(57)【要約】【課題】吸入容積を確保しながら、シリンダを軸方向に縮小したベーンロータリ型空気ポンプの提供を目的とすること。【解決手段】シリンダ３内壁の一部にロータ４と同心円の曲面内壁を有し、この曲面内壁の両端と、シリンダ３とロータ４の間の最小隙間部とを楕円形状などの非真円形曲面で結んで構成したシリンダ曲面内壁を設けることで、吸入容積を確保しながら、シリンダ３を軸方向に縮小することができ、ポンプの小型化を図ることができる。【選択図】図２
2006291800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面内壁を有するシリンダ内に、円柱形状のロータを配置し、前記ロータにはその中心軸方向に複数のスリットを設け、これらのスリットには自己潤滑性を有するカーボン材質よりなる板状のベーンを摺動可能な状態で嵌合させ、吸入ポートを備えたフロントプレートとエンドプレートを前記ロータと前記ベーンを挟み込むように前記シリンダの両端面に配置してポンプ空間を形成し、前記ロータの中心軸にはメカシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、前記エンドプレートの反メカ側にはモータを配置し、このモータが前記メカシャフトを駆動することにより、前記ロータが回転し、前記ベーンが前記スリット内を往復運動しつつ、そのベーン先端が前記シリンダの内壁に沿って摺動することで、前記ポンプ空間が伸縮作用を生じ、空気の吸入・圧縮・吐出を繰り返すオイルレス空気ポンプであって、前記シリンダ内壁の一部に前記ロータと同心円の曲面内壁を有し、この曲面内壁の両端と、前記シリンダと前記ロータの間の最小隙間部とを非真円形曲面で結び構成したシリンダ曲面内壁を有することを特徴とするベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項２】
吸入完了直後から吐出開始直前までの区間において、シリンダ内壁にロータと同心円の曲面内壁を有することを特徴とする請求項１に記載のベーンロータリ型空気ポンプ
【請求項３】
シリンダ曲面内壁を構成するロータと同心円の内壁と、非真円形曲面とが接する位置から吐出ポートを形成することを特徴とする請求項１から請求項２に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項４】
ロータに設けたスリットをロータ中心からオフセットさせて配置したことを特徴とする請求項１から請求項３に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項５】
ロータに設けたスリットをロータの回転方向にオフセットさせて配置したことを特徴とする請求項４に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いたモバイル用情報端末機器の空気供給装置などに使用されるベーンロータリ型空気ポンプの構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のベーンロータリ型ポンプは、シリンダ内壁を真円の円筒形状とし、ロータをシリンダより直径が小さい真円の円柱形状で構成しているものが多くあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３および図４は特許文献１に記載された従来のベーンロータリ型ポンプを示すものである。円筒形状のシリンダ３内に、シリンダ３より直径が小さい円柱形状のロータ４を、互いの中心軸をずらして近接するように配設し、ロータ４にはその中心軸方向に複数のスリット５を設けて、それぞれに板状のベーン６を摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレート１とエンドプレート２をロータ４とベーン４を挟み込むようにシリンダ３の両端面に配置してポンプ空間７を形成し、ロータ４の中心軸にはメカシャフト１０を備えてポンプ機構部８を構成している。そして、このメカシャフト１０を駆動することによりロータ４が回転し、ベーン６がスリット５内を往復運動しつつ、そのベーン６の先端がシリンダ３の内壁に沿って摺動することで、ポンプ空間７が伸縮作用を生じ、空気の吸入・圧縮・吐出を繰り返すものである。
【０００４】
ここで、吸入ポート１７はポンプ空間７が最大になる位置までに終るように形成され、吐出ポート２０は、所定の吐出圧力が得られるようにシリンダ３とロータ４が近接している近傍に形成されている。
【特許文献１】特開昭６２−２７６２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、吸入ポートおよび吐出ポート付近においてシリンダ内壁とロータ外壁の距離が接近してしまい、ポンプ空間を大きく取ることが難しかった。その結果、吸入容積を確保するためにはシリンダの全長を軸方向に拡大しなければならず、ポンプが大型になるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、シリンダ内壁の一部にロータと同心円の曲面内壁を設けることでポンプ空間を大きく取り、小型なベーンロータリ型空気ポンプの提供を目的とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、シリンダ内壁の一部にロータと同心円の曲面内壁を設けたものである。これにより、吸入ポートおよび吐出ポート付近のシリンダ内壁とロータ外壁の距離を広げることができる。そのため、ポンプ空間を大きく取ることができ、吸入容積を拡大できる。よって、必要な吸入容積を確保ながらシリンダの全長を軸方向に短縮できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、シリンダ内壁面の一部にロータと同心円の曲面内壁を設け、この曲面内壁の両端と、シリンダとロータの間の最小隙間部とを非円形曲面で結んで構成したシリンダ曲面内壁を有することでポンプ空間を大きく取ることができ
