(57)【要約】【課題】潤滑性能に加えて耐水性や耐剥離性にも優れ、長寿命の燃料電池用転がり軸受、前記転がり軸受を具備して長期にわたり安定作動する燃料電量システム用圧送機、並びに前記圧送機を具備して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】基油及び増ちょう剤を含み、平均粒径２μｍ以下の無機化合物粒子をグリース全量の０．１〜１０質量％添加したグリースを封入した燃料電池用転がり軸受、前記転がり軸受を具備する燃料電池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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の前記圧送機に組み込まれる燃料電池用転がり軸受であって、
基油及び増ちょう剤を含み、平均粒径２μｍ以下の無機化合物粒子をグリース全量の０．１〜１０質量％添加したグリースを封入したことを特徴とする燃料電池用転がり軸受。
【請求項２】
少なくとも、燃料タンク、燃料蒸発器、改質器、ＣＯ除去装置、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の前記圧送機に組み込まれる燃料電池用転がり軸受であって、
基油及び増ちょう剤を含み、平均粒径２μｍ以下の無機化合物粒子をグリース全量の０．１〜１０質量％添加したグリースを封入したことを特徴とする燃料電池用転がり軸受。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池用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４】
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３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。
【請求項５】
少なくとも、燃料タンク、燃料蒸発器、改質器、ＣＯ除去装置、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３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、燃料電池システムの圧送機に組み込まれる転がり軸受、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。
【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耐水性に優れることが要求されている。また、転がり軸受は潤滑のためにグリースが一般に使用されているが、気体中の水分がこのグリースに混入すると、グリースが軟化してグリース漏れを起こすことがあり、気体中の水分はこの点でも重量課題となっている。
【０００７】
また、燃料電池システムを自動車に搭載する場合には、自動車は種々の環境で使用されることから、例えば低温での異音を発生が少ないこと等、低温性能に優れることを要求される場合もある。更には、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、剥離防止も重要課題になってきている。
【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、潤滑性能に加えて耐水性や耐剥離性にも優れ、長寿命の燃料電池用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、グリースに特定粒径の無機化合物粒子を配合することにより、増ちょう剤が形成するゲル構造が強化されて油膜の形成能力が高まり、耐水性能や耐剥離性能が向上することを知見した。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）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の前記圧送機に組み込まれる燃料電池用転がり軸受であって、基油及び増ちょう剤を含み、平均粒径２μｍ以下の無機化合物粒子をグリース全量の０．１〜１０質量％添加したグリースを封入したことを特徴とする燃料電池用転がり軸受、
（２）少なくとも、燃料タンク、燃料蒸発器、改質器、ＣＯ除去装置、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の前記圧送機に組み込まれる燃料電池用転がり軸受であって、基油及び増ちょう剤を含み、平均粒径２μｍ以下の無機化合物粒子をグリース全量の０．１〜１０質量％添加したグリースを封入したことを特徴とする燃料電池用転がり軸受、
（３）上記（１）または（２）に記載の燃料電池用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、
（４）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（３）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、
（５）少なくとも、燃料タンク、燃料蒸発器、改質器、ＣＯ除去装置、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（３）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】
〔燃料電池用転がり軸受〕
