JP2014194186A - ルーツ型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】中空部におけるロータの葉の長径方向の先端に溜まる水を中空部から排出することができるルーツ型圧縮機の提供にある。
【解決手段】一対の回転軸としての駆動軸２３、従動軸３１と、相互に噛合される一対のロータとしての駆動側ロータ１３、従動側ロータ１４と、駆動側ロータ１３、従動側ロータ１４を収容するロータ室２８を有するハウジングと、を備え、駆動側ロータ１３は、複数の葉４８、４８と、葉４８の少なくとも一つに形成された中空部５２と、中空部５２とロータ室２８を連通する連通路６１とを備えたルーツ型圧縮機１０において、連通路６１は、駆動軸２３の径方向に延在し、駆動側ロータ１３の長径線ＭＬに対して駆動側ロータ１３の回転方向先行側に形成される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ルーツ型圧縮機に関し、特に中空のロータを有するルーツ型圧縮機に関する。

従来のルーツ型圧縮機としては、例えば、特許文献１に開示されたルーツ型圧縮機が知られている。
特許文献１に開示されたルーツ型圧縮機では、駆動軸及び従動軸がケーシング内に画成されたロータ室を貫通しており、ロータ室内にて駆動軸に第１のロータが、従動軸に第２のロータがそれぞれ固定されている。
第１のロータは、駆動軸の両側にそれぞれ配置されると共に駆動軸の軸方向に延びる一対の中空部を有しており、ロータの外郭を形成する壁部にそれぞれ中空部とロータ室とを連通する連通部が形成されている。
同様に、第２のロータは、従動軸の両側にそれぞれ配置されると共に従動軸の軸方向に延びる一対の中空部を有しており、ロータの外郭を形成する壁部にそれぞれ中空部とロータ室７とを連通する連通部が形成されている。

このルーツ型圧縮機によれば、ロータの軸方向端面とケーシングの内壁面との間隙から水分が中空部内に浸入しても、ロータの回転により中空部内の水分はロータの回転方向に対して中空部の後端方向へと流される。
そして、中空部の後端位置に形成されている連通部を通ってロータ室へと排出される。
ロータ室へ排出された水分は、さらに、ロータ室の吐出ポートから外部へと排出される。
従って、中空のロータ内部に溜まった水分の凍結により起動することができなくなるという不具合を防止することができるとしている。

特開２００５−１５５４０８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたルーツ型圧縮機では、連通部が駆動軸、従動軸に近い位置に形成されており、ロータが高速回転する場合には、遠心力により連通部から水が排出されず、中空部においてロータの径方向の先端側に水が溜まるという問題がある。
また、連通部がロータの回転方向に対して中空部の後端方向と連通するため、連通部が吸入圧の雰囲気と連通する状態では、中空部の圧力は吸入圧となり、圧縮中の空間から中空部へ作動流体の漏洩が助長され、圧縮効率が低下する。
さらに、ルーツ型圧縮機では、ハウジングの内壁面とロータの外周面とのクリアランスにおけるシール性を向上させることが要請されている。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、中空部におけるロータの葉の長径方向の先端に溜まる水を中空部から排出することができるルーツ型圧縮機の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、一対の回転軸と、前記回転軸とともに回転するように前記回転軸に連結され、相互に噛合される一対のロータと、前記一対のロータを収容するロータ室を有するハウジングと、を備え、前記ロータは、複数の葉と、前記葉の少なくとも一つに形成された中空部と、前記中空部と前記ロータ室を連通する連通路とを備えたルーツ型圧縮機において、前記連通路は、前記回転軸の径方向に延在し、前記ロータの長径線に対して前記ロータの回転方向先行側に形成されることを特徴とする。

本発明では、ロータが高速回転する場合には、中空部に存在する水は遠心力を受けて、ロータの長径方向の先端側へ移動する。
連通路は、回転軸の軸心の径方向に延在し、ロータの長径線に対してロータの回転方向先行側に形成されているため、中空部に存在する水は遠心力を受けて連通路へ導かれ易い。
連通路へ移動した水は連通路を通じて中空部からロータ室へ排出され、ロータ室へ排出された水はロータの外周面においてロータの回転方向先行側から回転方向後行側へ移動し、ロータとハウジングとの間のクリアランスに入り込み、ロータとハウジングとの間をシールする。
本発明によれば、ロータが高速回転する場合でも、中空部に存在する水を、遠心力を利用してロータの長径方向の先端側へ導き易くなり、連通路を通じてロータ室に排出することができる。
また、中空部から排出した水がロータとハウジングとの間のクリアランスに入り込み、ロータとハウジングとの間をシールすることから、ロータとハウジングとのシール性を向上させることができる。

また、上記のルーツ型圧縮機において、前記ロータは、前記ロータの葉の長径方向に延在するガイド壁面を有し、前記ロータ内の前記中空部に漏洩した流体が、前記ガイド壁面に導かれて、前記連通路より前記ロータ室に排出される構成としてもよい。
この場合、中空部の水が遠心力を受けて移動する際、ガイド壁面は水の連通路への移動を助長し、中空部に存在する水を連通路へ移動し易くする。

