(57)【要約】  本発明の遠心圧縮機インペラは、羽根（３）と、前面（２ｃ）に羽根（３）が設けられ、背面（２ｅ）に羽根（３）とは反対の方向に突出する軸部（２ｄ）を含むディスク（２）と、を有し、ディスク（２）の背面（２ｅ）に設けられた流体軸受の軸受面（１０）が、軸部（２ｄ）の底面または内壁面よりも遠心圧縮機インペラの回転中心から遠い箇所に設けられている。
2015146755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根と、
前面に前記羽根が設けられ、背面に前記羽根とは反対の方向に突出する軸部を含むディスクと、を有する遠心圧縮機インペラであって、
前記ディスクの前記背面に設けられた流体軸受の軸受面が、前記軸部の底面または内壁面よりも前記遠心圧縮機インペラの回転中心から遠い箇所に設けられている、遠心圧縮機インペラ。
【請求項２】
前記ディスクの前記背面及び前記軸部の外周面の少なくとも一方に、前記ディスクの他の領域よりも表面粗さが小さく加工された前記流体軸受の前記軸受面が設けられている、請求項１に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項３】
前記ディスクの前記背面に、前記軸受面として、前記回転中心を中心とする環状のスラスト軸受面が設けられている請求項１に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項４】
前記軸部の外周面の全周に、前記軸受面として、ラジアル軸受面が設けられている請求項１に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項５】
前記軸部の外周面の全周に、前記軸受面として、ラジアル軸受面が設けられており、前記スラスト軸受面及び前記ラジアル軸受面が前記軸部の前記底面及び前記内壁面よりも前記回転中心から遠い箇所に設けられている請求項３に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項６】
前記ラジアル軸受面は、隣接領域よりも小径に形成されている請求項４に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項７】
前記ラジアル軸受面は、隣接領域よりも小径に形成されている請求項５に記載の遠心圧縮機インペラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機インペラに関する。
本願は、２０１４年３月２４日に日本に出願された特願２０１４−０６０６０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機インペラの製造では、遠心圧縮機インペラの回転安定性を向上させるためのバランス調整を行っている。このバランス調整では、実際に遠心圧縮機インペラを回転させてその挙動を確認している。例えば、以下の特許文献１には、バランス調整のために遠心圧縮機インペラを回転させるにあたり、遠心圧縮機インペラを支持する支持装置が開示されている。【０００３】
特許文献１に開示された支持装置では、ディスクの背面に設けられた軸部の先端面及び内壁面を流体軸受の軸受面としている。より詳細には、軸部が下方に向いた姿勢で設置される遠心圧縮機インペラの軸部の先端面（底面）を流体軸受のスラスト軸受面とし、円筒状の軸部の内壁面を流体軸受のラジアル軸受面とする。これらのスラスト軸受面及びラジアル軸受面と支持装置との間に流体を供給することで遠心圧縮機インペラを回転可能に支持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２００５−１７２５３８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、軸受面である軸部の先端面及び軸部の内壁面は、遠心圧縮機インペラの中心軸線（回転中心）に極めて近い箇所に配置されている。バランス調整のための回転中は、これらの先端面及び軸部の内壁面のみで遠心圧縮機インペラが支持されるが、これらの軸部の先端面及び軸部の内壁面は中心軸線（回転中心）に近いため、遠心圧縮機インペラの回転が不安定となる可能性がある。