JP2006125251A - ルーツ式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】運転時における吐出口側と吸入口側のクリアランスの差を小さくすることができるルーツ式圧縮機を提供すること。
【解決手段】ポンプ室２４を形成する周壁部２２ａの内周面Ｎに樹脂被膜Ｊを形成した。この樹脂被膜Ｊの膜厚を、周壁部２２ａの周方向に沿って吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かうに従い薄くなるように形成した。具体的には、樹脂被膜Ｊの膜厚は、吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かうに従い無段差状で徐々に薄くなるように形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ポンプ室内に吸入された流体をロータの回転によってロータ室外へ吐出するルーツ式圧縮機に関する。

一般に、水素と酸素を反応させて発電する燃料電池システムでは、圧縮機を用いて燃料電池に酸素が供給されている。酸素供給用の圧縮機としては、ルーツ式圧縮機が用いられる。前記ルーツ式圧縮機は、ハウジング内に形成されたポンプ室に、回転軸に固定された主動ロータと従動ロータとが収容されてなる。

このようなルーツ式圧縮機では、各ロータと、ポンプ室を形成するハウジング内面との直接的な摺接を防止するために、ハウジングの内周面に樹脂被膜がコーティングされている（例えば、特許文献１参照。）。このルーツ式圧縮機では、樹脂被膜と各ロータとの間に、吐出口側（高圧側）から吸入口側（低圧側）への空気の漏れを抑制しながらロータと樹脂被膜との干渉を防止するために適度なクリアランスが設けられている。このクリアランスと、前記樹脂被膜の膜厚は、ルーツ式圧縮機の常温時ではハウジングの周方向全体に亘って均一になっている。さらに、特許文献１に記載のルーツ式圧縮機は、ハウジングに設けられた冷媒通路を流通する冷媒により、ハウジング及び樹脂被膜を冷却可能に形成されている。

そして、特許文献１に記載のルーツ式圧縮機において、モータ等の駆動手段によって主動ロータが回転されると、従動ロータも主動ロータに追従して回転し、空気がポンプ室に形成された吸入口から該ポンプ室内に吸入される。さらに、主動ロータ及び従動ロータの回転により空気は圧縮され、その圧縮空気は、ポンプ室に形成された吐出口からポンプ室外へ吐出される。この圧縮過程において、空気は、ポンプ室内で圧縮されることにより温度が上昇し、各ロータ、樹脂被膜、及びハウジングは空気から熱を受ける。このとき、ハウジングは、冷媒通路を流通する冷媒により冷却されるため、ハウジング及び該ハウジングを介した樹脂被膜は低温に保たれるようになっている。したがって、樹脂被膜は、ほとんど熱膨張せず、その膜厚はハウジングの周方向全体に亘って均一に保たれるようになっている。
特開平６−２２９２４８号公報（［００１４］、図２）

ところで、特許文献１に記載のルーツ式圧縮機において、樹脂被膜は空気の熱を直接的に受けるため温度上昇してしまう。このとき、空気の圧縮比が高くなる吐出口側の樹脂被膜は、吸入口側の樹脂被膜よりも温度が高くなる。すなわち、樹脂被膜には、吐出口側と吸入口側とで温度差が生じてしまう。その結果、樹脂被膜は、その吐出口側は、吸入口側と比較して厚さ方向への線膨張率が大きくなり、吐出口側の膜厚が吸入口側の膜厚よりも厚くなってしまう。このため、ルーツ式圧縮機の運転時には、吐出口側と吸入口側とで膜厚に大きな差が生じてしまう。すなわち、ルーツ式圧縮機の運転時には、吐出口側と吸入口側とでクリアランスに大きな差が生じてしまう。すると、クリアランスを介した吐出口側から吸入口側への空気の漏れが大きくなり、圧縮比が大きく低下したり、該漏れによる駆動動力の増大等の不具合が発生してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転時における吐出口側と吸入口側のクリアランスの差を小さくすることができるルーツ式圧縮機を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジング内に形成されたポンプ室に回転軸によって回転するロータを収容し、該ロータの回転によって前記ポンプ室の吸入口からポンプ室内に吸入された流体を前記ポンプ室の吐出口からポンプ室外へ吐出するルーツ式圧縮機である。そして、前記ポンプ室を形成する前記ハウジングの内周面に被膜を形成し、該被膜の膜厚を、前記ハウジングの周方向に沿って前記吸入口側から前記吐出口側へ向かうに従い薄く形成した。

