JP4788305B2

JP4788305B2 - 燃料ポンプ用部品

Info

Publication number: JP4788305B2
Application number: JP2005330039A
Authority: JP
Inventors: 広清中瀬; 繁明永野
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-11-15
Also published as: JP2007138735A

Description

本発明は、液体燃料を吸入して外部へ吐出するようにしたタイプの燃料ポンプに用いられる燃料ポンプ用部品に関する、特に、燃料膨潤しにくく、後述するタービン式液体燃料ポンプに用いて好適な合成樹脂製の燃料ポンプ用部品に関するものである。

上記のようなポンプの代表的な方式としては、タービン式ポンプが挙げられる。タービン式ポンプは、車載用の燃料ポンプとして主流になっているインタンク方式、即ち、燃料タンク内に配置され、該タンク内の液体燃料を吸入して外部へ吐出する方式に用いられており、ケーシング内に、モーターによって回転されるインペラー（羽根車）が内蔵されている。また、タービン式液体燃料ポンプは、ポンプ部、モーター部、リリーフバルブ、チェックバルブ等で構成されている。ポンプ部はインペラー、ポンプケーシング及びポンプカバーで構成されており、モーターの回転とともにインペラーが回転し、燃料をポンプ部からモーター部へと圧送し、チェックバルブを経て吐出口より吐出するしくみである。合成樹脂製の燃料ポンプ用部品において、用いる合成樹脂としては、強度、弾性率が高く、成形後の温度変化に対する寸法安定性に優れ、しかも耐熱性、耐薬品性が良好であることから、液晶ポリマーを用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ところで、燃料ポンプ用部品であるインペラーの表裏面は、小型化や燃料の安定供給のためにも、ケーシングの内壁との間隔を狭く且つ均一に保つ必要があり、厳しい平面精度が要求されている。ところが、インペラーの材質によっては、初期の平面精度は良好であっても、燃料に曝される時間の経過とともに燃料により膨潤し、平面精度が低下して、その結果、インペラーの回転が不良となって燃料ポンプとして十分に機能しなくなる場合があった。前記の技術では、透過係数が高く、且つ、ほぼ球形（アスペクト比が１．５以下）の充填材を組成物中に含有しているので、成形物の円筒度や表面平滑性は改善されるものの、燃料膨潤については不充分であった。また、燃料ポンプ用部品であるポンプケーシングやポンプカバーは、主として金属が用いられているが、材質として樹脂も用いる場合には、燃料膨潤の極めて小さい材料が求められている。

特開平８−５９９６５号公報

本発明の課題は、このような問題点を解決するためのものであって、その課題は、燃料による膨潤が極めて小さい燃料ポンプ用部品を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意検討の結果、下記の知見から、燃料ポンプ用部品の材料として液晶性樹脂を用いることが極めて有効であることを見出した。

（１）透過係数を下記のように一定レベル以下にすることで、燃料による膨潤を大幅に低減できる。

（２）この際、好ましくは、球形ではなく、板状の無機フィラーを充填することが、燃料による膨潤を減少させることが出来る。

即ち、本発明は、液晶性樹脂組成物を用いて成る燃料ポンプ用部品であって、該組成物の４０℃における燃料：ＣＥ−１０（ＦｕｅｌＣ／エタノール＝９０／１０、ＦｕｅｌＣはトルエン／イソオクタン＝５０／５０）のＪＩＳＫ７２１６Ａ法に準じた透過係数が１．０×１０^−１４ｇ・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・ｃｍＨｇ以下であり、該組成物のＡＳＴＭＤ６３８に従って測定した１．８２ＭＰａ応力での熱変形温度が２００℃以上であり、かつ該組成物が液晶性樹脂１００重量部に対して５〜１５０重量部のアスペクト比（長径と厚みの比）が５以上の実質的に板状の無機フィラーを含有することを特徴とする燃料ポンプ用部品を提供する。

