JP2016098756A

JP2016098756A - インペラ、及び回転機械

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Publication number: JP2016098756A
Application number: JP2014237694A
Authority: JP
Inventors: 良次岡部; Ryoji Okabe; 保徳渡邊; Yasunori Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-30
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: WO2016084490A1; US20170306761A1; CN107076163B; EP3196475A4; JP6309884B2; EP3196475A1; CN107076163A; US10655470B2; EP3196475B1

Abstract

【課題】樹脂の材料が用いられても、信頼性を確保できるインペラ、及び回転機械を提供する。【解決手段】円盤状をなして回転軸が嵌合するボス孔部３１ａが形成されたインペラ本体３１と、インペラ本体３１の前面側で、インペラ本体３１のハブ面３１ｂから突出するように複数設けられた圧縮機ブレード２５と、を備える圧縮機インペラ２４であって、互いに係合した樹脂からなる第一の樹脂部材４１及び第二の樹脂部材４５から形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、回転機械に設けられるインペラ及び、インペラを備える回転機械に関する。

地球環境保全の世界的な取り組みが進む中、例えば自動車のエンジン等の内燃機関における排気ガス・燃費に関する規制は強化の一途にある。ターボチャージャは、圧縮空気をエンジンに送り込んで燃料を燃焼させることで自然吸気のエンジンに比べて燃費改善、及びＣＯ２削減の効果を高めることが可能な回転機械である。

ターボチャージャでは、エンジンの排気ガスによってタービンが回転駆動することで、遠心圧縮機のインペラを回転させるようになっている。インペラの回転により圧縮された空気は、ディフューザで減速されることで昇圧され、スクロール流路を経てエンジンに供給される。なお、ターボチャージャの駆動方式としては、排気ガスによって駆動される方式のみならず、例えば電動機によるものや原動機によるもの等が知られている。

ところで、ターボチャージャのインペラとしては、例えば特許文献１に記載されているように、炭素繊維強化プラスチック等の合成樹脂の複合材（以下、樹脂とする）を用いたものが知られている。ここで、このような樹脂のインペラは金属のインペラに比べて剛性が低く、回転すると遠心力の影響によって変形量が大きくなる。このため、回転軸が嵌合するボス孔が拡径し、回転バランスを損なうおそれがある。

このような問題を鑑みて、特許文献１に記載のインペラには、背面部に金属製のリングを設けることで、遠心力によるインペラの変形を抑制するようにしている。

実開平３−１００４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたように金属製のリングを用いた場合、インペラは樹脂によって形成されていることからインペラの材質とリングの材質とは異なってしまう。よって、金属製のリングの方が樹脂製のインペラよりも線膨張率が大きくなってしまい、運転条件によっては、インペラに生じる応力をリングに分配できず、インペラの変形を抑制できず、インペラの信頼性を確保することが難しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、樹脂の材料が用いられても、信頼性を確保できるインペラ、及び回転機械を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第一の態様に係るインペラは、円盤状をなして回転軸が嵌合するボス孔部が形成されたインペラ本体と、前記インペラ本体の前面側で、該インペラ本体のハブ面から突出するように複数設けられたブレードと、を備えるインペラであって、互いに係合した樹脂からなる複数の樹脂部材から形成されている。

このようなインペラによれば、インペラが複数の樹脂部材からなるため、各々の部材の肉厚寸法を小さくすることができる。ここで、樹脂部材は金型を用いて成形されるが、金型に接触する側では、金型から離間する内部側に比べて急激に冷却が進行することで、薄い膜状のスキン層が形成される。一方で、内部側では冷却が緩やかに進行することでコア層が形成される。スキン層はコア層に比べて高強度である。本発明では、上述のように各樹脂部材の肉厚寸法が小さくなるため、各樹脂部材におけるスキン層の割合を大きくできる。従って、インペラの強度を向上することができる。さらに、各樹脂部材が小さくなることで、成形の精度向上と成形の容易化を図ることができる。

また、本発明の第二の態様に係るインペラでは、上記第一の態様における前記複数の樹脂部材として、前記インペラ本体の前面側の部分を含む第一の樹脂部材と、前記インペラ本体の背面側の部分を含む第二の樹脂部材と、を備えていてもよい。

このようにインペラが第一の樹脂部材及び第二の樹脂部材の二つの樹脂部材から形成されていることで、各樹脂部材におけるスキン層の割合を大きくでき、インペラの剛性を向上することができる。

また、本発明の第三の態様に係るインペラでは、上記第二の態様における前記第一の樹脂部材と前記第二の樹脂部材とのうちのいずれか一方に、他方に向かって突出する凸部が形成され、前記他方に前記凸部が嵌合する凹部が形成されている。

