を有するギアロ
ータの製造方法であって、焼結工程と温間圧縮工程と離
型工程とを備えている。焼結工程では、アルミニウム合
金粉末を焼結することにより、ギアロータ焼結体を形成
する。温間圧縮工程では、ギアロータ焼結体を、ギアロ
ータの形状を有する金型に挿入し、加圧固化してギアロ
ータを成型する。離型工程では、ギアロータを金型から
取外す。そして温間圧縮工程では、金型の内壁面に、カ
ルボン酸を主成分として含み、黒鉛、ボロンナイトライ
ドおよび硫化モリブデンからなる郡から選ばれる少なく
ともいずれか１つの潤滑成分を有する水溶液を塗布した
後に、ギアロータ焼結体を金型に挿入する。

【００２３】ギアロータ焼結体を金型に挿入する直前の
ギアロータ焼結体の温度は４８０℃以上５８０℃以下で
あることが好ましい。

【００２４】さらに、ギアロータ焼結体を金型に挿入す
る直前のギアロータ焼結体の温度は５２０℃以上５６０
℃以下であることが好ましい。

【００２５】温間圧縮工程における金型の温度は１００
℃以上３００℃以下であることが好ましい。

【００２６】さらに、温間圧縮工程における金型の温度
は１５０℃以上２５０℃以下であることが好ましい。

【００２７】水溶液では、水溶液の全体に対して、黒鉛
は０．５体積％以上３．０体積％以下であり、ボロンナ
イトライドは０．５体積％以上５．０体積％以下であ
り、硫化モリブデンは、０．５体積％以上２．０体積％
以下であることが好ましい。

【００２８】また、焼結工程における加熱温度は５２０
℃以上５６０℃以下であることが好ましい。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る製造方法およ
びその製造方法によって得られたギアロータセットに関
する特徴について詳細に説明する。本発明に係るギアロ
ータの製造方法の工程の一例を図１に示す。以下、この
工程に基づいて説明する。

【００３０】（１）原料粉末本発明で用いる出発原料粉末は、アルミニウムを主成分
として噴霧法で作製されるアルミニウム合金粉末であ
る。組成および粒子径に関する制約はない。ただし、平
均粒子径は５０μｍ以上が好ましい。これは、アルミニ
ウム粉末の流動性が向上して金型へのアルミニウム粉末
の均一な充填がなされ、その結果、圧粉成形体の重量ば
らつき（全長方向の寸法ばらつき）が減少するからであ
る。

【００３１】圧粉成形体を金型から取外す際の離型剤に
ついては、金型の内壁面に離型剤を塗布する方法であっ
てもよいし、また、離型剤を原料粉末に混合して使用し
てもよい。ただし、原料粉末に離型剤を混合する場合に
は、その離型剤の添加量は原料粉末の全体に対して１重
量％以上３重量％以下が好ましい。これは、離型剤の添
加量が１重量％未満であれば、成形時におけるアルミニ
ウム粉末と金型の内壁面との凝着が生じるからである。
一方、離型剤の添加量が３重量％を超えると、圧粉成形
体の強度が低下して、圧粉成形体を搬送する際のハンド
リング性が低下するからである。

【００３２】（２）成形工程 (圧粉成形) 上述した原料粉末をアウターロータおよびインナーロー
タ形状を有する金型内にそれぞれ充填して圧縮すること
により、それぞれの形状を有したギアロータ成形体を成
形する。その際の成形体の真密度比は７５重量％以上９
０重量％以下であることが望ましい。これは、真密度比
の値が７５重量％未満では成形体の強度が低下するから
である。

【００３３】一方、真密度比の値が９０重量％を超える
と、加熱により離型剤を除去する際に、連結空孔が少な
いために離型剤が成形体から脱離せずに、内部に残存す
るからである。

【００３４】また、後工程である温間圧縮工程におい
て、高い寸法精度の歯型部分を創製するといった観点か
らも、成形体中の空孔率の管理も重要になる。つまり、
温間圧縮工程では、加圧・圧縮により焼結体中の空孔が
変形あるいは閉鎖されることによって、ロータの歯型部
分が金型に沿って変形して高い寸法精度が確保される。
このため、金型内においてこのような寸法矯正処理が施
される前のギアロータ焼結体には、適正量の空孔が存在
していることが必要である。したがって、成形体中の空
孔率を管理する必要がある。

