JP2002235680A

JP2002235680A - 燃料電池用スクロール型圧縮機

Info

Publication number: JP2002235680A
Application number: JP2001032522A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Moroi; 隆宏諸井; Yoshiyuki Nakane; 芳之中根; Toshiro Fujii; 俊郎藤井; Ryuta Kawaguchi; 竜太川口; Tsutomu Nasuda; 勉奈須田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-08-23

Abstract

(57)【要約】【課題】回転バランサの回転に伴う風切り音等の騒音を
著しく低減できる燃料電池用スクロール型圧縮機を提供
する。【解決手段】駆動モータ（１３０）と、駆動クランク軸
（１３１）と、固定スクロール（１１０）と、旋回スク
ロール（１２０）と、この旋回スクロールが旋回運動す
ることに起因するアンバランスを低減するために設けら
れる回転バランサ（Ｗ）とからなる燃料電池用スクロー
ル型圧縮機（１００）において、前記回転バランサは、
略扇形状であり、回転時に周囲の気体に当接する前端面
の少なくとも一部が滑らかな曲面からなることを特徴と
する燃料電池用スクロール型圧縮機。前端面の少なくと
も一部が滑らかな曲面からなるため、回転バランサの回
転時に生じる気流がスムーズとなり、風切り音の発生を
低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機運転時の騒
音低減を図ることができる回転バランサを有する燃料電
池用スクロール型圧縮機関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機の一種であるスクロール型圧縮機
は、小型で高効率であることから、家庭用エアコン、自
動車用エアコン等に広く用いられているが、最近の環境
問題の高まりと共に、燃料電池（水素−酸素型）の電極
に圧縮気体（水素、酸素または空気等）を供給するため
に使用される、燃料電池用スクロール型圧縮機の開発・
研究が現在盛んに行われている。スクロール型圧縮機の
基本構造は、ハウジング等に固定された固定スクロール
に、駆動モータ等で駆動されて旋回運動を行う旋回スク
ロールが噛合い、固定スクロールと旋回スクロールとの
間に形成された圧縮室に吸入された気体が、旋回スクロ
ールの旋回運動によって圧縮吐出されるものである。こ
こで、旋回スクロールは、駆動軸の軸心から偏心した位
置を旋回（公転）運動するため、その偏心分に相当する
遠心力が作用し、高速運転するほど大きな動的アンバラ
ンスを生じる。このアンバランスを解消するために、通
常は、その偏心側と反対側に回転バランサが設けられ
る。この回転バランサは、静的なバランスは勿論のこ
と、慣性モーメントに基づく前述の動的バランスを考慮
して、その重量や形状が決定される。こうして振動低減
や危険速度の向上が図られ、小型化と高速化の両立が可
能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、燃料電池用
スクロール型圧縮機は、基本的な構造こそ従来のスクロ
ール型圧縮機と同様であるが、使用状況の相違により細
部の構造が異なり、従来のスクロール型圧縮機に存在し
ない新たな課題を有し、また、逆に、従来のスクロール
型圧縮機に存在していた従来の課題を有さないことがあ
る。例えば、従来のスクロール型圧縮機の場合、潤滑油
を用いた強制潤滑により軸受部分等の潤滑を行ってい
た。このため、回転バランサも潤滑油に浸漬された状態
となることが多い。そのような状態で回転バランサが回
転すると、回転バランサに撹拌抵抗が生じて、動力損失
の大きな要因となる。このような課題が、特開平４−２
６５４８５号公報、特開昭６２−２７１９８４号公報ま
たは特開昭６１−１１８５７９号公報等に指摘されてお
り、その解決策として、回転バランサの形状を種々工夫
することが提案されている。

【０００４】一方、燃料電池用スクロール型圧縮機の場
合、その圧縮対象は空気や水素等の気体であり、従来の
スクロール型圧縮機のような、潤滑油と混合可能な冷媒
（ガス）とは異なる。そして、燃料電池の電極に圧縮気
体を供給する燃料電池用スクロール型圧縮機の場合、そ
の圧縮気体中に、潤滑油等が僅かでも混合してしまう
と、電極を傷める原因となるため、燃料電池用スクロー
ル型圧縮機では軸受等にグリス封入型のベアリング等を
用いており、潤滑油による潤滑を行っていない。そし
て、回転バランサの周囲にはそもそも潤滑油（非圧縮性
流体）が存在せず、潤滑油よりも著しく密度の小さい空
気等の気体（圧縮性流体）が存在するだけであるため、
回転バランサによる撹拌抵抗は問題とならず、それによ
り問題となるような動力損失が生じることもない。この
ため、従来の燃料電池用スクロール型圧縮機に使用され
る回転バランサは、慣性モーメントとハウジング内の収
納スペースとに基づいてその形状が決定され、図６に示
すような、端面が平面の略扇形状の板部材であることが
多かった。

