JP2014240614A - 容積式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングとローターとで異なる線膨張係数を有する材料を用いた場合において、温度の変化によるクリアランスが増大しても、ポンプ性能を維持することを課題とする。
【解決手段】インナーローター及びアウターローターからなるローター、並びにケーシングから構成される内接歯車式ポンプであって、ケーシングの線膨張係数は、ローターの線膨張係数より大きく、ケーシングの線膨張係数より大きな線膨張係数を有するクリアランス調整材を、前記のケーシングとローターとの間に配する。
【選択図】図２（ａ）

Description

本発明は、ベーン式ポンプ、スクロール式ポンプ、内接歯車式ポンプ等、オイルや水等の液体、空気等の気体を搬送するための容積式ポンプに関する。特に内接歯車式ポンプは、自動車のエンジンオイル、オートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）、パワーステアリングフルード等、オイルの搬送に用いられる。

内接歯車式の容積式ポンプとは、ケーシング内にローターが組み込まれ、インナーローター及びアウターローターとの間で生じる圧力によりオイルを搬送するポンプである。

このケーシングとローターとの間に隙間（クリアランス）があると、オイル漏れの原因となり、十分なオイル吐出量を得られなくなる。このため、ケーシングとローターとの間のクリアランスは、ゼロのときが、オイル漏れがなくなり、最も効率的となる。
しかし、ケーシングとローターとの間のクリアランスがゼロに近づくと、それらの間で焼き付きが生じるおそれがある。このため、実際に生産されている内接歯車式ポンプにおいては、それらの間に数μｍ〜数十μｍのクリアランスを設け、焼き付きの発生を防止している。

ところで、一般的な内接歯車式ポンプにおいては、ケーシングにはアルミニウム又はその合金、ローターには鉄製の粉末焼結体を用いている場合が多く、この場合、アルミニウム又はその合金と鉄との線膨張係数の差により、環境温度の変化で、ケーシングとローターとの間のクリアランスが大幅に増大してしまう問題がある。
すなわち、例えば自動車用途においては、極寒地での使用、一般的には−３０℃、厳しい条件下では−５０℃での使用を想定する必要がある。一方、エンジン等の機関がオーバーヒート状態となった高温状態においては、１５０℃くらいまでの温度上昇を考慮する必要がある。

この場合、ケーシングとローターとの間のクリアランスは、最低使用温度で設計する必要がある。すなわち、前記の自動車用途の場合においては、−５０℃を基準とし、２００℃の温度上昇を見込んで設計を行う必要がある。
この場合において、ケーシングがアルミニウム、ローターが鉄でできており、それらの厚みが１０ｍｍの場合、２００℃の温度上昇で、ケーシングとローターとの間のクリアランスは、８．９μｍ増加することとなる。さらに、温度が高い領域においては、オイルの粘度が加速度的に低くなるため、ポンプの性能の低下が顕著となってしまう。

この問題を解決するため、ローターをケーシングの材料であるアルミニウム又はその合金で製造することが特許文献１等で知られている。
ケーシングとローターとで同じ材料を用いると、両者間の線膨張係数が同じになるので、温度変化によるクリアランスの変動を抑止することができる。

特開平０５−０３９５０７号公報

しかしながら、ローターをアルミニウムやその合金で製造した場合、材料強度の観点から、使用用途が限定される場合がある。

そこで、本発明は、ケーシングとローターとで異なる線膨張係数を有する材料を用いた場合において、温度の変化によるクリアランスが増大しても、ポンプ性能を維持することを課題とする。

発明者らは、前記課題を解決するべく、鋭意検討を重ねた結果、ローター及びケーシングから構成される容積式ポンプであって、前記ケーシングの線膨張係数は、前記ローターの線膨張係数より大きく、前記ケーシングの線膨張係数より大きな線膨張係数を有するクリアランス調整材を、前記のケーシングとローターとの間に配した容積式ポンプを用いることにより、上記課題を解決したのである。

