WO2011074477A1 - ギヤ型ポンプ - Google Patents

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英夫 韮澤
金原　茂
平井　真一
広介 山根
眞彦 篠原
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本田技研工業株式会社
株式会社山田製作所
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2230/41—Hardening; Annealing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2230/00—Manufacture
    • F04C2230/90—Improving properties of machine parts
    • F04C2230/92—Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/16—Wear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/10—Hardness

Definitions

  • the present invention relates to a gear type pump used for an oil pump or the like for a motor vehicle, and more particularly to a surface treatment technology of a rotor contact surface in a gear type pump.
  • Patent Document 1 shows that in the internal gear type pump, the contact surface of both the inner rotor and the outer rotor is subjected to surface treatment to form a carbide or nitride film to enhance the wear resistance. There is. It is also conventionally known to perform steam treatment as a surface treatment to be applied to the contact surfaces of both the inner rotor and the outer rotor.
  • Patent Document 2 in a screw rotary machine, the entire surface of one rotor is coated with a soft material having self-lubricating properties, and the entire surface of the other rotor is appropriately subjected to surface treatment (plating) of hard material. An arrangement is shown where the film thickness is set to
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned points, and an object of the present invention is to provide a gear-type pump which can solve the problems of surface separation and adhesion wear.
  • the drive side rotor (2) driven by the drive source and the driven side rotor (3) driven by the drive side rotor rotate while meshing to transfer the working fluid
  • a gear type pump characterized in that steam treatment is applied to only one of the drive side rotor and the driven side rotor, and the other is left untreated.
  • the reference numerals in parentheses indicate the reference numerals of corresponding elements in the embodiments described later for reference.
  • the hardness of one tooth surface is secured by applying steam treatment to only one of the drive side rotor and the driven side rotor of the gear pump and leaving the other side untreated. Since the hardness of the other tooth surface (contact surface) is relatively lowered, adhesion wear and tooth surface peeling can be made less likely to occur. For example, with respect to adhesion and abrasion, since the adhesion temperature becomes high in the contact of different materials, adhesion becomes difficult and adhesion and abrasion becomes difficult to occur.
  • tooth surface separation by making the surface of the drive side rotor and the driven side rotor that is more susceptible to tooth surface separation as untreated, the embrittlement thereof can be prevented and tooth surface separation can be made less likely to occur. .
  • appropriate effects are obtained by appropriately selecting the rotor to be subjected to the steam treatment to either the drive rotor or the driven rotor.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing an internal gear pump used in an oil pump for an automatic transmission as one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a part of an inner rotor and an outer rotor in FIG.
  • the internal gear type pump is configured of an inner rotor (drive side rotor) 2 and an outer rotor (driven side rotor) 3 housed in an oil pump body 1.
  • the inner rotor 2 has an outer tooth consisting of a suitable number n of teeth on the outer periphery thereof, and the drive shaft 4 is coupled to the inner periphery thereof by splines or claws.
