(57)【要約】【課題】基油の揮発量が少なく、高温、高速、高荷重及び振動が激しい使用条件でも長期にわたり安定して作動し、低温で使用されたときでも異音の発生が少ない、特に燃料電池システムの圧送機に好適な転がり軸受、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及び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】内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に保持し、グリースを封入してなる転がり軸受において、前記グリースの基油が、ジフェニルスルフィドのアルキル置換体を基油全体の３０質量％以上の割合で含有し、かつ増ちょう剤がウレア化合物である転がり軸受、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
2004245381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に保持し、グリースを封入してなる転がり軸受において、
前記グリースの基油がジフェニルスルフィドのアルキル置換体を基油全体の３０質量％以上の割合で含有し、かつ増ちょう剤がウレア化合物であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記グリースの離油度が１．０質量％以下であ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】
燃料電池システムの圧送機に組み込ま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３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、特に燃料電池システムの圧送機に好適な転がり軸受、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、これらの気体を安定に輸送する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、発電量や発電効率を高めるために各種気体の輸送量が高まる傾向にあり、圧送機は輸送能力を高めるためにより高速で運転されるようになってきている。それに伴い、圧送機に組み込まれている転がり軸受もかなりの高速、高荷重下で回転されており、封入グリースには耐熱性や耐荷重性に優れることが必要になっている。また、封入グリースには、基油の蒸発分が気体とともに輸送されると、パーティクルとなって燃料電池スタックに付着して発電効率を低下させることもあることから、基油が低揮発性であることも重要な要件となっている。
【０００６】
更に、燃料電池システムの有用な応用分野として自動車があるが、自動者は使用環境に関わらず安定して作動、走行しなければならない。例えば、寒冷地では低温による流動性の低下に起因して異音が発生し易いが、燃料電池システムを搭載した自動車はガソリンエンジン車に比べて騒音が格段に少ないため、ガソリンエンジン車に比べて異音は格段に知覚されやすい。また、自動車は凹凸の大きな悪路も走行しなければならず、搭載される燃料電池システムは振動に強いことも必要である。
【０００７】
このように、燃料電池システムに使用される圧送機や転がり軸受には、種々の特性が要求され、それらを同時に満足する必要があり、しかも要求の度合いも高まることは必至である。従って、本発明は、基油の揮発量が少なく、高温、高速、高荷重及び振動が激しい使用条件でも長期にわたり安定して作動し、更に低温で使用されたときでも異音の発生が少ない、特に燃料電池システムの圧送機に好適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。
【０００８】
【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、ジフェニルスルフィドのアルキル置換体は揮発性が低く、これを特定量含有する基油を用いたグリースを封入した転がり軸受が優れた耐熱性及び耐荷重性を兼ね備え、低温での異音の発生も無くなり、長寿命に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。
【０００９】
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複数の転動体を転動自在に保持し、グリースを封入してなる転がり軸受において、前記グリースの基油がジフェニルスルフィドのアルキル置換体を基油全体の３０質量％以上の割合で含有し、かつ増ちょう剤がウレア化合物であることを特徴とする転がり軸受、
（２）前記グリースの離油度が１．０質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受、
