(57)【要約】【課題】経時変化による入力の悪化を抑制し、入力の安定性を向上させ、且つ低騒音を実現できるベーンロータリ型空気ポンプの提供を目的とすること。【解決手段】シリンダ３にシリコン含有率が１．０％以下のアルミ合金を使用し、シリンダ内周面にラッピングもしくは研削を施してから陽極酸化処理を行うことで、均一な皮膜が形成し易くなり、シリンダ内周面へのカーボンの付着を抑制できるため、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が高くなった場合でも、入力上昇を抑制し、経時変化による入力の悪化を抑制し、入力の安定性の向上と低騒音を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の内壁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円筒状内壁の中心軸と前記ロータの中心軸を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自己潤滑性を有するカーボン材質よりなる板状の前記ベーンを摺動可能な状態で嵌合させ、吸入ポートを備えたフロントプレートとエンド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、前記エンドプレートの反メカ側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、前記ロータが回転し、前記ベーンが前記スリット内を往復運動しつつ、そのベーン先端が前記シリンダの内壁に沿って摺動することで、前記ポンプ空間が伸縮作用を生じ、空気の吸入・圧縮・吐出を繰り返すオイルレス空気ポンプであって、前記シリンダにシリコン含有率が１．０％以下のアルミ合金を使用し、その表面に陽極酸化処理を施してなるベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項２】
前記シリンダにＡｌ‐Ｍｇ系のアルミ合金を使用してなる請求項１に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項３】
前記シリンダの陽極酸化処理前に、前記シリンダ内周面にラッピングもしくは研削を施してなる請求項１および請求項２に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項４】
前記シリンダの陽極酸化処理前に、前記シリンダ内周面に施すラッピングもしくは研削の平均表面粗さを０．１５μｍから０．２５μｍの範囲としてなる請求項３に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項５】
前記シリンダの陽極酸化処理後に、前記シリンダ内周面にラッピングもしくは研削を施してなる請求項４に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項６】
前記シリンダの陽極酸化処理後に、前記シリンダ内周面に施すラッピングもしくは研削の平均表面粗さを０．１５μｍから０．２５μｍの範囲としてなる請求項５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の構成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ポンプは、シリンダの材質にＡｌ−Ｓｉ系のアルミ合金を使用しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。図５および図６は前記特許文献１に記載された従来のベーンロータリ型ポンプを示すものである。両端がフロントプレート１およびエンドプレート２で閉鎖された筒状内壁を有するシリンダ３を有している。シリンダ３の内部には、外周の一部がシリンダ３の内壁と小隙間を形成するロータ４が配設されている。
【０００３】
ロータ４の外周面には、複数のスリット５が形成され、各スリット５にベーン６の一端が摺動自在に挿入されている。そして、ベーン６はシリンダ３、ロータ４、フロントプレート１、エンドプレート２とともにポンプ空間７を形成している。ベーン６の材質はカーボンである。
【特許文献１】特開昭６２−２７６２９１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、前記従来の構成では、Ａｌ−Ｓｉ系のアルミ合金のシリンダに陽極酸化処理を施した場合、シリコンがシリンダ表面に析出している部分には陽極酸化皮膜が形成されにくく、均一な皮膜が形成できない場合がある。この不均一な皮膜部にベーンの摺動によって削られたカーボンが付着し、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が高くなった場合、付着したカーボンの粘度が高くなり、入力が増大するという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、シリンダ内周面へのカーボンの付着を抑制し、入力上昇を抑制し、入力の安定性を向上させたベーンロータリ型空気ポンプの提供を目的とすることである。
【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、本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、シリンダにシリコン含有率が１．０％以下のアルミ合金を使用し、その表面に陽極酸化処理を施したものである。
【０００７】
これによって、充分な強度を確保でき、かつシリコンの含有量が少なく、シリコンのシリンダ表面への析出も少なくなるため、陽極酸化皮膜が均一に形成できる。よって、ベーンの摺動によって削られたカーボンがシリンダ内周面に付着しにくく、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が高くなった場合でも、入力上昇が抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、ベーンの摺動によるシリンダ内周面へのカーボンの付着を抑制し、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が変化した場合でも、入力上昇を抑制し、入力の安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、シリンダの内周面にシリコン含有率が１．０％以下のアルミ合金を使用
