JP5062487B2 - Oil pump - Google Patents
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Description
本発明は、例えば自動車において、オイルをエンジン内や油圧駆動系内等で循環させる動力を発生させるためにオイルポンプに関するものである。 The present invention relates to an oil pump for generating power for circulating oil in an engine, a hydraulic drive system or the like in, for example, an automobile.
例えば自動車において、オイルをエンジン内や油圧駆動系内等で循環させる動力を発生させるためにオイルポンプが用いられる。前記オイルポンプは、作動室と、前記作動室に連通する吸込通路および吐出通路とを有する形状に複数の分割体によって構成された筐体と、前記作動室内に軸を中心として回転可能に配設され、回転に伴ってオイルを、前記吸込通路を通して吸い込んで吐出通路を通して吐出させるロータとを有している。 For example, in an automobile, an oil pump is used to generate power for circulating oil in an engine or a hydraulic drive system. The oil pump is disposed in a shape having a working chamber, a suction passage and a discharge passage communicating with the working chamber, and a plurality of divided bodies, and is rotatably disposed around the shaft in the working chamber. And a rotor that sucks oil through the suction passage as it rotates and discharges the oil through the discharge passage.
前記筐体を構成する複数の分割体のうち作動室に臨み、ロータの軸端に対向するリヤハウジングを、オイルポンプの軽量化のためにアルミニウム合金によって形成すると共に、前記リヤハウジングのうち少なくともロータの軸端に対向する表面の耐摩耗性を向上させるために、前記表面を陽極酸化皮膜で被覆することが提案されている(特許文献1参照)。
近時、オイルポンプの高圧化(例えば8MPa→15MPa)に対応してリヤハウジングの歪みを防止するべくその強度を高めるために、前記リヤハウジングを形成するアルミニウム(Al)合金として、例えばシリコン(Si)を1〜25質量%程度の割合で含む高シリコン−アルミニウム合金を使用することが検討されている。しかしその場合、従来の陽極酸化処理では、リヤハウジングの表面に形成される陽極酸化皮膜の表面平滑性が低下して、前記陽極酸化皮膜が、対向するロータの軸端等を摩耗するいわゆる攻撃性を発現しやすいという問題がある。 Recently, as an aluminum (Al) alloy forming the rear housing, for example, silicon (Si) is used to increase the strength of the rear housing in order to prevent the rear housing from being distorted in response to the high pressure of the oil pump (for example, 8 MPa → 15 MPa). ) Is being studied to use a high silicon-aluminum alloy containing 1 to 25% by mass. However, in that case, in the conventional anodizing treatment, the surface smoothness of the anodized film formed on the surface of the rear housing is lowered, and the anodized film wears the opposite end of the shaft of the rotor or the like. There is a problem that it is easy to express.
本発明の目的は、リヤハウジングが、特に高シリコン−アルミニウム合金等のアルミニウム合金によって形成されていると共に、前記リヤハウジングのうちロータの軸端等に対向する表面が、前記ロータの軸端等に対する攻撃性を有しない上、耐摩耗性にも優れた陽極酸化皮膜で被覆されたオイルポンプを提供することにある。 An object of the present invention is that the rear housing is formed of an aluminum alloy such as a high silicon-aluminum alloy, and the surface of the rear housing that faces the rotor shaft end or the like faces the rotor shaft end or the like. An object of the present invention is to provide an oil pump that is coated with an anodized film that is not aggressive and has excellent wear resistance.
発明者は、特に高シリコン−アルミニウム合金からなるリヤハウジングの表面に従来の陽極酸化処理によって陽極酸化皮膜を形成した際に、その表面平滑性が低下する原因について検討した結果、以下の事実を見出した。すなわち高シリコン−アルミニウム合金はシリコンの濃度が高いため、冷却時にシリコンの固相分離が進んで、アルミニウム相ないしはアルミニウムとシリコンの共晶相からなる連続相中にシリコン相が析出した結晶構造となり、リヤハウジングの表面は、前記連続相中にシリコン相が島状に露出した状態を呈する。 The inventor examined the cause of the decrease in surface smoothness when an anodized film was formed on the surface of a rear housing made of a high silicon-aluminum alloy by a conventional anodizing process, and found the following facts. It was. That is, since the high silicon-aluminum alloy has a high silicon concentration, solid phase separation of silicon proceeds during cooling, and a crystalline structure in which a silicon phase is precipitated in an aluminum phase or a continuous phase composed of an eutectic phase of aluminum and silicon, The surface of the rear housing exhibits a state in which the silicon phase is exposed in an island shape in the continuous phase.
ところがアルミニウムを含む連続相とシリコン相とでは導電率が異なり、シリコン相を形成するシリコンは、連続相中のアルミニウムを陽極酸化するのに適した条件では殆ど酸化されないか、あるいは酸化されるとしてもその速度が著しく小さいため、陽極酸化皮膜は、特にその形成の初期段階において、前記リヤハウジングの表面の連続相が露出した領域(「連続相領域」と略記することがある。)において選択的に成長する。 However, the conductivity of the continuous phase containing aluminum is different from that of the silicon phase, and the silicon forming the silicon phase is hardly oxidized under conditions suitable for anodizing aluminum in the continuous phase, even if it is oxidized. Since the speed is remarkably small, the anodized film is selectively used in a region where the continuous phase on the surface of the rear housing is exposed, particularly in the initial stage of the formation (sometimes abbreviated as “continuous phase region”). grow up.
