JP4190958B2

JP4190958B2 - ベーンロータリ型空気ポンプ

Info

Publication number: JP4190958B2
Application number: JP2003179232A
Authority: JP
Inventors: 達也中本; 澤井　　清; 敬森本; 作田　　淳
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-06-24
Also published as: JP2005016337A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６及び図７は、従来のベーンロータリ型ポンプを示しており、両端がフロントプレート１１１及びエンドプレート１１２で閉鎖された円筒状内壁を有するシリンダ１０３を備えている。シリンダ１０３の内部には、外周の一部がシリンダ１０３の内壁と小隙間を形成するロータ１０７が配設されている。
【０００３】
ロータ１０７には回転軸１１０が一体的に取り付けられており、回転軸１１０は、フロントプレート１１１に配設されたボール軸受け１１６と、エンドプレート１１２に配設されたボール軸受け１１８とにより回転自在に支持されている。また、ロータ１０７には複数のベーン溝１０８が形成され、各ベーン溝１０８に自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーン１０９の一端が摺動自在に挿入されている。ベーン１０９は、シリンダ１０３、ロータ１０７、フロントプレート１１１、エンドプレート１１２とともにポンプ空間１０４を形成している。さらに、フロントプレート１１１には、ポンプ空間１０４と連通する吸入ポート１１３と吐出ポート１１４が形成されており、吸入ポート１１３の吸入経路の上流側にはポンプとは独立した消音器（図示せず）が設置されている。
【０００４】
上記構成のベーンロータリ型ポンプにおいて、電動モータ１１５からの動力が回転軸１１０に伝達されると、回転軸１１０とともにロータ１０７が一体的に回転し、吸入ポート１１３と連通する消音器を通過してポンプ空間１０４内に流体が吸入される。吸入された流体はポンプ空間１０４内で圧縮された後、吐出ポート１１４から吐出される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−１７７８３５号公報（第３−４頁、第１図〜第３図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のベーンロータリ型ポンプ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する場合、使い勝手を考慮して小型化を図ることが優先されるため、消音器の設置場所の確保が難しい。また、消音器を撤去すれば騒音が大きくなる。
【０００７】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ポンプ外形寸法を大きくしたり部品点数を増加することなく、騒音を抑えた運転が可能なベーンロータリ型空気ポンプを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、ポンプ機構部と駆動モータとが並設され、軸心から偏心して形成された円筒状内壁を有するシリンダと、該シリンダ内に配置され複数のベーン溝を有する円筒状のロータと、該ロータと一体的に回転する回転軸と、前記複数のベーン溝に摺動自在に挿入され自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーンと、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両端面に取り付けられたフロントプレートとエンドプレートとにより前記ポンプ機構部を構成して、該ポンプ機構部に複数のポンプ空間を形成し、前記回転軸を前記駆動モータにより駆動することにより前記ポンプ空間の容積を変化させるようにした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の外面に吸入ポートを覆うようにフレームを取り付け、該フレームに絞り部を形成したことを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項２に記載の発明は、前記吸入ポートを覆うように前記フロントプレートあるいは前記フレームにフィルタを取り付けたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、前記フロントプレートあるいは前記フレームと前記フィルタとの間に金網を介装したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、前記絞り部の面積を前記吸入ポートの面積の１０〜３０％に設定したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、前記フロントプレートの外面あるいは前記フレームに凹部が形成され、該凹部が前記絞り部と連通することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１にかかるベーンロータリ型空気ポンプを示しており、ポンプ機構部２と直流モータ等の駆動モータ４とを並設して構成している。
