| 【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 |
| 【発明者】 |
【氏名】大槻 真人
【氏名】宮原 正久
【氏名】吉田 誠
【氏名】岡本 治夫
【氏名】藤木 章
【氏名】西山 裕之
【氏名】鈴木 基弘
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| 【要約】 |
【課題】構造部材が小さい相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を有するＡｌ合金製内接ギア型オイルポンプの提供。
【解決手段】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Ａｌ合金製内接ギア型オイルポンプにおいて、（ａ）ケースをＡｌ合金鋳物とし、（ｂ）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）熱間塑性加工材を、基本素地に基本素地より硬質の単位相が１０〜４０面積％の割合で分散分布した組織を有するＡｌ−Ｓｉ系合金で構成し、（ｄ）基本素地と単位相はそれぞれ、Ｓｉ：１０〜１８％と２５〜４０％、Ｆｅ：４〜８％と１〜３％、Ｎｉ：１〜３％と２〜６％、Ｃｒ：１〜３％と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が分散分布した組織を有するＡｌ−Ｓｉ系合金からなり、単位相に初晶Ｓｉを分散分布させた。 |
【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。
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【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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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２６４
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【識別番号】０００２３１３５０
【氏名又は名称】ジヤトコ・トランステクノロジー株式会社
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| 【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）
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| 【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 |
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