JP3602354B2

JP3602354B2 - ギヤポンプ

Info

Publication number: JP3602354B2
Application number: JP33309398A
Authority: JP
Inventors: 徹也小田; 隆敏阪田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2018-11-24
Also published as: JP2000161244A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は互いに噛み合う一対のギアの回転によりポンプ作用をなすギヤポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来より、ギヤポンプは、簡単な構造でありながら容量を大きくできることから、種々の産業分野に用いられている。
この種のギヤポンプの構造としては、ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギア室を区画し、このギア室の内部に互いに噛み合う一対のギアを収容して、各ギアの支軸を各サイドプレートに形成した支持孔によって嵌合支持すると共に、上記ギア室の内部に両ギアの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したタイプのものが一般的である。
【０００３】
そして、上記のハウジングやサイドプレートには、加工性および軽量化のためにアルミニウム合金が使用される一方、各歯車には耐摩耗性が要求されるので鋳鉄等の鉄系の材料が使用されることが一般化している。しかしながら、ギアの支軸をアルミニウム合金製のサイドプレートの支持孔によって直接支持した場合、支持孔の摩耗が激しく耐久性が悪くなる。
【０００４】
そこで、例えばフッ素樹脂でコーティングした金属製のブッシュを上記アルミニウム製のサイドプレートの支持孔に嵌め入れて、ブッシュを介してギアの支軸を支持することが考えられる。しかし、高圧で負荷が大きい場合や低粘度の作動油を用いて潤滑条件が厳しい場合等には不完全であった。例えば、自動車のオートクラッチに油圧を供給するためのオイルポンプとしてのギヤポンプや、潤滑特性の不良なガソリンを使用する場合の燃料ポンプとしてのギヤポンプ等の用途である。
【０００５】
また、互いに対向するギアの側面とサイドプレートとの側面との間の摺動によって摩耗が発生するという問題もあり、上記のブッシュではこの部分の摩耗に対処できない。
そこで、耐摩耗性を向上させるために、サイドプレートを構成するアルミニウム合金の表面に硬化処理膜を形成することが考えられる。硬化処理膜として、例えば、ニッケル−リンの金属マトリックス中に、炭化タングステン等の硬質微粒子を複合共析させたものが提供されている（例えば特開平１０−１４１２４６号公報参照）。
【０００６】
ところが、この種の硬化処理膜を有するアルミニウム合金製のサイドプレートを用いた場合、表面処理をしない場合よりも逆に摩耗量が大きくなって実機での耐久性に問題がある場合があることが判明した。
そこで、本発明の目的は、耐久性に優れた長寿命のギヤポンプを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための課題解決手段として、請求項１記載の発明は、ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギア室を区画し、このギア室の内部に互いに噛み合う一対のギアを収容してギアの支軸を各サイドプレートにそれぞれ形成した一対の支持孔に嵌合支持すると共に、ギア室の内部に両ギアの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したギヤポンプにおいて、上記サイドプレートはアルミニウム合金からなり、その表面の少なくとも一部に、なじみ性を向上させるためのフッ化アルミニウム被膜を均一に形成していることを特徴とするものである。
【０００８】