  • any shaft that performs rotational movement such as a transmission input shaft, is used as the drive shaft 4.
  • the inner rotor 2 is rotationally driven according to the rotation of the drive shaft 4, and the outer rotor 3 is accordingly driven to rotate, and the outer teeth of the inner rotor 2 and the inner teeth of the outer rotor 3 are engaged while rotating.
  • the oil (working fluid) is transferred in the space between the two teeth.
  • the center of the outer rotor 3 deviates from the center of the inner rotor 2 and the number of teeth of both teeth is different, the volume of the gap space between the peak and the valley in the meshing of one tooth changes continuously
  • the pump action of suctioning oil (working fluid) from the inside of the gap space and discharging it from the inside of the gap space to a discharge port (not shown) is exerted.
  • the inner rotor 2 and the outer rotor 3 are made of iron-based sintered metal, and one of the inner rotor 2 and the outer rotor 3 is treated with steam (for example, about 500 degrees Celsius) when constructing the gear type pump according to the present invention. Heat treatment) and leave the other untreated (no steam treatment). As a result, an oxide film is formed on the surface of the steam-treated rotor (2 or 3), and the hardness of the surface can be increased to improve the abrasion resistance. On the other hand, since the oxide film is not formed on the surface of the rotor (3 or 2) not subjected to the steam treatment, the hardness of the surface itself can not be increased.
  • the hardness of the tooth surface (contact surface) of one rotor (2 or 3) is relatively increased, and the tooth surface (contact surface) of the other rotor (3 or 2) contacting this is increased. Since the hardness is relatively lowered, it is possible to make the surface separation less likely to occur as compared to the case where both the hardness are high. In addition, since the hardness of one tooth surface (contact surface) is relatively high, adhesion wear on the tooth surface is also less likely to occur.
  • Tooth surface separation generated by the steam treatment is caused by the high load acting on the contact points between the tooth surfaces of the inner rotor and the outer rotor, resulting in excessive surface pressure.
  • the number of contact times of each tooth within a certain operation time is larger for the inner rotor with a smaller number of teeth than for the outer rotor, so the inner rotor is more likely to cause surface pressure fatigue and to be prone to tooth separation. .
  • the coating on both side surfaces 3a of the outer rotor 3 is usually removed by the subsequent polishing treatment, and the inner tooth flank 3b and outer circumferential surface 3c are steam treated.
  • a film is left ( Figure 2).
  • the tooth surface 3b on the inner peripheral side of the outer rotor 3 is steam-treated, the object can be achieved.
  • the inner rotor 2 is subjected to steam treatment, and the outer rotor 3 is not processed. It is good to do.
  • the entire inner rotor 2 is subjected to steam treatment, and the coating on both side surfaces 2a of the inner rotor 2 is removed by the subsequent polishing treatment, and the coating by the steam treatment is left on the tooth surface 2b and the inner circumferential surface 2c on the outer peripheral side. ( Figure 2). That is, in practice, the outer peripheral tooth flank 2b and the inner peripheral surface 2c of the inner rotor 2 are subjected to steam treatment.
  • the hardness of the inner peripheral surface 2c is also increased, so that the abrasion resistance of the inner peripheral surface 2c engaged with and in contact with the drive shaft 4 is achieved. It has the merit of being able to secure the wear resistance.

