JP5302524B2 - 回転機器およびオイルポンプ - Google Patents

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、回転機器の性能向上に伴い、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層を設け、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の硬度が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、耐摩耗性を確保し、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−Ａｌ_２Ｏ_３を含む硬度Ｈｖ５００〜２０００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのアルマイト層を形成すれば、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、プラズマ陽極酸化処理によって形成されたα−Ａｌ_２Ｏ_３を５０質量％以上含む硬度Ｈｖ５００〜２０００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのアルマイト層を備えてい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、プラズマ陽極酸化処理によって形成されたα−Ａｌ_２Ｏ_３を５０質量％以上含む硬度Ｈｖ５００〜２０００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのアルマイト層を備えてい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、プラズマ陽極酸化処理によって形成されたα−Ａｌ_２Ｏ_３を５０質量％以上含む硬度Ｈｖ５００〜２０００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのアルマイト層を備えており、硬質化されている。このため摺動対向面の耐摩耗性が向上している。さらに、適度な表面粗さは相手攻撃性を低下させると共に、油保持性を確保する。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、プラズマ陽極酸化処理によって形成されたα−Ａｌ_２Ｏ_３を５０質量％以上含む硬度Ｈｖ５００〜２０００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのアルマイト層（陽極酸化膜）を備えており、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。

・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、ベーンの摺動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。

・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。

・アルミニウム合金に形成される一般的なアルマイト層はγ−Ａｌ_２Ｏ_３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、本発明のアルマイト層においてはα−Ａｌ_２Ｏ_３を含み、硬質であり、一般的にアルマイト層よりも細孔は少なくされている。本発明に係るアルマイト層としては、α−Ａｌ_２Ｏ_３がほとんどを占めていても良い。アルマイト層を１００％とするとき、質量比で、α−Ａｌ_２Ｏ_３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、かなり硬質のアルマイト層が得られる。更に、本発明に係るアルマイト層においては、α−アルミナの他に、γ−Ａｌ_２Ｏ_３および／またはβ−Ａｌ_２Ｏ_３等といった他の相のアルミナが含まれていても良い。α−Ａｌ_２Ｏ_３とγ−Ａｌ_２Ｏ_３とが混在するときには、比率としては、質量比で、α−Ａｌ_２Ｏ_３／γ−Ａｌ_２Ｏ_３＝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。アルマイト層においてα−Ａｌ_２Ｏ_３とγ−Ａｌ_２Ｏ_３とが混在するときには、γ−Ａｌ_２Ｏ_３よりも硬質のα−Ａｌ_２Ｏ_３と、α−Ａｌ_２Ｏ_３よりも硬度が低い比較的軟質のγ−Ａｌ_２Ｏ_３とが複合化した特性が期待され、過剰の硬質化が抑制される。

・アルマイト層の厚みは、耐摩耗性、硬さおよび生産性等を考慮すると、５〜３００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、アルマイト層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。

・α−Ａｌ_２Ｏ_３は硬質である。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、望ましくは、Ｈｖ１００〜３００、またはＨｖ１００〜２００である。アルマイト層の被膜硬度は一般的にはＨｖ５００〜２０００である形態を採用する。これにより摺動対向面における耐摩耗性の向上が期待される。アルマイト層の硬度の上限値としてはＨｖ１８００、Ｈｖ１６００、Ｈｖ１４００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、Ｈｖ７００、Ｈｖ８００が例示される。Ｈｖはビッカース硬度を意味する。アルマイト層は、母材であるアルミニウム合金に形成された内層と、内層に被覆され内層よりも硬度が低い外層とを備えていることが好ましい。外層は内層よりも硬度が低いため、相手攻撃性が抑制される。内層はＨｖ１２００〜２０００，Ｈｖ１３００〜１８００が例示される。外層はＨｖ８００〜１４００，Ｈｖ９００〜１２００が例示される。

・α−Ａｌ_２Ｏ_３を含むアルマイト層の表面粗さが大きいと、当該アルマイト層は硬度が高いだけに相手攻撃性が増加する。これに対してアルマイト層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、アルマイト層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。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。

上記したようにアルマイト層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、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Ｈｖ５００〜２０００、表面粗さ２〜８マイクロメートル）とする。

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。

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、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。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。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−Ａｌ_２Ｏ_３を主要成分として含むアルマイト層１８５を形成するようにアルマイト処理（陽極酸化処理）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、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１８５と同様のアルマイト層１８５Ｂが形成されている。

上記したリヤハウジング１８をアルマイト処理するにあたっては、ケロナイト・コーティングとして知られるプラズマ酸化処理を行った。この場合、まず、リヤハウジング１８を脱脂し、その後、低濃度アルカリ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。その状態でリヤハウジング１８を陽極とし、陽極と陰極との間に印加させる電圧を徐々に高くしてプラズマ放電を発生させ、アルマイト層を形成する。上記したアルマイト処理により、細孔があまり形成されていないアルマイト層が成長する。なお、電圧が４００〜５００Ｖ付近では青白い火花が発生した。

