(57)【要約】【課題】防錆性能に優れ、酸性物質が存在するような雰囲気での使用に好適で、耐焼付き性能も良好な転がり軸受、前記転がり軸受を具備し、長期にわたり安定作動する燃料電池システム用圧送機並びに前記圧送機を具備し、長期にわたり安定した発電を行い得る燃料電池システムを提供する。【解決手段】内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持し、フッ素系潤滑油にフッ素系増ちょう剤及びフッ素系界面活性剤を配合してなるグリース組成物を封入した転がり軸受、前記転がり軸受を具備する燃料電池システム用圧送機並びに前記圧送機を具備する燃料電池システム。【選択図】      図１
2004278695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持し、フッ素系潤滑油にフッ素系増ちょう剤及びフッ素系界面活性剤を配合してなるグリース組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
グリース組成物において、基油がパーフルオロポリエーテル油で、増ちょう剤がポリテトラフルオロエチレンであり、フッ素系界面活性剤が分子中に炭素原子とフッ素原子とを１：２〜２：１の割合で含み、かつグリース全量の０．２〜１０質量％配合されることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】
酸性物質が存在する雰囲気で使用されることを特徴とする請求項１または２記載の転がり軸受。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の転がり軸受を具備することを特徴とする燃料電池システム用圧送機。
【請求項５】
少なくとも、燃料電池スタック及び各種流体を輸送するための圧送機を具備する燃料電池システムであって、前記圧送機が請求項４記載の燃料電池システム用圧送機であることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受、前記転がり軸受を具備する燃料電池システム用の圧送機並びに前記圧送機を具備した燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギー需給問題、大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化等の環境問題に対し、クリーンな排気及び高エネルギー効率を可能にする燃料電池が注目を浴びている。燃料電池は、水素や水素リッチな改質ガスと酸素等（空気）の酸化剤との電気化学反応によって化学エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギーシステムである。燃料電池に用いられる電解質には、固体高分子、リン酸水溶液、溶融炭酸塩、アルカリ水溶液等があるが、中でも、固体高分子電解質型燃料電池は、比較的低温（１００℃以下）で発電が行われ、出力密度が高く、低温で作動し、電池構成材料の劣化が少なく、起動が容易である等の長所があることから、特に、自動車等の輸送体の動力源として有効とされており、種々の燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
固体高分子電解質型燃料電池の基本的構成は、固体高分子電解質膜の両面を、白金等の貴金属を触媒とする多孔質のカソード（酸素極）とアノード（燃料極）の両ガス拡散電極で挟んで重ね合わせてなるセルを、セパレータを介して積層して燃料電池スタックとし、各セパレータの表裏両面にガス通路を形成し、カソード側のガス通路には酸化剤ガスを給排させ、アノード側のガス通路には燃料ガスを給排させるようにした構成が一般的である。
【０００４】
これらの固体高分子電解質型燃料電池を用いた燃料電池システムでは、水素や水素リッチな改質ガス、酸化剤として多量の空気を輸送するために圧送機が使用されており、これらの気体の輸送を安定に行うための改良がなされた圧送機が種々提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】
特開平１１−３０７１１２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３１２９４号公報
【特許文献３】
