(57)【要約】【課題】ポンプに吸入管と吐出管を、フロントプレートに無理な力などの影響を与えることがなくフロントプレートの変形を防ぐと共に、安価に構成すること。【解決手段】吸入ポート１４３に連通する吸入管１７２と、吐出ポート１４４に連通する吐出管１７３を備えた吐出プレート１７１をフロントプレート１４１に設けたもので、これにより、この吐出プレート１７１をフロントプレート１４１にネジ止め等により固定することでフロントプレート１４１に無理な力をかけずに吸入管１７２と吐出管１７３をポンプに形成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面が円筒状のシリンダ内に、中心軸が前記シリンダの中心軸と所定量だけ離れた状態で円筒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ベーン溝を設け、これらのベーン溝には自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーンを摺動可能な状態で勘合させ、摺動面に自己潤滑性材質を備えたフロントプレートとリア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作り出し、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、前記リアプレートの反メカ側端面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、前記フロントプレートには貫通する吸入ポートと貫通する吐出ポートを備えるオイルレス空気ポンプであって、前記吸入ポートに連通する吸入管と、前記吐出ポートに連通する吐出管とを備えたことを特徴とするプレートを前記フロントプレートに設けたベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項２】
前記吐出ポートと前記吐出管の内壁の接合部にシール部材を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】
前記吸入ポートと前記吸入管の内壁の接合部にシール部材を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４】
前記吸入ポートと前記吸入管の間に吸入フィルターを設け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】
前記メカシャフトを支承する玉軸受を前記フロントプレートとの反ポンプ機構部側に備えた請求項１から４に記載のベーンロータリ型空気ポンプであって、前記玉軸受の外輪の内径以上の範囲で前記フロントプレート面にシール部材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。
【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】
現在、モバイル用の燃料電池は開発途上であり、この燃料電池のセルに空気を供給する空気ポンプとしては適切なものが存在しない。この種の空気ポンプに求められる特性は、供給空気はオイル等の不純物を含んでいないこと、すなわちオイルレス機構であること、供給空気量は１０リットル／ｍｉｎ程度であり比較的小流量でよいが、燃料電池システムの空気通路で生じる圧力損失にうち勝って空気を送り込むために、その供給圧力Δｐは２ｋＰａ〜５ｋＰａ必要なこと、大きさはモバイル機器に組み込む必要性から直径φはおよそ３０ｍｍ以下であること、および騒音レベルが低いことが求められる。
【０００３】
従来、この種のポンプとしては図６及び図７に示すようなベーンロータリ型空気ポンプがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図６は従来のベーンロータリ型ポンプの縦断面図で、図７は従来のベーンロータリ型ポンプの側面断面図である。図６、図７において、内面が円筒状のシリンダ４０内に、中心軸がシリンダ４０の中心軸と所定量だけ離れた状態で円筒状のロータ４２が配置され、ロータ４２にはその中心軸方向に複数のベーン溝６５が設けられ、これらのベーン溝６５内には板状のベーン６６が摺動可能な状態で勘合され、ベーン６６の先端部がシリンダ４０の内面と摺動する構成になっている。さらに、ロータ４２とベーン６６を挟み込むようにフロントプレート４４とリアプレート４６がシリンダ４０の端面に配置されることにより、シリンダ４０、ロータ４２、ベーン６６、フロントプレート４４およびリアプレート４６により囲まれて複数の圧縮空間４１が形成されている。
【０００５】
フロントプレート４４は、所定の位置に吸入ポート６８と吐出ポート７０を備えている。また、ロータ４２は中心軸に駆動力を伝達するメカシャフト５０を備えている。さらに、メカシャフト５０はフロントプレート４４とリアプレート４６に取り付けられた転がり軸受け５２と５４により支持されている。モータ６０から、動力がメカシャフト５０に伝達されると、図Ｘにおいて時計回りにロータ４２が回転し、空気を吸入ポート６８からシリンダ４０内の圧縮空間４１に吸入されて圧縮される。圧縮された空気は、吐出ポート７０から吐出される。
【特許文献１】特開昭６３−１７７８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では吐出ポートとなる吐出管と吸入ポートとなる吸入管をフロントプレートに接着剤による取り付け、管とプレートにネジを構成した取り付け、ロー付けによる取り付けが必要であり、フロントプレートの変形によるポンプの性能低下や取り付けの不確実性といった課題を有していた。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、フロントプレートに影響を与えず、また取り付けに確実性のある、信頼性の高いベーンロータリ型空気ポンプの提供を目的とする。
【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、本発明は、内面が円筒状のシリンダ内に、中心軸が
