(57)【要約】【課題】回転軸とロータとの間に十分な結合力を有するルーツ式流体機械を提供する。【解決手段】本発明のルーツ式流体機械では、第１、２回転軸２１、２３は、第１、２ロータよりも高強度である。また、第１、２回転軸２１、２３は、溝部２１ｇ、２１ｈ、２３ｂ、２３ｃが形成されている。第１、２ロータ２５、２７は、第１、２ロータ２５、２７の一部が塑性流動して溝部２１ｇ、２１ｈ、２３ｂ、２３ｃ内に充填した流動部２５ｄ、２５ｅ、２７ｄ、２７ｅを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ室が形成されたハウジングと、前記ロータ室内で回転可能に設けられ、互いに平行な２本の回転軸と、前記ロータ室内で各前記回転軸と一体回転可能に設けられ、互いに噛み合う山歯及び谷歯を有するロータとを備えたルーツ式流体機械において、
前記回転軸は、前記ロータよりも高強度であるとともに、溝部が形成され、
前記ロータは、前記ロータの一部が塑性流動して前記溝部内に充填した流動部を有していることを特徴とするルーツ式流体機械。
【請求項２】
前記溝部は、前記回転軸の周面のうち、前記ロータが結合され、かつ前記山歯に臨む部分のみに形成されている請求項１記載のルーツ式流体機械。
【請求項３】
前記溝部は、前記回転軸の周面にて周方向に複数並ぶように形成されている請求項１又は２記載のルーツ式流体機械。
【請求項４】
燃料電池用水素循環ポンプに用いられる請求項１乃至３のいずれか１孔記載のルーツ式流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はルーツ式流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来のルーツ式流体機械が開示されている。この流体機械は、ロータ室が形成されたハウジングと、ロータ室内で回転可能に設けられ、互いに平行な２本の回転軸と、ロータ室内で各回転軸と一体回転可能に設けられ、互いに噛み合う山歯及び谷歯を有するロータとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６１３８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記流体機械において、回転軸とロータとが一体回転するように両者を結合する場合、一般的には、ロータに対して回転軸を圧入することが採用され得る。しかしながら、回転軸とロータとを圧入によって結合するだけでは、結合力が不十分な場合がある。
【０００５】
例えば、上記流体機械が燃料電池用水素循環ポンプとして用いられる場合には、燃料電池で生じる生成水や結露水が循環させようとする水素とともに存在し得るため、回転軸及びロータは、生成水等を圧縮しようとする液圧縮時の過大な反力に耐える必要がある。また、回転軸及びロータは、生成水等が凍結した状態で起動するための反力にも耐える必要がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、回転軸とロータとの間に十分な結合力を有するルーツ式流体機械を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のルーツ式流体機械は、ロータ室が形成されたハウジングと、前記ロータ室内で回転可能に設けられ、互いに平行な２本の回転軸と、前記ロータ室内で各前記回転軸と一体回転可能に設けられ、互いに噛み合う山歯及び谷歯を有するロータとを備えたルーツ式流体機械において、
前記回転軸は、前記ロータよりも高強度であるとともに、溝部が形成され、
前記ロータは、前記ロータの一部が塑性流動して前記溝部内に充填した流動部を有していることを特徴とする。
【０００８】
本発明のルーツ式流体機械では、回転軸に溝部が形成され、その溝部にロータの一部が流動部として塑性流動しているため、回転軸とロータとが単に圧入されているだけの場合よりも、回転軸とロータとが強力に結合されている。
【０００９】
したがって、本発明のルーツ式流体機械は、回転軸とロータとの間に十分な結合力を有している。
【００１０】
溝部は、回転軸の周面のうち、ロータが結合され、かつ山歯に臨む部分のみに形成されていることが好ましい。この場合、流動部を形成する材料に不足を生じ難く、ルーツ式流体機械の小型化を実現することができる。仮に、谷歯に臨む円筒状の周面に流動部を形成すると、流動部を形成する材料に不足を生じないよう、ロータを大きくする必要が生じ、ルーツ式流体機械の小型化を実現し難い。
【００１１】
