(57)【要約】  軸受の焼きつきや異常摩耗を防止することで、モバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保し、長期にわたり安定したポンプ性能を維持する。ポンプ機構部（１００）のシャフト（１０１）とモータ部（２００）のシャフト（２０１）を一体構成とし、シャフト（１０１、２０１）をポンプ機構部（１００）に配設した２つ以上の玉軸受（３００）で支承することで、玉軸受内の閉じた空間にグリスを封入することができ、雰囲気温度が比較的高い状態で使用されたとしても、基本的には外部に漏れ出す量はほとんどなく、十分な寿命時間が確保できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮搬送するポンプ機構部（１００）と、前記ポンプ機構部を駆動するモータ部（２００）から構成される空気ポンプであって、
前記ポンプ機構部のシャフト（１０１）と前記モータ部のシャフト（２０１）を一体構成とし、前記シャフトを２つ以上の玉軸受で支承してなる空気ポンプ。
【請求項２】
前記シャフトを前記ポンプ機構部に配設した２つ以上の玉軸受で支承し、前記モータ部には軸受を有していない請求項１に記載の空気ポンプ。
【請求項３】
前記シャフトを前記ポンプ機構部に設けた１つ以上の玉軸受と前記モータ部に設けた１つの玉軸受で支承してなる請求項１に記載の空気ポンプ。
【請求項４】
前記玉軸受は合計２つ配設されてなる請求項１に記載の空気ポンプ。
【請求項５】
筒状内壁を有するシリンダ（１１１）内に、円筒形状のロータ（１２１）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（１２１）にはその中心軸方向に複数のスリット（１２２）を設け、これらの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（１３１）を摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレート（１４１）とリアプレート（１５１）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（１１１）の端面に配置して複数のポンプ空間（１６１）を形成し、前記ロータの中心軸にはモータシャフト（２２２）を備えてポンプ機構部（１００）を構成し、前記リアプレートの反ポンプ機構部側には駆動モータを配置し、前記駆動モータが前記モータシャフト（２２２）を駆動することにより、前記ポンプ空間（１６１）が伸縮作用を生じてなる請求項１に記載の空気ポンプ。
【請求項６】
前記ロータ（１２１）と前記フロントプレート（１４１）間、及び前記ロータ（１２１）と前記リアプレート（１５１）間にそれぞれ隙間（１４３，１５３）を設け、前記玉軸受のうち１箇所は外輪嵌合部及び内輪嵌合部ともに固定した固定嵌合部とし、残りの玉軸受は外輪嵌合部もしくは内輪嵌合部のどちらか一方を摺動可能な状態にした摺動嵌合部とし、前記摺動嵌合部に付勢するように予圧ばね（１８１）を配設してなる請求項５に記載の空気ポンプ。
【請求項７】
前記モータ部（２００）はモータロータ（２２１）およびステータ（２１１）を備え、前記モータロータに備えられた磁石の軸方向中心（Ｒ）を前記ステータの軸方向中心（Ｓ）からポンプ機構部（１００）側に移動させた状態で前記モータロータ（２２１）を配置し、前記ロータ（１２１）を前記モータ部（２００）側へ押圧する位置に前記予圧ばね（１８１）を配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【請求項８】
前記摺動嵌合部であって、該玉軸受の内輪と前記モータシャフトの嵌合部を摺動可能な状態とし、前記ロータと前記玉軸受の内輪との間に予圧ばねを配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【請求項９】
前記摺動嵌合部であって、該玉軸受の外輪と前記フロントプレートの嵌合部を摺動可能な状態とし、前記フロントプレートの反ポンプ空間側に配置された吐出プレートと前記玉軸受の外輪との間に予圧ばねを配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【請求項１０】
前記摺動嵌合部であって、該玉軸受の内輪と前記モータシャフトの嵌合部を摺動可能な状態とし、前記モータロータと前記玉軸受の内輪との間に予圧ばねを配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【請求項１１】
前記摺動嵌合部であって、該玉軸受の外輪と前記リアプレートの嵌合部を摺動可能な状態とし、前記リアプレートと前記玉軸受の外輪との間に予圧ばねを配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【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程度必要なこと、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３０ｍｍ以下であること、さらに騒音レベルが低いことや数万時間の寿命が確保されていることなどが求められる。これらの特性の中でも特に重要となるのは寿命時間の確保であり、これを決定付ける構成部品は軸受である。軸受の寿命を向上させる方法としては、オイルが外部へ流出しないようリード溝とオイル溜まりを設ける方法などがある（例えば、特許文献、特開平７−３１２８４３参照）。【０００３】  図８は上記特許文献に記載された従来のファンモータである。ケーシング１に圧入された軸受台２には軸受としてメタルスリーブ３が配列されており、シャフト４はメタルスリーブ３に挿入されている。シャフト４の外表面には、軸方向に螺旋溝４’が形成されており、シャフト４の回転によりメタルスリーブ３とシャフト４との間に湧出したオイルを、螺旋溝４’を経由してオイル溜まり部８内に導き、オイルが外部に流出するのを阻止している。