また、上記のルーツ型圧縮機において、前記ロータの回転方向後行側に、第２の中空部が形成されている構成としてもよい。
この場合、ロータの回転方向後行側に第２の中空部が備えられていることから、ロータの軽量化を図ることができる。
ロータの軽量化により、ロータの回転時の慣性モーメントが小さくなりロータの応答性が向上する。

また、上記のルーツ型圧縮機において、前記連通路と前記ロータの長径線間の角度は、０度より大きく５度より小さい構成としてもよい。
この場合、連通路とロータの長径線間の角度が０度以下であれば、連通路より排出された水は、ロータの頂端部より回転方向後行側にのみ送られることになり、ロータの頂端部とハウジングとのシールに寄与することが困難となる。
また、連通路とロータの長径線間の角度が５度以上であれば、連通路により排出された水は、ロータの頂端部以外にも拡散し、ロータの頂端部に集中して水を送ることが困難となる。
また、連通路とロータの長径線間の角度が０度より大きく５度より小さい角度であれば、遠心力が作用し易く、中空部内の水をロータの長径方向の先端側へ導き易い。

本発明によれば、中空部におけるロータの葉の長径方向の先端に溜まる水を中空部から排出することができるルーツ型圧縮機を提供することができる。

本発明の実施形態に係るルーツ型圧縮機の横断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線の矢視図である。 （ａ）は変形例に係るルーツ型圧縮機の駆動側ロータの正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視図である。 別例に係る三葉形のロータを備えたルーツ型圧縮機の正面図である。

以下、本発明の実施形態に係るルーツ型圧縮機を図面に基づいて説明する。
本実施形態のルーツ型圧縮機（以下「圧縮機」と表記する）は、燃料電池システムにおいて水素ガスを循環させる水素ポンプとして使用される。
図１に示す圧縮機１０のハウジングは、電動モータ１１が収容されるモータハウジング１２と、一対のロータ（駆動側ロータ１３と従動側ロータ１４）が収容されるロータハウジング１５と、タイミングギヤ１６が収容されるギヤハウジング１７を備えている。

モータハウジング１２は、筒状のモータハウジング体１８と、モータハウジング体１８に接合され、ロータハウジング１５に固定される固定ハウジング体１９とを備えている。
モータハウジング体１８および固定ハウジング体１９によりモータ室２０が形成され、モータ室２０には電動モータ１１が収容されている。
電動モータ１１は、モータハウジング体１８の内壁に沿って取り付けられる円筒状のステータ２１と、ステータ２１の内部に配置されたロータ２２を備えている。
ロータ２２の中心には駆動軸２３が貫通して固定されている。
モータハウジング体１８には、駆動軸２３の電動モータ１１側の端部を支持する軸受２４が備えられている。
駆動軸２３の電動モータ１１側の端部と反対側となるギヤハウジング１７側の端部は、ロータハウジング１５を貫通し、ギヤハウジング１７付近に達している。

ロータハウジング１５は、第１ロータハウジング体２５と、第１ロータハウジング体２５に接合される第２ロータハウジング体２６を備えている。
第１ロータハウジング体２５と第２ロータハウジング体２６はボルト２７により相互に固定され、ロータハウジング１５内のロータ室２８を形成する。
図２に示すように、ロータ室２８は圧縮機１０の正面からみて繭型形である。
第１ロータハウジング体２５は作動流体を吸入する吸入口２９および作動流体を吐出する吐出口３０を備えている。
ロータ室２８には駆動軸２３に固定された駆動側ロータ１３が収容されている。
ロータハウジング１５には駆動軸２３と平行となるように従動軸３１が支持されており、ロータ室２８には従動軸３１に固定された従動側ロータ１４が収容されている。
ロータ室２８には、駆動側ロータ１３、従動側ロータ１４およびロータハウジング１５により作動空間が形成される。
駆動軸２３および従動軸３１は、一対の回転軸に相当する。

第１ロータハウジング体２５は、駆動軸２３を挿通する軸孔３２と従動軸３１を挿通する軸孔３３を備えている。
駆動軸２３側の軸孔３２には、駆動軸２３のギヤハウジング１７側の部位を支持する軸受３４と、作動流体のロータ室２８からの漏洩を防止する軸封部材３５が装着されている。
従動軸３１側の軸孔３３には、従動軸３１のギヤハウジング１７側の部位を支持する軸受３６と、作動流体のロータ室２８からの漏洩を防止する軸封部材３７が装着されている。

第２ロータハウジング体２６は、駆動軸２３を挿通する軸孔３８と従動軸３１のモータハウジング１２側の端部を挿通する軸孔３９を備えている。
駆動軸２３側の軸孔３８には駆動軸２３の中間部を支持する軸受４０と、作動流体のロータ室２８からモータ室２０への作動流体の漏洩を防止する軸封部材４１が装着されている。
従動軸３１側の軸孔３９には従動軸３１の電動モータ１１側の端部を支持する軸受４２と、作動流体のロータ室２８から外部への漏洩を防止する軸封部材４３が装着されている。
本実施形態では、従動軸３１の軸孔３９の電動モータ１１側は固定ハウジング体１９により塞がれている。

