JP2016089671A - 送風機、排ガス再循環システム、および送風機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスに対する耐腐食性を高めつつインペラと回転軸との連結部の強度を十分に確保する。
【解決手段】内燃機関から排出される排ガスを送風する遠心ブロワ５０であって、インペラ５１と、インペラ５１に連結されるとともに軸線Ｘ上に配置される回転軸５２と、回転軸５２に連結される駆動軸５３ａを有するとともに駆動軸５３ａを軸線Ｘ回りに回転させる駆動モータ５３と、複数の軸受５３ｂ，５３ｃを備え、インペラ５１と回転軸５２とが樹脂材により一体成型されており、駆動モータ５３には駆動軸５３ａを軸線Ｘに沿った複数の位置で支持する軸受５３ｂ，５３ｃが配置され、一体成型されたインペラ５１と回転軸５２には軸受５３ｂ，５３ｃが配置されない遠心ブロワ５０を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、送風機、排ガス再循環システム、および送風機の製造方法に関する。

一般に、ディーゼルエンジンの排ガスには、ＮＯｘ、ＳＯｘおよび煤塵等の有害物質や環境に負荷を与える物質が含まれている。特に、船舶用のディーゼルエンジンにおいて、排出される有害物質への規制が厳しくなる傾向がある。そのため、このような有害物質の排出を抑制するための種々の方式が提案されている。

有害物質を低減させる代表的なシステムとしてＮＯｘを低減できる排ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
排ガス再循環システムは、燃料の燃焼により発生した排気ガスの一部を燃焼用空気に混入して燃焼温度を低下させることによりＮＯｘの減少を図るシステムである。排ガス再循環システムでは、排気ガスの一部を燃焼用空気に混入して酸素濃度を低くし、燃料と酸素との反応である燃焼速度を遅らせる。これにより、火炎の最高温度が低下し、ＮＯｘの生成が抑制される。

特許文献１に開示された排ガス再循環システムは、排ガスをディーゼルエンジンの排気管から吸気管に再循環させる再循環管を備える。また、再循環管には、排ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘを除去するスクラバと、スクラバにより浄化された排ガスを送風する送風機が設けられている。

特開２００２−３３２９１９号公報

排ガス再循環システムにおいて、送風機が吸入する排ガスはスクラバにより浄化されているが、ＮＯｘ，ＳＯｘがある程度含まれている。これらＮＯｘ，ＳＯｘと水が反応することにより硝酸，硫酸等の酸性物質が生成される。送風機は、排ガスを送風するインペラを備えているが、インペラはステンレス等の比較的耐食性の高い金属により形成されるのが一般的である。しかしながら送風機のインペラはステンレス等を用いても、硝酸，硫酸等の酸性物質によって腐食してしまうという問題がある。インペラのみを更に耐腐食性の高い材料で形成することも考えられるが、高速回転するインペラとそれに連結される回転軸との連結部の強度を十分に確保することが困難である。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、排ガスに対する耐腐食性を高めつつインペラと回転軸との連結部の強度を十分に確保した送風機を提供することを目的とする。
また、本発明は、前述した送風機を備えた排ガス再循環システム、および前述した送風機の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る送風機は、内燃機関から排出される排ガスを送風する送風機であって、軸線回りに回転するとともに前記内燃機関から流入する前記排ガスを送風するインペラと、前記インペラに連結されるとともに前記軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸に連結される駆動軸を有するとともに該駆動軸を前記軸線回りに回転させる駆動部と、複数の軸受部とを備え、前記インペラと前記回転軸とが樹脂材により一体成型されており、前記駆動部には一体成型された前記回転軸および前記インペラが連結された前記駆動軸を前記軸線に沿った複数の位置で支持する前記複数の軸受部が配置され、一体成型された前記インペラおよび前記回転軸には前記軸受部が配置されない。

本発明の一態様に係る送風機は、内燃機関から流入する排ガスを送風するインペラと、インペラと同軸に配置される回転軸とが、樹脂材により一体成型されている。そのため、排ガスに接触するインペラの耐腐食性を高めつつインペラと回転軸との連結部の強度を十分に確保することができる。回転軸に連結される駆動軸を有する駆動部には駆動軸を軸線に沿った複数の位置で支持する複数の軸受部が配置される。一方、一体成型されたインペラおよび回転軸には軸受部が配置されない。軸受部には、駆動軸、駆動軸に連結される回転軸、およびインペラの荷重がかかるが、回転軸とインペラとが樹脂製で軽量であるため、回転軸を支持する別途の軸受部を設けることなくこれらの荷重を支持することができる。よって、送風機を構成する部品数を削減するとともに軽量化を図ることができる。

本発明の一態様に係る送風機は、前記インペラを内部に収容するとともに前記軸線に沿って流入する前記排ガスを内部に導く吸入口と前記インペラにより送風される前記排ガスを排出する排出口を有するインペラケーシングと、前記インペラケーシングに取り付けられるとともに前記軸線に沿って流入する前記排ガスを前記吸入口へ導くガイド部と、前記インペラケーシング内の前記排出口側の空間と前記吸入口側の空間との通気を抑制する環状シール部とを有し、前記ガイド部は、前記吸入口を取り囲むように前記軸線に直交する平面上に配置されて所定幅の環状面を形成する環状先端面を有し、前記環状シール部は、前記環状先端面に向かって板厚が漸次減少して先端部にエッジを形成するとともに該先端部が前記環状先端面に近接した状態で配置された構成であってもよい。

本構成の送風機において、吸入口から軸線に沿ってインペラケーシングの内部に流入する排ガスは、軸線に直交する径方向に導かれてインペラケーシングの排出口へ送風される。インペラケーシングの排出口に送風される排ガスは吸入口に流入する排ガスよりも高圧であるため、インペラケーシングの排出口側の空間と吸入口側の空間とが連通していると、インペラケーシングの排出口側の空間から吸入口側の空間へ排ガスが逆流し、送風機の送風性能が悪化してしまう。

