(57)【要約】【課題】車両用過給機１の高圧力比化を促進しつつ、ロータ全体のメカニカルロスを低減して、車両用過給機１の効率の向上を図ること。【解決手段】タービンディスク３９の背面３９ｂに、排気ガスを半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路としての複数のガイド溝５１が周方向に沿って等間隔に形成され、各ガイド溝５１は、半径方向内端５１ｉが半径方向外端５１ｏよりも逆回転方向（タービンインペラ３７の回転方向と逆方向）側に位置するように構成され、前述の構成により、複数のガイド溝５１は、タービンディスク３９の背面３９ｂ側にタービンインペラ３７に対して相対的な逆回転方向の旋回流を生成する逆旋回流生成部としての機能を有していること。【選択図】  図１
2016084707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機ディスクを備えた圧縮機インペラと、
タービンディスクを備えたタービンインペラと、を具備し、
少なくとも、前記タービンディスクの背面側に前記タービンインペラの回転方向と逆回転方向の旋回流を生成する逆旋回流生成部が形成されている、又は、前記圧縮機ディスクの背面側に前記圧縮機インペラの回転方向の旋回流を生成する旋回流生成部が形成されている、過給機。
【請求項２】
前記逆旋回生成部は、前記タービンディスクの背面にその周方向に沿って間隔を置いて形成されかつ排気ガスを半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路であって、各ガイド通路は、半径方向内端が半径方向外端よりも前記タービンインペラの回転方向と逆回転方向側に位置するように構成されている、請求項１に記載の過給機。
【請求項３】
前記逆旋回生成部は、前記タービンディスクにその周方向に沿って間隔を置いて貫通形成されかつ排気ガスを半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路であって、各ガイド通路の半径方向外端が前記タービンディスクの最大径部側に開口され、各ガイド通路の半径方向内端が前記タービンディスクの背面側に開口され、各ガイド通路は、半径方向内端が半径方向外端よりも前記タービンインペラの回転方向と逆回転方向側に位置するように構成されている、請求項１に記載の過給機。
【請求項４】
前記旋回生成部は、前記圧縮機ディスクの背面にその周方向に沿って間隔を置いて形成されかつ空気を半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路であって、各ガイド通路は、半径方向内端が半径方向外端よりも正回転方向側に位置するように構成されている、請求項１に記載の過給機。
【請求項５】
前記旋回生成部は、前記圧縮機ディスクにその周方向に沿って間隔を置いて貫通形成されかつ空気を半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路であって、各ガイド通路の半径方向外端が前記圧縮機ディスクの最大径部側に開口され、各ガイド通路の半径方向内端が前記圧縮機ディスクの背面側に開口され、各ガイド通路は、半径方向内端が半径方向外端よりも回転方向側に位置するように構成されている、請求項１に記載の過給機。
【請求項６】
ディスクを備えたインペラを具備するターボ回転機械であって、
前記ディスクの背面側に前記インペラの回転方向と逆回転方向の旋回流を生成する逆旋回流生成部、又は前記ディスクの背面側に前記インペラの回転方向と同じ方向の旋回流を生成する旋回流生成部が形成されている、ターボ回転機械。
【請求項７】
前記逆旋回生成部は、前記ディスクの背面にその周方向に沿って間隔を置いて形成されかつ流体を半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路であって、各ガイド通路は、半径方向内端が半径方向外端よりも前記インペラの回転方向と逆回転方向側に位置するように構成されている、請求項６に記載のターボ回転機械。
【請求項８】
前記逆旋回生成部は、前記ディスクにその周方向に沿って間隔を置いて貫通形成されかつ流体を半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路であって、各ガイド通路の半径方向外端が前記ディスクの最大径部側に開口され、各ガイド通路の半径方向内端が前記ディスクの背面側に開口され、各ガイド通路は、半径方向内端が半径方向外端よりも前記インペラの回転方向と逆回転方向側に位置するように構成されている、請求項６に記載のターボ回転機械。
【請求項９】
前記旋回生成部は、前記ディスクの背面にその周方向に沿って間隔を置いて形成されかつ流体を半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路であって、各ガイド通路は、半径方向内端が半径方向外端よりも前記インペラの回転方向側に位置するように構成されている、請求項６に記載のターボ回転機械。
【請求項１０】
前記旋回生成部は、前記ディスクにその周方向に沿って間隔を置いて貫通形成されかつ流体を半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路であって、各ガイド通路の半径方向外端が前記ディスクの最大径部側に開口され、各ガイド通路の半径方向内端が前記ディスクの背面側に開口され、各ガイド通路は、半径方向内端が半径方向外端よりも前記インペラの回転方向側に位置するように構成されている、請求項６に記載のターボ回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの排気ガスの圧力エネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する車両用過給機等の過給機等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用過給機等の過給機について種々の開発がなされており、一般的な過給機の構成等について簡単に説明すると、次のようになる（特許文献１等参照）。