前記シリンダの中心軸と所定量だけ離れた状態で円筒状のロータを配置し、ロータにはその中心軸方向に複数のベーン溝を設け、これらのベーン溝には自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーンを摺動可能な状態で勘合させ、摺動面に自己潤滑性材質を備えたフロントプレートとリアプレートをロータとベーンを挟み込むようにシリンダの端面に配置して複数のポンプ空間を作り出し、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、リアプレートの反メカ側端面にはモータを配置し、このモータがメカシャフトを駆動することによりポンプ空間が伸縮作用を生じ、フロントプレートには貫通する吸入ポートと貫通する吐出ポートを備えるオイルレス空気ポンプを構成し、吸入ポートに連通する吸入管と吐出ポートに連通する吐出管とを備えたプレートをフロントプレートに設けたものである。
【０００９】
かかる構成によれば、吸入管と吐出管がプレートと一体構成となっており、このプレートをフロントプレートにネジ止め等で固定することでフロントプレートに無理な力をかけずに吸入管と吐出管をポンプに構成できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、フロントプレートに無理な力などの影響を与える事がなくフロントプレートの変形を防ぐことが出来、ポンプの性能の安定化を図ることが出来る。また吐出管と吸入管がプレート一体で構成されるため、プレス板金物等で構成が出来、安価にすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、内面が円筒状のシリンダ内に、中心軸が前記シリンダの中心軸と所定量だけ離れた状態で円筒状のロータを配置し、ロータにはその中心軸方向に複数のベーン溝を設け、これらのベーン溝には自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーンを摺動可能な状態で勘合させ、摺動面に自己潤滑性材質を備えたフロントプレートとリアプレートをロータとベーンを挟み込むようにシリンダの端面に配置して複数のポンプ空間を作り出し、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、リアプレートの反メカ側端面にはモータを配置し、このモータがメカシャフトを駆動することによりポンプ空間が伸縮作用を生じ、フロントプレートには貫通する吸入ポートと貫通する吐出ポートを備えるオイルレス空気ポンプを構成し、吸入ポートに連通する吸入管と、吐出ポートに連通する吐出管とを備えたプレートをフロントプレートに設けたものである。
【００１２】
これにより、吸入管と吐出管がプレートと一体構成となっており、このプレートをフロントプレートにネジ止めすることでフロントプレートに無理な力をかけずに吸入管と吐出管をポンプに構成できる。フロントプレートに無理な力などの影響を与える事がなくフロントプレートの変形を防ぐことが出来、ポンプの性能の安定化を図ることが出来る。また吐出管と吸入管がプレート一体で構成されるため、プレス板金物等で構成が出来、安価にすることが出来る。
【００１３】
第２の発明は、特に第１の発明において吐出ポートと吐出管の内壁の接合部にシール部材を備えたものであり、吐出ポートと吐出管の接合部からの洩れを低減することが出来る。
【００１４】
第３の発明は、特に第１の発明において吸入ポートと吸入管の内壁の接合部にシール部材を備えたものであり、吐出ポートと吐出管の接合部からの洩れを低減することが出来る。
【００１５】
第４の発明は、特に第１の発明において吸入ポートと吸入管の間に吸入フィルターを備えたものであり、吸入ポートと吸入管の間に容易に吸入フィルターを構成出来る。
第５の発明は、特に第１の発明にメカシャフトを支承する玉軸受をフロントプレートとの反ポンプ機構部側に備えた構成において、玉軸受外輪の内径以上の範囲で前記プレート面にシール部材を設けたものでポンプ部の高圧空気が玉軸受けの隙間を通して発生する大気への洩れを防ぐことが出来る。
【００１６】
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。
【００１７】
（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図であり、図２はポンプ機構部の縦断面を示すものである。
【００１８】
まず構成について説明する。図１において、本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、ポンプ機構部１００とモータ部２００により構成されている。
【００１９】
ポンプ機構部１００は、筒状内壁を有するシリンダ１１１と、円筒形状のロータ１２１と、自己潤滑性材質よりなるベーン１３１と、自己潤滑性材質を一面に塗布したフロントプレート１４１及びエンドプレート１５１から構成されている。ロータ１２１はシリンダ１１１の中心軸から偏心した状態で配置され、このロータ１２１の中心軸方向に設けられた複数のスリット１２２に、ベーン１３１が摺動可能な状態で嵌合されている。そしてフロントプレート１４１とエンドプレート１５１が、ロータ１２１とベーン１３１を挟み込むようにシリンダ１１１の両端に配置され、複数のポンプ空間１６１を形成している。このとき、フロントプレート１４１とエンドプレート１５１は、互いに自己潤滑性材質の塗布された面が向かい合うように配置される。
【００２０】
モータ部２００は、回路基板２４１と、ステータ２１１と、モータロータ２２１と、モータシャフト２２２と、ケーシング２３１から構成されるモータを使用する。ステータ２１１は回路基板２４１に取り付けられ、モータシャフト２２２に固定されたモータロータ２２１がステータ２１１の外周に配置されている。ケーシング２３１はこれらを覆った状態で回路基板２４１に固定される。モータの種類としては、長寿命化を図り、直流ブラシレスモータを使用し、回路基板２４１からはこのブラシレスモータを駆動するための制御指令が発せられている。
【００２１】
