WO2004111460A1 - ベーンロータリ型空気ポンプ - Google Patents

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Tatsuya Nakamoto
Kiyoshi Sawai
Atsushi Sakuda
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a configuration of a so-called oilless vane rotary type air pump that does not use a lubricating oil and is used for an air supply device of a mopile information terminal device using a fuel cell.
  • FIGS. 4 and 5 show a conventional oilless vane rotary type pump, in which a cylinder 103 having a cylindrical inner wall closed at both ends by a front plate 111 and an end plate 112. Have. Inside the cylinder 103, there is provided a rotor 107 in which a part of the outer periphery forms a small gap with the inner wall of the cylinder 103.
  • the rotor 107 is provided with a rotating shaft 110 mounted physically, and the rotating shaft 110 is provided with a pole shaft 116 provided on the front plate 111 and an end plate 1. It is rotatably supported by a ball bearing 1 18 provided in the 1 2.
  • a plurality of vane grooves 108 are formed in the rotor 107, and one end of a plate-like vane 109 made of a material having self-lubricating properties is slidably provided in each vane groove 108. ⁇ has been introduced.
  • the vane 109 forms a pump space 104 together with the cylinder 103, the rotor 107, the front plate 111, and the end plate 112. Further, a suction port 113 and a discharge port 114 communicating with the pump space 104 are integrally formed in the cylinder 103.
  • the rate 112 is generally formed of a metallic material.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-185584
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-13665986
  • Patent Document 3 JP-A-64-73185
  • Patent Document 4 Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 63-288891
  • the present invention provides a cylinder, in which a pump mechanism and a drive motor are provided side by side, having a cylindrical inner wall formed eccentrically from an axis, and m ⁇ vanes arranged in the cylinder.
  • a cylindrical rotor having a groove, a rotating shaft that rotates integrally with the rotor, and a ⁇ -shaped vane slidably inserted into the plurality of vane grooves and made of a self-lubricating material;
  • a front plate and an end plate attached to both end faces of the cylinder so as to sandwich the rotor and the vane, the pump mechanism section being formed, and a plurality of pump spaces formed in the pump mechanism section;
  • An oilless vane rotary air pump wherein the volume of the pump space is changed by driving the rotating shaft by the drive motor, wherein the rotor and the flow
  • a gap is provided between each of the cylinder, the rotor, the front plate, and the end plate, and a metal material is used for at least one of the cylinder
  • the present invention by performing a surface treatment on the metal material portion facing the pump space, even when high-humidity air flows into the pump space, adhesion of moisture to the metal surface is prevented, and the generation of ⁇ occurs. To prevent the pump opening and the lowering of the operating frequency.
  • these surface treatments can be performed with a sprinkling or DLC (Diamond Like Carbon: Compared to surface treatment with an amorphous carbon hard film composed of carbon and hydrogen, the wear of the film due to sliding with the vane is much less, and the film remains even after long use. And ⁇ can be prevented from occurring.
  • a PTFE coating with excellent self-lubricating properties is applied to the front plate and the surface of the end plate facing the pump space, the rotor end surface and the front plate and the end plate The friction coefficient between the plates is reduced, the operating frequency and the discharge flow rate can be prevented from lowering, and the input can be reduced and the generation of ⁇ can be prevented.
  • the rotor is made of an aluminum material and the rotor is subjected to alumite treatment with a hard coating and less abrasion, not only is it advantageous in terms of cost, but also the coating remains even after long hours of operation. The occurrence of ⁇ can be prevented.
  • the inner surface of the cylinder is subjected to a surface treatment with a nickel phosphorous coating, the surface after the treatment becomes smoother, and if the lapping treatment is applied to the surface treatment part, the surface roughness of the inner surface of the cylinder is improved.
  • the sliding noise between the tip of the vane and the inner surface of the cylinder which accounts for a large proportion of noise generation, can be reduced.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vane rotary type air pump according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the vane rotary air pump of FIG. 1 taken along line 11-II.
