JP5300040B2

JP5300040B2 - 回転機器およびオイルポンプ

Info

Publication number: JP5300040B2
Application number: JP2007232523A
Authority: JP
Inventors: 利幸齋藤; 巧美三尾; 雅裕鈴木; 知義小西; 新須田; 幹人豊島
Original assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd; JTEKT Corp
Current assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd; JTEKT Corp
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2027-09-07
Also published as: EP2034185A3; EP2034185B1; EP2034185A2; US7997884B2; US20090068049A1; JP2009062914A

Description

本発明は回転機器および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等に使用されるオイルポンプに利用することができる。

回転機器の代表例であるオイルポンプを例にとって、従来技術を説明する。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、ロータ本体の摺動面とベーンの摺動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２００７−１３２２３７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、リヤハウジング等の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摺動面との間、あるいは、リヤハウジングの摺動対向面とベーンの摺動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。コンプレッサなどの他の回転機器においても、近年では、摺動条件が同様に過酷になりつつある。

そこで、上記特許文献１のものでは、リヤハウジングの摺動対向面に、低温硫酸浴を用いた陽極酸化処理によるアルマイト被膜を設け、耐摩耗性を向上させている。しかしながら、上記処理ではアルマイト被膜はγ−アルミナで形成されており、アルマイト被膜の硬度はＨｖ２３０〜４５０程度であり、耐摩耗性が十分とはいえない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、摺動条件が過酷なときであっても、セラミックス被膜の靱性および耐摩耗性を確保し、セラミックス被膜の相手攻撃性を抑えつつ、性能を確保するのに有利な回転機器およびオイルポンプを提供することを課題とするにある。

本発明者はオイルポンプ等の回転機器について鋭意開発を進めている。そして、ハウジング等の基部のうちロータの摺動面が摺動する摺動対向面に、α−アルミナおよびジルコニアを５０質量％以上含む、硬度Ｈｖ５００〜１１００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのセラミックス被膜を形成すれば、セラミックス被膜の靱性を確保しつつ、基部の摺動対向面を良好に硬質化でき、基部の摺動対向面の耐摩耗性を向上させつつ、相手攻撃性を抑え得ることを本発明者は知見し、試験で確認し、本発明を完成させた。

（１）本発明に係る回転機器は、（ｉ）作動室をもつ基部と、（ｉｉ）基部の作動室に回転可能に設けられたロータとを具備する回転機器において、（ｉｉｉ）基部は複数の分割体で構成されており、複数の分割体のうちの少なくとも一つは、シリコンを１０〜１５質量％含むアルミニウム合金のダイカスト品を基材として形成されており、ロータの摺動面に対向すると共にロータの摺動面が摺動する摺動対向面をもち、且つ、摺動対向面は、プラズマ電解処理によって形成されたα−アルミナおよびジルコニアを５０質量％以上含む、硬度Ｈｖ５００〜１１００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのセラミックス被膜を備えることを特徴とする。

（２）本発明に係るオイルポンプは、（ｉ）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、（ｉｉ）基部の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、（ｉｉｉ）基部は複数の分割体で構成されており、複数の分割体のうちの少なくとも一つは、シリコンを１０〜１５質量％含むアルミニウム合金のダイカスト品を基材として形成されており、ロータの摺動面に対向すると共にロータの摺動面が摺動する摺動対向面をもち、且つ、摺動対向面は、プラズマ電解処理によって形成されたα−アルミナおよびジルコニアを５０質量％以上含む、硬度Ｈｖ５００〜１１００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのセラミックス被膜を備えることを特徴とする。

（３）本発明によれば、ロータの摺動面が摺動する摺動対向面をもつ分割体は、シリコンを１０〜１５質量％含むアルミニウム合金のダイカスト品を基材として形成されている。摺動対向面は、プラズマ電解処理によって形成されたα−アルミナおよびジルコニアを５０質量％以上含む、硬度Ｈｖ５００〜１１００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのセラミックス被膜を備えており、セラミックス被膜の靱性が確保されつつ適度に硬質化されている。このため相手攻撃性が抑制されつつ、摺動対向面の耐摩耗性が向上している。さらに、セラミックス被膜は適度な表面粗さをもつ。このため相手攻撃性を更に低下させると共に、良好な油保持性を確保することができる。このため摺動条件が厳しいときであっても、相手材の摩耗が抑制されると共に、分割体の摺動対向面における摩耗が抑制される。