本構成の送風機によれば、インペラケーシングの排出口側の空間と吸入口側の空間との通気が環状シール部により抑制されるため、送風機の送風性能を向上させることができる。本構成の送風機のインペラは樹脂材により成型されているため、常温クリープ現象により、軸線方向に直交する径方向の長さが徐々に長くなる性質がある。この性質により、環状シール部も径方向に拡大する変形をするが、環状シール部はその先端部にエッジを形成するとともにその先端部が軸線に直交する平面に配置されるガイド部の環状先端面に近接した状態で配置されている。これにより、環状シール部が径方向に拡大してその先端位置が変化しても、環状シール部の先端部とガイド部の環状先端面とが近接してシール性を維持する。そのため、常温クリープ現象によりインペラの径方向の長さが長くなっても、送風機の送風性能が維持される。

上記構成の送風機は、前記回転軸と前記駆動軸とが連結される連結部を収容するとともに前記軸線方向の一端面が前記インペラケーシングに連結され他端面が前記駆動部に連結されるハウジングと、前記ハウジング内部の前記インペラケーシング側の前記一端面に前記回転軸を取り囲むように取り付けられるとともに前記インペラケーシングから前記ハウジングへの前記排ガスの流入を抑制する第１シール部材とを備えるものであってもよい。
上記の送風機は、第１シール部材により回転軸を取り囲むようにし、インペラケーシングからハウジングへの排ガスの流入を抑制する。このようにすることで、腐食性のある排ガスがハウジング内部に流入して駆動部が腐食することを抑制することができる。

上記構成の送風機は、更に、前記ハウジング内部に空気を供給して前記ハウジング内部の空気圧を増加させる空気供給部を備えるものであってもよい。
このようにすることで、ハウジング内部の空気圧を増加させ、インペラケーシングからハウジングへの排ガスの流入をより確実に抑制することができる。

上記構成の送風機は、更に、前記ハウジング内部を、前記インペラケーシング側の第１空間と前記駆動部側の第２空間とに分離する隔壁と、前記隔壁に前記回転軸を取り囲むように取り付けられるとともに前記第１空間から前記第２空間への前記排ガスの流入を抑制する第２シール部材を備え、前記空気供給部は、前記第１空間に空気を供給して前記第１空間の空気圧を増加させ、前記ハウジングは、前記第２空間と外気とを通気するための連通穴を有するものであってもよい。
このようにすることで、第２空間の空気圧を増加させて駆動部が空気圧による影響を受けることを防止するとともに、空気圧を増加させる第１空間を狭くして空気圧の増加に要する空気供給部の負荷を低減することができる。

本発明の一態様に係る送風機は、前記回転軸と前記駆動軸とが連結される連結部において、前記回転軸の先端部に円筒状の凸部が形成され、前記駆動軸の先端部に前記凸部が嵌め込み挿入される凹部が形成され、前記凹部の内周面が、前記凸部が挿入された状態で該凸部の外周面との間に前記軸線回りに延在する環状の微小隙間が形成される形状となる構成であってもよい。
本構成の送風機において、回転軸は樹脂材により成型されているため軸線回りに高速に回転し、回転による遠心力によって軸線方向に直交する径方向の長さが長くなる。回転軸の先端部に形成された凸部の外周面と駆動軸の先端部に形成された凹部の内周面との間に形成される環状の微小隙間を適宜な間隔に調整することにより、回転軸の回転に伴って凸部の外周面が凹部の外周面に接触する。これにより、回転軸の中心軸と駆動軸の中心軸とを一致させることができる。

本発明の一態様に係る送風機は、前記インペラと前記回転軸とがポリカーボネート系樹脂またはポリエーテルイミド系樹脂により一体成型されている構成であってもよい。
このようにすることで、硝酸，硫酸等の酸性物質に対する耐腐食性が高い材料によりインペラおよび回転軸を一体成型することができる。

本発明の一態様に係る排ガス再循環システムは、内燃機関と、前記内燃機関に空気を供給する吸気管と、前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気管と、前記排気管により案内される排ガスによって回転するタービンと該タービンとともに回転して前記内燃機関に空気を供給するコンプレッサを有する過給機と、前記排気管に案内された前記排ガスの一部を前記吸気管に案内する再循環管と、該再循環管に設けられる上記のいずれかに記載の送風機とを備える。
このようにすることで、排ガスに接触するインペラの耐腐食性を高めつつインペラと回転軸との連結部の強度を十分に確保した送風機を備える排ガス再循環システムを提供することができる。

本発明の一態様に係る送風機の製造方法は、内燃機関から排出される排ガスを送風する送風機の製造方法であって、前記送風機は、軸線回りに回転するとともに前記内燃機関から流入する前記排ガスを送風するインペラと、前記インペラに連結されるとともに前記軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸に連結される駆動軸を有するとともに該駆動軸を前記軸線回りに回転させる駆動部と、複数の軸受部とを備え、前記インペラおよび前記回転軸を樹脂材により一体成型する工程と、一体成型された前記回転軸および前記インペラを、前記駆動軸に連結する連結工程とを備え、前記連結工程により前記回転軸および前記インペラに連結された前記駆動軸は前記軸線に沿った複数の位置で前記複数の軸受部によって支持され、一体成型された前記インペラおよび前記回転軸は前記軸受部によって支持されない。

本発明の一態様に係る送風機の製造方法によれば、内燃機関から流入する排ガスを送風するインペラと、インペラと同時に配置される回転軸とが、樹脂材により一体成型される。そのため、排ガスに接触するインペラの耐腐食性を高めつつインペラと回転軸との連結部の強度を十分に確保することができる。また、本製造方法により製造される送風機は、回転軸に連結される駆動軸が軸線に沿った複数の位置で複数の軸受部によって支持される。一方、一体成型されたインペラおよび回転軸は軸受部によって支持されない。軸受部には、駆動軸、駆動軸に連結される回転軸、およびインペラの荷重がかかるが、回転軸とインペラとが樹脂材で成型されて軽量であるため、回転軸を支持する別途の軸受部を設けることなくこれらの荷重を支持することができる。よって、送風機を構成する部品数を削減するとともに軽量化を図ることができる。

本発明によれば、排ガスに対する耐腐食性を高めつつインペラと回転軸との連結部の強度を十分に確保した送風機を提供することができる。
また、本発明によれば、前述した送風機を備えた排ガス再循環システム、および前述した送風機の製造方法を提供することができる。

