(57)【要約】【課題】  燃料電池用のコンプレッサ装置に用いられる転がり軸受装置において、転がり軸受装置内に侵入する異物を抑制し、長期間に亘って安定した密封性を維持することができる転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  燃料電池のコンプレッサ装置に用いられ、コンプレッサ等の部品が固定された回転軸３を支承する一対の転がり軸受４を備えた転がり軸受装置において、転がり軸受４の両端部にシール１６が装着され、このシール１６が耐食性を有する鋼板からプレス加工によって形成された芯金２１と、この芯金２１に一体に加硫接着され、耐熱性、耐薬品性に優れたゴムで形成されたシール部材２２とからなっている。これにより、有機ガスによる芯金２１の発錆を防止し、シール部材２２の劣化や摩耗を抑制して軸受内部に水蒸気等が侵入するのと、グリースが軸受外部に漏洩するのを防止することができる。【選択図】図２
2006194411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のコンプレッサ装置に用いられる転がり軸受装置であって、
円筒状のハウジングと、
このハウジングに嵌挿され、前記コンプレッサ装置の部品が固定された回転軸と、
この回転軸と前記ハウジングとの間に介装され、このハウジングに対して前記回転軸を回転自在に支承する転がり軸受とを備えた転がり軸受装置において、
前記転がり軸受の両端部にシールが装着され、このシールが耐食性を有する鋼板からプレス加工によって形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
前記シールがオーステナイト系ステンレス鋼鈑で形成されている請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
前記シールの内端部にシールリップを有するシール部材が一体に接合され、このシール部材が耐熱性、耐薬品性に優れたゴムで形成されている請求項１または２に記載の転がり軸受装置。
【請求項４】
前記シール部材が、エチレン・プロピレンゴムで形成されている請求項３に記載の転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラ式コンプレッサ等の部品が固定された回転軸を支承する転がり軸受装置に関し、特に、燃料電池用のコンプレッサ装置に用いられる転がり軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、外部から供給された水素と酸素とを化学反応させて電気エネルギーを取り出す発電装置で、この燃料電池に用いられる電解質によって、例えば、自動車用の燃料電池に一般的に適用される固体高分子型をはじめ、リン酸電解質型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型等の種類に分類されている。いずれの形式の燃料電池にあっても、電解質または電解質膜の両面をカソード（酸素極）とアノード（燃料極）の両電極で挟持させ、カソード側には酸化剤ガスとして空気中の酸素を供給すると共に、アノード側には燃料ガスとして水素を供給するようにしたものを単セルとし、セパレータを介した各セルを積層させてスタックとするようにしている。
【０００３】
このような燃料電池のカソード側へ空気を圧送して供給するために、排ガスタービンによりコンプレッサを駆動させるようにしたターボチャージャ方式やモータでコンプレッサを駆動させるようにしたモータ駆動方式がある。また、燃料電池に酸素および水素を供給する際、例えば、固体高分子型等では、燃料として直接水素を使用する直接水素型においても、水蒸気を加えて反応させる必要がある。さらに、例えば、燃料にガソリン等を使用する改質燃料型においては、非常に高温の水蒸気が必要となる。このように水蒸気を必要とするため、エネルギー効率を上げる目的で一般的に水蒸気を圧送するコンプレッサが使用されている。
【０００４】
このコンプレッサにおいては、回転軸に取り付けられたインペラを回転自在に支承するのに転がり軸受が使用され、この軸受内部には潤滑のためのグリースが所定量充填されているが、インペラの背面空間が負圧から正圧になる時に水蒸気が転がり軸受内に浸入する場合がある。転がり軸受の軌道輪および転動体は、ＥＨＬ（弾性流体潤滑油膜）を介して転がり滑り運動を行っているが、このような状況により水蒸気がグリースに侵入した場合、油膜が形成され難くなる。そして、高速回転時に滑り摩擦による発熱により、さらに油膜が薄くなるため、金属接触による摩耗が発生し易くなり、軸受寿命の低下に至る恐れがある。
【０００５】