特に大型の遠心圧縮機インペラでは、遠心圧縮機インペラの重心が軸部よりも上方に位置するので回転が不安定となりやすい。【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、バランス調整時において従来よりも安定して回転する遠心圧縮機インペラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る第１の態様は、羽根と、前面に前記羽根が設けられ、背面に前記羽根とは反対の方向に突出する軸部を含むディスクと、を有する遠心圧縮機インペラであって、前記ディスクの前記背面に設けられた流体軸受の軸受面が、前記軸部の底面または内壁面よりも前記遠心圧縮機インペラの回転中心から遠い箇所に設けられている、遠心圧縮機インペラ。
また、本発明に係る第２の態様は、前記第１の態様に係る遠心圧縮機インペラにおいて、前記ディスクの前記背面及び前記軸部の外周面の少なくとも一方に、前記ディスクの他の領域よりも表面粗さが小さく加工された前記流体軸受の前記軸受面が設けられている。
また、本発明に係る第３の態様は、前記第１の態様に係る遠心圧縮機インペラにおいて、前記ディスクの前記背面に、前記軸受面として、前記回転中心を中心とする環状のスラスト軸受面が設けられている。
また、本発明に係る第４の態様は、前記第１の態様に係る遠心圧縮機インペラにおいて、前記軸部の外周面の全周に、前記軸受面として、ラジアル軸受面が設けられている。
また、本発明に係る第５の態様は、前記第３の態様に係る遠心圧縮機インペラにおいて、前記軸部の外周面の全周に、前記軸受面として、ラジアル軸受面が設けられており、前記スラスト軸受面及び前記ラジアル軸受面が前記軸部の前記底面及び前記内壁面よりも前記回転中心から遠い箇所に設けられている。
また、本発明に係る第６の態様は、前記第４または第５の態様に係る遠心圧縮機インペラにおいて、前記ラジアル軸受面は、隣接領域よりも小径に形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軸受面が従来技術における軸部の先端面及び軸部の内壁面よりも中心軸線（回転中心）から遠い箇所に配置されているため、バランス調整時において遠心圧縮機インペラが従来よりも安定して回転する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による遠心圧縮機インペラの縦断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による遠心圧縮機インペラの下面図である。
【図２Ａ】スラスト軸受面の一部を含む拡大断面図である。
【図２Ｂ】ラジアル軸受面の一部を含む拡大断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による遠心圧縮機インペラを支持した状態を示す模式図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による遠心圧縮機インペラを支持した状態を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態による遠心圧縮機インペラの変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による遠心圧縮機インペラについて詳細に説明する。図１Ａは、本発明の一実施形態による遠心圧縮機インペラの縦断面図であり、図１Ｂは、本発明の一実施形態による遠心圧縮機インペラの下面図である。図１Ａおよび図１Ｂに示す通り、本実施形態の遠心圧縮機インペラ１は、ディスク２と、羽根３とから構成されている。
【００１１】
ディスク２は、遠心圧縮機に組み込まれたときにモータやタービンの出力軸に接続され、出力軸の回転に伴って回転駆動される。ディスク２は、羽根３を支持するベースとなる。ディスク２は、図１Ａに示すように、最大外径部２ａから先端部２ｂを繋ぐ湾曲状の前面２ｃと、最大外径部２ａから軸部２ｄを繋ぐ背面２ｅとを有し、中心軸線Ｌを回転中心とする回転体である。
【００１２】
ディスク２の背面２ｅの中央には、軸部２ｄが背面２ｅから中心軸線Ｌの方向において羽根３とは反対の方向に突出して設けられている。また、軸部２ｄは、軸部２ｄの先端に開口する締結穴２ｄ１を有する円筒状の部位である。このような軸部２ｄの締結穴２ｄ１にモータ等の出力軸が挿入された状態で、軸部２ｄとモータ等とが締結される。
