(57)【要約】【課題】潤滑剤がインペラ羽根側に流入することを抑制するのに有利なターボ圧縮機を提供する。【解決手段】ターボ圧縮機１は、ボディ２と、軸受３と、駆動軸４と、インペラ羽根５と、駆動軸４を回転させる回転力発生部６と、軸受３に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路７とをもつ。駆動軸４には第１シール部９１と第２シール部９２とが設けられている。逃がし通路７５は、第１シール部９１と第２シール部９２との間に形成された第１開口７６と、潤滑剤貯留部２６に向けて潤滑剤を吐出する第２開口７７と、連通路７８とを備える。【選択図】図１
2008144724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディと、前記ボディに保持された軸受と、前記軸受により回転可能にボディに支持された駆動軸と、前記駆動軸に取り付けられ回転に伴い流体を搬送するインペラ羽根と、前記駆動軸を回転させる回転力発生部と、前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路とを具備するターボ圧縮機において、
前記インペラ羽根の後方側に配置され、前記インペラ羽根で搬送される流体が前記インペラ羽根の後方に抜けることを抑制するように前記駆動軸の外周面に対面してシールするリング状の第１シール部と、
前記駆動軸の軸長方向において前記第１シール部の後方側に配置され、前記軸受の潤滑剤が前記インペラ羽根側に抜けることを抑制するように前記駆動軸の外周面に対面してシールするリング状の第２シール部と、
前記駆動軸の軸長方向において前記第１シール部と前記第２シール部との間の領域において前記駆動軸に対面する部材に形成された第１開口と、大気側に連通する第２開口と、前記第１開口および前記第２開口を連通させる連通路とを備える逃がし通路とを具備することを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、前記ボティは大気に連通する作動室をもち、前記逃がし通路の前記第２開口は前記作動室に連通していることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２において、前記駆動軸は、駆動軸本体と、前記駆動軸本体と共に回転するように前記駆動軸本体の外周面に設けられた筒部とを備えており、前記筒部は、前記駆動軸の遠心力により潤滑剤を遠心方向に飛散させる鍔部を備えており、且つ、前記ボディは、前記駆動軸の前記筒部のうち前記鍔部に対面する中空室と、一端が前記中空室に連通すると共に他端が前記作動室に連通する潤滑剤抜き穴とを備えていることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項４】
請求項１〜３のうち一項において、前記第１シール部および前記第２シール部は前記筒部の外周面に対面してシールしており、前記第１開口は前記筒部の外周面を１周するように前記筒部の外周面にリング状に対面しており、
前記駆動軸の外周面に対面すると共に前記インペラ羽根の後方に位置するブッシュが前記ボディに設けられており、
前記第１開口は、前記ブッシュの内周面に形成され前記ブッシュの内周面を１周すると共に潤滑剤を貯留可能な貯留溝状に形成されていることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項５】
請求項１〜４のうち一項において、前記回転力発生部は、前記駆動軸に設けられたロータ部と、前記ボディに固定され前記ロータ部を回転させる回転磁界を発生させるステータコイル部とを備えており、前記逃がし通路の前記第２開口は、前記第２開口から吐出する潤滑剤を前記ステータコイル部に接触させるように前記ステータコイル部に対面していることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給するように、前記燃料電池の前記酸化剤極の上流に位置する酸化剤供給路に設けられていることを特徴とするターボ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインペラ羽根をもつターボ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
インペラ羽根をもつターボ圧縮機が知られている。このターボ圧縮機は、ボディと、ボディに保持された軸受と、軸受により回転可能にボディに支持された駆動軸と、駆動軸の先端部に取り付けられ回転に伴い流体を搬送するインペラ羽根と、駆動軸を回転させる回転力発生部と、軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路とを備えている（特許文献１，２）。駆動軸が回転駆動すると、インペラ羽根により空気等の気体が圧縮されて高圧となり、下流側に搬送される。
【特許文献１】特開平９−２８０３８３号公報
