(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内周壁（１５ａ）を有するケーシング（１５）と、
前記ケーシング（１５）と偏心して回転可能であり、前記ケーシング（１５）の前記内周壁（１５ａ）との間に周方向へ容積が変化するポンプ室（１７）を形成するロータ（１３）と、
前記ロータ（１３）の外周側に設置され、前記ロータ（１３）とともに回転することにより、前記内周壁（１５ａ）と摺動し前記ポンプ室（１７）の流体を加圧するベーン（１４）とを備えるベーン式ポンプにおいて、
前記ケーシング（１５）は、ＰＰＳ樹脂と、繊維状強化材と、固体潤滑剤としてのグラファイトと、等方性の無機物とを含有する固体潤滑剤含有樹脂組成物で構成されていることを特徴とするベーン式ポンプ。
【請求項２】
前記固体潤滑剤含有樹脂組成物は、樹脂組成物全体に対して、
前記ＰＰＳ樹脂を３０〜４０重量％、
前記グラファイトを１０〜２５重量％、
前記ＰＰＳ樹脂と前記繊維状強化材とを合わせて７５重量％未満含むことを特徴とする請求項１に記載のベーン式ポンプ。
【請求項３】
前記固体潤滑剤含有樹脂組成物は、樹脂組成物全体に対して、
前記ＰＰＳ樹脂と前記繊維状強化材とを合わせて７０重量％、
前記グラファイトと前記無機物とを合わせて３０重量％含むことを特徴とする請求項２に記載のベーン式ポンプ。
【請求項４】
前記繊維状強化材は、ＰＡＮ系炭素繊維であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のベーン式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベーン式ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベーン式ポンプは、ケーシングと偏心配置したロータをモータによって回転させ、ケーシングとロータとの間に形成されたポンプ室の流体をロータとともに回転するベーンにより加圧するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなベーン式ポンプとして、車両に搭載され、アルコール含有燃料を収容する燃料タンクの気密性検査に使用されているものがある。この気密性検査は、ベーン式ポンプを減圧ポンプとして用い、燃料タンク内の気体を吸引し、吸引後の燃料タンク内が減圧されたか否かにより、燃料タンクの気密性が確保されているか否かを判断するものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
この用途のベーン式ポンプとして実際に製造・販売されているものは、ケーシングが、ガラス繊維で強化されたＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂組成物で構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３００５２９号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ケーシングが上述のＰＰＳ樹脂組成物を用いて製造されたベーン式ポンプは、作動開始直後から所定時間が経過するまでの運転初期では、ポンプの摩擦部の抵抗が一定でないため、ロータの回転数が一定にならず、ポンプ性能（吐出圧力）が安定しないという特性を有していた。
【０００７】
このため、従来では、この対策として、作動時期にかかわらず、回転数制御が可能なモータを用いて、ロータの回転数が一定回転となるように、モータ回転数を制御するか、運転初期の不安定領域経過後に気密性検査を開始する必要があった。
【０００８】
しかし、前者の場合、回転数制御が可能なモータおよびこの制御回路が必要となり、これが、ベーン式ポンプのコストアップの原因となってしまうため、好ましくない。また、後者の場合は、ポンプの運転時間が長くなって消費電力が多くなるため、好ましくない。
【０００９】