駆動軸２３は、モータハウジング体１８に設けた軸受２４と、第１ロータハウジング体２５に設けた軸受３４と、第２ロータハウジング体２６に設けた軸受４０によりハウジングに対して回転自在である。
従動軸３１は、第１ロータハウジング体２５に設けた軸受３６および第２ロータハウジング体２６に設けた軸受４２によりハウジングに対して回転自在である。
駆動軸２３には駆動側ロータ１３が連結固定されているが、駆動側ロータ１３の軸心と駆動軸２３の軸心Ｐは一致しており、駆動側ロータ１３と駆動軸２３とは同軸となっている。
従動軸３１には、従動側ロータ１４が連結固定されているが、従動側ロータ１４の軸心と従動軸３１の軸心Ｑは一致し、従動側ロータ１４と従動軸３１は同軸となっている。
なお、図１、図２では、駆動軸２３の軸心をＰとし、従動軸３１の軸心をＱとして表記する。

第１ロータハウジング体２５には、ギヤハウジング１７が接合されている。
ギヤハウジング１７および第１ロータハウジング体２５はタイミングギヤ１６を収容するギヤ室４４を形成する。
タイミングギヤ１６は、駆動軸２３の端部に固定される駆動側ギヤ４５と、駆動側ギヤ４５と噛合し、従動軸３１の端部に固定される従動側ギヤ４６と、により構成されている。
ギヤ室４４には、駆動側ギヤ４５および従動側ギヤ４６が収容されている。
駆動側ギヤ４５と従動側ギヤ４６が噛合して駆動軸２３の回転を従動軸３１に伝達するから、タイミングギヤ１６は従動軸３１を駆動軸２３の回転方向と反対方向へ同期回転させる機能を有する。

次に、駆動側ロータ１３および従動側ロータ１４について詳しく説明する。
図２に示すように、駆動側ロータ１３および従動側ロータ１４を軸心方向から見ると駆動側ロータ１３および従動側ロータ１４は繭型状の輪郭を持つ。
駆動側ロータ１３および従動側ロータ１４は２つの葉を備えたいわゆる二葉形のロータであり、相互に噛合される一対のロータに相当する。
まず、駆動側ロータ１３について説明すると、駆動側ロータ１３は駆動軸２３が挿入される貫通孔４７を備えている。
駆動軸２３の径方向において貫通孔４７の両側には葉４８、４８が形成されている。
駆動側ロータ１３は、駆動軸２３の軸心Ｐ方向と平行に延在する外周面４９を備えている。
外周面４９は、撥水性材料であるフッ素樹脂がコーティングされている。
外周面４９には、外周面４９において軸心Ｐから最も離れた位置となる頂点部５０と、外周面４９において軸心Ｐに最も近い位置となる底点部５１が設定されている。
頂点部５０および底点部５１は、駆動側ロータ１３において回転中心となる軸心Ｐを間にしてそれぞれ２箇所づつ設定されている。
頂点部５０は葉４８の頂端部に相当し、底点部５１は駆動側ロータ１３における葉４８と葉４８との間となる中間部に相当する。
本実施形態では、図２において軸心Ｐから頂点部５０までを結ぶ直線（葉４８の中心線）を長径線ＭＬとし、軸心Ｐから底点部５１まで結ぶ直線を短径線ＭＳとすると、長径線ＭＬと短径線ＭＳとは直角を成す。
また、短径線ＭＳを境として駆動側ロータ１３の一方の葉４８および他方の葉４８では、長径線ＭＬを境にして回転方向先行側となるロータ先行部が設定され、長径線ＭＬを境にして回転方向後行側となるロータ後行部が設定される。

駆動側ロータ１３の葉４８には中空部５２および中空部５３が形成されている。
図２に示すように、本実施形態の中空部５２は、駆動側ロータ１３のロータ先行部に形成され、中空部５３は駆動側ロータ１３のロータ後行部に形成されている。
中空部５２を第１の中空部とすると、中空部５３は第２の中空部に相当する。
中空部５２および中空部５３は駆動側ロータ１３の軸方向にわたって形成されている。
駆動側ロータ１３は、駆動側ロータ１３のロータ先行部に形成される前壁部５４と、駆動側ロータ１３のロータ後行部に形成される後壁部５５と、中空部５２および中空部５３の間に形成される仕切壁部５６と、を有する。
前壁部５４および後壁部５５の回転方向の厚さは、外周面４９に沿ってほぼ一定に設定されている。
前壁部５４は、外周面４９に倣うように形成される内壁面５７を有している。
後壁部５５は、外周面４９に倣うように形成される内壁面５８を有している。
仕切壁部５６は、中空部５２と中空部５３との間を仕切るように葉４８の長径方向に延在して形成されている。
仕切壁部５６は、前壁部５４と対向するガイド壁面としての内壁面５９と、後壁部５５と対向する内壁面６０を有している。
仕切壁部５６の内壁面５９は、葉４８の長径方向に延在するように長径線ＭＬにほぼ沿って形成されており、軸心Ｐ側から頂点部５０側へ向けて延在する。
中空部５２は前壁部５４の内壁面５７および仕切壁部５６の内壁面５９により形成され、中空部５３は後壁部５５の内壁面５８および仕切壁部５６の内壁面６０により形成される。
中空部５２を形成する内壁面５７、５９と中空部５３を形成する内壁面５８、６０には、撥水性材料であるフッ素樹脂がコーティングされている。