本発明は、燃料電池システムの圧送機に組み込まれる転がり軸受に関する。この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３０１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、下記に示す各成分を含むグリース（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】
（無機化合物粒子）
グリースには、平均粒径が２μｍ以下の無機化合物からなる粒子が配合される。無機化合物の種類は、増ちょう剤が形成するゲル構造を補強する材料であればよく、特に制約はない。望ましくは、それ自身増ちょう剤効果を示す化合物であれば補強効果はより大きい。具体的には、ＳｉＯ２  、Ａｌ２  Ｏ３  、ＭｇＯ、ＴｉＯ２  、ＰＺＴ、ＺｎＯ等の金属酸化物、Ｍｇ（ＯＨ）２  、Ａｌ（ＯＨ）３  、Ｃａ（ＯＨ）２  等の金属水酸化物、ＭｇＣＯ３  、ＣａＣＯ３  等の金属炭酸化物またはこれらの水和物やＳｉ３  Ｎ４  、ＺｒＮ、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ等の金属窒化物、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣ等の金属炭化物、ベントナイト、スメクタイト、雲母等の（合成）粘土鉱物、ダイヤモンド等からなる粒子を挙げることができる。また、ＭｏＳ２  、グラファイト、ＢＮ、ＷＳ２  等の固体潤滑剤からなる粒子を挙げることができる。さらに、後述される基油や増ちょう剤との親和性を改善するために、その表面を親油性に改質したものを用いても良い。上記に挙げた無機化合物の中では、それ自身増ちょう剤作用を備える金属酸化物や粘土鉱物からなる粒子が好ましい。
【００１４】
転がり軸受では、一般に２μｍを越える粒子は異物（ゴミ）として作用し、さらに固い粒子の場合には軸受軌道面や転動体表面の摩耗を促進して軸受の早期損傷の原因となる。また、軸受音響特性を悪くする場合もある。従って、平均粒径で２μｍを越える場合には、この２μｍより大径の粒子の割合が高くなり、好ましくない。さらに、軸受潤滑寿命を考慮すれば、用いる粒子径が基油の油膜よりも小さいことが望ましく、実使用上における軸受使用条件下での油膜の厚さは約０．２μｍであることから、より好ましくは０．２μｍ以下の粒径が望ましい。従って、上記の無機化合物粒子の平均粒径は２μｍ以下であり、０．２μｍ以下であることが好ましい。また、形状は球形に近いほど好ましいが、この平均粒径内であれば、多面体（立方体や直方体）や極端には針状でも構わない。
【００１５】
また、無機化合物粒子の含有量は、グリース全量に対して０．１〜１０質量％である。無機化合物粒子が０．１質量％より少ないと増ちょう剤が形成するゲル構造の補強効果が十分得られないし、１０質量％より多いと無機化合物粒子の数が多過ぎて摩耗が増大して焼付き寿命に悪影響を及ぼすことが懸念される。さらに、補強効果をより確かにし、焼付き寿命への悪影響を考慮するなら、０．３〜５質量％が望ましい。
【００１６】
更に、グリースには、上記の無機化合物粒子とともに各種の添加剤を添加することができるが、中でも極圧剤や摩耗防止剤を併用することにより剥離防止効果をさらに向上させることができる。極圧剤や摩耗防止剤の種類には特に制約はないが、具体的には下記（１）式で示されるジチオカルバミン酸亜鉛が挙げられる。
【００１７】
【化１】
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【００１８】
上記（１）式中、Ｒ１  〜Ｒ４  はそれぞれ個別に炭素数１〜１８、好ましくは炭素数１〜１３、より好ましくは炭素数３〜８の炭化水素基を示している。炭化水素基としてはアルキル基、アルケニル基、アリール基、アルカリール基、アラルキル基等が挙げられるが、アルキル基の場合は特に優れた早期剥離防止効果が得られる。好ましいジチオカルバミン酸亜鉛として具体的には、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジプロピルジチオカルバミン酸亜鉛、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジペンチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジヘキシルジチオカルバミン酸亜鉛、ジヘプチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジオクチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジノニルジチオカルバミン酸亜鉛、ジデシルジチオカルバミン酸亜鉛、ジウンデシルジチオカルバミン酸亜鉛、ジドデシルジチオカルバミン酸亜鉛、ジトリデシルジチオカルバミン酸亜鉛、およびこれらの混合物等を挙げることができる。
【００１９】
これらジチオカルバミン酸亜鉛の好ましい含有量は、グリース全量に対して０．０５〜１０質量％である。なお、ジチオカルバミン酸亜鉛は鉱油や灯油等によって希釈された形で市販されている場合もあるが、この場合は上記含有量はその有効成分の含有量を意味する。含有量が０．０５質量％より少ないと、剥離防止効果が十分でなく早期に剥離寿命に至るおそれがあり、１０質量％より多く含有しても剥離防止効果がそれ以上向上せず、不経済であるためそれぞれ好ましくない。さらに、剥離寿命の延長を確かにし、潤滑寿命を考慮するなら、グリース全量に対して０．２５〜５質量％が望ましい。
【００２０】
（増ちょう剤）
