(57)【要約】  半径方向に伸長し、曲げられ捩られた３次元ブレードを有する一対の一体構造のインペラ。このインペラが、駆動モータに接続された圧縮機ハウジングに収容され、モータ駆動シャフトにはめ込むか又は圧入することによって該シャフトに取り付けられて、二段遠心圧縮機を提供する。この二段遠心圧縮機は駆動モータ（５）と、２個のインペラ（１０、１２）が配置された駆動シャフト（１４）とを具備し、駆動モータ（５）は１０，０００ｒｐｍ以上の速度及び約５〜１０ｋＷの駆動力を有する高速非同期モータであることが想定される。
2009501865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ（１７）と、半径方向に伸長する複数のインペラブレード（２６）とを有し、該インペラブレードは該ハブ（１７）と前記インペラブレード（２６）を囲むシュラウド（１９）とに接続されるインペラであって、
前記ハブ（１７）は、駆動シャフト（１４；５０）に嵌め込まれるか又は圧入され得るサイズを有する穴（１３，４３）を備えることを特徴とする小型でコンパクトな圧縮機用インペラ。
【請求項２】
前記インペラブレード（２６）は、前記ハブ（１７）と一体化されていることを特徴とする、請求項１に記載のインペラ。
【請求項３】
前記インペラブレードは、空間的に曲げられた３次元インペラブレード（２６）であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のインペラ。
【請求項４】
前記ハブ穴（４３，４４）は、前記ハブ穴の長さの少なくとも７５％伸長する錐台状断面を有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項５】
前記インペラシュラウド（１９）は、前記インペラの重心を回転軸に一致させるように複数のバランス接続部（３６）を有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項６】
前記バランス接続部は、前記インペラの入口周辺の複数のねじ穴（３６）であることを特徴とする、請求項５に記載のインペラ。
【請求項７】
前記インペラは、一体構造のインペラであることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項８】
前記インペラは、一体構造の鋳造アルミ二ウム合金インペラであることを特徴とする、請求項７に記載のインペラ。
【請求項９】
二段遠心圧縮機内に存在する一対の前記インペラ（１０，１２；４１，４２）であって、該インペラがモータ駆動シャフト上に軸方向に取り付けられることを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項１０】
前記インペラは、１０，０００ｒｐｍ以上の速度及び約５〜１０ｋＷの駆動力を有する高速モータに接続される前記モータ駆動シャフト（１４；５０）上に取り付けられることを特徴とする、請求項９に記載のインペラ。
【請求項１１】
駆動モータ（５）と、その上に２個のインペラ（１０，１２；４１，４２）が配置される駆動シャフト（１４，５０）とを有する二段遠心圧縮機内に存在する一対のインペラであることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項１２】
前記インペラ（１０，１２）は同一であり、前記シャフト（１４）と前記インペラ（１０,１２）の間に公差リング（３４）が配置されることを特徴とする、請求項９、１０又は１１に記載のインペラ。
【請求項１３】
前記インペラ（１０，１２；４１，４２）は、バランス部材を選択的に取り付け得る複数のバランス穴（３６）を有することを特徴とする、請求項９〜１２の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項１４】
出口ディフューザ（１８，２０）が前記インペラの下流に配置されることを特徴とする、請求項９〜１３の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項１５】
前記出口ディフューザ（１８，２０）は平行壁を有し、ブレードを有さないように設計されることを特徴とする、請求項１４に記載のインペラ。
【請求項１６】
前記シャフト（１５，４０）は２個のころ軸受（１６）に保持され、該ころ軸受の一方が前記インペラ（１０，１２；４１，４２）と前記駆動モータ（５）の間に取り付けられ、他方が前記インペラに対向しない前記駆動モータ側面に取り付けられることを特徴とする、請求項９〜１５の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項１７】
前記駆動シャフト（１４，５０）を保持するために、鋼鉄から成る軸受リングとセラミックスから成るローラとを有するころ軸受（１６）が使用されることを特徴とする、請求項９〜１６の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項１８】
前記インペラに対向しない前記駆動モータ（５）側面にバランスディスク（３８）が配置されることを特徴とする、請求項９〜１７の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項１９】
