特開 2024-120337 ルーツポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120337

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】ルーツポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/18 20060101AFI20240829BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

F04C18/18 A

F04C29/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027069

(22)【出願日】2023-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】吉田 将也

(72)【発明者】

【氏名】正木 大輔

(72)【発明者】

【氏名】福山 了介

(72)【発明者】

【氏名】城丸 勝俊

【テーマコード（参考）】

3H129

【Ｆターム（参考）】

3H129AA06

3H129AA18

3H129AB05

3H129BB42

3H129CC02

3H129CC07

3H129CC09

3H129CC16

3H129CC17

(57)【要約】

【課題】ルーツポンプの性能を向上させること。
【解決手段】孔形成面６４における第１軸受２３側の端部が、回転軸２５が圧入される圧入部６５になっている。よって、第１軸受２３の内輪５１と回転軸２５との圧入部分と孔形成面６４の圧入部６５との距離が極力短くなるため、回転軸２５における軸方向への熱膨張に依存してロータ４０が回転軸２５の軸方向へ熱膨張する領域が小さくなる。孔形成面６４における第２軸受２４側の端部は、回転軸２５が隙間嵌めされる隙間嵌め部６６になっている。よって、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部と回転軸２５とのクリアランスが極力小さくなる。その結果、ロータ４０に水素ガスの圧力が作用しても、圧入部６５を基点としたロータ４０における回転軸２５の径方向内側への撓みが小さくなる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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ハウジングと、
前記ハウジングに画定されるとともに前記吸入孔及び前記吐出孔に連通するロータ室と、
前記ハウジングの内部に配置される回転軸と、
前記回転軸が挿通される挿通孔を有するとともに前記挿通孔を形成する孔形成面に前記回転軸が圧入されることにより前記回転軸と一体的に前記ロータ室内で回転するロータと、
前記回転軸における前記ロータを挟んだ両側に位置する部分を前記ハウジングに対してそれぞれ回転可能に支持する第１軸受及び第２軸受と、を備え、
前記第１軸受及び前記第２軸受は、
内輪と、
前記内輪を囲むとともに前記ハウジングに支持される外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に設けられる転動体と、をそれぞれ有し、
前記回転軸は、前記第１軸受の内輪に圧入されるとともに前記第２軸受の内輪に隙間嵌めされており、
前記ハウジングの材質における線膨張係数及び前記ロータの材質における線膨張係数は、前記回転軸の材質における線膨張係数よりも大きく、
前記ロータが回転することにより前記吸入孔から前記ロータ室内に流体が吸入されるとともに前記ロータ室内の流体が前記吐出孔から吐出されるルーツポンプであって、
前記孔形成面における前記第１軸受側の端部は、前記回転軸が圧入される圧入部になっており、
少なくとも前記孔形成面における前記第２軸受側の端部は、前記回転軸が隙間嵌めされる隙間嵌め部になっていることを特徴とするルーツポンプ。

【請求項2】

前記孔形成面における前記第２軸受側の端部のみが前記隙間嵌め部になっており、
前記隙間嵌め部と前記回転軸との間のクリアランスは、前記孔形成面における前記圧入部と前記隙間嵌め部との間の部位と前記回転軸との間のクリアランスよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のルーツポンプ。

【請求項3】

前記孔形成面は、前記圧入部以外の部位が前記隙間嵌め部になっていることを特徴とする請求項１に記載のルーツポンプ。

【請求項4】

前記ロータ全体が中実構造であることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のルーツポンプ。

【請求項5】

前記ロータは、前記回転軸の径方向で前記圧入部と重なる部分のみが中実構造であることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のルーツポンプ。

【請求項6】

前記ロータは、前記挿通孔に対して前記回転軸の径方向外側で前記ロータを貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔内における前記回転軸の径方向で前記圧入部と重なる部分には、リブが設けられていることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のルーツポンプ。

【請求項7】

前記ハウジングは、第１ハウジング構成体と、第２ハウジング構成体と、を有し、
前記ロータ室は、前記第１ハウジング構成体と前記第２ハウジング構成体とによって画定されており、
前記第２ハウジング構成体には、前記吸入孔及び前記吐出孔が形成されており、
前記第１軸受は、前記第１ハウジング構成体に保持されており、
前記第２軸受は、前記第２ハウジング構成体に保持されていることを特徴とする請求項１に記載のルーツポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ルーツポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

ルーツポンプは、ハウジングと、ロータ室と、回転軸と、ロータと、を備えている。ハウジングは、吸入孔、及び吐出孔を有している。吸入孔は、流体を吸入する。吐出孔は、流体を吐出する。ロータ室は、ハウジングに画定されている。ロータ室は、吸入孔及び吐出孔に連通している。回転軸は、ハウジングの内部に配置されている。ロータは、回転軸が挿通される挿通孔を有している。ロータは、挿通孔を形成する孔形成面に回転軸が圧入されることにより回転軸と一体的にロータ室内で回転する。よって、孔形成面は、回転軸が圧入される圧入部を有している。そして、ロータが回転することにより吸入孔からロータ室内に流体が吸入されるとともにロータ室内の流体が吐出孔から吐出される。

【0003】

ところで、例えば特許文献１のように、回転軸におけるロータを挟んだ両側に位置する部分をハウジングに対してそれぞれ回転可能に支持する第１軸受及び第２軸受を備えているルーツポンプが従来から知られている。第１軸受及び第２軸受は、内輪と、外輪と、転動体と、をそれぞれ有している。外輪は、内輪を囲むとともにハウジングに支持されている。転動体は、内輪と外輪との間に設けられている。回転軸は、例えば、第１軸受の内輪に圧入されるとともに第２軸受の内輪に隙間嵌めされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開昭５９－１６５９８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このようなルーツポンプにおいて、ルーツポンプが駆動すると、ハウジング、ロータ、及び回転軸は熱の影響を受ける。ハウジングは、回転軸に対して、第１軸受の内輪と回転軸との圧入部分を基点として回転軸の軸方向へ熱膨張する。このとき、回転軸が第２軸受の内輪に隙間嵌めされているため、ハウジングにおける回転軸の軸方向への熱膨張が、第２軸受と回転軸との間で拘束されることが無い。その結果、ハウジングにおける回転軸の軸方向への熱膨張が生じても、第２軸受に負荷が加わることが回避されている。