このように凸部と凹部とが嵌合して、第一の樹脂部材と第二の樹脂部材とが係合することで、これらの部材がしっかりと固定され、回転中に脱落してしまうことがなくなる。

また、本発明の第四の態様に係るインペラでは、上記第一の態様における前記複数の樹脂部材として、前記ブレード、及び、前記ボス孔部が形成されるとともに筒状をなして前記ブレードが前記回転軸の径方向外側に突出するボス部を含む第一の樹脂部材と、前記ボス部を外周側から覆って、前記ブレードを前面側に突出させる前記ハブ面を含む第二の樹脂部材と、を備えていてもよい。

インペラの回転によって遠心力はブレードに特に大きく作用することになる。本発明では、第一の樹脂部材が、ブレード及びブレードが設けられたボス部を含んでいる。よって、ボス部を薄肉に形成することができ、またブレードも薄肉であるため、第一の樹脂部材でのスキン層の割合を大きくすることができ、強度を向上することができる。また、第二の樹脂部材がボス部を覆って設けられていることで、ブレードに作用した遠心力を、ボス部を介して第二の樹脂部材の内部側、即ち、より回転軸に近い径方向内側で第二樹脂部材に伝達することができる。従って、第一の樹脂部材の遠心力による変形を、第二の樹脂部材によって抑制することができる。

また、本発明の第五の態様に係るインペラでは、上記第一の態様における前記複数の樹脂部材として、前記ブレードを含む第一の樹脂部材と、前記ボス孔部が形成され、前記ブレードの基端部を外周側から覆い、かつ、先端部を前記前面側に突出させる前記ハブ面を含む第二の樹脂部材と、を備えていてもよい。

このようにブレードを含む第一の樹脂部材と、ハブ面を含む第二の樹脂部材とを別部材として設けることで、ハブ面から突出しないブレードの基端部を第二の樹脂部材におけるより内部側、即ち、より回転軸に近い径方向内側に配置することができる。従って、ブレードに作用した遠心力を基端部から第二の樹脂部材の内部側で第二樹脂部材に伝達することができ、第一の樹脂部材の遠心力による変形を、第二の樹脂部材によって抑制することができる。さらに、第二の樹脂部材のハブ面側に形成されたスキン層よりも第二の樹脂部材の内部側にブレードの基端部を配置することができ、ブレードに作用する遠心力を基端部からハブ面側のスキン層の全体に伝達することが可能となる。従って、第一の樹脂部材の遠心力による変形を、第二の樹脂部材によって抑制することができる。

また、本発明の第六の態様に係るインペラは、円盤状をなして回転軸が嵌合するボス孔部が形成されたインペラ本体と、前記インペラ本体の前面側で、該インペラ本体のハブ面から突出するように複数設けられたブレードと、を備えるインペラであって、前記ブレード、及び、前記ボス孔部が形成されるとともに筒状をなして前記ブレードが前記回転軸の径方向外側に突出するボス部を含む樹脂部材と、前記ボス部よりも外周側に配置されて前記樹脂部材に係合し、前記ブレードを前面側に突出させる前記ハブ面を含む金属部材と、を備えている。

このようなインペラによれば、インペラを樹脂部材と金属部材とから形成することで、樹脂部材の肉厚寸法を小さくすることができ、樹脂部材におけるスキン層の割合を大きくできる。従って、インペラの剛性を向上することができる。さらに、樹脂部材が小さくなることで、成形の精度向上と成形の容易化を図ることができる。
また、樹脂部材はブレード及びブレードが設けられたボス部を含んでいる。このため、ボス部を薄肉に形成することができ、またブレードも薄肉であるため、樹脂部材でのスキン層の割合を大きくすることができ、強度を向上することができる。また、金属部材がボス部を覆って設けられていることで、ブレードに作用した遠心力を、ボス部を介して金属部材の内部側、即ち、より回転軸に近い径方向内側で金属部材に伝達することができる。従って、樹脂部材の遠心力による変形を、金属部材によって抑制することができる。

また、本発明の第七の態様に係るインペラは、円盤状をなして回転軸が嵌合するボス孔部が形成されたインペラ本体と、前記インペラ本体の前面側で、該インペラ本体のハブ面から突出するように複数設けられたブレードと、を備えるインペラであって、前記ブレードを含む樹脂部材と、前記樹脂部材に係合し、前記ボス孔部が形成され、前記ブレードの基端部を外周側から覆い、かつ、先端部を前記前面側に突出させる前記ハブ面を含む金属部材と、を備えている。

