JP2006194163A - Rotary vane air pump - Google Patents
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Abstract
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に使用されるベーンロータリ型空気ポンプに関するものである。 The present invention relates to a vane rotary type air pump used for an air supply device of a mobile information terminal device using a fuel cell.
従来、この種のベーンロータリ型ポンプは、ベーンに自己潤滑性を有する表面処理を施しているものがあった(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been a vane rotary pump of this type in which a vane is subjected to a surface treatment having self-lubricating properties (see, for example, Patent Document 1).
図6および図7は前記文献に記載された従来のベーンロータリ型ポンプを示すものである。両端がフロントプレート1およびエンドプレート2で閉鎖された筒状内壁を有するシリンダ3を有している。シリンダ3の内部には、外周の一部がシリンダ3の内壁と小隙間を形成するロータ4が配設されている。
6 and 7 show a conventional vane rotary pump described in the above document. A
ロータ4の外周面には、複数のスリット5が形成され、各スリット5にベーン6の一端が摺動自在に挿入されている。そして、ベーン6はシリンダ3、ロータ4、フロントプレート1、エンドプレート2とともにポンプ空間7を形成している。ベーンの母材はマグネシウムもしくはフェノール樹脂であり、表面に固体潤滑材が含浸されている。
しかしながら、前記従来の構成では長時間の運転において、ベーンの摺動によってシリンダ内周面の面粗度が悪化した場合、ベーンジャンピングが発生し騒音が増大するという課題を有していた。また、面粗度の悪化したシリンダ内周面がベーン先端の面粗度をさらに悪化させるため、加速度的にベーンとシリンダ内周面の面粗度が悪化し、双方の摺動による騒音が増大してくるという課題を有していた。 However, the conventional configuration has a problem in that, when the surface roughness of the inner peripheral surface of the cylinder is deteriorated due to the sliding of the vane during long-time operation, vane jumping occurs and noise increases. In addition, since the cylinder inner peripheral surface with deteriorated surface roughness further deteriorates the surface roughness of the vane tip, the surface roughness of the vane and the cylinder inner peripheral surface deteriorates at an accelerated rate, and noise due to sliding of both increases. It had a problem of coming.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ベーンとシリンダ内周面の面粗度の悪化を抑制し、運転初期だけでなく経時後においても低騒音かつ低入力を実現したベーンロータリ型空気ポンプの提供を目的とすることである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problem, and suppresses deterioration of the surface roughness of the vane and the inner peripheral surface of the cylinder, and realizes low noise and low input not only in the initial operation but also after the lapse of time. The purpose is to provide an air pump.
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、シリンダ内周面に平均表面粗さを0.05μm以上0.15μm以下の範囲とし、微小な溝を設けたニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂系の表面処理を施したものである。このシリンダの表面処理により、ベーンとシリンダの摺動による面粗度悪化の抑制を目的とする。 In order to solve the above-described conventional problems, a vane rotary type air pump according to the present invention has a nickel phosphor having an average surface roughness in a range of 0.05 μm or more and 0.15 μm or less on a cylinder inner peripheral surface and provided with minute grooves. This is a polytetrafluoroethylene resin-based surface treatment. The purpose of this surface treatment of the cylinder is to suppress deterioration of surface roughness due to sliding of the vane and the cylinder.
本発明のベーンロータリ型ポンプは、ベーンとシリンダの摺動による面粗度の悪化を抑制することにより、運転初期だけでなく経時後においても低騒音かつ低入力を実現することができる。 The vane rotary pump of the present invention can realize low noise and low input not only in the initial operation but also after the lapse of time by suppressing the deterioration of surface roughness due to sliding of the vane and the cylinder.
第1の発明は、シリンダ内周面の平均表面粗さを0.05μm以上0.15μm以下の範囲に設定することにより、シリンダ内周面とベーン先端の摺動によって発生する騒音を抑制し、運転初期の騒音を抑制することができる。同時に、ベーン先端のカーボンを適度
に摩耗させることができるため、シリンダ内周面とベーン先端の摺動状態を改善でき、入力を
低減することができる。
The first invention suppresses noise generated by sliding between the cylinder inner peripheral surface and the vane tip by setting the average surface roughness of the cylinder inner peripheral surface in the range of 0.05 μm to 0.15 μm, Noise during the initial operation can be suppressed. At the same time, since the carbon at the vane tip can be worn moderately, the sliding state between the cylinder inner peripheral surface and the vane tip can be improved, and the input can be reduced.
