(57)【要約】【課題】より一層効率を向上させることができる圧縮機用の可変ディフューザを提供すること。【解決手段】ハウジング内で回転するインペラの外周端から吐出される気流を減速して動圧を静圧に回復させるディフューザ通路３３がハブ側壁面３２ａとシュラウド側壁面３１ａとの間に形成され、ディフューザ通路３３にディフューザ翼が設けられている可変ディフューザ３０において、ハブ側壁面３２ａ及びシュラウド側壁面３１ａを形成する固定円板３１及び可動円板３２にディフューザ翼である固定翼３５及び可動翼３４を円周方向へ交互に固定するとともに、可動円板３２をインペラの回転と同軸に回動させる駆動装置４０を設けた。【選択図】図１
2008111368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内で回転するインペラの外周端から吐出される気流を減速して動圧を静圧に回復させるディフューザ通路がハブ側壁面とシュラウド側壁面との間に形成され、前記ディフューザ通路にディフューザ翼が設けられている可変ディフューザにおいて、
前記ハブ側壁面及び前記シュラウド側壁面を形成する壁面部材に前記ディフューザ翼を円周方向へ交互に固定するとともに、前記壁面部材のいずれか一方を前記インペラの回転と同軸に回動させる駆動手段を設けたことを特徴とする可変ディフューザ。
【請求項２】
前記駆動手段により回動する前記壁面部材の可動範囲が、固定側の壁面部材に固定されて隣接するディフューザ翼間の全幅にわたるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の可変ディフューザ。
【請求項３】
前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の入口半径（Ｒ１）が、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の入口半径（Ｒ２）より大きく（Ｒ１＞Ｒ２）設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変ディフューザ。
【請求項４】
前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk1）が、同一半径位置において前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk2）より小さく（αk1＜αk2）設定されていることを特徴とする請求項３に記載の可変ディフューザ。
【請求項５】
前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk1）が、同一半径位置において前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk2）より大きく（αk1＞αk2）設定されていることを特徴とする請求項３に記載の可変ディフューザ。
【請求項６】
前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼が小弦節比翼であることを特徴とする請求項３に記載の可変ディフューザ。
【請求項７】
前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の後縁半径（Ｒ３）が、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の後縁半径（Ｒ４）より大きく（Ｒ３＞Ｒ４）設定されていることを特徴とする請求項６に記載の可変ディフューザ。
【請求項８】
固定側と回動側とが逆に設定されていることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の可変ディフューザ。
【請求項９】
前記駆動手段は、前記壁面部材の固定側に対し、前記壁面部材の回動側が隙間形成位置と隙間低減位置との間を往復移動する摺動機構部を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の可変ディフューザ。
【請求項１０】
ハウジング内で回転するインペラの外周端に請求項１から請求項９のいずれかに記載の可変ディフューザを備えていることを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば遠心圧縮機や斜流圧縮機等に適用される可変ディフューザ、及びこの可変ディフューザを備えた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば自動車用の内燃機関に使用されるターボチャージャ等の遠心圧縮機が知られている。
図１７は、従来の遠心圧縮機の要部を示す断面図である。図示の遠心圧縮機１０は、ハウジング１１内で多数のブレード１２を備えたインペラ１３が回転することにより、ハウジング１１の外部から導入したガスや空気等の流体を圧縮する。こうして形成された流体の流れ（気流）は、インペラ１３の外周端となるインペラ出口（以下では、「ディフューザ入口」とも呼ぶ）１４，ディフューザ１５及び図示省略のスクロールを通って外部へ送出される。なお、図中の符号１６は、インペラ１３が回転する軸中心線である。