このようなインペラによれば、インペラを樹脂部材と金属部材とから形成することで、樹脂部材の肉厚寸法を小さくすることができ、樹脂部材におけるスキン層の割合を大きくできる。従って、インペラの剛性を向上することができる。さらに、樹脂部材が小さくなることで、成形の精度向上と成形の容易化を図ることができる。
また、ブレードを含む樹脂部材と、ハブ面を含む金属部材とを別部材として設けることで、ハブ面から突出しないブレードの基端部を金属部材のより内部側、即ち、より回転軸に近い径方向内側に配置することができる。従って、ブレードに作用した遠心力を基端部から金属部材の内部側で金属部材に伝達することができ、樹脂部材の遠心力による変形を、金属部材によって抑制することができる。

また、本発明の第八の態様に係る回転機械では、上記第一から第七のいずれかの態様におけるインペラと、前記インペラに取り付けられて、該インペラとともに回転する回転軸と、を備えている。

このような回転機械によれば、樹脂部材の肉厚寸法が小さくなるため、樹脂部材におけるスキン層の割合を大きくできる。従って、インペラの剛性を向上することができる。さらに、樹脂部材が小さくなることで、成形の精度向上と成形の容易化を図ることができる。

上記のインペラ、及び回転機械によれば、複数に分割された構造を有することで、樹脂の材料が用いられても、信頼性を確保することが可能となる。

本発明の第一実施形態に係るターボチャージャを示す縦断面図である。本発明の第一実施形態に係るターボチャージャの圧縮機インペラを示す縦断面図である。本発明の第二実施形態に係るターボチャージャの圧縮機インペラを示す縦断面図である。本発明の第三実施形態に係るターボチャージャの圧縮機インペラを示す縦断面図であって、（ａ）は、軸線の方向から見た正面図を示し、（ｂ）は回転軸の径方向外側から見た断面図である。本発明の第四実施形態に係るターボチャージャの圧縮機インペラを示す縦断面図であって、（ａ）は、軸線の方向から見た正面図を示し、（ｂ）は回転軸の径方向外側から見た断面図である。本発明の第四実施形態に係るターボチャージャの圧縮機ブレードの軸線に直交する断面図であって、図５のＡ−Ａ断面を示す。本発明の第四実施形態の変形例に係るターボチャージャの圧縮機ブレードの軸線に直交する断面図であって、図５のＡ−Ａ断面に相当する断面を示す。

〔第一実施形態〕
以下、本発明の実施形態に係るターボチャージャ１（回転機械）について説明する。
図１に示すようにターボチャージャ１は、回転軸２と、回転軸２とともに回転するタービン３及び圧縮機４と、タービン３と圧縮機４を連結するとともに回転軸２を支持するハウジング連結部５とを備えている。
このターボチャージャ１では、図示しないエンジンからの排気ガスＧによりタービン３が回転し、当該回転に伴って圧縮機４が圧縮した空気ＡＲをエンジンに供給する。

回転軸２は、軸線Ｏの方向に延び、軸線Ｏを中心として回転する。

タービン３は、軸線Ｏの方向の一方側（図１の紙面に向かって右側）に配置されている。
このタービン３は、回転軸２が取付けられるとともにタービンブレード１５を有するタービンインペラ１４と、タービンインペラ１４を外周側から覆うタービンハウジング１１とを備えている。

タービンインペラ１４には、回転軸２が嵌り込んでおり、回転軸２とともに軸線Ｏ回りに回転可能となっている。

タービンハウジング１１は、タービンインペラ１４を覆っている。そして、タービンハウジング１１には、タービンブレード１５の前縁部（径方向外側の端部）から径方向外側に向かって延びるとともに径方向外側の位置で軸線Ｏを中心とした環状に形成されてタービンハウジング１１の内外を連通するスクロール通路１２が形成されている。このスクロール通路１２から排気ガスＧがタービンインペラ１４に導入されることで、タービンインペラ１４及び回転軸２が回転する。

また、タービンハウジング１１には、軸線Ｏの一方側で開口する排出口１３が形成されており、タービンブレード１５を通過した排気ガスＧは、軸線Ｏの一方側に向かって流通し、排出口１３からタービンハウジング１１の外部に排出される。

圧縮機４は、軸線Ｏの方向の他方側（図１の紙面に向かって左側）に配置されている。
この圧縮機４には、回転軸２が取付けられるとともに圧縮機ブレード２５を有する圧縮機インペラ２４と、圧縮機インペラ２４を外周側から覆う圧縮機ハウジング２１とを備えている。

