(57)【要約】【課題】本発明は、軽量化及び剛性の向上が可能な遠心羽根車を提供する。【解決手段】遠心羽根車１では、複数の羽根４と、回転軸Ｌ１の回りに回転可能なディスク本体３と、ディスク本体３の背面に形成され、回転軸側よりも外周側が後方へ傾斜する傾斜面５ａを有するえぐり構造５と、ディスク本体３の剛性を補強する環状の補強部材７と、を備えている。このような構成により、流体の流れに影響するディスク本体３の正面形状を変えることなく、遠心羽根車の軽量化を行うと共に、遠心力に対する剛性の向上を可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面である正面に複数の羽根が設けられ、回転軸回りに回転可能なディスク本体を有する遠心羽根車であって、
前記ディスク本体の背面に形成され、前記回転軸側よりも外周側が後方へ傾斜する傾斜面を有するえぐり構造と、
前記ディスク本体の剛性を補強する環状の補強部材と、を備えることを特徴とする遠心羽根車。
【請求項２】
前記環状の補強部材は、前記ディスク本体に埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の遠心羽根車。
【請求項３】
前記ディスク本体の背面には、後方に突出し前記回転軸を中心とする環状の第一突部が形成され、
前記環状の補強部材は、前記環状の第一突部の外周面に装着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の遠心羽根車。
【請求項４】
前記第一突部は、前記ディスク本体の背面外周側に形成されており、
前記えぐり構造の傾斜面には、後方に突出し前記回転軸を中心とする環状の第二突部が形成され、
前記第一突部及び前記第二突部の外周面には、前記環状の補強部材がそれぞれ装着されていることを特徴とする請求項３記載の遠心羽根車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心羽根車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、特開２００３−２６９３８３号公報がある。この公報に記載された圧縮機のインペラーの構造では、インペラーの複数の羽根の外周側の少なくとも一部に、隣接する羽根間を相互に連結する連結部材を設けることで、遠心応力による羽根の振動を抑制し、羽根の根元における応力集中を防止して、耐久性の向上を図っている。また、一般的に、この種のインペラーでは、回転軸に近づくにつれてディスクが厚肉とされる幅広構造とすることで、遠心応力対策が図られている。
【特許文献１】特開２００３−２６９３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献に記載の従来技術では、ディスクの回転軸側が幅広構造とされているため、運転時の熱膨張によって、ディスクの外周側が変形してシュラウドに接触するおそれがあるという問題がある。また、従来技術では、ディスクの回転軸側が幅広構造とされているため、質量が増大して遠心羽根車の動的性能の向上の妨げになっているという問題がある。
【０００４】
そこで、ディスクの背面にへこみ部を設けてディスクの回転軸側を薄肉とすることで、熱膨張によるディスクの変形を抑えると共に、ディスクを軽量化して遠心羽根車の動的性能を向上させる構造が考えられる。しかしながら、このような構造では、遠心力が過大になると遠心力によってディスクが変形してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解消するためになされたものであり、軽量化及び剛性の向上が可能な遠心羽根車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】
【０００６】
本発明に係る遠心羽根車は、一方の主面である正面に複数の羽根が設けられ、回転軸回りに回転可能なディスク本体を有する遠心羽根車であって、ディスク本体の背面に形成され、回転軸側よりも外周側が後方へ傾斜する傾斜面を有するえぐり構造と、ディスク本体の剛性を補強する環状の補強部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る遠心羽根車では、ディスク本体の背面にえぐり構造が形成されると共に、ディスク本体の剛性を補強する環状の補強部材を備えている。このような構成により、流路を形成するディスク本体正面の形状に影響を与えずに、遠心羽根車の軽量化を図ることができる。さらに、環状の補強部材をディスク本体の剛性を補強するように備えることにより、遠心羽根車の剛性を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明に係る遠心羽根車では、環状の補強部材は、ディスク本体に埋め込まれていることが好ましい。これにより、ディスク本体の剛性を向上させることが可能となる。
【０００９】