ロータ１２１の中心軸には、モータ部２００のモータシャフト２２２が貫通した状態で固定されている。このモータシャフト２２２はフロントプレート１４１に設けられた第１の玉軸受１４２と、エンドプレート１５１に設けられた第２の玉軸受１５２で回転可能に支承されている。これらの玉軸受としてはグリス封入型を用い、取り付け箇所は各プレートの反ポンプ空間側とする。
【００２２】
吐出プレート１７１はフロントプレート１４１の反ポンプ空間側に配置され、第１の玉軸受１４２の位置を規制するとともに、ポンプ空間１６１で圧縮された空気が第１の玉軸受を通って外部へ漏れるのを防止している。またポンプ機構部１００とモータ部２００は、取り付けプレート１５３を介して結合されている。
【００２３】
次に動作について説明する。回路基板２４１に直流電源が供給されると、モータロータ２２１とステータ２１１間の磁気作用により、モータロータ２２１は回転トルクを得て回転運動を開始する。そしてモータロータ２２１に固定されたモータシャフト２２２と、モータシャフト２２２に固定されたロータ１２１は、第１の玉軸受１４２、第２の玉軸受１５２に回転可能に支持されているので、これらが一体となって回転することで、ベーン１３１がロータスリット１２２の内部で移動し、運転中はベーン１３１の先端がシリンダ１
１１の内壁と接触回転するので、ポンプ空間１６１が仕切られ、吸入ポート１４３から空気を吸入し圧縮した後、吐出ポート１４４から吐出される動作を繰り返し、ポンプ機能を果たしている。
【００２４】
この上記構成において、吸入ポート１４３と吐出ポート１４４にチューブ等を取り付ける場合、フロントプレート１４１にチューブを取り付ける吸入管と吐出管を接着剤やロー付け、管にネジをつけるといった方法で取り付けるが、フロントプレート１４１が変形したり管の取り付けが不安定になると言った恐れがある。この対策として吸入管１７２と吐出管１７３を一体とした吐出プレート１７１をフロントプレート１４１に取り付けることによりフロントプレート１４１の変形を防止するとともに吸入管１７２、吐出管１７３をポンプにしっかり取り付けることができる。更に吐出プレート１７１と吸入管１７２、吐出管１７３をプレス板金、もしくは樹脂により作ることにより安価に構成できる。
【００２５】
（実施の形態２）
図３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縦断面図である。図３において、図１と図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２６】
ここでは実施の形態１に加えて吐出管１７３と吐出ポート１４４の接続部にシール部材１７４を取り付けたものである。このシール部材により接続部からの空気の漏れを低減することが出来、ポンプの信頼性を向上することが出来る。
【００２７】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図である。図４において、図１と図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２８】
ここでは実施の形態１に加えて吸入管１７２と吸入ポート１４３の接続部にシール部材１７５を取り付け、また、吸入フィルター１７７を取り付けたものである。このシール部材により接続部からの空気の漏れを低減することが出来、ポンプの信頼性を向上することが出来る。また、この構成を取ることにより吸入フィルターを安易に取り付けることが出来る。
【００２９】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態３におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図である。図５において、図１と図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３０】
ここでは実施の形態１から４に加えて第１の玉軸受け１４２の外輪の内径以上の範囲で吐出プレート１７１の面にシール部材１７６を設けたものである。この構成によりポンプ部の高圧空気が第１の玉軸受１４２の隙間を通して発生する大気への洩れを防ぐことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
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、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】
【００３２】
【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におけるベーンロータリ型空気ポンプのポンプ機構部の縦断面図
【図３】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縦断面図
【図４】本発明の実施の形態３におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図
【図５】本発明の実施の形態３におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図
【図６】従来のベーンロータリ型ポンプの縦断面図
【図７】従来のベーンロータリ型ポンプの縦断面図
【符号の説明】
【００３３】
１００  ポンプ機構部
１１１  シリンダ
１２１  ロータ
１２２  スリット
１３１  ベーン
１４１  フロントプレート
１４２  第１の玉軸受
１４３  吸入ポート
１４４  吐出ポート
１５１  エンドプレート
１５２  第２の玉軸受
１５３  取り付けプレート
１６１  ポンプ空間
１７１  吐出プレート
１７２  吸入管
１７３  吐出管
１７４  シール部材
１７５  シール部材
１７６  シール部材
１７７  吸入フィルター
２００  モータ部
２１１  ステータ
２２１  モータロータ
２２２  モータシャフト
２３１  ケーシング
２４１  回路基板
２５２  シール材
【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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