本発明に係る回転機器およびオイルポンプによれば、分割体の摺動対向面は、プラズマ電解処理によって形成されたα−アルミナおよびジルコニアを５０質量％以上含む、硬度Ｈｖ５００〜１１００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのセラミックス被膜を備えており、セラミックス被膜はその靱性が確保されつつ硬質化されている。従って、摺動条件が厳しいときであっても、相手材攻撃性が抑制され、相手材の摩耗が抑制されると共に、分割体の摺動対向面における摩耗性が抑制される。故にオイルポンプ等の回転機器の性能を長期にわたり確保するのに有利である。

殊に、本発明を適用したオイルポンプにおいては、リヤハウジングの摺動対向面のセラミックス被膜の表面粗さおよび硬度を上記のように設定したことにより、相手材であるロータに対する相手攻撃性が抑制されつつ、摺動対向面の耐摩耗性が抑制される。これにより、オイルポンプの性能を長期にわたり確保できる。

さらに、上記セラミックス被膜中にジルコニアを含むことによりセラミックス被膜に靱性が加わるため、オイルポンプの吐出油圧が高圧化され、分割体としてのリヤハウジングに反り変形が発生するようなことがあっても、この反り変形によってセラミックス被膜が損傷し難い。これにより、相手材としてのロータの摩耗が抑制され、かつリヤハウジングの摺動対向面における摩耗が抑制される、という効果を、高圧化されたオイルポンプにあっても確保できる。

・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。分割体の摺動対向面のセラミックス被膜は、ロータ本体およびベーンの摺動面に接触可能に対向している。この場合、分割体の摺動対向面における摩耗が抑制される。

・分割体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、分割体が強化される。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、シリコン含有量は分割体に要請される性質によって異なり、上限値としては２３％、１８％、１５％、１３％、１１％が例示される。この上限値と組み合わせ得る下限値としては２％、４％、６％、７％、９％が例示される。

・本発明に係るセラミックス被膜においては、α−アルミナおよびジルコニアが混在している。ジルコニアはセラミックス被膜に靱性を与える。ジルコニア（ジルコニウム酸化物）は、正方晶のジルコニアおよび／または立方晶のジルコニアとすることができる。単斜晶のジルコニアが存在していても良い。セラミックス被膜を１００％とするとき、質量比で、ジルコニアの含有量はセラミックス被膜の組成等によっても相違するが、２〜９０％、５〜８５％、１０〜７５％、殊に１５〜５５％とすることができる。セラミックス被膜を１００％とするとき、質量比で、ジルコニアの含有量の上限値は８５％、８０％、７５％、７０％が例示され、この上限値と組み合わせ得るジルコニアの含有量の下限値は３％、５％、８％、１０％が例示される。

・アルミニウム合金に形成される一般的なアルマイト被膜はγ−アルミナからなり、一般的には基地側のバリヤ層と、バリヤ層の上に積層され細孔をもつ表面側のポア層とを備えている。しかし、本発明のセラミックス被膜においてはα−アルミナ及びジルコニアが混在されている。本発明に係るセラミックス被膜を構成するアルミナとしては、α−アルミナがほとんどを占めていても良い。ここで、セラミックス被膜を構成するアルミナを１００％とするとき、質量比で、α−アルミナは５０％以上、６０％以上、更には７０％以上、８０％以上占めていても良い。この場合、かなり硬質のセラミックス被膜が得られる。更に、本発明に係るセラミックス被膜においては、α−アルミナの他に、γ−アルミナおよび／またはβ−アルミナ等といった他の相のアルミナが含まれていても良い。α−アルミナとγ−アルミナとが混在するときには、比率としては、質量比で、α−アルミナ／γ−アルミナ＝０．９５〜０．０５、０．８０〜０．２０、０．７０〜０．３０、場合によっては０．６０〜０．４０とすることができる。セラミックス被膜を構成するアルミナとして、α−アルミナとγ−アルミナとが混在するときには、γ−アルミナよりも硬質のα−アルミナと、α−アルミナよりも硬度が低い比較的軟質のγ−アルミナとが複合化した特性が期待され、セラミックス被膜の過剰の硬質化が一層抑制される。

