以下、流体機械をルーツポンプに具体化した一実施形態を図1~図7にしたがって説明する。本実施形態のルーツポンプは、燃料電池車に搭載されている。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。そして、ルーツポンプは、燃料電池に流体としての水素(水素オフガス)を供給するポンプとして用いられている。
図1に示すように、ルーツポンプ10のハウジング11は、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を有する筒状である。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、を有する有底筒状である。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、を有する有底筒状である。
ギアハウジング13は、ギアハウジング13の底壁13aの外面13cとモータハウジング12の周壁12bの開口端面12cとが突き合わされた状態で、モータハウジング12の周壁12bの開口側に連結されている。ギアハウジング13の底壁13aは、モータハウジング12の周壁12bの開口を閉塞している。モータハウジング12の周壁12bの軸心方向とギアハウジング13の周壁13bの軸心方向とはそれぞれ一致している。
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、を有する有底筒状である。ロータハウジング14は、ロータハウジング14の底壁14aの外面14cとギアハウジング13の周壁13bの開口端面13dとが突き合わされた状態で、ギアハウジング13の周壁13bの開口側に連結されている。ロータハウジング14の底壁14aは、ギアハウジング13の周壁13bの開口を閉塞している。ギアハウジング13の周壁13bの軸心方向とロータハウジング14の周壁14bの軸心方向とはそれぞれ一致している。
カバー部材15は、板状である。カバー部材15は、カバー部材15の一端面15aとロータハウジング14の周壁14bの開口端面14dとが突き合わされた状態で、ロータハウジング14の周壁14bの開口側に連結されている。カバー部材15は、ロータハウジング14の周壁14bの開口を閉塞している。
ルーツポンプ10は、ハウジング11に互いに平行に配置された状態で回転可能に支持される駆動軸16及び従動軸17を有している。駆動軸16及び従動軸17の回転軸線方向は、各周壁12b,13b,14bの軸心方向に一致している。駆動軸16には、円板状の駆動ギア18が固定されている。従動軸17には、駆動ギア18と噛合する円板状の従動ギア19が固定されている。駆動軸16には駆動ロータ20が設けられている。従動軸17には駆動ロータ20と噛合する従動ロータ21が設けられている。
ルーツポンプ10は、駆動軸16を回転させる電動モータ22を備えている。電動モータ22は、ハウジング11内に形成されたモータ室23に収容されている。モータ室23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によって区画されている。電動モータ22は、駆動軸16に一体回転可能に止着された円筒状のモータロータ22aと、モータハウジング12の周壁12bの内周面に固定されるとともにモータロータ22aを取り囲む円筒状のステータ22bと、を有している。ステータ22bは、図示しないティースに巻回されたコイル22cを有している。そして、電動モータ22は、コイル22cに電力が供給されることにより駆動して、モータロータ22aが駆動軸16と一体的に回転する。
ハウジング11内には、駆動ギア18及び従動ギア19を収容するギア室24が形成されている。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によって区画されている。駆動ギア18及び従動ギア19は、互いに噛合した状態でギア室24に収容されている。ギア室24には、オイルが封入されている。オイルは、駆動ギア18及び従動ギア19の潤滑及び温度上昇の抑制に寄与する。駆動ギア18及び従動ギア19は、オイルに浸されながら回転することにより、焼き付いたり磨耗したりすることなく高速回転が可能になっている。
ハウジング11内には、駆動ロータ20及び従動ロータ21を収容するロータ室25が形成されている。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によって区画されている。駆動ロータ20及び従動ロータ21は、互いに噛合した状態でロータ室25に収容されている。本実施形態において、モータ室23、ギア室24、及びロータ室25は、駆動軸16の回転軸線方向においてこの順に並んで配置されている。
ギアハウジング13の底壁13aは、駆動軸16の回転軸線方向でギア室24とモータ室23とを隔てている。ロータハウジング14の底壁14aは、駆動軸16の回転軸線方向でギア室24とロータ室25とを隔てている。カバー部材15は、ロータ室25と外部とを隔てている。
駆動軸16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17は、ロータハウジング14の底壁14aを貫通している。ギアハウジング13の底壁13aの内底面13eは、ギア室24における駆動軸16及び従動軸17の回転軸線方向でのモータ室23側の壁面を形成している。ロータハウジング14の底壁14aの外面14cは、ギア室24における駆動軸16及び従動軸17の回転軸線方向でのロータ室25側の壁面を形成している。
ギアハウジング13の底壁13aの内底面13eには、駆動軸16を回転可能に支持する第1軸受26を収容する円孔状の第1軸受収容凹部27が形成されている。駆動軸16は、第1軸受収容凹部27を貫通している。また、第1軸受収容凹部27の底面27aには、駆動軸16が貫通するとともにギア室24とモータ室23との間をシールする環状の第1シール材28が収容される円孔状の第1シール収容凹部29が形成されている。第1シール収容凹部29は、第1軸受収容凹部27に連通している。また、駆動軸16の回転軸線方向における第1軸受26と第1軸受収容凹部27の底面27aとの間には、環状の第1スペーサ30が配置されている。
