(57)【要約】  密度が０超〜３ｇ／ｃｍ３、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上、１５０℃のエンジンオイルに７日間浸漬後の降伏強度保持率が９０％超のポリマー部品を含む容積型ポンプとその製造方法。【選択図】図１Ａ
2015518934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密度が０超〜３ｇ／ｃｍ３、
ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上、
１５０℃のエンジンオイルに７日間浸漬後の降伏強度保持率９０％超のポリマー部品を含むことを特徴とする容積型ポンプ。
【請求項２】
前記部品のノッチなしアイゾッド衝撃強度は、ＩＳＯ１８０／１Ｕに準拠して（８０×１０×４、温度２３℃および−３０℃）測定して、少なくとも４０ｋＪ／ｍ２であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記部品のビカット軟化温度Ｂ／１２０は、ＩＳＯ３０６に準拠して測定して２２０℃であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記部品の熱変形温度／Ａｅは、ＩＳＯ７５／Ａｅに準拠して（１．８ＭＰａ、エッジワイズ方向、１２０×１０×４、スパン＝１００ｍｍ）測定して、２１０℃であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のポンプ。
【請求項５】
前記部品は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のポンプ。
【請求項６】
それぞれがポリエーテルイミドを含む複数の追加の部品を備えることを特徴とする請求項５に記載のポンプ。
【請求項７】
前記部品と前記複数の追加の部品とから構成されることを特徴とする請求項６に記載のポンプ。
【請求項８】
前記部品は、ポリエーテルイミドコポリマー、ポリエーテルイミドターポリマー、充填ポリエーテルイミド、未充填ポリエーテルイミド、ポリエーテルイミドブレンドあるいはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項５に記載のポンプ。
【請求項９】
前記部品は、ポリエーテルイミドに炭素、金属、セラミック、ガラスまたはこれらの組み合わせが充填された充填ポリエーテルイミドを含むことを特徴とする請求項８に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記部品はさらに、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項５に記載のポンプ。
【請求項１１】
前記ポンプの騒音・振動・ハーシュネスは、請求項２に記載のポンプのポリエーテルイミドを含む前記部品に対応した第２の部品を備え、
前記第２の部品がポリエーテルイミドではなく金属を含む点を除いて、請求項２に記載の前記ポンプと同一である第２のポンプに比べて低いことを特徴とする請求項２乃至請求項１０のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１２】
前記騒音・振動・ハーシュネスの低減は、デシベルレベルの低減を含むことを特徴とする請求項１１に記載のポンプ。
【請求項１３】
前記部品は、前記容積型ポンプの入口と出口を画定する筐体であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１４】
前記筐体はポリエーテルイミドを含むことを特徴とする請求項１３に記載のポンプ。
【請求項１５】
前記部品は、筐体によって画定される入口と出口間に動作可能に配置され、その間で液を移動させる、羽根、ギアおよびトロコイドから構成される群から選択された１つである移動部品を含むロータであることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１６】
前記移動部品はローラーベーンであることを特徴とする請求項１５に記載のポンプ。
【請求項１７】
前記ロータはポリエーテルイミドを含むことを特徴とする請求項１５に記載のポンプ。
【請求項１８】
前記移動部品はポリエーテルイミドを含むことを特徴とする請求項１５に記載のポンプ。
【請求項１９】
前記ポンプはローラーベーンポンプであることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載のポンプ。
【請求項２０】
前記ポンプはベーンポンプであることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載のポンプ。
【請求項２１】
前記ポンプはギアポンプであることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載のポンプ。
【請求項２２】
前記ポンプはトロコイドポンプであることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載のポンプ。
【請求項２３】
前記ポンプは、０〜３５ＭＰａの範囲の前記筐体内の内部ストレスレベルを最小化するように最適化されることを特徴とする請求項１乃至請求項２２のいずれかに記載のポンプ。
【請求項２４】
前記筐体内の前記内部ストレスレベルは約１０ＭＰａであることを特徴とする請求項２３に記載のポンプ。
【請求項２５】
前記筐体内の前記内部ストレスレベルは、抵抗線歪みゲージによる測定、ＣＡＥコンピュータシミュレーションソフトウェアによる予測またはこれらの組み合わせで求められることを特徴とする請求項２３に記載のポンプ。
【請求項２６】
入口と出口を画定する筐体と、
前記入口と出口間に動作可能に配置され、その間で液を移動させる手段を有するロータと、を備えた送液用の容積型ポンプの製造方法であって、
前記ポンプの少なくとも１つの部品をポリエーテルイミドで形成するステップを備える方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの部品は、ポリエーテルイミドの固形ブロックから機械加工されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの部品は、ポリエーテルイミドで射出成形されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
密度が０超〜３ｇ／ｃｍ３、
ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上、
１５０℃のエンジンオイルに７日間浸漬後の降伏強度保持率が９０％超のポリマー部品を含み；
前記ポリマー部品は、ポリエーテルイミドホモポリマー、ポリエーテルイミドコポリマーおよびこれらの組み合わせの群から選択された要素を含み；
前記部品は、筐体によって画定される入口と出口間に動作可能に配置され、その間で液を移動させる、羽根、ギアおよびトロコイドから構成される群から選択された１つである移動部品を含むロータであることを特徴とする容積型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、広くは容積型ポンプに関し、より具体的には特性が改善された少なくとも１つのポリマー部品を含む容積型ポンプに関する。
【発明の概要】
【０００２】
一実施形態は、密度が０超〜３ｇ／ｃｍ３、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上、１５０℃のエンジンオイルに７日間浸漬後の降伏強度保持率が９０％超のポリマー部品を含む容積型ポンプに関する。
【０００３】
別の実施形態は、送液用の容積型ポンプの製造方法に関する。該ポンプは、入口と出口を画定する筐体と、該入口と出口間に動作可能に配置され、それらの間で液を移動させる手段を有するロータと、を備えており、該方法は、ポリエーテルイミドなどのポリマー成分でポンプの少なくとも一部品を形成するステップを備える。
【０００４】
別の実施形態は、密度が０超〜３ｇ／ｃｍ３、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上、１５０℃のエンジンオイルに７日間浸漬後の降伏強度保持率が９０％超のポリマー部品を含む容積型ポンプに関し、該ポリマー部品は、ポリエーテルイミドホモポリマー、ポリエーテルイミドコポリマーおよびこれらの組み合わせの群から選択された要素を含み、該部品は、筐体によって画定される入口と出口間に動作可能に配置され、それらの間で液を移動させる、羽根、ギアおよびトロコイドから構成される群から選択された１つである移動部品を含むロータである。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の記述、添付の請求項および添付図を参照することによって一層よく理解されるであろう。
【図１Ａ】例えば乗用車のエンジンなどのエンジンにおける用途向けに、ＵＬＴＥＭ２３００ブランドで販売されているポリエーテルイミド製の可変ローラーセルオイルポンプ１の概略図である。