本実施形態では、中空部５２とロータ室２８を連通する連通路６１が前壁部５４に形成されている。
連通路６１は、駆動側ロータ１３の葉４８の長径方向の先端側に形成されており、頂点部５０の近傍に位置している。
つまり、連通路６１は、駆動軸２３の径方向に延在し、駆動側ロータ１３のロータ先行部に形成されている。
また、連通路６１は、駆動側ロータ１３のギヤハウジング１７側の端面において前壁部５４を切り欠くことにより形成されている。
連通路６１は、前壁部５４において長径線ＭＬを基準として回転方向に角度Ｅの範囲となる位置に形成されていればよく、より頂点部５０に近い位置に形成されることが好ましい。
角度Ｅの範囲は、具体的には、０°＜Ｅ＜５°とすればよい。
また、連通路６１の通路断面積は、駆動時において中空部５２に存在する水が効率的に通過できるように設定されていればよい。

連通路６１と駆動側ロータ１３の長径線ＭＬ間の角度Ｅが０度より大きく５度より小さい角度であれば、遠心力が作用し易く、中空部５２内の水を駆動側ロータ１３の長径方向の先端側へ導き易い。
因みに、角度Ｅが０度以下であれば、連通路６１より排出された水は、駆動側ロータ１３の頂端部より回転方向後行側にのみ送られることになり、駆動側ロータ１３の頂端部とハウジングとのシールに寄与することが困難となる。
また、角度Ｅが５度以上であれば、連通路６１により排出された水は、駆動側ロータ１３の頂端部以外にも拡散し、駆動側ロータ１３の頂端部に集中して水を送ることが困難となる。
特に、本実施形態では、ガイド壁面としての内壁面５９が駆動側ロータ１３の葉４８の径方向に延在する。
このため、角度Ｅが大き過ぎると、内壁面５９と連通路６１との間に形成される凹部に中空部５２の水が溜まり、中空部５２から排出され難くなる。
角度Ｅが５度より小さい角度であれば、凹部に水が溜まり難く、内壁面５９から連通路６１へ水が移動し易い。このため、角度Ｅは５度より小さいことが好ましい。
なお、図示はされないが、軸方向においてモータハウジング１２側からギヤハウジング１７側へ向かうほど中空部５２の断面積が僅かに拡大するように、葉４８の先端側の内壁面５７が外周面４９側へ接近する位置に形成されている。
これは、駆動側ロータ１３の回転時に中空部５２の水が軸方向において内壁面５７に沿って連通路６１に集約され易くするためである。
なお、後壁部５５には、連通路は形成されていない。

次に、従動側ロータ１４について説明するが、従動側ロータ１４の構成は駆動側ロータ１３と基本的に同一である。
従動側ロータ１４は従動軸３１が挿入される貫通孔６２を備えている。
従動軸３１の径方向において貫通孔６２の両側には葉６３、６３が形成されている。
従動側ロータ１４は、従動軸３１の軸心Ｑ方向と平行に延在する外周面６４を備えている。
外周面６４には、撥水性材料であるフッ素樹脂がコーティングされている。
外周面６４には、外周面６４において軸心Ｑから最も離れた位置となる頂点部６５と、外周面６４において軸心Ｑに最も近い位置となる底点部６６が設定されている。
頂点部６５および底点部６６は、従動側ロータ１４において回転中心となる軸心Ｑを間にしてそれぞれ２箇所づつ設定されている。
頂点部６５は葉６３の頂端部に相当し、底点部６６は、従動側ロータ１４における葉６３と葉６３との間となる中間部に相当する。
本実施形態では、図２において軸心Ｑから頂点部６５までを結ぶ直線（葉６３の中心線）を長径線ＮＬとし、軸心Ｑから底点部６６まで結ぶ直線を短径線ＮＳとすると、長径線ＮＬと短径線ＮＳとは直角を成す。
また、短径線ＮＳを境として従動側ロータ１４の一方の葉６３および他方の葉６３では、従動側ロータ１４において長径線ＮＬを境にして回転方向先行側となるロータ先行部が設定され、長径線ＮＬを境にして回転方向後行側となるロータ後行部が設定される。

