(57)【要約】【課題】高性能かつ高信頼性を実現した空気ポンプを提供すること。【解決手段】フロントプレート１４１及びシリンダ１１１を固定するボルト１９１に接着剤１９２を塗布し、シリンダ１１１とリアプレート１５１の接合面の少なくとも一方の面に接着剤溜まり１９３することにより、ボルト１９１に塗布した接着剤１９２がシリンダ１１１とリアプレート１５１の接合面からポンプ空間１６１側に漏れ出すことを防止できるので、摺動抵抗の増大やベーン１３１の固着を防ぎつつ、接着強度の向上を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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複数のポンプ空間を形成し、前記ロータの中心軸にはシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、前記シャフトを回転駆動させることにより、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及び前記シリンダを固定するボルトに接着剤を塗布し、前記シリンダと前記リアプレートの接合面の少なくとも一方の面に接着剤溜まりを形成してなるベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項２】
前記接着剤溜まりを前記ポンプ空間と連通しないように形成してなる請求項１に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
【請求項３】
前記接着剤溜まりの形状を前記ボルトの径より大きく、かつその内側全域を段落ちとして形成してなる請求項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】
前記接着剤溜まりの形状を前記ボルトの径より大きく、かつその内側の接合面は残し、前記シリンダもしくは前記リアプレートの外周面に連通するリード溝として形成してなる請求項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５】
前記接着剤溜まりの深さを前記ボルトの１ピッチ以下としてなる請求項１から４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】
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５〜１０Ｌ／ｍｉｎ程度の比較的小流量でよいが、燃料電池セル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、その圧力はΔＰ＝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はおよそφ３０ｍｍ以下であること、及び騒音レベルが低いことが求められる。
【０００３】
従来、この種のポンプの一例としては例えばベーンロータリ型ポンプがある。ベーンロータリ型ポンプは構成が比較的簡単であるため、数々のポンプの中でも小型化するには適した方式である。本発明のベーンロータリ型ポンプもφ３０ｍｍ以下を達成することに成功した。小型化するにあたり課題となるのは、組立後の信頼性である。特に衝撃や振動に対し、信頼性が確保されているかどうかが課題となる。大型ポンプであれば、組立ボルトも大きくなるので、ボルト締め付け時のトルク管理を行うことで、衝撃や振動に対する信頼性は確保できる。しかし小型ポンプの場合、組立ボルトも小さくなるので、トルク管理が困難で、しかも大きな締め付けトルクを得ることはできない。
【０００４】
そこでボルトに接着剤を塗布することで強度を保つ方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図６は、特許文献１に記載された従来のボルト固定部を示す断面図である。図６に示すように、強度を保つためには接着剤が広範囲にわたって固化する必要があるため、ボルト２５のネジ軸部２６に軸方向に溝２７を設ける。ボルト２５を固定した後、接着剤１３を流し込み接着強度を向上させる方法である。
【特許文献１】実開昭５９−１４６６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、ボルトの接着強度は向上するものの、２つのプレート間に接着剤がしみだしてしまう恐れがある。従来の構成では、ボルト２５のネジ軸部２６に軸方向の溝２７が設けられており、このボルト２５を用いて、２つのプレート１０と１６を締結する。２つのプレートを締結した後、ネジ軸部２６に形成された溝２７に接着剤１３を流し込み、ネジ部の接着強度を図るものである。しかし流し込んだ接着剤１３は溝２７に沿って２つのプレート１０と１６の接合面まで到達すると、毛細管現象でプレート１０と１６の間にしみこんでいく。そのためプレート１０もしくは１６の一方の接合面が摺動面となる場合においては、にじみ出てきた接着剤が摺動面に付着し、摺動状態を悪化させるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、プレートの接合面に接着剤溜まりを設けることで接合面へのしみだしを防止し、摺動面への接着剤の進入をなくすことで摺動状態を良好に保つことを目的とする。さらには接着剤溜まりで接着剤を保持することになるので、プレート間及びプレートとボルト間の接着強度が向上し、振動や衝撃への耐力が向上す
