JP2006194090A - ベーンロータリ型空気ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンと、スリットの先端エッジ部及びスリットと背圧室の接する部位に位置する内端エッジ部との接触を緩和し、安定した性能を確保する。
【解決手段】スリットの先端エッジ部１０ａ，１０ｂ、スリット３と背圧室４の境界部に位置する内端エッジ部１１ａ、１１ｂにそれぞれ面取りが設けられる。これによりベーン２が先端エッジ部１０ｂを支点にして傾いたままスリット３内に押し戻される場合でも、ベーン２と先端エッジ部１０ｂ及び内端エッジ部１１ａとの接触の緩和が可能となり、体積効率の低下や入力増大の防止、また騒音値、不必要なベーン摩耗を抑制し、安定した性能を確保する事ができる。
【選択図】図３

Description

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等に使用される小型のベーンロータリ型空気ポンプに関するものである。

従来、この種のベーンロータリ型ポンプは、ロータに設けたスリット内に挿入されたベーンが、前記スリットから前後に摺動しながらロータとともに回転し、シリンダ内壁に押し付けられ、隣接するベーン間の容積を変化させてポンプ作用を行なっているが、前記ベーンの摺動時に発生する脈動による騒音を低減する為に、前記ベーンの背面部を前記スリットの背圧室底部に当接可能とし、前記ベーンの最大飛び出し時の支持長さを多く確保できる構成を採用している（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来のベーンポンプのポンプ機構部の要部断面図である。図６に示すように、ロータ１にベーン２を摺動自在に挿入する半径方向のスリット３を設け、その内端部に背圧室４を形成し、サイドプレートに形成した周方向の圧力導入溝５を介して背圧室４に作動流体を導く事によりベーン２をカムリング６に押しつけるようにしたベーンポンプにおいて、圧力導入溝５が背圧室４にその半径方向外側部分４ａにおいて連通するように、背圧室４を圧力導入溝５の位置を越えて半径方向内方まで延長させ、かつベーン２を背圧室４の底部４ｂに当接可能とする構成となっている。

これにより、ベーンの最大飛び出し時の支持長さを確保することで、ベーン摺動時に発生する脈動による騒音が低減できるというものである。
特開平８−２１９０３１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ロータ加工時の問題で、スリットと背圧室との境界部に位置するエッジ部、及びスリット先端のエッジ部に「ばり」と呼ばれる加工残りが発生しやすい。このためポンプの運転によりベーンが摺動する際、スリットと背圧室との境界部に位置するエッジ部、及びスリット先端のエッジ部に存在する「ばり」にベーンが接触し乗り上げることで、ベーンとスリットの間に隙間が発生し、隙間を通じて、背圧室にある高圧が圧縮室に漏れ出し、体積効率の低下や騒音の増大を招いてしまう。また、「ばり」との接触抵抗による、ベーン摩耗の促進、入力値の増大等の性能低下が発生してしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ベーンを構成する面のうち、スリットと接触摺動する面と、スリットと背圧室の境界部に位置するエッジ部、及びスリット先端エッジ部に発生した「ばり」を除去し、接触抵抗を良好にするものである。これにより、体積効率の低下や入力の増大を防ぎ、騒音、ベーン摩耗を抑制することで、高性能、かつ安定した性能のベーンロータリ型空気ポンプを提供する目的とする。

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、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シリンダの内面の中心軸から偏心させた状態で配置し、ロータの半径方向にスリットを複数設け、スリットの内端部には背圧室を備えた構成とし、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とをロータとベーンとを
挟み込むようにシリンダの両端面に配置してポンプ空間を形成し、ロータの回転によって、ベーンがスリット内を往復運動しつつ背圧室に作動流体を導き、ベーン先端がシリンダの内面に押し付けられながら摺動することによりポンプ空間が伸縮作用を生じるオイルレス空気ポンプであって、スリットと背圧室との境界部に位置する内端エッジ部、及びスリット外端の先端エッジ部に面取りを設けるものである。

これによって、ベーンと、スリットと背圧室との境界部に位置する内端エッジ部、及びスリット外端の先端エッジ部との接触を良好にできる為、体積効率の低下や入力の増大を防ぎ、騒音値、不必要なベーン摩耗を抑制し、安定した性能の確保が可能となる。