【図１Ｂ】図１ＡのローラーセルオイルポンプのＡ−Ａ概略断面図である。
【図２Ａ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図２Ｂ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図２Ｃ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図２Ｄ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図２Ｅ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図２Ｆ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図２Ｇ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図２Ｈ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図２Ｉ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図２Ｊ】プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を使用したコンピュータレンダリングの概略図である。
【図３】一実施形態による機能型プロトタイプを示す。
【図４】２段階システムの性能曲線を示しており、オイルポンプ調整の良好な機能性が実証されている。
【図５】実施例１Ａによるポンプと比較実施例１Ｂによる最適化されたポンプでの効率−油圧をプロットした図である。
【図６】実施例１Ａによるポンプと比較実施例１Ｂによる最適化されたポンプでのオイル流量−油圧をプロットした図である。
【図７】油圧とポンプ速度に対する効率をプロットしたグラフである。
【図８】ガラス繊維で均質に強化されたプラスチックの亀裂を示す。
【図９Ａ】試験後に進展したオイルポンプ筐体の亀裂を示す。
【図９Ｂ】図９Ａの亀裂表面の拡大図である。
【図１０】Ｕｌｔｅｍがアモルファス材料、半結晶性材料であることを示すグラフである。  種々の実施形態は、図に示した配置および手段に限定されないことは理解されるべきでる。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は、特定の種類のポリマーを使用することによって、例えば改善された密度などの、金属部品よりも改善された特性を有するポリマー部品を含む容積型ポンプの製造が今や可能であるという発見に基づいている。該ポリマー部品は、例えば１５０℃以上である非常に有用なガラス転移温度（Ｔｇ）と、高温のエンジンオイルに数日間浸漬後の有用な降伏強度保持率特性と、を有する。
【０００７】
本発明は、好適な実施形態に関する以下の詳細な記述と、そこに含まれる実施例を参照することによってより容易に理解されるであろう。明示的に示されているか否かに拘わらず、本明細書における数値はすべて、「約」で修飾されているものと見なされる。「約」は一般に、当業者が引用された数値と等価である（すなわち、同じ機能または結果を有する）と考える数値範囲を指す。多くの場合、「約」は、最も近い有効数字に四捨五入される数を含んでよい。
【０００８】
第１の実施形態は、ポリマー部品を含む容積型ポンプに関する。該ポンプは、ローラーベーンポンプ、ベーンポンプ、ギアポンプまたはトロコイドポンプである。
【０００９】
該ポリマー部品の密度は、下限値および／または上限値を有するある範囲内であってもよい。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、０超、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、５、５．１、５．２、５．３、５．４、５．５、５．６、５．７、５．８、５．９、６、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９、７、７．１、７．２、７．３、７．４、７．５、７．６、７．７、７．８、７．９、８、８．１、８．２、８．３、８．４、８．５、８．６、８．７、８．８、８．９、９、９．１、９．２、９．３、９．４、９．５、９．６、９．７、９．８、９．９あるいは１０ｇ／ｃｍ３超から選択されてもよい。ある好適な実施形態では、該部品の密度は、例えば０超〜３ｇ／ｃｍ３の範囲内であってもよい。
【００１０】
該部品のガラス転移温度（Ｔｇ）は、下限値および／または上限値を有するある範囲内であってもよい。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、１３０、１３５、１４０、１４５、１５０、１５５、１６０、１６５、１７０、１７５、１８０、１８５、１９０、１９５および２００℃から選択されてもよい。ある好適な実施形態では、該部品のガラス転移温度（Ｔｇ）は、例えば１５０℃以上であってもよい。
【００１１】
該部品の降伏強度保持率は、下限値および／または上限値を有するある範囲内の温度のエンジンオイルに７日間浸漬後で９０％を超え得る。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、１３０、１３５、１４０、１４５、１５０、１５５、１６０、１６５、１７０、１７５、１８０、１８５、１９０、１９５および２００℃から選択されてもよい。ある好適な実施形態では、例えば１５０℃のエンジンオイルに７日間浸漬後の該部品の降伏強度保持率は、９０％を超え得る。
【００１２】
ＩＳＯ１８０／１Ｕに準拠して（８０×１０×４、温度２３℃および−３０℃）測定した該部品のノッチなしアイゾッド衝撃強度は、下限値および／または上限値を有するある範囲内であってもよい。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５および１００ｋＪ／ｍ２から選択されてもよい。ある好適な実施形態では、ＩＳＯ１８０／１Ｕに準拠して（８０×１０×４、温度２３℃および−３０℃）測定した該部品のノッチなしアイゾッド衝撃強度は、例えば、少なくとも４０ｋＪ／ｍ２であり得る。
【００１３】
ＩＳＯ３０６に準拠して測定した該部品のビカット軟化温度Ｂ／１２０は、下限値および／または上限値を有するある範囲内であってもよい。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、１８０、１８５、１９０、１９５、２００、２０５、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５、２６０、２６５、２７０、２７５、２８０、２８５、２９０、２９５および３００℃から選択されてもよい。ある好適な実施形態では、ＩＳＯ３０６に準拠して測定した該部品のビカット軟化温度Ｂ／１２０は、例えば２２０℃であり得る。
【００１４】
ＩＳＯ７５／Ａｅに準拠して（１．８ＭＰａ、エッジワイズ方向、１２０×１０×４、スパン＝１００ｍｍ）測定した該部品の熱変形温度／Ａｅは、下限値および／または上限値を有するある範囲内であってもよい。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、１７０、１７５、１８０、１８５、１９０、１９５、２００、２０５、２１０、２１５、２２０、２２５、２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５、２６０、２６５、２７０、２７５、２８０、２８５、２９０、２９５および３００℃から選択されてもよい。ある好適な実施形態では、ＩＳＯ７５／Ａｅに準拠して（１．８ＭＰａ、エッジワイズ方向、１２０×１０×４、スパン＝１００ｍｍ）測定した該部品の熱変形温度／Ａｅは、例えば２１０℃であり得る。
【００１５】
該ポリマー部品は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含んでいてもよい。ポンプは、複数の追加の部品を含んでいてもよく、そのそれぞれもポリエーテルイミドを含んでいてもよい。該部品は、ポリエーテルイミドコポリマー、ポリエーテルイミドターポリマー、充填ポリエーテルイミド、未充填ポリエーテルイミド、ポリエーテルイミドブレンドおよびこれらの組み合わせから構成される群から選択された１つを含んでいてもよい。該部品は、ポリエーテルイミドにカーボン粒子、金属、セラミック、ガラスまたはこれらの組み合わせから構成される群から選択された１つが充填された充填ポリエーテルイミドを含んでいてもよい。該部品はさらに、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）およびこれらの組み合わせから構成される群から選択された１つを含んでいてもよい。
【００１６】