この発明によると、ケーシングの線膨張係数が、ローターの線膨張係数より大きい場合で、このケーシングとローターとの間に、ケーシングの線膨張係数より大きな線膨張係数を有するクリアランス調整材を配するので、温度上昇に伴うケーシングとローターとの間のクリアランスの増大をケーシング以上に膨張するクリアランス調整材によって相殺することができ、オイル漏れの増大を防止することが可能となり、ポンプ性能を維持することができる。

この発明にかかる容積式ポンプ（内接歯車式ポンプ）の例を示す斜視図である。 クリアランス調整材の配する例を示す、図１の容積式ポンプ（内接歯車式ポンプ）を組み立てたときの横断断面図である。 クリアランス調整材の配する他の例を示す、図１の容積式ポンプ（内接歯車式ポンプ）を組み立てたときの横断断面図である。 クリアランス調整材の配する他の例を示す、図１の容積式ポンプ（内接歯車式ポンプ）を組み立てたときの横断断面図である。 サイドクリアランス圧縮効果確認評価結果である。 リングオンディスク式摩耗評価の測定装置の例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本発明はこの形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、他の形態へ変更することができる。

この発明は、ローター及びケーシングから構成される容積式ポンプにかかる発明である。この容積式ポンプは、内燃機関において、エンジン内部等の各所にエンジンオイルを圧送するための容積式のポンプである。この容積式ポンプの例としては、図１に示すような、ケーシング内にインナーローター及びアウターローターからなるローターが組み込まれる内接歯車式の容積式ポンプをあげられる。以下、内接歯車式の容積式ポンプ（以下、単に「内接歯車式ポンプ」と称する場合がある。）を用いて説明する。

［内接歯車式ポンプの構成］
この内接歯車式ポンプ１は、図１に示すような、インナーローター２ａ、及びアウターローター２ｂからなるローター２、並びにポンプボティ３ａ及びポンプカバー３ｂからなるケーシング３から構成されるポンプである。この内接歯車式ポンプ１は、シャフト穴７に通されたシャフト（図示せず）でインナーローター２ａの回転を制御する。そして、吸入ポート５から吸入したオイルをインナーローター２ａ及びアウターローター２ｂの間に供給し、インナーローター２ａの回転によって、前記オイルがインナーローター２ａ及びアウターローター２ｂの間を移動し、そして、吐出ポート６から前記オイルを送り出すポンプである。

前記のケーシング３は、ローター２を構成する材料の線膨張係数より大きな線膨張係数を有する材料からなる。
このようなケーシング３を構成する材料としては、非鉄金属材料、具体的には、アルミニウムやアルミニウム合金等のアルミニウム系材料があげられる。また、前記ローター２を構成する材料としては、鉄系金属材料、例えば、鉄系金属の焼結材等があげられる。
ローター２として鉄系金属材料を用いるので、内接歯車式ポンプとして十分な強度を確保できる。また、ケーシング３を鉄系金属材料でなく、アルミニウム系材料等の非鉄金属材料を用いるので、内接歯車式ポンプの軽量化を図ることができる。

［クリアランス調整材］
前記のケーシング３とローター２との間のサイドクリアランスには、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるようにクリアランス調整材４が配される。このクリアランス調整材４は、前記ケーシング３の線膨張係数より大きな線膨張係数を有する材料が用いられる。このようなクリアランス調整材４を用いるので、内接歯車式ポンプの温度上昇に伴ってケーシング３とローター２との間のサイドクリアランスが増大しても、ケーシング３以上に膨張するクリアランス調整材４によって、その増大した分のサイドクリアランスを相殺することができる。

このクリアランス調整材４の線膨張係数は、前記のケーシング３とローター２との線膨張係数の差より５倍以上がよく、１０倍以上が好ましい。５倍より小さいと、温度上昇に伴う膨張量が十分でなく、この温度上昇に伴うケーシング３とローター２との間のクリアランス増大の相殺を十分に果たせなくなる場合がある。また、この上限は特に限定されないが、クリアランス調整材４で使用できる材料との関係から、２０倍程度あれば十分である。

