(57)【要約】【課題】ポンプロータの噛み合い音や歯当たり音を抑制して噛み合い音や歯当たり音に起因するポンプ作動時の騒音、振動を低減した内接歯車式ポンプを提供することを課題としている。【解決手段】インナーロータ２とアウターロータ３の少なくとも一方を気孔率１７％以上の焼結材で形成し、そのインナーロータ２とアウターロータ３を偏心配置にして組み合わせたポンプロータ４を吸入ポート６と吐出ポート７を有するケーシング５に収納して内接歯車式ポンプ１を構成する。気孔率を高めた焼結材は、気孔率の低い（密度の高い）焼結材に比べて衝突音が鈍くなり、音の減衰性能も増すので、それでロータを形成したポンプは、騒音、振動が減少する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナーロータとアウターロータの少なくとも一方を気孔率１７％以上の焼結材で形成し、そのインナーロータとアウターロータを偏心配置にして組み合わせたポンプロータ。
【請求項２】
歯数がｎ枚のインナーロータと歯数が（ｎ＋１）枚のアウターロータを組み合わせ、そのインナーロータとアウターロータの双方を気孔率１７％以上の焼結材で形成した請求項１に記載のポンプロータ。
【請求項３】
気孔率１７％以上の前記焼結材を、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系の材料に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を添加した合金の粉末で形成した請求項１又は２に記載のポンプロータ。
【請求項４】
気孔率１７％以上の前記焼結材を、Ｆｅ−Ｃ系の材料に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｒの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を添加した合金の粉末で形成した請求項１又は２に記載のポンプロータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のポンプロータを、吸入ポートと吐出ポートを有するケーシングに収納して構成される内接歯車式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インナーロータとアウターロータを組み合わせて構成されるポンプロータとそれを用いた内接歯車式ポンプ、詳しくは、インナーロータとアウターロータの噛み合い音や歯当たり音を小さくして噛み合い音や歯当たり音に起因するポンプ作動時の騒音、振動を低減したポンプロータとそれを用いた内接歯車式ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
内接歯車式ポンプは、車のエンジンやオートマチックトランスミッション用のオイルポンプなどとして多用されている。この内接歯車式ポンプは、外歯を有するインナーロータと内歯を有するアウターロータを偏心配置にして組み合わせたポンプロータを採用しており、ロータ回転時に歯の噛み合い音や歯当たり音が発生する。
【０００３】
その噛み合い音や歯当たり音は、ポンプの騒音、振動の原因となるので、できるだけ小さいことが望まれる。
【０００４】
その要求に応えるために、下記特許文献１は、インナーロータの回転軸を装着する軸着部を高強度高密度焼結材で、アウターロータと噛合する外周部を軸着部よりも低密度の制振性焼結材でそれぞれ形成した内接ギヤ型オイルポンプを開示している。また、特許文献２は、インナーロータを焼結鍛造ロータとし、そのインナーロータのアウターロータと噛合する外周部の密度を７．７ｇ／ｃｍ３以上、中心孔のある内周部の密度を６．６〜７．６ｇ／ｃｍ３としたギヤポンプ用焼結鍛造ロータを開示している。
【０００５】
ポンプロータの材料には、一般に、安価な工業製品として粉末冶金による焼結材が広く用いられている。特許文献１、２もその焼結材を採用しているが、特許文献１が開示しているオイルポンプは、インナーロータの回転軸を装着する内周側を外周側よりも密度の高い焼結材で形成することによって騒音、振動を抑えようとしており、ひとつのロータに２種類の材料を使用するので、インナーロータが複合構造になり、生産性の低下や、コストアップが避けられない。
【０００６】
また、特許文献２が開示しているロータは、インナーロータの外周側を、回転軸を装着する内周側よりも密度の高い焼結材で形成しており、外周側と内周側の密度差を鍛造時の圧縮量を制御して付すので、単一材料で形成するものに比べると製造工程が増える。また、このロータは噛み合い音や歯当たり音を発生させる部位が一般的な焼結材よりも高密度の焼結材で形成されているので、噛み合い音や歯当たり音を効果的に低減させるのが難しいと推測される。
【特許文献１】実開平５−７７５８７号公報
【特許文献２】特開平６−５０２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、ポンプロータの噛み合い音や歯当たり音を抑制して噛み合い音や歯当たり音に起因する内接歯車式ポンプの騒音、振動を低減することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明においては、ポンプロータを構成するインナーロータとアウターロータの少なくとも一方を気孔率１７％以上の焼結材で形成する。また、このポンプロータを、吸入ポートと吐出ポートを有するケーシングに収納して内接歯車式ポンプを構成する。
【０００９】