【0006】

ここで、ロータにおける回転軸の軸方向への熱膨張による変位量は、孔形成面に回転軸が圧入されていることにより、回転軸における軸方向への熱膨張に依存する。第１軸受の内輪と回転軸との圧入部分と孔形成面の圧入部との距離が長いほど、回転軸における軸方向への熱膨張に依存してロータが回転軸の軸方向へ熱膨張する領域は大きくなる。

【0007】

例えば、ハウジングの材質における線膨張係数及びロータの材質における線膨張係数が、回転軸の材質における線膨張係数よりも大きい場合を考える。この場合、ハウジングにおける回転軸の軸方向への熱膨張による変位量とロータにおける回転軸の軸方向への熱膨張による変位量との差が大きくなる。したがって、ロータとハウジングとの間のクリアランスが広くなり過ぎてしまったり、ロータとハウジングとが接触してしまったりする虞がある。

【0008】

ロータとハウジングとの間のクリアランスが広くなり過ぎると、ルーツポンプの性能が悪化してしまう。一方で、ロータとハウジングとが接触してしまうことが無いように、ロータとハウジングとの間のクリアランスを予め大きくしておく必要もある。しかしながら、ロータとハウジングとの間のクリアランスを予め大きくするほどルーツポンプの性能が悪化するため好ましくない。したがって、ルーツポンプの性能を向上させることが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するルーツポンプは、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ハウジングと、前記ハウジングに画定されるとともに前記吸入孔及び前記吐出孔に連通するロータ室と、前記ハウジングの内部に配置される回転軸と、前記回転軸が挿通される挿通孔を有するとともに前記挿通孔を形成する孔形成面に前記回転軸が圧入されることにより前記回転軸と一体的に前記ロータ室内で回転するロータと、前記回転軸における前記ロータを挟んだ両側に位置する部分を前記ハウジングに対してそれぞれ回転可能に支持する第１軸受及び第２軸受と、を備え、前記第１軸受及び前記第２軸受は、内輪と、前記内輪を囲むとともに前記ハウジングに支持される外輪と、前記内輪と前記外輪との間に設けられる転動体と、をそれぞれ有し、前記回転軸は、前記第１軸受の内輪に圧入されるとともに前記第２軸受の内輪に隙間嵌めされており、前記ハウジングの材質における線膨張係数及び前記ロータの材質における線膨張係数は、前記回転軸の材質における線膨張係数よりも大きく、前記ロータが回転することにより前記吸入孔から前記ロータ室内に流体が吸入されるとともに前記ロータ室内の流体が前記吐出孔から吐出されるルーツポンプであって、前記孔形成面における前記第１軸受側の端部は、前記回転軸が圧入される圧入部になっており、少なくとも前記孔形成面における前記第２軸受側の端部は、前記回転軸が隙間嵌めされる隙間嵌め部になっている。

【0010】

これによれば、第１軸受の内輪と回転軸との圧入部分と孔形成面の圧入部との距離が極力短くなるため、回転軸における軸方向への熱膨張に依存してロータが回転軸の軸方向へ熱膨張する領域を小さくすることができる。その結果、ハウジングにおける回転軸の軸方向への熱膨張による変位量とロータにおける回転軸の軸方向への熱膨張による変位量との差を小さくすることができる。したがって、ロータとハウジングとの間のクリアランスが広くなり過ぎてしまったり、ロータとハウジングとが接触してしまったりすることを回避し易くすることができる。

【0011】

ここで、例えば、孔形成面における第１軸受側の端部が、回転軸が圧入される圧入部になっている場合、ロータに流体の圧力が作用することにより、圧入部を基点にロータが回転軸の径方向内側へ撓んでしまう虞がある。ロータが圧入部を基点に回転軸の径方向内側へ撓んでしまうと、ロータとハウジングとの間のクリアランスが広くなり過ぎてしまい、ルーツポンプの性能が悪化してしまう。

【0012】

そこで、少なくとも孔形成面における第２軸受側の端部は、回転軸が隙間嵌めされる隙間嵌め部になっている。これによれば、孔形成面における第２軸受側の端部と回転軸とのクリアランスを極力小さくすることができる。その結果、ロータに流体の圧力が作用しても、圧入部を基点としたロータにおける回転軸の径方向内側への撓みを小さくすることができる。よって、ロータとハウジングとの間のクリアランスが広くなり過ぎてしまうことが回避される。以上により、ルーツポンプの性能を向上させることができる。

【0013】

上記ルーツポンプにおいて、前記孔形成面における前記第２軸受側の端部のみが前記隙間嵌め部になっており、前記隙間嵌め部と前記回転軸との間のクリアランスは、前記孔形成面における前記圧入部と前記隙間嵌め部との間の部位と前記回転軸との間のクリアランスよりも小さいとよい。

【0014】

これによれば、孔形成面における第２軸受側の端部のみが隙間嵌め部になっているため、孔形成面における第２軸受側の端部と回転軸との間のクリアランスの管理がし易くなる。したがって、孔形成面における第２軸受側の端部と回転軸とのクリアランスを極力小さくし易くすることができる。その結果、ロータに流体の圧力が作用しても、圧入部を基点としたロータにおける回転軸の径方向内側への撓みを小さくし易くすることができる。

【0015】

上記ルーツポンプにおいて、前記孔形成面は、前記圧入部以外の部位が前記隙間嵌め部になっているとよい。
孔形成面における圧入部以外の部位が隙間嵌め部になっている構成は、孔形成面の加工、又は回転軸の外周面の加工が容易である。したがって、ルーツポンプの構成を簡素化させることができる。