このクリアランス調整材４は、前記の通り、その表面をケーシング３やローター２が相対的に回動するので、耐摩耗性があり、かつ、摩擦係数が少ないものが好ましい。この耐摩耗性については、圧力を加えながら円筒をサンプル上に置いて回転させ摩耗の程度を測定するスラスト摩耗試験（リングオンディスク式摩耗試験（ＪＩＳ Ｋ−７２１８準拠））が行われることも多い。特に、この試験方法において急激な摩耗が生じる圧力（Ｐ）と回転速度（Ｖ）の乗数（限界ＰＶ値）により耐摩耗性と動摩擦係数（μ）の評価が行われる場合が多くなっている。

自動車のエンジンオイル搬送用ポンプでは、クリアランス調整材にかかる圧力ではないが、オイルの搬送圧力として数ＭＰａ、ＡＴＦ用では５ＭＰａが求められ、回転数も８０００回転まで回転することを想定しなければならない。従って、具体的な限界ＰＶ値としては、１０ＭＰａ・ｍ／分以上必要で、１００ＭＰａ・ｍ／分以上が好ましく、１０００ＭＰａ・ｍ／分以上であるとさらに好ましい。
また、動摩擦係数（μ）は、０．２未満がよく、０．１以下が好ましい。０．２以上だと、ローターの駆動トルクが高くなり好ましくない。
さらに、限界ＰＶ値の上記範囲と動摩擦係数（μ）の上記範囲とは、同時に満たすことが好ましい。

前記クリアランス調整材４の材料としては、上記の線膨張係数の条件を満たせば特に限定されないが、取扱性の観点から、樹脂を用いることが好ましい。前記ケーシング３としてアルミニウム系材料を、前記ローター２として鉄系金属材料を用いる場合、アルミニウム系材料と鉄系金属材料との線膨張係数は約２倍の差があるが、樹脂の線膨張係数は、金属の線膨張係数に比べて一桁以上の大きいため、アルミニウム系材料と鉄系金属材料の線膨張係数の差分の相殺をするために有効な素材となる。

このような前記クリアランス調整材４を構成する樹脂の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ナイロン等のポリアミド樹脂、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）等のポリエーテル樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等のスーパーエンプラ、パーフルオロポリマー等のフッ素樹脂等があげられる。
前記クリアランス調整材４は、前記のとおり、ケーシング３とローター２の間に配される。ローター２は、ケーシング３に対して回動するので、クリアランス調整材４の表面を摺動することとなる。この場合、動摩擦係数が高いと固体潤滑域、混合潤滑域においてトルクが高くなる傾向があり、この発明にかかる内接歯車式ポンプを自動車に使用した場合、自動車の燃費低減効果が低くなるおそれが生じる。このため、クリアランス調整材４は、動摩擦係数の小さいものが好ましく、その観点から、上記の中でもパーフルオロポリマーが好ましい。なお、このパーフルオロポリマーは、動摩擦係数が小さいことに加え、機械的強度や耐薬品性に優れるという点をも有する。特に、パーフルオロポリマーが耐油性に優れていることは、この用途では好ましい。油中かつ高温での使用で、樹脂が膨潤するとクリアランス調整材としての機能を果たさないためである。

このパーフルオロポリマーとは、ポリマー中に水素を含まず、炭素とフッ素から構成されるポリマー、又は炭素とフッ素から構成され一部に酸素等を含むポリマーを意味する。このパーフルオロポリマーの具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、又はテトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等をあげることができる。これらは市販されている材料をそのまま単独あるいはブレンドして使用してもよく、また、共重合比率を変えたり変性して用いてもよいが、代表的には市販のパーフルオロポリマーの単独あるいはブレンド物が用いられる。

さらに、前記パーフルオロポリマーの耐摩耗性を向上させる観点で、架橋したり、フィラーを混入させてもよい。なお、架橋を行うと、パーフルオロポリマーの分子間結合を強化させて耐摩耗性を向上させることができる。