【０００３】
過給機は、過給機ハウジングを具備しており、この過給機ハウジングには、ロータ軸が回転可能に設けられている。そして、ロータ軸の軸方向一端部には、遠心力を利用して空気を圧縮する圧縮機インペラが一体的に設けられている。また、圧縮機インペラは、ハブ面（外周面）が軸方向一方側から半径方向外側へ延びかつ背面が軸方向他方側を向いた圧縮機ディスクと、圧縮機ディスクのハブ面にその周方向（ハブ面の周方向）に間隔を置いて一体的に設けられた複数の圧縮機ブレードとを備えている。更に、ロータ軸の軸方向他端部には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して正回転方向の回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラが設けられている。また、タービンインペラは、ハブ面が軸方向他方側から半径方向外側へ延びかつ背面が軸方向一方側を向いたタービンディスクと、タービンディスクのハブ面にその周方向（ハブ面の周方向）に間隔を置いて一体的に設けられた複数のタービンブレードとを備えている。
【０００４】
過給機の運転中、圧縮機インペラの出口側（空気の主流方向の直下流側）の圧力によって、圧縮機ディスクの背面に軸方向一方側のスラスト力（正方向のスラスト力）が働く。また、圧縮機インペラの出口側の圧力よりも小さい、圧縮機インペラ内における主流（圧縮機インペラの入口側から出口側へ流通する主流）の圧力によって、圧縮機ディスクのハブ面に軸方向他方側のスラスト力（逆方向のスラスト力）が働くことになる。一方、タービンインペラの入口側（排気ガスの主流方向の直上流側）の圧力によって、タービンディスクの背面に逆方向のスラスト力が働く。また、タービンインペラの入口側の圧力よりも小さい、タービンインペラ内における主流（タービンインペラの入口側から出口側へ流通する主流）の圧力によって、タービンディスクのハブ面に正方向のスラスト力が働くことになる。ここで、過給機の特性上、圧縮機ディスクの背面及びタービンディスクのハブ面に働く正方向のスラスト力は、圧縮機ディスクのハブ面及びタービンディスクの背面に働く逆方向のスラスト力よりも大きくなっている。つまり、過給機の運転中、圧縮機インペラ及びタービンインペラを含むロータ全体には、圧縮機ディスクの背面及びタービンディスクのハブ面に働くスラスト力から圧縮機ディスクのハブ面及びタービンディスクの背面に働くスラスト力を引いた差分の正方向のスラスト力が働くことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３１７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、車両用過給機の高圧力比化の要請に伴い、圧縮機インペラが大径化する傾向にある。一方、圧縮機インペラが大径化すると、圧縮機ディスクの背面に働く正方向のスラスト力が大きくなって、圧縮機インペラ及びタービンインペラを含むロータ全体に働く正方向のスラスト力が大きくなる。そのため、ロータ全体のメカニカルロスが増大して、過給機の効率の低下を招くことになる。つまり、過給機の高圧力比化を促進しつつ、ロータ全体のメカニカルロスを低減して、過給機の効率の向上を図ることは困難であるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる新規な過給機、及びその新規な過給機と共通の技術的特徴を有するターボ回転機械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】
【０００８】
本発明の過給機は、圧縮機ディスクを備えた圧縮機インペラと、タービンディスクを備えたタービンインペラと、を具備し、少なくとも、前記タービンディスクの背面側に前記タービンインペラの回転方向と逆回転方向（前記タービンインペラの回転方向と逆方向）の旋回流を生成する逆旋回流生成部が形成されている、又は、前記圧縮機ディスクの背面側に前記圧縮機インペラの回転方向（前記圧縮機インペラの回転方向と同じ方向）の旋回流を生成する旋回流生成部が形成されている。
【０００９】
ここで、前記過給機についての本願の明細書の説明において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたこと、及び形成されたことを含む意である。また、「軸方向一端部」とは、軸方向の一端部のことをいい、「軸方向他端部」とは、軸方向の他端部のことをいう。「軸方向一方側」とは、軸方向の一方側のことをいい、「軸方向他方側」とは、軸方向の他方側のことをいい、「軸方向」とは、特に断らない限り、圧縮機インペラ又はタービンインペラの軸方向のことをいう。更に、「半径方向外側」とは、半径方向の外側のことをいい、「半径方向内側」とは、半径方向の内側のことをいい、「半径方向」とは、特に断らない限り、圧縮機インペラ又はタービンインペラの半径方向のことをいう。
【００１０】