この発明は、歯数がｎ枚のインナーロータと歯数が（ｎ＋１）枚のアウターロータを組み合わせたポンプロータやそれを使用した内接歯車式ポンプに適用すると好ましいが、インナーロータとアウターロータの歯数差が１枚以上ある内接歯車式ポンプにも適用できる。どちらのタイプのポンプも、インナーロータとアウターロータの双方を気孔率１７％以上の焼結材で形成すると、騒音、振動の低減に関してよりよい効果が得られる。
【００１０】
なお、ロータ材として採用する気孔率１７％以上の焼結材は、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系の材料に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を添加した合金の粉末で形成されるものや、Ｆｅ−Ｃ系の材料に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｒの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を添加した合金の粉末で形成されるものが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明では、ロータを構成する焼結材の気孔率を高めてインナーロータとアウターロータの噛み合い音や歯当たり音を低減する。気孔率の小さい焼結材は互いに衝突したときにかん高い音を発するが、気孔率が大きくなるにつれてその衝突音は鈍くなり、音の減衰性能も増す。従って、材料の気孔率を従来よりも大きくしたこの発明のポンプロータは、噛み合い音や歯当たり音が従来品に比べて小さくなり、これを使用したポンプの騒音、振動が減少する。
【００１２】
なお、この発明を特徴付ける焼結材の気孔率は、下限を１７％にする。一般にポンプロータに採用されている焼結材の気孔率は１０％前後であるので、１７％は相当大きな気孔率と言える。その気孔率を高くするほど騒音、振動の低減効果が高まる。ただし、気孔率が２５％を超えると粉末の成形が困難になるので、気孔率の上限は２５％になると思われる。
【００１３】
次に、内接歯車式ポンプのロータ用焼結材としては、一般に、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系の材料やＦｅ−Ｃ系の材料が用いられるが、どちらも、気孔率を高めると強度や歯面の硬度が低下する。それが原因でポンプの要求仕様や使用条件を満たせなくなる場合には、材料の高強度化策を施す。具体的には、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系の材料に対しては、重量比でＮｉは１．５〜５．０％の範囲で、Ｍｏは０．２〜１．５％の範囲で、Ｍｎは０．３〜１．０％の範囲で添加する。また、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｒの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を、Ｆｅ−Ｃ系の材料に対しては、重量比でＮｉは１．０〜３．０％の範囲で、Ｍｏは０．５〜２．５％の範囲で、Ｍｎは０．３〜１．０％の範囲で、Ｃｒは０．５〜１．５％の範囲で添加する。その合金元素の添加によって、気孔率の増加による強度低下や歯面硬度の低下を補うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１及び図２に、この発明のポンプロータと内接歯車式ポンプの実施の形態を示す。図示の内接歯車式ポンプ１は、歯数がｎ(図はｎ＝９)枚のインナーロータ２と歯数が（ｎ＋１）枚のアウターロータ３を組み合わせてポンプロータ４を構成し、このポンプロータ４を、吸入ポート６と吐出ポート７を有するケーシング５に収納して構成されている。
【００１５】
インナーロータ２とアウターロータ３は、偏心配置にして外歯２ａと内歯３ａを互いに噛み合わせている。この発明では、このインナーロータ２とアウターロータ３の少なくとも一方を気孔率が１７〜２５％の焼結材で形成して噛み合い音や歯当たり音を低減する。他方のロータは鍛造或いは鋳造した材料を機械加工したものなどでもよいが、インナーロータ２とアウターロータ３の両者を気孔率１７〜２５％の焼結材で形成してそれを組み合わせると、より良い効果が期待できる。
【００１６】
図１、図２の８は回転軸であり、この回転軸８にインナーロータ２が固定される。その回転軸８を駆動してインナーロータ２を回転させると、従動歯車であるアウターロータ３も回転し、両ロータ２、３間に形成されるポンピングチャンバ９の容積変化が起こって液体の吸入、吐出がなされる。
【００１７】
このとき、インナーロータ２とアウターロータ３の歯２ａ、３ａの噛み合い部が互いに擦れ、また、回転軸８が振れることによって歯２ａ、３ａが互いに打ち合う現象も起こるが、図示の内接歯車式ポンプ１は、インナーロータ２とアウターロータ３の少なくとも一方が従来よりも気孔率の高い焼結材で形成されているので、音が発生し難く、発生した音の減衰性能も高い。従って、気孔率の小さい焼結材でロータを形成した従来のポンプに比べると噛み合い音や歯当たり音が小さくなり、その噛み合い音や歯当たり音に起因した騒音、振動が低減される。
【００１８】
