JP4821275B2 - オイルポンプ - Google Patents

Description

本発明はオイルポンプに関する。例えば車両のパワーステアリング装置に使用されるオイルポンプに利用することができる。

オイルポンプとして、作動室と吸込ポートと吐出ポートとをもつ基部と、基部の作動室に回転可能に設けられたロータとをもつものが知られている（特許文献１）。ロータは、ロータ本体と、ロータ本体の外周部の溝に嵌合されたベーンとをもつ。ロータの回転に伴い、ベーンが遠心方向および向心方向に移動する。これに伴い、互いに隣設するベーン間の室の圧力が変動し、油を吸込ポートから吸い込んで、吐出ポートから吐出する。ここで、基部はフロントハウジングとリヤハウジングとからなる。リヤハウジングは、ロータ本体の軸端面とベーンの側端面とに対向する摺動対向面を備えている。リヤハウジングは、アルミニウム−シリコン系合金で形成され、軽量化を図りつつ、高耐摩耗性および高強度を有するようにされている。
特開２０００−１７９４６９号公報

近年、内燃機関の更なる高出力化に伴い、オイルポンプの吐出油圧が更に高圧化している。このためオイルポンプの運転条件によっては、リヤハウジングの摺動対向面における摩耗が進行するおそれがある。殊に、内部の高圧化によって、リヤハウジングに反り変形が発生することがある。この場合、リヤハウジングの摺動対向面の摩耗量が増加し易い。この結果、リヤハウジングの摺動対向面とロータ本体の軸端面との間、あるいは、リヤハウジングの摺動対向面とベーンの側端面との間から油が漏れるおそれがある。従って使用期間が長くなると、オイルポンプの本来の性能が得られないおそれがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、オイルポンプが高圧化するときであっても、オイルポンプの性能を確保するのに有利なオイルポンプを提供することを課題とするにある。

本発明に係るオイルポンプは、作動室と、作動室に連通する吸込ポートおよび吐出ポートとをもつ基部と、
基部の前記作動室に回転可能に設けられ、回転に伴い油を吸込ポートから吸い込んで前記吐出ポートから吐出するロータとを具備するオイルポンプにおいて、
基部は、
作動室をもつ第１ハウジングと、
ロータの軸端面に対向すると共にロータの軸端面が摺動する摺動対向面と、作動室に背向すると共に外方に露出する露出面と、を有する第２ハウジングと、を備え、
第２ハウジングは、アルミニウム合金を基材として形成されており、且つ、摺動対向面はアルマイト層を備え、
ロータは、ハウジングの摺動対向面に形成されているアルマイト層と、作動室に配置されている含油部材とで挟まれていることを特徴とする。

ロータの軸端面が摺動する摺動対向面をもつ第２ハウジングは、アルミニウム合金を基材として形成されている。摺動対向面はアルマイト層を備えており、硬化されている。このため第２ハウジングの摺動対向面は耐摩耗性が向上している。このため摺動条件が厳しいときであっても、第２ハウジングの摺動対向面における摩耗の進行が抑制される。この結果、第２ハウジングの摺動対向面とロータ本体の軸端面との間、あるいは、第２ハウジングの摺動対向面とベーンの側端面との間から油が漏れるおそれが抑制される。

本発明に係るオイルポンプによれば、オイルポンプが高圧化するときであっても、オイルポンプの性能を確保するのに有利である。

ここで、ロータの円滑な作動性を高めるためには、ロータと含油部材との間における潤滑性と、ロータと第２ハウジングとの間における潤滑性とにあまり大きな差がない方が好ましい。

この点本発明によれは、含油部材は前述したように含油性を有するため、含油部材とロータとの間においては良好なる油潤滑性が期待できる。また、第２ハウジングの摺動対向面は、前記したようにアルマイト層を備えているため、アルマイト層が形成されていない従来品に比較して、摺動対向面における良好な油保持性を期待できる。このように本発明によれば、ロータの軸心方向に沿った両側において、良好なる油潤滑性を期待できる。このため、ロータの作動性が良好に確保される。

