JP2024048012A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の軸ブレに伴うシール部材の弾性変形を原因として、シール部材によるシール性能が低下することを抑制できる流体機械を提供すること。【解決手段】ルーツポンプにおいて、ロータハウジング１４と回転軸１６との間には、第２シール部材２８と径方向に隣接する緩衝部材３４が設けられている。緩衝部材３４は、回転軸１６が貫通する環状である。緩衝部材３４の第１端面３４ａには、緩衝部材３４を第２シール部材２８よりも弾性変形させるように、回転軸１６の周方向へ延在する第１溝３６１が開口している。また、緩衝部材３４の第２端面には、緩衝部材３４を第２シール部材２８よりも弾性変形させるように、回転軸１６の周方向へ延在する第２溝３６２が開口している。【選択図】図４

Description

本発明は、流体機械に関する。

特許文献１には、流体機械の一例として、電動ルーツ型圧縮機が開示されている。電動ルーツ型圧縮機は、ハウジングと、電動モータと、タイミングギヤと、回転軸としての駆動軸と、回転軸としての従動軸と、ラジアル軸受と、軸シール部材と、ロータと、を有する。

駆動軸は、電動モータにより回転される。従動軸は、タイミングギヤを介して駆動軸により回転される。駆動軸及び従動軸の各々は、ハウジングに挿入されている。駆動軸及び従動軸の各々は、ラジアル軸受を介して回転可能に支持されている。ロータは、駆動軸及び従動軸の各々に取り付けられるとともに、駆動軸及び従動軸と一体的に回転する。ロータは、ハウジングに画定されたロータ室としての作動室に収容されている。タイミングギヤは、ハウジングに画定されたギヤ室に収容されている。

駆動軸及び従動軸の各々は、軸シール部材を貫通している。軸シール部材は、弾性材料製である。軸シール部材は、作動室からの作動流体の漏洩を抑制する。電動ルーツ型圧縮機では、電動モータにより駆動軸が回転すると、タイミングギヤを介して従動軸が駆動軸とは反対方向へ回転する。これにより、作動室における一対のロータが互いに反対方向へ回転する。ロータの回転により作動室へ作動流体が吸入されるとともに、作動室内の作動流体は作動室の外へ吐出される。

特開２０１０－１４４５７６号公報

電動ルーツ型圧縮機では、作動室での吸入圧と吐出圧の差圧の発生や、電動モータの振動に伴う駆動軸や従動軸の共振などを原因として、駆動軸及び従動軸に軸ブレが発生する。駆動軸及び従動軸に軸ブレが発生すると、軸シール部材は弾性変形する。この弾性変形に伴って、軸シール部材によるシール性能が低下する虞がある。そこで、軸ブレしても軸シール部材によってシールするために、駆動軸及び従動軸に対して軸シール部材を強く押し付けることが考えられるが、この場合には、軸シール部材の摩耗が進みやすくなって好ましくない。

上記問題点を解決するための流体機械は、ハウジングと、前記ハウジングに挿入され、軸受を介して回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸と一体的に回転するロータと、を有し、前記ハウジングには、前記ロータを収容し、流体を吸入する吸入孔及び流体を吐出する吐出孔を有するロータ室が画定され、前記ロータ室は、前記回転軸が貫通するシール部材によってシールされ、前記シール部材は、弾性材料からなり、環状のベース部と、前記ベース部から前記回転軸の径方向の内側に向けて延在する環状のリップ部と、を有し、前記ロータが回転することで、前記吸入孔から吸入された流体が、前記ロータ室内で圧縮され、前記吐出孔から前記ロータ室外に吐出される流体機械であって、前記ハウジングと前記回転軸との間には、前記シール部材と前記径方向に隣接し、前記回転軸が貫通する環状の緩衝部材が設けられ、前記回転軸の軸方向における前記緩衝部材の少なくとも一方の端面には、前記緩衝部材を前記シール部材よりも前記径方向に弾性変形させるように、前記回転軸の周方向へ延在する溝が開口していることを要旨とする。

これによれば、溝が開口することによって、緩衝部材は径方向に弾性変形できる。そして、回転軸が軸ブレしたとき、シール部材よりも緩衝部材を大きく径方向に弾性変形させることができる。回転軸から加わる力は、緩衝部材の弾性変形によって緩衝部材に吸収される。よって、シール部材を大きく弾性変形させることなく回転軸とハウジングとの間をシールした形状を維持できる。

このため、軸ブレに伴うシール部材の弾性変形を加味して、回転軸に対するシール部材の押付力を大きくしなくてもよくなる。その結果、押付力を大きくすることを原因として、シール部材の摩耗が進行し易くなることを抑制できる。以上から、回転軸の軸ブレに伴うシール部材の弾性変形を原因として、シール部材によるシール性能が低下することを抑制できる。

流体機械について、前記溝は、前記回転軸の周方向に延在する円弧状溝部と、当該円弧状溝部に連続し、かつ前記径方向の外側に向けて前記円弧状溝部から延在する突状溝部と、が前記周方向に交互に連続する波形状であってもよい。

これによれば、波形状の溝とすることにより、緩衝部材は、回転軸の周方向及び径方向へより弾性変形し易くなる。このため、緩衝部材は、回転軸から加わる力を吸収し易い。
流体機械について、前記溝は、前記緩衝部材の一方の端面に開口する第１溝と、他方の端面に開口する第２溝と、を有し、前記第１溝及び前記第２溝の各々は前記波形状であり、前記第１溝と前記第２溝は、前記径方向に離れているとともに、前記周方向に離れていてもよい。

これによれば、例えば、緩衝部材の軸方向の一方の端面のみに溝が開口する場合と比べると、緩衝部材を弾性変形させやすい。
流体機械について、前記緩衝部材は、前記径方向の内周側に位置する内周側環状部と、前記径方向の外周側に位置する外周側環状部と、前記径方向において前記内周側環状部と前記外周側環状部との間に位置し、かつ前記径方向において前記第１溝と前記第２溝との間に挟まれる弾性変形部と、を有し、前記径方向への前記弾性変形部の厚さは、前記径方向への前記内周側環状部の厚さより小さくてもよい。