【０００５】しかし、燃料電池用スクロール型圧縮機の
開発が進むにつれ、従来のスクロール型圧縮機の問題と
していなかった課題が燃料電池用スクロール型圧縮機に
生じるようになってきた。つまり、燃料電池が使用され
る環境は、すべての機器が電気によって駆動される静粛
な環境であることが多いため、燃料電池用スクロール型
圧縮機にも騒音低減が厳しく求められるようになってき
た。例えば、燃料電池を電源とする電気自動車を考える
と、その動力源の電気モータは、従来の騒音源となる内
燃機関とは異なって静粛であるため、燃料電池部分から
発生する騒音がクローズアップされるようになった。ま
た、電気自動車にもロードノイズ等を遮音するための防
音材が付設されるが、その防音材により吸収される騒音
の周波数域は一般的に限られており、低周波域の騒音は
あまり吸収されないことが多い。このため、燃料電池用
スクロール型圧縮機が生じる騒音に、低周波域のものが
含まれている場合、その防音材ではその騒音が十分に吸
音されないことも起り得る。この場合、他の騒音が遮音
されているにも拘らず、燃料電池用スクロール型圧縮機
から発生する騒音が遮音されずに車室内に入り込むた
め、その騒音が一層耳障りに感じることにもなり得る。

【０００６】このような状況下で、本発明者が鋭意に調
査研究したところ、燃料電池用スクロール型圧縮機の回
転バランサによる風切り音が、その大きな騒音源である
ことを突止めた。このような課題は燃料電池用のスクロ
ール型圧縮機に特有の課題であり、言うまでもなく前述
のいずれの公報にもそのような課題は全く記載されてい
ない。なお、特開昭５９−７９０８６号公報には、前述
の公報に記載されたスクロール型圧縮機と課題が異な
り、バランサ機構を工夫して主軸受と旋回軸受（本発明
でいう偏心軸受）とに遠心力が作用しないようにした回
転バランサが開示されている。しかし、この公報に開示
されたスクロール型圧縮機も、燃料電池用スクロール型
圧縮機を意図したものではなく、カーエアコン用として
使用されることを前提としたものである。つまり、潤滑
油による強制潤滑または潤滑油を混合した冷媒の循環に
より、回転バランサの周囲が潤滑されていると考えられ
る。そして、この公報にも、上述の燃料電池用スクロー
ル型圧縮機に特有の課題については何ら開示や示唆がさ
れていない。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、回転バランサによる風切り音を抑制し
て、騒音の発生を低減できる燃料電池用スクロール型圧
縮機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者はこの
課題を解決するべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結
果、回転バランサが回転する際に、周囲の気体と当接す
る回転バランサの当接面を滑らかな曲面とすることを思
い付き、本発明の燃料電池用スクロール型圧縮機を完成
させるに到ったものである。（１）すなわち、本発明の燃料電池用スクロール型圧縮
機は、駆動源となる駆動モータと、該駆動モータの駆動
軸に連なる主軸部と該主軸部から延び該主軸部に偏心し
て設けられる偏心軸部とを有する駆動クランク軸と、固
定基盤から立設する固定渦巻部を有しハウジングに固定
された固定スクロールと、旋回基盤の一方側から立設し
該固定スクロールの固定渦巻部に噛合う旋回渦巻部と該
旋回基盤の他方側で該偏心軸部を枢支する偏心軸受部と
を有する旋回スクロールと、該旋回スクロールが該主軸
部の周りを旋回運動することに起因するアンバランスを
低減するために設けられる回転バランサとからなり、該
旋回スクロールの旋回運動により該固定スクロールと該
旋回スクロールとで形成される圧縮室に気体が吸入され
ると共に該気体を圧縮吐出して燃料電池の電極に圧縮気
体を供給する、潤滑油による潤滑が為されない燃料電池
用スクロール型圧縮機において、前記回転バランサは、
略扇形状であり、回転時に周囲の気体に当接する前端面
の少なくとも一部が滑らかな曲面からなることを特徴と
する。