前記バランスディスク（３８）は、隣接するころ軸受（１６）と熱伝導関係にあることを特徴とする、請求項１８に記載のインペラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型でコンパクトな遠心圧縮機用インペラ（羽根車）、及び、モータ駆動シャフトに嵌め込まれ又は圧入され得る大きさ（サイズ）の中心穴を有することによって特徴付けられるインペラ（羽根車）を含む小型でコンパクトな遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
５〜１０ｋＷの範囲の駆動力を有すると共に、例えば、製本機械等の他の機械又は他の製造機に圧縮された空気をもたらすのに使用することができる小型遠心圧縮機が知られている。この駆動力範囲の標準的圧縮機は、効率は比較的低いが、約２，０００ｍ３/ｈの体積流量率に対して約８０mbarの全圧力差を生成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
また、小型多段圧縮機においては、重心を回転軸に一致させるように或る材料を機械加工することは一般的なことである。通常、小型多段圧縮機は少なくとも２個の部品、即ち、複数のインペラブレードを有するハブとこれらのインペラを取り囲むインペラシュラウド、において加工されたインペラを有する。第１の部品は鋳造インペラハブであり、該鋳造インペラハブは、これらインペラハブから半径方向に伸長する複数の２次元ブレードを有している。これら２次元ブレードは加工の労力に関しては有利であるが、この種の簡易なブレード設計の下では、インペラの効率は劣っている。第２の部品は一般にインペラハブに溶接されたインペラシュラウドである。これら２個の部品を有するインペラは、モータ・シャフト上でインペラのバランスを取ることを一層困難にすると共に、加工コストを増大させる。更に、既知の小型多段圧縮機は、一般的に、そのディフューザにおいてブレードを有する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
駆動モータと、その上に２つのインペラが配置された駆動シャフトとを有し、前記駆動モータが１０，０００ｒｐｍ以上の速度と約５〜１０ｋＷの範囲の駆動力とを有する高速非同期モータである、二段遠心圧縮機を提供する。二段遠心圧縮機と臨界速度を上回る速度での動作とを組み合わせることによって、７００〜９００ｍ３/ｈの体積流量率で２００mbarを超える全圧力差を生成する極めて高い性能の圧縮機が提供される。
【０００５】
一実施例において、２つのインペラは同一の一体構造インペラである。これにより、同数の遠心圧縮機に対してより多くのインペラが製造できるので、製造コストが理想的に低下する。
【０００６】
別の実施例において、一体構造インペラは、インペラ穴（内径）が同一でないこと以外は同一である。インペラ穴の各々は、モータに最も近接した第２のインペラ穴（内径）がモータから最も離隔した第１のインペラ穴（内径）よりも大きく、各穴の長さの少なくとも７５％に対して錐台状である。これにより、モータ駆動シャフトから比較的容易にインペラを取り外すことができる。
【０００７】
インペラは、インペラハブと一体化され、当該インペラハブから半径方向及び同軸方向に伸長した３次元ブレードである一体化インペラブレードを有する。インペラは空間的に捩れている。ある小半径での中心線のずれは、より大きい半径でのずれを上回る。
【０００８】
インペラは、軽量であり、一体化したインペラハブ、インペラブレード及びインペラシュラウドを提供するように鋳造アルミニウム合金製の単一の一体構造を有する。これにより、ブレードを３次元的に曲げられた形状に加工することができる。そのために、ロストコア（lost core）が使用される。低比重の鋳造アルミニウム合金の使用により全重量が軽くなる。インペラの外面を機械加工して、即ち、チップ形成工程により平滑で均一な表面がもたらされる。
【０００９】
別の実施例において、インペラを駆動シャフトに嵌め込むか又は圧入することにより、インペラがモータ駆動シャフトに取り付けられる。これにより、インペラの高い駆動速度において、アンバランス及び強度の点で特別な問題を引き起こすフェザー・キー等をなくすことができる。
【００１０】
別の実施例において、駆動シャフトとインペラの間に公差リングを設けることにより、インペラが、駆動シャフトに対して正確に画定され好適に心合わせされた位置を保持することが保証される。
【００１１】
また別の実施例において、当該圧縮機は、穴（内径）以外は同一である一対の一体構造インペラを有する。第１のインペラのインペラハブ穴は、その第２の端よりも小さい直径を有する（圧縮機モータから最も離隔した端である）第１の端を備えた錐台状である。第２のインペラのインペラハブ穴もまた、その第２の端よりも小さい直径を有する（圧縮機モータから最も離隔した端である）第１の端を備えた錐台状である。第２のインペラ穴の第１の端は、第１のインペラ穴の第２の端よりも大きな直径を有する。また、第２のインペラ穴の第１の端の直径は、第２のインペラを越えて伸長するモータ駆動シャフトのどの部分よりも大きいので、修理又は取替えのために第２のインペラをモータ駆動シャフトから容易に取り外しできる。
【００１２】
別の実施例において、一体構造のモータ駆動シャフトは、インペラを当該シャフトに圧入できるように、第１及び第２のインペラの対応する錐台穴よりも若干大きい離間した（複数の）錐台形を有している。