好適なポリイミドとしては、ポリエーテルイミドとポリエーテルイミドコポリマーが挙げられる。ポリエーテルイミドは、（ｉ）例えばポリエーテルイミドなどのポリエーテルイミドホモポリマー、（ｉｉ）例えばポリエーテルイミドスルホンなどのポリエーテルイミドコポリマー、および（ｉｉｉ）これらの組み合わせから選択されてもよい。ポリエーテルイミドは、既知のポリマーであり、ＳＡＢＩＣ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ社からＵＬＴＥＭ（登録商標）、ＥＸＴＥＭ（登録商標）およびＳｉｌｔｅｍブランド（ＳＡＢＩＣ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  ＩＰ  Ｂ．Ｖ．社の商標）で販売されている。一実施形態では、ポリエーテルイミドは、式（１）の構造を有する：
【化１】
2015518934.tif 000003
式中、ａは２以上であり、例えば１０〜１，０００以上であり、より具体的には１０〜５００である。
【００１７】
式（１）の基Ｖは、エーテル基（ここでは「ポリエーテルイミド」）あるいはエーテル基とアリーレンスルホン基との組み合わせ（「ポリエーテルイミドスルホン」）を含む四価リンカーである。こうしたリンカーとしては、これに限定されないが、（ａ）エーテル基、アリーレンスルホン基あるいはこれらの組み合わせで任意に置換された、Ｃ５−５０の置換または未置換、飽和、不飽和または芳香族の単環式および多環式基；（ｂ）エーテル基で、あるいはエーテル基とアリーレンスルホン基との組み合わせで任意に置換された、Ｃ１−３０の置換または未置換、直鎖または分枝鎖、飽和または不飽和のアルキル基；あるいはこれらのものの少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。さらに好適な置換基としては、これに限定されないが、エーテル基、アミド基、エステル基およびこれらのものの少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。
【００１８】
式（１）のＲ基は、これに限定されないが、（ａ）Ｃ６−２０芳香族炭化水素基およびそのハロゲン化誘導体、（ｂ）Ｃ２ー２０直鎖または分枝鎖アルキレン基、（ｃ）Ｃ３−２０シクロアルキレン基、あるいは（ｄ）式（２）の二価基などの置換または未置換二価有機基を含む：
【化２】
2015518934.tif 000004
式中、Ｑ１は、これに限定されないが、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−ＳＯ２−、−ＳＯ−、−ＣｙＨ２ｙ−（ｙは１〜５の整数）および、パーフルオロアルキレン基を含むこれらのハロゲン化誘導体などの二価部分を含む。
【００１９】
ある実施形態では、リンカーＶは、これに限定されないが、式（３）の四価芳香族基を含む：
【化３】
2015518934.tif 000005
式中、Ｗは、−Ｏ−、−ＳＯ２−または式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基を含む二価部分である。ここで、−Ｏ−または−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価結合は、３，３’、３，４’、４，３’または４，４’位置にあり、Ｚは、これに限定されないが、式（４）の二価基を含む：
【化４】
2015518934.tif 000006
式中、Ｑは、これに限定されないが、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−ＳＯ２−、−ＳＯ−、−ＣｙＨ２ｙ−（ｙは１〜５の整数）およびパーフルオロアルキレン基を含むこれらのハロゲン化誘導体を含む二価部分を含む。
【００２０】
特定の実施形態では、該ポリエーテルイミドは、式（５）の構造単位を２個以上、具体的には１０〜１，０００個、より具体的には１０〜５００個含む：
【化５】
2015518934.tif 000007
式中、Ｔは、−Ｏ−または式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基である。ここで、−Ｏ−または−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価結合は、３，３’、３，４’、４，３’または４，４’位置にあり；Ｚは、上記で定義したように、式（３）の二価基であり；Ｒは、上記で定義したように、式（２）の二価基である。
【００２１】
別の特定の実施形態では、該ポリエーテルイミドスルホンは、式（１）のリンカーＶとＲ基との少なくとも５０モル％が二価のアリーレンスルホン基を含む、エーテル基とスルホン基とを含むポリエーテルイミドである。例えば、いずれのＲ基も除いて、すべてのリンカーＶはアリーレンスルホン基を含んでいてもよく；あるいは、いずれのリンカーＶも除いて、すべてのＲ基はアリーレンスルホン基を含んでいてもよく；あるいは、アリールスルホン基を含むリンカーＶとＲ基の合計モル分率が５０モル％以上であることを条件として、アリーレンスルホンは、リンカーＶとＲ基の一部に存在していてもよい。
【００２２】
さらにより具体的には、ポリエーテルイミドスルホンは、式（６）の構造単位を２個以上、具体的には１０〜１，０００個、より具体的には１０〜５００個含んでいてもよい：
【化６】
2015518934.tif 000008
式中、Ｙは、−Ｏ−、−ＳＯ２−または−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基である。ここで、−Ｏ−、−ＳＯ２−または−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価結合は、３，３’、３，４’、４，３’または４，４’位置にあり、式（２）のＹモルとＲモルの合計の５０モル％超が−ＳＯ２−基を含むという条件で、Ｚは、上記で定義したように、式（３）の二価基であり、Ｒは、上記で定義したように、式（２）の二価基である。
【００２３】
該ポリエーテルイミドとポリエーテルイミドスルホンは、例えば式（７）のリンカーなどの、エーテル基あるいはエーテル基とスルホン基とを含まないリンカーＶを任意に含んでもよいことは理解されるべきである：
【化７】
2015518934.tif 000009
【００２４】
こうしたリンカーを含むイミド単位は一般に、その合計単位数の０〜１０モル％、具体的には０〜５モル％の量で存在する。一実施形態では、追加のリンカーＶは、ポリエーテルイミドとポリエーテルイミドスルホン中には存在しない。
【００２５】
別の特定の実施形態では、該ポリエーテルイミドは、式（５）の構造単位を１０〜５００個含み、ポリエーテルイミドスルホンは、式（６）の構造単位を１０〜５００個含む。
【００２６】
該ポリエーテルイミドとポリエーテルイミドスルホンは、これに限定されないが、式（８）のビス（フタルイミド）の反応を含む種々の方法で調製できる：
【化８】
2015518934.tif 000010
式中、Ｒは上記のものであり、Ｘは、ニトロ基またはハロゲンである。式（８）のビスフタルイミドは、例えば、式（９）の対応する無水物の縮合で形成できる：
【化９】
2015518934.tif 000011
式中、Ｘは、式（１０）の有機ジアミンを有するニトロ基またはハロゲンである：
【化１０】
2015518934.tif 000012
式中、Ｒは上記のものである。
【００２７】
式（１０）のアミン化合物の具体的な例としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、１，１２−ドデカンジアミン、１，１８−オクタデカンジアミン、３−メチルヘプタメチレンジアミン、４，４−ジメチルヘプタメチレンジアミン、４−メチルノナメチレンジアミン、５−メチルノナメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘキサメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘプタメチレンジアミン、２、２−ジメチルプロピレンジアミン、Ｎ−メチル−ビス（３−アミノプロピル）アミン、３−メトキシヘキサメチレンジアミン、１，２−ビス（３−アミノプロポキシ）エタン、ビス（３−アミノプロピル）スルフィド、１，４−シクロヘキサンジアミン、ビス−（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、２−メチル−４，６−ジエチル−１，３−フェニレンジアミン、５−メチル−４，６−ジエチル−１，３−フェニレン−ジアミン、ベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、１，５−ジアミノナフタレン、ビス（４−アミノフェニル）メタン、ビス（２−クロロ−４−アミノ−３，５−ジエチルフェニル）メタン、ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，４−ビス（ｂ−アミノ−ｔ−ブチル）トルエン、ビス（ｐ−ｂ−アミノ−ｔ−ブチルフェニル）エーテル、ビス（ｐ−ｂ−メチル−ｏ−アミノフェニル）ベンゼン、ビス（ｐ−ｂ−メチル−ｏ−アミノペンチル）ベンゼン、１，３−ジアミノ−４−イソプロピルベンゼン、ビス（４−アミノフェニル）エーテルおよび１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンが挙げられる。これらのアミン類の混合物も使用できる。スルホン基を含む式（１０）のアミン化合物の具体的な例としては、これに限定されないが、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）およびビス（アミノフェノキシフェニル）スルホン（ＢＡＰＳ）が挙げられる。これらのアミン類のいずれかを含む組み合わせも使用できる。
