JP2014194187A - ルーツ型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの軽量化と、中空部とロータ室との間のシール性の向上を併せて実現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、各々複数の葉４８、５９を有し、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および従動側ロータ１４と、駆動側ロータ１３および従動側ロータ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の各々に形成された中空部５２と、中空部５２を区画するとともに駆動側ロータ１３の外郭を形成するロータ壁部と、を備えたルーツ型圧縮機１０において、ロータ壁部は、駆動側ロータ１３の長径線ＭＬを基準として、長径線ＭＬより駆動側ロータ１３の回転方向先行側の前壁部５３と、回転方向後行側の後壁部５４とを備え、後壁部５４は前壁部５３より肉厚である。
【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。
また、ロータの外周面に倣う中空部が形成されているため、ロータの軽量化が図られている。

特開２００５−１５５４０８号公報

特許文献１に開示されたルーツ型圧縮機では、ロータに中空部が形成されているためロータの軽量化が図られているものの、中空部の周囲に形成されている壁部の肉厚が薄くなり過ぎると、中空部とロータ室との間のシール性が低下するおそれがある。
中空部とロータ室との間のシール性が低下する場合、高圧空間から中空部へ作動流体が漏洩するとともに中空部の作動流体が低圧空間に漏洩し、圧縮効率が低下する。

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、ロータの軽量化と、中空部とロータ室との間のシール性の向上を併せて実現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、各々複数の葉を有し、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、前記複数の葉の各々に形成された中空部と、該中空部を区画するとともに前記ロータの外郭を形成するロータ壁部と、を備えたルーツ型圧縮機において、前記ロータ壁部は、前記ロータの長径線を基準として、前記長径線より前記ロータの回転方向先行側の前壁部と、回転方向後行側の後壁部とを備え、前記後壁部は前記前壁部より肉厚であることを特徴とする。

本発明では、中空部がロータ室における高圧空間側に位置するとき、中空部と低圧空間とは前壁部より肉厚の後壁部により隔てられ、中空部の作動流体は低圧空間へ漏洩し難い。
また、中空部がロータ室における低圧空間側に位置するとき、中空部と高圧空間とは前壁部より肉厚の後壁部により隔てられ、高圧空間の作動流体は中空部へ漏洩し難い。
従って、本発明によれば、ロータに中空部が形成されていることから、ロータの軽量化を図るとともに中空部とロータ室との間のシール性を向上させることができ、圧縮効率の低下を抑制することができる。

また、上記のルーツ型圧縮機において、前記中空部は、前記ロータの長径線を基準として、前記ロータの回転方向先行側のみに形成される構成としてもよい。
この場合、ロータの形状は、ロータの回転方向先行側の中空部により高圧空間から漏洩する作動流体を回収し、回転方向後行側の後壁部により作動流体の漏洩を防止するために適した形状である。

また、上記のルーツ型圧縮機において、前記中空部と前記ロータ室を連通する連通路が、前記葉の長径線より前記ロータの回転方向先行側に形成されている構成としてもよい。
この場合、中空部を区画するロータ壁部は、中空部における水を回転方向先行側に形成された連通路に導き易くすることができ、連通路を通じて水をロータ室へ排出することができる。

本発明によれば、ロータの軽量化と、中空部とロータ室との間のシール性の向上を併せて実現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のロータ先行部にのみ形成されている。
中空部５２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の外郭を形成するロータ壁部を備えており、ロータ壁部は駆動側ロータ１３のロータ先行部に形成される前壁部５３と、駆動側ロータ１３のロータ後行部に形成される後壁部５４を有する。
前壁部５３の回転方向の肉厚は、外周面４９に沿ってほぼ一定に設定されている。
前壁部５３は、外周面４９に倣うように形成される内壁面５５を有している。
後壁部５４は、ロータ後行部にわたって形成されており、前壁部５３よりも肉厚である。
後壁部５４は長径線ＭＬにほぼ沿って形成される内壁面５６を有している。
後壁部５４の内壁面５６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を形成する内壁面５５、５６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５７が前壁部５３に形成されている。
連通路５７は、葉５９の長径線ＭＬより駆動側ロータ１３の回転方向先行側に形成されており、頂点部５０の近傍に位置している。
また、連通路５７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５３を切り欠くことにより形成されている。
連通路５７は、前壁部５３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５７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５７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５７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５７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、内壁面５６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５６と連通路５７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５６から連通路５７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５５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５５に沿って連通路５７に集約され易くするためである。