・セラミックス被膜の厚みが薄いと、効果が希薄となる。過剰に厚いと生産性が低下する。セラミックス被膜の厚みとしては２〜３００マイクロメートルである形態が例示される。また５〜２００マイクロメートル、５〜１００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、基地組織がシリコン相を有するときであっても、セラミックス被膜がアルミニウム合金の基地組織の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。この場合、シリコン相の剥離抑制に有利である。

・分割体を構成する母材の厚み方向の中心領域の内部硬度は、好ましくは、Ｈｖ１００〜３００、またはＨｖ１００〜２００である。セラミックス被膜の被膜硬度は一般的にはＨｖ５００〜１１００またはＨｖ５００〜１０００であり、硬度が過剰に高くないので、セラミックス被膜の耐摩耗性が確保されつつ、靱性が良好に確保され、前記した分割体の反り変形に対するセラミックス被膜の耐久性が向上する。セラミックス被膜の硬度の上限値としてはＨｖ１１００、Ｈｖ９００、Ｈｖ８００が例示される。この上限値と組み合わせ得る下限値としてはＨｖ６００、Ｈｖ６５０、Ｈｖ７００が例示される。Ｈｖはビッカース硬度を意味する。

・セラミックス被膜の表面粗さが大きいと、相手攻撃性が増加する。これに対してセラミックス被膜の表面粗さが小さい方が相手攻撃性が低下する。上記した点を考慮し、セラミックス被膜の表面粗さとしては、Ｒｚ（ＪＩＳ）で２〜８マイクロメートル、３〜８マイクロメートル、または、４〜８マイクロメートルである形態を採用することができる。更にセラミックス被膜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大きい場合に比較して、相手攻撃性が抑制され、且つ、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。実施例で述べるように、ロータは、分割体の摺動対向面に形成されているセラミックス被膜（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形態が例示される。この場合、ロータが回転するとき、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。

上記したようにセラミックス被膜の表面粗さとしては、相手材攻撃性を抑え、相手材（ロータ）に有害な摩耗を生じさせないためには、８．０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、分割体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、セラミックス被膜の硬度および表面粗さは、上記した範囲（硬度Ｈｖ５００〜１１００、表面粗さ２〜８マイクロメートル）とする。

・上記したセラミックス被膜は、プラズマ電解処理（プラズマ電解酸化処理）で形成できる。アルミニウム合金を母材とする分割体をプラズマ電解処理するにあたっては、まず、分割体を清浄化（例えば脱脂またはエッチング）させることが好ましい。その後、電解液として、ジルコニウム化合物を含有する水溶液等の電解液を用い、この電解液を貯留した処理浴に分割体を浸漬させる。その状態で分割体を陽極とし、相手極を陰極とし、陽極と陰極との間に所定の電圧（例えば２００〜８００ボルト）を所定時間（例えば１〜４５分間、５〜３０分間）印加すると、セラミックス被膜が形成される。ジルコニウム化合物としては、水溶性のジルコニウム化合物が好ましい。水溶性のジルコニウム化合物であると、セラミックス被膜の緻密化に有利である。水溶性のジルコニウム化合物としては、酢酸ジルコニウム、ギ酸ジルコニウム、乳酸ジルコニウム等の有機酸のジルコニウム塩；炭酸ジルコニウムアンモニウム、炭酸ジルコニウムカリウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム等の炭酸ジルコニウム化合物；酢酸ジルコニウムアンモニウム、シュウ酸ジルコニウムナトリウム、クエン酸ジルコニウムナトリウム、乳酸ジルコニウムアンモニウム、グリコール酸ジルコニウムアンモニウム等のジルコニウム錯塩のうちの少なくとも１種が例示される。電解液においては、ジルコニウム化合物の含有量としては適宜設定されるが、ジルコニウム換算で０．０００１〜５モル／リットル、０．００１〜０．５モル／リットル、場合によっては０．０１〜０．０５モル／リットルが例示される。電解液はｐＨ８．０以上とすることができ、更にｐＨ９．０以上とすることができる。電解液の温度は通常、１０〜６０℃があげられる。

