(57)【要約】【課題】シール構造を形成して背面圧の増加を抑制するための部材とインペラ背面部とが接触したとしても不具合が生じにくいターボ式流体機械を得る。【解決手段】ターボ式流体機械は、インペラ２８の背面部２９に間隔を有して対向する壁面部１２ａを有し、壁面部１２ａと背面部２９との間に背面領域３０を形成するハウジング１０と、ハウジング１０にガイドされて、インペラ２８の軸方向の変位に応じて移動可能となるように背面領域３０内に配置される区画部材４０とを備える。区画部材４０は一端部４２ｂと他端部４１ｂとを含み、一端部４２ｂと他端部４１ｂとに作用する圧力の差圧により、区画部材４０を軸方向に変位可能としており、差圧は、圧送される流体により調整され、背面領域３０において、区画部材４０よりも内径側の圧力が、区画部材４０よりも外径側の圧力よりも低くなるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受により支持されたシャフトと、
円板状の基板と、前記基板に形成されて流体を圧送するブレードとを有し、前記シャフトに一体回転可能に固定され、前記基板における前記ブレードと反対側が背面部とされたインペラと、
前記背面部に間隔を有して対向する壁面部を有し、軸方向における前記壁面部と前記背面部との間にインペラ背面領域を形成するハウジングと、
前記ハウジングにガイドされて、前記インペラの前記軸方向の変位に応じて前記軸方向に移動可能となるように前記インペラ背面領域内に配置され、前記シャフトの周囲を取り囲む筒形状を有する区画部材と、を備え、
前記区画部材は、
前記背面部と対向する一端部と、
前記一端部の前記軸方向における反対側に設けられ、前記壁面部に対向する他端部と、を含み、
前記一端部と前記他端部とに作用する圧力の差圧により、前記区画部材を前記軸方向に変位可能としており、前記差圧は、圧送される流体により調整され、
前記インペラ背面領域において、前記区画部材よりも内径側の圧力が、前記区画部材よりも外径側の圧力よりも低くなるようにした、
ターボ式流体機械。
【請求項２】
前記ハウジングは、前記壁面部から前記背面部の側に向かって起立する立壁部と、前記立壁部の起立方向における先端から径方向内側に向かって庇状に突出する突出部と、を有し、
前記区画部材は、
前記突出部の内径側に配置される小径筒状部と、
前記小径筒状部よりも大きな外径を有し、前記立壁部の内径側に配置される大径筒状部と、を含み、
前記小径筒状部の前記軸方向における前記背面部の側に前記一端部が形成され、
前記大径筒状部の前記軸方向における前記壁面部の側に前記他端部が形成されている、
請求項１に記載のターボ式流体機械。
【請求項３】
前記大径筒状部の前記軸方向における前記他端部とは反対側には、前記突出部と対向する受圧部が形成されており、
前記インペラ背面領域は、
前記一端部に対して径方向外側に形成された第１領域と、
前記一端部に対して径方向内側に形成された第２領域と、
前記軸方向において前記他端部と前記壁面部との間に形成された第３領域と、
前記小径筒状部の外周面、前記突出部、前記立壁部、および前記受圧部によって囲まれた第４領域と、を含み、
前記第４領域の内圧が、前記区画部材を前記壁面部の側に付勢するように前記受圧部に対して作用する、
請求項２に記載のターボ式流体機械。
【請求項４】
前記区画部材の内径側には、前記壁面部から前記背面部の側に向かって起立し、前記第２領域と前記第３領域とを分ける仕切壁が形成されている、
請求項３に記載のターボ式流体機械。
【請求項５】
前記第１領域は、前記突出部と前記小径筒状部との間の第１隙間、前記第４領域、および、前記大径筒状部と前記立壁部との間の第２隙間を介して、前記第３領域に連通している、
請求項４に記載のターボ式流体機械。
【請求項６】
前記区画部材の内周面と前記仕切壁との間には、前記第２領域と前記第３領域との間の連通を制限するシール部材が設けられている、
請求項４または５に記載のターボ式流体機械。
【請求項７】
前記第２領域および前記第３領域は、１つの空間内で連続して形成されており、
前記第４領域は、流体の圧送時に内圧が前記１つの空間の内圧よりも低くなるように前記１つの空間以外の空間に接続されている、
請求項３に記載のターボ式流体機械。
【請求項８】
前記１つの空間は、流体の圧送時に内圧が前記第１領域の内圧よりも低く且つ前記第４領域の内圧よりも高くなるように、前記ハウジングと前記シャフトとの間のシールリング、または、前記ハウジングに形成された連通路を介して、前記第４領域以外の空間に接続されている、