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５８を備えている。
従動軸３１の径方向において貫通孔５８の両側には葉５９、５９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６０を備えている。
外周面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。
外周面６０には、外周面６０において軸心Ｑから最も離れた位置となる頂点部６１と、外周面６０において軸心Ｑに最も近い位置となる底点部６２が設定されている。
頂点部６１および底点部６２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６１は葉５９の頂端部に相当し、底点部６２は、従動側ロータ１４における葉５９と葉５９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６１までを結ぶ直線（葉５９の中心線）を長径線ＮＬとし、軸心Ｑから底点部６２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５９および他方の葉５９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の葉５９には中空部６３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６３は、従動側ロータ１４のロータ先行部にのみ形成されている。
中空部６３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の外郭を形成するロータ壁部を備えており、ロータ壁部は従動側ロータ１４のロータ先行部に形成される前壁部６４と、従動側ロータ１４のロータ後行部に形成される後壁部６５を有する。
前壁部６４の回転方向の肉厚は、外周面６０に沿ってほぼ一定に設定されている。
前壁部６４は、外周面６０に倣うように形成される内壁面６６を有している。
後壁部６５は、ロータ後行部にわたって形成されており、前壁部６４よりも肉厚である。
後壁部６５は長径線ＮＬにほぼ沿って形成される内壁面６７を有している。
後壁部６５の内壁面６７は、葉５９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６１側へ向けて延在する。
中空部６３を形成する内壁面６６、６７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６３とロータ室２８を連通する連通路６８が前壁部６４に形成されている。
連通路６８は、葉５９の長径線ＮＬより従動側ロータ１４の回転方向先行側に形成されており、頂点部６１の近傍に位置している。
また、連通路６８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６４を切り欠くことにより形成されている。
連通路６８は、前壁部６４において長径線ＭＬ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６１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６８の通路断面積は中空部６３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６８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６３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６８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６８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、内壁面６７が従動側ロータ１４の葉５９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６７と連通路６８との間に形成される凹部に中空部６３の水が溜まり、中空部６３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６７から連通路６８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６３の断面積が僅かに拡大するように、葉５９の先端側の内壁面６６が外周面６０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６３の水が軸方向において連通路６８に集約され易くするためである。

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６２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６１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６２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空間は吐出圧となる。
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５７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５７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６８が低圧空間と連通するとき、中空部６３は低圧空間と同じ圧力となり、従動側ロータ１４の連通路６８が高圧空間と連通するとき、中空部６３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５３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６３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６３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６３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５５とともに長径方向に延在する内壁面５６は水の連通路５７への移動を助長し、中空部５２に存在する水を連通路５７へ移動し易くする。
連通路５７へ移動した水は、連通路５７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５３から後壁部５４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６３に存在する水は連通路６８からロータ室２８へ排出され、従動側ロータ１４の外周面６０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５５、５６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５７へより移動しやすい。
また、中空部６３の内壁面６６、６７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６８へより移動しやすい。

駆動側ロータ１３の連通路５７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、前壁部５３と比べてロータ室２８までの距離が大きな後壁部５４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５４との軸方向におけるクリアランスを通って漏洩し難い。
従動側ロータ１４においても、中空部６３とロータ室２８の低圧空間との間には、前壁部６４と比べてロータ室２８までの距離が大きな後壁部６５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６５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５７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６２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５７は従動側ロータ１４の外周面６０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５７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、連通路５７が従動側ロータ１４に対向する状態であって、中空部５２が低圧空間側に位置するとき、中空部５２と高圧空間と間には、前壁部５３と比べてロータ室２８までの距離が大きな後壁部５４が位置する。
このため、高圧空間の作動流体はロータハウジング１５と後壁部５４との軸方向におけるクリアランスを通って中空部５２へ漏洩し難い。
また、従動側ロータ１４の中空部６３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６３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）中空部５２（６３）がロータ室２８における高圧空間側に位置するとき、中空部５２と低圧空間とは前壁部５３（６４）より肉厚の後壁部５４（６５）により隔てられ、中空部５２（６３）の作動流体は低圧空間へ漏洩し難い。また、中空部５２（６３）がロータ室２８における低圧空間側に位置するとき、中空部５２（６３）と高圧空間とは前壁部５３（６４）より肉厚の後壁部５４（６５）により隔てられ、高圧空間の作動流体は中空部５２（６３）へ漏洩し難い。従って、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の軽量化を図るとともに中空部５２（６３）とロータ室２８との間のシール性を向上させることができ、圧縮効率の低下を抑制することができる。

（２）駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の形状は、駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の回転方向先行側の中空部５２（６３）により高圧空間から漏洩する作動流体を回収し、回転方向後行側の後壁部５４（６５）により作動流体の漏洩を防止するために適した形状であり、圧縮機１０に採用することにより、作動流体の漏洩を抑制して、圧縮効率の低下を抑制することができる。
（３）中空部５２（６３）を区画する前壁部５３（６４）および後壁部５４（６５）は、中空部５２（６３）における水を回転方向先行側に形成された連通路５７（６６）に導き易くすることができ、連通路５７（６６）を通じて水をロータ室２８へ排出することができる。