これによれば、内周側環状部は、弾性変形部よりも剛性が高くなる。このため、内周側環状部を圧入代として用いることができるとともに、弾性変形部は弾性変形し易くなる。
流体機械について、前記緩衝部材は、前記シール部材よりも前記径方向の内周側に配置され、前記緩衝部材は、前記回転軸と一体的に回転していてもよい。

これによれば、回転軸が軸ブレしたとき、シール部材よりも緩衝部材を径方向に弾性変形させることができる。そして、緩衝部材が弾性変形して、回転軸から加わる力を吸収する。このため、回転軸からの力が、シール部材に直接加わることを抑制できるため、シール部材の弾性変形をより抑制しやすい。

本発明によれば、回転軸の軸ブレに伴うシール部材の弾性変形を原因として、シール部材によるシール性能が低下することを抑制できる。

実施形態のルーツポンプを示す断面図である。 ロータ及びロータ室を示す断面図である。 回転軸、緩衝部材及び第２シール部材を示す部分断面図である。 回転軸、緩衝部材及び第２シール部材を示す拡大断面図である。 回転軸、緩衝部材及び第２シール部材を示す部分断面図である。 緩衝部材の作用を示す部分断面図である。 第２の実施形態の緩衝部及び第２シール部材を示す部分断面図である。 回転軸、緩衝部及び第２シール部材を示す部分断面図である。 回転軸、緩衝部及び第２シール部材を示す拡大断面図である。 第１溝及び第２溝の別例を示す拡大断面図である。

（第１の実施形態）
以下、流体機械をルーツポンプに具体化した第１の実施形態を図１～図６にしたがって説明する。

＜ルーツポンプの全体＞
燃料電池車には、酸素及び水素を供給して発電させる燃料電池システムが搭載されている。ルーツポンプは、燃料電池システムにおける水素ポンプとして燃料電池車に搭載されている。ルーツポンプは、燃料電池から排出された、流体としての水素ガスを吸入するとともに、吸入した流体としての水素ガスを吐出する。したがって、ルーツポンプは、燃料電池から排出された水素ガスを燃料電池に再び供給する。

図１に示すように、流体機械としてのルーツポンプ１０は、筒状のハウジング１１を有する。ハウジング１１は、モータハウジング１２と、ギアハウジング１３と、ロータハウジング１４と、カバー部材１５と、を有する。モータハウジング１２、ギアハウジング１３、ロータハウジング１４、及びカバー部材１５の各々は、金属製である。

モータハウジング１２は、ギアハウジング１３と連結されている。ロータハウジング１４は、ギアハウジング１３と連結されている。カバー部材１５は、ロータハウジング１４と連結されている。

モータハウジング１２は、板状の底壁１２ａと、底壁１２ａの外周部から筒状に延びる周壁１２ｂと、を有する。ギアハウジング１３は、板状の底壁１３ａと、底壁１３ａの外周部から筒状に延びる周壁１３ｂと、を有する。ギアハウジング１３の底壁１３ａには、一対の第１凹部１３ｃが画定されている。この第１凹部１３ｃは、後述する第１シール部材１７ａを収容するための凹部である。一対の第１凹部１３ｃの各々は、ギアハウジング１３の内底面から円形状に凹む。なお、一対の第１凹部１３ｃのうち、後述する駆動軸１６ａが挿通される第１凹部１３ｃは、小径部分と、小径部分よりも大径な大径部分と、を有する。

ロータハウジング１４は、板状の底壁１４ａと、底壁１４ａの外周部から筒状に延びる周壁１４ｂと、を有する。ロータハウジング１４の底壁１４ａには、一対の第２凹部１４ｃが画定されている。この第２凹部１４ｃは、後述する第２シール部材２８を収容するための凹部である。一対の第２凹部１４ｃの各々は、底壁１４ａの端面から円形状に凹む。一対の第２凹部１４ｃの各々は、一対の第１凹部１３ｃの各々と同軸上に位置している。また、一対の第２凹部１４ｃの各々は、底壁１４ａの端面での開口側に大径部１４１を有するとともに、開口側より奥側に小径部１４２を有する。ロータハウジング１４は、大径部１４１と小径部１４２との境に段差面１４３を有する。段差面１４３は、環状である。カバー部材１５は、板状である。

ギアハウジング１３の底壁１３ａとモータハウジング１２の周壁１２ｂとが突き合わされている。ロータハウジング１４の底壁１４ａとギアハウジング１３の周壁１３ｂとが突き合わされている。カバー部材１５は、ロータハウジング１４の周壁１４ｂに突き合わされている。

ハウジング１１には、ギア室２４が画定されている。ギア室２４は、ギアハウジング１３の底壁１３ａ、ギアハウジング１３の周壁１３ｂ、及びロータハウジング１４の底壁１４ａによって画定されている。

ルーツポンプ１０は、ハウジング１１に画定されたロータ室２５を有する。ロータ室２５は、ロータハウジング１４の底壁１４ａ、ロータハウジング１４の周壁１４ｂ、及びカバー部材１５によって画定されている。したがって、ハウジング１１には、ロータ室２５が画定されている。

ルーツポンプ１０は、回転軸１６としての駆動軸１６ａ及び従動軸１６ｂを有する。駆動軸１６ａ及び従動軸１６ｂの各々は、ハウジング１１に挿入されている。駆動軸１６ａ及び従動軸１６ｂは、金属製である。駆動軸１６ａと従動軸１６ｂは平行である。回転軸１６の軸心Ｌの延びる方向を軸方向とする。駆動軸１６ａは、ギアハウジング１３の底壁１３ａ及びロータハウジング１４の底壁１４ａを貫通している。従動軸１６ｂは、ロータハウジング１４の底壁１４ａを貫通している。