本実施形態の排ガス再循環システムを示す概略構成図である。 図１に示す遠心ブロワを示す分解斜視図である。 図１に示す遠心ブロワを示す縦断面図である。 図３に示すインペラのＡ−Ａ矢視断面図である。 図３に示すインペラ近傍の要部拡大図である。 図３に示す回転軸近傍の要部拡大図である。

以下、本実施形態の排ガス再循環システムについて図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の排ガス再循環システムは１００、舶用内燃機関１０と、過給機２０と、ＥＧＲバルブ３０と、スクラバ４０と、遠心ブロワ５０（送風機）と、エアクーラ６０と、煙突７０と、排気管８１，８２，８３と、再循環管８４，８５と、吸気管８６とを備えている。

本実施形態において、内燃機関は舶用内燃機関１０であり、さらには、舶用ディーゼルエンジンであり、プロペラ軸および推進用プロペラ（図示略）を回転させる船舶推進用の主機である。舶用内燃機関１０は、軽油等のディーゼルエンジン用燃料を燃焼させることにより、プロペラ軸を回転させる駆動力を得る。舶用内燃機関１０における燃焼により生成される排ガスは、排気管８１に排出されるとともに排気管８１を介して過給機２０へ供給される。排気管８１は、舶用内燃機関１０から排出される排ガスを過給機２０へ案内する配管である。

過給機２０は、タービン２１およびコンプレッサ２２を有するとともに、これらが両端に取り付けられるロータ軸２３を有する。
タービン２１は、排気管８１から流入する排ガスにより駆動されてロータ軸２３を回転させる。コンプレッサ２２は、ロータ軸２３の回転に伴って回転するタービンインペラ（図示略）を有し、タービンインペラの回転によって外部の空気を圧縮してエアクーラ６０へ導く。
タービン２１を回転させる動力として利用された排ガスは、排気管８２へ流入する。

ＥＧＲバルブ３０は、排気管８２に流入する排ガスのうち再循環管８４，８５を介して吸気管８６へ案内する排ガスの流量を調整する装置である。ＥＧＲバルブ３０は、その一端（上流端）が排気管８２の下流端に接続され、その他端（下流端）がスクラバ４０に接続される。ＥＧＲバルブ３０は、その内部に備える弁体機構（図示略）の開度を調整することにより、排気管８２を流通する排ガスの全流量に対する再循環管８４に導く排ガスの流量を調整する。
ＥＧＲバルブ３０に流入した排ガスを除く他の排ガスは、排気管８２から排気管８３に導かれ、煙突７０から船舶の外部へ排出される。

スクラバ４０は、水等の液体を洗浄液として、排ガス中の粒子（ＮＯｘ，ＳＯｘ，煤塵等）を洗浄液の液滴や液膜中で捕集して分離する装置である。スクラバ４０は、ＥＧＲバルブ３０から流入する排ガス中の粒子を捕集し、洗浄された排ガスを再循環管８４を供給する。
スクラバ４０において排ガス中の粒子を捕集した洗浄液は、ポンプ４１によって水処理装置４２に供給される。水処理装置４２は、洗浄液に含まれる排ガス中の粒子を除去し、洗浄液をスクラバ４０へ供給する。

ＥＧＲバルブ３０からスクラバ４０に流入する排ガスの温度は、例えば、２５０℃〜３００℃である。それに対して、スクラバ４０から再循環管８４へ流入する排ガスの温度は約５０℃である。このように排ガスの温度が低下するのは、洗浄液によって排ガスの熱が吸熱されるためである。

遠心ブロワ５０は、再循環管８４から供給される排ガスを圧縮して送風し、再循環管８５へ供給する装置である。遠心ブロワ５０に供給される排ガスはスクラバ４０により浄化されているが、ＮＯｘ，ＳＯｘがある程度含まれている。また、これらＮＯｘ，ＳＯｘなどと水が反応することにより生成された硝酸，硫酸等の酸性物質もある程度含まれている。
本実施形態の遠心ブロワ５０は、後述するように、硝酸，硫酸等の酸性物質に対する耐腐食性の高い材料により形成されている。

エアクーラ６０は、過給機２０のコンプレッサ２２で圧縮された空気を冷却し、吸気管８６を介して舶用内燃機関１０のシリンダ（図示略）に空気を供給する装置である。エアクーラ６０は、コンプレッサ２２から供給される空気を冷却することにより、空気の気体密度を増して圧縮比を向上させ、舶用内燃機関１０の出力を向上させる装置である。

エアクーラ６０は、コンプレッサ２２から供給される空気と再循環管８５から供給される排ガスとをそれぞれ冷却した上で混合して混合ガスとし、吸気管８６へ供給する。吸気管８６を介して舶用内燃機関１０に供給される混合ガスは、冷却されているとともに酸素濃度が低くなっている。そのため、本実施形態の排ガス再循環システム１００は、舶用内燃機関１０の出力を向上させ、かつＮＯｘの生成を抑制することができる。

次に、本実施形態の遠心ブロワ５０について、図２〜図４を参照して説明する。
図２，図３に示すように、遠心ブロワ５０は、インペラ５１と、回転軸５２と、駆動モータ５３（駆動部）と、フローガイド５４（ガイド部）と、インペラケーシング５５と、ハウジング５６と、隔壁５７と、シールリング５８（第１シール部材）と、シールリング５９（第２シール部材）とを備える。
図２は、図１に示す遠心ブロワを示す分解斜視図であるが、インペラケーシング５５、ハウジング５６、シールリング５８，５９の図示を省略している。

インペラ５１は、駆動モータ５３が駆動軸５３ａと回転軸５２を介して伝達する回転力により軸線Ｘ回りに回転するとともに再循環管８４から供給される排ガスを昇圧して所定の流量を送風する。インペラ５１は、円板状の主板５１ａと、主板と同径の円板状の側板５１ｂと、主板５１ａと側板５１ｂとの間に配置される複数の羽根５１ｃと、ガイドリング５１ｄ（環状シール部）と、ハブ５１ｅを有する。図４の断面図（図３のＡ−Ａ矢視断面図）に示すように、インペラ５１の羽根５１ｃは、軸線Ｘ回りの周方向に一定間隔で配置されている。インペラ５１は、インペラケーシング５５の内部に収容されている。