本発明の過給機によると、排気ガスが前記タービンインペラの入口側（排気ガスの主流方向の直上流側）から出口側（排気ガスの主流方向の直下流側）へ流通することにより、前記タービンインペラによって排気ガスの圧力エネルギーを利用して正回転方向の回転力を発生させて、前記圧縮機インペラを前記タービンインペラと一体的に正回転方向へ回転させる。これにより、前記圧縮機インペラによって遠心力を利用して空気を圧縮して、前記エンジンに供給される空気を過給することができる。
【００１１】
前記過給機の運転中に、前記圧縮機インペラの出口側（空気の主流方向の直下流側）の圧力によって、前記圧縮機ディスクの背面に軸方向一方側のスラスト力（正方向のスラスト力）が働くことになる。また、前記圧縮機インペラの出口側の圧力よりも小さい、前記圧縮機インペラ内における主流（前記圧縮機インペラの入口側から出口側へ流通する主流）の圧力によって、前記圧縮機ディスクのハブ面に軸方向他方側のスラスト力（逆方向のスラスト力）が働くことになる。一方、前記タービンインペラの入口側の圧力によって、前記タービンディスクの背面に逆方向のスラスト力が働くことになる。また、前記タービンインペラの入口側の圧力に比べて小さい、前記タービンインペラ内における主流（前記タービンインペラの入口側から出口側へ流通する主流）の圧力によって、前記タービンディスクのハブ面に正方向のスラスト力が働くことになる。ここで、前記圧縮機ディスクの背面及び前記タービンディスクのハブ面に働く正方向のスラスト力は、前記過給機の特性上、前記圧縮機ディスクのハブ面及び前記タービンディスクの背面に働く逆方向のスラスト力よりも大きくなっている。つまり、前記過給機の運転中、前記圧縮機インペラ及び前記タービンインペラを含むロータ全体には、前記圧縮機ディスクの背面及び前記タービンディスクのハブ面に働くスラスト力から前記圧縮機ディスクのハブ面及び前記タービンディスクの背面に働くスラスト力を引いた差分の正方向のスラスト力が働くことになる。
【００１２】
前記逆旋回流生成部が形成されている場合には、前記過給機の運転中、前記タービンディスクの背面側に逆回転方向の旋回流を生成して、前記タービンディスクの背面側における流れの絶対速度ベクトルの周方向成分を小さくすることができる。これにより、前記タービンディスクの背面側の流れによる遠心力を低減して、その遠心力と釣り合う前記タービンディスクの背面側における半径方向の圧力差、換言すれば、前記タービンディスクの背面側における半径方向の圧力勾配を小さくし、前記タービンディスクの背面に働く逆方向のスラスト力を大きくすることができる。
【００１３】
前記旋回流生成部が形成されている場合には、前記過給機の運転中、前記圧縮機ディスクの背面側に前記圧縮機インペラの回転方向の旋回流を生成して、前記圧縮機ディスクの背面側における流れの絶対速度ベクトルの周方向成分を大きくすることができる。これにより、前記圧縮機ディスクの背面側の流れによる遠心力を増大して、その遠心力と釣り合う前記圧縮機ディスクの背面側における半径方向の圧力差、換言すれば、前記圧縮機ディスクの背面側における半径方向の圧力勾配を大きくし、前記圧縮機ディスクの背面に働く正方向のスラスト力を小さくすることができる。
【００１４】
本発明のターボ回転機械は、ディスクを備えたインペラを具備するターボ回転機械であって、前記ディスクの背面側に前記インペラの回転方向と逆方向の旋回流を生成する逆旋回流生成部、又は前記ディスクの背面側に前記インペラの回転方向と同じ方向の旋回流を生成する旋回流生成部が形成されている。
【００１５】
ここで、前記ターボ回転機械についての本願の明細書の説明において、「ターボ回転機械」とは、遠心力を利用して流体を圧縮する遠心圧縮機、及び流体の圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるラジアルタービンを含む意である。「遠心圧縮機」とは、過給機、産業機械、又はガスタービンに用いられる遠心圧縮機等を含む意であって、「ラジアルタービン」とは、過給機又はガスタービンに用いられるラジアルタービン等を含む意である。また、「流体」とは、空気又は排気ガス等のガスを含む意である。そして、「インペラ」とは、遠心圧縮機に用いられる圧縮機インペラ及びラジアルタービンに用いられるタービンインペラを含む意である。更に、「ディスク」とは、圧縮機インペラにおける圧縮機ディスク及びタービンインペラにおけるタービンディスクを含む意であって、「ブレード」とは、圧縮機インペラにおける圧縮機ブレード及びタービンインペラにおけるタービンブレードを含む意である。
【００１６】
本発明のターボ回転機械によると、前記ターボ回転機械がラジアルタービンである場合には、前記ハウジング内に取入れた流体が前記インペラの入口側から出口側へ流通することにより、流体の圧力エネルギーを利用して回転力を発生させて、前記インペラをその軸心（前記インペラの軸心）周りに回転させることができる。なお、前記インペラの出口側へ流通した流体は、前記ハウジングの外側へ排出される。
【００１７】
また、前記ターボ回転機械が遠心圧縮機である場合には、前記インペラをその軸心（前記インペラの軸心）周りに回転させることにより、前記ハウジング内に取入れた流体を圧縮することができる。なお、圧縮した流体（圧縮流体）は、前記ハウジングの外側へ排出される。
【００１８】
ここで、前記逆旋回流生成部が形成されている場合には、前記ターボ回転機械の運転中、前記ディスクの背面側に前記インペラの回転方向と逆方向の旋回流を生成して、前記ディスクの背面側における流れの絶対速度ベクトルの周方向成分を小さくすることができる。これにより、前記ディスクの背面側の流れによる遠心力を低減して、その遠心力と釣り合う前記ディスクの背面側における半径方向の圧力差、換言すれば、前記ディスクの背面側における半径方向の圧力勾配を小さくし、前記ディスクの背面に働くスラスト力を大きくすることができる。