成長がある程度進むとシリコン相が露出した領域(「シリコン相領域」と略記することがある)においても陽極酸化皮膜が僅かながら形成される他、連続相領域で成長した陽極酸化皮膜が前記シリコン相領域に回り込んで成長する。そのため陽極酸化皮膜は、最終的にはシリコン相領域に対応した大きな欠陥等のない(周知のようにアルミニウムの陽極酸化皮膜は、リヤハウジングの表面と接する活性層と、その上の多孔層とからなり、前記多孔層はオングストロームオーダーのごく微細な通孔を有する多孔質構造を有してはいるが)連続した皮膜となる。 When the growth proceeds to some extent, a slight amount of an anodized film is formed even in a region where the silicon phase is exposed (sometimes abbreviated as “silicon phase region”), and the anodized film grown in the continuous phase region is formed in the silicon phase. Grows around the area. Therefore, the anodized film is finally free from large defects corresponding to the silicon phase region (as is well known, the anodized film of aluminum is composed of an active layer in contact with the surface of the rear housing and a porous layer thereon. Thus, the porous layer is a continuous film (although it has a porous structure having very fine pores on the order of angstroms).
しかし前記初期段階における成長速度の差に基づいて、陽極酸化皮膜の厚みには両領域間で大きな差を生じるため、結果として表面の平滑性が低下する。
そこで発明者は、リヤハウジングの表面のうちシリコン相領域への、連続相領域からの陽極酸化皮膜の回り込みを利用して、特に初期段階に前記両領域間で形成される陽極酸化皮膜の厚みの差をできるだけ小さくすることを検討した。その結果、陽極酸化処理を開始してから数分以内の初期段階において前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から、所定の電流密度に達するまで毎分0.35A/dm2以下の割合で徐々に増加させればよいことを見出した。
However, based on the difference in growth rate in the initial stage, the thickness of the anodic oxide film varies greatly between the two regions, resulting in a decrease in surface smoothness.
Therefore, the inventor uses the wrapping of the anodized film from the continuous phase region to the silicon phase region of the surface of the rear housing, particularly in the initial stage of the thickness of the anodized film formed between the two regions. We considered making the difference as small as possible. As a result, the current density of the current applied between the two electrodes in the initial stage within a few minutes after the start of the anodic oxidation process is 0.35 A / dm 2 or less per minute until the predetermined current density is reached from 0 A / dm 2. It was found that it should be gradually increased at a rate of.
すなわち電流密度を前記割合で徐々に増加させると、初期段階において、連続相領域での陽極酸化皮膜の急速な成長を抑制しながら、前記陽極酸化皮膜をシリコン相領域にも回り込ませて、前記両領域間で形成される陽極酸化皮膜の厚みの差をこれまでよりも小さくできる。そのためシリコン相の表面が陽極酸化皮膜で覆われた後は通常の定電流制御により一定の電流密度で陽極酸化処理を続けることで、リヤハウジングの表面の全体を、厚みがほぼ均一で表面平滑性に優れた陽極酸化皮膜によって被覆することが可能となる。 That is, when the current density is gradually increased at the above rate, in the initial stage, while suppressing the rapid growth of the anodic oxide film in the continuous phase region, the anodic oxide film is also circulated into the silicon phase region, thereby The difference in the thickness of the anodized film formed between the regions can be made smaller than before. Therefore, after the surface of the silicon phase is covered with an anodic oxide film, the entire surface of the rear housing is almost uniform in thickness and surface smoothness by continuing the anodic oxidation treatment at a constant current density by normal constant current control. It becomes possible to coat with an excellent anodic oxide film.
したがって本発明は、作動室(6)と、前記作動室に連通する吸込通路(7)および吐出通路(8)とを有する形状に複数の分割体によって構成された筐体(9)と、前記作動室内に軸(4)を中心として回転可能に配設され、回転に伴ってオイルを、吸込通路を通して吸い込んで吐出通路を通して吐出させるロータ(3)とを有するオイルポンプ(2)の、前記筐体を構成する分割体のうち作動室に臨み、ロータの軸端に対向するリヤハウジング(1)が高シリコン−アルミニウム合金によって形成されていると共に、前記リヤハウジングのうち少なくともロータの軸端に対向する表面(25)が、前記リヤハウジングを陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分0.35A/dm2以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て形成された陽極酸化皮膜によって被覆されていることを特徴とするものである(請求項1)。なおカッコ内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を表す。
Accordingly, the present invention provides a housing (9) configured by a plurality of divided bodies in a shape having a working chamber (6), a suction passage (7) and a discharge passage (8) communicating with the working chamber, The housing of the oil pump (2) having a rotor (3) disposed in the working chamber so as to be rotatable about the shaft (4) and having the oil sucked in through the suction passage and discharged through the discharge passage with rotation. A rear housing (1) facing the working chamber of the divided body constituting the body and facing the shaft end of the rotor is formed of a high silicon-aluminum alloy, and at least facing the shaft end of the rotor of the rear housing In the state where the surface (25) to be immersed in the electrolyte together with the cathode with the rear housing as the anode,
(1) a first step of increasing the current density of the current applied between the two electrodes from 0 A / dm 2 at a rate of 0.35 A / dm 2 or less per minute;
(2) a second step of continuing the anodizing process while maintaining the predetermined current density after the current density reaches a predetermined value;
It is covered with the anodic oxide film formed through (Claim 1). The alphanumeric characters in parentheses represent corresponding components in the embodiments described later.