この発明では、ルーツ式圧縮機の運転時、吐出口側と吸入口側との温度差による被膜の線膨張率の差は、ルーツ式圧縮機の常温時における被膜の膜厚の差により吸収される。すなわち、ルーツ式圧縮機の運転時に、吸入口側より高温となる吐出口側では、予め吸入口側より膜厚が薄く形成されているため、被膜が大きく熱膨張しても膜厚は厚くなりすぎない。一方、吐出口側より低温となる吸入口側では、予め吐出口側より膜厚が厚く形成されているが、被膜はわずかに熱膨張するだけであるため膜厚は厚くなりすぎない。その結果、吐出口側と吸入口側に温度差が生じ線膨張率に差が生じても、吐出口側と吸入口側の被膜の膜厚はほぼ同じとなり、吐出口側と吸入口側の膜厚の差を小さくすることができ、被膜とロータとの間に形成されるクリアランスの差も小さくすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のルーツ式圧縮機において、前記被膜は、無段差状に形成されている。この発明では、ルーツ式圧縮機の運転時に、熱膨張した被膜に、周方向に沿って段差が形成されることが防止され、膜厚が急激に変化する箇所が形成されることを無くすことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のルーツ式圧縮機において、前記被膜とロータとの間に形成されるクリアランスは、前記周方向に沿って前記吸入口側から吐出口側へ向かうに従い小さく形成されている。

この発明では、ルーツ式圧縮機の運転時に、仮にハウジングの熱膨張のみを考慮した場合、吐出口側と吸入口側の温度差によるハウジングの線膨張率の差は、ルーツ式圧縮機の常温時におけるクリアランスの差により吸収される。すなわち、ルーツ式圧縮機の運転時に、吸入口側より高温となる吐出口側では、予め吸入口側よりクリアランスが小さく形成されているため、ハウジングが熱膨張してもクリアランスは大きくなりすぎない。一方、吐出口側より低温となる吸入口側では、予め吐出口側よりクリアランスが大きく形成されているが、ハウジングはわずかに熱膨張するだけであるためクリアランスは大きくなりすぎない。その結果として、被膜を考慮してもクリアランスは、吐出口側と吸入口側とでほぼ同じとなり、被膜との協働で吐出口側と吸入口側のクリアランスの差を小さくすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のルーツ式圧縮機において、前記ハウジングの温度は、運転時には前記周方向に沿って吸入口側から吐出口側へ向かうに従い比例的に高くなり、前記被膜の膜厚は、前記周方向に沿って吸入口側から吐出口側へ向かうに従い比例的に薄くなるように形成されている。

この発明では、ルーツ式圧縮機の運転時に、ハウジングの温度が吸入口側から吐出口側へ向かって比例的に高くなるため、その温度勾配に対応して、膜厚は吸入口側から吐出口側へ向かって比例的に薄くなっている。したがって、ハウジングの温度分布の変化に即して被膜の膜厚を対応させることができる。

請求項５に記載の発明は、ハウジング内に形成されたポンプ室に回転軸によって回転するロータを収容し、該ロータの回転によって前記ポンプ室の吸入口からポンプ室内に吸入された流体を前記ポンプ室の吐出口からポンプ室外へ吐出するルーツ式圧縮機である。そして、前記ポンプ室を形成する前記ハウジングの内周面に被膜を形成し、該被膜の膜厚を、前記ハウジングの周方向に沿って均一に形成するとともに、前記被膜とロータとの間に形成されるクリアランスを、前記周方向に沿って前記吸入口側から吐出口側へ向かうに従い小さく形成した。

この発明では、ルーツ式圧縮機の運転時に、吐出口側と吸入口側の温度差によるハウジングの線膨張率の差は、ルーツ式圧縮機の常温時におけるクリアランスの差により吸収される。すなわち、ルーツ式圧縮機の運転時に、吸入口側より高温となる吐出口側では、予め吸入口側よりクリアランスが小さく形成されているため、ハウジングが大きく熱膨張してもクリアランスは大きくなりすぎない。一方、吐出口側より低温となる吸入口側では、予め吐出口側よりクリアランスが大きく形成されているが、ハウジングはわずかに熱膨張するだけであるためクリアランスは大きくなりすぎない。その結果、被膜が熱膨張しても、運転時における吐出口側と吸入口側のクリアランスの差を小さくすることができる。

