(57)【要約】【課題】インペラ外面とハウジング内壁面との間隙を介した流体の逆流を好適に抑えることのできる遠心圧縮機を提供する。【解決手段】コンプレッサのハウジングの内部にコンプレッサインペラ２０が配設されている。コンプレッサインペラ２０は、複数の羽根２２とそれら羽根２２の回転方向外周側を覆う形状のシュラウド２３とが接合されたクローズドタイプのものである。シュラウド２３の外周面に、同シュラウド２３と複数の羽根２２との接合部分に沿って延びる形状の突出部２４が設けられている。【選択図】図２
2015117664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の羽根とそれら羽根の回転方向外周側を覆う形状の側板とが接合されてなるクローズドタイプのインペラがハウジングの内部に配設された遠心圧縮機において、
前記側板の外周面に、同側板と前記複数の羽根との接合部分に沿って延びる形状の突出部を有する
ことを特徴とする遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クローズドタイプのインペラを備えた遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気などの流体を圧送するためのインペラがハウジングの内部に設けられた遠心圧縮機が知られている。特許文献１に記載の遠心圧縮機では、インペラとして、複数の羽根の周囲を覆う形状の側板（シュラウド）がそれら羽根の外周端に接合されたクローズドタイプのものが採用されている。また特許文献１に記載の遠心圧縮機では、インペラのシュラウドの回転方向における外面に、その周囲全周にわたって延びるシール部を設けることが提案されている。こうした遠心圧縮機では、シール部によって、インペラのシュラウドの外周面とハウジングの内周壁との間隙を介したインペラ下流側から上流側への流体の逆流が抑えられて、遠心圧縮機の運転効率が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３２１８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載の遠心圧縮機は、シール部が非接触タイプのものであるため、インペラのシュラウドの外周面とハウジングの内壁面との間に間隙が形成されてしまう。そのため、シール部によって上記間隙を介したインペラ下流側から上流側への流体の逆流が抑制されるとはいえ、その抑制効果には限界があり、これが遠心圧縮機の運転効率の向上を阻む一因になる。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インペラ外面とハウジング内壁面との間隙を介した流体の逆流を好適に抑えることのできる遠心圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するための遠心圧縮機は、複数の羽根とそれら羽根の回転方向外周側を覆う形状の側板とが接合されてなるクローズドタイプのインペラがハウジングの内部に配設されている。そして、この遠心圧縮機は、前記側板の外周面に、同側板と前記複数の羽根との接合部分に沿って延びる形状の突出部を有する。
【０００７】
上記構成では、ハウジング内部におけるインペラの側板（シュラウド）よりも回転方向内側においては、インペラと共に複数の羽根が回転することにより、インペラ上流側から下流側に向けて流体を圧送する力が発生する。しかも、ハウジング内部におけるシュラウドよりも回転方向外側においては、複数の羽根との接合部分に沿って延びる形状の突出部がインペラと共に回転するため、その回転に伴ってインペラ上流側から下流側に向けて流体を圧送する力が発生するようになる。したがって上記構成によれば、インペラの回転に際してシュラウド外周面とハウジング内壁面との間隙を介してインペラ下流側から上流側に流体が逆流しようとするとはいえ、その流れを上記突出部の回転に伴い発生するインペラ上流側から下流側に向けて流体を圧送する力によって打ち消すことができるため、上記流体の逆流を好適に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の遠心圧縮機が適用されるターボチャージャの部分断面図。
【図２】図１の矢印２方向から見たコンプレッサインペラの平面図。
【図３】シュラウドを省略した状態のコンプレッサインペラの斜視図。
【図４】シュラウドが接合された状態のコンプレッサインペラの斜視図。