【0016】

上記ルーツポンプにおいて、前記ロータ全体が中実構造であるとよい。
これによれば、ロータ全体の剛性が高まるため、ロータが変形してしまうことを回避し易くすることができる。よって、回転軸が圧入部に圧入されることにより、ロータが回転軸の径方向外側へ変形して、ロータがハウジングに干渉してしまうといった問題を回避し易くすることができる。

【0017】

上記ルーツポンプにおいて、前記ロータは、前記回転軸の径方向で前記圧入部と重なる部分のみが中実構造であるとよい。
これによれば、ロータにおける回転軸の径方向で圧入部と重なる部分が変形し難くなるため、回転軸が圧入部に圧入されることにより、ロータが回転軸の径方向外側へ変形して、ロータがハウジングに干渉してしまうといった問題を回避し易くすることができる。

【0018】

上記ルーツポンプにおいて、前記ロータは、前記挿通孔に対して前記回転軸の径方向外側で前記ロータを貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔内における前記回転軸の径方向で前記圧入部と重なる部分には、リブが設けられているとよい。

【0019】

これによれば、ロータにおける回転軸の径方向で圧入部と重なる部分が変形し難くなるため、回転軸が圧入部に圧入されることにより、ロータが回転軸の径方向外側へ変形して、ロータがハウジングに干渉してしまうといった問題を回避し易くすることができる。

【0020】

上記ルーツポンプにおいて、前記ハウジングは、第１ハウジング構成体と、第２ハウジング構成体と、を有し、前記ロータ室は、前記第１ハウジング構成体と前記第２ハウジング構成体とによって画定されており、前記第２ハウジング構成体には、前記吸入孔及び前記吐出孔が形成されており、前記第１軸受は、前記第１ハウジング構成体に保持されており、前記第２軸受は、前記第２ハウジング構成体に保持されているとよい。

【0021】

第２ハウジング構成体は、吸入孔及び吐出孔が形成されているため、流体の吸入及び吐出による影響を受けて、第１ハウジング構成体よりも温度が高くなり易い。したがって、第２ハウジング構成体は、第１ハウジング構成体よりも熱膨張し易い。ここで、第１軸受は、第１ハウジング構成体に保持されている。第１軸受の内輪は、第１ハウジング構成体の熱膨張による変位量を考慮した圧入代に設定する必要がある。第１ハウジング構成体は、第２ハウジング構成体よりも熱膨張による変位量が小さいため、第１軸受の内輪の圧入代が確保し易くなる。したがって、第１軸受が第１ハウジング構成体に保持されているとともに第２軸受が第２ハウジング構成体に保持されている構成は、ルーツポンプの設計を容易なものとすることができる。

【発明の効果】

【0022】

この発明によれば、ルーツポンプの性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施形態におけるルーツポンプを示す断面図である。

【図2】図１における２－２線断面図である。

【図3】ルーツポンプの一部分を拡大して示す断面図である。

【図4】別の実施形態におけるルーツポンプの一部分を拡大して示す断面図である。

【図5】別の実施形態におけるルーツポンプの一部分を拡大して示す断面図である。

【図6】別の実施形態におけるルーツポンプの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、ルーツポンプを具体化した一実施形態を図１～図３にしたがって説明する。本実施形態のルーツポンプは、燃料電池システムで用いられる燃料電池用水素ポンプである。ルーツポンプは、燃料電池車などの車両に搭載されている。ルーツポンプは、流体としての水素ガスを吸入して吐出する。

【0025】

＜ルーツポンプ１０の全体構成＞
図１に示すように、ルーツポンプ１０は、ハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、筒状である。ハウジング１１は、金属材料製である。ハウジング１１は、例えば、アルミニウム製である。

【0026】

ハウジング１１は、第１ハウジング部材１２と、第２ハウジング部材１３と、第３ハウジング部材１４と、第４ハウジング部材１５と、第５ハウジング部材１６と、を備えている。ハウジング１１は、第１ハウジング部材１２と、第２ハウジング部材１３と、第３ハウジング部材１４と、第４ハウジング部材１５と、第５ハウジング部材１６とを一体に組付けて形成されている。

【0027】

第１ハウジング部材１２は、第１端壁１２ａと、第１周壁１２ｂと、を有している。第１端壁１２ａは、板状である。第１周壁１２ｂは、第１端壁１２ａの外周部から筒状に延びている。第１ハウジング部材１２は、第１軸受保持部１２ｃを有している。第１軸受保持部１２ｃは、筒状である。第１軸受保持部１２ｃは、第１端壁１２ａの内面の中央部から第１ハウジング部材１２内に突出している。

【0028】

第２ハウジング部材１３は、第２端壁１３ａと、第２周壁１３ｂと、を有している。第２端壁１３ａは、板状である。第２周壁１３ｂは、第２端壁１３ａの外周部から筒状に延びている。第２ハウジング部材１３は、第１ハウジング部材１２に連結されている。第２端壁１３ａは、第１ハウジング部材１２の第１周壁１２ｂの開口を閉塞している。第２ハウジング部材１３は、一対の第２軸受保持部１３ｃを有している。一対の第２軸受保持部１３ｃは、第２端壁１３ａに設けられている。一対の第２軸受保持部１３ｃの一方は、第２端壁１３ａを厚み方向に貫通する孔である。一対の第２軸受保持部１３ｃの他方は、第２端壁１３ａの内面に形成された凹部である。