ゲル構造を形成し、基油をゲル構造中に保持する能力があれば、特に制約はない。例えば、Ｌｉ、Ｎａ等からなる金属石けん、Ｌｉ、Ｎａ、Ｂａ、Ｃａ等から選択される複合金属石けん等の金属石けん類、ベントン、シリカゲル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化合物等の非石けん類を適宜選択して使用できるが、グリースの耐熱性を考慮すると、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化合物または、これらの混合物が好ましい。このウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化合物としては、具体的にはジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、ポリウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ジウレタン化合物またはこれらの混合物が挙げられ、これらの中でもジウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ジウレタン化合物またはこれらの混合物がより好ましい。さらに好ましくは、以下の一般式（２）〜（４）に示すようなジウレア化合物を配合することが望ましい。
【００２１】
【化２】
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【００２２】
式中、Ｒ５  は炭素数６〜１２の芳香族環含有炭化水素基、Ｒ６  は炭素数６〜１５の２価の芳香族環含有炭化水素基、Ｒ７  はシクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基を示す。上記のジウレア化合物は、Ｒ６  成分となるジイソシアネート１モルに対して、Ｒ５  またはＲ７  成分となるモノアミンを合計で２モル反応させることにより得られるが、その際一般式（２）〜（４）に示す化合物の混合物として得られる。このジウレア化合物の混合物において、Ｒ５  およびＲ７  の総数に占めるＲ５  の数の割合、即ち（Ｒ５  のモル数／（Ｒ５  のモル数＋Ｒ７  のモル数））の値は０．１０〜０．９５が望ましく、さらに好ましくはＲ５  の数の割合は０．２０〜０．８５が望ましい。この値が０．１０未満であると十分な耐グリース漏洩性が得られず、０．８５を超えると流動性が低くなるために焼付く恐れがある。
【００２３】
また、Ｒ５  の具体例として、例えばトルイル基、キシリル基、β−フェンシル基、ｔ−ブチルフェニル基、ドデシルフェニル基、ベンジル基、メチルベンジル基等が挙げられる。Ｒ６  の具体例として、例えば以下に例示する基等が特に好ましく用いられる。
【００２４】
【化３】
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【００２５】
また、Ｒ７  の具体例として、例えばシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロヘキシル基、エチルシクロヘキシル基、ジエチルシクロヘキシル基、プロピルシクロヘキシル基、イソプロピルシクロヘキシル基、１−メチル−３−プロピルシクロヘキシル基、ブチルシクロヘキシル基、ペンチルシクロヘキシル基、ペンチルメチルシクロヘキシル基、ヘキシルシクロヘキシル基等が挙げられ、特にシクロヘキシル基または炭素数７〜８のアルキルシクロヘキシル基、例えばメチルシクロヘキシル基、エチルシクロヘキシル基等が好ましい。
【００２６】
上記一般式（２）、（３）および（４）で表されるジウレア化合物の具体例として、例えば以下に例示する化合物等を特に好ましく用いることができる。
【００２７】
【化４】
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【００２８】
増ちょう剤の含有量は、グリース全量に対して９〜３８質量％、好ましくは１３〜３０質量％である。増ちょう剤の含有量が９質量％未満の場合は、ゲル化能が不足して十分な硬さが得られず、またグリース漏れも多くなる。一方、３８質量％を超える場合は、高温・高速での耐久寿命が著しく悪くなる。
【００２９】
（基油）
グリースに使用される基油は特に限定されず、通常潤滑油の基油として使用されている油は全て使用することができる。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、４０℃における動粘度が、好ましくは１０〜４００ｍｍ２／ｓｅｃ  、より好ましくは２０〜２５０ｍｍ２／ｓｅｃ  、さらに好ましくは４０〜１５０ｍｍ２／ｓｅｃ  である基油が望ましい。
【００３０】
具体例としては、鉱油系、合成油系または天然油系の潤滑油等が挙げられる。鉱油系潤滑油としては、鉱油を減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を、適宜組み合わせて精製したものを用いることができる。
【００３１】
合成油系潤滑基油としては、脂肪族系炭化水素油、芳香族系炭化水素油、エステル系油、エーテル系油等が挙げられる。脂肪族系炭化水素油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンコオリゴマー等とのポリ−α−オレフィン、またはこれらの水素化合物等が挙げられる。芳香族系炭化水素油としては、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。エステル系油としては、ジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、あるいはトリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、さらにはトリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネート等のポリオールエステル油、さらにはまた、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等が挙げられる。エーテル系油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコール、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。