この問題を解決したものとして、図５に示す転がり軸受装置が知られている。この転がり軸受装置５０は、ハウジング５１と、このハウジング５１に嵌挿された回転軸５２と、ハウジング５１に対して回転軸５２を回転自在に支承する２個の転がり軸受（アンギュラ玉軸受）５３、５４とを備えている。
【０００６】
２個の転がり軸受５３、５４の内輪間には内輪間座５５が装着され、外輪間には外輪間座５６が装着されている。すなわち、予圧を付与することにより、軸方向の位置決めを正確にすると共に、転動体の滑りを抑制している。この２個の転がり軸受５３、５４は背面組合せにされている。
【０００７】
回転軸５２の一端部は一方の転がり軸受５３から突出し、その先端側にインペラ５７が取り付けられている。回転軸５２の他端部は、他方の転がり軸受５４から突出しており、図示しない電動モータによって駆動される。転がり軸受５４の電動モータ側にはメカニカルシール５８が設けられ、回転軸５２とハウジング５１との間を密封している。
【０００８】
ここで、インペラ５７側の転がり軸受５３のインペラ５７側端部には軸受シール５９が設けられている。この軸受シール５９は、芯金部とシールリップ部とから構成され、芯金部が外輪に装着されている。シールリップ部はゴム等の弾性部材で形成され、内輪の軸方向端部に形成されたシール溝との間でラビリンスが形成されている。すなわち、この転がり軸受５３の軸受シール５９は非接触式のシール部材である。
【０００９】
この転がり軸受装置５０は、回転軸５２の高速回転に伴ってインペラ５７が高速回転し、水蒸気吸込み口６０から吸い込まれた水蒸気がインペラ５７によって加圧され、インペラハウジング６１とバックプレート６２とで形成される加圧ボリュート６３を通って水蒸気吐出し口（図示せず）から圧送される。
【００１０】
この転がり軸受装置５０では、軸受シール５９により、インペラ５７の背面空間６４が負圧から正圧になる時、水蒸気が転がり軸受５３内に侵入するのを防止することができる。このように有機ガスの環境下に曝されても、転がり軸受５３における油膜の形成が阻害されることがなくなり、摩耗等を防止でき、転がり軸受装置５０の寿命を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００３−２０２０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
こうした従来の燃料電池用のコンプレッサ装置に用いられる転がり軸受装置５０において、インペラ５７側の転がり軸受５３に装着された軸受シール５９により、インペラ５７の背面空間６４が負圧から正圧になる時、水蒸気が転がり軸受５３内に侵入するのを防止することができる一方、この軸受シール５９を構成する芯金部は、通常、加工性の良い冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成されているため、長期間に亘って水蒸気環境下に曝された場合、この芯金部が発錆して密封性が低下する恐れがある。すると、水蒸気が転がり軸受５３内に侵入してグリースに混入し、油膜が形成され難くなる恐れがある。また、グリースは、通常、軟らかくなると発塵が多くなるため、運転中にグリースからの発塵物が燃料電池スタックに付着し易くなり、場合によってはこの付着物が燃料電池スタックの触媒毒として作用する恐れがあって好ましくない。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、燃料電池用のコンプレッサ装置に用いられる転がり軸受装置において、転がり軸受装置内に侵入する異物を抑制し、長期間に亘って安定した密封性を維持することができる転がり軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、燃料電池のコンプレッサ装置に用いられる転がり軸受装置であって、円筒状のハウジングと、このハウジングに嵌挿され、前記コンプレッサ装置の部品が固定された回転軸と、この回転軸と前記ハウジングとの間に介装され、このハウジングに対して前記回転軸を回転自在に支承する転がり軸受とを備えた転がり軸受装置において、前記転がり軸受の両端部にシールが装着され、このシールが耐食性を有する鋼板からプレス加工によって形成されている。
【００１４】
このように、円筒状のハウジングと、このハウジングに嵌挿され、コンプレッサ装置の部品が固定された回転軸と、この回転軸とハウジングとの間に介装され、このハウジングに対して回転軸を回転自在に支承する転がり軸受とを備えた転がり軸受装置において、転がり軸受の両端部にシールが装着され、このシールが耐食性を有する鋼板からプレス加工によって形成されているので、有機ガスによるシールの発錆を防止して軸受内部に水蒸気等が侵入するのを防止することができ、長期間に亘って安定した密封性を維持することができる転がり軸受装置を提供することができる。