一対の第１軸受３１は、ギアハウジング１３の底壁１３ａに配置されている。一対の第１軸受３１の一方は、一方の第１凹部１３ｃにおける大径部分に取り付けられているとともに、一対の第１軸受３１の他方は、他方の第１凹部１３ｃに取り付けられている。一対の第２軸受３２は、ロータハウジング１４の底壁１４ａに配置されている。一対の第２軸受３２の一方は、一方の第２凹部１４ｃにおける大径部１４１に取り付けられているとともに、一対の第２軸受３２の他方は、他方の第２凹部１４ｃにおける大径部１４１に取り付けられている。第３軸受３３は、モータハウジング１２の底壁１２ａに配置されている。駆動軸１６ａは、一方の第１軸受３１、一方の第２軸受３２及び第３軸受３３を介してハウジング１１に回転可能に支持されている。従動軸１６ｂは、他方の第１軸受３１、及び他方の第２軸受３２を介してハウジング１１に回転可能に支持されている。

第１シール部材１７ａは、ギアハウジング１３の底壁１３ａに設けられている。第１シール部材１７ａは、一方の第１凹部１３ｃにおける小径部分に圧入されている。第１シール部材１７ａには、駆動軸１６ａが貫通している。第１シール部材１７ａは、駆動軸１６ａとギアハウジング１３の底壁１３ａとの間をシールする。第１シール部材１７ａは、ギア室２４とモータ室１２ｃとの間をシールする。

シール部材としての一対の第２シール部材２８は、ロータハウジング１４の底壁１４ａに設けられている。一対の第２シール部材２８の各々は、第２凹部１４ｃにおける小径部１４２に配置されている。第２シール部材２８は、回転軸１６の軸方向において、第２軸受３２とロータ室２５との間に配置されている。第２シール部材２８は、回転軸１６に装着された緩衝部材３４の外周側に配置されている。第２シール部材２８には、回転軸１６が貫通している。緩衝部材３４については、後に詳述する。第２シール部材２８は、回転軸１６と、ハウジング１１における底壁１４ａとの間をシールする。第２シール部材２８は、ギア室２４とロータ室２５との間をシールする。したがって、ロータ室２５は、第２シール部材２８によってシールされている。

第１シール部材１７ａ及び第２シール部材２８の各々は、弾性材料製である。第１シール部材１７ａ及び第２シール部材２８の各々は、弾性変形可能である。
図５に示すように、第２シール部材２８は、環状のベース部２８ａと、環状のリップ部２８ｂと、を有する。ベース部２８ａは、小径部１４２を画定した、ロータハウジング１４の内周面に密接している。リップ部２８ｂは、ベース部２８ａの内周面から、回転軸１６の径方向の内側に向けて延在する。リップ部２８ｂは、後述する緩衝部材３４の外周面に密接している。

図１に示すように、ルーツポンプ１０は、駆動軸１６ａを回転させる電動モータ５０を有する。電動モータ５０は、ハウジング１１に画定されたモータ室１２ｃに収容されている。モータ室１２ｃは、モータハウジング１２の底壁１２ａ、モータハウジング１２の周壁１２ｂ、及びギアハウジング１３の底壁１３ａによって画定されている。電動モータ５０は、駆動軸１６ａを回転させる。

ルーツポンプ１０は、動力伝達機構Ｇを有する。動力伝達機構Ｇは、駆動ギア１８と従動ギア１９と、を有する。駆動ギア１８は、駆動軸１６ａに固定されている。従動ギア１９は、従動軸１６ｂに固定されている。駆動ギア１８及び従動ギア１９は、ギア室２４に収容されている。したがって、動力伝達機構Ｇは、ハウジング１１に収容されている。従動ギア１９は、駆動ギア１８と噛み合って回転する。従動軸１６ｂは、動力伝達機構Ｇによって駆動軸１６ａと逆方向に回転する。

図２に示すように、ロータ室２５は、ロータ室２５内に水素ガスを吸入する吸入孔４５、及びロータ室２５内の水素ガスを吐出する吐出孔４６を有する。吸入孔４５及び吐出孔４６は、ロータハウジング１４の周壁１４ｂに形成されている。吸入孔４５と吐出孔４６は、ロータ室２５を挟んで対向する。吸入孔４５及び吐出孔４６は、ロータ室２５と外部とを連通する。

ルーツポンプ１０は、ロータ２２を有する。ロータ２２は、駆動ロータ２０と、従動ロータ２１と、を有する。駆動ロータ２０は、駆動ギア１８によって回転されるロータである。従動ロータ２１は、従動ギア１９によって回転されるロータである。一対のロータ２２は、ロータ室２５に収容されている。したがって、ロータ室２５は、ロータ２２を収容する。駆動ロータ２０は、駆動軸１６ａに取り付けられている。駆動ロータ２０は、駆動軸１６ａと一体的に回転する。従動ロータ２１は、従動軸１６ｂに取り付けられている。従動ロータ２１は、従動軸１６ｂと一体的に回転する。従動ロータ２１は、駆動ロータ２０とともに回転する。したがって、駆動ロータ２０と従動ロータ２１は、ロータ室２５内で互いに逆方向へ回転される。

そして、ロータ２２が回転することで、吸入孔４５から吸入された水素ガスは、ロータ２２の先端部によって閉じ込められるとともに、ロータ室２５内で圧縮される。閉じ込められた水素ガスは、閉じ込められたまま、吐出孔４６に向けて圧送される。閉じ込められた水素ガスは、吐出孔４６からロータ室２５外に吐出される。

＜緩衝部材＞
図３、図４及び図５に示すように、緩衝部材３４は、第２シール部材２８よりも径方向の内周側に配置されている。緩衝部材３４は、環状である。緩衝部材３４は、駆動軸１６ａの周面及び従動軸１６ｂの周面に装着されている。緩衝部材３４は、駆動軸１６ａ及び従動軸１６ｂの周面と、小径部１４２を画定したロータハウジング１４の内周面との間に第２シール部材２８とともに介在する。したがって、緩衝部材３４は、ロータハウジング１４と駆動軸１６ａとの間、及びロータハウジング１４と従動軸１６ｂとの間に設けられている。また、緩衝部材３４は、第２シール部材２８と、駆動軸１６ａの径方向に隣接するとともに、緩衝部材３４には、駆動軸１６ａが貫通している。同じく、緩衝部材３４は、第２シール部材２８と、従動軸１６ｂの径方向に隣接するとともに、緩衝部材３４には、従動軸１６ｂが貫通している。なお、駆動軸１６ａに装着された緩衝部材３４と、従動軸１６ｂに装着された緩衝部材３４は同じであるため、緩衝部材３４について、回転軸１６に装着された緩衝部材３４として説明する。