【００１３】
また別の実施例において、その中にバランス部材、即ち、ボルト、ねじ又はディスクを選択的に取り付け得る複数のバランス穴を有するインペラが提供される。インペラは臨界速度を上回る速度で駆動されるので、圧縮機を組み立てた後に非常に注意深くバランスをとることが必須である。このことは遠心圧縮機を組み立てた後にのみ行うことができる。何故ならば、予めインペラの完全なバランスをとったとしても、例えば、駆動シャフトを僅かに偏心配置してインペラを設置した場合に起こり得るアンバランスが動作の際に致命的結果を生じさせる可能性が有るからである。第１のインペラ、即ち、モータから最も離隔したインペラのバランス穴は圧縮機の吸込み側でアクセスできるので、バランスをとった後、如何なる類いの加工作業も回転部品については要求されない。最終的なバランスをとるためには、第１のインペラのバランス穴のみを使用することが十分であることが示されている。第１のインペラの設置後はもはやアクセスできない第２のインペラ（モータに最も近接したインペラ）のバランス穴は要求されない。
【００１４】
別の実施例において、平行壁は有するがブレードは有しない出口ディフューザが、インペラの下流に設けられる。該出口ディフューザはインペラから流出する媒体の流速の低下を確保し、これが静圧を増大させる。ディフューザにおいてブレードを省略することは、良好な効率を有する広範囲の性能をもたらす。ブレード付きディフューザは更に効率を高めるものとして知られているが、可能な流量の点でその範囲は限定される。
【００１５】
また別の実施例において、駆動シャフトは２個のころ軸受（ローラー・ベアリング）に保持されており、これら２つのころ軸受のうちの一方はインペラと駆動モータの間に配置され、他方はインペラに対向しない駆動モータ側面に配置されている。換言すれば、２つのインペラは自由に突出した駆動シャフト上に配置されている。この軸受の配置は、インペラの潜在的に可能な振動が突発的に与えられるが、２個の軸受間には数個の継手、即ち、２個の継手しか必要ではないという利点を有する。２個の軸受スリーブは駆動モータの端板の内側に配置されており、これらの端板の各々はモータ・ハウジングに直接取り付けられている。これとは対照的に、仮にインペラの両側に軸受が必要であるとすれば、ハウジングが数個の部品から構成されるので、圧縮機ハウジングの全部品を極めて高精度で製造することが必要となるであろう。また、２つの軸受中心軸の受け容れ難く正確でない位置が結果として生ずることを考慮してハウジング許容誤差を防ぐことが必要とされるであろう。
【００１６】
駆動シャフトの軸受配置を改善するために、ころ軸受は鋼鉄製の軸受リングとセラミックス製のローラとを有している。この種のハイブリッド軸受は潤滑の点で要件が低く、長い実用寿命を提供する。
【００１７】
また、別の実施例においては、バランスディスクがインペラに対向しない駆動モータ側面に配置されている。駆動モータ及びインペラの臨界速度を上回る速度に関して、駆動シャフト、インペラ及びモータを具備した組立品をバランスさせる付加的手段としてバランスディスクを有することが有利であることが判明した。
【００１８】
生成された摩擦熱及びモータからころ軸受に放散された熱がバランスディスクを介して外部環境に放出され得るように、バランスディスクが隣接するころ軸受と熱伝導関係にあることが好ましい。
【００１９】
以下において、添付図面を参照して好適な実施例に基づき本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１及び図２を参照すると、二段遠心圧縮機は、駆動モータ５、駆動モータ外部冷却ファン６、圧縮機ハウジング７、圧縮機ハウジング排気口２２及び圧縮機ハウジング吸気口２４を有している。
【００２１】
駆動モータ５は周波数変換機を備えた高速非同期モータであり、このモータは約１５，０００ｒｐｍの駆動速度を有する。
【００２２】
一実施例を示す図３を参照すると、駆動モータ５は単一の連続的部材、好ましくは鋼鉄から成る駆動シャフト１４を有する。駆動シャフト１４は２枚の端板に配置された２つのころ軸受１６に保持されており、２枚の端板のうちの一方は駆動モータ５の前側にあり、他方は後側にある。ころ軸受１６は鋼鉄製の軸受リングとセラミックス製のローラとを有するハイブリッド軸受である。ころ軸受１６を収容する構成部分の間には少数の継手があるので、ころ軸受１６を互いに高精度に位置合わせすることができる。
【００２３】
圧縮機ハウジング７は駆動モータ５に接続されている。圧縮機ハウジング７は幾つかの部品から成る。圧縮機ハウジング７は第１の圧縮機インペラ１０と第２の圧縮機インペラ１２とを収容している。二重壁式出口ディフューザ１８、２０があり、これらは排気口２２に繋がっている（図１及び図２参照）。駆動モータ５に対向しない側面には、吸気口２４が駆動シャフト１４と同心円状に配置されている。
【００２４】
２個のインペラ１０、１２の各々は鋳造アルミニウム合金であり、砂型鋳造方法を用いて作られている。インペラの各々は、インペラハブ１７と、このインペラハブによって形成された円筒状の穴１３と、インペラハブ１７から一体的に伸長すると共に一体化シュラウド１９によって囲まれた複数の実質的に放射状のインペラブレード２６とを有する一体構造の鋳造物である。流路はインペラブレード間に伸長している。当該流路、即ち、ブレード２６はロストコアを用いた鋳造によって形成される。各ブレード２６は３次元的に曲げられて設計されている。駆動シャフト１４の中心線と共にブレード中心線を使用した場合、駆動シャフト１４の中心線に対してなすブレードの角度は約４５°の値から増大して、排気口側で駆動シャフトの中心線と平行になる。前述したように、小半径での中心線のずれはより大きい半径でのずれを上回る。ブレード自体は略ねじ形状に捩れている。３次元ブレードは高い流体流効率をもたらす。