【０００３】
上述したディフューザ１５は、インペラ出口１４とスクロールとの間に設けられた気流の通路であり、インペラ出口１４から吐出される気流を減速させることで動圧を静圧に回復させる機能を有している。このディフューザ１５は、通常一対の対向した壁面で形成されており、以下の説明では、対向する一対の壁面の一方をシュラウド側壁面１７と呼び、他方をハブ側壁面１８と呼ぶ。
そして、上述したディフューザ１５には、たとえば図１８に示すようなディフューザ翼（以下、「ベーン」と呼ぶ）１９を備えたベーンドディフューザと、ベーン１９を持たないベーンレスディフューザとがある。
【０００４】
ベーンドディフューザを備えている一般の遠心圧縮機は、ベーン１９が不動の固定翼ディフューザを採用している。しかし、遠心圧縮機の流量範囲拡大を必要とする場合には、ベーン１９を可動にして、図２０に示す翼前縁角度βｋ（以下、「翼角βｋ」と呼ぶ）を変化させることができる可変ディフューザを採用している。
可変ディフューザの一般的な構造は、たとえば図１８に示すように、ベーン１９にピボット軸２０を設けてシュラウド側壁面１７及びハブ側壁面１８に支持させるとともに、このピボット軸２０を中心にベーン１９を回動させて翼角βｋを変化させるものである。
【０００５】
このような可変ディフューザについては、簡易な構造で複数のディフューザ羽根の角度を可変とする駆動装置が提案されている。この駆動装置は、アクチュエータ等により回転する大歯車と、大歯車に噛合する複数の歯車とを備えており、各歯車に連結されたディフューザ羽根を回転させて角度を変化させるものである。（たとえば、特許文献１参照）
さらに、羽根付ディフューザを備えた遠心圧縮機においては、小流量側の作動を拡大することを目的として、回転自在な第２の静止翼を設けることが提案されている。（たとえば、特許文献２，３参照）
【特許文献１】特開平７−３１０６９７号公報
【特許文献２】特許第２８６５８３４号公報
【特許文献３】特許第３５１３７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、可変ディフューザのベーン１９については、ベーン翼形状を設計する場合、所望の流量変化範囲内で中間となる形状に設定される。従って、ピボット軸２０を中心にベーン１９を回動させ、翼角βｋを可変とする従来の可変ディフューザでは、図１９に示すような特性の変化が生じる。すなわち、サージ流量Ｑｓとチョーク流量Ｑｃとにより規定される流量範囲は、たとえば図２０に示すように、ベーン１９を最大翼角度βmax から最小翼角度βmin まで回動範囲θの範囲内で回動させることにより、各々に対応するサージ流量Ｑｓ及びチョーク流量Ｑｃの変動分だけ大きく広がることとなる。
【０００７】
しかし、上述した流量範囲（流量変化が可能な範囲）を大きく広げて設定する場合、図２１に示すように、流れ角度βとベーン１９の翼角βｋとがそれぞれ異なった傾きの変化をする。このため、小流量領域及び大流量領域においてインシデンス（Ｉｎ）が大きくなるので、損失の増加により効率が低下するという問題を有している。なお、インシデンスは、翼前縁角度βｋと流れ角度βとの差によって定義される値である。
また、回動式の可変ディフューザ構造は、ベーン１９のスムーズな回動を可能にするため、ベーン１９の両側端とシュラウド側壁面１７及びハブ側壁面１８との間に隙間δ（図１８参照）が設けられている。このため、隙間δを通って流れる気流の漏れを生じることになるので、全流量範囲にわたって効率が低下するという問題も指摘されている。
【０００８】
このように、従来の可変ディフューザは、インシデンスが大きくなることや隙間δからの漏れにより、効率が低下するという問題を有しているので、この問題を解消してより一層効率を向上させることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より一層効率を向上させることができる可変ディフューザ及びこの可変ディフューザを備えた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】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る可変ディフューザは、ハウジング内で回転するインペラの外周端から吐出される気流を減速して動圧を静圧に回復させるディフューザ通路がハブ側壁面とシュラウド側壁面との間に形成され、前記ディフューザ通路にディフューザ翼が設けられている可変ディフューザにおいて、前記ハブ側壁面及び前記シュラウド側壁面を形成する壁面部材に前記ディフューザ翼を円周方向へ交互に固定するとともに、前記壁面部材のいずれか一方を前記インペラの回転と同軸に回動させる駆動手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
このような可変ディフューザによれば、ハブ側壁面及びシュラウド側壁面を形成する壁面部材にディフューザ翼を円周方向へ交互に固定するとともに、壁面部材のいずれか一方をインペラの回転と同軸に回動させる駆動手段を設けたので、可動側の壁面部材を回動させることにより、翼前縁角度を変動させることなくスロート面積を変化させることができる。また、ディフューザ翼とハブ側壁面及びシュラウド側壁面との間に形成される隙間δは、いずれか一方の面のみとなるため減少する。