し、その表面に陽極酸化処理を施すことで、均一な皮膜が形成し易くなり、シリンダ内周面へのカーボンの付着を抑制できるため、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が高くなった場合でも、入力上昇を抑制し、入力の安定性を向上させることができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明のシリンダの材質にＡｌ‐Ｍｇ系のアルミ合金を使用することで、充分な強度を確保でき、かつシリコン含有率がさらに低くなるため、より均一な陽極酸化皮膜が形成し易くなり、シリンダ内周面へのカーボンの付着をさらに抑制できる。そのため、ポンプの中に吸入された空気の相対湿度が高くなった場合でも、入力上昇を抑制し、入力の安定性を効果的に向上させることができる。
【００１１】
第３の発明は、特に第２の発明のシリンダ内面に、ラップ仕上げもしくは研削を陽極酸化処理前に施すことで面粗度が良化し、ベーン先端との摺動性が向上し、初期入力の低減が可能となる。
【００１２】
第４の発明は、特に第３の発明のラップ仕上げもしくは研削の平均表面粗さを０．１５μｍから０．２５μｍの範囲とすることで、カーボンの自己潤滑性能を確保できるため、初期入力の上昇を抑制しながら初期騒音の低減が可能となる。
【００１３】
第５の発明は、特に第４の発明の陽極酸化処理後にラップ仕上げもしくは研削を施すことで、陽極酸化処理によって発生する面粗度の悪化を改善が可能であり、さらに初期騒音を低減することができる。
【００１４】
第６の発明は、特に、第５の発明のラップ仕上げもしくは研削の平均表面粗さを０．１５μｍから０．２５μｍの範囲とすることで、カーボンの自己潤滑性能を確保できるため、初期入力の上昇を抑制しながら初期騒音の低減が可能となる。
【００１５】
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。
【００１６】
（実施の形態１）
図１、図２は、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断面図である。
【００１７】
図１、図２において、このベーンロータリ型空気ポンプは、ポンプ機構部８と直流モータ９で構成している。
【００１８】
筒状内壁を有し、内周面に陽極酸化処理されたシリンダ３内に、円筒形状のロータ４をシリンダ３の円筒状内壁の中心軸とロータ４の中心軸を偏心させた状態で配置し、ロータ４にはその中心軸方向に複数のスリット５を設け、これらのスリット５には自己潤滑性を有するカーボン材質よりなる板状のベーン６を摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレート１とエンドプレート２をロータ４とベーン６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７を形成し、ロータ４の中心軸にはエンドプレート２の反メカ側に配置された直流モータ９のモータシャフトを兼ねるメカシャフト１０が結合されており、フロントプレート１に圧入されたボール軸受け１１およびエンドプレート２に圧入されたボール軸受け１２で回転可能に支持することでポンプ機構部８を構成している。
【００１９】
シリンダ３の内周面は旋盤加工後に周方向かつベーン６先端の摺動方向と同一方向にラッピングを施している。平均表面粗さを良くすると、初期騒音の低減が可能であるが、良くしすぎると、カーボンの自己潤滑性能が低下し、シリンダ３の内周面とベーン６の先端の摺動不良により初期入力が悪化するため、平均表面粗さを０．２０［μｍ］に調整して
いる。
【００２０】
その後、陽極酸化処理を行っている。陽極酸化処理は、シリンダ３の内周面の防錆と耐摩耗性向上に必要である。内周面の陽極酸化皮膜の膜厚は５［μｍ］である。
【００２１】
また、陽極酸化処理を施すと面粗度が若干悪化し、８ｋＨｚから１６ｋＨｚの周波数帯域の騒音値が上昇するため、処理後に再び周方向かつベーン６先端の摺動方向と同一方向にラッピングを施し、平均表面粗さを０．２０［μｍ］に調整している。これも平均表面粗さを良くすると、初期騒音の低減が可能であるが、平均表面粗さを良くしすぎると、カーボンの自己潤滑性能が低下し、シリンダ３の内周面とベーン６の先端の摺動不良により初期入力が悪化するためである。本実施の形態ではラッピングを施しているが、超仕上げにて表面を仕上げても良い。
【００２２】
直流モータ９はモータロータ１３の外周にステータ１４を配置し、モータシャフトを兼ねるメカシャフト１０は軸受け１５および軸受け１６で支持されている。
【００２３】
かかる構成部によれば、モータロータ１３とステータ１４間の磁気作用によりモータロータ１３は回転トルクを得て回転運動する。モータロータ１３と一体的に構成されたモータシャフトを兼ねるメカシャフト１０が軸受け１１および１２によって回転可能に支持されることで、ポンプ機構部８に回転力を伝達することができる。
【００２４】
直流モータ９によって出力された回転力はモータシャフトを兼ねるメカシャフト１０と結合されたロータ４に伝達される。回転力を得たロータ４の回転にともない、ベーン６が遠心力によってロータ４の中心軸方向に設けられたスリット５に沿って飛び出すことで、ポンプ空間７を形成する。同時に吸入ポート１７より吸入された空気は、直接ポンプ空間７に流入する経路、シリンダ３に設けられた貫通穴１８を通じてエンドプレート２に設けられた段落ち部１９からポンプ空間７に流入する経路、貫通穴１８を通じてシリンダ中央部に設けられた連通路２０からポンプ空間７に流入する経路の３箇所からポンプ空間７に流入する。