図３に示すように、インペラケーシング５５は、軸線Ｘに沿って再循環管８４から供給される排ガス（図３の左方に示す矢印）を内部に導く吸入口５５ａと、インペラ５１により送風される排ガスを再循環管８５へ排出する排出口５５ｂとを有する。吸入口５５ａには、再循環管８４から供給される排ガスを案内するフローガイド５４（ガイド部）が取り付けられている。

吸入口５５ａから流入する排ガスは、インペラケーシング５５の内部の吸入口５５ａ側の空間ＳＡ１に導かれる。空間ＳＡ１に導かれた排ガスは、インペラ５１のハブ５１ｅによって軸線Ｘ方向から軸線Ｘ方向に直交する径方向に導かれ、羽根５１ｃを通過して排出口５５ｂ側の空間ＳＡ２に導かれる。空間ＳＡ２に導かれた排ガスは、排出口５５ｂへ送風されて排出口５５ｂから再循環管８５へ排出される。

回転軸５２は、インペラ５１に連結されるとともに軸線Ｘ上に配置されている。図３の縦断面図に示すように、回転軸５２とインペラ５１とは１つの部材であり、樹脂材により一体成型されている。ここで、一体成型とは同一部材で分離可能な部分が無く形成された構造である。いくつかの成型部品を溶接・溶着して１つのものに形成されたものも一体成型である。インペラ５１と回転軸５２を一体成型するために種々の樹脂材を利用可能であるが、１００℃以下の腐食性ガスを送風する仕様環境から、例えば、ポリカーボネート系樹脂またはポリエーテルイミド系樹脂を用いることができる。

ポリカーボネート系樹脂およびポリエーテルイミド系樹脂は、硝酸，硫酸等の酸性物質に対する耐腐食性が高い。また、ポリカーボネート系樹脂およびポリエーテルイミド系樹脂は、熱可塑性樹脂であるため、切削加工に加えて、素材を加熱して柔軟化もしくは溶融化した素材を射出成型して複雑な形状に形成することも出来るので好ましい。特に、三次元プリンタを用いて回転軸５２とインペラ５１とを一体成型する場合、あるいは回転軸５２とインペラ５１とを別体の成型部品で成型した後に溶接・溶着により一体とする場合には、熱可塑性樹脂を用いるのが適している。

熱可塑性樹脂の他にも加熱により凝固する熱硬化性樹脂、紫外線など光エネルギにより硬化する紫外線硬化樹脂など種々適用が可能であるが、本実施形態ではインペラ５１の仕様環境から熱可塑性樹脂であるポリカーボネート系樹脂またはポリエーテルイミド系樹脂を用いる。
前述したフローガイド５４と、後述するハウジング５６も、インペラ５１，回転軸５２と同様に、ポリカーボネート系樹脂またはポリエーテルイミド系樹脂を用いて成型することができる。

駆動モータ５３は、回転軸５２に連結される駆動軸５３ａを有するとともに駆動軸５３ａを軸線Ｘ回りに回転させる装置である。本実施形態では、駆動モータ５３は、駆動軸５３ａと、軸受５３ｂ（軸受部）と、軸受５３ｃ（軸受部）と、電極コイル５３ｄと、回転子５３ｅと、モータケーシング５３ｆとを有する。電極コイル５３ｄはモータケーシング５３ｆの内周面に固定され、回転子５３ｅは駆動軸５３ａの外周面に固定されている。駆動モータ５３のモータケーシング５３ｆのインペラ５１側の端面は、ハウジング５６に取り付けられている。駆動モータ５３の駆動軸５３ａの回転するための手法は、上記構造に限定されず、いわゆる直流モータや交流モータなど各種利用が可能であり、回転数や回転トルクを調整可能なギア構造を内蔵するものでもよい。

駆動モータ５３は、インバータで供給電流を制御するインバータモータであり、電極コイル５３ｄに流す電流を制御することにより電極コイル５３ｄが磁石である回転子５３ｅに与える磁力が調整される。駆動モータ５３は、電極コイル５３ｄに流す電流を制御することにより駆動軸５３ａの回転数が任意の回転数（例えば、４０００〜７０００ｒｐｍ）に制御することができる。

駆動軸５３ａは、モータケーシング５３ｆに固定された複数の軸受により軸線Ｘに沿った複数の位置で支持されている。本実施形態ではモータケーシング５３ｆの内部に、軸受５３ｂと軸受５３ｃの２つの軸受により支持され、軸受５３ｂの許容荷重は、軸受５３ｃの許容荷重よりも大きくなっている。これは、駆動軸５３ａの一端にインペラ５１と一体成型された回転軸５２が連結されており、軸受５３ｃよりも軸受５３ｂの方が支持する荷重が大きいからである。またインペラ５１と一体成型された回転軸５２は樹脂材製で軽量のために、モータケーシング５３ｆの内部に設けた軸受５３ｂと軸受５３ｃの２つの軸受により支持することが可能である。

ハウジング５６は、回転軸５２と駆動軸５３ａの一端とが連結される連結部を収容する略円筒形状の部材である。
ハウジング５６の軸線Ｘ方向のインペラ５１側の端部はインペラケーシング５５に連結され、ハウジング５６の軸線Ｘ方向の駆動モータ５３側の端部はモータケーシング５３ｆに連結される。

ハウジング５６内部のインペラ５１側の端面には、回転軸５２を取り囲むようにシールリング５８が締結ボルトによって取り付けられている。シールリング５８の内周面の径は回転軸５２の外周面の径と略同径であり、シールリング５８の内周面と回転軸５２の外周面との間に微小の隙間が設けられている。そのため、インペラケーシング５５の空間ＳＡ２からハウジング５６内部への排ガスの流入が抑制される。