（３）燃料電池システムの圧送機に組み込ま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（３）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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１１】
（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、下記のグリース（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。
【００１２】
グリースにおいて、基油は下記一般式（Ｉ）、（ＩＩ）に示すジフェニルスルフィドのアルキル置換体を３０質量％以上含有する。
【００１３】
【化１】
2004245381.tif 000003
【００１４】
式中、Ｒ及びＲ´は炭素数が１０〜２０の炭化水素基であり、互いに同一でも相違していてもよい。また、ｍ、ｎは１≦ｍ＋ｎ≦４を満たす０以上の整数である。中でも、Ｒ及びＲ´がともに炭素数１２及び１４で構成される炭化水素基のジフェニルスルフィドが好ましい。
【００１５】
耐熱性に優れる潤滑油として、ポリフェニルエーテル油、シリコーン油、フッ素油等が知られているが、ポリフェニルエーテル油及びフッ素油は非常に高価であり、シリコーン油は一般的に潤滑性が悪いという欠点を抱えている。これに対し、ジフェニルスルフィドのアルキル置換体は、安価でありながらも、潤滑性に優れ、更には耐熱性や耐酸化性、耐摩耗性にも優れるという利点を有する。従って、本発明の目的を達成するには、このジフェニルスルフィドのアルキル置換体は基油中に３０質量％以上含まれることが必要であり、ジフェニルスルフィドのアルキル置換体の含有量は多いほど潤滑性や耐熱性、耐酸化性、耐摩耗性等が高まる。焼付き寿命を重視する場合には、基油をジフェニルスルフィドのアルキル置換体単独とすることが好ましい。但し、コスト面を考慮すると、ジフェニルスルフィドのアルカリ置換体は基油全量の５０〜７５質量％が好ましい。
【００１６】
但し、ジフェニルスルフィドのアルカリ置換体の含有量が多くなるほど、流動性に劣るようになり、特に低温での異音発生を抑える必要がある場合は他の潤滑油を混合使用して基油の流動点を低下させ、低温流動性を改善することができる。具体的には、基油は、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ２／ｓ、特に４０〜１５０ｍｍ２／ｓであることが好ましく、この範囲の動粘度となるように他の潤滑油を混合して基油を調製する。
【００１７】
ジフェニルスルフィドのアルキル置換体と併用できる潤滑油としては、耐熱性、耐酸化性、耐荷重性等に優れるものが好ましく、合成炭化水素油、エーテル油、エステル油が好ましい。合成炭化水素油としてはポリ−α−オレフィン油等を、エーテル油としてはジアルキルジフェニルエーテル油、アルキルトリフェニルエーテル油、アルキルテトラフェニルエーテル油等を、エステル油としてはジエステル油、ネオペンチル型ポリオールエステル油、またはこれらのコンプレックスエステル油、芳香族エステル油等を挙げることができる。これらの潤滑油は単独でもよいし、適宜組み合わせて使用してもよい。中でも、高温、高速、高荷重、振動が激しい等の条件での使用に耐え得る潤滑性能及び焼付き寿命向上のための耐熱性、更には低温での異音発生を抑制するための低音流動性等を考慮すると、ペンタエリスリトールエステルやジペンタエリスリトールエステル等のポリオールエステル油や芳香族エステル油、合成炭化水素油を混合使用することが好ましい。
【００１８】
上記の基油には、増ちょう剤としてウレア化合物が配合される。金属石けん系増ちょう剤は耐熱性に劣るため、本発明では増ちょう剤としてウレア化合物を用いる。耐熱性に優れる増ちょう剤としてナトリウムテレフタラメート、フッ素樹脂、粘土鉱物等が知られているが、ナトリウムテレフタラメートは離油度が大きく、フッ素樹脂は高価であり、粘土鉱物は音響性能に劣る等、それぞれ欠点を抱えている。これに対し，ウレア化合物は安価であり、耐熱性や音響特性等にバランス良く優れる。また、上記の基油に対する離油度を１．０質量％以下に抑えることができ、潤滑寿命も向上する。更に、ウレア化合物は、金属石けん系増ちょう剤と異なり、分子中に金属元素を含まないため、グリースが飛散して燃料電池スタックに付着した場合でも触媒毒となることはない。
【００１９】
ウレア化合物として例えばジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、ポリウレア化合物を使用できるが、中でも下記一般式（ＩＩＩ）で表されるジウレア化合物が好ましい。
Ｒ１−ＮＨＣＯ−Ｒ２−ＮＨＣＯ−Ｒ３    ・・・（ＩＩＩ）
（式中、Ｒ２炭素数６〜１５の芳香族系炭化水素基を表す。Ｒ１，Ｒ３はそれぞれ炭化水素基または縮合環炭化水素基を表し、同一でも異なっていてもよく、また炭化水素基は脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基の何れでもよく、更に縮合炭化水素基の場合に炭素数は９〜１９が好ましい。）