【００１９】
また、前記旋回流生成部が形成されている場合には、前記ターボ回転機械の運転中、前記ディスクの背面側に前記インペラの回転方向の旋回流を生成して、前記ディスクの背面側における流れの絶対速度ベクトルの周方向成分を大きくすることができる。これにより、前記ディスクの背面側の流れによる遠心力を増大して、その遠心力と釣り合う前記ディスクの背面側における半径方向の圧力差、換言すれば、前記ディスクの背面側における半径方向の圧力勾配を大きくし、前記ディスクの背面に働くスラスト力を小さくすることができる。
【００２０】
つまり、前記逆旋回流生成部又は前記旋回流生成部によって前記ディスクの背面に働くスラスト力を調整することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の過給機によれば、前記過給機の運転中、前記タービンディスクの背面に働く逆方向のスラスト力を大きくし、又は前記圧縮機ディスクの背面に働く正方向のスラスト力を小さくできるため、前記圧縮機インペラが大径化しても、前記圧縮機インペラ及び前記タービンインペラを含むロータ全体に働く正方向のスラスト力を小さくすることができる。よって、前記過給機の高圧力比化を促進しつつ、前記ロータ全体のメカニカルロスを低減して、前記過給機の効率の向上を図ることができる。
【００２２】
本発明のターボ回転機械によれば、前記逆旋回流生成部又は前記旋回流生成部によって前記ディスクの背面に働くスラスト力を調整できるため、前記ターボ回転機械の設計の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、図６における矢視部Ｉの拡大図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るタービンインペラの一部の正断面図、図２（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るタービンディスクの背面の一部及びタービンディスクの背面側における流れの速度三角形を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１実施形態の別態様に係るタービンインペラの一部の正断面図、図３（ｂ）は、本発明の第１実施形態の別態様に係るタービンディスクの背面の一部及びタービンディスクの背面側における流れの速度三角形を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、タービンディスクの背面側の圧力と半径方向の位置との関係を示す図、図４（ｂ）は、比較例の場合において、タービンディスクの背面側における流れの速度三角形を示す図である。
【図５】図１は、図６における矢視部Vの拡大図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る車両用過給機の正断面図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る圧縮機インペラの周辺を示す図であって、図６における矢視部Vの拡大図に相当する図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る圧縮機ディスクの背面の一部及び圧縮機ディスクの背面側における流れの速度三角形を示す図、図８（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る圧縮機インペラの一部の正断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の第２実施形態の別態様に係る圧縮機ディスクの背面の一部及び圧縮機ディスクの背面側における流れの速度三角形を示す図、図９（ｂ）は、本発明の第２実施形態の別態様に係る圧縮機インペラの一部の正断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、圧縮機ディスクの背面側の圧力と半径方向の位置との関係を示す図、図１０（ｂ）は、比較例の場合において、圧縮機ディスクの背面側における流れの速度三角形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「ＡＤ」は、軸方向、「ＢＤ」は、半径方向、「ＢＤｉ」は、半径方向内側、「ＢＤｏ」は、半径方向外側、「ＲＤ」は、正回転方向である。
【００２５】
（本発明の第１実施形態）
図６に示すように、本発明の実施形態（第１実施形態）に係る車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスの圧力エネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。
【００２６】
車両用過給機１は、過給機ハウジング３を具備しており、この過給機ハウジング３は、軸受ハウジング５（センターハウジング）と、この軸受ハウジング５の右側に設けられた圧縮機ハウジング（第１サイドハウジング）７と、軸受ハウジング５の左側に設けられたタービンハウジング（第２サイドハウジング）９とを備えている。また、圧縮機ハウジング７は、内側にシュラウド１１ｓを有した圧縮機ハウジング本体１１と、この圧縮機ハウジング本体１１の右側に設けられかつ軸受ハウジング５の左側部に一体的に連結された環状のシールプレート１３とからなっている。更に、タービンハウジング９は、内側に、シュラウド９ｓを有している。
【００２７】