この場合、前記駆動手段により回動する前記壁面部材の可動範囲は、固定側の壁面部材に固定されて隣接するディフューザ翼間の全幅にわたるように設定されていることが好ましい。
【００１１】
上記の発明において、前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の入口半径（Ｒ１）は、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の入口半径（Ｒ２）より大きく（Ｒ１＞Ｒ２）設定されていることが好ましく、これにより、重なり合った翼の前縁厚さが増すことを防止できる。
【００１２】
上記の発明において、前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk1）は、同一半径位置において前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk2）より小さく（αk1＜αk2）設定されていることが好ましく、これにより、２枚の翼が重なった状態における平均的な翼前縁角度を減少させることができる。
【００１３】
上記の発明において、前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk1）は、同一半径位置において前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk2）より大きく（αk1＞αk2）設定されていることが好ましく、これにより、２枚の翼が重なり合った状態における平均的な翼前縁角度を増加させることができる。
【００１４】
上記の発明において、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼は小弦節比翼であることが好ましく、これにより、小弦節比翼の特性を維持しながら小流量時の特性を向上させることができる。
この場合、前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の後縁半径（Ｒ３）は、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の後縁半径（Ｒ４）より大きく（Ｒ３＞Ｒ４）設定されていることが好ましく、これにより、流量範囲のワイドレンジ化と高圧力比とを同時に達成することができる。
【００１５】
上記の発明においては、固定側と回動側ととの設定を逆にしてもよい。
すなわち、壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の入口半径（Ｒ２）は、壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の入口半径（Ｒ１）より大きく（Ｒ２＞Ｒ１）設定してもよい。
また、壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk2）は、同一半径位置において壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度（αk1）より小さく（αk2＜αk1）設定してもよい。
また、壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼を小弦節比翼としてもよい。
また、壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の後縁半径（Ｒ４）は、壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の後縁半径（Ｒ３）より大きく（Ｒ４＞Ｒ３）設定してもよい。
【００１６】
上記の発明において、前記駆動手段は、前記壁面部材の固定側に対し、前記壁面部材の回動側が隙間形成位置と隙間低減位置との間を往復移動する摺動機構部を備えていることが好ましく、これにより、隙間δを最小にして効率を向上させることができる。
【００１７】
本発明に係る圧縮機は、ハウジング内で回転するインペラの外周端に請求項１から請求項９のいずれかに記載の可変ディフューザを備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
このような圧縮機によれば、インシデンスが大きくなることや隙間δからの漏れによる効率低下を解消し、より一層効率を向上させることができる可変ディフューザを備えた圧縮機となる。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明によれば、可動側の翼前縁角度を変動させることなくスロート面積を変化させることができるので、インシデンスの増大による効率低下を解消することができ、従って、より一層効率が向上した可変ディフューザ及びこの可変ディフューザを備えた圧縮機を提供することができる。