【図５】（ａ）〜（ｅ）各工程におけるコンプレッサインペラの状態を概念的に示す断面図。
【図６】第２実施形態の遠心圧縮機のコンプレッサインペラの斜視図。
【図７】同コンプレッサインペラの平面図。
【図８】同コンプレッサインペラの側面図。
【図９】第３実施形態の遠心圧縮機のコンプレッサインペラの側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、遠心圧縮機の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、遠心圧縮機としてのコンプレッサ１０はハウジング１１を備えている。ハウジング１１の内部には断面円形状で延びるダクト部１２が形成されている。ダクト部１２は流体としての空気が流入する通路であり、ダクト部１２の内部にはコンプレッサインペラ２０が配設されている。このコンプレッサインペラ２０としては、断面円形状で延びるベース部２１に突設された複数の羽根２２とそれら羽根２２の回転方向外周側を覆う形状の側板（シュラウド２３）とが接合されたクローズドタイプのものが採用されている。
【００１０】
また、コンプレッサ１０のハウジング１１の内部には、上記コンプレッサインペラ２０の回転方向における周囲全周において渦巻状で延びるスクロール通路１３が形成されている。このスクロール通路１３と上記ダクト部１２とは、ディフューザ１４を介して、コンプレッサインペラ２０の周囲全周にわたり連通されている。
【００１１】
上記コンプレッサ１０は、内燃機関の排気のエネルギーを利用して過給を行う排気駆動式のターボチャージャの一部を構成している。詳しくは、ターボチャージャのタービンの内部にタービンホイールが配設されており、同タービンホイールがシャフト１５を介してコンプレッサインペラ２０と一体回転可能に連結されている。
【００１２】
こうしたターボチャージャでは、以下のようにして内燃機関への過給が行われる。
内燃機関から排出される排気のエネルギーによってタービンホイールが回転すると、コンプレッサインペラ２０も回転するようになる。このときコンプレッサ１０の内部では、図中に黒塗りの矢印で示すように、ダクト部１２に流入する空気がコンプレッサインペラ２０の回転による遠心力の作用によってディフューザ１４に送られる。そして、この空気は、ディフューザ１４において高圧・低速の流れに変換された後、上記スクロール通路１３を通じて内燃機関へと送られる。ターボチャージャ付きの内燃機関では、こうした排気の持つエネルギーを利用した過給を行うことで、その出力性能の向上が図られる。
【００１３】
ここで、上記コンプレッサ１０は、コンプレッサインペラ２０のシュラウド２３の外周面とハウジング１１のダクト部１２の内壁面との間に間隙を有している。そのため、コンプレッサ１０による過給によってハウジング１１内部におけるコンプレッサインペラ２０よりも下流側の部分の圧力が同上流側の部分の圧力よりも高くなったときに、その圧力差により、図中に白抜きの矢印で示すように、上記間隙を介したコンプレッサインペラ２０の下流側から上流側への空気の逆流が生じるおそれがある。
【００１４】
本実施形態では、そうした空気の逆流を抑えるために、コンプレッサインペラ２０のシュラウド２３の外周面に突出部が設けられている。
図２は、図１の矢印２方向から見たコンプレッサインペラ２０の平面構造を示している。また、図３はシュラウド２３を省略した状態のコンプレッサインペラ２０の斜視構造を示しており、図４はシュラウド２３が一体に設けられたコンプレッサインペラ２０の斜視構造を示している。
【００１５】
図２〜図４の何れかに示すように、シュラウド２３の外周面には、その回転方向外周側に向けて突出する形状の突出部２４が設けられている。この突出部２４は、複数の羽根２２とシュラウド２３との接合部分に沿って同突出部２４の稜線（図中に一点鎖線で示す）が延びる形状で延設されている。詳しくは、突出部２４は、シュラウド２３の外周面において、同シュラウド２３の回転方向における内周側の部分が上記接合部分になる部分に延設されている。
【００１６】
こうしたコンプレッサインペラ２０は以下に記載する「第１工程」〜「第５工程」を通じて形成される。
図５（ａ）〜（ｅ）は各工程におけるコンプレッサインペラ２０の状態を示している。
【００１７】
図５（ａ）に示すように、第１工程では、切削加工を通じて、シュラウド２３（図１参照）を備えていない状態、すなわちベース部２１と複数の羽根２２とが一体形成された状態のコンプレッサインペラ２０Ａが形成される。
【００１８】