【００２８】
該ポリエーテルイミドは、式（８）のビス（フタルイミド）と、Ｖが上記のものである式ＨＯ−Ｖ−ＯＨのジヒドロキシ置換芳香族炭化水素のアルカリ金属塩との、相間移動触媒の有無に拘わらない反応で合成され得る。好適な相間移動触媒は、米国特許第５，２２９，４８２号に開示されている。具体的には、ビスフェノールＡなどのジヒドロキシ置換芳香族炭化水素、あるいは、ビスフェノールのアルカリ金属塩と別のジヒドロキシ置換芳香族炭化水素のアルカリ金属塩との組み合わせも使用できる。
【００２９】
一実施形態では、該ポリエーテルイミドは、式（５）の構造単位を含む。ここで、Ｒはそれぞれ独立に、ｐ−フェニレン、ｍ−フェニレンあるいはこれらのものの少なくとも１つを含む混合物であり；Ｔは、式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基（その二価結合は３，３’位置にあり、Ｚは、２，２−ジフェニレンプロパン基（ビスフェノールＡ基））である。さらに、該ポリエーテルイミドスルホンは、式（６）の構造単位を含む。ここで、Ｒ基の少なくとも５０モル％は式（４）（Ｑ：−ＳＯ２−）の構造を有し、残りのＲ基は独立に、ｐ−フェニレン、ｍ−フェニレンあるいはこれらのものの少なくとも１つを含む組み合わせであり；Ｔは、式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基（その二価結合は３，３’位置にあり、Ｚは、２，２−ジフェニレンプロパン基）である。
【００３０】
本発明のポリマー部品の製造において、該ポリエーテルイミドとポリエーテルイミドスルホンは、単独で、あるいは互いに組み合わせて、および／または、ここに開示されたポリマー材料の他のものと組み合わせて使用できる。一実施形態では、ポリエーテルイミドだけが使用される。別の実施形態では、ポリエーテルイミドとポリエーテルイミドスルホンとの質量比は９９：１〜５０：５０であってもよい。
【００３１】
該ポリエーテルイミドの質量平均分子量（Ｍｗ）は、ゲル透過クロマトグラフィ（ＧＰＣ）で測定して、５，０００〜１００，０００ｇ／モルであってもよい。一部の実施形態では、Ｍｗは１０，０００〜８０，０００であってもよい。本明細書での分子量は、絶対質量平均分子量（Ｍｗ）を指す。
【００３２】
該ポリエーテルイミドの固有粘度は、温度２５℃のｍ−クレゾール中で測定して０．２ｄｌ／ｇ以上であってもよい。この範囲内で、固有粘度は、温度２５℃のｍ−クレゾール中で測定して０．３５〜１．０ｄｌ／ｇであってもよい。
【００３３】
該ポリエーテルイミドのガラス転移温度は、ＡＳＴＭ  Ｄ３４１８に準拠し示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）により測定して、１８０℃超であってもよく、具体的には２００℃〜５００℃であってもよい。一部の実施形態では、該ポリエーテルイミド、特に一般のポリエーテルイミドのガラス転移温度は２４０℃〜３５０℃である。
【００３４】
該ポリエーテルイミドのメルトインデックスは、ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８に準拠し温度３４０〜３７０℃、荷重６．７ｋｇで測定して、０．１〜１０ｇ／分であってもよい。
【００３５】
式（１）の構造を有するポリエーテルイミドの一調製法は、ニトロ置換法（式（８）のＸがニトロ基の場合）と呼ばれる。ニトロ置換法の一例では、Ｎ−メチルフタルイミドを９９％硝酸で処理して、Ｎ−メチル−４−ニトロフタルイミド（４−ＮＰＩ）とＮ−メチル−３−ニトロフタルイミド（３−ＮＰＩ）との混合物を生成する。精製後、トルエン中、相間移動触媒の存在下で、約９５部の４−ＮＰＩと５部の３−ＮＰＩとを含む混合物をビスフェノールＡ（ＢＰＡ）の二ナトリウム塩と反応させる。ニトロ置換ステップとして既知のこの反応によって、ＢＰＡ−ビスイミドとＮａＮＯ２を生成する。精製後、ＢＰＡビスイミドをイミド交換反応で無水フタル酸と反応させて、ＢＰＡ−二無水物（ＢＰＡＤＡ）を生成し、次に、イミド化−重合ステップにおいて、オルトジクロロベンゼン中、ＢＰＡＤＡをメタフェニレンジアミン（ＭＰＤ）と反応させて生成物ポリエーテルイミドを得る。
【００３６】
式（１）の構造を有するポリエーテルイミドへの代替化学経路は、塩素置換法（式（８）のＸが塩素の場合）と呼ばれるプロセスである。塩素置換法は以下のように説明される：触媒量のナトリウムフェニルホスフィネート触媒の存在下、４−クロロ無水フタル酸とメタフェニレンジアミンとを反応させて、メタフェニレンジアミンのビスクロロフタルイミド（ＣＡＳ登録番号第１４８９３５−９４−８号）を生成する。その後、オルトジクロロベンゼンまたはアニソール溶媒中、触媒の存在下でのＢＰＡの二ナトリウム塩との塩素置換反応によってビスクロロフタルイミドを重合させる。あるいは、３−クロロ無水フタル酸と４−クロロ無水フタル酸との混合物を用いて、ビスクロロフタルイミド異性体の混合物を生成し、これを上記のように、ＢＰＡ二ナトリウム塩による塩素置換によって重合させてもよい。
【００３７】
シロキサンポリエーテルイミドは、ブロックコポリマーの合計質量に対して、シロキサン含有量が０超〜４０質量％未満のポリシロキサン／ポリエーテルイミドブロックコポリマーを含んでいてもよい。該ブロックコポリマーは、式（Ｉ）のシロキサンブロックを含む：
【化１１】
2015518934.tif 000013
式中、Ｒ１−６はそれぞれ独立に、Ｃ５−３０の置換または未置換、飽和、不飽和または芳香族単環式基、Ｃ５−３０の置換または未置換、飽和、不飽和または芳香族多環式基、Ｃ１−３０の置換または未置換アルキル基およびＣ２−３０の置換または未置換アルケニル基から構成される群から選択され；Ｖは、Ｃ５−５０の置換または未置換、飽和、不飽和または芳香族単環式および多環式基、Ｃ１−３０の置換または未置換アルキル基、Ｃ２−３０の置換または未置換アルケニル基およびこれらのリンカーの少なくとも１つを含む組み合わせから構成される群から選択された四価リンカーであり；ｇは１〜３０であり、ｄは２〜２０である。市販のシロキサンポリエーテルイミドは、ＳＡＢＩＣ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ社からブランド名ＳＩＬＴＥＭ（ＳＡＢＩＣ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  ＩＰ  Ｂ．Ｖ．社の商標）で入手できる。
【００３８】
該ポリエーテルイミド樹脂の質量平均分子量（Ｍｗ）は、下限値および／または上限値を有するある範囲内であってもよい。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、１１０００、１２０００、１３０００、１４０００、１５０００、１６０００、１７０００、１８０００、１９０００、２００００、２１０００、２２０００、２３０００、２４０００、２５０００、２６０００、２７０００、２８０００、２９０００、３００００、３１０００、３２０００、３３０００、３４０００、３５０００、３６０００、３７０００、３８０００、３９０００、４００００、４１０００、４２０００、４３０００、４４０００、４５０００、４６０００、４７０００、４８０００、４９０００、５００００、５１０００、５２０００、５３０００、５４０００、５５０００、５６０００、５７０００、５８０００、５９０００、６００００、６１０００、６２０００、６３０００、６４０００、６５０００、６６０００、６７０００、６８０００、６９０００、７００００、７１０００、７２０００、７３０００、７４０００、７５０００、７６０００、７７０００、７８０００、７９０００、８００００、８１０００、８２０００、８３０００、８４０００、８５０００、８６０００、８７０００、８８０００、８９０００、９００００、９１０００、９２０００、９３０００、９４０００、９５０００、９６０００、９７０００、９８０００、９９０００、１０００００、１０１０００、１０２０００、１０３０００、１０４０００、１０５０００、１０６０００、１０７０００、１０８０００、１０９０００および１１００００ダルトンから選択されてもよい。該ポリエーテルイミド樹脂の質量平均分子量（Ｍｗ）は、例えば、５，０００〜１００，０００ダルトン、５，０００〜８０，０００ダルトンまたは５，０００〜７０，０００ダルトンであってもよい。第一アルキルアミン改質ポリエーテルイミドは、出発原料の未改質ポリエーテルイミドに比べて、分子量は低く、メルトフローは高いであろう。
【００３９】
ポリエーテルイミド樹脂は、例えば、米国特許第３，８７５，１１６号、同第６，９１９，４２２号および同第６，３５５，７２３号に記載されているポリエーテルイミド；例えば、米国特許第４，６９０，９９７号および同第４，８０８，６８６号に記載されているシリコーンポリエーテルイミド；米国特許第７，０４１，７７３号に記載されているポリエーテルイミドスルホン樹脂；およびこれらの組み合わせから構成される群から選択されてもよい（これらの特許はそれぞれ、その全体が本明細書に援用される）。