【００２５】
図４及び図５はブレード２６の３次元曲げ形状を示している。図５は図４のＹ方向から見た図を展開図に示している。Ｅは入力エッジを示し、Ａは出口エッジを示し、Ｄはカバー・ディスクについての輪郭を示し、またＮはハブの輪郭を示す。
【００２６】
図３に示されるように、駆動シャフト１４は複数の溝２７を有している。各インペラ１０、１２及びスペーサ３０に対して少なくとも１つの溝が設けられている。公差リング３４は各シャフト溝２７に取り付けられている。公差リング３４は、インペラ及びスペーサ・リングがシャフトに配置される前に、それらの重心面の領域にある各ケース内に配置される。各公差リングは本質的に、波形状の断面を有する堅いバネ止めワッシャである。公差リングは、（組立てには必要とされる）駆動シャフトとインペラの間のあそびを排除する。公差リングは駆動シャフトとインペラの間のトルク伝達に寄与すると共に、２個のインペラを可能な限り中心に位置決めし、動作の際にそれらの位置を維持するのに使用される。駆動シャフトの直径は、インペラ穴の直径よりも僅かに大きい。
【００２７】
２個のインペラ１０、１２は同一の一体構造のインペラであり、単に駆動シャフトにはめ込むことによって駆動シャフト１４に固定される。インペラ１０、１２及びスペーサ３０を駆動シャフト１４に配置する前に、これらは静的にバランスがとられる。静的バランスをとった後、第２のインペラ１２及びスペーサ・リング３０がシャフト１４に嵌め込まれ、次いで第１のインペラ１０がシャフト１４に嵌め込まれる。２個のインペラ１０、１２は単に駆動シャフトとインペラの穴１３との間のこの締まり嵌め（タイトフィット）によって駆動シャフトに固定される。図３の本実施例において、接触リング３２がシャフトに配置されて、シャフト肩部３５と当接し、次いで第２のインペラ１２及びスペーサ・リング３０が駆動シャフトに嵌め込まれ、最終的に、第１のインペラ１０がシャフト１４に嵌め込まれる。最終的締付けは、固定（止め）ナット２８を使用してスペーサ・リング３０及び接触ディスク３２を介して２個のインペラ１０、１２を駆動シャフト１４の肩部３５に対して締め付けることによって達成される。
【００２８】
また、動的バランス取りは組立て後に行われる。このために、例えば、ねじ、ボルト又はディスク等のバランス部材を選択的に取り付け得る複数のバランス穴３６が各インペラに設けられている。ねじ又はボルトを取り付けたい場合には、穴には適切にねじが切られている。ディスク又は他の形式のバランサが選択される場合、適切に穴が形成される。動的バランス取りは第１のインペラ１０についてのみ行われる。製作上の都合でインペラ１０、１２の双方が同一形状に製造されているという理由だけで、第２のインペラのバランス穴が存在しているに過ぎない。
【００２９】
また、インペラ１０、１２に対向しない駆動モータ５側面に、バランスディスク３８が設けられている。このバランスディスク３８は、どんなアンバランスをも一層低下させることができるように使用される。バランスディスク３８は、付加的に、このバランスディスク３８側に配置されたころ軸受１６を冷却する働きをする。このために、ころ軸受１６は、外部ファン６の冷却空気流の内側に順に位置するバランスディスク３８と熱伝導関係にある。
【００３０】
図６に示されているものは、複数のバランス溝若しくは穴３６、ハブ１７、インペラブレード２６、及びシュラウド１９を有する一体構造の鋳造インペラである。
【００３１】
別の好ましい実施例において、図７に示されるように、二段遠心圧縮機は２つの一体構造の鋳造インペラ４１、４２と駆動シャフト４３とを有する。図７は圧縮機の部分図のみを示しており、圧縮機ハウジングに取り付けられるインペラの全特徴を示すものではない。図７は好適なインペラ及びモータ駆動シャフト構造の重要な特徴を示している。図７において、種々の品目の同一部品を特定すべく、図１〜図３で使用したものと同一の番号を使用する。図７のインペラは、インペラハブ穴の形状を除き、図３のインペラと同一の概略構造を有する。２個のインペラ４１、４２は鋳造アルミニウム合金であり、砂型鋳造方法を使用して製作される。各インペラ４１、４２はハブ１７、複数の空間的に曲げられ半径方向に伸長する３次元ブレード２６、及びシュラウド１９を有する。（複数の）一体化ブレード２６はそれらのブレード間に形成される（複数の）流路を有している。当該（複数の）流路、即ち、（複数の）ブレード２６はロストコアによる鋳造の際に形成される。図４及び図５に示されるように、各ブレード２６は３次元的に曲げられている。
【００３２】
