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発明の名称 構造部材が小さい相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を発揮するAl合金製内接ギア型オイルポンプ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−132660(P2001−132660A)
公開日 平成13年5月18日(2001.5.18)
出願番号 特願平11−317617
出願日 平成11年11月9日(1999.11.9)
代理人 【識別番号】100076679
【弁理士】
【氏名又は名称】富田 和夫 (外1名)
【テーマコード(参考)】
3H041
3H044
3J030
4K018
【Fターム(参考)】
3H041 AA02 BB03 CC13 DD01 DD05 DD33 
3H044 AA02 BB03 CC12 DD01 DD05 DD23
3J030 AC10 BC01 BC06 CA10
4K018 AA16 CA01 KA01
発明者 大槻 真人 / 宮原 正久 / 吉田 誠 / 岡本 治夫 / 藤木 章 / 西山 裕之 / 鈴木 基弘
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 ケースのギア収納部に、ドライブギアとドリブンギアを配置した構造のAl合金製内接ギア型オイルポンプにおいて、(a)構造部材である上記ケースをAl合金鋳物とし、(b)同じく構造部材である上記ドライブギアおよびドリブンギアを、Al−Si系合金粉末の熱間塑性加工材とし、(c)上記熱間塑性加工材を、基本素地に前記基本素地より硬質の単位相が光学顕微鏡による組織観察で10〜40面積%の割合で分散分布してなる組織を有するAl−Si系合金で構成し、(d)かつ上記基本素地は、重量%で、Si:10〜18%、Fe:4〜8%、Ni:1〜3%、Cr:1〜3%、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成、並びに素地に超微細な金属間化合物とSiが分散分布した組織を有するAl−Si系合金からなり、(e)一方上記単位相は、重量%で、Si:25〜40%、Fe:1〜3%、Ni:2〜6%、Cr:0.3〜2%、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成、並びに素地に超微細な金属間化合物とSiが分散分布し、さらに初晶Siが分散分布した組織を有するAl−Si系合金からなること、を特徴とする構造部材が小さい相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を発揮するAl合金製内接ギア型オイルポンプ。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、高速駆動条件でも構造部材が小さな相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性および耐キャビテーション損傷性を発揮するAl合金製内接ギア型オイルポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、例えば自動車などの内燃機関の自動変速機に用いられる内接ギア型オイルポンプが、例えば特開平8−74747号公報に記載されるように、ケースのギア収納部に、ドライブギアとドリブンギアを配置した構造をもつことが知られている。また、上記の内接ギア型オイルポンプにおいて、例えば特開平7−101035号公報に記載されるように、構造部材である上記ケースがAl合金鋳物からなり、同じく構造部材である上記ドライブギアおよびドリブンギアが、Al−Si系合金粉末の熱間塑性加工材、すなわち粉末熱間鍛造材および粉末熱間押出材からなり、かつ前記熱間塑性加工材が、重量%で(以下、%は重量%を示す)、Si:12〜42%、Fe、Niなどの遷移金属:1〜12%、を含有し、素地に超微細な金属間化合物とSiが分散分布し、さらにSi含有量が高い場合には初晶Siも分散分布した組織を有するAl−Si系合金からなることも知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の内燃機関は益々高速化および高出力化し、これに伴い、これに用いられる内接ギア型オイルポンプの駆動も高速化の傾向にあるが、上記の従来Al合金製内接ギア型オイルポンプにおいては、これを高速駆動条件で使用した場合、特にこれの構造部材であるドライブギアおよびドリブンギアを、Si:12〜42%の範囲内で、Si含有量を低くしたAl−Si系合金で構成すると摩耗進行が著しく促