【００４０】
該ポリエーテルイミド樹脂のガラス転移温度は、下限値および／または上限値を有するある範囲内であってもよい。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３００および３１０℃から選択されてもよい。ポリエーテルイミド樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、例えば約２００℃より高くてもよい。
【００４１】
ポリエーテルイミド樹脂は、実質的にベンジルプロトンフリー（１００ｐｐｍ未満）であってもよい。ポリエーテルイミド樹脂は、ベンジルプロトンフリーであってもよい。ポリエーテルイミド樹脂中のベンジルプロトン量は１００ｐｐｍ未満であってもよい。一実施形態では、ベンジルプロトン量は０超〜１００ｐｐｍ未満である。別の実施形態では、ベンジルプロトン量は検出不能である。
【００４２】
ポリエーテルイミド樹脂は、実質的にハロゲン原子フリー（１００ｐｐｍ未満）であってもよい。ポリエーテルイミド樹脂は、ハロゲン原子フリーであってもよい。ポリエーテルイミド樹脂中のハロゲン原子量は１００ｐｐｍ未満であってもよい。一実施形態では、ハロゲン原子量は０超〜１００ｐｐｍ未満である。別の実施形態では、ハロゲン原子量は検出不能である。
【００４３】
該ポンプの騒音・振動・ハーシュネスは、対応する部品がポリエーテルイミドではなく金属を含む点を除いて、該ポンプと同一の第２のポンプに比べて低くなり得る。騒音・振動・ハーシュネスの低減には、下限値および／または上限値を有するある範囲内のデシベルレベルの低減が含まれ得る。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１０．５、１１、１１．５、１２、１２．５、１３、１３．５、１４、１４．５、１５、１５．５、１６、１６．５、１７、１７．５、１８、１８．５、１９、１９．５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５および１００％から選択されてもよい。ある好適な実施形態では、騒音・振動・ハーシュネスの低減には、例えば、少なくとも１０％〜５０％以上のデシベルレベルの低減が含まれ得る。
【００４４】
該部品は、容積型ポンプの入口と出口を画定する筐体であってもよい。該筐体は、ポリエーテルイミドで製造されてもよい。該部品は、入口と出口間に動作可能に配置されたロータであってもよい。該入口と出口は筐体によって画定されてもよく、該ロータは、入口と出口間で液体を移動させるものであって、羽根、ギアおよびトロコイドから構成される群から選択された１つである移動部品を含んでいてもよい。好適な移動部品はローラーベーンである。該ロータは、ポリエーテルイミドを含んでいてもよい。該移動部品は、ポリエーテルイミドを含んでいてもよい。
【００４５】
第１の実施形態によるポンプは、筐体内の内部ストレスレベルを最小化するように最適化され得る。
【００４６】
筐体内の内部ストレスレベルは、下限値および／または上限値を有するある範囲であり得る。該範囲には、該下限値および／または上限値が含まれていても含まれていなくてもよい。下限値および／または上限値は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０および７５ＭＰａから選択され得る。ある好適な実施形態では、筐体内の内部ストレスレベルは、例えば、０〜３５ＭＰａであり得、あるいは約１０ＭＰａであり得る。
【００４７】
筐体内の内部のストレスレベルは、抵抗線歪みゲージによる測定、ＣＡＥコンピュータシミュレーションソフトウェアによる予測およびこれらの組み合わせから構成される群から選択された方法で求められる。
【００４８】
第２の実施形態は、送液用の容積型ポンプの製造方法に関する。該ポンプは、入口と出口を画定する筐体と、該入口と出口間に動作可能に配置され、これらの間で液を移動させる手段を有するロータと、を備えていてもよい。該方法は、該ポンプの少なくとも１つの部品をポリエーテルイミドで形成するステップを備えていてもよい。該少なくとも１つの部品は、ポリエーテルイミドの固形ブロックから機械加工されてもよい。該少なくとも１つの部品は、ポリエーテルイミドで射出成形されてもよく、あるいは、ポリエーテルイミド系ポリマーのキャスティング、プレスあるいはトランスファー／圧縮成形によって形成されてもよい。
【００４９】
要約すると、容積型ポンプ（例えば、ローラーベーンポンプ、ベーンポンプ、ギアポンプあるいはトロコイドポンプ）は、ポリマー部品（例えば、入口と出口を画定する筐体、あるいは、筐体によって画定される入口と出口間に動作可能に配置され、例えば、該入口と出口間で液を移動させる移動部品を備えるロータ）を含んでおり、該移動部品は、密度が０超〜３ｇ／ｃｍ３、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上、１５０℃のエンジンオイルに７日間浸漬後の降伏強度保持率が９０％超、また任意に、ＩＳＯ１８０／１Ｕに準拠して（８０×１０×４、温度２３℃および−３０℃）測定したノッチなしアイゾッド衝撃強度が少なくとも４０ｋＪ／ｍ２；ＩＳＯ３０６に準拠して測定したビカット軟化温度Ｂ／１２０が２２０℃；ＩＳＯ７５／Ａｅに準拠し（１．８ＭＰａ、エッジワイズ方向、１２０×１０×４、スパン＝１００ｍｍ）測定した熱変形温度／Ａｅが２１０℃のローラーベーンなどの羽根、ギアまたはトラコイドである。
【００５０】
該部品が、例えば、ポリエーテルイミドコポリマー、ポリエーテルイミドターポリマー、充填ポリエーテルイミド（炭素、金属、セラミック、ガラスまたはこれらの組み合わせを含む粒子が充填された充填ＰＥＩなど）、未充填ポリエーテルイミド、ポリエーテルイミドブレンドまたはこれらの組み合わせと、さらに任意に、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）またはこれらの組み合わせと、を含む場合、これらの特性を有する部品が得られる。特定の実施形態では、該ポンプは、それぞれが、例えば、ポリエーテルイミドコポリマー、ポリエーテルイミドターポリマー、充填ポリエーテルイミド（炭素、金属、セラミック、ガラスまたはこれらの組み合わせを含む粒子が充填された充填ＰＥＩなど）、未充填ポリエーテルイミド、ポリエーテルイミドブレンドまたはこれらの組み合わせと、さらに任意に、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）またはこれらの組み合わせと、を含む複数の追加の部品を含み、あるいは複数の追加の部品から実質的に構成され、あるいは複数の追加の部品から構成される。
【００５１】
前述のいずれのポンプの騒音・振動・ハーシュネスも、ポリエーテルイミドを含む該部品に対応した第２の部品を備え、該第２の部品がポリエーテルイミドではなく金属を含む点を除いて、請求項２に記載のポンプと同一の第２のポンプに比べて低くなり得る。該騒音・振動・ハーシュネスの低減には、例えば、デシベルレベルの低減が含まれる。あるいは、またはさらに、前述のポンプのいずれも、筐体内の内部ストレスレベルを最小化するように最適化される。ここで、筐体内の内部ストレスレベルは、例えば、抵抗線歪みゲージによる測定、ＣＡＥコンピュータシミュレーションソフトウェアによる予測およびこれらの組み合わせにより求められて、０〜３５ＭＰａであり、あるいは約１０ＭＰａである。
【００５２】
本発明を以下の具体的な実施例でさらに説明する（特に明記されない限り、部および％はすべて質量部、質量％である）。
【００５３】
実施例
実施例１〜６
目的：
これらの実施例の目的は、種々のポリエーテルイミドで製造された部品を有するローラーベーンポンプと、自動車エンジンに一般に使用される別のエンジニアリングプラスチックで製造された部品を有するローラーベーンポンプと、を比較することである。これらの実施例から、ポリエーテルイミドによってより良好な耐薬品性；より良好な応力とひずみ；より良好な安定性；ガラス繊維充填と同じ充填能（すなわち、ポリエーテルイミドは、これに限定されないが、０．５質量％、３０質量％または４５質量％を含み、これらの間、すなわち０．５質量％〜４５質量％の量のガラス繊維で充填され得る）が得られることが実証される。また、ポリエーテルイミドでは、後段の機械加工がない射出成形によってポンプ部品の生産が簡便化される。
【００５４】
材料
使用するポリエーテルイミドはＵＬＴＥＭブランドで販売されているが、好適なポリエーテルイミドは、ＵＬＴＥＭ２３００樹脂およびＵＬＴＥＭ３４５２樹脂である。使用したポリアミドはＰＡ６６ＧＦ３０であったが、これは種々の供給者から入手できる。ＰＡ６６ＧＦ３０は、自動車エンジン部品に関連して使用されるエンジニアリングプラスチックであるので、これとの比較を行った。
【００５５】