【0029】

第３ハウジング部材１４は、第３端壁１４ａと、第３周壁１４ｂと、を有している。第３端壁１４ａは、板状である。第３周壁１４ｂは、第３端壁１４ａの外周部から筒状に延びている。第３ハウジング部材１４は、第２ハウジング部材１３に連結されている。第３端壁１４ａは、第２ハウジング部材１３の第２周壁１３ｂの開口を閉塞している。第３ハウジング部材１４は、一対の第３軸受保持部１４ｃを有している。一対の第３軸受保持部１４ｃは、第３端壁１４ａに設けられている。一対の第３軸受保持部１４ｃは、第３端壁１４ａを厚み方向に貫通する孔である。

【0030】

第４ハウジング部材１５は、第４端壁１５ａと、ボス部１５ｂと、一対の第４軸受保持部１５ｃと、を有している。第４端壁１５ａは、板状である。第４ハウジング部材１５は、第３ハウジング部材１４に連結されている。第４端壁１５ａは、第３ハウジング部材１４の第３周壁１４ｂの開口を閉塞している。ボス部１５ｂは、筒状である。ボス部１５ｂは、第４端壁１５ａから突出している。一対の第４軸受保持部１５ｃは、ボス部１５ｂに設けられている。

【0031】

第５ハウジング部材１６は、板状である。第５ハウジング部材１６は、第４ハウジング部材１５に連結されている。第５ハウジング部材１６は、ボス部１５ｂの開口を閉塞している。

【0032】

ルーツポンプ１０は、モータ室１７と、ギア室１８と、ロータ室１９と、一対の軸受収容室２０と、を備えている。モータ室１７、ギア室１８、ロータ室１９、及び一対の軸受収容室２０は、ハウジング１１に画定されている。モータ室１７は、第１端壁１２ａと、第１周壁１２ｂと、第２端壁１３ａと、によって画定されている。ギア室１８は、第２端壁１３ａと、第２周壁１３ｂと、第３端壁１４ａと、によって画定されている。一対の第２軸受保持部１３ｃの各々は、ギア室１８に開口している。

【0033】

ルーツポンプ１０は、軸受２１を備えている。軸受２１は、第１軸受保持部１２ｃに保持されている。ルーツポンプ１０は、一対の軸受２２を備えている。一対の軸受２２の各々は、第２軸受保持部１３ｃに保持されている。一対の軸受２２の各々は、モータ室１７とギア室１８の間に位置している。

【0034】

ロータ室１９は、第３端壁１４ａと、第３周壁１４ｂと、第４端壁１５ａと、によって画定されている。したがって、ロータ室１９は、第３ハウジング部材１４と第４ハウジング部材１５とによって画定されている。第３ハウジング部材１４は、第１ハウジング構成体である。第４ハウジング部材１５は、第２ハウジング構成体である。したがって、ハウジング１１は、第１ハウジング構成体と、第２ハウジング構成体と、を有している。一対の第３軸受保持部１４ｃの各々は、ロータ室１９及びギア室１８に開口している。一対の第３軸受保持部１４ｃの各々は、ギア室１８とロータ室１９との間に位置している。

【0035】

ルーツポンプ１０は、一対の第１軸受２３及び一対の第２軸受２４を備えている。一対の第１軸受２３の各々は、第３軸受保持部１４ｃに保持されている。したがって、一対の第１軸受２３は、第１ハウジング構成体である第３ハウジング部材１４に保持されている。

【0036】

一対の軸受収容室２０の各々は、ボス部１５ｂと第５ハウジング部材１６とによって画定されている。一対の第２軸受２４の各々は、第４軸受保持部１５ｃに保持されている。したがって、一対の第２軸受２４は、第２ハウジング構成体である第４ハウジング部材１５に保持されている。

【0037】

ルーツポンプ１０は、回転軸２５を備えている。回転軸２５は、ハウジング１１の内部に配置されている。回転軸２５は、駆動軸２６及び従動軸２７である。なお、以下の説明では、「駆動軸２６及び従動軸２７」を単に「回転軸２５」と記載する場合もある。

【0038】

駆動軸２６及び従動軸２７は、金属材料製である。駆動軸２６及び従動軸２７は、例えば、ステンレス製である。したがって、ハウジング１１の材質における線膨張係数は、回転軸２５の材質における線膨張係数よりも大きい。

【0039】

駆動軸２６と従動軸２７とは平行に配置されている。駆動軸２６の中心軸線Ｌ１及び従動軸２７の中心軸線Ｌ２の延びる方向を回転軸２５の軸方向とする。駆動軸２６は、第２端壁１３ａ、第３端壁１４ａ、及び第４端壁１５ａを貫通している。従動軸２７は、第３端壁１４ａ及び第４端壁１５ａを貫通している。駆動軸２６は、軸受２１、軸受２２、第１軸受２３、及び第２軸受２４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２７は、軸受２２、第１軸受２３、及び第２軸受２４を介してハウジング１１に回転可能に支持されている。

【0040】

ルーツポンプ１０は、第１シール部材２８、一対の第２シール部材２９、及び一対の第３シール部材３０を備えている。第１シール部材２８は、第２端壁１３ａに設けられている。第１シール部材２８は、駆動軸２６と第２端壁１３ａとの間をシールする。一対の第２シール部材２９は、第３端壁１４ａに設けられている。一対の第２シール部材２９の一方は、駆動軸２６と第３端壁１４ａとの間をシールする。一対の第２シール部材２９の他方は、従動軸２７と第３端壁１４ａとの間をシールする。一対の第３シール部材３０は、第４端壁１５ａに設けられている。一対の第３シール部材３０の一方は、駆動軸２６と第４端壁１５ａとの間をシールする。一対の第３シール部材３０の他方は、従動軸２７と第４端壁１５ａとの間をシールする。

【0041】

ルーツポンプ１０は、モータ３１を備えている。モータ３１は、モータ室１７に収容されている。したがって、モータ室１７は、モータ３１を収容する。モータ３１は、駆動軸２６に連結されている。モータ３１は、駆動軸２６を回転させる。