【００３５】具体的には、成形体の真密度比が７５重量
％以上９０重量％以下であることが好ましい。これは、
真密度比の値が９０重量％を超えると温間圧縮工程にお
いて、十分に変形するために必要な空孔がないために高
い寸法精度のギアロータを創製することができなくなる
からである。

【００３６】一方、真密度比の値が７５重量％未満であ
れば、温間圧縮工程後におけるギアロータ内の空孔率が
２容積％を超えるために、ギアロータの強度・硬度・耐
摩耗性などが低下するからである。

【００３７】なお、以上のようにアルミニウム粉末合金
製のギアロータを金型内で加圧・圧縮することにより、
その歯型部分が寸法矯正される際に、金型の内壁と焼結
体表面との焼付き、焼結体素材の割れ、損傷を回避する
ためには、温間圧縮工程前のギアロータ焼結体が金型形
状に可能な限り近い形状・寸法を有していることが好ま
しい。つまり、ギアロータ焼結体が、いわゆるニア・ネ
ット・シェイプ（NearNet Shape）素材であることが好
ましい。したがって、原料粉末から圧粉成形体を成形す
るための金型についても、アウターロータおよびインナ
ーロータのそれぞれの形状に適したニア・ネット・シェ
イプ成形体を作製できる金型を使用することが望まし
い。

【００３８】（３）焼結工程アウターロータ成形体およびインナーロータ成形体を、
不活性ガスまたは非酸化性ガス雰囲気中で、温度４８０
℃以上５８０℃以下のもとで加熱することにより、アル
ミニウム粉末同士が焼結・結合する。その結果、後述す
る温間圧縮工程において、金型と焼結体との焼付き・凝
着現象を抑制することができる。酸化性雰囲気中で加熱
・焼結したり、または、焼結温度が４８０℃よりも低い
場合には、アルミニウム粉末同士が焼結・結合しない。

【００３９】このような焼結体を温間圧縮工程において
圧縮すると、焼結体が分断・破壊されて、それを構成す
る粉末が単独で存在するようになる。その粉末が金型と
焼結体との間に介在して、両者の間で焼付き・凝着現象
が誘発されて、寸法精度や面粗度が劣化する。したがっ
て、不活性ガスまたは非酸化性ガス雰囲気中で、温度４
８０℃以上に加熱・保持することにより、アルミニウム
粉末同士の焼結現象を促進させることが必要である。

【００４０】一方、焼結温度が５８０℃を超えると、急
冷凝固法による微細組織が粗大化して、硬度や強度が低
下する。その結果、焼結体の耐摩耗性が低下する。した
がって、焼結温度は５８０℃以下とする必要がある。

【００４１】ただし、本発明者らは、可能な限り微細な
急冷凝固組織を保持しつつ、アルミニウム合金粉末同士
を焼結・結合させるための、より好ましい焼結温度とし
ては５２０℃以上５６０℃以下であることを見い出し
た。

【００４２】（４）予備加熱工程上記焼結工程を経て得られたアウターロータ焼結体およ
びインナーロータ焼結体を、所定の温度域に加熱して、
続く温間圧縮工程において真密度比の値が９８重量％以
上になるように固化する。その際に、予備加熱温度が４
８０℃よりも低い場合には、焼結体の変形抵抗が大きい
ために、焼結体中の空孔率が２容積％以下に緻密化でき
ない問題が生じる。また、焼結体が金型に沿って変形し
ないために歯型部分をはじめ各部位において、高い寸法
精度が確保されない問題が生じる。

【００４３】一方、予備加熱温度が５８０℃を超える
と、急冷凝固組織が損なわれて、強度・硬度・耐摩耗性
等の機械的特性が低下する。特に、硬度において、ギア
ロータセットに要求されるマイクロビッカース硬度の値
（１８０ｍＨｖ〜２７０ｍＨｖ）を大きく下回る問題が
生じる。したがって、予備加熱温度は４８０℃以上５８
０℃以下が好ましい。特に、高い寸法精度と微細な急冷
凝固組織との両立を実現させる観点からは、予備加熱温
度は５２０℃以上５６０℃以下がさらに好ましい。