リヤハウジングは、オイルポンプの高圧化のために前記リヤハウジングの強度を高めることを考慮すると、シリコンを1〜25質量%の割合で含む高シリコン−アルミニウム合金によって形成されているのが好ましい(請求項2)。
またロータは、前記リヤハウジングと組み合わせた際に耐摩耗性を向上することを考慮すると鉄−ニッケル−モリブデン−炭素系の密度7.25g/cm3以上の高密度焼結体によって形成されているのが好ましく(請求項3)、特に前記高密度焼結体に真空浸炭処理をして浸炭焼入れした焼結体によって形成されているのが好ましい(請求項4)。
The rear housing is preferably formed of a high silicon-aluminum alloy containing silicon in a proportion of 1 to 25% by mass in consideration of increasing the strength of the rear housing in order to increase the pressure of the oil pump. Item 2).
The rotor is formed of an iron-nickel-molybdenum-carbon based high-density sintered body having a density of 7.25 g / cm 3 or more in consideration of improving wear resistance when combined with the rear housing. (Claim 3), and particularly preferably formed by a sintered body obtained by subjecting the high-density sintered body to vacuum carburizing and carburizing and quenching (Claim 4).
図1は、本発明のオイルポンプ2の、ロータ3の軸4の軸線5の方向に沿う断面を示す断面図、図2は、前記オイルポンプ2からリヤハウジング1を外した状態を示す側面図である。
図1を参照して、この例のオイルポンプ2は、作動室6と、前記作動室6に連通するオイルの吸込通路7および吐出通路8とを有する筐体9と、前記作動室6内に軸線5を中心として回転可能に配設され、軸4の回転に伴ってオイルを、吸込通路7を通して吸い込んで吐出通路8を通して吐出させるロータ3とを含んでいる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of the
With reference to FIG. 1, an
筐体9は、前記各部を有する形状に複数の分割体によって構成されている。すなわち筐体9は、分割面10で分割可能なフロントハウジング(分割体)11およびリヤハウジング(分割体)1を有している。フロントハウジング11は、例えばアルミニウム合金からなり、分割面10から凹入させて作動室6を備えている。フロントハウジング11とリヤハウジング1は、分割面10に設けたシール12によってシールされている。フロントハウジング11とリヤハウジング1とは、フロントハウジング11に設けたネジ孔13に、リヤハウジング1に設けた通孔14を通してボルト15をねじ込むことで互いに固定されている。
The housing 9 is constituted by a plurality of divided bodies in a shape having the above-described parts. That is, the housing 9 includes a front housing (divided body) 11 and a rear housing (divided body) 1 that can be divided by the dividing
作動室6内には、シール16を介して第一サイドプレート(分割体)17が嵌め合わされている。リヤハウジング1は、前記第一サイドプレート17と共にロータ3を両側から挟む部材としても機能するため第二サイドプレートとも呼ばれている。フロントハウジング11の、作動室6の底の面方向の略中央には、前記底から分割面10と直交する軸線5の方向に軸4を挿通させる貫通孔18が形成されている。
A first side plate (divided body) 17 is fitted into the
第一サイドプレート17には、作動室6に嵌め合わされた状態で、前記作動室6内に収容されるロータ3に対向する側の面と前記作動室6の底に対抗する側の面との間を貫通させて、前記貫通孔18と連通して軸4を挿通させる貫通孔19が形成されている。また貫通孔19の周囲の2箇所の、軸線5を挟んで対称位置には前記貫通孔19と並行させて、前記両面間を貫通する吐出ポート20が形成されている。
The
作動室6の底の貫通孔18の周囲には吐出ポート20と繋がれる環状の吐出凹部21が設けられており、前記吐出ポート20および吐出凹部21と、フロントハウジング11内に形成した通路22とを繋いで吐出通路8が構成されている。貫通孔18内には、軸4を回転可能に支持する筒状のメタル軸受23が配設されている。また貫通孔18の作動室6と反対側の開口には、軸4とフロントハウジング11との間をシールするシール24が配設されている。
An annular discharge recess 21 connected to the discharge port 20 is provided around the through
リヤハウジング1の、ロータ3と対向する対向面25には、軸4の先端が挿入される凹部26が設けられている。凹部26内には、軸4を回転可能に支持する筒状のメタル軸受27が配設されている。リヤハウジング1内には、吸込通路7を構成する通路28(図中に破線で示す)が設けられている。対向面25の、凹部26の周囲の2箇所の、軸線5を挟んで対称位置には前記通路28と作動室6とを繋ぐ吸込ポート29(同じく図中に破線で示す)が設けられている。
A
フロントハウジング11には、前記通路28および吸込ポート29と共に吸込通路7を構成し、かつ吐出通路8を流れるオイルが過剰であるとき前記オイルの一部を、バイパス通路30を通して吸込通路7に還流する流量制御弁を構成する通路部材31、32が設けられており、前記通路部材32にオイルの入口である吸込筒33が接続されている。
図1、図2を参照して、作動室6内には、第一サイドプレート17とリヤハウジング1とで挟持させて、ロータ3を囲む筒状のカムリング34が嵌め合わされている。カムリング34の筒の内周面は、軸線5の方向と直交する方向の形状が楕円形であるカム面35とされている。
The
Referring to FIGS. 1 and 2, a
ロータ3は、軸4に一体的に取り付けられたロータ本体36と、前記ロータ本体36の外周面から軸線5へ向けて放射状に設けられた複数の溝37に嵌め合わされて、前記外周面から外方へ放射状に配設された複数のベーン38とを備えている。各ベーン38は溝37から出し入れ可能に設けられ、ベーン38にかかる油圧によって径方向外方へ付勢される。
The
軸4を回転させると、ベーン38は油圧によって径方向外方へ付勢されて、先端をカムリング34のカム面35に接触させた状態を維持しながらロータ本体36と共に回転する。吸込ポート29は、リヤハウジング1の対向面25のうち図2の状態において隣り合うベーン38によって仕切られた室39、40に対応する2箇所に設けられている。また吐出ポート20は、第一サイドプレート17のうち図2の状態において隣り合うベーン38によって仕切られた室41、42に対応する2箇所に設けられている。
When the