請求項７に記載のターボ式流体機械。
【請求項９】
前記１つの空間は、流体の圧送時に内圧が前記第１領域の内圧よりも低く且つ前記第４領域の内圧よりも高くなるように、前記区画部材に形成された貫通孔、または、前記大径筒状部と前記立壁部との間の隙間を介して、前記第４領域に接続されている、
請求項７に記載のターボ式流体機械。
【請求項１０】
前記一端部と前記受圧部とに作用する圧力と、前記他端部に作用する圧力とによって、前記区画部材の前記軸方向における位置が保持されるように構成されている、
請求項７から９のいずれか１項に記載のターボ式流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、ターボ式流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているように、ハウジング、インペラ、およびシャフトを備えたターボ式流体機械が知られている。インペラはハウジングのインペラ室内に配置される。インペラが回転することにより、流体は吸入ポートを通して機内に取りこまれ、下流側に圧送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６９１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インペラ室内のうちのインペラの背面側にはインペラ背面領域が形成される。流体の圧送に伴いインペラ背面圧は高くなる。背面圧は、吸入ポートの入口側に向かってインペラを変位させるように作用する。背面圧の増加を抑制するために、背面領域に非接触式のラビリンスシール構造を形成することが考えられる。背面領域はラビリンスにより内径側空間と外径側空間とに分けられる。内径側空間は、たとえばハウジング内の空間を介して大気圧に接続される。背面圧の増加は内径側空間の存在によって抑制される。
【０００５】
特に、高速回転するインペラの背面部にシール構造を形成する場合、耐久性等の点から、非接触式のシール構造が採用されうる。隙間を形成するための部材（突起等）、すなわち、シール構造を形成して背面圧の増加を抑制するための部材は、インペラ背面部に接しない範囲でできるだけインペラ背面部に接近するように設けられる。これにより、外径側空間における高圧および内径側空間における低圧がより得やすくなり、圧送効率の維持もしくは向上、および背面圧の増加抑制が可能となる。しかしながら、シール構造を形成して背面圧の増加を抑制するための部材とインペラ背面部とを接近させることにより、当該部材とインペラ背面部とが相互に接触または強接触する可能性が高くなる。
【０００６】
本明細書は、シール構造を形成して背面圧の増加を抑制するための部材とインペラ背面部とが接触したとしても不具合が生じにくい構成を備えたターボ式流体機械を開示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に基づくターボ式流体機械は、軸受により支持されたシャフトと、円板状の基板と、上記基板に形成されて流体を圧送するブレードとを有し、上記シャフトに一体回転可能に固定され、上記基板における上記ブレードと反対側が背面部とされたインペラと、上記背面部に間隔を有して対向する壁面部を有し、軸方向における上記壁面部と上記背面部との間にインペラ背面領域を形成するハウジングと、上記ハウジングにガイドされて、上記インペラの上記軸方向の変位に応じて上記軸方向に移動可能となるように上記インペラ背面領域内に配置され、上記シャフトの周囲を取り囲む筒形状を有する区画部材と、を備え、上記区画部材は、上記背面部と対向する一端部と、上記一端部の上記軸方向における反対側に設けられ、上記壁面部に対向する他端部と、を含み、上記一端部と上記他端部とに作用する圧力の差圧により、上記区画部材を上記軸方向に変位可能としており、上記差圧は、圧送される流体により調整され、上記インペラ背面領域において、上記区画部材よりも内径側の圧力が、上記区画部材よりも外径側の圧力よりも低くなるようにした。
【０００８】
上記構成によれば、区画部材の一端部と区画部材の他端部とに作用する圧力の差圧により、区画部材を軸方向に変位可能としており、区画部材と背面部とが接触したとしても、接触時には、区画部材が壁面部の側に移動可能である。これらの間に発生する接触圧や衝撃などは、区画部材が剛体、たとえば単なる突起のみから構成される場合に比べて小さくすることができ、ひいては不具合が生じにくい構成を備えたターボ式流体機械とすることができる。
