JP4190958B2 - ベーンロータリ型空気ポンプ - Google Patents
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Description
【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 (5)
- 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。
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