【0042】

ルーツポンプ１０は、駆動ギア３２及び従動ギア３３を備えている。駆動ギア３２及び従動ギア３３は、ギア室１８に収容されている。したがって、ギア室１８は、駆動ギア３２及び従動ギア３３を収容する。駆動ギア３２は、駆動軸２６に固定されている。従動ギア３３は、従動軸２７に固定されている。従動ギア３３は、駆動ギア３２と噛み合って回転する。従動軸２７は、駆動ギア３２及び従動ギア３３によって駆動軸２６とは逆方向に回転する。

【0043】

図１及び図２に示すように、ハウジング１１は、吸入孔３４、及び吐出孔３５を有している。吸入孔３４及び吐出孔３５は、第４ハウジング部材１５及び第５ハウジング部材１６を貫通している。したがって、第２ハウジング構成体である第４ハウジング部材１５には、吸入孔３４及び吐出孔３５が形成されている。ロータ室１９は、吸入孔３４及び吐出孔３５に連通する。吸入孔３４は、ロータ室１９内に水素ガスを吸入する。吐出孔３５は、ロータ室１９内の水素ガスを吐出する。

【0044】

ルーツポンプ１０は、ロータ４０を備えている。ロータ４０は、駆動ロータ４１及び従動ロータ４２である。なお、以下の説明では、「駆動ロータ４１及び従動ロータ４２」を単に「ロータ４０」と記載する場合もある。駆動ロータ４１及び従動ロータ４２は、金属材料製である。駆動ロータ４１及び従動ロータ４２は、例えば、アルミニウム製である。したがって、ハウジング１１の材質における線膨張係数とロータ４０の材質における線膨張係数とは同じである。したがって、ハウジング１１の材質における線膨張係数及びロータ４０の材質における線膨張係数は、回転軸２５の材質における線膨張係数よりも大きい。

【0045】

図２に示すように、駆動ロータ４１及び従動ロータ４２は、ロータ室１９に収容されている。駆動ロータ４１及び従動ロータ４２は、駆動軸２６及び従動軸２７の軸方向に直交する断面視が二葉状（瓢箪状）に形成されたルーツタイプである。駆動ロータ４１及び従動ロータ４２は、一対の歯部４３と、一対の歯部４３同士の間に位置する軸支部４４と、をそれぞれ有している。

【0046】

軸支部４４は、挿通孔４５を有している。したがって、ロータ４０は、挿通孔４５を有している。挿通孔４５は、軸支部４４を貫通している。挿通孔４５の孔径は、一定である。駆動ロータ４１の挿通孔４５には、駆動軸２６が挿通されている。従動ロータ４２の挿通孔４５には、従動軸２７が挿通されている。したがって、挿通孔４５には、回転軸２５が挿通されている。

【0047】

一対の歯部４３の外周面は、ロータ４０の山部を形成している。軸支部４４の外周面は、ロータ４０の谷部を形成している。駆動ロータ４１の歯部４３と従動ロータ４２の軸支部４４とは噛合可能である。駆動ロータ４１の軸支部４４と従動ロータ４２の歯部４３とは噛合可能である。一対の歯部４３は、中実構造である。ロータ４０は、挿通孔４５を除く全体の部分が中実構造である。したがって、本実施形態のロータ４０は、ロータ４０全体が中実構造である。駆動ロータ４１と従動ロータ４２とは互いに噛合可能に構成されている。駆動ロータ４１は、駆動軸２６に取り付けられている。駆動ロータ４１は、駆動軸２６と一体的にロータ室１９内で回転する。従動ロータ４２は、従動軸２７に取り付けられている。従動ロータ４２は、従動軸２７と一体的にロータ室１９内で回転する。従動ロータ４２は、駆動ロータ４１と共に回転する。駆動ロータ４１は、図２に示す矢印Ｒ１の方向に回転するとともに従動ロータ４２は、図２に示す矢印Ｒ２の方向へ回転する。

【0048】

吸入孔３４は、第１接続配管４６を介して燃料電池４８の水素排出口４８ａに接続されている。吐出孔３５は、第２接続配管４７を介して燃料電池４８の水素供給口４８ｂに接続されている。

【0049】

モータ３１の駆動によって駆動軸２６が回転すると、互いに噛合された駆動ギア３２及び従動ギア３３が同期回転する。駆動ギア３２及び従動ギア３３が同期回転することに伴い、従動軸２７が駆動軸２６に対して逆回転する。これにより、駆動ロータ４１及び従動ロータ４２が互いに噛合された状態でそれぞれ逆回転する。そして、ルーツポンプ１０では、燃料電池４８にて酸素と反応しなかった水素ガスが水素排出口４８ａ、第１接続配管４６、及び吸入孔３４を介してロータ室１９に吸入される。ロータ室１９に吸入された水素ガスは、吐出孔３５から吐出されて第２接続配管４７及び水素供給口４８ｂを介して燃料電池４８に供給される。したがって、ルーツポンプ１０は、駆動ロータ４１及び従動ロータ４２の回転によって燃料電池４８に水素ガスを供給する。このように、ルーツポンプ１０において、駆動ロータ４１と従動ロータ４２とが回転することにより吸入孔３４からロータ室１９内に水素ガスが吸入されるとともにロータ室１９内の水素ガスが吐出孔３５から吐出される。

【0050】

図３に示すように、一対の第１軸受２３及び一対の第２軸受２４は、内輪５１と、外輪５２と、転動体５３と、をそれぞれ有している。外輪５２は、内輪５１を囲むとともにハウジング１１に支持されている。転動体５３は、内輪５１と外輪５２との間に設けられている。本実施形態の第１軸受２３及び第２軸受２４は、内輪５１と外輪５２との間に転動体５３である玉が複数設けられることにより構成される玉軸受である。なお、第１軸受２３及び第２軸受２４は、転動体５３としてコロを採用したコロ軸受であってもよい。

