(57)【要約】【課題】  ポンプ機構部へのグリスおよびオイルの浸入を防ぐことで、ベーン動作不良を防止し、性能の安定化、騒音の低減を図ること。【解決手段】  フロントプレート７とエンドプレート８のポンプ機構部側に自己潤滑性材質を備え、モータシャフト１１を支承するグリス封入型ボールベアリング１２、１３をフロントプレート７とエンドプレート８の反ポンプ機構部側にそれぞれ備えることで、ロータ５とフロントプレート７もしくはロータ５とエンドプレート８の焼き付きを防止し、またポンプ機構部２へのグリスの浸入を防ぐことができる。【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スリットを設け、これらのスリット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モータ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ポンプ機構部側にはモータを配置し、前記モータ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、
前記フロントプレートと前記エンドプレートのポンプ機構部側に自己潤滑性材質を備え、前記モータシャフトを支承するグリス封入型ベアリングを前記フロントプレートと前記エンドプレートの反ポンプ機構部側にそれぞれ備えてなるベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項２】
前記グリス封入型ベアリングのグリス量を、該ベアリングの内部空間容積の１０％以上３０％以下としてなる請求項１記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項３】
前記グリス封入型ベアリングのグリス種類を、約４０℃時の基油動粘度が２５ｍｍ２／ｓｅｃ以上５５ｍｍ２／ｓｅｃ以下の高粘度グリスとしてなる請求項１または２記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項４】
前記グリス封入型ベアリングと前記フロントプレートあるいは前記エンドプレートの嵌め合いを、５μｍ以下のしまりばめ、もしくはすきまばめとし、前記ベアリングの外輪と前記フロントプレートあるいは前記エンドプレートを接着固定してなる請求項１から３のいずれかに記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項５】
前記グリス封入型ベアリングの内輪を、軸方向に移動させた状態で、前記モータシャフトと接着固定してなる請求項１から４のいずれか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では、ロータを支承する軸受として、ボールベアリングやニードルベアリングが一般的に使用される。潤滑油が存在するポンプの場合、その潤滑油を軸受部に導くことで信頼性を確保することができる。しかしオイルレスポンプでは、ボールベアリングやニードルベアリングの潤滑として内部にグリスを封入する必要がある。そして従来より内部にグリスを封入したボールベアリングを備えたオイルレスポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図４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である。シャフト１９は２つの軸受２１と２２により支承されており、さらにフロントプレート３１（もしくはエンドプレート３２）とロータ２０の接触を避けるため、スラスト軸受２３をロータ２０に隣接配置していた。
【特許文献１】実開昭６１−１３８８８９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、従来の構成ではスラスト軸受が直接ロータと接触しているため、スラスト軸受に封入されているグリスが運転中に漏れ出す可能性がある。漏れ出したグリスがロータスリットとベーンの間に入ると、ベーンの動作不良を引き起こすという課題を有していた。また外部からオイルを供給して潤滑を行なっている場合には、そのオイルがポンプ機構部に入り、吐出空気にオイルが含まれてしまうという課題も有していた。
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ポンプ機構部へのグリスあるいはオイルの浸入を防ぐことで、ベーンの動作不良を解消した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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、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スリットを設け、これらのスリット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モータ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ポンプ機構部側にはモータを配置し、前記モータ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、前記フロントプレートと前記エンドプレートのポンプ機構部側に自己潤滑性材質を備え、前記モータシャフトを支承するグリス封入型ベアリングを前記フロントプレートと前記エンドプレートの反ポンプ機構部側にそれぞれ備えたことを特徴とする。そしてこの構成によれば、ロータとフロントプレートもしくはロータとエンドプレートの焼き付きを自己潤滑性材質により防止し、またポンプ機構部へのグリスの浸入を防ぐことができる。その結果、ベーンの動作不良が解消され、長期にわたり安定した性能を確保することができる。