【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メタルスリーブ３に含浸されているオイルが抜けてしまった時点で潤滑不良を起こし、シャフト４とメタルスリーブ３の焼きつき、もしくは異常摩耗が発生し、燃料電池のセルに空気を安定して供給できなくなってしまう。特に空気ポンプが使用される雰囲気温度が比較的高いことを考慮すると、メタルスリーブ３の軸受ではモバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保することが困難となる。【０００５】  本発明は前記従来の課題を解決するもので、モバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保し、長期にわたり空気を安定して供給できる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、本発明の空気ポンプは、ポンプ機構部のシャフトとモータ部のシャフトを一体構成とし、このシャフトを２つ以上の玉軸受で支承するようにしたものである。【０００７】  かかる構成によれば、メタルスリーブに含浸したオイル量に比べ、数倍から数十倍のグリスを玉軸受に封入することができ、しかもグリスは玉軸受内の閉じた空間に封入されているので、基本的には外部に漏れ出す量はほとんどなく、雰囲気温度が比較的高い状態で使用されたとしても、十分な寿命時間が確保できる。【０００８】  以上より、モバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保し、長期にわたり空気を安定して供給できる。【０００９】  本発明の第１の態様では、ポンプ機構部のシャフトとモータ部のシャフトを一体構成とし、シャフトをポンプ機構部に配設した２つ以上の玉軸受で支承し、モータ部には軸受を有していないものである。そしてこの構成によれば、モータ部に玉軸受を配置するスペースが不要となる分、モータ部の軸方向長さを縮小することができる。また、ポンプ機構部には、そのポンプ形式に関わらず、ポンプ空間を形成することを目的としたプレートが２枚必要となり、これらのプレートを利用して玉軸受を配置することで、ポンプ機構部の軸方向長さを縮小することが可能となる。【００１０】  本発明の第２の態様では、ポンプ機構部のシャフトとモータ部のシャフトを一体構成とし、シャフトをポンプ機構部に設けた１つ以上の玉軸受とモータ部に設けた１つの玉軸受で支承したものである。そしてこの構成によれば、シャフトの支持点間距離を大きく取ることが可能となり、シャフトの傾きや倒れを小さくすることができる。その結果、モータ部の回転体がその外部に配置されたケーシング類に干渉することを防止できる。【００１１】  また玉軸受は合計２つ配設するのが好ましい。そしてこの構成によれば、玉軸受が２つなので玉軸受に対してシャフトの位置が決まり、玉軸受の芯出し作業が不要となる。ちなみに３つ以上の玉軸受の場合には、３つ目以降の玉軸受に関しては、シャフトに対して芯出しを行わなければならず、仮に芯がずれた状態で組みつけられると、運転時に異常発熱を起こし、軸受寿命を著しく低下させてしまう。【００１２】  また、本発明の空気ポンプでは、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、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モータシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、リアプレートの反ポンプ機構部側には駆動モータを配置し、駆動モータがモータシャフトを駆動することにより、ポンプ空間が伸縮作用を生じるものである。そしてこの構成によれば、オイルレス機構を実現し、燃料電池セルの空気通路で生じる圧力損失にうち勝つために必要な差圧と供給量を確保することができる。また小型化、低騒音、長寿命もあわせて達成することができる。【００１３】  また、ロータとフロン��プレート間、及びロータとリアプレート間にそれぞれ隙間を設け、玉軸受のうち１箇所は外輪嵌合部及び内輪嵌合部ともに固定した固定嵌合部とし、残りの玉軸受は外輪嵌合部もしくは内輪嵌合部のどちらか一方を摺動可能な状態にした摺動嵌合部とし、摺動嵌合部に付勢するように予圧ばねを配設するのが好ましい。そしてこの構成によれば、１箇所の玉軸受は内輪嵌合部と外輪嵌合部をともに固定しているので、シャフトの軸方向位置が決定し、組立時に適度な隙間を設けることで、ロータとフロントプレートまたはリアプレートの接触摺動を防止できる。また予圧ばねによって残りの玉軸受に適度な予圧を印加できるので、運転時の騒音を低減することもできる。【００１４】  また、モータ部をモータロータとステータで構成し、モータロータに備えられた磁石の軸方向中心をステータの軸方向中心からポンプ機構部側に移動させた状態でモータロータを配置し、ロータをモータ部側へ押圧する位置に予圧ばねを配設するのが好ましい。そしてこの構成によれば、ロータには常に一方向の軸方向荷重が働くので、ロータの軸方向位置が規制され、運転中の軸方向のがたつきを防止することができる。【００１５】  また、摺動嵌合部においては、玉軸受の内輪とモータシャフトの嵌合部を摺動可能な状態とし、ロータと玉軸受の内輪との間に予圧ばねを配設することが好ましい。【００１６】  また、摺動嵌合部においては、玉軸受の外輪とフロントプレートの嵌合部を摺動可能な状態とし、フロントプレートの反ポンプ空間側に配置された吐出プレートと玉軸受の外輪との間に予圧ばねを配設することができる。【００１７】  また、摺動嵌合部においては、玉軸受の内輪とモータシャフトの嵌合部を摺動可能な状態とし、モータロータと玉軸受の内輪との間に予圧ばねを配設することもできる。【００１８】  また、摺動嵌合部においては、玉軸受の外輪とリアプレートの嵌合部を摺動可能な状態とし、リアプレートと玉軸受の外輪との間に予圧ばねを配設することもできる。【００１９】  そしてこれらの構成によれば、高温雰囲気での運転時に各部品が熱膨張を起こした場合においても、摺動嵌合部が寸法変化を吸収することができるとともに、この嵌合部の玉軸受のがたつきを防止することができる。その結果、騒音増大を抑制することができるとともに、玉軸受の寿命を確保できるので、長期にわたり安定した性能を確保することができる。
【発明の効果】
【００２０】  本発明の空気ポンプは、モバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保し、長期にわたり安定した性能を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における空気ポンプの縦断面図
【図２】本発明の実施の形態２における空気ポンプの縦断面図
【図３】本発明の実施の形態３における空気ポンプの縦断面図
【図４】本発明の実施の形態３における空気ポンプのポンプ機構部断面図
【図５】本発明の実施の形態６における空気ポンプの縦断面図
【図６】本発明の実施の形態６における空気ポンプの縦断面図
【図７】本発明の実施の形態６における空気ポンプの縦断面図
【図８】従来のファンモータの断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】  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。【００２３】  （実施の形態１）