【０００９】前述したように、燃料電池用スクロール型
圧縮機の騒音源が回転バランサにあること、具体的に
は、回転バランサの回転に伴う風切り音が騒音源である
ことを本発明者は突止めた。ここで、風切り音も音波
（圧力波）であることから、回転バランサ周囲の気圧変
動が風切り音の主な原因であると考えられる。従って、
風切り音を小さくするために、つまり、その気圧変動を
小さくするために、回転バランサの回転によって生じる
気流が、できるだけ回転バランサの表面から剥離せずに
滑らかに流れるようにし、乱流の発生や渦の発生をでき
る限り抑制することが風切り音の低減に有効であると、
本発明者は考えた。本発明の燃料電池用スクロール型圧
縮機では、その回転バランサが略扇形状をしている場合
に、回転時に周囲の気体に当接する前端面の少なくとも
一部が滑らかな曲面からなるため、前端面からその後方
に向けてスムーズな気流を生じさせることが可能とな
り、その回転バランサの周囲に生じる気圧変動を抑制で
きる。このようにして、風切り音の低減、つまり、燃料
電池用スクロール型圧縮機から生じる騒音の低減を図る
ことができたと考えられる。

【００１０】さらに、前記回転バランサは、前記前端面
と反対側に位置する後端面の少なくとも一部が滑らかな
曲面からなると、一層好適である。回転バランサが回転
する場合、前端面側では気圧の上昇が生じ易いのに対し
て、それと反対側の後端面側では渦の発生による気流の
乱れや気圧の低下等を生じ易い。これらはいずれも回転
バランサ周囲の気圧変動の原因となるが、本発明の場
合、前端面に加えて後端面の少なくとも一部も滑らかな
曲面とすることにより、気流の剥離が一層抑制されて全
体的にスムーズな気流となり、気圧変動が抑制される。
よって、一層の騒音低減が図られることになる。

【００１１】（２）ところで、回転バランサを略扇形状
とすることで、形状が簡素化できることは勿論、慣性モ
ーメントを大きくするために質量の集中を図り易いが、
回転バランサの形状は、旋回スクロールの旋回運動に伴
うアンバランスを低減または解消できるものである限
り、その形状が扇形に限られるものではなく、例えば、
略柱状若しくは略筒状をしていても良い。すなわち、本
発明の燃料電池用スクロール型圧縮機は、駆動源となる
駆動モータと、該駆動モータの駆動軸に連なる主軸部と
該主軸部から延び該主軸部に偏心して設けられる偏心軸
部とを有する駆動クランク軸と、固定基盤から立設する
固定渦巻部を有しハウジングに固定された固定スクロー
ルと、旋回基盤の一方側から立設し該固定スクロールの
固定渦巻部に噛合う旋回渦巻部と該旋回基盤の他方側で
該偏心軸部を枢支する偏心軸受部とを有する旋回スクロ
ールと、該旋回スクロールが該主軸部の周りを旋回運動
することに起因するアンバランスを低減するために設け
られる回転バランサとからなり、該旋回スクロールの旋
回運動により該固定スクロールと該旋回スクロールとで
形成される圧縮室に気体が吸入されると共に該気体を圧
縮吐出して燃料電池の電極に圧縮気体を供給する、潤滑
油による潤滑が為されない燃料電池用スクロール型圧縮
機において、前記回転バランサは、略柱状または略筒状
をしており、回転時に周囲の気体に当接する外周面が連
続した滑らかな曲面からなることを特徴とするものでも
良い。

