(57)【要約】【課題】空気ポンプ起動時のベーン摺動中に、スリット摺動面にベーンのスリット内面端側エッジ部の接触が生じ、それに伴う偏磨耗と入力増大、及びベーンジャンピングによる騒音増大を引き起こしていた。【解決手段】ロータ４の回転によって、ベーン２がスリット１内を往復運動しつつ、ベーン先端がシリンダ３の内面に沿って摺動することによりポンプ空間１１が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、ベーン２のスリット内端面側エッジ部２ｂ，２ｃに曲面形状を形成した構成としている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の内径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内径の中心軸から偏心させた状態で配置し、前記ロータの半径方向にはスリットを複数設け、これらの前記スリット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自在な状態で嵌合させ、フロントプレートとリア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、前記ロータの回転によって、前記ベーンが前記スリット内を往復運動しつつ、前記ベーン先端が前記シリンダの内面に沿って摺動することにより前記ポンプ空間が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、前記ベーンのスリット内端面側エッジ部に曲面形状を設けてなるベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項２】
前記ベーンのスリット内端面側エッジ部で、且つ前記ロータの回転進行方向側に曲面形状を設けてなる請求項１に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項３】
前記曲面形状の曲率半径を、前記ベーン幅の１０％から５０％の大きさにしてなる請求項１または２に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項４】
前記曲面形状の曲率半径中心から前記ベーンのスリット内端面側端面までの距離を、前記曲面形状の曲率半径中心から前記ベーンのスリット摺動面側端面までの距離より小さくしてなる請求項１から３のいずれか１項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空気ポンプのベーン摺動時に発生するベーンジャンピングによる騒音への対策としては、例えば図７に記載されているようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ロータ１０４の、ベーン１０２を摺動自在に挿入する半径方向のスリット内端部１０２ａに、背圧室１０５を形成し、前記背圧室１０５に、サイドプレート１０６に形成した周方向の圧力導入溝１０６を介して作動流体を導くことにより、前記ベーン１０２をシリンダ１０３に押しつけるようにしたベーンポンプにおいて、前記背圧室１０５を前記圧力導入溝１０６の位置を超えて半径方向内方まで延長させて前記圧力導入溝１０６が前記背圧室１０５にその半径方向外側部分において連通するようにし、かつ前記ベーン１０２を前記背圧室１０５の底部に当接可能としている。このことにより前記ベーン１０２の最大飛び出し時の支持長さを確保することが可能となり、前記ベーン１０２摺動時に発生するベーンジャンピングによる騒音が低減できる。
【特許文献１】特開平８−２１９０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成は、ベーン摺動面とスリット摺動面との間には、ベーンを摺動自在にする目的で、ある一定のクリアランスが保たれている。ベーン先端にはロータの回転方向とは反対向きの摩擦力が加わるため、ベーンはスリット先端エッジ部１０１ａを支点にしてポンプ空間１０７側に傾いたまま、スリット内を往復運動することになる。すなわちベーンのスリット内端面側端面のエッジ部がスリットに常に接触摺動することになる。このためスムーズなベーン摺動ができなくなり、ベーンのスリット内端面側エッジ部の過剰磨耗、及び入力増大や、ベーンジャンピングによる騒音増大を引き起こす可能性を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ベーンのスリット内における往復運動がスムーズになり、ベーンの過剰磨耗、及び入力増大やベーンジャンピングによる騒音増大を抑制するベーンロータリ型空気ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、ベーンのスリット内端面側エッジ部に曲面形状を設けた構成としたものである。このようにベーンのスリット内端面側エッジに曲面形状を設けることによって、ベーンのスリット内における往復運動がスムーズになり、ベーンの過剰磨耗、及び入力増大やベーンジャンピングによる騒音増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、ベーンのスリット内における往復運動をスムーズにさせることにより、入力増大やベーンジャンピングによる騒音増大を抑制することが可能となる。また曲面形状の半径を規制していることから、ベーンとスリットの接触点距離を長く構成することが可能となり、ベーンの最大飛び出し時においても十分な支持長
さを確保することができる。その結果、ベーンの破損を防止でき、高信頼性および高効率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】
【０００８】
