JP2009162106A - Rotor for internal gear pump, and manufacturing method for the rotor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、各々が焼結合金で形成されたインナーロータとアウターロータを組み合わせて構成される内接歯車ポンプ用のロータと同ロータの製造方法に関する。 The present invention relates to a rotor for an internal gear pump configured by combining an inner rotor and an outer rotor, each formed of a sintered alloy, and a method for manufacturing the rotor.
内接歯車ポンプは、車のエンジンやオートマチックトランスミッション用のオイルポンプなどとして多用されている。この種の内接歯車ポンプの従来例として、例えば、下記特許文献1に開示されたものなどがある。 Internal gear pumps are widely used as oil pumps for car engines and automatic transmissions. As a conventional example of this type of internal gear pump, for example, there is one disclosed in Patent Document 1 below.
その内接歯車ポンプに採用されるポンプロータは、歯数差が1枚のインナーロータとアウターロータを偏心配置にして組み合わせたものが主流をなしている。また、そのポンプロータを構成するインナーロータとアウターロータは、焼結合金で形成されたものが多くを占めている。焼結合金製のインナーロータとアウターロータは、粉末冶金法によって製造され、粉末の圧粉成形、圧粉体の焼結の工程を経た後にサイジングを実施して市場に提供されている。 The pump rotor employed in the internal gear pump is mainly composed of an inner rotor and an outer rotor having one tooth difference in an eccentric arrangement. Further, the inner rotor and outer rotor constituting the pump rotor are mostly made of sintered alloy. Sintered alloy inner rotors and outer rotors are manufactured by powder metallurgy, and are provided to the market after sizing after powder compacting and compacting.
寸法、形状を矯正するサイジングは、ダイ、上下のパンチ、及びコアを組み合わせた金型を用いて行われる。インナーロータについてはダイの成形穴で外歯の歯面をしごき、アウターロータについてはコアの外周面で内歯の歯面をしごく方法が採られる。ところが、そのサイジングが原因で歯先の直角度が低下することがある。ここで言う歯先の直角度は端面を基準にしたものであり、端面とのなす角が90°を理想とする。 Sizing for correcting the size and shape is performed using a die that combines a die, upper and lower punches, and a core. For the inner rotor, a method is used in which the tooth surface of the outer tooth is squeezed by the die forming hole, and for the outer rotor, the tooth surface of the inner tooth is squeezed by the outer peripheral surface of the core. However, the squareness of the tooth tip may decrease due to the sizing. The squareness of the tooth tip referred to here is based on the end face, and the ideal angle with the end face is 90 °.
サイジングでは、ダイやコアとの間に生じる側面抵抗の影響により、上パンチによって加圧される焼結体(焼結後ロータ)の一端側よりも、下パンチによって加圧される他端側で成形圧が低くなる。そのサイジング時成形圧の差が生じると一端側と他端側におけるサイジング後の歯面の弾性復元量などにも差が生じ、このことが歯先の直角度の低下に特に大きな影響を及ぼしていると考えられる。 In sizing, due to the influence of the side resistance generated between the die and the core, the other end side pressed by the lower punch rather than the one end side of the sintered body (rotated rotor) pressed by the upper punch. The molding pressure is lowered. If there is a difference in molding pressure during sizing, there will also be a difference in the elastic restoration amount of the tooth surface after sizing at one end and the other end, which has a particularly large effect on the reduction of the squareness of the tooth tip. It is thought that there is.
いずれにしても、端面に対して歯先が傾くと、インナーロータとアウターロータの接触が局部当たりになって両ロータの噛み合いがスムーズになされず、また、接触面の減少による接触部の面圧増加も起こる。 In any case, when the tooth tip is inclined with respect to the end face, the contact between the inner rotor and the outer rotor comes into contact with the local area, and the meshing between the rotors is not smooth, and the contact surface pressure due to the reduction of the contact face An increase also occurs.