本発明によれば、運転時における吐出口側と吸入口側のクリアランスの差を小さくすることができる。

以下、本発明を燃料電池システムの酸素供給用のルーツ式圧縮機に具体化した一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
まず、ルーツ式圧縮機１４について具体的に説明する。図１に示すように、本実施形態のルーツ式圧縮機１４は、ポンプ部Ｐと、モータ部Ｍとから構成されている。前記ポンプ部Ｐは、ロータハウジング２２の後端（図１では右端）に軸支部材２３が接合固定され、さらに、前記軸支部材２３の後面（図１では右面）にギアハウジング２５が接合固定されて形成されている。そして、ポンプ部Ｐにおいて、ロータハウジング２２と、軸支部材２３との間にポンプ室２４が囲み形成され、ギアハウジング２５と軸支部材２３との間にギア室２６が囲み形成されている。前記モータ部Ｍは、前記ロータハウジング２２の前端（図１では左端）に仕切壁２８を介してモータハウジング２７が接合固定されて形成されている。そして、仕切壁２８とモータハウジング２７との間にモータ室２９が囲み形成され、このモータ室２９内には図示しない電動モータが設けられている。

ルーツ式圧縮機１４において、前記モータハウジング２７と、ロータハウジング２２と、軸支部材２３とには、回転軸たる駆動軸３１がベアリング３２を介して回転可能に支持されている。さらに、ロータハウジング２２と、前記軸支部材２３とには、前記駆動軸３１と平行をなす回転軸たる従動軸３５がベアリング３６を介して回転可能に支持されている。

図１及び図２に示すように、前記ポンプ室２４内において、駆動軸３１には駆動ロータ３９が取付固定され、従動軸３５には従動ロータ４０が取付固定されている。前記駆動ロータ３９及び従動ロータ４０は、駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向（図１では左右側面方向）に直交する断面視が、双葉状（瓢箪状）に形成されている。そして、駆動ロータ３９には、二条の山歯３９ａが形成され、両山歯３９ａの間には谷歯３９ｂが形成されている。また、従動ロータ４０には、二条の山歯４０ａが形成され、両山歯４０ａの間には谷歯４０ｂが形成されている。

上記構成の駆動ロータ３９の山歯３９ａは従動ロータ４０の谷歯４０ｂに噛合するようになっており、従動ロータ４０の山歯４０ａは駆動ロータ３９の谷歯３９ｂに噛合するようになっている。駆動ロータ３９及び従動ロータ４０において、両山歯３９ａ，４０ａ側には、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に貫通した貫通孔６０，６１が形成されている。該貫通孔６０，６１は、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に直交する断面視が、略半円状をなすように形成されている。そして、この貫通孔６０，６１が各ロータ３９，４０に形成されることにより、各ロータ３９，４０は、中空部５０，５１を備えた中空ロータとなっている。

ポンプ室２４において、ロータハウジング２２には、空気をポンプ室２４内へ吸入するための吸入口２４ａ（図２参照）が形成されている。また、ポンプ室２４には、前記吸入口２４ａと対向する位置に吐出口２４ｂが形成されている（図２参照）。吐出口２４ｂは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の回転運動によりポンプ室２４内で圧縮された空気をポンプ室２４から吐出するために形成されている。また、前記ギア室２６内において、駆動軸３１の後部に固定された駆動ギア４４と従動軸３５の後部に固定された従動ギア４５とは噛合連結されている（図１参照）。

そして、上記構成のルーツ式圧縮機１４では、前記電動モータの回転駆動に基づき駆動軸３１が回転すると、駆動ギア４４と従動ギア４５との噛合連結を通じて従動軸３５が駆動軸３１とは異なる方向へ回転する。すると、ポンプ室２４内では、駆動ロータ３９と従動ロータ４０が、駆動軸３１と従動軸３５とが有する位相差（９０度）をもって同期回転する。駆動ロータ３９と従動ロータ４０の同期回転に伴い、空気が吸入口２４ａからポンプ室２４内へ吸入される。その後、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の外面と、ポンプ室２４の内面とが協働することにより、ポンプ室２４内に吸入した空気が圧縮される。そして、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の回転運動に基づき圧縮された空気は吐出口２４ｂからポンプ室２４外へ吐出される。

次に、前記ポンプ室２４について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、常温（２５度）時のルーツ式圧縮機１４におけるポンプ室２４について説明する。
ポンプ室２４は、ロータハウジング２２と軸支部材２３とから囲み形成され、ロータハウジング２２の内周面Ｎには被膜としての樹脂被膜Ｊが形成されている。詳細には、前記ロータハウジング２２は、筒状をなす周壁部２２ａと、該周壁部２２ａの前端側のフロント部２２ｂとから構成され、ポンプ室２４は、前記周壁部２２ａと、フロント部２２ｂと、軸支部材２３とより囲み形成されている。ポンプ室２４の内側は、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を回転可能に収容するために、両山歯３９ａ，４０ａの回転軌跡（円筒状）に沿った筒状に形成されている。そして、ポンプ室２４において、ロータハウジング２２の内周面たる周壁部２２ａの内周面Ｎは、駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に直交する断面視が、双葉状（瓢箪状）に形成されている。