【特許文献２】特開平７−２１７４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ターボ圧縮機の駆動時には、インペラ羽根の後方の背面圧は高圧である。しかしターボ圧縮機の駆動を停止させるときには、インペラ羽根の後方の背面圧は急激に低下する。このため差圧により軸受側の潤滑剤がインペラ羽根側に流入するおそれがある。この場合、潤滑剤が気体と共にターボ圧縮機の下流側に流れるおそれがあり、好ましくない。
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、潤滑剤がインペラ羽根側に流入することが抑制され、ひいては、インペラ羽根により搬送される流体に潤滑剤が混入することを抑制するのに有利なターボ圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）様相１に係るターボ圧縮機は、ボディと、ボディに保持された軸受と、軸受により回転可能にボディに支持された駆動軸と、駆動軸に取り付けられ回転に伴い流体を搬送するインペラ羽根と、駆動軸を回転させる回転力発生部と、軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路とを具備するターボ圧縮機において、
（i）インペラ羽根の後方側に配置され、インペラ羽根で搬送される流体がインペラ羽根の後方に抜けることを抑制するように駆動軸の外周面に対面してシールするリング状の第１シール部と、
（ii）駆動軸の軸長方向において第１シール部の後方側に配置され、軸受の潤滑剤がインペラ羽根側に抜けることを抑制するように駆動軸の外周面に対面してシールするリング状の第２シール部と、
（iii）駆動軸の軸長方向において第１シール部と第２シール部との間の領域において駆動軸が対面する部材に形成された第１開口と、大気側に連通する第２開口と、第１開口および第２開口を連通させる連通路とを備える逃がし通路とを具備することを特徴とする。
【０００６】
インペラ羽根の後方側とは、インペラ羽根を回転駆動させる駆動軸においてインペラ羽根から遠ざかる方向を意味する。即ち、インペラ羽根の後方側とは、インペラ羽根側と反対側（裏面側、背面側）を意味する。回転力発生部により駆動軸が軸受を介して回転され、駆動軸によってインペラ羽根が回転する。この結果、インペラ羽根が流体を圧縮しつつ搬送する。潤滑剤供給路は軸受に潤滑剤（例えば液状またはミスト状）を供給するため、駆動軸の回転、ひいてはインペラ羽根の回転は円滑となる。
【０００７】
リング状の第１シール部は、インペラ羽根の後方側に配置されており、インペラ羽根で搬送される流体がインペラ羽根の後方に抜けることを抑制するように駆動軸の外周面に対面してシールする。従って、インペラ羽根は流体を効果的に圧縮できる。リング状の第２シール部は、駆動軸の軸長方向において第１シール部の後方側に配置されており、軸受側の潤滑剤がインペラ羽根側に抜けないように駆動軸の外周面に対面してシールする。このため潤滑剤がインペラ羽根側に抜けることが第２シール部によって抑制されている。
【０００８】
逃がし通路は、駆動軸の軸長方向において第１シール部と第２シール部との間の領域において駆動軸に対面する部材（例えば後述するブッシュまたはボディ）に形成された第１開口と、大気側に連通する第２開口と、第１開口および第２開口を連通させる連通路とを備えている。この結果、第１シール部と第２シール部との間の領域は、大気側に連通しており、インペラ羽根の後方の背面圧Ｐ１よりも高くなることが抑制されている。従って、事情により、軸受側の潤滑剤が第２シール部を抜け、第１シール部と第２シール部との間の領域に流入するようなときであっても、潤滑剤がインペラ羽根側に流入することが抑制される。ひいては、インペラ羽根により搬送される流体に潤滑剤が混入することが抑制される。
【０００９】
（２）様相２に係るターボ圧縮機によれば、上記様相において、ボティは大気に連通する作動室をもち、逃がし通路の第２開口は作動室に連通していることを特徴とする。この場合、第１シール部と第２シール部との間の領域は、大気圧または大気圧に近い状態になるように低い圧力に維持される。このため、インペラ羽根の後方の背面圧が低下するときであっても、当該領域の圧力は背面圧Ｐ１よりも高くなることが抑制される。ひいては、第１シール部と第２シール部との間の領域に流入した潤滑剤がインペラ羽根側に進入することが抑制される。
【００１０】
（３）様相３に係るターボ圧縮機によれば、上記様相において、駆動軸は、駆動軸本体と、駆動軸本体と共に回転するように駆動軸本体の外周面に設けられた筒部とを備えており、筒部は、遠心方向に延設され遠心力により潤滑剤を遠心方向に飛散させる鍔部を備えており、且つ、ボディは、駆動軸の筒部のうち鍔部に対面する中空室と、一端が中空室に連通すると共に他端が作動室に連通する潤滑剤抜き穴とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
駆動軸本体と共に筒部が回転するため、筒部に形成されている鍔部は回転される。回転する筒部は、遠心力の発生を促進させる。鍔部が発生する遠心力により、潤滑剤を駆動軸の遠心方向に沿って鍔部により中空室に飛散させることができる。中空室に至った潤滑剤は、潤滑剤抜き穴の一端から他端に向けて流れ、作動室に吐出される。