【００１５】
ポンプ機構部２には、軸心から偏心して形成された円筒状内壁を有するアルミニウム等の金属材料製シリンダ６が設けられており、シリンダ６内には、円筒状のロータ８が配置されている。ロータ８は、その中心軸方向に延びる複数のベーン溝１０を有し、これらのベーン溝１０には自己潤滑性を有するカーボン等の材質よりなる板状のベーン１２が摺動自在に挿入されており、潤滑油は使用されていない。シリンダ６の両端面には、フロントプレート１４とエンドプレート１６がロータ８とベーン１２を挟み込むように配置されて複数のポンプ空間１８を形成している。なお、フロントプレート１４とエンドプレート１６もアルミニウム等の金属材料製である。
【００１６】
また、ロータ８には、エンドプレート１６の反対側に配置された駆動モータ４のモータシャフトを兼ねる回転軸２０が連結されており、回転軸２０はシリンダ６の軸心上に延在し、フロントプレート１４に圧入されたボール軸受け２２及びエンドプレート１６に圧入されたボール軸受け２４により回転自在に支持されている。
【００１７】
さらに、フロントプレート１４には、吸入ポート２６と吐出ポート２８が形成されており、吐出ポート２８には吐出口３０が設けられている。吸入ポート２６は、フロントプレート１４の外面及び内面にそれぞれ形成された同一形状の凹部２６ａ，２６ｂと、二つの凹部２６ａ，２６ｂを連通する小径の絞り部２６ｃとで構成されている。
【００１８】
また、フロントプレート１４の外面（ポンプ空間の反対側）には、吸入ポート２６（凹部２６ａ）を覆うように金網３１が取り付けられ、この金網３１をさらに覆うようにフィルタ３３が取り付けられている。
【００１９】
一方、エンドプレート１６には、吸入ポート２６と対向する位置に凹部３２が形成されており、吸入ポート２６と凹部３２は、シリンダ６の軸方向に形成された貫通穴３４を介して互いに連通するとともに、貫通穴３４は、シリンダ６の中央部に形成された連通路３６を介してポンプ空間１８と連通している。
【００２０】
一方、駆動モータ４は、ケーシング３５の外周面に取り付けられた電源部（図示せず）と、ロータ３８と、ロータ３８の外周部に対向して配置されたステータ４０とを有し、モータシャフトを兼ねる回転軸２０は軸受け４２及び軸受け４４により回転自在に支持されている。
【００２１】
上記構成の本発明にかかるベーンロータリ型空気ポンプにおいて、電源部よりステータ２８に給電されると、ロータ２６とステータ２８間の磁気作用によりロータ２６は回転トルクを得て回転運動を行い、ロータ２６と一体的に構成されたモータシャフトを兼ねる回転軸２０を介してポンプ機構部２に回転力が伝達される。
【００２２】
ロータ８は回転軸２０に連結されていることから、ロータ８は回転軸２０とともに一体的に回転し、ロータ８のベーン溝１０に挿入されたベーン１２が遠心力によりシリンダ６の内面に向かって飛び出すことで、ベーン１２の先端部がシリンダ６の内面に当接し、ポンプ空間１８を形成する。このとき、フロントプレート１４に形成された吸入ポート２６に吸入される空気は、フィルタ３３及び金網３１を通過して凹部２６ａに到達し、さらに絞り部２６ｃを通過して凹部２６ｂに到達する。吸入ポート２６を通過した空気は、ポンプ空間１８に直接流入する経路と、シリンダ６に形成された貫通穴３４を通じてエンドプレート１６に形成された凹部３２からポンプ空間１８に流入する経路と、貫通穴３４を通じてシリンダ６の中央部に形成された連通路３６からポンプ空間１８に流入する経路の三つの経路を介してポンプ空間１８に流入する。
【００２３】
ポンプ空間１８に流入した空気は、ロータ８の回転にともないポンプ空間１８内で圧縮され、吐出ポート２８を経て吐出口３０より吐出される。すなわち、ベーンロータリ型空気ポンプにおいては、複数のポンプ空間１８の容積変化（伸縮作用）により空気を圧縮している。
【００２４】
かかる構成によれば、ポンプ空間１８に吸入される空気は、フィルタ３３を通過することで、空気中に存在する塵や埃をフィルタ３３で捕獲されるとともに、フィルタ３３自体から発生する切れ端やほつれは金網３１で捕獲されるので、ポンプ空間１８への異物混入に起因するベーン１２の損傷が防止され、ひいてはポンプの性能低下やポンプロックが防止される。