【００４４】なお、上述した焼結工程を終了した直後の
所定の温度域に加熱されたギアロータ焼結体を、後述す
る温間圧縮工程に直接搬送して、所定の温度域で圧縮・
固化することによって空孔率２容積％以下のギアロータ
セットを成形することも可能である。この場合には、予
備加熱工程を省略できるといった経済性の効果も得られ
る。

【００４５】（５）温間圧縮工程上述した所定の温度域に加熱されたギアロータ焼結体
を、それぞれのギアロータ形状を有する加熱された閉塞
金型に挿入して加圧固化する。その際に、金型の内壁面
に塗布する潤滑離型剤の種類と、金型の温度を適正範囲
内に管理することによって、金型の壁面と焼結体との焼
付き、かじり現象を抑えるとともに、高い寸法精度と良
好な表面の粗さを有し、かつ、熱間鍛造法によって作製
した場合と同等の表層部の強度・硬度・耐摩耗性を有す
るギアロータセットを創製することができる。このこと
が、本発明の最大の特徴である。なお、以下、表面の粗
さを面粗度という。良好な表面の粗さとは、低い面粗度
のことをいう。

【００４６】具体的には、温間圧縮工程における金型温
度を１００℃以上３００℃以下に保持する。金型の内壁
面にカルボン酸を含む水溶液を主成分として、黒鉛、ボ
ロンナイトライド（ＢＮ）および硫化モリブデン（Ｍｏ
Ｓ₂）のうち少なくともいずれか１つの潤滑成分を含む
離型剤水溶液を塗布する。その後、４８０℃以上５８０
℃以下に加熱されたギアロータ焼結体を金型に挿入して
加圧固化する。これにより、高い寸法精度が要求される
歯型部分を、この温間圧縮工程で成形することが可能に
なる。

【００４７】金型の温度が１００℃よりも低い温度であ
れば、加熱されたギアロータ焼結体と金型の壁面との間
で焼付き・かじりが生じることはなく、歯型部分におけ
る面粗度の値も日本工業規格（ＪＩＳＢ０６０１）
による十点平均粗さの値（Ｒｚ）で１〜２μｍであり極
めて良好な値を示す。しかしながら、ギアロータ焼結体
が金型の壁面と接触することで、ギアロータ焼結体の表
層部の温度が低下するために、圧縮時における加圧力に
よってアルミニウム粉末同士が十分に結合せずに、表層
部の硬度・強度および耐摩耗性が低下する。

【００４８】一方、金型の温度が３００℃を超える場合
には、金型の内壁面に上述した潤滑離型剤水溶液を塗布
しても、ギアロータ焼結体と金型の壁面との間で焼付き
やかじり現象が生じて、高い寸法精度の歯型部分を成形
することが困難になる。特に、ギアロータの歯型部分に
おいて圧縮方向に対して略垂直な方向、すなわち、ギア
ロータの円周方向における歯型部分の面粗度の値が、上
記日本工業規格による十点平均粗さの値（Ｒｚ）で８μ
ｍを超えてしまう。

【００４９】このため、ギアロータセットとして回転す
る際に、歯型部分に摩耗損傷が生じてギアロータセット
として成立しなくなる。したがって、金型の温度は１０
０℃以上３００℃以下が好ましい。

【００５０】さらには、水溶性の潤滑離型剤を早期に乾
燥させてプレスサイクルを短縮させるためには、金型の
温度は１５０℃以上が望ましい。一方、金型の温度が２
５０℃以下であれば、加熱オイルを循環させることで比
較的安価な金型加熱装置を用いて温度管理を行なうこと
ができる。このことから、金型の温度は１５０℃以上２
５０℃以下に管理することがより望ましいといえる。

【００５１】潤滑離型剤に関して、従来の技術では、ス
テアリン酸や油脂系を主とした潤滑剤が適用されてい
た。本発明では、ギアロータの表面の荒れを抑えるため
に、金型の内壁面上により低温域で潤滑皮膜を形成し、
離型性に優れ、しかも温間圧縮後のギアロータの外観が
良好となるように、可能な限り黒色系の成分を抑えるよ
うな潤滑離型剤を選定した。

