(57)【要約】【課題】空気ポンプ運転時に、スリット摺動面エッジ部の「バリ」と呼ばれる加工残りにベーンが接触し、それに伴うベーン摺動面の過剰磨耗と入力増大、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】スリット１のベーン摺動面と隣接するフロントプレート９・リアプレート１０側ロータ端面とで形成されるエッジ部、及びベーン摺動面とロータ外周面とで形成されるスリット先端エッジ部に曲面形状を設けた構成としたことにより、「バリ」による接触抵抗が無くなり、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。【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、前記スリットのベーン摺動面と隣接するフロント・リア両プレート側ロータ端面とで形成されるエッジ部と、前記ロータ外周面とで形成される前記スリット先端エッジ部に曲面形状を構成し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】
前記スリットの前記ベーン摺動面側端面と隣接する前記フロント・リア両プレート側ロータ端面とで形成される前記エッジ部の曲面形状の曲率半径Ｒを前記ロータ軸方向高さＡの１／１００以下の大きさで構成し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】
前記スリットの前記ベーン摺動面側端面と隣接する前記ロータ外周面とで形成される前記スリット先端エッジ部の曲面形状の曲率半径Ｗを前記ロータ直径Ｂの１／１００以下の大きさで構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項４】
前記ロータに施す前記スリットの加工方法にワイヤー放電加工を用いた事を特徴とする請求項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】
前記ロータの前記スリットに嵌合させた前記ベーンの軸方向高さを前記ロータ軸方向高さＡより大きく構成したことを特徴とする請求項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オイルレスの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】
図７に示す、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、スリット加工時の問題で、スリットのベーン摺動面と隣接するフロントプレート・リアプレート側ロータ端面とで形成されるエッジ部と、ロータ外周面とで形成されるスリット先端エッジ部に「バリ」と呼ばれる加工残りが発生しやすい。このためポンプ運転でのベーン摺動の際に、スリットのベーン摺動面と隣接するフロントプレート・リアプレート側ロータ端面とで形成されるエッジ部、及びベーン摺動面とロータ外周面とで形成されるスリット先端エッジ部に存在する「バリ」にベーンが接触し乗り上げることで、ベーン摺動面とスリット摺動面間に隙間が発生し、その隙間を通じて、背圧室にある高圧が圧縮室に漏れ出し、体積効率低下やベーンジャンピングによる騒音増大を招いてしまう。また「バリ」との接触抵抗によるベーン過剰磨耗、及び入力増大等の性能低下を引き起こす可能性も有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、スリットのベーン摺動面と隣接するフロントプレート・リアプレート側ロータ端面とで形成されるエッジ部、及びベーン摺動面とロータ外周面とで形成されるスリット先端エッジ部に曲面形状を設けた構成としたものである。このようにスリットのベーン摺動面と隣接するフロントプレート・リアプレート側ロータ端面、及びロータ外周面とで形成される各エッジ部に曲面形状を設けることによって、「バリ」による接触抵抗が無くなり、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】
【０００６】
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。また曲面形状の大きさを規制していることから、背圧室から圧縮室への高
圧の洩れも抑制することが可能となり、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】
【０００７】
第１の発明は、ベーンロータリ型空気ポンプのスリットのベーン摺動面と隣接するフロントプレート・リアプレート側ロータ端面とで形成されるエッジ部、及びベーン摺動面とロータ外周面とで形成されるスリット先端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、スリット加工時に発生する「バリ」と呼ばれる加工残りを抑制することができ、ベーンがスリット摺動面と隣接するフロントプレート・リアプレート側ロータ端面、及びロータ外周面とで形成された各エッジ部に接触しながら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。
【０００８】
第２の発明は、特に第１の発明のスリットのベーン摺動面と隣接するフロントプレート・リアプレート側ロータ端面とで形成されたエッジ部の曲面形状の曲率半径Ｒの大きさを、ロータ軸方向高さＡの１／１００以下の大きさで構成したものである。そしてこの構成によれば、ベーン摺動面がエッジ部に接触しながら往復運動を行なったとしても、スムーズに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。また同時に曲面形状の曲率半径の大きさを規制しているため、曲面形状を介して、背圧室から圧縮室に漏れ出す高圧を最小限に抑えるができるため、体積効率低下を抑制することも可能となり、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３の発明は、特に第１または、第２の発明のスリットのベーン摺動面と隣接するロータ外周面とで形成するスリット先端エッジ部の曲面形状の曲率半径Ｗを、ロータ直径Ｂの１／１００以下の大きさで構成したものである。そしてこの構成によれば、ベーンがスリット先端エッジ部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、スムーズに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ため、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４の発明は、特に第１から第３の発明のスリットをワイヤー放電加工を用いて行なうようにしたものである。そしてこの加工法によれば、スリット加工時に発生する「バリ」と呼ばれる加工残りの発生を抑制できるため、ベーン摺動面がスリットの各エッジ部に接触しながら往復運動を行なったとしても、スムーズに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。
【００１１】