る効果も付随する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、筒状内壁を有するシリンダ内に、円筒形状のロータをシリンダの中心軸から偏心させた状態で配置し、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リアプレートをロータとベーンを挟み込むようにシリンダの端面に配置して複数のポンプ空間を形成し、ロータの中心軸にはシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、シャフトを回転駆動させることにより、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、フロントプレート及びシリンダを固定するボルトに接着剤を塗布し、シリンダとリアプレートの接合面の少なくとも一方の面に接着剤溜まりを形成したものである。
【０００９】
かかる構成によれば、ボルトに塗布した接着剤がシリンダとリアプレートの接合面からポンプ空間側に漏れ出すことを防止できるので、接着剤がベーンに付着することもなくなり、摺動抵抗の増大やベーンの固着を防ぐことができる。
【００１０】
さらには余分な接着剤が接着剤溜まりで保持されるので、接着強度が向上し、振動や衝撃への耐力も向上する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、ポンプ空間への接着剤の漏れ出しを防止することで、摺動抵抗の増大やベーンの固着を防ぐと同時に、接着強度の向上を図ることができるので、高性能かつ高信頼性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】
【００１２】
請求項１に記載の本発明では、筒状内壁を有するシリンダ内に、円筒形状のロータをシリンダの中心軸から偏心させた状態で配置し、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リアプレートをロータとベーンを挟み込むようにシリンダの端面に配置して複数のポンプ空間を形成し、ロータの中心軸にはシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、シャフトを回転駆動させることにより、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、フロントプレート及びシリンダを固定するボルトに接着剤を塗布し、シリンダとリアプレートの接合面の少なくとも一方の面に接着剤溜まりを形成したものである。そしてこの構成によれば、ボルトに塗布した接着剤がシリンダとリアプレートの接合面からポンプ空間側に漏れ出すことを防止できるので、接着剤がベーンに付着することもなくなり、摺動抵抗の増大やベーンの固着を防ぐことができる。さらには余分な接着剤が接着剤溜まりで保持されるので、接着強度が向上し、振動や衝撃への耐力も向上する。
【００１３】
請求項２に記載の本発明では、特に請求項１に記載の接着剤溜まりをポンプ空間と連通しないように形成したものである。そしてこの構成によれば、接着剤溜まりからポンプ空間への漏れ出しを防止することができる。また接着剤溜まりの形状によっては、ポンプ空間が外気と連通する可能性もあり、圧縮空気が接着剤溜まりを経由して外部へと漏れるのを防止することができる。
【００１４】
請求項３に記載の本発明では、特に請求項１または２のいずれか１つに記載の接着剤溜まりの形状をボルトの径より大きく、かつその内側全域を段落ちとして形成したものである。そしてこの構成によれば、接着剤溜まりの形状がシンプルであるため加工自体が容易で、特別な設備を導入することなく、量産への移行を行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載の本発明では、特に請求項１または２のいずれか１つに記載の接着剤溜まりの形状をボルトの径より大きく、かつその内側の接合面は残し、シリンダもしくはリアプレートの外周面に連通するリード溝として形成したものである。そしてこの構成によれば、ボルト付近のシリンダとリアプレートの接合面を確保できるので、ボルトの締め込みによる部品の歪を防止することができる。また過剰な接着剤を、リード溝を経由して外周面へと逃がすことができるため、ボルトに塗布した接着剤の量が多い場合でも、ポンプ空間への接着剤の漏れ出しを確実に防止することができる。すなわち接着剤の塗布量管理が容易となる。
【００１６】
請求項５に記載の本発明では、特に請求項１から４のいずれか１つに記載の接着剤溜まりの深さをボルトの１ピッチ以下としたものである。そしてこの構成によれば、過剰な接着剤を十分にためることができ、さらに過剰な接着剤が接着剤溜まりで固化することができるので、接着強度が向上し、振動や衝撃への耐力も向上する。
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるベーンロータリ型空気ポンプの横断面図である。また図２は、本実施の形態１におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図であり、図１は図２におけるＡ−Ｏ−Ａ断面に相当する。
【００１９】
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と駆動モータ部２００により構成されている。