図１は本実施の形態１における空気ポンプの断面図を示すものである。【００２４】  図１において、本発明の空気ポンプは、ポンプ機構部１００とモータ部２００により構成されている。ポンプ機構部１００はその中心にシャフト１０１を備えており、このシャフト１０１には空気を搬送するための部品１０２が接合されている。またモータ部２００も同様にその中心にシャフト２０１を備えており、このシャフト２０１にはモータを構成する部品２０２が接合されている。【００２５】  一般的なポンプ、特に容積式のポンプでは、ポンプ機構部１００とモータ部２００をそれぞれ組み立て、各々のシャフト１０１と２０１をカップリングなどで連結している。しかしこの場合、シャフト１０１、２０１の連結部で軸芯合わせが必要となり、仮に軸心がずれた状態で連結されると振動を引き起こしたり、軸受の寿命を著しく低下させたりと課題が多い。【００２６】  またポンプ機構部１００を遠心式（例えばファンやブロア）で構成するものもある。この場合、モータ部２００のシャフト２０１に直接ファンを取り付ける方法が一般的だが、特にモバイル用の燃料電池などで使用される小型モータでは、モータ部２００の軸受としてメタルスリーブを採用することが多い。メタルスリーブは小型化には最適だが、含浸されているオイルが抜けてしまった時点で潤滑不良を起こし、シャフト１０１、２０１とメタルスリーブの焼きつき、もしくは異常摩耗が発生し、燃料電池のセルに空気を安定して供給できなくなってしまう。また空気ポンプが使用される雰囲気温度が比較的高いことを考慮すると、メタルスリーブの軸受ではモバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保することが困難となる。【００２７】  これらの課題を解決するために、ポンプ機構部１００のシャフト１０１とモータ部２００のシャフト２０１を一体構成にし、ポンプケーシング１０３に配設された玉軸受３００ａ、３００ｂで支承する。ここで１０１と２０１は１本のシャフトで構成されており、途中に接合部材を介さない。これによりシャフト１０１、２０１の軸芯合わせが不要となり、振動や軸受摩耗などの課題が解消される。また玉軸受３００ａ、３００ｂで支承することで、メタルスリーブに含浸したオイル量に比べ、数倍から数十倍のグリスを玉軸受３００ａ、３００ｂに封入することができ、しかもグリスは玉軸受内の閉じた空間に封入されているので、基本的には外部に漏れ出す量はほとんどなく、雰囲気温度が比較的高い状態で使用されたとしても、十分な寿命時間が確保できる。以上より、モバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保し、長期にわたり空気を安定して供給できる。【００２８】  （実施の形態２）
図２は本実施の形態２における空気ポンプの断面図を示すものである。なお前記実施の形態１と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。【００２９】  図２において、シャフト１０１、２０１をポンプケーシング１０３に設けた玉軸受３００ａとモータケーシング２０３に設けた玉軸受３００ｃで支承する。この構成によれば、シャフト１０１、２０１の支持点間距離を大きく取ることが可能となり、シャフト１０１、２０１の傾きや倒れを小さくすることができる。その結果、モータ部２００の回転体２０２がその外部に配置されたモータケーシング２０３などに干渉することを防止できる。【００３０】  上記実施の形態１及び２において、玉軸受３００の数は２つ以上でも構わないが、特に２つにするのが望ましい。玉軸受３００の数が２つ場合、玉軸受３００に対してシャフト１０１、２０１の位置が決まり、玉軸受３００の芯出し作業が不要となる。玉軸受３００の数が３つ以上になると、３つ目以降の玉軸受３００に関しては、シャフト１０１、２０１に対して芯出しを行わなければならず、仮に芯がずれた状態で組みつけられると、運転時に異常発熱を起こし、軸受の寿命を著しく低下させてしまう。【００３１】  またポンプ機構部１００の形式としては、遠心式と容積式があり、遠心式ではターボ、容積式ではレシプロ、ロータリ、スクロール、スクリュー、ダイヤフラムなどが代表的である。上記実施の形態１及び２ではポンプ機構部の形式に指定はなく、空気を圧縮搬送する機構であれば前述した以外の形式であっても構わない。【００３２】  （実施の形態３）
図３、図４は本実施の形態３における空気ポンプの断面図を示すものである。【００３３】  図３、図４において、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。【００３４】  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から構成される直流モータを使用する。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。【００３５】  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に設けられた玉軸受１４２と、リアプレート１５１に設けられた玉軸受１５２で回転可能に支承されている。これらの玉軸受１４２、１５２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、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玉軸受１４２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１５５を介して結合されている。【００３６】  次に動作について説明する。回路基板２４１に直流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、玉軸受１４２、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・圧縮・吐出を繰り返し、ポンプ機能を果たしている。【００３７】  本実施の形態は、ポンプ機構部１００がベーンロータリ型の容積式ポンプである。この方式を採用することで、オイルレス機構を実現し、燃料電池セルの空気通路で生じる圧力損失にうち勝つために必要な差圧と供給量を確保��ることができる。また小型化、低騒音、長寿命もあわせて達成することができる。【００３８】  （実施の形態４）
前記実施の形態３と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。【００３９】  図３において、ロータ１２１とフロントプレート１４１間に隙間１４３、及びロータ１２１とリアプレート１５１間に隙間１５３を設け、玉軸受１５２は外輪嵌合部１５２ｏ及び内輪嵌合部１５２ｉともに固定し、玉軸受１４２は外輪嵌合部１４２ｏを固定し、内輪嵌合部１４２ｉを摺動可能な状態にし、内輪嵌合部１４２ｉに付勢するように予圧ばね１８１を配設する。この構成によれば、玉軸受１５２は内輪嵌合部１５２ｉと外輪嵌合部１５２ｏをともに固定しているので、モータシャフト２２２の軸方向位置が決定し、組立時に適度な隙間１４３、１５３を設けることで、ロータ１２１とフロントプレート１４１またはリアプレート１５１の接触摺動を防止できる。また予圧ばね１８１によって玉軸受１４２に適度な予圧を印加できるので、運転時の騒音を低減することもできる。【００４０】  （実施の形態５）