緩衝部材３４は、環状である。緩衝部材３４は、金属製である。緩衝部材３４は、中央部に軸孔３５を有する。軸孔３５には、回転軸１６が貫通している。回転軸１６は、緩衝部材３４の内側に圧入されている。したがって、緩衝部材３４は、回転軸１６と一体的に回転する。緩衝部材３４は、回転軸１６を囲む。

緩衝部材３４の中心軸線Ｍは、回転軸１６の軸心Ｌと同軸線上に位置する。緩衝部材３４の軸方向は、回転軸１６の軸方向に一致する。そして、緩衝部材３４は、回転軸１６の軸方向に厚さを有する。緩衝部材３４は、軸方向の一方の端面に第１端面３４ａを有するとともに、軸方向の他方の端面に第２端面３４ｂを有する。第１端面３４ａは、ロータ室２５寄りの端面である。第２端面３４ｂは、ギア室２４寄りの端面である。第１端面３４ａ及び第２端面３４ｂは環状である。第１端面３４ａと第２端面３４ｂは平行である。軸孔３５は、第１端面３４ａ及び第２端面３４ｂに開口する。

＜第１溝及び第２溝＞
緩衝部材３４の第１端面３４ａには、第１溝３６１が形成されるとともに、第２端面３４ｂには、第２溝３６２が形成されている。第１溝３６１は、第１端面３４ａに開口するとともに、第２溝３６２は第２端面３４ｂに開口する。第１溝３６１は、第１端面３４ａよりも軸方向に凹むとともに、回転軸１６の周方向へ延在する。第２溝３６２は、第２端面３４ｂに開口する。第２溝３６２は、第２端面３４ｂよりも軸方向に凹むとともに、回転軸１６の周方向へ延在する。

第１溝３６１及び第２溝３６２の各々は、軸方向に見て歯車形状である。第１溝３６１及び第２溝３６２の各々は、複数の円弧状溝部３６ａと、複数の突状溝部３６ｂと、を有する。複数の円弧状溝部３６ａの各々は、回転軸１６の周方向へ円弧状に延在する。第１溝３６１において、円弧状溝部３６ａの周方向への寸法は、全ての円弧状溝部３６ａにおいて同じである。第２溝３６２において、円弧状溝部３６ａの周方向への寸法は、全ての円弧状溝部３６ａにおいて同じである。また、円弧状溝部３６ａは、緩衝部材３４の径方向に開口幅を有する。

複数の突状溝部３６ｂの各々は、緩衝部材３４の径方向へ台形状に突出するように、回転軸１６の径方向の外側に向けて円弧状溝部３６ａから延在する。第１溝３６１において、突状溝部３６ｂの径方向への寸法は、全ての突状溝部３６ｂにおいて同じである。第２溝３６２において、突状溝部３６ｂの径方向への寸法は、全ての突状溝部３６ｂにおいて同じである。各円弧状溝部３６ａは、２つの突状溝部３６ｂに挟まれている。円弧状溝部３６ａの周方向の第１端には、円弧状溝部３６ａを挟む１つの突状溝部３６ｂの基端が連続するとともに、円弧状溝部３６ａの周方向の他端には、円弧状溝部３６ａを挟むもう１つの突状溝部３６ｂの基端が連続している。したがって、突状溝部３６ｂは、円弧状溝部３６ａに連続している。突状溝部３６ｂは、円弧状溝部３６ａからの突出端となる部分において、緩衝部材３４の径方向に開口幅を有する。また、突状溝部３６ｂは、径方向に延びる部分において、緩衝部材３４の周方向に開口幅を有する。

第１溝３６１及び第２溝３６２の各々は、円弧状溝部３６ａと突状溝部３６ｂとが、周方向に交互に連続する波形状である。第１溝３６１の円弧状溝部３６ａは、第２溝３６２の円弧状溝部３６ａよりも周方向への長さが短い。また、第１溝３６１の突状溝部３６ｂは、第２溝３６２の突状溝部３６ｂよりも、径方向への長さが短い。第１溝３６１と第２溝３６２は、回転軸１６の軸方向に重なり合っていない。具体的には、第２溝３６２は、第１溝３６１よりも回転軸１６寄りに位置している。第１溝３６１の突状溝部３６ｂよりも周方向の内側に、第２溝３６２の突状溝部３６ｂが位置している。また、第１溝３６１の円弧状溝部３６ａよりも径方向の内側に、第２溝３６２の円弧状溝部３６ａが位置している。

第２溝３６２の突状溝部３６ｂにおいて、円弧状溝部３６ａからの突出端となる部分であり、かつ周方向に延びる部分は、第１溝３６１の突状溝部３６ｂにおいて、円弧状溝部３６ａからの突出端となる部分であり、かつ周方向に延びる部分よりも、回転軸１６の径方向において、回転軸１６寄りに位置している。また、第２溝３６２の突状溝部３６ｂにおける、径方向に延びる部分は、第１溝３６１の突状溝部３６ｂにおける、径方向に延びる部分よりも、回転軸１６の周方向において内側に位置している。したがって、第１溝３６１と第２溝３６２とは、回転軸１６の径方向に離れているとともに、回転軸１６の周方向に離れている。