【００１３】
羽根３は、ディスク２の前面２ｃに対して中心軸線Ｌ周りに間隔を空けて複数設けられている。羽根３は、ディスク２が回転駆動されることによって流体を圧縮すると共に加速させる。
【００１４】
また、本実施形態の遠心圧縮機インペラ１では、ディスク２の背面２ｅ及び軸部２ｄの外周面２ｄ２に流体軸受の軸受面１０が設けられている。軸受面１０は、軸受面１０を除くディスク２の他の領域（例えば、前面２ｃや背面２ｅ）よりも表面粗さを小さくするように表面加工が施されている。例えば、軸受面１０における表面粗さ（算術平均粗さ）は３．２μｍ、他の領域の表面粗さ（算術平均粗さ）は６．３μｍである。
【００１５】
ディスク２の背面２ｅに設けられた軸受面１０は、バランス調整のときに軸部２ｄを下方に向けた姿勢で配置される遠心圧縮機インペラ１をスラスト方向（図１Ａの上下方向）から支えるスラスト軸受面１１である。つまり、本実施形態の遠心圧縮機インペラ１では、ディスク２の背面２ｅに、軸受面１０として、スラスト軸受面１１が設けられている。
【００１６】
スラスト軸受面１１は、図１Ｂに示すように、中心軸線Ｌを中心として環状に設けられており、遠心圧縮機インペラ１が軸部２ｄを下方に向けた姿勢（すなわちバランス調整時の姿勢）とされたときに下方を向くように形成されている。このようなスラスト軸受面１１の平面度は、例えば、１００μｍ以下である。
【００１７】
図２Ａは、スラスト軸受面１１の一部を含む拡大断面図である。図２Ａに示すように、スラスト軸受面１１は、スラスト軸受面１１が設けられない場合の本来の背面位置２ｅ１に対して下方に突出された突出部２ｆの下面として設けられている。スラスト軸受面１１は、例えば、突出部２ｆの下面に対して研磨等の表面加工を行うことによって形成される。
【００１８】
軸部２ｄの外周面２ｄ２に設けられた軸受面１０は、バランス調整のときに遠心圧縮機インペラ１をラジアル方向（スラスト方向と直交する方向）から支えるラジアル軸受面１２である。つまり、本実施形態の遠心圧縮機インペラ１では、軸部２ｄの外周面２ｄ２に、軸受面１０として、円筒状のラジアル軸受面１２が設けられている。
【００１９】
ラジアル軸受面１２は、図１Ｂに示すように、遠心圧縮機インペラ１が軸部２ｄを下方に向けた姿勢（すなわちバランス調整時の姿勢）とされたときに側方を向くように形成されており、軸部２ｄの外周面２ｄ２の全周に亘って設けられている。ラジアル軸受面１２の真円度は、例えば、５０μｍ以下である。
【００２０】
図２Ｂは、ラジアル軸受面１２の一部を含む拡大断面図である。図２Ｂに示すように、ラジアル軸受面１２は、隣接領域Ｒよりも小径に形成されている。このようにラジアル軸受面１２が小径に形成されることによって、ラジアル軸受面１２とその上部の隣接領域Ｒとの境界部には、段差部１３が形成されている。
【００２１】
次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、バランス調整を行うときの本実施形態の遠心圧縮機インペラ１の支持方法について説明する。図３Ａは、図１Ａに対して模式的に示す支持装置の一部を追加した図である。また、図３Ｂは、図１Ｂに対して模式的に示す支持装置の一部を追加した図である。
【００２２】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、バランス調整を行うときには、スラスト軸受面１１に対向して、第１流体噴射部２０が配置される。第１流体噴射部２０は、スラスト軸受面１１の下方に配置され、スラスト軸受面１１に向けて流体（例えば、空気や油）を噴射する。また、図３Ｂに示すように、第１流体噴射部２０は、中心軸線Ｌの回りに環状に設けられたスラスト軸受面１１の途中４か所に対向するように配置されている。第１流体噴射部２０は、スラスト軸受面１１と対をなして流体軸受を構成する。
【００２３】
また、バランス調整を行うときには、ラジアル軸受面１２に対向して、第２流体噴射部３０が配置される。第２流体噴射部３０は、ラジアル軸受面１２の軸部２ｄの径方向外側に配置され、ラジアル軸受面１２に向けて、第１流体噴射部２０と同じ流体を噴射する。また、図３Ｂに示すように、第２流体噴射部３０は、軸部２ｄを囲うように、間隔を空けて４か所に配置されている。このような第２流体噴射部３０は、ラジアル軸受面１２と対をなして流体軸受を構成する。