【００２０】
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、自己潤滑性を有するカーボン複合材質よりなる板状のベーン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、スリット１２２の閉口部側に背圧室１２３を形成している。本実施の形態では、ロータ１２１とシリンダ１１１はアルミニウム合金より構成されて軽量化を図っており、その材質にはシリコン含有量が約１０％のアルミニウム合金を使用している。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。両プレートに塗布された自己潤滑性材質としては、例えば二硫化モリブデン等がある。
【００２１】
駆動モータ部２００は、ステータ２１１とモータロータ２２１とシャフト２２２とモータケーシング２３１と固定板２４１から構成される。固定板２４１にステータ２１１が取り付けられ、ステータ２１１の外周を覆うようにモータロータ２２１が配置され、さらにモータロータ２２１の外周を覆うようにモータケーシング２３１が配置され、固定板２４１に取り付けられている。シャフト２２２はモータロータ２２１の中心に固定されている。なお本実施の形態では、シャフト２２２を回転駆動させる手段として、アウターロータタイプの直流モータを例に挙げているが、これに限ったものではない。
【００２２】
ロータ１２１の中心軸には、リアプレート１５１の反ポンプ機構部側に配置された駆動モータ部２００のシャフト２２２が結合されており、駆動モータ部２００で発生した回転力をロータ１２１に伝達する役割を果たしている。このシャフト２２２はフロントプレー
ト１４１とリアプレート１５１にそれぞれ設けられた軸受１４２、１５２で回転可能に支承されている。これらの軸受としては、無潤滑でも使用可能なグリス封入型ボールベアリングが望ましい。
【００２３】
次に動作について説明する。上記構成で駆動モータ部２００に通電すると、シャフト２２２とこれに連結されたロータ１２１が図２の矢印の方向に回転する。この時ベーン１３１は回転の遠心力によりスリット１２２内で外側へと移動し、ベーン１３１の先端がシリンダ１１１の内面に接触・摺動しながら回転運動する。その結果、ポンプ空間１６１は伸縮するので、空気がフロントプレート１４１の吸入口１４１ａより吸い込まれ、その一部は直接ポンプ空間１６１に入り込む。残りの空気は、シリンダ１１１を軸方向に貫通する連通路１１１ｂを経由した後、リアプレート１５１に形成された吸入ポート１５１ｂを経て、ポンプ空間１６１に入り込む。ポンプ空間１６１に入った空気は、およそ１回転する間に圧力が上昇（ΔＰ＝５ｋＰａ）し、フロントプレート１４１に設けられた吐出口１４１ｃを経て外部へと供給される。
【００２４】
本発明のベーンロータリ型空気ポンプは小型であるがゆえ、組立時のボルト１９１のトルク管理が難しい。また使用温度範囲や振動・衝撃などの条件をクリアするにはボルト１９１の接着固定が避けられない。しかし単にボルト１９１に接着剤１９２を塗布して組み立てると、部品の接合面に接着剤１９２が浸透し、ポンプ空間１６１へと進入する恐れがある。接着剤１９２がポンプ空間１６１に進入すると、ベーン１３１に付着することで摺動抵抗が増大し、入力増加を引き起こす。さらには停止状態で接着剤１９２が固化すると、ベーン１３１がリアプレート１５１に固着し、起動不良を引き起こしてしまう。
【００２５】
そこで、フロントプレート１４１及びシリンダ１１１を固定するボルト１９１に接着剤１９２を塗布し、シリンダ１１１とリアプレート１５１の接合面の少なくとも一方の面に接着剤溜まり１９３を形成する。これにより、ボルト１９１に塗布した接着剤１９２がシリンダ１１１とリアプレート１５１の接合面からポンプ空間１６１側に漏れ出すことを防止できるので、接着剤１９２がベーン１３１に付着することもなくなり、摺動抵抗の増大やベーン１３１の固着を防ぐことができる。さらには余分な接着剤１９２が接着剤溜まり１９３で保持されるので、接着強度が向上し、振動や衝撃への耐力も向上する。
【００２６】
図３はベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図であり、図１におけるＢ−Ｂ断面に相当する。前述の接着剤溜まり１９３をポンプ空間１６１と連通しないように形成する必要がある。仮に接着剤溜まり１９３がポンプ空間１６１と連通した場合、以下の２つの課題が発生する。１つは接着剤１９２が接着剤溜まり１９３を経由してポンプ空間１６１へと漏れ出すこと。もう１つはポンプ空間１６１で圧縮した空気が接着剤溜まり１９３を経由して外部へと漏れ出すこと。前者は前述のように摺動抵抗の増大やベーンの固着を引き起こすことになり、後者は吐出流量の低下、すなわち体積効率の低下を引き起こすことになる。以上のことから接着剤溜まり１９３をポンプ空間１６１と連通しないように形成する。これにより、接着剤１９２が接着剤溜まり１９３でしっかりと保持され、ポンプ空間１６１へと漏れ出すことがなくなり、また同時にポンプ空間１６１で圧縮した空気が接着剤溜まり１９３を経由して外部へと漏れるのを防止することができる。
【００２７】