【００３２】
その他の合成潤滑油系基油としてはトリクレジルフォスフェート、シリコーン油、パーフルオロアルキルエーテル等が挙げられる。天然油系潤滑油としては、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油等の油脂系油、またはこれらの水素化物が挙げられる。
【００３３】
これらの基油は、単独または混合物として用いることができ、上述した好ましい動粘度に調整される。
【００３４】
（その他添加剤）
グリースには、上記した極圧剤や摩耗防止剤の他に、更に性能を高めるために、必要に応じて公知の添加剤を含有することもできる。この添加剤としては例えば、金属石けん、ベントン、シリカゲル等のゲル化剤；アミン系、フェノール系、イオウ系、ジチオリン酸亜鉛等の酸化防止剤；塩素系、イオウ系、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブテン等の上記以外の極圧剤；脂肪酸、動植物油等の油性剤；石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステル等のさび止め剤；ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダ等の金属不活性剤；ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、ポリスチレン等の粘度指数向上剤等が挙げられ、これらを単独または２種以上組み合わせて添加することができる。この際、添加剤等の添加量は、本発明の所望の目的を達成できれば特に限定されるものではないが、グリース全量に対して２０質量％以下含有させることができる。
【００３５】
（製法）
上記グリースを調製する方法には特に制約はないが、一般的には基油中で増ちょう剤を反応させて得られる。その際、無機化合物粒子及び添加剤は反応時に所定量を配合することが好ましい。また、予め増ちょう剤でグリースを得た後、無機化合物粒子及び添加剤を混合して得ることも可能である。但し、ニーダやロールミル等で無機化合物粒子を添加した後十分撹拌し、均一分散させる必要がある。この処理を行う時には、加熱するものも有効である。
【００３６】
本発明の燃料電池用転がり軸受は、封入したグリースのゲル構造が強固で、油膜の形成能力が高いことから、耐水性能や耐剥離性能に優れ、長寿命となる。
【００３７】
〔燃料電池システム用圧送機〕
また、本発明は上記の燃料電池用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、インペラ型圧送機、スクロール型圧送機、両斜板型圧送機、スクリュー型圧送機を例示して説明する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
図４は両斜板式圧送機１６０を示すが、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
図５はスクリュー型圧送機２２０を示すが、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３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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
上記の各圧送機は、組み込まれている転がり軸受が、耐水性能や耐剥離性能等に優れることから、長期にわたり安定して作動する。
【００５８】
〔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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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の回転数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。
【００６６】
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。
【００６７】
【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。
【００６８】
表１に示す如く基油、増ちょう剤及び無機化合物粒子（酸化マグネシウム、酸化アルミニウム）を配合して実施例及び比較例の各試験グリースを調製した。その際、ＭＤＩ（ジフェニルメタン−４，４−ジイソシアネート）を配合した基油と、シクロヘキシルアミンとｐ−トルイジンの等モル混合物に所定量の無機化合物粒子を添加した基油とを反応させ、攪拌加熱して固体状物とし、この固体状物に予め基油に溶解したアミン系酸化防止剤を加えて十分攪拌した。徐冷後、スルフォネート系防錆剤及びジチオカルバミン酸亜鉛（バンダービルト社製「バンルーブＡＺ」）をそれぞれグリース全量の２質量％となるように加え、ロールミルを通して試験グリースとした。尚、増ちょう剤量は無機化合物粒子との合計でグリース全量の２０質量％となるように調整した。そして、試験グリースを下記に示す（１）高温・高速試験、（２）音響試験、（３）軸受剥離寿命試験及び（４）水洗耐水度試験に供した。