ハウジング５６には、内部空間をインペラケーシング５５側の空間ＳＢ１（第１空間）と駆動モータ５３側の空間ＳＢ２（第２空間）とに分離する隔壁５７が設けられている。隔壁５７には、回転軸５２を取り囲むようにシールリング５９が締結ボルトによって取り付けられている。シールリング５９の内周面の径は回転軸５２の外周面の径と略同径であり、シールリング５９の内周面と回転軸５２の外周面との間に微小の隙間が設けられている。そのため、空間ＳＢ１から空間ＳＢ２への排ガスの流入が抑制される。
隔壁５７は、半割れ構造となっており、第１隔壁部５７ａと第２隔壁部５７ｂとを回転軸５２を取り囲むように配置した後に、これらをエポキシ系樹脂の接着剤により接着して回転軸５２に取り付けられる。

シールリング５８およびシールリング５９の材料としては、耐食性に加えて、回転軸５２よりも硬度が低く回転軸５２との接触により回転軸５２を摩耗させずに、シールリング５８およびシールリング５９自体が摩耗するような材料を用いるのが好ましい。シールリング５８およびシールリング５９の材料として、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂を用いることができる。

ハウジング５６には、外部に設けられた空気供給源（図示略）からハウジング５６の空間ＳＢ１に空気を供給して空間ＳＢ１の空気圧を増加させるシール空気供給口５６ａが設けられている。シール空気供給口５６ａから供給する空気によって空間ＳＢ１の空気圧を増加させ、インペラケーシング５５の空間ＳＡ２よりも高圧にすることにより、空間ＳＡ２から空間ＳＢ１へ排ガスが流入することが抑制される。

ハウジング５６の外周面には、空間ＳＢ２を外気と通気させるための連通穴５６ｂが複数設けられていて、空間ＳＢ２に流入したシール空気などのガスの排出や、空間ＳＢ２内部と外気との通風を可能とする。このとき空間ＳＢ２内は略大気圧に維持される。空間ＳＢ２が略大気圧に維持されるため、シール空気供給口５６ａから空間ＳＢ１に流入したシール空気が空間ＳＢ２に流入したとしても、シール空気は連通穴５６ｂから排出される。そのため、シール空気供給口５６ａから供給されるシール空気の圧力が駆動モータ５３に伝達されることが抑制される。

ハウジング５６内部の空間ＳＢ２には、駆動軸５３ａと回転軸５２の連結部分があり、この連結部分の風損などによる温度上昇が発生する場合がある。この場合も、空間ＳＢ２に流入したシール空気を連通穴５６ｂから排出したり、空間ＳＢ２内部と外気との通風を可能とすることで、空間ＳＢ２の温度上昇を抑制する効果がある。

次に、図２，図３に示すインペラ５１のガイドリング５１ｄについて、図５を参照して説明する。
図５に示すように、インペラ５１は、インペラケーシング５５の排出口５５ｂ側の空間ＳＡ２と吸入口５５ａ側の空間ＳＡ１との流通を抑制する環状のガイドリング５１ｄを有する。ガイドリング５１ｄの先端部は、フローガイド５４の先端面５４ａに近接した状態で配置されている。ガイドリング５１ｄの先端部とフローガイド５４の先端面５４ａは、仮に接触してもインペラ５１の回転に支障を生じないように、ガイドリング５１ｄは、フローガイド５４の先端面５４ａに向かって板厚が順次減少する傾斜面を持たせて、その先端の板厚が１ｍｍ程度としたエッジを形成した形状になっている。フローガイド５４の先端面５４ａは、吸入口５５ａを取り囲むように軸線Ｘに直交する平面上に配置される平面である。

図５に示すように、フローガイド５４の先端面５４ａは径方向に一定の幅を持っている。そのため、樹脂材により形成したインペラ５１が軸線Ｘ回りの回転による遠心力で常温クリープ現象により径方向に拡大するように変形する場合であっても、フローガイド５４の先端面５４ａにガイドリング５１ｄの先端部が近接した状態が維持される。例えば、図５に示すガイドリング５１ｄの先端位置が径方向の内側の位置（図５で実線で示す位置）から径方向の外側の位置（図５で破線で示す位置）に移動したとしても、フローガイド５４の先端面５４ａにガイドリング５１ｄの先端部が近接した状態が維持される。

フローガイド５４の先端面５４ａは径方向に所定の幅を持つ環状の面であり、所定の幅はガイドリング５１ｄの先端位置の移動に対応できるよう１０ｍｍ以上が好ましく、インペラ５１のガイドリング５１ｄの径の増加に応じて一定の幅はさらに広くなることが望ましいが、機器のサイズが大きくなり過ぎないよう５０ｍｍ以下に選定することが好ましい。

なお、インペラ５１が径方向に拡大するように変形する場合、その変形に伴ってインペラ５１が相対的に軸線Ｘ方向に縮小するような位置関係に変化する。この場合、フローガイド５４の先端面５４ａに対してガイドリング５１ｄの先端位置が軸線Ｘ方向に僅かながら離間することとなる。しかしながら、ガイドリング５１ｄの先端位置の軸線Ｘ方向の移動量は、径方向の移動量に対して十分に小さいため、ガイドリング５１ｄの先端位置が軸線Ｘ方向へ移動することよるシール性能（空間ＳＡ１と空間ＳＡ２との通気を抑制する性能）の低下はごく僅かである。

また、インペラ５１の側板５１ｂは、吸入口５５ａ部分が大きな開口円となるため、側板５１ｂの強度を確保するためにガイドリング５１ｄが効果的な役割を発揮している。このとき側板５１ｂの厚さをＴ３とした場合、ガイドリング５１ｄの軸線Ｘ方向の厚さＴ１とガイドリング５１ｄの径方向の厚さＴ２は、十分に厚くするのが望ましい。Ｔ１およびＴ２をＴ３に対して十分に厚くすることにより、インペラ５１が高速回転することによって側板５１ｂが受ける軸線Ｘ回りの周方向の応力をガイドリング５１ｄによって十分に支持することができる。