【００２０】
上記一般式（ＩＩＩ）で表されるジウレア化合物は、基油中で、Ｒ２を骨格中に含むジイソシアネート１モルに対して、Ｒ１またはＲ３を骨格中に含むモノアミンを合計で２モルの割合で反応させることにより得られる。
【００２１】
Ｒ２を骨格中に含むジイソシアネートとしては、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ビフェニレンジイソシアネート、ジメチルジフェニルイソシアネートあるいはこれらのアルキル置換体を好適に使用できる。
【００２２】
Ｒ１またはＲ３として炭化水素基を骨格中に含むモノアミンとしては、アニリン、シクロヘキシルアミン、オクチルアミン、トルイジン、ドデシルアニリン、オクタデシルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、ノニルアミン、エチルヘキシルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ナノデシルアミン、エイコデシルアミン、オレイルアミン、リノレイルアミン、リノレニルアミン、メチルシクロヘキシルアミン、エチルシクロヘキシルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ジエチルシクロヘキシルアミン、ブチルシクロヘキシルアミン、プロピルシクロヘキシルアミン、アミルシクロヘキシルアミン、シクロオクチルアミン、ベンジルアミン、ベンズヒドリルアミン、フェネルアミン、メチルベンジルアミン、ビフェニルアミン、フェニルイソプロピルアミン、フェニルヘキシルアミン等を好適に使用できる。
【００２３】
Ｒ１またはＲ３として縮合環炭化水素基を骨格中に含むモノアミンとしては、アミノインデン、アミノインダン、アミノ−１−メチルインデン等のインデン系アミン化合物、アミノナフタレン（ナフチルアミン）、アミノメチルナフタレン、アミノエチルナフタレン、アミノジメチルナフタレン、アミノカダレン、アミノビニルナフタレン、アミノフェニルナフタレン、アミノベンジルナフタレン、アミノジナフチルアミン、アミノビナフチル、アミノ−１，２−ジヒドロナフタレン、アミノ−１，４−ジヒドロナフタレン、アミノテトラヒドロナフタレン、アミノオクタレン等のナフタレン系アミン化合物、アミノペンタレン、アミノアズレン、アミノヘプタレン等の縮合二環系アミン化合物、アミノフルオレン、アミノ−９−フェニルフルオレン等のアミノフルオレン系アミン化合物、アミノアントラセン、アミノメチルアントラセン、アミノジメチルアントラセン、アミノフェニルアントラセン、アミノ−９，１０−ジヒドロアントラセン等のアントラセン系アミン化合物、アミノフェナントレン、アミノ−１，７−ジメチルフェナントレン、アミノレテン等のフェナントレン系アミン化合物、アミノビフェニレン、アミノ−ｓ−インダセン、アミノ−ａｓ−インダセン、アミノアセナフチレン、アミノアセナフテン、アミノフェナレン等の縮合三環系アミン化合物、アミノナフタセン、アミノクリセン、アミノピレン、アミノトリフェニレン、アミノベンゾアントラセン、アミノアセアントリレン、アミノアセアントレン、アミノアセフェナントリレン、アミノアセフェナントレン、アミノフルオランテン、アミノプレイアデン等の縮合四環系アミン化合物、アミノペンタセン、アミノペンタフェン、アミノピセン、アミノペリレン、アミノジベンゾアントラセン、アミノベンゾピレン、アミノコラントレン等の縮合五環系アミン化合物、アミノコロネン、アミノピラントレン、アミノビオラントレン、アミノイソビラントレン、アミノオバレン等の縮合多環系（六環以上）系アミン化合物等を好適に使用できる。
【００２４】
ウレア化合物の含有量は、グリース全量に対して１０〜２５質量％、好ましくは１５〜２２質量％とする。含有量が１０質量％未満では十分な増ちょう性が得られずグリース漏れを生じやすくなり、２５質量％を超える場合は流動性が乏しくなり軸受内での攪拌抵抗が大きく、発熱が多くなりすぎ、何れの場合も耐久性が低下する。
【００２５】
上記のグリースには、潤滑性能等をより一層高めるために、必要に応じてその他の添加剤を添加することができる。但し、金属元素を含有する添加剤は、グリースが飛散して燃料電池スタックに付着した際に触媒毒として作用する可能性があるため、不可避不純物としての金属元素以外の金属元素を含まない添加剤を用いることが好ましい。このような金属元素を含まない添加剤をその種類別に例示すると、アミン系やフェノール系、硫黄系の酸化防止剤、エステル系、アミン系、コハク酸誘導体等の防錆剤、硫黄系やリン系の無灰系極圧剤、長鎖脂肪酸系の油性剤、ベンゾトリアゾールやチアジアゾール系の金属不活性化剤等が挙げられる。これらの添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜選択できるが、合計で０．１〜４質量％とすることが好ましい。含有量が０．１質量％未満では添加剤の効果が現われず、４質量％を超える場合は、特に増ちょう剤の含有量が少ない場合に飛散量が極端に多くなるとともに、相対的に基油の量が少なくなり潤滑性に劣るようになる。