第５の発明は、特に第１から第４の発明のスリットに嵌合させたベーンの軸方向高さＣをロータ軸方向高さＡよりも大きい構成にしたものである。そしてこの構成によれば、スリットのベーン摺動面と隣接するフロントプレート・リアプレート側ロータ端面エッジ部に曲面形状を形成した場合においても、曲面形状を介して背圧室から圧縮室に漏れ出す高圧を最小限に抑えることができるため、体積効率低下を抑制することも可能となり、高い信頼性と高性能を同時に確保することができる。
【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１ｅ、１ｆ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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
図３は本発明の第１の実施の形態におけるロータ４の斜投影図を示す。図のようにスリット１のベーン摺動面と隣接するフロントプレート９・リアプレート１０に形成するロータ４端面エッジ部１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄと、ロータ４外周面とで形成されるスリット１先端エッジ部１ｅ・１ｆは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１ｅ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１ｅ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。またフロントプレート９・リアプレート１０とロータ４両端面間には、ある一定のクリアランスを設けており、ロータ４の回転に伴いベーン２がスリット１内で往復運動する際に、軸方向への上下運動も同時に繰り返される。しかし、この構成にすることにより、ベーン２がスリット１内で往復運動をする際にスリット１のベーン摺動面と隣接するフロントプレート９・リアプレート１０側ロータ４端面とで形成されるエッジ部１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄと、ロータ４外周面とで形成されるスリット先端エッジ部１ｅ・１ｆに常に接触したとしても、スムーズな往復運動ができるため、ベーン２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２）
図４は本発明の第２の実施の形態におけるロータ４の要部側面図を示すものである。図
のようにスリット１のベーン摺動面と隣接するフロントプレート９・リアプレート１０側ロータ４端面とで形成されるエッジ部１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄの曲面形状の曲率半径Ｒの大きさをロータ４軸方向高さＡの１／１００以下の大きさで構成している。このことにより、第１の実施の形態同様に、スムーズなベーン２の往復運動ができるため、ベーン２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とともに、曲面形状を介して背圧室から圧縮室に漏れ出す高圧を最小限に抑えることも可能となるため、体積効率低下も抑制するができる。
【００１８】
（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ロータ４の要部側面図を示すものである。図のようにスリット１のベーン摺動面と隣接するロータ４外周面とで形成するスリット先端エッジ部１ｅ・１ｆの曲面形状の曲率半径Ｗの大きさをロータ４直径Ｂの１／１００以下の大きさで構成している。このことにより、スムーズなベーンの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。
【００１９】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態において、スリット１の加工方法にワイヤー放電加工を用いている。この加工方法によれば、スリット１加工時に発生する「バリ」と呼ばれる加工残りの発生を抑制することができ、スリット１のベーン摺動面の各エッジ部に曲面形状を形成しなくても、ベーン２が各エッジ部に接触しながら往復運動を行なったとしても、スリット１内でスムーズに往復運動ができるため、ベーン２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。また加工工数も削減できることから、低コスト化を図ることができる。
【００２０】
（実施の形態５）
図６は本発明の第５の実施の形態におけるスリット１とベーン２の要部断面図を示すものである。図のようにスリット１に嵌合させたベーン２軸方向高さＣをロータ４軸方向高さＡよりも大きく構成している。このことにより、スリット１のベーン摺動面と隣接するフロントプレート９・リアプレート１０側ロータ４端面エッジ部１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄに曲面形状を形成した場合においても、背圧室から圧縮室に漏れ出す高圧をより最小限に抑えることができるため、体積効率低下を抑制することも可能となり、高い信頼性と高性能を同時に確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
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、スリットのベーン摺動面と隣接するフロント・リア両プレート側ロータ端面とで形成されるエッジ部、及びベーン摺動面と隣接するロータ外周面とで形成するスリット先端エッジ部に曲面形状を設けた構成にすることにより、スリットのエッジ部がベーン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】
【００２２】
【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のベーンロータリ型空気ポンプのＡ−Ａ横断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるロータの斜投影図
【図４】本発明の実施の形態２におけるロータの要部側面図
【図５】本発明の実施の形態３におけるロータの要部平面図
【図６】本発明の実施の形態４における空気ポンプの要部断面図
【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】
【００２３】
１                      スリット
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  スリットエッジ
１ｅ、１ｆ              スリット先端エッジ
２                      ベーン
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】
2007187036.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007187036.tif 000007
【図６】
2007187036.tif 000008
【図７】
2007187036.tif 000009