前記の架橋の方法としては、酸素不存在下、パーフルオロポリマーの結晶融点以上の温度条件下で、パーフルオロポリマーに電離性放射線を照射する方法があげられる。この照射は、通常、１ｋＧｙから１５００ｋＧｙ程度の線量で行われる。この架橋を行うと、耐摩耗性が向上し、前記した限界ＰＶ値としてより高い値ものを得ることができる。

前記のフィラーとしては、脱落したときに、内接歯車式ポンプ周辺の機器内の部品に悪影響を与えるのを防止する観点から、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等のエンジニアリングプラスチックが好ましい。これら材料は、パーフルオロポリマーより硬いため耐摩耗性を向上できるだけでなく、脱落した場合も、バルブ等の機器に悪影響も最小限に抑えられる。一方、ガラス粉末やアルミナ等の極めて硬いフィラーであれば、機器内の部品のみならず、ケーシング（通常アルミ）も削ってしまい好ましくない。更に、カーボンやグラファイト等のフィラーでは、油に膨潤してしまい、体積が大きくなり、クリアランス調整材としての機能を果たさない。
なお、エンジニアリングプラスチックとは、機械的強度や耐熱性に優れた樹脂で、主に高い性能の求められる工業用部品などに使われる樹脂をいう。
このフィラーの配合量は、パーフルオロポリマーとフィラーの全量に対し、２０重量％以上がよく、５０重量％以上が好ましい。２０重量％より少ないと、十分な耐摩耗性が得られない場合がある。また、配合量の上限は、９８重量％以下がよく、９０重量％以下が好ましい。９８重量％より多いと、動摩擦係数が高くなり、摺動性が低下する場合がある。

前記のクリアランス調整材４は、ケーシングとローターとの間に配され、内接歯車式ポンプのサイドクリアランスの調整に使用される。このクリアランス調整材４を配する方法としては、図２（ａ）に示すように、シート又はフィルムからなるクリアランス調整材４ａを前記のケーシング３とローター２との間に介在させる方法、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示すように、ケーシング３とローター２との少なくとも一方にコーティングしたコーティング膜をクリアランス調整材４ｂ、４ｃとする方法等があげられる。なお、コーティング膜としてのクリアランス調整材４ｂ、４ｃを用いる場合、図示していないが、ケーシングとローターとの両方にコーティング膜をクリアランス調整材としてコーティングしてもよい。

ところで、クリアランス調整材としてコーティング膜を採用する場合において、クリアランス調整材としてパーフルオロポリマーを用い、かつ、架橋を行う場合、前記した架橋処理は、ケーシング３とローター２との少なくとも一方にてパーフルオロポリマーをコーティングした後に、前記の条件下で電離性放射線を照射することが好ましい。このようにすることにより、クリアランス調整材の耐摩耗性が向上すると共に、クリアランス調整材としてのコーティング膜と、ケーシング３やローター２との密着性がより高まり、コーティング膜の剥離を防止することができる。

［クリアランス調整材としてのコーティング膜の形成方法］
次に、クリアランス調整材としてコーティング膜を採用する場合において、そのコーティング方法について、具体的に説明する。以下において、前記のパーフルオロポリマーからなる皮膜が形成されるケーシング３又はローター２の表面の少なくとも一方を「部材表面」と称する場合がある。

先ず、前記部材表面にパーフルオロポリマーを被覆して皮膜を形成する。この皮膜を施す方法としては、パーフルオロポリマーのフィルムを被せる方法、粉体塗装する方法、例えばパーフルオロポリマー粉末を静電塗装する方法やパーフルオロポリマー粉末をスプレーする方法、又、パーフルオロポリマーディスパージョン（パーフルオロポリマーの粉体を分散媒中に均一に分散した液体）を塗布して分散媒を乾燥して除去する方法等を挙げることができる。
中でも、パーフルオロポリマーディスパージョンを塗布する方法は、均一な厚みのパーフルオロポリマー皮膜を容易に形成できる点で好ましい方法である。溶剤に可溶なパーフルオロポリマーの場合は、パーフルオロポリマー溶液を塗布して溶剤を乾燥して除去する方法も採用できるが、ＰＴＦＥ等の溶剤に不溶な樹脂の場合は適用できない。