  • Figure 3 is a graph showing the relationship between the type of cylinder inner surface treatment and the noise value, surface roughness, and surface hardness.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a conventional vane rotary type pump.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the conventional vane rotary pump of FIG. 4 taken along line VV.
  • FIG. 1 and 2 show a vane rotary air pump according to the present invention, in which a pump mechanism 2 and a drive motor 4 such as a DC motor are arranged side by side.
  • the pump mechanism 2 is provided with a cylinder 6 made of a metallic material such as aluminum having a cylindrical inner wall formed eccentrically from the axis, and a cylindrical rotor 8 is arranged in the cylinder 6. ing.
  • the rotor 8 has a plurality of vane grooves 10 extending in the center axis direction thereof, and a plate-like vane 12 made of a self-lubricating material such as carbon slides in the vane grooves 10. It is introduced freely and does not use lubricating oil.
  • a front plate 14 and an end plate 16 are arranged so as to sandwich the rotor 8 and the vane 12 to form a plurality of pump spaces 18.
  • the front plate 14 and the end plate 16 are also made of aluminum. And the like.
  • the metal material portion facing the pump space 18 is subjected to a surface treatment described later in detail.
  • the rotor 8 is connected to a rotation shaft 20 which also serves as a motor shaft of the drive motor 4 disposed on the opposite side of the end plate 16, and the rotation shaft 20 extends on the axis of the cylinder 6. It is rotatably supported by a pole bearing 22 pressed into the front plate 14 and a ball bearing 24 pressed into the end plate 16.
  • a vane 12 made of a self-lubricating material is used, and a portion between the rotor 8 and the front plate 14 and a portion between the rotor 8 and the end plate 16 are provided. There is a gap between each.
  • the rotor 8 and the rotating shaft 20 are fixed so that each gap is about 10 to 30 ⁇ m. Fixing methods include press-fitting, shrink fit, and bonding. Further, an urging means for holding the rotor 8 in one direction may be provided. A grease-enclosed bearing with excellent lubricity is used for each bearing.
  • a suction port 26 and a discharge port 28 are formed in the front plate 14, and the discharge port 28 is provided with a discharge port 30.
  • the end plate 16 has a recess 32 at a position facing the suction port 26, and the suction port 26 and the recess 32 have through holes 3 formed in the axial direction of the cylinder 6.
  • the through-hole 34 communicates with the pump space 18 via a communication passage 36 formed in the center of the cylinder 6.
  • the drive motor 4 has a rotor 38 and a stator 40 arranged to face the outer periphery of the rotor 38, and the rotating shaft 20 also serving as a motor shaft has a bearing 42 and a bearing 4. It is rotatably supported by 4.
  • the rotor 38 when power is supplied to the stator 40, the rotor 38 obtains a rotational torque to perform a rotational motion by a magnetic action between the rotor 38 and the stator 40, and Rotational force is transmitted to the pump mechanism 2 via a rotating shaft 20 which also serves as a motor shaft integrally formed with 38.
  • the rotor 8 Since the rotor 8 is connected to the rotating shaft 20, the rotor 8 rotates integrally with the rotating shaft 20, and the vane 1 2 inserted into the vane groove 10 of the rotor 8 is formed. Is centrifugal force As a result, the tip of the vane 12 comes into contact with the inner surface of the cylinder 6 by forming the pump space 18 by projecting toward the inner surface of the cylinder 6. At this time, the air sucked from the suction port 26 formed in the front plate 14 flows into the end space 16 through the path directly flowing into the pump space 18 and the through hole 34 formed in the cylinder 6.
  • the air that has flowed into the pump space 18 is compressed in the pump space 18 as the rotor 8 rotates, and is discharged from the discharge port 30 through the discharge port 28. That is, in the vane rotary type air pump, the air is compressed by the volume change (expansion / contraction action) of the plurality of pump spaces 18.