軸受ハウジング５内には、複数のラジアル軸受１５及び複数のスラスト軸受１７が設けられている。また、複数の軸受１５，１７には、左右方向へ延びたロータ軸（タービン軸）１９が回転可能に設けられており、換言すれば、軸受ハウジング５には、ロータ軸１９が複数の軸受１５，１７を介して回転可能に設けられている。
【００２８】
図５及び図６に示すように、ロータ軸１９の軸方向一端部（右端部）には、遠心力を利用して空気を圧縮する圧縮機インペラ２１がロータ軸１９と同心状に一体的に設けられており、この圧縮機インペラ２１は、圧縮機ハウジング７内に回転可能に収容されている。また、圧縮機インペラ２１は、ロータ軸１９の軸方向一端部に一体的に連結された圧縮機ディスク２３を備えており、この圧縮機ディスク２３のハブ面（外周面）２３ｈは、軸方向一方側（右側）から半径方向外側（圧縮機インペラ２１の半径方向の外側）へ延びており、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂは、軸方向他方側（左側）を向いている。更に、圧縮機ディスク２３のハブ面２３ｈには、複数の圧縮機ブレード２５が周方向（ハブ面２３ｈの周方向）に等間隔に形成（一体形成）されており、圧縮機ディスク２３のハブ面２３ｈにおける各隣接する圧縮機ブレード２５間には、圧縮機ブレード２５よりも短いコード長の別の圧縮機ブレード２７が形成（一体形成）されている。換言すれば、圧縮機ディスク２３のハブ面２３ｈには、コード長の異なる２種類の圧縮機ブレード２５，２７が周方向に間隔を置いて交互に形成されている。更に、各圧縮機ブレード２５のチップ端（先端縁）２５ｔ及び各圧縮機ブレード２７のチップ端２７ｔは、圧縮機ハウジング本体１１のシュラウド１１ｓに沿うように延びている。なお、コード長の異なる２種類の圧縮機ブレード２５，２７に代えて、コード長の同じ１種類の圧縮機ブレード（図示省略）を用いても構わない。
【００２９】
圧縮機ハウジング７における圧縮機インペラ２１の上流側（空気の主流方向の上流側）には、空気を圧縮機ハウジング７内に取入れるための空気取入口２９が形成されており、この空気取入口２９は、空気を浄化するエアクリーナ（図示省略）に接続可能である。また、圧縮機ハウジング７内における圧縮機インペラ２１の下流側（空気の主流方向の下流側）には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路３１が形成されている。更に、圧縮機ハウジング７の内部には、渦巻き状の圧縮機スクロール流路３３が形成されており、この圧縮機スクロール流路３３は、ディフューザ流路３１に連通してある。そして、圧縮機ハウジング７の適宜位置には、圧縮された空気を圧縮機ハウジング７の外側へ排出するための空気排出口３５が形成されており、この空気排出口３５は、圧縮機スクロール流路３３に連通しかつエンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
【００３０】
なお、圧縮機ハウジング７及び圧縮機インペラ２３は、車両用過給機１に用いられる遠心圧縮機を構成するものである。
【００３１】
図１及び図６に示すように、ロータ軸１９の軸方向他端部（左端部）には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して正回転方向の回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラ３７がロータ軸１９と同心状に形成（一体形成）されており、このタービンインペラ３７は、タービンハウジング９内に回転可能に収容されている。また、タービンインペラ３７は、ロータ軸１９の軸方向他端部に形成されたタービンディスク３９を備えており、このタービンディスク３９のハブ面３９ｈは、軸方向他方側（左側）から半径方向外側（タービンインペラ３７の半径方向の外側）へ延びており、タービンディスク３９の背面３９ｂは、軸方向一方側（右側）を向いている。更に、タービンディスク３９のハブ面３９ｈには、複数のタービンブレード４１が周方向（ハブ面３９ｈの周方向）に等間隔に形成（一体形成）されており、各タービンブレード４１のチップ端（先端縁）４１ｔは、タービンハウジング９のシュラウド９ｓに沿うように延びている。
【００３２】
タービンハウジング９の適宜位置には、排気ガスをタービンハウジング９内に取入れるための排気取入口４３が形成されており、この排気取入口４３は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング９の内部におけるタービンインペラ３７の上流側（排気ガスの主流方向の上流側）には、渦巻き状のタービンスクロール流路４５が形成されており、このタービンスクロール流路４５は、排気取入口４３に連通してある。更に、タービンハウジング９におけるタービンインペラ３７の下流側（排気ガスの主流方向の下流側）には、排気ガスを排出するための排気排出口４７が形成されており、この排気排出口４７は、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。
【００３３】
軸受ハウジング５の左側面には、タービンインペラ３７側からの熱を遮蔽する環状の遮熱板４９が設けられており、この遮熱板４９の外縁部４９ｏは、軸受ハウジング５とタービンハウジング９によって挟持されている。
【００３４】
なお、タービンハウジング９及びタービンインペラ３７は、車両用過給機１に用いられるラジアルタービンを構成するものである。
【００３５】
続いて、本発明の第１実施形態の特徴部分について説明する。
【００３６】
