内接歯車ポンプ

本発明は、油や水、薬液などの液体を圧送する内接歯車ポンプ(トロコイドポンプ)に関する。

内接歯車ポンプ(トロコイドポンプ)は、トロコイド歯形を有するアウタロータおよびインナロータがケーシング内に密閉された状態で収容され、駆動シャフトの回転に伴い、駆動シャフトと固定されたインナロータとアウタロータが回転し、液体を吸入して吐出するように作用するポンプである。この種のポンプとして、例えば、特許文献1〜3が提案されている。

図11および図12に基づき、従来の内接歯車ポンプの一例を示す。図11は従来の内接歯車ポンプの組み立て斜視図を、図12(a)は図11の内接歯車ポンプの断面図を、図12(b)は他の形態の内接歯車ポンプの断面図をそれぞれ示す。図11に示すように、このポンプ21は、複数の内歯を有する環状のアウタロータ22内に、複数の外歯を有するインナロータ23が収容されてなるトロコイド24を主体としている。このトロコイド24は、フランジ付き円柱状のケーシング25に形成された円形のトロコイド収容凹部25aに回転自在に収容されている。ケーシング25には、トロコイド収容凹部25aを閉塞するカバー26が固定されている。図12(a)に示すように、ケーシグ25とカバー26とは、機器本体の固定プレート28にねじ30で締結固定されている。ケーシング25とカバー26との合わせ面は、機械加工面であり、面シールされている。

トロコイド24は、インナロータ23の外歯が、アウタロータ22の内歯に噛み合い、かつ、偏心した状態で、インナロータ23がアウタロータ22内に回転自在に収容されて構成される。各ロータが互いに接触する仕切点間に、トロコイド24の回転方向に応じて、吸入側および吐出側の容積室が形成される。インナロータ23の軸心には、図示しないモータなどの駆動源によって回転させられる駆動シャフト31(図11では省略)が貫通して固定されている。カバー26には軸受32が圧入され、駆動シャフト31を支持している。駆動シャフト31が回転してインナロータ23が回転すると、外歯がアウタロータ22の内歯に噛み合うことによりアウタロータ22が同一方向に連れ回りし、この回転によって容積が増大し、負圧となる吸入側容積室に吸入口から液体が吸入される。この吸入側容積室は、トロコイド24が回転することによって容積が減少して内圧が上昇する吐出側容積室に変わり、ここから、吸入された液体が吐出口に吐出される。

軸受32には転がり軸受、メタルブッシュ(銅、錫、鉛などの合金)やポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEと記す)樹脂巻きブッシュなどの滑り軸受が使用可能である。この中でも、安価な滑り軸受が多用されている。滑り軸受をカバー26に圧入するにあたり、カバー26の軸受圧入部は圧入前に機械加工で仕上げている。さらに、駆動シャフト31とのクリアランス管理のために、圧入後に滑り軸受の内径を機械加工している。

吸入側容積室に連通する吸入口には、必要に応じてケーシング25から伸びた液体吸入ノズル27が設けられている(図12(b))。該ノズル27を含めた、吸入側容積室までの吸入口経路の任意の場所に、吸入した液体の異物を除去するための金属製や樹脂製のメッシュフィルタ29が取り付けられている。メッシュフィルタ29は、スポット溶接固定や、Cリングなどで物理固定されている。また、メッシュフィルタ29や液体吸入ノズル27は、ゴムパッキンを介在させてシール性を担保しつつ取り付けられている。

特許第4215160号

特許第4726116号

特許第2611371号

ここで、軸受32を圧入するカバー26には、アルミダイカスト法などによって成形されたアルミニウムまたは鋳鉄の鋳造品、あるいは焼結金属品が用いられる。軸受32は使用中に抜けないように、圧入時にしめ代管理が必要である。アルミニウムまたは鋳鉄の鋳造品は寸法精度が低いため、カバーにおける圧入部を機械加工なしで使用することは困難である。

加工を省くためにしめ代を大きくすると、圧入力が増大するためカバーまたは軸受が変形し、機能低下を起こす場合がある。また、圧入時に軸受やカバーがむしれ、その削りカスにより摺動部の焼付きなどの不具合を起こす場合がある。例えば、削りカスがスクロール型コンプレッサの摺動部(チップシール、スクロール部材、スラスト軸受、ラジアル軸受)に噛み込まれた場合、各部材の摩耗を促進し、耐久性の低下、消費電力の上昇、冷凍能力の低下を招くおそれがある。特に、炭酸ガスを冷媒とするスクロール型コンプレッサでは、吐出圧として圧力8MPa以上、場合によっては10MPa以上となるため、微量のカス(摩耗粉)であっても、チップシールやアルミニウム合金製のスクロール部材などの摩耗が起こりやすい。