・電解法としては、直流電解法、バイポーラ電解法、パルス電解法があげられる。電解時には、グロー放電および／またはアーク放電を生じさせつつ行うことが好ましい。グロー放電およびアーク放電が同時に発生しても良いし、一方のみ発生しても良い。グロー放電は全面が弱い連続光で包まれる現象をいう。アーク放電は、間欠的、局所的に火花を発生させる現象をいう。上記したセラミックス被膜がプラズマ電解処理により形成される理由は、必ずしも明確ではないものの、電解処理によりアルミナの被膜が形成される際に、電解液中に含まれているジルコニウムがジルコニア（酸化ジルコニウム）として被膜に取り込まれるものと推察される。上記したバイポーラ電解法では、直流成分に交流成分を重畳した電圧波形を用いることができる。パルス電解法では、直流電圧成分または交流電圧成分に、所定のデューティ比（例えば０．５以下）の矩形波、正弦波、および三角波を重畳させた電圧波形を用いることができる。電圧波形の最大値としては３００〜９００ボルトまたは４００〜８００ボルトとすることができる。電圧が大きいと、火花放電、グロー放電、アーク放電を生じさせることがある。ここで、電流密度はセラミックス被膜の表面粗さに影響を与えることがある。そこで、電流密度としては、正電位のピークが１〜２５０アンペア／ｄｍ^２、２０〜１５０アンペア／ｄｍ^２とすることができる。

本発明の実施例１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。リヤハウジング１８はオイルポンプのハウジングの一部を構成する。

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）が作動室１１内に設けられている。第１サイドプレート１６は、ロータ３のロータ本体３０の摺動面およびベーン３１の摺動面に対向する平坦な摺動対向面１６０をもつ。第１サイドプレート１６は鉄系圧密体を焼結した鉄系焼結品であり、Ｈｖ１５０〜３００程度、殊に１８０〜２５０である。但しこれに限定されるものではない。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（鉄系合金で形成された焼結品を浸炭焼き入れしたもの、Ｈｖ５５０〜８５０程度、殊に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（鉄系合金、切削加工品，Ｈｖ６５０〜９５０程度、殊に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には吐出通路２８が形成されている。吐出通路２８には公知の流量制御弁（例えば特許３７４４１４５号公報に記載の流量制御弁２）が設けられている。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をもつ炭素鋼または合金鋼で形成された駆動シャフト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。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。互いに隣設するベーン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％含む鋳物用のアルミニウム合金（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は摺動対向面１８０をもつ。摺動対向面１８０は、ロータ３のロータ本体３０の摺動面（端面）およびベーン３１の摺動面（端面）に対向する。リヤハウジング１８の全体は、α−アルミナおよびジルコニアを主要成分として含むセラミックス被膜１８５を形成するようにプラズマ電解処理されている。封孔処理はされていない。従って、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０の表面には、耐摩耗性および靱性を有するセラミックス被膜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、セラミックス被膜１８５と同様のセラミックス被膜１８５Ｂが形成されている。

上記したリヤハウジング１８をプラズマ電解処理するにあたっては、まず、リヤハウジング１８を脱脂する。その後、国際公開番号ＷＯ２００５−１１８９１９に記載されているように、電解液として、ジルコニウム化合物（炭酸ジルコニウムカリウム，０．０１モル／リットル））、ピロリン酸ナトリウム（０．０１５モル／リットル）、水酸化カリウム（０．０３６モル／リットル）含有する水溶液（ｐＨ９．０以上１３．５以下、１０〜６０℃）を用いる。ここで、ジルコニウム化合物は、ジルコニウム換算で０．０００１〜５モル／リットル、電解液に添加されている。この電解液を貯留した処理浴にリヤハウジング１８を浸漬させる。その状態でリヤハウジング１８を陽極とし、ステンレス鋼板を陰極とし、陽極と陰極との間に３００〜８００ボルトの電圧を１〜４５分間印加し、セラミックス被膜１８５を形成する。この場合、直流電圧成分に交流電圧成分を重畳させる。プラズマ電解処理では、火花放電およびグロー放電による発光が観察される。上記した処理により、α−アルミナおよびジルコニアを主要成分として含むセラミックス被膜１８５，１８５Ｂが形成されている。セラミックス被膜１８５，１８５Ｂでは細孔があまり形成されていない。

