CN1806124A

CN1806124A - 旋转叶片式空气泵

Info

Publication number: CN1806124A
Application number: CNA2004800162829A
Authority: CN
Inventors: 中本达也; 泽井清; 作田淳
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2006-07-19
Also published as: WO2004111460A1; JPWO2004111460A1; US20070041860A1; EP1640611A1; WO2004111460A8

Abstract

一种旋转叶片式空气泵，形成泵空间(18)的缸筒(6)、转子(8)、前端板(14)、尾端板(16)中的至少一个，使用金属材料，对金属材料部实施表面处理。

Description

旋转叶片式空气泵

技术领域

本发明涉及一种应用于使用燃料电池的移动用信息终端机器的空气供给装置的、不使用润滑油的所谓的无油式旋转叶片式空气泵。

背景技术

图4以及图5表示以往的无油式叶片旋转式泵，设有缸筒103，所述缸筒103具有由前端板111以及尾端板112封闭形成的圆筒状内壁。在缸筒103的内部，配设有外周的一部分和缸筒103的内壁形成很小的间隙的转子107。

在转子107上一体安装有旋转轴110，旋转轴110，由配设在前端板111上的滚珠轴承116和配设在尾端板112上的滚珠轴承118旋转自由地支撑着。又，在转子107上，形成有多个叶片槽108，在各叶片槽108中，以滑动自如的方式插入由具有自润滑性的材料构成的板状的叶片109的一端。叶片109、缸筒103、转子107、前端板111、尾端板112共同形成泵空间104。而且，在缸筒103上，一体形成有与泵空间104连通的吸入孔113和排出孔114。

在上述构成的叶片旋转式泵中，若电动马达等驱动源(图中未示)所产生的动力传递到旋转轴110上，则转子107和旋转轴110一体旋转，流体从吸入孔113被吸入到泵空间104内。被吸入的流体在泵空间104内受到压缩之后，从排出孔114排出(例如，参照专利文献1)。

一般来说，在叶片109使用的是具有自润滑性的材料时，作为叶片109的滑动部的缸筒103、转子107、前端板111、尾端板112由金属材料形成。

又，在以往的叶片式压缩机中，在金属材料上实施各种表面处理(例如参照专利文献2-4)。

但是，它们都是以油润滑为前提，表面处理的目的在于提高耐磨损性。

专利文献1：特开平6-185484号公报

专利文献2：特开平2-136586号公报

专利文献3：特开昭64-73185号公报

专利文献4：特开昭63-28891号公报

上述以往的叶片旋转式泵，若其泵空间104内流入湿度高的空气并且长时间的使泵停止，则由于在叶片槽108内产生的锈，使叶片109粘着在叶片槽108内，会变为不能滑动。若叶片109不能滑动，则叶片109与缸筒103碰撞而使转子107不能旋转，从而使泵不能运转。又，即使泵可以运转，在相对泵空间104的前端板111、尾端板112、缸筒103、转子107上所产生的锈引发的阻力，将会使运转频率降低。其结果造成排出留量减少，引发马达的输入功率增加的问题。

又，作为防锈的对策，在对面对泵空间104的前端板111、尾端板112、缸筒103、转子107进行表面处理的情况下，根据缸筒103的表面处理的种类，会使表面处理后的表面变粗，造成缸筒103的内面和叶片109的前端部的滑动音，比表面处理前还大的问题。

又，在以往的叶片式压缩机中，假若在即使进行了表面处理但由于滑动而磨损，使其底子露出的情况下，由于存在油所以不会引起烧结。又，因为基本在封闭的循环内使用，不会混入从外部来的水分，所以，露出的底子也不会被腐蚀。在和此相对比的无油式泵中，当表面处理磨损的时候，会引起露出的底子而被腐蚀的问题。

发明内容

本发明鉴于以往技术所具有的这种问题，其目的在于提供一种防止在泵空间内产生锈，在流入湿度高的空气的情况下也不会降低性能，可以运转并且能够抑制噪音的旋转叶片式空气泵。