【００２６】
本発明の転がり軸受は、封入グリースの基油が低揮発性のジフェニルスルフィドを含有し、増ちょう剤として耐熱性等に優れるジウレア化合物であることから、高温、高速、高荷重及び振動が激しい使用条件でも長期にわたり安定して作動し、更には低温で使用されたときでも異音の発生が少なくなる。そのため、上記したように低発塵性で、高温、高速、高荷重及び振動が激しい使用条件にも対応でき、低温での異音が発生しないこと等が要求される燃料電池システムの圧送機に組み込まれる転がり軸受等として好適である。
【００２７】
（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、インペラ型圧送機、スクロール型圧送機、両斜板型圧送機、片斜板型圧送機スクリュー型圧送機を例示して説明する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
また、斜板型圧送機として、図５に示すような片面傾斜板１７１ａを備える片斜板タイプのものがある。図示される片斜板タイプの圧送機１９０は、片面傾斜板１７１ａに連動するロッド１７６を通じてピストン１７７が移動する構成となっており、その他の構成部位、例えば、モータ主軸１８２の支持構造や、モータ駆動部１８０等は、図４に示した両斜板タイプの圧送機１６０と同様であり、同一の部位には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４２】
図６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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
上記の各圧送機は、組み込まれている転がり軸受が高温、高速、高荷重及び振動が激しい使用条件でも安定して作動し、低発塵性で異音の発生も無いことから、厳しい使用条件であっても長期にわたり安定して作動する。
【００４９】
（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７に示す固体高分子電解質型燃料電池システムや図８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。
【００５０】
図７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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
また、図８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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、厳しい使用条件であっても長期にわたり安定して発電可能となる。
【００５８】
【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制限されるものではない。
【００５９】
（試験グリースの調製）
表１に示す如く、基油と増ちょう剤とを用い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、ウレア化合物を増ちょう剤に用いる場合は、ジフェニルメタン−４，４−ジイソシアネートを溶解した基油に、ステアリルアミンを溶解した基油及び／またはシクロヘキシルアミンを溶解した基油を加え、７０℃程度に加熱しながら十分に攪拌して反応させ、その後１６０℃まで加熱して反応を終了し、冷却後に酸化防止剤及び防錆剤を添加し、３段ロールミルに通し、脱泡処理して仕上げた。その他の試験グリースにも、同一の酸化防止剤及び防錆剤を配合した。また、何れの試験グリースも、増ちょう剤、酸化防止剤及び防錆剤の含有量は同一とした。そして、各試験グリースを下記に示す測定及び試験に供した。
【００６０】
（離油度の測定）
試験グリースを１００℃で２４時間保持した後、離油した油量を測定した（ＪＩＳ  Ｋ２２２０）。結果を表１に示す。
【００６１】
（焼付き試験）
図９に示す構成の日本精工（株）製のシェル形針状ころ軸受（内径φ２０ｍｍ、外径φ２６ｍｍ、幅２０ｍｍ）に、試験グリースを封入して試験軸受を作製した。尚、図示されるシェル形針状ころ軸受４００は、円筒状体の軸方向両端縁部４０２が半径方向内方に折り曲げられて鍔とされたシェル形外輪４０１と、シェル形外輪２の全周にわたり複数配置された針状ころ４０３と、シェル形外輪２の内側に挿入されて針状ころ４０３を回転自在に支持する保持器４０４とで構成されている。そして、この試験軸受を回転速度１００００ｍｉｎ−１、ラジアル荷重１４７０Ｎ、軸受温度１８０℃の条件で連続回転させ、軸受温度が１５℃上昇した時点を焼付きと見做し、それまでの回転時間（焼付き寿命）を計測した。結果を表１に、比較例１の試験グリースを封入した試験軸受の焼付き寿命を１とする相対値で示す。