【００１２】
（４）様相４に係るターボ圧縮機によれば、上記様相において、第１シール部および第２シール部は筒部の外周面に対面してシールしており、第１開口は筒部の外周面を１周するように筒部の外周面にリング状に対面していることを特徴とする。筒部が回転するとき、第１シール部および第２シール部は筒部の外周面に対面してシールしている。従って第１シール部は、インペラ羽根で搬送される流体がインペラ羽根の後方に抜けることを抑制する。第２シール部は、軸受の潤滑剤がインペラ羽根側に抜けることを抑制する。このため潤滑剤が筒部の外周面を介してインペラ羽根側に抜けることが抑制されている。
【００１３】
更に本様相によれば、駆動軸の外周面に対面すると共にインペラ羽根の後方に位置するブッシュがボディに設けられており、第１開口はブッシュの内周面に形成されブッシュの内周面を１周する貯留溝状に形成されている。ブッシュは、駆動軸の外周面に対面すると共にインペラ羽根の後方に位置する。インペラ羽根の後方の背面圧が、インペラ羽根の後方側に抜けることがブッシュによって抑制されている。第１開口は、ブッシュの内周面に形成されており、ブッシュの内周面を１周する貯留溝状に形成されている。このため潤滑剤が多いときであっても、第１開口を利用して潤滑剤を良好に吐出できる。
【００１４】
（５）様相５に係るターボ圧縮機によれば、上記様相において、回転力発生部は、駆動軸に設けられたロータ部と、ボディに固定されロータ部を回転させる回転磁界を発生させるステータコイル部とを備えており、逃がし通路の第２開口は、第２開口から吐出する潤滑剤をステータコイル部に接触させるようにステータコイル部に対面していることを特徴とする。ステータコイル部は通電されると、回転磁界を発生させる。これによりロータ部および駆動軸がこれの軸芯回りで回転する。ステータコイル部は通電によりジュール熱を発生させて発熱する。逃がし通路の第２開口から吐出される潤滑剤は、ステータコイル部に接触する。これによりステータコイル部が潤滑剤により冷却され、ステータコイル部の過熱が抑制される。
【００１５】
（６）様相６に係るターボ圧縮機によれば、上記様相において、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給するように、燃料電池の酸化剤極の上流に位置する酸化剤供給路に設けられていることを特徴とする。ターボ圧縮機は酸化剤ガスを圧縮しつ燃料電池の酸化剤極に供給することができる。このため燃料電池の発電性能を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１シール部と第２シール部との間の領域は大気側に連通しており、当該領域の圧力は、インペラ羽根の後方の背面圧Ｐ１よりも高くなることが抑制されている。従って、潤滑剤がインペラ羽根側に流入することが抑制され、ひいては、インペラ羽根により搬送される流体に潤滑剤が混入することを抑制するのに有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１および図２を参照して説明する。ターボ圧縮機１は、例えば燃料電池システム、産業機器、車両等に適用できる。図１に示すように、ターボ圧縮機１は、ボディ２と、ボディ２の内部にキャリア３５により保持された軸受３と、軸受３により回転可能にボディ２に支持された横軸型の駆動軸４と、駆動軸４の先端部に取り付けられ回転に伴い流体（気体または液体、一般的には空気等の気体）を搬送するインペラ羽根５と、駆動軸４を回転させる回転力発生部６と、軸受３に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路７とをもつ。
【００１８】
図１に示すように、ボディ２は金属または硬質樹脂で形成されており、作動室２０をもつ主ボティ２１と、シェル部２２と、主ボティ２１とシェル部２２との間に配置されたバックプレート２３とを有する。主ボティ２１は、大気開放孔２４を介して大気に連通するモータ室として機能する作動室２０と、作動室２０の底部に設けられた支持部２５と、支持部２５の下方に形成され貯留室２６ａをもつ潤滑剤貯留部２６と備えている。潤滑剤貯留部２６は作動室２０の下部側に配置されている。ボディ２の支持部２５は、作動室２０と潤滑剤貯留部２６とを連通させるドレイン穴２７を有する。シェル部２２は、コンプレッサ室２８と、コンプレッサ室２８とターボ圧縮機１の下流側とを連通させるシェル室２９とをもつ。
【００１９】
図１に示すように、駆動軸４は、軸芯Ｐｘが水平方向に沿っている横軸型の駆動軸本体４０と、駆動軸本体４０と共に回転するように駆動軸本体４０の外周面に係合して設けられた円筒形状をなすスペーサとして機能できる横軸型の筒部４５とを備えている。軸受３は内輪３０と外輪３１と転動体３２とをもつ。軸受３は、駆動軸４の軸長方向において間隔を隔てて複数個配置されている。従って駆動軸４の同軸性が良好に維持される。
【００２０】