本発明によれば、燃料による膨潤が極めて小さい燃料ポンプ用部品を提供することができ、長期にわたり安定的に機能する燃料ポンプの提供が可能となる。

本発明の燃料ポンプ用インペラー等の燃料ポンプ用部品は、液晶性樹脂を用いて成ることを特徴とする。

本発明に使用する液晶性樹脂は、特に限定するものではないが、サーモトロピック液晶樹脂が好ましい。サーモトロピック液晶樹脂とは、溶融時に異方性を形成しうる樹脂であり、例えば液晶ポリエステル、液晶ポリエステルアミド、液晶ポリエステルカーボネート、液晶ポリエステルエラストマーなどが挙げられ、中でも液晶ポリエステル樹脂が好ましく用いられる。

以下、本発明に使用する液晶ポリエステル樹脂について説明する。

液晶ポリエステル樹脂は、４００℃以下の温度で異方性溶融相を形成する樹脂であり、具体的には、例えば（１）芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールと芳香族ヒドロキシカルボン酸とを反応させて得られるもの、（２）異種の芳香族ヒドロキシカルボン酸を反応させて得られるもの、（３）芳香族ジカルボン酸と核置換芳香族ジオールを反応させて得られるもの、（４）ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルに芳香族ヒドロキシカルボン酸を反応させて得られるもの等が挙げられる。また上記の芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオール、及び芳香族ヒドロキシカルボン酸の代わりに、それらのエステル形成性誘導体を使用してもよい。

本発明に使用する液晶ポリエステル樹脂の繰り返しポリエステル構造単位としては、下記の芳香族ジカルボン酸に由来する繰り返し構造単位、芳香族ジオールに由来する繰り返し構造単位、芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する繰り返し構造単位などを例示することができるが、これらに限定されるものではない。

芳香族ジカルボン酸に由来する繰り返しポリエステル構造単位としては、例えば、下記構造式（ａ１）〜（ａ６）で表される構造が挙げられる。（下記構造式中のＸ１はハロゲン原子、アルキル基又はアリール基を表す）

また、芳香族ジオールに由来する繰り返しポリエステル構造単位としては、例えば、下記構造式（ｂ１）〜（ｂ１０）で表される構造が挙げられる。（下記構造式中のＸ２、Ｘ３はそれぞれ独立にハロゲン原子、アルキル基又はアリール基を表す。）

更に、芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する繰り返し構造単位としては、例えば、下記構造式（ｃ１）〜（ｃ５）で表される構造が挙げられる。（下記構造式中、Ｘ４：ハロゲン原子、アルキル基又はアリール基を表す）

本発明に使用するサーモトロピック液晶樹脂（Ａ）は、耐熱性、機械的特性、加工性等のバランスから、下記構造式［１］で表される繰り返しポリエステル構造単位を含む液晶ポリエステル樹脂が好ましい。

特に、本発明に使用する液晶性樹脂としては、ＡＳＴＭＤ６４８に従って測定した１．８２ＭＰａの応力による熱変形温度が２００℃以上であることが好ましい。かかる熱変形温度が２００℃以上である場合に、分子の配向性が大きくなり、一層、燃料による膨潤が小さくなる。前記熱変形温度は、２５０℃以上であると更に好ましく、３００℃であることが、とくに好ましい。

本発明に使用する液晶性樹脂には、さらに無機フィラーを配合することが好ましい。無機フィラーは、強化材及び／又は充填材として働く。この強化材や充填材を使用する場合は、液晶性樹脂の合計１００重量部に対して、それぞれ独立に、通常０．１〜４００重量部の範囲で配合することが、強度、剛性、耐熱性、及び寸法安定性を更に向上させることから好ましく、更に、３０〜２００重量部であることがとくに好ましい。

該強化材としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、ガラスミルドファイバー、ボロン繊維、チタン酸カリウムや酸化亜鉛などのウィスカー類、アルミナ繊維、アスベスト、炭化ケイ素、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維、石こう繊維が挙げられる。また、後述する充填材もこの用途に使用することが出来る。

前記充填材としては、マイカ、タルク、ワラステナイト、セリサイト、カオリン、クレー、ベントナイト、モンモリロナイト、アスベスト、アルミナシリケート、ゼオライト、パイロフィライトなどの珪酸塩や炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、アルミナ、酸化マグネシウム、シリカ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄などの金属酸化物、ガラスビーズ、セラミックビーズ、窒化ホウ素、炭化珪素、リン酸カルシウムなどが挙げられる。また、前記強化材をこれらの用途に使用することが出来る。