被膜には、潤滑性を向上できるフッ素と、母材であるアルミニウム合金との密着性を高めることができるアルミニウムを含むことが好ましく、この観点から、フッ化アルミニウムが好ましい。また、フッ化アルミニウムを含む被膜を形成するには、例えば、珪フッ化ナトリウム、フッ化亜鉛を含む混合液中でアルミニウム合金材を加熱する場合がある。この場合、化学反応により亜鉛の微粒子が析出し、これを核としてフッ化アルミニウム被膜が均一に形成されて、混合物の被膜が形成されることになる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、亜鉛微粒子を均一に分散したフッ化アルミニウムの被膜を提供する。
【０００９】
請求項２記載の発明の態様は、サイドプレートはアルミニウム合金からなり、その表面の少なくとも一部に亜鉛を含む被膜を形成していることを特徴とするものである。亜鉛を含む被膜としては、亜鉛化合物を含む被膜と亜鉛を含む混合物の被膜がある。亜鉛化合物としては、例えばフッ化亜鉛アルミニウム、珪フッ化亜鉛、リン酸亜鉛を示すことができる。また、亜鉛を含む混合物の被膜としては、例えば、亜鉛微粒子を均一に分散したフッ化アルミニウムの被膜がある。
【００１１】
本願発明者は、上述した硬化処理膜（ニッケル−リンの金属マトリックス中に、炭化タングステン等の硬質微粒子を複合共析させたもの）の摩耗が大きくなる理由を下記のように推測した。すなわち、硬化処理膜は下地となる母材との間に相当な硬度差があり、このため、硬化処理膜と母材との間の境界部分で剥離を生じ易く、剥離によってできた窪みが摩耗として大きく検出されているのではないかと考えた。
【００１２】
そこで、請求項１又は２記載の態様では、「硬さの向上」よりもむしろ「なじみ性の向上」を企図して、アルミニウム合金製のサイドプレートの表面に、なじみ性を向上できる被膜を形成するようにした。これにより、初期摩耗の段階で、サイドプレートとこれに摺接する部品とが互いになじむことにより、互いの部品精度が向上し、以後の使用においてかじり等の発生が防止される。その結果、ギアの側面との摺接部分や支軸を受ける部分の耐摩耗性を向上することができる。結果として、摩耗に起因した流体漏れによるポンプ効率の低下を抑制することができる。
【００１３】
ここで、アルミニウム合金としては、例えば鋳造性の良いＡＣ２Ａ材やＨ−４０４０材、Ａ２０１４材などがある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るギヤポンプの断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であってハッチングを省略してある。また、図３は図１のＩＩＩ −ＩＩＩ線に沿う断面図であり、図４はＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００１５】
図１を参照して、本ギヤポンプは、その中央部を貫通する長円形断面の空洞を有する本体筒１０の両側を、これの全面を覆う態様にねじ止めされた一対の蓋板１１により塞いで構成されたハウジング１を備えている。このハウジング１の内部には、前記空洞部の両側から嵌挿されたアルミニウム合金製の一対のサイドプレート１２同士の間にギア室１４が区画されており、このギア室１４内には、互いに対をなす駆動ギア３と従動ギア４が配置されている。１９は、蓋板１１の環状溝に収容され、蓋板１１とサイドプレート１２との間に介在してギア室１４を密封するためのＯリングである。１３はサイドプレート１２の収容溝に収容され、ギア室１４内において対向するサイドプレート１２と蓋板１１との間の空間を低圧側と高圧側とに仕切るシールである。
【００１６】
駆動ギア３および従動ギアの支軸３０，４０は、長円形断面を有するギア室１４の両側の半円部の軸心上にそれぞれ位置し、互いに平行をなして架設されている。すなわち、支軸３０，４０は各サイドプレート１２にそれぞれ一対形成された支持孔３１，４１ににより両持ち支持されている。
一対の支持孔３１によって支持された一方の支軸３０は、一方の蓋板１１を貫通して外部に延長され、この延長端に伝達される図示しないモータからの駆動力により回転駆動される駆動軸を構成している。また、支軸３０には、ギア室１４の内部において駆動ギア３が一体回転可能に装着されている。支軸３０が蓋板１１を貫通する部分にはオイルシール１７が配置されている。
【００１７】