そこで、このような対策によらなくても、ケーシングの材質によって、ポンプ性能の安定化が可能となることが望まれる。
【００１０】
なお、上述の問題は、燃料タンクの気密性検査に限らず、ベーン式ポンプを他の用途に使用した場合においても、同様に生じるものである。
【００１１】
本発明は上記点に鑑みて、従来のベーン式ポンプよりもポンプ性能の安定化が可能なベーン式ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
円筒状の内周壁（１５ａ）を有するケーシング（１５）と、
ケーシング（１５）と偏心して回転可能であり、ケーシング（１５）の内周壁（１５ａ）との間に周方向へ容積が変化するポンプ室（１７）を形成するロータ（１３）と、
ロータ（１３）の外周側に設置され、ロータ（１３）とともに回転することにより、内周壁（１５ａ）と摺動しポンプ室（１７）の流体を加圧するベーン（１４）とを備えるベーン式ポンプにおいて、
ケーシング（１５）は、ＰＰＳ樹脂と、繊維状強化材と、固体潤滑剤としてのグラファイトと、等方性の無機物とを含有する固体潤滑剤含有樹脂組成物で構成されていることを特徴とする。
これによれば、従来のベーン式ポンプよりもポンプ性能の安定化が可能なベーン式ポンプを提供できる。
【００１３】
請求項１に記載の発明においては、例えば、請求項２に記載のように、固体潤滑剤含有樹脂組成物として、
樹脂組成物全体に対して、
ＰＰＳ樹脂を３０〜４０重量％、
グラファイトを１０〜２５重量％、
ＰＰＳ樹脂と繊維状強化材とを合わせて７５重量％未満含むものを採用できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明においては、例えば、請求項３に記載のように、固体潤滑剤含有樹脂組成物として、
樹脂組成物全体に対して、
ＰＰＳ樹脂と繊維状強化材とを合わせて７０重量％、
グラファイトと無定形の無機物とを合わせて３０重量％含むものを採用できる。
【００１６】
請求項１〜３に記載の発明においては、例えば、請求項４に記載のように、繊維状強化材として、ＰＡＮ系炭素繊維を用いることが好ましい。
【００１９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態におけるベーン式ポンプの上面図、断面図である。
【図２】図１のベーン式ポンプが用いられる気密性検査システムの概略構成図である。
【図３】グラファイト、ＰＴＦＥのどちらか一方と複合化したＰＰＳ樹脂組成物の成形体を燃料ガス雰囲気に暴露させたときの寸法変化率の測定結果である。
【図４】繊維状強化材と無定形無機物との配合割合と直径Ｒ寸法バラツキとの関係を示す図である。
【図５】実施例１〜４と比較例１のポンプ吐出圧力の変化量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に本発明の実施形態におけるベーン式ポンプの概略構成を示す。図１（ｂ）は図１（ａ）のベーン式ポンプのＡ−Ａ矢視断面図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）のベーン式ポンプの上面図である。なお、図１（ａ）では、リング１１の底面部１１ｂを省略している。
【００２２】
このベーン式ポンプ１０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、リング１１、プレート１２、ロータ１３およびベーン１４を備えている。
【００２３】
リング１１およびプレート１２は、円筒状の内周壁１５ａを有するケーシング１５を構成するものである。
【００２４】
リング１１は、内側にロータ１３を収容する円筒形状部１１ａと、円筒形状部１１ａの一端（上端）側を塞ぐ底面部１１ｂと、円筒形状部の他端（下端）側に連なる鍔部１１ｃとを有している。
【００２５】
プレート１２は、リング１１の円筒形状部１１ａの他端側を塞いでおり、リング１１の鍔部１１ｃと重ね合わされた部位にて、ボルト１６ａおよびナット１６ｂ等の締結部材によって締結されている。