従動側ロータ１４には中空部６７および中空部６８が形成されている。
図２に示すように、本実施形態の中空部６７は、従動側ロータ１４のロータ先行部に形成され、中空部６８は従動側ロータ１４のロータ後行部に形成されている。
中空部６７を第１の中空部とすると、中空部６８は第２の中空部に相当する。
中空部６７および中空部６８は従動側ロータ１４の軸方向にわたって形成されている。
従動側ロータ１４は、従動側ロータ１４のロータ先行部に形成される前壁部６９と、従動側ロータ１４のロータ後行部に形成される後壁部７０と、中空部６７および中空部６８の間に形成される仕切壁部７１と、を有する。
前壁部６９および後壁部７０の回転方向の厚さは、外周面６４に沿ってほぼ一定に設定されている。
前壁部６９は、外周面６４に倣うように形成される内壁面７２を有している。
後壁部７０は、外周面６４に倣うように形成される内壁面７３を有している。
仕切壁部７１は、中空部６７と中空部６８との間を仕切るように葉６３の長径方向に延在して形成されている。
仕切壁部７１は、前壁部６９と対向するガイド壁面としての内壁面７４と、後壁部７０と対向する内壁面７５を有している。
仕切壁部７１の内壁面７４は、葉６３の長径方向に延在するように長径線ＮＬにほぼ沿って形成されており、軸心Ｑ側から頂点部６５側へ向けて延在する。
中空部６７は前壁部６９の内壁面７２および仕切壁部７１の内壁面７４により形成され、中空部６８は後壁部７０の内壁面７３および仕切壁部７１の内壁面７５により形成される。
中空部６７を形成する内壁面７２、７４と中空部６８を形成する内壁面７３、７５には、撥水性材料であるフッ素樹脂がコーティングされている。

本実施形態では、中空部６７とロータ室２８を連通する連通路７６が前壁部６９に形成されている。
連通路７６は、従動側ロータ１４の葉６３の長径方向の先端側に形成されており、頂点部６５の近傍に位置している。
つまり、連通路７６は、従動軸３１の径方向に延在し、従動側ロータ１４のロータ先行部に形成されている。
また、連通路７６は、従動側ロータ１４のギヤハウジング１７側の端面において前壁部６９を切り欠くことにより形成されている。
連通路７６は、前壁部６９において長径線ＮＬを基準として回転方向に角度Ｆの範囲となる位置に形成されていればよく、より頂点部６５に近い位置に形成されることが好ましい。
角度Ｆの範囲は、角度Ｅと同様に、０°＜Ｆ＜５°とすればよい。
連通路７６の通路断面積は中空部６７に存在する水が効率的に通過できるように設定されていればよい。

連通路７６と従動側ロータ１４の長径線ＮＬ間の角度Ｆが０度より大きく５度より小さい角度であれば、遠心力が作用し易く、中空部６７内の水を従動側ロータ１４の長径方向の先端側へ導き易い。
因みに、角度Ｆが０度以下であれば、連通路７６より排出された水は、従動側ロータ１４の頂端部より回転方向後行側にのみ送られることになり、従動側ロータ１４の頂端部とハウジングとのシールに寄与することが困難となる。
また、角度Ｆが５度以上であれば、連通路７６により排出された水は、従動側ロータ１４の頂端部以外にも拡散し、従動側ロータ１４の頂端部に集中して水を送ることが困難となる。
特に、本実施形態では、ガイド壁面としての内壁面７４が従動側ロータ１４の葉６３の径方向に延在する。
このため、角度Ｆが大き過ぎると、内壁面７４と連通路７６との間に形成される凹部に中空部６７の水が溜まり、中空部６７から排出され難くなる。
角度Ｆが５度より小さい角度であれば、凹部に水が溜まり難く、内壁面７４から連通路７６へ水が移動し易い。このため、角度Ｆは５度より小さいことが好ましい。
なお、図示はされないが、軸方向においてモータハウジング１２側からギヤハウジング１７側へ向かうほど中空部６７の断面積が僅かに拡大するように、葉６３の先端側の内壁面７２が外周面６４側へ接近する位置に形成されている。
これは、従動側ロータ１４の回転時に中空部６７の水が軸方向において連通路７６に集約され易くするためである。
なお、後壁部７０には、連通路は形成されていない。

駆動側ロータ１３と従動側ロータ１４は９０度の位相で相互に噛合する。
図２に示す状態では、駆動側ロータ１３の一方の頂点部５０が第１ロータハウジング体２５と接近して対向し、駆動側ロータ１３の他方の頂点部５０が、従動側ロータ１４の一方の底点部６６と対向している。
駆動側ロータ１３の一方の底点部５１は吸入口２９と連通する低圧側の作動空間を臨み、駆動側ロータ１３の他方の底点部５１は吐出口３０と連通する高圧側の作動空間を臨んでいる。
従動側ロータ１４の２つの頂点部６５は第１ロータハウジング体２５と接近して対向している。
従動側ロータ１４の他方の底点部６６は、第１ロータハウジング体２５と従動側ロータ１４により囲まれた空間部を臨んでいる。

次に、本実施形態に係る圧縮機１０の動作について説明する。
電動モータ１１により駆動軸２３が回転すると、駆動側ギヤ４５が回転して従動側ギヤ４６が回転する。
従動側ギヤ４６とともに従動軸３１が駆動軸２３とは反対方向へ同期回転する。
駆動軸２３と従動軸３１が互いに異なる方向へ回転することにより、ロータ室２８における駆動側ロータ１３、従動側ロータ１４が互いに反対方向へ回転する。
駆動側ロータ１３、従動側ロータ１４の回転により吸入口２９から作動流体がロータ室２８へ吸入されるとともに、ロータ室２８において形成される作動空間の作動流体は吐出口３０から吐出される。