【０００９】
上記ターボ式流体機械においては、上記ハウジングは、上記壁面部から上記背面部の側に向かって起立する立壁部と、上記立壁部の起立方向における先端から径方向内側に向かって庇状に突出する突出部と、を有し、上記区画部材は、上記突出部の内径側に配置される小径筒状部と、上記小径筒状部よりも大きな外径を有し、上記立壁部の内径側に配置される大径筒状部と、を含み、上記小径筒状部の上記軸方向における上記背面部の側に上記一端部が形成され、上記大径筒状部の上記軸方向における上記壁面部の側に上記他端部が形成されていてもよい。
【００１０】
上記構成によれば、区画部材が大径筒状部と小径筒状部とを含んでおり、これらの間には段差面が形成されている。段差面が突出部に当接する位置を基準とすることで、たとえば隙間の設計ないし設定も容易となる。
【００１１】
上記ターボ式流体機械においては、上記大径筒状部の上記軸方向における上記他端部とは反対側には、上記突出部と対向する受圧部が形成されており、上記インペラ背面領域は、上記一端部に対して径方向外側に形成された第１領域と、上記一端部に対して径方向内側に形成された第２領域と、上記軸方向において上記他端部と上記壁面部との間に形成された第３領域と、上記小径筒状部の外周面、上記突出部、上記立壁部、および上記受圧部によって囲まれた第４領域と、を含み、上記第４領域の内圧が、上記区画部材を上記壁面部の側に付勢するように上記受圧部に対して作用してもよい。
【００１２】
上記構成によれば、たとえば、区画部材の他端部を受圧部よりも大きな表面積を有するように構成することで、区画部材はインペラ（背面部）の側に容易に付勢される。第４領域を設けることで第３領域にこのような圧力を容易に導入することが可能となる。
【００１３】
上記ターボ式流体機械においては、上記区画部材の内径側には、上記壁面部から上記背面部の側に向かって起立し、上記第２領域と上記第３領域とを分ける仕切壁が形成されていてもよい。
【００１４】
上記構成によれば、仕切壁の存在によって第２領域と第３領域とを容易に分けることが可能である。
【００１５】
上記ターボ式流体機械においては、上記第１領域は、上記突出部と上記小径筒状部との間の第１隙間、上記第４領域、および、上記大径筒状部と上記立壁部との間の第２隙間を介して、上記第３領域に連通していてもよい。
【００１６】
上記構成によれば、区画部材をインペラ（背面部）の側に付勢するための圧力を、第３領域に容易に導入することが可能となる。
【００１７】
上記ターボ式流体機械においては、上記区画部材の内周面と上記仕切壁との間には、上記第２領域と上記第３領域との間の連通を制限するシール部材が設けられていてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、シール部材の存在によって、第２領域と第３領域との間の連通をより一層抑制することが可能となる。
【００１９】
上記ターボ式流体機械においては、上記第２領域および上記第３領域は、１つの空間内で連続して形成されており、上記第４領域は、流体の圧送時に内圧が上記１つの空間の内圧よりも低くなるように上記１つの空間以外の空間に接続されていてもよい。
【００２０】
上記構成によれば、第２領域と第３領域とを一つの空間として構成できるため、より簡素となる。
【００２１】
上記ターボ式流体機械においては、上記１つの空間は、流体の圧送時に内圧が上記第１領域の内圧よりも低く且つ上記第４領域の内圧よりも高くなるように、上記ハウジングと上記シャフトとの間のシールリング、または、上記ハウジングに形成された連通路を介して、上記第４領域以外の空間に接続されていてもよい。
【００２２】
上記構成によれば、簡素な構成にて、１つの空間の内圧を、流体の圧送時に第１領域の内圧よりも低く且つ第４領域の内圧よりも高くすることができる。
【００２３】
上記ターボ式流体機械においては、上記１つの空間は、流体の圧送時に内圧が上記第１領域の内圧よりも低く且つ上記第４領域の内圧よりも高くなるように、上記区画部材に形成された貫通孔、または、上記大径筒状部と上記立壁部との間の隙間を介して、上記第４領域に接続されていてもよい。
【００２４】
上記構成によれば、簡素な構成にて、１つの空間の内圧を、流体の圧送時に第１領域の内圧よりも低く且つ第４領域の内圧よりも高くすることができる。