特開２００２−７０７６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池システムでは、発電のための化学反応に際して水が発生することから、圧送機が輸送する気体には多分に水分が混入している。更に、固体高分子電解質型燃料電池では、燃料電池スタックのセルを構成する電解質としてフッ素樹脂系の高分子膜が一般的であり、水素イオンの伝導性を維持し、膜の破損の原因となる水素と酸素との直接反応を避けるために、このフッ素樹脂系高分子膜は常に水分を含んだ状態に維持されなければならず、固体高分子電解質型燃料電池を用いた燃料電池システムでは、圧送機と燃料電池スタックとの間に加湿器が介在される。また、水素燃料を循環させて再利用する燃料電池システムでは、電解質から酸やアルカリが遊離し、メタノールやメチルエーテル等の改質ガスを用いる燃料電池システムでは、副次的に生成した一酸化炭素や二酸化炭素を除去する必要がある。
【０００６】
このように、燃料電池システムでは、圧送機に組み込まれている転がり軸受が、水分や賛成物質との接触により錆や腐食が発生し易い状況に置かれており、転がり軸受には潤滑性能に加えて防錆性能に優れることが要求されている。
【０００７】
また、発電量の増加の要望に対応して圧送機はより高速化、高性能化が求められており、転がり軸受も高速、高荷重下で回転されることから、耐熱性に優れることも要求されている。そのため、圧送機に組み込まれる転がり軸受では、耐熱性に優れるフッ素系グリースやシリコーン系グリースが多用されているが、軌道面や転動体表面は、基油であるフッ素系潤滑油やシリコーン系潤滑油よりも水との親和性が高いため、水分が侵入すると、水分が軌道面や転動体表面に吸着してグリース漏れが起こり易くなる。更に、防錆性能を付与するために、フッ素系グリースやシリコーン系グリースに防錆剤を配合することも考えられるが、防錆性能に優れるスルホン酸金属塩やコハク酸誘導体は、基油であるフッ素系潤滑油やシリコン系潤滑油に溶解し難いため、配合量を多くすることができず、十分な防錆性能を付与できていない。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、防錆性能に優れ、酸性物質が存在するような雰囲気での使用に好適で、耐焼付き性能も良好な転がり軸受を提供することを目的とする。また、前記転がり軸受を具備し、長期にわたり安定作動する燃料電池システム用圧送機、並びに前記圧送機を具備し、長期にわたり安定した発電を行い得る燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、フッ素系グリース組成物に、フッ素系界面活性剤を添加することで、水分が侵入しても軌道面と転動体表面との間に良好なフッ素系潤滑油の油膜が形成され、更に従来フッ素系グリース組成物に使用できなかった各種添加剤も添加可能になり、これを封入した転がり軸受は、防錆性能が向上し、酸性物質が存在する雰囲気での使用にも適したものとなることを知見した。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１０】
即ち、上記の目的を達成するために本発明は、
（１）内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持し、フッ素系潤滑油にフッ素系増ちょう剤及びフッ素系界面活性剤を配合してなるグリース組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受
（２）グリース組成物において、基油がパーフルオロポリエーテル油で、増ちょう剤がポリテトラフルオロエチレンであり、フッ素系界面活性剤が分子中に炭素原子とフッ素原子とを１：２〜２：１の割合で含み、かつグリース全量の０．２〜１０質量％配合されることを特徴とする上記（１）記載の転がり軸受
（３）酸性物質が存在する雰囲気で使用されることを特徴とする上記（１）または（２）記載の転がり軸受
（４）上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の転がり軸受を具備することを特徴とする燃料電池システム用圧送機
（５）少なくとも、燃料電池スタック及び各種流体を輸送するための圧送機を具備する燃料電池システムであって、前記圧送機が上記（４）記載の燃料電池システム用圧送機であることを特徴とする燃料電池システム
を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１２】
〔転がり軸受〕
本発明において、転がり軸受の構成自体は制限されるものではなく、例えば図１に示すような玉軸受３００を例示することができる。図示される玉軸受３００は、内輪５０１と外輪３０２との間に保持器３０３を介して複数の転動体である玉３０４を略等間隔で回動自在に保持してなり、本発明においては更に内輪３０１、外輪３０２及び玉３０４で形成される空所Ｓに、後述されるグリース組成物（図示せず）を所定量充填し、シール部材３０５で封止して構成されている。尚、グリース組成物の封入量は、従来と同様に、軸受空間容積の５〜５０容積％の範囲で使用条件に応じて選定する。