  • the rotor 8 since a gap is provided between the rotor 8 and the front plate 14 and between the rotor 8 and the end plate 16, the rotor 8 is The surface treatment applied to the front plate 14 and the end plate 16 does not wear out because it does not slide in contact with the end plate 14 and the end plate 16.
  • the sliding surfaces are vane 12 and front plate 14, vane 12 and end plate 16, vane 12 and rotor 8, and vane 8 and cylinder 6 are self-lubricating. Since the vane 12 made of the material itself will be worn, the surface treatment applied to the parts to which the vane 12 slides will not be worn away. That is, even when moisture is mixed in from the outside, the components are not expanded by the respective surface treatments, and stable performance can be secured for a long period of time.
  • the surface of the front plate 14 and the end plate 16 facing the pump space 18 is treated with a Teflon film that has excellent self-lubricating properties.
  • the end face and vane 1 2 even in contact with the temporarily surface facing the pump space 1 8 of Furontopu rate 1 4 and Endopureto 1 6 also, the end face and the front plate 1 4 and Endopureto 1 mouth over data 8
  • the friction coefficient between 6 is reduced. Therefore, a decrease in the operating frequency and a consequent decrease in the discharge flow rate are prevented. Thus, the occurrence of ⁇ can be prevented while reducing the motor input.
  • the surface treatment of each component will be described in detail.
  • the type of surface treatment the side surface of the vane 12 (the front plate 14 and the end plate 1). 6), a contact surface with the vane groove 10, and a tip that is suitable for each sliding state.
  • One of the criteria for selection is the noise level during operation. In this embodiment, the noise level was compared and selected.
  • the front plate 14 and the end plate 16 are preferably subjected to a surface treatment with a Teflon film.
  • the rotor 8 is made of aluminum, and has an alumite coating on its surface. Although there is clearance between the vane grooves 10 and 12, the rotor 8 rotates in one direction and the pressure of the pump space 18 acts on the vane 12, so that the vane grooves 1 and 2 have vane grooves. Sliding in an inclined state within 10. The vane 12 moves in and out of the vane groove 10 as it rotates, but the edge of the open end of the vane groove 10 always slides on the vane 10 at the same point. That is, it is desirable that the contact surface of the vane groove 10 has a relatively high hardness, that is, an excellent wear resistance. Therefore, the rotor 8 is preferably subjected to a surface treatment with an alumite film.
  • the alumite film can form a uniform film even in the vane groove 10, and the film is hard and less worn.
  • the cost can be kept low, and the film remains even after long-time operation, so that generation of ⁇ can be prevented for a long time.
  • the noise values shown in Fig. 3 are the measurement results when various surface treatments were performed on the cylinder 6, and show the relationship between the type of inner surface treatment of the cylinder 6 and the noise value, surface roughness, and surface hardness. I have. It has been experimentally determined that surface treatment of the inner surface of the cylinder has a major effect on noise.
  • the lower graph shows the hardness of the treated surface in Shore hardness
  • the upper graph shows the noise during pump operation as a bar graph
  • the average surface roughness of the treated surface as a line graph. I have.
  • the noise value of the nickel-phosphorus coating is lower than that of the alumite coating and the teflon coating.
  • the value of the nickel-plated film is smaller than that of the alumite film or Teflon film.
  • the average surface roughness of the alumite and Teflon coatings with high noise values is also large. Furthermore, since there is no correlation between the noise value and the surface hardness, it can be seen that the cause of the noise is the surface roughness of the coating.
  • the inner surface of the cylinder 6 is subjected to a surface treatment with a nickel phosphorus coating, thereby preventing the occurrence of ⁇ .
  • the nickel phosphorous film has a smooth surface after the treatment, the sliding noise between the tip of the vane 12 and the inner surface of the cylinder 6 due to the rotation of the rotor 8 can be reduced.
  • the inner surface of the cylinder 6 is subjected to a lapping process after the surface treatment with the nickel phosphorus coating.
  • this improves the surface roughness, so that it is possible to further reduce noise.
