(57)【要約】【課題】本発明の目的、すなわち、解決しようとする技術的課題は、ショットピーニング処理のような、油切れ防止を目的とした表面加工を不要とし、接触面が焼結金属同士でも、焼き付きを生じないオイルポンプを提供することにある。【解決手段】ボディ内で回転自在に保持されて円環内部に複数の内歯を有するアウターローターと、該アウターローターの内部に位置して、前記内歯と噛合って回転する外歯を有するインナーローターを備える歯車式オイルポンプであって、前記ボディは第１の鉄系焼結金属で形成され、前記アウターローターと前記インナーローターは第２の鉄系焼結金属で形成され、該第２の鉄系焼結金属は前記第１の鉄系焼結金属よりも、高密度又は高硬度材であることを特徴とする歯車式オイルポンプとすることによって上記課題を解決した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディ内で回転自在に保持されて円環内部に複数の内歯を有するアウターローターと、該アウターローターの内部に位置して、前記内歯と噛合って回転する外歯を有するインナーローターを備える歯車式オイルポンプであって、前記ボディは第１の鉄系焼結金属で形成され、前記アウターローターと前記インナーローターは第２の鉄系焼結金属で形成され、該第２の鉄系焼結金属は前記第１の鉄系焼結金属よりも、高密度又は高硬度材であることを特徴とする歯車式オイルポンプ。
【請求項２】
請求項１において、前記第２の鉄系焼結金属の密度は、前記第１の鉄系焼結金属の密度よりも０．１ｇ／ｃｍ３以上高密度に形成されていることを特徴とする歯車式オイルポンプ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記第１の鉄系焼結金属の密度は６．８ｇ／ｃｍ３以下で、前記第２の鉄系焼結金属の密度は６．９ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする歯車式オイルポンプ。
【請求項４】
請求項１、請求項２又は請求項３のいずれか１項において、前記第２の鉄系焼結金属は、前記第１の鉄系焼結金属よりもロックウェル硬度にしてＨＲＢ５以上高硬度に形成されていることを特徴とする歯車式オイルポンプ。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４のいずれか１項において、前記第１の鉄系焼結金属の硬度は、ロックウェル硬度にしてＨＲＢ７５以下で、前記第２の鉄系焼結金属の硬度は、ロックウェル硬度にしてＨＲＢ８０以上であることを特徴とする歯車式オイルポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量で耐久性に優れる、自動車のエンジン若しくはミッション等に適用する歯車式オイルポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車式オイルポンプは、自動車のエンジンやトランスミッション等の潤滑又は冷却を必要とする部位に潤滑油を供給するものである。これは、ボディ内に回転自在に保持されるアウターローターと、その内側で、一定の偏心量を持って回転するインナーローターを有するポンプである。前記インナーローターは駆動軸によって回転する。そして該インナーローターの外歯が、前記アウターローターの内歯と噛合って、前記アウターローターも回転する。このように噛合って回転する時に形成される、前記外歯と前記内歯の噛合い空間の拡大と縮小により、低圧空間と高圧空間が生じる。同ポンプでは、この低圧空間に設けた吸入ポートからオイルを吸い込み、前記高圧空間に設けた吐出ポートから送り出す。
【０００３】
オイル供給の効率化、耐久性や静粛性を維持するには、前記アウターローターと前記インナーローターの噛み合い精度が重要である。また、前記アウターローターが前記ボディ内で滑らかに回転することも重要である。すなわち、抵抗なく回転し、かつ、前記噛合い空間からオイル漏れしない適切なクリアランス（隙間）を確保することが重要である。具体的には、前記内歯と前記外歯の接点のクリアランスと、前記アウターローターと前記ボディの摺動面のクリアランスの確保が重要である。
【０００４】
オイルを供給するポンプは、始動開始から温度上昇して運転中は１４０℃にもなる。このように常温から１４０℃までの温度範囲において、該ポンプの部材の熱膨張も考慮してクリアランスを確保しなければならない。
【０００５】
また、ボディ、アウターローターやインナーローター等のローターとの焼き付きを防止するには、両部材間の対向する面が、常にオイルで覆われている必要がある。特に前記ボディと前記アウターローターとの摺動面は対向する面の面積が大きいので、過不足なくオイルで覆うことは重要である。また、自動車を軽量化する為に、部品であるオイルポンプも軽量化が求められている。
【０００６】
特許文献１には、噛み合うローターハウジング（本件発明のボディに該当する。）及びローターを同一材料で構成することで、部材間の熱膨張率を一致させ、熱変化しても一定のクリアランスを確保する多連式オイルポンプが記載されている。ここでは同一材料として鋳鉄が使われている。