ロータハウジング14の底壁14aの外面14cには、駆動軸16を回転可能に支持する第2軸受31を収容する円孔状の第2軸受収容凹部32が形成されている。駆動軸16は、第2軸受収容凹部32を貫通している。また、第2軸受収容凹部32の底面32aには、駆動軸16が貫通するとともにギア室24とロータ室25との間をシールする環状の第2シール材33が収容される円孔状の第2シール収容凹部34が形成されている。第2シール収容凹部34は、第2軸受収容凹部32に連通している。また、駆動軸16の回転軸線方向における第2軸受31と第2軸受収容凹部32の底面32aとの間には、環状の第2スペーサ35が配置されている。
また、ロータハウジング14の底壁14aの外面14cには、従動軸17を回転可能に支持する第3軸受36を収容する円孔状の第3軸受収容凹部37が形成されている。従動軸17は、第3軸受収容凹部37を貫通している。また、第3軸受収容凹部37の底面37aには、従動軸17が貫通するとともにギア室24とロータ室25との間をシールする環状の第3シール材38が収容される円孔状の第3シール収容凹部39が形成されている。第3シール収容凹部39は、第3軸受収容凹部37に連通している。また、従動軸17の回転軸線方向における第3軸受36と第3軸受収容凹部37の底面37aとの間には、環状の第3スペーサ40が配置されている。
ギアハウジング13の底壁13aの内底面13eには、従動軸17の一端部を回転可能に支持する第4軸受41を収容する円孔状の第4軸受収容凹部42が形成されている。従動軸17の一端部は、第4軸受収容凹部42内に配置され、第4軸受41に回転可能に支持されている。従動軸17の他端部は、第3軸受収容凹部37及び第3シール収容凹部39を貫通してロータ室25に突出している。従動軸17の他端部には従動ロータ21が取り付けられており、従動軸17の他端部は自由端になっている。よって、従動軸17は、ハウジング11に片持ち支持されている。
モータハウジング12の底壁12aの内底面12eには、駆動軸16の一端部を回転可能に支持する第5軸受43を収容する円筒状の軸受部44が形成されている。駆動軸16の一端部は、軸受部44の内側に配置され、第5軸受43に回転可能に支持されている。駆動軸16の他端部は、第1シール収容凹部29、第1軸受収容凹部27、ギア室24、第2軸受収容凹部32、及び第2シール収容凹部34を貫通してロータ室25に突出している。駆動軸16の他端部には駆動ロータ20が取り付けられており、駆動軸16の他端部は自由端になっている。よって、駆動軸16は、ハウジング11に片持ち支持されている。
図2に示すように、駆動ロータ20及び従動ロータ21は、駆動軸16及び従動軸17の回転軸線方向に直交する断面視が二葉状(瓢箪状)に形成されている。駆動ロータ20は、二条の山歯20aと、両山歯20aの間に形成された谷歯20bと、を有している。従動ロータ21は、二条の山歯21aと、両山歯21aの間に形成された谷歯21bと、を有している。
そして、駆動ロータ20及び従動ロータ21は、駆動ロータ20の山歯20aと従動ロータ21の谷歯21bとの噛合、及び駆動ロータ20の谷歯20bと従動ロータ21の山歯21aとの噛合を繰り返しながらロータ室25内を回転可能になっている。駆動ロータ20は、図2に示す矢印R1の方向に回転し、従動ロータ21は、図2に示す矢印R2の方向へ回転する。
ロータハウジング14の周壁14bには、ロータ室25を挟んで対向する位置に吸入口45及び吐出口46がそれぞれ形成されている。吸入口45及び吐出口46は、ロータ室25と外部とを連通する。
吸入口45と吐出口46とを結ぶ直線方向Z1は、駆動軸16及び従動軸17の回転軸線r1,r2のそれぞれに対して垂直に交差する。ルーツポンプ10は、吸入口45が重力方向下向きに開口するように燃料電池自動車に搭載され、直線方向Z1は重力方向と一致する。図2において、直線方向Z1の上向きが吐出口46側であり、直線方向Z1の下向きが吸入口45側である。
電動モータ22の駆動によって駆動軸16が回転すると、互いに噛合された駆動ギア18及び従動ギア19のギア連結を介して従動軸17が駆動軸16に対して逆回転する。これにより、駆動ロータ20及び従動ロータ21が互いに噛合された状態でそれぞれ逆回転し、ルーツポンプ10は、駆動ロータ20及び従動ロータ21の回転によって、吸入口45を介したロータ室25への水素の吸入、及び吐出口46を介したロータ室25からの水素の吐出を行う。
図1に示すように、モータハウジング12の開口端面12cとギアハウジング13の底壁13aの外面13cとの間、ギアハウジング13の開口端面13dとロータハウジング14の底壁14aの外面14cとの間、及びロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間には、環状のシール部材50が設けられている。各シール部材50は、モータハウジング12の開口端面12cとギアハウジング13の底壁13aの外面13cとの間、ギアハウジング13の開口端面13dとロータハウジング14の底壁14aの外面14cとの間、及びロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間をシールしている。したがって、各シール部材50は、ハウジング11内外をシールしている。各シール部材50は、弾性体である。シール部材50は、ゴム製である。
図3では、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間に設けられたシール部材50に関する構成について詳しく説明する。なお、モータハウジング12の開口端面12cとギアハウジング13の底壁13aの外面13cとの間に設けられたシール部材50に関する構成は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間に設けられたシール部材50に関する構成と同じであるため、その詳細な説明を省略する。同様に、ギアハウジング13の開口端面13dとロータハウジング14の底壁14aの外面14cとの間に設けられたシール部材50に関する構成は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間に設けられたシール部材50に関する構成と同じであるため、その詳細な説明を省略する。