ＵＬＴＥＭ２３００樹脂およびＵＬＴＥＭ３４５２樹脂は、以下の推定された一般的特性を有する：１６０℃における引張応力が約９０Ｎ／ｍｍ２；１６０℃における引張応力が約３５Ｎ／ｍｍ２（長期耐久性、第１の値）；ポアソン比ν＝約０．３８；密度ρ＝約１．６６ｇ／ｃｍ３。
【００５６】
ＵＬＴＥＭ２３００の具体的な特性を表１に示す。ＵＬＴＥＭ２３００は、３０質量％のガラス繊維で充填されて、他のポリエーテルイミドと同様な流動特性を有し得；ガラス転移温度（Ｔｇ）は約２１７℃であり得る。ＵＬＴＥＭ２３００樹脂は、欧州連合規則による危険物質に関する制限（ＲｏＨＳ）に準拠し得る。ＵＬＴＥＭ２３００樹脂は、ＵＬ９４Ｖ０および５ＶＡにリストされ得る。
【表１】
2015518934.tif 000014
【００５７】
ＵＬＴＥＭ３４５２のより具体的な特性を表２に示す。ＵＬＴＥＭ３４５２は、４５質量％のガラス繊維と無機物で充填されて、他のポリエーテルイミドに対して改善された流動性と、約２１７℃のガラス転移温度（Ｔｇ）と、改善された寸法安定性を有し得る。ＵＬＴＥＭ３４５２樹脂は、欧州連合規則による危険物質に関する制限（ＲｏＨＳ）に準拠し得る。ＵＬＴＥＭ３４５２は、ＵＬ９４Ｖ０および５ＶＡにリストされ得る。
【表２】
2015518934.tif 000015
【００５８】
表３は、ＰＡ６６ＧＦ３０ブラックの特性を示す。
【表３】
2015518934.tif 000016
【００５９】
実施例１Ａ
技術と手順
図１Ａを参照して、乗用車エンジンにおける用途向けのＵＬＴＥＭ２３００樹脂を用いて、可変ローラーセルオイルポンプ１を製造した。ポンプ１は、ガイドリング２、複数のロール３、ロータ４、第１のレース７、調整スプリング５、調節リング８、第２のレース９、調整ピストン６、スプリング圧制御１０、ボール１１および筐体１２を備える。
【００６０】
図１Ｂは、図１ＡのローラーセルオイルポンプのＡ−Ａ断面図であり、調整／制御ピストン１３、調整軸１４、調節リング１５、吸引容積１６、吸引管１７、圧力室１８、コールドスタートバルブ１９、調整／制御スプリング２０、調整／制御容積２１およびロータ２２を示す。
【００６１】
実施例１Ａによるポンプの各部品の詳細を表４に示す。表４から、ＵＬＴＥＭ（登録商標）２３００および同様の密度を有する他のポリマーが使用できることがわかる。
【表４】
2015518934.tif 000017
【００６２】
ローラーセルオイルポンプは多くの利点を有するので、ポリマー部品オイルポンプの設計用としてローラーセルオイルポンプを選択した。例えば、これらの制御可能なポンプでは、エンジンに必要な量だけのオイルが取り込まれるため、消費電力とＣＯ２放出が削減できる。該ポンプは、６０００ｒｐｍを超える速度に適しており、すべての自動車ガソリンおよびディーゼルモーターに使用できる。また、回転部の内部摩擦は、ギアポンプやＰＥＩ樹脂系材料から成る潜在的に可能なすべてのポリマーオイルポンプ部品と比較して、限定されている。
【００６３】
当業者であれば、違った制御方式が可能であることは理解するであろう。例えば、２段階圧制御あるいはマップに基づく制御が使用できる。また、異なる種類のポンプを使用してもよい。
【００６４】
オイルポンププロトタイプは、高容積４気筒ガソリンエンジンに使用されるパッケージと設計空間制約の点で、既存のオイルポンプに基づくものとした。オイルポンププロトタイプの筐体、キャップおよび調節リングは、押し出しＵＬＴＥＭ２３００ブロックからパウダー化したものを用いたが、これは、ツール形成や射出成形に比べてコスト効率が高く、最終的には最適な生産技術となるであろう。他の形成方法としては、キャスティング、プレスあるいは圧縮成形が挙げられる。しかしながら、押し出しＵＬＴＥＭ２３００ブロックでは、未溶融の樹脂粒子による不均一な領域が現れて、構造的な弱さに繋がる可能性があるが、これは、射出成形部品の場合には起こらないであろう。こうした未溶融領域は、「大理石様の」効果として図３に見られる。射出成形部品であれば、均質な琥珀色を示すであろう。図３に示す機能型プロトタイプは、図２Ａ〜２Ｊに示す最適化された概略図に基づくものである。
【００６５】
試験結果は、上記のプロトタイプの製造方法を考慮して解釈する必要がある。試験台上で約４０時間稼働後、オイルポンプには「漏れ性」は見られなかった。筐体、カバー、調節リングがプラスチックで、残りの部品が金属のオイルポンププロトタイプで、５つの初期特性曲線性能試験（温度と回転数）を行った。ポンプ特性はｎ＝５０±５／分、Ｍｄｍａｘ＝０．２Ｎｍであり、低摩擦要件も満たした。
【００６６】
実施例１Ｂ
この実施例のポンプでは、所与のパッケージ空間制約下で流路処理量を増加させ、また、チェーン牽引部の改良および強化により材料が確実に長期的に安定するようにオイルポンプ筐体を再設計して、効率を最適化した。
【００６７】
ポンプ効率は、流路形状（正方形であっても円形であっても）、流路容積、流路表面特性（平滑か粗いか）、および異なる流路間の急な遷移を回避することによって達成される。
【００６８】
プラスチックローラーセルポンプの再設計において、簡易化Ｐｒｏ／Ｅ機械的強度計算を用いたコンピュータレンダリングの概略図を図２Ａ〜２Ｊに示す。図２Ａ〜２Ｄは、トポロジー最適化の結果として実施された新しいうね織り模様を示す。新しいうね織り模様２０４は、応力２０１に対処するために実施されてもよく；新しいうね織り模様２５０は、応力２０２に対処するために実施されてもよく；新しいうね織り模様２０６は、応力２０３に対処するために実施されてもよく；新しいうね織り模様２０８は、応力２０７に対処するために実施されてもよい。図２Ｅ〜２Ｊは、動作圧力７ｂａｒ、温度１０６℃で測定したポンプ筐体内の応力を示す。図２Ｇでは、応力ピーク２０９が認められる。
【００６９】
最大圧力７ｂａｒ、連鎖負荷力１．２ｋＮ（最大応力レベル９０ＭＰａ）でのプラスチックオイルポンプの変形と強度を計算した。
【００７０】
ガラス繊維がランダムに分布しているとしたＵＬＴＥＭ２３００の線形等方性材料挙動について、非線形有限要素計算を行った。この計算によって、オイルポンプのコンセプトとパッケージングの技術的実現性を確認した。図３に示すように配置された金属のベアリング表面３０３を任意に備える、個々のユニットとしてのカバー３０１と筐体３０２それぞれの製造は射出成形とする。
【００７１】
他の成形方法としては、トランスファー成形、プレス、およびストックシェイプ（ｓｔｏｃｋｓｈａｐｅ）押出が挙げられる。筐体内部の造形を容易にするために、所望であれば、ロストワックス法および脆弱なパターンを採用してもよい。
【００７２】
種々の実施形態では、応力レベルを３５ＭＰａに低減し；調整チャンバー底部を強化し；変形とひずみを低減し；より堅い固定吸引チャンバーカバーを設け；調整チャンバーの裏面側端部／底部側端部の半径を大きくすることによって、さらに最適化できる。
【００７３】
比較実施例１
比較の目的で、従来の金属ギヤーオイルポンプを評価した。部品はすべて金属製である。通常、筐体とカバーはアルミニウム合金製であり、内部部品は鋼製である。
【００７４】
結果
実施例１Ｂの最適化されたプロトタイプの効率は、実施例１Ａのポンプに比べて高かった。図４を参照のこと。
【００７５】
図４は、２段階システムの性能曲線を示しており、オイルポンプ調整の良好な機能性が実証されている。図４は、実施例１Ａと実施例１Ｂとの比較を示す。
【００７６】
図５は、実施例１Ａによるポンプと比較実施例１Ｂによる最適化されたポンプでの効率−油圧をプロットした図である。実施例１Ａによるポンプの結果を中実形状で示す。実施例１Ｂによるポンプの結果を青で示す。図からわかるように、実施例１Ｂによるポンプの効率は、比較点の圧力に応じて約４〜１０％向上した。
【００７７】
図６は、実施例１Ａによるポンプと比較実施例１Ｂによる最適化されたポンプでのオイル流量−油圧をプロットした図である。実施例１Ａによるポンプの結果を中実形状で示す。実施例１Ｂによるポンプの結果を青で示す。図６は、高温アイドリング点に対する要件は、実施例１Ａおよび１Ｂの両方のポンプで満たされることを示している。エンジンが約８５０Ｕ／分でアイドリングしている間の高温アイドリング点に対する要件は、０．８ｂａｒ、１０２℃において、オイル流量が少なくとも５．８ｌ／分であることである。図６はまた、実施例１Ｂによるポンプが向上していることを示している。
【００７８】
図７は、油圧とポンプ速度に対する効率を示すグラフである。
【００７９】
比較実施例２による従来の金属ポンプに対して、実施例１Ｂの最適化されたプロトタイプは、２５％軽量化されていた。より具体的には、実施例１の最適化されたプロトタイプの質量は約１，２５０ｇであり、従来の金属ポンプのそれは約１，６５０ｇであった。
【００８０】
従来の金属ポンプに対して、実施例１の最適化されたプロトタイプの材料費によって、製造コストが削減された。さらに、従来の金属ポンプと異なり、最適化されたプロトタイプでは、社内生産および現地生産によってさらにコスト削減が図られる。表１を参照のこと。
【００８１】
従来の金属ポンプに対して、実施例１の最適化されたプロトタイプでは、より良好な騒音・振動・ハーシュネス（ＮＶＨ）減衰特性を示した。
【００８２】
比較実施例５
筐体に意図的に亀裂を入れると、亀裂が入った均質なガラス繊維強化プラスチックの表面では、図８に示すように、ガラス繊維の突出が見られると予想される。