【００１２】回転バランサを略柱状または略筒状とし、
回転時に周囲の気体に当接する外周面を連続した滑らか
な曲面とすることにより、前述の略扇形状とする場合に
比べて、回転バランサの周囲に生じる気流を一層スムー
ズなものとすることができる。従って、一層の気圧変動
の抑制、つまり騒音の低減を図ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、実施形態を挙げ、本発明を
より詳細に説明する。（１）回転バランサは、旋回スクロールが主軸部の周り
を旋回運動することに起因するアンバランスを低減する
ために設けられるものである。但し、本発明でいう回転
バランサは、旋回スクロールに作用する遠心力に基づく
アンバランスを直接的に打消すものだけに限られない。
つまり、本発明でいう「回転バランサ」は、駆動クラン
ク軸に設けられて駆動クランク軸と一体的に回転するバ
ランサ（バランスウエイト）は勿論のこと、これ以外
に、旋回スクロールの旋回運動に従動する従動クランク
軸に設けられるバランサ（バランスウエイト）、さらに
は、駆動クランク軸や従動クランク軸の軸方向のバラン
ス（軸線をレバーとするモーメントの釣合）をとるため
に設けられるバランサ（トリムウエイト）も含むもので
ある。また、特開２０００−１４５６６９号公報に開示
されているように、各バランスウエイトが分割して配置
される場合にも、本発明を適用することができる。

【００１４】ここで、広範囲に質量の分布している旋回
スクロールの慣性モーメントが非常に大きいため、通常
は、これと直接的にバランスをとるために駆動クランク
軸に設けられる回転バランサの慣性モーメントが、やは
り大きなものとなる。そして、圧縮機全体としての小型
化の要請もあるため、回転軸から遠く離れた位置に回転
バランサの重心をもってくることもできず、回転バラン
サの投影面積（周囲の気体に当接する面積）も自ずと大
きくなってしまう。従って、燃料電池用スクロール型圧
縮機において、最も風切り音による騒音が生じ易いの
は、駆動クランク軸と一体的に回転する回転バランサで
ある。そこで、本発明の燃料電池用スクロール型圧縮機
は、前記回転バランサが、前記駆動クランク軸に設けら
れて該駆動クランク軸と一体的に回転するものである
と、騒音低減に一層効果的である。

【００１５】ところで、回転時に周囲の気体に当接する
回転バランサの面を滑らかな曲面としつつ、回転バラン
サの小型化と慣性モーメントの確保とを両立させること
が困難な場合もある。そのような場合、本発明の燃料電
池用スクロール型圧縮機が、前記回転バランサの少なく
とも一部を、前記駆動クランク軸よりも密度の大きい材
質で構成すると、好適である。この場合、回転バランサ
全体を密度の大きな材質で形成しても良いし、回転バラ
ンサと駆動クランク軸とを一体的に成形しておいて、回
転バランサの回転軸より離れた位置に密度の大きい部材
を別に取付けても良い。例えば、駆動クランク軸が鉄鋼
製（密度：７．８ｇ／ｃｍ³程度）である場合、回転バ
ランサを真鍮（黄銅）製（密度：８．４ｇ／ｃｍ³程
度）としたり、タングステン（密度：１９．４ｇ／ｃｍ
³程度）を回転バランサの最外周部に部分的に取付けて
も良い。

【００１６】（２）特に、回転バランサを略柱状または
略筒状とした場合、その本来存在する位置と反対側にも
質量が存在することがある。このため、回転バランサの
全体が質量的に均一であると、バランスウエイトによる
慣性モーメントの減少を招き、バランスウエイトの大型
化を生じる。そこで、前記回転バランサが、高質量部と
低質量部とを有するようにすると、必要な慣性モーメン
トの低減を抑制しつつ、略柱状または略筒状の回転バラ
ンサの小型化を図ることができる。

【００１７】例えば、駆動クランク軸に設ける回転バラ
ンサの場合なら、偏心軸部と反対側に高質量部を配置し
偏心軸部側に低質量部を配置すると良い。また、高質量
部と低質量部とを有する回転バランサは、例えば、高密
度の部材と低密度の部材とを接合することで得ることが
できる。具体的には、高質量部を金属材料とし、低質量
部を樹脂材料とすることができる。また、回転バランサ
全体を同質材料で成形する場合は、例えば、その低質量
部を、中空部とすると、異種材料を用いる必要がなく、
好適である。

【００１８】ところで、回転バランサを略柱状または略
筒状とした場合、前記旋回スクロールの偏心軸受部は、
円筒状に突出しており、前記回転バランサは、該偏心軸
受部の外周側に挿入される挿入口を有すると共に前記駆
動クランク軸に設けられ、該回転バランサが該偏心軸受
部に該挿入口を挿入した状態で該駆動クランク軸と一体
的に回転すると、軸方向の小型化を図れて好適である。

