(57)【要約】【課題】転がり軸受けの内部を流れる空気の流れにより発生する転がり軸受け内のグリスを流出を防止してポンプの信頼性を向上すること。【解決手段】第１の玉軸受１４２で仕切られた空間を連通するフロントプレート１４１の溝１４３又はモータシャフト２２２の溝１４４からなる第１の通路と、第２の玉軸受で仕切られた空間を連通するエンドプレート１５１の溝１５３又はモータシャフト２２２の溝１５４からなる第２の通路とを備えたもので、軸受けにより仕切られた空間を別の通路でつなぎ、２つの空間に圧力差を発生させないようにする。【選択図】図１
2006177232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、モータロータと、前記モータロータの中心部に固定されたモータシャフトと、ケーシングとを有するモータ部と、筒状内径を有するシリンダと、前記シリンダの中心軸から偏心させた状態で配置された円筒形状のロータと、前記ロータの中心軸方向に設けられた複数のスリット内で摺動可能に嵌合された板状のベーンと、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されたフロントプレート及びエンドプレートとを有し、前記ロータの中心軸には前記モータシャフトが貫通した状態で固定されており、前記モータシャフトは前記フロントプレートに設けられた第１の転がり軸受と前記エンドプレートに設けられた第２の転がり軸受とで支承されるポンプ機構部とが、取り付けプレートを介して結合され、前記モータ部が前記モータシャフトを駆動することにより、前記ポンプ機構部で形成された複数のポンプ空間が各々伸縮作用を生じるベーンロータリ型空気ポンプであって、前記第１の転がり軸受で仕切られた空間を連通する第１の通路と、前記第２の転がり軸受で仕切られた空間を連通する第２の通路とを備え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】
前記第１の転がり軸受の外輪に接する前記フロントプレートに前記第１の通路を備え、または前記第２の転がり軸受の外輪に接する前記リアプレートに前記第２の通路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】
前記第１の転がり軸受の内輪に接する前記モータシャフトに前記通路を備え、または前記第２の転がり軸受の内輪に接するモータシャフトに前記通路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】
前記ケーシングに前記第２の転がり軸受で仕切られた空間と外部とを連通する通路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】
前記モータ部の内部空間と外部の空間とを遮断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。
【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の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２内に、中心軸がシリンダ２の中心軸と所定量だけ離れた状態で円筒状のロータ３が配置され、ロータ３にはその中心軸方向に複数のベーン溝６が設けられ、これらのベーン溝６内には板状のベーン７が摺動可能な状態で勘合され、ベーン７の先端部がシリンダ２の内面と摺動する構成になっている。さらに、ロータ３とベーン７を挟み込むようにフロントプレート１ｂとリアプレート１ａがシリンダ２の端面に配置されることにより、シリンダ２、ロータ３、ベーン７、フロントプレート１ｂおよびリアプレート１ａにより囲まれて複数の圧縮空間１３が形成されている。
【０００５】
シリンダ２は、その周囲で所定の位置に吸入ポート１１と吐出ポート１２を備えている。また、ロータ３は中心軸に駆動力を伝達するメカシャフト４を備えている。さらに、メカシャフト４はフロントプレート１ｂとリアプレート１ａに取り付けられた転がり軸受け５ｂと５ａにより支持されている。図示されていないエンジンあるいはモータから、動力がメカシャフト４に伝達されると、図６において反時計回りにロータ３が回転し、空気を吸入ポート１１からシリンダ２内の圧縮空間１３に吸入されて圧縮される。圧縮された空気は、吐出ポート１２から吐出される。
【特許文献１】特開昭６２−１５９７８６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圧縮中の高圧の空気がロータとフロントプレートの隙間を経由して転がり軸受けの中を通り、外空間へ流れる。同様に圧縮中の高圧の空気がロータとリアプレートの隙間を経由して転がり軸受けの中を通り外空間へ流れる。この空気の流れにより転がり軸受けの中に封入されているグリスが外に漏れだしてしまい、転がり軸受けの寿命を著しく低下してしまう可能性があった。