圧縮機インペラ２４には、回転軸２が嵌り込んでおり、回転軸２とともに軸線Ｏ回りに回転可能となっている。

圧縮機ハウジング２１は圧縮機インペラ２４を覆っている。そして、圧縮機ハウジング２１には軸線Ｏの他方側で開口する吸込口２３が形成されており、この吸込口２３を通じて圧縮機ハウジング２１の外部から空気ＡＲを圧縮機インペラ２４に導入する。そして、圧縮機インペラ２４に、タービンインペラ１４からの回転力が回転軸２を介して伝達されることで、圧縮機インペラ２４が軸線Ｏ回りに回転し、空気ＡＲが圧縮される。

また、圧縮機ハウジング２１には、圧縮機ブレード２５の後縁部（空気ＡＲの流れの下流端部）から径方向外側に向かって延びるとともに、径方向外側の位置で軸線Ｏを中心とした環状をなして圧縮機ハウジング２１の内外を連通する圧縮機通路２２が形成されている。この圧縮機通路２２へ圧縮機インペラ２４で圧縮された空気ＡＲが導入され、圧縮機ハウジング２１の外部に吐出される。

ハウジング連結部５は、圧縮機ハウジング２１とタービンハウジング１１との間に配置されて、これらを連結している。さらに、ハウジング連結部５は回転軸２を外周側から覆うとともに、ハウジング連結部５には軸受６が設けられ、この軸受６によって回転軸２をハウジング連結部５に対して相対回転可能となるように支持している。

次に、図２を参照して、圧縮機インペラ２４について詳しく説明する。
圧縮機インペラ２４は、複数の圧縮機ブレード２５と、前面側に圧縮機ブレード２５を支持するインペラ本体３１とを備えている。

圧縮機ブレード２５は、径方向に互いに離間して複数が設けられ、後述する樹脂を材料としている。また、周方向に互いに隣接する圧縮機ブレード２５同士の間には空気ＡＲが流通する流路ＦＣが形成されている。

インペラ本体３１は、円盤状をなして圧縮機ブレード２５を前面側、即ち、軸線Ｏの方向の他方側で圧縮機ブレード２５を支持するいわゆるハブであって、圧縮機ブレード２５同様に、後述する樹脂を材料としている。また、インペラ本体３１には、径方向内側の領域に回転軸２が挿通されて嵌合するボス孔部３１ａが形成されており、インペラ本体３１の前面側（軸線Ｏの方向の他方側）を向く面は、前面側に圧縮機ブレード２５を突出させるハブ面３１ｂとなっている。

ここで、圧縮機ブレード２５、及びインペラ本体３１は、複数に分割された樹脂部材４０同士が係合することで圧縮機インペラ２４を形成している。
本実施形態では、樹脂部材４０として、圧縮機ブレード２５、及び、インペラ本体３１のうち前面側の部分を含むとともに、樹脂及び強化繊維を含む複合材により形成された第一の樹脂部材４１と、インペラ本体３１のうちの背面側の部分を含むとともに、樹脂及び強化繊維を含む複合材により形成された第二の樹脂部材４５とを備えている。

第一の樹脂部材４１は、ハブ面３１ｂと、ハブ面３１ｂに連続して径方向に沿って延びることで軸線Ｏ方向の一方側を向く第一背面４１ａと、径方向内側で第一背面４１ａに連続して軸線Ｏの方向に沿うように軸線Ｏの方向の一方側に延びる第一突出面４１ｂとを有している。
また、この第一突出面４１ｂに連続して径方向に沿って延びることで軸線Ｏの方向の一方側を向く第一端面４１ｃと、第一端面４１ｃに連続して回転軸２が挿通されるボス孔部３１ａの内周面の一部となる第一内周面４１ｄとを有している。

これにより、第一突出面４１ｂ、第一端面４１ｃ、及び第一内周面４１ｄによって囲まれる領域が、第一背面４１ａにおける径方向内側の位置から、軸線Ｏの方向の一方側に突出して軸線Ｏを中心として環状をなす第一環状突出部４２として形成されている。

また、第一突出面４１ｂは、第一背面４１ａから滑らかに連続するように、第一背面４１ａとの接続部分で軸線Ｏ方向の他方側、及び径方向内側に向かって凹となるＲ状をなすように湾曲している。

ここで、第一の樹脂部材４１に用いられる樹脂としては、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリケトンサルファイド（ＰＫＳ）、ポリアリルエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、芳香族ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）等が例示される。

また、第一の樹脂部材４１に用いられる強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ウィスカ―（Ｗｈｉｓｋｅｒ）等が例示される。