２個のインペラ４１、４２は、穴（内径）４３、４４以外は互いに同一である。第１のインペラ４１のインペラ穴４３は、第２の端４７よりも小さい直径を有する第１の端４６を備える錐台状である。第２のインペラ４２の穴４４は、第２の端４９よりも小さい直径を有する第１の端４８を備える錐台状である。第２のインペラ４２の穴４４の第１の端４８は、第１のインペラ４１のインペラ穴４３の第２の端４７よりも大きい直径を有する。また、第２のインペラ４２の穴４４の第１の端４８の直径は、第２のインペラ４２を越えて第１のインペラ４１に向けて伸長する駆動シャフト５０のどの部分よりも大きいので、第２のインペラ４２を矢印５１の方向に駆動シャフト５０から容易に取り外しできると共に、駆動シャフト５０上に容易に再配置でき、又は勿論、第２のインペラ４２と同一の別のインペラを駆動シャフト５０上に容易に配置できる。
【００３３】
駆動シャフト５０は、モータに接続されるシャフト端に隣接する錐台状部分５２を有する。この錐台状部分５２はモータに向けて伸長している。インペラを圧入できるように、錐台状部分５２はインペラ４２の錐台状穴４４よりも僅かに大きい。
【００３４】
また、駆動シャフトは、モータに接続されるシャフト端の反対側にあるシャフトの端に隣接した別の錐台状部分５３を有する。インペラ４１をシャフト５０上に圧入できるように、このシャフト錐台状部分５３はインペラ４１の錐台状穴４３よりも僅かに大きい。
【００３５】
シャフト５０の錐台状部分５２、５３は共に、各インペラ穴４３、４４の表面の７５％以上と接触する各々の外表面を有する。駆動シャフトとインペラ錐台状穴の間の所望の圧入を可能にするため、シャフトの直径は各インペラ穴との接触点において僅かに大きい。
【００３６】
インペラをシャフトに圧入することによって、不要な外部部材を要さずにインペラを駆動シャフトに固定することができ、インペラのより良好な動作バランス取りが可能になる。
【００３７】
インペラ穴は鋳造の際に形成されることが好ましいが、必要に応じて鋳造後の機械加工により形成することができる。
【００３８】
２個のインペラ４１、４２は、駆動シャフトの錐台状部分５２、５３に圧入するだけで駆動シャフト５０に固定される。インペラ４１、４２及びスペーサ５５を駆動シャフト５０上に配置する前に、これらは静的にバランスがとられる。本実施例において、シャフト上に肩部を有する代わりに、圧縮機ハウジング７は、モータに最も近接したハウジング端の近傍において内側に形成された溝を有する。この溝は接触リング５４及びリテーナ・リング５６を保持する。静的バランスをとった後、第２のインペラ４２がシャフトに手で嵌め込まれる。次いで、シャフトの錐台状部分５３に対する第２のインペラ４２の最終的圧入が、固定ナット２８(a）を回転することによって達成される。次いで、シャフトの錐台状部分５２に係合するインペラ４１と共に、スペーサ・リング５５及び第１のインペラ４１が駆動シャフトに手で押し込まれる。この後、インペラ４１、４２がスペーサ・リング５５と当接するように、固定ナット２８を半回転させて最終的圧入を達成する。上記工程は、インペラを規定の距離移動させる「方向制御式(way controlled)」圧入である。しかしながら、当該工程は、設定された力をインペラに加える「力制御式(force controlled)」圧入によって行うこともできる。
【００３９】
また、図３の実施例について前述したように、動的バランス取りは組立て後に行われる。このために、例えば、ねじ、ボルト又はディスク等のバランス部材を選択的に取り付け得る複数のバランス穴３６が各インペラに設けられている。ねじ又はボルトを取り付けたい場合には、穴には適切にねじが切られている。ディスク又は他の形式のバランサが選択される場合、適切に穴が形成される。動的バランス取りは第１のインペラ４１についてのみ行われる。第２のインペラのバランス穴は製作上の都合で存在しているに過ぎず、必要に応じて除去することができる。
【００４０】
駆動シャフトはインペラの領域において自由に突出する形式で設計されているが、インペラ１０、１２、４１及び４２が比較的軽量であり、またインペラにおいて高いバランス精度が維持できるので、臨界速度を上回る速度でインペラを駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による遠心圧縮機の第１の斜視図である。
【図２】図１の遠心圧縮機の第２の斜視図である。
【図３】図１の遠心圧縮機の一実施例の部分断面図である。
【図４】本発明による遠心圧縮機のインペラのブレードの第１の略図である。
【図５】ブレードの第２の略図である。
【図６】本発明のインペラの斜視図である。
【図７】本発明の遠心圧縮機の別の実施例の部分略断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
５  駆動モータ
６  駆動モータ外部冷却ファン
７  圧縮機ハウジング
１０  第１の圧縮機インペラ
１２  第２の圧縮機インペラ
１３  円筒状の穴
１４  駆動シャフト
１６  ころ軸受け
１７  インペラハブ
１８  二重壁式出口ディフューザ
１９  一体化シュラウド
２０  二重壁式出口ディフューザ
２２  圧縮機ハウジング排気口
２４  圧縮機ハウジング吸気口
２６  インペラブレード
２７  溝
２８  固定ナット
２８(a)  固定ナット
３０  スペーサ・リング
３２  接触リング
３４  公差リング
３５  シャフト肩部
３６  バランス穴
３８  バランスディスク
４１  第１のインペラ
４２  第２のインペラ
４３  インペラ穴（駆動シャフト）
４４  インペラ穴
４６  第１の端
４７  第２の端
４８  第１の端
４９  第２の端
５０  駆動シャフト
５１  矢印
５２  錐台状部分
５３  錐台状部分
５５  スペーサ・リング