パーフルオロポリマーディスパージョンを塗布する方法による場合は、分散媒としては、水と乳化剤、水とアルコール、水とアセトン、または水とアルコールとアセトンの混合溶媒などを用いることができる。パーフルオロポリマーディスパージョンを塗布した後は、風乾あるいは熱風乾燥することにより分散媒を乾燥して除去する。分散媒の乾燥、除去によりパーフルオロポリマー粉末からなる膜が形成される。

前記の塗布等によりパーフルオロポリマーの塗布膜が形成された後、パーフルオロポリマーの融点以上に加熱する焼成が行われ、パーフルオロポリマー粉末間が融着し、パーフルオロポリマーからなる皮膜が形成される。焼成は、好ましくは３５０〜４００℃の温度範囲で行われる。乾燥工程を特に設けず、焼成の工程で分散媒の除去を行うことも可能である。

続いて、このようにして形成されたパーフルオロポリマー皮膜の表面に、電離性放射線を照射してパーフルオロポリマー皮膜の架橋が行われる。パーフルオロポリマーと部材表面の材料の組合せとして適当なものを選定すると、この架橋の際に、パーフルオロポリマー皮膜と部材表面の密着性も向上する。

架橋を施す際には、無酸素雰囲気下、具体的には酸素濃度１０００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ、更に好ましくは１０ｐｐｍ以下の雰囲気に置き、パーフルオロポリマーの結晶融点〜４００℃程度の温度範囲、好ましくは結晶融点より０〜３０℃高い温度範囲に保ちながら、パーフルオロポリマー膜の表面に電離性放射線を照射する。照射線量の範囲は、通常１ｋＧｙ〜１５００ｋＧｙ、好ましくは１００ｋＧｙ〜１０００ｋＧｙである。

このとき前記の焼成と電離性放射線照射を同時に実施してもよい。雰囲気の温度が低すぎるとパーフルオロポリマーの架橋反応は起こりにくく、雰囲気温度が高すぎる場合、特に４００℃を越えるとパーフルオロポリマーの熱分解が促進されて材料特性が低下するため好ましくない。また、照射線量が１ｋＧｙ未満であると架橋反応が不十分で特性の向上が期待できず、１５００ｋＧｙを越えるとパーフルオロポリマーの分解が生じやすくなり好ましくない。

パーフルオロポリマーの架橋に用いられる電離性放射線としては、電子線、高エネルギーイオン線等の荷電粒子線、ガンマ線、Ｘ線等の高エネルギー電磁波、中性子線等が挙げられるが、電子線発生装置は比較的安価で又大出力の電子線が得られるとともに架橋度の制御が容易であるので、電子線が好ましく用いられる。

本発明の内接歯車式ポンプは、内接歯車式ポンプの温度上昇に伴って生じるサイドクリアランス増大に対し、その増大した分のクリアランスを相殺することができるので、吐出漏れ量を抑制することができ、内接歯車式ポンプの吐出量を理論吐出量に近づけることができる。

以下に、この発明について実施例を用いて説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、他の形態へ変更することができる。
まず、評価方法について説明する。
＜評価方法＞

［サイドクリアランス効果確認評価］
各実施例又は比較例で得られたインナーローター及びアウターローターと、ケーシング（アルミニウム製、線膨張係数：２．０９×１０^−５）を用いて、図１に示す内接歯車式ポンプを作成した（ローター２体格：φ８０×１０Ｌ、理論吐出量：１１ｃｍ^３／ｒｅｖ）。次いで、サイドクリアランスのクリアランスを所定の大きさ（２０μｍ、４０μｍ、０μｍ、３０μｍ）とし、その他のクリアランスはチップクリアランス０．１１ｍｍ ボディクリアランス０．１４ｍｍに固定して評価を実施した。
この内接歯車式ポンプを用いて、油種ＡＴＦ（ＪＷＳ−３３２４）、油温１２０℃、吐出圧１．０ＭＰａ、回転数５００〜７０００ｒｐｍでポンプを回転させ、下記の基準で全効率を測定した。
全効率：容積効率×機械効率×１００（％）