図２に示すように、周壁部２２ａには、前記二つの回転軌跡が交差する位置に、突部４３ａ，４３ｂが駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に沿って形成されている。この突部４３ａ，４３ｂは、ポンプ室２４の中央に向かって山状に突出形成されている。また、突部４３ａと突部４３ｂは、互いに相対向する位置に形成されている。そして、周壁部２２ａには、一方の突部４３ａを貫通して吸入口２４ａが形成され、他方の突部４３ｂを貫通して吐出口２４ｂが形成されている。

ここで、ポンプ室２４の駆動ロータ３９側において、駆動軸３１の回転中心Ｒ１からその径方向に沿った内周面Ｎまでの距離をＬ１とし、ポンプ室２４の従動ロータ４０側において、従動軸３５の回転中心Ｒ２からその径方向に沿った内周面Ｎまでの距離をＬ２とする。距離Ｌ１は駆動ロータ３９の回転方向（図２では時計方向）Ｙ１に沿って、吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側に向かうに従い徐々に短くなっている。距離Ｌ２は従動ロータ４０の回転方向（図２では反時計方向）Ｙ２に沿って、吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側に向かうに従い徐々に短くなっている。この結果、回転中心Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ各ロータ３９，４０が収容された側の内周面Ｎの円弧中心と一致せず若干位置ずれした位置に配置されている。そして、距離Ｌ１，Ｌ２は、吸入口２４ａの開口端となる位置が最も長く、吐出口２４ｂの開口端となる位置が最も短くなっている。

また、ポンプ室２４を形成する周壁部２２ａの内周面Ｎには、コーティングにより前記樹脂被膜Ｊが形成されている。前記樹脂被膜Ｊは、周壁部２２ａの内周面Ｎ全体に形成されている。この樹脂被膜Ｊは四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）より形成されている。樹脂被膜Ｊは、わずかな温度上昇で厚み方向へ大きく膨張するもの、すなわち、線膨張率の大きいものを使用するのが好ましい。

ここで、図３のグラフに、ルーツ式圧縮機１４の常温時における樹脂被膜Ｊの膜厚比率の変化を示す。図３のグラフの横軸は位相（度）であり、縦軸は膜厚比率（％）である。前記位相（度）は、周壁部２２ａの内周面Ｎにおける位置を示す。すなわち、周壁部２２ａの内周面Ｎにおける吸入口２４ａの開口端を位相０度とし、周壁部２２ａの周方向に沿って吐出口２４ｂ側へ向かうに従い前記位相は大きくなり、吐出口２４ｂの開口端を位相２４０度とする。一方、前記膜厚比率（％）は、各位相における樹脂被膜Ｊの膜厚の、前記位相０度における樹脂被膜Ｊの膜厚に対する比の値を示す（各位相における樹脂被膜Ｊの膜厚／位相０度における樹脂被膜Ｊの膜厚×１００）。したがって、位相０度における膜厚比率は１００％となる。そして、図３のグラフに示すように、樹脂被膜Ｊの膜厚比率は、周壁部２２ａの周方向に沿って吸入口２４ａ（位相０度）から吐出口２４ｂ（位相２４０度）に向かうに従い、言い換えると、位相が大きくなるに従い比例的に低くなっている。すなわち、樹脂被膜Ｊは、周壁部２２ａの周方向に沿って吸入口２４ａ（位相０度）から吐出口２４ｂ（位相２４０度）に向かうに従い膜厚が薄くなるように形成されている。

樹脂被膜Ｊは、前記位相０度における膜厚比率が最も高いため、膜厚が最も厚くなっている。そして、樹脂被膜Ｊは、周壁部２２ａの周方向に沿って吸入口２４ａから吐出口２４ｂに向かうに従い膜厚比率（膜厚）が徐変（徐々に変化）して、位相２４０度における膜厚比率が最も低くなるため膜厚が最も薄くなっている。そして、この樹脂被膜Ｊの膜厚（膜厚比率）は、前記周方向に沿って段階的に薄く（低く）なるのではなく無段差状に薄く（低く）なるように形成されている。なお、樹脂被膜Ｊの膜厚は、ルーツ式圧縮機１４の使用条件（環境、使用頻度）や、各ロータ３９，４０の材質、ロータハウジング２２の材質等により、その使用条件等に最適となるように適宜算出される。