圧縮機１０の運転時においては、駆動側ロータ１３と従動側ロータ１４の回転に伴い、吸入口２９と連通する作動空間は吸入圧となり、吐出口３０と連通する圧縮過程にある作動室は吐出圧となる。
従って、吸入口２９と連通する作動空間は低圧空間であり、吐出口３０と連通する圧縮過程にある作動空間は高圧空間である。
駆動側ロータ１３の連通路６１が低圧空間と連通するとき、中空部５２は低圧空間と同じ圧力となり、駆動側ロータ１３の連通路６１が高圧空間と連通するとき、中空部５２は高圧空間と同じ圧力となる。
また、従動側ロータ１４の連通路７６が低圧空間と連通するとき、中空部６７は低圧空間と同じ圧力となり、従動側ロータ１４の連通路７６が高圧空間と連通するとき、中空部６７は高圧空間と同じ圧力となる。

圧縮機１０の運転時において高圧空間における作動流体に含まれる水はロータハウジング１５と駆動側ロータ１３の前壁部５４との軸方向におけるクリアランスを通じて中空部５２に進入する。
また、中空部５２において作動流体に含まれる水分が結露により生じる。
従動側ロータ１４の中空部６７についても中空部５２と同様に水が進入したり、結露により水が生じたりする。
駆動側ロータ１３が高速で回転されている状態では、中空部５２に存在する水は遠心力を受けて、駆動側ロータ１３の長径方向の先端側へ移動する。
従動側ロータ１４の中空部６７に存在する水も同様に長径方向の先端側へ移動する。
中空部５２の水が遠心力を受けて移動する際、湾曲して傾斜面となっている内壁面５７とともに長径方向に延在する内壁面５９は水の連通路６１への移動を助長し、中空部５２に存在する水を連通路６１へ移動し易くする。
連通路６１へ移動した水は、連通路６１を通じて中空部５２からロータ室２８へ排出され、ロータ室２８へ排出された水は駆動側ロータ１３の前壁部５４から後壁部５５へ移動し、駆動側ロータ１３の外周面４９とロータハウジング１５との間のクリアランスに入り込み、駆動側ロータ１３とロータハウジング１５との間をシールする。
中空部５２からロータ室２８へ排出された水が駆動側ロータ１３とロータハウジング１５との間をシールすることから、駆動側ロータ１３とロータハウジング１５とのシール性が向上する。
従動側ロータ１４においても中空部６７に存在する水は連通路７６からロータ室２８へ排出され、従動側ロータ１４の外周面６４とロータハウジング１５との間のクリアランスに入り込み、従動側ロータ１４とロータハウジング１５との間をシールする。
従動側ロータ１４においても、従動側ロータ１４とロータハウジング１５とのシール性が向上する。

本実施形態では、中空部５２の内壁面５７、５９がフッ素樹脂によりコーティングされているため、遠心力を受ける水が連通路６１へより移動しやすい。
また、中空部６７の内壁面７２、７４がフッ素樹脂によりコーティングされているため、遠心力を受ける水が連通路７６へより移動しやすい。

駆動側ロータ１３の連通路６１がロータ室２８における高圧空間と連通するとき、中空部５２の作動流体はロータ室２８の低圧空間へ漏洩しようとする。
本実施形態では、中空部５２とロータ室２８の低圧空間との間には、仕切壁部５６、中空部５３および後壁部５５が位置するため、作動流体はロータハウジング１５と後壁部５５との軸方向におけるクリアランスを通ってロータ室２８へ漏洩し難い。
従動側ロータ１４においても、中空部６７とロータ室２８の低圧空間との間には、仕切壁部７１、中空部６８および後壁部７０が位置するため、作動流体はロータハウジング１５と後壁部７０との軸方向におけるクリアランスを通って漏洩し難い。

また、図２では、駆動側ロータ１３の一方の葉４８はロータハウジング１５と対向し、他方の葉４８は従動側ロータ１４と対向する。
一方の葉４８では中空部５２が高圧空間側に位置し、連通路６１は高圧空間と連通しているため、一方の葉４８の中空部５２は高圧となる。
他方の葉４８では従動側ロータ１４の底点部６６に駆動側ロータ１３の頂点部５０が対向する状態にある。
従動側ロータ１４に対向する駆動側ロータ１３の葉４８では、中空部５２が低圧空間側に位置し、連通路６１は従動側ロータ１４の外周面６４と対向する状態となる。
従動側ロータ１４に対向する駆動側ロータ１３の葉４８における中空部５２の圧力は、吐出圧と吸入圧の中間の圧力（中間圧）となっている。
そして、連通路６１が低圧空間と連通すると、中空部５２の圧力は低圧空間と同じになる。

中空部５２の圧力が中間圧となる理由は、中空部５２が駆動側ロータ１３の回転によって、高圧空間側から低圧空間側へ移動する際に、中空部５２から低圧空間側へ作動流体が徐々に洩れて圧力が少しずつ低下するためである。
従って、中空部５２が高圧空間側から低圧空間側へ移動するとき、中空部５２の圧力が急激に低下して変動することはない。
なお、従動側ロータ１４の中空部６７についても、駆動側ロータ１３の中空部５２と同様に、高圧空間側から低圧空間側へ移動する際に、中空部６７から低圧空間側へ作動流体が徐々に洩れて圧力が少しずつ低下して中間圧となる。