また、一対の支持孔４１によって支持された他方の支軸４０は、各サイドプレート１２の支持孔４１内に軸端を有する従動軸を構成している。支軸４０には、ギア室１４の内部において従動ギア４が装着されている。従動ギア４の支軸４０への装着では、軸回りの回転を拘束しても良いし軸回りの回転を許容しても良い。従動ギア４は両支軸３０，４０の軸心を含む平面内において駆動ギア３と噛み合い、支軸３０により駆動される駆動ギア３の回転に伴って、支軸４０と共に（或いは支軸４０の回転を伴わずに）従動回転するようにしてある。
【００１８】
図２には、駆動ギア３およびこれに連動する従動ギア４の回転方向が矢符により示してあり、両ギア３，４の噛み合い位置を挟んだ両側には、前記回転方向側に吸込口室５が、反回転方向側に吐出室６が形成されている。これら吸込室５および吐出室６は、本体筒１０の対応位置に開口する吸込口１５および吐出口１６を介して、ハウジング１外の図示しない吸込先および吐出先にそれぞれ接続されるようにしてある。
【００１９】
図３において、サイドプレート１２のギア側側面１２ａには、両ギア３，４の噛み合い位置から吸込室５側へ延びる逃げ溝６３および吐出室６側へ延びる逃げ溝６４が形成されている。これらの逃げ溝６３，６４は、両ギア３，４の噛み合い位置で流体が各サイドプレート１２と各噛合ギア歯とで形成される閉塞領域に閉じ込められる、いわゆる閉じ込みの発生を防止するためのものである。両逃げ溝６３，６４は両ギア３，４の噛み合い中心位置を避けるようにして設けられ、互いの間に所定の距離が確保されている。これは両逃げ溝６３，６４を連通させてしまうと、吸込室５側と吐出室６側が連通されて、ポンプ機能を果たせなくなるので、これを防止するためである。また、上記ギア側側面１２ａには、各支持孔３１，４１と吸込室５側とをそれぞれ連通する連通溝６５が形成されている。
【００２０】
一方、図４において、サイドプレート１２の反ギア側側面１２ｂには、略Ｗ字形形状のシール溝に上記のシール１３を収容しており、このシール１３を境界として、互いに対向するサイドプレート１２と蓋板１１との間の空間が、吸込室５側に連通する低圧側空間と吐出室６側に連通する高圧側空間とに仕切られている。このように、サイドプレート１２の背面である反ギア側側面１２ｂには、シール１３で仕切られた状態で、低圧の作動流体および高圧の作動流体が背圧として作用し、これが、サイドプレート１２に吐出圧に応じて負荷されるので、サイドプレート１２と両ギア３，４との間の隙間が高精度で維持される結果、高圧時のポンプ効率を高く維持できる。また、上記反ギア側側面１２ｂには、上記低圧側空間において各支持孔３１，４１と吸込室５側とをそれぞれ連通する各一対の連通溝６５が形成されている。
【００２１】
このような構成により、吸込口１５を経て吸込室５に導入される作動流体は、該吸込室５に臨む駆動ギア３および従動ギア４の歯間に受け入れられ、両ギア３，４の回転により、それぞれの歯間の本体筒１０の内周面との間に封止された状態で搬送され、吐出室６に送り出される。吐出室６への送り出しを終えた駆動ギア３と従動ギア４とは、両ギア３，４の噛み合い位置を経て吸込室５側に向き、該吸込室５内の作動流体を再度受け入れて吐出室６側へ送り出す作用をなす。
【００２２】
一方、ギヤポンプの要部の一部破断分解斜視図である図５を参照して、支持孔３１，４１と各支軸３０，４０との摺動面には、低圧側の吸込室５からの作動流体が循環されるようになっている。すなわち、支持孔３１，４１の内周面３１ａ，４１ａには、螺旋状溝３１ｃ，４１ｃが形成されていることから、支軸３０，４０が回転することによって、サイドプレート１２の一方の側面１２ａ又は１２ｂに形成された連通溝６５を通して、吸込室５側の作動流体が支持孔３１，４１内に導入され、サイドプレート１２の他方の側面１２ｂ又は１２ａに形成された連通溝６５を通して、吸込室５に還流されるようになっている。なお、各支持孔３１，４１の螺旋状溝３１ｃ，４１ｃは全て同方向に形成してあり、両ギア３，４が互いに逆回転することから、図１および図５において、左上および右下の支持孔１，３１内へは、サイドプレート１２の反ギア側側面１２ｂから作動流体が導入され（図５において黒抜き矢符で示す）、右下および左上の支持孔３１，４１内へはサイドプレート１２のギア側側面１２ａから作動流体が導入される（図５において白抜き矢符で示す）ようになっている。
【００２３】