また、ディフューザ翼とハブ側壁面及びシュラウド側壁面との間に形成される隙間δがいずれか一方の面のみになって減少するので、隙間δからの漏れによる効率低下を解消することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る可変ディフューザ及び圧縮機の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に示す可変ディフューザ３０は、たとえば遠心圧縮機や斜流圧縮機等のハウジング内で回転するインペラの外周端から吐出される気流を減速することにより、気流の動圧を静圧に回復させるものである。この可変ディフューザ３０は、対向するシュラウド側壁面３１ａとハブ側壁面３２ａとの間にディフューザ通路３３が形成されるとともに、ディフューザ通路３３内に可動ディフューザ翼（以下、「可動翼」と呼ぶ）３４及び固定ディフューザ翼（以下、「固定翼」と呼ぶ）３５が設けられている。
なお、ここではシュラウド側壁面３１ａに可動翼３４を設けて可動とするが、ハブ側壁面３２ａに可動翼３４を設けて可動としてもよい。
【００２１】
可動ディフューザ３０の構成を具体的に説明すると、可動翼３４がシュラウド側壁面３１ａを形成する可動円板（壁面部材）３１に固定され、固定翼３５がハブ側壁面３２ａを形成する固定円板（壁面部材）３２に固定されている。可動翼３４及び固定翼３５は同じ翼形状とされ、シュラウド側壁面３１ａ及びハブ側壁面３２ａに対し、各々同数の複数枚（翼枚数Ｎ）が円周方向へ所定のピッチで配置されている。
図１（ａ）は、対向する一対の可動円板３１及び固定円板３２が分離された状態を示している。この状態から、可動円板３１及び固定円板３２は、シュラウド側壁面３１ａの可動翼３４とハブ側壁面３２ａの固定翼３５とが、所定の基準位置において円周方向へ等ピッチで交互に配置されるように、図中に矢印で示す組合せ方向へスライドして一体化される。すなわち、可動円板３１及び固定円板３２が一体化された組立状態では、所定の基準位置において、可動翼３１と固定翼３２とが周方向へ交互に等ピッチで配列されている。なお、図１（ｂ）の断面図は、可動円板３１及び固定円板３２を一体化して形成されるディフューザ通路３３について、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示したものである。
【００２２】
可動円板３１側には、可動円板３１をインペラの回転と同軸の回動方向（図中に白抜矢印で示す）において、所定の回動範囲θを回動させるための駆動装置４０が設けられている。この駆動装置４０は、たとえば可動円板３１の上端部に設けたギア駆動部４１と、下端部に設けた摺動機構部４５とにより構成されている。この場合の回動範囲θは、可動翼３１及び固定翼３２が上述した所定の基準位置で周方向へ交互に配列されているピッチと比較して、翼の厚さ分の差は生じるものの実質的に略２倍となる。換言すれば、可動範囲θは、隣接する固定翼３５の翼間全幅となる。
【００２３】
ギア駆動部４１は、可動円板３１の上端面に形成したラックギア部４２とピニオンギア４３とを噛合させた構成とされる。なお、ピニオンギア４３は、電動機（不図示）等の駆動源に連結されており、必要に応じて所望の方向へ回動可能とされる。
摺動機構部４５は、ハウジング１１に対して可動円板３１が周方向へ摺動可能に連結されている部分である。図示の例では、ハウジング１１に形成した凸状のガイドレール４６と、可動円板３１の下端面に形成した凹溝部４７とを嵌合させ、可動円板３１がガイドレール４６に沿って摺動するように構成されている。このような摺動機構部４５は、ディフューザ通路３３の出口で静圧を回復した高圧の気流が、可動円板３１の背面からディフューザ通路３３の入口側へ漏出しないようにするため、ガイドレール４６と凹溝部４７との間に図示しない漏れ止め対策が施されている。
【００２４】
この結果、可動円板３１は、ギア駆動部４１のピニオンギア４３を回動させることにより、摺動機構部４５に導かれてインペラの回転軸と同軸に回動するので、不動の固定円板３２に対して相対的に移動する。そして、可動円板３１と一体の可動翼３４は、基準位置から周方向両側へ可動範囲θの範囲内で移動する。すなわち、可動翼３４は、等ピッチで配列された基準位置から回動することにより隣接する両側の固定翼３５へ向けて移動し、図１（ｂ）に想像線で示すように、可動翼３４の圧力面が隣接する固定翼３５の負圧面に接する位置から、可動翼３４の負圧面が隣接する固定翼３５の圧力面に重なるように接する位置まで、翼の角度を変更することなしに、可動範囲θの範囲で回動可能となる。
【００２５】
可動翼３４の可動範囲θについて、図２に基づいてより具体的に説明する。
図２（ａ）は、可動翼３４が基準位置にある場合を示している。この状態において、同じ翼形状とした可動翼３４及び固定翼３５は、各々同数（Ｎ枚）が周方向へ等ピッチに配置されている。この状態では、可動翼３４の両側に隣接している固定翼３５との翼間に形成されるスロートＡ11及びＡ12が等しくなる。このため、可変ディフューザ３０のスロート面積は、可動翼３４の両側に形成されるスロートの合計値（Ａ11＋Ａ12）に可動翼３４の枚数Ｎを掛け合わせた値となる。
【００２６】