第１の発明は、ベーンロータリ型空気ポンプのベーンのスリット内端面側エッジ部に曲面形状を設けたものである。そしてこの構成によれば、ベーンがスリット摺動面とベーン摺動面との間に設けられたクリアランスによって傾きが生じ、運転時にベーンのスリット内端面側エッジ部がスリット摺動面に接触しながら往復運動を行なったとしても、ベーンがスリット内で、スムーズな往復運動できるため、ベーンの過剰磨耗、及び入力増大やベーンジャンピングによる騒音増大を抑制することが可能となり、高い信頼性と高性能を同時に確保することができる。
【０００９】
第２の発明は、特に第１の発明の曲面形状をロータの回転進行方向側に設けたものである。そしてこの構成によれば、ロータの回転とともにベーンはスリット先端エッジ部１ａを支点に傾いたまま、スリット内で往復運動を行なったとしても、スムーズな摺動が可能となるため、ベーンの過剰磨耗、及び入力増大やベーンジャンピングによる騒音増大を抑制することが可能となり、高い信頼性と高性能を同時に確保することができる。
【００１０】
第３の発明は、特に第１または、第２の発明の曲面形状の曲率半径を、ベーン幅寸法の１０％から５０％の大きさにしたものである。そしてこの構成によれば、曲面形状の曲率半径を最小でもベーン幅の１０％にすることにより、スリット摺動面とベーンのスリット内端面側エッジ部が接触したとしても、摺動損失増大が発生することなく、よりスムーズな往復運動が可能となる。また曲面形状の曲率半径を最大でもベーン幅の５０％にすることにより、ベーンとスリットとの接触点距離を長く構成することができることから、ベーンの最大飛び出し時においても支持長さを長く確保することが可能となり、ベーン破損を防止することができる。
【００１１】
第４の発明は、特に第１から第３の発明の曲面形状を曲率半径中心からベーンのスリット内端面側端面までの距離を、曲面形状の曲率半径中心から前記ベーンのスリット摺動面側端面までの距離より小さくしたものである。そしてこの構成によれば、ベーンのスリット摺動面側直線部と曲面形状を滑らかに繋ぎつつ、かつベーンとスリットの接触点距離を長く構成することができる。すなわちベーンの最大飛び出し時においても支持長さを長く確保することが可能となり、ベーンの破損を防止することができる。
【００１２】
以下、本発明実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図を示すものである。図２は本発明の実施の形態におけるベーンロータリ型空気ポンプの横断面図であり、図１のＡ―Ａ部断面に相当する。このベーンロータリ型空気ポンプは、ポンプ機構部７と直流モータ８で構成している。ポンプ機構部７は、円筒形状の内径を有するシリンダ３内に、円筒形状のロータ４をシリンダ３の内径の中心軸から偏心させた状態で配置するもので、ロータ４の半径方向にはスリット１を複数設け、スリット１の内端部に背圧室５を備えた構成とし、スリット先端エッジ部１ａ、１ｂにはそれぞれ面取りが設けられる。スリット１には自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーン２を摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレート９とリアプレート１０をロータ４とベーン２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１１を形成している。ロータ４の中心軸にはリアプレート１０の反ポンプ空間側に配置された直流モータ８のモータシャフト１２が結合されており、フロントプレート９に圧入された第１の玉軸受１３およびリアプレート
１０に圧入された第２の玉軸受１４で回転可能に支持されている。直流モータ８は、ステータ１４の外周にモータロータ１６を配置している。以上のように構成されたベーンロータリ型空気ポンプについて、以下その動作、作用を説明する。
【００１４】
図示しない電源部から入力された電流を得て、直流モータ８はモータロータ１６とステータ１５間の磁気作用により回転トルクを得て回転運動する。モータロータ１６と一体的に構成されたモータシャフト１２によって回転可能に支持されることで、ポンプ機構部７に回転力を伝達可能とする。回転力を得たロータ４の回転にともない、ベーン２が遠心力によってロータ４の半径方向に設けられたスリット１に沿って飛び出し、シリンダ３の内面に押し付けられることでポンプ空間１１を形成する。同時に、吸入口１７から吸入された空気は、第１の吸入ポート１８からポンプ空間１１に流入する経路と、第１の吸入ポート１８からシリンダ３に設けられた貫通穴１９を経て、リアプレート１０に設けられた第２の吸入ポート２０からポンプ空間１１に流入する経路の、２つの経路からポンプ空間１１に流入する。流入した空気は、ロータ４の回転にともない、ベーン２がスリット１内を往復運動しつつ、ベーン２先端がシリンダ３の内径に沿って摺動することで、ポンプ空間１１が伸縮作用を生じ、ポンプ空間１１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。
【００１５】
図３は本発明の第１の実施の形態におけるベーン２の側面図を示す。図のようにベーン２のスリット内端面側エッジ部２ｂ、２ｃを曲面形状に形成している。運転時には、ベーン２先端はシリンダ３の内面に押し付けられながら摺動し、ベーン２先端にはロータ４の回転方向とは反対向きの摩擦力が働くことになる。この際、ベーン２はスリット先端エッジ部１ａを支点にしてポンプ空間１１ａ側へ傾きが生じ、スリット先端エッジ部１ａを支点に傾いたまま、スリット１内で往復運動を繰り返すことになる。しかし、この構成にすることにより、ベーン２のスリット内端面側エッジ部２ｂ、２ｃがスリット３摺動面に常に接触しながら、スリット３内で往復運動を行なったとしても、スムーズな往復運動ができるため、ベーンの過剰磨耗、及び入力増大やベーンジャンピングによる騒音増大を抑制することができる。