［耐久評価試験］
上記のサイドクリアランス効果確認評価において用いた内接歯車式ポンプについて、油種ＡＴＦ（ＪＷＳ−３３２４）、油温１２０℃、吐出圧１．４ＭＰａ、回転数５０００ｒｐｍ、時間８時間でポンプを回転させ、耐久試験を行った。

［耐摩耗性及び動摩擦係数（μ）の測定］
スラスト摩耗試験（リングオンディスク式摩耗評価、ＪＩＳ Ｋ−７２１８準拠）により、フッ素樹脂コーティングの耐摩耗性を評価した。具体的には、図４に示すように、試験サンプル上に円筒（相手材）を載せ、所定の加重（面圧：Ｐ）を加えた状態で、試験サンプルを回転数が１８００ｒｐｍとなる速度（回転速度：Ｖ）で１０分間回転させ、試験サンプルの摩耗状態を測定する。相手材として、外径／内径＝１１．６／７．４のＳ４５Ｃ円筒を用い、ドライ（グリースレス）の潤滑条件で摩耗を測定すると共に、加重（面圧（Ｐ））を上げていき、限界ＰＶ値（急激な摩耗が発生し、サンプルが破壊する直前の値であるＰ・Ｖ値）を求めた。また、動摩擦係数は、相手材に生じる反動トルクにより算出した。
そして、耐摩耗性は、下記の基準で評価した。
・×…１０ＭＰａ・ｍ／分未満
・△…１０〜１００ＭＰａ・ｍ／分
・○…１００〜１０００ＭＰａ・ｍ／分
・◎…１０００ＭＰａ・ｍ／分以上

そして、動摩擦係数は、下記の基準で評価した。
・×…０．２以上
・○…０．２〜０．１
・◎…０．１以下

（実施例１〜２）
厚さ１０ｍｍの鉄系焼結材料（２．０％Ｃｕ−０．８％Ｃ−Ｆｅ、線膨張係数：１．２×１０^−５）からなるインナーローター及びアウターローターの側面に、フッ素ディスパージョン（ダイキン（株）製：ＥＫ−３７００、樹脂名：ＰＴＦＥ、線膨張係数：１．２×１０^−４）を塗布し乾燥後、３８０℃×１０分で窒素雰囲気化にて焼成して、厚さ２０μｍのフッ素樹脂膜がコートされたインナーローター及びアウターローターを得た。その後、窒素雰囲気下（酸素濃度：５ＰＰＭ）、３３０℃に加温し、日新電気（株）製照射装置（サガトロン：加速電圧 １．１３ＭｅＶ）で３００ｋＧｙの照射を行った。
このようにしてインナーローター及びアウターローターの側面に架橋したコーティング膜を形成し、これを用いて、サイドクリアランス効果確認評価を行った。その結果を図３に示す。
なお、サイドクリアランス効果確認評価を行う際のサイドクリアランスの最小値は、実施例１で２０μｍ、実施例２で４０μｍとした。

（比較例１〜２）
コーティングを施さず、サイドクリアランスを０μｍ（比較例１）、３０μｍ（比較例２）としたインナーローター及びアウターローターを用意した。
サイドクリアランス圧縮効果確認評価の結果を図３に示す。なお、比較例１においては、初期回転トルクが大きすぎたため、試験を行うことが不可能であった。

試験結果から、実施例１及び２は、比較例２に比べて全効率が高く、クリアランス調整材によるクリアランスの調整効果が表れていることが明らかとなった。

（考察−クリアランスの理論計算）
上記の通り、実施例１〜２、比較例１〜２から、クリアランス調整材によるクリアランスの調整効果が確認された。
これについて、理論的に検討を行う。
実施例１と同様の内接歯車式ポンプ（厚さ１０ｍｍの鉄系焼結材料（２．０％Ｃｕ−０．８％Ｃ−Ｆｅ）からなるインナーローター及びアウターローター、アルミニウム製ケーシング）で、最低使用温度−５０℃、最高使用温度１５０℃（温度差２００℃）とした場合、線膨張係数を用いて計算すると、下記表１に示すように、クリアランス調整材（ＰＴＦＥ）を配さない条件では、８．９μｍのサイドクリアランスを生じる。
そして、それにクリアランス調整材（ＰＴＦＥ）をコーティング、若しくはクリアランス調整材（ＰＴＦＥ）のシートを挿入した場合、その厚みと温度変化におけるサイドクリアランスの増加分との関係は、下記表２に示すとおりとなる。