また、カバー26が焼結金属品であっても寸法精度は不十分で機械加工を省くことはできない。焼結金属は脆いため、しめ代を大きくするとカバーが割れるおそれがある。このように、機械加工が必要となるため、コストアップの要因となっている。

軸受32は圧送する油や水、薬液などの液体の潤滑下で使用されるが、仕様環境、外部要因(例えば、圧送する液体が一時的なくなった場合)によっては無潤滑に近い状態での使用となる場合がある。例えば、エアコンなどのコンプレッサでは半年から1年間全く運転されない状態での再起動が、毎年繰り返されるケースもある。無潤滑に近い状態での使用された場合、メタルブッシュは早期に焼付く。PTFE樹脂巻きブッシュは、裏金となる鋼板上に銅錫合金粉末層を形成し、その上にPTFE樹脂層(厚さ数十μm)を形成した構成であり、最表層のPTFE樹脂層が潤滑性を有するため、早期には焼付かない。しかし、PTFE樹脂巻きブッシュは内径機械加工されているため、銅錫合金粉末層は部分的に露出している。PTFE樹脂巻きブッシュの銅錫合金粉末層およびPTFE樹脂層のばらつき、内径加工時の寸法によって、銅錫合金粉末層の露出割合が変わり、焼付き特性にばらつきが生じる。さらに、圧入前の軸受圧入部加工、圧入後の滑り軸受内径加工の芯ズレによって、軸受内に極端に露出割合が高いところが発生する場合がある。PTFE樹脂巻きブッシュは単一材料ではないため、上記の課題がある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、機械加工工程を削減し低コストで製造可能であり、かつ、耐焼付き性が安定的に高い滑り軸受部を一体に設けた内接歯車ポンプを提供することを目的とする。

本発明の内接歯車ポンプは、複数の内歯を有するアウタロータ内に、複数の外歯を有するインナロータが、上記外歯が上記内歯に噛み合い、かつ、偏心する状態で回転自在に収容され、上記内歯と上記外歯との間に、液体を吸入する吸入側容積室と、この吸入側容積室に吸入した液体を吐出する吐出側容積室とが形成されるトロコイドを有する内接歯車ポンプであって、上記インナロータに固定された駆動シャフトと、上記トロコイドを収容する凹部が形成されたケーシングと、該ケーシングの上記凹部を閉塞するカバーとを有し、上記カバーおよび上記ケーシングから選ばれる少なくとも一方の部材に、上記駆動シャフトを回転自在に支持する滑り軸受部を有し、該滑り軸受部は、上記部材に熱可塑性樹脂組成物を射出成形して形成されていることを特徴とする。

上記滑り軸受部を有する上記部材において、該滑り軸受部を形成する部位が焼結金属体からなることを特徴とする。

上記滑り軸受部がラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有し、上記スラスト軸受部が上記ラジアル軸受部の内径側に位置することを特徴とする。また、上記スラスト軸受部の上記駆動シャフトのスラスト支持面に、該支持面の上記駆動シャフトの貫通孔まで連通した潤滑溝を有することを特徴とする。

上記熱可塑性樹脂組成物が、ポリエーテルエーテルケトン(以下、PEEKと記す)樹脂に、炭素繊維およびPTFE樹脂を配合してなる組成物であることを特徴とする。

上記内接歯車ポンプが、スクロール型コンプレッサの摺動部に上記液体を供給するためのポンプであることを特徴とする。

本発明の内接歯車ポンプは、トロコイドを収容する凹部が形成されたケーシング、および、該ケーシングの凹部を閉塞するカバーの少なくとも一方の部材に、駆動シャフトを回転自在に支持する滑り軸受部を有し、該滑り軸受部が上記部材に熱可塑性樹脂組成物を射出成形して形成されているので、カバーやケーシングにおける軸受形成部を機械加工する必要がなく、別体で形成した滑り軸受を圧入するよりも低コストで製造可能となる。また、滑り軸受部が、裏金や焼結層などを有さず、熱可塑性樹脂組成物の単一材料から構成されるので、耐焼付き性が安定的に高くなる。

