(57)【要約】コンプレッサインペラは、ボス部と、前記ボス部の外周面に設けられる複数のコンプレッサ翼とを含むインペラ本体と、前記インペラ本体の背面側に設けられ、回転軸の一端を接続可能な接続部と、を備え、前記コンプレッサ翼の前縁における前記ボス部の径をＤ１としたとき、前記コンプレッサ翼の最大外径Ｄ２に対するＤ１の比Ｄ１／Ｄ２が０．１８以下を満たすことを特徴とする。
2019097611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボス部と、前記ボス部の外周面に設けられる複数のコンプレッサ翼とを含むインペラ本体と、
前記インペラ本体の背面側に設けられ、回転軸の一端を接続可能な接続部と、
を備え、
前記コンプレッサ翼の前縁における前記ボス部の径をＤ１としたとき、前記コンプレッサ翼の最大外径Ｄ２に対するＤ１の比Ｄ１／Ｄ２が０．１８以下を満たすことを特徴とするコンプレッサインペラ。
【請求項２】
前記接続部は、前記回転軸の一端を締結して固定するように構成される締結部を有する請求項１に記載のコンプレッサインペラ。
【請求項３】
前記ボス部は、少なくとも前記接続部よりも前縁側において中実構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンプレッサインペラ。
【請求項４】
前記コンプレッサ翼は、翼根部において前記ボス部との接続箇所に設けられるフィレット部を含み、
前記フィレット部を含む前記コンプレッサ翼の前記翼根部での翼厚をｔとしたとき、周方向における各々の前記コンプレッサ翼の前記翼厚ｔの合計値Σｔの前記ボス部の周長Ｌに対する比Σｔ／Ｌが、少なくとも一部の領域で最大値を有し、前記最大値は０．５以上を満たすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のコンプレッサインペラ。
【請求項５】
前記周方向において隣り合う一対の前記コンプレッサ翼は、前記比Σｔ／Ｌが前記最大値となる位置において、互いの前記フィレット部同士が接しており、
前記フィレット部同士の接点における各々の前記フィレット部の接線方向が、前記位置の前記ボス部の直径によって規定される仮想円弧の接線方向と一致することを特徴とする請求項４に記載のコンプレッサインペラ。
【請求項６】
前記比Σｔ／Ｌは、子午面長さ比が０以上０．５以下の範囲内において前記最大値を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のコンプレッサインペラ。
【請求項７】
前記ボス部は、前記コンプレッサ翼の前記前縁の翼根部における軸方向位置から上流側に向かって径方向内側へと延在し、且つ、軸方向断面上における接線方向の軸方向に対する傾斜角θが０＜θ［ｄｅｇ］≦３０を満たす傾斜面を含み、
前記傾斜面の上流端における前記ボス部の径をＤ３としたとき、前記コンプレッサ翼の前記前縁における前記ボス部の径Ｄ１に対するＤ３の比Ｄ３／Ｄ１が０．５以下を満たすことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のコンプレッサインペラ。
【請求項８】
前記ボス部は、軸方向に沿って長軸を有する半楕円形状を有する先端部を含むことを特徴とする請求項７に記載のコンプレッサインペラ。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載のコンプレッサインペラと、
前記コンプレッサインペラを覆うように設けられるコンプレッサハウジングと
を備えることを特徴とするコンプレッサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のコンプレッサと、
タービンインペラを有し、排ガスによって前記コンプレッサを駆動するように構成されるタービンと
を備えることを特徴とするターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コンプレッサインペラ、コンプレッサ及びターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転するコンプレッサインペラの径方向に空気やガス等の流体を流し、その際に発生する遠心力を利用して流体を圧縮するコンプレッサおよび該コンプレッサを具備する回転機械が知られている。【０００３】