次に、回転軸５２と駆動軸５３ａの連結部について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、回転軸５２の先端部にはフランジ５２ａがあり、その端側面には軸線Ｘ方向に延びる円筒状の凸部５２ｂが形成されている。一方、駆動軸５３ａの先端部にはフランジ５３ｇがあり、その端側面には、凸部５２ｂが挿入される凹部５３ｈが形成されている。回転軸５２のフランジ５２ａには貫通穴５２ｃ周方向に複数個所形成され、各貫通穴５２ｃに向き合うように駆動軸５３ａのフランジ５３ｇには貫通穴５３ｉが周方向に複数個所形成されている。凸部５２ｂを凹部５３ｈに挿入し嵌め合わせた状態で貫通穴５２ｃと貫通穴５３ｉに締結ボルト９１を挿入して締結ナット９２と締結することにより、回転軸５２と駆動軸５３ａとが軸線Ｘが合致した状態で連結される。

図６には貫通穴５２ｃが１つだけ示されているが、貫通穴５２ｃはフランジ５２ａの軸線Ｘ回りの複数箇所に設けられているものとする。同様に、図６には貫通穴５３ｉが１つだけ示されているが、貫通穴５３ｉはフランジ５３ｇの軸線Ｘ回りの複数箇所に設けられているものとする。複数の貫通穴５２ｃと貫通穴５３ｉのそれぞれに、締結ボルト９１を挿入して締結ナット９２と締結することにより、回転軸５２と駆動軸５３ａとが軸線Ｘを中心とする回転に耐久するよう強固に連結される。

ここで、回転軸５２が樹脂製であるのに対し、駆動軸５３ａは金属製（例えば、アルミ合金）である。そのため、回転軸５２が回転することで発生する遠心力により凸部５２ｂが径方向に拡大する長さに比べ、駆動軸５３ａが回転することで発生する遠心力により凹部５３ｈが径方向に拡大する長さはに短くなる。
そして、凹部５３ｈの内周面は、回転軸５２および駆動軸５３ａが回転しない停止状態かつ凸部５２ｂが凹部５３ｈに挿入された状態で、凸部５２ｂの外周面との間に軸線Ｘ回りに延在する環状の微小隙間ＣＬが形成される形状となっている。環状の微小隙間ＣＬは、凸部５２ｂが凹部５３ｈに無理なく挿入でき、ガタ付が無い状況となるよう、凸部５２ｂの外径または凹部５３ｈの内径の交差で管理された値であり、凸部５２ｂのサイズに応じて凸部５２ｂの外径または凹部５３ｈの内径の１／１０〜１／１００の間で適値が選定される。

凹部５３ｈの内周面と凸部５２ｂの外周面との間に適切な環状の微小隙間ＣＬを設けることにより、回転軸５２の回転に伴って凸部５２ｂの外周面が凹部５３ｈの内周面に接触する。これにより、回転軸５２と駆動軸５３ａとの連結時の軸芯合せを容易に行いつつ、回転軸５２の中心軸と駆動軸５３ａの中心軸とを更に厳密に回転に伴って一致させることができる。

前述した締結ボルト９１と締結ナット９２とは、それぞれ樹脂製（例えば、ポリカーボネート系樹脂およびポリエーテルイミド系樹脂）により形成されるのが望ましい。これらを樹脂製とすることにより、締結ボルト９１と締結ナット９２とを締めつけ過ぎたとしても、樹脂製の回転軸５２のフランジ５２ａよりも先に締結ボルト９１と締結ナット９２が破断するようにし、フランジ５２ａが損傷しないようにすることができる。

次に、本実施形態の遠心ブロワ５０の製造方法について説明する。
まず始めに、遠心ブロワ５０を構成する樹脂製の部材を成型する。本実施形態においては、インペラ５１と回転軸５２とを樹脂により１つの部材として一体成型する（成型工程）。また、フローガイド５４とインペラケーシング５５を樹脂によりそれぞれ成型する。
ハウジング５６と、隔壁５７と、シールリング５８と、シールリング５９については、回転軸５２の周囲を覆う部材であるため、軸線Ｘに沿って複数（例えば、２つ）に分割した部材を樹脂材により成型する。

樹脂により部材を成型する方法として、射出成型により成型する方法や、インゴットから切削加工で削り出して成型する方法など、各種の成型方法を用いることができ、適宜各部品に分けて成型後に接着して一体とすることができる。また、例えば、三次元プリンタを用いて適宜各部品の接着を省略するように成型してもよい。三次元プリンタを用いる成型には、各種の成型方法があるが、例えば、樹脂材を溶かしながら送り出す造形ヘッドを設け、造形ヘッドをＸ軸、Ｙ軸方向に移動させ、更にＺ軸方向に昇降させて三次元形状を形成する熱溶解積層方式を用いることができる。

このとき、造形ヘッドで溶出した樹脂材は、造形ヘッドを移動させた方向には樹脂材が連続的に配列されるので本来樹脂材が保有する強度を確保することができる。一方、同一のＺ軸であるが先に造形ヘッドを移動させ溶出した樹脂材に隣接して溶出した樹脂材とは、樹脂材が連続的に配列されていないので本来樹脂材が保有する強度よりも強度が低下することがある。

本実施形態で一体に成型するインペラ５１と回転軸５２は、軸線Ｘ回りに回転する部材であるため、回転による遠心力を受ける。この遠心力は、軸線Ｘ回りの周方向に作用するため、周方向の力に対して十分な強度を持つようにインペラ５１と回転軸５２とを一体成型するのが望ましい。
そこで本実施形態では、回転軸５２の中心軸回りの周方向に三次元プリンタの造形ヘッドを移動させ、周方向に沿って樹脂材が配列されるようにインペラ５１と回転軸５２を成型するものとする。このようにすることで、インペラ５１と回転軸５２とが一体成型された部材の遠心力に対する強度を高くすることができる。

インペラ５１と回転軸５２とを一体成型した部材のインペラ５１部分をインペラケーシング５５に挿入する。更に、インペラケーシング５５の吸入口５５ａにフローガイド５４を取り付ける。次に、回転軸５２と駆動モータ５３の駆動軸５３ａを連結する（連結工程）。

その後、回転軸５２と駆動軸５３ａとの連結部分を収容するようにハウジング５６を取り付けるとともに、その内部に隔壁５７と、シールリング５８と、シールリング５９を取り付ける。隔壁５７と、シールリング５８と、シールリング５９は、複数に分割した部材であるため、回転軸５２を取り囲むように複数の部材を配置した後に、樹脂製（例えば、エポキシ系樹脂製）の接着剤により接着される。
半割れの他方側のハウジング５６を一方側のハウジング５６にかぶせて密着させ、所定の固定（図示せず）を行う。
以上のようにして本実施形態の遠心ブロワ５０が製造される。