リヤハウジング１８の厚み方向の中心領域の内部硬度はＨｖ１３０〜１６０であり、セラミックス被膜１８５の硬度はＨｖ５００〜１１００、殊に７００〜１０００とされている(Ｈｖの測定荷重は１００ｇ）。このようにセラミックス被膜１８５の硬度は過剰ではないため、適度な耐摩耗性および適度な靱性が得られる。

なお、上記したセラミックス被膜１８５の硬度は、鉄−炭素系の第１サイドプレート１６の平均硬度（例えばＨｖ５００〜８００）よりも高いが、過剰に高くないため、耐摩耗性および靱性が確保され、相手攻撃性が抑えられている。

セラミックス被膜１８５において、α−アルミナ相およびジルコニアが生成していることはＸ線回折により確認されている。セラミックス被膜１８５において、Ｘ線回折によれば、α−アルミナの他に、γ−アルミナも発生している。α−アルミナとγ−アルミナとの比率としては、質量比で、α−アルミナ／γ−アルミナ＝０．８０〜０．２０とされている。従って、セラミックス被膜１８５は、硬質のα−アルミナおよび比較的軟質のγ−アルミナの複合効果が期待される。なお、セラミックス被膜を１００％とするとき、質量比で、α−アルミナは５０％以上占めていても良い。

上記したように本実施例によれば、プラズマ電解処理により、上記したセラミックス被膜１８５，１８５Ｂが形成される。このためリヤハウジング１８の摺動対向面１８０の表面硬度は高くなる。このため摺動対向面１８０がロータ３のロータ本体３０の摺動面およびベーン３１の摺動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、セラミックス被膜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の摺動面との間、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０とベーン３１の摺動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の摺動面およびベーン３１の摺動面と摺動するため、高い精度の平面度を得るべく、プラズマ電解処理前に平面加工されている。ここで、セラミックス被膜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。これに対してセラミックス被膜１８５の表面粗さは、Ｒｚ（ＪＩＳ）で２〜８マイクロメートル、殊に４〜８マイクロメートルであった。表面粗さはＪＩＳＢ０６０１（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、プラズマ電解処理により摺動対向面１８０の表面粗さが適度となる。このため、セラミックス被膜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）が抑制され、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シリコン相および金属相とが混在して形成される。ここで、プラズマ電解処理時において、シリコン相および金属相の導電率が相違するため、電流密度がシリコン相と金属相とで相違し、シリコン相と金属相とでセラミックス被膜の成長速度が相違し、この影響で、セラミックス被膜に適度なムラが発生し、上記した表面粗さが発現されるものと推察される。なお、セラミックス被膜１８５が上記した厚みであれば、アルミニウム合金におけるシリコン相および金属相の双方を良好に覆うことができることが期待される。

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および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、α−Ａｌ_２Ｏ_３およびジルコニアを主要成分とするセラミックス被膜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（矢印Ｔ方向）において挟まれている。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、α−アルミナおよびジルコニアを主要成分とするセラミックス被膜１８５は適度な表面粗さを有して油保持性を備えており、且つ、第１サイドプート１６は前述したように多数の細孔を有して含油性を備えている。このため、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、適度な表面粗さを有するセラミックス被膜１８５を備えているため、セラミックス被膜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（矢印Ｔ方向）における両面側において、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、高い硬度を有するセラミックス被膜１８５Ｂ（セラミックス被膜１８５と同一）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、α−アルミナを主要成分とするセラミックス被膜１８５が形成されている。このためシャフト４が高速でシャフト孔１８ｘ内を回転駆動するときであっても、シャフト孔１８ｘの内周面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）にはプラズマ電解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にも同種のセラミックス被膜を形成しても良い。