【００１３】
グリース組成物は、フッ素系潤滑油を基油とし、フッ素系増ちょう剤とフッ素系界面活性剤とを含む。フッ素系潤滑油には制限が無く、従来よりフッ素系グリースに使用されているのを使用できるが、パーフルオロポリエーテル油、フルオロシリコーン油、クロロパーフルオロエーテル油、フルオロフォスファゼン油等を好適に使用でき、特にパーフルオロポリエーテル油が潤滑性や耐熱性に優れることから好適である。また、低温流動性不足による低温起動時の異音発生や、高温で油膜が形成され難いために起こる焼付きを避けるために、２０℃における動粘度が１０〜２０００ｍｍ２／ｓであることが好ましい。
【００１４】
また、フッ素系増ちょう剤も従来よりフッ素系グリースに使用されているものを使用できるが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のパーフルオロ系フッ素樹脂が好ましく、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が高温安定性や耐薬品性が優れているため好ましい。フッ素系増ちょう剤の配合量は特に制限されるものでは無く、一般的なフッ素系グリースと同様にグリース全量の５〜３５質量％が適当である。また、混和ちょう度は、２００〜３５０が適応である。
【００１５】
フッ素系界面活性剤としては、Ｒｆ−ＯＨで表されるフルオロアルコール、Ｒｆ−ＣＯＯ−ＲやＲｆ−ＣＯＯ−Ｒｆで表されるフルオロエステル、Ｒｆ−ＯＣＯ−ＲやＲｆ−ＯＣＯ−Ｒｆで表されるフルオロアクリレート、Ｒｆ−ＣＯＯＨで表されるフルオロカルボン酸、Ｒｆ−ＮＨ２で表されるフルオロアミン等を好適に使用できる。尚、式中のＲｆはフッ素原子を含有する炭化水素基、Ｒは炭化水素基を示し、更にＲｆ及びＲはその分子鎖中に酸素原子や窒素原子、硫黄原子等（所謂、エーテル結合やアミド結合）を有してもよい。
【００１６】
中でも、分子中に炭素元素とフッ素元素とを１：２〜２：１の割合で含むフッ素系界面活性剤が好ましく、例えば３−ヒドロキシ−２−（トリフルオロメチル）プロピオン酸（ＨＯＣＨ２ＣＨ（ＣＦ３）ＣＯＯＨ；沸点９７℃／２．５ｍｍＨｇ））、α−トリフルオロメチルアクリル酸（ＣＦ３Ｃ（ＣＯＯＨ）＝ＣＨ２；沸点８６℃／３５ｍｍＨｇ）、パーフルオロ−ｎ−ペンタン酸（ｎ−Ｃ４Ｆ９ＣＯＯＨ；沸点８２℃／８５ｍｍＨｇ））、（パーフルオロ−ｎ−ブチル）メタノール（ｎ−Ｃ４Ｆ９ＣＨ２ＯＨ；沸点７７℃／１７３ｍｍＨｇ）、２−（パーフルオロ−ｎ−ブチル）エタノール（ｎ−Ｃ４Ｆ９ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ；沸点１４２℃）、（パーフルオロ−ｎ−ヘキシル）メタノール（ｎ−Ｃ６Ｆ１３ＣＨ２ＯＨ；沸点６７℃／２９ｍｍＨｇ）、３−（ペーフルオロ−ｎ−ブチル）プロピル−２−エノール（ｎ−Ｃ４Ｆ９ＣＨ＝ＣＨＣＨ２ＯＨ；沸点７７℃／３０ｍｍＨｇ）、パーフルオロ−ｎ−ヘプタン酸（ｎ−Ｃ６Ｆ１３ＣＯＯＨ；８９℃／３０ｍｍＨｇ）、パーフルオロ−ｎ−ノナン酸（ｎ−Ｃ８Ｆ１７ＣＯＯＨ；１０３℃／１７ｍｍＨｇ）、（パーフルオロ−ｎ−オクチル）メタノール（ｎ−Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＯＨ；沸点８４℃／１６ｍｍＨｇ）、３−（パーフルオロ−ｎ−ヘキシル）プロピル−２−エノール（ｎ−Ｃ６Ｆ１３ＣＨ＝ＣＨＣＨ２ＯＨ；沸点７７℃／１０ｍｍＨｇ）等が特に好適である。分子中の炭素原子の比率が大きくなると、フッ素系潤滑油との親和性が低くなる。一方、分子中のフッ素原子の比率が大きくなると、軌道面や転動体表面に侵入水分の被膜ができ易く、潤滑性能が悪化するようになる。
【００１７】
更には、Ｒｆ−Ｒ−ＣＯＯＨで表され、かつ沸点が８０℃以上のフッ素系界面活性剤が好ましく、上記に例示したものの中では３−（パーフルオロ−ｎ−オクチル）プロパン酸（ｎ−Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯＨ）が特に好適である。
【００１８】
また、フッ素系界面活性剤の添加量は、グリース全量の０．２〜１０質量％が好ましく、１〜８質量％がより好ましく、１〜５質量％が特に好ましい。フッ素系界面活性剤は、軌道面や転動体表面とフッ素系潤滑油との親和性を高めて軌道面と転動体表面との間にフッ素系潤滑油の油膜を形成し易くし、更に水分が侵入してもこのフッ素系潤滑油の油膜を維持し、結果として防錆性能や耐焼付き性を高める作用を奏する。そのため、フッ素系界面活性剤の添加量が０．２質量％未満では、このような効果が期待できない。一方、１０質量％を超える場合は、基油及び増ちょう剤が相対的に少なくなり、潤滑性能が低下して耐焼付き性が低下するようになる。