溝部は回転軸の周面にて周方向に複数並ぶように形成されていることが好ましい。この場合、回転軸の周面を一周するように溝が形成されるよりも、回転方向への流動部の抜けが生じ難く、溝と流動部が確実に同期回転しやすい。
【００１２】
本発明のルーツ式流体機械は、燃料電池用水素循環ポンプに用いられる場合に好適である。燃料電池用水素循環ポンプでは、ロータ端面とハウジングとの隙間において生成水が凍結膨張するために、軸方向に強い負荷が働きやすいが、本発明では、回転軸とロータとが軸方向に強力に結合されているため、この負荷に充分に対抗できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のルーツ式流体機械は、回転軸とロータとの間に十分な結合力を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプの断面図である。
【図２】図２は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、第１回転軸及び第１ロータの平面図である。
【図３】図３は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、第１回転軸及び第１ロータの断面図である。
【図４】図４は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、第１回転軸の底面図である。
【図５】図５は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、第１回転軸と第１ロータとの結合方法を示す要部断面図である。
【図６】図６は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、第２回転軸及び第２ロータの要部断面図である。
【図７】図７は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、第２回転軸の上面図である。
【図８】図８は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、第２回転軸と第１ロータとの結合方法を示す要部断面図である。
【図９】図６は、実施例２の燃料電池用水素循環ポンプに係り、回転軸及びロータの要部断面図である。
【図１０】図１０は、実施例２の燃料電池用水素循環ポンプに係り、回転軸の底面図である。
【図１１】図１１は、実施例２の燃料電池用水素循環ポンプに係り、回転軸とロータとの結合方法を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した実施例１、２を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
（実施例１）
実施例１の燃料電池用水素循環ポンプは、図１に示すように、ロータハウジング１とエンドハウジング３とギヤハウジング５とが図示しないボルトによって接合され、ギヤハウジング５とモータハウジング７とがボルト９によって接合されている。ロータハウジング１とエンドハウジング３との間にはＯリング２が設けられており、ロータハウジング１とギヤハウジング５との間にはＯリング４が設けられている。ロータハウジング１、エンドハウジング３、ギヤハウジング５及びモータハウジング７がハウジングに相当する。
【００１７】
ロータハウジング１にはロータ室１１が形成され、ロータハウジング１及びギヤハウジング５には第１、２軸孔１３、１５が形成されている。ロータ室１１には、図示しない吸入ポート及び吐出ポートが形成されている。ロータハウジング１及びギヤハウジング５によりギヤ室１７が形成され、ギヤハウジング５及びモータハウジング７によりモータ室１９が形成されている。第１軸孔１３は、ギヤハウジング５により閉塞され、ロータ室１１とギヤ室１７とを連通させている。第２軸孔１５は、ギヤハウジング５を貫通しており、ロータ室１１とギヤ室１７とモータ室１９とを連通させている。
【００１８】
第１軸孔１３には第１回転軸２１が挿通され、第２軸孔１５には第２回転軸２３が挿通されている。ロータ室１１内では、第１回転軸２１に第１ロータ２５が固定され、第２回転軸２３に第２ロータ２７が固定されている。第１回転軸２１と第２回転軸２３とは平行である。第１ロータ２５は、図２に示すように、互いに噛み合う山歯２５ｆ及び谷歯２５ｇを有する二葉型のものである。第２ロータ２７も、詳細は図示しないが、互いに噛み合う山歯及び谷歯を有する二葉型のものである。
【００１９】