【００２５】
上記ターボ式流体機械においては、上記一端部と上記受圧部とに作用する圧力と、上記他端部に作用する圧力とによって、上記区画部材の上記軸方向における位置が保持されるように構成されていてもよい。
【００２６】
上記構成によれば、背面部と端面部との間の隙間の大きさ（クリアランス）を自律的に調整することが可能となるため、隙間の大きさを厳密に管理することなく第１領域から第２領域への漏れ流量を減らすことができる。
【発明の効果】
【００２７】
本明細書に開示されたターボ式流体機械によれば、シール構造を形成して背面圧の増加を抑制するための部材とインペラ背面部とが接触したとしても不具合を生じにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態１におけるターボ式流体機械１０１を示す断面図である。
【図２】実施の形態１におけるターボ式流体機械１０１に備えられる区画部材４０等を拡大して示す断面図である。
【図３】実施の形態１におけるターボ式流体機械１０１に備えられる区画部材４０の外観構成を示す斜視図である。
【図４】実施の形態２におけるターボ式流体機械１０２に備えられる区画部材４０等を拡大して示す断面図である。
【図５】実施の形態２におけるターボ式流体機械１０２に備えられる区画部材４０に作用し得る圧力（ＡＲ１〜ＡＲ６）について説明するための表である。
【図６】実施の形態３におけるターボ式流体機械１０３に備えられる区画部材４０等を拡大して示す断面図である。
【図７】実施の形態１〜５におけるターボ式流体機械１０１〜１０５に備えられるシールリング２７を示す平面図である。
【図８】実施の形態４におけるターボ式流体機械１０４に備えられる区画部材４０等を拡大して示す断面図である。
【図９】実施の形態５におけるターボ式流体機械１０５に備えられる区画部材４０等を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態におけるターボ式流体機械について、以下、図面を参照しながら説明する。以下の説明において同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００３０】
［実施の形態１］
（ターボ式流体機械１０１）
図１に示すように、ターボ式流体機械１０１は、ハウジング１０、シャフト２０、インペラ２８および区画部材４０（図２）を備える。ハウジング１０は、フロントハウジング１１、支持プレート１２、センターハウジング１３、シリンダ１４およびリヤハウジング１５を含む。ハウジング１０を構成するこれらの部材は軸方向（シャフト２０の中心軸２０ｃが延びる方向）に順に結合される。
【００３１】
ハウジング１０には、吸入ポート１１ａ、インペラ室１１ｂ、ディフューザ通路１１ｃ、吐出室１１ｄ、吐出ポート１１ｅおよびモータ室１４ａが形成される。モータ室１４ａには、モータ１６（ステータ１７およびロータ１８）およびシャフト２０が配置される。シャフト２０は大径部２１および内輪２２を有し、支持プレート１２の軸孔１２ｂを通過するように配置される。
【００３２】
シャフト２０のうちの軸孔１２ｂに対向する位置にはシールリング２７が設けられる。シールリング２７（図７）は、平面視でＣ字形状を有しており、周方向における一部には切欠（図７に示す切欠２７ｃ）が設けられている。シャフト２０の一端側（インペラ室１１ｂ内）にインペラ２８が設けられ、シャフト２０の他端側に内輪２３が設けられる。
【００３３】
ハウジング１０の内部にはスラストフォイル軸受２４およびラジアルフォイル軸受２５，２６が設けられる。ラジアルフォイル軸受２５，２６は、内輪２２，２３の外周側にそれぞれ設けられる。シャフト２０はこれらの軸受によって支持され、ロータ１８およびインペラ２８とともに回転する。
【００３４】
インペラ２８は、円板状の基板２８ａと、基板２８ａに形成されて流体を圧送するブレード２８ｂとを有している。インペラ２８は、シャフト２０に一体回転可能に固定されており、基板２８ａにおけるブレード２８ｂと反対側が背面部２９（インペラ背面部）とされている。
【００３５】
図１，図２に示すように、ハウジング１０（ここでは支持プレート１２）は、インペラ２８の背面部２９に間隔を有して対向する壁面部１２ａを有する。インペラ２８がインペラ室１１ｂ内に配置されることで、軸方向における壁面部１２ａと背面部２９との間には背面領域３０（インペラ背面領域）が形成される。インペラ室１１ｂは背面領域３０および軸孔１２ｂ（シールリング２７に設けられた切欠２７ｃ）を介してモータ室１４ａに連通している。