【００５２】具体的には、カルボン酸を含む水溶液を主
成分として、黒鉛、ボロンナイトライド（ＢＮ）および
硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）のうち少なくともいずれか
１つの潤滑成分を含むものを用いた。これら潤滑成分の
量は、潤滑離型剤の水溶液全体に対して、黒鉛は０．５
体積％以上３．０体積％以下、ボロンナイトライドは
０．５体積％以上５．０体積％以下、硫化モリブデンは
０．５体積％以上２．０体積％以下とした。つまり、こ
の潤滑離型剤は、水溶液を塗布することにより速乾性に
優れている。

【００５３】また、この潤滑離型剤では、黒鉛、ボロン
ナイトライドまたは硫化モリブデンなどの潤滑成分を含
むことにより、金型の壁面にこれらの潤滑皮膜が形成さ
れ、さらにカルボン酸が加熱されたギアロータ焼結体と
接触することでガス化（気化）して温間圧縮後のギアロ
ータ焼結体が金型から離型する際の摩擦抵抗が減少す
る。その結果、ギアロータ焼結体と金型の壁面との焼付
きやかじり現象が生じることなく、ギアロータの表面の
荒れを抑えることが可能になる。

【００５４】ここで、十分な潤滑皮膜を形成するために
潤滑成分である黒鉛、ボロンナイトライド、硫化モリブ
デンは、潤滑離型剤の水溶液全体に対して０．５体積％
以上必要である。また、黒鉛は３体積％、ボロンナイト
ライドは５体積％、硫化モリブデンは２体積％を超えて
含有しても、潤滑効果は顕著には向上せず、逆に、黒鉛
や硫化モリブデンでは、ギアロータの外観が黒くなると
いった問題が生じる。また、ボロンナイトライドや硫化
モリブデンでは、高価なために経済性の問題が生じる。

【００５５】なお、いずれの潤滑成分も混合して添加す
ることも可能であり、たとえば、黒鉛０．５体積％とボ
ロンナイトライド０．５体積％とを混合したカルボン酸
水溶液も同様の効果を有する。

【００５６】また、この温間圧縮工程で用いる金型の材
質としては、ＳＫＤ１１などの鋼材も適用することがで
きるが、ギアロータの面粗度を改善する観点からは、超
硬製金型を使用することがより望ましい。

【００５７】（６）ギアロータの特性以上の工程を経て得られたアルミニウム粉末合金製のギ
アロータセット１を有するオイルポンプ４を図２に示
す。図２を参照して、アウターロータ１ａおよびインナ
ーロータ１ｂは、ポンプケース１ｃ内に配設されてい
る。インナーロータ１ｂには回転駆動軸２が取付けられ
ている。

【００５８】このアウターロータ１ａおよびインナーロ
ータ１ｂは、熱間鍛造法または熱間押出法等によって創
製されたギアロータと同等の機械的特性を有している。
しかも、本ギアロータセット１では、各ギアロータ１
ａ、１ｂの歯型部分について機械加工を施すことなし
に、ギアロータとして機能上満足する寸法精度と面粗度
とが得られている。つまり、完成した各ギアロータ１
ａ、１ｂの歯型部分の表面では、温間圧縮工程後の表面
がそのまま残っている。この点において、本ギアロータ
セットは、熱間鍛造法等によって成形され、機械加工が
施される前の従来のギアロータセットの中間生成物とは
区別される。

【００５９】具体的には、アウターロータ１ａおよびイ
ンナーロータ１ｂのそれぞれの空孔率は２容積％以下で
あり、マイクロビッカース硬さの値が１８０ｍＨｖ以上
２７０ｍＨｖ以下である。

【００６０】また、それぞれの歯型部分の面粗度に関し
ては、各ギアロータ１ａ、１ｂの円周方向において上記
日本工業規格による十点平均粗さの値（Ｒｚ）が８μｍ
以下である。空孔率の値が２容積％を超える場合には、
特にギアロータの歯型部分の表層域において焼付きやピ
ッチングといった摩耗損傷が生じる。また、マイクロビ
ッカース硬さの値が１８０ｍＨｖよりも小さければ、ポ
ンプケースとギアロータとの焼付き現象が発生する。