  • the surface roughness of the front plate 14 and the end plate 16 with the Teflon coating and the surface treatment with the alumite coating of the rotor 8 are improved by lapping. Therefore, it is effective for noise reduction.

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Description

明 細 書 ベーンロータリ型空気ポンプ
技術分野
本発明は、 燃料電池を用いたモパイル用情報端末機器の空気供給装置に使用さ れる、 潤滑油を用いない所謂オイルレスのベーンロータリ型空気ポンプの構成に 関するものである。
背景技術
図 4及び図 5は、 従来のオイルレス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 1 1 1及ぴエンドプレート 1 1 2で閉鎖された円筒状内 壁を有するシリンダ 1 0 3を備えている。 シリンダ 1 0 3の内部には、 外周の一 部がシリンダ 1 0 3の内壁と小隙間を形成するロータ 1 0 7が配設されている。 ロータ 1 0 7には回転軸 1 1 0がー体的に取り付けられており、 回転軸 1 1 0 は、 フロントプレート 1 1 1に配設されたポール軸 ¾け 1 1 6と、 ェンドプレー ト 1 1 2に配設されたボール軸受け 1 1 8とにより回転自在に支持されている。 また、 ロータ 1 0 7には複数のベーン溝 1 0 8が形成され、 各べーン溝 1 0 8に 自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーン 1 0 9の一端が摺動自在に揷入さ れている。 ベーン 1 0 9は、 シリンダ 1 0 3、 ロータ 1 0 7、 フロントプレート 1 1 1、 エンドプレート 1 1 2とともにポンプ空間 1 0 4を形成している。 さら に、 シリンダ 1 0 3には、 ポンプ空間 1 0 4と連通する吸入ポート 1 1 3と吐出 ポート 1 1 4がー体的に形成されている。
上記構成のベーンロータリ型ポンプにおいて、 電動モータ等の駆動源 （図示せ ず〉 力 らの動力が回転軸 1 1 0に伝達されると、 回転軸 1 1 0とともにロータ 1 0 7がー体的に回転し、 吸入ポート 1 1 3からポンプ空間 1 0 4内に流体が吸入 される。 吸入された流体はポンプ空間 1 0 4内で圧縮された後、 吐出ポート 1 1 4から吐出される （例えば、 特許文献 1参照。 ） 。
ベーン 1 0 9に自己潤滑性を有する材質を使用する場合、 ベーン 1 0 9との摺 動部であるシリンダ 1 0 3、 ロータ 1 0 7、 フロントプレート 1 1 1、 エンドプ レート 1 1 2は、 金属材料で形成されるのが一般的である。
また、 従来のベーン型圧縮機においては、 金属材料に各種の表面処理が施され ている （例えば、 特許文献 2— 4参照。 ） 。
し力 しながら、 それらはいずれもオイノレ潤滑が前提であり、 表面処理の目的は 耐摩耗性の向上である。
•特許文献 1 ：特開平 6— 1 8 5 4 8 4号公報
•特許文献 2 ：特開平 2— 1 3 6 5 8 6号公報
•特許文献 3 ：特開昭 6 4— 7 3 1 8 5号公報
■特許文献 4 ：実開昭 6 3— 2 8 8 9 1号公報
上述した従来のベーンロータリ型ポンプは、 ポンプ空間 1 0 4内に湿度の高い 空気が流入し、 長時間ポンプを停止すると、 ベーン溝 1 0 8内で発生した鲭によ つてべーン 1 0 9がべーン溝 1 0 8内で固着し、 摺動不能になる場合がある。 ベ ーン 1 0 9が摺動不能になると、 シリンダ 1 0 3にべーン 1 0 9が衝突してロー タ 1 0 7が回転不能となり、 ポンプの運転が不可能になる。 また、 ポンプの運転 が可能であっても、 ポンプ空間 1 0 4に臨むフロントプレート 1 1 1、 エンドプ レート 1 1 2、 シリンダ 1 0 3、 ロータ 1 0 7に発生した鲭が抵抗となって運転 周波数が低下する。 その結果、 吐出流量が減少し、 モータへの入力が増加すると いう問題があった。