（試験例）
本発明品に相当する試験例について説明する。即ち、アルミニウム合金（基本組成：シリコン含有量１４．０〜１６．０質量％，銅２．５〜４％、マグネシウム０．７〜０．９％、ロックウェル硬度（Ｂスケール）ＨＲＢ８０〜８４）の試験片を用い、試験例を実施した。この場合、試験片を脱脂した後、国際公開番号ＷＯ２００５−１１８９１９に記載されているように、電解液として、ジルコニウム化合物をジルコニウム換算で０．０００１〜５モル／リットル含有する水溶液（ｐＨ９．０以上１３．５以下、１０〜６０℃）を用い、この電解液を貯留した処理浴にリヤハウジング１８を浸漬させた。その状態でプラズマ電解処理を実施した。即ち、リヤハウジング１８を陽極とし、ステンレス鋼板を陰極とし、陽極と陰極との間に最高電圧３００〜８００ボルトを１〜４５分間印加し、セラミックス被膜を形成した。この場合、直流電圧成分に交流電圧成分を重畳させるバイポーラ電解法とした。上記した処理により、細孔があまり形成されていないセラミックス被膜が形成されている。

このセラミックス被膜によれば、表面粗さはＲｚ（ＪＩＳ）で２．０〜４．０マイクロメートル、膜厚は４〜１０マイクロメートル、硬度はＨｖ８００〜１１００である。なお硬度Ｈｖは１０グラム荷重（Ｈｖ_０．０１）で測定したものである。試験片に係るセラミックス被膜によれば、α−アルミナおよびジルコニアが主要相として生成していることはＸ線回折により確認されている。更にα−アルミナの他に、γ−アルミナも発生している。α−アルミナとγ−アルミナとの比率としては、質量比で、α−アルミナ／γ−アルミナ＝０．８０〜０．２０とされている。

図３は上記したセラミックス被膜をＥＰＭＡにより測定した結果を示す。図３において、１ＭＧ１はセラミックス被膜の表面を観察したＳＥＭ写真を示す（単位距離；３０μｍ）。この写真から理解できるように、適度な表面粗さをもつセラミックス被膜が形成されている。セラミックス被膜においてピンホール状の細孔は少ない。図３において、写真の下欄に記載のＯＫは酸素の分布を示し、ＡｌＫはアルミニウムの分布を示し、ＳｉＫはシリコンの分布を示し、ＺｒＫはジルコニウムの分布を示す。ジルコニウムは、アルミニウム、シリコン、酸素と共に、セラミックス被膜において良好に分散している。ＥＰＭＡ分析によれば、セラミックス被膜を１００％とするとき、質量比で、ジルコニアの含有量は１０〜４０％、殊に１５〜３５％であり、残部は不可避不純物およびアルミナである。

比較例についても同様に試験した。即ち、同種の試験片を脱脂した後、硫酸を含む液を貯留した低温の硫酸浴に試験片を浸漬させ、その状態で、試験片を陽極とし、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、浴温度は８〜２５℃とした。この比較例では、γ−アルミナからなる被膜が生成されるものの、α−アルミナを主要成分とする被膜が生成されなかった。比較例１に係る被膜によれば、表面粗さはＲｚ（ＪＩＳ）で３．６マイクロメートル、膜厚は７〜１０マイクロメートル、硬度はＨｖ２００であった。

上記した試験例に係る試験片について、摩擦試験（ボールオンディスク試験）を実施した。摩擦試験では、図４に示すように、試験片のセラミックス被膜に載せたボール（ＪＩＳＳＵＪ２）を所定の荷重で油剤中で試験片の表面に摺動させた。摺動条件としては、荷重を５Ｎ、油剤をパワステ用オイル、油温を１００℃として、ボールの回転速度を２９０ｒｐｍとし、３０分間摺動させた。比較例に係る試験片についても同様に摩擦試験した。

図５は本発明品の試験片のセラミックス被膜における摩耗痕を示す（単位距離：１ｍｍ）。図６は比較例の試験片のセラミックス被膜における摩耗痕を示す（単位距離：１ｍｍ）。図５に示すように、本発明品の試験片のセラミックス被膜においては摩耗痕はほとんど認められない。これに対して、図６に示すように、比較例の試験片の被膜においては摩耗痕は認められる。

図７は、本発明品に相当する上記試験例に係るセラミックス被膜について、セラミックス被膜の硬さと、平均摩擦係数および相手材（ボール）の比摩耗量との関係を示す。図７において△印は平均摩擦係数を示し、●印は相手材（ボール）の比摩耗量を示す。図７に示すように、Ｈｖ５００〜１１００であれば、相手材の比摩耗量（相手材攻撃性）が抑えられる。ここで、セラミックス被膜の硬さが増加すると、相手材（ボール）の比摩耗量が増加する傾向がある。