【００３６】
図２に示すように、ハウジング１０は、その構成要素として外周壁１２ｇおよび仕切壁１２ｋを有している。外周壁１２ｇおよび仕切壁１２ｋは、いずれも筒状の形状を有し、シャフト２０の周囲を取り囲むように環状に配置される。外周壁１２ｇの内径側に仕切壁１２ｋが配置される。外周壁１２ｇの内周面は、立壁部１２ｗを形成する。立壁部１２ｗは、壁面部１２ａから背面部２９の側に向かって起立している。外周壁１２ｇの先端は、突出部１２ｖを形成する。突出部１２ｖは、立壁部１２ｗの起立方向における先端から径方向内側に向かって庇状に突出している。
【００３７】
（区画部材４０）
本実施の形態においては、区画部材４０が、ハウジング１０にガイドされて、インペラ２８の軸方向の変位に応じて軸方向に移動可能となるようにインペラ背面領域３０内に配置されている。区画部材４０はシャフト２０の周囲を取り囲む筒形状を有する。区画部材４０は径方向における仕切壁１２ｋと外周壁１２ｇとの間に配置される。仕切壁１２ｋおよび外周壁１２ｇのうちの少なくとも一方が、区画部材４０の軸方向における移動をガイドする。
【００３８】
図３は、区画部材４０の外観構成を示す斜視図である。図２，図３に示すように、区画部材４０は、背面部２９（図２）と対向する一端部４２ｂと、一端部４２ｂの軸方向における反対側に設けられ、壁面部１２ａに対向する他端部４１ｂとを含む。一端部４２ｂと他端部４１ｂとに作用する圧力の差圧により、区画部材４０は軸方向に変位可能とされており、差圧は、圧送される流体により調整される。
【００３９】
本実施の形態においては、区画部材４０は、突出部１２ｖの内径側に配置される小径筒状部４２ａと、小径筒状部４２ａよりも大きな外径を有し、立壁部１２ｗの内径側に配置される大径筒状部４１ａとを含む。小径筒状部４２ａおよび大径筒状部４１ａのうちの少なくも一方がハウジング１０（ここでは支持プレート１２）の内周面によってガイドされることで、ひいては区画部材４０の移動がガイドされる。
【００４０】
小径筒状部４２ａの軸方向における背面部２９の側に一端部４２ｂが形成される。大径筒状部４１ａの軸方向における壁面部１２ａの側に他端部４１ｂが形成される。大径筒状部４１ａの軸方向における他端部４１ｂとは反対側には段差面４１ｄ（図３）と受圧部４１ｃとが形成される。受圧部４１ｃは軸方向において他端部４１ｂと段差面４１ｄとの間に設けられる。段差面４１ｄが突出部１２ｖに当接している状態（図２に示す状態）において、受圧部４１ｃは突出部１２ｖと間隔を開けて対向する。
【００４１】
（背面領域３０）
図２に示すように背面領域３０は、第１領域３１、第２領域３２、第３領域３３、および第４領域３４を含む。第１領域３１は、区画部材４０の一端部４２ｂに対して径方向外側に形成され、第２領域３２は、区画部材４０の一端部４２ｂに対して径方向内側に形成される。すなわち、区画部材４０の存在は、背面領域３０を第１領域３１と第２領域３２とに分けている（区画している）。
【００４２】
シリンダ１４（図１）には開口１４ｂ（図１）が設けられる。第２領域３２は、軸孔１２ｂ（シールリング２７に設けられた切欠２７ｃ）、モータ室１４ａおよび開口１４ｂを介して外部空間Ｓに接続されている。外部空間Ｓは大気圧である。第２領域３２は、第１領域３１以外の空間である外部空間Ｓに、第１領域３１を介することなく連通している。一方、第２領域３２と第１領域３１とは、隙間３８を介して連通しており、流体がこの隙間３８を絞りとして通過することにより、流体の圧送時には、背面領域３０において、区画部材４０よりも内径側の圧力が、区画部材４０よりも外径側の圧力よりも低くなるようにしている。すなわち、第２領域３２の内圧（内部の圧力）が第１領域３１の内圧よりも低くなるようにしている。
【００４３】
仕切壁１２ｋは区画部材４０の内径側に形成され、壁面部１２ａから背面部２９の側に向かって起立し、第２領域３２と第３領域３３とを分けている。第３領域３３は、径方向において外周壁１２ｇと仕切壁１２ｋとの間の位置であって、軸方向において他端部４１ｂと壁面部１２ａとの間の位置に形成される。第３領域３３の内圧は、区画部材４０を背面部２９の側に付勢するように他端部４１ｂに対して作用する。区画部材４０の内周面と仕切壁１２ｋとの間には、第２領域３２と第３領域３３との間の連通を制限するシール部材４３が設けられているとよい。