また、本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、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シリンダの内面の中心軸から偏心させた状態で配置し、ロータの半径方向にスリットを複数設け、スリットの内端部には背圧室を備えた構成とし、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とをロータとベーンとを挟み込むようにシリンダの両端面に配置してポンプ空間を形成し、ロータの回転によって、ベーンがスリット内を往復運動しつつ背圧室に作動流体を導き、ベーン先端がシリンダの内面に押し付けられながら摺動することによりポンプ空間が伸縮作用を生じるオイルレス空気ポンプであって、ベーンを構成する面のうち、スリットと接触摺動する摺動面の接触摺動方向長さをスリットの摺動方向長さよりも短く設定し、かつスリット外端の先端エッジ部に面取りを設けるものである。

これによって、ベーンと、スリットと背圧室との境界部に位置する内端エッジ部との接触を防止し、また外端エッジ部との接触を良好にできる為、体積効率の低下や入力の増大を防ぎ、不必要なベーン摩耗、入力の増大を抑制し、安定した性能の確保が可能となる。

また、本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、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、ロータの半径方向にスリットを複数設け、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自在に挿入し、フロントプレートとリアプレートとをロータとベーンとを挟み込むようにシリンダの両端面に配置してポンプ空間を形成し、ロータの回転によって、ベーンがスリット内を往復運動しつつベーン先端がシリンダの内面に沿って摺動することで、ポンプ空間が伸縮作用を生じるオイルレス空気ポンプであって、スリットの内端部、及びベーン摺動面を平面のみで構成し、かつスリット外端の先端エッジ部に面取りを設けるものである。

これによって、ベーンと、先端エッジ部との接触を良好にできる為、体積効率の低下や入力の増大を防ぎ、不必要なベーン摩耗、入力の増大を抑制し、安定した性能の確保が可能となる。

本発明のベーンロータリ型空気ポンプは、体積効率の低下や入力増大の防止、また騒音値、ベーン摩耗を抑制することにより安定した性能を確保する事ができる。

請求項１に記載の本発明は、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シリンダの内径の中心軸から偏心させた状態で配置し、ロータの半径方向にスリットを複数設け、スリットの内端部には背圧室を備えた構成とし、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とをロータとベーンとを挟み込むようにシリンダの両端面に配置してポン
プ空間を形成し、ロータの回転によって、ベーンがスリット内を往復運動しつつ背圧室に作動流体を導き、ベーン先端がシリンダの内径に押し付けられながら摺動することによりポンプ空間が伸縮作用を生じるオイルレス空気ポンプであって、スリットと背圧室との境界部に位置する内端エッジ部、及びスリット外端の先端エッジ部に面取りを設けるものである。

そしてこの構成によれば、ベーンと内端エッジ部及び先端エッジ部との接触を良好にすることが可能となり、体積効率の低下や入力の増大を防ぎ、不必要なベーン摩耗、入力の増大を抑制し、安定した性能を確保できる。

請求項２に記載の本発明は、特に第１の発明に記載の、内端エッジ部及び先端エッジ部の面取の角度を、互いの対角にある面取り角度と平行になるように設けるものである。そしてこの構成によれば、ベーンと内端エッジ部及び先端エッジ部とを面摺動接触とすることが可能となり、体積効率の低下や入力の増大を防ぎ、不必要なベーン摩耗、入力の増大を抑制し、安定した性能を確保できる。

請求項３に記載の本発明は、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シリンダの内面の中心軸から偏心させた状態で配置し、ロータの半径方向にスリットを複数設け、スリットの内端部には背圧室を備えた構成とし、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とをロータとベーンとを挟み込むようにシリンダの両端面に配置してポンプ空間を形成し、ロータの回転によって、ベーンがスリット内を往復運動しつつ背圧室に作動流体を導き、ベーン先端がシリンダの内面に押し付けられながら摺動することによりポンプ空間が伸縮作用を生じるオイルレス空気ポンプであって、ベーンを構成する面のうち、スリットと接触摺動する摺動面の接触摺動方向長さをスリットの摺動方向長さよりも短く設定し、かつスリット外端の先端エッジ部に面取りを設けるものである。

そしてこの構成によれば、ベーンと内端エッジ部との接触を防止でき、かつ先端エッジ部との接触を良好にすることが可能となり、体積効率の低下や入力の増大を防ぎ、不必要なベーン摩耗、入力の増大を抑制し、安定した性能を確保できる。