また、 防鲭対策として、 ポンプ空間 1 0 4に臨むフロントプレート 1 1 1、 ェ ンドプレート 1 1 2、 シリンダ 1 0 3、 ロータ 1 0 7に表面処理を施した場合、 シリンダ 1 0 3の表面処理の種類によっては、 表面処理後の表面が粗くなり、 シ リンダ 1 0 3の内面とベーン 1 0 9の先端部の摺動音が、 表面処理前に比べて大 きくなるという問題もあった。
また、 従来のベーン型圧縮機においては、 仮に表面処理が摺動によって摩滅し て下地が露出した場合においても、 オイルが介在するため焼き付きは起こらなレ、。 また、 基本的には閉じたサイクル内で使用され、 外部から水分が混入することも ないので、 露出した下地が腐食することもない。 これに対しオイルレスのポンプ では、 表面処理が摩滅した時点で露出した下地の腐食が起こるという問題があつ た。 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、 ポンプ空間内に発生する鲭を防止し、 湿度の高い空気が流入した場合でも性能を 低下させることなく運転できるとともに騒音を抑えたベーンロータリ型空気ボン プを提供することを目的としている。
発明の開示
上記目的を達成するため、 本発明は、 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 m复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 りなる扳状のべーンと、 前記ロータと前記べ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ボン 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 ようにしたオイルレスのベーンロータリ型空気ポンプであって、 前記ロータと前 記フロントプレートとの間及び前記ロータと前記ェンドブレートとの間は接触摺 動しないようにそれぞれ隙間を設け、 前記シリンダ、 前記ロータ、 前記フロント プレート、 前記ェンドプレートの少なくとも一つに金属材料を使用し、 少なくと も前記ポンプ空間に臨む金属材料部に表面処理を施したことを特徴とする。
本発明によれば、 ポンプ空間に臨む金属材料部に表面処理を施すことで、 ボン プ空間内に湿度の高い空気が流入した場合でも、 金属表面への水分の付着が妨げ られて鲭の発生を防ぎ、 ポンプ口ックや運転周波数低下を防止することができる。 また、 アルマイト被膜、 ュッケルリンめつき被膜、 テフロン被膜のうち、 1種 類もしくはこれらを組み合わせた表面処理を前記金属材料部に施すと、 これらの 表面処理は、 すずめつきや D L C (Diamond Like Carbon：主に炭素と水素で構 成される非晶質のカーボン硬質膜） による表面処理に比べて、 ベーンとの摺動に よる被膜の摩滅がはるかに少なく、 長時間使用しても被膜が残存するため、 鲭の 発生を防止することができる。
さらに、 自己潤滑性に優れたテフ口ン被膜をフロントプレート及ぴェンドブレ 一トのポンプ空間に臨んだ面に施すと、 ロータ端面とフロントプレート及びェン ドプレート間の摩擦係数が低減し、 運転周波数や吐出流量の低下を防ぐことがで き、 入力を低減しながら、 鲭の発生を防止することができる。
また、 ロータをアルミ素材で形成した上で、 被膜が硬く摩滅が少ないアルマイ ト処理をロータに施すようにしたので、 コスト面で有利であるばかりでなく、 長 時間の運転でも被膜が残存し、 鲭の発生を防止することができる。
さらに、 シリンダ内面にニッケルリンめつき被膜による表面処理を施すと、 処 理後の表面が滑らかになり、 ラッピング処理を表面処理部に施すと、 シリンダ内 面の表面粗さが改善されるので、 騒音発生の大きな割合を占めるベーン先端部と シリンダ内面の摺動音を低減することができる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明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は、 図 1のべーンロータリ型空気ポンプの線 11一 IIに沿った断面図である。 図 3は、 シリンダ内面処理の種類と騒音値、 表面粗さ、 表面硬さの関係を示す グラフである。
図 4は、 従来のベーンロータリ型ポンプの縦断面図である。
図 5は、 図 4の従来のベーンロータリ型ポンプの線 V— Vに沿った断面図であ る。