前記実施の形態３と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。【００４１】  図３において、モータロータ２２１に備えられた磁石２２１ａの軸方向中心Ｒをステータ２１１の軸方向中心Ｓからポンプ機構部１００側にＬだけ移動させた状態でモータロータ２２１を配置し、ロータ１２１をモータ部２００側へ押圧する位置に予圧ばね１８１を配設する。【００４２】  本来このベーンロータリ型の容積式ポンプでは、ロータ１２１の軸方向端面で圧力差は生じない。しかしフロントプレート１４１に背圧溝や吸入ポートや吐出ポートが設けられているため、リアプレート１５１側の端面と圧力差が生じる。その結果、ロータ１２１が端面の圧力変動によって軸方向で移動を繰り返し、騒音を発生させてしまう。またポンプの設置方法によっては、例えばロータ１２１の自重などにより常に一方向に荷重が働き、ロータ１２１がフロントプレート１４１またはリアプレート１５１と接触摺動する恐れがある。【００４３】  上記構成によれば、磁石２２１ａの軸方向中心Ｒとステータ２１１の軸方向中心Ｓが一致するように磁力が働き、また予圧ばね１８１も磁力と同じ向きに力を及ぼす。すなわち常に一方向の軸方向荷重が作用することになるので、ポンプの設置姿勢に関わらずロータ１２１の軸方向位置が規制され、運転中の軸方向のがたつきを防止することができる。【００４４】  （実施の形態６）
前記実施の形態３と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。【００４５】  玉軸受１４２、１５２のうち一つの玉軸受は外輪嵌合部及び内輪嵌合部ともに固定した固定嵌合部とし、残りの玉軸受は外輪嵌合部もしくは内輪嵌合部のどちらか一方を摺動可能な状態にした摺動嵌合部とし、その摺動嵌合部に付勢するように予圧ばね１８１を配設する。これにより、外輪嵌合部及び内輪嵌合部ともに固定した玉軸受によって、モータシャフト２２２の軸方向位置が決定し、モータシャフト２２２に働く軸方向荷重はこの玉軸受で支承することになる。ここで、もう一方の玉軸受を予圧ばね１８１で押圧すると、玉軸受内の転動体を介してモータシャフト２２２に軸方向荷重が働き、両玉軸受１４２、１５２に適度な予圧が印加されることになる。その結果、運転時に玉軸受から発生するボールの転動音を抑制することができる。また予圧ばね１８１を配設する嵌合部は摺動可能な状態になっているため、高温雰囲気での運転時に各部品が熱膨張を起こした場合においても、寸法変化を吸収することができる。【００４６】  具体的な予圧ばね１８１の配置方法を説明する。第１の構成としては、図３に示したもので、玉軸受１５２を固定嵌合部とし、内輪１５２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１５２ｉ、外輪１５２ｂとリアプレート１５１の嵌合部１５２ｏはともに固定する。また玉軸受１４２を摺動嵌合部とし、外輪１４２ｂとフロントプレート１４１の嵌合部１４２ｏは固定し、内輪１４２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１４２ｉは摺動可能な状態とし、内輪１４２ａとロータ１２１間に予圧ばね１８１を配置したものである。【００４７】  第２の構成を図５に示す。玉軸受１５２を固定嵌合部とし、内輪１５２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１５２ｉ、外輪１５２ｂとリアプレート１５１の嵌合部１５２ｏはともに固定する。また玉軸受１４２を摺動嵌合部とし、内輪１４２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１４２ｉは固定し、外輪１４２ｂとフロントプレート１４１の嵌合部１４２ｏは摺動可能な状態とし、外輪１４２ｂと吐出プレート１７１間に予圧ばね１８１を配置したものである。【００４８】  第３の構成を図６に示す。玉軸受１４２を固定嵌合部とし、内輪１４２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１４２ｉ、外輪１４２ｂとフロントプレート１４１の嵌合部１４２ｏはともに固定する。また玉軸受１５２を摺動嵌合部とし、外輪１５２ｂとリアプレート１５１の嵌合部１５２ｏは固定し、内輪１５２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１５２ｉは摺動可能な状態とし、内輪１５２ａとモータロータ２２１間に予圧ばね１８１を配置したものである。【００４９】  第４の構成を図７に示す。玉軸受１４２を固定嵌合部とし、内輪１４２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１４２ｉ、外輪１４２ｂとフロントプレート１４１の嵌合部１４２ｏはともに固定する。また玉軸受１５２を摺動嵌合部とし、内輪１５２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１５２ｉは固定し、外輪１５２ｂとリアプレート１５１の嵌合部１５２ｏを摺動可能な状態とし、外輪１５２ｂとリアプレート１５１間に予圧ばね１８１を配置したものである。【００５０】  なお上記嵌合部の固定方法としては、圧入や接着が望ましく、また予圧ばねは皿ばねやコイルばねが望ましい。【００５１】  上記全構成において、磁力によって発生する軸方向荷重は、内輪嵌合部と外輪嵌合部をともに固定した玉軸受により支持される。この玉軸受においては軸方向荷重を支持することで、必然的に予圧が印加されることになる。またもう一方の玉軸受には予圧ばね１８１による付勢を行うが、磁力による軸方向荷重の向きを考慮して、予圧ばね１８１を配設する必要がある。すなわち予圧ばね１８１によってモータシャフト２２２にかかる荷重の向きを、磁力によって発生する荷重の向きと合わせるものであり、本発明においてはロータ１２１をモータ部２００側へ押圧するものである。これによって磁力による働きを打ち消すことなく、またポンプの設置姿勢に関わらず、ロータ１２１の軸方向のがたつきを防止でき、ロータ１２１とフロントプレート１４１またはリアプレート１５１との接触摺動を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】  以上のように、本発明にかかる空気ポンプは、長期にわたり安定した性能を確保できるので、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空気ポンプ、及び家庭用健康器具や医療用治療器具等の空気供給装置に使用される空気ポンプにも適用できる。
【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】
2006001342.tif 000008
【図８】
2006001342.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月14日(2006.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮搬送するポンプ機構部（１００）と、前記ポンプ機構部を駆動するモータ部（２００）から構成される空気ポンプであって、