図５（ｂ）に示すように、その後の第２工程では、コンプレッサインペラ２０Ａにおける複数の羽根２２によって挟まれる部分に中子樹脂材料Ｒが充填されて同部分が埋められる。
【００１９】
図５（ｃ）に示すように、その後の第３工程では、中子樹脂材料Ｒの表面におけるシュラウド２３を形成しようとする部分（図中に矢印Ｂで示す部分）が切削加工によって取り除かれる。
【００２０】
図５（ｄ）に示すように、その後の第４工程では、射出成形加工により、中子樹脂材料Ｒの表面にシュラウド２３が形成される。このときシュラウド２３は各羽根２２の回転方向外周側の端部に接合されて固定される。
【００２１】
図５（ｅ）に示すように、その後の第５工程では、中子樹脂材料Ｒが加熱されて溶解されるとともに、ベース部２１とシュラウド２３との間から取り除かれる。
なお本実施形態では、第４工程における射出成形後の温度低下に伴ってシュラウド２３が収縮する際に、シュラウド２３における各羽根２２の先端に接合された部分のみが回転方向内側への収縮が妨げられることにより、同シュラウド２３の表面に回転方向外周側に突出する形状の上記突出部２４が形成されるようになっている。具体的には、そうした構成が実現されるように、中子樹脂材料Ｒやシュラウド２３の形成材料が設定されるとともに、第４工程および第５工程における温度が管理される。このようにしてシュラウド２３を形成することにより、シュラウド２３の表面を切削加工によって複雑な形状に形成するなどといった煩雑な作業を行うことなく、羽根２２とシュラウド２３との接合部分に沿って延びる形状の突出部２４を容易に形成することができる。
【００２２】
こうした第１工程〜第５工程を通じて、シュラウド２３および突出部２４を有するコンプレッサインペラ２０が形成される。
以下、このようにしてシュラウド２３の表面に突出部２４を設けることによる作用を説明する。
【００２３】
図１に示すように、ハウジング１１のダクト部１２の内部において、シュラウド２３よりも回転方向内側の部分、すなわちベース部２１とシュラウド２３とに挟まれた部分では、コンプレッサインペラ２０と共に複数の羽根２２が回転することにより、同コンプレッサインペラ２０の上流側から下流側に向けて空気を圧送する力が発生する。
【００２４】
また、ハウジング１１のダクト部１２の内部におけるシュラウド２３よりも回転方向外側の部分、すなわちシュラウド２３の外周面とダクト部１２の内壁面との間に挟まれる部分では、コンプレッサインペラ２０と共にシュラウド２３外周面に形成された突出部２４が回転する。この突出部２４は複数の羽根２２との接合部分に沿って延びる形状であるため、同突出部２４の回転に伴って、各羽根２２の回転に伴い発生する力と同様に、シュラウド２３の外周面とダクト部１２の内壁面との間隙においてもコンプレッサインペラ２０の上流側から下流側に向けて空気を圧送する力が発生するようになる。
【００２５】
したがってコンプレッサ１０では、シュラウド２３外周面とダクト部１２内壁面との間隙を介してコンプレッサインペラ２０の下流側から上流側に空気が逆流しようとするとはいえ、その流れを、上記突出部２４の回転に伴い発生するコンプレッサインペラ２０の上流側から下流側に向けて空気を圧送する力によって打ち消すことができる。そのため、シュラウド２３外周面とハウジング１１内壁面との間隙を介した空気の逆流を好適に抑えることができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）シュラウド２３の外周面に、同シュラウド２３と複数の羽根２２との接合部分に沿って延びる形状の突出部２４を設けるようにした。そのため、シュラウド２３外周面とハウジング１１内壁面との間隙を介した空気の逆流を好適に抑えることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
以下、遠心圧縮機の第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２８】
本実施形態の遠心圧縮機と第１実施形態の遠心圧縮機とは、コンプレッサインペラのシュラウドの外面形状のみが異なる。詳しくは、第１実施形態ではシュラウド外周面に突出部２４（図２参照）が設けられているのに対し、本実施形態では、そうした突出部が形成されておらず、シュラウド外周面に複数の羽根が設けられている。なお以下では、シュラウド外周面に形成された複数の羽根以外の部分については第１実施形態と同一の構成であるため、同一の部分については同一の符号を付して示すとともにその詳細な説明を割愛する。