＜弾性変形部＞
緩衝部材３４は、弾性変形部３９を有する。弾性変形部３９は、内側弾性部３９ａと、外側弾性部３９ｂと、一対の弾性部３９ｃと、を有する。内側弾性部３９ａは、第１溝３６１の円弧状溝部３６ａと第２溝３６２の円弧状溝部３６ａとの間に位置する部分である。内側弾性部３９ａは、回転軸１６の径方向において、円弧状溝部３６ａ同士の間に位置するとともに、回転軸１６の周方向へ円弧状に延在する。外側弾性部３９ｂは、第１溝３６１の突状溝部３６ｂの突出端となる部分と、第２溝３６２の突状溝部３６ｂの突出端となる部分との間に位置する部分である。外側弾性部３９ｂは、回転軸１６の径方向において、突状溝部３６ｂの突出端同士の間に位置するとともに、回転軸１６の周方向へ円弧状に延在する。一対の弾性部３９ｃは、第１溝３６１の突状溝部３６ｂの径方向に延びる部分と、第２溝３６２の突状溝部３６ｂの径方向に延びる部分との間に位置する部分である。

＜内周側環状部及び外周側環状部＞
緩衝部材３４は、回転軸１６の径方向における内周側に位置する内周側環状部３８ａを有する。内周側環状部３８ａは、第２溝３６２の円弧状溝部３６ａよりも回転軸１６寄りの部分である。内周側環状部３８ａは環状である。また、緩衝部材３４は、回転軸１６の径方向における外周側に位置する外周側環状部３８ｂを有する。外周側環状部３８ｂは、第１溝３６１の突状溝部３６ｂにおける突出端となる部分よりも径方向の外側の部分である。外周側環状部３８ｂは環状である。第１溝３６１及び第２溝３６２は、回転軸１６の径方向において、内周側環状部３８ａと外周側環状部３８ｂの間に位置している。したがって、弾性変形部３９は、回転軸１６の径方向において、内周側環状部３８ａと外周側環状部３８ｂの間に位置し、かつ第１溝３６１と第２溝３６２との間に挟まれている。

図４に示すように、緩衝部材３４において、回転軸１６の径方向への内周側環状部３８ａの寸法を厚さＤ１とする。緩衝部材３４において、回転軸１６の径方向への外周側環状部３８ｂの寸法を厚さＤ２とする。緩衝部材３４において、回転軸１６の径方向への内側弾性部３９ａ及び外側弾性部３９ｂの寸法を厚さＤ３とする。緩衝部材３４において、回転軸１６の周方向への弾性部３９ｃの寸法を厚さＤ４とする。内周側環状部３８ａの厚さＤ１及び外周側環状部３８ｂの厚さＤ２は、内側弾性部３９ａの厚さＤ３、及び外側弾性部３９ｂの厚さＤ３より大きい。言い換えると、内側弾性部３９ａの厚さＤ３、及び外側弾性部３９ｂの厚さＤ３は、内周側環状部３８ａの厚さＤ１より小さい。また、弾性部３９ｃの厚さＤ４は、内側弾性部３９ａの厚さＤ３、及び外側弾性部３９ｂの厚さＤ３より小さい。すなわち、内側弾性部３９ａの厚さＤ３、及び外側弾性部３９ｂの厚さＤ３、並びに弾性部３９ｃの厚さＤ４は、内周側環状部３８ａの厚さＤ１、及び外周側環状部３８ｂの厚さＤ２よりも小さい。

上記緩衝部材３４において、内側弾性部３９ａ及び外側弾性部３９ｂの各々は、第１溝３６１と第２溝３６２の間で、回転軸１６の径方向へ弾性変形する。弾性部３９ｃは、第１溝３６１と第２溝３６２の間で、回転軸１６の周方向へ弾性変形する。

＜第２シール部材と緩衝部材＞
第２シール部材２８のリップ部２８ｂは、外周側環状部３８ｂの外周面に押し付けられることによって、当該外周側環状部３８ｂの外周面に密接している。これにより、第２シール部材２８は、小径部１４２を画定するロータハウジング１４の内周面と、緩衝部材３４の外周面との間をシールしている。この第２シール部材２８により、ロータ室２５はシールされている。

第２シール部材２８と緩衝部材３４とは、ロータハウジング１４と回転軸１６との間との間において、回転軸１６の径方向に隣接している。第２シール部材２８と緩衝部材３４は、回転軸１６の外周側において、回転軸１６の径方向に並んでいる。なお、回転軸１６の径方向へのリップ部２８ｂの厚さを調節したり、リップ部２８ｂにコイルバネを巻き付けたりして、緩衝部材３４に対するリップ部２８ｂの押付力を調節してもよい。

緩衝部材３４に対するリップ部２８ｂの押付力は、回転軸１６の径方向への第２シール部材２８の弾性変形のし易さでもある。以下の説明において、回転軸１６に対するリップ部２８ｂの押付力を、単にリップ部２８ｂの押付力と記載する。リップ部２８ｂの押付力が大きいほど、径方向への力が回転軸１６から緩衝部材３４に作用したとき、リップ部２８ｂは弾性変形し難い。言い換えると、リップ部２８ｂの押付力が小さいほど、径方向への力が回転軸１６から緩衝部材３４に作用したとき、リップ部２８ｂは弾性変形し易い。

緩衝部材３４の弾性変形のし易さは、内側弾性部３９ａ及び外側弾性部３９ｂの厚さＤ３に依存する。厚さＤ３が小さいほど、緩衝部材３４は、回転軸１６の径方向へ弾性変形し易い。言い換えると、内側弾性部３９ａ及び外側弾性部３９ｂの厚さＤ３が大きいほど、緩衝部材３４は、回転軸１６の径方向へ弾性変形し難い。そして、第２シール部材２８より緩衝部材３４の方が、回転軸１６の径方向へ弾性変形しやすいように、内側弾性部３９ａ及び外側弾性部３９ｂの厚さＤ３が設定されている。

このため、回転軸１６の径方向への力が、回転軸１６から緩衝部材３４及びリップ部２８ｂに加わったとき、緩衝部材３４は、リップ部２８ｂよりも先に径方向に弾性変形する。つまり、緩衝部材３４は、第２シール部材２８よりも、回転軸１６の径方向に弾性変形し易い。このため、回転軸１６の径方向への力が、回転軸１６から緩衝部材３４及びリップ部２８ｂに加わったとき、緩衝部材３４の方が、リップ部２８ｂより大きく弾性変形する。