第二の樹脂部材４５は、第一の樹脂部材４１における第一背面４１ａに対向する前面４５ａと、前面４５ａに連続して第一突出面４１ｂに対向する径方向面４５ｂと、径方向面４５ｂに連続して、第一端面４１ｃに対向する第二突出面４５ｃと、第二突出面４５ｃに連続して第一内周面４１ｄとともにボス孔部３１ａの内周面を形成する第二内周面４５ｄとを有している。
さらに、第二内周面４５ｄに連続して径方向に沿って延びる軸方向面４５ｅと、軸方向面４５ｅに連続して径方向に沿って延びる第二背面４５ｆとを有している。

前面４５ａは、径方向に沿って延びて軸線Ｏの方向の他方側を向いている。
径方向面４５ｂは、前面４５ａの径方向内側で前面４５ａに連続して軸線Ｏの方向に沿うよう延びている。径方向面４５ｂは、前面４５ａから滑らかに連続するように、前面４５ａとの接続部分で軸線Ｏ方向の他方側、及び径方向内側に向かって凸のＲ状をなすように湾曲している。

第二突出面４５ｃは、径方向面４５ｂから径方向に沿って径方向内側に延びている。
第二内周面４５ｄは、径方向面４５ｂから軸線Ｏに沿って軸線Ｏの方向の一方側に延びるとともに、回転軸２が挿通されるボス孔部３１ａの内周面の一部となる。

軸方向面４５ｅは、第二内周面４５ｄから径方向外側に延びている。

第二背面４５ｆは、軸方向面４５ｅから径方向外側に向かうに従って、軸線Ｏの方向の他方側に傾斜している。また、この第二背面４５ｆは、軸線Ｏの方向の他方側及び径方向内側に向かって凹となるように湾曲している。また、この第二背面４５ｆは、軸方向面４５ｅとともにインペラ本体３１の背面を形成している。

これにより、第二突出面４５ｃ、第二内周面４５ｄ、及び軸方向面４５ｅによって囲まれる領域が、径方向面４５ｂにおける軸線Ｏの方向の一方側の位置から、径方向内側に突出して軸線Ｏを中心として環状をなす第二環状突出部４６として形成されている。

そして、第二の樹脂部材４５は、第一の樹脂部材４１と同様の樹脂及び強化繊維を含む複合材により形成されている。第二の樹脂部材４５は第一の樹脂部材４１にインサート成形が用いられて設けられることで、第一の樹脂部材４１に係合している。

以上説明した本実施形態のターボチャージャ１によると、圧縮機インペラ２４が第一の樹脂部材４１及び第二の樹脂部材４５の二つの樹脂部材４０からなるため、各々の部材の肉厚寸法を小さくすることができる。

ここで、樹脂部材４０は金型を用いて成形されるが、金型に接触する側では、金型から離間する樹脂部材４０の内部側に比べて急激に冷却が進行することで、表面から数ミリメートル程度の厚さの薄い膜状のスキン層が形成される。一方で、樹脂部材４０の内部側では、冷却が緩やかに進行することでコア層が形成される。スキン層はコア層に比べて高強度である。

本実施形態では、上述のように各々の樹脂部材４０の肉厚寸法が小さくなるため、各々の樹脂部材４０におけるスキン層の割合を大きくできる。従って、圧縮機インペラ２４の強度を向上することができる。さらに、各樹脂部材４０が小さくなることで、成形の精度向上と成形の容易化を図ることができる。従って、このように複数に分割された樹脂部材４０を有する構造によって、効果的に圧縮機インペラ２４の変形を抑制することが可能となり、信頼性を確保することができる。

ここで、本実施形態では、二つの樹脂部材４０によって圧縮機インペラ２４を形成しているが、さらに多くの樹脂部材によって形成してもよい。

〔第二実施形態〕
次に、図３を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。
第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態のターボチャージャ５０は、圧縮機インペラ５１における第一の樹脂部材５４及び第二の樹脂部材５７が第一実施形態と異なっている。

第一の樹脂部材５４は、第一実施形態と同様に圧縮機ブレード２５、及び、インペラ本体３１のうち前面側の部分を含んでいる。そして、本実施形態では、第一背面４１ａには、径方向に互いに離間して、軸線Ｏの方向の他方側に向かって凹む二つの凹部５５が形成されている。

凹部５５のうち、径方向外側に位置する第一凹部５５ａは、第一背面４１ａにおける径方向の略中央位置に形成されており、軸線Ｏを中心として環状に形成された凹溝である。

凹部５５のうち、径方向内側に位置する第二凹部５５ｂは、第一凹部５５ａが形成された位置と、第一背面４１ａと第一突出面４１ｂとの接続位置との径方向の略中央位置に形成されるとともに、軸線Ｏを中心として環状に形成された凹溝である。