前記ポンプ機構部のシャフト（１０１）と前記モータ部のシャフト（２０１）を一体構成とし、前記シャフトを２つ以上の玉軸受で支承してなる空気ポンプ。
【請求項２】
前記シャフトを前記ポンプ機構部に配設した２つ以上の玉軸受で支承し、前記モータ部には軸受を有していない請求項１に記載の空気ポンプ。
【請求項３】
前記シャフトを前記ポンプ機構部に設けた１つ以上の玉軸受と前記モータ部に設けた１つの玉軸受で支承してなる請求項１に記載の空気ポンプ。
【請求項４】
前記玉軸受は合計２つ配設されてなる請求項１に記載の空気ポンプ。
【請求項５】
筒状内壁を有するシリンダ（１１１）内に、円筒形状のロータ（１２１）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（１２１）にはその中心軸方向に複数のスリット（１２２）を設け、これらの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（１３１）を摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレート（１４１）とリアプレート（１５１）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（１１１）の端面に配置して複数のポンプ空間（１６１）を形成し、前記ロータの中心軸にはモータシャフト（２２２）を備えてポンプ機構部（１００）を構成し、前記リアプレートの反ポンプ機構部側には駆動モータを配置し、前記駆動モータが前記モータシャフト（２２２）を駆動することにより、前記ポンプ空間（１６１）が伸縮作用を生じてなる請求項１に記載の空気ポンプ。
【請求項６】
前記ロータ（１２１）と前記フロントプレート（１４１）間、及び前記ロータ（１２１）と前記リアプレート（１５１）間にそれぞれ隙間（１４３，１５３）を設け、前記玉軸受のうち１箇所は外輪嵌合部及び内輪嵌合部ともに固定した固定嵌合部とし、残りの玉軸受は外輪嵌合部もしくは内輪嵌合部のどちらか一方を摺動可能な状態にした摺動嵌合部とし、前記摺動嵌合部に付勢するように予圧ばね（１８１）を配設してなる請求項５に記載の空気ポンプ。
【請求項７】
前記モータ部（２００）はモータロータ（２２１）およびステータ（２１１）を備え、前記モータロータに備えられた磁石の軸方向中心（Ｒ）を前記ステータの軸方向中心（Ｓ）からポンプ機構部（１００）側に移動させた状態で前記モータロータ（２２１）を配置し、前記ロータ（１２１）を前記モータ部（２００）側へ押圧する位置に前記予圧ばね（１８１）を配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【請求項８】
前記摺動嵌合部であって、該玉軸受の内輪と前記モータシャフトの嵌合部を摺動可能な状態とし、前記ロータと前記玉軸受の内輪との間に予圧ばねを配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【請求項９】
前記摺動嵌合部であって、該玉軸受の外輪と前記フロントプレートの嵌合部を摺動可能な状態とし、前記フロントプレートの反ポンプ空間側に配置された吐出プレートと前記玉軸受の外輪との間に予圧ばねを配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【請求項１０】
前記摺動嵌合部であって、該玉軸受の内輪と前記モータシャフトの嵌合部を摺動可能な状態とし、前記モータロータと前記玉軸受の内輪との間に予圧ばねを配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【請求項１１】
前記摺動嵌合部であって、該玉軸受の外輪と前記リアプレートの嵌合部を摺動可能な状態とし、前記リアプレートと前記玉軸受の外輪との間に予圧ばねを配設してなる請求項６に記載の空気ポンプ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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程度必要なこと、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３０ｍｍ以下であること、さらに騒音レベルが低いことや数万時間の寿命が確保されていることなどが求められる。これらの特性の中でも特に重要となるのは寿命時間の確保であり、これを決定付ける構成部品は軸受である。軸受の寿命を向上させる方法としては、オイルが外部へ流出しないようリード溝とオイル溜まりを設ける方法などがある（例えば、特許文献、特開平７−３１２８４３参照）。
【０００３】
図８は上記特許文献に記載された従来のファンモータである。ケーシング１に圧入された軸受台２には軸受としてメタルスリーブ３が配列されており、シャフト４はメタルスリーブ３に挿入されている。シャフト４の外表面には、軸方向に螺旋溝４’が形成されており、シャフト４の回転によりメタルスリーブ３とシャフト４との間に湧出したオイルを、螺旋溝４’を経由してオイル溜まり部８内に導き、オイルが外部に流出するのを阻止している。
【特許文献１】特開平７−３１２８４３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メタルスリーブ３に含浸されているオイルが抜けてしまった時点で潤滑不良を起こし、シャフト４とメタルスリーブ３の焼きつき、もしくは異常摩耗が発生し、燃料電池のセルに空気を安定して供給できなくなってしまう。特に空気ポンプが使用される雰囲気温度が比較的高いことを考慮すると、メタルスリーブ３の軸受ではモバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保することが困難となる。
【０００５】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、モバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保し、長期にわたり空気を安定して供給できる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、本発明の空気ポンプは、ポンプ機構部のシャフトとモータ部のシャフトを一体構成とし、このシャフトを２つ以上の玉軸受で支承するようにしたものである。
【０００７】
かかる構成によれば、メタルスリーブに含浸したオイル量に比べ、数倍から数十倍のグリスを玉軸受に封入することができ、しかもグリスは玉軸受内の閉じた空間に封入されているので、基本的には外部に漏れ出す量はほとんどなく、雰囲気温度が比較的高い状態で使用されたとしても、十分な寿命時間が確保できる。
【０００８】
以上より、モバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保し、長期にわたり空気を安定して供給できる。