次いで、図４のグラフに、ルーツ式圧縮機１４の運転時における周壁部２２ａの温度比率の変化を示す。図４のグラフの横軸は前記位相（度）であり、縦軸は温度比率（％）である。前記温度比率（％）は、各位相における周壁部２２ａの温度の、前記位相０度における周壁部２２ａの温度に対する比の値を示す（各位相における周壁部２２ａの温度／位相０度における周壁部２２ａの温度×１００）。したがって、位相０度における温度比率は１００％となる。そして、図４のグラフに示すように、周壁部２２ａの温度比率は、前記位相０度となる吸入口２４ａの開口端が最も低く、位相２４０度となる吐出口２４ｂの開口端が最も高くなる。周壁部２２ａの温度比率は、周壁部２２ａの周方向に沿って吸入口２４ａ（位相０度）から吐出口２４ｂ（位相２４０度）に向かうに従い、言い換えると、位相が大きくなるに従い比例的に高くなっている。すなわち、周壁部２２ａは、周壁部２２ａの周方向に沿って吸入口２４ａ（位相０度）から吐出口２４ｂ（位相２４０度）に向かうに従い温度が高くなっている。そして、前記樹脂被膜Ｊは、ルーツ式圧縮機１４の運転時において、前記温度比率が低く樹脂被膜Ｊの線膨張率が低くなる吸入口２４ａ側が前記膜厚比率（膜厚）が高く（厚く）形成されている。一方、樹脂被膜Ｊは、ルーツ式圧縮機１４の運転時において、前記温度比率が高く樹脂被膜Ｊの線膨張率が高くなる吐出口２４ｂ側が前記膜厚比率（膜厚）が低く（薄く）形成されている。

ここで、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の山歯３９ａ，４０ａの頂点と、駆動軸３１及び従動軸３５の径方向に沿った樹脂被膜Ｊとの隙間をクリアランスＣＬとする。そして、図７のグラフＧ１に、ルーツ式圧縮機１４の常温時におけるクリアランス比率の変化を示す。図７の横軸は前記位相（度）であり、縦軸はクリアランス比率（％）である。前記クリアランス比率（％）は、各位相におけるクリアランスＣＬの、前記位相０度におけるクリアランスＣＬに対する比の値を示す（各位相におけるクリアランスＣＬ／位相０度におけるクリアランスＣＬ×１００）。したがって、位相０度におけるクリアランス比率は１００％となる。

ここで、前記距離Ｌ１，Ｌ２は、位相０度となる吸入口２４ａの開口端が最も長く、位相２４０度となる吐出口２４ｂの開口端が最も短くなっている。そして、樹脂被膜Ｊは、その膜厚（膜厚比率）が、位相０度となる吸入口２４ａの開口端が最も厚く（高く）、位相２４０度となる吐出口２４ｂの開口端が最も薄く（低く）なっている。したがって、図７のグラフＧ１に示すように、クリアランス比率は、位相０度となる吸入口２４ａの開口端が最も高く、位相２４０度となる吐出口２４ｂの開口端が最も低くなっている。クリアランス比率は、周壁部２２ａの周方向に沿って吸入口２４ａ（位相０度）から吐出口２４ｂ（位相２４０度）に向かうに従い、言い換えると、位相が大きくなるに従い比例的に低くなっている。すなわち、クリアランスＣＬは、周壁部２２ａの周方向に沿って吸入口２４ａ（位相０度）から吐出口２４ｂ（位相２４０度）に向かうに従い小さくなっている。なお、このクリアランスＣＬにおける、吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側の差はわずかであり、クリアランスＣＬの差によって生じる吐出口２４ｂ側から吸入口２４ａ側への空気の漏れは抑えられている。

次に、燃料電池システム１０の酸素供給用に用いられたルーツ式圧縮機１４の作用について動作とともに説明する。なお、ルーツ式圧縮機１４の運転時には、ルーツ式圧縮機１４は常温（２５度）よりも高温となる。また、図７のグラフＧ２に、ルーツ式圧縮機１４の運転時におけるクリアランス比率（％）を示す。前記クリアランス比率（％）は、グラフＧ１と同様に、各位相におけるクリアランスＣＬの、前記位相０度におけるクリアランスＣＬに対する比の値を示す。

ここで、前記燃料電池システム１０は、図５に示すように、燃料電池１１、酸素供給手段１２、水素供給手段１３を備えている。燃料電池１１は、酸素供給手段１２から供給される酸素（空気）と、水素供給手段１３から供給される水素とを反応させて直流の電気エネルギー（直流電力）を発生する。前記酸素供給手段１２は、圧縮空気を供給するためのルーツ式圧縮機１４を備え、ルーツ式圧縮機１４は酸素供給ポート（図示せず）に管路１５を介して連結され、管路１５の途中に加湿器１６が設けられている。前記水素供給手段１３は、水素ガス（いわゆる水素オフガス）を循環使用するためのポンプ１７と、水素源としての水素タンク２０を備えている。ポンプ１７は燃料電池１１の水素供給ポート（図示せず）に管路１８を介して連結され、燃料電池１１の水素排出ポート（図示せず）に管路１９を介して連結されている。また、水素タンク２０は管路２１を介して管路１８に連結されている。