【００６１】一方、マイクロビッカース硬さの値が２７
０ｍＨｖを超えると、ギアロータがポンプケースを攻撃
するといった問題が生じる。また、歯型部分の面粗度が
８μｍを超えると、アウターロータの歯型の山の部分と
以上の歯型の山の部分が接触した際に、摩耗が生じてギ
アロータセットとして成立しなくなる。さらに、摩耗粉
がオイルポンプ以外の機構、たとえば、電子制御バルブ
等に侵入することによって、バルブの摩耗や焼付きが誘
発される。

【００６２】なお、上述したように、本発明では、アウ
ターロータ１ａおよびインナーロータ１ｂに使用するア
ルミニウム粉末合金の合金組成についての制約は特にな
い。アルミニウム粉末合金としては、元素として、Ｓ
ｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ等を含有し、残部が
Ａｌである。また、必要に応じてＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＳｉＣなどの窒化物、酸化物、炭化物の硬質粒子を含有
する焼結体を適用することも可能である。

【００６３】さらに、ギアロータセット１を収容するア
ルミニウム合金製のポンプケース３に関しても、その合
金組成および機械的特性上の制約はなく、ダイキャスト
などの量産工法により製造されたポンプケースを適用す
ることができる。

【００６４】

【実施例】実施例１平均粒子径５２μｍのアルミニウム合金粉末（組成：Ａ
ｌ−１０重量％Ｓｉ−５重量％Ｆｅ−６重量％Ｎｉ−
３．５重量％Ｃｕ−１重量％Ｍｇ−２重量％Ｃｒ−１重
量％Ｍｏ−０．７重量％Ｚｒ−０．５重量％Ｍｎ）を出
発原料粉末とした。この原料粉末に圧粉成形用潤滑離型
剤として、ステアリン酸亜鉛粉末を重量基準で１％添加
・混合した。

【００６５】歯数１０のアウターロータ（外径：φ８４
ｍｍ、厚み１０ｍｍ）と歯数９のインナーロータ（厚み
１０ｍｍ）を成形するための成形用金型を準備した。上
記の混合粉末をそれぞれの成形用金型内に充填し、面圧
６８４ＭＰａにて圧粉成形して真密度比８０〜８２重量
％の圧粉成形体 (ギアロータ成形体) を作製した。

【００６６】この圧粉成形体を、窒素ガス雰囲気中で温
度５３０℃にて１時間の焼結工程を施すことにより、ア
ウターロータ焼結体およびインナーロータ焼結体を作製
した。このアウターロータ焼結体およびインナーロータ
焼結体を、予備加熱工程において温度５４０℃にて５分
間加熱保持した。

【００６７】その後、直ちにアウターロータ焼結体およ
びインナーロータ焼結体を、それぞれのロータ焼結体に
適した形状・寸法を有する温間圧縮用閉塞金型内に挿入
して、面圧７８６ＭＰａにて加圧することにより、アル
ミニウム粉末合金製のアウターロータおよびインナーロ
ータを成形した。

【００６８】ここで用いた温間圧縮工程の条件を表１に
示す。なお、ギアロータ焼結体を予備加熱している間
に、温間圧縮用の閉塞金型の内壁面に潤滑離型剤を塗布
した。その潤滑離型剤が十分乾燥した後に、アウターロ
ータ焼結体およびインナーロータ焼結体をそれぞれ挿入
した。

【００６９】なお、表１における潤滑離型剤中の潤滑成
分の含有量は、潤滑離型剤の全体に対する体積基準で表
示されている。さらに、温間圧縮工程を経て得られたイ
ンナーロータおよびアウターロータの歯型部分の外観、
面粗度、表面の硬さ（ロックウェルＢスケールおよびマ
イクロビッカース）の測定結果を表２に示す。

