(57)【要約】【課題】高精度なロータを安価に製作することにより高い性能の安価なベーンロータリ型空気ポンプを提供する。【解決手段】ロータ１０７の少なくとも片側の端面２０６に僅かな円形の窪み３０１を設けることにより両端面と外径を同時に加工することが出来るようになるので高精度で安価なロータを実現することが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状内壁を有するシリンダ内に、円筒形状のロータを前記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溝を設け、これらの溝には板状のベーンを摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレートとエンドプレートを前記ロータと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複数の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、前記ポンプ空間が伸縮作用を生じるオイルレス空気ポンプであって、前記ロータの少なくとも片側に僅かな円形の窪みを設け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】
丸棒素材を旋盤の主チャックに固定して、片側端面の中心部を残してロータ素材を形成し、一方の端面より軸穴を加工し、前記ロータ素材を副チャックで固定して前記中心部を切断し、前記ロータ素材を副チャックで固定したまま前記中心部に前記片側端面より僅かに切り込んだ形状で窪みを加工するベーンロータリ型空気ポンプの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載された方法により製造された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としては、図８および図９示すものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このベーンロータリ型ポンプは、両端がフロントプレート１１１およびエンドプレート１１２で閉鎖された筒状内壁を有するシリンダ１０３を有している。シリンダ１０３の内部には、外周の一部がシリンダ１０３の内壁と小隙間を形成するロータ１０７が配設されている。ロータ１０７に一体的に形成されたメカシャフト１１０は、両端がフロントプレート１１１に配設されたボール軸受け１１６、およびエンドプレート１１２に配設されたボール軸受け１１８に回転自在に支持されている。ロータ１０７の外周面には、複数の溝１０８が形成され、各溝１０８に板状のベーン１０９の一端が摺動自在に挿入されている。そして、ベーン１０９はシリンダ１０３、ロータ１０７、フロントプレート１１１、エンドプレート１１２とともにポンプ空間１０４を形成している。シリンダ１０３にはポンプ空間１０４と連通する吸入ポート１１３と吐出ポート１１４が形成されている。
【０００４】
動力がメカシャフト１１０に伝達されると、ロータ１０７が回転し、吸入ポート１１３からポンプ空間１０４内に吸入された流体はポンプ空間１０４内で圧縮された後、吐出ポート１１４から吐出される。
【０００５】
ロータ１０７の両端面は僅かな窪みもなく平面に仕上げられており、せいぜいメカシャフト１１０と一体的に形成するために設けられた勘合する穴に面取を施す程度である。
【特許文献１】特開平６−１８５４８４号公報（第３項、図１および図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の構成では、吸入した空気を効率良く吐出するためにシリンダ１０３、フロントプレート１１１、エンドプレート１１２で構成される閉鎖された筒状の空間の中で偏芯した位置で回転運動するロータ１０７は、フロントプレート１１１側とエンドプレート１１２側の両側での隙間を出来るだけ小さくする必要があり、従って両端面の平行を高い精度で仕上げる必要がある。特に、オイルレスの構造においてはより高い精度が要求される。しかしながら一般的な製造工程では、両端面を同時に仕上げることは困難で有るため、高い平行度精度を実現することは工程が複雑となりコスト高になるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するためになされたものであって、ロータの両端面の平面度を低下させることなく低コストで製造し、効率が高く、安価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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、ロータの少なくとも片側の端面に円形の窪みを設けたものである。この発明によれば、ロータを素材の丸棒から削り出しを行う際に、片側の端面と外径を加工後、もう片方の端面を小さな円筒部分を除いて加工することにより、両端面の平行度を精度良く加工することが出来、更に、反対側