・ロータは、外周面に溝をもつ回転可能なロータ本体と、ロータ本体の溝に嵌合されロータの回転に伴い遠心方向および向心方向に作動するベーンとを有する形態が例示される。摺動対向面のアルマイト層は、ベーンの側端面に接触可能に対向している。この場合、摺動対向面における摩耗が抑制される。

・第２ハウジングを構成するアルミニウム合金は、質量％でシリコンを１〜２５％含む形態が例示される。シリコンの含有により、アルミニウム合金の硬度および強度が高くなり、第２ハウジングが強化される。この場合、シリコンを５〜２０％、８〜１５％含む形態が例示される。なお、シリコン含有量は第２ハウジングに要請される性質によって異なり、上限値としては１８％、１５％、１３％が例示され、この上限値と組み合わせ得る下限値としては６％、７％、９％が例示される。

・アルミニウム合金に形成されるアルマイト層（陽極酸化膜）は、一般的には基地側のバリヤ層と表面側のポア層とを備えている。ポア層は油保持性を期待できる。アルマイト層の厚みは、５〜３００マイクロメートルである形態が例示される。また１０〜２００マイクロメートル、１０〜１００マイクロメートル１０〜５０マイクロメートルである形態が例示される。上記した厚みであれば、アルマイト層がアルミニウム合金の基地組織の初晶相（α相またはシリコン相）および共晶相の双方を良好に覆うことが期待される。初晶相等の剥離抑制に有利である。

・望ましくは、アルマイト層をもつ第２ハウジングの厚み方向の中心領域の平均内部硬度はＨｖ１００〜２００であり、アルマイト層の平均硬度はＨｖ２３０〜４５０である形態を採用することができる。この場合、摺動対向面における耐摩耗性の向上が期待される。両者の差は一般的にはＨｖ５０〜１５０、８０〜１２０程度が例示される。

・アルマイト層の表面粗さは、Ｒｚ（ＪＩＳ）で１．５〜１０マイクロメートル、２〜５マイクロメートルである形態を採用することができる。アルマイト層の表面粗さが上記した範囲であれば、摺動対向面における表面粗さが小さい場合に比較して、摺動対向面における良好な油保持性が期待される。ロータは、第２ハウジングの摺動対向面に形成されているアルマイト層（油保持性が期待される）と、作動室に配置された含油部材とで挟まれている。この場合、ロータの両側において油潤滑性を確保するのに有利である。

・アルマイト層の硬度と表面粗さとの関係は、図４に示すようになっている。この場合、切削加工により平面仕上げした試験片（表面粗さ１マイクロメートル，アルミニウム−シリコン１４〜１６質量％）系合金）に対してアルマイト処理している。ここで、アルマイト層の硬度がＨｖ２３０以上であれば、第２ハウジングの耐摩耗性の向上が期待できる。アルマイト層の表面粗さとしては、相手材（ロータ）に有害な摩耗を生じさせないためには、１０．０マイクロメートル以下であることが望ましい。このことから、第２ハウジングの耐摩耗性を向上させつつ良好な油保持性を得るためには、アルマイト層の硬度および表面粗さは、上記した範囲（硬度Ｈｖ２３０〜４５０、表面粗さ１．５〜１０．０マイクロメートル）であることが望ましい。

本発明の第１実施例を図１および図２を参照して説明する。まず、全体構成から説明する。オイルポンプは、車両のステアリングの操作をアシストするパワーステアリング装置に使用されるものであり、エンジンのクランクシャフトで回転される。図１に示すように、基部１はアルミニウム合金を基材としており、内壁面１１ａで区画された作動室１１及び作動室１１に連通する吐出室１２をもつフロントハウジング１３（第１ハウジング，分割体）と、フロントハウジング１３の取付端面１３ａに固定されたリヤハウジング１８（第２ハウジング，分割体）とを有する。

シール部１５を介して作動室１１に嵌合して吐出室１２に対面するように配置された第１サイドプレート１６（含油部材）が設けられている。第１サイドプレート１６は鉄系焼結品であり、Ｈｖ１５０〜３００程度、殊に１８０〜２５０である。第１サイドプレート１６の比重は６．３〜７．２程度、６．５〜７．０程度であり、多数の細孔を有する。細孔は含油性を有するため、良好な油潤滑性を期待できる。