例えば、特許文献１及び特許文献２には、排気ガスを利用してタービンインペラを回転させ、タービンインペラと同軸上に設けられるコンプレッサインペラを回転させることで、内燃機関の吸気圧力を高めるターボチャージャが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０９８６７号公報
【特許文献２】米国特許第７５６８８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、コンプレッサの小型化および大容量化の要求が高まりつつあり、コンプレッサの大型化を抑制しながら、コンプレッサの容量を確保することが望まれている。【０００６】
そこで、本発明の少なくとも幾つかの実施形態の目的は、上記の事情に鑑みて、コンプレッサの大型化を抑制しながら、容量を高めることができるコンプレッサインペラ、コンプレッサ及びターボチャージャを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の幾つかの実施形態に係るコンプレッサインペラは、
ボス部と、前記ボス部の外周面に設けられる複数のコンプレッサ翼とを含むインペラ本体と、
前記インペラ本体の背面側に設けられ、回転軸の一端を接続可能な接続部と、
を備え、
前記コンプレッサ翼の前縁における前記ボス部の径をＤ１としたとき、前記コンプレッサ翼の最大外径Ｄ２に対するＤ１の比Ｄ１／Ｄ２が０．１８以下を満たす。【０００８】
上記（１）の構成によれば、インペラ本体の背面側に設けられる接続部にて回転軸の一端を接続可能であるため、ボス部に回転軸を通すための貫通穴を設けなくてもコンプレッサインペラを回転可能に構成できる。このため、ボス部に貫通穴が設けられるインペラの構造（スルーボア構造）に比べて、コンプレッサ翼の前縁におけるボス部の径を小さくできる。この結果、コンプレッサインペラに導かれる流体の流路面積を拡大できるため、コンプレッサの小型化を促進しながらも容量を増大することができる。【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記接続部は、前記回転軸の一端を締結して固定するように構成される締結部を有する。【００１０】
上記（２）の構成によれば、インペラ本体の背面側に設けられる接続部が締結部を有しているため、締結部によって回転軸の一端を接続部に固定することができる。これにより、コンプレッサ翼の前縁側に別途の締結部材を設けなくても回転軸とコンプレッサインペラとを連結できる。したがって、上記（１）でも述べたようにコンプレッサ翼の前縁側におけるボス部の小径化を促進し、流路面積を拡大することができる。【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記ボス部は、少なくとも前記接続部よりも前縁側において中実構造であることを特徴とする。【００１２】
上記（３）の構成によれば、遠心応力が貫通穴に集中して生じやすいスルーボア構造に比べ、中実構造を採用することで遠心応力を分散させることができる。これにより、最大遠心応力を効果的に低減できるため、流量を増加可能であると同時にコンプレッサインペラの耐久性を向上可能である。【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか一つの構成において、
前記コンプレッサ翼は、翼根部において前記ボス部との接続箇所に設けられるフィレット部を含み、
前記フィレット部を含む前記コンプレッサ翼の前記翼根部での翼厚をｔとしたとき、周方向における各々の前記コンプレッサ翼の前記翼厚ｔの合計値Σｔの前記ボス部の周長Ｌに対する比Σｔ／Ｌが、少なくとも一部の領域で最大値を有し、前記最大値は０．５以上を満たす。【００１４】
流量を増加させるためには、ボス部の径を小さくし、流路面積を拡大することが望ましい。この点、上記（４）の構成によれば、Σｔ／Ｌが少なくとも一部の領域で最大値を有し、最大値は０．５以上を満たす。このため、最大値をとる領域において、ボス部の周長Ｌを効果的に低減することができ、流路面積を拡大できる。したがって、コンプレッサの容量を増大させることができる。【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記周方向において隣り合う一対の前記コンプレッサ翼は、前記比Σｔ／Ｌが前記最大値となる位置において、互いの前記フィレット部同士が接しており、