図3に示すように、シール部材50は、第1ハウジング構成体であるロータハウジング14の開口端面14dに形成される環状のシール収容溝60に収容されている。シール収容溝60の開口は、第2ハウジング構成体であるカバー部材15の一端面15aに閉塞されている。ロータハウジング14の開口端面14dは、カバー部材15との合わせ面を形成する第1形成面であり、カバー部材15の一端面15aは、ロータハウジング14との合わせ面を形成する第2形成面である。そして、本実施形態において、シール収容溝60は、第1形成面に形成されており、シール収容溝60の開口は、第2形成面に閉塞されている。ハウジング11は、互いに連結される第1ハウジング構成体及び第2ハウジング構成体を有している。
シール収容溝60は、ハウジング11の内部側に位置する環状の溝内側周面61と、ハウジング11の外部側に位置する環状の溝外側周面62と、を有している。また、シール収容溝60は、溝内側周面61におけるシール収容溝60の開口側とは反対側の端縁と溝外側周面62におけるシール収容溝60の開口側とは反対側の端縁とを接続する環状の溝底面63を有している。したがって、シール収容溝60は、底面である溝底面63と、溝底面63に接続される一対の側面である溝内側周面61及び溝外側周面62と、を有している。溝内側周面61及び溝外側周面62は、ロータハウジング14の周壁14bの軸心方向に互いに平行に延びている。溝底面63は、ロータハウジング14の周壁14bの軸心方向に対して直交する方向に延びている。溝底面63は、ロータハウジング14の開口端面14dと平行に延びている。
シール収容溝60は、溝内側周面61におけるシール収容溝60の開口側の縁に凹設される環状の凹条である溝内側面取り部64を有している。溝内側面取り部64は、溝内側周面61におけるシール収容溝60の開口側の端縁とロータハウジング14の開口端面14dとの間の角部に位置している。また、シール収容溝60は、溝外側周面62におけるシール収容溝60の開口側の縁に凹設される環状の凹条である溝外側面取り部65を有している。溝外側面取り部65は、溝外側周面62におけるシール収容溝60の開口側の端縁とロータハウジング14の開口端面14dとの間の角部に位置している。溝内側面取り部64及び溝外側面取り部65は、ロータハウジング14の開口端面14dに対して直線状に斜交するテーパ形状(C面取り形状)である。
図4に示すように、シール部材50は、環状のシール本体部51と、シール本体部51の内周面51aから突出するとともにシール本体部51の周方向に間隔を置いて配置される複数の押付け用突起52と、を備えている。なお、以下の説明において、シール本体部51を貫通する方向をシール本体部51の軸線方向とし、シール本体部51の軸線を中心に外周側へ延在する方向をシール本体部51の径方向とする。本実施形態において、シール本体部51の内周面51aからは9つの押付け用突起52が突出しており、9つの押付け用突起52は、シール本体部51の周方向で等間隔置きに配置されている。各押付け用突起52は、シール本体部51の内周面51aから膨出する薄板状である。各押付け用突起52の厚み方向は、シール本体部51の軸線方向に一致する。各押付け用突起52における厚み方向の両側に位置する両面は、互いに平行に延びる平坦面状である。各押付け用突起52におけるシール本体部51の内周面51aからの膨出方向に位置する面は、湾曲面状であるとともにシール本体部51の内周面51aに連続している。
図5に示すように、シール本体部51は、複数の環状の第1リップ部53を有している。本実施形態において、シール本体部51は、第1リップ部53を二つ有している。二つの第1リップ部53は、シール本体部51の径方向で互いに離間した状態でシール本体部51の周方向全周に亘って延びている。そして、シール本体部51は、隣り合う第1リップ部53の間に形成される環状の第1凹み部53aを有している。
二つの第1リップ部53及び第1凹み部53aは、シール本体部51の軸線方向の一方に位置する端面を形成している。二つの第1リップ部53のうち、シール本体部51の径方向外側に位置する第1リップ部53は、シール本体部51の外周面51bに連続している。二つの第1リップ部53のうち、シール本体部51の径方向内側に位置する第1リップ部53は、シール本体部51の内周面51aに連続している。二つの第1リップ部53は、シール本体部51の径方向で隣り合っている。二つの第1リップ部53の外面同士は、シール本体部51の径方向で重なっている。二つの第1リップ部53の外面同士は、第1凹み部53aの内面によって接続されている。第1凹み部53aの内面は、弧状に湾曲している。
二つの第1リップ部53のうち、シール本体部51の径方向外側に位置する第1リップ部53におけるシール本体部51の径方向のリップ幅H1は、シール本体部51の周方向で一定の幅になっている。二つの第1リップ部53のうち、シール本体部51の径方向内側に位置する第1リップ部53におけるシール本体部51の径方向のリップ幅H2は、シール本体部51の周方向で一定の幅になっている。二つの第1リップ部53それぞれのリップ幅H1,H2は、同じ幅である。
シール本体部51は、複数の環状の第2リップ部54を有している。本実施形態において、シール本体部51は、第2リップ部54を二つ有している。二つの第2リップ部54は、シール本体部51の径方向で互いに離間した状態でシール本体部51の周方向全周に亘って延びている。そして、シール本体部51は、隣り合う第2リップ部54の間に形成される環状の第2凹み部54aを有している。
二つの第2リップ部54及び第2凹み部54aは、シール本体部51の軸線方向の他方に位置する端面を形成している。二つの第2リップ部54のうち、シール本体部51の径方向外側に位置する第2リップ部54は、シール本体部51の外周面51bに連続している。二つの第2リップ部54のうち、シール本体部51の径方向内側に位置する第2リップ部54は、シール本体部51の内周面51aに連続している。二つの第2リップ部54は、シール本体部51の径方向で隣り合っている。二つの第2リップ部54の外面同士は、シール本体部51の径方向で重なっている。二つの第2リップ部54の外面同士は、第2凹み部54aの内面によって接続されている。第2凹み部54aの内面は、弧状に湾曲している。