５６  リテーナ・リング
Ａ  出口エッジ
Ｄ  カバー・ディスクの輪郭
Ｅ  入口エッジ
Ｎ  ハブの輪郭
【図１】
2009501865.tif 000003
【図２】
2009501865.tif 000004
【図３】
2009501865.tif 000005
【図４】
2009501865.tif 000006
【図５】
2009501865.tif 000007
【図６】
2009501865.tif 000008
【図７】
2009501865.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月18日(2007.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ（１７）と、半径方向に伸長する複数のインペラブレード（２６）とを有し、該インペラブレードは該ハブ（１７）と前記インペラブレード（２６）を囲むシュラウド（１９）とに接続されるインペラであって、
前記ハブ（１７）は、駆動シャフト（１４；５０）に嵌め込まれるか又は圧入され得るサイズを有する穴（１３；４３，４４）を備え、
前記サイズは、前記インペラを前記シャフトに固定するように前記シャフトと前記インペラの間の締まり嵌めを付与することを特徴とする小型でコンパクトな圧縮機用インペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項２】
前記インペラブレード（２６）は、前記ハブ（１７）と一体化されていることを特徴とする、請求項１に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項３】
前記インペラブレードは、空間的に曲げられた３次元インペラブレード（２６）であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項４】
前記ハブ穴（４３,４４）は、前記ハブ穴の長さの少なくとも７５％伸長する錐台状断面を有するサイズを備えることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のインペラ（４１，４２）。
【請求項５】
前記インペラシュラウド（１９）は、前記インペラの重心を回転軸に一致させるように複数のバランス接続部（３６）を有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項６】
前記バランス接続部は、前記インペラの入口周辺の複数のねじ穴（３６）であることを特徴とする、請求項５に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項７】
前記インペラは、一体構造のインペラであることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項８】
前記インペラは、一体構造の鋳造アルミ二ウム合金インペラであることを特徴とする、請求項７に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項９】
二段遠心圧縮機内に存在する前記インペラであって、該インペラがモータ駆動シャフト（１４；５０）上に軸方向に取り付けられ、
第２のインペラ（１０，１２；４１，４２）が駆動シャフト（１４；５０）上に軸方向に取り付けられ、
前記第２のインペラ（１０，１２；４１，４２）は、前記シャフトに嵌め込まれるか又は圧入され得るサイズを有する穴（１３；４３,４４）を備え、前記サイズは、前記インペラを前記シャフトに固定するように前記シャフトと前記インペラの間の締まり嵌めを付与することを特徴とする、請求項１に記載の小型でコンパクトな圧縮機用インペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１０】
前記インペラは、１０，０００ｒｐｍ以上の速度及び約５〜１０ｋＷの駆動力を有する高速モータに接続される前記モータ駆動シャフト（１４；５０）上に取り付けられることを特徴とする、請求項９に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１１】
駆動モータ（５）と、その上に２個のインペラ（１０,１２；４１,４２）が配置される駆動シャフト（１４、５０）とを有する二段遠心圧縮機内に存在するインペラであることを特徴とする、請求項９〜１０の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項１２】
前記インペラ（１０，１２；４１，４２）間に公差リング（３４）が配置されることを特徴とする、請求項９、１０又は１１に記載のインペラ。
【請求項１３】
前記インペラ（１０，１２；４１，４２）は、バランス部材を選択的に取り付け得る複数のバランス穴（３６）を有することを特徴とする、請求項９〜１２の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１４】
出口ディフューザ（１８，２０）が前記インペラの下流に配置されることを特徴とする、請求項９〜１３の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１５】
前記出口ディフューザ（１８，２０）は平行壁を有し、ブレードを有さないように設計されることを特徴とする、請求項１４に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１６】