あるいは、本発明に係る遠心羽根車では、ディスク本体の背面には、後方に突出し回転軸を中心とする環状の第一突部が形成され、環状の補強部材は、環状の第一突部の外周面に装着されていることが好ましい。このような構成により、環状の補強部材は、第一突部を介して、遠心力によるディスク本体の変形を規制する。したがって、遠心羽根車は、ディスク本体の変形に対する剛性を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る遠心羽根車では、第一突部は、前記ディスク本体の背面外周側に形成されており、えぐり構造の傾斜面には、後方に突出し回転軸を中心とする環状の第二突部が形成され、第一突部及び第二突部の外周面には、環状の補強部材がそれぞれ装着されていることが好ましい。このような構成により、環状の補強部材は、第一突部を介してディスク本体の半径方向への変形を規制すると共に、第二突部を介してディスク本体の前方への倒れこみ変形を規制する。したがって、ディスク本体の変形に対する剛性をさらに向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の遠心羽根車によれば、軽量化及び剛性の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る遠心羽根車の第１実施形態について図面を参照して説明する。図中、同一又は相当部分には、同一符号を用いることとする。
【００１３】
図１は、第１実施形態に係る遠心羽根車を示す斜視図であり、図２は、第１実施形態に係る遠心羽根車の回転軸に沿う端面図である。なお、本明細書の端面図においては、回転軸対称となる遠心羽根車のうちの一方のみを図示して説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、遠心羽根車１は、回転軸Ｌ１に沿って延在する円筒状のボス部２を中心に形成されている。このボス部２には、その周方向に展開するディスク本体３が設けられており、このディスク本体３の正面には、ボス部２の周方向に湾曲した羽根４が複数形成されている。
【００１５】
また、ディスク本体３の背面には、ボス部２を中心にえぐり構造５が形成されている。このえぐり構造５は、回転軸Ｌ１側よりも外周側が後方へ傾斜する傾斜面５ａを有している。なお、ディスク本体３の材質としては、ステンレス、アルミ、チタン等が一般的である。
【００１６】
この傾斜面５ａは、ボス部２を囲繞して全周に亘り形成され、半径方向において、例えばボス部２の際から略中央まで形成されている。このように、前方に窪むえぐり構造５を形成することで、ディスク本体３の厚さが従来に比して薄くされ均一化されている。
【００１７】
また、えぐり構造５の外縁には、後方へ突出した環状の突部（第一突部）６がボス部２を中心に形成されており、この突部６の外周面には、ディスク本体３の剛性を補強する環状の補強部材７が装着されている。この補強部材７としては、ディスク本体３よりも剛性が高く、かつ、軽量な素材が用いられ、例えば、カーボンファイバーが好ましい。
【００１８】
次に、比較のため、従来の遠心羽根車について図面を参照して説明する。
【００１９】
図３は、従来の遠心羽根車を示す端面図である。図３に示すように、遠心羽根車５１が回転することで、その半径方向に遠心力Ｆが生じる。この遠心力Ｆは、遠心羽根車５１の回転速度に応じて大きくなり、その応力は、ボス部５２とディスク本体５３との接続部に集中することとなる。図３に示すように、従来の遠心羽根車５１では、ボス部５２に近いほどディスク本体５３の背面が後方に傾斜するテーパ状の構造を成している。このようにして、従来の遠心羽根車５１では、ボス部５２とディスク本体５３との接続部の厚みを増すことで遠心力Ｆに対する剛性を高めていた。
【００２０】
図４は、従来の遠心羽根車の高温環境下における使用状態を示す概略図である。遠心羽根車５１が高温環境下で使用される場合、遠心羽根車５１の内部では、熱膨張に伴う熱応力が発生する。このとき、ディスク本体５３の正面側では、空気等の流体が流れているため、ディスク本体５３の正面側より背面側が高温となる場合が多い。図４に示すように、高温環境下の遠心羽根車５１では、ディスク本体５３の背面側において、高温ガスＧからディスク本体５３の背面に熱が伝わることとなる。その結果、ディスク本体５３の背面に沿った方向に熱膨張による変形Ｔが発生する。
【００２１】
図５は、従来の遠心羽根車の変形状態を示す概略図である。遠心羽根車５１では、高温環境下で使用することによって、図３に示す遠心力Ｆと図４に示す熱膨張による変形Ｔとが同時に生じることとなる。その結果、図５に示すように、従来の遠心羽根車５１では、遠心力Ｆと熱膨張による変形Ｔの協働により、ディスク本体３の周端部が前方へ倒れこむ慮があった。
【００２２】
このような従来の遠心羽根車５１に対して、図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る遠心羽根車１は、ディスク本体３の背面にえぐり構造５を形成している。これにより、遠心羽根車１は、流体の流れに影響するディスク本体３の正面側の形状を変えることなく、遠心羽根車１の軽量化を図ることができる。