軸4を図2中に実線の矢印で示す方向に回転させるとベーン38で仕切られた各室39…それ自体が、吸込ポート29から吐出ポート20の方向へ回転することによって、オイルを、吸込通路7を通して吸い込んで吐出通路8を通して吐出させることができる。またこの際、前記回転に伴って各室39…に下記の吸込力および吐出力が発生することによってオイルの逆流が防止される。
When the
吸込力:吸込ポート29から離れようとする室39、40の容積が、カム面35の形状に基づいて増加することで、吸込通路7および吸込ポート29を通して前記室39、40にオイルを吸込む吸込力が発生。
吐出力:吐出ポート20に近づこうとする室41、42の容積が、カム面35の形状に基づいて減少することで、吐出ポート20および吐出通路8を通して前記室41、42からオイルを吐出させる吐出力が発生。
Suction force: the suction of sucking oil into the
Discharge force: Discharge that causes oil to be discharged from the
前記各部のうちリヤハウジング1とフロントハウジング11は、オイルポンプ2を軽量化するため、共にアルミニウム合金、特にオイルポンプの高圧化(例えば8MPa→15MPa)に対応して歪みを防止するべく強度を高めるために、例えばシリコンを1〜25質量%、特に10〜20質量%程度の割合で含む高シリコン−アルミニウム合金によって形成される。またロータ3の軸端、すなわちロータ本体36の側面、およびベーン38の側縁に対向し、前記両部が摺接されるリヤハウジング1の対向面25は、その耐摩耗性を高めるべく図示しない陽極酸化皮膜によって被覆される。
Of these parts, the
しかし前記高シリコン−アルミニウム合金からなるリヤハウジング1に通常の条件で陽極酸化処理をした場合には、先に説明したように陽極酸化皮膜の表面平滑性が低下して、ロータ本体36やベーン38に対する攻撃性を発現するという問題を生じる。
これに対し本発明ではリヤハウジング1を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬した状態で、
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分0.35A/dm2以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て、前記対向面25を陽極酸化皮膜で被覆することで、前記陽極酸化皮膜の表面平滑性を高めることができる。したがって、ロータ本体36やベーン38に対する攻撃性を抑えながら、前記対向面25に良好な耐摩耗性を付与することが可能となる。
However, when the
On the other hand, in the present invention, the
(1) a first step of increasing the current density of the current applied between the two electrodes from 0 A / dm 2 at a rate of 0.35 A / dm 2 or less per minute;
(2) a second step of continuing the anodizing process while maintaining the predetermined current density after the current density reaches a predetermined value;
Then, the surface smoothness of the anodized film can be improved by coating the facing
前記第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、前記第一および第二工程を経て形成される陽極酸化皮膜の厚みを均一化し、その表面を平滑化できる。ただし第一工程において電流密度を増加させる割合を小さくするほど、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下する傾向がある。 The smaller the rate of increasing the current density in the first step, the more uniform the thickness of the anodized film formed through the first and second steps, and the smoother the surface. However, the smaller the rate of increasing the current density in the first step, the longer the treatment required to form the anodic oxide film having a predetermined thickness, and the lower the productivity of metal parts having the anodic oxide film. Tend to.
そのため表面平滑性等に優れた陽極酸化皮膜を有するリヤハウジング1を、良好な生産性を維持しながら製造することを考慮すると、第一工程において電流密度を増加させる割合は、前記範囲内でも毎分0.15A/dm2以上、特に毎分0.16〜0.34A/dm2であるのが好ましい。また電流密度は0A/dm2から所定値まで一方的に増加させてもよいし、段階的に増加させてもよい。
Therefore, considering that the
第二工程においては電流密度を、定電流制御によって0.8A/dm2以上、1.2A/dm2以下、特に0.9A/dm2以上、1.1A/dm2以下の所定値に維持するのが好ましい。電流密度が前記範囲未満では、所定の厚みを有する陽極酸化皮膜を形成するために長時間の処理が必要となり、前記陽極酸化皮膜を有する金属部品の生産性が低下するおそれがある。また前記範囲を超える場合には陽極酸化皮膜の表面粗さが大きくなって、耐摩耗性が低下したり、オイルポンプの性能が低下したりするおそれがある。 Maintaining the current density in the second step, the constant current control by 0.8 A / dm 2 or more, 1.2A / dm 2 or less, in particular 0.9 A / dm 2 or more, the predetermined value of 1.1A / dm 2 or less It is preferable to do this. If the current density is less than the above range, it takes a long time to form an anodic oxide film having a predetermined thickness, which may reduce the productivity of metal parts having the anodic oxide film. On the other hand, when the above range is exceeded, the surface roughness of the anodized film becomes large, which may reduce the wear resistance and the performance of the oil pump.