【００２４】
そして、第１流体噴射部２０からスラスト軸受面１１の４箇所に向けて流体が噴射され、第２流体噴射部３０からラジアル軸受面１２の４箇所に向けて流体が噴射され、この状態で遠心圧縮機インペラ１を回転させる。例えば、不図示の駆動装置によって水平方向にから羽根３に向けて圧縮空気を吹き付けることにより遠心圧縮機インペラ１を回転させる。これによって、支持装置とスラスト軸受面１１との間、及び、支持装置とラジアル軸受面１２との間に液膜が形成され、遠心圧縮機インペラ１が極めて低摩擦の状態で回転する。
【００２５】
なお、第１流体噴射部２０から噴射された流体は、第１流体噴射部２０とスラスト軸受面１１との間を流れて第１流体噴射部２０の周囲に排出される。また、第２流体噴射部３０ら噴射された流体は、第２流体噴射部３０とラジアル軸受面１２との間を流れ、第２流体噴射部３０同士の間から排出される。このため、第１流体噴射部２０及び第２流体噴射部３０において流体が滞留することはない。
【００２６】
以上のような本実施形態の遠心圧縮機インペラ１によれば、ディスク２の背面２ｅ及び軸部２ｄの外周面２ｄ２に流体軸受の軸受面１０が形成されている。これらの軸受面１０は、従来、軸受面とされていた軸部２ｄの先端面及び軸部２ｄの内壁面よりも回転中心である中心軸線Ｌから遠い箇所に配置されているため、バランス調整時において遠心圧縮機インペラ１は従来よりも安定して回転する。
【００２７】
また、本実施形態の遠心圧縮機インペラ１においては、ディスク２の背面２ｅに、軸受面１０として、中心軸線Ｌを中心とする環状のスラスト軸受面１１が設けられている。このような本実施形態の遠心圧縮機インペラ１によれば、回転半径方向において従来よりも中心軸線Ｌから離れた箇所で遠心圧縮機インペラ１の重量を支えることができ、これによって遠心圧縮機インペラ１はより安定して回転する。また、スラスト軸受面１１が中心軸線Ｌを囲うように途切れなく設けられるので、遠心圧縮機インペラ１はさらに安定して回転する。
【００２８】
また、本実施形態の遠心圧縮機インペラ１においては、軸部２ｄの外周面２ｄ２の全周に、軸受面１０として、ラジアル軸受面１２が設けられている。このような本実施形態の遠心圧縮機インペラ１によれば、軸部２ｄの全周に途切れなくラジアル軸受面１２が設けられているため、遠心圧縮機インペラ１はより安定して回転する。
【００２９】
また、本実施形態の遠心圧縮機インペラ１においては、軸部２ｄを削ることによってラジアル軸受面１２が隣接領域Ｒよりも小径に形成されている。このため、ラジアル軸受面１２の形成が容易である。
【００３０】
さらに、ラジアル軸受面１２が隣接領域Ｒよりも小径に形成されていることにより、図２Ｂに示すように段差部１３が設けられている。このため、ラジアル軸受面１２に向けて噴射された流体がラジアル軸受面１２で方向を変えて段差部１３に衝突することによって、遠心圧縮機インペラ１を持ち上げる力が発生する。よって、スラスト軸受面１１への負荷を低減することが可能となる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態による遠心圧縮機インペラ１について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態で説明した遠心圧縮機インペラ１は、軸受面１０として、ディスク２の背面２ｅに設けられたスラスト軸受面１１と、軸部２ｄの外周面２ｄ２に設けられたラジアル軸受面１２とを備えている。しかしながら、図４に示すように、軸部２ｄの外周面２ｄ２にラジアル軸受面１２を設けずに、軸部２ｄの内壁面２ｄ３にラジアル軸受面１２を設けても良い。この場合には、図４に示すように、締結穴２ｄ１に挿入される第３流体噴射部４０から流体をラジアル軸受面１２に噴射することで、回転中の遠心圧縮機インペラ１を低摩擦状態で支持する。
【００３２】
また、上記実施形態で説明した遠心圧縮機インペラ１は、スラスト軸受面１１が突出部２ｆの下面に設けられる。しかしながら、例えば、突出部２ｆに換えて凹部を設け、この凹部の底にスラスト軸受面を形成するようにしても良い。