進し、またSi含有量が中間のAl−Si系合金でも十分満足な耐摩耗性を得ることができず、さらに高耐摩耗性を得る目的でSi含有量を高くしたAl−Si系合金とすると相手攻撃性が一段と増し、いずれの場合も使用寿命の急速な短命化をもたらすのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、上述のような観点から、高速駆動条件でも特に構造部材であるドライブギアとドリブンギアが、小さな相手攻撃性で、かつすぐれた耐摩耗性を発揮するAl合金製内接ギア型オイルポンプを開発すべく、上記の従来Al合金製内接ギア型オイルポンプのドライブギアとドリブンギアに着目し、研究を行った結果、上記の従来Al合金製内接ギア型オイルポンプにおいて、(a)これの構造部材であるドライブギアとドリブンギアを構成するAl−Si系合金粉末の熱間塑性加工材を、基本素地に前記基本素地より硬質の単位相が光学顕微鏡による組織観察で10〜40面積%の割合で分散分布してなる組織を有するAl−Si系合金で構成し、(b)かつ上記基本素地は、Si:10〜18%、Fe:4〜8%、Ni:1〜3%、Cr:1〜3%、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成、並びに素地に超微細な、望ましくは平均粒径で0.01〜1μmの金属間化合物とSiが分散分布した組織を有するAl−Si系合金で構成し、(c)一方上記単位相は、Si:25〜40%、Fe:1〜3%、Ni:2〜6%、Cr:0.3〜2%、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成、並びに素地に超微細な、望ましくは平均粒径で0.01〜1μmの金属間化合物とSiが分散分布し、さらに初晶Si、望ましくは3〜10μmの平均粒径を有する初晶Siも分散分布した組織を有するAl−Si系合金で構成すると、(d)高速駆動条件で、上記の相対的にSi含有量が低く、これによって相対的に軟質となる基本素地が、相手部材の素地、すなわちドライブギアにあってはドリブンギアの基本素地、そしてドリブンギアにおいてはドライブギアの基本素地およびAl合金鋳物の素地とよく「なじむ」ことから、相互に相手攻撃性の低いものとなり、一方高い耐摩耗性が要求されるドライブギアとドリブンギアのかみ合せ面は、相対的にSi含有量が高く、これによって相対的に硬質となる単位相によって相互に高い耐摩耗性が確保されることから、この結果のAl合金製内接ギア型オイルポンプは、前記基本素地および単位相の素地に超微細に分散分布する金属間化合物とSiによる耐キャビテーション損傷性の向上と相俟って、すぐれた性能を長期に亘って発揮するようになるという研究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、ケースのギア収納部に、ドライブギアとドリブンギアを配置した構造のAl合金製内接ギア型オイルポンプにおいて、(a)構造部材である上記ケースをAl合金鋳物とし、(b)同じく構造部材である上記ドライブギアおよびドリブンギアを、Al−Si系合金粉末の熱間塑性加工材、すなわち粉末熱間鍛造材および粉末熱間押出材とし、(c)上記熱間塑性加工材を、基本素地に前記基本素地より硬質の単位相が光学顕微鏡による組織観察で10〜40面積%の割合で分散分布してなる組織を有するAl−Si系合金で構成し、(d)かつ上記基本素地は、Si:10〜18%、Fe:4〜8%、Ni:1〜3%、Cr:1〜3%、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成、並びに素地に超微細、望ましくは平均粒径で0.01〜1μmの金属間化合物とSiが分散分布した組織を有するAl−Si系合金からなり、(e)一方上記単位相は、Si:25〜40%、Fe:1〜3%、Ni:2〜6%、Cr:0.3〜2%、を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成、並びに素地に同じく超微細、望ましくは平均粒径で0.01〜1μmの金属間化合物とSiが分散分布し、さらに初晶Si、望ましくは3〜10μmの平均粒径を有する初晶Siが分散分布した組織を有するAl−Si系合金からなる、構造部材が小さい相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を発揮するAl合金製内接ギア型オイルポンプに特徴を有するものである。
【0006】つぎに、この発明のオイルポンプにおいて、これの構造部材であるドライブギアおよびドリブンギアを構成するAl−Si系合金の基本素地および単位相の成分組成、並びに前記単位相の割合を上記の通りに限定した理由を説明する。