陽極酸化処理は、電流密度を前記(1)(2)の工程を経て制御すること以外は従来同様に実施できる。例えばリヤハウジング1は、電解液に浸漬するに先立って脱脂等の前処理を施しておくのが好ましい。
陽極酸化皮膜は、リヤハウジング1の少なくとも対向面25を被覆していればよく、前記対向面25のみを陽極酸化皮膜で選択的に被覆するためには、リヤハウジング1の他の表面をマスキングすればよい。ただしマスキング等の手間を省くと共にリヤハウジング1の全表面の耐摩耗性を向上することを考慮すると、前記リヤハウジング1の、対向面25を含む全表面を陽極酸化皮膜で被覆するのが好ましい。
The anodizing treatment can be performed in the same manner as in the prior art except that the current density is controlled through the steps (1) and (2). For example, the
The anodic oxide coating only needs to cover at least the opposing
陰極としては鉛(Pb)、カーボン(C)等が用いられる。
電解液としては硫酸浴、しゅう酸浴、クロム酸浴、りん酸浴、アルカリ浴等が挙げられ、特に硫酸浴が好ましい。電解液の液温は、できるだけ硬度が高い緻密な陽極酸化皮膜を形成することや、特に形成の初期段階において陽極酸化皮膜が連続相領域で選択的かつ急速に成長するのを抑制しながら、ある程度の成長速度を確保してリヤハウジング1の生産性を維持すること等を考慮すると10〜40℃、特に10〜20℃であるのが好ましい。
Lead (Pb), carbon (C) or the like is used as the cathode.
Examples of the electrolytic solution include a sulfuric acid bath, an oxalic acid bath, a chromic acid bath, a phosphoric acid bath, an alkaline bath, and the like, and a sulfuric acid bath is particularly preferable. The liquid temperature of the electrolyte solution is controlled to a certain extent while forming a dense anodic oxide film with as high a hardness as possible and suppressing the selective and rapid growth of the anodic oxide film in the continuous phase region, particularly in the initial stage of formation. In consideration of maintaining the growth rate of the
前記陽極酸化処理によって形成される陽極酸化皮膜は、従来同様にリヤハウジング1の対向面25等と接する活性層と、その上の多孔層とからなり、前記多孔層はオングストロームオーダーのごく微細な通孔を有する多孔質構造を有している。
そのため、前記多孔層の通孔にオイルを保持させて、ロータ本体36やベーン38に対する良好な潤滑性を付与することが期待される。また、例えばオイルポンプ2を、特に自動車のエンジン周り等の高温環境下で使用する場合は、リヤハウジング1とロータ本体36やベーン38との焼き付きを防止するため、前記通孔に、例えば二硫化モリブデン(MoS2)等の固体潤滑剤を含浸させてもよい。
The anodic oxide film formed by the anodic oxidation treatment is composed of an active layer in contact with the facing
For this reason, it is expected that oil is held in the through holes of the porous layer to give good lubricity to the
形成した陽極酸化皮膜は、その表面平滑性や耐食性等を向上するため、従来同様に水中に浸漬して煮沸する等の封孔処理を施すのが好ましい。
先に説明したように陽極酸化皮膜の表面は、ロータ本体36やベーン38に対する攻撃性を抑えるためにできるだけ平滑であることが求められる。具体的には日本工業規格JIS B0601:2001「製品の幾何特性仕様(GPS)−表面性状:輪郭曲線方式−用語,定義及び表面性状パラメータ」の付属書1で規定された十点平均粗さRZJIS94が1μmに仕上げられた対向面25に前記(1)(2)の工程を経て被覆される陽極酸化皮膜の十点平均粗さRZJIS94が3μm以下であるのが好ましい。十点平均粗さの下限値は0μm、すなわち表面が完全に平滑であるの理想であるが、現実的には2μm程度であるのが好ましい。
In order to improve the surface smoothness, corrosion resistance, etc., the formed anodic oxide film is preferably subjected to sealing treatment such as immersing in water and boiling.
As described above, the surface of the anodized film is required to be as smooth as possible in order to suppress the aggressiveness to the
陽極酸化皮膜の厚みは、リヤハウジング1の生産性を維持しながら、前記リヤハウジング1の対向面25等に良好な耐摩耗性を付与することを考慮すると6〜15μm、特に8〜10μmであるのが好ましい。
陽極酸化皮膜の硬さは、リヤハウジング1の対向面25に十分な耐摩耗性を付与することを考慮すると、その内部硬さ(表面から深さ1mmでの硬さ)が、日本工業規格JIS Z2244:2003「ビッカース硬さ試験−試験方法」において規定された測定方法によって測定される、試験力0.09807Nでのビッカース硬さHV0.01で表して150である高シリコン−アルミニウムからなる対向面25に前記(1)(2)の工程を経て被覆される陽極酸化皮膜の表面の、同じビッカース硬さHV0.01が200〜300程度であるのが好ましい。
The thickness of the anodized film is 6 to 15 μm, particularly 8 to 10 μm in consideration of imparting good wear resistance to the facing
The hardness of the anodic oxide film, considering that sufficient wear resistance is imparted to the facing
ロータ3を構成するロータ本体36は、その耐摩耗性を向上するために鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−モリブデン(Mo)−炭素(C)系の焼結合金、中でも鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−銅(Cu)−モリブデン(Mo)−炭素(C)系の焼結体、特にその強度や耐摩耗性を高めるため密度ρ=7.25g/cm3以上、特に7.25〜7.5g/cm3の高密度の焼結体、さらには前記高密度の焼結体に浸炭焼入れ処理、すなわち真空浸炭処理等とその後の焼入れ処理とを施した焼結体等によって形成される。また第一サイドプレート17、およびカムリング34も、好ましくは同様の焼結体によって形成される。
In order to improve the wear resistance of the
前記焼結体における各成分の割合は、焼結体がロータ本体36であるとき、ニッケルによって靭性を確保するためにニッケルが0.5〜5.5質量%、特に3〜4質量%、モリブデンが0.1〜1.0質量%、銅が0.5〜2.0質量%、および炭素が0.1〜0.8質量%で、かつ残部が鉄および不可避の不純物であるのが好ましい。
また焼結体が第一サイドプレート17、カムリング34であるとき、モリブデンによって耐摩耗性を確保するためにニッケルが0.5〜5.0質量%、特に3〜4質量%、モリブデンが0.5〜1.5質量%、銅が0〜2.0質量%、および炭素が0.1〜0.8質量%で、かつ残部が鉄および不可避の不純物であるのが好ましい。
The proportion of each component in the sintered body is such that when the sintered body is the
Further, when the sintered body is the
前記いずれの場合も炭素の含有割合は、後述する浸炭焼入れ処理をする場合には、前記処理後の含有割合である。
前記焼結体は、例えば鉄−ニッケル−モリブデン系、もしくは鉄−ニッケル−銅−モリブデン系の金属粉末と炭素粉末とを配合した原料粉末を用いて、高密度温間金型潤滑によって製造できる。あらかじめ炭素粉末を含有させるのは、高密度の焼結体において浸炭焼入れ処理が不十分になる傾向があるのを補償するためである。炭素粉末を含有させることと、浸炭焼入れ処理において後述する真空浸炭処理を採用することとによって、前記高密度の焼結体を十分に浸炭焼入れ処理して、その耐摩耗性を向上することができる。
In any case, the carbon content is the content after the treatment when carburizing and quenching described later.