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、転がり軸受けのグリスの漏れ出しを防止して転がり軸受けの寿命を延ばし、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、ステータとモータロータとモータロータの中心部に固定されたモータシャフトと、ケーシングから成るモータ部と、筒状内径を有するシリンダと、シリンダの中心軸から偏心させた状態で配置された円筒形状のロータと、ロータの中心軸方向に設けられた複数のスリット内で摺動可能に嵌合された板状のベーンと、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されたフロントプレート及びエンドプレートから成り、ロータの中心軸にはモータシャフトが貫通した状態で固定されており、モータシャフトはフロントプレートに設けられた第１の転がり軸受とエンドプレートに設けられた第２の転がり軸受で支承されるポンプ機構部が、取り付けプレートを介して結合され、モータ部がモータシャフトを駆動することにより、ポンプ機構部で形成された複数のポンプ空間が各々伸縮作用を生じるベーンロータリ型空気ポンプを構成するとともに、第１の転がり軸受で仕切られた空間を連通する第１の通路と第２の転がり軸受で仕切られた空間を連通する第２の通路を備えたものである。
【０００９】
かかる構成によれば、ポンプの運転により、転がり軸受で仕切られた空間のロータ側の空間の圧力が上昇しても構成した第１と第２の通路をそれぞれ通って他方の空間に空気が流れるようになる。よって転がり軸受の内部を空気が流れることがなくなり、転がり軸受に封入されたグリスが流出することがなくなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、転がり軸受の端面間の圧力差による転がり軸受内の空気の流れを防ぐことで、転がり軸受内のグリスの流出による減少を防ぐことができ、ポンプの高寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明はステータとモータロータとモータロータの中心部に固定されたモータシャフトと、ケーシングから成るモータ部と、筒状内径を有するシリンダと、シリンダの中心軸から偏心させた状態で配置された円筒形状のロータと、ロータの中心軸方向に設けられた複数のスリット内で摺動可能に嵌合された板状のベーンと、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されたフロントプレート及びエンドプレートから成り、ロータの中心軸にはモータシャフトが貫通した状態で固定されており、モータシャフトはフロントプレートに設けられた第１の転がり軸受とエンドプレートに設けられた第２の転がり軸受で支承されるポンプ機構部が、取り付けプレートを介して結合され、モータ部がモータシャフトを駆動することにより、ポンプ機構部で形成された複数のポンプ空間が各々伸縮作用を生じるベーンロータリ型空気ポンプを構成するとともに、第１の転がり軸受で仕切られた空間を連通する第１の通路と第２の転がり軸受で仕切られた空間を連通する第２の通路を備えたものである。
【００１２】
これによりポンプの運転により、転がり軸受で仕切られた空間のロータ側の空間の圧力が上昇しても構成した第１と第２の通路をそれぞれ通って他方の空間に空気が流れるようになる。よって転がり軸受の内部を空気が流れることがなくなり、転がり軸受に封入されたグリスが流出することがなくなる。
【００１３】
請求項２に記載の本発明では、特に請求項１において、第１の転がり軸受の外輪に接する前記フロントプレートに前記第１の通路として溝と、前記第２の転がり軸受の外輪に接する前記リアプレートに前記第２の通路として溝を備えたものである。
【００１４】
また請求項３に記載の本発明では、特に請求項１において、第１の転がり軸受の内輪に接する前記モータシャフトに前記通路と、前記第２の転がり軸受の内輪に接するモータシャフトに前記通路を備えたものである。
【００１５】
また請求項４に記載の本発明では、特に請求項１に加えて前記ケーシングに前記第２の転がり軸受で仕切られた空間と外部を連通する通路を設けたものである。これによりリアプレート側に前記第２の通路を通して流れてきた空気がモータ内を流れることになり、モータロータとステータと内部に入っているモータ回路を冷却することができる。
【００１６】
また請求項５に記載の本発明では、特に請求項１に加えて前記モータ部の内部空間と外部の空間を遮断したものである。
【００１７】
これによりリアプレート側に前記第２の通路を経由してモータ内部を流れる空気の経路がなくなり、圧縮室からの空気の漏れを低減でき、ポンプの性能を向上することができる。また第２の通路を空気が流れる状態はモータ内部の圧力と、転がり軸受で仕切られた空間のロータ側の空間の圧力に差が発生したときだけになる。
【００１８】
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。
【００１９】
（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、図２はポンプ機構部の縦断面を示すものである。
【００２０】
まず構成について説明する。図１及び図２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。
【００２１】
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。
【００２２】
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から構成される直流モータを使用する。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。