二つの第2リップ部54のうち、シール本体部51の径方向外側に位置する第2リップ部54におけるシール本体部51の径方向のリップ幅H3は、シール本体部51の周方向で一定の幅になっている。二つの第2リップ部54のうち、シール本体部51の径方向内側に位置する第2リップ部54におけるシール本体部51の径方向のリップ幅H4は、シール本体部51の周方向で一定の幅になっている。二つの第2リップ部54それぞれのリップ幅H3,H4は、同じ幅である。二つの第1リップ部53それぞれのリップ幅H1,H2は、二つの第2リップ部54それぞれのリップ幅H3,H4と同じ幅である。
シール本体部51の径方向におけるシール本体部51の内周面51aと外周面51bとの間の距離L1は、シール本体部51の軸線方向における第1リップ部53の外面と第2リップ部54の外面との間の距離L2よりも小さい。また、第1凹み部53aの最深部531a及び第2凹み部54aの最深部541aは、シール本体部51の軸線方向で互いに重なる位置に配置されている。したがって、第1凹み部53aの最深部531aと第2凹み部54aの最深部541aとを結ぶ直線S1は、シール本体部51の軸線方向に延びている。本実施形態において、第1凹み部53aの最深部531aと第2凹み部54aの最深部541aとを結ぶ直線S1の長さL3は、シール本体部51の周方向で一定である。したがって、第1凹み部53a及び第2凹み部54aの深さは、シール本体部51の周方向で一定である。第1凹み部53aの深さは、第2凹み部54aの深さと同じである。
図6に示すように、シール部材50がシール収容溝60に収容される前の状態において、各押付け用突起52は、シール本体部51の内周面51aにおけるシール本体部51の軸線方向の中央部に配置されている。シール部材50がシール収容溝60に収容される前の状態において、押付け用突起52におけるシール本体部51の軸線方向の長さL4は、第1凹み部53aの最深部531aと第2凹み部54aの最深部541aとを結ぶ直線S1の長さL3よりも小さい。また、シール部材50がシール収容溝60に収容される前の状態において、シール本体部51の径方向におけるシール本体部51の外周面51bと押付け用突起52の先端部52eまでの距離L5は、図3に示すように、シール収容溝60の径方向における溝内側周面61と溝外側周面62との間の距離L6よりも小さい。さらに、シール収容溝60の深さL7は、第1凹み部53aの最深部531aと第2凹み部54aの最深部541aとを結ぶ直線S1の長さL3よりも大きい。したがって、シール収容溝60の深さL7は、押付け用突起52におけるシール本体部51の軸線方向の長さL4よりも大きい。
シール部材50は、シール部材50がシール収容溝60内に収容されてシール収容溝60内で弾性変形する前の状態において、押付け用突起52の先端部52eをシール本体部51の軸線方向で通過するシール部材50の断面(図6に示す断面)でのシール収容溝60に対する充填率が100%を超えるように設計されている。
図5及び図6に示すように、シール部材50は、突出部としての第1割面突出部55を有している。第1割面突出部55は、シール本体部51の外周面51bにおける第2リップ部54側の端部から突出している。第1割面突出部55は、シール本体部51の周方向全周に亘って延びる環状である。また、シール部材50は、第2割面突出部56を有している。第2割面突出部56は、シール本体部51の内周面51aにおけるシール本体部51の軸線方向の中央部から突出している。第2割面突出部56は、シール本体部51の周方向全周に亘って延びる環状である。そして、第2割面突出部56の一部分は、各押付け用突起52の先端部52eを通過している。したがって、押付け用突起52の先端には、凸部として、第2割面突出部56の一部が形成されている。
図7に示すように、シール部材50は、金型70を用いて金型成形されることにより形成されている。金型70は、第1型部材71及び第2型部材72を有している。第1型部材71は、有底筒状であり、図7はその一部を示している。第1型部材71は、環状の第1形成凹部71aと、第1型部材71の開口端面における第1形成凹部71aよりも第1形成凹部71aの径方向外側に位置する部分である第1外周側端面71bと、第1型部材71の開口端面における第1形成凹部71aよりも第1形成凹部71aの径方向内側に位置する部分である第1内周側端面71cと、を有している。
第1形成凹部71aは、第1外側周面711a、第1内側周面712a、及び第1底面713aを有している。第1外側周面711aは、環状であるとともに第1外周側端面71bに連続している。第1内側周面712aは、環状であるとともに第1内周側端面71cに連続している。第1底面713aは、環状であるとともに第1外側周面711aと第1内側周面712aとを接続している。
第1底面713aには、二つの第1リップ部53をそれぞれ形成する環状の第1リップ部形成凹部714aが形成されている。また、第1底面713aには、第1凹み部53aを形成する環状の第1凹み部形成凸部715aが形成されている。第1外側周面711aは、シール本体部51の外周面51bにおいて、第2リップ部54から離間した第2リップ部54側の端部から第1リップ部53に連続する部分までの部位を形成する。第1内側周面712aは、シール本体部51の内周面51aにおいて、シール本体部51の軸線方向の中央部よりも第1リップ部53側の部位を形成する。第1内側周面712aには、各押付け用突起52の外面において、シール本体部51の軸線方向の中央部よりも第1リップ部53側の部位をそれぞれ形成する第1突起用凹部716aが形成されている。各第1突起用凹部716aは、第1内側周面712aの周方向に互いに間隔を置いて形成されている。
第2型部材72は、有底筒状であり、図7はその一部を示している。第2型部材72は、環状の第2形成凹部72aと、第2型部材72の開口端面における第2形成凹部72aよりも第2形成凹部72aの径方向外側に位置する部分である第2外周側端面72bと、第2型部材72の開口端面における第2形成凹部72aよりも第2形成凹部72aの径方向内側に位置する部分である第2内周側端面72cと、を有している。