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、アルマイト層１８５の硬度はＨｖ５００〜２０００、殊に７００〜１８００とされている(Ｈｖの測定荷重は１００ｇ）。なお、α−Ａｌ_２Ｏ_３を主要成分とするアルマイト層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（Ｈｖ１８０〜２５０）よりも高い。アルマイト層１８５の表面粗さは、Ｒｚ（ＪＩＳ）で３〜８マイクロメートルであり、耐摩耗性を抑えつつ油保持性が確保されている。

アルマイト層１８５において、α−Ａｌ_２Ｏ_３が生成していることはＸ線回折により確認されている。アルマイト層１８５において、Ｘ線回折によれば、α−アルミナの他に、γ−Ａｌ_２Ｏ_３も発生している。α−Ａｌ_２Ｏ_３とγ−Ａｌ_２Ｏ_３との比率としては、質量比で、α−Ａｌ_２Ｏ_３／γ−Ａｌ_２Ｏ_３＝０．８０〜０．２０とされている。従って、アルマイト層１８５は、硬質のα−Ａｌ_２Ｏ_３および比較的軟質のγ−Ａｌ_２Ｏ_３の複合効果が期待される。なお、アルマイト層を１００％とするとき、質量比で、α−Ａｌ_２Ｏ_３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、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、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、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３〜８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、アルマイト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、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）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共晶相とが混在して形成される。ここで、アルマイト処理時において、シリコン相および共晶相の導電率が相違するため、電流密度がシリコン相と共晶相とで相違し、シリコン相と共晶相と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るものと推察される。なお、アルマイト層１８５が上記した厚みであれば、アルミニウム合金におけるシリコン相および共晶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を主要成分とするアルマイト層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（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−Ａｌ_２Ｏ_３を主要成分とするアルマイト層１８５は適度な表面粗さを有しており、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（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、高い硬度を有するアルマイト層１８５Ｂ（アルマイト層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−Ａｌ_２Ｏ_３を主要成分とするアルマイト層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にも同種のアルマイト層を形成しても良い。

（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、その試験片をアルマイト処理した。アルマイト処理するにあたっては、ケロナイト・コーティングとして知られるプラズマ酸化処理を行った。この場合、先ず、試験片を脱脂し、その後、低濃度アルカリ電解液を貯留した処理浴に試験片を浸漬させた。その状態で試験片を陽極とし、陽極と陰極との間に印加させる電圧を徐々に高くしてプラズマ放電を陽極と陰極との間に発生させ、プラズマ酸化処理によるアルマイト層を試験片の表面に形成した。上記したアルマイト処理により、細孔があまり形成されていないアルマイト層が成長していた。なお、電圧が３００〜６００Ｖ付近では青白い火花が発生した。

試験例に係るアルマイト層によれば、表面粗さはＲｚ（ＪＩＳ）で３．０〜４．０マイクロメートル、膜厚は４〜６マイクロメートル、硬度はＨｖ８００〜１５００であった。なお硬度Ｈｖは１０グラム荷重（Ｈｖ_０．０１）で測定した。試験片に係るアルマイト層によれば、α−アルミナ相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た。更にα−Ａｌ_２Ｏ_３の他に、γ−Ａｌ_２Ｏ_３も発生していた。

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−Ａｌ_２Ｏ_３からなるアルマイト層が生成されるものの、α−Ａｌ_２Ｏ_３を主要成分とするアルマイト層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７〜１２マイクロメートル、硬度はＨｖ２３１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３に示すように、試験片に載せたボール（ＪＩＳ ＳＵＪ２）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２Ｎ（面圧：約１ＧＰａ）、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５ｒｐｍ、１０ｒｐｍ、２５ｒｐｍ、５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、２００ｒｐｍ、３００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、５００ｒｐｍとし、各速度でそれぞれ１０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４は、本発明品の相当する試験片および比較例の比摩耗量（試験片の耐摩耗性）についての試験結果の相対比較を示す。ここで、１．０Ｅ−０６は１．０×１０^−６を意味する。図４に示すように、本発明品に相当する試験例は、比較例よりも耐摩耗性が優れている。図５は、本発明品に相当する試験例および比較例の相手材（ボール）の比摩耗量（相手攻撃性）についての試験結果の相対比較を示す。図５に示すように、本発明品に相当する試験例は、比較例よりも相手攻撃性がはるかに少ないことがわかる。図６（Ａ）、図７（Ａ）は試験片の摩耗痕を示す（単位距離：１ｍｍ）。図６（Ｂ）、図７（Ｂ）は比較例の摩耗痕を拡大して示す（単位距離：０．１ｍｍ）。図６（Ａ）、図７（Ａ）に示すように、試験例の試験片に係る摩耗痕は抑えられている。これに対して、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示すように、比較例の試験片に係る摩耗痕は大きい。このことからも、試験例の試験片は比較例よりも耐摩耗性が良いことがわかる。