【０００７】
特許文献２には、ポンプケーシング（本件発明のボディに該当する。）と歯車列（本件発明のローターに該当する。）を焼結金属で構成することにより、低コストに、二重式オイルポンプを提供できると記載されている。
【０００８】
特許文献３には、オイルポンプの歯車（本件発明のローターに該当する。）及び対向するハウジング（本件発明のボディに該当する。）の内面にショットピーニング処理を施すことが記載されている。該ショットピーニング処理によって、前記歯車表面や前記ハウジング内面には数十ミクロンメートル程度の凹凸ができ、これが潤滑油を保持して焼き付きを防止すると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３２３２６１号公報
【特許文献２】特表２００７−５０９２８４号公報
【特許文献３】特開２０００−１８６６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載されるように、ローターの噛み合う部材同士に同一材料を用いることは、熱変化の際にクリアランスの変化を抑えるのに効果がある。さらに、特許文献２のようにローターとボディを焼結金属で製造することはコスト低減にも効果がある。しかし、摺動する２つの部材を同一材料とすると、これらが高い親和性を有して凝着が発生するおそれが生じる。すなわち摺動すべき２つの部材が凝着してしまうという、いわゆる焼き付き現象が発生する課題がある。
【００１１】
特許文献３のように、ローターの噛み合う部材の対面にショットピーニング処理を施して、接触摺動面の油切れを防止することは有効である。しかし、ショットピーニング処理を施す手間がかかるという課題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、ショットピーニング処理のような、油切れ防止を目的とした表面加工を不要とし、接触面が焼結金属同士でも、焼き付きを生じないオイルポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、請求項１の発明を、ボディ内で回転自在に保持されて円環内部に複数の内歯を有するアウターローターと、該アウターローターの内部に位置して、前記内歯と噛合って回転する外歯を有するインナーローターを備える歯車式オイルポンプであって、前記ボディは第１の鉄系焼結金属で形成され、前記アウターローターと前記インナーローターは第２の鉄系焼結金属で形成され、該第２の鉄系焼結金属は前記第１の鉄系焼結金属よりも、高密度又は高硬度材であることを特徴とする歯車式オイルポンプとすることによって上記課題を解決した。
【００１４】
そして、請求項２の発明を、請求項１の発明において前記第２の鉄系焼結金属の密度は、前記第１の鉄系焼結金属の密度よりも０．１ｇ／ｃｍ３以上高密度に形成されていることを特徴とする歯車式オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【００１５】
そして、請求項３の発明を、請求項１又は請求項２の発明において前記第１の鉄系焼結金属の密度は６．８ｇ／ｃｍ３以下で、前記第２の鉄系焼結金属の密度は６．９ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする歯車式オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【００１６】
そして、請求項４の発明を、請求項１、請求項２又は請求項３のいずれか１の発明において、前記第２の鉄系焼結金属は、前記第１の鉄系焼結金属よりもロックウェル硬度にしてＨＲＢ５以上高硬度に形成されていることを特徴とする歯車式オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【００１７】
そして、請求項５の発明を、請求項１、２、３又は請求項４のいずれか１の発明において前記第１の鉄系焼結金属の硬度は、ロックウェル硬度にしてＨＲＢ７５以下で、前記第２の鉄系焼結金属の硬度は、ロックウェル硬度にしてＨＲＢ８０以上であることを特徴とする歯車式オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明では、前記ボディ、前記アウターローターと前記インナーローターは鉄系焼結金属で形成されている。このため、従来の鋳鉄を材料とするものに比べて軽量にすることができるという効果がある。焼結金属は内部に空孔を多数有するからである。
【００１９】
また、同発明では、前記ボディ、前記アウターローターと前記インナーローターは鉄系焼結金属という同一材料で形成されている。このため、前記各部材の熱膨張率が近似していて、始動から運転中にかけての温度変化においても前記部材間の対向する面、当接する面若しくは摺動する面間のクリアランスを一定に保つ効果がある。
【００２０】
また、同発明では、前記ボディを形成する第１の鉄形焼結金属と、前記アウターローターを形成する第２の鉄系焼結金属の間に、密度差又は硬度差があるために焼付き現象が生じ難いという効果がある。