第2の発明は、特に、第1の発明のシリンダ内周面にベーンの摺動軌跡と同一方向の溝を設けることにより、シリンダ内周面とベーン先端の摺動によって発生する騒音を効果的に抑制し、運転初期の騒音をさらに低減することができる。 In the second invention, in particular, by providing a groove in the same direction as the sliding track of the vane on the inner peripheral surface of the cylinder of the first invention, noise generated by sliding between the inner peripheral surface of the cylinder and the tip of the vane is effective. It is possible to further reduce noise at the beginning of operation.
第3の発明は、特に、第2の発明の溝を、ロータの回転と同一方向に加工し、材料のせん断方向とベーン先端の移動方向を一致させることにより、加工時の「ばり」に起因したシリンダ内周面とベーン先端の摺動による騒音を抑制し、運転初期の騒音をさらに低減することができる。 In particular, the third invention is caused by “burrs” at the time of machining by machining the groove of the second invention in the same direction as the rotation of the rotor and matching the shear direction of the material and the moving direction of the vane tip. The noise caused by the sliding between the inner peripheral surface of the cylinder and the tip of the vane can be suppressed, and the noise in the initial operation can be further reduced.
第4の発明は、第1から第3の発明のシリンダ内周面にニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂系の表面処理を施すことにより、ポリテトラフルオロエチレン樹脂がシリンダ内周面とベーン先端の摺動状態をさらに改善し、ベーン先端の摩耗と面粗度悪化を抑制し、経時後の騒音と入力の増大を抑えることができる。 According to a fourth aspect of the invention, a nickel phosphorus polytetrafluoroethylene resin-based surface treatment is applied to the cylinder inner peripheral surface of the first to third inventions so that the polytetrafluoroethylene resin slides between the cylinder inner peripheral surface and the vane tip. The dynamic state can be further improved, wear of the vane tip and deterioration of the surface roughness can be suppressed, and increase in noise and input after time can be suppressed.
第5の発明は、特に、第4の発明の表面処理のニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂皮膜の膜厚を3μm以上10μm以下の範囲とすることにより、表面処理に起因する表面形状の悪化が防止でき、シリンダ内周面とベーン先端を良好な摺動状態に保持することができ、ベーン先端の摩耗と面粗度悪化を抑制し、経時後の騒音と入力の増大を効果的に抑えることができる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, by making the film thickness of the surface-treated nickel phosphorus polytetrafluoroethylene resin film of the fourth aspect in the range of 3 μm or more and 10 μm or less, deterioration of the surface shape caused by the surface treatment is prevented. It is possible to keep the inner peripheral surface of the cylinder and the vane tip in a good sliding state, to suppress the wear of the vane tip and deterioration of the surface roughness, and to effectively suppress the increase in noise and input after time. it can.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1、図2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断面図である。
(Embodiment 1)
1 and 2 are sectional views of a vane rotary type air pump according to
図1、図2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8と直流モータ9で構成している。
1 and 2, the vane rotary type air pump includes a
筒状内壁を有するシリンダ3内に、円筒形状のロータ4をシリンダ3の中心軸から偏心させた状態で配置し、ロータ4にはその中心軸方向に複数のスリット5を設け、これらのスリット5には自己潤滑性を有するカーボン材質よりなる板状のベーン6を摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレート1とエンドプレート2をロータ4とベーン6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7を形成し、ロータ4の中心軸にはエンドプレート2の反メカ側に配置された直流モータ9のモータシャフトを兼ねるメカシャフト10が結合されており、フロントプレート1に圧入されたボール軸受け11およびエンドプレート2に圧入されたボール軸受け12で回転可能に支持することでポンプ機構部8を構成している。
A
直流モータ9はモータロータ13の外周にステータ14を配置し、モータシャフトを兼ねるメカシャフト10は軸受け15および軸受け16で支持されている。
In the
かかる構成によれば、モータロータ13とステータ14間の磁気作用によりモータロータ13は回転トルクを得て回転運動する。モータロータ13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10が軸受け11および12によって回転可能に支持され
ることで、ポンプ機構部8に回転力を伝達することができる。
According to this configuration, the