【0051】

各第１軸受２３及び各第２軸受２４は、駆動軸２６及び従動軸２７における駆動ロータ４１及び従動ロータ４２を挟んだ両側に位置する部分をハウジング１１に対してそれぞれ回転可能に支持する。駆動軸２６及び従動軸２７は、各第１軸受２３の内輪５１にそれぞれ圧入されるとともに各第２軸受２４の内輪５１に隙間嵌めされている。

【0052】

各第１軸受２３の外輪５２は、各第３軸受保持部１４ｃに締まり嵌めによって保持されている。各第１軸受２３の内輪５１は、回転軸２５と一体的に回転する。各第２軸受２４の外輪５２は、各第４軸受保持部１５ｃに締まり嵌めによって保持されている。回転軸２５における各第２軸受２４の内輪５１の内側に位置する部分には、Ｏリング５４が装着されている。そして、各第２軸受２４の内輪５１は、Ｏリング５４を介して回転軸２５と一体的に回転する。

【0053】

＜ロータ４０と回転軸２５との関係＞
以下、ロータ４０と回転軸２５との関係について説明する。なお、駆動ロータ４１と駆動軸２６との関係は、従動ロータ４２と従動軸２７との関係とほぼ同じであるため、単に「ロータ４０と回転軸２５との関係」として説明する。

【0054】

回転軸２５は、大径部６１と、小径部６２と、中径部６３と、を有している。大径部６１、小径部６２、及び中径部６３は、回転軸２５における挿通孔４５の内側に位置する部分である。大径部６１の外径は、小径部６２の外径及び中径部６３の外径よりも大きい。中径部６３の外径は、小径部６２の外径よりも大きい。大径部６１は、小径部６２及び中径部６３よりも第１軸受２３寄りに位置している。大径部６１は、挿通孔４５を形成する孔形成面６４における第１軸受２３側の端部に圧入されている。したがって、孔形成面６４における第１軸受２３側の端部は、回転軸２５が圧入される圧入部６５になっている。そして、ロータ４０は、孔形成面６４に回転軸２５が圧入されることにより回転軸２５と一体的にロータ室１９内で回転する。

【0055】

中径部６３は、大径部６１における第１軸受２３とは反対側の端部に連続している。小径部６２は、中径部６３における大径部６１とは反対側の端部に連続している。中径部６３は、大径部６１及び小径部６２よりも第２軸受２４寄りに位置している。中径部６３は、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部に隙間嵌めされている。したがって、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部は、回転軸２５が隙間嵌めされる隙間嵌め部６６になっている。本実施形態のルーツポンプ１０は、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部のみが隙間嵌め部６６になっている。隙間嵌め部６６と回転軸２５の中径部６３との間のクリアランスは、孔形成面６４における圧入部６５と隙間嵌め部６６との間の部位と回転軸２５の小径部６２との間のクリアランスよりも小さい。なお、隙間嵌め部６６と回転軸２５との間のクリアランスは、ロータ４０及び回転軸２５が共に熱膨張したとしても、孔形成面６４と回転軸２５の中径部６３との間で締め代を持たないクリアランスに予め設定されている。

【0056】

［実施形態の作用］
次に、本実施形態の作用について説明する。
ところで、ルーツポンプ１０が駆動すると、ハウジング１１、ロータ４０、及び回転軸２５は熱の影響を受ける。例えば、第３ハウジング部材１４は、回転軸２５に対して、第１軸受２３の内輪５１と回転軸２５との圧入部分を基点として回転軸２５の軸方向へ熱膨張する。さらには、第４ハウジング部材１５も、第３ハウジング部材１４における回転軸２５の軸方向への熱膨張に追従して、回転軸２５の軸方向へ熱膨張する。このとき、回転軸２５が第２軸受２４の内輪５１に隙間嵌めされているため、第４ハウジング部材１５における回転軸２５の軸方向への熱膨張が、第２軸受２４と回転軸２５との間で拘束されることが無い。その結果、第４ハウジング部材１５における回転軸２５の軸方向への熱膨張が生じても、第２軸受２４に負荷が加わることが回避されている。

【0057】

ここで、ロータ４０における回転軸２５の軸方向への熱膨張による変位量は、孔形成面６４に回転軸２５が圧入されていることにより、回転軸２５における軸方向への熱膨張に依存する。第１軸受２３の内輪５１と回転軸２５との圧入部分と孔形成面６４の圧入部６５との距離が長いほど、回転軸２５における軸方向への熱膨張に依存してロータ４０が回転軸２５の軸方向へ熱膨張する領域は大きくなる。

【0058】

そこで、孔形成面６４における第１軸受２３側の端部が圧入部６５になっている。よって、第１軸受２３の内輪５１と回転軸２５との圧入部分と孔形成面６４の圧入部６５との距離が極力短くなるため、回転軸２５における軸方向への熱膨張に依存してロータ４０が回転軸２５の軸方向へ熱膨張する領域が小さくなる。その結果、第３ハウジング部材１４における回転軸２５の軸方向への熱膨張による変位量とロータ４０における回転軸２５の軸方向への熱膨張による変位量との差が小さくなる。したがって、ロータ４０と第４ハウジング部材１５との間のクリアランスが広くなり過ぎてしまったり、ロータ４０と第３ハウジング部材１４の第３端壁１４ａとが接触してしまったりすることが回避され易くなる。

【0059】

ここで、例えば、孔形成面６４における第１軸受２３側の端部が、回転軸２５が圧入される圧入部６５になっている場合、ロータ４０に水素ガスの圧力が作用することにより、圧入部６５を基点にロータ４０が回転軸２５の径方向内側へ撓んでしまう虞がある。そこで、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部は、回転軸２５が隙間嵌めされる隙間嵌め部６６になっている。よって、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部と回転軸２５とのクリアランスが極力小さくなっている。その結果、ロータ４０に水素ガスの圧力が作用しても、圧入部６５を基点としたロータ４０における回転軸２５の径方向内側への撓みが小さくなる。よって、ロータ４０と第３ハウジング部材１４の第３周壁１４ｂとの間のクリアランスが広くなり過ぎてしまうことが回避されている。