本実施形態の圧縮機１０は以下の作用効果を奏する。
（１）駆動側ロータ１３および従動側ロータ１４が高速回転する場合には、中空部５２（６７）に存在する水は遠心力を受けて、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の長径方向の先端側へ移動する。連通路６１（７６）は、駆動軸２３の軸心Ｐ（従動軸３１の軸心Ｑ）の径方向に延在し、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の長径線ＭＬ（ＮＬ）に対して駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の回転方向先行側に形成されている。このため、中空部５２（６７）の水が遠心力を受けて連通路６１（７６）へ移動する。連通路６１（７６）へ移動した水は連通路６１（７６）を通じて中空部５２（６７）からロータ室２８へ排出され、ロータ室２８へ排出された水は駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）のロータ先行部からロータ後行部へ移動し、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）とロータハウジング１５との間のクリアランスに入り込み、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）とロータハウジング１５との間をシールする。従って、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）が高速回転する場合でも、中空部５２（６７）に存在する水を、遠心力を利用して駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の長径方向の先端側へ導き易くなり、連通路６１（７６）を通じてロータ室２８に速やかに排出することができる。

（２）中空部５２（６７）から排出された水が駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）とロータハウジング１５との間をシールすることから、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）とロータハウジング１５とのシール性を向上させることができる。
（３）中空部５２（６７）の水が遠心力を受けて移動する際、ガイド壁面として機能する内壁面５９（７４）は水の連通路６１（７６）への移動を助長し、中空部５２（６７）に存在する水を連通路６１（７６）へ移動し易くする。このため中空部５２（６７）に存在する水を連通路６１（７６）を通じてロータ室２８により速やかに排出することができる。
（４）駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の回転方向後行側には第２の中空部である中空部５３（６８）が備えられていることから、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の軽量化を図ることができる。駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の軽量化により駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の回転時の慣性モーメントが小さくなり駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の応答性が向上する。
（５）連通路６１（７６）と駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の長径線ＭＬ（ＮＬ）間の角度Ｅ（Ｆ）が０度より大きく５度より小さい角度であれば、遠心力が作用し易く、中空部５２（６７）内の水を駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の長径方向の先端側へ導き易い。特に、本実施形態では、ガイド壁面としての内壁面５９（７４）が駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の葉４８（６３）の径方向に延在する。このため、角度Ｅ（Ｆ）が５度より小さい角度であれば、内壁面５９（７４）と連通路６１（７６）との間に形成される凹部に水が溜まり難く、内壁面５９（７４）から連通路６１（７６）へ水が移動し易い。

（６）連通路６１（７６）がロータ室２８における高圧空間と連通するとき、中空部５２（６７）と低圧空間とは、仕切壁部５６（７１）、中空部５３（６８）および後壁部５５（７０）により隔てられているので、中空部５２（６７）の作動流体は低圧空間へ漏洩し難い。また、中空部５２（６７）が駆動側ロータ１３（１４）の回転によって、高圧空間側から低圧空間側へ移動する際に、中空部５２（６７）から低圧空間側へ作動流体が徐々に洩れて高圧から圧力が少しずつ低下する。このため、中空部５２（６７）が高圧空間側から低圧空間側へ移動するとき、中空部５２（６７）の圧力の急激な変動を防止することができる。
（７）中空部５２（６７）における内壁面５７（７２）、５９（７４）は撥水性材料であるフッ素樹脂によりコーティングされている。このため、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の回転時において中空部５２（６７）の水はコーティングされた内壁面５７（７２）、５９（７４）に沿って流れ易く、中空部５２（６７）に残存し難くなる。また、水が中空部５２（６７）において凍結しても、氷が内壁面５７（７２）、５９（７４）から剥離しやすく、凍結による駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の起動不良を回避することができる。

なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。

○ 上記の実施形態では、ロータハウジングとのクリアランスを形成する駆動側ロータ、従動側ロータの端面に切り欠きを設けて連通路を形成したが、例えば、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す変形例のように、連通路８２を貫通孔としてもよい。図３（ｂ）に示すように、連通路８２は、駆動側ロータ１３の外周面４９における軸方向の中間付近にて径方向へ貫通して形成されている。また、中空部８１における端面側から軸方向の中心へ向かうにつれて中空部８１の断面積が拡大するように、葉４８の先端側の内壁面８３が外周面４９側へ接近する位置に形成されている。この場合、駆動側ロータ１３の軸方向の中間付近に設けた連通路８２に水を集約し易くなる。また、連通路８２が中空部８１から外周面４９における軸方向の中間部に貫通する貫通孔であるから、外周面４９とロータハウジング１５との間のクリアランスに水を軸方向にわたって供給し易くなり、シール性を向上させることができる。なお、図示はしないが従動側ロータ１４についても駆動側ロータ１３と同様に貫通孔による連通路とすればよい。