以上から、クリアランス調整材（ＰＴＦＥ）の厚みを３７１μｍとしたとき、温度変化におけるサイドクリアランスの増加を理論上ゼロとできる。また、それ以下の厚みであっても、温度上昇によるクリアランス増加を低減できることがわかる。

実施例１、２、比較例２について検討する。次の２点が解る。
クリアランス調整材ありの、実施例１（サイドクリアランス２０μｍ）と実施例２（４０μｍ）を比較すると、サイドクリアランスの小さい実施例１の方が、格段に全効率が向上し、クリアランスがポンプの効率を左右することが解る。
次に、比較例２（クリアランス調整材なし、サイドクリアランス３０μｍ）、実施例２（クリアランス調整材あり、サイドクリアランス４０μｍ）を比較すると、実施例２は、サイドクリアランスが大きくなったにも関わらず全効率が向上している。特に、３０００回転以下の低回転域（＝個体潤滑域）で顕著であり、これは、クリアランス調整材（ＰＴＦＥ）の動摩擦係数が低いことが原因と推察できる。

［耐摩耗性試験］
（実施例３〜１１、比較例３〜４）
実施例１〜２、比較例２により、クリアランス調整材によって、ポンプ吐出量の全効率が向上することが確認された。
この場合、クリアランス調整材が摩耗されると、厚みが減ずるので、この効果は十分に発揮し得ないこととなる。このため、クリアランス調整材の耐摩耗性は、この効果を発揮するか否かを判断するのに重要なファクターであると考えられる。また、クリアランス調整材の動摩擦係数もポンプ吐出量の全効率に大きな影響を与える。
そこで、各種の材質からなるクリアランス調整材について、前記の耐摩耗性測定方法にしたがって、耐摩耗性と動摩擦係数の試験を行った。その結果を表３に示す。
まず、実験例１は、実施例１で用いたＰＴＦＥを実施例１に記載の方法で塗布して、架橋処理を行わなかったコーティング板（４０ｍｍ角、２ｍｍｔ）を作製した。次に、実験例２〜５は、下記に示す材料を入手した（４０ｍｍ角、２ｍｍｔ）。さらに、実験例６〜１０は、実施例１で用いたＰＴＦＥに表３に示すフィラーを表３に示す量を混入させ、次いで、実施例１に記載の方法で塗布して、架橋処理を行わなかったコーティング板（４０ｍｍ角、２ｍｍｔ）を作製した。そして、実験例１１は実施例１のコーティング板（４０ｍｍ角、２ｍｍｔ）を用いた。
・ＰＯＭ…ジュラコン、線膨張係数：０．８×１０^−４／℃、化学名：ポリオキシメチレン、
・ＵＨＤＰＥ…線膨張係数：１．５×１０^−４／℃、化学名：超高分子量ポリエチレン、
・ＰＰＳ…線膨張係数：０．４×１０^−４／℃、化学名：ポリフェニレンサルファイド
・ＰＥＥＫ…線膨張係数：０．４×１０^−４／℃、化学名：ポリエーテルエーテルケトン
・ＰＥＳ…線膨張係数：０．５×１０^−４／℃、化学名：ポリエーテルサルホン
・ＰＡＩ…線膨張係数：０．３×１０^−４／℃、化学名：ポリアミドイミド
なお、表３中の実験例２〜５，７〜１１は実施例３〜１１に、実験例１，６は比較例３，４に相当する。