図１及び図２（ａ）（ｂ）に示すように、タービンディスク３９の背面３９ｂには、排気ガスを半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路としての複数のガイド溝５１が周方向（背面３９ｂの周方向）に沿って等間隔に形成されている。また、各ガイド溝５１は、半径方向内端（出口端）５１ｉが半径方向外端（入口端）５１ｏよりも逆回転方向（タービンインペラ３７の回転方向と逆方向）側に位置するように構成されている。更に、各ガイド溝５１の凹み量は、半径方向内端５１ｉの手前側から半径方向内端５１ｉにかけて徐々に小さくなっている。前述の構成により、複数のガイド溝５１は、タービンディスク３９の背面３９ｂ側にタービンインペラ３７（回転するタービンインペラ３７）に対して相対的な逆回転方向の旋回流を生成する逆旋回流生成部としての機能を有することになる。換言すれば、タービンディスク３９の背面３９ｂには、逆旋回流生成部としての複数のガイド溝５１が形成されていることになる。なお、ガイド溝５１の個数、及びガイド溝５１の半径方向内端５１ｉの半径方向位置は、適宜に変更可能である。
【００３７】
ここで、タービンディスク３９の背面３９ｂに複数のガイド溝５１が形成される代わりに、タービンディスク３９の背面３９ｂに軸方向一方側へ突出した複数の突起列（図示省略）が周方向に沿って等間隔に形成され、各隣接する突起列の間に排気ガスを半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路（図示省略）が形成されるようにしても構わない。この場合、各ガイド通路は、径方向内端が半径方向外端よりもタービンインペラ３７の回転方向と逆回転方向側に位置するように構成されている。
【００３８】
タービンディスク３９の背面３９ｂに複数のガイド溝５１等が形成される代わりに、図３（ａ）（ｂ）に示すように、タービンディスク３９に排気ガスを半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路としてのガイド穴５３が貫通形成（貫通して形成）されても構わない。この場合には、各ガイド穴５３の半径方向外端（入口端）５３ｏは、タービンディスク３９の最大径部３９ｇ側に開口されており、各ガイド穴５３の半径方向内端（出口端）５３ｉは、タービンディスク３９の背面３９ｂ側に開口されている。各ガイド穴５３は、半径方向内端５３ｉが半径方向外端５３ｏよりもタービンインペラ３７の回転方向と逆回転方向側に位置するように構成されている。
【００３９】
続いて、本発明の第１実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４０】
図６に示すように、排気取入口４３からタービンハウジング９内に取入れた排気ガスがタービンスクロール流路４５を経由してタービンインペラ３７の入口側（排気ガスの主流方向の直上流側）から出口側（排気ガスの主流方向の直下流側）へ流通する。すると、タービンインペラ３７によって排気ガスの圧力エネルギーを利用して正回転方向の回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸１９及び圧縮機インペラ２１をタービンインペラ３７と一体的に正回転方向へ回転させることができる。これにより、空気取入口２９から圧縮機ハウジング７内に取入れた空気を圧縮機インペラ２１によって圧縮して、ディフューザ流路３１及び圧縮機スクロール流路３３を経由して空気排出口３５から排出して、エンジンに供給される空気を過給することができる。なお、タービンインペラ３７の出口側へ流通した排気ガスは、排気排出口４７からタービンハウジング９の外側へ排出される（車両用過給機１の通常の作用）。
【００４１】
図５に示すように、車両用過給機１の運転中、圧縮機インペラ２１の出口側（空気の主流方向の直下流側）の圧力によって、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂに軸方向一方側のスラスト力（正方向のスラスト力）ＣＦ１が働くことになる。また、圧縮機インペラ２１の出口側の圧力よりも低い、圧縮機インペラ２１内における主流（圧縮機インペラ２１の入口側から出口側へ流通する主流）の圧力によって、圧縮機ディスク２３のハブ面２３ｈに軸方向他方側のスラスト力（逆方向のスラスト力）ＣＦ２が働くことになる。一方、図１に示すように、タービンインペラ３７の入口側（排気ガスの主流方向の直上流側）の圧力によって、タービンディスク３９の背面３９ｂに逆方向のスラスト力ＴＦ１が働くことになる。また、タービンインペラ３７の入口側の圧力よりも低い、タービンインペラ３７内における主流（タービンインペラ３７の入口側から出口側へ流通する主流）の圧力によって、タービンディスク３９のハブ面３９ｈに正方向のスラスト力ＴＦ２が働くことになる。ここで、車両用過給機１の特性上、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂ及びタービンディスク３９のハブ面３９ｈに働く正方向のスラスト力（ＣＦ１＋ＴＦ２）は、圧縮機ディスク２３のハブ面２３ｈ及び前記タービンディスクの背面に働く逆方向のスラスト力（ＣＦ２＋ＴＦ１）よりも大きくなっている。つまり、車両用過給機１の運転中、圧縮機インペラ２１及びタービンインペラ３７を含むロータ全体には、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂ及びタービンディスク３９のハブ面３９ｈに働くスラスト力から圧縮機ディスク２３のハブ面２３ｈ及びタービンディスク３９の背面３９ｂに働くスラスト力を引いた差分の正方向のスラスト力（ＣＦ１＋ＴＦ２−ＣＦ２−ＴＦ１）が働くことになる。