図１に示すように、潤滑剤供給路７は主ボティ２１に形成されており、軸受３に潤滑剤を供給する通路である。図略のオイルポンプ等の送給源により、潤滑剤貯留部２６に貯留されている潤滑剤は、潤滑剤供給路７に供給され、更に軸受３に供給される。この場合、液状の潤滑剤を噴出させて軸受３に供給しても良いし、ミスト状の潤滑剤を軸受３に供給しても良い。
【００２１】
図１に示すように、回転力発生部６は、駆動軸４の後端４ｒに設けられたロータ部６０と、ボディ２の支持部２５に固定されたステータコイル部６３とを備えている。ロータ部６０は、複数個の永久磁石６１をもつ。ステータコイル部６３は、通電により駆動軸４の軸芯Ｐｘの回りで回転する回転磁界を発生させる。後述する潤滑剤抜き穴８２の他端８２ｃの開口および逃がし通路７５の第２開口７７は、ステータコイル部６３の端面６３ａに対面している。なお、ステータコイル部６３は電気絶縁構造とされており、潤滑剤が接触しても支障がない。
【００２２】
図２に示すように、駆動軸４の筒部４５は、遠心方向に延設されたリング状の鍔部４６を備えている。鍔部４６は、遠心力により潤滑剤を遠心方向に飛散させるフリンジャと呼ばれる。鍔部４６は駆動軸４の軸芯Ｐｘに対して傾斜する傾斜面４６ａをもつ。ボディ２は、駆動軸４の筒部４５のうち鍔部４６に対面するリング状の中空室８０と、潤滑剤抜き穴８２とを備えている。中空室８０は軸芯Ｐｘを１周するように筒部４５に対して同軸的に設けられている。図２に示すように、鍔部４６および中空室８０は、軸受３からインペラ羽根５に向けて流出した潤滑剤がインペラ羽根５側に流入しないよう、潤滑剤を貯めて作動室２０側に吐出させるものである。従って、鍔部４６および中空室８０は、駆動軸４の軸長方向において、軸受３と第２シール部９２との間に配置されている。
【００２３】
図２に示すように、潤滑剤抜き穴８２の長さ方向の一端８２ａは、中空室８０に連通している。潤滑剤抜き穴８２の長さ方向の他端８２ｃは、作動室２０に連通している。潤滑剤抜き穴８２は一端８２ａから他端８２ｃに向かうにつれて下降傾斜している。よって、重力を利用して中空室８０に溜まる潤滑剤を潤滑剤抜き穴８２は一端８２ａから他端８２ｃに向けて流下させ、作動室２０の潤滑剤貯留部２６に帰還させる。
【００２４】
使用時には、駆動軸本体４０と共に筒部４５が回転する。筒部４５に形成されている鍔部４６は、潤滑剤案内部材として機能するバッフルプレート４８に対面している。バッフルプレート４８は、ブッシュ１０の軸端面とバックプレート２３とにより挟持されて固定されている。筒部４５が回転すると、鍔部４６は遠心方向に向かう遠心力を発生させる。鍔部４６が発生させる遠心力により、潤滑剤を駆動軸４の遠心方向に沿って中空室８０の外周壁面に向けて径外方向に飛散させることができる。そして、中空室８０の潤滑剤は、バッフルプレート４８により案内されて潤滑剤抜き穴８２に流入し、重力により潤滑剤抜き穴８２の他端８２ｃの開口から矢印Ｅ１方向に作動室２０に吐出される。なお、ブッシュ１０は駆動軸本体４０の外周面に対面している部材に相当し、筒形状をなしている。インペラ羽根５は金属製またはセラミックス製であり、駆動軸本体４０の先端部に取付ナット５１（取付具）により着脱可能に取り付けられた芯部５２と、芯部５２に連設された複数の羽根部５３とを有する。羽根部５３の回転に伴い、流体を圧縮しつつ下流に向けて搬送する。
【００２５】
図２に示すように、ボディ２を構成するバックプレート２３の径内側には、ブッシュ１０（材質：ステンレス鋼等の金属）が設けられている。ブッシュ１０の外周面とバックプレート２３の内周面との間には、リングシール９５が介在している。ブッシュ１０は、駆動軸４の筒部４５の外周面に対面すると共に、インペラ羽根５の後方に位置する。これによりインペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１が、インペラ羽根５の後方側に抜けることが抑制されている。これによりインペラ羽根５により流体（例えば気体）を効果的に圧縮できる。
【００２６】
図２に示すように、リング状の第１シール部９１は、インペラ羽根５の後方側に配置されており、筒部４５の外周面を１周する第１リング溝４５ｆに嵌合している。第１シール部９１は、インペラ羽根５で搬送させる流体（例えば気体）をシールするシール部として機能するものであり、駆動軸４の筒部４５の外周面に対面してシールしている。第１シール部９１は、インペラ羽根５で搬送される流体がインペラ羽根５の後方に抜けることを抑制する。第１シール部９１の材質は金属とされているが、これに限らず樹脂またはゴムでも良い。
【００２７】
図２に示すように、リング状の第２シール部９２は、駆動軸４の軸長方向において第１シール部９１の後方側に配置されており、筒部４５の外周面を１周する第２リング溝４５ｓに嵌合している。第２シール部９２は、駆動軸４の筒部４５の外周面に対面してシールしている。第２シール部９２は、軸受３側の潤滑剤（一般的には潤滑油）がインペラ羽根５側やコンプレッサ室２８側に抜けることを抑制している。インペラ羽根５の下流側に搬送される流体（例えば空気等の気体）に潤滑油が混入することは、好ましくないためである。第２シール部９２の材質は樹脂またはゴムとされているが、これに限らず金属でも良い。