この第二凹部５５ｂは、第一凹部５５ａよりも軸線Ｏの方向に深く、径方向に大きく形成されている。また、径方向を向く第二凹部５５ｂの一対の内側面５６は、軸線Ｏの方向の一方側に向かうに従って徐々に離間するとともに、互いに近接する方向に凸となる湾曲面となっている。

第二の樹脂部材５７は、第一実施形態と同様に、インペラ本体３１のうちの背面側の部分を含んでいる。そして、本実施形態では、前面４５ａに、径方向に互いに離間して、軸線Ｏの方向の他方側に向かって、即ち第一の樹脂部材５４に向かって突出する二つの凸部５８が形成されている。

凸部５８のうち、径方向外側に位置する第一凸部５８ａは、前面４５ａにおける径方向の略中央位置に形成されており、軸線Ｏを中心として環状に形成された突起である。この第一凸部５８ａは、第一凹部５５ａに嵌合している。

凸部５８のうち、径方向内側に位置する第二凸部５８ｂは、第一凸部５８ａが形成された位置と、前面４５ａと径方向面４５ｂとの接続位置との間の径方向の略中央位置に形成された軸線Ｏを中心として環状に形成された突起である。

この第二凸部５８ｂは、第一凸部５８ａよりも軸線Ｏの方向に高く、径方向に大きく形成されている。また、径方向を向く第二凸部５８ｂの一対の外側面５９は、軸線Ｏの方向の一方側に向かうに従って徐々に離間するとともに、互いに近接する方向に凹となる湾曲面となっている。この第二凸部５８ｂは、第二凹部５５ｂに嵌合している。

以上説明した本実施形態のターボチャージャ５０によると、圧縮機インペラ５１が第一の樹脂部材５４と第二の樹脂部材５７とからなるため、各々の部材の肉厚寸法を小さくすることができ、第一の樹脂部材５４、及び第二の樹脂部材５７におけるスキン層の割合を大きくできる。従って、圧縮機インペラ５１の強度を向上することができる。さらに、第一の樹脂部材５４、及び第二の樹脂部材５７が小さくなることで、成形の精度向上と成形の容易化を図ることができる。

さらに、凸部５８と凹部５５とが嵌合して、第一の樹脂部材５４と第二の樹脂部材５７とが係合することで、これらの部材がしっかりと固定され、回転中に脱落してしまうことがなくなる。

ここで、本実施形態の凹部５５、凸部５８は各々三つ以上ずつ形成されていてもよいし、一つずつ形成されていてもよく、数量は上述の場合に限定されない。さらに、上述の場合とは逆に、第一の樹脂部材５４に凸部５８が形成され、第二の樹脂部材５７に凹部５５が形成されていてもよいし、第一の樹脂部材５４及び第二の樹脂部材５７に、それぞれ凹部５５及び凸部５８の両方が形成されていてもよい。

〔第三実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。
第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態のターボチャージャ６０は、圧縮機インペラ６１における第一の樹脂部材６４及び第二の樹脂部材６７が第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。

第一の樹脂部材６４は、圧縮機ブレード６２、及び、ボス孔部３１ａが形成されるとともに、圧縮機ブレード６２が回転軸２の径方向外側に突出するボス部６５を含んでいる。
即ち、ボス部６５は軸線Ｏを中心とした筒状をなしている。また、圧縮機ブレード６２はボス部６５の外周面から放射状に径方向外側に向かって延びるように、ボス部６５と一体に形成されている。

第二の樹脂部材６７は、インペラ本体３１のうち、ボス部６５を外周側から覆って、圧縮機ブレード６２を前面側となる軸線Ｏの方向の他方側に突出させるハブ面３１ｂと、ボス部６５を除くボス部６５よりも外周側の部分とを含んでいる。即ち、ハブ面３１ｂは、圧縮機ブレード６２を貫通させるようにして設けられている。

第一の樹脂部材６４は、第二の樹脂部材６７にインサート成形が用いられて係合している。

以上説明した本実施形態のターボチャージャ６０では、圧縮機インペラ６１の回転によって、遠心力は圧縮機ブレード６２に特に大きく作用することになる。ここで本実施形態では、第一の樹脂部材６４が圧縮機ブレード６２及びボス部６５を含んでいる。