エンジン用オイルポンプ、AT(自動変速機)用オイルポンプなどの一般的用途では、吐出圧力が例えば2〜3MPa程度とさほど高くないため、上記の局部当たりが生じても特に問題は起こらないが、高圧、例えば、4MPa以上の圧力で使用されるCVT用オイルポンプなどは局部当たりすることが原因でロータの噛み合い面の偏摩耗が起こることがあり、その偏摩耗が引き金になって表層の一部分が剥落することもある。その偏摩耗や剥離はポンプロータの寿命を縮める。また、偏摩耗粉や剥離粉が歯面間に噛み込まれることでロータの焼き付きも懸念されるようになる。 In general applications such as an engine oil pump and an AT (automatic transmission) oil pump, the discharge pressure is not so high, for example, about 2 to 3 MPa. For example, a CVT oil pump used at a high pressure, for example, a pressure of 4 MPa or more, may cause uneven wear on the meshing surface of the rotor due to local contact, and the uneven wear may trigger a part of the surface layer. It may come off. The uneven wear and peeling shorten the life of the pump rotor. In addition, the uneven wear powder and the release powder are bitten between the tooth surfaces, and the seizure of the rotor becomes a concern.
歯先の直角度が悪いと、ポンプの使用条件によっては上述したような問題が起こるが、焼結合金製のロータは、製造法に起因した歯先の直角度の低下が避けられない。なお、下記特許文献2は、第1係合部が端面に対して直角をなさないのは第1係合部(歯先)と端面が別部材(異なる金型要素)によって成形されることに原因があると考え、その問題の対策として、第1係合部と端面(その面の外周の一部)を共にダイで成形することを提案している。
内接歯車ポンプのロータは、端面の全域を段差の無い平面にするので、第1係合部と一緒に端面の一部をダイで成形する特許文献2の方法は採用できない。また、上述した側面抵抗の影響による成形圧の差は端面の一部をダイで成形する場合にも生じるので、特許文献2の方法は、粉末成形時やサイジング時の側面抵抗に起因した歯先の直角度の低下の防止には効果を奏さない。
Since the rotor of the internal gear pump makes the entire end surface flat without a step, the method of
この発明は、ポンプロータの寿命向上、焼き付き防止のために、焼結合金で形成されたポンプロータを高圧で使用したときにも、インナーロータとアウターロータの噛み合い面の偏摩耗が防止されるようにすることを課題としている。 This invention prevents uneven wear of the meshing surfaces of the inner rotor and outer rotor even when the pump rotor made of sintered alloy is used at a high pressure to improve the life of the pump rotor and prevent seizure. The challenge is to make it.
上記の課題を解決するため、この発明においては、各々が焼結合金によって形成されたインナーロータとアウターロータを組み合わせた内接歯車ポンプのポンプロータにおいて、インナーロータまたはアウターロータの歯先が、ロータ厚み方向中央部において径方向に膨らんだ中凸形状になっているものにした。 In order to solve the above problems, in the present invention, in the pump rotor of the internal gear pump in which the inner rotor and the outer rotor, each formed of a sintered alloy, are combined, the tooth tip of the inner rotor or the outer rotor is the rotor. A centrally convex shape bulging in the radial direction at the center in the thickness direction was used.
インナーロータは駆動軸にしっかり組み付けられるため、フリーで回転するアウターロータに比べると歯先の直角度の低下に起因した偏摩耗の度合いが著しくなる。従って、インナーロータの歯先を上記の中凸形状にすると特に効果的であるが、アウターロータの歯先を中凸形状にしても効果がある。また、インナーロータとアウターロータの双方の歯先を中凸形状にしても効果がある。 Since the inner rotor is firmly assembled to the drive shaft, the degree of uneven wear due to the reduction in the squareness of the tooth tip becomes significant compared to the outer rotor that rotates freely. Therefore, although it is particularly effective to make the tooth tip of the inner rotor have the above-mentioned middle convex shape, it is also effective to make the tooth tip of the outer rotor the middle convex shape. In addition, there is an effect that the tooth tips of both the inner rotor and the outer rotor are formed in a middle convex shape.