【００１９】
更に、グリース組成物には、必要に応じて各種の添加剤を添加することができる。しかも、従来よりフッ素系グリースに使用されている添加剤は勿論のこと、フッ素系界面活性剤の作用により、従来ではフッ素系グリースに使用されない添加剤を使用することができ、更には添加量が極く僅かであった添加剤についてもその添加量を大幅に高めることができる。
【００２０】
例えば、防錆性能に優れるスルホン酸金属塩やコハク酸エステルを、他のグリースと同等量添加することができ、防錆性能を更に向上させることができる。また、ジチオカルバミン酸亜鉛、ジチオカルバミン酸モリブデン、ジチオカルバミン酸テルル、ジチオカルバミン酸アンチモン、ジチオカルバミン酸セレン、ジチオカルバミン酸鉄、ジチオカルバミン酸銅、ジチオリン酸亜鉛、ジチオリン酸モリブデン、ジチオリン酸アンチモン、オクチル酸鉄、ナフテン酸銅、ジブチルスズサルファイド、フェネート、ホスフェート等の極圧斎や摩耗防止剤も他のグリースと同等量添加することができる。
【００２１】
但し、金属元素は燃料電池スタックの触媒毒となり得ることから、特にグリースが気散し易い箇所で使用される場合は、金属元素を含有しない添加剤を使用することが好ましい。
【００２２】
本発明の転がり軸受は、封入したグリース組成物がフッ素系界面活性剤の作用により防錆性能や耐焼付き性能に優れ、酸性物質が存在する雰囲気での使用が可能であり、例えば燃料電池システムの圧送機に組み込まれる転がり軸受として好適である。
【００２３】
〔燃料電池システム用圧送機〕
また、本発明は上記の転がり軸受を具備する燃料電池システム用圧送機に関する。燃料電池システム用圧送機として、インペラ型圧送機、スクロール型圧送機、斜板型圧送機、スクリュー型圧送機が一般的であるが、これらに限定されない。以下に各圧送機を例示する。
【００２４】
図２に示すインペラ型圧送機は、回転軸３１にインペラ３２が取り付けられており、この回転軸３１が上記の転がり軸受３３ａ、３３ｂで支持されている。そして、回転軸３１の高速回転に伴ってインペラ３２が高速回転すると、気体吸込み口３４から吸込まれた気体がインペラ３２の遠心力で加圧され、ハウジング３５とバックプレート３６とで形成された加圧ボリュート３７を通って水蒸気吐出口３８から圧送される。また、このポンプでは、シーリング部材３９のシール性が低下してくると、気体がインペラ３２の背面の背面空間４０から回転軸３１とシーリング部材３９との間隙４１を通って転がり軸受３３ａ、３３ｂに達するため、これを防ぐためのバッフル４２とブッシュ４３とが回転軸３１に付設されている。
【００２５】
図３に示されるスクロール型圧送機１４０は、固定スクロール１１１と旋回スクロール１１２とからなる圧縮機構部１１０と、モータ主軸１２２に対して偏心して設けられたクランクピン１２２ａにより旋回スクロール１１２を旋回させるクランク機構部１５０と、モータ主軸１２２を回転させる駆動モータ部１２０とからなる。
【００２６】
クランク機構部１５０は、旋回スクロール１１２に旋回運動を行わせる駆動クランク機構１５１、及び旋回スクロール１１２の自転を防止する従動クランク機構１５２で構成されている。
【００２７】
従動クランク機構１５２は、旋回スクロール１１２に設けられた凹状保持部１１２ｃと、従動クランク軸１５３のクランクピン１５３ａ及びクランクピン１５３ａを旋回スクロール１１２に対して回転自在とする上記の転がり軸受１５４とからなる。従動クランク軸１５３は、クランクピン１５３ａとは反対側を上記の転がり軸受１５５を介してモータハウジング１０１に回転自在に支持されている。また、従動クランク軸１５３にはバランスウェイト１５３ｂが設けられており、バランスウェイト１５３ｂによって、旋回スクロール１１２の旋回時に生じる慣性モーメントを打ち消され、振動の低減が図られている。
【００２８】
固定スクロール１１１は、円盤状に形成された固定基盤１１１ａと、この固定基盤１１１ａから立設した渦巻状の旋回渦巻部１１１ｃと、この旋回渦巻部１１１ｃを覆う外周壁１１１ｂとからなる。旋回スクロール１１２は、円盤状の旋回基盤１１２ｂと、この旋回基盤１１２ｂから立設した渦巻状の旋回渦巻部１１２ａとからなる。旋回基盤１１２ｂのリア側中央には有底円筒状の凹状部１１２ｃが設けられている。固定基盤１１１ａにおける図中上下方向略中央には、固定スクロール１１１及び旋回スクロール１１２間で圧縮された空気等の吐出口１１４が設けられている。