図８は、本発明品に相当する上記試験例に係るセラミックス被膜について、セラミックス被膜の表面粗さ（Ｒｚ（ＪＩＳ））と、平均摩擦係数および相手材（ボール）の比摩耗量との関係を示す。図８において△印は平均摩擦係数を示し、●印は相手材（ボール）の比摩耗量を示す。図８に示すように、セラミックス被膜の表面粗さが２〜８マイクロメートルであれば、相手材（ボール）の比摩耗量（相手材攻撃性）が抑えられる。ここで、セラミックス被膜の表面粗さが増加するにつれて、相手材（ボール）の比摩耗量（相手材攻撃性）が増加する傾向がある。

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および図２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の摺動面およびベーン３１の摺動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、アルマイト処理により、α−アルミナおよびジルコニアを主要成分とするセラミックス被膜１８５が形成されている。セラミックス被膜１８５の空孔は少ないため、封孔処理はされていない。

更に本実施例によれば、第１サイドプレート１６は鉄系ではなく、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。第１サイドプレート１６は、ロータ３のロータ本体３０の摺動面およびベーン３１の摺動面に対向する摺動対向面１６０をもつ。第１サイドプレート１６の摺動対向面１６０の表面には、プラズマ電解処理により、α−Ａｌ_２Ｏ_３をおよびジルコニアを主要成分として含むセラミックス被膜（セラミックス被膜１８５に相当）が形成されている。このセラミックス被膜には細孔があまり形成されないため、封孔処理はされていない。

実施例３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および図２が準用される。本実施例によれば、リヤハウジング１８は、過共晶組成をもつアルミニウム−シリコン系合金で形成されている。リヤハウジング１８の全体は、α−アルミナおよびジルコニアを主要成分とするセラミックス被膜を形成するように、プラズマ電解処理されている。封孔処理はされていない。従って、リヤハウジング１８の摺動対向面１８０の表面には、セラミックス被膜１８５が形成されている。

実施例４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および図２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の摺動面およびベーン３１の摺動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、セラミックス被膜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、セラミックス被膜１８５Ｂが形成されている。摺動対向面１８０におけるセラミックス被膜１８５の厚みは、露出面１８２におけるセラミックス被膜１８５Ｂの厚みよりも厚くされている。この場合、プラズマ電解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、プラズマ電解処理するにあたり、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いる。陽極とされるリヤハウジング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％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、グラビティ金型鋳造品、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。第１サイドプレート１６は鉄系に限らず、アルミニウム合金系としても良い。第１サイドプレート１６の硬度は、Ｈｖ１５０〜３００程度、殊に１８０〜２５０でも良いし、Ｈｖ５００〜８００程度、Ｈｖ３００〜９００程度としても良い。

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。オイルポンプに限らず、コンプレッサでも良く、回転体と基部とを有するものであれば、何でも良く、回転体の回転をフォアーの直動として伝達させるカム装置等にも適用できる。

上記した電解液の組成は適宜変更できる。例えば、ジルコニウム化合物（水酸化ジルコニウム０．０１モル／リットル）、ピロリン酸ナトリウム（０．０１５モル／リットル）、水酸化カリウム（０．０３６モル／リットル）含有する水溶液（ｐＨ１２〜１３）を用いることにしても良い。また上記した電解液として、ジルコニウム化合物（炭酸ジルコニウムカリウム，０．０１モル／リットル）、水酸化カリウム（０．０３６モル／リットル）、過酸化水素（０．０２モル／リットル）含有する水溶液（ｐＨ１１〜１２）を用いることにしても良い。また上記した電解液として、ジルコニウム化合物（酢酸ジルコニウム０．０１モル／リットル）、クエン酸ナトリウムニ水和物（０．０１モル／リットル）、水酸化カリウム（０．００９モル／リットル）含有する水溶液（ｐＨ８〜９）を用いることにしても良い。