なお、他の試験片に係るアルマイト層の表面粗さについては、Ｒｚ（ＪＩＳ）で、４．０〜５．０マイクロメートル、６．０〜７．０マイクロメートルであった。

図８は、上記した試験片に係るアルマイト層の断面を示す電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を示す。図８に示すように、このアルマイト層は、母材であるアルミニウム合金に形成された内層（Ｈｖ１２００〜２０００）と、内層に積層された外層（Ｈｖ８００〜１４００）とを備えていた。このように内層の硬度および外層の硬度共に試験片の母材の硬度よりも高く、Ｈｖ５００以上であった。但し外層の硬度は内層の硬度よりも低かった。これにより相手攻撃性が過剰に高くなることが抑制される。一般的にはシュウ酸を用いたアルマイト処理によりポア層において形成される細孔（六角形状セルの細孔）は、外層および内層にもあまり形成されていなかった。この場合、細孔の存在確率が小さくなるため、硬度を高くするのに有利であり、更に、摺動粉等の細孔への過剰な進入防止が期待される。

アルマイト層の表面粗さは、Ｒｚ（ＪＩＳ）で３〜８マイクロメートルであった。α−Ａｌ_２Ｏ_３がアルマイト層に生成していることはＸ線回折により確認された。アルマイト層において、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によれば、α−Ａｌ_２Ｏ_３の他に、γ−Ａｌ_２Ｏ_３も発生していた。α−Ａｌ_２Ｏ_３とγ−Ａｌ_２Ｏ_３との比率としては、質量比で、α−Ａｌ_２Ｏ_３／γ−Ａｌ_２Ｏ_３＝０．８０〜０．２０とされていた。

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−アルミナを主要成分とするアルマイト層１８５が形成されている。アルマイト層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、上記アルマイト処理により、α−Ａｌ_２Ｏ_３を主要成分とするアルマイト層が形成されている。このアルマイト層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。α−Ａｌ_２Ｏ_３が生成していることはＸ線回折により確認されている。上記アルマイト層において、Ｘ線回折によれば、α−Ａｌ_２Ｏ_３の他に、γ−Ａｌ_２Ｏ_３も発生している。

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−アルミナを主要成分とするアルマイト層を形成するように、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、アルマイト層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、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。

実施例５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、上記したリヤハウジング１８をアルマイト処理するにあたっては、プラズマ酸化処理を行った。この場合、まず、リヤハウジング１８を脱脂し、その後、低濃度アルカリ電解液からなる処理液を貯留した処理浴に、リヤハウジング１８を浸漬させた。処理液は弱アルカリ電解液であり、水を主成分とし、リン酸ナトリウム（Ｎａ_３ＰＯ_４）を１〜１０グラム／リットル、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ_３ＳｉＯ_３）を１〜２０グラム／リットル、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を１〜３０グラム／リットルを添加したものである。プラズマ酸化処理では、上記した処理液の中で、高い電流密度の交流パルス電流（正電位の絶対値＞負電位の絶対値）を通電することにより、アルマイト層１８５をリヤハウジング１８の表面全体に形成することができる。

（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、適宜選択でき、Ｈｖ４００〜８００程度、またはＨｖ１５０〜４００程度、Ｈｖ２００〜６００程度が例示されるが、これらに限定されるものではない。

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。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。

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。 摩擦試験の概念を示す図である。 本発明品に相当する試験例および比較例の比摩耗量（試験片の耐摩耗性）についての試験結果を示すグラフである。 本発明品に相当する試験例および比較例の相手材の比摩耗量（相手攻撃性）についての試験結果を示すグラフである。 （Ａ）は試験例の試験片の摩耗痕を示す写真図であり、（Ｂ）は比較例の試験片の摩耗痕を示す写真図である。 （Ａ）は試験例の試験片の摩耗痕を拡大して示す写真図であり、（Ｂ）は比較例の試験片の摩耗痕を拡大して示す写真図である。 試験例に係るアルマイト層の断面を示す電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を示す写真図である。

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 (5)

1. （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、プラズマ陽極酸化処理によって形成されたα−Ａｌ_２Ｏ_３を５０質量％以上含む硬度Ｈｖ５００〜２０００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのアルマイト層を備えていることを特徴とする回転機器。
2. （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、プラズマ陽極酸化処理によって形成されたα−Ａｌ_２Ｏ_３を５０質量％以上含む硬度Ｈｖ５００〜２０００かつ表面粗さ２〜８マイクロメートルのアルマイト層を備えていることを特徴とするオイルポンプ。
3. 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アルマイト層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。
4. 請求項２および３のうちの一項において、前記アルマイト層の厚みは、２〜１００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。

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