上記滑り軸受部を有する部材において、該滑り軸受部を形成する部位が焼結金属体からなるので、焼結金属表面の凹凸のアンカー効果により、射出成形した樹脂組成物との密着力が高まる。

上記滑り軸受部がラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有し、スラスト軸受部がラジアル軸受部の内径側に位置するので、該滑り軸受部が低トルク、低摩耗となる。また、滑り軸受部は射出成形で形成するので、このようなラジアル荷重とスラスト荷重の両方を受ける形状の軸受を容易に形成できる。

上記スラスト軸受部の駆動シャフトのスラスト支持面に、該支持面の駆動シャフトの貫通孔まで連通した潤滑溝を有するので、駆動シャフトと軸受部との隙間から該支持面に油などを導入しやすくなり、より低トルク、低摩耗とすることができる。さらに、このスラスト軸受部がラジアル軸受部の内径側に位置する構成で上記潤滑溝を形成するので、外部への油などの漏れも防止できる。

上記熱可塑性樹脂組成物が、PEEK樹脂に、炭素繊維およびPTFE樹脂を配合してなる組成物であるので、優れた耐熱性、耐油・耐薬品性、耐クリープ性、耐荷重性、耐摩耗性、低摩擦特性を有し、長寿命で耐焼付き性に優れた軸受一体のポンプとできる。

以上のような仕様により、本発明の内接歯車ポンプは、エアコン用スクロール型コンプレッサの摺動部に液体を供給するためのポンプとして好適に利用できる。

本発明の内接歯車ポンプの一例を示す組み立て斜視図である。

本発明の内接歯車ポンプの一例を示す軸方向断面図である。

ラジアル軸受部を形成したカバーの一例を示す図である。

ラジアル軸受部とスラスト軸受部を形成したカバーの他の例を示す図である。

スラスト軸受部を形成したカバーの一例を示す図である。

スラスト軸受部を形成したカバーの他の例を示す図である。

潤滑溝を形成した滑り軸受部を有するカバーの例を示す図である。

図7のカバーを用いた内接歯車ポンプの軸方向断面図である。

本発明の内接歯車ポンプの他の例を示す軸方向断面図である。

本発明の内接歯車ポンプの他の例を示す軸方向断面図である。

従来の内接歯車ポンプの組み立て斜視図である。

従来の内接歯車ポンプの軸方向断面図である。

本発明の内接歯車ポンプの一実施形態を図1および図2に基づき説明する。図1は内接歯車ポンプの組み立て斜視図を、図2は内接歯車ポンプの軸方向断面図をそれぞれ示す。図1および図2に示すように、内接歯車ポンプ1は、環状のアウタロータ2内にインナロータ3が収容されたトロコイド4と、このトロコイド4を回転自在に収容する円形の凹部(トロコイド収容凹部)5aが形成されたケーシング5と、ケーシング5のトロコイド収容凹部5aを閉塞するカバー6とを有する。カバー6は、トロコイド収容凹部5aが開口するケーシング5の上面の外形に合致する形状である。図2に示すように、ケーシング5とカバー6とは、固定ねじ8により、機器本体の固定プレート10に締結固定されている。また、インナロータ3の回転中心に同軸で固定された駆動シャフト9を有している。

インナロータ3の外歯はアウタロータ2の内歯よりも1つ少なく、インナロータ3は、上記外歯が上記内歯に内接して噛み合う偏心した状態で、アウタロータ2内に収容されている。各ロータが互いに接触する仕切点間には、トロコイド4の回転方向に応じて、吸入側および吐出側の容積室が形成される。ケーシング5のトロコイド収容凹部5aの底面5bには、吸入側の容積室に連通する吸入口と、吐出側の容積室に連通する吐出口とが形成されている。なお、吸入側容積室に連通する吸入口と、吐出側容積室に連通する吐出口は、ケーシング5、カバー6、駆動シャフト9のいずれかに形成されていればよい。