【００１６】
（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態におけるベーン２の側面図を示すものである。図のようにベーン２のロータ４の回転進行方向側にあたるスリット内端面側エッジ部２ｂに曲面形状を設けた構成にしている。このことにより、実施の形態１同様、スムーズな往復運動ができるため、ベーンの過剰磨耗、及び入力増大やベーンジャンピングによる騒音増大を抑制することができる。
【００１７】
（実施の形態３）
図５は本発明の第３の実施の形態におけるベーン２の要部側面図を示すものである。図のようにベーン２のスリット内面端側エッジ部２ｂの曲面形状の曲率半径Ｒを、ベーン幅Ｗの１０％から５０％にした構成にしている。このように曲面形状の曲率半径Ｒを最小でもベーン幅Ｗの１０％設けていれば、たとえスリット１摺動面とベーンのスリット内端面側エッジ部２ｂが接触したとしても、スムーズな往復運動ができるため、ベーンの過剰磨耗、及び入力増大やベーンジャンピングによる騒音増大を抑制することができる。また曲面形状の曲率半径Ｒを最大でもベーン幅Ｗの５０％にすることにより、ベーン２のロータ４の回転進行方向側側面の接触距離長さを長く構成することができる。この曲面形状を構成することにより、ベーン２の最大飛び出し時においても十分な支持長さを確保することができ、スリット１摺動面との面接触がより確実に行なえることから、運転中のベーン破損を防止することができる。
【００１８】
（実施の形態４）
図６は本発明の第４の実施の形態におけるベーン２の要部側面図を示すものである。図のように曲面形状を曲率半径中心Ｐから、ベーンのスリット内端面側端面２ａまでの距離Ｌを、曲面形状の曲率半径中心Ｐから、ベーンのスリット摺動面側端面２ｄまでの距離Ｒより小さくした構成にしている。この曲面形状を構成することにより、曲面形状の円弧部を小さく滑らかに繋ぎつつ、ベーン２のロータ４の回転進行方向側端面の接触点距離長さを長く構成できることから、ベーン２の最大飛び出し時においても支持長さを長く確保することができ、スリット１摺動面との面接触がより確実に行なえることから、運転中のベーン破損を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
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、ベーンのスリット内端面側エッジ部に曲面形状を設けた構成にすることにより、ベーンのエッジ部がスリットと接触摺動することで発生するベーンの過剰磨耗、及び入力増大やベーンジャンピングによる騒音増大を抑制することができ、高い信頼性と高性能を同時に確保することが可能となることから、モバイル燃料電池用の空気供給だけではなく、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】
【００２０】
【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】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を示す図１のＡ−Ａ横断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるベーンの側面図
【図４】本発明の実施の形態２におけるベーンの側面図
【図５】本発明の実施の形態３におけるベーンの要部側面図
【図６】本発明の実施の形態４におけるベーンの要部側面図
【図７】従来のベーンロータリ型空気ポンプの要部断面図
【符号の説明】
【００２１】
１                  スリット
１ａ、１ｂ          スリット先端エッジ
１ｃ                スリット内端面
２                  ベーン
２ａ                スリット内端面側端面
２ｂ、２ｃ          スリット内端面側エッジ部
２ｄ                スリット摺動面側端面
３                  シリンダ
４                  ロータ
５                  背圧室
７                  ポンプ機構部
８                  直流モータ
９                  フロントプレート
１０                リアプレート
１１、１１ａ、１１ｂ  ポンプ空間
１２                  モータシャフト
１３、１４            玉軸受
１５                  ステータ
１６                  モータロータ
１７                  吸入口
１８、２０            吸入ポート
１９                  貫通穴
２１                  吐出ポート
２２                  吐出口
１０１                スリット
１０１ａ              スリット先端エッジ部
１０２                ベーン
１０２ａ              ベーン内端面
１０３                シリンダ
１０４                ロータ
１０５                背圧室
１０６                サイドプレート、圧力導入溝
１０７                ポンプ空間
【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】
2006336544.tif 000007
【図６】
2006336544.tif 000008
【図７】
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