この発明のポンプロータは、歯先が中凸形状になっているロータについて、さらに、端面基準での歯先の直角度も10mm長さ当たりの長手直角方向変位量で表して10μm以下にするとよりよい効果が期待できる。 In the pump rotor according to the present invention, when the tooth tip has a center-convex shape, the right angle of the tooth tip with respect to the end face is also expressed as a displacement in the direction perpendicular to the longitudinal direction per 10 mm length and is 10 μm or less. A good effect can be expected.
次に、歯先が中凸形状になっているインナーロータやアウターロータは、以下の方法で製造する。その方法とは、圧粉体を焼結して得られた焼結体を、ダイと上下のパンチとコアを有し、前記ダイの内周又はコアの外周に歯面成形部が設けられ、その歯面成形部が焼結体の歯面に対して所定のサイジング代をもつサイジング金型にセットし、その焼結体に上パンチで圧力を加えて1回目のサイジングを実施し、次いで、1回目のサイジングを終了した焼結体を一旦ダイから取り出して裏返し、前記サイジング金型に再セットして2回目のサイジングを行うものである。 Next, an inner rotor and an outer rotor whose tooth tips are in a convex shape are manufactured by the following method. The method includes a sintered body obtained by sintering a green compact, a die, upper and lower punches, and a core, and a tooth surface molding portion is provided on the inner periphery or the outer periphery of the core, The tooth surface molding part is set in a sizing mold having a predetermined sizing allowance with respect to the tooth surface of the sintered body, pressure is applied to the sintered body with an upper punch, and then the first sizing is performed. The sintered body that has been subjected to the first sizing is once taken out from the die, turned over, and reset in the sizing mold to perform the second sizing.
この発明は、かかる製造方法も併せて提供する。なお、この方法では、2回目のサイジングを、1回目のサイジングでの成形圧よりも小さな成形圧を加えて行うと好ましい。2回目の成形圧は、試作ロータの製造においては1回目の成形圧の約8割程度が適当であった。 The present invention also provides such a manufacturing method. In this method, the second sizing is preferably performed by applying a molding pressure smaller than the molding pressure in the first sizing. In the production of the prototype rotor, about 80% of the first molding pressure was appropriate for the second molding pressure.
この発明のポンプロータは、インナーロータとアウターロータのいずれか一方、又は双方について、歯先が中凸形状になるようにしており、その形状と併せて端面基準での歯先の直角度を10mm長さ当たりの長手直角方向変位量で表して10μm以下にしたものは特に、従来品に比べてインナーロータとアウターロータの歯面の接触領域が広がり、接触部の面圧が低下して局部当たりに起因した噛み合い面の偏摩耗が抑制され、表層部の剥落も起こり難くなってロータの寿命が延びる。また、摩耗の抑制によってポンプ性能の劣化が抑えられ、さらに、摩耗粉や剥落粉が発生し難くなるため、異物が噛み合い面に噛み込まれることが少なくなってロータの焼き付きも起こり難くなる。 In the pump rotor of the present invention, the tooth tip of the inner rotor or the outer rotor, or both, is formed in a middle convex shape, and the squareness of the tooth tip on the end surface reference is 10 mm along with the shape. Especially in the case of 10 μm or less in terms of displacement in the direction perpendicular to the longitudinal direction per length, the contact area between the tooth surfaces of the inner rotor and outer rotor is broadened compared to the conventional product, the surface pressure of the contact portion is reduced and the per-part The uneven wear of the meshing surface due to the above is suppressed, and the surface layer portion is hardly peeled off, thereby extending the life of the rotor. In addition, deterioration of pump performance is suppressed by suppressing wear, and further, wear powder and flaking powder are less likely to be generated, so that foreign matter is less likely to be caught in the meshing surface and seizure of the rotor is less likely to occur.
