JP4743589B2 - 内接式ギヤポンプのインナーロータおよびアウターロータ - Google Patents
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Description
本発明は、内接式ギヤポンプの構成部品である外歯を有する耐食性に優れたインナーロータおよび前記外歯に噛み合う内歯を有する耐食性に優れたアウターロータに関するものであり、特にＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金製インナーロータおよびアウターロータに関するものである。
一般に、内接式ギヤポンプには外歯を有するインナーロータおよび前記外歯に噛み合う内歯を有するアウターロータが組み込まれていることは広く知られており、この内接式ギヤポンプはインナーロータをモータで回転駆動することによってインナーロータに噛み合うアウターロータをインナーロータと同一方向に回転させ、この回転によって各ロータ同士の接触部間に形成されるポンプ室の容積を増減させ、それによって吸引ポートから燃料を吸引し、吐出ポートから吐出する構造を有することも広く知られている。
この内接式ギヤポンプは構造が比較的簡単でしかもポンプ効率が高いといった利点を有していることから、自動車等のエンジンへ燃料であるガソリン、軽油等を供給する機構に採用されている。この燃料供給用内接式ギヤポンプを構成するインナーロータおよびアウターロータは、一般に、鉄系焼結合金で作られていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１４４９６４号公報
しかしながら、軽油や外国のガソリンの中には、アルコール分や水分の他にさらに硫黄やその化合物が混入したものや、蟻酸や酢酸等の有機酸が混入したものがあり、このような粗悪ガソリンを使用すると、従来の鉄系焼結合金からなるインナーロータおよびアウターロータでは腐食が激しく、インナーロータおよびアウターロータが腐食するとインナーロータとアウターロータとの接触部分、および各ロータとハウジングとの接点部分が摩耗してポンプ室の液密性が保てなくなり、高圧となってガソリンを吐出すべきポンプ室から摩耗部分を通して隣りの比較的低圧のポンプ室にガソリンが流入し、結果的にポンプ効率が低下して早期に寿命となってしまうという問題があった。かかる従来の鉄系焼結合金からなるインナーロータおよびアウターロータの腐食を防止すべくニッケルメッキを厚く被膜したインナーロータおよびアウターロータが提案されているが、このニッケルメッキを厚く被覆することによってある程度の耐食性を示すものの、ニッケルメッキを厚く被膜という操作はコストを上昇させ、厳しいコストダウンに対する要求を満たすことができない。
そこで、本発明者らは前記粗悪ガソリンを使用してもインナーロータの内周面及びアウターロータの外周面が腐食するのを減少させると共に、インナーロータとアウターロータとの摺動抵抗および各ロータとハウジングとの摺動抵抗を低減してポンプを駆動するモータの消費電力を抑えることができ、長期にわたって使用することができる内接式ギヤポンプを提供すべく研究を行った。
その結果、質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなるインナーロータおよびアウターロータは、従来の鉄系焼結合金からなるインナーロータおよびアウターロータに比べて前記粗悪ガソリンに対する耐食性が格段に優れ、したがってニッケルメッキを施す必要がないこと、前記Ｃｕ−Ｎｉ系焼結銅合金にさらにＺｎ：５〜２０％、Ｐ：０．１〜０．９％を添加した成分組成を有するＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなるインナーロータおよびアウターロータは強度および硬度が一層向上するので一層好ましいこと、などの研究結果が得られたのである。
その結果、質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなるインナーロータおよびアウターロータは、従来の鉄系焼結合金からなるインナーロータおよびアウターロータに比べて前記粗悪ガソリンに対する耐食性が格段に優れ、したがってニッケルメッキを施す必要がないこと、前記Ｃｕ−Ｎｉ系焼結銅合金にさらにＺｎ：５〜２０％、Ｐ：０．１〜０．９％を添加した成分組成を有するＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなるインナーロータおよびアウターロータは強度および硬度が一層向上するので一層好ましいこと、などの研究結果が得られたのである。
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなる内接式ギヤポンプのインナーロータ、
（２）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなる内接式ギヤポンプのアウターロータ、
（３）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｚｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、Ｐ：０．１〜０．９％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなる内接式ギヤポンプのインナーロータ、
（４）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｚｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、Ｐ：０．１〜０．９％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなる内接式ギヤポンプのアウターロータ、に特徴を有するものである。