○ 上記の実施形態では、ルーツ型圧縮機として燃料電池システムにおいて水素ガスを循環させる水素ポンプを例示としたが、本発明のルーツ型圧縮機は燃料電池システムの水素ポンプ以外の各種用途に適用してもよい。
○ 上記の実施形態では、各ロータの軸心が水平となる横置き型のルーツ型圧縮機としたが、横置きに限定されない。例えば、ルーツ型圧縮機をロータの軸心が鉛直方向となる縦置きとしてもよく、あるいは、ロータの軸心が傾斜するようにルーツ型圧縮機を設置してもよい。
○ 上記の実施形態では、中空部における内壁面を撥水性材料によりコーティングしたが必ずしもコーティングしなくてもよい。また、内壁面をコーティングする場合であっても、後壁部の内壁面にのみ撥水性材料をコーティングするなど、部分的にコーティングするようにしてもよい。
○ 上記の実施形態では、駆動側ロータおよび従動側ロータの葉に２つの中空部を形成したが、中空部を２つに限定する趣旨ではない。中空部は、葉に少なくとも１つ存在すればよく、連通路によりロータ室と連通する中空部があればよい。

○ 上記の実施形態では、一対のロータが二葉形のロータとしたが、本発明は二葉形のロータを備えるルーツ型圧縮機に限定されない。例えば、図４に示すように、三葉形のロータ９１、９２を備えたルーツ型圧縮機９０に本発明を適用してもよい。ロータ９１は駆動側のロータであり、ロータ９２は従動側のロータである。この場合もロータ９１の３つの葉９３に２つの中空部９４、９５をそれぞれ形成し、中空部９４とロータ室２８を連通する連通路９６を設けている。中空部９５は第２の中空部である。ロータ９１に設けた駆動軸２３の軸心Ｐから頂点部９８までを結ぶ直線（葉９３の中心線）を長径線ＭＬとし、軸心Ｐから底点部９９まで結ぶ直線を短径線ＭＳとする。長径線ＭＬと短径線ＭＳとは６０度の角度を成す。連通路９６は、駆動軸２３の径方向に延在し、ロータ９１の長径線ＭＬに対してロータ９１の回転方向先行側に形成される。また、ロータ９１は前壁部１００、後壁部１０１および仕切壁部１０２を備えている。前壁部１００は内壁面１０３を有し、後壁部１０１は内壁面１０４を有する。仕切壁部１０２はガイド壁面としての内壁面１０５と後壁部１０１に対向する内壁面１０６を有する。この場合も中空部９４の水の排出と、ロータ９１とハウジングとの間のシール性を向上させることができる。なお、従動側のロータであるロータ９２についてもロータ９１と同様にロータ９２の３つの葉１０７に２つの中空部１０８、１０９をそれぞれ形成し、中空部１０８とロータ室２８を連通する連通路１１０を設けている。これにより、中空部１０８の水の排出と、ロータ９２とハウジングとの間のシール性を向上させることができる。

１０、９０ ルーツ型圧縮機
１１ 電動モータ
１２ モータハウジング
１３ 駆動側ロータ
１４ 従動側ロータ
１５ ロータハウジング
１６ タイミングギヤ
２３ 駆動軸
２５ 第１ロータハウジング体
２６ 第２ロータハウジング体
２８ ロータ室
３１ 従動軸
４４ ギヤ室
４５ 駆動側ギヤ
４６ 従動側ギヤ
４８、６３、９３、１０７ 葉
５０、６５、９８ 頂点部
５１、６６、９９ 底点部
５２、６７、８１、９４、１０８ 中空部
５３、６８、９５、１０９ 中空部（第２の中空部）
５４、６９、１００ 前壁部
５５、７０、１０１ 後壁部
５７、５８、５９、６０、７２、７３、７４、７５、８３、１０３、１０４、１０５、１０６ 内壁面
６１、７６、８２、９６、１１０ 連通路
Ｐ 軸心（駆動軸）
Ｑ 軸心（従動軸）
ＭＬ 長径線
ＭＳ 短径線
ＮＬ 長径線
ＮＳ 短径線

Claims (4)

1. 一対の回転軸と、
   前記回転軸とともに回転するように前記回転軸に連結され、相互に噛合される一対のロータと、
   前記一対のロータを収容するロータ室を有するハウジングと、を備え、
   前記ロータは、複数の葉と、前記葉の少なくとも一つに形成された中空部と、前記中空部と前記ロータ室を連通する連通路とを備えたルーツ型圧縮機において、
   前記連通路は、前記回転軸の径方向に延在し、前記ロータの長径線に対して前記ロータの回転方向先行側に形成されることを特徴とするルーツ型圧縮機。
2. 前記ロータは、前記ロータの葉の長径方向に延在するガイド壁面を有し、
   前記ロータ内の前記中空部に漏洩した流体が、前記ガイド壁面に導かれて、前記連通路より前記ロータ室に排出されることを特徴とする請求項１記載のルーツ型圧縮機。
3. 前記ロータの回転方向後行側に、第２の中空部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のルーツ型圧縮機。
4. 前記連通路と前記ロータの長径線間の角度は、０度より大きく５度より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のルーツ型圧縮機。

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