【００２９】
以下、図６〜図８を参照しつつ、コンプレッサインペラ３０のシュラウド２３外周面に形成される複数の羽根３４について詳細に説明する。なお図６はコンプレッサインペラ３０の斜視構造を示し、図７はコンプレッサインペラ３０の平面構造を示し、図８はコンプレッサインペラ３０の側面構造を示している。
【００３０】
図６〜図８の何れかに示すように、コンプレッサインペラ３０の外周面には、同コンプレッサインペラ３０の回転方向の外周側に向けて薄板状で突出する複数の羽根３４が形成されている。これら羽根３４は、ダクト部１２（図１参照）内部において、コンプレッサインペラ３０の回転に伴って同コンプレッサインペラ３０の上流側から下流側に空気を圧送する力を発生させることの可能な態様で、シュラウド２３の外周面において延びている。
【００３１】
コンプレッサインペラ３０では、その回転軸Ｌと直交する面に対するシュラウド２３外面の複数の羽根３４の延設角度（図中に「α」で示す角度）が、回転軸Ｌと直交する面に対するシュラウド２３内部の複数の羽根２２の延設角度（図中に「β」で示す角度）と比較して小さくなっている。
【００３２】
本実施形態のコンプレッサでは、コンプレッサインペラ３０の配設部分におけるダクト部１２の内径、コンプレッサインペラ３０のベース部２１の外径、およびシュラウド２３の外周面の外径が、いずれも下流側に向かうほど大きくなっている（図１参照）。そして、複数の羽根３４は、シュラウド２３外周面における下流側の部分には形成されず、同シュラウド２３の外周面における上流側の部分において延設されている。なお、これら羽根３４は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって形成されており、シュラウド２３の外周面に接着固定されている。
【００３３】
以下、このようにしてシュラウド２３の外周面に羽根３４を設けることによる作用効果を説明する。
本実施形態のコンプレッサでは、空気を圧送するうえで適切な形状の羽根３４がシュラウド２３の外面に設けられる。そのため、シュラウド２３外周面とダクト部１２内壁面との間隙に、コンプレッサインペラ３０の上流側から下流側に向けて空気を圧送する力であって、シュラウド２３の外周壁とダクト部１２の内壁面との間隙を介した空気の逆流を抑える力を適切に発生させることができる。
【００３４】
また本実施形態のコンプレッサでは、シュラウド２３外周面に複数の羽根３４が形成されるために、その分だけ回転に際してコンプレッサインペラ３０に作用する遠心力が増大してしまう。この点、本実施形態のコンプレッサでは、シュラウド２３外周面における上流側の部分、すなわち外径が小さい部分のみに複数の羽根３４が設けられている。そのため、シュラウド２３外周面の下流側の部分（外径が大きい部分）に羽根を形成するものと比較して、コンプレッサインペラ２０に作用する遠心力を小さくすることができ、同コンプレッサインペラ３０をバランスの良い構造にすることができる。
【００３５】
（第３実施形態）
以下、遠心圧縮機の第３実施形態について、第１実施形態および第２実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３６】
第１実施形態や第２実施形態の遠心圧縮機と本実施形態の遠心圧縮機とはコンプレッサインペラのシュラウドの外面形状のみが異なる。詳しくは、第１実施形態ではシュラウド２３外周面に突出部２４（図２参照）が設けられており、第２実施形態ではシュラウド２３外周面に複数の羽根３４（図６参照）が設けられているのに対して、本実施形態では、そうした突出部や羽根は形成されておらず、シュラウド２３外周面に螺旋状で延びる凸部が設けられている。なお以下では、シュラウド２３外周面に形成された凸部以外の部分については第１実施形態および第２実施形態と同一の構成であるため、同一の部分については同一の符号を付して示すとともにその詳細な説明を割愛する。
【００３７】
以下、図９を参照しつつ、コンプレッサインペラ４０のシュラウド２３外周面に形成される凸部４４について詳細に説明する。なお図９はコンプレッサインペラ４０の側面構造を示している。
【００３８】
図９に示すように、コンプレッサインペラ４０のシュラウド２３の外周面には、同コンプレッサインペラ４０の回転方向の外周側に向けて突出する凸部４４が形成されている。