为了达到上述目的，本发明的旋转叶片式空气泵，是无油式旋转叶片式空气泵，并列设置有泵机构部和驱动马达，上述泵机构部，由：具有自轴心偏心而形成的圆筒状内壁的缸筒、配置在该缸筒内并具有多个叶片槽的圆筒状转子、与该转子一体旋转的旋转轴、以滑动自如的方式插入在上述多个叶片槽内并由具有自润滑性的材料构成的板状叶片、以夹着上述转子和上述叶片的方式安装在上述缸筒的两端面上的前端板和尾端板构成；在该泵机构部上，形成有多个泵空间，通过由上述驱动马达驱动上述旋转轴，可改变上述泵空间的容积，其特征在于，上述转子和上述前端板之间以及上述转子和上述尾端板之间，分别设置有间隙，使其不产生接触滑动，上述缸筒、上述转子、上述前端板、上述尾端板中至少有一个使用金属材料，至少对和上述泵空间相对面的金属材料部实施表面处理。

根据本发明，通过对与泵空间相对面的金属材料部实施表面处理，即使泵空间内流入湿度高的空气，也会阻碍水分附着在金属表面上，防止锈的产生，从而防止了泵的锁定和运转频率的降低。

又，若在氧化铝保护膜、镀镍磷保护膜、聚四氟乙烯保护膜中，用1种或者将其组合对上述金属材料部件实施表面处理，则这些表面处理，和通过镀锡与DLC(Diamond Like Carbon：主要由碳和氢构成的非晶体碳硬质膜)进行的表面处理相比，由于和叶片之间的滑动所产生的保护膜磨损变得极少，即使长时间使用，保护膜也会残存，所以可以防止锈的产生。

又，若将具有优越的自润滑性的聚四氟乙烯保护膜实施到前端板以及尾端板的与泵空间相对向的面上，则会降低转子端面和前端面以及尾端面之间的摩擦系数，可以防止运转频率和排出留量的降低，既减少输入功率，又防止锈的产生。

又，因为在由铝原材料形成转子的基础上，又对转子实施了保护膜硬磨损少的氧化铝处理，所以不仅在成本方面有利，而且即使长时间运转保护膜也会残留，可以防止锈的产生。

而且，若通过镀镍磷保护膜对缸筒内面实施表面处理，则处理后的表面光滑，若再对表面处理部实施抛光处理，则因为缸筒内面的表面光洁度得到改善，所以可以降低占有噪音产生和大比例的叶片前端部和缸筒内面的滑动音。

附图说明

图1是本发明的旋转叶片式空气泵的纵剖视图。

图2是图1的旋转叶片式空气泵的沿线II-II的剖视图。

图3是表示缸筒内面处理的种类和噪音值、表面光洁度、表面硬度之间的关系的图表。

图4是以往的叶片旋转式泵的纵剖视图。

图5是图4的以往叶片旋转式泵的沿线V-V的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1以及图2表示本发明的旋转叶片式空气泵，由泵机构部2和直流马达等驱动马达4并列设置而构成。

在泵机构部2上，设置有由铝等金属材料制成的缸筒6，所述缸筒6具有由自轴心偏心形成的圆筒状内壁。在缸筒6内，配置有圆筒状的转子8。转子8具有多个在其中心轴方向上延伸的叶片槽10，在这些叶片槽10中，以可以自由滑动的方式插入板状的叶片12，并不使用润滑油，所述叶片12由具有自润滑性的碳等材料构成。在缸筒6的两端面上，前端板14和尾端板16夹着转子8和叶片12而配置，形成多个泵空间18。而且，前端板14和尾端板16也是由铝等金属材料制成。这些金属材料部件，在面对泵空间18的部分上，实施了后面详细叙述的表面处理。

又，在转子8上，连接有旋转轴20，该旋转轴20兼用作配置在尾端板16的相反一侧的驱动马达4的马达轴，旋转轴20延伸在缸筒6的轴心上，由被压入到前端板14的滚珠轴承22以及被压入尾端板16的滚珠轴承24，以旋转自由的方式被支撑着。

又，在本发明的实施方式中，因为采用了无油式的构成，所以使用由自润滑性材料构成的叶片12，并且在转子8和前端板14之间以及转子8和尾端板16之间分别设置间隙。具体为，各个间隙大约在10μm～30μm左右，由此，转子8和旋转轴20被固定。固定方法有压入、热压配合、焊接等。又，也可以设置将转子8保持在一个方向上的弹压机构。而且，各个轴承采用的是具有优越的润滑性的润滑脂封入式轴承。