(A)基本素地および単位相の成分組成(a)SiSi成分は、基本素地および単位相のいずれの素地にも超微細にして硬質のSi(この場合0.01〜1μmの平均粒径をもつのが望ましい)、並びに他の構成成分であるAl、Fe、Ni、およびCrと結合して金属間化合物(この場合も同じく0.01〜1μmの平均粒径をもつのが望ましい)として析出して、素地の耐キャビテーション損傷性を向上させると共に、相対的にSi含有量の高い前記単位相には硬質の初晶Si(この場合3〜10μmの平均粒径をもつのが望ましい)として晶出して、耐摩耗性を向上させる作用がある。また上記の通り基本素地には相手部材との「なじみ性」をはかって相互の相手攻撃性を緩和せしめる作用がある。したがって、基本素地のSi含有量が10%未満では所望の耐キャビテーション損傷性を確保することができず、一方その含有量が18%を越えると初晶Siが晶出して相手攻撃性が増すようになることから、その含有量を10〜18%、望ましくは15.5〜17.5%と定めた。また、上記単位相にあっては、そのSi含有量が25%未満では単位相に要求される所望の耐摩耗性を確保することができず、一方そのSi含有量が40%を越えると、前記基本素地による相手攻撃性の緩和効果が低減され、相手攻撃性が著しく増大し、かつ靭性が低下するようになることから、その含有量を25〜40%、望ましくは30〜37%と定めた。
【0007】(b)FeFe成分は、上記の通り基本素地および単位相のいずれにおいても、構成成分であるAl、Si、Ni、およびCrと結合し、超微粒にして硬質の金属間化合物としてそれぞれの素地に析出して耐キャビテーション損傷性を向上させる作用をもつが、キャビテーション損傷は単位相より基本素地の方が受け易いことから、Fe含有量を前記基本素地:4〜8%、前記単位相:1〜3%にし、金属間化合物の分布濃度が前者の基本素地の方が高くなるようにしたものである。したがって、基本素地および単位相のFe含有量が、それぞれ4%未満および1%未満では所望の耐キャビテーション損傷性を確保することができず、一方Fe含有量がSi含有量の低い基本素地においては8%、Si含有量の相対的に高い単位相では3%を越えると、強度が急激に低下するようになることから、その含有量をそれぞれ基本素地:4〜8%、望ましくは5.5〜6.5%、単位相:1〜3%、望ましくは1.5〜2.5%と定めた。
【0008】(c)NiNi成分は,上記の通り基本素地および単位相の素地に超微細に分散分布する金属間化合物を形成して耐キャビテーション損傷性を向上させ、かつ素地に固溶して強度を向上させる作用があるが、その含有量が、相対的にSi含有量が低く、Fe含有量が高い基本素地では1%未満、そして相対的にSi含有量が高く、Fe含有量が低い単位相では2%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が、前記基本素地では3%を越えると金属間化合物が粗大化し、耐キャビテーション損傷性に低下傾向が現れるようになり、また前記単位相では6%を越えても前記作用にさらなる向上効果が見られないことから、その含有量をそれぞれ基本素地:1〜3%、望ましくは1.5〜2.5%、単位相:2〜6%、望ましくは3.5〜4.5%と定めた。
【0009】(d)CrCr成分には、基本素地および単位相のいずれにおいても、これの素地に固溶して強化するほか、上記の通り金属間化合物を形成して耐キャビテーション損傷性を向上させがあり、さらに前記金属間化合物の球状化および微細化にも寄与する作用があるが、その含有量が、基本素地では1%未満、単位相では0.3%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が、前記基本素地では3%、前記単位相では2%を越えると、いずれの場合も金属間化合物が粗大化するようになって所望の耐キャビテーション損傷性を確保することが困難になることから、その含有量をそれぞれ基本素地:1〜3%、望ましくは1.5〜2.5%、単位相:0.3〜2%、望ましくは0.5〜1.5%と定めた。
【0010】(B)単位相の割合上記の通り基本素地には相手攻撃性を緩和し、一方単位相には耐摩耗性を向上させる作用があり、したがって単位相の割合が、光学顕微鏡による組織観察で10面積%未満では、所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方単位相の割合が40面積%を越えると相手攻撃性が急激に増大するようになることから、単位相の割合を10〜40面積%、望ましくは20〜30面積%と定めた。
【0011】