【００２８】
第１シール部９１は、これに内蔵されているバネ部によりブッシュ１０の内周壁面に押圧されており、ブッシュ１０の内周壁面に固定されている。同様に第２シール部９２は、これに内蔵されているバネ部によりブッシュ１０の内周壁面に押圧されており、ブッシュ１０に固定されている。従って駆動軸本体４０と共に筒部４５が回転するとき、第１シール部９１および第２シール部９２は非回転である。第１シール部９１および第２シール部９２としては、筒部４５の外周面に直接的に接触するシールでも良いし、ラビリンスシールのように非接触シールでも良い。
【００２９】
図２に示すように、逃がし通路７５は、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３の圧力を逃がして低下させるものである。逃がし通路７５は、駆動軸４の軸長方向において第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３に形成された第１開口７６と、作動室２０に連通する第２開口７７と、第１開口７６および第２開口７７を連通させる連通路７８とを備える。
【００３０】
図２に示すように、連通路７８は、バックプレート２３および主ボティ２１に形成されている。第１開口７６は、ブッシュ１０の内周面において１周するリング溝状に形成されており、潤滑剤を貯留できる貯留溝７９を兼用している。重力を利用して潤滑剤を作動室２０に流下させ得るように、第１開口７６から第２開口７７にかけて連通路７８は、下降傾斜している構造とされている。このような逃がし通路７５により、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３は、大気開放されている作動室２０に連通されている。この結果、当該領域９３は、大気圧または大気圧に近い状態に維持される。なお、第１シール部９１と第２シール部９２とのシール力によって、領域９３は大気圧よりも若干、正圧とされる。
【００３１】
図２において、上記した貯留溝７９の溝幅はＤ１として示され、貯留溝７９の溝深さはＨ１として示される。Ｈ１＞Ｄ１の関係とされている。このため軸受３側の潤滑剤について、第１シール部９１と第２シール部９２との間に流入される量が多いときであっても、駆動軸４の軸長方向におけるコンパクト化を図りつつ、貯留溝７９に貯留される潤滑剤の流量を大きくすることができる。なお、貯留溝７９の潤滑剤を重力により連通路７８を介して流下させ、第２開口７７から矢印Ｅ２方向に作動室２０内のステータコイル部６３の端面６３ａに向けて良好に吐出できる。
【００３２】
使用の際には、回転力発生部６のステータコイル部６３は通電されると、軸芯Ｐｘ回りを回転する回転磁界を発生させる。これによりロータ部６０および駆動軸４がこれの軸芯Ｐｘ回りで回転する。これよりインペラ羽根５が回転し、流体を圧縮させつつ搬送する。インペラ羽根５の回転速度は、例えば、１０００〜１０万ｒｐｍ程度、４０００〜２万ｒｐｍ程度である。インペラ羽根５は、流体（例えば空気等の気体）を圧縮させつつ下流側に搬送させる。インペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１は、圧縮機の吐出圧の増減に応じて変化するものの、大気圧に対して常に正圧となる。
【００３３】
ステータコイル部６３は通電によりジュール熱を発生させて発熱する。ここで、インペラ羽根５の後方側の背面圧Ｐ１が作動室２０の圧力よりもかなり高いときには、差圧の影響で、潤滑剤抜き穴８２の他端８２ｃの開口から吐出された潤滑剤は、ステータコイル部６３の端面６３ａに向けて吹き付けられてステータコイル部６３の端面６３ａに接触可能である。これによりステータコイル部６３が潤滑剤により冷却され、ステータコイル部６３の過熱が抑制される。
【００３４】
更に、インペラ羽根５の後方側の背面圧Ｐ１が作動室２０の圧力よりもかなり高いときには、差圧の影響で、逃がし通路７５の第２開口７７から吐出された潤滑剤は、ステータコイル部６３の端面６３ａに吹き付けられてステータコイル部６３の端面６３ａに接触可能である。これによりステータコイル部６３が潤滑剤により冷却され、ステータコイル部６３の過熱が抑制される。なお、潤滑剤抜き穴８２の他端８２ｃ、開口逃がし通路７５の第２開口７７から吐出された潤滑剤の噴出度合が少ないときには、潤滑剤はステータコイル部６３の端面６３ａに接触せず、作動室２０に流入する。
【００３５】
ここで、ターボ圧縮機１の運転時において、潤滑剤抜き穴８２の他端８２ｃの開口から吐出される流量をＱ１とし、逃がし通路７５の第２開口７７から吐出される流量をＱ２とすると、Ｑ１はＱ２よりも大きくされている（Ｑ１＞Ｑ２）。Ｑ１を１０として相対表示すると、Ｑ２は０．５〜４の範囲内に相対表示される。その理由としては次のようである。第２シール部９２は、軸受３側の潤滑剤がインペラ羽根５の流入を抑えるオイルシールとして機能する。このため、第２シール部９２よりも後方側の中空室８０には潤滑剤の量が増加するものの、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３に流入される潤滑剤の量は本来的に少ないためである。