【００４２】
図２（ａ）（ｂ）から図４（ａ）（ｂ）に示すように、タービンディスク３９の背面３９ｂに逆旋回流生成部としての複数のガイド溝５１等が形成されているため、車両用過給機１の運転中、タービンディスク３９の背面３９ｂ側にタービンインペラ３７に対して相対的な逆回転方向の旋回流を生成される。そうすると、複数のガイド溝５１等が形成されていない場合（比較例の場合）に比較して、タービンディスク３９の背面３９ｂ側における流れの絶対速度ベクトルＶの周方向成分Ｖｕを小さくすることができる。
【００４３】
ここで、タービンディスク３９の背面３９ｂ側の排気ガス（流体の一例）は回転しているため、当該排気ガスには、タービンディスク３９の背面３９ｂの半径方向の位置及び流速に基づいた遠心力が半径方向外側に向かって働いている。一方、排気ガスはタービンディスク３９の背面３９ｂの領域に留まって回転を維持しているため、排気ガスにはこの半径方向外側に向かう遠心力と釣り合う成分を持つ圧力が生じていると考えられる。この圧力は、当該半径方向上の微小領域に着目すると、当該微小領域にある排気ガスの半径方向両端の圧力差によって生じている。したがって、タービンディスク３９の背面３９ｂの領域全体を考えてみると、タービンディスク３９の背面３９ｂにある排気ガスには、半径方向の位置に対する圧力勾配が発生していることになる。ガイド溝５１等によってタービンディスク３７の背面３９ｂ側における流れの絶対速度ベクトルＶの周方向成分Ｖｕを小さくしたため、タービンディスク３７の背面３９ｂにおける半径方向の位置ごとの各遠心力も低減されている。そのため、それぞれの遠心力に対応した上述の圧力差も小さくなる。その結果、タービンディスク３９の背面３９ｂの半径方向の位置に対する排気ガスの圧力勾配が緩和されることとなる。
【００４４】
即ち、車両用過給機１の運転中、タービンディスク３９の背面３９ｂ側の流れによる遠心力を低減して、その遠心力と釣り合う圧力を生じさせるためのタービンディスク３９の背面３９ｂ側における半径方向の圧力差、換言すれば、タービンディスク３９の背面３９ｂ側における半径方向の圧力勾配を小さくすることができる。ここで、タービンディスク３９の背面３９ｂの半径方向の位置に対する圧力勾配が緩和されたということは、タービンディスク３９の背面３９ｂでは圧力が低下しにくくなっていることを意味する。そのため、図４（ａ）に示すように、タービンディスク３９の背面３９ｂ側の圧力は、ガイド溝５１等を設けない場合よりも半径方向の位置に対して上昇する。ここで、圧力はスカラー量であり、多方向に作用する。ゆえに、ガイド溝５１等を設けることによってタービンディスク３９の背面３９ｂにおける圧力が上昇した結果、タービンディスク３９の背面３９ｂにある排気ガスがタービンディスク３９を押す力、換言すれば、タービンディスク３９の背面３９ｂに働く逆方向のスラスト力ＴＦ１を大きくすることができる。
【００４５】
なお、図２（ｂ）、図３（ｂ）、及び図４（ｂ）において、タービンディスク３９の背面３９ｂ側における流れの速度三角形において、Ｕは、周方向速度ベクトル、Ｗは、相対速度ベクトルである。
【００４６】
従って、本発明の第１実施形態によれば、車両用過給機１の運転中、タービンディスク３９の背面３９ｂに働く逆方向のスラスト力ＴＦ１を大きくできるため、圧縮機インペラ２１が大径化しても、圧縮機インペラ２１及びタービンインペラ３７を含むロータ全体に働く正方向のスラスト力（ＣＦ１＋ＴＦ２−ＣＦ２−ＴＦ１）を小さくすることができる。よって、車両用過給機１の高圧力比化を促進しつつ、ロータ全体のメカニカルロスを低減して、車両用過給機１の効率の向上を図ることができる。
【００４７】
（本発明の第２実施形態）
車両用過給機１は、本発明の第１実施形態に係る圧縮機インペラ２１（図２参照）に代えて、図７に示す本発明の第２実施形態に係る圧縮機インペラ５５を用いても構わなく、この場合には、逆旋回流生成部としての複数のガイド溝５１等（図２（ａ）及び図３（ａ）参照）を省略しても構わない。また、圧縮機インペラ５５は、圧縮機インペラ２１と同様の構成を有しており、圧縮機インペラ５５の構成のうち、圧縮機インペラ２１と異なる部分の構成についてのみ説明する。なお、圧縮機インペラ５５における複数の構成要素のうち、圧縮機インペラ２１における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。
【００４８】
図７及び図８（ａ）（ｂ）に示すように、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂには、空気を半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路としての複数のガイド溝５７が周方向（背面２３ｂの周方向）に沿って等間隔に形成されている。また、各ガイド溝５７は、半径方向内端（出口端）５７ｉが半径方向外端（入口端）５７ｏよりも正回転方向側（圧縮機インペラ２１の回転方向側）に位置するように構成されている。更に、各ガイド溝５７の凹み量は、半径方向内端５７ｉの手前側から半径方向内端５７ｉにかけて徐々に小さくなっている。前述の構成により、複数のガイド溝５７は、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂ側に圧縮機インペラ２１（回転する圧縮機インペラ２１）に対して相対的な正回転方向（圧縮機インペラ２１の回転方向と同じ方向）の旋回流を生成する旋回流生成部としての機能を有することになる。換言すれば、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂには、旋回流生成部としての複数のガイド溝５７が形成されていることになる。なお、ガイド溝５７の個数、及びガイド溝５７の半径方向内端５７ｉの半径方向位置は、適宜に変更可能である。