【００２５】
また、吸入ポート２６に凹部２６ａを設けることで、吸入空気が通過するフィルタ面積が拡大し、フィルタ３３を通過する空気の流速を遅くすることができる。その結果、フィルタの目詰まりを遅らせることができ、フィルタ寿命が長くなる。さらに、金網３１の上流側にフィルタ３３を設けたことで、よりメッシュの微細な材質をフィルタ３３に使用できるので、ポンプ空間１８内への異物の混入をさらに抑制することができ、ベーン１２の損傷によるポンプ性能低下やポンプロックを防止することができる。
【００２６】
また、ポンプ運転時、フィルタ３３はポンプ空間１８側に引き込まれようとするが、フィルタ３３は金網３１により支持されているので、フィルタ３３のたわみを低減でき、吸入効率の向上が可能となる。
【００２７】
絞り部２６ｃの面積は、凹部２６ａ，２６ｂの面積の１０〜３０％に設定されており、ポンプ空間１８内や貫通穴３４から吸入ポート２６を介してポンプ外部に漏れる騒音の抑制を行うと同時に、絞り部での流路面積減少による流量低下を最小限に抑えている。すなわち、流量確保と騒音低減を両立させている。また、絞り部２６ｃを吸入ポート２６内に一体成形しているので、部品点数が増加したり、ポンプ外形寸法が増大することもない。
【００２８】
実施の形態２．
上述した実施の形態１においては、絞り部２６ｃをフロントプレート１４に設けたが、図３に示されるように、絞り部をフロントプレート１４に取り付けられたフレームに設けるようにしてもよい。
【００２９】
さらに詳述すると、フロントプレート１４には、吸入ポート２６としての貫通穴が穿設されており、フロントプレート１４の外面には吸入ポート２６を覆うようにフレーム４６が取り付けられている。フレーム４６は、吸入ポート２６の内径に略等しい外径の凹部４６ａを有し、この凹部４６ａが吸入ポート２６に嵌入せしめられ、凹部４６ａには絞り部４６ｂが穿設されている。
【００３０】
また、フレーム４６を覆うように金網３１が取り付けられ、この金網３１をさらに覆うようにフィルタ３３が取り付けられている。
【００３１】
他の構成及び作用は実施の形態１と同じなので、その説明は省略する。
【００３２】
実施の形態３．
また、図４に示されるように、フロントプレート１４の内面側にのみ凹部２６ｂを形成し、この凹部２６ｂと外部とを連通する絞り部２６ｃをフロントプレート１４の外面に臨んで形成して吸入ポート２６を構成することもできる。
【００３３】
なお、本実施の形態３においては、実施の形態１に設けられた金網３１とフィルタ３３は設けられていないが、ポンプ空間１８内に吸入される空気中に存在する塵や埃を無視できる場合、実施の形態１に設けられた金網３１とフィルタ３３が不要となる。
【００３４】
この場合、フィルタ３３の寿命を考慮する必要がなく、フロントプレート１４の外面側に凹部２６ａを形成する必要がないので、フロントプレート１４の構成が簡素になり、フロントプレート１４の加工時間を短縮することができる。また、絞り部１４ａを吸入ポート２６内に一体成形しているので、部品点数が増加したり、ポンプ外形寸法が増大することもない。
【００３５】
当然のことながら、ポンプ空間１８内に吸入される空気中に存在する塵や埃を無視できない場合、実施の形態１と同様、フロントプレート１４に金網とフィルタを設けてもよい。
【００３６】
他の構成及び作用は実施の形態１と同じなので、その説明は省略する。
【００３７】
実施の形態４．
さらに、図３に示されるフレーム４６に代えて、平板状のフレームを採用することもできる。
【００３８】
すなわち、図５に示されるように、フロントプレート１４には、吸入ポート２６としての貫通穴が穿設されており、フロントプレート１４の外面には平板状のフレーム４８が取り付けられている。フレーム４８には、吸入ポート２６と連通する絞り部４８ａが穿設されている。
【００３９】
本実施の形態４においても、実施の形態３と同様、金網とフィルタは設けられていないが、ポンプ空間１８内に吸入される空気中に存在する塵や埃を無視できない場合、実施の形態１と同様、フロントプレート１４に金網とフィルタを設けてもよいことは言うまでもない。
【００４０】
他の構成及び作用は実施の形態１と同じなので、その説明は省略する。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明によれば、ポンプ空間に流入する空気が吸入される吸入ポートをフロントプレートに形成し、吸入ポートが絞り部を有する構成としたので、吸入空気は絞り部を通過した後、ポンプ空間内に流入する。したがって、ポンプ空間内から吸入ポートを介してポンプ外部に漏れる騒音を抑制することができる。また、絞り部をフロントプレートに形成したので、ポンプ外形寸法を大きくしたり部品点数を増加することなく、騒音を抑えた運転が可能となる。
