JP6492156B2 - 内接歯車ポンプ - Google Patents

Description

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、−（ＣＦ_２−ＣＦ_２）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（ＣＦ_２）_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

Claims (5)

1. 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、前記外歯が前記内歯に噛み合い、かつ、偏心する状態で回転自在に収容され、前記内歯と前記外歯との間に、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、
   前記インナロータに固定された駆動シャフトと、前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、該ケーシングの前記凹部を閉塞するカバーとを有し、
   前記カバーおよび前記ケーシングから選ばれる少なくとも一方の部材に、前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、
   前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、前記スラスト軸受部が前記ラジアル軸受部の内径側に位置し、
   該滑り軸受部は、前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おり、その表面に（１）凹または凸のディンプル、または、（２）前記駆動シャフトの貫通孔に連通していない潤滑溝、を有することを特徴とする内接歯車ポンプ。
2. 前記滑り軸受部を有する前記部材において、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請求項１記載の内接歯車ポンプ。
3. 前記スラスト軸受部の前記駆動シャフトのスラスト支持面に、該支持面の前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請求項１または請求項２記載の内接歯車ポンプ。
4. 前記熱可塑性樹脂組成物が、ポリエーテルエーテルケトン樹脂に、炭素繊維およびポリテトラフルオロエチレン樹脂を配合してなる組成物であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の内接歯車ポンプ。
5. 前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前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請求項１から請求項４のいずれか１項記載の内接歯車ポンプ。

Images