サイドプレート１２を構成するアルミニウム合金としては、例えば鋳造性の良いＡＣ２Ａ材やＨ−４０４０材、Ａ２０１４材などがあり、サイドプレート１２の表面のうち、図６に示すように、少なくとも支持孔３１，４１の内周面３１ａ，４１ａおよびギア側側面１２ａには、なじみ性向上被膜Ｆが形成されている。このなじみ性向上被膜Ｆとしては、下記の１）〜４）のものを例示することができる。
１）フッ素化合物を含む被膜
２）亜鉛を含む被膜
３）カルシウム化合物を含む被膜
４）リン酸化合物を含む被膜
上記１）のフッ素化合物としては、例えば、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、フッ化亜鉛アルミニウム［例えばＡｌ（ＺｎＦ_３）_３，Ａｌ_２（ＺｎＦ_４）_３］、珪フッ化アルミニウム［Ａｌ_２（ＳｉＦ_６）_３］、珪フッ化亜鉛（ＺｎＳｉＦ_６）、珪フッ化カルシウム（ＣａＳｉＦ_６）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を示すことができる。特に、被膜には、潤滑性を向上できるフッ素と、母材であるアルミニウム合金との密着性を高めることができるアルミニウムを含むことが好ましく、この観点から、フッ化アルミニウム、フッ化亜鉛アルミニウム、珪フッ化アルミニウムが好ましい。
【００２４】
また、上記２）の亜鉛を含む被膜としては、亜鉛化合物を含む被膜と亜鉛を含む混合物の被膜がある。亜鉛化合物としては、例えばフッ化亜鉛アルミニウム［例えばＡｌ（ＺｎＦ_３）_３，Ａｌ_２（ＺｎＦ_４）_３］、珪フッ化亜鉛（ＺｎＳｉＦ_６）、リン酸亜鉛［Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２］を示すことができる。また、亜鉛を含む混合物の被膜としては、例えば、亜鉛微粒子を均一に分散したフッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）の被膜がある。
【００２５】
また、上記３）のカルシウム化合物としては、例えばフッ化亜鉛カルシウム（ＣａＺｎＦ_４）、珪フッ化カルシウム（ＣａＳｉＦ_６）、リン酸カルシウム［Ｃａ（ＰＯ_４）_２］被膜を示すことができる。
また、上記４）のリン酸化合物としては、例えばリン酸亜鉛［Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２］、リン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ_４）、リン酸カルシウム［Ｃａ（ＰＯ_４）_２］を示すことができる。
【００２６】
本実施の形態では、アルミニウム合金製のサイドプレート１２の表面に、なじみ性向上被膜Ｆを形成することにより、初期摩耗の段階で、サイドプレート１２とこれに摺接する部品とが固体潤滑剤の働きで互いに現合でなじむことになり、互いの部品精度が向上すると共に摩耗が飽和状態となる。これにより、以後の使用において摩耗の進行が抑制されると共にかじり等の発生が防止される。特に、支軸３０，４０を受ける支持孔３１，４１の内周面３１ａ，４１ａや、ギア３，４の側面と摺接するサイドプレート１２のギア側側面１２ａでの耐摩耗性の向上により、耐久性を格段に向上できる。結果として、摩耗に起因した流体漏れによるポンプ効率の低下を抑制することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、なじみ性向上被膜は支持孔３１，４１の内周面３１ａ，４１ａ、及びサイドプレート１２のギア側側面１２ａの何れか一方に形成するようにしても良い。その他、本発明の範囲で種々の変更を施すことができる。
【００２８】
【実施例】
アルミニウム合金材としてＡＣ２Ａ材を用い、その表面に下記のような内容の、なじみ性向上被膜を生成した実施例１と、何らの表面処理も施していない比較例１と、硬度向上被膜を生成した比較例２，比較例３及び比較例４とを作成した。これら実施例及び比較例を実機のギヤポンプに組み込み、下記の試験条件にてパルス耐久試験を実施し、摩耗量を測定したところ、図７に示す結果を得た。
【００２９】
試験条件
油圧負荷：８ＭＰａのオンオフ
回転数：３０００ｒｐｍ
潤滑：ブレーキフルード
負荷サイクル：１００００サイクル
実施例１