【００３３】
また、上記実施形態で説明した遠心圧縮機インペラ１は、ラジアル軸受面１２が隣接領域Ｒよりも小径に形成されている。しかしながら、例えば、軸部２ｄの外周面を隣接領域Ｒよりも大径に形成しても良い。
【００３４】
また、上記実施形態で説明した遠心圧縮機インペラ１は、軸受面１０として、ディスク２の背面２ｅに設けられたスラスト軸受面１１と、軸部２ｄの外周面２ｄ２に設けられたラジアル軸受面１２とを両方備えている。しかしながら、例えば、上述したスラスト軸受面１１とラジアル軸受面１２とのいずれか一方のみを設け、他方のスラスト軸受面及びラジアル軸受面は従来と同様の位置に設けるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、バランス調整時において従来よりも安定して回転する遠心圧縮機インペラを提供することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１…遠心圧縮機インペラ
２…ディスク
２ａ…最大外径部
２ｂ…先端部
２ｃ…前面
２ｄ…軸部
２ｄ１…締結穴
２ｄ２…外周面
２ｄ３…内壁面
２ｅ…背面
２ｅ１…背面位置
２ｆ…突出部
３…羽根
１０…軸受面
１１…スラスト軸受面
１２…ラジアル軸受面
１３…段差部
２０…第１流体噴射部
３０…第２流体噴射部
４０…第３流体噴射部
Ｌ…中心軸線
Ｒ…隣接領域
【図１Ａ】
2015146755.tif 000003
【図１Ｂ】
2015146755.tif 000004
【図２Ａ】
2015146755.tif 000005
【図２Ｂ】
2015146755.tif 000006
【図３Ａ】
2015146755.tif 000007
【図３Ｂ】
2015146755.tif 000008
【図４】
2015146755.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月4日(2017.1.4)
【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】
羽根と、
前面に前記羽根が設けられ、背面に前記羽根とは反対の方向に突出する軸部を含むディスクと、を有する遠心圧縮機インペラであって、
前記ディスクの前記背面に設けられた流体軸受の軸受面が、前記軸部の底面または内壁面よりも前記遠心圧縮機インペラの回転中心から遠い箇所に設けられており、
前記ディスクの前記背面に、前記軸受面として、前記回転中心を中心とする環状のスラスト軸受面が設けられ、前記スラスト軸受面は前記背面に対して下方に突出された突出部または前記背面に対する凹部を有する、遠心圧縮機インペラ。
【請求項２】
前記ディスクの前記背面及び前記軸部の外周面の少なくとも一方に、前記ディスクの他の領域よりも表面粗さが小さく加工された前記流体軸受の前記軸受面が設けられている、請求項１に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項３】
前記軸部の外周面の全周に、前記軸受面として、ラジアル軸受面が設けられている請求項１に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項４】
前記軸部の外周面の全周に、前記軸受面として、ラジアル軸受面が設けられており、前記スラスト軸受面及び前記ラジアル軸受面が前記軸部の前記底面及び前記内壁面よりも前記回転中心から遠い箇所に設けられている請求項１に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項５】
前記ラジアル軸受面は、隣接領域よりも小径に形成されている請求項３に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項６】
前記ラジアル軸受面は、隣接領域よりも小径に形成されている請求項４に記載の遠心圧縮機インペラ。
【請求項７】
前記スラスト軸受面の平面度は１００μｍ以下である、請求項１に記載の遠心圧縮機インペラ。
【国際調査報告】
2015146755.tif 000010
2015146755.tif 000011
2015146755.tif 000012
2015146755.tif 000013