【００３６】
以上説明したように本実施形態によれば、逃がし通路７５は、駆動軸４の軸長方向において第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３に開口するように形成された第１開口７６と、大気側に連通する第２開口７７と、第１開口７６および第２開口７７を連通させる連通路７８とを備えている。この結果、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３は、大気圧または大気圧に近い状態という低い圧力に維持される。ここで、インペラ羽根５の後方の背面圧をＰ１とし、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３の圧力をＰ２とし、中空室８０のフリンジャ圧力をＰ３とするとき、背面圧Ｐ１は、圧力Ｐ２および圧力Ｐ３よりも高く維持される。このため、軸受３側の潤滑剤がインペラ羽根５側やコンプレッサ室２８に差圧によって流入することが抑制される。従って、インペラ羽根５で下流側に搬送されるコンプレッサ室２８の流体（気体など）に軸受３側の潤滑剤が混入することが抑制される。
【００３７】
万一、軸受３の潤滑剤が第２シール部９２を越え、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３に流入したとしても、その潤滑剤は、筒部４５の外周面が発生させる遠心力により遠心方向に移動し易くなり、貯留溝７９の外周面７９ｃ付近に溜まる。貯留溝７９は軸芯Ｐｘの回りを１周しており、しかも貯留溝７９の容積は大きいため、潤滑剤が貯留溝７９に効率よく貯留される。従って、その潤滑剤がインペラ羽根５側やコンプレッサ室２８に流入することが抑制される。更に、背面圧Ｐ１は圧力Ｐ２や圧力Ｐ３よりも高いため、差圧に起因する流体流れ（気体流）により、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３の潤滑剤は、逃がし通路７５に押し流され、連通路７８および第２開口７７を介して作動室２０に吐出される。差圧に起因する流体流れ（気体流）の流速が速いときには、潤滑剤はステータコイル部６３の端面６３ａに衝突し、ステータコイル部６３の冷却を促進させる。このようにして潤滑剤がインペラ羽根５側やコンプレッサ室２８側に流入することが抑制される。ひいては、インペラ羽根５により搬送される流体（空気等の気体）に潤滑剤が混入することが抑制される。
【００３８】
また、ターボ圧縮機１の運転を停止させてインペラ羽根５の回転を停止させるとき、インペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１は、急激に低下する。しかし第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３は、逃がし通路７５により常に作動室２０に連通されており、大気圧または大気圧に近い状態に維持されている。この結果、ターボ圧縮機１の回転を停止させたとしても、インペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１は、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３の圧力Ｐ２，圧力Ｐ３よりも低下することが抑えられる。ひいては、軸受３側の潤滑剤がインペラ羽根５側やコンプレッサ室２８に流入することが抑制される。従って、インペラ羽根５で搬送されるコンプレッサ室２８の流体に軸受３側の潤滑剤が混入することが抑制される。
【００３９】
ところで、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３の圧力Ｐ２と、中空室８０のフリンジャ圧力Ｐ３との差はわずかであるため、インペラ羽根５の回転が急激に低下するときには、圧力Ｐ３と圧力Ｐ２との圧力差が逆転するおそれがある。この場合、軸受３側の潤滑剤は、第２シール部９２を通過して領域９３に至るおそれがある。第２シール部９２を越えた潤滑剤は貯留溝７９に貯まるため、インペラ羽根５側やコンプレッサ室２８側に流入することは抑制される。そして、駆動軸４の回転数が再度増加するとき、インペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１が圧力Ｐ２よりもかなり高くなるため、差圧（Ｐ１＞Ｐ２）によって発生する流体流れ（気体流）により、貯留溝７９に貯まった潤滑剤は、逃がし通路７５を介して作動室２０に流下させられる。
【００４０】
本実施形態によれば、上記したように安価な構成により、コンプレッサ室２８への潤滑剤の混入が防止される。
【００４１】
（試験例）
上記した実施形態に基づいてターボ圧縮機１を製作し、試験を実施した。比較形態に基づいてターボ圧縮機を製作した。実施形態に係るターボ圧縮機１には、第１開口７６と第２開口７７と連通路７８とを備えている逃がし通路７５（平均通路径：４ミリメートル）が形成されている。比較形態に係るターボ圧縮機１は、実施形態と基本的には同じ構造、同じサイズであるが、比較形態では、第１開口７６と第２開口７７と連通路７８とを備えている逃がし通路７５が形成されていない。