第2形成凹部72aは、第2外側周面721a、第2内側周面722a、及び第2底面723aを有している。第2外側周面721aは、環状であるとともに第2外周側端面72bに連続している。第2内側周面722aは、環状であるとともに第2内周側端面72cに連続している。第2底面723aは、環状であるとともに第2外側周面721aと第2内側周面722aとを接続している。
第2底面723aには、二つの第2リップ部54をそれぞれ形成する環状の第2リップ部形成凹部724aが形成されている。また、第2底面723aには、第2凹み部54aを形成する環状の第2凹み部形成凸部725aが形成されている。第2外側周面721aは、シール本体部51の外周面51bにおいて、第2リップ部54から離間した第2リップ部54側の端部から第2リップ部54に連続する部分までの部位を形成する。第2内側周面722aは、シール本体部51の内周面51aにおいて、シール本体部51の軸線方向の中央部よりも第2リップ部54側の部位を形成する。第2内側周面722aには、各押付け用突起52の外面において、シール本体部51の軸線方向の中央部よりも第2リップ部54側の部位をそれぞれ形成する第2突起用凹部726aが形成されている。各第2突起用凹部726aは、第2内側周面722aの周方向に互いに間隔を置いて形成されている。
第1型部材71と第2型部材72とは、第1外周側端面71bと第2外周側端面72bとが突き合わされるとともに、第1内周側端面71cと第2内周側端面72cとが突き合わされた状態で互いに組付けられる。そして、第1形成凹部71a及び第2形成凹部72aによって区画される空間にゴム材料を注入することにより、シール部材50が成形される。
第1割面突出部55は、シール部材50を金型成形する際に、金型70の割面を形成する第1外周側端面71bと第2外周側端面72bとの間に形成されるバリである。第2割面突出部56は、シール部材50を金型成形する際に、金型70の割面を形成する第1内周側端面71cと第2内周側端面72cとの間に形成されるバリである。
図3に示すように、二つの第1リップ部53は、シール収容溝60の溝底面63に接している。したがって、二つの第1リップ部53は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向(図3において矢印X1で示す方向)でロータハウジング14に接する第1シール部を構成している。また、二つの第2リップ部54は、カバー部材15の一端面15aに接している。したがって、二つの第2リップ部54は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向でカバー部材15に接する第2シール部を構成している。ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向は、ロータハウジング14の周壁14bの軸心方向に一致している。シール本体部51は、ロータハウジング14及びカバー部材15に接する。
さらに、複数の押付け用突起52は、シール本体部51の内周面51aからシール収容溝60の溝内側周面61に向けて突出している。したがって、複数の押付け用突起52は、シール本体部51から一対の側面の一方に向けて突出している。そして、複数の押付け用突起52は、溝内側周面61に接触して溝内側周面61を押圧している。このとき、第2割面突出部56における各押付け用突起52の先端に形成されている部分は、溝内側周面61に当接して押し潰されている。シール本体部51は、各押付け用突起52による溝内側周面61への押圧力に対する反発力を溝内側周面61から受けることにより、溝外側周面62に押圧された状態で接している。したがって、シール本体部51は、複数の押付け用突起52によって溝内側周面61及び溝外側周面62間に押圧されている。さらに、第1割面突出部55は、シール本体部51の外周面51bにおける第2リップ部54側の端部から溝外側面取り部65に向けて突出するとともに、溝外側面取り部65に押し潰されながら挿入され、ロータハウジング14及びカバー部材15に挟まれている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
シール部材50は、シール部材50がシール収容溝60内に収容されてシール収容溝60内で弾性変形する前の状態において、押付け用突起52の先端部52eをシール本体部51の軸線方向で通過するシール部材50の断面でのシール収容溝60に対する充填率が100%を超えるように設計されている。このため、カバー部材15がロータハウジング14に取り付けられる際に、シール部材50は、二つの第1リップ部53がシール収容溝60の溝底面63に接するとともに、二つの第2リップ部54がカバー部材15の一端面15aに接した状態で、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向に押し潰される。そして、シール部材50が、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向に押し潰されるように弾性変形することにより、複数の押付け用突起52が、溝内側周面61に接触して溝内側周面61を押圧する。
複数の押付け用突起52が溝内側周面61を押圧すると、各押付け用突起52による溝内側周面61への押圧力に対する反発力を溝内側周面61から受けることにより各押付け用突起52が押し潰される。そして、シール本体部51は、各押付け用突起52が押し潰されることにより、各押付け用突起52に対してシール本体部51の周方向両側に広がるように弾性変形しようとする。このとき、二つの第1リップ部53がシール収容溝60の溝底面63に接するとともに、二つの第2リップ部54がカバー部材15の一端面15aに接していることから、シール本体部51全体としては、シール本体部51の外周面51bと溝外側周面62との間の隙間への弾性変形が許容される。その結果、シール本体部51の外周面51bが溝外側周面62に接触するとともに溝外側周面62を押圧するようにシール本体部51が弾性変形する。さらに、シール本体部51の外周面51bが溝外側周面62に押圧された状態で接することに伴って、第1割面突出部55が溝外側面取り部65に押し潰されながら挿入され、ロータハウジング14及びカバー部材15に挟まれる。