前記フィレット部同士の接点における各々の前記フィレット部の接線方向が、前記位置の前記ボス部の直径によって規定される仮想円弧の接線方向と一致する。【００１６】
通常、翼根部には応力集中を低減するためのフィレット部が設けられているため、ボス部の径を縮小していくにつれて、隣接する翼のフィレット部の端同士は近づいていき、やがて端同士が接するようになる。フィレット部の端同士が接する状態からさらにボス部の径を縮小すると、フィレット部同士が不連続点を介して接することになり、該不連続点近傍に応力が集中しやすくなる可能性がある。したがって、ボス部の径は、流量増加の観点では小さくすることが望ましい一方、翼根部の耐久性の観点からは、隣接する翼のフィレット部の端同士が不連続点を介して接することがないようにボス部の径をある程度大きくすることが望ましい。
この点、上記（５）の構成によれば、比Σｔ／Ｌが最大値となる位置において、フィレット部同士が滑らかに繋がるようなボス径としたので、広い流路面積を確保しつつ翼根への応力集中を緩和してコンプレッサインペラの耐久性を向上できる。【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の構成において、
前記翼厚ｔの合計値Σｔの前記ボス部の周長Ｌに対する比Σｔ／Ｌは、
子午面長さ比が０以上０．５以下の範囲内において前記最大値を有する。【００１８】
通常のコンプレッサインペラでは、翼厚ｔは子午面長さ比が０．５の位置より前縁側で相対的に厚くなり、ボス部の径は前縁から後縁に向うにつれて大きくなる傾向にある。そこで、上記（６）の構成によれば、翼厚ｔが比較的大きくなるとともにボス部の径が比較的小さくなる子午面長さ比が０．５の位置よりも前縁側において、Σｔ／Ｌが最大値を有するようにボス部の径を縮小できる。このため、流路面積を効果的に拡大し、コンプレッサの容量を増大することができる。【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れか一つの構成において、
前記ボス部は、前記コンプレッサ翼の前記前縁の翼根部における軸方向位置から上流側に向かって径方向内側へと延在し、且つ、軸方向断面上における接線方向の軸方向に対する傾斜角θが０＜θ［ｄｅｇ］≦３０を満たす傾斜面を含み、
前記傾斜面の上流端における前記ボス部の径をＤ３としたとき、前記コンプレッサ翼の前記前縁における前記ボス部の径Ｄ１に対するＤ３の比Ｄ３／Ｄ１が０．５以下を満たす。【００２０】
インペラ入口側の流れをスムーズに導くことによりコンプレッサの効率を向上させる観点からは、コンプレッサ翼の前縁よりも上流側において、流れの乱れを抑制することが望まれる。
この点、上記（７）の構成によれば、傾斜面の上流端からコンプレッサ翼の前縁に至るボス部を連続した滑らかな形状とすることができる。また、傾斜面の傾斜角θが０＜θ［ｄｅｇ］≦３０を満たし、ボス部の径の比Ｄ３／Ｄ１が０．５以下を満たすことにより、整流効果を得るために好適なボス部の形状とすることができる。この結果、流れの乱れを抑制し、インペラ入口側の流れをスムーズに導くことができるため、コンプレッサの効率を向上できる。【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記ボス部は、軸方向に沿って長軸を有する半楕円形状を有する先端部を含む。【００２２】
上記（８）の構成によれば、軸方向の流れがボス部の先端部にぶつかる際の衝突損失を低減することができ、コンプレッサの効率を向上できる。【００２３】
（９）本発明の幾つかの実施形態に係るコンプレッサは、
（１）〜（８）の何れか一つに記載のコンプレッサインペラと、
前記コンプレッサインペラを覆うように設けられるコンプレッサハウジングと
を備える。【００２４】