図２（ｂ）は、可動翼３４が固定翼３５の圧力面に接した状態を示している。この状態では、翼どうしがどこかで接しているので、スロートＡ12が略０になるとともに、スロートＡ11が最大（Ａ11max ）となる。そして、このような最大のスロートは、上述した基準位置におけるスロートの合計値より大きくなるので（Ａ11max
＞Ａ11＋Ａ12）、スロート面積は１．２〜１．３倍程度に増加する。以下の説明では、このようにスロート面積が最大となる状態をスロート最大位置と呼ぶ。
なお、可動翼３４が基準位置から逆向きに回転した場合についても、両翼がどこかで接することに変わりはないため、同様の結果となる。
【００２７】
図２（ｃ）は、可動翼３４が図２（ａ）と図２（ｂ）との中間位置にある場合を示している。この状態のスロート面積は、基準位置とスロート最大位置との略中間値となる。従って、可動翼３４を可動範囲θの範囲で回動させることにより、スロート面積を基準値の１．２〜１．３倍程度の範囲内で適宜変化させることができる。
【００２８】
上述した構成の可変ディフューザ３０は、可動翼３４及び固定翼３５よりなるディフューザ翼の枚数が、実質的にＮ枚から２Ｎ枚まで２倍に変化する。すなわち、可動円板３１にＮ枚の可動翼３４を取り付け、かつ、固定円板３２にＮ枚の固定翼３５を取り付けた場合、可動翼３４及び固定翼３５が互いに離間した状態では２Ｎ枚のディフューザ翼が存在する。しかし、隣接する可動翼３４及び固定翼３５が互いに接した状態では、気流は実質的にＮ枚のディフューザ翼間を流れることとなる。
この結果、スロート面積の変化により、圧縮機特性の流量が変化する。すなわち、スロート面積が１．２〜１．３倍程度に増加するので、図１９に示したチョーク流量Ｑｃを２０〜３０％程度変化させて流量範囲を広げることができる。
【００２９】
また、固定翼３５はもとより、可動翼３４の翼前縁角度（翼角）βも常に一定であるから、ベーン１９の回動により翼角βが変化する従来の可変ディフューザと比較すると、図２１に二点鎖線で示すように、インシデンスの変化は極めて小さなものとなる。従って、この可変ディフューザ３０を備えた圧縮機は、インシデンスが大きくなると増大する損失を低減できるので、従来より効率を向上させることができる。
また、可動翼３４及び固定翼３５の一端がディフューザ通路３３を形成する壁面に固定されているので、翼幅方向の一方のみに隙間δが形成されることとなる。従って、ベーン１９を回動させる従来構造と比較して、隙間δの面積を半減させることができるため、気流の漏れによる損失を半減して効率を向上させることができる。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態を図３に基づいて説明する。
この実施形態の可動翼３４Ａは、入口半径Ｒ１を固定翼３５の入口半径Ｒ２より大きく設定したものである。すなわち、可動翼３４Ａの入口半径Ｒ１は、可動翼３４Ａが隣接する固定翼３５の中間位置にある場合、隣接する固定翼３５どうしで形成される翼間のスロートＡ２に対して、可動翼３４Ａの翼前縁が上流側となるように設定されている。図示の例では、スロートＡ２と半径Ｒ１との交点Ｘに対して、可動翼３４Ａの前縁がスロートＡ２の上流にある範囲でのみスロート面積が変化する。
【００３１】
以下、図面に基づいて具体的に説明する。  
図３（ａ）に示すように、可動翼３４Ａが固定翼３５の略中央に位置する場合、スロート面積は最小になる。
図３（ｂ）に示すように、可動翼３４Ａの前縁がスロートＡ２の上流に位置する場合、スロートＡ11とスロートＡ12との合計値（Ａ11＋Ａ12）は次第に増加する。
図３（ｃ）に示すように、可動翼３４Ａの前縁がスロートＡ２の下流に位置すると、スロート面積はスロートＡ２に翼枚数Ｎを掛け合わせた値となり、可動翼３４Ａを回転させてもスロートが最大のＡ２に達して増加しなくなる。
【００３２】
ところで、上述した図２（ｂ）の状態においては、可動翼３４及び固定翼３５の翼先端が有限の間隔をもって互いに重なり合い、ディフューザ翼前縁の翼厚が厚くなった状態となる。このような翼厚の増大は、スロート面積を最大限まで増加させる障害となるだけでなく、翼前縁の損失を増加させる。
しかし、図３（ｃ）に示す状態では、可動翼３４Ａの前縁が固定翼３５の前縁の下流に位置している。従って、図２（ｂ）に示す状態と比較すると、スロートの大きさは、Ａ２＞Ａ11max となる。このように、入口半径Ｒ１を入口半径Ｒ２より大きく（Ｒ１＞Ｒ２）設定すると、スロート面積の可動範囲は最大値が大きくなる。
また、図３（ｃ）に示す状態では、翼前縁は実質的に固定翼３５の枚数分に半減するので、翼前縁の損失が減少する。
【００３３】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。
この実施形態の可動翼３４Ｂは、同一半径位置において、翼前縁角度（翼角）αk1を固定翼３５の翼角αk2よりも小さく設定し、可動翼３４Ｂを固定翼３５の中間から固定翼３５の負圧面に向かって駆動する。
このような構成とすれば、スロートＡ12の最大値はスロートＡ２と比較して小さくなるが、２枚の翼を重ね合わせた状態では、平均的な翼角αk
を減少させることができる。
【００３４】