又，在前端板14上，形成有吸入孔26和排出孔28，在排出孔28中设置有排出口30。又，在尾端板16上，在和吸入孔26相对向的位置处，形成有凹部32，吸入孔26和凹部32，通过在缸筒6的轴方向上形成的贯通孔34相互连通，而且，贯通孔34，通过在缸筒6的中央部形成的连通路36与泵空间18相连通。

另外，驱动马达4，具有转子38、与转子38的外周部相对向配置的定子40，兼作马达轴的旋转轴20，通过轴承42以及轴承44以可以自由旋转的方式被支撑。

在具有上述构成的本发明的旋转叶片式空气泵中，若给定子40供电，则通过转子38和定子40之间产生的磁作用，转子38获得转矩而进行旋转运动，通过和转子38构成为一体并兼作马达轴的旋转轴20，向泵机构部2传递旋转力。

因为转子8连接在旋转轴20上，所以转子8和旋转轴20一同一体旋转，由此，插入在转子8的叶片槽10中的叶片12，通过离心力向缸筒6的内面飞出，使得叶片12的前端部和缸筒6的内相对接，形成泵空间18。此时，通过在前端板14上形成的吸入孔26而吸入的空气，通过3条路径流入泵空间18中，所述3条路径为：直接流入泵空间18的路径、穿过在缸筒6上形成的贯通孔34并从形成于尾端板16的凹部32流入泵空间18的路径以及穿过贯通孔34并从形成于缸筒6的中央部的连通路36流入空间18的路径。

流入泵空间18的空气，伴随着转子8的旋转，在泵空间18内被压缩，经过排出孔28从排出口30排出。即，在旋转叶片式空气泵中，通过多个泵空间18的容积变化(伸缩作用)来压缩空气。

在此，在本发明的旋转叶片式空气泵中，因为在转子8和前端板14之间以及转子8和尾端板16之间分别设置间隙，所以转子8和前端板14与尾端板16不进行接触滑动，因此，施加在前端板14和尾端板16上的表面处理不会被磨损。

作为结果，因为滑动的是叶片12和前端板14、叶片12和尾端板16、叶片12和转子8、叶片12和缸筒6的内面，并且这些滑动都成为由自润滑性材料构成的叶片12自身磨损，所以不会磨损施加在作为叶片12的滑动对象的部件上的表面处理。即，即使混入来自外部的水分，但通过各自的表面处理，部件不会生锈，可以确保长期的稳定性能。

另外，在和前端板14以及尾端板16的泵空间18相对的面上，通过具有良好的自润滑性的聚四氟乙烯保护膜所实施的表面处理，因此，即使万一由于异常的负荷等，使转子8的端面以及叶片12暂时和前端面14以及尾端面16的泵空间18相对的面接触，也会降低转子8的端面和前端面14以及尾端面16之间的摩擦系数。因此，可以防止运转频率降低，以及伴随此的排出流量下降的问题，降低了马达的输入功率并防止了锈的产生。

下面，对各部件的表面处理进行详细说明。在本发明的空气泵的泵机构部2中，因为滑动接触的只是叶片12，所以表面处理的种类选定为适应于叶片12的侧面(和前端板14以及尾端板16相对向的面)、叶片槽10的接触面、前端部的各种滑动状态的类型。作为选定基准之一，是运转时的噪音程度，在本实施方式中通过比较噪音的程度来进行选定。

首先，关于叶片12的侧面滑动，因为在前端板14或者尾端板16之间留有空留量，所以运转时叶片12向轴方向移动，产生碰撞的可能性较高。所以，必须减少叶片12和前端板14或者尾端板16之间的微小碰撞的声音，作为表面处理的种类，应该选定硬比较低的、即优选吸音效果好的。因此，在前端面14以及尾端面16上，通过聚四氟乙烯保护膜来进行表面处理为好。

又，因为转子8是铝制的，所以其表面被实施氧化铝保护膜。虽然叶片槽10和叶片12之间具有空留量，但是转子8向一个方向旋转，在叶片12上泵空间18的压力进一步起作用，所以叶片12在叶片槽10内以倾斜的状态滑动。虽然叶片12在旋转的同时在叶片槽10内出入，但是叶片槽10的开口端边缘，经常在相同的点和叶片12滑动。即，关于叶片槽10的接触面，优选硬度比较高的，即具有优越的耐磨损性的类型。所以，在转子8上，通过氧化铝保护膜进行表面处理为好。