【００２６】
ロータ１３は、円筒形状のものであり、リング１１の円筒形状部１１ａおよび底面部１１ｂと、プレート１２とに囲まれて、図１（ａ）に示すように、ケーシング１５の円筒形状部１１ａに対して偏心して配置されている。ロータ１３は、プレート１２を挟んだロータ１３の反対側に設置された図示しないモータによって回転する。これにより、ロータ１３は、ケーシング１５と偏心して回転可能となっており、ケーシング１５との間に周方向へ容積が変化するポンプ室１７を形成している。
【００２７】
ベーン１４は、ロータ１３の外周側に可動可能に設置され、ロータ１３とともに回転することにより、遠心力によりロータ１３から径方向外側に突出し、ケーシング１５の内周壁１５ａ上を摺動する。
【００２８】
本実施形態のベーン式ポンプ１０は、車両に搭載され、車両の燃料タンクの気密性検査に用いられるものである。図２に、この気密性検査を行う燃料タンクの気密性検査システムの概略構成図を示す。
【００２９】
燃料タンク２０には、液状のアルコール含有燃料２１が収容されている。アルコール含有燃料は、ガソリン等の燃料にアルコールが混入されたものである。
【００３０】
上記した構成のベーン式ポンプ１０は、燃料タンク２０に連通しており、燃料タンク２０内の気体を吸入可能となっている。この燃料タンク２０内の気体とは、空気や、アルコール含有燃料２１が気化した燃料ガスである。
【００３１】
燃料タンクの気密性検査においては、ベーン式ポンプ１０のベーン１４がロータ１３とともに回転することにより、燃料タンク２０内の気体がポンプ室１７に吸入され、吸入された気体がポンプ室１７で加圧されて、ベーン式ポンプ１０の外部へ吐出される。
【００３２】
このとき、図示しない圧力センサによって検出した燃料タンク２０内の圧力が基準圧力よりも低下した場合、図示しない制御部によって、燃料タンク２０からの気体漏れは許容範囲内であり、燃料タンク２０の気密が確保されていると判断される。一方、燃料タンク２０内の圧力が基準圧力よりも低下しない場合、図示しない制御部によって、燃料タンク２０からの気体漏れは許容を超過しており、燃料タンク２０の気密が十分に確保されていないと判断される。
【００３３】
次に、上記した構成のベーン式ポンプの構成材料について説明する。
【００３４】
ケーシング１５であるリング１１、プレート１２は、どちらも、ＰＰＳ樹脂と、繊維状強化材と、固体潤滑剤としてのグラファイトと、等方性の無機物とを含有する固体潤滑剤含有樹脂組成物を用いた射出成形により形成される。
【００３５】
ＰＰＳ樹脂としては、一般的なものが採用可能であり、架橋型、直鎖型、半架橋型のいずれを採用しても良い。
【００３６】
繊維状強化材は、ケーシング１５の強度を確保するためのものであり、繊維状強化材としては、一般的なガラス繊維、炭素繊維等が採用可能であるが、炭素繊維を採用する場合は、ＰＡＮ系炭素繊維を採用することが好ましい。このＰＡＮ系炭素繊維とは、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）繊維を原料とし、不活性雰囲気で高温焼成することによって得られる繊維であり、石油ピッチを原料としたピッチ系炭素繊維よりも高強度、高剛性だからである。繊維状強化材の長さは、０．１〜１ｍｍ程度であれば良い。
【００３７】
グラファイトは、固体潤滑剤として用いられるものであり、一般的なものが採用可能である。ちなみに、樹脂材料との複合化に用いられる固体潤滑剤としては、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）を採用することが一般的であるが、下記の通り、耐燃料ガス性および熱伝導性の観点より、本発明では、ＰＴＦＥではなくグラファイトを採用する。
【００３８】
ここで、ベーン式ポンプにおいては、ケーシング１５が燃料ガスによって膨張しないように耐燃料ガス性が高いことが求められる。これは、ケーシング１５が燃料ガスを吸入して膨張すると、図１（ｂ）中のロータ１３とケーシング１５（リング１１）の底面部１１ｂとの間隔が広まり、ポンプ室１７の気体を加圧できなくなってしまうからである。