この結果、圧縮機の特性は、図５に示すように、最大角度における流れ角度αが小さくなり、実線表示と破線表示との比較から、流量が少ないときの性能が向上していることが分かる。また、中間角度においても、実線表示と点線表示との比較から、流れ角度αが小さい小流量時の性能も、最大角度時ほどではないものの向上していることが分かる。
すなわち、翼角αk をαk1＜αk2とする設定は、流れ角度αが小さい小流量時の性能を重視したものとなり、最大角度時及び中間角度時において、小流量領域における圧力比を向上させる性能改善が得られる。
【００３５】
＜第４の実施形態＞
続いて、本発明の第４の実施形態を図６及び図７に基づいて説明する。
この実施形態の可動翼３４Ｃは、同一半径位置において、翼前縁角度（翼角）αk1を固定翼３５の翼角αk2より大きく設定し、可動翼３４Ｃを固定翼３５の中間から固定翼３５の圧力面に向かって駆動する。
このような構成とすれば、上述した第２の実施形態と同様に、スロートはＡ２が最大値となる。一方、チョーク流量Ｑｃは、ディフューザ入口の流れ角度αがスロートＡ２に略直角に流れるため、固定翼３５の圧力面角度に対してもさらに大きい角度になる。このため、負のインシデンスが大きくなり、損失が大きく実質的なチョーク流量を低減させる原因となる。
【００３６】
しかし、この実施形態では、可動翼３４Ｃ及び固定翼３５が接して２枚の翼が合わさった状態では、平均的な翼角αk を増加させることができる。
この結果、圧縮機の特性は、図７に示すように、最大角度で流れ角度αが大きい大流量時において、実線表示と破線表示との比較から、圧力比の上昇により性能が向上していることが分かる。また、中間角度においても、実線表示と点線表示との比較から、流れ角度αが大きい大流量時の性能も、最大角度時ほどではないものの、向上していることが分かる。
すなわち、翼角αk をαk1＞αk2とする設定は、流れ角度αが大きい大流量時の性能を重視したものとなり、最大角度時及び中間角度時において、大流量領域における圧力比を向上させる性能改善が得られる。
【００３７】
＜第５の実施形態＞
続いて、本発明の第５の実施形態を図８から図１０に基づいて説明する。
ベーンドディフューザにおいては、隣接する翼との間に翼負圧面から直角方向に最短距離が形成されていないもの、換言すればスロートができないものを「小弦節比ディフューザ」と呼んで一般に認識されている。この小弦節比ディフューザは、次のような特徴を有している。
【００３８】
ベーンレスディフューザは、サージ流量Ｑｓが小さく、しかもチョーク流量Ｑｃが大きいため、流量範囲が広い反面効率は低いという特徴を有している。
一方、ベーンドディフューザは、サージ流量Ｑｓが大きく、しかもチョーク流量Ｑｃがサージ流量Ｑｓより１０〜２０％程度大きいだけであるから、流量範囲は狭いものの効率は高いという特徴を有している。
これに対し、小弦節比ディフューザは、スロートができないため、チョーク流量Ｑｃはベーンドディフューザより大きく、サージ流量Ｑｓはベーンドディフューザより大きくなる。従って、小弦節比ディフューザは、ベーンレスディフューザより効率が高くなるという特徴を有している。なお、小弦節比ディフューザにおいて、スロートが形成されない可動翼は「小弦節比翼」と呼ばれている。
【００３９】
図１０は、ディフューザの特性として、ベーンドディフューザ及び小弦節比ディフューザについて圧力回復率と翼枚数との関係を示したものである。
通常のベーンドディフューザは、翼枚数を変化させると、図中に実線で示すように、翼枚数が１０枚前後から小翼枚数になると圧力回復率が急速に低下し、極限として０枚の場合はベーンレスディフューザに一致する。
一方、小弦節比ディフューザでは、翼自体の大きさが通常のベーンドディフューザより小さいものを使用するので、図中に一点鎖線で示すように、翼枚数を大きくしても通常のベーンドディフューザまで圧力回復率が高くなることはない。
【００４０】
そこで、第５の実施形態では、図８に示すように、固定翼３５の枚数が十分に小さくスロートを形成できない小弦節比翼を備えている小弦節比ディフューザにおいて、仮想のスロートＡ２を設定し、上述した第２の実施形態を適用する。
すなわち、この実施形態の可動翼３４Ｄは、入口半径Ｒ１を固定翼３５の入口半径Ｒ２より大きく設定したものである。従って、可動翼３４Ｄの入口半径Ｒ１は、可動翼３４Ｄが隣接する固定翼３５の中間位置にある場合、隣接する固定翼３５どうしで形成される翼間に仮想したスロートＡ２に対して、可動翼３４Ｄの翼前縁が上流側となるように設定されている。
【００４１】
このような構成とすれば、可動翼３４Ｄと固定翼３５とが重なった場合は小弦節比翼Ｎ枚と同様の圧力回復率を示し、両翼が等間隔に設置された場合には、翼枚数が２Ｎ枚となるため圧力回復率は高くなる。従って、この実施形態の構成を採用すれば、小弦節比ディフューザの特性を維持しながら、小流量時に可動翼３４Ｄ及び固定翼３５を等間隔に設定して性能を向上させることができる。
【００４２】
次に、本実施形態の変形例を図９に示して説明する。この変形例は、図８に示す実施形態と同様に固定翼３５を小弦節比翼とし、さらに、可動翼３４Ｅの後縁半径Ｒ３を固定翼３５の後縁半径Ｒ４より大きく設定したものである。