本発明の第１の態様では、ポンプ機構部のシャフトとモータ部のシャフトを一体構成とし、シャフトをポンプ機構部に配設した２つ以上の玉軸受で支承し、モータ部には軸受を有していないものである。そしてこの構成によれば、モータ部に玉軸受を配置するスペースが不要となる分、モータ部の軸方向長さを縮小することができる。また、ポンプ機構部には、そのポンプ形式に関わらず、ポンプ空間を形成することを目的としたプレートが２枚必要となり、これらのプレートを利用して玉軸受を配置することで、ポンプ機構部の軸方向長さを縮小することが可能となる。
【０００９】
本発明の第２の態様では、ポンプ機構部のシャフトとモータ部のシャフトを一体構成とし、シャフトをポンプ機構部に設けた１つ以上の玉軸受とモータ部に設けた１つの玉軸受で支承したものである。そしてこの構成によれば、シャフトの支持点間距離を大きく取ることが可能となり、シャフトの傾きや倒れを小さくすることができる。その結果、モータ部の回転体がその外部に配置されたケーシング類に干渉することを防止できる。
【００１０】
また玉軸受は合計２つ配設するのが好ましい。そしてこの構成によれば、玉軸受が２つなので玉軸受に対してシャフトの位置が決まり、玉軸受の芯出し作業が不要となる。ちなみに３つ以上の玉軸受の場合には、３つ目以降の玉軸受に関しては、シャフトに対して芯出しを行わなければならず、仮に芯がずれた状態で組みつけられると、運転時に異常発熱を起こし、軸受寿命を著しく低下させてしまう。
【００１１】
また、本発明の空気ポンプでは、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、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モータシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、リアプレートの反ポンプ機構部側には駆動モータを配置し、駆動モータがモータシャフトを駆動することにより、ポンプ空間が伸縮作用を生じるものである。そしてこの構成によれば、オイルレス機構を実現し、燃料電池セルの空気通路で生じる圧力損失にうち勝つために必要な差圧と供給量を確保することができる。また小型化、低騒音、長寿命もあわせて達成することができる。
【００１２】
また、ロータとフロントプレート間、及びロータとリアプレート間にそれぞれ隙間を設け、玉軸受のうち１箇所は外輪嵌合部及び内輪嵌合部ともに固定した固定嵌合部とし、残りの玉軸受は外輪嵌合部もしくは内輪嵌合部のどちらか一方を摺動可能な状態にした摺動嵌合部とし、摺動嵌合部に付勢するように予圧ばねを配設するのが好ましい。そしてこの構成によれば、１箇所の玉軸受は内輪嵌合部と外輪嵌合部をともに固定しているので、シャフトの軸方向位置が決定し、組立時に適度な隙間を設けることで、ロータとフロントプレートまたはリアプレートの接触摺動を防止できる。また予圧ばねによって残りの玉軸受に適度な予圧を印加できるので、運転時の騒音を低減することもできる。
【００１３】
また、モータ部をモータロータとステータで構成し、モータロータに備えられた磁石の軸方向中心をステータの軸方向中心からポンプ機構部側に移動させた状態でモータロータを配置し、ロータをモータ部側へ押圧する位置に予圧ばねを配設するのが好ましい。そしてこの構成によれば、ロータには常に一方向の軸方向荷重が働くので、ロータの軸方向位置が規制され、運転中の軸方向のがたつきを防止することができる。
【００１４】
また、摺動嵌合部においては、玉軸受の内輪とモータシャフトの嵌合部を摺動可能な状態とし、ロータと玉軸受の内輪との間に予圧ばねを配設することが好ましい。
また、摺動嵌合部においては、玉軸受の外輪とフロントプレートの嵌合部を摺動可能な状態とし、フロントプレートの反ポンプ空間側に配置された吐出プレートと玉軸受の外輪との間に予圧ばねを配設することができる。
【００１５】
また、摺動嵌合部においては、玉軸受の内輪とモータシャフトの嵌合部を摺動可能な状態とし、モータロータと玉軸受の内輪との間に予圧ばねを配設することもできる。
また、摺動嵌合部においては、玉軸受の外輪とリアプレートの嵌合部を摺動可能な状態とし、リアプレートと玉軸受の外輪との間に予圧ばねを配設することもできる。
【００１６】
そしてこれらの構成によれば、高温雰囲気での運転時に各部品が熱膨張を起こした場合においても、摺動嵌合部が寸法変化を吸収することができるとともに、この嵌合部の玉軸受のがたつきを防止することができる。その結果、騒音増大を抑制することができるとともに、玉軸受の寿命を確保できるので、長期にわたり安定した性能を確保することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の空気ポンプは、モバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保し、長期にわたり安定した性能を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１における空気ポンプの断面図を示すものである。
【００１９】
図１において、本発明の空気ポンプは、ポンプ機構部１００とモータ部２００により構成されている。ポンプ機構部１００はその中心にシャフト１０１を備えており、このシャフト１０１には空気を搬送するための部品１０２が接合されている。またモータ部２００も同様にその中心にシャフト２０１を備えており、このシャフト２０１にはモータを構成する部品２０２が接合されている。
【００２０】
一般的なポンプ、特に容積式のポンプでは、ポンプ機構部１００とモータ部２００をそれぞれ組み立て、各々のシャフト１０１と２０１をカップリングなどで連結している。しかしこの場合、シャフト１０１、２０１の連結部で軸芯合わせが必要となり、仮に軸心がずれた状態で連結されると振動を引き起こしたり、軸受の寿命を著しく低下させたりと課題が多い。
【００２１】
またポンプ機構部１００を遠心式（例えばファンやブロア）で構成するものもある。この場合、モータ部２００のシャフト２０１に直接ファンを取り付ける方法が一般的だが、特にモバイル用の燃料電池などで使用される小型モータでは、モータ部２００の軸受としてメタルスリーブを採用することが多い。メタルスリーブは小型化には最適だが、含浸されているオイルが抜けてしまった時点で潤滑不良を起こし、シャフト１０１、２０１とメタルスリーブの焼きつき、もしくは異常摩耗が発生し、燃料電池のセルに空気を安定して供給できなくなってしまう。また空気ポンプが使用される雰囲気温度が比較的高いことを考慮すると、メタルスリーブの軸受ではモバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保することが困難となる。
【００２２】