発明を実施するための最良の形態
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。
図 1及び図 2は、 本発明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。
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 ニゥ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 1 0を有し、 これらのベーン溝 1 0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 1 2が摺動自在に揷入されており、 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 1 4とエンドプレート 1 6 がロータ 8とべーン 1 2を挟み込むように配置されて複数のポンプ空間 1 8を形 成している。 なお、 フロントプレート 1 4とエンドプレート 1 6もアルミニウム 等の金属材料製である。 これらの金属材料部がポンプ空間 1 8に臨む部分には、 後で詳細に述べる表面処理を施している。
また、 ロータ 8には、 ェンドブレート 1 6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 2 0が連結されており、 回転軸 2 0はシリンダ 6の軸心上に延在し、 フロントプレート 1 4に圧入されたポール軸受け 2 2及び ェンドプレート 1 6に圧入されたボール軸受け 2 4により回転自在に支持されて いる。
さらに、 本発明の実施の形態においては、 オイルレスの構成とするために、 自 己潤滑性材料からなるベーン 1 2を用い、 ロータ 8とフロントプレート 1 4の間 及びロータ 8とェンドプレート 1 6の間にそれぞれ隙間を設けている。 具体的に は、 それぞれの隙間が 1 0 m〜 3 0 μ m程度となるように、 ロータ 8と回転軸 2 0は固定されている。 固定方法としては圧入、 焼きばめ、 接着等がある。 また、 ロータ 8を一方向に保持する付勢手段を設けてもよい。 なお、 それぞれの軸受け には潤滑性に優れたグリス封入型ベアリングが用いられる。
さらに、 フロントプレート 1 4には、 吸入ポート 2 6と吐出ポート 2 8が形成 されており、 吐出ポート 2 8には吐出口 3 0が設けられている。 また、 エンドプ 'レート 1 6には、 吸入ポート 2 6と対向する位置に凹部 3 2が形成されており、 吸入ポート 2 6と凹部 3 2は、 シリンダ 6の軸方向に形成された貫通穴 3 4を介 して互いに連通するとともに、 貫通穴 3 4は、 シリンダ 6の中央部に形成された 連通路 3 6を介してポンプ空間 1 8と連通している。
一方、 駆動モータ 4は、 ロータ 3 8と、 ロータ 3 8の外周部に対向して配置さ れたステータ 4 0とを有し、 モータシャフトを兼ねる回転軸 2 0は軸受け 4 2及 び軸受け 4 4により回転自在に支持されている。
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、 ステータ 4 0に給電されると、 ロータ 3 8とステータ 4 0間の磁気作用によりロータ 3 8は 回転トルクを得て回転運動を行い、 ロータ 3 8と一体的に構成されたモータシャ フトを兼ねる回転軸 2 0を介してポンプ機構部 2に回転力が伝達される。
ロータ 8は回転軸 2 0に連結されていることから、 ロータ 8は回転軸 2 0とと もに一体的に回転し、 ロータ 8のべーン溝 1 0に揷入されたべーン 1 2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 1 2の先端部がシリ ンダ 6の内面に当接し、 ポンプ空間 1 8を形成する。 このとき、 フロントプレー ト 1 4に形成された吸入ポート 2 6より吸入された空気は、 ポンプ空間 1 8に直 接流入する経路と、 シリンダ 6に形成された貫通穴 3 4を通じてェンドブレート 1 6に形成された凹部 3 2からポンプ空間 1 8に流入する経路と、 貫通穴 3 4を 通じてシリンダ 6の中央部に形成された連通路 3 6からポンプ空間 1 8に流入す る経路の三つの経路を介してポンプ空間 1 8に流入する。