このような構成とすれば、次のような特性が得られる。すなわち、図９（ａ）に示すように、可動翼３４Ｅ及び固定翼３５が分離して２Ｎ枚の翼枚数となる場合には、可動翼３４Ｅの翼面積が小弦節比ディフューザより大きくなるので、圧力回復率は上昇する。
また、可動翼３４Ｅが図９（ｂ）に示す位置にある場合には、スロートが形成されないワイドレンジの特性を示す。
そして、可動翼３４Ｅが図９（ｃ）に示す位置にある場合には、翼枚数をＮ枚とした通常のベーンドディフューザと同様の高い圧力回復率を示す。
【００４３】
このため、可動翼３４Ｅが実質スロートよりも固定翼３５の圧力面側にあるときは、固定翼３５が小弦節比翼として機能するため、チョーク流量Ｑｃ及びサージ流量Ｑｓで規定される流量範囲が拡大されるワイドレンジ化を維持しながら、可動翼３４Ｅにより圧力上昇を増すという作用が得られる。従って、この実施形態の構成を採用すれば、小弦節比ディフューザの特性を維持しながら、小流量時に可動翼３４Ｅ及び固定翼３５を等間隔に設定して性能を向上させることができるので、ワイドレンジ化（流量範囲の拡大）及び高圧力比を同時に達成することができる。
【００４４】
＜第６の実施形態＞
続いて、本発明の第６の実施形態を図１１から図１６に基づいて説明する。
この実施形態は、可動円板３１を回動させる駆動装置４０の摺動機構部４５に関するものであり、特に、固定円板３２の壁面と可動翼３４との隙間δを低減するために好適な構造に関する。
図１１に示す駆動装置４０Ａは、ハウジング１１に形成したガイド溝４８と、可動円板３１の下端部に設けた凸状部４９とにより構成された摺動機構部４５Ａを備えている。
【００４５】
ガイド溝４８の一側面には、円弧形状（半径Ｒ）の凹凸を形成したガイド面４８ａが設けられている。同様に、凸状部４９側にも、ガイド面４８ａと対向する側面に対して、同じ円弧形状（半径Ｒ）の凹凸を形成した摺動面４９ａが設けられている。この摺動面４９ａはガイド面４８ａと接しており、可動円板３１が回動することにより、双方に形成された円弧状の凹凸接触位置が周方向へ移動する。
また、ハウジング１１には、ディフューザ通路３３側から見て可動円板３１の外周側となる面に接してシール機能を発揮するシール部材５０が取り付けられている。このシール部材５０は、ディフューザ通路３３を流れる気流が摺動機構部４５Ａを通過して漏出することを防止するものである。
【００４６】
このような構成とすれば、可動円板３１は、ガイド面４８ａと摺動面４９ａとの凹凸接触位置に応じて固定円板３２に接近する方向または離間する方向に移動し、固定円板３２との面間距離を変化させる。以下、この面間距離変化について、図１２及び図１３を参照して具体的に説明する。
可動円板３１は、可動円板３１側が回動することにより、固定側のガイド面４８ａに形成された凸部と摺動面４９ａに形成された凸部とが接触する隙間形成位置（図１２（ａ）に破線で表示）と、ガイド面４８ａの凹凸及び摺動面４９ａの凹凸が互いに噛合するように接触する隙間低減位置（図１２（ａ）に実線で表示）との間を、円弧の半径Ｒ方向に往復移動する。
【００４７】
この結果、可動翼３４の先端とハブ側壁面３２ａとの間に形成される隙間δは、図１３に示すように、隙間形成位置における最大値（図中に一点鎖線で表示）から、隙間低減位置における最小値（図中に実線で表示）までの範囲内で変化する。
図１２（ｂ）は、可動円板３１の可動範囲θに対応する隙間δの変化を示したものであり、隙間低減位置における最小隙間は、ガイド面４８ａの凹凸及び摺動面４９ａの凹凸を最適化することにより、ほとんどないに等しいδ≒０とすることができる。このため、隙間低減位置では隙間δを通る気流の漏れ量が減少するので、可変ディフューザを備えた圧縮機の効率を向上させることができる。
【００４８】
また、上述した摺動機構部４５Ａは、ガイド面４８ａの凹凸及び摺動面４９ａの凹凸が噛み合う隙間低減位置を利用し、凹凸のピッチで段階的に回動させることが好ましい。
すなわち、可動翼３４の位置が段階的に固定されるため、駆動装置４０Ａのガタや外部からの振動による翼位置の変動を防止できるようになり、圧縮機の特性を安定させることができる。
【００４９】
また、上述した可変ディフューザにおいては、たとえば図１４に示すように、隙間δがない状態でも良好な摺動性が得られるように、可動翼３４の翼間となるシュラウド側壁面３１ａ及び固定翼３５の翼間となるハブ側壁面３２ａを滑動面５１を形成する。具体的には、両翼の翼間となる壁面に、たとえば４フッ化エチレンのようなフッ素樹脂等を塗布して滑動面を形成すればよい。
このような構成とすれば、可動円板３１は、隙間δがなくてもスムーズな回動が可能となる。また、可動円板３１の背面側からディフューザ出口圧力により押圧すれば、上述したガイド面４８ａ及び摺動面４９ａのような凹凸がなくても、隙間δをなくして効率の向上を達成することができる。
【００５０】
ところで、上述した説明では、ガイド面４８ａ及び摺動面４９ａを円弧状としたが、たとえば図１５に示す第１変形例のように、互いに同じ正弦波状の凹凸を有するガイド面４８ｂ及び摺動面４９ｂとしてもよい。