［結果］
・ＰＴＦＥの動摩擦係数は極めて低く、内接歯車式ポンプに適応した場合、トルク低減等の効果が期待できるが、耐摩耗性（限界ＰＶ値）が低く、適応することが困難なことが明らかとなった。
・一般的な摺動材料（ＰＯＭ、ＵＨＤＰＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ）の耐摩耗性は、ＰＴＦＥに比べ良いが、動摩擦係数が十分でないことが明らかとなった。
・エンジニアリングプラスチック（ＰＥＥＫ、ＰＡＩ、ＰＥＳ）にＰＴＦＥを加えると動摩擦係数が大幅に下がり、その結果、限界ＰＶ値も大幅にＵＰすることが明らかとなった。限界ＰＶ値は、動摩擦係数が下がると削れにくくなり、大きくＵＰするからである。
・架橋したＰＴＦＥは、ＰＴＦＥピュア材料で、フィラー脱落の悪影響がない、相手材を傷つけないと特徴を有するが、これに加え、限界ＰＶ値、動摩擦係数ともに最も優れていることが明らかとなった。

［耐久評価試験］
（実施例１２、比較例５）
実施例１及び比較例１において、前記の耐久評価試験を行った。その結果を表４に示す。
なお、実施例１では、サイドクリアランスは２０μｍ、クリアランス調整材の厚みは２０μｍであり、実質上のサイドクリアランス量は０μｍであった。また、比較例１は、クリアランス調整材を用いず、サイドクリアランス量は０μｍであった。
なお、表４中の実験例１２は比較例５に、実験例１３は実施例１２に相当する。
また、条件は、油温：１２０℃、吐出圧：１．４ＭＰａ、回転数：５０００ｒｐｍ、時間：８時間とした。

以上から、クリアランス調整材を用いることにより、内接歯車式ポンプとして耐久性を十分に有することが明らかとなった。

１ 内接歯車式ポンプ
２ ローター
２ａ インナーローター
２ｂ アウターローター
３ ケーシング
３ａ ポンプボディ
３ｂ ポンプカバー
４ クリアランス調整材
４ａ クリアランス調整材（シート又はフィルム）
４ｂ クリアランス調整材（コーティング膜）
５ 吸入ポート
６ 吐出ポート
７ シャフト穴

Claims (10)

1. ローター及びケーシングから構成される容積式ポンプであって、
   前記ケーシングの線膨張係数は、前記ローターの線膨張係数より大きく、
   前記ケーシングの線膨張係数より大きな線膨張係数を有するクリアランス調整材を、前記のケーシングとローターとの間に配した容積式ポンプ。
2. 前記クリアランス調整材の線膨張係数は、前記のケーシングとローターとの線膨張係数の差より５倍以上２０倍以下の大きさを有し、
   前記クリアランス調整材は、前記のケーシングとローターとの少なくとも一方にコーティングされたコーティング膜、又は、前記のケーシングとローターとの間に介在させたシート又はフィルムである請求項１に記載の容積式ポンプ。
3. 前記ケーシングはアルミニウム系材料、前記ローターは鉄系金属材料からなり、前記クリアランス調整材は、樹脂からなる請求項１又は２に記載の容積式ポンプ。
4. 前記ポンプは、ローターとしてインナーローター及びアウターローターを用いる内接歯車式ポンプである請求項１〜３のいずれか１項に記載の容積式ポンプ。
5. 前記クリアランス調整材の限界ＰＶ値は、１０ＭＰａ・ｍ／分以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の容積式ポンプ。
6. 前記クリアランス調整材の動摩擦係数は、０．２以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の容積式ポンプ。
7. 前記樹脂は、パーフルオロポリマーである請求項３〜６のいずれか１項に記載の容積式ポンプ。
8. 前記パーフルオロポリマーは、架橋されたものである請求項７に記載の容積式ポンプ。
9. 前記パーフルオロポリマーに、エンジニアリングプラスチックを配合することを特徴とする請求項７又は８に記載の容積式ポンプ。
10. 前記エンジニアリングプラスチックは、ポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする請求項９に記載の容積式ポンプ。

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