図１に示すように、ギヤ室１７内では、第１回転軸２１に第１ギヤ２９が固定され、第２回転軸２３に第２ギヤ３１が固定されている。第１、２ギヤ２９、３１は互いに噛み合っている。モータ室１９内では、モータハウジング７にステータ３３が固定され、第２回転軸２３にモータロータ３５が固定されている。ステータ３３には、図示しないハーネスにより電流が流れるようになっている。
【００２０】
ロータハウジング１の第１軸孔１３内には、ロータ室１１とギヤ室１７との間において、ロータ室１１側に位置する軸封装置４７と、軸受装置４９とが設けられている。また、ギヤハウジング５の第１軸孔１３内には軸受装置５１が設けられている。これら軸封装置４７、軸受装置４９及び軸受装置５１により、第１回転軸２１が回転するようになっている。
【００２１】
ロータハウジング１の第２軸孔１５内には、ロータ室１１とギヤ室１７との間において、ロータ室１１側に位置する軸封装置３７と、軸受装置３９とが設けられている。また、ギヤハウジング５の第２軸孔１５内には、ギヤ室１７とモータ室１９との間において、ギヤ室１７側に位置する軸受装置４１と、軸封装置４３とが設けられている。モータハウジング７には軸受装置４５が設けられている。これら軸封装置３７、軸受装置３９、軸受装置４１、軸封装置４３及び軸受装置４５により、第２回転軸２３が回転するようになっている。
【００２２】
第１、２回転軸２１、２３は鉄系金属からなり、第１、２ロータ２５、２７はアルミニウム系金属からなり、第１、２回転軸２１、２３は第１、２ロータ２５、２７よりも高強度である。
【００２３】
第１回転軸２１は、図２及び図３に示すように、軸部２１ｆと頭部２１ａとを有している。頭部２１ａは第１回転軸２１の前端に位置している。頭部２１ａには、径方向で互いに離れる方向に延びる凸部２１ｂ、２１ｃが形成されている。凸部２１ｂ、２１ｃは山歯２５ｆと同一方向に延びている。凸部２１ａ、２１ｂからは第１回転軸２１の後端側に突出する噛み込み部２１ｄ、２１ｅが形成されている。
【００２４】
軸部２１ｆの頭部２１ａ側には、溝部２１ｇ、２１ｈが形成されている。溝部２１ｇ、２１ｈは、噛み込み部２１ｄ、２１ｅと対面するように軸部２１ｆの円筒状の周面２１ｉから凹設されている。溝部２１ｇと溝部２１ｈとは平行に延びている。また、溝部２１ｇ、２１ｈは、第１回転軸２１の周面２１ｉのうち、第１ロータ２５が結合され、かつ山歯２５ｆに臨む部分のみに形成されている。
【００２５】
第１ロータ２５の前端は、第１ロータ２５の一部が塑性流動して溝部２１ｇ、２１ｈ内に充填した流動部２５ｄ、２５ｅを有している。流動部２５ｄ、２５ｅは、第１回転軸２１が結合され、かつ山歯２５ｆを形成する部分のみに形成されている。
【００２６】
第１回転軸２１と第１ロータ２５との結合は以下のように行った。まず、図４及び図５に示すように、軸部２１ｆ及び頭部２１ａを有する第１回転軸２１を用意する。また、図５に示すように、圧入孔２５ａが形成された第１ロータ素材２５ｂを用意する。そして、第１回転軸２１の軸部２１ｆを圧入孔２５ａに圧入する。この際、頭部２１ａの噛み込み部２１ｄ、２１ｅが第１ロータ素材２５ｂに噛み込み、第１ロータ素材２５ｂの一部が溝部２１ｇ、２１ｈの内部へと塑性流動する。こうして、第１回転軸２１と第１ロータ２５とが圧入工程のみで結合される。
【００２７】
第２回転軸２３は、図６に示すように、軸部２３ｆと頭部２３ａとを有している。頭部２３ａは第２回転軸２３の前端に位置している。頭部２３ａには、平行に延びる溝状の溝部２３ｂ、２３ｃが形成されている。溝部２３ｂ、２３ｃの側面は第２回転軸２３の前端側が近づくように傾斜している。
【００２８】
第２ロータ２７の前端は、第２ロータ２７の一部が塑性流動して溝部２３ｂ、２３ｃ内に充填した流動部２７ｄ、２７ｅを有している。
【００２９】
第２回転軸２３と第２ロータ２７との結合は以下のように行った。まず、図７に示すように、軸部２３ｆ及び頭部２３ａを有する第２回転軸２３を用意する。また、図８に示すように、圧入凹部２７ａが形成された第２ロータ素材２７ｂを用意する。圧入凹部２７ａには、第２回転軸２３の頭部２３ａにおける溝部２３ｂ、２３ｃに入り込むことが可能な２本のレール２７ｇ、２７ｈが形成されている。そして、第２回転軸２３の頭部２３ａを圧入凹部２７ａに圧入する。この際、レール２７ｃ、２７ｄの材料が頭部２３ａの溝部２３ｂ、２３ｃ内を充填するように塑性流動する。こうして、第２回転軸２３と第２ロータ２７とも圧入工程のみで結合される。
【００３０】