【００８３】
ポンプを試験した。オイルポンプ筐体中の亀裂は、図９Ａに示すように、試験後に進展した。亀裂表面を分析した。ＧＡｐＴ／ＷＴＣによる材料分析によって、亀裂表面の拡大図である図９Ｂに示すように、亀裂表面から繊維が突出している状況は見られないことがわかった。
【００８４】
亀裂表面から突出するガラス繊維がないことは、ペレットを圧縮してストックシェイプを作る方法での結果は、実施例４に比べて劣ることを示している。また、一旦発生した亀裂は、疲労荷重下、ペレットが互いに融合した樹脂リッチで未強化の表面領域を通って進展することも見出した。ストックシェイプ法では、ガラスリッチ領域が局部的に蓄積した、不均一に溶融したペレットが生成される。
【００８５】
実施例６
プラスチック製の種々の部品を有するローラーセルポンプの質量を算出し、金属製の種々の部品を有する同様のローラーセルポンプと比較した。シナリオ１では、ポンプ筐体、カバーおよび調節リングはプラスチック製であってもよい。シナリオ１によるローラーセルポンンプの合計質量は約１．２４６ｋｇであろう。シナリオ２では、筐体とカバーはプラスチック製であってもよい。シナリオ２によるローラーセルポンンプの合計質量は約１．４９６ｋｇであろう。シナリオ３では、筐体とカバーは金属製であってもよい。シナリオ３によるローラーセルポンンプの合計質量は約１．９１５ｋｇであろう。従って、ポリマーで部品を製造すると、金属で製造するよりポンプが軽量化できることは容易に理解できる。これらの計算を下記の表に示し、また、各シナリオに従って製造されるポンプの典型的な価格も提示する。
2015518934.tif 000018
【００８６】
目的
以下の実施例の目的は、自動車エンジンにおいて、ポリエーテルイミドを含むポンプ部品を使用することで得られる結果と、他の材料を使用することで得られる結果と、を比較することである。
【００８７】
発明的実施例７
ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約２１７℃であり得る。従って、ＰＥＩは、内燃エンジン内で発生する動作温度の範囲内では相転移を示さない。
【００８８】
ＰＥＩのＴｇが動作温度のある範囲内にあることは有利である。図１０は、ＵＬＴＥＭがアモルファス材料、半結晶性材料であることを示している。ポリエーテルイミドと比べて、ポリアミドは、高温になるとともに軟化し始め、その後弾性を失うため、材料としては不適である。
【００８９】
比較実施例−温度プロフィール
ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃未満の樹脂はいずれも、こうした厳しいエンジン環境では崩壊するであろう。こうした樹脂としては、例えば、ほとんどのＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＡ、ＰＢＴ、ＰＣおよびＰＰＡ樹脂が挙げられる。従って、これらの樹脂の１つから成るポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【００９０】
比較実施例−構造特性
半結晶性樹脂は、温度上昇と共に弾性を失う。ＰＰ、ＰＥ、ＰＰＳ、ＰＡ、ＰＢＴ、ＰＰＡ樹脂を含むポンプ部品は、剛性と強度が低下して障害を起こすと考えられるため、こうしたポンプ部品は不適である。
【００９１】
比較実施例９
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約１４３℃であり得、溶融温度（Ｔｍ）は約３４０℃であり得る。従って、ＰＥＥＫからなるポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【００９２】
ＰＥＥＫの弾性率は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより低い。ＰＥＥＫ製のポンプ部品は、剛性と強度が低下して障害を起こすと考えられるため、こうしたポンプ部品は不適である。
【００９３】
また、ＰＥＥＫの熱膨張率（ＣＴＥ）は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより高い。ＰＥＥＫ製のポンプ部品の寸法変動は、ＰＥＩを含むポンプ部品より大きいため、充填剤も使用されていなければ、障害を起こすと考えられる。ＣＴＥ変動を低減するためには充填剤が必要となることによって、ポンプ部品の質量が増加し、そのために、該ポンプ部品はより不適になる。
【００９４】
比較実施例１０
ポリアミド（ＰＡ６６）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約５０℃であり得、溶融温度（Ｔｍ）は約２６０℃であり得る。従って、ＰＡ６６製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【００９５】
ＰＡ６６の弾性率は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより低い。ＰＡ６６製のポンプ部品は、剛性と強度が低下して障害を起こすと考えられるため、こうしたポンプ部品は不適である。
【００９６】
また、ＰＡ６６の熱膨張率（ＣＴＥ）は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより高い。ＰＡ６６製のポンプ部品の寸法変動は、ＰＥＩを含むポンプ部品より大きいため、充填剤も使用されていなければ、障害を起こすと考えられる。ＣＴＥ変動を低減するためには充填剤が必要となることによって、ポンプ部品の質量が増加し、そのために、該ポンプ部品はより不適になる。
【００９７】
比較実施例１１
ポリアミド（ＰＡ６）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約５０℃であり得、溶融温度（Ｔｍ）は約２２３℃であり得る。従って、ＰＡ６製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【００９８】
ＰＡ６の弾性率は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより低い。ＰＡ６製のポンプ部品は、剛性と強度が低下して障害を起こすと考えられるため、こうしたポンプ部品は不適である。
【００９９】
また、ＰＡ６の熱膨張率（ＣＴＥ）は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより高い。ＰＡ６製のポンプ部品の寸法変動は、ＰＥＩを含むポンプ部品より大きいため、充填剤も使用されていなければ、障害を起こすと考えられる。ＣＴＥ変動を低減するためには充填剤が必要となることによって、ポンプ部品の質量が増加し、そのために、該ポンプ部品はより不適になる。
【０１００】
比較実施例１２
半結晶性ポリフタルアミド（ＰＰＡ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約１３０℃であり得、溶融温度（Ｔｍ）は約３１０℃であり得る。従って、ＰＰＡ製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【０１０１】
ＰＰＡの弾性率は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより低い。ＰＰＡ製のポンプ部品は、剛性と強度が低下して障害を起こすと考えられるため、こうしたポンプ部品は不適である。
【０１０２】
また、ＰＰＡの熱膨張率（ＣＴＥ）は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより高い。ＰＰＡ製のポンプ部品の寸法変動は、ＰＥＩを含むポンプ部品より大きいため、充填剤も使用されていなければ、障害を起こすと考えられる。ＣＴＥ変動を低減するためには充填剤が必要となることによって、ポンプ部品の質量が増加し、そのために、該ポンプ部品はより不適になる。
【０１０３】
比較実施例１３
ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約５０℃であり得、溶融温度（Ｔｍ）は約２２０℃であり得る。従って、ＰＢＴ製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【０１０４】
ＰＢＴの弾性率は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより低い。ＰＢＴ製のポンプ部品は、剛性と強度が低下して障害を起こすと考えられるため、こうしたポンプ部品は不適である。
【０１０５】
また、ＰＢＴの熱膨張率（ＣＴＥ）は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより高い。ＰＢＴ製のポンプ部品の寸法変動は、ＰＥＩを含むポンプ部品より大きいため、充填剤も使用されていなければ、障害を起こすと考えられる。ＣＴＥ変動を低減するためには充填剤が必要となることによって、ポンプ部品の質量が増加し、そのために、該ポンプ部品はより不適になる。
【０１０６】
比較実施例１４