【００２９】
凹状部１１２ｃをハウジングとして、針状ころ軸受１３３が凹状部１１２ｃの内周側に挿入されている。この針状ころ軸受１３３は、モータ主軸１２２のクランクピン１２２ａを回転軸として、旋回スクロール１１２を回転自在に支えている。
【００３０】
駆動モータ部１２０において、駆動モータ１２１は、モータ主軸１２２に嵌め合わされたロータ１２３と、ロータ１２３の外周側に設けられてコイル１２４を巻回されたステータ１２５とを、モータハウジング１０１内に備えてなる。モータ主軸１２２は、モータハウジング１０１に上記の転がり軸受１０２を介して回転自在に支持されるとともに、リア側（図中右側）の端部を上記の転がり軸受１０３を介してリアハウジング１０４に回転自在に支持され、シール部材１０７で密封されている。また、モータ主軸１２２には、バランスウェイト１２２ｂが設けられており、バランスウェイト１２２ｂによって、旋回スクロール１１２の旋回時に生じる慣性モーメントを打ち消され、振動低減が図られている。
【００３１】
上記の如く概略構成されるスクロール型圧送機１４０では、駆動モータ１２１に電力が供給されると、モータ主軸１２２が回転し、その回転が駆動クランク機構１３０を介して旋回スクロール１１２に伝達される。旋回スクロール１１２は、モータ主軸１２２の回転に伴って、固定スクロール１１１と噛み合いつつ旋回し、図示しない吸入口から固定スクロール１１１との間に気体を吸入するとともに、固定スクロール１１１との間で圧縮させる。その後、圧縮された気体を吐出口１１４から吐出させる。
【００３２】
図４に示される両斜板式圧送機１６０は、両面傾斜板１７１の回転に伴う両頭ピストン１７２の往復動で気体を圧縮する圧縮機構部１７０と、駆動モータ１８１のモータ主軸１８２の回転により圧縮機構部１７０を駆動する駆動モータ部１８０とを備える。
【００３３】
圧縮機構部１７０において、両頭ピストン１７２は、シリンダブロック１６１のクランク室１６３内にモータ主軸１８２の軸方向に沿って往復動可能に設けられており、両面傾斜板１７１にシュー１７３を介して連結されている。また両面傾斜板１７１は、モータ主軸１８２の外周面に、モータ主軸１８２と一体回転可能に挿着されており、シリンダブロック１６１内に設けられた支持部材１６２に、スラスト軸受１７４を介して回転自在に支持されている。
【００３４】
駆動モータ部１８０において、駆動モータ１８１は、モータ主軸１８２に嵌入されたロータ１８３と、ロータ１８３の外周側に設けられ、コイル１８４を巻回されたステータ１８５とを、モータハウジング１８６内に備えてなる。
【００３５】
モータ主軸１８２は、軸方向略中央より図中左側を左右一対の上記の転がり軸受１８７を介してモータハウジング１８６に回転自在に支持されるとともに、軸方向略中央より図中右側を左右一対の上記の転がり軸受１７５を介して支持部材１６２に回転自在に支持されている。
【００３６】
上記の如く構成される両斜板型圧送機１６０では、駆動モータ１８１に電力が供給されると、モータ主軸１８２が回転し、その回転が両面傾斜板１７１及びシュー１７３を介して両頭ピストン１７２に伝達される。両頭ピストン１７２は、モータ主軸１８２の回転に伴ってクランク室１６３内で軸方向に沿って往復動することにより、気体を吸入・圧縮して吐出させる。
【００３７】
図５に示すスクリュー型圧送機２２０は、主ロータ２０１と副ロータ２０２とを噛み合わせて回転させることで気体を圧縮する圧縮機構部２００と、駆動モータ１８１のモータ主軸１８２の回転により圧縮機構部２００を駆動する駆動モータ部１８０とを備える。なお、駆動モータ部１８０については、図４に示した両斜板式圧送機１６０と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
圧縮機構部２００において、主ロータ２０１及び副ロータ２０２はそれぞれ、対応する螺旋状に形成されて互いに噛み合わせることで協働して回転可能な構成である。主ロータ２０１は、図中左側の回転軸２０１ａを左右一対の上記の転がり軸受２０３を介してハウジング２０７に回転自在に支持されるとともに、図中右側の回転軸２０１ａを上記の転がり軸受２０４を介してハウジングに回転自在に支持されている。また、副ロータ２０２は、図中左側の回転軸２０２ａを図中左右一対の上記の転がり軸受２０５を介してハウジング２０７に回転自在に支持されるとともに、図中右側の回転軸２０２ａを上記の転がり軸受２０６を介してハウジング２０７に回転自在に支持されている。
【００３９】