［第１の実施形態の作用］
ルーツポンプ１０の動作時、ロータ室２５への水素ガスの吸入圧と吐出圧との差圧や、電動モータ５０の振動に伴う回転軸１６の共振などの影響で、回転軸１６に軸ブレが発生する。回転軸１６の軸ブレが発生すると、回転軸１６の径方向への力が、緩衝部材３４に加わる。

図６に示すように、緩衝部材３４の周方向のいずれかの位置において、軸ブレに伴い、内周側環状部３８ａが外周側環状部３８ｂに向けて、回転軸１６の径方向に沿って接近する。接近した内周側環状部３８ａと外周側環状部３８ｂの間では、内側弾性部３９ａ及び外側弾性部３９ｂが弾性変形する。１８０度反対側では、軸ブレに伴い、内周側環状部３８ａが、外周側環状部３８ｂから回転軸１６の径方向に沿って離間する。離間した内周側環状部３８ａと外周側環状部３８ｂの間では、内側弾性部３９ａ及び外側弾性部３９ｂが弾性変形する。つまり、緩衝部材３４が、回転軸１６の径方向に弾性変形する。すると、回転軸１６の軸ブレに伴って発生する力は、緩衝部材３４の弾性変形によって吸収される。このため、第２シール部材２８は、径方向に大きく弾性変形することが抑制されたまま、回転軸１６とロータハウジング１４との間をシールした状態が維持される。

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。
（１－１）緩衝部材３４は、第２シール部材２８よりも径方向の内周側に配置されるとともに、回転軸１６と一体的に回転する。第２シール部材２８は、緩衝部材３４の外周面とロータハウジング１４の内周面との間に配置されている。そして、第１溝３６１と第２溝３６２が開口することによって、緩衝部材３４は第２シール部材２８よりも径方向に弾性変形できる。このため、回転軸１６が軸ブレしたとき、第２シール部材２８に比べて、緩衝部材３４の方を大きく弾性変形させることができる。回転軸１６から加わる力は、緩衝部材３４の弾性変形によって、当該緩衝部材３４に吸収される。よって、第２シール部材２８を大きく弾性変形させることなく回転軸１６とロータハウジング１４との間をシールした形状を維持できる。

このため、軸ブレに伴う第２シール部材２８の弾性変形を加味して、回転軸１６に対する第２シール部材２８の押付力を大きくしなくてもよくなる。その結果、押付力を大きくすることを原因として、第２シール部材２８の摩耗が進行し易くなることを抑制できる。以上から、回転軸１６の軸ブレに伴う第２シール部材２８の弾性変形を原因として、第２シール部材２８によるシール性能が低下することを抑制できる。

（１－２）第１溝３６１及び第２溝３６２の各々は、複数の円弧状溝部３６ａと、複数の突状溝部３６ｂとが周方向に交互に連続する波形状である。これにより、緩衝部材３４は、回転軸１６の周方向及び径方向へより弾性変形し易くなる。このため、緩衝部材３４は、回転軸１６から加わる力を吸収し易い。

（１－３）第１溝３６１は、緩衝部材３４の第１端面３４ａに開口するとともに、第２溝３６２は、緩衝部材３４の第２端面３４ｂに開口する。これによれば、緩衝部材３４は、第１溝３６１と第２溝３６２に挟まれた弾性変形部３９を有する。例えば、緩衝部材３４の軸方向の一端面のみに溝が開口する場合と比べると、緩衝部材３４を弾性変形させやすい。

（１－４）緩衝部材３４は、第２シール部材２８よりも径方向の内周側に配置されるとともに、回転軸１６と一体的に回転する。そして、回転軸１６が軸ブレしたとき、第２シール部材２８よりも緩衝部材３４を弾性変形させることができる。このため、回転軸１６からの力が、第２シール部材２８に直接加わることを抑制できるため、第２シール部材２８の弾性変形をより抑制できる。

（１－５）弾性変形部３９は、回転軸１６の径方向に延びる弾性部３９ｃを有する。この弾性部３９ｃにより、緩衝部材３４は、回転軸１６の周方向にも弾性変形できる。したがって、回転軸１６の軸ブレに伴うリップ部２８ｂの弾性変形を、回転軸１６の全方位に吸収して、第２シール部材２８によるシール性能が低下することを抑制できる。

（１－６）第１溝３６１及び第２溝３６２の各々は、回転軸１６の周方向の全体に亘って複数の円弧状溝部３６ａを有するとともに、複数の突状溝部３６ｂを有する。このため、第１溝３６１及び第２溝３６２の各々は、波形状であり、かつ歯車状である。よって、緩衝部材３４は、周方向のいずれの位置においても、弾性変形し易い。したがって、回転軸１６がいずれの方向に軸ブレしても、緩衝部材３４を弾性変形させることができる。

（１－７）緩衝部材３４は、内周側環状部３８ａと、外周側環状部３８ｂと、内側弾性部３９ａと、外側弾性部３９ｂと、を有する。そして、内周側環状部３８ａの厚さＤ１は、内側弾性部３９ａの厚さＤ３、及び外側弾性部３９ｂの厚さＤ３より大きい。これによれば、内周側環状部３８ａは、内側弾性部３９ａ及び外側弾性部３９ｂよりも剛性が高くなる。このため、内周側環状部３８ａを回転軸１６の圧入代として用いることができるとともに、内側弾性部３９ａ及び外側弾性部３９ｂは弾性変形し易くなる。

（第２の実施形態）
次に、流体機械をルーツポンプに具体化した第２の実施形態を図７～図９にしたがって説明する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図７及び図８に示すように、ロータハウジング１４における第２凹部１４ｃの周囲には、緩衝部７０が設けられている。緩衝部７０は、小径部１４２の外周側に設けられている。緩衝部７０は、ロータハウジング１４と一体に設けられているが、第１の実施形態の緩衝部材３４と同様に機能するため、緩衝部材であるとも言える。なお、小径部１４２は、第１の実施形態に比べて、回転軸１６の軸心Ｌに向けて突出している。また、小径部１４２は、回転軸１６の軸方向に厚さを有する。