【００４２】
実施形態に基づくターボ圧縮機１、比較形態に基づくターボ圧縮機について、ステータコイル部６３に通電し、ターボ圧縮機１のインペラ羽根５を回転させ、空気を圧縮しつつ搬送した。単位時間あたりの回転数は８万ｒｐｍとした。インペラ羽根５が回転しているときには、背面圧Ｐ１は、第１シール部９１と第２シール部９２との間の圧力Ｐ２、フリンジャ圧力Ｐ３よりもかなり高いため、軸受３側の潤滑剤が高圧のインペラ羽根５側に流入することは防止されている。しかしターボ圧縮機１を停止させインペラ羽根５の回転を停止させると、事情は変化する。
【００４３】
インペラ羽根５の回転を停止させるときの圧力変化を、図３よび図４に示す。図３および図４において、横軸は時間（相対表示）を示し、縦軸は圧力（相対表示）を示す。特性線Ａ１はインペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１を示す。特性線Ａ２は第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３の圧力Ｐ２を示す。特性線Ａ３は中空室８０のフリンジャ圧力Ｐ３を示す。図３は比較形態を示す。図４は実施形態を示す。比較形態によれば、図３に示すように、特性線Ａ１に示すように、インペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１は急激に低下するものの、第１シール部９１および第２シール部９２が存在するため、圧力Ｐ２および圧力Ｐ３の低下は遅延する。このため比較形態によれば、インペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１の大きさが圧力Ｐ２および圧力Ｐ３の大きさに接近したり、圧力Ｐ２および圧力Ｐ３の大きさよりも低下するおそれがある。この場合、軸受３側の潤滑剤が高圧のインペラ羽根５側、コンプレッサ室２８側に流入するおそれがある。
【００４４】
これに対して実施形態では、図４の特性線Ａ１に示すように、インペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１は急激に低下するものの、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３は、逃がし通路７５により作動室２０に常に連通しており、大気圧または大気圧に近い状態に維持されている。このためインペラ羽根５の後方の背面圧Ｐ１が急激に低下したとしても、背面圧Ｐ１が圧力Ｐ２および圧力Ｐ３よりも低下することが抑制される。このため軸受３側の潤滑剤がインペラ羽根５側やコンプレッサ室２８側に流入することが抑制される。
【００４５】
（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果をもつ。図５に示すように、駆動軸本体４０の外周部に配置されている筒部４５の外周面には、遠心方向に延設されたリング状の第２鍔部４６Ｂが形成されている。第２鍔部４６Ｂは、貯留溝７９（第１開口７６）に対面するように貯留溝７９（第１開口７６）内に配置されている。第２鍔部４６Ｂは、軸受３側からインペラ羽根５に向かうにつれて外径が増加する傾斜面４６ｋをもつ。ここで、駆動軸本体４０が回転して筒部４５が回転すると、第２鍔部４６Ｂは大きな遠心力を発生させる。第２鍔部４６Ｂが発生する遠心力により、筒部４５の外周面付近に存在する潤滑剤を駆動軸４の遠心方向（径外方向）に沿って貯留溝７９の外周面７９ｃ側に飛散させることができる。この場合、潤滑剤を効率よく逃がし通路７５から作動室２０側に吐出させることができる。従って、潤滑剤を逃がし通路７５から作動室２０側に流入させる効率を高めることができる。
【００４６】
（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果をもつ。図６に示すように、バックプレート２３には、大気に連通する室２３ｍが形成されている。室２３ｍは、図略の通路を介して作動室２０に連通している。室２３ｍは、貯留溝７９の外周側において貯留溝７９の上側に位置している。逃がし通路７５Ｃは、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３に形成された第１開口７６と、室２３ｍに対面する第２開口７７Ｃと、第１開口７６および第２開口７７Ｃを連通させる連通路７８Ｃとを備える。連通路７８Ｃは、バックプレート２３に形成されている。
【００４７】
このような逃がし通路７５Ｃと、別の逃がし通路７５とにより、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３は、大気に連通されている。この結果、第１シール部９１と第２シール部９２との間の領域９３は、大気圧または大気圧に近い状態に維持される。なお、逃がし通路７５Ｃを設ければ、別の逃がし通路７５を廃止しても良い。
【００４８】
（実施形態４）