【００７０】

【表１】

【００７１】

【表２】

【００７２】表１および表２を参照して、本発明例Ｎ
ｏ．１〜６では、温間圧縮工程における金型温度を適正
範囲に管理し、本発明が提案する潤滑離型剤を使用する
ことで、金型の壁面と焼結体との焼付き、かじり現象が
生じることなく、良好な面粗度と硬度とを有するアルミ
ニウム合金粉末製のギアロータセットを成形することが
できる。

【００７３】一方、比較例Ｎｏ．７〜１１では、以下の
ような問題が生じた。比較例Ｎｏ．７および比較例Ｎ
ｏ．８では、金型の温度が低いために、金型と接するギ
アロータ焼結体の歯型部分の表層域の硬度が低下した。
比較例Ｎｏ．９および比較例Ｎｏ．１０では、カルボン
酸水溶液中に所定量の潤滑成分が含まれないために、ギ
アロータ焼結体と金型の壁面との間でかじり現象が生じ
て、ギアロータの歯型部分の面粗度が劣化した。比較例
Ｎｏ．１１では、金型の温度が適正範囲を超えて高いた
めに、ギアロータ焼結体と金型の壁面との間で焼付きや
かじり現象が生じて、ギアロータの歯型部分の面粗度が
劣化した。

【００７４】実施例２実施例１に示した条件と同一の条件により、真密度比８
０〜８２重量％のギアロータ成形体を、窒素ガス雰囲気
中で温度５３０℃にて１時間焼結することにより、アウ
ターロータ焼結体およびインナーロータ焼結体を作製し
た。このアウターロータ焼結体およびインナーロータ焼
結体を、表３に示す温度条件のもとで予備加熱を施し
た。

【００７５】その後直ちに、それぞれのギアロータ焼結
体に適した形状・寸法を有する温間圧縮用の閉塞金型内
にアウターロータ焼結体およびインナーロータ焼結体を
それぞれ挿入し、面圧７８６ＭＰａにて加圧することに
より、アルミニウム粉末合金製のアウターロータおよび
インナーロータを創製した。

【００７６】ここでは、潤滑離型剤として、カルボン酸
を含む水溶液にボロンナイトライドを添加した水溶液を
用いた。なお、ボロンナイトライドは水溶液の全体に対
して１．０体積％とした。この水溶液を温間圧縮用金型
の内壁面に塗布して乾燥した後に、アウターロータ焼結
体およびインナーロータ焼結体を挿入した。

【００７７】温間圧縮工程における金型の温度２００℃
とした。温間圧縮工程を経て得られたインナーロータお
よびアウターロータのそれぞれの歯型部分の分割密度の
平均値から空孔率を算出した。また、歯型部分の円周方
向の面粗度および表面の硬さ（マイクロビッカース硬
度）を測定した。これらの結果を表３に示す。

【００７８】

【表３】

【００７９】表３を参照して、本発明例Ｎｏ．１〜５で
は、予備加熱工程におけるアウターロータ焼結体および
インナーロータ焼結体の加熱および金型の温度を適正範
囲に管理し、また本発明の提案する潤滑離型剤を使用す
ることにより、金型の壁面と焼結体との焼付きやかじり
現象が生じることなく、アルミニウム合金粉末製のギア
ロータを創製することができた。

【００８０】このアルミニウム合金製のギアロータで
は、空孔率はいずれも２容積％以下となって十分に緻密
化されていることがわかった。また、歯型部分が良好な
面粗度および硬度を有していることがわかった。

【００８１】一方、比較例Ｎｏ．６〜８では、以下のよ
うな問題が生じた。比較例Ｎｏ．６では、予備加熱工程
における焼結体の温度が低いために、アルミニウム合金
粉末同士が十分に結合しなかった。その結果、アルミニ
ウム粉末合金の緻密化が抑制され、空孔率が３．２容積
％となり、ギアロータの歯型部分の表層域の硬度が低下
した。比較例Ｎｏ．７では、予備加熱工程における焼結
体の温度が適正範囲を超えて高くなったために、ギアロ
ータ焼結体と金型の壁面との間でかじり現象が生じて、
ギアロータの歯型部分の面粗度が劣化するとともに、急
冷凝固組織が損なわれて硬度が低下した。比較例Ｎｏ．
８では、予備加熱工程における焼結体の温度がその融点
を超えたために液相が出現して、ギアロータを作製する
ことができなかった。