The sintered body can be manufactured by high-density warm die lubrication using, for example, a raw material powder in which an iron-nickel-molybdenum-based or iron-nickel-copper-molybdenum-based metal powder and a carbon powder are blended. The reason why carbon powder is contained in advance is to compensate for the tendency of carburizing and quenching to be insufficient in a high-density sintered body. By including the carbon powder and adopting a vacuum carburizing process described later in the carburizing and quenching process, the high-density sintered body can be sufficiently carburized and quenched to improve its wear resistance. .
高密度温間金型潤滑では、まずロータ本体36等の形状に対応した金型の型面にステアリン酸リチウム等の高級脂肪酸系潤滑剤を塗布すると共に、前記金型および原料粉末をいずれも150℃以上で、かつ高級脂肪酸系潤滑剤の融点以下(例えば200℃程度まで)に加熱しながら原料粉末を金型に温間充填する。この際、原料粉末に100質量部あたり0.2質量部程度の割合で、同じ高級脂肪酸系潤滑剤の粉末を配合しておいてもよい。
In the high-density warm mold lubrication, first, a higher fatty acid-based lubricant such as lithium stearate is applied to the mold surface corresponding to the shape of the
次いで、金型に充填した原料粉末をおよそ600〜700MPaに加圧して圧密体を形成した後、金型から取り出した前記圧密体をおよそ1100〜1400℃で40〜80分間、焼結させると焼結体が得られる。
高級脂肪酸系潤滑剤は温間充填の際に潤滑剤として機能して原料粉末の充填密度を高める働きをし、また圧密体を形成する際の高圧下で鉄とメカノケミカル反応をして、例えばステアリン酸リチウムであればステアリン酸鉄を生成することで潤滑性を高めて、圧密体の金型からの離型性を高める働きをする。そのため圧密体の密度を高めて、前記圧密体から、先に説明した密度を満足する高密度の焼結体を製造することができる。
Next, the raw material powder filled in the mold is pressed to about 600 to 700 MPa to form a compacted body, and then the compacted body taken out from the mold is sintered at about 1100 to 1400 ° C. for 40 to 80 minutes. A knot is obtained.
Higher fatty acid-based lubricants function as a lubricant during warm filling to increase the packing density of the raw material powder, and also have a mechanochemical reaction with iron under high pressure when forming a compacted body, for example, If lithium stearate is used, iron stearate is generated to improve lubricity and to improve the releasability of the compact from the mold. Therefore, the density of the compacted body can be increased, and a high-density sintered body satisfying the above-described density can be produced from the compacted body.
また前記焼結体を浸炭焼入れする際には、真空浸炭処理が好適に採用される。真空浸炭処理では、焼結体を真空中でおよそ800〜1100℃に加熱しながら浸炭ガスを導入してさらに200〜300分間程度加熱することで、前記高密度の焼結体の内部まで十分に浸炭させることができる。
浸炭後の焼結体を100℃以下、特に50〜70℃のオイルに浸漬して焼入れすると浸炭焼入れ処理が終了する。このあと、必要に応じて焼結体を、およそ180〜200℃で60〜80分間加熱する焼き戻し処理をしてもよい。
Further, when carburizing and quenching the sintered body, vacuum carburizing treatment is preferably employed. In the vacuum carburizing treatment, the carburized gas is introduced while heating the sintered body to approximately 800 to 1100 ° C. in vacuum, and further heated for about 200 to 300 minutes, so that the inside of the high-density sintered body can be sufficiently obtained. Can be carburized.
When the sintered body after carburizing is immersed in oil of 100 ° C. or less, particularly 50 to 70 ° C. and quenched, the carburizing and quenching process is completed. Then, you may perform the tempering process which heats a sintered compact at about 180-200 degreeC for 60 to 80 minutes as needed.