【発明の実施の態様】つぎに、この発明の内接ギア型オイルポンプを実施例により具体的に説明する。まず、原料粉末として、いずれも空気によるガスアトマイズ法により形成され、表1、2に示される成分組成および平均粒径をもった基本素地形成用Al−Si系合金粉末(以下、基本素地用粉末と云う)ア−1〜ア−9、および単位相形成用Al−Si系合金粉末(以下、単位相用粉末と云う)イ−1〜イ−9をそれぞれ用意し、これら原料粉末を表3、4に示される割合に配合し、V型ブレンダーで1時間混合した後、6ton/cm2の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、大気中、温度:450℃に30分間保持の条件で加熱し、ついでこの加熱圧粉体に、同じく450℃に加熱した金型を用い、8ton/cm2の圧力で熱間鍛造を施すことにより、内径:45mm×歯部頂面外径:75mm×歯部底面外径:60mm×厚さ:10mmの寸法をもった本発明内接ギア型オイルポンプ用ドライブギア(以下、本発明ドライブギアと云う)A−1〜A−9、並びに外径:95mm×歯部頂面内径:75mm×歯部底面内径:85mm×厚さ:10mmの寸法をもった本発明内接ギア型オイルポンプ用ドリブンギア(以下、本発明ドリブンギアと云う)B−1〜B−9をそれぞれ製造した。
【0012】また、比較の目的で、表3、4に示される通り、表1、2に示される基本素地用粉末ア−1〜ア−9および単位相用粉末イ−1〜イ−9のいずれかを原料粉末として用いる以外は同一の条件で、従来内接ギア型オイルポンプのドライブギアおよびドリブンギアに相当する比較ドライブギアa−1〜a−9および比較ドリブンギアb−1〜b−9をそれぞれ製造した。
【0013】この結果得られた各種のドライブギアおよびドリブンギアについて、光学顕微鏡(倍率:200倍)を用いて、組織を観察したところ、本発明ドライブギアA−1〜A−9および本発明ドリブンギアB−1〜B−9は、いずれも基本素地に単位相が分散分布し、かつ前記基本素地は素地に超微細な金属間化合物とSiとが分散分布し、さらに前記単位相は素地に超微細な金属間化合物とSi、および初晶Siが分散分布し組織を示し、さらに画像解析装置を用いて、前記単位相の割合を測定したところ、表3、4に示される結果を示した。また、比較ドライブギアa−1〜a−9および比較ドリブンギアb−1〜b−9は、Si含有量の低いものは素地に超微細な金属間化合物とSiとが分散分布した単一組織、Si含有量の高いものは素地に超微細な金属間化合物とSi、および初晶Siが分散分布した単一組織を示すものであった。
【0014】さらに、いずれもダイキャスト鋳造により形成され、それぞれ表5に示される成分組成をもち、ギア収納部の内径が95mmのAl合金鋳物製ケース(以下、単にケースと云う)C−1〜C−4をそれぞれ用意した。
【0015】ついで、この結果得られた各種のドライブギアおよびドリブンギアを表6、7に示される組合せで、上記のケースC−1〜C−4のいずれかのギア収納部に組み込んで本発明内接ギア型オイルポンプ(以下、本発明オイルポンプと云う)1〜9、および従来内接ギア型オイルポンプに相当する比較内接ギア型オイルポンプ(以下、比較オイルポンプと云う)1〜9を組み立てた。
【0016】これらの各種のオイルポンプについて、回転数:7000r.p.m.、運転時間:200時間の条件で高速駆動試験を行い、試験後、ドライブギアについては歯部および内径部の最大摩耗深さ、ドリブンギアについては歯部および外周面の最大摩耗深さ、そしてケースについては内周面最大摩耗深さをそれぞれ測定した。これらの測定結果を表6、7に示した。
【0017】
【表1】

【0018】
【表2】

【0019】
【表3】

【0020】
【表4】

【0021】
【表5】

【0022】
【表6】

【0023】
【表7】

【0024】
【発明の効果】表6、7に示される結果から、基本素地に単位相が分散分布した組織を有するドライブギアおよびドリブンギアを組み込んだ本発明オイルポンプ1〜9は、いずれも高速駆動条件でも構造部材が相互に小さな相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、実質的に上記基本素地または上記単位相のもつ組織と同じ単一組織を有するドライブギアおよびドリブンギアを組み込んだ比較オイルポンプ1〜9は、相手攻撃性および耐摩耗性のうちの少なくともいずれかの特性が劣った結果を示すことが明らかである。上述のように、この発明のオイルポンプは、通常の駆動条件は勿論のこと、高速駆動条件でも構造部材が相互に小さな相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を示すものであるから、各種内燃機関の高速化および高出力化に十分満足に対応することができるものである。




 

 


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