【００４４】
上述のとおり、区画部材４０の段差面４１ｄが突出部１２ｖに当接している状態（図２に示す状態）において、受圧部４１ｃは突出部１２ｖと間隔を開けて対向する。第４領域３４は、小径筒状部４２ａの外周面、突出部１２ｖ、立壁部１２ｗ、および受圧部４１ｃによって囲まれる位置に形成される。第４領域３４の内圧は、区画部材４０を壁面部１２ａの側に付勢するように受圧部４１ｃに対して作用する。
【００４５】
本実施の形態では第１領域３１は、突出部１２ｖと小径筒状部４２ａとの間の隙間Ｓ１（第１隙間）、第４領域３４、および大径筒状部４１ａと立壁部１２ｗとの間の隙間Ｓ２（第２隙間）を介して、第３領域３３に連通している。隙間Ｓ１を形成しやすくするために、区画部材４０の小径筒状部４２ａには凹部４２ｅ（図３）が設けられていてもよい。隙間Ｓ２を形成しやすくするために、区画部材４０の大径筒状部４１ａには凹部４１ｅ（図３）が設けられていてもよい。
【００４６】
（作用および効果）
ターボ式流体機械１０１は、たとえば空気圧縮機として燃料電池システムに用いられる。ロータ１８が回転することによりインペラ２８がインペラ室１１ｂ内で回転する。外部の流体としての空気が吸入ポート１１ａから吸入され、ディフューザ通路１１ｃで空気の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されて圧縮され、圧縮された空気が吐出室１１ｄへ圧送される。吐出室１１ｄ内の高圧の空気が燃料電池システムのスタックに供給される。
【００４７】
流体の圧送に伴い背面領域３０内の圧力（インペラ背面圧）は高くなる。背面圧は、吸入ポート１１ａの入口側に向かってインペラ２８を変位させるように作用する。本実施の形態においては、背面領域３０が低圧の第２領域３２と高圧の第１領域３１とに分けられており、隙間３８を介してこれらの両空間は連通している。背面圧の増加は第２領域３２の存在によって抑制されており、ひいては吸入ポート１１ａの入口側に向かってインペラ２８が変位することも抑制されている。スラストフォイル軸受２４がシャフト２０の大径部２１から過剰な力を受けることも抑制されている。
【００４８】
第１領域３１から第２領域３２への流体の漏れが増加することは、圧縮効率の減少に繋がり得る。非接触式のシール構造（隙間３８）を形成するための区画部材４０は、漏れを少なくするために、インペラ２８の背面部２９に接しない範囲でできるだけ背面部２９に接近するように設けられる。区画部材４０と背面部２９とを接近させることにより、区画部材４０と背面部２９とが相互に接触する可能性は高くなる。
【００４９】
これに対し本実施の形態では、区画部材４０の一端部４２ｂと他端部４１ｂとに作用する圧力の差圧により、区画部材４０を軸方向に変位可能としており、差圧は、圧送される流体により調整される。本実施の形態では、第１領域３１が第３領域３３に連通しており、第１領域３１内の高圧が第３領域３３に供給される。第３領域３３の内圧は、区画部材４０を背面部２９の側に付勢するように他端部４１ｂに対して作用する。
【００５０】
区画部材４０と背面部２９との間には、インペラ２８の変位しうる範囲に応じた範囲で隙間３８が設定されている。区画部材４０は、インペラ２８の軸方向の変位に応じて軸方向に移動可能である。区画部材４０と背面部２９とが接触したとしても、接触時には、第３領域３３の内圧に抗して区画部材４０が壁面部１２ａの側に移動可能である。これらの間に発生する接触圧や衝撃などは、区画部材が剛体、たとえば単なる突起のみから構成される場合に比べて小さくすることができ、ひいては不具合が生じにくい構成を備えたターボ式流体機械とすることができる。
【００５１】
本実施の形態においては、区画部材４０が大径筒状部４１ａと小径筒状部４２ａとを含んでおり、これらの間には段差面４１ｄが形成されている。段差面４１ｄが突出部１２ｖに当接する位置を基準とすることで、たとえば一端部４２ｂと背面部２９との間の隙間３８の設計ないし設定も容易となる。
【００５２】
本実施の形態においては、背面領域３０に第４領域３４と第３領域３３とが形成される。他端部４１ｂは受圧部４１ｃよりも大きな表面積を有するため、区画部材４０はインペラ２８（背面部２９）の側に付勢される。第４領域３４を設けることで第３領域３３にこのような圧力を容易に導入することが可能となる。
【００５３】