さて、燃料電池システム１０が発電し、ルーツ式圧縮機１４の運転時には、空気が吸入口２４ａからポンプ室２４内へ吸入され、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０によって圧縮されながら吐出口２４ｂから吐出される。ルーツ式圧縮機１４の常温時、クリアランスＣＬ（クリアランス比率）の差は、吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とでわずかとなっており、クリアランスＣＬの差によって生じる吐出口２４ｂ側から吸入口２４ａ側への空気の漏れは最小限に抑えられている（図７のグラフＧ１参照）。このため、空気は、圧縮比が低下することなく圧縮される。

そして、吸入口２４ａからポンプ室２４内に吸入された空気は、吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ移送されるに従い徐々に圧縮されていき、その圧縮に伴い空気の温度も徐々に上昇していく。このため、温度上昇した空気の熱を受けて樹脂被膜Ｊ、さらには周壁部２２ａは温度上昇する。このとき、吸入口２４ａ側は、吸入口２４ａを介してポンプ室２４内に常温の空気が吸入されるため、流通する空気の空冷によりあまり温度上昇しない。一方、吐出口２４ｂ側は温度が高くなる。その結果、周壁部２２ａの吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とで温度（温度比率）に差が生じる。また、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０は回転しているため、全体が均一に熱膨張する。

その結果、図６に示すように、樹脂被膜Ｊの吐出口２４ｂ側は、吸入口２４ａ側よりも温度が高いため、厚さ方向への線膨張率が大きくなる。その一方で、樹脂被膜Ｊの吸入口２４ａ側は、吐出口２４ｂ側よりも温度が低いため、厚さ方向への線膨張率が小さくなる。ここで、ルーツ式圧縮機１４の常温時における樹脂被膜Ｊの膜厚（膜厚比率）は、周方向に沿って吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側に向かうに従い徐々に薄く（低く）なっており、吸入口２４ａの開口端は最も厚く（高く）、吐出口２４ｂの開口端は最も薄く（低く）なっている（図３参照）。

このため、吐出口２４ｂ側は吸入口２４ａ側より高温であるため、膜厚自体は常温時に比して厚くなるが、コーティング時の膜厚が薄いので全体として膜厚は厚くなりすぎない。一方、吸入口２４ａ側は吐出口２４ｂ側より低温であるため、膜厚自体は常温時に比して厚くなるが、コーティング時の膜厚が厚いので全体として膜厚は厚くなりすぎない。したがって、周壁部２２ａの吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とで熱膨張に差が生じても、吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側で予め形成された膜厚の差によって樹脂被膜Ｊの熱膨張の差を吸収することができる。すなわち、樹脂被膜Ｊの膜厚は、全体に亘ってほぼ均一となる。

また、周壁部２２ａの吐出口２４ｂ側は、吸入口２４ａ側よりも温度が高いため、厚さ方向への線膨張率が大きくなる。その一方で、周壁部２２ａの吸入口２４ａ側は、吐出口２４ｂ側よりも温度が低いため、厚さ方向への線膨張率が小さくなる。ここで、ルーツ式圧縮機１４の常温時、クリアランスＣＬ（クリアランス比率）は吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側に向かうに従い徐々に小さく（低く）なっている（図７のグラフＧ１参照）。そして、熱膨張した樹脂被膜Ｊは、その膜厚が周壁部２２ａの周方向全体に亘って均一になっている。このため、周壁部２２ａの吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とで熱膨張に差が生じても、吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側で予め形成されたクリアランスＣＬの差によって周壁部２２ａの熱膨張の差を吸収することができる。