以上説明した本実施形態の遠心ブロワ５０が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の遠心ブロワ５０は、再循環管８４から流入する排ガスを送風するインペラ５１と、インペラ５１と同軸に配置される回転軸５２とが、樹脂材により一体成型されている。そのため、排ガスに接触するインペラ５１の耐腐食性を高めつつインペラ５１と回転軸５２との連結部の強度を十分に確保することができる。また、回転軸５２に連結される駆動軸５３ａを有する駆動モータ５３が、駆動軸５３ａを軸線Ｘに沿った複数の位置で支持する軸受５３ｂ，５３ｃを有している。軸受５３ｂ，５３ｃには、駆動軸５３ａ、駆動軸５３ａに連結される回転軸５２、およびインペラ５１の荷重がかかるが、回転軸５２とインペラ５１とが樹脂材製で軽量であるため、回転軸５２を支持する別途の軸受部を設けることなくこれらの荷重を支持することができる。よって、遠心ブロワ５０を構成する部品数を削減するとともに軽量化を図ることができる。

本実施形態の遠心ブロワ５０において、吸入口５５ａから軸線Ｘに沿ってインペラケーシング５５の内部に流入する排ガスは、軸線Ｘに直交する径方向に導かれてインペラケーシング５５の排出口５５ｂへ送風される。インペラケーシング５５の排出口５５ｂに送風される排ガスは吸入口５５ａに流入する排ガスよりも高圧であるため、インペラケーシング５５の排出口５５ｂ側の空間ＳＡ２と吸入口５５ａ側の空間ＳＡ１とが連通していると、インペラケーシング５５の排出口５５ｂ側の空間ＳＡ２から吸入口５５ａ側の空間ＳＡ１へ排ガスが逆流し、遠心ブロワ５０の送風性能が悪化してしまう。

本実施形態の遠心ブロワ５０によれば、インペラケーシング５５の排出口５５ｂ側の空間ＳＡ２と吸入口５５ａ側の空間ＳＡ１へ流入がガイドリング５１ｄにより抑制されるため、遠心ブロワ５０の送風性能を向上させることができる。本実施形態の遠心ブロワ５０のインペラ５１は樹脂材により成型されているため、常温クリープ現象により、軸線Ｘ方向に直交する径方向の長さが徐々に長くなる性質がある。この性質により、ガイドリング５１ｄも径方向に拡大する変形をするが、ガイドリング５１ｄは軸線Ｘに直交する平面に配置されるフローガイド５４の環状先端面５４ａに近接した状態で配置されている。これにより、ガイドリング５１ｄが径方向に拡大してその先端位置が変化しても、ガイドリング５１ｄの先端位置とフローガイド５４の環状先端面５４ａとが近接する状態が維持される。そのため、常温クリープ現象によりインペラ５１の径方向の長さが長くなっても、遠心ブロワ５０の送風性能が維持される。

本実施形態の遠心ブロワ５０は、シールリング５８により回転軸５２を取り囲むようにし、インペラケーシング５５からハウジング５６の空間ＳＢ１への排ガスの流入を抑制する。このようにすることで、腐食性のある排ガスがハウジング５６内部に流入して駆動モータ５３が腐食することを抑制することができる。

本実施形態の遠心ブロワ５０は、更に、ハウジング５６内部に空気を供給してハウジング５６内部の空間ＳＢ１の空気圧を増加させるシール空気供給口５６ａを備える。
このようにすることで、ハウジング５６内部の空気圧を増加させ、インペラケーシング５５からハウジング５６への排ガスの流入をより確実に抑制することができる。

本実施形態の遠心ブロワ５０は、更に、ハウジング５６内部を、インペラケーシング５５側の空間ＳＢ１と駆動モータ５３側の空間ＳＢ２とに分離する隔壁５７と、隔壁５７に回転軸５２を取り囲むように取り付けられるとともに空間ＳＢ１から空間ＳＢ２への排ガスの流入を抑制するシールリング５９を備える。また、ハウジング５６は、空間ＳＢ２を大気圧に維持するための連通穴５６ｂを有する。
このようにすることで、空間ＳＢ２の空気圧を増加させて駆動モータ５３が空気圧による影響を受けることを防止するとともに、空気圧を増加させる空間ＳＢ１を狭くして空気圧の増加に要するシール空気供給口５６ａの負荷を低減することができる。また、空間ＳＢ２には、駆動軸５３ａと回転軸５２の連結部分の風損などによる温度上昇が発生する場合があっても、空間ＳＢ２に流入したシール空気を連通穴５６ｂから排出することで、空間ＳＢ２の温度上昇を抑制する効果がある。

本実施形態の遠心ブロワ５０は、回転軸５２の先端部に円筒状の凸部５２ｂが形成されており、駆動軸５３ａの先端部に凸部５２ｂが挿入され嵌め合う凹部５３ｈが形成されている。また、凹部５３ｈの内周面が、凸部５２ｂが挿入された状態で軸線Ｘが一致するが、さらに凸部５２ｂの外周面との間に軸線Ｘ回りに延在する環状の微小隙間ＣＬが形成される形状となっている。

本実施形態の遠心ブロワ５０において、回転軸は５２樹脂材により成型されているため軸線Ｘ回りに高速に回転することにより、軸線Ｘ方向に直交する径方向の長さが長くなる。回転軸５２の先端部に形成された凸部５２ｂの外周面と駆動軸５３ａの先端部に形成された凹部５３ｈの内周面との間に形成される環状の微小隙間ＣＬを適宜な間隔に調整することにより、回転軸５２の回転に伴って凸部５２ｂの外周面が凹部５３ｈの内周面に接触する。これにより、回転軸５２の中心軸と駆動軸５３ａの中心軸とをさらに厳密に一致させることができる。