（１）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなる内接式ギヤポンプのインナーロータ、
（２）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなる内接式ギヤポンプのアウターロータ、
（３）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｚｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、Ｐ：０．１〜０．９％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなる内接式ギヤポンプのインナーロータ、
（４）Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｚｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、Ｐ：０．１〜０．９％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなる内接式ギヤポンプのアウターロータ、に特徴を有するものである。
この発明の内接式ギヤポンプのインナーロータおよびアウターロータを構成する焼結銅合金の成分組成を前述の如く限定した理由を説明する。
Ｎｉ：
Ｎｉは、Ｃｕに固溶してＣｕ−Ｎｉ系合金などの固溶体相からなる素地を形成し、強度、耐摩耗性及び耐食性を向上させる作用があるが、その含有量が１２％未満では強度、耐摩耗性及び耐食性が不足し、一方、５０％を越えると焼結性が低下するために強度が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ｎｉの含有量を１２〜５０％に定めた。一層好ましくは１５〜３０％である。
Ｓｎ：
Ｓｎは耐食性を向上させる成分であるが、その含有量が５％未満では耐食性が不足し、一方、２０％を超えると強度が低下するようになるので好ましくない。したがって、その含有量を５〜２０％に定めた。一層好ましくは８〜１５％である。
Ｃ：
Ｃは、潤滑性を付与する成分であるが、その含有量が０．５％未満では十分な潤滑性を付与することができないために、がじりが発生し易くなるので好ましくなく、一方、５％を超えて含有すると、強度が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ｃ含有量を０．５〜５％に定めた。一層好ましくは１〜３％である。
Ｚｎ：
ＺｎはＮｉと共に含有してＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金の固溶体相からなる素地を形成し、素地の強度を一層向上させるので必要に応じて含有させるが、その含有量が５％未満では強度の向上効果がなく、一方、２０％を超えて含有させると、強度が不足するようになるので好ましくない。したがって、Ｚｎ含有量を５〜２０％に定めた。一層好ましくは８〜１５％である。
Ｐ
Ｐは、延性を向上させるためにＺｎと共に必要に応じて含有させるが、その含有量が０．１％未満では十分な延性が得られず、一方、０．９％を超えると、延性が低下して脆性が増すので好ましくない。したがって、Ｐ含有量を０．１〜０．９％に定めた。一層好ましくは０．２〜０．６％である。
Ｎｉ：
Ｎｉは、Ｃｕに固溶してＣｕ−Ｎｉ系合金などの固溶体相からなる素地を形成し、強度、耐摩耗性及び耐食性を向上させる作用があるが、その含有量が１２％未満では強度、耐摩耗性及び耐食性が不足し、一方、５０％を越えると焼結性が低下するために強度が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ｎｉの含有量を１２〜５０％に定めた。一層好ましくは１５〜３０％である。
Ｓｎ：
Ｓｎは耐食性を向上させる成分であるが、その含有量が５％未満では耐食性が不足し、一方、２０％を超えると強度が低下するようになるので好ましくない。したがって、その含有量を５〜２０％に定めた。一層好ましくは８〜１５％である。
Ｃ：
Ｃは、潤滑性を付与する成分であるが、その含有量が０．５％未満では十分な潤滑性を付与することができないために、がじりが発生し易くなるので好ましくなく、一方、５％を超えて含有すると、強度が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ｃ含有量を０．５〜５％に定めた。一層好ましくは１〜３％である。
Ｚｎ：
ＺｎはＮｉと共に含有してＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金の固溶体相からなる素地を形成し、素地の強度を一層向上させるので必要に応じて含有させるが、その含有量が５％未満では強度の向上効果がなく、一方、２０％を超えて含有させると、強度が不足するようになるので好ましくない。したがって、Ｚｎ含有量を５〜２０％に定めた。一層好ましくは８〜１５％である。
Ｐ
Ｐは、延性を向上させるためにＺｎと共に必要に応じて含有させるが、その含有量が０．１％未満では十分な延性が得られず、一方、０．９％を超えると、延性が低下して脆性が増すので好ましくない。したがって、Ｐ含有量を０．１〜０．９％に定めた。一層好ましくは０．２〜０．６％である。
この発明のインナーロータおよびアウターロータは、粗悪ガソリンに含まれる硫黄やその化合物に対する耐食性および蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を併せ備えていることから、この発明のインナーロータおよびアウターロータを組み込むことにより一層長寿命の内接式ギヤポンプが得られ、特に自動車産業上優れた効果を奏するものである。
