(57)【要約】【課題】ベーンとシリンダ内周面の面粗度の悪化を抑制し、運転初期だけでなく経時後においても低騒音かつ低入力を実現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】シリンダ内周面にニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂系皮膜の表面処理を施し、平均表面粗さを０．０５μｍ以上０．１５μｍ以下の範囲とすることで、ベーンとシリンダの摺動による面粗度の悪化を抑制することにより、運転初期だけでなく経時後においても低騒音かつ低入力を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の内壁を有するシリンダ内に、円柱形状のロータをシリンダの円筒状内壁の中心線をシリンダの中心軸から偏心させた状態で配置し、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と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、前記シリンダ内周面の平均表面粗さを０．０５μｍ以上０．１５μｍ以下の範囲とした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】
前記ベーンの摺動軌跡と同一方向の溝を前記シリンダ内周部に備えた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】
前記溝を前記ロータの回転方向と同一方向に加工したことを特徴とする請求項２に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項４】
前記シリンダ内周面にニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂系の表面処理を施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】
前記ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂系の表面処理の膜厚を３μｍ以上１０μｍ以下の範囲と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に使用されるベーンロータリ型空気ポンプ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、ベーンに自己潤滑性を有する表面処理を施しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６および図７は前記文献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。両端がフロントプレート１およびエンドプレート２で閉鎖された筒状内壁を有するシリンダ３を有している。シリンダ３の内部には、外周の一部がシリンダ３の内壁と小隙間を形成するロータ４が配設されている。
【０００４】
ロータ４の外周面には、複数のスリット５が形成され、各スリット５にベーン６の一端が摺動自在に挿入されている。そして、ベーン６はシリンダ３、ロータ４、フロントプレート１、エンドプレート２とともにポンプ空間７を形成している。ベーンの母材はマグネシウムもしくはフェノール樹脂であり、表面に固体潤滑材が含浸されている。
【特許文献１】特開２００３−１１３７８５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長時間の運転において、ベーンの摺動によってシリンダ内周面の面粗度が悪化した場合、ベーンジャンピングが発生し騒音が増大するという課題を有していた。また、面粗度の悪化したシリンダ内周面がベーン先端の面粗度をさらに悪化させるため、加速度的にベーンとシリンダ内周面の面粗度が悪化し、双方の摺動による騒音が増大してく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、ベーンとシリンダ内周面の面粗度の悪化を抑制し、運転初期だけでなく経時後においても低騒音かつ低入力を実現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、シリンダ内周面に平均表面粗さを０．０５μｍ以上０．１５μｍ以下の範囲とし、微小な溝を設けたニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂系の表面処理を施したものである。このシリンダの表面処理により、ベーンとシリンダの摺動による面粗度悪化の抑制を目的とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のベーンロータリ型ポンプは、ベーンとシリンダの摺動による面粗度の悪化を抑制することにより、運転初期だけでなく経時後においても低騒音かつ低入力を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、シリンダ内周面の平均表面粗さを０．０５μｍ以上０．１５μｍ以下の範囲に設定することにより、シリンダ内周面とベーン先端の摺動によって発生する騒音を抑制し、運転初期の騒音を抑制することができる。同時に、ベーン先端のカーボンを適度
に摩耗させることができるため、シリンダ内周面とベーン先端の摺動状態を改善でき、入力を
低減することができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明のシリンダ内周面にベーンの摺動軌跡と同一方向の溝を設けることにより、シリンダ内周面とベーン先端の摺動によって発生する騒音を効果的に抑制し、運転初期の騒音をさらに低減することができる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第２の発明の溝を、ロータの回転と同一方向に加工し、材料のせん断方向とベーン先端の移動方向を一致させることにより、加工時の「ばり」に起因したシリンダ内周面とベーン先端の摺動による騒音を抑制し、運転初期の騒音をさらに低減することができる。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３の発明のシリンダ内周面にニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂系の表面処理を施すことにより、ポリテトラフルオロエチレン樹脂がシリンダ内周面とベーン先端の摺動状態をさらに改善し、ベーン先端の摩耗と面粗度悪化を抑制し、経時後の騒音と入力の増大を抑えることができる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第４の発明の表面処理のニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂皮膜の膜厚を３μｍ以上１０μｍ以下の範囲とすることにより、表面処理に起因する表面形状の悪化が防止でき、シリンダ内周面とベーン先端を良好な摺動状態に保持することができ、ベーン先端の摩耗と面粗度悪化を抑制し、経時後の騒音と入力の増大を効果的に抑えることができる。