【０００７】
請求項２に記載の本発明では、特に請求項１記載のグリス封入型ベアリングのグリス量
を、ベアリングの内部空間容積の１０％以上３０％以下としたものである。そしてこの構成によれば、初期状態において過剰に封入されたグリスが運転時に漏れ出し、ポンプ機構部へ浸入することを防ぐことができる。
【０００８】
請求項３に記載の本発明では、特に請求項１または２記載のグリス封入型ベアリングのグリス種類を、約４０℃時の基油動粘度が２５ｍｍ２／ｓｅｃ以上５５ｍｍ２／ｓｅｃ以下の高粘度グリスとしたものである。そしてこの構造によれば、高温運転においてもグリスが漏れ出すことはなく、環境温度による使用制限が緩和される。
【０００９】
請求項４に記載の本発明では、特に請求項１から３のいずれかに記載のグリス封入型ベアリングとフロントプレートあるいはエンドプレートの嵌め合いを、５μｍ以下のしまりばめ、もしくはすきまばめとし、ベアリングの外輪とフロントプレートあるいはエンドプレートを接着固定したものである。そしてこの構成によれば、ベアリング（好ましくはボールベアリング）をフロントプレートもしくはエンドプレートへ取り付ける際に、外輪変形を発生させることがないので、ベアリングの長寿命化を図ることができる。
【００１０】
請求項５記載の本発明では、特に請求項１から４のいずれかに記載のグリス封入型ベアリングの内輪を、軸方向に移動させた状態で、モータシャフトと接着固定してなるものである。そしてこの構成によれば、ベアリングに予圧が印加された状態で固定されるので、運転時に発生するボールの転動音を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、ポンプ空間へのグリスの侵入を防止することで、ベーンの動作不良を解消し、長期にわたり安定した性能を確保することができる。また同時に吐出空気にはグリスが含まれないので、産業分野に限らず、医療分野への用途展開も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１および図２は、本発明におけるベーンロータリ型空気ポンプの断面図を示すものである。
【００１４】
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１は、ポンプ機構部２とモータ部３により構成されている。
【００１５】
ポンプ機構部２は、筒状内壁を有するシリンダ４と、円筒形状のロータ５と、自己潤滑性材質よりなるベーン６（図２参照）と、自己潤滑性材質を一面に塗布したフロントプレート７およびエンドプレート８から構成されている。図２に示すように、ロータ５はシリンダ４の中心軸から偏心した状態で配置され、このロータ５の中心軸方向に設けられた複数のスリット９に、ベーン６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７とエンドプレート８が、ロータ５とベーン６を挟み込むようにシリンダ４の両端に配置され、複数のポンプ空間１０を形成している。このとき、フロントプレート７とエンドプレート８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。
【００１６】
モータ部３は、ステータとモータロータとモータシャフト１１とモータケーシングと回路基板から構成される直流モータを使用する。モータシャフト１１はモータロータに固定されており、その両端もしくはその一端を軸受で支承されている。軸受としては、グリス封入型ボールベアリングやオイル含浸のメタルブッシュが用いられる。
【００１７】
ロータ５の中心軸には、エンドプレート８の反ポンプ機構部側に配置されたモータ部３のモータシャフト１１が結合されている。このモータシャフト１１はフロントプレート７とエンドプレート８にそれぞれ設けられたグリス封入型ボールベアリング（グリス封入型ベアリング）１２、１３で回転可能に支承されている。
【００１８】
次に動作について説明する。回路基板に直流電源が供給されると、モータシャフト１１が回転運動を開始する。これに伴い、モータシャフト１１に固定されたロータ５も一体となって回転することで、ベーン６がロータスリット９の内部で移動し、運転中はベーン６の先端がシリンダ４の内壁と接触回転するので、ポンプ空間１０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。
【００１９】
運転が継続して行なわれた場合、圧縮仕事による発熱やベーン先端摺動による摩擦熱やモータの発熱などにより、ポンプ自体の温度が上昇する。例えば雰囲気温度が８０℃を超える過酷な条件では、ボールベアリング１２、１３に封入されたグリスが外部へと漏れ出す恐れがある。漏れ出したグリスがロータスリット９とベーン６の間に入ると、ベーン６の動作不良を引き起こし、正常な運転が不可能となる。また同時にベーンジャンピング音や作動流体の膨張音が発生し、騒音が増大する。そこで、グリス封入型ボールベアリング１２、１３はそれぞれフロントプレート７とエンドプレート８の反ポンプ機構部側に取り付ける。この構成では、仮にグリスが漏れた場合にも、直接ロータ５に付着することはなく、スリット９とベーン６の間に入る恐れもない。またフロントプレート７とエンドプレート８のポンプ機構部側には、自己潤滑性材質が塗布されているので、運転時にロータ５が接触摺動した場合にも、焼き付く恐れはない。よってポンプ機構部側に（ロータに隣接した状態で）軸受を用いる必要性もなくなり、過酷な温度条件下での運転も可能となる。