この凸部４４は、詳しくは、シュラウド２３外周面の周囲全周において延びる螺旋状（詳しくは、ねじ状）に形成されている。螺旋状に形成される凸部４４の巻き方向は、ダクト部１２（図１参照）内部において、コンプレッサインペラ４０の回転に伴って同コンプレッサインペラ２０の上流側から下流側に空気を圧送する力を発生させるようになる方向に設定されている。具体的には、コンプレッサインペラ４０の回転軸Ｌに対する凸部４４の稜線の傾きが、同回転軸Ｌに対する複数の羽根２２の延設方向の傾きと、同一の方向（図９における右上がりの方向）になっている。
【００３９】
本実施形態では、前述した第４工程（図５（ｄ）参照）に準じた工程において、シュラウド２３および凸部４４が金型を用いた射出成形加工によって形成される。こうした工程を通じてコンプレッサインペラ４０が形成される場合には、射出成形加工によってシュラウド２３を形成した後に、同コンプレッサインペラ４０を回転させることによって金型から抜くことができる。
【００４０】
以下、このようにしてシュラウド２３の外周面に凸部４４を設けることによる作用効果を説明する。
本実施形態のコンプレッサでは、コンプレッサインペラ４０の回転に際して、シュラウド２３外周面とダクト部１２内壁面との間でねじ形状の凸部４４が回転するようになるため、同凸部４４が形成された部分がねじ式のポンプのように機能するようになる。そのため、シュラウド２３外周面とダクト部１２内壁面との間隙に、コンプレッサインペラ４０の上流側から下流側に向けて空気を圧送する力が発生するようになる。したがって本実施形態のコンプレッサでは、シュラウド２３外周面とダクト部１２内壁面との間隙を介してコンプレッサインペラ２０の下流側から上流側に空気が逆流しようとするとはいえ、その流れを、上記凸部４４の回転に伴い発生するコンプレッサインペラ４０の上流側から下流側に向けて空気を圧送する力によって打ち消すことができる。そのため、シュラウド２３外周面とハウジング１１内壁面との間隙を介した空気の逆流を好適に抑えることができる。
【００４１】
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第１実施形態において、突出部２４を、シュラウド２３外周面を切削加工することによって形成したり、別途形成した部材をシュラウド２３外周面に固定することによって配設したりしてもよい。
【００４２】
・第１実施形態において、突出部２４を、前記接合部分に沿って延びる形状で延設されるのであれば、接合部分から若干離れた位置で同接合部分と略平行に延びる形状で延設するなどしてもよい。こうした構成によっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
・第２実施形態において、羽根３４を形成する材料は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）に限らず、任意に変更することができる。
・第２実施形態において、別途形成した羽根３４をシュラウド２３外周面に固定することによって同羽根３４を配設することに限らず、シュラウド２３の外周面を切削加工することによって同シュラウド２３外周面に羽根３４を形成するようにしてもよい。
【００４４】
・第３実施形態において、凸部４４を、射出成形などの成形加工によって形成することの他、転造加工や切削加工などといった機械加工を通じて形成することもできる。
・上記各実施形態の遠心圧縮機は、排気駆動式のターボチャージャのコンプレッサに限らず、ハウジングの内部にクローズドタイプのインペラが配設される構造の遠心圧縮機であれば適用することができる。
【００４５】
・上記各実施形態の遠心圧縮機は、空気以外の他の流体を圧送する遠心圧縮機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０…コンプレッサ、１１…ハウジング、１２…ダクト部、１３…スクロール通路、１４…ディフューザ、１５…シャフト、２０，３０，４０…コンプレッサインペラ、２１…ベース部、２２…羽根、２３…シュラウド、２４…突出部、３４…羽根、４４…凸部。
【図１】
2015117664.tif 000003
【図２】
2015117664.tif 000004
【図３】
2015117664.tif 000005
【図４】
2015117664.tif 000006
【図５】
2015117664.tif 000007
【図６】
2015117664.tif 000008
【図７】
2015117664.tif 000009
【図８】
2015117664.tif 000010
【図９】
2015117664.tif 000011