【００１５】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記シールがオーステナイト系ステンレス鋼鈑で形成されていれば、強度が向上すると共に、長期間に亘って発錆を確実に防止することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記シールの内端部にシールリップを有するシール部材が一体に接合され、このシール部材が耐熱性、耐薬品性に優れたゴムで形成されているので、長期間の運転において、有機ガスによる劣化や摩耗を抑制して軸受内部に水蒸気等が侵入するのを防止することができると共に、グリースが軸受外部に漏洩するのを防止することができる。
【００１７】
好ましくは、請求項４に記載の発明のように、前記シール部材が、エチレン・プロピレンゴムで形成されていれば、低コストで優れた耐薬品性を有しており、有機ガスの環境下においてもシール部材の耐久性を維持することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る転がり軸受装置は、燃料電池のコンプレッサ装置に用いられる転がり軸受装置であって、円筒状のハウジングと、このハウジングに嵌挿され、前記コンプレッサ装置の部品が固定された回転軸と、この回転軸と前記ハウジングとの間に介装され、このハウジングに対して前記回転軸を回転自在に支承する転がり軸受とを備えた転がり軸受装置において、前記転がり軸受の両端部にシールが装着され、このシールが耐食性を有する鋼板からプレス加工によって形成されているので、有機ガスによるシールの発錆を防止して軸受内部に水蒸気等が侵入するのを防止することができると共に、グリースが軸受外部に漏洩するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
燃料電池のコンプレッサ装置に用いられる転がり軸受装置であって、円筒状のハウジングと、このハウジングに嵌挿され、前記インペラが固定された回転軸と、この回転軸と前記ハウジングとの間に介装され、このハウジングに対して前記回転軸を回転自在に支承する一対の転がり軸受とを備えた転がり軸受装置において、前記転がり軸受の両端部にシールが装着され、このシールが耐食性を有する鋼板からプレス加工によって形成された芯金と、この芯金に一体に加硫接着され、耐熱性、耐薬品性に優れたゴムで形成されたシール部材とからなっている。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る転がり軸受装置の一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の軸受部を示す要部拡大図、図３（ａ）は、図２の転がり軸受を示す縦断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるシールを示す縦断面図である。なお、同一部品、同一部位には同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２１】
この転がり軸受装置１は、ハウジング２と、このハウジング２に嵌挿された回転軸３と、ハウジング２に対して回転軸３を回転自在に支承する一対の転がり軸受４、４とを備えている。
【００２２】
回転軸３の一端部は一方の転がり軸受４から突出し、その先端側に固定ナット５を介してインペラ６が取り付けられている。回転軸３の他端部は、他方の転がり軸受４から突出しており、図示しない電動モータによって駆動される。ハウジング２の内周には小径部７が形成され、回転軸３の肩部３ａと僅かな径方向すきまを介して対峙し、所謂ラビリンスシール８が構成されている。このラビリンスシール８によってインペラ６の背面６ａと転がり軸受４とが閉塞されている。また、ハウジング２には蓋部材１９が取り付けられている。この蓋部材１９の内周には回転軸３に摺接する軸シール１９ａが装着され、ハウジング２の開口部が閉塞されている。
【００２３】
この転がり軸受装置１は、回転軸３の高速回転に伴ってインペラ６が回転し、水蒸気吸込み口９から吸い込まれた水蒸気がインペラ６によって加圧され、インペラハウジング１０とハウジング２とで形成される加圧ボリュート１１を通って圧送される。
【００２４】
ここで、一対の転がり軸受４、４は深溝玉軸受からなり、図２に拡大して示すように、内周に外側転走面１２ａが形成された外輪１２と、外周に内側転走面１３ａが形成された内輪１３と、両転走面１２ａ、１３ａ間に保持器１４、１４を介して転動自在に収容された転動体（ボール）１５、１５とを備えている。そして、転がり軸受４の外輪１２の両端部には後述する内輪接触型のシール１６が装着されている。このシール１６、１６により、軸受内部に封入された潤滑グリースが外部に漏洩するのを防止すると共に、外部から水蒸気等の異物が軸受内部に侵入するのを防止している。
