(57)【要約】【課題】ベーンとシリンダ内壁面の摺動性能の悪化を抑制し、入力の安定性を向上させ、且つ低騒音を実現できる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】シリンダ内壁面にニッケル−タングステンめっき処理を施し、平均表面粗さを０．５μｍ以上０．７μｍ以下とする、または、シリンダ内壁面にアルマイト処理を施し、平均表面粗さを０．１μｍ以上０．４μｍ以下とすることで、入力安定性の向上と低騒音を実現することができる。【選択図】図１
2006226174.tif 000002
【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前記シリンダの円筒状内壁の中心線が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、前記シリンダの内壁面にニッケル−タングステンめっき処理を施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】
前記ニッケル−タングステンめっきの平均表面粗さを０．５μｍ以上０．７μｍ以下としてなる請求項１に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項３】
前記ニッケル−タングステンめっきに超仕上を施してなる請求項２に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項４】
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が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前記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、前記シリンダの内壁面にアルマイト処理を施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５】
前記アルマイトの平均表面粗さを０．１μｍ以上０．４μｍ以下としてなる請求項４に記載のベーンロータリ型空気ポンプ
【請求項６】
前記アルマイトに超仕上を施してなる請求項５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、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７および図８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。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６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、ベーンの摺動によってシリンダ内壁面に固体潤滑材が付着する。このとき、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が変化した場合、付着した固体潤滑材の粘度が高くなり、入力が増大す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、シリンダ内壁面への固体潤滑材の付着を抑制し、入力の安定性を向上させ、入力上昇を抑制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、シリンダ内壁面にニッケル−タングステンめっき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、ベーンの摺動によるシリンダ内壁面への固体潤滑材の付着の抑制を目的とする。
【発明の効果】
【０００８】
ベーンの摺動によるシリンダ内壁面への固体潤滑材の付着を抑制し、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が変化した場合でも、入力の安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、シリンダ内壁面にニッケル−タングステンめっき処理を施すことで、ベーン先端とシリンダ内壁の摺動によるシリンダ内壁の面粗度悪化を抑え、これによるベーン先端の異常摩耗によるシリンダ内壁面への固体潤滑材の付着を抑制でき、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が変化した場合でも、入力の安定性を向上させることができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明のニッケル−タングステンめっきの平均表面粗さを０
．５μｍ以上０．７μｍ以下とすることで、平均表面粗さが小さい時に発生する、ベーン先端とシリンダ内壁の接触面積増大による摩擦力の急増を抑え、入力上昇を抑制できる。また、平均表面粗さが大きい時に発生する、ベーン先端とシリンダ内壁の摺動による騒音を低減できる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第２の発明のニッケル−タングステンめっきに超仕上を施すことで、めっき表面のエッジやざらつきを除去することができるため、ベーン先端が滑らかに摺動可能となり、引っかかりや乗り上げによって発生するベーンジャンプ音を抑制し、さらなる騒音の低減が可能となる。
【００１２】
第４の発明は、シリンダ内壁面にアルマイト処理を施すことで、ベーン先端とシリンダ内壁の摺動によるシリンダ内壁の面粗度悪化を抑え、これによるベーン先端の異常摩耗によるシリンダ内壁面への固体潤滑材の付着を抑制でき、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が変化した場合でも、入力の安定性を向上させることができる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第４の発明のアルマイトの平均表面粗さを０．１μｍ以上０．４μｍ以下とすることで、平均表面粗さが小さい時に発生する、ベーン先端とシリンダ内壁の接触面積増大による摩擦力の急増を抑え、入力上昇を抑制できる。また、平均表面粗さが大きい時に発生する、ベーン先端とシリンダ内壁の摺動による騒音を低減できる。
【００１４】
第６の発明は、特に、第５の発明のアルマイトに超仕上を施すことで、めっき表面のエッジやざらつきを除去することができるため、ベーン先端が滑らかに摺動可能となり、引っかかりや乗り上げによって発生するベーンジャンプ音を抑制し、さらなる騒音の低減が可能となる。
【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ある。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】