図７は実施形態４を示す。本実施形態は燃料電池システムに適用している。燃料発電システムは、定置型または車両搭載型の燃料電池システムに適用している。図７に示すように、燃料電池システムは、燃料極１０１と酸化剤極１０３とで電解質膜１０４（例えばイオン伝導性をもつ固体高分子膜など）を挟んだ燃料電池１００と、燃料電池１００の燃料極１０１の入口にガス状の燃料（例えば水素ガス、水素含有ガス）を供給する燃料供給路２００と、燃料電池１００の燃料極１０１の出口からガス状の燃料オフガスを排出する燃料オフガス路２１０と、燃料電池１００の酸化剤極１０３の入口に加湿器３３３を介して酸化剤ガス（例えば空気）を供給する酸化剤供給路３００と、燃料電池の酸化剤極１０３の出口からガス状の酸化剤オフガスを排出する酸化剤オフガス路３１０とをもつ。
【００４９】
燃料供給路２００には燃料供給弁２０５が設けられている。燃料オフガス路２１０には燃料オフガス排出弁２１５が設けられている。酸化剤供給路３００には酸化剤供給弁３０５が設けられている。酸化剤オフガス路３１０には酸化剤オフガス排出弁３１５が設けられている。
【００５０】
発電運転時には、燃料供給路２００の燃料供給弁２０５が開放し、燃料が燃料電池１００の燃料極１０１に供給される。酸化剤供給路３００の酸化剤供給弁３０５が開弁し、酸化剤ガスが燃料電池１００の酸化剤極１０３に供給される。これにより燃料電池１００の内部で発電される。燃料オフガスは燃料オフガス路２１０の燃料オフガス排出弁２１５から排出される。酸化剤オフガス（空気オフガス）は酸化剤オフガス路３１０の酸化剤オフガス排出弁３１５から排出される。
【００５１】
本実施形態によれば、図７に示すように、酸化剤供給路３００の酸化剤供給弁３０５の上流に、本発明に係るターボ圧縮機１を設ける。ターボ圧縮機１により圧縮空気（酸化剤ガス）を燃料電池１００の酸化剤極に供給できるため、燃料電池１００の発電性能を高めることができる。図７に示すように、ターボ圧縮機１は、加湿器３３３の上流に配置されており、ターボ圧縮機１で圧縮された酸化剤ガスを加湿器３３３に供給して加湿した後に燃料電池１００の酸化剤極１０３に供給する。加湿器３３３は、加湿部材（例えば中空糸やイオン交換膜等の水分保持部材）をもつ。酸化剤オフガス路３１０は加湿器３３３に繋がっており、燃料電池から排出された酸化剤オフガス路３１０を流れる水分リッチなオフガスは、加湿器３３３に流れ、加湿器３３３の加湿部材に水分を与える。これにより加湿器３３３の加湿能力が確保される。
【００５２】
本実施形態によれば、加湿器３３３に潤滑剤が混入することを抑制できる。本実施形態によれば、ターボ圧縮機１で搬送される圧縮空気へ潤滑剤が混入することが抑えられる。このため、燃料電池１００を構成する燃料極１０１、酸化剤極１０３、電解質膜１０４等に潤滑剤が混入することが抑制される。よって燃料電池１００の劣化が抑えられ、燃料電池１００の長寿命化を図ることができる。あるいは、図示はしないものの、ターボ圧縮機１を燃料電池１００と加湿器３３３との間において配置しても良い。この場合、加湿器３３３で加湿された空気（酸化剤ガス）をターボ圧縮機１で圧縮させた後に燃料電池１００の酸化剤極１０３に供給する。
【００５３】
（その他）上記した実施形態によれば、軸受３は内輪３０と外輪３１と転動体３２とをもつが、これに限らず、要するに軸受機能を有していれば良い。上記した実施形態によれば、回転力発生部６は、駆動軸４に設けられたロータ部６０とステータコイル部６３とを備えているが、これに限らず、燃料を燃焼させて回転駆動する内燃機関（例えば車両搭載の内燃機関でも良い）や外燃機関等の駆動源に接続されている伝達軸としても良い。本発明はターボチャージャにも適用できる。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。ある実施形態に特有の構造は他の実施形態にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は燃料電池システム等の流体系システムに使用されるターボ圧縮機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１に係り、ターボ圧縮機の断面図である。
【図２】実施形態１に係り、ターボ圧縮機の要部の断面図である。
【図３】比較形態に係り、ターボ圧縮機の駆動を停止させるときにおける圧力の変化を示す特性図である。
【図４】実施形態１に係り、ターボ圧縮機の駆動を停止させるときにおける圧力の変化を示す特性図である。
【図５】実施形態２に係り、ターボ圧縮機の要部の断面図である。
【図６】実施形態３に係り、ターボ圧縮機の要部の断面図である。
【図７】実施形態４に係り、ターボ圧縮機を搭載する燃料電池システムのシステム図である。
【符号の説明】
【００５６】
１はターボ圧縮機、２はボディ、３は軸受、４は駆動軸、５はインペラ羽根、６は回転力発生部、７は潤滑剤供給路を示す。
【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】
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