前記工程を経て製造される焼結体の、日本工業規格JIS Z2505:1989「金属焼結材料の焼結密度試験方法」において規定された測定方法によって測定される密度は、先に説明したように7.25g/cm3以上、7.5g/cm3以下、特に7.3g/cm3以上、7.45g/cm3以下であるのが好ましい。密度が前記範囲未満では焼結体、すなわちロータ本体36、ベーン38、第一サイドプレート17、およびカムリング34の耐摩耗性を十分に向上できないおそれがある。また前記範囲を超える場合には、焼入れが不十分になって強度が低下するおそれがある。
The density measured by the measuring method specified in the Japanese Industrial Standard JIS Z2505: 1989 “Sintering Density Test Method for Metal Sintered Materials” of the sintered body manufactured through the above-described steps is as described above. It is preferably 7.25 g / cm 3 or more and 7.5 g / cm 3 or less, particularly preferably 7.3 g / cm 3 or more and 7.45 g / cm 3 or less. When the density is less than the above range, the wear resistance of the sintered body, that is, the rotor
特に焼結体がロータ本体36であるとき、その表面の耐摩耗性を十分に維持しながら良好な靭性を付与することを考慮すると、前記焼結体の内部硬さは、前記JISZ2244:2003「ビッカース硬さ試験−試験方法」において規定された測定方法によって測定される、試験力0.2Nでのビッカース硬さHVは、表面から深さ0.1〜0.2mmの領域において700〜800で、かつ深さ1mm付近において500〜600であるのが好ましい。かかる硬さの分布を有する焼結体は、先に説明したロータ本体36用の組成の合金にて形成し、浸炭焼入れ処理をすることで製造できる。
In particular, when the sintered body is the rotor
ベーン38は、例えば軸受鋼SUJ2等の鋼材や、前記鋼材の表面にめっきを施した材料等によって形成することができる。
本発明のオイルポンプ2の構成は、以上で説明した図の例のものには限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。
The
The configuration of the
(実施例1)
基材としてシリコンの含有割合が14質量%である高シリコン−アルミニウム合金製の板材を用意した。前記板材を形成する高シリコン−アルミニウム合金の、表面から深さ1mmでのビッカース硬さHV0.01は150であった。板材の表面の十点平均粗さRZJIS94は1μmに仕上げた。
Example 1
A high silicon-aluminum alloy plate having a silicon content of 14% by mass was prepared as a base material. The Vickers hardness HV0.01 at a depth of 1 mm from the surface of the high silicon-aluminum alloy forming the plate material was 150. The ten-point average roughness RZJIS94 of the surface of the plate material was finished to 1 μm.
前記板材をあらかじめ脱脂処理したのち電源装置の陽極に接続し、鉛陰極と共に硫酸浴に浸漬して、まず第一工程において前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分0.333A/dm2の割合で3分間かけて1A/dm2まで増加させた。
次いで、電流密度が前記所定値に達した時点以降、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに37分間、合計40分間の陽極酸化処理をした後、基材を硫酸浴から取り出し、水洗し、さらに水中で煮沸することで封孔処理をして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品のサンプルを製造した。
The plate material is degreased in advance and then connected to the anode of the power supply device and immersed in a sulfuric acid bath together with the lead cathode. First, the current density applied between the electrodes in the first step is changed from 0 A / dm 2 to 0. Increased to 1 A / dm 2 over 3 minutes at a rate of 333 A / dm 2 .
Subsequently, after the current density reaches the predetermined value, the anodization treatment is further performed for a further 37 minutes while maintaining the current density by constant current control, and then the substrate is taken out from the sulfuric acid bath and washed with water. Further, the sample was sealed by boiling in water to produce a sample of a metal part having a surface coated with an anodized film.
(比較例1)
第一工程において両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分1A/dm2の割合で1分間かけて1A/dm2まで増加させた後、定電流制御によって前記電流密度を維持しながらさらに39分間、合計40分間の陽極酸化処理をしたこと以外は実施例1と同様にして、表面が陽極酸化皮膜で被覆された金属部品のサンプルを製造した。
(Comparative Example 1)
After increasing the current density of the current applied between the electrodes to 1A / dm 2 over a period of 1 minute per minute 1A / dm 2 from 0A / dm 2 in a first step, maintaining the current density by the constant current control However, a sample of a metal part whose surface was coated with an anodized film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the anodizing treatment was further performed for 39 minutes for a total of 40 minutes.
(表面粗さ測定)
実施例1、比較例1で製造した金属部品のサンプルの、陽極酸化皮膜の表面の十点平均粗さRZJIS94を、表面粗さ計を用いて測定した。測定の条件は区間数6、カットオフ値λC=0.8mm、λS=0.0025mm、測定速度:0.5mm/secとし、測定結果にガウシアンフィルタを適用して十点平均粗さRZJIS94を求めた。
(Surface roughness measurement)
The ten-point average roughness RZJIS94 of the surface of the anodized film of the metal part samples produced in Example 1 and Comparative Example 1 was measured using a surface roughness meter. The measurement conditions were 6 sections, cut-off value λ C = 0.8 mm, λ S = 0.0025 mm, measurement speed: 0.5 mm / sec, and a 10-point average roughness R by applying a Gaussian filter to the measurement results. ZJIS94 was determined.
(厚み測定)
実施例1、比較例1で製造した金属部品のサンプルを陽極酸化皮膜の厚み方向にカットし、樹脂埋めしてカット面を研磨したのち400倍の顕微鏡写真を撮影し、写真上の十点で測定した厚みの平均値を求めて陽極酸化皮膜の厚みとした。また前記十点の測定値の最大値と最小値の差を求めて厚みのばらつきを評価した。
(Thickness measurement)
Samples of metal parts manufactured in Example 1 and Comparative Example 1 were cut in the thickness direction of the anodized film, filled with resin, and the cut surface was polished. The average value of the measured thickness was determined and used as the thickness of the anodized film. Further, the difference between the maximum value and the minimum value of the ten measured values was determined to evaluate the thickness variation.