本実施の形態においては、区画部材４０の内径側に仕切壁１２ｋが設けられている。仕切壁１２ｋの存在によって第２領域３２と第３領域３３とを容易に分けることが可能である。シール部材４３の存在によって、第２領域３２と第３領域３３との間の連通をより一層抑制することも可能となっている。
【００５４】
本実施の形態においては、第１領域３１は、突出部１２ｖと小径筒状部４２ａとの間の隙間Ｓ１（第１隙間）、第４領域３４、および大径筒状部４１ａと立壁部１２ｗとの間の隙間Ｓ２（第２隙間）を介して、第３領域３３に連通している。区画部材４０をインペラ２８（背面部２９）の側に付勢するための圧力を、第３領域３３に容易に導入することが可能となっている。
【００５５】
［実施の形態２］
図４は、実施の形態２におけるターボ式流体機械１０２に備えられる区画部材４０等を拡大して示す断面図である。上述の実施の形態１においては、第２領域３２と第３領域３３とが仕切壁１２ｋによって分けられている。
【００５６】
実施の形態２のターボ式流体機械１０２においては、第２領域３２および第３領域３３は、１つの空間ＳＰ内で連続して形成されている。第２領域３２および第３領域３３を分けるための構成（仕切壁１２ｋ）を備えていないため、簡素な構成であり、実施の形態１に比べて部品点数が少ない。隙間Ｓ１にはシール部材４４が設けられており、隙間Ｓ２にはシール部材４５が設けられている。支持プレート１２には連通路１２ｐ，１２ｑが形成されており、連通路１２ｐの流路断面積は連通路１２ｑの流路断面積よりも小さい。
【００５７】
１つの空間ＳＰは、連通路１２ｐ、ハウジング１０の内部空間および開口１４ｂ（図１）を介して、図１に示すハウジング１０の外部空間Ｓ（第４領域３４以外の空間）に接続されている。第４領域３４は、連通路１２ｑ、ハウジング１０の内部空間および開口１４ｂ（図１）を介して、１つの空間ＳＰ以外の空間である外部空間Ｓ（図１）に接続されている。以上の構成によれば、簡素な構成にて、１つの空間ＳＰは、流体の圧送時に内圧が第１領域３１の内圧よりも低く且つ第４領域３４の内圧よりも高くなる。
【００５８】
図５は、区画部材４０に作用し得る圧力（ＡＲ１〜ＡＲ６）について説明するための表である。図４および図５を参照して、区画部材４０が軸方向における或る位置に配置されている状態を標準状態とする。この状態で区画部材４０の図４右側（すなわち他端部４１ｂ）に作用している力（左向きのＡＲ１〜ＡＲ６）は略同一の値であり、この大きさを２と定義することができる。
【００５９】
第４領域３４の内圧は１つの空間ＳＰの内圧よりも小さいため、区画部材４０の図４左側（すなわち受圧部４１ｃ）に作用している力（右向きのＡＲ１〜ＡＲ４）の大きさを１と定義することができる。一端部４２ｂは隙間を形成しており、一端部４２ｂのうちの第１領域３１に近い側に作用している力（右向きのＡＲ５）の大きさを６と定義することができ、一端部４２ｂのうちの１つの空間ＳＰ（第２領域３２）に近い側に作用している力（右向きのＡＲ６）の大きさを２と定義することができる。区画部材４０に軸方向に作用している力は左右で釣り合っており、区画部材４０は軸方向における上記の或る位置に配置されている。
【００６０】
何らかの原因で区画部材４０が図４左側に移動し、隙間３８（クリアランス）が小さくなった場合、第１領域３１から１つの空間ＳＰへの流量が減少する。固定絞り部（連通路１２ｐやシールリング２７等）における差圧が小さくなり、１つの空間ＳＰと大気圧との差が小さくなり、結果として１つの空間ＳＰの内圧が上記標準の場合に比べて小さくなる。この状態（図５に示すＣＬ小の状態）で区画部材４０の図４右側（すなわち他端部４１ｂ）に作用している力（左向きのＡＲ１〜ＡＲ６）の大きさを１．９と定義することができる。
【００６１】
この状態では、一端部４２ｂのうちの１つの空間ＳＰ（第２領域３２）に近い側に作用している力（右向きのＡＲ６）の大きさも１．９となる。一方で、区画部材４０の図４左側（すなわち受圧部４１ｃ）に作用している力（右向きのＡＲ１〜ＡＲ４）の大きさは標準から変わらず１であり、一端部４２ｂのうちの第１領域３１に近い側に作用している力（右向きのＡＲ５）の大きさも標準から変わらず６である。
【００６２】