これらは単独でも２種類以上併用してもよい。またこれらの強化材、充填剤はシラン系やチタン系等のカップリング剤で処理したものでもよい。

これらの充填材としては、遠回り効果により板状フィラーがバリヤ性を向上させる効果があることから、板状であることが、好ましく、更に、これらの充填材のアスペクト比（長径と厚みの比）としては、低い燃料膨潤性を発現する点から、２以上がましく、特に、５以上が好ましい。これらの中でも、タルク、カオリン、マイカ、ガラスフレーク等が、液晶性樹脂、特に、液晶ポリエステル樹脂との相性の点で好ましい。また、層状珪酸塩類（モンモリロナイト等）では、有機変性して層間を広げたものを使用してもよい。

また、本発明に使用する液晶性樹脂には、本発明の目的を逸脱しない範囲で少量の離型剤、着色剤、耐熱安定剤、紫外線安定剤、発泡剤、難燃剤、難燃助剤、防錆剤等の従来公知の添加剤を含有せしめることができる。

また本発明の燃料ポンプ用部品の著しく低い燃料膨潤性を損なわない範囲で、耐候性、耐酸化劣化性、帯電防止性を改善するため、各種紫外線吸収剤、酸化防止剤および帯電防止剤を添加することができる。特に、劣化燃料を想定した燃料ポンプに用いられる燃料ポンプ用部品には、酸化防止剤を添加することが好ましい。

本発明の燃料ポンプ用部品は、種々の成形方法で成形することにより得ることができる。種々の成形方法としては、射出成形、押出成形、射出圧縮成形、圧縮成形、吹込成形等挙げられ、これらのうち射出成形が好ましい。

本発明の燃料ポンプ用部品は、成形後に切削等により形状の調整を実施して作製しても良い。

本発明の燃料ポンプ用部品は、タービン式液体燃料ポンプに好適に適用される。特に限定されるものではないが、好ましく適用される燃料ポンプ部品としては、インペラー、ポンプケーシング、ポンプカバーが挙げられる。特に好ましくはインペラーである。液晶性樹脂に特有の、溶融時の液晶性に起因した結晶構造が燃料のバリヤ性を発現するとともに、材質自体の剛直性を発現し寸法安定性にも優れた燃料ポンプ用部品を提供できるものと推察される。

以下に、実施例及び比較例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、特に断りがない限り「部」、「％」は「重量部」、「重量％」を表す。

後記実施例及び比較例における測定方法は、以下のとおりである。

融点（以下Ｔｍという。）は、参考例、実施例または比較例で得られた液晶性樹脂（以下ＬＣＰという）組成物を試験片とし、示差走査熱量計（パーキンエルマー社製ＤＳＣ７）を用いてＪＩＳＫ７１２１に従って測定した。

荷重たわみ温度（以下ＨＤＴという。）は、実施例または比較例で得られたＬＣＰ組成物を射出成形することにより、厚み３．１ｍｍ、幅１２．６ｍｍ、長さ１２６ｍｍの試験片を作製し、ＡＳＴＭＤ６４８に従って、応力１．８２ＭＰａで測定した。

燃料透過係数は、実施例または比較例で得られたＬＣＰ組成物を厚み０．６ｍｍの試験片を射出成形することにより作製し、ＪＩＳＫ７２１６Ａ法に準じ、ジーティーアールテック株式会社製の差圧式ガス透過試験機（ＧＴＲ−３０ＶＡＤ）を用いて、４０℃におけるＦｕｅｌＣ／エタノール＝９０／１０の透過係数を測定した。ＦｕｅｌＣはトルエン／イソオクタン＝５０／５０の混合溶液である。透過した燃料の検出は、差圧式ガス透過試験機に連結したガスクロマトグラフを用いた。

燃料膨潤度は、実施例または比較例で得られたＬＣＰ組成物を射出成形することにより、厚さ１．０ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍのウエルド部を有する試験片を成形し、オートクレーブ中で該成形品をＦｕｅｌＣ／メタノール＝８０／２０に浸漬し、密栓して８０℃で５００時間加熱した。浸漬前の重量と浸漬後の重量を測定し、〔（浸漬後重量―浸漬前重量）／浸漬前重量〕を百分率で燃料膨潤度とした。