ポンプ空間 1 8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 1 8 内で圧縮され、 吐出ポート 2 8を経て吐出口 3 0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 1 8の容積変化 （伸縮 作用） により空気を圧縮している。
ここで、 本発明にかかるベーンロータリ型空気ポンプにおいては、 ロータ 8と フロントプレート 1 4の間及ぴロータ 8とエンドプレート 1 6の間にそれぞれ隙 間を設けているため、 ロータ 8はフロントプレート 1 4やエンドプレート 1 6と 接触摺動しないので、 フロントプレート 1 4やエンドプレート 1 6に施した表面 処理が摩滅することはない。
結果として摺動するのは、 ベーン 1 2とフロントプレート 1 4、 ベーン 1 2と エンドプレート 1 6、 ベーン 1 2とロータ 8、 ベーン 8とシリンダ 6の内面とな り、 いずれにおいても自己潤滑性材質からなるベーン 1 2自身が摩耗することに なるので、 ベーン 1 2の摺動相手となる部品に施した表面処理を摩滅させること はない。 すなわち、 外部から水分が混入した場合においても、 それぞれの表面処 理によつて部品が鲭びることはなく、 長期にわたり安定した性能を確保すること ができる。
また、 フロントプレート 1 4及ぴエンドプレート 1 6のポンプ空間 1 8に臨む 面に、 自己潤滑性に優れたテフロン被膜による表面処理が施されており、 万一、 異常な負荷等により、 ロータ 8の端面及びべーン 1 2が、 一時的にもフロントプ レート 1 4及びェンドプレート 1 6のポンプ空間 1 8に臨む面に接触しても、 口 ータ 8の端面とフロントプレート 1 4及びェンドプレート 1 6間の摩擦係数は低 減する。 したがって、 運転周波数の低下や、 これに伴う吐出流量の低下が防止さ れ、 モータ入力を低減しながら、 鲭の発生を防止することができる。
次に、 各部品の表面処理について詳細に説明する。 本発明の空気ポンプのボン プ機構部 2では、 接触摺動するのはべーン 1 2のみとなるので、 表面処理の種類 に関しては、 ベーン 1 2の側面 （フロントプレート 1 4及びエンドプレート 1 6 との対向面） 、ベーン溝 1 0との接触面、 先端部のそれぞれの摺動状態に適した ものを選定する。 選定の基準のひとつとしては運転時の騒音レベルがあり、 本実 施の形態では騒音レベルによる比較を行って選定した。
まず、 ベーン 1 2の側面の摺動に関しては、 フロントプレート 1 4あるいはェ ンドプレート 1 6との間にクリアランスがあるため、 運転時にベーン 1 2が軸方 向に移動して、 揮突している可能性が高い。 そのため、 ベーン 1 2とフロントプ レート 1 4又はェンドプレート 1 6との微少衝突音を低減する必要があり、 表面 処理の種類としては比較的硬度の低いもの、 すなわち吸音効果の高いものが望ま しい。 そこでフロントプレート 1 4及びエンドプレート 1 6には、 テフロン被膜 による表面処理を施すのがよい。
また、 ロータ 8はアルミニウム製で、 その表面にはアルマイト被膜が施されて いる。 ベーン溝 1 0とべーン 1 2にクリアランスはあるものの、 ロータ 8は一方 向に回転し、 更にべーン 1 2にはポンプ空間 1 8の圧力が働くので、 ベーン 1 2 はべーン溝 1 0内で傾いた状態で摺動している。 ベーン 1 2は回転とともにべ一 ン溝 1 0内を出入りするが、 ベーン溝 1 0の開口端エッジ部は常に同じポイント でべーン 1 0と摺動する。 すなわち、 ベーン溝 1 0の接触面に関しては、 比較的 硬度の高いもの、 すなわち耐摩耗性に優れているものが望ましい。 そこでロータ 8には、 アルマイト被膜による表面処理を施すのがよい。
アルマイト被膜は、 ベーン溝 1 0内にも均一に被膜を形成することが可能で、 被膜が硬くて摩滅が少ない。 また、 アルマイト被膜は低コストで処理可能なため、 価格を抑えることができ、 長時間の運転でも被膜が残存するため、 長期間にわた り鲭の発生を防止することができる。