これらの課題を解決するために、ポンプ機構部１００のシャフト１０１とモータ部２００のシャフト２０１を一体構成にし、ポンプケーシング１０３に配設された玉軸受３００ａ、３００ｂで支承する。ここで１０１と２０１は１本のシャフトで構成されており、途中に接合部材を介さない。これによりシャフト１０１、２０１の軸芯合わせが不要となり、振動や軸受摩耗などの課題が解消される。また玉軸受３００ａ、３００ｂで支承することで、メタルスリーブに含浸したオイル量に比べ、数倍から数十倍のグリスを玉軸受３００ａ、３００ｂに封入することができ、しかもグリスは玉軸受内の閉じた空間に封入されているので、基本的には外部に漏れ出す量はほとんどなく、雰囲気温度が比較的高い状態で使用されたとしても、十分な寿命時間が確保できる。以上より、モバイル用の燃料電池で求められる寿命時間を確保し、長期にわたり空気を安定して供給できる。
【００２３】
（実施の形態２）
図２は本実施の形態２における空気ポンプの断面図を示すものである。なお前記実施の形態１と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。
【００２４】
図２において、シャフト１０１、２０１をポンプケーシング１０３に設けた玉軸受３００ａとモータケーシング２０３に設けた玉軸受３００ｃで支承する。この構成によれば、シャフト１０１、２０１の支持点間距離を大きく取ることが可能となり、シャフト１０１、２０１の傾きや倒れを小さくすることができる。その結果、モータ部２００の回転体２０２がその外部に配置されたモータケーシング２０３などに干渉することを防止できる。
【００２５】
上記実施の形態１及び２において、玉軸受３００の数は２つ以上でも構わないが、特に２つにするのが望ましい。玉軸受３００の数が２つ場合、玉軸受３００に対してシャフト１０１、２０１の位置が決まり、玉軸受３００の芯出し作業が不要となる。玉軸受３００の数が３つ以上になると、３つ目以降の玉軸受３００に関しては、シャフト１０１、２０１に対して芯出しを行わなければならず、仮に芯がずれた状態で組みつけられると、運転時に異常発熱を起こし、軸受の寿命を著しく低下させてしまう。
【００２６】
またポンプ機構部１００の形式としては、遠心式と容積式があり、遠心式ではターボ、容積式ではレシプロ、ロータリ、スクロール、スクリュー、ダイヤフラムなどが代表的である。上記実施の形態１及び２ではポンプ機構部の形式に指定はなく、空気を圧縮搬送する機構であれば前述した以外の形式であっても構わない。
【００２７】
（実施の形態３）
図３、図４は本実施の形態３における空気ポンプの断面図を示すものである。
図３、図４において、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。
【００２８】
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から構成される直流モータを使用する。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。
【００２９】
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に設けられた玉軸受１４２と、リアプレート１５１に設けられた玉軸受１５２で回転可能に支承されている。これらの玉軸受１４２、１５２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、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玉軸受１４２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１５５を介して結合されている。
【００３０】
次に動作について説明する。回路基板２４１に直流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、玉軸受１４２、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・圧縮・吐出を繰り返し、ポンプ機能を果たしている。
【００３１】
本実施の形態は、ポンプ機構部１００がベーンロータリ型の容積式ポンプである。この方式を採用することで、オイルレス機構を実現し、燃料電池セルの空気通路で生じる圧力損失にうち勝つために必要な差圧と供給量を確保することができる。また小型化、低騒音、長寿命もあわせて達成することができる。
【００３２】
（実施の形態４）
前記実施の形態３と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。
図３において、ロータ１２１とフロントプレート１４１間に隙間１４３、及びロータ１２１とリアプレート１５１間に隙間１５３を設け、玉軸受１５２は外輪嵌合部１５２ｏ及び内輪嵌合部１５２ｉともに固定し、玉軸受１４２は外輪嵌合部１４２ｏを固定し、内輪嵌合部１４２ｉを摺動可能な状態にし、内輪嵌合部１４２ｉに付勢するように予圧ばね１８１を配設する。この構成によれば、玉軸受１５２は内輪嵌合部１５２ｉと外輪嵌合部１５２ｏをともに固定しているので、モータシャフト２２２の軸方向位置が決定し、組立時に適度な隙間１４３、１５３を設けることで、ロータ１２１とフロントプレート１４１またはリアプレート１５１の接触摺動を防止できる。また予圧ばね１８１によって玉軸受１４２に適度な予圧を印加できるので、運転時の騒音を低減することもできる。
【００３３】
（実施の形態５）
前記実施の形態３と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。
図３において、モータロータ２２１に備えられた磁石２２１ａの軸方向中心Ｒをステータ２１１の軸方向中心Ｓからポンプ機構部１００側にＬだけ移動させた状態でモータロータ２２１を配置し、ロータ１２１をモータ部２００側へ押圧する位置に予圧ばね１８１を配設する。
【００３４】
本来このベーンロータリ型の容積式ポンプでは、ロータ１２１の軸方向端面で圧力差は生じない。しかしフロントプレート１４１に背圧溝や吸入ポートや吐出ポートが設けられているため、リアプレート１５１側の端面と圧力差が生じる。その結果、ロータ１２１が端面の圧力変動によって軸方向で移動を繰り返し、騒音を発生させてしまう。またポンプの設置方法によっては、例えばロータ１２１の自重などにより常に一方向に荷重が働き、ロータ１２１がフロントプレート１４１またはリアプレート１５１と接触摺動する恐れがある。
【００３５】
上記構成によれば、磁石２２１ａの軸方向中心Ｒとステータ２１１の軸方向中心Ｓが一致するように磁力が働き、また予圧ばね１８１も磁力と同じ向きに力を及ぼす。すなわち常に一方向の軸方向荷重が作用することになるので、ポンプの設置姿勢に関わらずロータ１２１の軸方向位置が規制され、運転中の軸方向のがたつきを防止することができる。
【００３６】
（実施の形態６）
前記実施の形態３と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。