【００８２】実施例３実施例１の表３に示された本発明例Ｎｏ．３、５および
比較例Ｎｏ．９、１１の条件にて作製したアルミニウム
粉末合金製のギアロータセットを、ＡＤＣ１２製ポンプ
ケースに装着してポンプ性能試験を実際に行なった。

【００８３】試験条件として、圧力を１．５ＭＰａ、回
転数を５５００ｒｐｍ、時間を２時間とした。そして、
試験後のギアロータの外観を調査した。その結果、本発
明の規定する面粗度の範囲（８μｍ以下）を満足する本
発明例Ｎｏ．３および５では、ギアロータセットの歯型
部分でのピッチングによるり摩耗損傷やケースとの焼付
き現象が生じていないことが判明した。また、試験前後
における容積効率の低下も見られず、ポンプとして十分
満足する結果が得られた。

【００８４】一方、比較例Ｎｏ．９および１１では、歯
型部分の面粗度が８μｍを超えるために、歯型部分にお
いてピッチング摩耗が生じていることがわかった。ま
た、ギアロータセットとケース材との焼付き現象が発生
して、ポンプの容積効率が低下することが確認された。

【００８５】実施例４実施例２の表３に示された本発明例Ｎｏ．５および比較
例Ｎｏ．７の条件にて作製したアルミニウム粉末合金製
のギアロータセットをＡＤＣ１２製ポンプケースに装着
してポンプ性能試験を実際に行なった。

【００８６】試験条件として、圧力を１．５ＭＰａ、回
転数を５５００ｒｐｍ、時間を２時間とした。試験後の
ギアロータの外観を調査した。その結果、本発明の規定
する硬度（１８０〜２７０ｍＨｖ）を満足している本発
明例Ｎｏ．５の場合では、ギアロータセットの歯型部分
におけるピッチングによる摩耗損傷やケースとの焼付き
現象が生じないことが確認された。また、試験前後にお
けるポンプの容積効率の低下も見られず、ポンプとして
十分満足する結果が得られた。

【００８７】一方、比較例Ｎｏ．７では、ギアロータセ
ットの硬度が１８０ｍＨｖを下回るために、歯型部分に
おけるピッチング摩耗やケース材との焼付き現象が生じ
て、ポンプの容積効率が低下することが確認された。

【００８８】実施例５実施例１の表１に示された本発明例Ｎｏ．４の条件で作
製したギアロータの歯型部分の表層域を光学顕微鏡によ
り観察した結果を図３（ａ）、（ｂ）に示す。また、比
較のために、同表１の比較例Ｎｏ．７の場合の結果を図
４（ａ）、（ｂ）に示す。

【００８９】図３を参照して、本発明例では、ギアロー
タの歯型部分の表層域においてもアルミニウム粉末同士
が緻密に結合して空孔が存在しないことがわかる。一
方、図４を参照して、比較例では金型の温度が低いため
にアルミニウム合金粉末同士が十分に結合しておらず、
旧粉末粒界も明瞭に観察された。また、表層から内部に
かけて空孔が存在していることがわかる。

【００９０】この結果より、温間圧縮工程において本発
明が規定する適正範囲内に金型温度を管理することによ
って、温間圧縮後におけるギアロータの表層部では、粉
末同士の結合性も良好であり空孔が生じないことが確認
された。

【００９１】

【発明の効果】本発明によれば、アウターロータおよび
インナーロータの双方の歯型部分において機械加工を施
すことなしに高い寸法精度と良好な面粗度とが得られる
とともに、熱間鍛造法や熱間押出法によって得られるア
ルミニウム粉末合金と同等の高い硬度、強度および耐摩
耗性が得られる。その結果、アルミニウム粉末合金製の
ギアロータセットを経済性よく提供することができる。

【００９２】このようなアルミニウム粉末合金製のギア
ロータセットを、アルミニウム化が要求されているトラ
ンスミッション（ＡＴ）用または燃料供給用などのオイ
ルポンプ本体に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製造方法の工程を示す図である。