【００１９】（３）なお、回転バランサが略扇形状で
も、略柱状または略筒状でも、回転時に周囲の気体に当
接する滑らかな曲面の形状は、特に限定されるものでは
なく、例えば、その全部または一部が円周曲面でも、楕
円曲面でも、流線形をした曲面でも良い。また、本発明
に係るスクロール型圧縮機が使用される燃料電池には、
アルカリ水溶液型、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸
塩型、固体電解質型等がある。また、その用途も、電気
自動車用、家庭用発電用等様々であり、種々の分野で使
用可能であるが、特に、静粛性が要求される燃料電池
（例えば、電気自動車等）に本発明の燃料電池用スクロ
ール型圧縮機を用いることが好ましい。

【００２０】

【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明の燃料電池用
スクロール型圧縮機をより具体的に説明する。（燃料電池用スクロール型圧縮機の全体構造）図１に、
本発明の一実施例である燃料電池用スクロール型空気圧
縮機１００（以下、単に「圧縮機１００」と称する。）
の断面図を示した。圧縮機１００は、概略的に大別する
と、圧縮機構部と、クランク機構部と、駆動モータ部と
からなる。以下、それぞれについて具体的に述べる。圧
縮機構部は、固定スクロール１１０と旋回スクロール１
２０とからなる。固定スクロール１１０は、円盤状の固
定基盤１１０ａと、この固定基盤１１０ａから立設した
渦巻状の固定渦巻部１１０ｂと、固定渦巻部１１０ｂを
覆う外周壁１１０ｃとからなる。固定基盤１１０ａと外
周壁１１０ｃとが一体となって、フロントハウジングを
形成している。なお、固定基盤１１０ａの中央には燃料
電池の酸素極に連なる吐出口１１１が設けられている。

【００２１】旋回スクロール１２０も、円盤状の旋回基
盤１２０ａと、この旋回基盤１２０ａから立設した渦巻
状の旋回渦巻部１２０ｂとからなり、旋回基盤１２０ａ
のリア側中央には有底円筒状の偏心軸受部１２０ｃが設
けられ、その外周側には３箇所に均等に配設された有底
円筒状の偏心軸受部１２０ｄが設けられている。クラン
ク機構部は、旋回スクロール１２０に旋回運動（公転運
動）を行わせる駆動クランク機構１４０と、旋回スクロ
ール１２０の自転を防止する従動クランク機構１５０と
からなる。

【００２２】駆動クランク機構１４０は、前述の偏心軸
受部１２０ｃと、駆動クランク軸１３１のクランクピン
１３１ａ（偏心軸に相当）と、クランクピン１３１ａを
支承するグリス封入型のころ軸受１３７とで構成され
る。そして、偏心軸受部１２０ｃに収納されたころ軸受
１３７によりクランクピン１３１ａが回転自在に支承さ
れている。

【００２３】また、従動クランク機構１５０は、前述の
偏心軸受部１２０ｄと、従動クランク軸１５１のクラン
クピン１５１ａと、クランクピン１５１ａを支承するグ
リス封入型のラジアルボールベアリング１５３で構成さ
れる。そして、偏心軸受部１２０ｄに収納されたラジア
ルボールベアリング１５３によりクランクピン１５１ａ
が回転自在に支承されている。

【００２４】さらに、駆動クランク軸１３１は、グリス
封入型のボールベアリング１３８によりフロント側が支
承されている。また、従動クランク軸１５１のリア側
は、グリス封入型のボールベアリング１５２により支承
されている。ところで、旋回スクロール１２０の旋回時
に生じる慣性モーメントを打ち消すために、バランスウ
エイトＷ（回転バランサに相当）が、駆動クランク軸１
３１の主軸部１３１ｂに設けたフランジ面１３１ｆに４
本のボルト（図略）で固定されている。このバランスウ
エイトＷの形状については後述する。

【００２５】また、従動クランク軸１５１にはバランス
ウエイト１５１ｂが設けられており、旋回スクロール１
２０の旋回運動に伴う振動低減化が図れている。このバ
ランスウエイト１５１ｂを本発明でいう特徴的な回転バ
ランサとしても良い。このクランク機構部は、駆動モー
タ部と共に、センターハウジング１７０内に収納され
る。クランク機構部と駆動モータ部とは、センターハウ
ジング１７０の略中央に一体成形された支持フレーム１
７１により仕切られている。なお、前述のボールベアリ
ング１３８とボールベアリング１５２とは、この支持フ
レーム１７１に嵌入されている。