【００２３】
さらに、第１実施形態に係る遠心羽根車１では、えぐり構造５が回転軸Ｌ１側よりも外周側が後方へ傾斜する傾斜面５ａを有している。ここで、図６は、第１実施形態に係る遠心羽根車の高温環境下における使用状態を示す概略図である。
【００２４】
図６に示すように、遠心羽根車１では、ディスク本体３の背面側に傾斜面５ａが形成されている。このため、熱膨張による変形Ｔは、後方に傾斜した傾斜面５ａに沿って発生することとなる。この熱膨張による変形Ｔは、ディスク本体３を後方に倒す方向に働き、ディスク本体３を前方に倒す方向に働く遠心力Ｆの力を緩和する。このようにして、遠心羽根車１では、高温状況下における前方への倒れこみを起こりにくくすることができる。
【００２５】
また、第１実施形態に係る遠心羽根車１は、突部６の外周面に環状の補強部材７を装着している。ここで、図７は、第１実施形態に係る環状の補強部材を示す正面図である。図７に示すように、カーボンファイバーなどからなる環状の補強部材７は、その周方向に対する剛性が高い。このため、環状の突部６に装着される補強部材７は、突部６を介して、遠心力Ｆによるディスク本体３の半径方向の変形を規制する。これにより、補強部材７は、ディスク本体３の遠心力Ｆに対する剛性を高めることができる。また、遠心羽根車１では、運転時の遠心力によって補強部材７が突部６に強固に固定されるため、ボルト等の固定部品や接着剤等を不要とし、簡素な構成でディスク本体３の変形を防止することができる。
【００２６】
また、このような遠心羽根車１を備えたターボチャージャでは、遠心羽根車１の軽量化が図られているため、ターボチャージャを搭載する車両の軽量化が図られると共に、加速性能の向上、燃費の向上が図られている。また、遠心羽根車１を備えたターボチャージャでは、始動特性の向上、応答性能の向上を図ることができる。
【００２７】
加えて、遠心羽根車１を備えたターボチャージャでは、ディスク本体３の剛性の向上が図られているため、ディスク本体３の前方への変形が抑制され、遠心羽根車１を覆うシュラウドと羽根４との接触の慮を低減することができる。
【００２８】
次に、本発明に係る遠心羽根車の第２実施形態について図面を参照して説明する。図８は、第２実施形態に係る遠心羽根車の回転軸に沿う端面図である。
【００２９】
図８に示す第２実施形態に係る遠心羽根車１１が、第１実施形態に係る遠心羽根車１と違う点は、突部として環状の突部６が形成されたディスク本体３に代えて、環状の第一突部１６と環状の第二突部１７とが形成されたディスク本体１３を備えている点と、環状の突部６の外周面に装着された補強部材７に代えて、環状の第一突部１６及び第二突部１７の外周面にそれぞれ装着された線状の第一補強部材１８及び第二補強部材１９を備えている点である。その他の構成部分については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。以下、他の実施形態においても、第１実施形態と同様の構成部分については、説明を省略する。
【００３０】
図８に示すように、第２実施形態に係る遠心羽根車１１では、ディスク本体１３の背面にえぐり構造１５が形成されている。このえぐり構造１５の外縁には、後方へ突出した環状の第一突部１６がボス部２を中心に形成されており、この環状の第一突部１６の外周面には、線状の第一補強部材１８が所定の張力をもって巻きつけられている。
【００３１】
また、えぐり構造１５は、回転軸Ｌ１側から外方へ離間するにつれて後方へ傾斜する傾斜面１５ａを有している。この傾斜面１５ａには、後方へ突出した環状の第二突部１７が回転軸Ｌ１を中心として形成されており、この環状の第二突部１７の外周面には、線状の第二補強部材１９が所定の張力をもって巻きつけられている。これらの第一補強部材１８及び第二補強部材１９としては、ディスク本体１３よりも剛性が高く、かつ、軽量な線状部材（軽量高剛性繊維部材）が用いられ、例えば、カーボンファイバーが好ましい。また、第一補強部材１８及び第二補強部材１９は、環状の第一突部１６及び第二突部１７に巻き付けられて、環状の補強部材を構成している。
【００３２】
このような構成の遠心羽根車１１によれば、第一補強部材１８によってディスク本体１３の半径方向への変形を規制すると共に、第二補強部材１９によってディスク本体１３の前方への倒れこみ変形を規制することができる。このため、第２実施形態に係る遠心羽根車１１では、ディスク本体１３の変形に対する剛性をより効果的に向上させることが可能となる。
【００３３】
また、遠心羽根車１１では、運転時の遠心力によって第一補強部材１８及び第二補強部材１９が第一突部１６及び第二突部１７に強固に固定されるため、ボルト等の固定部品や接着剤等を不要とし、簡素な構成でディスク本体１３の変形を防止することができる。
【００３４】