【００３９】
図３に、グラファイト、ＰＴＦＥのどちらか一方と複合化したＰＰＳ樹脂組成物の成形体を燃料ガス雰囲気に暴露させたときの寸法変化率の測定結果を示す。このとき用いたＰＰＳ樹脂組成物は、後述の実施例２と同じものであり、ＰＴＦＥ使用については実施例２におけるグラファイトをＰＴＦＥに変更したものである。また、燃料ガスとして、メタノールを１５％含有する燃料を６０℃としたときの蒸気を使用した。図３の測定結果より、グラファイトを用いた成形体の方が、ＰＴＦＥを用いた成形体よりも、寸法変化率の増加が小さいことから、耐燃料ガス性が高いことがわかる。
【００４０】
また、グラファイトは、ＰＴＦＥよりも熱伝導性が高いので、グラファイトを用いることで、同じ量のＰＴＦＥを用いた場合と比較して、ケーシング１５とベーン１４との摩擦による局所的な温度変化（温度上昇）を抑制でき、ポンプ性能の安定化をより実現できる。
【００４１】
等方性の無機物は、グラファイト以外のものであって、燃料ガスの吸収による成形体の膨張を抑制したり、後述の通り、射出成形時に発生する樹脂組成物中の繊維状強化材の配向を原因とする成形体の寸法変化を抑制したりするために用いられる。
【００４２】
等方性の無機物としては、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、ガラスビーズ、タルク等が採用可能である。なお、繊維状強化材の配向を原因とする射出成形体の寸法変化の抑制のためには、無定形の無機物が好ましいが、少なくとも異方性を有していない等方性のものであれば、無定形でなくても良い。
【００４３】
樹脂組成物におけるＰＰＳ樹脂、繊維状強化剤、グラファイト、等方性の無機物の配合割合について説明する。
【００４４】
まず、ＰＰＳ樹脂の配合割合は、樹脂組成物全体に対して、３５重量％前後、すなわち、３０〜４０重量％である。これは、下記の通り、本発明者等の経験に基づいて定めたものである。
【００４５】
樹脂組成物中に含まれるＰＰＳ樹脂が多いと、樹脂組成物の射出成形後の成形体の収縮が大きく、成形体の寸法精度が低下するため、射出成形後に成形体を加工する後工程が必要となってしまう。また、耐アルコール性を高めるためには、樹脂組成物中に含まれるＰＰＳ樹脂をできるだけ少なくすることが好ましい。したがって、樹脂組成物中に含まれるＰＰＳ樹脂をできるだけ少なくすることで、ＰＰＳ樹脂量を原因とする成形体の収縮を抑え、成形体の寸法精度を向上させることができ、耐アルコール性を高めることができる。その一方で、樹脂組成物中に含まれるＰＰＳ樹脂が少なすぎると、射出成形によって成形体を製造することができない。そこで、成形体の製造限界を考慮しつつ（成形性を確保しつつ）、成形体の寸法精度の向上を図るために、このように、ＰＰＳ樹脂の配合割合を定めている。
【００４６】
そして、樹脂組成物全体のうちＰＰＳ樹脂を除いた残りが、繊維状強化材、グラファイトおよび無定形の無機物を合わせた配合割合である。
【００４７】
繊維状強化材は、上述の通り、ケーシング１５の強度を確保するためにＰＰＳ樹脂に添加するが、繊維状強化材を添加すると、射出成形時に樹脂の流れ方向に沿って繊維状強化材が配向する。このため、射出成形後の成形体は、繊維状強化材の長手方向に垂直な方向で収縮し易く、これが、複数の成形体において寸法バラツキが生じる原因となる。そこで、このような繊維状強化材の配向を原因とする射出成形体の寸法変化が小さくなるように、以下のように、繊維状強化材の配合割合を設定することが好ましい。
【００４８】
図４に、繊維状強化材と無定形無機物との配合割合と直径Ｒ寸法バラツキとの関係を示す。この図は、ＰＰＳ樹脂と繊維状強化材と無定形無機物の３成分からなる樹脂組成物を用いた射出成形により、直径３８ｍｍの円筒形状の成形体を複数ずつ成形したときの成形体の直径バラツキを調査した結果である。また、繊維状強化材としてガラス繊維を用い、無定形の無機物として炭酸カルシウムを用いた。