上記（９）の構成によれば、上記（１）で述べたように、インペラ本体の背面側に設けられる接続部にて回転軸の一端を接続可能であるため、ボス部の内部に回転軸を通すための貫通穴を設けなくてもコンプレッサインペラを回転可能に構成できる。このため、ボス部に貫通穴が設けられるインペラの構造（スルーボア構造）に比べ、コンプレッサ翼の前縁におけるボス部の径を小さくできる。この結果、コンプレッサインペラに導かれる流体の流路面積を拡大できるため、コンプレッサの小型化を促進しながらも容量を増大することができる。【００２５】
（１０）本発明の幾つかの実施形態に係るターボチャージャは、
上記（９）に記載のコンプレッサと、
タービンインペラを有し、排ガスによって前記コンプレッサを駆動するように構成されるタービンと
を備える。【００２６】
上記（１０）の構成によれば、コンプレッサに導入される空気の流路面積を大きくすることでコンプレッサの容量を増大できるため、ターボチャージャの効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、コンプレッサの小型化を促進しながら、優れた流量増加効果を享受できるコンプレッサインペラ、コンプレッサ及びターボチャージャを提供することできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】幾つかの実施形態に係るコンプレッサインペラが適用されるターボチャージャの概略構成を表す断面図である。
【図２】ターボチャージャにおけるコンプレッサ付近を拡大した図である。
【図３】ボス比Ｄ１／Ｄ２と流路面積増加率の関係を示すグラフである。
【図４】コンプレッサインペラ上流側での流体の流れを比較するための断面図である。図４の（Ａ）はスルーボア構造における流れを示し、図４の（Ｂ）はボアレス構造における流れを示す。
【図５】幾つかの実施形態に係るボス部の先端部付近の拡大図である。
【図６】ボス径を変化させたときの軸方向から見たコンプレッサインペラの断面形状を比較するための図である。
【図７】ボス部の周長に対する翼厚合計値の比Σｔ／Ｌと、子午面長さ比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
まず、図１を参照して、幾つかの実施形態に係るコンプレッサインペラが適用されるターボチャージャの全体構成について説明する。図１は、一実施形態に係るコンプレッサ２１が適用されるターボチャージャ１の概略構成を表す断面図である。なお、後述の各実施形態においては、本発明に係るコンプレッサインペラ２２の適用先としてターボチャージャ１を例示するが、本発明はこれに限るものではない。例えば、ターボチャージャ以外の産業用遠心圧縮機や、送風機等にも適用可能である。
【００３１】
図１に示すように、本発明の幾つかの実施形態に係るターボチャージャ１は、ベアリングハウジング１０を挟んで配置されたコンプレッサハウジング２０とタービンハウジング３０とを備える。回転軸１２は、タービンハウジング３０内に収容されるタービンインペラ３２を一端に有し、コンプレッサハウジング２０に収容されるコンプレッサインペラ２２を他端に有している。回転軸１２、タービンインペラ３２及びコンプレッサインペラ２２は、互いに連結又は結合されて全体として一体物を構成しており、ベアリングハウジング１０内に設けられる軸受１４によって回転軸１２が回転可能に支持される。
【００３２】
コンプレッサハウジング２０には、空気をコンプレッサハウジング２０内に取り入れるための空気入口部２４が形成される。コンプレッサインペラ２２の回転により圧縮された空気は、ディフューザ流路２６やコンプレッサスクロール流路２８を通り、空気出口部（不図示）を経由してコンプレッサハウジング２０の外側へ排出される。
【００３３】
タービンハウジング３０には、エンジン（不図示）からの排ガスをタービンハウジング３０内に取入れるためのガス入口部（不図示）が形成されており、このガス入口部は、エンジンの排気マニホールド（不図示）に接続可能である。また、タービンハウジング３０内においてタービンインペラ３２の外周部には、スクロール流路３６がタービンインペラ３２を取り囲むように設けられる。このスクロール流路３６は、ガス入口部と連通しており、排ガスを内部に取入れるように形成される。排ガスは、スクロール流路３６からタービンインペラ３２へ導かれ、タービンインペラ３２を経由した後、ガス出口部３９を介してタービンハウジング３０の外側に排出される。