【００２１】
一般的に、液体中で高速に回転する歯車はキャビテーションによって壊食又はエロージョンと呼ばれる現象が起きることがある。しかし、請求項１の発明では、内歯や外歯を有する前記インナーローターと前記アウターローターは、高密度又は高硬度材、若しくは高密度かつ高硬度材である第２の鉄系焼結金属で形成されているので、キャビテーションによる壊食又はエロージョンを抑制するという効果がある。
【００２２】
請求項２の発明では、前記ボディと前記ローターの鉄系焼結金属の密度差を十分に取っており、更に確実に焼付きを防止できる効果がある。
【００２３】
請求項３の発明では、前記ローターを形成する鉄系焼結金属の密度を十分に確保してあるので、耐久性のある歯車式オイルポンプを提供できる効果がある。
【００２４】
請求項４の発明では、前記ボディを形成する鉄系焼結金属と、前記ローターを形成する鉄系焼結金属のそれぞれの硬度差を十分に確保してあるので、更に焼付きが生じ難い歯車式オイルポンプを提供できる効果がある。
【００２５】
請求項５の発明では、前記ボディを形成する鉄系焼結金属と、前記ローターを形成する鉄系焼結金属のそれぞれの硬度を十分に確保してあるので、更に耐久性のある歯車式オイルポンプを提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）本発明に係る歯車式ポンプの例を示す斜視図、（Ｂ）は同歯車式ポンプの正面図、（Ｃ）は本発明に係る歯車式ポンプのボディの正面図、（Ｄ）は同ボディの側面図である。
【図２】（Ａ）は本発明に係る歯車式ポンプのアウターローターの正面図、（Ｂ）は同アウターローターの側面図、（Ｃ）は同歯車式ポンプのインナーローターの正面図、（Ｄ）は同インナーローターの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１と図２を参照して、本発明に係る歯車式ポンプの第１実施形態を説明する。図１（Ａ）は、本発明に係る歯車式オイルポンプ１の斜視図である。歯車式オイルポンプ１は、ボディ２と、アウターローター３１と、インナーローター３２を有する。アウターローター３１は、ボディ２に設けた円筒空間に回転自在に保持される。ボディ２に設けた円筒空間内壁はボディ側摺動面２１で、これに対向する面は、アウターローター３１の外周に設けられたローター側摺動面３１ａである。ボディ側摺動面２１とローター側摺動面３１ａの間はオイル層が保持されていて、アウターローター３１の滑らかな回転を支持している。そして、アウターローター３１は略円環状で、内側に複数の内歯３１ｂを有している。
【００２８】
アウターローター３１の内側にはインナーローター３２が位置する。インナーローター３２は駆動軸３２ａによって回転する。駆動軸３２ａはアウターローター３１の回転中心よりも所定の距離だけ偏位している。また、インナーローター３２の周囲には複数の外歯３２ｂが等間隔に設けられている。該外歯３２ｂの歯数は内歯３１ｂよりも１つ少ない。
【００２９】
駆動軸３２ａによってインナーローター３２が回転すると、外歯３２ｂが内歯３１ｂと噛合って、アウターローター３１を回転させる。アウターローター３１とインナーローター３２は回転中心が偏位しているため、図１（Ａ）に示すように、内歯３１ｂと外歯３２ｂの隙間空間４は場所により容積が異なる。インナーローター３２とアウターローター３１が回転すると、隙間空間４は移動しながら、その容積を拡大、そして縮小する。この動作によって、隙間空間４が低圧空間となったり高圧空間となったりして、図示しない吸入ポートから吐出ポートへのオイルの吸入と吐出が行われる。
【００３０】
図２（Ａ）は同発明におけるアウターローター３１の正面図である。略円環形状をしていて、内側には複数の内歯３１ｂが設けられている。図２（Ｂ）はアウターローター３１の側面図である。図２（Ｃ）は同発明におけるインナーローター３２の正面図である。インナーローター３２は中心に駆動軸３２ａを有し、周囲には内歯３１ｂより１つ少ない数の外歯３２ｂが等間隔に設けられている。図２（Ｄ）はインナーローター３２の側面図である。
【００３１】
同発明におけるボディ２は鉄系焼結金属で形成されていて、その密度は、６．８ｇ／ｃｍ３以下である。好ましくは、６．６〜６．８ｇ／ｃｍ３である。一方、ローター３である、アウターローター３１とインナーローター３２は鉄系焼結金属で形成されていて、その密度は６．９以上である。このように、ボディ２よりもローター３のほうが、少なくとも、０．１ｇ／ｃｍ３以上高密度に形成されている。
【００３２】
本発明に係る第１実施形態の歯車式オイルポンプは、ボディ２とローター３を鉄系焼結金属で形成しているため、鋳鉄を使った従来のオイルポンプよりも軽量に構成することができるという効果がある。
【００３３】
また、同実施形態の歯車式オイルポンプは、ボディ２と、これに摺接回転するアウターローター３１を形成する鉄系焼結金属において、密度差が０．１ｇ／ｃｍ３以上あるので、両材料同士に凝着による焼付き現象の発生を抑制する効果がある。
【００３４】