その結果、図７のグラフＧ２に示すように、ルーツ式圧縮機１４の運転状態において、樹脂被膜Ｊ及び周壁部２２ａが熱膨張しても、吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とでクリアランス比率に大きな差が生じることがなくなる。言い換えれば、吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とでクリアランスＣＬの差を小さくすることができる。なお、ルーツ式圧縮機１４の運転時におけるクリアランスＣＬ（クリアランス比率）は、ルーツ式圧縮機１４の運転状況に応じた周壁部２２ａの材質の選択や、樹脂被膜Ｊの膜厚（膜厚比率）の調整等によって、限りなくゼロに近づけることが可能である。また、樹脂被膜Ｊが熱膨張するため、常温時と比べてクリアランスＣＬを小さくすることができる。したがって、クリアランスＣＬを介した吐出口２４ｂ側から吸入口２４ａ側への空気の漏れが最小限に抑えられ、各ロータ３９，４０と樹脂被膜Ｊとの間のシール性が悪化することが防止される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）樹脂被膜Ｊの膜厚を、周壁部２２ａの周方向に沿って吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かうに従い徐々に薄くした。このため、吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とで樹脂被膜Ｊの熱膨張に差が生じても、熱膨張後の樹脂被膜Ｊの膜厚を周壁部２２ａの周方向全体に亘って均一にすることができる。したがって、吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とで生じるクリアランスＣＬの差を小さくすることができる。その結果、各ロータ３９，４０と樹脂被膜Ｊとの間のシール性の悪化を防止することができ、吐出口２４ｂ側から吸入口２４ａ側への空気の漏れによる圧縮比の低下、空気の漏れによる駆動動力の増加、各ロータ３９，４０と周壁部２２ａの内周面Ｎとの直接的な摺接を防止することができる。

（２）特に、樹脂被膜Ｊが熱膨張することにより、常温時と比較してクリアランスＣＬを小さくすることができる。したがって、吐出口２４ｂ側から吸入口２４ａ側への空気の漏れを最小限に抑えることができる。

（３）周壁部２２ａの内周面Ｎと駆動ロータ３９及び従動ロータ４０と間の距離Ｌ１，Ｌ２が、回転方向に沿って吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かうに従い短くなるように形成した。このため、内周面Ｎに樹脂被膜Ｊをコーティングしたとき、周壁部２２ａの吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とでクリアランスＣＬに差を生じさせることができる。

（４）樹脂被膜Ｊの膜厚は、吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かうに従い無段差状に薄くなるように形成されている。このため、例えば、樹脂被膜Ｊの膜厚が段階的に薄くなり、膜厚の変化する位置が段差状に形成される場合と比較して、クリアランスＣＬの均一化に寄与することができる。

（５）樹脂被膜Ｊは、吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側に向かって膜厚が薄くなるように形成されている。このため、樹脂被膜Ｊが、吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側に向かって均一の膜厚となるように形成されている場合と比較して、樹脂被膜Ｊの材料費を節約できる。

（６）クリアランスＣＬを、周方向に沿って吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かうに従い小さくなるように形成した。このため、周壁部２２ａが熱膨張したとき、吐出口２４ｂ側と吸入口２４ａ側の線膨張率の差をクリアランスＣＬの差により吸収することができる。したがって、樹脂被膜Ｊは、熱膨張しても膜厚がほぼ均一となるため、樹脂被膜Ｊとの協働でクリアランスＣＬを周方向へ均一とすることができる。

（７）ルーツ式圧縮機１４の運転時に、周壁部２２ａの温度が吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かって比例的に高くなるが、その温度勾配に対応して樹脂被膜Ｊの膜厚を吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かって比例的に薄く形成した。したがって、周壁部２２ａの温度分布の変化に即して樹脂被膜Ｊの膜厚を対応させて、周壁部２２ａの温度により熱膨張した膜厚を周方向全体に亘って均一にしやすくすることができる。

（８）被膜として樹脂被膜Ｊを形成した。このため、内周面Ｎへの樹脂被膜Ｊのコーティング作業を容易に行うことができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

○ 樹脂被膜Ｊを、その膜厚が、周方向に沿って吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かうに従い均一となるように形成し、さらに、クリアランスＣＬを、周方向に沿って吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へ向かうに従い小さくなるように形成してもよい。このように構成した場合、ルーツ式圧縮機１４の運転時に、吐出口２４ｂ側と吸入口２４ａ側の温度差による周壁部２２ａの線膨張率の差は、ルーツ式圧縮機１４の常温時におけるクリアランスＣＬの差により吸収される。そして、ルーツ式圧縮機１４の運転時に、樹脂被膜Ｊにおいて、吐出口２４ｂ側と吸入口２４ａ側に温度差が生じ膜厚に差が生じても、吐出口２４ｂ側と吸入口２４ａ側とのクリアランスＣＬの差を小さくすることができる。その結果、各ロータ３９，４０と樹脂被膜Ｊとの間のシール性の悪化を防止することができ、吐出口２４ｂ側から吸入口２４ａ側への空気の漏れによる圧縮比の低下、空気の漏れによる駆動動力の増加、各ロータ３９，４０と周壁部２２ａの内周面Ｎとの直接的な摺接を防止することができる。

○ 実施形態のルーツ式圧縮機１４を、燃料電池システム１０の水素供給手段１３におけるポンプ１７として使用して、流体としての水素を圧縮移送してもよい。また、ルーツ式圧縮機１４を、空調装置の冷媒圧縮用の圧縮機に使用して、流体として冷媒を圧縮移送してもよい。