この内接歯車ポンプ1では、駆動シャフト9によってトロコイド4が回転することにより、容積が増大して負圧となる吸入側容積室に、吸入口から液体が吸入される。この吸入側容積室は、トロコイド4が回転することによって容積が減少して内圧が上昇する吐出側容積室に変わり、この吐出側容積室から、吸入された液体が吐出口に吐出される。上記のポンプ作用が、トロコイド4の回転によって連続的に行われ、液体が連続的に圧送される。さらに、吸入された液体によって各容積室の密閉性が高められる液体シール効果によって、各容積室間に生じる差圧が大きくなり、大きなポンプ作用が得られる。

以上が、本発明の内接歯車ポンプの基本的な構成および作用であるが、本発明の内接歯車ポンプは、カバー6および/またはケーシング5に滑り軸受部11が熱可塑性樹脂組成物を射出成形(インサート成形)して形成されていることを主な特徴とする。

図1および図2に示す例では、駆動シャフト9は、カバー6に直接に射出成形された滑り軸受部11により回転自在に支持されている。滑り軸受部11は、駆動シャフト9によるラジアル荷重を受ける円筒状のラジアル軸受部11bと、スラスト荷重を受ける円盤状のスラスト軸受部11aとの両方を有している。スラスト軸受部11aは、ラジアル軸受部11bの端部外径側に鍔部状に設けられている。スラスト軸受部11aは、その中央部に駆動シャフト9の貫通孔を有する。図2に示すように、この駆動シャフト9は、本体部と、該本体部よりも小径の先端部とを有する段差状の軸であり、該先端部がインナロータ3に固定される。滑り軸受部11は、スラスト軸受部11aの支持面で駆動シャフト9の段差面を支持し、ラジアル軸受部11bの支持面で駆動シャフト9の先端部外径面を支持している。該図では、スラスト軸受部11aは、駆動シャフトの段差面全体を支持する形状であるが、これに限定されず、段差面の一部を支持する形状としてもよい。

図3〜図6に滑り軸受部の他の例を示す。図3〜図6はカバーのみを示す軸方向断面図である。図3に示すカバー6は、駆動シャフトによるラジアル荷重を受ける円筒状のラジアル軸受部11bのみを有し、スラスト軸受部は有さない。駆動シャフトのスラスト荷重を支持する必要のないポンプや、該軸受以外の部分でスラスト荷重を受ける構造の場合、あるいは軽荷重でカバー材にて直接スラスト荷重受けることができる場合、このような態様の滑り軸受部とできる。

図4に示すカバー6は、駆動シャフトによるラジアル荷重を受ける円筒状のラジアル軸受部11bと、スラスト荷重を受ける円盤状のスラスト軸受部11aとの両方を有し、スラスト軸受部11aがラジアル軸受部11bの内径側に位置している。また、スラスト軸受部11aは、ラジアル軸受部11bの下端部(トロコイド側)に設けられている。

図5および図6に示すカバー6は、駆動シャフトによるスラスト荷重を受ける円盤状のスラスト軸受部11aのみを有し、ラジアル軸受部は有さない。駆動シャフトのラジアル荷重を支持する必要のないポンプや、該軸受以外の部分でラジアル荷重を受ける構造の場合、このような態様の滑り軸受部とできる。図6ではスラスト軸受部11aの外側全周にスラスト軸受面より突出した突出部6bを有している。突出部6bを設けることで、スラスト軸受面が圧送する油溜まりの中で滑るため、低摩擦で、油切れ時の焼付き性を向上できる。

滑り軸受部は射出成形で形成するため、その表面に流体動圧溝、潤滑溝、凹または凸のディンプルを容易に形成できる。射出成形時の金型転写にて、所要の表面形状、模様を形成するため、自由度が高い製品設計が可能となる。位置によって、溝などの深さ、幅を容易に変えることができる。機械加工で動圧溝、潤滑溝を形成するのは、生産性が悪く、コストアップとなり現実的でない。流体動圧溝、潤滑溝、凹または凸のディンプルの形状や位置は特に限定されない。油、水、薬液などの潤滑下においては、流体動圧溝を設けることで、動圧を発生させ、摩擦係数を下げることができる。また、潤滑溝、凹または凸のディンプルは、流体潤滑とし、摩擦せん断力を軽減し、低摩擦、低摩耗にすることができる。流体動圧溝、潤滑溝、凹または凸のディンプルは、油溜まりの役割も果すので、油切れ時の焼付き性を向上できる。