前記シャフト（１５，４０）は２個のころ軸受（１６）に保持され、該ころ軸受の一方が前記インペラ（１０，１２；４１，４２）と前記駆動モータ（５）の間に取り付けられ、他方が前記インペラに対向しない前記駆動モータ側面に取り付けられることを特徴とする、請求項９〜１５の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１７】
前記駆動シャフト（１４,５０）を保持するために、鋼鉄から成る軸受リングとセラミックスから成るローラとを有するころ軸受（１６）が使用されることを特徴とする、請求項９〜１６の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１８】
前記インペラに対向しない前記駆動モータ（５）側面にバランスディスク（３８）が配置されることを特徴とする、請求項９〜１７の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１９】
前記バランスディスク（３８）は、隣接するころ軸受（１６）と熱伝導関係にあることを特徴とする、請求項１８に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項２０】
モータに接続されるように適応したシャフト端部と該シャフト端部の反対側の端部とを有するシャフトであって、
インペラ（４１，４２）の穴（４３，４４）に嵌め込まれるか又は圧入され得るサイズを有する錐台状部分（５２，５３）を有し、前記サイズは、前記インペラ（４１，４２）を前記シャフト（５０）に固定するように前記シャフト（５０）と前記インペラ（４１，４２）の間の締まり嵌めを付与することを特徴とする小型でコンパクトな圧縮機用シャフト（５０）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
また、小型多段圧縮機においては、重心を回転軸に一致させるように或る材料を機械加工することは一般的なことである。通常、小型多段圧縮機は少なくとも２個の部品、即ち、複数のインペラブレードを有するハブとこれらのインペラを取り囲むインペラシュラウド、において加工されたインペラを有する。第１の部品は鋳造インペラハブであり、該鋳造インペラハブは、これらインペラハブから半径方向に伸長する複数の２次元ブレードを有している。これら２次元ブレードは加工の労力に関しては有利であるが、この種の簡易なブレード設計の下では、インペラの効率は劣っている。第２の部品は一般にインペラハブに溶接されたインペラシュラウドである。これら２個の部品を有するインペラは、モータ・シャフト上でインペラのバランスを取ることを一層困難にすると共に、加工コストを増大させる。更に、既知の小型多段圧縮機は、一般的に、そのディフューザにおいてブレードを有する。
米国特許第６，４８１，９１７号公報（Chen）は、軸上のホイールの動きを防止するための装置を開示する。当該装置は、前記軸上に同心円状に配置されたナットと、前記軸上に配置され、それが前記ホイールに向かってバイアスされるように前記ナットに動作可能状態で近接しているバネと、前記バネに動作可能状態で近接しつつ、前記ホイール上に同心円状に配置された第１の締め付けリングと、第１の締め付けリングと反対側である前記ホイール側に動作可能状態で近接している第２の締め付けリングと、前記軸とホイールの間に配置された管路とから構成される。上記開示は圧縮機に関連している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
インペラをシャフトに圧入することによって、不要な外部部材を要さずにインペラを駆動シャフトに固定することができ、インペラのより良好な動作バランス取りが可能になる。それ故、上述により明瞭に理解されかつ図７に図示されるように、錐台状穴４３，４４の内側とシャフト部分５３，５４の外側の間の接触は、圧入されるシャフトに対してインペラを固定する所の摩擦力を生じさせる。
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月20日(2008.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ（１７）と、半径方向に伸長する複数のインペラブレード（２６）とを有し、該インペラブレードは該ハブ（１７）と前記インペラブレード（２６）を囲むシュラウド（１９）とに接続されるインペラであって、
前記ハブ（１７）は、駆動シャフト（１４；５０）に嵌め込まれるか又は圧入され得るサイズを有する穴（１３；４３，４４）を備え、
前記サイズは、前記シャフトに対して前記インペラを固定するように前記穴の内側と前記シャフトの外側の間の接触を生じさせることを特徴とする小型でコンパクトな圧縮機用インペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項２】
前記インペラブレード（２６）は、前記ハブ（１７）と一体化されていることを特徴とする、請求項１に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項３】
前記インペラブレードは、空間的に曲げられた３次元インペラブレード（２６）であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項４】