【００４９】
図４に示すように、樹脂組成物全体に対して、ＰＰＳ樹脂を３５重量％含む場合では繊維状強化材を３０〜４０重量％程度含むときが、最もバラツキが少なく、直径Ｒ寸法の精度が最も高かった。ちなみに、樹脂組成物全体に対して、ＰＰＳ樹脂を３５重量％、繊維状強化材を３５重量％、無定形の無機物を３０重量％含む場合が、後述する実施例に記載の比較例１の樹脂組成物である。
【００５０】
なお、図４の結果は、グラファイトを含まない樹脂組成物についてのものだが、グラファイトは無定形であるため、成形体の寸法精度を高めるという観点では、無定形の無機物の一部をグラファイトに置き換えた場合も、図４と同様の結果が得られることが予想される。
【００５１】
また、図４の結果は、ＰＰＳ樹脂を３５重量％含む場合であったが、この場合に限らず、ＰＰＳ樹脂を３５重量％前後、すなわち、３０〜４０重量％含む場合においても、ＰＰＳ樹脂の含有量が近いので、同様の結果となることが予想される。
【００５２】
したがって、繊維状強化材の配合割合は、樹脂組成物全体に対して、３０〜４０重量％であることが好ましいと言える。
【００５３】
また、樹脂組成物全体のうちＰＰＳ樹脂、繊維状強化材を除いた残りが、グラファイトおよび無定形の無機物を合わせた配合割合である。このため、グラファイトの配合割合を定めれば、無定形の無機物の配合割合も同時に定まる。
【００５４】
具体的には、グラファイトの配合割合は、樹脂組成物全体に対して、１０〜２５重量％である。これは、後述の実施例に示すように、グラファイトを１０重量％以上添加することにより、成形性を確保しつつ、ポンプ性能の安定化が可能となり、グラファイトを３０重量％以上添加すると、成形性を確保できなくなってしまうからである。
【００５５】
このため、このグラファイトの配合割合の最大値を考慮すると、ＰＰＳ樹脂と繊維状強化材とを合わせた配合割合は、７５％重量％未満であり、後述の実施例の結果より、好ましくは７０重量％である。
【００５６】
以上の説明より、樹脂組成物の配合割合の例を挙げると、樹脂組成物全体のうち、ＰＰＳ樹脂が３０重量％のとき、繊維状強化材は３０〜４０重量％であり、グラファイトは１０〜２５重量％であり、残りが無定形の無機物である。
【００５７】
同様に、樹脂組成物全体のうち、ＰＰＳ樹脂が４０重量％のとき、繊維状強化材は３５（＝７５−４０）重量％未満であり、グラファイトは１０〜２５重量％であり、残りが無定形の無機物である。
【００５８】
ところで、樹脂組成物の製造方法および射出成形方法については一般的な方法を採用できる。例えば、溶融したＰＰＳ樹脂に、繊維状強化材、グラファイト、等方性の無機物を混ぜ合わせた後、棒状に押し出し、冷却後にカットして、樹脂組成物のペレットを形成する。ペレットを溶融して、金型に射出することで、リング１１とプレート１２とが形成される。
【００５９】
また、ロータ１３およびベーン１４は、フェノール樹脂とグラファイトとを含有する樹脂組成物を用いた射出成形により形成される。
【００６０】
このように形成されたリング１１、プレート１２、ロータ１３およびベーン１４等の構成部品を組み付けることで、図１（ａ）、（ｂ）に示すベーン式ポンプ１０が製造される。
【００６１】
なお、本実施形態のベーン式ポンプ１０は、燃料タンク２０の気密性検査に用いるのであったが、本実施形態のベーン式ポンプ１０を他の用途に用いることも可能である。この場合、ベーン式ポンプ１０が加圧する流体としては、気体だけでなく液体を適用することも可能である。
【実施例】
【００６２】
実施例１〜４および比較例１、２として、表１に示す組成の樹脂組成物を製造し、各樹脂組成物について、表１に示す評価項目について評価した。なお、表１中の各材料の数値は、樹脂組成物全体に対する各材料の重量％を示している。以下に、使用した材料と評価試験内容を示す。
（使用材料）
・ＰＰＳ：ＤＩＣ社製
・炭素繊維：ＰＡＮ系炭素繊維、長さ０．３ｍｍ程度
・ガラス繊維：長さ０．３ｍｍ程度
（摩擦係数の測定試験）