ところで、例えば、燃料電池車が海岸付近を走行する等した場合に、塩水が、ハウジング11の外部からロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間を介してハウジング11の内部に向けて侵入しようとする場合がある。この場合、シール部材50は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間を介したハウジング11の外部からハウジング11の内部への塩水の侵入を抑制する。
例えば、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間を流れる塩水が、シール本体部51の外周面51bと溝外側周面62との間、及び二つの第1リップ部53のうち、シール本体部51の径方向外側に位置する第1リップ部53と溝底面63との間を通過する場合がある。この場合であっても、第1凹み部53aの内部で塩水が拡散され、塩水の流れの直進性が失われる。これにより、塩水がシール部材50を通過し難くなり、塩水がハウジング11の内部へ侵入し難くなっている。
例えば、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間を流れる塩水が、二つの第2リップ部54のうち、シール本体部51の径方向外側に位置する第2リップ部54とカバー部材15の一端面15aとの間を通過する場合がある。この場合であっても、第2凹み部54aの内部で塩水が拡散され、塩水の流れの直進性が失われる。これにより、塩水がシール部材50を通過し難くなり、塩水がハウジング11の内部へ侵入し難くなっている。
また、シール本体部51の外周面51bが、複数の押付け用突起52による溝内側周面61への押圧力に対する反発力を溝内側周面61から受けることにより、溝外側周面62に押圧された状態で接しているため、溝外側周面62とシール部材50との間の隙間が小さくなっている。このため、シール収容溝60の溝外側周面62とシール部材50との間の隙間に塩水が溜まり難くなる。さらには、第1割面突出部55が溝外側面取り部65に挿入されて、ロータハウジング14及びカバー部材15に挟まれることにより、溝外側面取り部65とシール部材50との間の隙間が小さくなり、溝外側面取り部65とシール部材50との間の隙間に塩水が溜まり難くなる。
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)シール部材50は、シール本体部51の外周面51bにおける第2リップ部54側の端部から溝外側面取り部65に向けて突出して溝外側面取り部65に挿入され、ロータハウジング14及びカバー部材15に挟まれる第1割面突出部55を備えている。これによれば、溝外側面取り部65とシール部材50との間の隙間が小さくなる。このため、溝外側面取り部65とシール部材50との間の隙間に塩水が溜まり難くなる。したがって、ハウジング11やシール部材50の耐腐食性を向上させることができる。
(2)シール部材50は、シール本体部51から溝内側周面61に向けて突出するとともにシール本体部51の周方向に間隔をおいて配置される複数の押付け用突起52を備えている。そして、シール本体部51は、複数の押付け用突起52によって溝内側周面61及び溝外側周面62間に押圧されている。これによれば、シール収容溝60における溝外側周面62とシール部材50との間の隙間が小さくなる。このため、シール収容溝60における溝外側周面62とシール部材50との間の隙間に塩水が溜まり難くなる。したがって、ハウジング11やシール部材50の耐腐食性をさらに向上させることができる。
(3)押付け用突起52の先端には、凸部として、第2割面突出部56の一部が形成されている。複数の押付け用突起52は、シール本体部51の周方向に間隔をおいて配置されているため、各押付け用突起52が押し潰されたときに、各押付け用突起52におけるシール本体部51の周方向両側への弾性変形が許容され易くなっている。よって、押付け用突起52の先端に第2割面突出部56の一部が形成されていたとしても、押付け用突起52がシール本体部51の周方向両側に弾性変形する際に、第2割面突出部56の一部も押付け用突起52と共に弾性変形され易くなる。したがって、押付け用突起52の先端に第2割面突出部56の一部が形成されていることで、シール部材50の弾性変形が起こり難くなってしまうことが回避されているため、押付け用突起52の先端に形成されている第2割面突出部56の一部を残したまま、シール部材50のシール性を確保することができる。したがって、押付け用突起52の先端に形成されている第2割面突出部56の一部を削除する手間を省くことができる。
(4)第1割面突出部55は、シール部材50を金型成形する際に、金型70の割面を形成する第1外周側端面71bと第2外周側端面72bとの間に形成されるバリである。そして、本実施形態では、バリである第1割面突出部55を溝外側面取り部65に挿入し、ロータハウジング14及びカバー部材15によって挟み込むことにより、溝外側面取り部65とシール部材50との間の隙間を小さくしている。したがって、シール部材50を成形する際に形成されるバリを有効利用しているため、本来不要となるバリを削除する必要が無く、さらには、溝外側面取り部65に挿入する突出部をシール本体部51に別途形成する工程が不要となる。
(5)複数の押付け用突起52は、シール本体部51の周方向に間隔をおいて配置されている。これによれば、例えば、シール本体部51の内周面51aから押付け用突起がシール本体部51の内周面51aの全周に亘って突出している場合に比べると、各押付け用突起52が押し潰されたときに、各押付け用突起52におけるシール本体部51の周方向両側への弾性変形が許容され易くなる。したがって、シール本体部51が、カバー部材15を押し退けるように弾性変形してしまうことが抑制され、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間のシール性が低下してしまうことを抑制することができる。