また、主ロータ２０１の回転軸２０１ａにおいて、転がり軸受２０３，２０４に対して軸方向内側には、ハウジング２０７との間にシール部材２０８が介在されている。副ロータ２０２の回転軸２０２ａにおいて、転がり軸受２０５，２０６より軸方向内側には、ハウジング２０７との間にシール部材２０９が介在されている。
【００４０】
主ロータ２０１及び副ロータ２０２は、図中左側の回転軸２０１ａ，２０２ａにそれぞれ設けられた連結ギア２１０を介して連動される。主ロータ２０１の図中左側の回転軸２０１ａの左端部には、被駆動ギア２１１が設けられており、被駆動ギア２１１は、駆動モータ１８１のモータ主軸１８２に嵌合された駆動軸１８８の駆動ギア１８９に噛合されている。従って、主ロータ２０１は、モータ主軸１８２の回転を、駆動軸１８８、駆動ギア１８９及び被駆動ギア２１１を介して伝達される。主ロータ２０１の回転は、連結ギア２１０を介して副ロータ２０２に伝達される。
【００４１】
また、駆動軸１８８は、左右一対の上記の転がり軸受２１２を介してハウジング２１３に回転自在に支持されている。駆動軸１８８とハウジング２１３との間には、シール部材２１４が介在されている。
【００４２】
上記の如く構成されるスクリュー型圧送機２２０では、駆動モータ１８１に電力が供給されると、モータ主軸１８２が回転し、その回転が駆動軸１８８、駆動ギア１８９、被駆動ギア２１１を介して主ロータ２０１の回転軸２０１ａに伝達される。同時に、主ロータ２０１の回転軸２０１ａから連結ギア２１０を介して副ロータ２０２の回転軸２０２ａに伝達される。主ロータ２０１及び副ロータ２０２は、噛み合い回転することにより、気体を吸入・圧縮して吐出させる。
【００４３】
上記の各圧送機は、組み込まれている転がり軸受が、防錆性能や耐水性能に優れ、耐酸性も良好であることから、長期にわたり安定して作動する。
【００４４】
〔燃料電池システム〕
本発明は更に、上記の燃料電池システム用圧送機を具備する燃料電池システムに関する。燃料電池システムとしては、図６に示す固体高分子電解質型燃料電池システムや図７に示す水素タンク方式の燃料電池システムを例示することができる。
【００４５】
図６に示す固体高分子電解質型燃料電池システムは引用文献１（特開平１１−３０７１１２号公報）に記載された燃料電池システムに相当するものであり、固体高分子電解質膜１の両面をカソード２とアノード３の両ガス拡散電極で狭持してなるセルをセパレータを介して積層して燃料電池スタックとし、更に数セルに１つずつの冷却部４を備える固体高分子電解質型燃料電池Ｉのアノード３入口側に、上流側より順に改質器５、熱交換器６、シフトコンバータ７、ＣＯ除去器８をそれぞれ設置し、燃料タンク９から供給されるメタノールを、メタノール蒸発器１０を経て改質器５に導入させるようにメタノール供給ライン１１を設け、一方、水タンク１２からの水の一部を蒸気発生器１３で水蒸気にして送る水蒸気ライン１４をメタノール供給ライン１１に接続してメタノールと水蒸気とを改質器５に導入して水蒸気改質を行わせるようにすると共に、水の他の一部を、冷却用として熱交換器６とＣＯ除去器８を通過させるようにし、改質器５で改質された燃料ガスＦＧを、熱交換器６で水タンク１２からの冷却水により冷却した後、２００℃で運転されるシフトコンバータ７でシフト反応を行って、固体高分子電解質型燃料電池Ｉの触媒毒となる一酸化炭素（ＣＯ）の濃度をＣＯ除去器８が処理可能な濃度（１％以下）に低減する。また、１００〜１５０℃程度で運転されるＣＯ除去器８でＣＯ除去処理された燃料ガスＦＧが加湿器１５を経て固体高分子電解質型燃料電池Ｉのアノード３へ供給する。
【００４６】
一方、固体高分子電解質型燃料電池Ｉのカソード２の入口側には、酸化剤ガスとして空気Ａをターボチャージャ１６の上記の圧送機１７により圧縮して加湿器１５を経て供給するようにすると共に、一部を分岐してＣＯ除去器８に入れてＣＯの燃焼に用い、また、カソード２から排出されたカソード排ガスＣＧの全量と、アノード３から排出されたアノード排ガスＡＧの一部とを燃焼器１９で燃焼させた後、改質器５の燃焼室に導入し、改質器５の改質室内のメタノールを改質触媒の存在下で２５０℃になるように熱を吸熱して反応させて燃料ガスＦＧに改質する。
【００４７】
また、改質器５の燃焼室より排出された排ガスは、アノード３から排出されたアノード排ガスＡＧの一部とともに燃焼器２０で燃焼させられた後にタービン１８に導いて上記の圧送機１７を駆動させ、タービン１８から排出された排気ガスは蒸気発生器１３、メタノール蒸発器１０を通して排気ガスとして排出させる。更に、水タンク１２からの冷却水の一部は、加湿器１５を経て固体高分子電解質型燃料電池Ｉの冷却部４を通過させられ、冷却部４を通過させられた冷却水は、冷却器２１で冷却されて水タンク１２へ入れられる。また、カソード排ガスライン２２中の気水分離器２３及びアノード排ガスライン２４中の気水分離器２５で各々分離された水は、熱交換器６及びＣＯ除去器８を通過した水とともに水タンク１２に戻される。