氧化铝保护膜在叶片槽10内可以形成均匀的保护膜，所以，因保护膜硬而减少了磨损。又，因为氧化铝保护膜是以低成本进行处理，所以可以抑制价格，又因为即使进行长时间的运转也会残存保护膜，所以可以长时间地防止锈的产生。

最后，关于叶片12的前端面，由于作用在叶片12上的离心力和背压力，使得缸筒6的内面上承担很大的负荷。因此优选重视耐磨损性的表面处理。但是，若缸筒6的内面的形状和表面光洁度很差，则叶片12的滑动性紊乱会产叶片跳动，引起噪音增大。即，必须重视表面光洁度。同时满足这两方面，通过镀镍保护膜对缸筒6的表面实施表面处理为好。

图3所示的噪音值，是对缸筒6实施各种表面处理时的测定结果，表示缸筒6的内面处理的种类、噪音值、表面光洁度、表面硬度的关系。而且，通过实验已经掌握对噪音值影响大的是缸筒内面的表面处理。下面的图表，是通过肖氏硬度来表示处理后的表面硬度；上面的图表用棒表示泵运转时的噪音，用折线图表示处理后的表面平均粗糙度。

噪音值，和氧化铝保护膜以及聚四氟乙烯保护膜相比，镍磷保护膜的比较低。平均表面光洁度也一样，镀镍磷保护膜，与氧化铝保护膜以及聚四氟乙烯保护膜相比值比较小。又，噪音值高的氧化铝保护膜以及聚四氟乙烯保护膜，其平均表面光洁度的值也大。进而可知，噪音值和表面硬度没有相关性，产生噪音的原因和保护膜的表面光洁度相关。

因此，在本发明中，对缸筒6的内面，通过用镍磷保护膜实施表面处理，来防止锈的产生。又，镍磷保护膜，因为处理后的保护膜表面很光滑，所以，可以降低伴随转子8的旋转叶片12的前端和缸筒6的内面的滑动音。

又，在本实施方式中，缸筒6的内面通过镍磷保护膜进行表面处理之后实施抛光处理，由此提高了表面光洁度，所以可以进一步实现低噪音化。又，通过聚四氟乙烯保护膜对前端板14以及尾端板16实施的表面处理，通过氧化铝保护膜对转子8实施的表面处理也同样进行抛光处理，所以提高了表面光洁度，对噪音的降低具有很好的效果。

Claims

1.一种旋转叶片式空气泵，是无油式旋转叶片式空气泵，并列设置有泵机构部和驱动马达，上述泵机构部，由：具有自轴心偏心而形成的圆筒状内壁的缸筒、配置在该缸筒内并具有多个叶片槽的圆筒状转子、与该转子一体旋转的旋转轴、以滑动自如的方式插入在上述多个叶片槽内并由具有自润滑性的材料构成的板状叶片、以夹着上述转子和上述叶片的方式安装在上述缸筒的两端面上的前端板和尾端板构成；在该泵机构部上，形成有多个泵空间，通过由上述驱动马达驱动上述旋转轴，可改变上述泵空间的容积；

上述转子和上述前端板之间以及上述转子和上述尾端板之间，分别设置有间隙，使其不产生接触滑动，上述缸筒、上述转子、上述前端板、上述尾端板中至少有一个使用金属材料，至少对和上述泵空间相对面的金属材料部实施表面处理。

2.根据权利要求1所述的旋转叶片式空气泵，其特征在于，在氧化铝保护膜、镀镍磷保护膜、聚四氟乙烯保护膜中，用1种或者将其组合对上述金属材料部件实施表面处理。

3.根据权利要求1所述的旋转叶片式空气泵，其特征在于，通过聚四氟乙烯保护膜对上述前端板以及上述尾端板实施表面处理。

4.根据权利要求1所述的旋转叶片式空气泵，其特征在于，上述转子由铝形成，通过氧化铝保护膜对上述转子实施表面处理。

5.根据权利要求1所述的旋转叶片式空气泵，其特征在于，通过镀镍磷保护膜对上述缸筒的内面实施表面处理。

6.根据权利要求1所述的旋转叶片式空气泵，其特征在于，对上述表面处理部实施抛光处理。