【００４２】
あるいは、フロントプレートの外面に吸入ポートを覆うようにフレームを取り付け、このフレームに絞り部を形成したので、ポンプ空間内から吸入ポートを介してポンプ外部に漏れる騒音を抑制することができる。
【００４３】
また、吸入ポートを覆うようにフロントプレートあるいはフレームにフィルタを取り付けたので、空気中の塵や埃をフィルタで捕獲することができ、ポンプ空間への異物混入に起因するベーンの損傷を防止することができ、ひいては性能低下やポンプロックを防止することができる。
【００４４】
さらに、フロントプレートあるいはフレームとフィルタとの間に金網を介装したので、フィルタ自体から発生する切れ端は金網で捕獲することができ、ベーンの損傷による性能低下やポンプロックを防止することができる。また、金網はフィルタのたわみを低減するので、吸入効率を向上することができる。
【００４５】
また、絞り部の面積を吸入ポートの面積の１０〜３０％に設定したので、ポンプ空間内から吸入ポートを介してポンプ外部に反響する騒音を抑制することができるとともに、絞り部の流路面積減少による流量低下を最小限に抑えることができ、流量確保と騒音低減の両立が可能となる。
【００４６】
また、フロントプレートの外面あるいはフレームに形成された凹部を絞り部と連通させるようにしたので、吸入空気が通過するフィルタ面積が拡大し、フィルタを通過する空気の流速を遅くすることができる。したがって、フィルタの目詰まりが遅くなり、フィルタ寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図である。
【図２】図１のベーンロータリ型空気ポンプの線II−IIに沿った断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４にかかるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図である。
【図６】従来のベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図である。
【図７】図６における線VII-VIIに沿った断面図である。
【符号の説明】
２ポンプ機構部、４駆動モータ、６シリンダ、８ロータ、１０ベーン溝、１２ベーン、１４フロントプレート、１６エンドプレート、１８ポンプ空間、２０回転軸、２２，２４ボール軸受け、２６吸入ポート、２６ａ，２６ｂ凹部、２６ｃ絞り部、２８吐出ポート、３０吐出口、３１金網、３２凹部、３３フィルタ、３４貫通穴、３５ケーシング、３６連通路、３８ロータ、４０ステータ、４２，４４軸受け、４６フレーム、４６ａ凹部。

Claims

ポンプ機構部と駆動モータとが並設され、軸心から偏心して形成された円筒状内壁を有するシリンダと、該シリンダ内に配置され複数のベーン溝を有する円筒状のロータと、該ロータと一体的に回転する回転軸と、前記複数のベーン溝に摺動自在に挿入され自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーンと、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両端面に取り付けられたフロントプレートとエンドプレートとにより前記ポンプ機構部を構成して、該ポンプ機構部に複数のポンプ空間を形成し、前記回転軸を前記駆動モータにより駆動することにより前記ポンプ空間の容積を変化させるようにした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の外面に吸入ポートを覆うようにフレームを取り付け、該フレームに絞り部を形成したことを特徴とするベーンロータリ型空気ポンプ。
前記吸入ポートを覆うように前記フロントプレートあるいは前記フレームにフィルタを取り付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。
前記フロントプレートあるいは前記フレームと前記フィルタとの間に金網を介装したことを特徴とする請求項２に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
前記絞り部の面積を前記吸入ポートの面積の１０〜３０％に設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
前記フロントプレートの外面あるいは前記フレームに凹部が形成され、該凹部が前記絞り部と連通することを特徴とする請求項１乃至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。