次に、この発明の製造方法では、1回目のサイジングを終えた後にロータを裏返しにして2回目のサイジングを行うので、ロータの一端側と他端側に加わるサイジングでの成形圧が平均化され、一端側と他端側の成形圧の差に起因したサイジング後弾性復元量の差などが小さくなって歯先の直角度の低下が従来品よりも小さく抑えられる。 Next, in the manufacturing method of the present invention, after the first sizing is completed, the rotor is turned over and the second sizing is performed, so that the molding pressure in the sizing applied to the one end side and the other end side of the rotor is averaged. The difference in the amount of elastic restoration after sizing caused by the difference in molding pressure between the one end side and the other end side is reduced, and the reduction in the squareness of the tooth tip is suppressed to be smaller than that of the conventional product.
なお、この発明の製造方法では、2回目のサイジングでの成形圧を1回目のサイジングでの成形圧よりも小さくしたときに、1回目と2回目の成形圧を等しくしたときよりも好結果が得られた。2回目のサイジングでの成形圧は、1回目の成形圧の約8割程度が適当であったが、その成形圧の適正値は成形条件(ロータの材質や大きさなど)によって変動すると考えられる。 In the manufacturing method of the present invention, when the molding pressure in the second sizing is made smaller than the molding pressure in the first sizing, a better result is obtained than when the first and second molding pressures are made equal. Obtained. The molding pressure at the second sizing was about 80% of the molding pressure at the first time, but the appropriate value of the molding pressure is considered to vary depending on the molding conditions (such as the material and size of the rotor). .
以下、添付図面の図1〜図6に基づいてこの発明のポンプロータの実施の形態を説明する。図1に示すポンプロータ1は、各々が焼結合金で形成されたインナーロータ2とアウターロータ3を偏心配置にして組み合わせて構成されている。2aはインナーロータの歯先である。インナーロータ2は、中心に軸穴2bを有する。
Embodiments of the pump rotor according to the present invention will be described below with reference to FIGS. The pump rotor 1 shown in FIG. 1 is configured by combining an
アウターロータ3は、インナーロータ2よりも歯数を1枚多くしたものが用いられる。3aはアウターロータの歯先である。
As the
このインナーロータ2とアウターロータ3を偏心配置にして組み合わせてポンプロータ1を構成し、そのポンプロータ1を、図2、図3に示すように、吸入ポート5と吐出ポート6を有するハウジング4に収納して内接歯車ポンプ10を構成する。その内接歯車ポンプ10は、インナーロータ2の軸穴2bに図2に示した駆動軸7を通して係合させ、その駆動軸7からインナーロータ2に駆動力を伝えてインナーロータ2を回転させる。このとき、アウターロータ3は従動回転し、インナーロータ2とアウターロータ3の回転に伴って両ロータ間に形成されるチャンバ(ポンプ室)8の容積が増減してオイルなどの液体の吸入、吐出がなされる。
The pump rotor 1 is configured by combining the
図1のポンプロータ1は、インナーロータ2が下記の方法で製造されており、図4に示すように、そのインナーロータ2の歯先2aはロータ厚み方向中央部で径方向外側に膨らんだ中凸形状をなしている。この歯先2aは、さらに、平行な端面2c、2dを基準にした直角度が、図4において長さLを10mmとしてその10mm長さ当たりの長手直角方向変位量δが10μm以下(勾配(%)=100×δ/Lの式で求まる勾配で表すと0.1%以下)になっている。
In the pump rotor 1 of FIG. 1, the