以上のように、ターボチャージャ１は、エンジンの排ガスを用いてタービンインペラ３２を回転駆動することで、回転軸１２を介して回転力をコンプレッサインペラ２２に伝達し、コンプレッサハウジング２０に入る空気を遠心力によって圧縮してエンジンへ供給することができる。
【００３４】
次に、幾つかの実施形態に係るコンプレッサインペラ２２のボス部の形状例について説明する。
図２は、ターボチャージャ１におけるコンプレッサインペラ２２付近を拡大した図である。図２に示すように、幾つかの実施形態に係るコンプレッサインペラ２２は、ボス部４１と、ボス部４１の外周面に設けられる複数のコンプレッサ翼４３とを含むインペラ本体４５と、インペラ本体４５の背面４６側に設けられ、回転軸１２の一端を接続可能な接続部４８とを備える。そして、コンプレッサ翼４３の前縁５１におけるボス部４１の径をＤ１としたとき、コンプレッサ翼４３の最大外径Ｄ２に対するＤ１の比Ｄ１／Ｄ２は、０．１８以下を満たす。
【００３５】
コンプレッサインペラ２２の一般的な構造として、ボス部４１に貫通穴が設けられるスルーボア構造が知られている。このスルーボア構造では、貫通穴を通る回転軸１２とインペラ本体４５とを固定するために、インペラ入口側にナットを設けて回転軸１２を締結するのが通常である。ところが、コンプレッサ２１の小型化に際して容量を確保するためには、前縁５１でのボス径Ｄ１を縮小するのが望ましいところ、スルーボア構造では、入口側にナットを設ける構成であることから、前縁５１のボス径Ｄ１の縮小に限界が生じていた。
【００３６】
図３は、ボス比Ｄ１／Ｄ２と流路面積増加率の関係を示すグラフである。典型的なスルーボア構造の場合、ボス比Ｄ１／Ｄ２は、０．２３から０．２５付近の値となる。また、コンプレッサインペラと回転軸とを確実に締結する観点から、コンプレッサ翼の体格（最大外径Ｄ２）に見合った大きさのナットの採用が必要である。このため、スルーボア構造において、入口側のボス径を可能な限り縮小しようとしても、十分な締結力を得るために必要な最小ナット径未満にボス径を縮小することはできない。このように、スルーボア構造においては、最小ナット径未満にボス径を小さくすることができないという制約から定まる限界値（約０．１８）を下回るようにボス比Ｄ１／Ｄ２を小さくすることは困難である。
【００３７】
そこで、本実施形態では、回転軸１２をインペラ本体４５の背面４６側の接続部４８において接続する構造を採用することによって、ボス部４１に貫通穴を設けなくともコンプレッサインペラ２２を回転可能に構成できる（ボアレス構造）。ボアレス構造では、スルーボア構造とは異なり、前縁５１の位置におけるボス部４１は、コンプレッサインペラ２２と回転軸１２との締結に関与しない。このため、ボアレス構造では、前縁５１におけるボス径Ｄ１の設定の自由度が高く、スルーボア構造に比べてコンプレッサ翼４３の前縁５１におけるボス径Ｄ１を小さくできる。よって、本実施形態のようにボアレス構造を採用することで、０．１８以下のボス比Ｄ１／Ｄ２を実現できる。この結果、図３のグラフにも示されるように、コンプレッサインペラ２２に導かれる流体の流路面積を拡大できるため、コンプレッサ２１の小型化を促進しながらも容量を増大することができる。
【００３８】
幾つかの実施形態では、同じく図２に示すように、接続部４８は、ボス部４１の背面から軸方向に突出するように設けられる。接続部４８は、回転軸１２の一端を締結して固定するように構成される締結部４９を有する。図２に例示される実施形態では、締結部４９には内側に雌ねじ加工が施されており、これに対応する雄ねじ加工が外側に施された回転軸１２を締結部４９に直接締結する構造を採用している。しかし、本実施形態はこれに限るものではなく、締結部４９と回転軸１２との雄雌関係が逆でもよいし（即ち、締結部４９の外側に雄ねじ加工が施される一方、回転軸１２の先端面に設けられた凹部の内側に雌ねじ加工が施されていてもよい。）、他の部材を介して回転軸１２を接続部４８に連結してもよい。
【００３９】
本実施形態によれば、インペラ本体４５の背面４６側に設けられる接続部４８が締結部４９を有しているため、締結部４９によって回転軸１２の一端を接続部４８に固定することができる。これにより、コンプレッサ翼４３の前縁５１側にナット等の締結部材を設けなくても回転軸１２とコンプレッサインペラ２２とを連結できる。したがって、上記の実施形態でも述べたようにコンプレッサ翼４３の前縁５１側におけるボス部４１の小径化を促進し、流路面積を拡大することができる。