図7に潤滑溝を形成した滑り軸受部の例を示す。図7はカバーのみを示す平面図(上図)および軸方向断面図(下図)である。図7に示すカバー6は、図4と同様の形状であり、駆動シャフトによるラジアル荷重を受ける円筒状のラジアル軸受部11bと、スラスト荷重を受ける円盤状のスラスト軸受部11aとの両方を有し、スラスト軸受部11aがラジアル軸受部11bの内径側に位置している。このカバー6では、さらに、スラスト軸受部11aおよびラジアル軸受部11bの表面(駆動シャフト支持面)にそれぞれ潤滑溝11c、11dが形成されている。

ラジアル軸受部11bの潤滑溝11dは、軸方向に延びた直線状の凹部であり、周方向には等間隔(90°間隔)で4つ設けられている。潤滑溝11dは、貫通ではなく、スラスト軸受部11aの潤滑溝11cと連続していないため、油溜まりの役割も果す。また、スラスト軸受部11aの潤滑溝11cは、カバー6の駆動シャフトの貫通孔6aまで連通している。潤滑溝11cは、それぞれがL字状に形成され、貫通孔6aにその一端を連通させつつ、該貫通孔6aの周りに同心円状に複数個配置されている。なお、潤滑溝11cの形状は、該図に示すものに限定されない。トロコイドにて油などを圧送する際に、駆動シャフトとカバー貫通孔との隙間から油が漏れる。この油を潤滑溝11cに保持してスラスト荷重による摩擦トルクを低減する。さらに、スラスト軸受部11aの表面に凹状ディンプルを設け、油溜まりを設けることもできる。

図8に、図7のカバーを用いた内接歯車ポンプの軸方向断面図を示す。カバー6の構成以外は、図2に示すものと同様の構成である。この内接歯車ポンプ1は、スラスト軸受部11aをラジアル軸受部11bの内径側に設けているので、回転半径が小さく、摩擦トルクが小さくなる。さらに、上記潤滑溝を有するので、駆動シャフト9とカバー6の貫通孔との隙間から、漏れる油を有効に利用でき、潤滑状態に優れ、滑り軸受部がシール効果(軸受部外部への漏れ抑制)も果たす。このため、耐焼付き性が安定的に高く、より長寿命となる。

図9および図10にケーシングに滑り軸受部を形成した例を示す。図9および図10は内接歯車ポンプの軸方向断面図である。図9に示すように、この内接歯車ポンプ1は、ケーシング5に滑り軸受部11が形成されている。ケーシング5は、駆動シャフト9によるラジアル荷重を受ける円筒状のラジアル軸受部11bと、スラスト荷重を受ける円盤状のスラスト軸受部11aとの両方を有し、スラスト軸受部11aがラジアル軸受部11bの内径側に位置している。この場合も図3〜図7に例示した滑り軸受部の形態にすることが可能であり、カバー側に滑り軸受部を形成した場合と同様の効果を得ることができる。また、図10では、図9と同様の構成において、ケーシング5を焼結部材5cと樹脂部材5dとの複合品とし、焼結部材5cに滑り軸受部11を形成している。

滑り軸受部を形成する熱可塑性樹脂組成物は、射出成形可能な合成樹脂をベース樹脂とするものである。このベース樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリイミド(以下、PIと記す)樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、PEEK樹脂、ポリフェニレンサルファイド(以下、PPSと記す)樹脂、ポリアミドイミド(以下、PAIと記す)樹脂、ポリアミド樹脂(以下、PAと記す)などが挙げられる。これらの各樹脂は単独で使用してもよく、2種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。

PPS樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、硫黄結合によって連結されたポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。PPS樹脂は、極めて高い剛性と、優れた耐熱性、寸法安定性、耐摩耗性、摺動特性などを有する。PPS樹脂は、その分子構造により、架橋型、半架橋型、直鎖型、分岐型等などのタイプがあるが、本発明で使用できるPPS樹脂の市販品としては、東ソー社製#160、B−063、DIC社製T4AG、LR−2Gなどが挙げられる。

PEEK樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、カルボニル基とエーテル結合によって連結されたポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。PEEK樹脂は、優れた耐熱性、耐クリープ性、耐荷重性、耐摩耗性、摺動特性などに加え、優れた成形性を有する。本発明で使用できるPEEK樹脂の市販品としては、例えば、ビクトレックス社製PEEK(90P、150P、380P、450Pなど)、ソルベイアドバンストポリマーズ社製キータスパイア(KT−820P、KT−880Pなど)、ダイセルデグザ社製VESTAKEEP(1000G、2000G、3000G、4000Gなど)などが挙げられる。

