(57)【要約】【課題】ベーンロータリ型空気ポンプのモータ冷却をポンプを大きくすることなく、また安価に構成すること。【解決手段】モータ部２００がメカシャフト２２２を駆動することによりポンプ空間１６１が伸縮作用を生じ、フロントプレート１４１には吸入ポート１４４と吐出ポート１４３を備えるオイルレス空気ポンプであって、吸入ポート１４４に連通する吸入経路１７３とモータの外殻に吸入経路とつながる吸入通路１７４を設けた構成すること。【選択図】図１
2007023958.tif 000002
【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嵌合させ、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吸入ポートと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経路と前記モータの外殻に前記吸入経路とつながる吸入通路を設けたベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項２】
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嵌合させ、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吐出ポートを備え、前記リアプレートに吸入ポートを備えた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通路を前記モータの外殻に設けたベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項３】
前記吸入通路に放熱フィンを設けた請求項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】
前記吸入通路に吸入フィルターを設けた請求項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】
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。従来、この種のポンプとしては例えば特許文献１のようなベーンロータリ型空気ポンプがあった。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嵌合され、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。
【０００３】
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６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】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成をモバイル用の燃料電池用ポンプに適用する場合、燃料電池の発熱やモータの発熱によりモータの温度が非常に高くなり、モータの信頼性が損なわれる恐れがあった。モータの発熱を防ぐために一般的にはモータのポンプ部と相対する位置に冷却用のファンを取り付けるが、モバイル燃料電池に使用するポンプは小型と静音性が求められるため取り付けることが難しいといった課題を有していた。
【０００５】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、信頼性が高く、小型で静音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】
【０００６】
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、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嵌合させ、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吸入ポートと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経路と前記モータの外殻に前記吸入経路とつながる吸入通路を設けたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、吸入ポートに連通する吸入経路と前記モータの外殻に前記吸入経路とつながる吸入通路を設けているので、吸入される空気がモータの外側を流れるのでモータの冷却を行うことができる。
【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嵌合させ、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吸入ポートと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経路と前記モータの外殻に前記吸入経路とつながる吸入通路を設けたものである。
【０００９】
これにより吸入により発生する空気の流れをモータの冷却に用いることが出来る。またモータを冷却するファンを必要とせず、小型化と低コスト化、静音化を図ることが出来る。
【００１０】
第２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、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嵌合させ、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吐出ポートを備え、前記リアプレートに吸入ポートを備えた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通路を前記モータの外殻に設けたものである。
【００１１】
これにより吸入により発生する空気の流れをモータの冷却に用いることが出来る。またモータを冷却するファンを必要とせず、小型化と低コスト化、静音化を図ることが出来る。これにより吸入により発生する空気の流れをモータの冷却に用いることが出来る。またモータを冷却するファンを必要とせず、小型化と低コスト化、静音化を図ることが出来る。
【００１２】
第３の発明は特に第１と第２の発明においてモータ外殻の吸入通路に放熱フィンを設けたものであり、モータをより冷却することが出来る。
【００１３】
第４の発明は特に第１と第２と第３の発明においてモータ外殻の吸入通路に吸入フィルターを設けたものであり、広い面積のフィルターを設けることが出来る。
【００１４】
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。
【００１５】
（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断面図を示すものである。
【００１６】
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。
【００１７】
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及びリアプレート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とリアプレート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とリアプレート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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、リアプレート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。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。
【００２０】
次に動作について説明する。回路基板２４１に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、吸入ポート１４４から空気を吸入し圧縮した後、吐出ポート１４３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。
【００２１】
この上記構成において通常、ポンプは燃料電池ユニット内に置かれており燃料電池発電部の熱やモータの発熱によりモータの温度が異常に上昇してモータの信頼性に課題が生じる恐れがある。この対策として吸入ポート１４４に連通する吸入経路１７３とモータ外殻全体に吸入通路１７４を構成した。この構成により吸入ポート１４４から吸入される空気は、まず吸入通路１７４からモータの外側を流れ、吸入経路１７３を経由する。この空気の流れによりモータを冷却することが出来る。
【００２２】
（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側面断面図を示すものである。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。ここではリアプレートに設けられた吸入ポート１４４と連通するモータ外殻に設けられた吸入通路１７４を構成している。この構成により吸入ポート１４４から吸入される空気はまず吸入通路１７４を通ることによりモータの外側を流れることになりモータを冷却することが出来る。
【００２３】
（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側面断面図を示すものである。図４において、図１から図３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。ここでは実施の形態１と２に加えて吸入通路１７４に放熱フィンを設けたものである。この放熱フィンにより更にモータを冷却出来るようになる。
【００２４】
（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側面断面図を示すものである。図５において、図１から図４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。ここでは吸入通路１７４に吸入フィルターを設けた。これにより吸入フィルターの面積を広くとる事が出来、吸入フィルターの寿命を伸ばすことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
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】
【００２６】
【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側面断面図
【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のポンプ機構部縦断面図
【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側面断面図
【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側面断面図
【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側面断面図
【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側面断面図
【符号の説明】
【００２７】
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  吐出ポート
１４４  吸入ポート
１５１  リアプレート
１５２  第２の玉軸受
１５３  取り付けプレート
１６１  ポンプ空間
１７１  プレート
１７２  吐出管
１７３  吸入経路
１７４  モータ外殻の吸入通路
１７５  放熱フィン
１７６  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
【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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