【0060】

［実施形態の効果］
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）孔形成面６４における第１軸受２３側の端部が、回転軸２５が圧入される圧入部６５になっている。これによれば、第１軸受２３の内輪５１と回転軸２５との圧入部分と孔形成面６４の圧入部６５との距離が極力短くなるため、回転軸２５における軸方向への熱膨張に依存してロータ４０が回転軸２５の軸方向へ熱膨張する領域を小さくすることができる。その結果、ハウジング１１における回転軸２５の軸方向への熱膨張による変位量とロータ４０における回転軸２５の軸方向への熱膨張による変位量との差を小さくすることができる。したがって、ロータ４０とハウジング１１との間のクリアランスが広くなり過ぎてしまったり、ロータ４０とハウジング１１とが接触してしまったりすることを回避し易くすることができる。

【0061】

ここで、例えば、孔形成面６４における第１軸受２３側の端部が、回転軸２５が圧入される圧入部６５になっている場合、ロータ４０に水素ガスの圧力が作用することにより、圧入部６５を基点にロータ４０が回転軸２５の径方向内側へ撓んでしまう虞がある。ロータ４０が圧入部６５を基点に回転軸２５の径方向内側へ撓んでしまうと、ロータ４０とハウジング１１との間のクリアランスが広くなり過ぎてしまい、ルーツポンプ１０の性能が悪化してしまう。

【0062】

そこで、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部は、回転軸２５が隙間嵌めされる隙間嵌め部６６になっている。これによれば、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部と回転軸２５とのクリアランスを極力小さくすることができる。その結果、ロータ４０に水素ガスの圧力が作用しても、圧入部６５を基点としたロータ４０における回転軸２５の径方向内側への撓みを小さくすることができる。よって、ロータ４０とハウジング１１との間のクリアランスが広くなり過ぎてしまうことが回避される。以上により、ルーツポンプ１０の性能を向上させることができる。

【0063】

（２）孔形成面６４における第２軸受２４側の端部のみが隙間嵌め部６６になっているため、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部と回転軸２５との間のクリアランスの管理がし易くなる。したがって、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部と回転軸２５とのクリアランスを極力小さくし易くすることができる。その結果、ロータ４０に水素ガスの圧力が作用しても、圧入部６５を基点としたロータ４０における回転軸２５の径方向内側への撓みを小さくし易くすることができる。

【0064】

（３）ロータ４０全体が中実構造である。これによれば、ロータ４０全体の剛性が高まるため、ロータ４０が変形してしまうことを回避し易くすることができる。よって、回転軸２５が圧入部６５に圧入されることにより、ロータ４０が回転軸２５の径方向外側へ変形して、ロータ４０がハウジング１１に干渉してしまうといった問題を回避し易くすることができる。

【0065】

（４）第４ハウジング部材１５は、吸入孔３４及び吐出孔３５が形成されているため、水素ガスの吸入及び吐出による影響を受けて、第３ハウジング部材１４よりも温度が高くなり易い。したがって、第４ハウジング部材１５は、第３ハウジング部材１４よりも熱膨張し易い。ここで、第１軸受２３は、第３ハウジング部材１４に保持されている。第１軸受２３の内輪５１は、第３ハウジング部材１４の熱膨張による変位量を考慮した圧入代に設定する必要がある。第３ハウジング部材１４は、第４ハウジング部材１５よりも熱膨張による変位量が小さいため、第１軸受２３の内輪５１の圧入代が確保し易くなる。したがって、第１軸受２３が第３ハウジング部材１４に保持されているとともに第２軸受２４が第４ハウジング部材１５に保持されている構成は、ルーツポンプ１０の設計を容易なものとすることができる。

【0066】

［変更例］
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。

【0067】

○ 図４に示すように、孔形成面６４は、圧入部６５以外の部位が隙間嵌め部６６になっていてもよい。要は、少なくとも孔形成面６４における第２軸受２４側の端部が、回転軸２５が隙間嵌めされる隙間嵌め部６６になっていればよい。孔形成面６４における圧入部６５以外の部位が隙間嵌め部６６になっている構成は、孔形成面６４の加工、又は回転軸２５の外周面の加工が容易である。したがって、ルーツポンプ１０の構成を簡素化させることができる。

【0068】

○ 図５に示すように、ロータ４０は、回転軸２５の径方向で圧入部６５と重なる部分のみが中実構造であってもよい。ロータ４０は、凹部７０を有している。凹部７０は、一対の歯部４３にそれぞれ形成されている。凹部７０は、ロータ４０における第４ハウジング部材１５側の端面に開口している。凹部７０は、回転軸２５の径方向で回転軸２５の中径部６３及び小径部６２と重なる部分に形成されている。そして、ロータ４０における回転軸２５の径方向で圧入部６５と重なる部分が中実構造になっている。これによれば、ロータ４０における回転軸２５の径方向で圧入部６５と重なる部分が変形し難くなる。このため、回転軸２５が圧入部６５に圧入されることにより、ロータ４０が回転軸２５の径方向外側へ変形して、ロータ４０がハウジング１１に干渉してしまうといった問題を回避し易くすることができる。また、ロータ４０全体が中実構造である場合に比べると、ロータ４０の軽量化を図ることができる。その結果、ロータ４０のイナーシャの低減を図ることができる。

【0069】

○ 図６に示すように、ロータ４０は、挿通孔４５に対して回転軸２５の径方向外側でロータ４０を貫通する貫通孔７１を有していてもよい。そして、貫通孔７１内における回転軸２５の径方向で圧入部６５と重なる部分にリブ７２が設けられていてもよい。貫通孔７１は、一対の歯部４３にそれぞれ形成されている。これによれば、ロータ４０における回転軸２５の径方向で圧入部６５と重なる部分が変形し難くなる。このため、回転軸２５が圧入部６５に圧入されることにより、ロータ４０が回転軸２５の径方向外側へ変形して、ロータ４０がハウジング１１に干渉してしまうといった問題を回避し易くすることができる。また、貫通孔７１は、ロータ４０を貫通しているため、ロータ室１９内の異物等が貫通孔７１内に溜まってしまうことが抑制され易くなる。したがって、ロータ４０の重量が大きくなってしまうことを抑制することができる。その結果、ロータ４０のイナーシャの低減を図ることができる。