【００２５】
また、外輪１２、１２間および内輪１３、１３間にはそれぞれ間座１７、１８が装着され、一対の転がり軸受４、４が位置決めされている。すなわち、外輪１２、１２は、間座１７とハウジング２および蓋部材１９により挟持された状態で軸方向に位置決め固定されると共に、内輪１３、１３は、間座１８と回転軸３の肩部３ａおよび固定ナット２０により挟持された状態で位置決め固定されている。なお、ここでは、一対の転がり軸受４、４を深溝玉軸受としたが、これに限らず、例えば、アンギュラ玉軸受とし、間座１７、１８により転がり軸受４、４に予圧を付与するようにしても良い。これにより、回転軸３の振れを抑制することができ、転がり軸受装置１の剛性を向上させることができる。
【００２６】
図３（ａ）は、本実施形態における転がり軸受４を示しているが、外輪１２の端部内周に断面略Ｕ字型をなすシール溝１２ｂ、１２ｂが形成され、このシール溝１２ｂ、１２ｂにシール１６、１６が装着されている。このシール１６は、図３（ｂ）に拡大して示すように、芯金２１と、この芯金２１に一体に加硫接着されたシール部材２２とからなる。
【００２７】
ここで、芯金２１は、耐食性を有する鋼板、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成されている。シール１６の外輪１２への装着は、芯金２１の外端部をシール溝１２ｂに嵌合すると共に、図示しないシール加締治具でもって芯金２１の外端部を押圧してシール溝１２ｂに加締めることにより固定される。
【００２８】
また、シール部材２２は、内縁部に二股状のシールリップ２２ａ、２２ｂが一体に形成されている。そして、内輪１３の端部外周に断面略Ｕ字型をなすシール溝１３ｂ、１３ｂが形成され、このシール溝１３ｂに内方側のシールリップ２２ａが摺接し、外方側のシールリップ２２ｂがラビリンスシールを構成している。また、このシール部材２２は、耐熱性、耐薬品性に優れたポリアクリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、あるいはエチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）で形成されている。中でも、エチレン・プロピレンゴムは、エチレンとプロピレンおよび架橋用のジエンモノマーとの三元共重合体で、非共役ジエンモノマーである第３成分を共重合することで硫黄架橋（加硫）が可能となり、低コストでポリアクリルゴム相当の耐薬品性を有している。
【００２９】
本実施形態では、このように、シール１６を構成する芯金２１が耐食性を有する鋼板で形成され、かつ、シール部材２２が耐熱性、耐薬品性に優れたゴムで形成されているので、長期間の運転において、有機ガスの環境下においても芯金２１の発錆を防止すると共に、シール部材２２の劣化や摩耗を抑制して軸受内部に水蒸気等が侵入するのを防止することができると共に、グリースが軸受外部に漏洩するのを防止することができる。
【００３０】
図４（ａ）は、前述した転がり軸受４の変形例で、図４（ｂ）は（ａ）のシールド板を示す縦断面図である。なお、前述した転がり軸受４と同一部品、同一部位には同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００３１】
この転がり軸受２３は、外輪１２のシール溝１２ｂ、１２ｂにシールド板２４、２４が装着されている。このシールド板２４は、図４（ｂ）に拡大して示すように、外端部が塑性変形し易いように、周方向複数箇所にスリット２４ａが形成されている。また、内端部には、軸方向内方側に延びる屈曲部２４ｂが形成され、内輪１３のシール溝１３ｂとの間でラビリンスシールを構成している。ここで、シールド板２４は、耐食性を有する鋼板、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成されている。
【００３２】
本実施形態においても前述した実施形態と同様、シールド板２４が耐食性を有する鋼板で形成されているので、長期間の運転において、有機ガスによるシールド板２４の発錆を防止することができ、軸受内部に水蒸気等が侵入するのを防止することができると共に、グリースが軸受外部に漏洩するのを防止することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る転がり軸受装置は、燃料電池用のコンプレッサ装置に用いられ、コンプレッサ等の部品が固定された回転軸を支承する転がり軸受装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る転がり軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の軸受部を示す要部拡大図である。