上記インナーロータ2の製造方法を図5に示す。この方法では、ダイ11、上パンチ12、下パンチ13及びコア14を有し、ダイ11の内周に歯面成形部11aが設けられ、その歯面成形部11aが焼結体9の歯面に対して所定のサイジング代、例えば、0.02〜0.1mm程度の径方向サイジング代をもつサイジング金型を使用する。そのサイジング金型のダイ11に焼結体9を上パンチ12で圧力を加えて押し込んで1回目のサイジングを実施する。その後、1回目のサイジングを終了した焼結体9を一旦ダイから取り出して裏返し、サイジング金型に再セットして2回目のサイジングを行う。この方法での1回目のサイジングは、例えば、8〜12ton/cm2の荷重(800〜1200MPa程度の圧力)を加えて行う。また、2回目のサイジングは、例えば、6〜10ton/cm2の荷重(600〜1000MPa程度の圧力)を加えて行う。2回目の成形圧の適正値は成形条件(ロータの材質や大きさなど)によって変動すると考えられるが、1回目の成形圧よりも小さくしたほうが、好結果が得られる。
A method of manufacturing the
1回目のサイジングでは、側面抵抗の影響で焼結体9の上パンチ12に加圧される一端側と下パンチ13に押し当てられる他端側の成形圧に差が生じ、端面2d側よりも大きな成形圧が作用する端面2c側のサイジング後弾性復元量が大きくなって図6に示すように、インナーロータ2の外径に、歯先2aが端面2cに対して鋭角に交わるようなテーパがつく。1回目のサイジングであえてそのテーパをつけ、2回目のサイジングで反対向きに傾くテーパをつける。これにより、歯先2aの両端が相反する方向に傾き、その歯先2aのロータ厚み方向中央部が外に膨らんだ状態になって中凸形状の歯先が形成される。その中凸形状の歯先は、1回サイジングで得られる図6の形状の歯先に比べて端面基準での直角度が良くなっている。サイジングの条件によっては、図4の10mm長さ当たりの長手直角方向変位量δが10μm以下に納まるような直角度が得られる。
In the first sizing, there is a difference in molding pressure between the one end side pressed against the
アウターロータ3の歯先3aの直角度も同様の方法で高めることができる。アウターロータ3の歯先3aの直角度を高めるときには、コア14の外周に歯面成形部(図示せず。これもサイジング代を有する)を形成したサイジング金型を使用する。そのサイジング金型を使用して1回目のサイジング後にロータを裏返して2回目のサイジングを行う。
The squareness of the
以下に、発明の効果の確認試験結果を記す。各々が鉄系焼結合金で形成された歯数6枚のインナーロータと、歯数7枚のアウターロータを製造し、その両者を組み合わせてロータ厚み15mmのポンプロータを作製した。図1に示すインナーロータ2の歯先部直径D1=45.1mm、歯底部直径D2=31.5mm、アウターロータ3の歯底部直径D3=51.9mm、歯先部直径D4=38.3mm、インナーロータとアウターロータの偏心量e=3.4mmとした。このポンプロータは、インナーロータを、2回サイジングを行うこの発明の方法で製造した。インナーロータは、1回目のサイジングを10ton/cm2の荷重を加えて行った後に2回目のサイジングを8ton/cm2の荷重を加えて行ったもの(発明品1)と、1回目のサイジングと2回目のサイジングを共に10ton/cm2の荷重を加えて行ったもの(発明品2)を用いた。どちらの方法で製造したインナーロータも、歯先は、図4に示すような中凸形状になっていた。また、前者の方法で製造されたインナーロータの歯先の直角度、即ち、図4における10mm長さ当たりの長手直角方向変位量δは、発明品1については3μm、発明品2については6μmとなっていた。これらのポンプロータをハウジングに組み込んで内接歯車ポンプを構成した。
また、比較のためにインナーロータを12ton/cm2の荷重を加えて1回サイジングで仕上げた従来のポンプロータ(比較例:寸法諸元は発明品と同じ)をハウジングに組み込んだ内接歯車ポンプも作成し、それらのポンプを同一条件で作動させて200時間運転後のポンプロータの摩耗状況とポンプの吐出性能の経時変化を比較した。その結果を表1に示す。
The results of confirming the effect of the invention will be described below. An inner rotor with 6 teeth, each formed of an iron-based sintered alloy, and an outer rotor with 7 teeth were manufactured, and both were combined to produce a pump rotor with a rotor thickness of 15 mm. The tip diameter D1 of the
For comparison, an internal gear pump incorporating a conventional pump rotor (comparative example: the dimensions are the same as the invention product) in which the inner rotor is subjected to a single sizing by applying a load of 12 ton / cm 2 to the housing. A comparison was made between the wear situation of the pump rotor after 200 hours of operation with these pumps operating under the same conditions and the change in pump discharge performance over time. The results are shown in Table 1.