本発明で使用できるPA樹脂としては、ポリアミド6(PA6)樹脂、ポリアミド6−6(PA66)樹脂、ポリアミド6−10(PA610)樹脂、ポリアミド6−12(PA612)樹脂、ポリアミド4−6(PA46)樹脂、ポリアミド9−T(PA9T)樹脂、変性PA9T樹脂、ポリアミド6−T(PA6T)樹脂、変性PA6T樹脂、ポリメタキシレンアジパミド(ポリアミドMXD−6)樹脂などが挙げられる。なお、各ポリアミド樹脂において、数字はアミド結合間の炭素数を表し、Tはテレフタル酸残基を表す。

本発明で使用できる熱可塑性PI樹脂の市販品としては、三井化学社製オーラム、PAI樹脂の市販品としては、ソルベイスペシャルティポリマーズ社製トーロンなどが挙げられる。

本発明の内接歯車ポンプの滑り軸受部に使用するには、圧送する油や水、薬液などの液体への耐性、吸水・吸油による寸法変化が小さいベース樹脂を用いることが好ましい。また、スクロール型コンプレッサでは150℃以上の耐熱性樹脂を用いることが好ましい。このような耐薬品性、耐熱性、寸法安定性、耐摩耗性に優れた樹脂としては、上記した樹脂の中でもPEEK樹脂、PPS樹脂が好ましい。さらに、この中でも成形体の耐クリープ性、耐荷重性、耐摩耗性などに優れることから、PEEK樹脂を用いることが特に好ましい。

滑り軸受部を形成する熱可塑性樹脂組成物には、配合剤を配合することが好ましい。例えば、高強度化、高弾性化、高寸法精度化のためにガラス繊維、炭素繊維、ウィスカ、マイカ、タルクなどの補強剤を、耐摩耗性の付与や射出成形収縮の異方性除去のためにミネラル、炭酸カルシウム、ガラスビーズなどの無機充填剤(粉末、粒子状)を、潤滑性を付与するために黒鉛、PTFE樹脂などの固体潤滑剤を、それぞれ配合することができる。

高強度化、高弾性化、高寸法精度化、耐摩耗性の付与に有効なガラス繊維、炭素繊維、または無機充填剤を単独で、もしくは、適宜併用することが好ましい。特に、炭素繊維は高強度化、高弾性化、高寸法精度化に有用であり、圧送する油や水、薬液などの潤滑下での摩擦摩耗特性に優れている。

圧送する油や水、薬液などの潤滑状態が悪い場合もあるため、黒鉛、PTFE樹脂などの固体潤滑剤を配合することが好ましい。特に、エアコンなどのコンプレッサにおいて期間をあけて再起動される場合のように、摺動面が希薄潤滑下となる場合でも、低摩擦化となり焼付きを防止できるPTFE樹脂が好ましい。

本発明では、PEEK樹脂をベース樹脂とし、これに炭素繊維とPTFE樹脂を配合してなる熱可塑性樹脂組成物を用いることが特に好ましい。配合比は炭素繊維5〜30体積%、PTFE樹脂1〜30体積%、残部がPEEK樹脂の樹脂組成物であることが好ましい。この構成により、得られる滑り軸受部は、耐油性、耐薬品性に優れ、コンプレッサなどの120℃をこえる高温雰囲気で使用されても摩擦摩耗特性に優れ、希薄潤滑下でも焼付きにくい。

炭素繊維は、原材料から分類されるピッチ系またはPAN系のいずれのものであってもよいが、高弾性率を有するPAN系炭素繊維の方が好ましい。その焼成温度は特に限定するものではないが、2000℃またはそれ以上の高温で焼成されて黒鉛(グラファイト)化されたものよりも、1000〜1500℃程度で焼成された炭化品のものが、高PV下でも相手材となる金属製の駆動シャフトを摩耗損傷しにくいので好ましい。炭素繊維の平均繊維径は20μm以下、好ましくは5〜15μmである。前記した範囲をこえる太い炭素繊維では、極圧が発生するため、耐荷重性の向上効果が乏しく、駆動シャフトの摩耗損傷が大きくなるため好ましくない。