よって、ボス部６５をインペラ本体３１の他の部分と別の部材として薄肉の筒状に形成することができ、また圧縮機ブレード６２も薄肉であるため、第一の樹脂部材６４でのスキン層の割合を大きくすることができ、強度を向上することができる。

また、第二の樹脂部材６７がボス部６５を覆って設けられていることで、圧縮機ブレード６２に作用した遠心力を、ボス部６５を介して第二の樹脂部材６７の内部側、即ち、より回転軸２に近い径方向内側で第二の樹脂部材６７に伝達することができる。従って、第一の樹脂部材６４の遠心力による変形を、第二の樹脂部材６７によって抑制することができる。

ここで、本実施形態では、第一の樹脂部材６４に代えて、同じ部分を金属によって形成した金属部材を圧縮機インペラ６１が備えていてもよい。この場合、第二の樹脂部材６７の遠心力による変形を、剛性の高い金属部材によって抑制することができる。

〔第四実施形態〕
次に、図５から図７を参照して、本発明の第四実施形態について説明する。
第一実施形態から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態のターボチャージャ７０は、圧縮機インペラ７１における第一の樹脂部材７４及び第二の樹脂部材７７が第一実施形態から第三実施形態と異なっている。

第一の樹脂部材７４は、圧縮機ブレード７２のみを含んでいる。
本実施形態の圧縮機ブレード７２は、径方向内側の端部となる基端部７２ａと、基端部７２ａから径方向外側に延びる先端部７２ｂとを有している。

基端部７２ａは、図６に示すように、軸線Ｏに直交する断面の形状がハブ面３１ｂに沿って周方向に延びるように湾曲している。

先端部７２ｂは、基端部７２ａに一体に形成されるとともに周方向の幅寸法が基端部７２ａよりも小さくなっており、また径方向の外側に向かうに従って徐々に周方向の幅寸法が小さくなっている。先端部７２ｂと基端部７２ａとの接続位置では、先端部７２ｂにおける周方向を向く両側面７３が互いに近接する方向に凹状をなすように湾曲するＲ面部７３ａを有している。
即ち、圧縮機ブレード７２は、いわゆるＴルート型となっている。

第二の樹脂部材７７には、ボス孔部３１ａが形成されているとともに、この第二の樹脂部材７７は、圧縮機ブレード７２の基端部７２ａを外周側から覆い、かつ、先端部７２ｂを前面側に突出させるハブ面３１ｂを含んでいる。即ち、第二の樹脂部材７７は、インペラ本体７８を全て含んでいる。

そして、本実施形態ではインペラ本体７８には、圧縮機ブレード７２の基端部７２ａが嵌合する溝部７８ａが形成されている。即ち、この溝部７８ａは、径方向内側にハブ面３１ｂから凹むとともに、軸線Ｏの方向にハブ面３１ｂに沿って形成されている。また、基端部７２ａの形状に対応するように断面形状がＴルート型となっている。
ここで、溝部７８ａは、ハブ面３１ｂに形成される薄膜状のスキン層よりもインペラ本体７８（第二の樹脂部材７７）の内部側に基端部７２ａが配置されるように形成されているとよい。

第一の樹脂部材７４は、第二の樹脂部材７７にインサート成形が用いられて係合している。

以上説明した本実施形態のターボチャージャ７０によると、圧縮機ブレード７２のみを含む第一の樹脂部材７４と、ハブ面３１ｂを含む第二の樹脂部材７７とを別部材として設けることで、第一の樹脂部材７４及び第二の樹脂部材７７でのスキン層の割合を大きくすることができ、強度を向上することができる。

また、圧縮機ブレード７２の基端部７２ａを第二の樹脂部材７７におけるより内部側、即ち、より回転軸２に近い径方向内側に配置することができる。よって、圧縮機ブレード７２に作用した遠心力を、基端部７２ａから第二の樹脂部材７７のより内部側で第二の樹脂部材７７に伝達することができ、第一の樹脂部材７４、即ち、圧縮機ブレード７２の遠心力による変形を、第二の樹脂部材７７によって抑制することができる。

さらに、第二の樹脂部材７７のハブ面３１ｂ側に形成されたスキン層よりも第二の樹脂部材７７の内部側に圧縮機ブレード７２の基端部７２ａを配置することができ、圧縮機ブレード７２に作用する遠心力を基端部７２ａからハブ面３１ｂ側のスキン層の全体に伝達することが可能となる。従って、第一の樹脂部材７４の遠心力による変形を、第二の樹脂部材７７によって抑制することができる。

