JP2015518934A - ポリエーテルイミドポンプ - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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