炭素繊維は、チョップドファイバー、ミルドファイバーのいずれであってもよいが、滑り軸受部を薄肉で成形する場合は、繊維長が1mm未満のミルドファイバーの方が好ましい。炭素繊維の平均繊維長は0.02〜0.2mmが好ましい。0.02mm未満では充分な補強効果が得られないため、耐クリープ性、耐摩耗性に劣る。0.2mmをこえる場合は樹脂厚みに対する繊維長の比率が大きくなるため、薄肉成形性に劣る。特に、樹脂厚み0.1〜0.7mm程度の薄肉にて射出成形する場合は、繊維長が0.2mmをこえると薄肉成形性を阻害する。より薄肉成形の安定性を高めるには、平均繊維長0.02〜0.2mmが好ましい。

本発明で使用できる炭素繊維の市販品としては、ピッチ系として、クレハ社製クレカミルド(M101S、M101F、M101T、M107S、M1007S、M201S、M207S)、大阪ガスケミカル社製ドナカーボ・ミルド(S241、S244、SG241、SG244)が挙げられ、PAN系として、東邦テナックス社製テナックスHTA−CMF0160−0H、CMF0070−0Hなどが挙げられる。

PTFE樹脂としては、−(CF₂−CF₂)n−で表される一般のPTFE樹脂を用いることができ、また、一般のPTFE樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基(−C_pF_2p−O−)(pは1−4の整数)あるいはポリフルオロアルキル基(H(CF₂)_q−)(qは1−20の整数)などを導入した変性PTFE樹脂も使用できる。これらのPTFE樹脂および変性PTFE樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用して得られたものでもよい。

PTFE樹脂粉末の平均粒子径(レーザー解析法による測定値)は、特に限定されるものではないが、安定した低摩擦特性、耐摩耗性から20μm以下とすることが好ましい。PTFE樹脂粉末としては、PTFE樹脂をその融点以上で加熱焼成したものを使用できる。また、加熱焼成した粉末に、さらにγ線または電子線などを照射した粉末も使用できる。これらのPTFE樹脂粉末は、加熱焼成等されていないPTFE樹脂(モールディングパウダー、ファインパウダー)と比較して耐摩耗特性が優れる。

本発明で使用できるPTFE樹脂の市販品としては、喜多村社製KTL−610、KTL−350、KTL−450、KTL−8N、KTL−8F、KTL−400H、三井・デュポンフロロケミカル社製テフロン(登録商標)7−J、旭硝子社製フルオンG163、L169J、L170J、L173J、ダイキン工業社製ポリフロンM−15、ルブロンL−5、ヘキスト社製ホスタフロンTF9205、TF9207などが挙げられる。

なお、この発明の効果を阻害しない程度に、熱可塑性樹脂組成物に対して周知の添加剤を配合してもよい。この添加剤としては、例えば、窒化ホウ素などの摩擦特性向上剤、炭素粉末、酸化鉄、酸化チタンなどの着色剤、黒鉛、金属酸化物粉末などの熱伝導性向上剤が挙げられる。

以上の諸原材料を混合し、混練する手段は、特に限定するものではなく、粉末原料をヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダー、レディゲミキサー、ウルトラヘンシェルミキサーなどにて乾式混合し、さらに二軸押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレット(顆粒)を得ることができる。また、充填材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用いて、滑り軸受部を形成する部材(カバーおよび/またはケーシング)を金型内に入れた状態で射出成形(インサート成形)して、滑り軸受部を成形する。また、物性改善のために成形後にアニール処理などを施してもよい。

射出成形時のゲート方式(ピンゲート、ディスクゲートなど)、ゲート位置は特に限定されないが、炭素繊維等を含む場合は、該炭素繊維の長さ方向が滑り軸受部の回転方向に対して45〜90度(好ましくは80〜90度)に交差するように配向できる位置にゲートを設けることが好ましい。これにより、炭素繊維等の両端のエッジによる駆動シャフトの摩耗損傷の軽減でき、摩擦係数の安定化が図れる。

カバーの材質は、溶製金属、焼結金属のいずれでもよい。溶製金属としては素材の機械加工時の材料ロスが少ない鋳鉄やダイカストが好ましく、強度や価格面から鋳鉄が好ましい。溶製金属製のカバーに、熱可塑性樹脂組成物を直接射出成形し滑り軸受部を形成する場合、樹脂との密着性を高めるために、機械加工で物理的な凹凸の抜け止めなどを形成する、あるいは化学表面処理を施すことが好ましい。化学表面処理としては、(1)酸性溶液処理、アルカリ性溶液処理もしくは他の溶液との混合により、表面接合面に微細凹凸形状が形成される処理、または、(2)接合面に樹脂層と化学反応する接合膜が形成される処理(東亜電化社TRI処理など)が挙げられる。