また接着剤溜まり１９３の形状をボルト１９１の径より大きく、かつその内側全域を段落ち１９３ａとして形成する。具体的にはボルト１９１の径よりひとまわり大きいエンドミルを用いて、ボルト１９１の中心からシリンダ１１１（もしくはリアプレート１５１）の外周へと掘り込んだ形状とする。この方法であれば、ボルト１９１の締結部１箇所につき１回のエンドミル加工で接着剤溜まり１９３ａを形成することができるので、加工が容易となる。また過剰な接着剤１９２は、接着剤溜まり１９３ａからシリンダ１１１（もしくはリアプレート１５１）の外周へと逃がすことができるため、ボルト１９１に塗布した
接着剤１９２の量が多い場合でも、ポンプ空間１６１への接着剤の漏れ出しを確実に防止することができる。すなわち接着剤１９２の塗布量管理が容易となる。
【００２８】
なお本実施の形態ではシリンダ１１１に接着剤溜まり１９３（もしくは１９３ａ）を形成した場合を例に説明したが、リアプレート１５１に接着剤溜まり１９３（もしくは１９３ａ）を形成しても同様の効果が得られる。シリンダ１１１とリアプレート１５１の接合面で少なくとも一方の面に接着剤溜まり１９３（もしくは１９３ａ）を設ければよい。
【００２９】
（実施の形態２）
図４は本実施の形態２におけるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図であり、図１におけるＢ−Ｂ断面に相当する。図４において図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。
【００３０】
接着剤溜まり１９３の形状をボルト１９１の径より大きく、かつその内側の接合面は残し、シリンダ１１１（もしくはリアプレート１５１）の外周面に連通するリード溝１９３ｂとして形成する。具体的にはボルト１９１の径の外側に、シリンダ１１１（もしくはリアプレート１５１）の外周側に中心を持つような円弧状のリード溝１９３ｂを形成し、このリード溝１９３ｂがシリンダ１１１（もしくはリアプレート１５１）の外周に連通しているものである。これにより、ボルト１９１付近のシリンダ１１１とリアプレート１５１の接合面を確保できるので、ボルト１９１の締め込みによる部品の歪を防止することができる。また過剰な接着剤１９２を、リード溝１９３ｂを経由して外周面へと逃がすことができるため、ボルト１９１に塗布した接着剤１９２の量が多い場合でも、ポンプ空間１６１への接着剤の漏れ出しを確実に防止することができる。すなわち接着剤１９２の塗布量管理が容易となる。
【００３１】
なお本実施の形態ではシリンダ１１１に接着剤溜まり１９３（もしくは１９３ｂ）を形成した場合を例に説明したが、リアプレート１５１に接着剤溜まり１９３（もしくは１９３ｂ）を形成しても同様の効果が得られる。シリンダ１１１とリアプレート１５１の接合面で少なくとも一方の面に接着剤溜まり１９３（もしくは１９３ｂ）を設ければよい。
【００３２】
（実施の形態３）
図５は本実施の形態３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の部分拡大図である。図５において図１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。
【００３３】
接着剤溜まり１９３の深さ１９３ｈをボルト１９１の１ピッチ以下とすることにより、過剰な接着剤１９２であっても十分に保持することができ、さらにその接着剤１９２が接着剤溜まり１９３で固化することができるので、接着強度が向上し、振動や衝撃への耐力も向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
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、高性能かつ高信頼性を実現しており、モバイル用燃料電池の空気供給装置のみならず、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】
【００３５】
【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横断面図
【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縦断面図
【図３】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４】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縦断面図
【図５】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横断面図
【図６】従来のボルト固定部の断面図
【符号の説明】
【００３６】
１００  ポンプ機構部
１１１  シリンダ
１２１  ロータ
１２１ｏ  ロータ外周
１２２  スリット
１３１  ベーン
１４１  フロントプレート
１５１  リアプレート
１４２、１５２  軸受
１６１  ポンプ空間
１７１  接続プレート
１８１  予圧ばね
１９１  ボルト
１９２  接着剤
１９３  接着剤溜まり
１９３ａ  段落ち
１９３ｂ  リード溝
１９３ｈ  深さ
２００  駆動モータ部
２１１  ステータ
２２１  モータロータ
２２２  シャフト
２３１  ケーシング
２４１  固定板
【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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