【００４０】
また、幾つかの実施形態では、ボス部４１は、少なくとも接続部４８よりも前縁５１側において中実構造である。ここで、中実構造とは、内部に貫通穴や溝等が設けられておらず、内部が埋められた状態をいう。
本実施形態によれば、遠心応力が貫通穴に集中して生じやすいスルーボア構造に比べ、中実構造を採用することで遠心応力を分散させることができる。これにより、最大遠心応力を効果的に低減できるため、流量を増加可能であると同時にコンプレッサインペラ２２の耐久性を向上可能である。
【００４１】
図２における例示的な実施形態では、締結部４９はインペラ本体４５が最大外径Ｄ２となる軸方向位置よりも後方に設けられている。このとき、回転軸１２の前方端５４は、インペラ本体４５が最大外径Ｄ２となる軸方向位置よりも後方に位置する。
スルーボア構造において、貫通穴に生じる遠心応力はインペラ本体４５が最大外径となる軸方向位置近傍で最大となるため、本実施形態によれば、少なくとも最大遠心応力が生じ得る軸方向位置範囲において中実構造として遠心応力を効果的に分散することで、コンプレッサインペラ２２の耐久性を向上し、コンプレッサ２１の高圧力比化を実現できる。
なお、上記説明における「前方」及び「後方」は、以下のように定義される。即ち、軸方向において、コンプレッサインペラ２２から視て空気入口部２４側を「前方」と称し、コンプレッサインペラ２２から視て空気入口部２４とは反対側を「後方」と称する。
【００４２】
また、図２に示すように、幾つかの実施形態に係るコンプレッサインペラ２２において、ボス部４１は、コンプレッサ翼４３の前縁５１の翼根部５６における軸方向位置から上流側に向かって径方向内側へと延在し、且つ、軸方向断面上における接線方向の軸方向に対する傾斜角θが０＜θ［ｄｅｇ］≦３０を満たす傾斜面５８を含む。そして、傾斜面５８の上流端５９におけるボス部の径をＤ３としたとき、コンプレッサ翼４３の前縁５１におけるボス径Ｄ１に対するＤ３の比Ｄ３／Ｄ１が０．５以下を満たす。
なお、傾斜面５８は、ボス部４１の外周面のうち、前縁５１の翼根部５６における軸方向位置から上流側に向かって軸方向において連続的に存在するとともに、０＜θ［ｄｅｇ］≦３０を満たす全領域を指す。例えば、前縁５１の翼根部５６における軸方向位置において０＜θ［ｄｅｇ］＜３０を満たし、特定の軸方向位置において角度θが３０度に到達するまで上流側に向かって角度θが徐々に大きくなり、さらに上流側（ボス部４１の先端側）において角度θが３０度を超える場合、角度θが３０度に到達する軸方向位置が傾斜面５８の上流端５９である。一方、前縁５１の翼根部５６における軸方向位置からボス部４１の先端の軸方向位置までの全範囲に亘って０＜θ［ｄｅｇ］≦３０の関係を充足する場合、ボス部４１の先端が傾斜面５８の上流端５９である。
【００４３】
図２の例示的な実施形態では、傾斜面５８全体が軸方向に対して傾斜することにより、傾斜角θが０＜θ［ｄｅｇ］≦３０を満足している。また、ボス部４１は、傾斜面５８の上流端５９の先に半円形状の先端部６１を有している。ボス部４１全体の外形は、先端部６１からコンプレッサ翼４３の後縁５３に至るまで連続して滑らかに形成される。
【００４４】
本実施形態の作用効果について、スルーボア構造と対比して説明する。図４は、コンプレッサインペラ（２２，１２２）の上流側での流体の流れを比較するための断面図である。図４（Ａ）はスルーボア構造における流れを示し、図４（Ｂ）はボアレス構造における流れを示す。
図４（Ａ）に示すように、スルーボア構造は、コンプレッサインペラ１２２の上流側にナット１０１を設けて回転軸１１２を締結する形状である。このため、コンプレッサ翼１４３の前縁１５１より上流側の外形は、ナット１０１の形状に起因する段差を含んでおり不連続である。この不連続な形状によって、コンプレッサインペラ１２２に流入する流れが乱され、コンプレッサ２１の効率低下につながる可能性がある。したがって、コンプレッサインペラ１２２の入口側の流れをスムーズに導くことによりコンプレッサ２１の効率を向上させる観点からは、コンプレッサ翼１４３の前縁１５１よりも上流側において、流れの乱れを抑制することが望まれる。