取付ボルト１４（取付具）をリヤハウジング１８の通孔１８ｐに挿通し、更に、フロントハウジング１３のねじ孔１３ｐにねじ込むことにより、リヤハウジング１８はハウジング１３の取付端面１３ａにシール部１８ｓを介して固定されている。第１サイドプレート１６の厚み方向には、吐出室１２及び作動室１１に連通する吐出ポート１９が形成されている。第１サイドプレート１６とリヤハウジング１８とで挟持されるように、カムリング２０が作動室１１に嵌合して配置されている。

シャフト孔２１は作動室１１に繋がるようにフロントハウジング１３に形成されている。フロントハウジング１３に吸込通路２４が形成されている。吸込通路２４は、リヤハウジング１８の吸込連通路２６を経て吸込ポート２７に連通する。

図２に示すように、ロータ３は、作動室１１のカムリング２０内に回転可能に設けられている。ロータ３は、回転に伴い油を吸込ポート２７から吸い込んで吐出ポート１９を経て吐出室１２に吐出し、ひいては吐出通路２８に供給し、ポンプ作用を行う。ロータ３は、カムリング２０内で回転するロータ本体３０（鉄系焼結品を浸炭焼き入れしたもの、Ｈｖ６００〜８００程度）と、ロータ本体３０の外周部の溝３１ａに放射方向に嵌合された複数の羽根状のベーン３１（鉄系、切削加工品，Ｈｖ７００〜９００程度）とを有する。鉄系のロータ本体３０は、焼結品を浸炭させた後に焼き入れした材料で形成されており、硬化および高強度化されている。

図１に示すようにフロントハウジング１３には、公知の流量制御弁（例えば特開平９−３２７４０号公報に記載の流量制御弁５）が設けられた吐出通路２８が形成されている。吐出通路２８は吐出室１２に連通し、吐出室１２及び吐出ポート１９を介して作動室１１に連通する。吐出通路２８は吸込通路２４に連通している。プーリ４ａをもつ駆動シャフト４（鉄系、切削加工品、Ｐ１：軸芯）はシャフト孔２１内にメタル軸受２１０を介して回転可能に支承されていると共に、ロータ３のロータ本体３０の孔に一体的に係合している。

エンジンのクランクシャフトにエンドレスベルトで連結されたプーリ４ａが回転すると、駆動シャフト４が回転し、ロータ３は回転する。この結果、ロータ３及びベーン３１がカムリング２０内で同方向に回転する。べーン３１の先端はカムリング２０のカム面２０ｃに沿って移動する。隣設するベーン３１で室３３が形成される。吸込ポート２７側では室３３の容積は、吸込ポート２７からの油吸い込み性を確保すべく相対的に大きくされており、吐出ポート１９側では室３３の容積は相対的に小さくされている。

さて要部構成について説明する。リヤハウジング１８は、質量％でシリコンを８〜１６％、殊に１０〜１５％含むアルミニウム合金（ＡＤＣ１２相当、ダイカスト品）で形成されている。リヤハウジング１８は、ロータ３のロータ本体３０の軸端面およびベーン３１の側端面に対向する摺動対向面１８０をもつ。リヤハウジング１８の全体はアルマイト処理（陽極酸化処理）されており、更に封孔処理されている。従って、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０の表面にはアルマイト層１８５が形成されている。リヤハウジング１８は、作動室１１に背向すると共に外方に露出する露出面１８２をもつ。露出面１８２においてもアルマイト層１８５Ｂが形成されている。

上記したアルマイト処理においては、リヤハウジング１８を脱脂した後に、硫酸を含む液を貯留した低温の硫酸浴にリヤハウジング１８を浸漬させ、その状態でリヤハウジング１８を陽極とし、陽極と陰極との間に電圧を印加し、硬質アルマイト処理を行ない、その後、封孔処理を行った。この場合、浴電圧は１０〜３０ボルト、電流密度は５０〜２００アンペア／ｄｍ^２、液温度は８〜２５℃とした。液温度が一般的な硫酸浴を用いるアルマイト処理よりも低温であるため、アルマイト層１８５の成長速度が低下するものの、アルマイト層１８５の高硬度化が図れる。アルマイト層１８５を生成させるときにおける溶解が抑制されるためと推察される。