アルミニウム合金材の表面に、亜鉛微粒子を均一分散したフッ化アルミニウム混合物からなる、厚み５〜１５μｍのなじみ性向上被膜を形成した。
【００３０】
被膜の生成工程において、珪フッ化ナトリウム及びフッ化亜鉛を含む混合液中で、アルミニウム合金材を加熱するときに、下記の反応が起こる。すなわち、
Ｎａ_２ＳｉＦ_６＋３Ｈ_２Ｏ→２ＮａＦ＋Ｈ_２ＳｉＯ_３＋２Ｈ_２Ｆ_２
３Ｈ_２Ｆ_２＋２Ａｌ→２ＡｌＦ
３Ｚｎ^＋＋＋２Ａｌ→２Ａｌ^＋＋＋＋３Ｚｎ
このように、珪フッ化ナトリウムが加水分解して生ずるフッ化水素とアルミニウムが反応してフッ化アルミニウムが生成されると共に、亜鉛イオンとアルミニウムが反応して亜鉛の微粒子が析出する。このため、亜鉛微粒子を核として、フッ化アルミニウムの被膜が均一に形成される。
【００３１】
比較例２
ニッケル−リンの金属マトリックス中に硬質微粒子として炭化ケイ素を複合共析させた無電解複合ニッケルメッキ皮膜を、アルミニウム合金材の表面に１０〜２０μｍの厚みで形成した。
比較例３
ＰＴＦＥを分散させた無電解のニッケル−リンメッキ被膜をアルミニウム合金材の表面に１０〜２０μｍの厚みで形成した。
【００３２】
比較例４
ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜をアルミニウム合金材の表面に３〜６μｍの厚みで形成した。
図７に示すように、比較例２、比較例３及び比較例４については、トルクの増大やポンプ特性の低下等で、ポンプとしての所定の機能を果たせなくなったので、耐久試験を途中で中止した。比較例２については、試験中止の時点で、摩耗量が許容レベルを大幅に超えている。比較例１も、摩耗量の許容レベルを大幅に超えている。
【００３３】
これに対して、実施例１は、耐久試験の最後までポンプ性能を確保でき、しかも摩耗量が許容レベルよりも格段に少なく、優れた耐久性を実現することができた。これにより、初期摩耗の段階でのなじみ性向上と以後の潤滑性向上による効果が実証された。
【００３４】
【発明の効果】
本発明では、アルミニウム合金製のサイドプレートの表面に、なじみ性向上被膜として、例えば亜鉛微粒子を含むフッ化アルミニウム混合物からなる被膜を形成することにより、初期摩耗段階で摺接部品に対するなじみ性を向上させるとともに潤滑性を向上させるようにした。このなじみによって摺接部品に対する部品精度が現合で確保されることになるので、耐摩耗性を向上することができる。その結果、潤滑性の悪いブレーキフルードやガソリン用のポンプとしての耐久性を格段に向上できるとともに摩耗に起因した流体漏れによるポンプ効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のギヤポンプの断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であり、ハッチングを省略してある。
【図３】図１のＩＩＩ −ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】ギヤポンプの要部の一部破断分解斜視図である。
【図６】サイドプレートの断面図である。
【図７】本発明の実施例と比較例を実機に組み込んでの耐久結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ハウジング
３駆動ギア
４従動ギア
５吸込室
６吐出室
１２サイドプレート
１２ａギア側側面
１４ギア室
３０，４０支軸
３１，４１支持孔
３１ａ，４１ａ内周面
Ｆなじみ性向上被膜

Claims

ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギア室を区画し、このギア室の内部に互いに噛み合う一対のギアを収容してギアの支軸を各サイドプレートにそれぞれ形成した一対の支持孔に嵌合支持すると共に、ギア室の内部に両ギアの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したギヤポンプにおいて、
上記サイドプレートはアルミニウム合金からなり、その表面の少なくとも一部に、なじみ性を向上させるためのフッ化アルミニウム被膜を均一に形成していることを特徴とするギヤポンプ。
請求項１において、上記フッ化アルミニウム被膜に亜鉛微粒子が均一に分散されていることを特徴とするギヤポンプ。