【００２５】
流入した空気は、ロータ４の回転にともないポンプ空間７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。
【００２６】
図３はＡｌ−Ｓｉ系とＡｌ−Ｍｇ系のアルミ合金のシリンダ３を使用した場合の入力の比較のグラフである。
【００２７】
横軸に経過時間、縦軸に入力を示す。初期入力はＡｌ−Ｓｉ系もＡｌ−Ｍｇ系もほぼ同等の値を示しているが、連続運転にて５００時間経過後の入力は、Ａｌ−Ｓｉ系の入力上昇率が初期値比で４０％に対して、Ａｌ−Ｍｇ系は１５％である。
【００２８】
シリコンが析出した部分には陽極酸化皮膜が形成されにくいため、シリコンの含有率が高くなるほど均一な皮膜表面が得られにくくなる。Ａｌ−Ｓｉ系はシリコンの含有率が約１０％であり、Ａｌ−Ｍｇ系は０．４％以下としている。よって、Ａｌ−Ｓｉ系のシリンダ３の方が不均一な皮膜部、すなわちくぼみ部が多く存在し、ここにカーボンがＡｌ−Ｍｇ系よりも多く付着し、吸入された空気の相対湿度が高くなった場合、付着したカーボンの粘度も高くなり、ベーン６先端との摺動が悪化し、入力が増大する。
【００２９】
したがって、Ａｌ−Ｍｇ系のアルミ合金でシリンダ３を構成すれば、陽極酸化処理を施した場合でも、経時変化によるカーボン付着量を少なくすることができ、入力上昇が抑制できる。
【００３０】
（実施の形態２）
図４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陽極酸化処理前のラッピングの有無と入力の関係を示すグラフである。
【００３１】
陽極酸化処理前のラッピング無のシリンダ３は、旋盤加工にて内周面を平均表面粗さ０．２０［μｍ］に調整し、その後陽極酸化処理を施している。陽極酸化処理は、シリンダ３の内周面の防錆と耐摩耗性向上に必要であり、陽極酸化皮膜の膜厚は５［μｍ］である。また、陽極酸化処理を施すと面粗度が若干悪化し、８ｋＨｚから１６ｋＨｚの周波数帯域の騒音値が上昇するため、処理後にラッピングを周方向かつベーン６先端の摺動方向と同一方向に施し、平均表面粗さを０．２０［μｍ］に調整している。これは平均表面粗さを良くすると、初期騒音の低減が可能であるが、平均表面粗さを良くしすぎると、カーボンの自己潤滑性能が低下し、シリンダ３の内周面とベーン６の先端の摺動不良により初期入力が悪化するためである。本実施の形態ではラッピングを施しているが、超仕上げにて表面を仕上げても良い。
【００３２】
陽極酸化処理前のラッピング有のシリンダ３は、旋盤加工にて内周面を加工した後、内周面に周方向かつベーン６先端の摺動方向と同一方向にラッピングを施し、平均表面粗さを０．２０［μｍ］に調整している。その後、陽極酸化処理を行っている。陽極酸化処理は、シリンダ３の内周面の防錆と耐摩耗性向上に必要であり、内周面の陽極酸化皮膜の膜厚は５［μｍ］である。また、陽極酸化処理を施すと面粗度が若干悪化し、８ｋＨｚから１６ｋＨｚの周波数帯域の騒音値が上昇するため、処理後に再びラッピングを周方向かつベーン６先端の摺動方向と同一方向に施し、平均表面粗さを０．２０［μｍ］に調整している。本実施の形態ではラッピングを施しているが、超仕上げにて表面を仕上げても良い。
【００３３】
陽極酸化処理前のラッピング無のシリンダ３は、有と比較して初期入力が３４％悪化している。
【００３４】
処理前の平均表面粗さはラッピングの有無にかかわらず０．２０［μｍ］に揃えているが、Ａｌ−Ｍｇ系のアルミ合金は、Ａｌ−Ｓｉ系のアルミ合金と比較すれば靭性が高く、切削時に素材が刃具にまとわり付きやすいため、むしれが発生し、平滑な切削面が得られていない箇所がＡｌ−Ｓｉ系よりも多い。ベーン６の先端がこの平滑でない部分を通過する際に抵抗となり、運転初期から入力が悪化する。しかし、陽極酸化処理前にシリンダ３の内周面にラッピングを施すことで、この箇所を平滑に仕上げることが可能であり、ベーン６の先端が抵抗なく摺動でき、運転初期の入力を低減することができる。また、陽極酸化処理後にラッピングを施した場合、陽極酸化処理により表面硬度が上昇しているため、むしれによって荒れた部分を平滑にすることは難しい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
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、入力の安定性が高くかつ低騒音であるため、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】
【００３６】
【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軸方向の断面図
【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半径方向の断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるＡｌ−Ｓｉ系とＡｌ−Ｍｇ系のシリンダを使用した場合の空気ポンプの入力の比較図
【図４】本発明の実施の形態２における陽極酸化処理前のラッピングの有無と運転初期の入力の比較図
【図５】従来のベーンロータリ型空気ポンプの半径方向の断面図
【図６】従来のベーンロータリ型空気ポンプの軸方向の断面図
【符号の説明】
【００３７】
１  フロントプレート
２  エンドプレート
３  シリンダ
４  ロータ
５  スリット
６  ベーン
７  ポンプ空間
８  ポンプ機構部
９  直流モータ
１０  メカシャフト
１１，１２  ボール軸受
１３  モータロータ
１４  ステータ
１５，１６  軸受
１７  吸入ポート
１８  貫通穴
１９  段落部
２０  連通路
２１  吐出ポート
２２  吐出口
【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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