なお、液温が２０℃のシュウ酸系の浴においても、アルマイト処理を行ったが、アルマイト層が充分な厚みで生成されず、アルマイト層は良好ではなかった。アルマイト層を生成させるときに基材であるアルミニウム合金の溶出が律速となり、アルマイト層の生成が不充分となるためと推察される。

図３に示すように、アルマイト層１８５は基地側のバリヤ層と表面側のポア層とを備えている。ポア層は多孔質であり、封孔処理されている。アルマイト層１８５の厚みは１０〜８０マイクロメートル、殊に１０〜５０マイクロメートルとされている。リヤハウジング１８の厚み方向の中心領域の平均内部硬度はＨｖ１３０〜１６０であり、アルマイト層１８５の平均硬度はＨｖ３００〜４００とされている(Ｈｖの測定荷重は１００ｇ）。なお、アルマイト層１８５の平均硬度は、鉄−炭素系の第１サイドプレート１６の平均硬度よりも高い。

上記したように本実施例によれば、アルマイト処理によりリヤハウジング１８の摺動対向面１８０の硬度は高くなる。このためロータ３のロータ本体３０の軸端面およびベーン３１の側端面と摺動するときであっても、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０の耐摩耗性が向上し、摺動対向面１８０の摩耗が低減される。耐焼き付き性も向上する。このためベーン３１の遠心方向および向心方向への移動性が長期にわたり円滑に維持され、オイルポンプの本来の性能を良好に維持できる。

更に、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０がアルマイト層１８５により高硬度化されている本実施例によれば、オイルポンプの吐出圧が従来よりもかなり高圧化（例えば８ＭＰａ→１５ＭＰａ）され、高圧化に伴いリヤハウジング１８に反り変形が生じるときであっても、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０における過剰な摩耗が抑制される。従って、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０とロータのロータ本体３０の軸端面との間、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０とベーン３１の側端面との間から油が漏れるおそれが抑制される。従って、オイルポンプの吐出圧が高圧化するときであっても、オイルポンプの本来の性能を良好に維持できる。

リヤハウジング１８の摺動対向面１８０は、油環境下においてロータのロータ本体３０の軸端面およびベーン３１の側端面と摺動するため、高い精度の平面度を得るため、平面加工される。ここで、アルマイト層１８５を形成する前のリヤハウジング１８の摺動対向面１８０は表面粗さは、Ｒｚ（ＪＩＳ）で１マイクロメートルであった。これに対してアルマイト層１８５の表面粗さは、Ｒｚ（ＪＩＳ）で１．５〜３．５マイクロメートルであった。表面粗さはＪＩＳＢ ０６０１（１９９４）に準拠して測定した。

このようにリヤハウジング１８の摺動対向面１８０に高い精度の平面加工を施しつつも、摺動対向面１８０の表面粗さがアルマイト層１８５により適度に増加する。このため、アルマイト層１８５が形成されていない従来品に比較して、油膜の抜け（油膜追従性）抑制され、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０における油膜の保持性の向上が期待される。この意味においてもリヤハウジング１８の摺動対向面１８０の摩耗が低減され、オイルポンプの本来の性能を良好に維持できる。

リヤハウジング１８は、前述したように、合金の強化のために、質量％でシリコンを８〜１６％、殊に１０〜１５％含むアルミニウム合金で形成されている。この金属をアルミニウム−シリコン系の平衡状態図から判定すると、冷却速度を考慮すると、摺動対向面１８０の金属組織は基本的には初晶相（α相またはシリコン相）および共晶相が混在するように複数の相が混在して形成されることが多い。ここで、アルマイト処理時において、初晶相（α相またはシリコン相）および共晶相の導電率が相違するため、アルマイト処理における電流密度が初晶相と共晶相とで相違し、両相でアルマイト層の成長速度が相違し、この影響で、アルマイト層に適度なムラが発生し、上記した表面粗さが発現され易いものと推察される。なお、アルマイト層１８５が上記した厚みであれば、基地組織を構成する初晶相および共晶相の双方を良好に覆うことができる。