請求項４に記載の本発明は、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シリンダの内径の中心軸から偏心させた状態で配置し、ロータの半径方向にスリットを複数設け、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自在に挿入し、フロントプレートとリアプレートとをロータとベーンとを挟み込むようにシリンダの両端面に配置してポンプ空間を形成し、ロータの回転によって、ベーンがスリット内を往復運動しつつベーン先端がシリンダの内径に沿って摺動することで、ポンプ空間が伸縮作用を生じるオイルレス空気ポンプであって、スリットの内端部及びベーン摺動面を平面のみで構成し、かつ先端エッジ部に面取りを設けるものである。

そしてこの構成によれば、ベーンと先端エッジ部との接触を良好にすることが可能となり、体積効率の低下や入力の増大を防ぎ、不必要なベーン摩耗、入力の増大を抑制し、安定した性能を確保できる。

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である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図で、ポンプ機構部の縦断面を示す。また図３は、図２の要
部拡大図である。

図１〜図３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９内に、円筒形状のロータ１をシリンダ９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１の半径方向にスリット３を複数設け、スリット３の内端部に背圧室４を備えた構成とし、スリット３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１２とリアプレート１３とをロータ１とベーン２とを挟み込むようにシリンダ９の両端面に配置して複数のポンプ空間１４を形成している。

なお、スリット３の外端の先端エッジ部１０ａ，１０ｂ、及びスリット３と背圧室４の境界部に位置する内端エッジ部１１ａ，１１ｂにはそれぞれ面取りが施されている。

ロータ１の中心軸にはリアプレート１３の反ポンプ空間側に配置された直流モータ８のモータシャフトを兼ねるメカシャフト１５が結合されており、フロントプレート１２に圧入された第１の玉軸受１６およびリアプレート１３に圧入された第２の玉軸受１７で回転可能に支持されている。

直流モータ８は、ステータ１８の外周にモータロータ１９を配置し、モータシャフトを兼ねるメカシャフト１５は、ブッシュ２０で支持されている。

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。

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１９とステータ１８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１９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１５がブッシュ２０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１の回転にともない、ベーン２が遠心力によってロータ１の半径方向に設けられたスリット３に沿って飛び出し、シリンダ９の内面に押し付けられることでポンプ空間１４を形成する。

同時に、吸入口２１から吸入された空気は、第１の吸入ポート２２からポンプ空間１に流入する経路と、第１の吸入ポート２２からシリンダ９に設けられた貫通穴２３を経て、リアプレート１３に設けられた第２の吸入ポート２４からポンプ空間１４に流入する経路の、２つの経路からポンプ空間１４に流入する。ロータ１の回転にともない、ベーン２がスリット３内を往復運動しつつベーン２の先端がシリンダ９の内径に沿って摺動することでポンプ空間１４が伸縮作用を生じ、流入した空気はポンプ空間１４内で圧縮され、吐出ポート２５を経て吐出口２６より吐出される。

この伸縮作用によって、圧縮のより進行したポンプ空間１４ａの方が、圧縮の進行していないポンプ空間１４ｂよりも高圧になり、シリンダ９の内面に押し付けられたベーン２はポンプ空間１４ａ側からポンプ空間１４ｂ側に押される力を受け、先端エッジ部１０ｂを支点にしてポンプ空間１４ｂ側へ傾く。ロータ１の回転とともにベーン２は先端エッジ部１０ｂを支点にして傾いたままスリット３内に押し戻され、スリット３と背圧室４の接する部位に位置する内端エッジ部１１ａとの接触が発生する。

しかし、先端エッジ部１０ｂ及び内端エッジ部１１ａはばりを除去し、面取りが施されているため、ベーン２と先端エッジ部１０ｂ及び内端エッジ部１１ａとの接触状態を良好にできる。これにより、ベーン２と先端エッジ部１０ｂ及び内端エッジ部１１ａとの接触
により発生する体積効率の低下や入力増大の防止、また騒音値、不必要なベーン摩耗の抑制が可能である為、安定した性能を確保する事ができる。

なお、先端エッジ部１０ａの面取り角度と、その対角に位置する内端エッジ部１１ｂの面取り角度、また先端エッジ部１０ｂの面取り角度と、その対角に位置する内端エッジ部１１ａの面取り角度がそれぞれ互いに平行となるように設けられていれば、ベーン２が先端エッジ部１０ｂを支点にして傾いたままスリット３内に押し戻される場合でも、ベーン２と先端エッジ部１０ｂ、その対角に位置する内端エッジ部１１ｂとの接触を、面摺動接触とする事ができる。これにより、ベーン２と先端エッジ部１０ｂ及び内端エッジ部１１ａとの接触により発生する体積効率の低下や入力増大をより防止し、また騒音値、不必要なベーン摩耗をより抑制することが可能となり、より安定した性能を確保する事ができる。