【００４９】
ここで、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂに複数のガイド溝５７が形成される代わりに、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂに軸方向他方側へ突出した複数の突起列（図示省略）が周方向に沿って等間隔に形成され、各隣接する突起列の間に空気を半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路（図示省略）が形成されるようにしても構わない。この場合、各ガイド通路は、径方向内端が半径方向外端よりも正回転方向側に位置するように構成されている。
【００５０】
圧縮機ディスク２３の背面２３ｂに複数のガイド溝５７等が形成される代わりに、図９（ａ）（ｂ）に示すように、圧縮機ディスク２３に空気を半径方向外側から半径方向内側へ案内する複数のガイド通路としてのガイド穴５９が貫通形成されても構わない。この場合には、各ガイド穴５９の半径方向外端（入口端）５９ｏは、圧縮機ディスク２３の最大径部２３ｇ側に開口されており、各ガイド穴５９の半径方向内端（出口端）５９ｉは、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂ側に開口されている。各ガイド穴５９は、半径方向内端５９ｉが半径方向外端５９ｏよりも正回転方向側に位置するように構成されている。
【００５１】
続いて、本発明の第２実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５２】
図８（ａ）（ｂ）から図１０（ａ）（ｂ）に示すように、車両用過給機１の運転中、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂに旋回流生成部としての複数のガイド溝５７等が形成されているため、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂ側に圧縮機インペラ２１に対して相対的な正回転方向の旋回流を生成して、複数のガイド溝５１等が形成されていない場合（比較例の場合）に比較して、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂ側における流れの絶対速度ベクトルＶの周方向成分Ｖｕを大きくすることができる。これにより、本発明の第１実施形態と同様の原理に基づいて、車両用過給機１の運転中、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂ側の流れによる遠心力を増大して、その遠心力と釣り合う圧縮機ディスク２３の背面２３ｂ側における半径方向の圧力差、換言すれば、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂ側における半径方向の圧力勾配を大きくすることができる。その結果、圧縮機ディスク２３の背面２３ｂに働く正方向のスラスト力ＣＦ１を小さくすることができる。なお、図８（ａ）、図９（ａ）、及び図１０（ｂ）において、圧縮機ディスク２３の背面３９ｂ側における流れの速度三角形において、Ｕは、周方向速度ベクトル、Ｗは、相対速度ベクトルである。
【００５３】
従って、本発明の第２実施形態によれば、本発明の第１実施形態と同様の効果を奏するものである。
【００５４】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、次のように種々の態様で実施可能である。即ち、本発明の第１実施形態に係るタービンインペラ３７に適用した技術的思想をガスタービン（図示省略）に用いられるラジアルタービン（図示省略）に適用して、そのラジアルタービンにおけるタービンディスク（図示省略）の背面に働くスラスト力を調整しても構わない。また、本発明の第２実施形態に係る圧縮機インペララ５５に適用した技術的思想を産業機械（図示省略）又はガスタービン（図示省略）に用いられる遠心圧縮機（図示省略）に適用して、その遠心圧縮機における圧縮機ディスク（図示省略）の背面に働くスラスト力を調整しても構わない。
【００５５】
そして、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００５６】
１：車両用過給機（過給機）、３：過給機ハウジング、５：軸受ハウジング、７：圧縮機ハウジング、９：タービンハウジング、１１：圧縮機ハウジング本体、１３：シールプレート、１９：ロータ軸、２１：圧縮機インペラ、２３：圧縮機ディスク、２３ｂ：背面、２３ｇ：最大径部、２３ｈ：ハブ面、２５：圧縮機ブレード、２７：圧縮機ブレード、３７：タービンインペラ、３９：タービンディスク、３９ｂ：背面、３９ｇ：最大径部、３９ｈ：ハブ面、４１：タービンブレード、５１：ガイド溝、５１ｉ：半径方向内端、５１ｏ：半径方向外端、５３：ガイド穴、５３ｉ：半径方向内端、５３ｏ：半径方向外端、５５：圧縮機インペラ、５７：ガイド溝、５７ｉ、半径方向内端、５７ｏ：半径方向外端、５９：ガイド穴、５９ｉ：半径方向内端、５９ｏ：半径方向外端
【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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