(6)複数の環状の第1リップ部53は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向でロータハウジング14に接する第1シール部を構成している。また、複数の環状の第2リップ部54は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向でカバー部材15に接する第2シール部を構成している。これによれば、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間を流れる塩水が、隣り合う第1リップ部53の間に位置する環状の第1凹み部53a、及び隣り合う第2リップ部54の間に位置する環状の第2凹み部54aの内部で拡散される。これにより、塩水の流れの直進性が失われるため、塩水がシール部材50を通過し難くなる。その結果、シール部材50のシール性を向上させることができる。
(7)シール本体部51の径方向におけるシール本体部51の内周面51aと外周面51bとの間の距離L1が、シール本体部51の軸線方向における第1リップ部53の外面と第2リップ部54の外面との間の距離L2よりも小さい。この場合であっても、カバー部材15がロータハウジング14に取り付けられる際に、複数の押付け用突起52が溝内側周面61に接触することにより、シール部材50の倒れ(捩れ)を抑制することができる。
(8)押付け用突起52におけるシール本体部51の軸線方向の長さL4は、第1凹み部53aの最深部531aと第2凹み部54aの最深部541aとを結ぶ直線S1の長さL3よりも小さい。そして、シール収容溝60の深さL7は、押付け用突起52におけるシール本体部51の軸線方向の長さL4よりも大きい。これによれば、複数の押付け用突起52が、シール収容溝60の溝底面63やカバー部材15の一端面15aに接触することが抑制される。このため、各押付け用突起52による溝内側周面61への押圧力に対する反発力を溝内側周面61から受けることにより、シール本体部51の外周面51bが溝外側周面62に接触するとともに溝外側周面62を押圧するようにシール本体部51が弾性変形し易くなる。その結果、シール収容溝60における溝外側周面62とシール部材50との間の隙間を確実に小さくすることができる。
(9)シール部材50がシール収容溝60に収容される前の状態において、シール本体部51の径方向におけるシール本体部51の外周面51bと押付け用突起52の先端部52eまでの距離L5は、シール収容溝60の径方向における溝内側周面61と溝外側周面62との間の距離L6よりも小さい。これによれば、シール部材50をシール収容溝60内に収容し易くなるため、シール部材50におけるシール収容溝60に対する組み付け性を向上させることができる。
(10)シール収容溝60の深さL7は、第1凹み部53aの最深部531aと第2凹み部54aの最深部541aとを結ぶ直線S1の長さL3よりも大きい。これによれば、シール部材50が、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向に押し潰されるように弾性変形したときに、第1凹み部53a及び第2凹み部54aが消滅してしまうことを抑制することができる。また、各押付け用突起52による溝内側周面61への押圧力に対する反発力を溝内側周面61から受けて、シール本体部51が弾性変形したときに、第1凹み部53a及び第2凹み部54aが消滅してしまうことを抑制することができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記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。
○ 実施形態において、ルーツポンプ10は、シール収容溝60がロータハウジング14の開口端面14dに形成されておらず、カバー部材15の一端面15aに形成され、シール収容溝60の開口がロータハウジング14の開口端面14dによって閉塞されている構成であってもよい。
○ 実施形態において、ルーツポンプ10は、ロータハウジング14の開口端面14dに加えて、カバー部材15の一端面15aにもシール収容溝60が形成されており、両シール収容溝60が、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向で重なっている構成であってもよい。要は、シール収容溝60は、第1ハウジング構成体の第1形成面及び第2ハウジング構成体の第2形成面の少なくとも一方に形成されていればよい。この場合、二つの第2リップ部54は、カバー部材15の一端面15aに形成されたシール収容溝60の溝底面63に接している。そして、複数の押付け用突起52は、両シール収容溝60それぞれの溝内側周面61を跨ぐ部分を押圧し、シール本体部51の外周面51bは、両シール収容溝60それぞれの溝外側周面62に押圧された状態で接している。これによれば、カバー部材15とシール部材50との間のシール長、及びロータハウジング14とシール部材50との間のシール長を同等にすることができ、シール部材50のシール性を向上させることができる。
図8に示すように、両シール収容溝60それぞれの溝内側面取り部64は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向で重なっている。また、両シール収容溝60それぞれの溝外側面取り部65は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向で重なっている。そして、両シール収容溝60内には、複数の押付け用突起52を備えていない環状のシール部材50Aが収容されていてもよい。さらに、シール部材50Aは、シール部材50Aの内周面から両シール収容溝60の溝内側面取り部64に向けて突出して溝内側面取り部64に挿入される突出部としての第2割面突出部56Aを有している構成であってもよい。第2割面突出部56Aは、シール部材50Aの内周面におけるシール部材50Aの軸線方向の中央部から突出するとともに、シール部材50Aの周方向全周に亘って延びる環状である。また、シール部材50Aは、シール部材50Aの外周面から両シール収容溝60の溝外側面取り部65に向けて突出して溝外側面取り部65に挿入される第1割面突出部55Aを有している。第1割面突出部55Aは、シール部材50Aの外周面におけるシール部材50Aの軸線方向の中央部から突出するとともに、シール部材50Aの周方向全周に亘って延びる環状である。