【００４５】
この点、本実施形態によれば、図４（Ｂ）及び図２に示すようなボアレス構造を採用することで、傾斜面５８の上流端５９からコンプレッサ翼４３の前縁５１に至るボス部４１を連続した滑らかな形状とすることができる。また、傾斜面５８の傾斜角θが０＜θ［ｄｅｇ］≦３０を満たし、ボス部４１の径の比Ｄ３／Ｄ１が０．５以下を満たすように構成することにより、整流効果を得るために好適なボス部４１の形状とすることができる。この結果、図４（Ｂ）に示すように、コンプレッサインペラ２２の入口側の流れをボス部４１の外形に沿ってスムーズに導くことができるため、流れの乱れを抑制し、コンプレッサ２１の効率を向上可能である。
【００４６】
図５は、幾つかの実施形態に係るボス部４１の先端部６１付近の拡大図である。幾つかの実施形態では、図５に示すように、ボス部４１は、軸方向に沿って長軸ａを有する半楕円形状を有する先端部６１を含む。ここで、先端部６１は、全楕円のうち短軸ｂによって長軸ａ方向に二分割される正確な半楕円を含む必要はない。図５に例示するように、全楕円のうち長軸ａ方向において少なくとも一部を含み、先端が上流側に向って尖頭形状となるように構成されていればよい。
【００４７】
本実施形態によれば、楕円の長軸ａをコンプレッサインペラ２２の軸方向に沿わせることで、先端部６１の径方向への広がりを抑制できる。これにより、軸方向の流れがボス部４１の先端部６１にぶつかる際の衝突損失を低減し、コンプレッサ２１の効率を向上できる。
【００４８】
以下では、コンプレッサ翼４３の前縁５１から後縁５３に至る軸方向範囲におけるボス部４１の径に関して、図６及び図７を参照しながら幾つかの実施形態を説明する。図６は、ボス径を変化させたときの軸方向から見たコンプレッサインペラ２２の断面形状を比較する図である。図７は、ボス部４１の周長Ｌに対する翼厚合計値の比Σｔ／Ｌと、子午面長さ比との関係を示すグラフである。
【００４９】
図６（Ａ）〜（Ｃ）のそれぞれに示すように、コンプレッサ翼４３は、翼根部５６においてボス部４１との接続箇所に設けられるフィレット部６３を含む。このフィレット部６３は、通常、応力集中しやすい翼根部５６において強度を確保する目的で設けられるものである。図６（Ａ）に示す状態では、ボス径はｄであり、隣接するフィレット部同士（６３，６４）は接しておらず、隣り合うフィレット部（６３，６４）の間に、ボス径ｄによって規定される円弧Ｒが介在する。図６（Ｂ）は、ボス径がｄよりも小さいｄ′の状態を示しており、このとき隣接するフィレット部（６３，６４）の端同士は連続点Ｑを介してちょうど接している。このように、フィレット部６３を含むコンプレッサインペラ２２では、ボス部４１の径を縮小していくにつれて、隣接するコンプレッサ翼４３のフィレット部（６３，６４）の端同士は近づいていき、やがてあるボス径で端同士が接するようになる。
図６（Ｂ）に示すフィレット部（６３，６４）の端同士が接する状態からさらにボス径を縮小しｄ″とした場合、図６（Ｃ）に示すように、フィレット部（６３，６４）同士が不連続点Ｐを介して接することとなる。この場合、不連続点Ｐの近傍に応力が集中しやすくなり、図６（Ａ）や図６（Ｂ）の場合に比べて翼根部５６の耐久性が低下する可能性がある。したがって、ボス部４１の径は、流量増加の観点からは小さくすることが望ましい一方、翼根部５６の耐久性の観点からは、隣接するコンプレッサ翼４３のフィレット部（６３，６４）の端同士が不連続点Ｐを介して接することがないようにボス部４１の径をある程度大きくすることが望ましい。
【００５０】
そこで、幾つかの実施形態では、図７の曲線１００に示すように、ボス部４１の周長Ｌに対する周方向における各々のコンプレッサ翼４３の翼厚ｔの合計値Σｔの比Σｔ／Ｌが少なくとも一部の領域で最大値を有し、最大値は０．５以上を満たす。
なお、図７のグラフの横軸は、コンプレッサ翼４３の子午面に沿った全長に対する、前縁５１から各位置までの子午面における長さの比（即ち、子午面長さ比）である。前縁５１の位置では子午面長さ比がゼロであり、後縁５３の位置では子午面長さ比が１である。
【００５１】