【００１４】
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。
【００１５】
（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ある。
【００１６】
図１、図２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】
筒状内壁を有するシリンダ３内に、円筒形状のロータ４をシリンダ３の中心軸から偏心させた状態で配置し、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、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、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け１１およびエンドプレート２に圧入されたボール軸受け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は軸受け１５および軸受け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が軸受け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モータシャフトを兼ねるメカシャフト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、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、貫通穴１８を通じてシリンダ中央部に設けられた連通路２０からポンプ空間７に流入する経路の３箇所からポンプ空間７に流入する。
【００２１】
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２１を経て吐出口２２より吐出される。
【００２２】
図３は、シリンダ３の断面の斜視図である。本実施の形態では、シリンダ３の内周面にはニッケルリン層２３、およびその上にニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層２４を積層している。ニッケルリン層２３によってシリンダ内周面の耐食性を向上させ、ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層２４によって、ベーン６の先端とシリンダ３の内周面の摺動性を向上させることができるため、ベーン６の先端の摩耗と面粗度悪化を抑制し、経時後の騒音と入力の増大を抑えることができる。
【００２３】
さらに、ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層２４を厚く積層させると層の表面にうねりが発生し、ベーン６の先端とシリンダ３の内周面が非接触となる場合が発生し、吐出付近の高圧が吸入側へ漏れ出し、体積効率を低下させる可能性がある。同時に、ベーン６とシリンダ３が再び接触するときに音が発生しポンプ運転時の騒音が増大する可能性もある。そのため、ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層２４の積層厚を１０μｍ以下とし、最低必要な積層厚は３μｍとしている。
【００２４】
図４に、シリンダ３の内周面の平均表面粗さと騒音および入力の関係を示す。シリンダ３の内面の平均表面粗さの値が大きいほど、運転初期の騒音値は高い値を示すため、騒音低減の観点から見れば平均表面粗さの値は小さいほうが望ましい。一方、シリンダ３の内面の平均表面粗さの値を小さくするほど、ベーン６の摩耗が抑制され、自己潤滑作用が働きにくくなり、運転初期の入力は高い値を示すため、入力低減の観点から見れば平均表面粗さの値は大きいほうが望ましい。低入力と低騒音を両立できる平均表面粗さは０．０５μｍ以上０．１５μｍ以下の範囲であり、ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層２４の平均表面粗さを０．１０μｍとしている。
【００２５】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるベーンロータリ型空気ポンプのシリンダ断面の斜視図である。本実施の形態では、１０μｍの膜厚のニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層２４の表面にベーンの摺動軌跡と同一方向の溝２５を複数設けている。溝２５の加工方向２７はロータ４の回転方向２６と同一方向である。ロータ４が時計方向に回転すると、ベーン６は遠心力によりシリンダ３の内周面と接触しながら摺動するため、溝２５加工時の材料のせん断方向とベーン６の先端の移動方向を一致させることにより、加工時の「ばり」に起因したシリンダ３の内周面とベーン６の先端の摺動による騒音を抑制し、運転初期の騒音をさらに低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
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、低騒音かつ低入力であるため、家庭用健康器具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】
【００２７】
【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半径方向の断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるシリンダの断面の斜視図
【図４】本発明の実施の形態１におけるシリンダ内周面の平均表面粗さと騒音および入力の関係を示す特性図
【図５】本発明の実施の形態２におけるシリンダの断面の斜視図
【図６】従来のベーンロータリ型空気ポンプの軸方向の断面図
【図７】従来のベーンロータリ型空気ポンプの半径方向の断面図
【符号の説明】
【００２８】
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
１３  モータロータ
１４  ステータ
２３  ニッケルリン層
２４  ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層
２５  溝
２６  ロータの回転方向
２７  溝の加工方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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