、ポンプの全長を軸方向に短縮することができ、ポンプの小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、シリンダ内壁の一部にロータと同心円の曲面内壁を有し、この曲面内壁の両端と、シリンダとロータの間の最小隙間部を楕円で結び構成したシリンダ曲面内壁を設けることで、吸入ポートおよび吐出ポート付近のシリンダ内壁とロータ外壁の距離を広げることができるためポンプ空間を大きく取ることができ、吸入容積を拡大できる。よって、必要な吸入容積を確保しながらシリンダの全長を軸方向に短縮できる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明において、ロータと同心円のシリンダ曲面内壁を圧縮行程に設けることで、従来のシリンダでは発生していたベーン先端に働く摩擦力の分力が発生せず、シリンダとロータの間の最小隙間部からロータの回転方向に１８０度の範囲においては、ベーンをスリット内へ押し戻そうとする力が軽減できるため、ベーンがシリンダ内壁から離れにくくなり、ベーンがシリンダ内壁から離れた後に再接触する現象であるベーンジャンプによって発生する騒音を抑制できる。
【００１１】
同時に、シリンダとロータの間の最小隙間部の１８０度対向する点からロータの回転方向に１８０度の範囲においては、ベーンをシリンダ内壁に押え付けようとする力が軽減できるため、ベーン先端の摩耗が軽減でき、ベーンの長寿命化が可能になる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、シリンダに設けたロータと同心円の曲面内壁と、シリンダとロータの間の最小隙間部を非円形曲面で結び構成した曲面内壁の接点に吐出ポートの開始点を設けることで、吐出行程において、ベーン先端に働く圧力とベーン背面に働く圧力をバランスさせ、その圧力差によってベーン先端をシリンダ内壁に押し付ける力をなくすことができるため、ベーン先端をシリンダ内壁に押し付ける力を軽減し、ベーン先端の摩耗が軽減でき、ベーンの長寿命化が可能になる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第１から第３の発明のいずれかにおいて、ロータに設けたスリットをロータ中心からオフセットさせて配置することで、放射状のスリット配置と比較して、ロータの外径が同じであればスリットの切り込み長さを長くすることができ、ベーンのかかり代を長く取ることができる。また、放射状のスリット配置と同じかかり代を確保する場合はロータの外径を縮小でき、吸入容積を確保しながらシリンダの内径および外径も縮小できるため、ポンプ機構部を径方向にも小型化できる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第４の発明において、ポンプを径方向に縮小した場合、ロータに設けたスリットをロータの回転方向にオフセットさせて配置することで、ベーン先端に働く摩擦力の分力によりベーン先端をシリンダ内壁に押し付ける力を発生させる。この力により、ベーンに働く遠心力の減少によるベーン先端押し付け力の低減分を補い、ベーンジャンプによって発生する騒音を抑制できる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１におけるベーンロータリ型空気ポンプの断面図で、図１は軸方向の断面、図２は径方向の断面である。図１において、このベーンロータリ型空気ポンプはポンプ機構部８と直流モータ９で構成している。
【００１７】
図２において、吸入完了ポイント２３から吐出開始ポイント２５の区間をロータ４と同心の真円形状の曲面内壁で構成し、吐出開始ポイント２５からシリンダ３とロータ４の最
小隙間部２２の区間、および最小隙間部２２から吸入完了ポイント２３の区間を楕円形状の内壁で結び構成したシリンダ３内に、円筒形状のロータ４を配置し、ロータ４には、ロータ回転方向２６の方向にオフセットさせて配置した２つのスリット５を設け、これらのスリット５には自己潤滑性を有するカーボン材質よりなる板状のベーン６を摺動可能な状態で嵌合させ、ポンプ空間７に望む面に吸入ポート１７と吐出ポート２０と背圧溝２１を設けたフロントプレート１とエンドプレート２を、ロータ４とベーン６を挟み込むようにシリンダ３のそれぞれの端面に配置して複数のポンプ空間７を形成し、ロータ４の中心軸にはエンドプレート２の反メカ側に配置された直流モータ９のモータシャフトを兼ねるメカシャフト１０が結合されており、フロントプレート１に圧入されたボール軸受１１およびエンドプレート２に圧入されたボール軸受１２で回転可能に支持することでポンプ機構部８を構成している。
【００１８】