【００６９】
（１）高温・高速試験
日本精工（株）製「６２０３ＤＤ」（内径１７ｍｍ、外径４０ｍｍ、幅１２ｍｍ、プラスチック保持器付きの接触ゴムシール付き密封深溝玉軸受；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、試験軸受を、外輪温度１６０℃、ラジアル荷重１０００Ｎ、アキシアル荷重１０００Ｎ、内輪回転速度１２０００ｍｉｎ−１の条件で連続回転させ、外輪温度が１０℃上昇した時点を焼付きと見做し、それまでの時間（焼付き寿命）を計測した。結果を表１に示すが、実施例１の焼付き寿命を１とする相対値で示してある。
【００７０】
（２）音響試験
日本精工（株）製「６３０５」（内径２５ｍｍ、外径６２ｍｍ、幅１７ｍｍ、プラスチック保持器付きの接触ゴムシール付き密封深溝玉軸受；図１参照）に、試験グリースを３．４ｇ封入し、２０００ｍｉｎ−１で３０秒間回転させた後の音響を測定した。結果をアンデロン値で表１に示すが、通常の判定基準である６アンデロン以下を合格とした。ここで、６アンデロン以下を合格としたのは、ウレア系市販グリースの音響レベルと同等以上との判断からである。
【００７１】
（３）軸受剥離寿命試験
日本精工（株）製「６９０７」（内径３５ｍｍ、外径５５ｍｍ、幅１０ｍｍ、プラスチック保持器付きの接触ゴムシール付き密封深溝玉軸受；図１参照）に試験グリースを０．９ｇ封入して試験軸受を作製した。そして、試験軸受を、外輪回転速度１０００ｍｉｎ−１〜６０００ｍｉｎ−１の繰り返し、軸受温度１６０℃、ラジアル荷重１２０ｋｇｆの条件で連続回転させ、軸受内輪転走面に剥離が生じ、振動が増加して停止するまでの時間（剥離寿命）を計測した。試験は３回行い、その平均値を剥離寿命とした。結果を表１に示すが、実施例１の剥離寿命を１とする相対値で示してある。
【００７２】
（４）水洗耐水度試験
日本精工（株）製「６２０４」（内径２０ｍｍ、外径４７ｍｍ、幅１４ｍｍ、プラスチック保持器付きの接触ゴムシール付き密封深溝玉軸受；図１参照）に試験グリースを４ｇ封入して試験軸受を作製した。試験はＪＩＳ  Ｋ２２２０  ５．１２に準拠し、図８に示す試験装置４００を用いて行った。即ち、試験軸受４１０をシャフト４２０に装着してハウジング４３０に収容し、プーリ４４０を介してシャフト４２０を６００ｍｉｎ−１にて１時間連続して回転させ、その間試験軸受４１０に水噴射ノズル４５０から７９℃の蒸留水を５ｍＬ／秒の割合で吹きかけ、回転前後の重量差（水洗耐水度）を求めた。結果を表１に示す。
【００７３】
【表１】
2004273263.tif 000007
【００７４】
表１より、平均粒径２μｍ以下の無機化合物粒子をグリース全量の０．１〜１０質量％添加した試験グリースを封入した実施例の試験軸受は、何れも焼付き寿命及び剥離寿命が長く、音響も良好で、耐水性にも優れることがわかる。これに対し、無機化合物粒子を含有しない試験グリースを封入した比較例１、比較例２及び比較例５の試験軸受は、総じて焼付き寿命及び剥離寿命が短く、耐水性も悪い。また、無機化合物粒子を過剰に含有する試験グリースを封入した比較例３及び粒径が大きな無機化合物粒子を含有する試験グリースを封入した比較例４の各試験軸受は共に、特に音響特性に劣っており、更に焼付き寿命及び剥離寿命も短くなっている。
【００７５】
（５）無機化合物粒子の添加量の検証
実施例１の配合において、酸化マグネシウム粒子の添加量を変えて試験グリースを調製し、上記の（３）剥離寿命試験及び（４）水洗耐水度試験に供した。結果を図９にグラフ化して示す。
【００７６】
図９より、無機化合物粒子の含有量が０．１〜１０質量％（対グリース全量）の範囲であれば、耐水性及び剥離寿命に優れることがわかる。また、無機化合物粒子の含有量がグリース全量に対し０．３〜５質量％のときに、耐水性及び剥離寿命がより優れることがわかる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、平均粒径２μｍ以下の無機化合物粒子を規定量含有するグリースを封入することにより、潤滑性能に加えて耐水性や耐剥離性にも優れ、長寿命の燃料電池用転がり軸受が得られる。また、この転がり軸受を組み込むことにより、長寿命の燃料電池システム用圧送機及び燃料電池システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池用転がり軸受の一例（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】実施例において水洗耐水度試験に用いた試験装置を示す概略図である。
【図９】実施例で得られた、酸化マグネシウム粒子の添加量と、水洗耐水度及び剥離寿命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】
2004273263.tif 000008
【図２】
2004273263.tif 000009
【図３】
2004273263.tif 000010
【図４】
2004273263.tif 000011
【図５】
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【図６】
2004273263.tif 000013
【図７】
2004273263.tif 000014
【図８】
2004273263.tif 000015
【図９】
2004273263.tif 000016