ところで、アルミニウム−シリコン系合金では、摺動環境が過酷であると、摺動条件によっては、シリコンの粒径にもよるが、シリコン（共晶シリコン、初晶シリコン）が基地から剥離、脱落するおそれがある。この場合、硬いシリコンが摺動対向面１８０とベーン３１およびロータ３との間に介在した状態で摺動が行われるため、油が存在する摺動条件といえども、摺動条件によっては、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０を損傷させるおそれがある。この点本実施例によれば、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０が硬いアルマイト層１８５で覆われているため、ロータ本体３０およびベーン３１と基地組織とが直接的に摺動することが抑制され、ひいてはシリコンの剥離、脱落が抑制され、上記したおそれが軽減され、この意味においても耐摩耗性の向上に有利である。

本実施例によれば、鉄系の第１サイドプレート１６の比重は６．４〜７．０、殊に６．７〜６．９であり、鉄系部品としては比較的小さく、多数の細孔をもち、含油性を有する。従って、第１サイドプレート１６の摺動対向面１６０とロータ３との間における良好な油潤滑性、摺動性が確保されている。

本実施例によれば、図１に示すように、ロータ３は、アルマイト層１８５を備えた摺動対向面１８０をもつアルミニウム合金で形成されたリヤハウジング１８と、鉄系焼結部品である第１サイドプレート１６（鉄系の含油部材、焼結体）とで、ロータ本体３０の厚み方向に挟まれている。ここで、ロータ３を構成するロータ本体３０とベーン３１との円滑な作動性を高めるためには、ロータ３と第１サイドプレート１６との間における潤滑性と、ロータ３とリヤハウジング１８との間における潤滑性とにあまり大きな差がない方が好ましい。

この点本実施例によれは、第１サイドプート１６は前述したように含油性を有するため、第１サイドプレート１６とロータ３との間においては良好なる油潤滑性が期待できる。また、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０は、前記したようにポア層および適度な表面粗さを有するアルマイト層１８５を備えているため、アルマイト層１８５が形成されていない従来品に比較して、摺動対向面１８０における良好な油保持性を期待できる。このように本実施例によれば、ロータ３の軸心方向に沿った両側において、良好なる油潤滑性を期待できる。このため、ロータ３を構成するロータ本体３０およびベーン３１の作動性が良好に確保される。

本実施例によれば、リヤハウジング１８のうち外気に触れる露出面１８２においてもアルマイト層１８５Ｂが形成されている。このため、露出面１８２における耐摩耗性も向上させることができ、保管時や組付時等において他の部品が露出面１８２に衝突したとしても、露出面１８２に傷がつきにくい。また、リヤハウジング１８はシャフト４を嵌合させるシャフト孔１８ｘを有する。シャフト孔１８ｘの内周面１８ｙにもアルマイト層１８５が形成されているため、内周面１８ｙにおける耐摩耗性が向上している。

なお、フロントハウジング１３（分割体）にはアルマイト処理が施されていないが、これに限らず、フロントハウジング１３にもアルマイト層を形成しても良い。

実施例２は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図１〜図３が準用される。本実施例においても、実施例１と同様に、リヤハウジング１８は、ロータ３のロータ本体３０の軸端面およびベーン３１の側端面に対向する摺動対向面１８０をもつ。リヤハウジング１８の摺動対向面１８０の表面にはアルマイト層１８５が形成されている。リヤハウジング１８のうち作動室１１に背向する露出面１８２にも、アルマイト層１８５Ｂが形成されている。摺動対向面１８０におけるアルマイト層１８５の厚みは、露出面１８２におけるアルマイト層１８５Ｂの厚みよりも厚くされている。この場合、アルマイト処理のコストを抑えつつ、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０の耐摩耗性を向上させることができる。この場合、アルマイト処理するにあたり、リヤハウジング１８が陽極とされ、相手電極である陰極との間に電圧が印加されて陽極酸化されるが、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０を陰極に近づけて対向させておくと共に、リヤハウジング１８の露出面１８２を陰極に背向させて陰極から遠ざけておく。