直流モータ９はモータロータ１３の外周にステータ１４を配置し、モータシャフトを兼ねるメカシャフト１０は軸受１５および軸受１６で支持されている。
【００１９】
かかる構成によれば、モータロータ１３とステータ１４間の磁気作用によりモータロータ１３は回転トルクを得て回転運動する。モータロータ１３と一体的に構成されたモータシャフトを兼ねるメカシャフト１０がボール軸受１１および１２によって回転可能に支持されることで、ポンプ機構部８に回転力を伝達することができる。
【００２０】
直流モータ９によって出力された回転力はメカシャフト１０と結合されたロータ４に伝達される。回転力を得たロータ４の回転にともない、ベーン６が遠心力によってロータ４の中心軸方向に設けられたスリット５に沿って飛び出すことで、ポンプ空間７を形成する。同時に吸入ポート１７より吸入された空気は、直接ポンプ空間７に流入する経路と、シリンダ３に設けられた貫通穴１８を通じてエンドプレート２に設けられた段落ち部１９からポンプ空間７に流入する経路の２箇所からポンプ空間７に流入する。そして、流入した空気はロータ４の回転にともないポンプ空間７内で圧縮され、吐出ポート２０を経て吐出される。
【００２１】
このシリンダ３の真円形状と楕円形状とを組み合せた内壁形状により、吸入ポート１７および吐出ポート２０付近のシリンダ３の内壁とロータ４の外壁の距離を広げることができるため、ポンプ空間を大きく取ることができる。そのため、従来の真円のシリンダ内壁形状と比べて吸入容積を拡大できる。よって、必要な吸入容積を確保しながらシリンダ３の全長を軸方向に短縮できる。
【００２２】
また、ロータ４と同心円の曲面内壁を圧縮行程に設けることで、圧縮中は従来の真円のシリンダでは発生していたベーン６の先端に働く摩擦力の分力が発生せず、吸入完了ポイント２３から従来の真円のシリンダとロータ４との最大隙間部２４の範囲においては、ベーン６をスリット５内へ押し戻そうとする力が軽減できるため、ベーン６がシリンダ３の内壁から離れにくくなり、ベーン６がシリンダ３の内壁から離れた後に再接触する現象であるベーンジャンプによって発生する騒音を抑制できる。
【００２３】
同時に、従来の真円のシリンダとロータ４との最大隙間部２４から吐出開始ポイント２５の範囲においても、ベーン６の先端に働く摩擦力の分力が発生せず、ベーン６をシリンダ３の内壁に押え付けようとする力が軽減できるため、ベーン６の先端の摩耗が軽減でき、ベーン６の長寿命化が可能になる。
【００２４】
さらに、シリンダ３に設けたロータ４と同心円の曲面内壁と、シリンダ３とロータ４の間の最小隙間部２２とを楕円で結び構成した曲面内壁の接点に吐出ポート２０の開始点である吐出開始ポイント２５を設けることで、吐出行程において、ベーン６の先端に働く圧
力と、吐出ポート２０から吐出溝２２を通じてベーン６の背面へ導かれるベーン６の背面に働く圧力をバランスさせ、圧力によってベーン６の先端をシリンダ３の内壁に押え付けようとする力を軽減できる。その結果、ベーン４の先端の摩耗が軽減でき、ベーン４の長寿命化が可能になる。
【００２５】
ロータ４に設けたスリット５は、ロータ４の中心からオフセットさせて配置することで、放射状のスリット配置と比較して、ロータ４の外径が同じであればスリット５の切り込み長さを長くすることができ、ベーン６のかかり代を長く取ることができる。また、放射状のスリット配置と同じかかり代を確保する場合はロータ４の外径を縮小でき、吸入容積を確保しながらシリンダ３の内径および外径も縮小できるため、ポンプ機構部８を径方向にも小型化できる。
【００２６】
また、ロータ４に設けたスリット５をロータ回転方向２６にオフセットさせることで、ベーン６の先端に働く摩擦力の分力によりベーン６先端をシリンダ３の内壁に押し付ける力を発生させる。この力により、ポンプ機構部８を径方向に縮小した場合において発生するベーン６に働く遠心力の減少にともなうベーン６先端のシリンダ３の内壁への押し付け力の低減分を補い、ベーンジャンプによる騒音を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明にかかるベーンロータリ型空気ポンプは、小型かつ長寿命であるため、屋外で使用するレジャー用品や医療用治療器具等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるベーンロータリ型空気ポンプの軸方向の断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるベーンロータリ型空気ポンプの径方向の断面図
【図３】従来のベーンロータリ型空気ポンプの径方向の断面図
【図４】従来のベーンロータリ型空気ポンプの軸方向の断面図
【符号の説明】
【００２９】
１  フロントプレート
２  エンドプレート
３  シリンダ
４  ロータ
５  スリット
６  ベーン
７  ポンプ空間
８  ポンプ機構部
９  直流モータ
１０  メカシャフト
１７  吸入ポート
２０  吐出ポート
２２  最小隙間部
２３  吸入完了ポイント
２４  最大隙間部
２５  吐出開始ポイント
２６  ロータ回転方向
【図１】
2006291800.tif 000003
【図２】
2006291800.tif 000004
【図３】
2006291800.tif 000005
【図４】
2006291800.tif 000006