直流モータ9によって出力された回転力はモータシャフトを兼ねるメカシャフト10と結合されたロータ4に伝達される。回転力を得たロータ4の回転にともない、ベーン6が遠心力によってロータ4の中心軸方向に設けられたスリット5に沿って飛び出すことで、ポンプ空間7を形成する。同時に吸入ポート17より吸入された空気は、直接ポンプ空間7に流入する経路、シリンダ3に設けられた貫通穴18を通じてエンドプレート2に設けられた段落ち部19からポンプ空間7に流入する経路、貫通穴18を通じてシリンダ中央部に設けられた連通路20からポンプ空間7に流入する経路の3箇所からポンプ空間7に流入する。
The rotational force output by the
流入した空気は、ロータ4の回転にともないポンプ空間7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。
The inflowing air is compressed in the
図3は、シリンダ3の断面の斜視図である。本実施の形態では、シリンダ3の内周面にはニッケルリン層23、およびその上にニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層24を積層している。ニッケルリン層23によってシリンダ内周面の耐食性を向上させ、ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層24によって、ベーン6の先端とシリンダ3の内周面の摺動性を向上させることができるため、ベーン6の先端の摩耗と面粗度悪化を抑制し、経時後の騒音と入力の増大を抑えることができる。
FIG. 3 is a perspective view of a cross section of the
さらに、ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層24を厚く積層させると層の表面にうねりが発生し、ベーン6の先端とシリンダ3の内周面が非接触となる場合が発生し、吐出付近の高圧が吸入側へ漏れ出し、体積効率を低下させる可能性がある。同時に、ベーン6とシリンダ3が再び接触するときに音が発生しポンプ運転時の騒音が増大する可能性もある。そのため、ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層24の積層厚を10μm以下とし、最低必要な積層厚は3μmとしている。
Further, when the nickel phosphorus
図4に、シリンダ3の内周面の平均表面粗さと騒音および入力の関係を示す。シリンダ3の内面の平均表面粗さの値が大きいほど、運転初期の騒音値は高い値を示すため、騒音低減の観点から見れば平均表面粗さの値は小さいほうが望ましい。一方、シリンダ3の内面の平均表面粗さの値を小さくするほど、ベーン6の摩耗が抑制され、自己潤滑作用が働きにくくなり、運転初期の入力は高い値を示すため、入力低減の観点から見れば平均表面粗さの値は大きいほうが望ましい。低入力と低騒音を両立できる平均表面粗さは0.05μm以上0.15μm以下の範囲であり、ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層24の平均表面粗さを0.10μmとしている。
FIG. 4 shows the relationship between the average surface roughness of the inner peripheral surface of the
(実施の形態2)
図5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シリンダ断面の斜視図である。本実施の形態では、10μmの膜厚のニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層24の表面にベーンの摺動軌跡と同一方向の溝25を複数設けている。溝25の加工方向27はロータ4の回転方向26と同一方向である。ロータ4が時計方向に回転すると、ベーン6は遠心力によりシリンダ3の内周面と接触しながら摺動するため、溝25加工時の材料のせん断方向とベーン6の先端の移動方向を一致させることにより、加工時の「ばり」に起因したシリンダ3の内周面とベーン6の先端の摺動による騒音を抑制し、運転初期の騒音をさらに低減することができる。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a perspective view of a cylinder cross section of the vane rotary type air pump according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, a plurality of
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、低騒音かつ低入力であるため、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。 As described above, since the vane rotary type air pump according to the present invention has low noise and low input, it can be applied to uses such as household health appliances and medical treatment appliances.
1 フロントプレート
2 エンドプレート
3 シリンダ
4 ロータ
5 スリット
6 ベーン
7 ポンプ空間
8 ポンプ機構部
9 直流モータ
10 メカシャフト
13 モータロータ
14 ステータ
23 ニッケルリン層
24 ニッケルリンポリテトラフルオロエチレン樹脂層
25 溝
26 ロータの回転方向
27 溝の加工方向
DESCRIPTION OF
Claims (5)
5. The vane rotary air pump according to claim 4, wherein a film thickness of the surface treatment of the nickel phosphorus polytetrafluoroethylene resin system is in a range of 3 μm to 10 μm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005007408A JP2006194163A (en) | 2005-01-14 | 2005-01-14 | Rotary vane air pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005007408A JP2006194163A (en) | 2005-01-14 | 2005-01-14 | Rotary vane air pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2006194163A true JP2006194163A (en) | 2006-07-27 |
Family
ID=36800443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2005007408A Pending JP2006194163A (en) | 2005-01-14 | 2005-01-14 | Rotary vane air pump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006194163A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2551107A (en) * | 2016-04-27 | 2017-12-13 | Edwards Ltd | Vacuum pump component |
-
2005
- 2005-01-14 JP JP2005007408A patent/JP2006194163A/en active Pending
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GB2551107A (en) * | 2016-04-27 | 2017-12-13 | Edwards Ltd | Vacuum pump component |
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