続いて、本発明に係る遠心羽根車の第３実施形態について図面を参照して説明する。図９は、第３実施形態に係る遠心羽根車の回転軸に沿う端面図である。
【００３５】
図９に示す第３実施形態に係る遠心羽根車２１が、第１実施形態に係る遠心羽根車１と違う点は、環状の突部６が形成されたディスク本体３に代えて、環状の凹部２４が形成されたディスク本体２３を備えている点と、環状の突部６の外周面に装着された補強部材７に代えて、環状の凹部２４に装着された環状の補強部材２５が装着されている点である。
【００３６】
遠心羽根車２１では、ディスク本体２３背面に、回転軸Ｌ１を中心とする環状の凹部２４が形成されている。この環状の凹部２４は、ディスク本体２３の外縁に形成され、背面から前方に凹むように形成されている。なお、この凹部２４は、ディスク本体２３の背面であれば、外縁以外の場所に形成してもよい。そして、運転時の遠心力によって補強部材２５が環状の凹部２４の内周側の壁面２４ａに強固に固定される。このように構成された遠心羽根車２１でも、第１実施形態の遠心羽根車１と同様な作用、効果を奏する。
【００３７】
次に、本発明に係る遠心羽根車の第４実施形態について図面を参照して説明する。図１０は、第４実施形態に係る遠心羽根車の回転軸に沿う端面図である。
【００３８】
図１０に示す第４実施形態に係る遠心羽根車３１が、第１実施形態に係る遠心羽根車１と違う点は、環状の突部６が形成されたディスク本体３に代えて、環状の突部が形成されていないディスク本体３３を備える点と、環状の突部６の外周面に装着された補強部材７に代えて、ディスク本体３３に埋め込まれた複数の補強部材３４〜３６を備える点である。また、この遠心羽根車３１のボス部３２には、補強部材３７〜３９が埋め込まれており、これらの補強部材３４〜３９は、回転軸Ｌ１を中心として環形状を成している。このように構成された遠心羽根車３１では、環状の補強部材３４〜３９によりボス部３２及びディスク本体３３の剛性を高めることが可能となる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ディスク本体の背面には、突部に加えて凹部を形成する構造としてもよい。また、突部と凹部との数は、上記実施形態に限定されず、２個以上形成してもよい。
【００４０】
また、突部及び凹部を形成して補強部材を装着することと、遠心羽根車の内部に補強部材を埋め込むこととを組み合わせてもよく、補強部材としては、一体成形された環状の補強部材と針金状の補強部材などを任意に組み合わせてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、補強部材をカーボンファイバーによって構成しているが、その他の素材であってもよく、要は、ディスク本体より剛性が高く、ディスク本体の剛性を補強可能な素材であればよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、遠心羽根車を備えたターボチャージャについて説明しているが、例えば、ガスタービンエンジンに本発明の遠心羽根車を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係る遠心羽根車を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る遠心羽根車の回転軸に沿う端面図である。
【図３】従来の遠心羽根車の回転軸に沿う端面図である。
【図４】従来の遠心羽根車の高温環境下における使用状態を示す概略図である。
【図５】従来の遠心羽根車の変形状態を示す概略図である。
【図６】第１実施形態に係る遠心羽根車の高温環境下における使用状態を示す概略図である。
【図７】第１実施形態に係る環状の補強部材を示す正面図である。
【図８】第２実施形態に係る遠心羽根車の回転軸に沿う端面図である。
【図９】第３実施形態に係る遠心羽根車の回転軸に沿う端面図である。
【図１０】第４実施形態に係る遠心羽根車の回転軸に沿う端面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１、１１、２１、３１…遠心羽根車、２、３２…ボス部、３、１３、２３、３３…ディスク本体、４…羽根、５、１５…えぐり構造、５ａ、１５ａ…傾斜面、６、１６…突部（第一突部）、１７…第二突部、７、１８、１９、２５、３４、３５、３６、３７、３８、３９…補強部材、２４…凹部、２４ａ…壁面。
【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】
2009167882.tif 000007
【図６】
2009167882.tif 000008
【図７】
2009167882.tif 000009
【図８】
2009167882.tif 000010
【図９】
2009167882.tif 000011
【図１０】
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