原料粉末として、平均粒径：４０μｍを有するＣｕ−Ｎｉ合金（Ｎｉ含有割合は表１に表示）粉末、平均粒径：２０μｍを有するＳｎ粉末、平均粒径：１０μｍを有する黒鉛粉末、平均粒径：３０μｍを有するＺｎ粉末、平均粒径：２０μｍを有するＣｕ−Ｐ合金（同じくＰ含有割合は表１に表示）粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される割合になるように配合し、ステアリン酸を１％加えてＶ型混合機で２０分間混合した後、得られた混合粉末を圧粉体にプレス成形し、この圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気中、表１に示される温度で焼結し、さらに最終的にサイジング処理することにより、それぞれ表２に示される密度を有するＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなる外形:１０ｍｍ×内径：５ｍｍ×高さ：５ｍｍの寸法をもった本発明ロータ試験片１〜１２および比較ロータ試験片１〜２をそれぞれ製造した。さらに従来のロータに使用されているＦｅ−０．５％Ｃ−２％Ｃｕの組成を有する鉄系焼結合金からなる外形:１０ｍｍ×内径：５ｍｍ×高さ：５ｍｍの寸法をもった従来ロータ試験片１を作製した。これら本発明ロータ試験片１〜１２、比較ロータ試験片１〜２および従来ロータ試験片１を用いて下記の耐食試験を行った。
耐食試験１
ガソリンに蟻酸：１０００ｐｐｍ、酢酸：１０００ｐｐｍ、エタノール：５０００ｐｐｍを添加して擬似粗悪ガソリンを想定した有機酸混合ガソリンからなる試験液１を作製し、この試験液１を６０℃に保持し、この６０℃に保持された試験液１に先に用意した本発明ロータ試験片１〜１２、比較ロータ試験片１〜２および従来ロータ試験片１を１００時間浸漬したのち取出して試験前後の本発明ロータ試験片１〜１２、比較ロータ試験片１〜２および従来ロータ試験片１の質量変化（％）を求め、その結果を表２に示した。なお、質量変化（％）は浸漬前の試料の質量および浸漬後に乾燥した試料の質量をそれぞれ求め、質量変化（％）＝［（浸漬後に乾燥した試料の質量）−（浸漬前の試料の質量）］／（浸漬前の試料の質量）×１００の式により求めた。
ガソリンに蟻酸：１０００ｐｐｍ、酢酸：１０００ｐｐｍ、エタノール：５０００ｐｐｍを添加して擬似粗悪ガソリンを想定した有機酸混合ガソリンからなる試験液１を作製し、この試験液１を６０℃に保持し、この６０℃に保持された試験液１に先に用意した本発明ロータ試験片１〜１２、比較ロータ試験片１〜２および従来ロータ試験片１を１００時間浸漬したのち取出して試験前後の本発明ロータ試験片１〜１２、比較ロータ試験片１〜２および従来ロータ試験片１の質量変化（％）を求め、その結果を表２に示した。なお、質量変化（％）は浸漬前の試料の質量および浸漬後に乾燥した試料の質量をそれぞれ求め、質量変化（％）＝［（浸漬後に乾燥した試料の質量）−（浸漬前の試料の質量）］／（浸漬前の試料の質量）×１００の式により求めた。
耐食試験２
ガソリンに硫黄：１０００ｐｐｍを添加して擬似粗悪ガソリンを想定した硫黄混合ガソリンからなる試験液２を作製し、この試験液２を６０℃に保持し、この６０℃に保持された試験液２に先に用意した本発明ロータ試験片１〜１２、比較ロータ試験片１〜２および従来ロータ試験片１を１００時間浸漬したのち取出して試験前後の本発明ロータ試験片１〜１２、比較ロータ試験片１〜２および従来ロータ試験片１の質量変化（％）を求め、その結果を表２に示した。なお、質量変化（％）は浸漬前の試料の質量および浸漬後に乾燥した試料の質量をそれぞれ求め、質量変化（％）＝［（浸漬後に乾燥した試料の質量）−（浸漬前の試料の質量）］／（浸漬前の試料の質量）×１００の式により求めた。
ガソリンに硫黄：１０００ｐｐｍを添加して擬似粗悪ガソリンを想定した硫黄混合ガソリンからなる試験液２を作製し、この試験液２を６０℃に保持し、この６０℃に保持された試験液２に先に用意した本発明ロータ試験片１〜１２、比較ロータ試験片１〜２および従来ロータ試験片１を１００時間浸漬したのち取出して試験前後の本発明ロータ試験片１〜１２、比較ロータ試験片１〜２および従来ロータ試験片１の質量変化（％）を求め、その結果を表２に示した。なお、質量変化（％）は浸漬前の試料の質量および浸漬後に乾燥した試料の質量をそれぞれ求め、質量変化（％）＝［（浸漬後に乾燥した試料の質量）−（浸漬前の試料の質量）］／（浸漬前の試料の質量）×１００の式により求めた。
表１，２に示される結果から、Ｃｕ−Ｎｉ系焼結銅合金で構成された本発明ロータ試験片１〜１２はいずれも鉄系焼結合金で構成された従来ロータ試験片１に比べて擬似粗悪ガソリンを想定した有機酸混合ガソリンおよび硫黄混合ガソリンに対する耐食性に優れていることがわかる。
Claims (4)
- 質量％で、Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなることを特徴とする内接式ギヤポンプのインナーロータ。
- 質量％で、Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなることを特徴とする内接式ギヤポンプのアウターロータ。
- 質量％で、Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｚｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、Ｐ：０．１〜０．９％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなることを特徴とする内接式ギヤポンプのインナーロータ。
- 質量％で、Ｎｉ：１２〜５０％、Ｓｎ：５〜２０％、Ｚｎ：５〜２０％、Ｃ：０．５〜５％、Ｐ：０．１〜０．９％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｎｉ系焼結銅合金からなることを特徴とする内接式ギヤポンプのアウターロータ。
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