【図３】（ａ）は、図２の転がり軸受を示す縦断面図である。  （ｂ）は、（ａ）のシールを示す縦断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係る転がり軸受の変形例を示す縦断面図である。  （ｂ）は、（ａ）のシールド板を示す縦断面図である。
【図５】従来の転がり軸受装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・転がり軸受装置
２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハウジング
３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・回転軸
３ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・肩部
４、２３・・・・・・・・・・・・・・・・転がり軸受
５、２０・・・・・・・・・・・・・・・・固定ナット
６・・・・・・・・・・・・・・・・・・・インペラ
６ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・背面
７・・・・・・・・・・・・・・・・・・・小径部
８・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ラビリンスシール
９・・・・・・・・・・・・・・・・・・・水蒸気吸込み口
１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・インペラハウジング
１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・加圧ボリュート
１２・・・・・・・・・・・・・・・・・・外輪
１２ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
１２ｂ、１３ｂ・・・・・・・・・・・・・シール溝
１３・・・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
１３ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・内側転走面
１４・・・・・・・・・・・・・・・・・・保持器
１５・・・・・・・・・・・・・・・・・・転動体
１６・・・・・・・・・・・・・・・・・・シール
１７、１８・・・・・・・・・・・・・・・間座
１９・・・・・・・・・・・・・・・・・・蓋部材
１９ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・軸シール
２１・・・・・・・・・・・・・・・・・・芯金
２２・・・・・・・・・・・・・・・・・・シール部材
２２ａ、２２ｂ・・・・・・・・・・・・・シールリップ
２４・・・・・・・・・・・・・・・・・・シールド板
２４ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・スリット
２４ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・屈曲部
５０・・・・・・・・・・・・・・・・・・転がり軸受装置
５１・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハウジング
５２・・・・・・・・・・・・・・・・・・回転軸
５３、５４・・・・・・・・・・・・・・・転がり軸受
５５・・・・・・・・・・・・・・・・・・内輪間座
５６・・・・・・・・・・・・・・・・・・外輪間座
５７・・・・・・・・・・・・・・・・・・インペラ
５８・・・・・・・・・・・・・・・・・・メカニカルシール
５９・・・・・・・・・・・・・・・・・・軸受シール
６０・・・・・・・・・・・・・・・・・・水蒸気吸込み口
６１・・・・・・・・・・・・・・・・・・インペラハウジング
６２・・・・・・・・・・・・・・・・・・バックプレート
６３・・・・・・・・・・・・・・・・・・加圧ボリュート
６４・・・・・・・・・・・・・・・・・・背面空間
【図１】
2006194411.tif 000003
【図２】
2006194411.tif 000004
【図３】
2006194411.tif 000005
【図４】
2006194411.tif 000006
【図５】
2006194411.tif 000007