から工作機械のサブスピンドルでチャックして円筒部を削り取り、素材丸棒から切り出すことになる。この時、メインスピンドルとサブスピンドルの軸芯のずれや寸法公差のずれなどを考慮し、円柱部分の外径より僅かに大きい寸法で僅かに窪ませる加工を施すことにより、両端面の平行度精度が極めて高いロータを簡単な工程で安価に実現することが出来る。従って、フロントプレートとエンドプレートとの間の隙間を狭くすることが容易になるので、性能の高い、安価なベーンロータリ型空気ポンプを実現することが出来る。
【発明の効果】
【０００９】
以上にように、請求項１の発明では、本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、ロータの外径と両端面の直角度と両端面の平行度の精度が非常に良いため、フロントプレートやエンドプレートとの隙間寸法を小さくすることが出来るので、漏れが少なくなり、入力の少なく従って効率の高い空気ポンプとなる。更に、ロータを簡単な工程で高い精度で加工することが出来るので安価で効率の高い空気ポンプを供給することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（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。
【００１２】
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１０１と直流モータ１１９で構成している。
【００１３】
筒状内壁を有するシリンダ１０３内に、円筒形状のロータ１０７をシリンダ１０３の中心軸から偏心させた状態で配置し、ロータ１０７にはその中心軸方向に複数の溝１０８を設け、これらの溝１０８には板状のベーン１０９を摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレート１１１とエンドプレート１１２をロータ１０７とベーン１０９を挟み込むようにシリンダ１０３の端面に配置して複数のポンプ空間１０４を形成ししている。ロータ１０７の中心軸にはエンドプレート１１２の反メカ側に配置された直流モータ１１９のモータシャフトを兼ねるメカシャフト１１０が結合されており、フロントプレート１１１に圧入されたボール軸受け１１６およびエンドプレートに圧入されたボール軸受け１１８で回転可能に支持することでポンプ機構部１０１を構成している。
【００１４】
直流モータ１１９はモータロータ１２１の外周にステータ１２０を配置し、モータシャフトを兼ねるメカシャフト１１０は軸受け１２２および軸受け１２３で支持されている。
【００１５】
かかる構成部によれば、ロータ１２１とステータ１２０間の磁気作用によりモータロータ１２１は回転トルクを得て回転運動する。ロータ１２１と一体的に構成されたメカシャフト１１０が軸受け１２２および１２３によって回転可能に支持されることで、ポンプ機構部１０１に回転力を伝達可能とする。
【００１６】
直流モータ１１９によって出力された回転力はメカシャフト１１０と結合されたロータ１０７に伝達される。回転力を得たロータ１０７の回転にともない、ベーン１０９が遠心力によってロータ１０７の中心軸方向に設けられた溝１０８に沿って飛び出し、更に両端はフロントプレート１１１とエンドプレート１１２をロータ１０７とベーン１０９を挟み込むようにシリンダ１０３の端面に配置することにより複数のポンプ空間１０４を形成する。
【００１７】
吸入ポート１１３より吸入された空気は、直接ポンプ空間１０４に流入する経路、シリ
ンダ１０３に設けられた貫通穴１０５を通じてエンドプレート１１２に設けられた段落ち部１１７からポンプ空間１０４に流入する経路、貫通穴１０５を通じてシリンダ中央部に設けられた連通路１２６からポンプ空間１０４に流入する経路の３箇所からポンプ空間１０４に流入する。流入した空気は、ロータ１０７の回転にともないポンプ空間１０４内で圧縮され、吐出ポート１１４を経て吐出口１１５より吐出される。
【００１８】
前述のように、従来のポンプでは、シール効果のある潤滑を行わない構成でフロントプレート１１１とエンドプレート１１２とロータ１０７の隙間を小さくすることはロータ１０７の両端の平行度を精度良く仕上げることがポンプ空間からの漏れを少なくする重要な要素であり、端面に窪みを設けない構成ではロータ１０７の両端の平行度を精度良く仕上げるためには複雑な加工工程が必要となり、加工コストがかかってしまうことになる。また、ロータ１０７の両端の平行度精度が出ないためにフロントプレート１１１とエンドプレート１１２とロータ１０７の隙間を小さくできない場合には漏れが多くなるのでモータへの入力が増大し性能が悪いポンプとなるという課題を有していた。
【００１９】
これに対して、本実施の形態では、ロータ１０７の少なくとも片方の端面に僅かな円形の窪みを設けることにより、ロータ１０７の両端の平行度精度を良好に保つようにしたものである。
【００２０】
ここで、少なくとも片側の端面に僅かな円形の窪み３０１を設けたロータ１０７の加工工程と精度について説明する。
【００２１】
図３に示すように、ロータ１０７となるロータ素材１０７ａは直径１７ｍｍの丸棒素材２０１から削り出す。主チャック２０２と対抗する副チャック２０３を持ち、丸棒素材２０１を長いまま加工することの出来る旋盤（図示せず）を用い、その主チャック２０２に丸棒素材２０１を把握したまま、端面２０４と直径１６ｍｍの外径を有するロータ素材１０７ａの外周面２０５と、もう一方の端面２０６の直径４ｍｍの中心部２０７を残して仕上げ加工を行う。この工程により、外周面２０５と両側の端面２０４と２０６は一回の把握で仕上げてしまうため、外径２０５と両側の端面２０４および２０６の直角度と両側の端面２０４と２０６の平行度はほとんど狂うことなく０．００４ｍｍ以下の加工精度を容易に確保することが出来る。