ここで、翼厚ｔは、フィレット部６３を含むコンプレッサ翼４３の翼根部５６での翼厚をｔであり、図６（Ａ）又は図６（Ｂ）に示されるように、隣り合うフィレット部（６３，６４）の端同士が離れているか、連続点Ｑを介して接している状態において定義される値である。したがって、図６（Ｃ）に示されるように、翼根部５６が近づき過ぎた結果、隣り合うフィレット部（６３，６４）の端同士が不連続点Ｐを介して接する状態においては、翼厚ｔや比Σｔ／Ｌは想定できないものとする。
【００５２】
本実施形態によれば、比Σｔ／Ｌが少なくとも一部の領域で最大値を有し、最大値は０．５以上を満たす。このため、最大値をとる位置において、ボス部４１の周長Ｌを効果的に低減することができ、流路面積を拡大できる。したがって、コンプレッサ２１の容量を増大させることができる。
【００５３】
また、幾つかの実施形態では、周方向において隣り合う一対のコンプレッサ翼４３は、比Σｔ／Ｌが最大値となる位置において、図６（Ｂ）に示すように、互いのフィレット部（６３，６４）同士が接する。そして、フィレット部（６３，６４）同士の接点である連続点Ｑにおける各々のフィレット部（６３，６４）の接線方向が、当該位置のボス部４１の直径ｄ′によって規定される仮想円弧（ボス部４１を表す破線で示される円弧）の接線ｌ方向と一致する。
このとき、各コンプレッサ翼４３について翼厚ｔを周方向に足し合わせると、Σｔはボス部４１の周長Ｌと同じ値となり、Σｔ／Ｌは１となる。図７の曲線２００は、Σｔ／Ｌの最大値が１となる一例を示している。Σｔ／Ｌが１よりも小さい値の軸方向位置では、図６（Ａ）に示すように、隣り合うフィレット部（６３，６４）の間に、ボス径ｄによって規定される円弧Ｒが介在する状態となる。
【００５４】
本実施形態によれば、比Σｔ／Ｌが最大値となる軸方向位置において、フィレット部（６３，６４）同士が滑らかに繋がるようなボス径としたので、翼厚ｔの合計Σｔに対して周長Ｌを狭めて広い流路面積を確保しつつ、翼根部５６への応力集中を緩和してコンプレッサインペラ２２の耐久性を向上できる。
【００５５】
幾つかの実施形態では、翼厚ｔの合計値Σｔの前記ボス部の周長Ｌに対する比Σｔ／Ｌは、子午面長さ比が０以上０．５以下の位置範囲内において最大値を有する。
【００５６】
通常のコンプレッサインペラ２２では、翼厚ｔは子午面長さ比が０．５の位置より前縁５１側で相対的に厚くなり、ボス部４１の径は前縁５１から後縁５３に向うにつれて大きくなる傾向にある。そこで、本実施形態によれば、翼厚ｔが比較的大きくなるとともにボス部４１の径が比較的小さくなる子午面長さ比が０．５の位置よりも前縁５１側において、Σｔ／Ｌが最大値を有するようにボス部４１の径を縮小できる。このため、流路面積を効果的に拡大し、コンプレッサ２１の容量を増大することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００５８】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００５９】
１      ターボチャージャ
１０    ベアリングハウジング
１２    回転軸
１４    軸受
２０    コンプレッサハウジング
２１    コンプレッサ
２２    コンプレッサインペラ
２４    空気入口部
２６    ディフューザ流路
２８    スクロール流路
３０    タービンハウジング
３２    タービンインペラ
３６    スクロース流路
４１    ボス部
４３    コンプレッサ翼
４５    インペラ本体
４６    背面
４８    接続部
４９    締結部
５１    前縁
５３    後縁
５４    前方端
５６    翼根部
５８    傾斜面
５９    上流端
６１    先端部
６３，６４  フィレット部
１０１  ナット
Ｐ      不連続点
Ｑ      連続点
Ｒ      円弧
ａ      長軸
ｂ      短軸
【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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【国際調査報告】
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