本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。複数の実施例の特徴を併有することにしても良い。

上記した記載から次の技術的思想も把握される。
（１）作動室もつ基部と、前記基部の前記作動室に回転可能に設けられたロータとを具備する回転機器において、前記基部は複数の分割体で構成されており、複数の前記分割体のうちの少なくとも一つは、アルミニウム合金を基材として形成されており、前記ロータの摺動面に対向すると共に前記ロータの前記摺動面が摺動する摺動対向面をもち、且つ、前記摺動対向面は、α−アルミナおよびジルコニアを含むセラミックス被膜を備えていることを特徴とする回転機器。
（２）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、前記基部は複数の分割体で構成されており、複数の前記分割体のうちの少なくとも一つは、アルミニウム合金を基材として形成されており、前記ロータの摺動面に対向すると共に前記ロータの前記摺動面が摺動する摺動対向面をもち、且つ、前記摺動対向面は、α−アルミナを含むおよびジルコニアを含むセラミックス被膜を備えていることを特徴とするオイルポンプ。
（３）作動室もつ基部と、前記基部の前記作動室に回転可能に設けられたロータとを具備する回転機器において、前記基部は複数の分割体で構成されており、複数の前記分割体のうちの少なくとも一つは、アルミニウム合金を基材として形成されており、前記ロータの摺動面に対向すると共に前記ロータの前記摺動面が摺動する摺動対向面をもち、且つ、前記摺動対向面は、プラズマ電解処理で成膜されたセラミックス被膜を備えていることを特徴とする回転機器。
（４）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、前記基部は複数の分割体で構成されており、複数の前記分割体のうちの少なくとも一つは、アルミニウム合金を基材として形成されており、前記ロータの摺動面に対向すると共に前記ロータの前記摺動面が摺動する摺動対向面をもち、且つ、前記摺動対向面は、プラズマ電解処理で成膜されたセラミックス被膜を備えていることを特徴とするオイルポンプ。

本発明は例えば車両等に搭載されるオイルポンプ等の回転機器に用いるのに適する。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。セラミックス被膜のＥＰＭＡ測定結果を示す写真図である。摩擦摩耗試験の結果を示す図である。試験例に係るセラミックス被膜における摩耗痕を示す写真図である。比較例に係るセラミックス被膜における摩耗痕を示す写真図である。試験例のセラミックス被膜の硬さと平均摩擦係数および相手材の比摩耗量との関係を示すグラフである。試験例のセラミックス被膜の表面粗さと平均摩擦係数および相手材の比摩耗量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１は基部、１１は作動室、１３はフロントハウジング（分割体）、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）、１８０は摺動対向面、１８５はセラミックス被膜、１８５Ｂはセラミックス被膜、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

（ｉ）作動室をもつ基部と、
（ｉｉ）前記基部の前記作動室に回転可能に設けられたロータとを具備する回転機器において、
（ｉｉｉ）前記基部は複数の分割体で構成されており、
複数の前記分割体のうちの少なくとも一つは、シリコンを１０〜１５質量％含むアルミニウム合金のダイカスト品を基材として形成されており、前記ロータの摺動面に対向すると共に前記ロータの前記摺動面が摺動する摺動対向面をもち、且つ、前記摺動対向面は、プラズマ電解処理によって形成されたα−アルミナおよびジルコニアを５０質量％以上含む、硬度Ｈｖ５００〜１１００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのセラミックス被膜を備えていることを特徴とする回転機器。
（ｉ）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、
（ｉｉ）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、
（ｉｉｉ）前記基部は複数の分割体で構成されており、
複数の前記分割体のうちの少なくとも一つは、シリコンを１０〜１５質量％含むアルミニウム合金のダイカスト品を基材として形成されており、前記ロータの摺動面に対向すると共に前記ロータの前記摺動面が摺動する摺動対向面をもち、且つ、前記摺動対向面は、プラズマ電解処理によって形成されたα−アルミナおよびジルコニアを５０質量％以上含む、硬度Ｈｖ５００〜１１００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのセラミックス被膜を備えていることを特徴とするオイルポンプ。
請求項２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、前記ロータ本体の前記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セラミックス被膜は前記ベーンの摺動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。
請求項２および３のうちの一項において、前記セラミックス被膜の厚みは、２〜３００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。
請求項２〜４のうちの一項において、前記ロータは、前記分割体の前記摺動対向面に形成されている前記セラミックス被膜と、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。