緩衝部７０は、第１の実施形態と同じ第１溝３６１及び第２溝３６２を有する。第１溝３６１は、小径部１４２を形成している内壁面１４ｅから軸方向に凹むように形成されている。したがって、第１溝３６１は、内壁面１４ｅに開口している。第２溝３６２は、小径部１４２を形成している段差面１４３から軸方向に凹むように形成されている。したがって、第２溝３６２は、段差面１４３に開口している。

緩衝部７０には、第１溝３６１及び第２溝３６２について、複数の円弧状溝部３６ａ及び複数の突状溝部３６ｂが形成されている。緩衝部７０は、内周側環状部７０ａを有する。内周側環状部７０ａは、第２溝３６２の円弧状溝部３６ａよりも回転軸１６寄りの部分である。内周側環状部７０ａは環状である。また、緩衝部７０は、外周側環状部７０ｂを有する。外周側環状部７０ｂは、小径部１４２を形成する部分のうち、第１溝３６１の突状溝部３６ｂの突出端となる部分よりも径方向の外側の部分である。外周側環状部７０ｂは環状である。第１溝３６１及び第２溝３６２は、回転軸１６の径方向において、内周側環状部７０ａと外周側環状部７０ｂの間に位置している。

緩衝部７０は、弾性変形部７１を有する。弾性変形部７１は、内側弾性部７１ａと、外側弾性部７１ｂと、一対の弾性部７１ｃと、を有する。内側弾性部７１ａは、第１溝３６１の円弧状溝部３６ａと第２溝３６２の円弧状溝部３６ａとの間に位置する部分である。内側弾性部７１ａは、緩衝部７０の周方向に延びる円弧状である。外側弾性部７１ｂは、第１溝３６１の突状溝部３６ｂの突出端となる部分と、第２溝３６２の突状溝部３６ｂの突出端となる部分との間に位置する部分である。外側弾性部７１ｂは、緩衝部７０の周方向に延びる円弧状である。一対の弾性部７１ｃは、第１溝３６１の突状溝部３６ｂの径方向に延びる部分と、第２溝３６２の突状溝部３６ｂの径方向に延びる部分との間に位置する部分である。

［第２の実施形態の作用］
ルーツポンプ１０の動作時、ロータ室２５への水素ガスの吸入圧と吐出圧との差圧や、電動モータ５０の振動に伴う回転軸１６の共振などの影響で、回転軸１６に軸ブレが発生する。回転軸１６の軸ブレが発生すると、回転軸１６の径方向への力が、第２シール部材２８及び緩衝部７０に加わる。

このとき、図９に示すように、緩衝部７０の周方向のいずれかの位置において、軸ブレに伴い、内周側環状部７０ａが外周側環状部７０ｂに向けて、回転軸１６の径方向に沿って接近する。接近した内周側環状部７０ａと外周側環状部７０ｂの間では、内側弾性部７１ａ及び外側弾性部７１ｂが弾性変形する。１８０度反対側では、軸ブレに伴い、内周側環状部７０ａが、外周側環状部７０ｂから回転軸１６の径方向に沿って離間する。離間した内周側環状部７０ａと外周側環状部７０ｂの間では、内側弾性部７１ａ及び外側弾性部７１ｂが弾性変形する。つまり、緩衝部７０が、回転軸１６の径方向に弾性変形する。すると、回転軸１６の軸ブレに伴って発生する力は、緩衝部７０の弾性変形によって吸収される。このため、第２シール部材２８は、径方向に大きく弾性変形することが抑制されたまま、回転軸１６とロータハウジング１４との間をシールした状態が維持される。

上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態に記載の（１－２）、（１－３）、（１－５）～（１－７）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（２－１）緩衝部７０は、小径部１４２の外周側に設けられている。第２シール部材２８は、回転軸１６の周面とロータハウジング１４の内周面との間に配置されている。そして、第１溝３６１と第２溝３６２が開口することによって、緩衝部７０は弾性変形できる。このため、回転軸１６が軸ブレしたとき、第２シール部材２８よりも緩衝部７０を径方向に弾性変形させることができる。回転軸１６から加わる力は、緩衝部７０の弾性変形によって、当該緩衝部７０に吸収される。よって、第２シール部材２８を大きく弾性変形させることなく回転軸１６とロータハウジング１４との間をシールした形状を維持できる。

このため、軸ブレに伴う第２シール部材２８の弾性変形を加味して、回転軸１６に対する第２シール部材２８の押付力を大きくしなくてもよくなる。その結果、押付力を大きくすることを原因として、第２シール部材２８の摩耗が進行し易くなることを抑制できる。以上から、回転軸１６の軸ブレに伴う第２シール部材２８の弾性変形を原因として、第２シール部材２８によるシール性能が低下することを抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができるなお、本実施形態は以下のように変更してもよい。

○第１溝３６１及び第２溝３６２の突状溝部３６ｂは、軸方向に見て台形状でなくてもよい。図１０に示すように、突状溝部３６ｂは、軸方向に見て、滑らかに突出する形状であってもよい。その他にも、突状溝部３６ｂは、三角形状であったり、矩形状であったり山形状であったりしてもよい。

○第１の実施形態において、緩衝部材３４には、第１溝３６１及び第２溝３６２のいずれか一方だけが形成されていてもよい。第２の実施形態において、緩衝部７０には、第１溝３６１及び第２溝３６２のいずれか一方だけが形成されていてもよい。

○第１溝３６１及び第２溝３６２のいずれか一方は、突状溝部３６ｂの形成されていない環状であってもよい。
○第１溝３６１及び第２溝３６２において、突状溝部３６ｂの数は適宜変更してもよい。

○第１溝３６１及び第２溝３６２のいずれか一方は、環状でなくてもよい。例えば、第１溝３６１は、周方向の一箇所又は複数箇所において、円弧状溝部３６ａと突状溝部３６ｂとが周方向に離れていてもよい。

○第１の実施形態の緩衝部材３４において、第１溝３６１及び第２溝３６２に加えて、さらに溝を設けてもよい。第２の実施形態の緩衝部７０において、第１溝３６１及び第２溝３６２に加えて、さらに溝を設けてもよい。そして、溝を追加することにより、緩衝部材３４及び緩衝部７０において、回転軸１６の径方向へ、より弾性変形し易くしてもよい。