【0070】

○ 実施形態において、回転軸２５における挿通孔４５の内側に位置する部分の外径が一定であってもよい。そして、挿通孔４５における第１軸受２３寄りの部分を小径孔にするとともに、挿通孔４５における第２軸受２４側の部分を大径孔にする。これにより、孔形成面６４における第１軸受２３側の端部を圧入部６５にするとともに、孔形成面６４における第２軸受２４側の端部を隙間嵌め部６６にしてもよい。

【0071】

○ 実施形態において、第１軸受２３が第４ハウジング部材１５に保持されているとともに第２軸受２４が第３ハウジング部材１４に保持されていてもよい。
○ 実施形態において、吸入孔３４及び吐出孔３５が、例えば、第３ハウジング部材１４の第３周壁１４ｂに形成されていてもよい。

【0072】

○ 実施形態において、駆動ロータ４１及び従動ロータ４２は、例えば、駆動軸２６及び従動軸２７の軸方向に直交する断面視が三葉状に形成されたルーツタイプであってもよい。

【0073】

○ 実施形態において、ルーツポンプ１０は、燃料電池車に搭載されていなくてもよい。要は、ルーツポンプ１０は、車両に搭載されるものに限定されるものではない。
○ 実施形態において、ルーツポンプ１０は、燃料電池システムで用いられる燃料電池用水素ポンプでなくてもよく、流体を吸入して吐出する構成であればよい。

【0074】

上記実施形態は、以下の付記に記載する構成を含む。
＜付記１＞
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ハウジングと、
前記ハウジングに画定されるとともに前記吸入孔及び前記吐出孔に連通するロータ室と、
前記ハウジングの内部に配置される回転軸と、
前記回転軸が挿通される挿通孔を有するとともに前記挿通孔を形成する孔形成面に前記回転軸が圧入されることにより前記回転軸と一体的に前記ロータ室内で回転するロータと、
前記回転軸における前記ロータを挟んだ両側に位置する部分を前記ハウジングに対してそれぞれ回転可能に支持する第１軸受及び第２軸受と、を備え、
前記第１軸受及び前記第２軸受は、
内輪と、
前記内輪を囲むとともに前記ハウジングに支持される外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に設けられる転動体と、をそれぞれ有し、
前記回転軸は、前記第１軸受の内輪に圧入されるとともに前記第２軸受の内輪に隙間嵌めされており、
前記ハウジングの材質における線膨張係数及び前記ロータの材質における線膨張係数は、前記回転軸の材質における線膨張係数よりも大きく、
前記ロータが回転することにより前記吸入孔から前記ロータ室内に流体が吸入されるとともに前記ロータ室内の流体が前記吐出孔から吐出されるルーツポンプであって、
前記孔形成面における前記第１軸受側の端部は、前記回転軸が圧入される圧入部になっており、
少なくとも前記孔形成面における前記第２軸受側の端部は、前記回転軸が隙間嵌めされる隙間嵌め部になっていることを特徴とするルーツポンプ。

【0075】

＜付記２＞
前記孔形成面における前記第２軸受側の端部のみが前記隙間嵌め部になっており、
前記隙間嵌め部と前記回転軸との間のクリアランスは、前記孔形成面における前記圧入部と前記隙間嵌め部との間の部位と前記回転軸との間のクリアランスよりも小さいことを特徴とする＜付記１＞に記載のルーツポンプ。

【0076】

＜付記３＞
前記孔形成面は、前記圧入部以外の部位が前記隙間嵌め部になっていることを特徴とする＜付記１＞に記載のルーツポンプ。

【0077】

＜付記４＞
前記ロータ全体が中実構造であることを特徴とする＜付記１＞～＜付記３＞のいずれか１つに記載のルーツポンプ。

【0078】

＜付記５＞
前記ロータは、前記回転軸の径方向で前記圧入部と重なる部分のみが中実構造であることを特徴とする＜付記１＞～＜付記３＞のいずれか１つに記載のルーツポンプ。

【0079】

＜付記６＞
前記ロータは、前記挿通孔に対して前記回転軸の径方向外側で前記ロータを貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔内における前記回転軸の径方向で前記圧入部と重なる部分には、リブが設けられていることを特徴とする＜付記１＞～＜付記３＞のいずれか１つに記載のルーツポンプ。

【0080】

＜付記７＞
前記ハウジングは、第１ハウジング構成体と、第２ハウジング構成体と、を有し、
前記ロータ室は、前記第１ハウジング構成体と前記第２ハウジング構成体とによって画定されており、
前記第２ハウジング構成体には、前記吸入孔及び前記吐出孔が形成されており、
前記第１軸受は、前記第１ハウジング構成体に保持されており、
前記第２軸受は、前記第２ハウジング構成体に保持されていることを特徴とする＜付記１＞～＜付記６＞のいずれか１つに記載のルーツポンプ。

【符号の説明】

【0081】

１０…ルーツポンプ、１１…ハウジング、１４…第１ハウジング構成体である第３ハウジング部材、１５…第２ハウジング構成体である第４ハウジング部材、１９…ロータ室、２３…第１軸受、２４…第２軸受、２５…回転軸、３４…吸入孔、３５…吐出孔、４０…ロータ、４５…挿通孔、５１…内輪、５２…外輪、５３…転動体、６４…孔形成面、６５…圧入部、６６…隙間嵌め部、７１…貫通孔、７２…リブ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】