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Abstract

　駆動源により駆動される駆動側ロータ（２）と、該駆動側ロータによって駆動される被駆動側ロータ（３）とが噛み合いながら回転して作動流体を移送するギヤ型ポンプにおいて、駆動側ロータ（２）と被駆動側ロータ（３）の一方にのみ水蒸気処理を施し、他方を未処理とする。

Description

ギヤ型ポンプ
　本発明は、自動車用オイルポンプ等に使用されるギヤ型ポンプに関し、特に、ギヤ型ポンプにおけるロータ接触面の表面処理技術に関する。
　下記特許文献１には、内接ギヤ型ポンプにおいて、インナーロータ及びアウターロータの双方の接触面に表面処理を施して炭化物あるいは窒化物被膜を形成し、耐磨耗性を高めることが示されている。また、インナーロータ及びアウターロータの双方の接触面に施す表面処理として、水蒸気処理を施すことも従来より知られている。一方、下記特許文献２には、スクリュー回転機械において、一方のロータの表面全体に自己潤滑性を持つ柔らかい材料のコーティングを施し、他方のロータの表面全体に硬い材料の表面処理（めっき）を適宜な膜厚で施すようにした構成が示されている。
実開昭６３－２０２７９４号公報 特開平３－１６８３８２号公報
　ところで、内接ギヤ型ポンプにおいてインナーロータ及びアウターロータの双方の歯面（接触面）に水蒸気処理を施す構成では、硬度は高まるものの、脆化が起こり、歯面の衝撃荷重が高い運転状態の場合には歯面が剥離する現象が確認された。この点に鑑みて、いずれの歯面（接触面）にも水蒸気処理を施さないことも試みられている。その場合、一般的な運転では磨耗の問題が起こらないが、連続的な運転においては、温度域・回転域によって凝着磨耗が発生する領域が存在することが分かった。
　本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、歯面剥離及び凝着磨耗の問題を解決することのできるギヤ型ポンプを提供しようとするものである。
　本発明に係るギヤ型ポンプは、駆動源により駆動される駆動側ロータ（２）と、該駆動側ロータによって駆動される被駆動側ロータ（３）とが噛み合いながら回転して作動流体を移送するギヤ型ポンプであって、前記駆動側ロータと被駆動側ロータの一方にのみ水蒸気処理を施し、他方を未処理とすることを特徴とする。なお、括弧内の参照番号は、後述する実施例における対応要素の参照番号を参考のために例示したものである。
　本発明によれば、ギヤ型ポンプの駆動側ロータと被駆動側ロータの一方にのみ水蒸気処理を施し、他方を未処理とすることにより、一方の歯面（接触面）の硬度を確保する一方で、他方の歯面（接触面）の硬度が相対的に低下されるので、凝着磨耗及び歯面剥離を起こりにくくすることができる。例えば凝着磨耗については、異材質同士の接触では凝着温度が高くなるので凝着しにくくなり、凝着磨耗が起こりにくくなる。また、歯面剥離については、駆動側ロータと被駆動側ロータのうち歯面剥離が起こり易い方を未処理とすることにより、その脆化を防ぎ、歯面剥離を起こりにくすることができる。好適な実施例においては、水蒸気処理を施すものとするロータを駆動側ロータと被駆動側ロータのいずれか一方に適切に選択することにより、適切な効果を得るようにしている。
本発明の一実施例として、自動変速機用のオイルポンプに使用される内接式ギヤ型ポンプを概略的に示す平面図。 図１におけるインナーロータとアウターロータの部分を示す斜視図。
　図１に示すように、内接式ギヤ型ポンプは、オイルポンプボディ１内に収納されたインナーロータ（駆動側ロータ）２とアウターロータ（被駆動側ロータ）３とで構成される。公知のように、インナーロータ２は、その外周に適宜数ｎの歯からなる外歯を有し、その内周に駆動軸４がスプラインあるいは爪等で結合するようになっており、アウターロータ３は、その内周にｎより多い歯数ｎ＋１からなる内歯を有し、かつ、アウターロータ３の中心がインナーロータ２の中心からずれるような配置で外歯と内歯が噛み合ってオイルポンプボディ１内に組み込まれている。なお、自動変速機用のオイルポンプにおいては、駆動軸４として、変速機入力軸など回転運動を行う任意の軸が用いられる。
　公知のように、駆動軸４の回転に応じてインナーロータ２が回転駆動され、これに伴いアウターロータ３が従動回転し、インナーロータ２の外歯とアウターロータ３の内歯が噛み合いながら回転して、両歯の隙間空間内でオイル（作動流体）を移送する。アウターロータ３の中心がインナーロータ２の中心からずれ且つ両者の歯数が異なることにより、１つの歯の噛み合いにおける山と谷の間の隙間空間の容積が連続的に変化し、図示しない吸入口から該隙間空間内へのオイル（作動流体）の吸い込みと該隙間空間内から図示しない吐出口への吐き出しというポンプ作用を奏するようになっている。