【００２６】駆動モータ部は、センターハウジング１７
０と、リアハウジング１９０と、それらの間に収納され
た駆動モータ１３０とにより構成される。駆動モータ１
３０は、軸中央を貫通する駆動軸１３１ｃと、この駆動
軸１３１ｃに嵌入されたロータ１３３と、さらにその外
周側に設けられ、コイル１３５が巻回されたステータ１
３４とからなるインダクションモータであり、図示しな
いインバータにより回転数等が制御され得る。さらに、
この駆動モータ１３０を覆うセンターハウジング１７０
の略中央には、ステータ１３４の位置に合わせてウォー
タジャケット１７２が設けられており、駆動モータ１３
０が冷却水により冷却されるようになっている。

【００２７】さらに、ロータ１３３の前後の駆動軸１３
１ｃ上には、トリムウエイト１３２ａ、１３２ｂが設け
られており、駆動クランク軸１３１の軸方向（軸線を撓
ませる方向）の慣性モーメントの均衡を図っている。こ
のトリムウエイト１３２ａ、１３２ｂは、通常、薄い板
状であり、回転による風切り音の発生は少ないが、この
トリムウエイト１３２ａ、１３２ｂを本発明でいう特徴
的な回転バランサとしても良い。なお、本実施例では、
駆動モータ１３０の駆動軸１３１ｃと駆動クランク軸１
３１の主軸部１３１ｂとクランクピン１３１ａとが一体
となって駆動クランク軸１３１を構成している。

【００２８】駆動モータ１３０の後端では、リアハウジ
ング１９０がセンターハウジング１７０にボルト固定さ
れ、それらの間で駆動モータ１３０を収納するモータ室
が形成される。なお、リアハウジング１９０の中央で
は、駆動クランク軸１３１の駆動軸１３１ｃがボールベ
アリング１３９により支承されると共にシール部材１３
６により密閉されている。

【００２９】こうして、駆動モータ１３０に電力が供給
されると、駆動クランク軸１３１が回転し、駆動クラン
ク機構１５０を介して旋回スクロール１２０が固定スク
ロール１１０と噛み合いつつ旋回する。そして、図示し
ない吸入口から、固定スクロール１１０と旋回スクロー
ル１２０との間に形成された圧縮室に空気が吸入され、
旋回スクロール１２０の旋回と共にこの吸入された空気
が圧縮され、吐出口１１１から吐出されて、燃料電池の
酸素極に圧縮空気が供給される。

【００３０】（回転バランサ）ところで、本発明の特徴
部分である回転バランサの実施例について、図２〜４を
用いて詳細に説明する。本発明に係る回転バランサ（バランスウエイトＷ）の
第１実施例であるバランスウエイト２００を図２に示
す。同図（ａ）はバランスウエイト２００の全体を示す
斜視図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示したＡ−
Ａ断面を示す斜視図である。このバランスウエイト２０
０は、略中央に前記偏心軸受部１２０ｃの外周側から挿
入される挿入口２３０が設けられており、全体としては
略円筒状部材となっている。そして、回転時に気体が当
接する外周面は滑らかな円周曲面により形成されてい
る。

【００３１】また、その挿入口２３０の一方には駆動ク
ランク軸１３１の主軸部１３１ｂのフランジ面１３１ｆ
に取付けるための取付穴２５０が４箇所設けらている。
バランスウエイト２００の外観は、外周側面２６０を両
底面とする円筒（柱）状となっているが、図２（ｂ）の
断面部をみれば解るように、低質量部２１０と高質量部
２２０とから形成されている。そして、その低質量部２
１０は中空部により形成されている。なお、このバラン
スウエイト２００は、駆動クランク軸１３１を鉄鋼製と
しているのに対して真鍮製からなり、低質量部２１０と
高質量部２２０はともに同材質（真鍮）である。なお、
このバランスウエイト２００では、慣性モーメントを大
きく採るために、高質量部２２０の外周側にさらに鍔部
２４０を設けてある。

【００３２】本発明に係る回転バランサ（バランスウ
エイトＷ）の第２実施例であるバランスウエイト３００
を図３に示す。同図（ａ）はバランスウエイト３００の
全体を示す表面側の斜視図であり、同図（ｂ）は、裏面
側の斜視図である。バランスウエイト２００と同様の部
分については、その説明は省略する。