玉軸受１４２、１５２のうち一つの玉軸受は外輪嵌合部及び内輪嵌合部ともに固定した固定嵌合部とし、残りの玉軸受は外輪嵌合部もしくは内輪嵌合部のどちらか一方を摺動可能な状態にした摺動嵌合部とし、その摺動嵌合部に付勢するように予圧ばね１８１を配設する。これにより、外輪嵌合部及び内輪嵌合部ともに固定した玉軸受によって、モータシャフト２２２の軸方向位置が決定し、モータシャフト２２２に働く軸方向荷重はこの玉軸受で支承することになる。ここで、もう一方の玉軸受を予圧ばね１８１で押圧すると、玉軸受内の転動体を介してモータシャフト２２２に軸方向荷重が働き、両玉軸受１４２、１５２に適度な予圧が印加されることになる。その結果、運転時に玉軸受から発生するボールの転動音を抑制することができる。また予圧ばね１８１を配設する嵌合部は摺動可能な状態になっているため、高温雰囲気での運転時に各部品が熱膨張を起こした場合においても、寸法変化を吸収することができる。
【００３７】
具体的な予圧ばね１８１の配置方法を説明する。第１の構成としては、図３に示したもので、玉軸受１５２を固定嵌合部とし、内輪１５２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１５２ｉ、外輪１５２ｂとリアプレート１５１の嵌合部１５２ｏはともに固定する。また玉軸受１４２を摺動嵌合部とし、外輪１４２ｂとフロントプレート１４１の嵌合部１４２ｏは固定し、内輪１４２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１４２ｉは摺動可能な状態とし、内輪１４２ａとロータ１２１間に予圧ばね１８１を配置したものである。
【００３８】
第２の構成を図５に示す。玉軸受１５２を固定嵌合部とし、内輪１５２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１５２ｉ、外輪１５２ｂとリアプレート１５１の嵌合部１５２ｏはともに固定する。また玉軸受１４２を摺動嵌合部とし、内輪１４２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１４２ｉは固定し、外輪１４２ｂとフロントプレート１４１の嵌合部１４２ｏは摺動可能な状態とし、外輪１４２ｂと吐出プレート１７１間に予圧ばね１８１を配置したものである。
【００３９】
第３の構成を図６に示す。玉軸受１４２を固定嵌合部とし、内輪１４２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１４２ｉ、外輪１４２ｂとフロントプレート１４１の嵌合部１４２ｏはともに固定する。また玉軸受１５２を摺動嵌合部とし、外輪１５２ｂとリアプレート１５１の嵌合部１５２ｏは固定し、内輪１５２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１５２ｉは摺動可能な状態とし、内輪１５２ａとモータロータ２２１間に予圧ばね１８１を配置したものである。
【００４０】
第４の構成を図７に示す。玉軸受１４２を固定嵌合部とし、内輪１４２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１４２ｉ、外輪１４２ｂとフロントプレート１４１の嵌合部１４２ｏはともに固定する。また玉軸受１５２を摺動嵌合部とし、内輪１５２ａとモータシャフト２２２の嵌合部１５２ｉは固定し、外輪１５２ｂとリアプレート１５１の嵌合部１５２ｏを摺動可能な状態とし、外輪１５２ｂとリアプレート１５１間に予圧ばね１８１を配置したものである。
【００４１】
なお上記嵌合部の固定方法としては、圧入や接着が望ましく、また予圧ばねは皿ばねやコイルばねが望ましい。
上記全構成において、磁力によって発生する軸方向荷重は、内輪嵌合部と外輪嵌合部をともに固定した玉軸受により支持される。この玉軸受においては軸方向荷重を支持することで、必然的に予圧が印加されることになる。またもう一方の玉軸受には予圧ばね１８１による付勢を行うが、磁力による軸方向荷重の向きを考慮して、予圧ばね１８１を配設する必要がある。すなわち予圧ばね１８１によってモータシャフト２２２にかかる荷重の向きを、磁力によって発生する荷重の向きと合わせるものであり、本発明においてはロータ１２１をモータ部２００側へ押圧するものである。これによって磁力による働きを打ち消すことなく、またポンプの設置姿勢に関わらず、ロータ１２１の軸方向のがたつきを防止でき、ロータ１２１とフロントプレート１４１またはリアプレート１５１との接触摺動を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる空気ポンプは、長期にわたり安定した性能を確保できるので、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空気ポンプ、及び家庭用健康器具や医療用治療器具等の空気供給装置に使用される空気ポンプにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１における空気ポンプの縦断面図
【図２】本発明の実施の形態２における空気ポンプの縦断面図
【図３】本発明の実施の形態３における空気ポンプの縦断面図
【図４】本発明の実施の形態３における空気ポンプのポンプ機構部断面図
【図５】本発明の実施の形態６における空気ポンプの縦断面図
【図６】本発明の実施の形態６における空気ポンプの縦断面図
【図７】本発明の実施の形態６における空気ポンプの縦断面図
【図８】従来のファンモータの断面図
【符号の説明】
【００４４】
１００    ポンプ機構部
１０１    シャフト
１０２    部品
１０３    ポンプケーシング
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    玉軸受
１４２ａ  内輪
１４２ｂ  外輪
１４２ｏ  外輪嵌合部
１４２ｉ  内輪嵌合部
１４３    隙間
１５１    リアプレート
１５２    玉軸受
１５２ａ  内輪
１５２ｂ  外輪
１５２ｏ  外輪嵌合部
１５２ｉ  内輪嵌合部
１５３    隙間
１５５    プレート
１６１    ポンプ空間
１７１    吐出プレート
１８１    予圧ばね
２００    モータ部
２０１    シャフト
２０２    部品
２０３    モータケーシング
２１１    ステータ
２２１    モータロータ
２２２    モータシャフト
２２１ａ  磁石
２３１    ケーシング
２４１    回路基板
３００    玉軸受
３００ａ  玉軸受
３００ｂ  玉軸受
３００ｃ  玉軸受
Ｒ        磁石の軸方向中心
Ｓ        ステータの軸方向中心
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図８】
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【国際調査報告】
2006001342.tif 000018
2006001342.tif 000019
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