〔他の実施形態〕
以上の説明において、フローガイド５４をポリカーボネート系樹脂またはポリエーテルイミド系樹脂を用いて成型するものとした。この場合、フローガイド５４の先端面５４ａはポリカーボネート系樹脂またはポリエーテルイミド系樹脂であるが、他の態様であってもよい。
例えば、フローガイド５４の先端面５４ａを覆うようにフッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））製のシートを接着剤で貼り付けるようにしてもよい。
このようにすることで、フローガイド５４の先端面５４ａにガイドリング５１ｄの先端部が接触した場合に、ガイドリング５１ｄの先端部が摩耗することを抑制することができる。

１０ 舶用内燃機関（内燃機関）
２０ 過給機
５０ 遠心ブロワ（送風機）
５１ インペラ
５１ｄ ガイドリング（環状シール部）
５２ 回転軸
５２ａ フランジ
５２ｂ 凸部
５３ 駆動モータ（駆動部）
５３ａ 駆動軸
５３ｂ 軸受（軸受部）
５３ｃ 軸受（軸受部）
５３ｇ フランジ
５３ｈ 凹部
５４ フローガイド（ガイド部）
５５ インペラケーシング
５５ａ 吸入口
５５ｂ 排出口
５６ ハウジング
５６ａ シール空気供給口（空気供給部）
５６ｂ 連通穴
５７ 隔壁
５８ シールリング（第１シール部材）
５９ シールリング（第２シール部材）
８１，８２，８３ 排気管
８４，８５ 再循環管
８６ 吸気管
９１ 締結ボルト
９２ 締結ナット
１００ 排ガス再循環システム
ＳＡ１ 空間（吸入口側の空間）
ＳＡ２ 空間（排出口側の空間）
ＳＢ１ 空間（第１空間）
ＳＢ２ 空間（第２空間）

Claims (9)

1. 内燃機関から排出される排ガスを送風する送風機であって、
   軸線回りに回転するとともに前記内燃機関から流入する前記排ガスを送風するインペラと、
   前記インペラに連結されるとともに前記軸線回りに回転する回転軸と、
   前記回転軸に連結される駆動軸を有するとともに該駆動軸を前記軸線回りに回転させる駆動部と、
   複数の軸受部とを備え、
   前記インペラと前記回転軸とが樹脂材により一体成型されており、
   前記駆動部には前記駆動軸を前記軸線に沿った複数の位置で支持する前記複数の軸受部が配置され、一体成型された前記インペラおよび前記回転軸には前記軸受部が配置されない送風機。
2. 前記インペラを内部に収容するとともに前記軸線に沿って流入する前記排ガスを内部に導く吸入口と前記インペラにより送風される前記排ガスを排出する排出口を有するインペラケーシングと、
   前記インペラケーシングに取り付けられるとともに前記軸線に沿って流入する前記排ガスを前記吸入口へ導くガイド部と、
   前記インペラケーシング内の前記排出口側の空間と前記吸入口側の空間との通気を抑制する環状シール部とを有し、
   前記ガイド部は、前記吸入口を取り囲むように前記軸線に直交する平面上に配置されて所定幅の環状面を形成する環状先端面を有し、
   前記環状シール部は、前記環状先端面に向かって板厚が順次減少して先端部にエッジを形成するとともに該先端部が前記環状先端面に近接した状態で配置される請求項１に記載の送風機。
3. 前記回転軸と前記駆動軸とが連結される連結部を収容するとともに前記軸線方向の一端面が前記インペラケーシングに連結され他端面が前記駆動部に連結されるハウジングと、
   前記ハウジング内部の前記インペラケーシング側の前記一端面に前記回転軸を取り囲むように取り付けられるとともに前記インペラケーシングから前記ハウジングへの前記排ガスの流入を抑制する第１シール部材とを備える請求項２に記載の送風機。
4. 前記ハウジング内部に空気を供給して前記ハウジング内部の空気圧を増加させる空気供給部を備える請求項３に記載の送風機。
5. 前記ハウジング内部を、前記インペラケーシング側の第１空間と前記駆動部側の第２空間とに分離する隔壁と、
   前記隔壁に前記回転軸を取り囲むように取り付けられるとともに前記第１空間から前記第２空間への前記排ガスの流入を抑制する第２シール部材を備え、
   前記空気供給部は、前記第１空間に空気を供給して前記第１空間の空気圧を増加させ、
   前記ハウジングは、前記第２空間をと外気とを通気するための連通穴を有する請求項４に記載の送風機。
6. 前記回転軸と前記駆動軸とが連結される連結部において、前記回転軸の先端部に円筒状の凸部が形成され、前記駆動軸の先端部に前記凸部が嵌め込み挿入される凹部が形成され、
   前記凹部の内周面が、前記凸部が挿入された状態で該凸部の外周面との間に前記軸線回りに延在する環状の微小隙間が形成される形状となっている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の送風機。
7. 前記インペラと前記回転軸とがポリカーボネート系樹脂またはポリエーテルイミド系樹脂により一体成型されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の送風機。
8. 内燃機関と、
   前記内燃機関に空気を供給する吸気管と、
   前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気管と、
   前記排気管により案内される排ガスによって回転するタービンと該タービンとともに回転して前記内燃機関に空気を供給するコンプレッサを有する過給機と、
   前記排気管に案内された前記排ガスの一部を前記吸気管に案内する再循環管と、
   該再循環管に設けられる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の送風機とを備える排ガス再循環システム。
9. 内燃機関から排出される排ガスを送風する送風機の製造方法であって、
   前記送風機は、
   軸線回りに回転するとともに前記内燃機関から流入する前記排ガスを送風するインペラと、
   前記インペラに連結されるとともに前記軸線回りに回転する回転軸と、
   前記回転軸に連結される駆動軸を有するとともに該駆動軸を前記軸線回りに回転させる駆動部と、
   複数の軸受部とを備え、
   前記インペラおよび前記回転軸を樹脂材により一体成型する成型工程と、
   一体成型された前記回転軸および前記インペラを、前記駆動軸に連結する連結工程とを備え、
   前記連結工程により前記回転軸および前記インペラに連結された前記駆動軸は前記軸線に沿った複数の位置で前記複数の軸受部によって支持され、一体成型された前記インペラおよび前記回転軸は前記軸受部によって支持されない送風機の製造方法。

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