試験形状についてはJIS K 7218-Aに準拠し、面圧0.062MPa、速度2.2m/secで試験を実施して、動摩擦係数を測定した。
（引張強度の測定試験）
JIS K 7161:1994、JIS K 7162:1994に準拠して引張試験を実施した。
（成形性の評価）  
成形性の評価は、スパイラルフローを測定し、その測定結果より、ケーシングの射出成形が可能な流動性を有するか否かを判定した。射出成形可能な流動性を有する場合を◎もしくは○とし、そうでない場合を×とした。
（ポンプ性能の評価）
各樹脂組成物を用いて射出成形によりケーシング１５を形成し、このケーシング１５を用いた上述のベーン式ポンプ１０の吐出圧力を圧力計にて経時的に測定し、吐出圧力の変化量を算出した。そして、その変化量が、比較例１の変化量よりも小さい場合を○とし、そうでない場合を×とした。参考として、図５に、実施例１〜４と比較例１のポンプ吐出圧力の変化量を示す。上述のベーン式ポンプ１０は、減圧ポンプのため、変化量は０よりも低い負の値である。
【００６３】
【表１】
0005569466.tif 000002
まず、比較例１の樹脂組成物は、従来の樹脂組成物に相当するものであり、樹脂組成物全体に対して、ＰＰＳ樹脂とガラス繊維とを合わせて７０重量％有し、炭酸カルシウムを３０重量％有するものである。
【００６４】
これに対して、実施例１〜４の樹脂組成物は、比較例１の樹脂組成物と同様に、樹脂組成物全体に対して、ＰＰＳ樹脂と繊維状強化材とを合わせて７０重量％有し、グラファイトと炭酸カルシウムとを合わせて３０重量％有するものである。
【００６５】
また、実施例１〜３の樹脂組成物と実施例４の樹脂組成物とは、繊維状強化材（炭素繊維、ガラス繊維）の樹脂組成物全体に対する重量割合は異なるが、繊維状強化材の樹脂組成物全体に対する体積割合は同じである。
【００６６】
実施例４の樹脂組成物は、比較例１の樹脂組成物に対して、ＰＰＳ樹脂とガラス繊維の重量％を変えずに、グラファイトを添加したものである。そして、この実施例４の樹脂組成物の評価結果では、成形性が良く、比較例１よりも動摩擦係数が低く、引張強度が比較例１に近く、さらに、比較例１よりもポンプの吐出圧力の変化量が小さく、ポンプ性能が安定していた。したがって、この結果より、グラファイトを添加することで、ポンプ性能の安定化が可能であることがわかる。
【００６７】
実施例１〜３の樹脂組成物は、比較例１の樹脂組成物に対して、ガラス繊維を炭素繊維に変更し、さらに、グラファイトの添加量を１０〜２５重量％の間で変更したものである。そして、実施例１〜３の樹脂組成物のいずれも、成形性が良く、比較例１よりも動摩擦係数が低く、引張強度が比較例１に近く、さらに、比較例１よりもポンプの吐出圧力の変化量が小さく、ポンプ性能が安定していた。したがって、この結果より、繊維強化材として炭素繊維を用いても良いことがわかる。
【００６８】
また、比較例２の樹脂組成物は、グラファイトの添加量を３０重量％とし、繊維強化材を添加しなかったものである。この比較例２の樹脂組成物では、繊維強化材無しであっても、成形性が悪いことから、繊維強化材を添加した場合も、成形性が悪いことが予想される。
【００６９】
したがって、実施例１〜３および比較例２の結果より、グラファイトの添加量は１０〜２５重量％が好ましいと言える。
【００７０】
また、実施例１〜３の樹脂組成物のうち、特に、実施例１、２の樹脂組成物は流動性が高く、成形性に優れていた。したがって、グラファイトの添加量は１０〜１５重量％がより好ましいと言える。
【符号の説明】
【００７１】
１０    ベーン式ポンプ
１３    ロータ
１４    ベーン
１５    ケーシング
１５ａ  内周壁
１７    ポンプ室
【図１】
0005569466.tif 000003
【図２】
0005569466.tif 000004
【図３】
0005569466.tif 000005
【図４】
0005569466.tif 000006
【図５】
0005569466.tif 000007