前記ハブ穴（４３,４４）は、前記ハブ穴の長さの少なくとも７５％伸長する錐台状断面を有するサイズを備えることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のインペラ（４１，４２）。
【請求項５】
前記インペラシュラウド（１９）は、前記インペラの重心を回転軸に一致させるように複数のバランス接続部（３６）を有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項６】
前記バランス接続部は、前記インペラの入口周辺の複数のねじ穴（３６）であることを特徴とする、請求項５に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項７】
前記インペラは、一体構造のインペラであることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項８】
前記インペラは、一体構造の鋳造アルミ二ウム合金インペラであることを特徴とする、請求項７に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項９】
二段遠心圧縮機内に存在する前記インペラであって、該インペラがモータ駆動シャフト（１４；５０）上に軸方向に取り付けられ、
第２のインペラ（１０，１２；４１，４２）が駆動シャフト（１４；５０）上に軸方向に取り付けられ、
前記第２のインペラ（１０，１２；４１，４２）は、前記シャフトに嵌め込まれるか又は圧入され得るサイズを有する穴（１３；４３,４４）を備え、前記サイズは、前記インペラを前記シャフトに固定するように前記シャフトと前記インペラの間の締まり嵌めを付与することを特徴とする、請求項１に記載の小型でコンパクトな圧縮機用インペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１０】
前記インペラは、１０，０００ｒｐｍ以上の速度及び約５〜１０ｋＷの駆動力を有する高速モータに接続される前記モータ駆動シャフト（１４；５０）上に取り付けられることを特徴とする、請求項９に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１１】
駆動モータ（５）と、その上に２個のインペラ（１０,１２；４１,４２）が配置される駆動シャフト（１４、５０）とを有する二段遠心圧縮機内に存在するインペラであることを特徴とする、請求項９〜１０の何れか１項に記載のインペラ。
【請求項１２】
前記インペラ（１０，１２；４１，４２）間に公差リング（３４）が配置されることを特徴とする、請求項９、１０又は１１に記載のインペラ。
【請求項１３】
前記インペラ（１０，１２；４１，４２）は、バランス部材を選択的に取り付け得る複数のバランス穴（３６）を有することを特徴とする、請求項９〜１２の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１４】
出口ディフューザ（１８，２０）が前記インペラの下流に配置されることを特徴とする、請求項９〜１３の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１５】
前記出口ディフューザ（１８，２０）は平行壁を有し、ブレードを有さないように設計されることを特徴とする、請求項１４に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１６】
前記シャフト（１５，４０）は２個のころ軸受（１６）に保持され、該ころ軸受の一方が前記インペラ（１０，１２；４１，４２）と前記駆動モータ（５）の間に取り付けられ、他方が前記インペラに対向しない前記駆動モータ側面に取り付けられることを特徴とする、請求項９〜１５の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１７】
前記駆動シャフト（１４,５０）を保持するために、鋼鉄から成る軸受リングとセラミックスから成るローラとを有するころ軸受（１６）が使用されることを特徴とする、請求項９〜１６の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１８】
前記インペラに対向しない前記駆動モータ（５）側面にバランスディスク（３８）が配置されることを特徴とする、請求項９〜１７の何れか１項に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項１９】
前記バランスディスク（３８）は、隣接するころ軸受（１６）と熱伝導関係にあることを特徴とする、請求項１８に記載のインペラ（１０，１２；４１，４２）。
【請求項２０】
モータに接続されるように適応したシャフト端部と該シャフト端部の反対側の端部とを有するシャフトであって、
インペラ（４１，４２）の穴（４３，４４）に嵌め込まれるか又は圧入され得るサイズを有する錐台状部分（５２，５３）を有し、前記サイズは、前記インペラ（４１，４２）を前記シャフト（５０）に固定するように前記シャフト（５０）と前記インペラ（４１，４２）の間の締まり嵌めを付与することを特徴とする小型でコンパクトな圧縮機用シャフト（５０）。
【国際調査報告】
2009501865.tif 000010
2009501865.tif 000011