【００２２】
次に図４に示すように、中心部２０７にメカシャフト１１０を挿入する直径２ｍｍの軸穴３０２と、その入り口部に加工時間を短くするために出来るだけ小さな面取で良いので、Ｃ０．２ｍｍの面取り３０３を加工した後、図５に示すように主チャック２０２に丸棒素材２０１を把握したままロータ素材１０７ａを副チャック２０３で把握し、そのまま回転し、端面２０６に残った中心部２０７を突っ切りバイト（図示せず）で切断し、図６に示すようにロータ素材１０７ａを丸棒素材２０１から切り取る。最後に図７に示すように、副チャック２０３に把握したまま中心部２０７より僅かに大きな直径（例えば、４．１ｍｍ）で端面２０６より僅かに切り込んだ形状で窪み３０１を加工して、ロータ素材１０７ａの加工を終了する。この後、ベーン１０９が摺動挿入される溝１０８を加工し、ロータ１０７の加工は完成する。
【００２３】
主チャック２０２と副チャック２０３の芯ずれは精度良く旋盤を製作しても０．０５ｍｍ程度の狂いは生じるので、主チャック２０２と副チャック２０３、同時に把握して端面２０６側の中心部２０７を切断する時に、その加工面をすでに精度良く仕上がっている端面２０６と面一に加工しようとしても、主チャック２０２と副チャック２０３の芯ずれが影響して、端面２０６とは微少な傾きが発生する。この傾きを取り除くために、直径４．１ｍｍの僅かな円形の窪み３０１を最後に加工することで、外径２０５と両端面２０４および２０６の直角度と両側の端面２０４と２０６の平行度は非常に良い精度のロータ１０
７を製作することが出来る。また、窪みの深さは０．１ｍｍ程度で十分であるため加工する時間が短く出来る。従って、この様な工程でロータ１０７を製作すれば、安価で精度が良いので、フロントプレート１１１およびエンドプレート１１２との隙間を小さくすることが出来、安価で効率の高いポンプを実現することが出来る。尚、本実施例では僅かな窪み形状としたが、中心部２０７より僅かに大きな面取りを施しても同様な効果を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
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、ロータの外径と両端面の直角度と両端面の平行度の精度が非常に良いため、隙間寸法を小さくすることで漏れが少なくなり、入力が少なく効率の高い空気ポンプとなる。更に、ロータを簡単な工程で高い精度で加工することが出来るので安価で効率の高い空気ポンプを供給することが可能となるので、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適し、それ以外にもオイルレスで駆動するような小型の空気ポンプ等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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縦断面図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】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ロータの加工を示す模式図
【図４】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ロータの加工を示す模式図
【図５】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ロータの加工を示す模式図
【図６】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ロータの加工を示す模式図
【図７】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ロータの加工を示す模式図
【図８】従来のベーンロータリ型ポンプの縦断面図
【図９】従来のベーンロータリ型ポンプのＩ−Ｉ断面図
【符号の説明】
【００２６】
１０１  ポンプ機構部
１０３  シリンダ
１０４  ポンプ空間
１０７  ロータ
１０７ａ  ロータ素材
１０８  溝
１０９  ベーン
１１０  メカシャフト
１１１  フロントプレート
１１２  エンドプレート
１１９  直流モータ
２０１  丸棒素材
２０２  主チャック
２０３  副チャック
２０４、２０６  端面
２０５  外周面
２０７  中心部
３０１  窪み
３０２  軸穴
３０３  面取り
【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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【図８】
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【図９】
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