この燃料電池用水素循環ポンプでは、第１回転軸２１の溝部２１ｇ、２１ｈ内を充填するように第１ロータ２５の一部が流動部２５ｄ、２５ｅとして塑性流動しているため、第１回転軸２１と第１ロータ２５とが単に圧入されているだけの場合よりも、第１回転軸２１と第１ロータ２５とが強力に結合されている。また、第２回転軸２３の溝部２３ｂ、２３ｃ内を充填するように第２ロータ２７の一部が流動部２７ｄ、２７ｅとして塑性流動しているため、第２回転軸２３と第２ロータ２７とが単に圧入されているだけの場合よりも、第２回転軸２３と第２ロータ２７とも強力に結合されている。特に、この燃料電池用水素循環ポンプでは、溝部２１ｇ、２１ｈ、２３ｂ、２３ｃは第１、２回転軸２１、２３の周面２１ｉ、２３ｉにおいて周方向に複数並ぶよう形成されているため、回転トルクが伝達されやすく、溝部２１ｇ、２１ｈ、２３ｂ、２３ｃ及び流動部２５ｄ、２５ｅ、２７ｄ、２７ｅが同時に回転し、第１、２回転軸２１、２３と第１、２ロータ２５、２７とが確実に同期回転し易い。
【００３１】
したがって、この燃料電池用水素循環ポンプは、第１、２回転軸２１、２３と第１、２ロータ２５、２７との間に十分な結合力を有している。このため、第１、２回転軸２１、２３及び第１、２ロータ２５、２７が生成水の液圧縮や凍結した生成水による反力にも十分に対抗することができる。
【００３２】
また、この燃料電池用水素循環ポンプでは、溝部２１ｇ、２１ｈが第１回転軸２１の周面２１ｉのうち、第１ロータ２５が結合され、かつ山歯２５ｆに臨む部分のみに形成されているため、流動部２５ｄ、２５ｅを形成する材料に不足を生じ難く、小型化を実現している。このため、燃料電池自動車に対して優れた搭載性を発揮することができる。
【００３３】
（実施例２）
実施例２の燃料電池用水素循環ポンプは、図９に示す回転軸５３及びロータ５５を採用している。これらの回転軸５３及びロータ５５は、第１回転軸及び第１ロータであってもよく、第２回転軸及び第２ロータであってもよい。
【００３４】
回転軸５３は、軸部５３ｆと頭部５３ａとを有している。頭部５３ａは回転軸５３の前端に位置している。頭部５３ａには、平行に延びる溝状の溝部５３ｂ、５３ｃが形成されている。溝部５３ｂ、５３ｃも、ロータ５５の山歯に臨む周面５３ｉのみに形成されている。
【００３５】
ロータ５５の前端は、溝部５３ｂ、５３ｃ内を充填するように塑性流動した流動部５５ｄ、５５ｅを有している。
【００３６】
回転軸５３とロータ５５との結合は以下のように行った。まず、図１０に示すように、軸部５３ｆ及び頭部５３ａを有する回転軸５３を用意する。また、図１１に示すように、圧入孔５５ａが形成されたロータ素材５５ｂを用意する。そして、回転軸５３の軸部５３ｆを圧入孔５５ａに圧入する。この際、ロータ素材５５ｂの一部が溝部５３ｂ、５３ｃ内へと塑性流動する。こうして、回転軸５３とロータ５５とが結合される。この燃料電池用水素循環ポンプにおいても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００３７】
以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００３８】
例えば、実施例１では、第１、２回転軸及び第１、２ロータに異なる形状の溝部及び流動部を採用したが、本発明では、第１、２回転軸及び第１、２ロータに同一の形状の溝部及び流動部を採用してもよい。また、実施例１、２とは異なる形状の溝部及び流動部を採用することも可能である。さらに、一方の回転軸のみをロータよりも高強度としてその回転軸のみに溝部を形成し、その回転軸に設けられる一方のロータのみに流動部を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は燃料電池自動車に利用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１１…ロータ室
１、３、５、７…ハウジング（１…ロータハウジング、３…エンドハウジング、５…ギヤハウジング、７…モータハウジング）
２１、２３…回転軸（２１…第１回転軸、２３…第２回転軸）
２５ｆ…山歯
２５ｇ…谷歯
２５、２７…ロータ（２５…第１ロータ、２７…第２ロータ）
２１ｄ、２１ｅ…噛み込み部
２１ｇ、２１ｈ、２３ｂ、２３ｃ、５３ｂ、５３ｃ…溝部
２５ｄ、２５ｅ、２７ｄ、２７ｅ、５５ｄ、５５ｅ…流動部
２１ｉ、２３ｉ、５３ｉ…周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018168756.tif 000009
【図８】
2018168756.tif 000010
【図９】
2018168756.tif 000011
【図１０】
2018168756.tif 000012
【図１１】
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