最後に、 ベーン 1 2の先端面に関しては、 ベーン 1 2に働く遠心力と背圧力の ため、 シリンダ 6の内面には大きな荷重がかかる。 そこで耐摩耗性を重視した表 面処理が望ましい。 しかしながら、 一方でシリンダ 6の内面の形状や表面粗さが 悪いと、 ベーン 1 2の摺動性が乱れるベーンジヤンビングが発生し、 騒音増大を 引き起こしてしまう。 すなわち、 表面粗さも重視する必要がある。 これらを両立 したものとして、 ニッケルめっき被膜による表面処理をシリンダ 6の内面に施す のがよい。
図 3に示した騒音値は、 シリンダ 6に各種表面処理を行つたときの測定結果で あり、 シリンダ 6の内面処理の種類と、 騒音値、 表面粗さ、 表面硬さの関係を示 している。 なお、 騒音 に大きく影響するのはシリンダ内面の表面処理であるこ とは実験的に把握済みである。 下段のグラフは、 処理後の表面の硬さをショァ硬 さで示しており、 上段のグラフは、 ポンプ運転時の騒音を棒グラフで、 処理後の 表面の平均表面粗さを折れ線グラフで示している。
騒音値は、 アルマイト被膜及びテフ口ン被膜に比べて、 二ッケルりん被膜が低 くなつている。 平均表面粗さに関しても、 ニッケルりんめつき被膜は、 アルマイ ト被膜やテフロン被膜に比べて小さい値となっている。 また、 騒音値の高いアル マイト被膜やテフロン被膜は、 平均表面粗さも大きな値となっている。 さらに、 騒音値と表面硬さに相関性はないため、 騒音の原因は、 被膜の表面粗さであるこ とがわかる。
そこで、 本発明においては、 シリンダ 6の内面に、 ニッケルりん被膜による表 面処理を施すことで、 鲭の発生を防止している。 また、 ニッケルりん被膜は、 処 理後の被膜表面が滑らかなため、 ロータ 8の回転にともなうベーン 1 2先端とシ リンダ 6内面の摺動音を低減することができる。
なお、 本実施の形態において、 シリンダ 6の内面はニッケルりん被膜による表 面処理後にラッピング処理を施したが、 これにより表面粗さが向上するため、 更 なる低騒音化を図ることができる。 また、 フロントプレート 1 4及びエンドプレ ート 1 6に施したテフロン被膜による表面処理、 ロータ 8に施したアルマイト被 膜による表面処理に関しても、 同様にラッピング処理を施すことで表面粗さは向 上するので、 騒音低減には効果的である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 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 に摺動自在に揷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、 前記口 ータと前記べ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 ントプレートとェンドブ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オイルレスのベーン ロータリ型空気ポンプであって、
前記ロータと前記フロントプレートとの間及ぴ前記ロータと前記ェンドプレー トとの間は接触摺動しないようにそれぞれ隙間を設け、 前記シリンダ、 前記ロー タ、 前記フロントプレート、 前記ェンドプレートの少なくとも一つに金属材料を 使用し、 少なくとも前記ポンプ空間に臨む金属材料部に表面処理を施したことを 特徴とするベーンロータリ型空気ポンプ。
2 . アルマイト被膜、 ニッケルリンめつき被膜、 テフロン被膜のうち、 1種類 もしくはこれらを組み合わせた表面処理を前記金属材料部に施してなる請求項 1 に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
3 . テフロン被膜による表面処理を前記フロントプレート及び前記エンドプレ 一トに施してなる請求項 1に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
4 . 前記ロータをアルミニウムで形成し、 アルマイト被膜による表面処理を前 記ロータに施してなる請求項 1に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
5 . 二ッケノレリンめっき被膜による表面処理を前記シリンダ内面に施してなる 請求項 1に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。
6 . ラッビング処理を前記表面処理部に施してなる請求項 1に記載のベーンロ 一タリ型空気ポンプ。
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