あるいは、図１６に示す第２変形例のように、固定側となるハウジング１１にガイド溝４８′を形成し、このガイド溝４８′の適所に回動自在の回転リング５２を必要数設置する構成としてもよい。この場合、可動円板３１が回動すると、回転リング５２に対して円弧状や正弦波状の摺動面４９ａが摺動するので、上述したガイド面４８ａ，４８ｂと同様に、隙間低減位置で隙間δをなくすことができる。
【００５１】
また、上記の実施形態で説明した可動翼及び固定翼の設定については、固定側と回動側とを逆に設定してもよい。すなわち、固定翼の入口半径と可動翼の入口半径との大小を逆にしたり、固定翼の翼前縁角度と可動翼の翼前縁角度の大小を逆にしたり、固定翼及び可動翼で小弦節比翼とする翼を逆にしたり、さらに、固定翼の後縁半径と可動翼の後縁半径との大小を逆にしても、それぞれ同様の作用効果が得られる。
【００５２】
このように、本発明の可変ディフューザ構造によれば、インシデンスの増大や隙間δからの漏れによる効率低下を解消し、より一層効率が向上した可変ディフューザを提供することができる。従ってこの可変ディフューザを備えた遠心圧縮機や斜流圧縮機等の圧縮機は、その性能をより一層向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のディフューザ及び圧縮機は、たとえばターボチャージャ、舶用過給機、航空用小型ガスタービン及び産業用の遠心圧縮機や斜流圧縮機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の可変ディフューザに係る第１の実施形態を示す図で、（ａ）は要部の分解斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１に示した可変ディフューザの動作を示す図で、（ａ）はＡ11＝Ａ12に設定した場合、（ｂ）は可動翼が固定翼の圧力面に接した状態、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）との中間に設定した場合を示している。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る可変ディフューザの動作を示す図で、（ａ）は可動翼入口半径を固定翼に比べて大ききした場合、（ｂ）は可動翼の前縁が交点Ｘの上流にあって回動した場合、（ｃ）は可動翼の前縁が交点Ｘの下流にあって回動した場合を示している。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る可変ディフューザを示す図である。
【図５】図４に示した可変ディフューザの特性を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る可変ディフューザを示す図である。
【図７】図６に示した可変ディフューザの特性を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る可変ディフューザを示す図である。
【図９】図８に示した第５の実施形態に係る可変ディフューザの変形例を示す図である。
【図１０】ベーンドディフューザ及び小弦節比ディフューザについて、圧力回復率と翼枚数との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る可変ディフューザを示す要部の斜視図である。
【図１２】図１１に示した摺動機構部の説明図であり、（ａ）はガイド面に対する摺動面の動作を示す図、（ｂ）は可動円板の回動に伴って変化する隙間δを示す図である。
【図１３】図１１に示した摺動機構部により移動する可動円板及び可動翼の状態を示す図である。
【図１４】可動翼及び固定翼の翼間となる壁面に滑動面を設けた構成例を示す断面図である。
【図１５】図１１に示した摺動機構部の第１変形例を示す図である。
【図１６】図１１に示した摺動機構部の第２変形例を示す図である。
【図１７】従来の遠心圧縮機の要部を示す断面図である。
【図１８】可変ディフューザの従来例を示す要部の斜視図である。
【図１９】図１８に示した可変ディフューザの特性を示す図である。
【図２０】図１９に示した可変ディフューザの動作を示す説明図である。
【図２１】インシデンス（Ｉｎ）と流れ角（β）及び翼角（βｋ）との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
３０    可変ディフューザ
３１    可動円板
３１ａ    シュラウド側壁面
３２    固定円板
３２ａ    ハブ側壁面
３３    ディフューザ通路
３４，３４Ａ〜Ｅ    可動ディフューザ翼（可動翼）
３５    固定ディフューザ翼（固定翼）
４０，４０Ａ    駆動装置
４１    ギア駆動部
４２    ラックギア部
４３    ピニオンギア
４５，４５Ａ    摺動機構部
４６    ガイドレール
４７    凹溝部
４８    ガイド溝
４８ａ    ガイド面
４９    凸状部
４９ａ    摺動面
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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