【００６２】
（低温異音試験）
日本精工（株）製接触ゴムシール付き単列深溝玉軸受（内径φ２５ｍｍ、外径φ６２ｍｍ、幅１７ｍｍ；図１参照）に、試験グリース３．４ｇを封入して試験軸受を作製した。そして、この試験軸受を回転速度１８００ｍｉｎ−１、アキシアル荷重９８Ｎ、軸受温度−２０℃の条件で連続回転させ、異音の発生の有無を確認した。結果を表１に示す。
【００６３】
（蒸発減量試験）
試験グリースを１５ｍｇ採取して熱重量測定装置（ＴＧ）の専用容器に入れ、１６０℃で１２時間保持し、そのときの試験グリースの減量を測定した。結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2004245381.tif 000004
【００６５】
表１に示すように、ジフェニルスルフィドアルキル置換体を３０質量％以上の割合で含有する基油とウレア化合物とを含む実施例の試験グリースは、何れも離油度が１質量％以下で、蒸発減量も少ない。また、実施例の試験グリースを封入することにより、軸受の焼付き寿命が格段に向上し、低温での異音の発生もない。これに対し、増ちょう剤が本発明と異なる比較例２では離油度及び蒸発減量が若干大きく、焼付き寿命も短い。また、基油が本発明と異なる比較例４、比較例５及び比較例６は総じて蒸発減量が大きく、焼付き寿命も実施例と比べるとかなり劣る。また、基油及び増ちょう剤ともに本発明とは異なる比較例３は、離油度以外の全ての項目で劣っている。
【００６６】
（基油中のジフェニルスルフィド含有量の検証）
実施例２の配合に従い、ジフェニルスルフィドアルキル置換体（ＡＤＳ）と、芳香族エステル（ＡＥ）との配合比を変えた基油を用いて試験グリースを調製した。そして、試験グリースを上記の焼付き寿命試験に供した。結果を図１０に示すが、実施例２（ＡＤＳ５０質量％：ＡＥ５０質量％）の値を１０とする相対値で示してある。尚、図中の横軸において目盛１００はＡＤＳ１００％、目盛０はＡＥ１００％をそれぞれ示す。
【００６７】
図示されるように、ＡＤＳの割合が多いほど焼付き寿命が長くなっており、ＡＤＳ単独で最長になっている。また、ＡＤＳが３０質量％付近に変曲点があることから、ＡＤＳは基油中に３０質量％以上配合される必要があることが確認された。
【００６８】
（増ちょう剤量の検証）
実施例１の配合に従い、増ちょう剤量を変えて試験グリースを調製した。そして、試験グリースを上記の焼付き寿命試験に供した。結果を図１１に示すが、増ちょう剤量がグリース全量の１０質量％のときの値を１とする相対値で示してある。
【００６９】
図示されるように、増ちょう剤量がグリース全量の１０〜２５質量％の範囲で良好な焼付き寿命が得られ、１５〜２２質量％の範囲で特に焼付き寿命が長くなっている。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の転がり軸受は、ジフェニルスルフィドのアルキル置換体を３０質量％以上の割合で含有する基油にウレア化合物を配合したグリースを封入したことにより、高温、高速、高荷重及び振動が激しい使用条件でも長期にわたり安定して作動し、低温で使用されたときでも異音の発生が少ないものとなり、特に燃料電池システム用圧送機に好適である。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（片斜板型圧送機）を示す断面図である。
【図６】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７】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８】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９】実施例において焼付き試験に用いた針状ころ軸受を示す概略図である。
【図１０】実施例で得られた、基油中のＡＤＳ（ジフェニルスルフィドアルキル置換体）の割合と焼付き寿命比との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例で得られた、増ちょう剤量と焼付き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
１９０  片斜板式圧送機
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】
2004245381.tif 000005
【図２】
2004245381.tif 000006
【図３】
2004245381.tif 000007
【図４】
2004245381.tif 000008
【図５】
2004245381.tif 000009
【図６】
2004245381.tif 000010
【図７】
2004245381.tif 000011
【図８】
2004245381.tif 000012
【図９】
2004245381.tif 000013
【図１０】
2004245381.tif 000014
【図１１】
2004245381.tif 000015