【図２】本発明に係るギアロータセットを備えたオイル
ポンプの一断面図である。

【図３】本発明に係るギアロータの歯型部分の光学顕微
鏡写真であり、（ａ）は、その表層部分の写真であり、
（ｂ）は（ａ）に示す白枠内の拡大写真である。

【図４】比較のための従来のギアロータの歯型部分の光
学顕微鏡写真であり、（ａ）はその表層部分の写真であ
り、（ｂ）は（ａ）に示す白枠内の拡大写真である。

【図５】第２の従来技術における工程を示す図である。

【図６】第３の従来技術における工程を示す図である。

【図７】第４の従来技術における工程を示す図である。

【図８】第５の従来技術における工程を示す図である。

【符号の説明】

１ギアロータセット１ａアウターロータ１ｂインナーロータ２回転駆動軸３ポンプケース４オイルポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温間圧縮により、周部に歯型形状部を有
する所定形状に成型された焼結アルミニウム合金からな
るギアロータであって、前記歯型形状部の表面では、前記温間圧縮後の表面がそ
のまま残っている、ギアロータ。
【請求項２】前記歯型形状部の周方向における表面の
粗さが、日本工業規格（ＪＩＳＢ０６０１）による
十点平均粗さの値で８μｍ以下である、請求項１記載の
ギアロータ。
【請求項３】前記焼結アルミニウム合金の空孔率が２
容積％以下である、請求項１または２に記載のギアロー
タ。
【請求項４】マイクロビッカース硬度の値が１８０ｍ
Ｈｖ以上２７０ｍＨｖ以下である、請求項１〜３のいず
れかに記載のギアロータ。
【請求項５】温間圧縮により所定形状に成型された焼
結アルミニウム合金からなるギアロータセットであっ
て、歯型形状部を内周部に有するアウターロータと、前記アウターロータ内に配置され、歯型形状部を外周部
に有するインナーロータとを備え、前記アウターロータの前記歯型形状部と前記インナーロ
ータの前記歯型形状部の表面では、前記温間圧縮後の表
面がそのまま残っている、ギアロータセット。
【請求項６】周部に歯型形状部を有するギアロータの
製造方法であって、アルミニウム合金粉末を焼結することにより、ギアロー
タ焼結体を形成する焼結工程と、前記ギアロータ焼結体を、ギアロータの形状を有する金
型に挿入し、加圧固化してギアロータを成型する温間圧
縮工程と前記ギアロータを、前記金型から取外す離型工
程とを備え、前記温間圧縮工程では、前記金型の内壁面に、カルボン
酸を主成分として含み、かつ、黒鉛、ボロンナイトライ
ドおよび硫化モリブデンからなる群から選ばれる少なく
ともいずれか１つの潤滑成分を含む潤滑水溶液を塗布し
た後に、前記ギアロータ焼結体を前記金型に挿入する、
ギアロータの製造方法。
【請求項７】前記ギアロータ焼結体を前記金型に挿入
する直前の、前記ギアロータ焼結体の温度は４８０℃以
上５８０℃以下である、請求項６記載のギアロータの製
造方法。
【請求項８】前記ギアロータ焼結体を前記金型に挿入
する直前の、前記ギアロータ焼結体の温度は５２０℃以
上５６０℃以下である、請求項７記載のギアロータの製
造方法。
【請求項９】前記温間圧縮工程における、前記金型の
温度は１００℃以上３００℃以下である、請求項６〜８
のいずれかに記載のギアロータの製造方法。
【請求項１０】前記温間圧縮工程における、前記金型
の温度は１５０℃以上２５０℃以下である、請求項９記
載のギアロータの製造方法。
【請求項１１】前記潤滑水溶液では、前記潤滑水溶液
の全体に対して、黒鉛は０．５体積％以上３．０体積％
以下であり、ボロンナイトライドは０．５体積％以上
５．０体積％以下であり、硫化モリブデンは、０．５体
積％以上２．０体積％以下である、請求項６〜１０のい
ずれかに記載のギアロータの製造方法。
【請求項１２】前記焼結工程における加熱温度は、５
２０℃以上５６０℃以下である、請求項６〜１１のいず
れかに記載のギアロータの製造方法。