【００４８】
また、図７に示す燃料電池システムは引用文献２（特開２００２−２３１２９４号公報）に記載された燃料電池システムに相当するものであり、図中、符号５１は、固体高分子電解質膜を間に挟んで燃料極５３と酸化剤極５５とを相互に対向配置し、更にセパレータで挟持して複数積層して構成される燃料電池スタックである。また、符号５７は加湿器であり、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、それぞれ半透膜を介して純水と隣接し、水分子が半透膜を通過することにより燃料ガスおよび酸化剤ガスに対して加湿を行う。
【００４９】
水素タンク５９には水素が貯えられており、この水素は燃料調圧弁６１により調圧された後、上記の圧送機（エゼクタ圧送機）６３、供給側水分離器６５及び加湿器５７を通り、燃料電池スタック５１に対し燃料極５３の燃料入口５３ａから供給される。燃料極５３の燃料出口５３ｂから排出される水素と水蒸気との混合ガスは、排出側水分離器６７、流路遮断弁６９を通り、上記の圧送機（エゼクタ圧送機）６３で原燃料ガスと混合され、この混合ガスが供給側水分離器６５及び加湿器５７を経て燃料電池スタック５１の燃料極５３に循環される。また、排出側水分離器６７と流路遮断弁６９との間の配管７１には、パージ分岐部７３にて、水素をパージさせるパージ配管７５が分岐接続され、パージ配管７５にはパージガス遮断弁７７及びパージガス触媒７９がそれぞれ設けられている。
【００５０】
酸化剤としての空気は、上記の圧送機８１によって加湿器５７を経て燃料電池スタック１の酸化剤極５５に、酸化剤入口５５ａから供給される。酸化剤極５５の酸化剤出口５５ｂから排出される排気は、水蒸気と液水を含み、水分離器８３によって液水分が分離される。水分離器８３には、水素パージ時の空気供給用の空気パージ配管８５及びパージガス遮断弁８７が設けてあり、水素パージ時にはパージガス触媒７９に空気が供給されて外部に排出される。また、空気パージ配管８５には、空気排出管８９が分岐接続され、空気排出管８９には空気調圧弁９１が設けられている。
【００５１】
更に、燃料電池スタック５１の発電状態はセンサ（図示せず）で検知され、検知信号を受けて発電状態に応じて、水素圧力及び空気圧力を燃料調圧弁５１及び空気調圧弁９１で調整するようフィードバック制御するとともに、空気流量を上記の圧送機８１の回転速度により調整するようフィードバック制御する構成となっている。
【００５２】
このように構成される燃料電池システムは、上記の圧送機を具備することにより長寿命となる。
【００５３】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００５４】
市販の無添加フッ素系グリース（デュポン社（株）製「クライトクスＧＰＬ２０３」、２０℃における基油動粘度８０ｍｍ２／ｓ）をベースグリースとし、表１に示すように、フッ素系界面活性剤（３−（パーフルオロ−ｎ−オクチル）プロパン酸）、酸化マグネシウム粉末またはベンゾトリアゾールを添加して３段ロールミルで均一に混合し、更にｋｉｎｇ社製「Ｎａｓｕｌ  ＢＳＮ」（スルホン酸バリウム）を添加して３段ロールミルで均一に混合して実施例及び比較例の各試験グリースを調製した。そして、試験グリースを下記に示す（１）焼付き耐久試験及び（２）防錆試験に供した。
【００５５】
（１）焼付き耐久試験
日本精工（株）製接触型密封シール付き玉軸受「６２０４ＤＤ」（内径２０ｍｍ、外径４７ｍｍ、幅１４ｍｍ；図１参照）に、試験グリースを空間容積の４０％を占めるように封入して試験軸受を作製した。そして、図８に示す試験装置を用いて焼付き耐久試験を行った。図示される試験装置は、回転用シャフト３６０を一対の支持用軸受３６２で支持し、その中間部に試験軸受３６１を装着し、更に全体を所定温度に維持できるように恒温容器（図示せず）に収容する構成となっている。試験は、外輪温度２２０℃、ラジアル荷重９８Ｎ、アキシアル荷重９８Ｎ、内輪回転速度５０００ｍｉｎ−１の条件で試験軸受３６１を連続回転させ、外輪温度が２３０℃に上昇した時点を焼付きと判断し、それまでの回転時間を求めた。結果を表１に示すが、ベースグリースのみでの焼付き耐久時間を１０とする相対値で示してある。
【００５６】
（２）防錆試験