(硬さ測定)
実施例1、比較例1で製造した金属部品のサンプルの、陽極酸化皮膜の表面をラップ研磨したのちビッカース硬さHV0.01を測定した。
以上の結果を表1に示す。
(実機試験)
実施例1、比較例1で使用したのと同じ、シリコンの含有割合が14質量%である高シリコン−アルミニウム合金によって、図1に示す形状を有するリヤハウジング1を形成し、前記リヤハウジング1の、少なくともロータ3と対向する対向面25を、実施例1、比較例1と同条件で陽極酸化処理して陽極酸化皮膜を形成した。
(Hardness measurement)
The sample of the metal part manufactured in Example 1 and Comparative Example 1 was lapped on the surface of the anodized film and then measured for Vickers hardness HV0.01.
The results are shown in Table 1.
(Real machine test)
A
前記リヤハウジング1を、鉄−ニッケル−銅−モリブデン系の金属粉末と炭素粉末とを配合した原料粉末を用いて、高密度温間金型潤滑により所定の形状に成形し、次いで真空浸炭処理して形成したロータ本体36、および軸受鋼SUJ2からなるベーン38等と組み合わせて図1、図2に示すオイルポンプ2を構成した。
前記ロータ本体36の密度は7.4g/cm3、試験力0.2Nでのビッカース硬さHVは、表面から深さ0.1〜0.2mmの領域において730で、かつ深さ1mm付近において500であった。
The
The density of the
前記オイルポンプ2を、下記の運転条件で110時間に亘って連続運転した。
(運転条件)
潤滑油:PSポンプオイル
油温:100℃以上
ポンプ圧力:15MPa以上
ベーン38の先端の摺動速度:3.9m/s以上
次いでリヤハウジング1を取り外し、対向面25のうちロータ本体36、およびベーン38と接触していた領域の摩耗深さ(μm)を、接触型粗さ測定機を用いて、下記の測定条件で測定して、その最大値を求めた。測定は、前記領域の外周縁の一点から中心の凹部26を通って、前記外周縁の反対側の一点に達する一方向について行った。
The
(Operating conditions)
Lubricating oil: PS pump oil Oil temperature: 100 ° C. or higher Pump pressure: 15 MPa or higher Sliding speed at the tip of the vane 38: 3.9 m / s or higher Next, the
(測定条件)
スタイラス先端R:2μm
測定速度:0.5mm/s
結果を、比較のため対向面25等を陽極酸化処理しなかったリヤハウジング1を用いた場合(比較例2)の結果と併せて表1および図3に示す。
(Measurement condition)
Stylus tip R: 2 μm
Measurement speed: 0.5 mm / s
The results are shown in Table 1 and FIG. 3 together with the results in the case of using the
表1より、陽極酸化処理の第一工程において電流密度を毎分0.35A/dm2以下の割合で増加させた実施例1は、電流密度を、前記範囲を超えて増加させた比較例1のものに比べて陽極酸化皮膜の厚みのバラツキが小さく、表面平滑性に優れることが確認された。また表1および図3より、前記実施例1の構成としたリヤハウジングは、比較例1の構成としたもの、並びに陽極酸化皮膜を形成しなかった比較例2に比べて、それ自体の耐摩耗性にも優れることが確認された。 From Table 1, Example 1 in which the current density was increased at a rate of 0.35 A / dm 2 or less per minute in the first step of the anodic oxidation treatment was Comparative Example 1 in which the current density was increased beyond the above range. It was confirmed that the variation in the thickness of the anodized film was smaller than that of No. 1, and the surface smoothness was excellent. Also, from Table 1 and FIG. 3, the rear housing configured as in Example 1 has its own wear resistance as compared with that of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which no anodized film was formed. It was confirmed that the properties were excellent.
1:リヤハウジング、2:オイルポンプ、3:ロータ、4:軸、6:作動室、7:吸込通路、8:吐出通路、9:筐体、25:表面(対向面)。 1: rear housing, 2: oil pump, 3: rotor, 4: shaft, 6: working chamber, 7: suction passage, 8: discharge passage, 9: housing, 25: surface (opposing surface).
Claims (4)
(1) 前記両極間に与える電流の電流密度を0A/dm2から毎分0.35A/dm2以下の割合で増加させる第一工程と、
(2) 電流密度が所定値に達した時点以降、前記所定の電流密度を維持しながら陽極酸化処理を続ける第二工程と、
を経て形成された陽極酸化皮膜によって被覆されていることを特徴とするオイルポンプ。 A casing formed of a plurality of divided bodies in a shape having a working chamber, and a suction passage and a discharge passage communicating with the working chamber, and is rotatably disposed around the shaft in the working chamber. The oil pump having a rotor that sucks oil through the suction passage and discharges it through the discharge passage faces the working chamber among the divided bodies constituting the housing, and the rear housing facing the rotor shaft end is made of high silicon The surface of the rear housing facing at least the shaft end of the rotor is formed of an aluminum alloy, and the surface of the rear housing is immersed in an electrolyte together with the cathode, using the rear housing as an anode.
(1) a first step of increasing the current density of the current applied between the two electrodes from 0 A / dm 2 at a rate of 0.35 A / dm 2 or less per minute;
(2) a second step of continuing the anodizing process while maintaining the predetermined current density after the current density reaches a predetermined value;
An oil pump, characterized in that it is covered with an anodized film formed through the process.
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