区画部材４０に軸方向に作用している力の合計値は左側が右側に比べて大きくなり、結果として区画部材４０は右側に移動し、区画部材４０は標準状態の位置またはその近傍の位置で再び保持されることとなる。何らかの原因で区画部材４０が図４右側に移動し、隙間３８（クリアランス）が大きくなった場合、以上の説明とは逆の挙動が発生し、結果として、区画部材４０は左側に移動し、区画部材４０は標準状態の位置またはその近傍の位置で再び保持されることとなる。以上説明したように、一端部４２ｂと受圧部４１ｃとに作用する圧力と、他端部４１ｂに作用する圧力とによって、区画部材４０の軸方向における位置が保持されるように構成されていてもよい。隙間３８の大きさ（クリアランス）を自律的に調整することが可能となるため、隙間３８の大きさを厳密に管理することなく第１領域３１から第２領域３２への漏れ流量を減らすことができる。
【００６３】
［実施の形態３］
図６は、実施の形態３におけるターボ式流体機械１０３に備えられる区画部材４０等を拡大して示す断面図である。上述の実施の形態２（図４）においては、支持プレート１２に連通路１２ｐが設けられる。１つの空間ＳＰは、連通路１２ｐ、ハウジング１０の内部空間および開口１４ｂ（図１）を介して、図１に示すハウジング１０の外部空間Ｓ（第４領域３４以外の空間）に接続されている。
【００６４】
図６および図７に示すように、１つの空間ＳＰは、軸孔１２ｂ（シールリング２７に設けられた切欠２７ｃ）、ハウジング１０の内部空間および開口１４ｂ（図１）を介して、１つの空間ＳＰ以外の空間である外部空間Ｓ（図１）に接続されていてもよい。以上の構成によれば、より簡素な構成で、１つの空間ＳＰは、流体の圧送時に内圧が第１領域３１の内圧よりも低く且つ第４領域３４の内圧よりも高くなる。
【００６５】
［実施の形態４］
図８は、実施の形態４におけるターボ式流体機械１０４に備えられる区画部材４０等を拡大して示す断面図である。１つの空間ＳＰは、区画部材４０に形成された貫通孔４７を介して第４領域３４に接続されていてもよい。当該構成によっても、簡素な構成にて、１つの空間ＳＰは、流体の圧送時に内圧が第１領域３１の内圧よりも低く且つ第４領域３４の内圧よりも高くなる。
【００６６】
［実施の形態５］
図９は、実施の形態５におけるターボ式流体機械１０５に備えられる区画部材４０等を拡大して示す断面図である。１つの空間ＳＰは、大径筒状部４１ａと立壁部１２ｗとの間の隙間Ｓ２を介して第４領域３４に接続されていてもよい。当該構成によっても、簡素な構成にて、１つの空間ＳＰは、流体の圧送時に内圧が第１領域３１の内圧よりも低く且つ第４領域３４の内圧よりも高くなる。
【００６７】
［他の実施の形態］
上述の実施の形態では、第２領域３２は外部空間Ｓに接続されている。このような構成に限られず、第２領域３２は吸入ポート１１ａ（図１）に接続されていてもかまわない。
【００６８】
以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１０  ハウジング、１１  フロントハウジング、１１ａ  吸入ポート、１１ｂ  インペラ室、１１ｃ  ディフューザ通路、１１ｄ  吐出室、１１ｅ  吐出ポート、１２  支持プレート、１２ａ  壁面部、１２ｂ  軸孔、１２ｇ  外周壁、１２ｋ  仕切壁、１２ｐ，１２ｑ  連通路、１２ｖ  突出部、１２ｗ  立壁部、１３  センターハウジング、１４  シリンダ、１４ａ  モータ室、１４ｂ  開口、１５  リヤハウジング、１６  モータ、１７  ステータ、１８  ロータ、２０  シャフト、２０ｃ  中心軸、２１  大径部、２２，２３  内輪、２４  スラストフォイル軸受（軸受）、２５，２６  ラジアルフォイル軸受（軸受）、２７  シールリング、２７ｃ  切欠、２８  インペラ、２８ａ  基板、２８ｂ  ブレード、２９  背面部（インペラ背面部）、３０  背面領域（インペラ背面領域）、３１  第１領域、３２  第２領域、３３  第３領域、３４  第４領域、３８，Ｓ１，Ｓ２  隙間、４０  区画部材、４１ａ  大径筒状部、４１ｂ  他端部、４１ｃ  受圧部、４１ｄ  段差面、４１ｅ，４２ｅ  凹部、４２ａ  小径筒状部、４２ｂ  一端部、４３，４４，４５  シール部材、４７  貫通孔、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５  ターボ式流体機械、Ｓ  外部空間、ＳＰ  １つの空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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