【００２３】
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とする。またポンプ機構部１００とモータ部２００は、取り付けプレート１５５を介して結合されている。
【００２４】
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１１１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・圧縮・吐出を繰り返し、ポンプ機能を果たしている。
【００２５】
この上記構成において空間１８１と空間１９１はロータ１２１とフロントプレート１４１およびリアプレート１５１の隙間を通してポンプにより圧縮された空気が流れ込み大気圧より高くなり第１の玉軸受１４２で仕切られた空間１８１と外空間、および第２の玉軸受１５２で仕切られた空間１９１と空間２８１の間に差圧が発生し、空気の流れが発生してそれぞれの玉軸受の内部を流れ、それら玉軸受内のグリスが流出する恐れがある。
【００２６】
この対策として第１の玉軸受１４２の外輪が接するフロントプレート１４１の一部に溝１４３を形成し、また、第２の玉軸受１５２の外輪が接するリアプレート１５１の一部に溝１５３を形成してある。この溝１４３，１５３により空間１８１と外部空間ならびに空間１９１と空間２８１を連通させ転がり軸受けの内部を流れていた空気の流れを防止することができる。
【００２７】
（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，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で説明した溝１４１と溝１５３の代わりに転がり軸受け１４２と転がり軸受け１５２の内輪と接するモータシャフトにＤカット状の溝１４４，１５４を形成している。この溝１４４，１５４により実施の形態１と同様の効果を有することができる。
【００２９】
（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，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に加えてモータのケーシングにモータ内部空間と外空間を連通する穴２５１を構成している。この穴により空間１９１から溝１５３を通って空間２８１に流れたきた空気がモータ内部を循環して穴２５１から外空間へ排出される。これによりモータロータ、ステータ、モータ回路の冷却を行うことができ、ポンプの信頼性を向上することができる。
【００３１】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４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，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。
【００３２】
ここでは実施の形態１に加えてモータの内部空間と外部空間をシール材２５２で完全に遮断したものである。これにより空間１９１から溝１５３、空間２８１を経由してモータ内部を通り外部空間へ漏れていた空気が低減し、ポンプの性能を向上することができる。溝１５３はポンプの運転状況の変化による空間１９１と空間２８１間の圧力変動の際に均
圧溝として機能する。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
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、転がり軸受けの寿命を伸ばすことにより、長期にわたり安定した性能を確保できるので、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】
【００３４】
【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４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】
【００３５】
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  溝（フロントプレートに設けた第１の通路）
１４４  溝（モータシャフトに設けた第１の通路）
１５１  エンドプレート
１５２  第２の玉軸受
１５３  溝（リアプレートに設けた第２の通路）
１５４  溝（モータシャフトに設けた第２の通路）
１５５  取り付けプレート
１６１  ポンプ空間
１７１  吐出プレート
１８１  第１の空間
１９１  第２の空間
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
２５１  穴
２５２  シール材
２８１  モータ内部空間
【図１】
2006177232.tif 000003
【図２】
2006177232.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006177232.tif 000008
【図７】
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