（その他）
上記した実施例によれば、リヤハウジング１８は、質量％でシリコンを８〜１６％、殊に１０〜１５％含むアルミニウム合金で形成されているが、これに限らず、質量％でシリコンを２〜８％含むアルミニウム合金で形成されていても良い。またアルミニウム−シリコン系の合金としては、初晶シリコンが生成する過共晶系でも良い。更に、アルミニウム−シリコン系の合金に限らず、アルミニウム−銅系の合金、アルミニウム−マグネシウム系の合金、アルミニウム−亜鉛系の合金に適用しても良い。リヤハウジング１８はダイカスト品（鋳造品）とされているが、砂型品でも、鍛造品でも良い。第１サイドプート１６は焼結品であり、含油性を有するが、場合によっては含油性を有しないものでも良い。第１サイドプレート１６は鉄系焼結品であり、焼き入れされていないが、焼き入れ硬化させても良い。

上記した実施例によれば、ベーン式のオイルポンプに適用されているが、これに限らず、場合によってはギヤ式のポンプでも良い。パワーステアリング装置用のオイルポンプに限らず、他の用途のオイルポンプでも良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更して実施できるものである。

本発明は車両等に搭載されるオイルポンプ、例えば、車両のパワーステアリング装置等の油圧機器に使用されるオイルポンプに用いるのに適する。

実施例１に係り、オイルポンプの断面図である。 実施例１に係り、異なる方向からみたオイルポンプの断面図である。 アルマイト層を模式的に示す構成図である。 アルマイト層の硬度と表面粗さとの関係を示すグラフである。

１は基部、１１は作動室、１３はフロントハウジング（分割体，第１ハウジング）、１６は第１サイドプレート（含油部材）、１８はリヤハウジング（分割体，第２ハウジング）、１８０は摺動対向面、１８５はアルマイト層、１８５Ｂはアルマイト層、１９は吐出ポート、２４は吸込通路、２７は吸込ポート、２８は吐出通路、３はロータ、３０はロータ本体、３１はベーンを示す。

Claims (6)

1. 作動室と、前記作動室に連通する吸込ポートおよび吐出ポートとをもつ基部と、
   前記基部の前記作動室に回転可能に設けられ、回転に伴い油を前記吸込ポートから吸い込んで前記吐出ポートから吐出するロータとを具備するオイルポンプにおいて、
   前記基部は、
   前記作動室をもつ第１ハウジングと、
   前記ロータの軸端面に対向すると共に前記ロータの前記軸端面が摺動する摺動対向面と、前記作動室に背向すると共に外方に露出する露出面と、を有する第２ハウジングと、を備え、
   前記第２ハウジングは、アルミニウム合金を基材として形成されており、且つ、前記摺動対向面はアルマイト層を備え、
   前記ロータは、前記ハウジングの前記摺動対向面に形成されている前記アルマイト層と、前記作動室に配置されている含油部材とで挟まれていることを特徴とするオイルポンプ。
2. 請求項１において、前記ロータは、外周面に溝をもつ回転可能なロータ本体と、前記ロータ本体の溝に嵌合され前記ロータの回転に伴い遠心方向および向心方向に作動するベーンとを有しており、前記摺動対向面の前記アルマイト層は前記ベーンの側端面に接触可能に対向していることを特徴とするオイルポンプ。
3. 請求項１または２において、前記アルミニウム合金は、シリコンを１〜２５質量％含むことを特徴とするオイルポンプ。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記アルマイト層の厚みは、５〜３００マイクロメートルであることを特徴とするオイルポンプ。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記アルマイト層をもつ前記第２ハウジングの厚み方向の中心領域の平均硬度はＨｖ１００〜２００であり、前記アルマイト層の平均硬度はＨｖ２３０〜４５０であることを特徴とするオイルポンプ。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記アルマイト層の表面粗さは、Ｒｚ（ＪＩＳ）で１．５〜１０マイクロメートルであることを特徴とするオイルポンプ。

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