実施例１〜３及び比較例１〜２
表１に示すような配合比で、３５ｍｍφの２軸押出機にて３００〜３７０℃で溶融混練し、ペレット化した。該ペレットを用い、Ｔｍ、ＨＤＴ、燃料透過係数を確認し、燃料膨潤度の評価を行った。結果を表１−１、１−２に示す。

尚、燃料膨潤度の判断基準は次のとおり。

◎（燃料ポンプ部品に非常に適する）：０．２％未満
○（燃料ポンプ部品に適する）：０．５％未満
×（燃料ポンプ部品に適さない）：０．５％以上

表中の（註１）は、強化材及び／又は充填材であり、燃料透過係数（註２）の単位は、ｇ・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・ｃｍＨｇである。表１−１、１−２中の各成分は次のとおりである。

ＬＣＰ−１は脱酢酸重合によって得られた４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／２，６−ナフタレンジカルボン酸４３．３ｇ／４，４’−ビフェニルジカルボン酸／ハイドロキノン／４，４’−ジヒドロキシビフェニル＝６９．２／１０．８／３．１／１．５／７．７／７．７（モル比）の共重合体である。

ＬＣＰ−２は脱酢酸重合によって得られた４−ヒドロキシ安息香酸／テレフタル酸／イソフタル酸／２，６−ナフタレンジカルボン酸４３．３ｇ／ハイドロキノン＝６９．２／５．４／５．４／４．６／１５．４（モル比）の共重合体である。

ＬＣＰ−３は脱酢酸重合によって得られた４−ヒドロキシ安息香酸／２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸／イソフタル酸／ハイドロキノン＝６０／２０／１０／１０（モル比）の共重合体である。

ＰＰＳは架橋型ＰＰＳ（大日本インキ化学工業製、Ｔ−３Ｇ）、ＧＦは表面処理を施している１０μｍ径のガラス繊維（以下ＧＦと略称。）、タルクは一次粒子系の平均アスペクト比が８の圧縮タルク、球状シリカは平均粒子系０．５μｍの球状シリカ（一次粒子系の平均アスペクト比が１．１）である。

Claims

液晶性樹脂組成物を用いて成る燃料ポンプ用部品であって、該組成物の４０℃における燃料：ＣＥ−１０（ＦｕｅｌＣ／エタノール＝９０／１０、ＦｕｅｌＣはトルエン／イソオクタン＝５０／５０）のＪＩＳＫ７２１６Ａ法に準じた透過係数が１．０×１０^−１４ｇ・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・ｃｍＨｇ以下であり、該組成物のＡＳＴＭＤ６３８に従って測定した１．８２ＭＰａ応力での熱変形温度が２００℃以上であり、かつ該組成物が液晶性樹脂１００重量部に対して５〜１５０重量部のアスペクト比（長径と厚みの比）が５以上の実質的に板状の無機フィラーを含有することを特徴とする燃料ポンプ用部品。
液晶性樹脂組成物の融点が３００℃以上である請求項１に記載の燃料ポンプ用部品。
板状の無機フィラーがタルクであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料ポンプ用部品。
インペラー用である請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料ポンプ用部品。
ポンプケーシング用である請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料ポンプ用部品。
ポンプカバー用である請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料ポンプ用部品。
燃料ポンプ用部品に用いる液晶性樹脂組成物であって、該組成物の４０℃における燃料：ＣＥ−１０（ＦｕｅｌＣ／エタノール＝９０／１０、ＦｕｅｌＣはトルエン／イソオクタン＝５０／５０）のＪＩＳＫ７２１６Ａ法に準じた透過係数が１．０×１０ ^−１４ｇ・ｃｍ／ｃｍ ^２・ｓ・ｃｍＨｇ以下であり、該組成物のＡＳＴＭＤ６３８に従って測定した１．８２ＭＰａ応力での熱変形温度が２００℃以上であり、かつ該組成物が液晶性樹脂１００重量部に対して５〜１５０重量部のアスペクト比（長径と厚みの比）が５以上の実質的に板状の無機フィラーを含有することを特徴とする燃料ポンプ用部品用液晶性樹脂組成物。