ところで、ボディ２と、アウターローター３１及びインナーローター３２から成るローター３はオイル層の中を回転している。そして、ローター３は内歯３１ｂと外歯３２ｂという、凹凸に富む構造が前記オイル層を移動する。一方、ボディ２のボディ側摺動面２１は円環状の摺動面である。したがって、高速回転した場合、複雑形状のローター３の方がキャビテーションによって壊食やエロージョンを生じやすいといえる。そこで、同実施形態の歯車式オイルポンプでは、ボディ２よりもローター３を高密度焼結金属とすることで、材料強度を増して、キャビテーションによる壊食やエロージョンを抑制する効果を発揮する。
【００３５】
以上、説明したように、ボディ２とローター３のような、摺動する面積が広い部材同士の焼付きを防止するには、両部材を同一の部材としないことが効果的である。そこで、本発明の第１実施形態では、前記両部材間に密度差を設ける。併せてキャビテーションによる壊食やエロージョンを抑制するために、オイル内の形状が複雑なローター３の方を高密度とすることで、より強度を持たせている。このような理由から、ローター３を相対的に高密度の鉄系焼結金属で形成している。
【００３６】
本発明に係る第１実施形態の歯車式オイルポンプにおいて、ローター側摺動面３１ａは焼結成形後に研磨処理するだけで、表面に１０マイクロメーターから２００マイクロメーター程度の凹形状が生じており、ショットピーニング処理などの表面処理をせずとも、潤滑の役割をするオイル層が保持され、摺動による耐摩耗性が向上するという効果がある。
【００３７】
また、鉄系焼結金属は、ポーラス層（空孔）を有している。したがって、鉄系焼結金属で形成されているボディ２とローター３も前記ポーラス層を有している。このポーラス層にオイルが溜まり、金属同士の直接の接触と摺動を防止することで焼付きを防止する。また、オイルが溜まったポーラス層自体で音の減衰効果を有している為、動作音を抑制する効果がある。
【００３８】
本発明の第２実施形態に係る歯車式オイルポンプのボディ２とローター３の形状は、第１実施形態の歯車式オイルポンプのボディ２とローター３と同様である。しかし、ボディ２を形成する鉄系焼結金属の硬度は、ロックウェル硬度にしてＨＲＢ７５以下である。一方、ローター３の鉄系焼結金属の硬度は、ＨＲＢ８０以上である。そして、好ましくはＨＲＢ８５以上である。このように、ボディ２よりもローター３のほうが、ロックウェル硬度にしてＨＲＢ５以上高硬度に形成されている。
【００３９】
一般的に硬度差が大きいほど焼付きが生じ難くなる。そのためにはＨＲＢにおいて５以上の硬度差は必要であり、本知見をオイルポンプのボディ２とローター３の形成に適用したものである。
【００４０】
このように構成された同歯車式オイルポンプは、ボディ２と、これに摺接回転するアウターローター３１を形成する鉄系焼結金属において、ロックウェル硬度差にして、ＨＲＢにおいて５以上あるので、両材料同士に凝着による焼付き現象の発生を抑制する効果がある。
【００４１】
また、同歯車式オイルポンプでは、ボディ２よりもローター３を高硬度の焼結金属とすることで、材料強度を増して、キャビテーションによる壊食を抑制する効果がある。
【００４２】
本発明の第３実施形態に係る歯車式オイルポンプのボディ２とローター３の形状は、第１実施形態の歯車式オイルポンプのボディ２とローター３と同様である。しかし、ボディ２を形成する鉄系焼結金属のその密度は、６．８ｇ／ｃｍ３以下である。好ましくは、６．６〜６．８ｇ／ｃｍ３である。その上、硬度は、ロックウェル硬度にしてＨＲＢ７５以下である。硬度は焼結する際の炭素の含有量等で調節できる。一方、ローター３の鉄系焼結金属の密度は６．９以上である。このように、ボディ２よりもローター３のほうが、少なくとも、０．１ｇ／ｃｍ３以上高密度に形成されている。その上、ローター３の硬度は、ＨＲＢ８０以上である。そして、好ましくはＨＲＢ８５以上である。このようにボディ２よりもローター３のほうが、ロックウェル硬度にして５以上高硬度に形成されている。
【００４３】
このように構成された、同歯車式オイルポンプは、ボディ２と、これに摺接回転するアウターローター３１を形成する鉄系焼結金属において、密度差が０．１ｇ／ｃｍ３以上ある上に、ロックウェル硬度にして５以上の硬度差があるので、両材料同士に凝着による焼付き現象の発生を抑制する効果がある。
【００４４】
また、同歯車式オイルポンプでは、ボディ２よりもローター３を高密度かつ高硬度材の焼結金属とすることで、材料強度を増して、キャビテーションによる壊食を抑制する効果がある。
【符号の説明】
【００４５】
１…歯車式オイルポンプ、２…ボディ、２１…ボディ側摺動面、３…ローター、
３１…アウターローター、３１ａ…ローター側摺動面、３１ｂ…内歯、
３２…インナーローター、３２ａ…駆動軸、３２ｂ…外歯、４…隙間空間。
【図１】
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【図２】
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