なお、気孔率が１７％以上のロータは、Ｃｕ含有量が１．０〜２．５ｗｔ％、Ｃ含有量が０．２〜１．２ｗｔ％の範囲にあるＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系の材料に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を添加した組成の焼結合金や、Ｃ含有量が０．２〜１．２ｗｔ％のＦｅ−Ｃ系の材料に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｒの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を添加した組成の焼結合金で形成すると好ましい。これらの焼結合金は、気孔率の増加による強度低下や歯面硬度の低下を、添加元素による合金の高強度化によって補うことができる。なお、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系の材料は、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎの添加量をＮｉは１．５ｗｔ％以上、Mｏは０．２ｗｔ％以上、Ｍｎは０．３ｗｔ％以上として添加の効果を十分に発揮させ、また、その添加量をＮｉは５．０ｗｔ％以下、Mｏは１．５ｗｔ％以下、Ｍｎは１．０ｗｔ％以下としてコストアップを抑える。Ｆｅ−Ｃ系の材料も同じ理由からＮｉは１．０〜３．０ｗｔ％の範囲、Mｏは０．５〜２．５ｗｔ％の範囲、Ｍｎは０．３〜１．０ｗｔ％の範囲、Ｃｒは０．５〜１．５ｗｔ％の範囲とする。
【実施例１】
【００１９】
この発明の効果を確認するために行った試験の結果を以下に記す。試験は、先ず、焼結材の気孔率と音の減衰時間の相関関係を調べた。
表１の組成の粉末を所定の気孔率となるような成形圧力で金型成形した後、１１３０℃
の温度で焼結して外径６０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの中空円盤の試験片を作製した。得られた試験片を自由振動ができるようにミシン糸で吊り下げ、３／８インチのベアリング用鋼球を一定高さ位置から傾斜角４５°の斜面を転がらせて吊り下げられた試験片（円盤）の端面に直角方向から衝突させた。このときに発生する衝突音を試験片から一定距離をおいた騒音計で測定して騒音レベルの時間変化を記録し、衝突初期の最大騒音レベルから騒音レベルが７０％に減衰するまでの時間（７０％減衰時間）をそれぞれの試験片について測定した結果を表１及び図３に示す。
【００２０】
この減衰時間が短いほど、騒音（振動）の減衰性能が高いことを示しており、騒音、振動に対して有効な材料である。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
いずれの材料においても、気孔率１７％以上で急激に減衰時間が短くなっており、減衰効果が高いことがわかる。
【実施例２】
【００２３】
次に、Ｆｅ−２ｗｔ％Ｃｕ−１ｗｔ％Ｃの組成の焼結材を用いて、インナーロータとアウターロータの気孔率が共に約１７％のポンプロータ(発明品)を作成した。また、同じ材料を用いてインナーロータとアウターロータの気孔率が約１０％（密度約７．０ｇ／ｃｍ３）のポンプロータ(従来品)も作成した。そして、発明品と従来品のポンプロータをそれぞれケーシングに収納して内接歯車式ポンプを形成し、それらのポンプを、回転数：１７５０ｒｐｍ、吐出圧力：０．３ＭＰａの条件で作動させて振動を測定した結果、発明品のポンプの振動は、図４に示すように、従来品のポンプの振動よりも小さかった。
【００２４】
表２に示す組成の焼結材を使用して気孔率約２０％のインナーロータを作成し、各ロータの強度（引張り強さ）と歯面の硬度を調べた。その結果を表２に併記する。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
この試験結果からわかるように、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系の材料にＮｉ、Ｍｏ、Ｍｎの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を添加した組成の焼結合金や、Ｆｅ−Ｃ系の材料にＮｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｒの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を添加した組成の焼結合金で形成したインナーロータは、強度と歯面の硬度がＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系やＦｅ−Ｃ系の一般的な焼結材で形成したロータよりも高く、気孔率の増加による強度及び歯面硬度の低下を材料の高強度化によって補うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の内接歯車式ポンプの一例を示す断面図
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図
【図３】焼結材の気孔率と発生音の相関関係の調査結果を示す図表
【図４】発明品と従来品のポンプの振動比較結果を示す図表
【符号の説明】
【００２８】
１          内接歯車式ポンプ
２          インナーロータ
２ａ        外歯
３          アウターロータ
３ａ        内歯
４          ポンプロータ
５          ケーシング
６          吸入ポート
７          吐出ポート
８          回転軸
９          ポンピングチャンバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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