表1の摩耗量は、試験前後の歯形プロフィールの差を三次元測定機で測定し、その差を摩耗量とする方法で求めた。 The amount of wear in Table 1 was determined by measuring the difference in tooth profile before and after the test with a three-dimensional measuring machine and using the difference as the amount of wear.
この試験結果からわかるように、発明品1,2は、比較例に比べて摩耗量が小さく、ポンプ性能の劣化も抑制されている。
As can be seen from the test results, the
また、2回目のサイジングでの成形圧を1回目のサイジングでの成形圧よりも小さくした発明品1は1回目と2回目の成形圧を同じにした発明品2よりも優れた結果が得られている。
Inventive product 1 in which the molding pressure in the second sizing is smaller than the molding pressure in the first sizing gives better results than the
1 ポンプロータ
2 インナーロータ
2a 歯先
2b 軸穴
2c,2d 端面
3 アウターロータ
3a 歯先
4 ハウジング
5 吸入ポート
6 吐出ポート
7 駆動軸
8 ポンプ室
9 焼結体
10 内接歯車ポンプ
11 ダイ
11a 歯面成形部
12 上パンチ
13 下パンチ
14 コア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
インナーロータ(2)の歯先(2a)、または、アウターロータ(3)の歯先(3a)が、ロータ厚み方向中央部において径方向に膨らんだ中凸形状になっていることを特徴とする内接歯車ポンプ用ロータ。 In the rotor of the internal gear pump that combines the inner rotor (2) and the outer rotor (3), each formed of a sintered alloy,
The tooth tip (2a) of the inner rotor (2) or the tooth tip (3a) of the outer rotor (3) has a middle convex shape that swells in the radial direction at the central portion in the rotor thickness direction. Rotor for internal gear pump.
インナーロータ(2)及びアウターロータ(3)の各歯先(2a,3a)が、ロータ厚み方向中央部において径方向に膨らんだ中凸形状になっていることを特徴とする内接歯車ポンプ用ロータ。 In the rotor of the internal gear pump in which the inner rotor (2) and the outer rotor (3) each formed of a sintered alloy are combined in an eccentric arrangement,
For the internal gear pump, wherein the tooth tips (2a, 3a) of the inner rotor (2) and the outer rotor (3) have a centrally convex shape bulging in the radial direction at the central portion in the rotor thickness direction. Rotor.
ダイ(11)と上下のパンチ(12,13)とコア(14)を有し、前記ダイ(11)の内周又はコア(14)の外周に歯面成形部(11a)が設けられたサイジング金型により1回目のサイジングを実施し、次いで、1回目のサイジングを終了した焼結体(9)を一旦ダイ(11)から取り出して裏返し、前記サイジング金型に再セットして2回目のサイジングを行うことを特徴とする内接歯車ポンプ用ロータの製造方法。 It is a manufacturing method of the inner rotor (2) or outer rotor (3) in any one of Claims 1-3, Comprising: The sintered compact (9) obtained by sintering a green compact,
A sizing having a die (11), upper and lower punches (12, 13), and a core (14), and a tooth surface forming portion (11a) is provided on the inner periphery of the die (11) or the outer periphery of the core (14). The first sizing is performed by the mold, and then the sintered body (9) after the first sizing is taken out from the die (11) and turned over, and is set again in the sizing mold and the second sizing. The manufacturing method of the rotor for internal gear pumps characterized by performing.
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