（４）中空部５２（６３）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。
（５）中空部５２（６３）における内壁面５５（６６）、５６（６７）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（６３）の水はコーティングされた内壁面５５（６６）、５６（６７）に沿って流れ易く、中空部５２（６３）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５５（６６）、５６（６７）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。
（６）連通路５７（６８）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（６３）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、内壁面５６（６７）が駆動側ロータ１３（従動側ロータ１４）の葉４８（５９）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５６（６７）と連通路５７（６８）との間に形成される凹部に水が溜まり難く、内壁面５６（６７）から連通路５７（６８）へ水が移動し易い。

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、中空部は、ロータの長径線を基準として、ロータの回転方向先行側のみに形成されるとしたが、この限りではない。例えば、中空部はロータの回転方向先行側だけではなく、中空部の一部がロータの回転方向後行側に形成されてもよい。少なくとも、回転方向後行側の後壁部がロータの回転方向先行側の前壁部よりも肉厚であれば中空部の位置は特に限定されない。
○ 上記の実施形態では、中空部とロータ室を連通する連通路が形成され、連通路が葉の長径線よりロータの回転方向の先行側に形成されているとしたが、連通路は必須の要件ではない。例えば、中空部が形成されても中空部とロータ室とを積極的に連通する連通路を備えていないロータとしてもよい。この場合もロータの軽量化を図るとともに中空部とロータ室との間のシール性を向上させることができ、圧縮効率の低下を抑制することができる。

○ 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７２を貫通孔としてもよい。図３（ｂ）に示すように、連通路７２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７１における内壁面７３は端面側から軸方向の中心へ向かうにつれて中空部７１の断面積が拡大するように、葉４８の先端側の内壁面が外周面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７２に水を集約し易くなる。また、連通路７２が中空部７１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、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８１、８２を備えたルーツ型圧縮機８０に本発明を適用してもよい。ロータ８１は駆動側のロータであり、ロータ８２は従動側のロータである。この場合もロータ８１の３つの葉８３に中空部８４がそれぞれ形成されている。中空部８４とロータ室２８を連通する連通路８９が設けられている。ロータ８１のロータ先行部に前壁部８５が形成され、ロータ８１のロータ後行部に後壁部８６が形成されている。前壁部８５は内壁面８７を有し、後壁部８６は内壁面８８を有する。ロータ８１に設けた駆動軸２３の軸心Ｐから頂点部９０までを結ぶ直線（葉８３の中心線）を長径線ＭＬとし、軸心Ｐから底点部９１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。内壁面８８は長径線ＭＬに沿って延在している。連通路８９は、駆動軸２３の径方向に延在し、ロータ８１の長径線ＭＬに対してロータ８１の回転方向先行側に形成される。なお、従動側のロータであるロータ８２についてもロータ８１と同様にロータ８２の３つの葉９２に中空部９３をそれぞれ形成している。中空部９３とロータ室２８を連通する連通路９８が設けられている。ロータ８２のロータ先行部に前壁部９４が形成され、ロータ８２のロータ後行部に後壁部９５が形成されている。前壁部９４は内壁面９６を有し、後壁部９５は内壁面９７を有する。ロータ８２に設けた従動軸３１の軸心Ｑから頂点部９９までを結ぶ直線（葉９２の中心線）を長径線ＮＬとし、軸心Ｑから底点部１００まで結ぶ直線を短径線ＮＳとする。長径線ＮＬと短径線ＮＳとは６０度の角度を成す。後壁部９５の内壁面９７は長径線ＮＬに沿って延在している。連通路９８は、従動軸３１の径方向に延在し、ロータ８２の長径線ＮＬに対してロータ８２の回転方向先行側に形成される。ルーツ型圧縮機８０によれば、ロータ８１（８２）に中空部８４（９３）が形成されていることから、ロータ８１（８２）の軽量化を図るとともに中空部８４（９３）とロータ室２８との間のシール性を向上させることができ、圧縮効率の低下を抑制することができる。また、中空部８４（９３）の水の排出と、ロータ８１（８２）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、７０、８０ 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、５９、８３、９２ 葉
５０、６１、９０、９９ 頂点部
５１、６２、９１、１００ 底点部
５２、６３、８４、９３ 中空部
５３、６４、８５、９４ 前壁部
５４、６５、８６、９５ 後壁部
５５、５６、６６、６７、７３、８７、８８、９６、９７ 内壁面
５７、６８、７２、８９、９８ 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 (3)

1. 一対の回転軸と、
   各々複数の葉を有し、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、前記複数の葉の各々に形成された中空部と、該中空部を区画するとともに前記ロータの外郭を形成するロータ壁部と、を備えたルーツ型圧縮機において、
   前記ロータ壁部は、前記ロータの長径線を基準として、前記長径線より前記ロータの回転方向先行側の前壁部と、回転方向後行側の後壁部とを備え、
   前記後壁部は前記前壁部より肉厚であることを特徴とするルーツ型圧縮機。
2. 前記中空部は、前記ロータの長径線を基準として、前記ロータの回転方向先行側のみに形成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. 前記中空部と前記ロータ室を連通する連通路が、前記葉の長径線より前記ロータの回転方向先行側に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のルーツ型圧縮機。

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