ポリプロピレン（ＰＰ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約ー１５℃であり得、溶融温度（Ｔｍ）は約１７６℃であり得る。従って、ＰＰ製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【０１０７】
ＰＰの弾性率は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより低い。ＰＰ製のポンプ部品は、剛性と強度が低下して障害を起こすと考えられるため、こうしたポンプ部品は不適である。
【０１０８】
また、ＰＰの熱膨張率（ＣＴＥ）は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより高い。ＰＰ製のポンプ部品の寸法変動は、ＰＥＩを含むポンプ部品より大きいため、充填剤も使用されていなければ、障害を起こすと考えられる。ＣＴＥ変動を低減するためには充填剤が必要となることによって、ポンプ部品の質量が増加し、そのために、該ポンプ部品はより不適になる。
【０１０９】
比較実施例１５
ポリエチレン（ＰＥ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約−１２０℃であり得、溶融温度（Ｔｍ）は約１３７℃であり得る。従って、ＰＥ製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【０１１０】
ＰＥの弾性率は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより低い。ＰＥ製のポンプ部品は、剛性と強度が低下して障害を起こすと考えられるため、こうしたポンプ部品は不適である。
【０１１１】
また、ＰＥの熱膨張率（ＣＴＥ）は、内燃エンジン内の動作温度範囲に亘ってＰＥＩのそれより高い。ＰＥ製のポンプ部品の寸法変動は、ＰＥＩを含むポンプ部品より大きいため、充填剤も使用されていなければ、障害を起こすと考えられる。ＣＴＥ変動を低減するためには充填剤が必要となることによって、ポンプ部品の質量が増加し、そのために、該ポンプ部品はより不適になる。
【０１１２】
比較実施例１６
ポリカーボネート（ＰＣ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約１４５℃であり得る。従って、ＰＣ製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【０１１３】
比較実施例１７
ポリスルホン（ＰＳＵ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約１８９℃であり得る。従って、ＰＳＵ製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用には適さないであろう。
【０１１４】
比較実施例１８
ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約２２５℃であり得る。従って、ＰＥＳ製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用に適し得るであろう。
【０１１５】
比較実施例１９
ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）のガラス転移温度（Ｔｇ）は約２２０℃であり得る。従って、ＰＰＳＵ製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用に適し得るであろう。
【０１１６】
比較実施例２０
ＰＰＥ／ＰＳブレンドのガラス転移温度（Ｔｇ）は約１００〜２００℃であり得る。従って、ＰＰＥ／ＰＳブレンド製のポンプ部品は、内燃エンジンでの使用に適し得るであろう。
【０１１７】
好適な実施形態を参照して本発明をかなり詳細に説明したが、他の変形も可能である。従って、添付の請求項の趣旨と範囲は、本明細書に含まれる実施形態の記載に限定されるべきではない。
【０１１８】
読者の注意は、本明細書と同時に提出され、本明細書と共に一般閲覧されているすべての論文および文献に向けられるが、こうした論文および文献すべての内容は、参照により本明細書に援用される。
【０１１９】
特に明記されない限り、この明細書（添付の請求項、要約および図面を含む）に開示された特長はすべて、同じ、均等または同様の目的に資する代替となる特長で置換されてもよい。従って、特に明記されない限り、開示されたそれぞれの特長は、包括的な一連の均等または同様な特長のほんの一例である。
【図１Ａ】
2015518934.tif 000019
【図１Ｂ】
2015518934.tif 000020
【図２Ａ】
2015518934.tif 000021
【図２Ｂ】
2015518934.tif 000022
【図２Ｃ】
2015518934.tif 000023
【図２Ｄ】
2015518934.tif 000024
【図３】
2015518934.tif 000025
【図４】
2015518934.tif 000026
【図９Ａ】
2015518934.tif 000027
【図９Ｂ】
2015518934.tif 000028
【図２Ｅ】
2015518934.tif 000029
【図２Ｆ】
2015518934.tif 000030
【図２Ｇ】
2015518934.tif 000031
【図２Ｈ】
2015518934.tif 000032
【図２Ｉ】
2015518934.tif 000033
【図２Ｊ】
2015518934.tif 000034
【図５】
2015518934.tif 000035
【図６】
2015518934.tif 000036
【図７】
2015518934.tif 000037
【図８】
2015518934.tif 000038
【図１０】
2015518934.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月10日(2015.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密度が０超〜３ｇ／ｃｍ３、
ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上、
１５０℃のエンジンオイルに７日間浸漬後の降伏強度保持率９０％超のポリマー部品を含むことを特徴とする容積型ポンプ。
【請求項２】
前記部品は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
それぞれがポリエーテルイミドを含む複数の追加の部品を備えることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記部品は、ポリエーテルイミドに炭素、金属、セラミック、ガラスまたはこれらの組み合わせが充填された充填ポリエーテルイミドを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記ポンプの騒音・振動・ハーシュネスは、請求項２に記載のポンプのポリエーテルイミドを含む前記部品に対応した第２の部品を備え、
前記第２の部品がポリエーテルイミドではなく金属を含む点を除いて、請求項２に記載の前記ポンプと同一である第２のポンプに比べて低いことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のポンプ。
【請求項６】
前記部品は、前記容積型ポンプの入口と出口を画定する筐体であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のポンプ。
【請求項７】
前記部品は、筐体によって画定される入口と出口間に動作可能に配置され、その間で液を移動させる、羽根、ギアおよびトロコイドから構成される群から選択された１つである移動部品を含むロータであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のポンプ。
【請求項８】
前記ポンプは、０〜３５ＭＰａの範囲の筐体内の内部ストレスレベルを最小化するように最適化されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のポンプ。
【請求項９】
入口と出口を画定する筐体と、
前記入口と出口間に動作可能に配置され、その間で液を移動させる手段を有するロータと、を備えた送液用の容積型ポンプの製造方法であって、
前記ポンプの少なくとも１つの部品をポリエーテルイミドで形成するステップを備える方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの部品は、ポリエーテルイミドの固形ブロックから機械加工されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの部品は、ポリエーテルイミドで射出成形されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
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