【００３３】このバランスウエイト３００は、バランス
ウエイト２００と、同様に低質量部３１０と高質量部３
２０とからなり、低質量部３１０も中空部を形成してい
るが、中空部の形状が異なる。つまり、閉じた中空部で
はなく、開いた中空部であり、その断面は凹の字型をし
ている。このような形状とすることで、バランスウエイ
ト３００の製作が容易となる。

【００３４】ここで、低質量部３１０を開いた中空部と
することにより気流を乱して風切り音の原因となるので
はないかとも考えられるが、実際には、その中空部に存
在する気体（空気）はバランスウエイト３００と一体と
なって（連れ回って）回転するため、実質的には殆ど風
切り音を増大させることはない。僅かな影響も無くした
い場合は、その中空部に軽量な樹脂（例えば、発泡スチ
ロール等）を埋込めば良い。なお、図３では、低質量部
３１０の断面を凹の字型としたが、工の字型として、表
裏両面に中空部を形成しても良い。

【００３５】本発明に係る回転バランサ（バランスウ
エイトＷ）の第３実施例であるバランスウエイト４００
を図４に示す。図４は、バランスウエイト４００の全体
を示す斜視図である。バランスウエイト４００は、略扇
形をした中実の板状であり、バランスウエイト２００等
と同様に真鍮製である。バランスウエイト４００の内周
側面４３０は、偏心軸受部１２０ｃの外周面に沿うよう
形成されており、また、内周側面４３０に連なる段付部
分には、駆動クランク軸１３１のフランジ面１３１ｆに
取付けるための取付穴４５０が４箇所に設けられてい
る。さらにその外周側は、慣性モーメントを大きくする
ようにより厚く形成されている。ところで、バランスウ
エイト４００の回転時に気流が当接する前端面４１０お
よびその反対側にある後端面４２０は、滑らかな円周曲
面で形成されている。これにより、回転時に当接する気
体を前方から後方にスムーズに流すようにし、気圧変動
を抑制して、騒音の低減を図っている。

【００３６】（騒音解析）図１および図２に示したバラ
ンスウエイト２００と図６に示した従来のバランスウエ
イト６００とを前述した燃料電池用スクロール型圧縮機
１００に取付けて、それぞれの場合の騒音レベル（回転
１次成分）を測定したので、その結果を図５に示す。こ
の測定は、マイクおよび騒音計を用いて行ったものであ
り、燃料電池用スクロール型圧縮機１００の回転数を２
０００〜５０００の範囲で５００ｒｐｍごとに変化させ
て、各騒音レベルを測定したものである。

【００３７】図５から解るよう、気流の当接する当接面
を滑らかな曲面で形成したバランスウエイトを用いるこ
とにより、高回転域ほど騒音レベルの低下が著しい。特
に、５０００ｒｐｍでは、本発明に係る回転バランサを
用いることにより、１０ｄＢも騒音が低下している。こ
れは、音圧で見るなら約１／３に騒音が低下しているこ
とになる。特に、防音材等では遮蔽困難な周波数の低い
１次成分が低くなっているため、本実施例は車室内等の
騒音低減に有効な手段となり得る。なお、本実施例で
は、旋回スクロール１２０の自転防止機構として従動ク
ランク機構１５０を３箇所設けているが、これと関連し
て、回転３次成分の騒音が５ｄＢ程度（５０００ｒｐ
ｍ）低下することも確認している。

【００３８】

【発明の効果】本発明の燃料電池用スクロール型圧縮機
によれば、回転時に周囲の気体と当接する回転バランサ
の面を滑らかな曲面で形成したことにより、回転バラン
サ周囲の気流がスムーズとなり、風切り音等の騒音を著
しく低減することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池用スクロール
型圧縮機の全体図である。