（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ポンプ機構部の要部断面図である。

ベーン２を構成する面のうち、スリット３と接触摺動する摺動面２ａの接触摺動方向長さＬ２が、スリット３の摺動方向長さＬ３よりも短く設定され、先端エッジ部１０ａ，１０ｂには面取りが設けられている。従って、ベーン２が先端エッジ部１０ｂを支点にして傾いたままスリット３内に押し戻される場合でも、スリット３と背圧室４の境界部に位置する内端エッジ部１１ｂとの接触を防止することが可能となり、かつベーン２と先端エッジ部１０ｂとの接触状態を良好にできる。これによりベーン２と先端エッジ部１０ｂ、内端エッジ部１１ａとの接触により発生する体積効率の低下や入力増大の防止、また騒音値、不必要なベーン摩耗の抑制が可能である為、安定した性能を確保する事ができる。

（実施の形態３）
図５は、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ポンプ機構部の要部断面図である。

スリット３の内端部、及びベーン摺動面が平面のみで構成され、かつ先端エッジ部１０ａ、１０ｂには面取りが設けられる。従って、ベーン２がスリット先端エッジ部１０ｂを支点にして傾いたままスリット３内に押し戻される場合でも、ベーン２とスリット先端エッジ部１０ｂとの接触状態を良好にできる。これにより、ベーン２とスリット先端エッジ部１０ｂとの接触により発生する体積効率の低下や入力増大の防止、また騒音値、不必要なベーン摩耗の抑制が可能である為、安定した性能を確保する事ができる。

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、ベーンと、スリット外端の先端エッジ部及びスリットと背圧室の境界部に位置する内端エッジ部との接触を緩和することができ、安定した性能を確保する事が可能となるので、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。

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１のＡ−Ａ断面図 図２の要部拡大図 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ポンプ機構部の要部断面図 本発明の実施の形態４におけるベーンロータリ型空気ポンプのポンプ機構部の要部断面図 従来のベーンロータリ型空気ポンプのポンプ機構部の要部断面図

符号の説明

１ ロータ
２ ベーン
２ａ 摺動面
３ スリット
４ 背圧室
７ ポンプ機構部
９ シリンダ
１０ａ，１０ｂ 先端エッジ部
１１ａ，１１ｂ 内端エッジ部
１２ フロントプレート
１３ リアプレート
１４，１４ａ，１４ｂ ポンプ空間

Claims (4)

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スリットを複数設け、前記スリットの内端部には背圧室を備えた構成とし、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とを前記ロータと前記ベーンとを挟み込むように前記シリンダの両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背圧室に作動流体を導き、前記ベーンの先端が前記シリンダの内面に押し付けられながら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オイルレス空気ポンプであって、前記スリットと前記背圧室との境界部に位置する内端エッジ部、及び前記スリットの外端の先端エッジ部に面取りを設けたことを特徴とするベーンロータリ型空気ポンプ。
2. 内端エッジ部及び先端エッジ部の面取りの角度を、互いの対角にある面取り角度と平行になるように設け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。
3. 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スリットを複数設け、前記スリットの内端部には背圧室を備えた構成とし、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とを前記ロータと前記ベーンとを挟み込むように前記シリンダの両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背圧室に作動流体を導き、前記ベーンの先端が前記シリンダの内面に押し付けられながら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オイルレス空気ポンプであって、前記ベーンを構成する面のうち、前記スリットと接触摺動する摺動面の接触摺動方向長さを前記スリットの摺動方向長さよりも短く設定し、かつ前記スリットの外端の先端エッジ部に面取りを設けたことを特徴とするベーンロータリ型空気ポンプ。
4. 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スリットを複数設け、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に挿入し、フロントプレートとリアプレートとを前記ロータと前記ベーンとを挟み込むように前記シリンダの両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の先端が前記シリンダの内径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るオイルレス空気ポンプであって、前記スリットの内端部及びベーン摺動面を平面のみで構成し、かつ先端エッジ部に面取りを設けたことを特徴とするベーンロータリ型空気ポンプ。
   
   

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