日本精工（株）製非接触型密封シールド付き玉軸受「６３０３ＺＺ」（内径１７ｍｍ、外径４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）に、試験グリースを空間容積の５０％を占めるように封入して試験軸受を作製した。そして、ＡＳＴＭ  Ｄ  １７４３に準じて、試験軸受を１８００ｍｉｎ−１で３０秒間ならし回転した後、注射器で０．５％塩水を０．５ｍＬ軸受内部に注入し、再び１８００ｍｉｎ−１で３０秒間ならし回転した。次いで、試験軸受を９０℃、９５％ＲＨに保持した恒湿恒温槽内に９６時間放置した後、分解して軌道面の錆の発生状況を肉眼で観察した。錆の発生状況を３段階（錆なし、中錆、大錆）に分けて判断した。結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１より、実施例の試験グリースを封入した試験軸受は、比較例の試験軸受に比べて焼付き耐久時間は遜色が無く、防錆性能は格段に優れている。
【００５９】
（３）フッ素系界面活性剤の添加量の検証
実施例５の配合において、フッ素系界面活性剤（３−（パーフルオロ−ｎ−オクチル）プロパン酸）の添加量を変えて試験グリースを調製し、上記の（１）焼付き耐久試験及び（２）防錆試験に供した。結果を図９にグラフ化して示す。
【００６０】
図９より、フッ素系界面活性剤の添加量が増加するのに従い、防錆性能が向上するものの、焼付き時間が低下するようになる。そのため、防錆性能と耐焼付き性能とを両方満足するには、フッ素系界面活性剤の添加量の上限をグリース全量の１０質量％以下とすることが好ましく、８質量％以下がより好ましく、５質量％以下が特に好ましい。また、下限値についてはグリース全量の０．２質量以上が好ましく、１質量％以上がより好ましい。即ち、本発明においては、フッ素系界面剤の添加量をグリース全量の０．２〜１０質量％とすることが好ましく、１〜８質量％がより好ましく、１〜５質量％が特に好ましい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、防錆性能に優れ、酸性物質が存在するような雰囲気での使用に好適で、耐焼付き性能も良好な転がり軸受が得られる。また、この転がり軸受を具備し、長期にわたり安定作動する燃料電池システム用圧送機、並びにこの圧送機を具備し、長期にわたり安定した発電を行い得る燃料電池システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転がり軸受の一例（玉軸受）を示す断面図である。
【図２】本発明の圧送機の一例（インペラ型圧送機）を示す断面図である。
【図３】本発明の圧送機の他の例（スクロール型圧送機）を示す断面図である。
【図４】本発明の圧送機の更に他の例（両斜板型圧送機）を示す断面図である。
【図５】本発明の圧送機の更に他の例（スクリュー型圧送機）を示す断面図である。
【図６】本発明の燃料電池システムの一例（固体高分子電解質型燃料電池）の全体構成を示す図である。
【図７】本発明の燃料電池システムの他の例（水素タンク方式燃料電池）の全体構成を示す図である。
【図８】実施例において、焼付き耐久試験に用いた試験装置を示す概略図である。
【図９】実施例において、フッ素系界面活性剤の添加率と、防錆試験結果及び焼付き時間比との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  固体高分子電解質膜
２  カソード
３  アノード
４  冷却部
５  改質器
９  燃料タンク
１０  メタノール蒸発器
１２  水タンク
１３  蒸気発生器
１５  加湿器
１６  ターボチャージャ
１７  コンプレッサ
２３  気水分離器
２５  気水分離器
１１１  固定スクロール
１１２  旋回スクロール
１２０  駆動モータ部
１２２  モータ主軸
１４０  スクロール型圧送機
１５０  クランク機構部
１６０  両斜板式圧送機
１７０  圧縮機構部
１７１  両面傾斜板
１７２  両頭ピストン
１８０  駆動モータ部
１８１  駆動モータ
１８２  モータ主軸
２００  圧縮機構部
２０１  主ロータ
２０２  副ロータ
２２０  スクリュー型圧送機
３００  玉軸受
３０１  内輪
３０２  外輪
３０３  保持器
３０４  玉
３０５  シール部材
【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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【図８】
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【図９】
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