【図２】回転バランサの第１実施形態であるバランスウ
エイトを示す斜視図であり、同図（ａ）は全体斜視図で
同図（ｂ）はその断面図である。

【図３】回転バランサの第２実施形態であるバランスウ
エイトを示す斜視図であり、同図（ａ）は表面側の全体
斜視図で同図（ｂ）は裏面側の全体斜視図である。

【図４】回転バランサの第３実施形態であるバランスウ
エイトを示す斜視図である。

【図５】本発明に係る回転バランサと従来の回転バラン
サとによる騒音レベルを比較したグラフである。

【図６】従来の回転バランサであるバランスウエイトを
示す図である。

【符号の説明】

１１０固定スクロール１２０旋回スクロール１２０ｃ偏心軸受部１３０駆動モータ１３１駆動クランク軸Ｗ、２００、３００、４００バランスウエイト（回
転バランサ）２１０低質量部２２０高質量部２３０挿入口４１０前端面４２０後端面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井俊郎愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者川口竜太愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者奈須田勉愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内Ｆターム(参考） 3H029 AA02 AA15 AA24 AB05 BB24 BB32 3H039 AA06 AA10 AA12 BB02 CC02 CC20 5H027 AA02 BC11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動源となる駆動モータと、該駆動モータ
の駆動軸に連なる主軸部と該主軸部から延び該主軸部に
偏心して設けられる偏心軸部とを有する駆動クランク軸
と、固定基盤から立設する固定渦巻部を有しハウジング
に固定された固定スクロールと、旋回基盤の一方側から
立設し該固定スクロールの固定渦巻部に噛合う旋回渦巻
部と該旋回基盤の他方側で該偏心軸部を枢支する偏心軸
受部とを有する旋回スクロールと、該旋回スクロールが
該主軸部の周りを旋回運動することに起因するアンバラ
ンスを低減するために設けられる回転バランサとからな
り、該旋回スクロールの旋回運動により該固定スクロールと
該旋回スクロールとで形成される圧縮室に気体が吸入さ
れると共に該気体を圧縮吐出して燃料電池の電極に圧縮
気体を供給する、潤滑油による潤滑が為されない燃料電
池用スクロール型圧縮機において、前記回転バランサは、略扇形状であり、回転時に周囲の
気体に当接する前端面の少なくとも一部が滑らかな曲面
からなることを特徴とする燃料電池用スクロール型圧縮
機。
【請求項２】前記回転バランサは、前記前端面の反対側
に位置する後端面の少なくとも一部が滑らかな曲面から
なる請求項１記載の燃料電池用スクロール型圧縮機。
【請求項３】駆動源となる駆動モータと、該駆動モータ
の駆動軸に連なる主軸部と該主軸部から延び該主軸部に
偏心して設けられる偏心軸部とを有する駆動クランク軸
と、固定基盤から立設する固定渦巻部を有しハウジング
に固定された固定スクロールと、旋回基盤の一方側から
立設し該固定スクロールの固定渦巻部に噛合う旋回渦巻
部と該旋回基盤の他方側で該偏心軸部を枢支する偏心軸
受部とを有する旋回スクロールと、該旋回スクロールが
該主軸部の周りを旋回運動することに起因するアンバラ
ンスを低減するために設けられる回転バランサとからな
り、該旋回スクロールの旋回運動により該固定スクロールと
該旋回スクロールとで形成される圧縮室に気体が吸入さ
れると共に該気体を圧縮吐出して燃料電池の電極に圧縮
気体を供給する、潤滑油による潤滑が為されない燃料電
池用スクロール型圧縮機において、前記回転バランサは、略柱状または略筒状をしており、
回転時に周囲の気体に当接する外周面が連続した滑らか
な曲面からなることを特徴とする燃料電池用スクロール
型圧縮機。
【請求項４】前記回転バランサは、高質量部と低質量部
とを有する請求項３記載の燃料電池用スクロール型圧縮
機。
【請求項５】前記低質量部は、中空部からなる請求項４
記載の燃料電池用スクロール型空気圧縮機。
【請求項６】前記回転バランサは、前記駆動クランク軸
に設けられて該駆動クランク軸と一体的に回転する請求
項１または３に記載の燃料電池用スクロール型圧縮機。
【請求項７】前記回転バランサの少なくとも一部は、前
記駆動クランク軸よりも密度の大きい材質で構成される
請求項６記載の燃料電池用スクロール型圧縮機。
【請求項８】前記旋回スクロールの偏心軸受部は、円筒
状に突出しており、前記回転バランサは、該偏心軸受部の外周側に挿入され
る挿入口を有すると共に前記駆動クランク軸に設けら
れ、該回転バランサが該偏心軸受部に該挿入口を挿入した状
態で該駆動クランク軸と一体的に回転する請求項３記載
の燃料電池用スクロール型圧縮機。