○ 実施形態において、図８に示すように、樹脂被膜Ｊを、吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側に向かうに従い膜厚が段階的に薄くなるように形成してもよい。
○ 実施形態において、ルーツ式圧縮機１４の常温時におけるクリアランスＣＬを、吸入口２４ａ側と吐出口２４ｂ側とで同じに設定してもよい。具体的には、クリアランスＣＬを、周壁部２２ａの周方向全体に亘って均一にしてもよい。

○ 実施形態において、フロント部２２ｂ及び軸支部材２３にも樹脂被膜Ｊをコーティングしてもよい。
○ 実施形態において、ロータハウジング２２を吸入口２４ａ側半分と吐出口２４ｂ側半分とに２分割し、吸入口２４ａ側を線膨張率の大きい材料により形成し、吐出口２４ｂ側を、吸入口２４ａ側より線膨張率の小さい材料により形成してもよい。このとき、クリアランスＣＬを周方向に沿って均一とする。この場合、樹脂被膜Ｊが熱膨張して膜厚が全体的に均一となった状態で、周壁部２２ａの吸入口２４ａ側は、線膨張率が大きいが低温であるため少しだけ熱膨張し、周壁部２２ａの吐出口２４ｂ側は線膨張率が小さいが高温であるため少しだけ熱膨張する。その結果、クリアランスＣＬは周方向全体に亘って均一となる。又は、ロータハウジング２２を吸入口２４ａ側から吐出口２４ｂ側へと複数の分割体に分割し、吸入口２４ａ側の分割体を線膨張率が最も大きい材料により形成し、吐出口２４ｂ側に向かうに従い線膨張率を小さくした材料により形成してもよい。

○ 実施形態において、三葉状の駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を用いたルーツ式圧縮機１４としてもよい。
○ 実施形態において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に複数個、取付固定した多段式のルーツ式圧縮機１４としてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記被膜は、樹脂被膜である請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載のルーツ式圧縮機。

ルーツ式圧縮機の断面図。 図１の２−２線断面図。 樹脂被膜の膜厚比率の変化を示すグラフ。 周壁部の温度比率の変化を示すグラフ。 燃料電池システムの構成図。 熱膨張後のポンプ室内を示す断面図。 クリアランス比率の変化を示すグラフ。 別例のポンプ室内を示す断面図。

符号の説明

ＣＬ…クリアランス、Ｊ…被膜としての樹脂被膜、Ｎ…内周面、１４…ルーツ式圧縮機、２２…ハウジングとしてのロータハウジング、２２ａ…周壁部、２４…ポンプ室、２４ａ…吸入口、２４ｂ…吐出口、３１…回転軸としての駆動軸、３５…回転軸としての従動軸、３９…駆動ロータ、４０…従動ロータ。

Claims (5)

1. ハウジング内に形成されたポンプ室に回転軸によって回転するロータを収容し、該ロータの回転によって前記ポンプ室の吸入口からポンプ室内に吸入された流体を前記ポンプ室の吐出口からポンプ室外へ吐出するルーツ式圧縮機において、
   前記ポンプ室を形成する前記ハウジングの内周面に被膜を形成し、該被膜の膜厚を、前記ハウジングの周方向に沿って前記吸入口側から前記吐出口側へ向かうに従い薄く形成したルーツ式圧縮機。
2. 前記被膜は、無段差状に形成されている請求項１に記載のルーツ式圧縮機。
3. 前記被膜とロータとの間に形成されるクリアランスは、前記周方向に沿って前記吸入口側から吐出口側へ向かうに従い小さく形成されている請求項１又は請求項２に記載のルーツ式圧縮機。
4. 前記ハウジングの温度は、運転時には前記周方向に沿って吸入口側から吐出口側へ向かうに従い比例的に高くなり、前記被膜の膜厚は、前記周方向に沿って吸入口側から吐出口側へ向かうに従い比例的に薄くなるように形成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のルーツ式圧縮機。
5. ハウジング内に形成されたポンプ室に回転軸によって回転するロータを収容し、該ロータの回転によって前記ポンプ室の吸入口からポンプ室内に吸入された流体を前記ポンプ室の吐出口からポンプ室外へ吐出するルーツ式圧縮機において、
   前記ポンプ室を形成する前記ハウジングの内周面に被膜を形成し、該被膜の膜厚を、前記ハウジングの周方向に沿って均一に形成するとともに、前記被膜とロータとの間に形成されるクリアランスを、前記周方向に沿って前記吸入口側から吐出口側へ向かうに従い小さく形成したルーツ式圧縮機。

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