筒状内壁を有し、内壁面に膜厚２０μｍ、且つ平均表面粗さ０．６μｍとなるように超仕上を施したニッケル−タングステンめっきを施したシリンダ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。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。
【００１９】
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に流入する経路と、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に流入する経路との３箇所からポンプ空間７に流入する。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。
【００２０】
ポンプ運転中は、ベーン６との摺動によりシリンダ３の内壁面の面粗度が悪化していく。次に粗くなったシリンダ３の内壁面とベーン６が摺動することにより、ベーン６の先端の異常摩耗を発生させる。この異常摩耗により、ベーン６の固体潤滑材成分が、面粗度の悪化したシリンダ３の内壁面に大量に付着する。ポンプ空間７に吸入された空気の相対湿度が高くなった場合、付着した固体潤滑材の粘度が上昇することで、ベーン６とシリンダ３の摺動状態が悪化し、入力上昇が発生する。
【００２１】
図３に、従来品とニッケル−タングステンめっき品における運転時間と入力の関係の特性図を示す。従来品はニッケル−リン系めっきなどを施したものである。試験は断続運転にて実施している。従来品は、硬度が低いため、運転時間が増加するとシリンダ３の内壁面の面粗度が悪化し、ベーン６の異常摩耗が原因で発生する、固体潤滑材のシリンダ３の内壁面への付着量が増大するため、入力も上昇する傾向にある。
【００２２】
さらに、運転開始直後はポンプ機構部８の温度が低下しており、ポンプ空間７の相対湿度が高くなるため、シリンダ３の内壁面に付着している固体潤滑材の粘度も高くなり、急激な入力上昇が発生している。その後は、直流モータ９やポンプ機構部８の発熱によりポンプ空間７の温度も上昇し、ポンプ空間７の相対湿度も低下するため、固体潤滑材の粘度が低下し、入力が低下する。
【００２３】
ニッケル−タングステンめっきは、高硬度なため傷が付き難く、ベーン６の先端の摺動によるシリンダ３の内壁面の面粗度悪化を抑えられるため、ベーン６の異常摩耗が抑制できる。よって、シリンダ３の内壁面への固体潤滑材の付着を抑え、長時間運転した場合においても、従来品と比較して入力上昇は大幅に抑制されている。同時に、運転開始直後の入力急増も抑制されているため、湿度や温度などの運転環境の変化に左右されず入力上昇が抑制できる。
【００２４】
図４に、ニッケル−タングステンめっきの平均表面粗さと騒音および入力の関係を示す。ニッケル−タングステンめっきの平均表面粗さを小さくしすぎると、ベーン６の先端との摺動面積が増大するため摩擦力も増大し、入力が急増する。また、平均表面粗さを大きくしすぎると、ベーン先端とシリンダ内壁の摺動による騒音が発生する。よって、平均表面粗さを０．５μｍ以上０．７μｍ以下とすることで、入力の急増なしに低騒音が実現できる。
【００２５】
また、表面処理後に超仕上げを施すことで、めっき表面のエッジやざらつきを除去することができるため、ベーン先端が滑らかに摺動可能となり、引っかかりや乗り上げによって発生するベーンジャンプ音を抑制し、さらなる騒音の低減が可能となる。
【００２６】
（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運転時間と入力
の関係を示す特性図である。従来品はニッケル−リン系めっきなどを施したものである。本実施の形態においてはシリンダ３の内壁面に表面処理に膜厚５μｍ、平均表面粗さが０．２μｍとなるように超仕上を施したアルマイトを使用している。
【００２７】
アルマイトは、高硬度のため傷が付き難く、ベーン６の先端の摺動によるシリンダ３の内壁面の面粗度の悪化を抑えられるため、ベーン６の異常摩耗が抑制できる。よって、シリンダ内壁面への固体潤滑材の付着を抑え、長時間運転した場合においても、従来品と比較して入力上昇は大幅に抑制されている。同時に、運転開始直後の入力急増も抑制されているため、温度や湿度などの運転環境に左右されずに入力上昇が抑制できる。また、安価に処理できるという利点もある。
【００２８】
図６に、アルマイトの平均表面粗さと騒音および入力の関係を示す。アルマイトの平均表面粗さを小さくしすぎると、ベーン６の先端との摺動面積が増大するため摩擦力も増大し、入力が急増する。また、平均表面粗さを大きくしすぎると、ベーン先端とシリンダ内壁の摺動による騒音が発生する。よって、平均表面粗さを０．１μｍ以上０．４μｍ以下とすることで、入力の急増なしに低騒音を実現できる。
【００２９】
また、表面処理後に超仕上げを施すことで、めっき表面のエッジやざらつきを除去することができるため、ベーン先端が滑らかに摺動可能となり、引っかかりや乗り上げによって発生するベーンジャンプ音を抑制し、さらなる騒音の低減が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
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、低入力かつ低騒音であるため、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】
【００３１】
【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】本発明の実施の形態１における従来品とニッケル−タングステンめっき品の運転時間と入力の関係を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態１におけるニッケル−タングステンめっき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における従来品とアルマイト品の運転時間と入力の関係を示す特性図
【図６】本発明の実施の形態２におけるアルマイト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７】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８】従来のベーンロータリ型空気ポンプの径方向の断面図
【符号の説明】
【００３２】
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
１７  吸入ポート
【図１】
2006226174.tif 000003
【図２】
2006226174.tif 000004
【図３】
2006226174.tif 000005
【図４】
2006226174.tif 000006
【図５】
2006226174.tif 000007
【図６】
2006226174.tif 000008
【図７】
2006226174.tif 000009
【図８】
2006226174.tif 000010