焼結金属としては、強度や価格面から鉄系が好ましい。焼結金属の表面には凹凸があり、前処理がなくても樹脂との密着性が高まるので、溶製金属より好ましい。本発明で使用する焼結金属としては、該焼結金属の密度が材質の理論密度比0.7〜0.9であるものが好ましい。材質の理論密度比とは、材質の理論密度(気孔率0%の場合の密度)を1としたときの焼結金属基材の密度の比である。理論密度比0.7未満では焼結金属の強度が低くなり、インサート成形時の射出成形圧力により焼結金属が割れてしまうおそれがある。理論密度比0.9をこえると、凹凸が小さくなるため、表面積、アンカー効果が低下し、樹脂との密着性が低くなる。鉄を主成分とする焼結金属は、スチーム処理を施すことで、成形または再圧(サイジング)工程時に意図せず焼結表面に付着、または内部に浸透した油分、付着物などを除去する効果があるため、樹脂との密着性のばらつきが小さく、安定する。また、焼結金属基材に防錆も付与することができる。

ケーシングの材質は、特に限定されず、カバーと同質材を採用できる。素材の機械加工時の材料ロスが少なく、加工コストが安くなるため、鋳鉄、アルミニウム鋳物、アルミダイカストが好ましい。また、樹脂組成物の射出成形体としてもよい。

カバーおよびケーシングは、金属体(例えば、焼結金属体)と樹脂成形体との複合体としてもよい。この場合、滑り軸受部を形成する部位に焼結金属体を配置することで、焼結金属表面の凹凸のアンカー効果により、射出成形した樹脂組成物との密着力が高まり、滑り軸受部の剥がれなどを防止できる(図10参照)。

アウタロータおよびインナロータの材質は、焼結金属であり、鉄系、銅鉄系、銅系、ステンレス系などのいずれでもよい。価格面や耐摩耗性から硬い鉄系が好ましい。また、薬液などを圧送するトロコイドポンプにおいては、防錆能力が高いステンレス系などを採用すればよい。

熱可塑性樹脂組成物の射出成形で形成した滑り軸受部の厚みは0.1〜0.7mmの範囲とすることが好ましい。スラスト軸受部、ラジアル軸受部ともに、この範囲が好ましく、両者は厚みが一定でも異なっていてもよい。なお、射出成形時に厚肉で形成し、その後に機械加工で仕上げてもよい。厚みが0.7mmをこえると、摩擦による熱が摩擦面からカバーなどの側に逃げ難く、摩擦面温度が高くなるおそれがある。また、荷重による変形量が大きくなるとともに、摩擦面における真実接触面積も大きくなり、摩擦力、摩擦発熱が高くなり、焼付き性も低下するおそれがある。厚みが0.1mm未満では、長期使用時の寿命が短くなるおそれがある。

本発明の内接歯車ポンプは、滑り軸受部がカバーなどに直接射出成形された熱可塑性樹脂組成物からなるので、滑り軸受部を形成する部材の内径部を機械加工することなく該軸受部を形成でき、経済的である。また、滑り軸受部が単一材料から構成されるため、軸受部の内径加工後も使用中に滑り面の材料が変わらないため、安定した焼付き特性が得られる。さらに、摩擦面に潤滑溝、流体潤滑溝などを設けることで、摩擦トルク、軸受摩耗を低減できる。

本発明の内接歯車ポンプは、機械加工工程を削減し低コストで製造可能であり、かつ、軸受機能が高いので、油や水、薬液などの液体を圧送する軸受一体の内接歯車ポンプ(トロコイドポンプ)として利用でき、特に、代替フロン、炭酸ガスなどを冷媒とする電気給湯機、ルームエアコン、カーエアコン用のスクロール型コンプレッサの摺動部に液体を供給するためのポンプとして好適に利用できる。

1 内接歯車ポンプ 2 アウタロータ 3 インナロータ 4 トロコイド 5 ケーシング 6 カバー 7 金属製フィルタ 8 固定ねじ 9 駆動シャフト 10 機器本体の固定プレート 11 滑り軸受部