○緩衝部材３４及び緩衝部７０のいずれか一方は、ギアハウジング１３と回転軸１６との間において、第１シール部材１７ａと径方向に隣接して設けられていてもよい。
○緩衝部材３４は、第２シール部材２８よりも径方向の外周側に配置されていてもよい。

○流体機械は、スクリューポンプや、スクロールポンプであってもよい。この場合、ロータは、スクリューや可動スクロール及び固定スクロールとなる。また、ロータ室は、スクリューを収容するスクリュー室であり、可動スクロール及び固定スクロールを収容する空間となる。

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。
［態様１］ハウジングと、前記ハウジングに挿入され、軸受を介して回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸と一体的に回転するロータと、を有し、前記ハウジングには、前記ロータを収容し、流体を吸入する吸入孔及び流体を吐出する吐出孔を有するロータ室が画定され、前記ロータ室は、前記回転軸が貫通するシール部材によってシールされ、前記シール部材は、弾性材料からなり、環状のベース部と、前記ベース部から前記回転軸の径方向の内側に向けて延在する環状のリップ部と、を有し、前記ロータが回転することで、前記吸入孔から吸入された流体が、前記ロータ室内で圧縮され、前記吐出孔から前記ロータ室外に吐出される流体機械であって、前記ハウジングと前記回転軸との間には、前記シール部材と前記径方向に隣接し、前記回転軸が貫通する環状の緩衝部材が設けられ、前記回転軸の軸方向における前記緩衝部材の少なくとも一方の端面には、前記緩衝部材を前記シール部材よりも前記径方向に弾性変形させるように、前記回転軸の周方向へ延在する溝が開口していることを特徴とする流体機械。

［態様２］前記溝は、前記回転軸の周方向に延在する円弧状溝部と、当該円弧状溝部に連続し、かつ前記径方向の外側に向けて前記円弧状溝部から延在する突状溝部と、が前記周方向に交互に連続する波形状である［態様１］に記載の流体機械。

［態様３］前記溝は、前記緩衝部材の一方の端面に開口する第１溝と、他方の端面に開口する第２溝と、を有し、前記第１溝及び前記第２溝の各々は前記波形状であり、前記第１溝と前記第２溝は、前記径方向に離れているとともに、前記周方向に離れている［態様２］に記載の流体機械。

［態様４］前記緩衝部材は、前記径方向の内周側に位置する内周側環状部と、前記径方向の外周側に位置する外周側環状部と、前記径方向において前記内周側環状部と前記外周側環状部との間に位置し、かつ前記径方向において前記第１溝と前記第２溝との間に挟まれる弾性変形部と、を有し、前記径方向への前記弾性変形部の厚さは、前記径方向への前記内周側環状部の厚さより小さい［態様３］に記載の流体機械。

［態様５］前記緩衝部材は、前記シール部材よりも前記径方向の内周側に配置され、前記緩衝部材は、前記回転軸と一体的に回転する［態様１］～［態様４］のうちいずれか一つに記載の流体機械。

１０…流体機械としてのルーツポンプ、１１…ハウジング、１６…回転軸、１７ａ…第１シール部材、２２…ロータ、２５…ロータ室、２８…第２シール部材、２８ａ…ベース部、２８ｂ…リップ部、３１…第１軸受、３２…第２軸受、３３…第３軸受、３４…緩衝部材、３４ａ…第１端面、３４ｂ…第２端面、３６ａ…円弧状溝部、３６ｂ…突状溝部、３８ａ…内周側環状部、３８ｂ…外周側環状部、３９…弾性変形部、４５…吸入孔、４６…吐出孔、３６１…第１溝、３６２…第２溝。

Claims (5)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに挿入され、軸受を介して回転可能に支持された回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸と一体的に回転するロータと、を有し、
   前記ハウジングには、前記ロータを収容し、流体を吸入する吸入孔及び流体を吐出する吐出孔を有するロータ室が画定され、
   前記ロータ室は、前記回転軸が貫通するシール部材によってシールされ、
   前記シール部材は、弾性材料からなり、環状のベース部と、前記ベース部から前記回転軸の径方向の内側に向けて延在する環状のリップ部と、を有し、
   前記ロータが回転することで、前記吸入孔から吸入された流体が、前記ロータ室内で圧縮され、前記吐出孔から前記ロータ室外に吐出される流体機械であって、
   前記ハウジングと前記回転軸との間には、前記シール部材と前記径方向に隣接し、前記回転軸が貫通する環状の緩衝部材が設けられ、
   前記回転軸の軸方向における前記緩衝部材の少なくとも一方の端面には、前記緩衝部材を前記シール部材よりも前記径方向に弾性変形させるように、前記回転軸の周方向へ延在する溝が開口していることを特徴とする流体機械。
2. 前記溝は、前記回転軸の周方向に延在する円弧状溝部と、当該円弧状溝部に連続し、かつ前記径方向の外側に向けて前記円弧状溝部から延在する突状溝部と、が前記周方向に交互に連続する波形状である請求項１に記載の流体機械。
3. 前記溝は、前記緩衝部材の一方の端面に開口する第１溝と、他方の端面に開口する第２溝と、を有し、前記第１溝及び前記第２溝の各々は前記波形状であり、前記第１溝と前記第２溝は、前記径方向に離れているとともに、前記周方向に離れている請求項２に記載の流体機械。
4. 前記緩衝部材は、前記径方向の内周側に位置する内周側環状部と、前記径方向の外周側に位置する外周側環状部と、前記径方向において前記内周側環状部と前記外周側環状部との間に位置し、かつ前記径方向において前記第１溝と前記第２溝との間に挟まれる弾性変形部と、を有し、前記径方向への前記弾性変形部の厚さは、前記径方向への前記内周側環状部の厚さより小さい請求項３に記載の流体機械。
5. 前記緩衝部材は、前記シール部材よりも前記径方向の内周側に配置され、前記緩衝部材は、前記回転軸と一体的に回転する請求項１又は請求項２に記載の流体機械。

Images