○ 実施形態において、複数の押付け用突起52がシール本体部51の外周面51bから突出していてもよい。そして、シール部材50は、複数の押付け用突起52がシール本体部51から溝外側周面62に向けて突出するとともに溝外側周面62を押圧するように、シール収容溝60内に収容されていてもよい。この場合、シール本体部51の内周面51aは、複数の押付け用突起52による溝外側周面62への押圧力に対する反発力を溝外側周面62から受けることにより、溝内側周面61に押圧された状態で接している。さらに、シール部材50は、シール本体部51の内周面51aからシール収容溝60の溝内側面取り部64に向けて突出して溝内側面取り部64に挿入され、ロータハウジング14及びカバー部材15に挟まれる突出部を有していてもよい。突出部は、シール本体部51の内周面51aにおける第2リップ部54側の端部から突出するとともに、シール本体部51の周方向全周に亘って延びる環状である。
例えば、ロータ室25内に吸入される水素は、燃料電池の発電に伴い生成された生成水を含んでいる。シール部材50は、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの間を介したロータ室25内からハウジング11の外部への生成水を含んだ水素の洩れを抑制する。そして、シール本体部51の内周面51aが、複数の押付け用突起52による溝外側周面62への押圧力に対する反発力を溝外側周面62から受けることにより、溝内側周面61に押圧された状態で接しているため、溝内側周面61とシール部材50との間の隙間が小さくなっている。このため、シール収容溝60の溝外側周面62とシール部材50との間の隙間に生成水を含んだ水素が溜まり難くなる。したがって、ハウジング11やシール部材50の耐腐食性が向上する。さらには、突出部が溝内側面取り部64に挿入され、ロータハウジング14及びカバー部材15に挟まれることにより、溝内側面取り部64とシール部材50との間の隙間が小さくなり、溝内側面取り部64とシール部材50との間の隙間に生成水を含んだ水素が溜まり難くなる。
○ 実施形態において、シール部材50は、二つの第1リップ部53及び第1凹み部53aを有していない構成であってもよい。そして、シール部材50は、シール本体部51の軸線方向の一方に位置する端面全体が、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向でロータハウジング14に接する第1シール部として機能する構成であってもよい。これによれば、ロータハウジング14とシール部材50との間のシール長を長く確保することができる。
○ 実施形態において、シール部材50は、二つの第2リップ部54及び第2凹み部54aを有していない構成であってもよい。そして、シール部材50は、シール本体部51の軸線方向の他方に位置する端面全体が、ロータハウジング14の開口端面14dとカバー部材15の一端面15aとの合わせ方向でカバー部材15に接する第2シール部として機能する構成であってもよい。これによれば、カバー部材15とシール部材50との間のシール長を長く確保することができる。
○ 実施形態において、第1リップ部53の数を3つ以上にしてもよい。
○ 実施形態において、第2リップ部54の数を3つ以上にしてもよい。
○ 実施形態において、シール本体部51の径方向におけるシール本体部51の内周面51aと外周面51bとの間の距離L1が、シール本体部51の軸線方向における第1リップ部53の外面と第2リップ部54の外面との間の距離L2よりも大きくてもよい。
○ 実施形態において、押付け用突起52におけるシール本体部51の軸線方向の長さL4が、第1凹み部53aの最深部531aと第2凹み部54aの最深部541aとを結ぶ直線S1の長さL3と同じであってもよい。
○ 実施形態において、押付け用突起52におけるシール本体部51の軸線方向の長さL4は、シール本体部51の軸線方向における第1リップ部53の外面と第2リップ部54の外面との間の距離L2よりも小さければ、第1凹み部53aの最深部531aと第2凹み部54aの最深部541aとを結ぶ直線S1の長さL3よりも大きくてもよい。
○ 実施形態において、押付け用突起52の数は、複数であれば特に限定されるものではなく、例えば、9つよりも少なくてもよいし、9つよりも多くてもよい。
○ 実施形態において、例えば、ロータハウジング14とカバー部材15とが、ロータハウジング14の周壁14bの内側にカバー部材15が嵌め込まれた状態で連結されていてもよい。この場合、ロータハウジング14の周壁14bの内周面、及びカバー部材15の外周面は、ロータハウジング14とカバー部材15との合わせ面を形成しており、ロータハウジング14の周壁14bの内周面とカバー部材15の外周面との合わせ方向が、ロータハウジング14の周壁14bの径方向に一致している。
○ 実施形態において、溝内側周面61及び溝外側周面62は、ロータハウジング14の周壁14bの軸心方向に互いに平行に延びていなくてもよく、ロータハウジング14の周壁14bの軸線方向に対して斜交して延びるとともに互いに斜交していてもよい。
○ 実施形態において、シール部材50の材質は、弾性体であれば、ゴム製に限定されるものではない。
○ 実施形態において、駆動ロータ20及び従動ロータ21は、駆動軸16及び従動軸17の回転軸線方向に直交する断面視が、例えば、三葉状であったり、四葉状であったりしてもよい。
○ 実施形態において、駆動ロータ20及び従動ロータ21が、例えば、ヘリカル形状であってもよい。
○ 実施形態において、流体機械としては、ルーツポンプ10に限らず、例えば、スクロール型圧縮機やピストン型圧縮機などであってもよい。要は、互いに連結される第1ハウジング構成体及び第2ハウジング構成体を有するハウジング11を備えた流体機械であれば、その型式は特に限定されるものではない。