【００２０】
なお前記自己潤滑性材質として１８５０℃から１９５０℃の間で焼成したカーボンを用いると良い。この材質を用いると、炭素の結晶子が小さくなり、結晶構造が緻密となって硬度が上がり、フロントプレート７もしくはエンドプレート８とロータ５の磨耗量を低減することができ、焼き付きを防止できる。さらに前記自己潤滑性材質として、前記カーボンにジビニルベンゼンを含浸させるとより好適な材質になる。これはカーボンの炭素結晶子構造の隙間空間にジビニルベンゼンを入れ込むこととなり、さらに硬度が上がり、前記磨耗量をさらに低減できるからである。そして本実施形態において、この自己潤滑性材質は、フロントプレート７、エンドプレート８のみならずベーン６にも用いられている。
【００２１】
またグリスの漏れ出しを防止する方法として、封入量と粘度を適切に調整する方法もある。封入量に関しては、少なくするにつれ、外部へ漏れ出す量は少なくなるが、信頼性の面で課題が生じる。そこでグリス封入量をボールベアリングの空間容積に対し１０％以上３０％以下とすることが経験的に望ましい。この範囲内では、過剰封入による漏れ出しもなく、また信頼性の面から見ても、同等な寿命を保証できる。グリスの種類に関しては、粘度を高くするにつれ漏れ出し量は少なくなるが、起動特性の悪化や、回転トルクの増大（損失増大）といった課題が生じる。そこで４０℃時の基油動粘度が２５ｍｍ２／ｓｅｃ以上５５ｍｍ２／ｓｅｃ以下の高粘度グリスを用いるのが望ましい。
【００２２】
グリス封入型ボールベアリング１２、１３とフロントプレート７およびエンドプレート８との嵌め合い寸法は、５μｍ以下のしまりばめ、もしくはすきまばめとし、ボールベアリング１２（もしくは１３）の外輪とフロントプレート７（もしくはエンドプレート８）を接着により固定する。圧入しろが大きい場合、ボールベアリング抜けの心配はなくなるが、圧入時に外輪を変形させる恐れがある。外輪が変形すると、ボールベアリング内部においてボールの転動面が変形することになるので、ボールもしくは転動面の異常摩擦が発生し、ボールベアリングの寿命を縮めることになる。そこで圧入しろを５μｍ以下とする
か、もしくは隙間を持たせることでボールベアリングを取り付け、運転時にボールベアリングが抜けたり、外輪が回転したりしないように外輪を接着で固定させておく。
【００２３】
図３は請求項５に記載の実施の形態におけるベーンロータリ型空気ポンプ１のボールベアリング取り付け部の断面図を示すものである。ここでは代表して、フロントプレート７における取る付け方法を説明する。フロントプレート７にグリス封入型ボールベアリング１２を接着固定し、これをモータシャフト１１に取る付け、ポンプを完成させる。その後、ボールベアリング１２の内輪１２ａをポンプ機構部２側に押し、モータシャフト１１と接着固定する。このときの押し荷重は２００〜３００ｇｆ程度がよい。内輪に押し荷重がかかった状態で接着固定されるので、ボールベアリング１２には予圧が印加された状態となる。そのため、運転時に発生するボールベアリング１２の転動音を低減することができる。またエンドプレート８におけるグリス封入型ボールベアリング１３の取る付け方法も同様に接着固定することで、転動音低減を図ることができる。
【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、高温条件下における運転時に発生するベーンの動作不良を解消し、長期にわたり安定した性能を確保することができるので、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】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態におけるベーンロータリ型空気ポンプの全体断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるベーンロータリ型空気ポンプのポンプ機構部断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるベーンロータリ型空気ポンプのボールベアリング取り付け部の断面図である。
【図４】従来のベーンロータリ型ポンプの断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ベーンロータリ型空気ポンプ
２  ポンプ機構部
３  モータ部
４  シリンダ
５  ロータ
６  ベーン
７  フロントプレート
８  エンドプレート
９  スリット
１０  ポンプ空間
１１  モータシャフト
１２    グリス封入型ボールベアリング（グリス封入型ベアリング）
１２ａ  グリス封入型ボールベアリングの内輪
１３    グリス封入型ボールベアリング（グリス封入型ベアリング）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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