　インナーロータ２及びアウターロータ３は鉄系焼結金属からなっており、本発明に係るギヤ型ポンプを構成するにあたっては、インナーロータ２とアウターロータ３の一方にのみ水蒸気処理（例えば摂氏５００度程度の熱処理）を施し、他方を未処理とする（水蒸気処理を施さない）。これにより、水蒸気処理を施した方のロータ（２又は３）の表面に酸化皮膜が形成され、該表面の硬度を高め、耐磨耗性を向上させることができる。一方、水蒸気処理を施さない方のロータ（３又は２）の表面に酸化皮膜が形成されないので、それ自体での表面の硬度は高められない。しかし、この処理により、一方のロータ（２又は３）の歯面（接触面）の硬度が相対的に高められ、これに接触する他方のロータ（３又は２）の歯面（接触面）の硬度が相対的に低下されるので、双方の硬度が高い場合に比べて、歯面剥離を起こりにくくすることができる。また、一方の歯面（接触面）の硬度が相対的に高いので、歯面の凝着磨耗も起こりにくくなる。
　凝着磨耗の抑制の観点では、異材質同士の接触では凝着温度が高くなるので凝着磨耗が起こりにくくなるということに鑑みると、インナーロータ２とアウターロータ３のどちらに水蒸気処理を施しても同様な凝着磨耗の抑制の効果が期待できる。
　歯面剥離の抑制の観点では、歯数の多いほうのロータつまりアウターロータ３に水蒸気処理を施すのが効果的と思われる。水蒸気処理を施すことで発生する歯面剥離は、インナーロータとアウターロータの歯面同士の接触箇所に高荷重が働き、面圧過大となることで発生するものである。或る作動時間内における各歯の接触回数は、アウターロータよりも、歯数の少ないインナーロータの方が多く、よって、インナーロータの方が面圧疲労を起こし易く、歯面剥離が発生し易い。そこで、ロータ歯面の剥離を防ぐことを優先するとすると、歯数の少ないインナーロータ２には水蒸気処理を施さず、歯数の多いアウターロータ３に水蒸気処理を施すようにするのがよい。これにより、インナーロータ２の歯面剥離が起こりにくくなる。また、この場合、水蒸気処理を施さないインナーロータ２の歯面における微細な変形がアウターロータ３に対する接触面圧を低減することが期待され、もって、水蒸気処理を施したアウターロータ３にも歯面剥離が起こりにくくなる。なお、アウターロータ３全体に水蒸気処理を施した場合、通常はその後の研磨処理により該アウターロータ３の両側面３ａの皮膜が除去され、内周側の歯面３ｂと外周面３ｃに水蒸気処理による皮膜が残される（図２）。本発明にあっては、アウターロータ３の内周側の歯面３ｂが水蒸気処理されていさえすれば、その目的を達成することができる。
　一方、インナーロータ２の内周と駆動軸４との係合・接触箇所の耐磨耗性を向上させることを考慮した場合、インナーロータ２の方に水蒸気処理を施し、アウターロータ３は未処理とするのがよい。この場合、インナーロータ２全体にわたって水蒸気処理を施し、その後の研磨処理によりインナーロータ２の両側面２ａの皮膜が除去され、外周側の歯面２ｂと内周面２ｃに水蒸気処理による皮膜が残される（図２）。すなわち、事実上、インナーロータ２の外周側の歯面２ｂと内周面２ｃに水蒸気処理が施される。これにより、インナーロータ２の外周側の歯面２ｂの硬度が高められることに加え、内周面２ｃの硬度も高められるので、駆動軸４に係合・接触する該内周面２ｃの耐磨耗性を確保することもできる、というメリットがある。
　以上のように、インナーロータ（駆動側ロータ）２とアウターロータ（被駆動側ロータ）３のどちらに水蒸気処理を施すべきかについては、達成しようとする技術目的に応じて、適切な一方を選択するようにするとよい。
　上記実施例では、内接式のギヤ型ポンプについて説明したが、外接式のギヤ型ポンプにおいても本発明を適用することができる。

Claims (3)

  1. 　駆動源により駆動される駆動側ロータと、
    　該駆動側ロータによって駆動される被駆動側ロータと
    が噛み合いながら回転して作動流体を移送するギヤ型ポンプであって、
    　前記駆動側ロータと被駆動側ロータの一方にのみ水蒸気処理を施し、他方を未処理とすることを特徴とするギヤ型ポンプ。
  2. 　前記駆動側ロータは、ポンプ駆動軸とスプライン結合されて駆動され、該駆動側ロータにのみ水蒸気処理を施し、被駆動側ロータを未処理とすることを特徴とする請求項１に記載のギヤ型ポンプ。
  3. 　前記駆動側ロータは前記被駆動側ロータに比較して歯数が少ないもので、該被駆動側ロータにのみ水蒸気処理を施し、駆動側ロータを未処理とすることを特徴とする請求項１に記載のギヤ型ポンプ。
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