ここで、図７に示すように、圧縮機ブレード７２Ａは、断面形状がいわゆるクリスマスツリー型の基端部７２Ａａを有していてもよい。この場合、溝部７８Ａａも同様に基端部７２Ａａが嵌合可能に、断面形状がクリスマスツリー型に形成される。
なお、基端部７２ａ、７２Ａａの形状は、図６、図７に示す場合に限定されず、第二の樹脂部材７７に嵌合可能な形状となっていれば、様々な形状を選択可能である。

また、本実施形態では、第一の樹脂部材７４に代えて、同じ部分を金属によって形成した金属部材を、圧縮機インペラ７１が備えていてもよい。この場合、第一の樹脂部材７４の遠心力による変形を、金属部材によって抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、各々の樹脂部材の分割位置は、上述の実施形態の場合に限定されず、適宜変更してよい。

また、上述の実施形態では回転機械としてターボチャージャを例に挙げて説明したが、他の遠心圧縮機等に用いてもよい。

１…ターボチャージャ（回転機械）
２…回転軸
３…タービン
４…圧縮機
５…ハウジング連結部
６…軸受
１１…タービンハウジング
１２…スクロール通路
１３…排出口
１４…タービンインペラ
１５…タービンブレード
２１…圧縮機ハウジング
２２…圧縮機通路
２３…吸込口
２４…圧縮機インペラ
２５…圧縮機ブレード
３１…インペラ本体
３１ａ…ボス孔部
３１ｂ…ハブ面
４０…樹脂部材
４１…第一の樹脂部材
４１ａ…第一背面
４１ｂ…第一突出面
４１ｃ…第一端面
４１ｄ…第一内周面
４２…第一環状突出部
４５…第二の樹脂部材
４５ａ…前面
４５ｂ…径方向面
４５ｃ…第二突出面
４５ｄ…第二内周面
４５ｅ…軸方向面
４５ｆ…第二背面
４６…第二環状突出部
Ｇ…排気ガス
Ａ…空気
Ｏ…軸線
ＦＣ…流路
５０…ターボチャージャ（回転機械）
５１…圧縮機インペラ
５４…第一の樹脂部材
５５…凹部
５５ａ…第一凹部
５５ｂ…第二凹部
５６…内側面
５７…第二の樹脂部材
５８…凸部
５８ａ…第一凸部
５８ｂ…第二凸部
５９…外側面
６０…ターボチャージャ（回転機械）
６１…圧縮機インペラ
６２…圧縮機ブレード
６４…第一の樹脂部材
６５…ボス部
６７…第二の樹脂部材
７０…ターボチャージャ（回転機械）
７１…圧縮機インペラ
７２、７２Ａ…圧縮機ブレード
７２ａ、７２Ａａ…基端部
７２ｂ…先端部
７３…側面
７３ａ…Ｒ面部
７４…第一の樹脂部材
７７…第二の樹脂部材
７８…インペラ本体
７８ａ、７８Ａａ…溝部

Claims

円盤状をなして回転軸が嵌合するボス孔部が形成されたインペラ本体と、
前記インペラ本体の前面側で、該インペラ本体のハブ面から突出するように複数設けられたブレードと、
を備えるインペラであって、
互いに係合した樹脂からなる複数の樹脂部材から形成されたインペラ。
前記複数の樹脂部材として、
前記インペラ本体の前面側の部分を含む第一の樹脂部材と、
前記インペラ本体の背面側の部分を含む第二の樹脂部材と、
を備える請求項１に記載のインペラ。
前記第一の樹脂部材と前記第二の樹脂部材とのうちのいずれか一方に、他方に向かって突出する凸部が形成され、前記他方に前記凸部が嵌合する凹部が形成されている請求項２に記載のインペラ。
前記複数の樹脂部材として、
前記ブレード、及び、前記ボス孔部が形成されるとともに筒状をなして前記ブレードが前記回転軸の径方向外側に突出するボス部を含む第一の樹脂部材と、
前記ボス部を外周側から覆って、前記ブレードを前面側に突出させる前記ハブ面を含む第二の樹脂部材と、
を備える請求項１に記載のインペラ。
前記複数の樹脂部材として、
前記ブレードを含む第一の樹脂部材と、
前記ボス孔部が形成され、前記ブレードの基端部を外周側から覆い、かつ、先端部を前記前面側に突出させる前記ハブ面を含む第二の樹脂部材と、
を備える請求項１に記載のインペラ。
円盤状をなして回転軸が嵌合するボス孔部が形成されたインペラ本体と、
前記インペラ本体の前面側で、該インペラ本体のハブ面から突出するように複数設けられたブレードと、
を備えるインペラであって、
前記ブレード、及び、前記ボス孔部が形成されるとともに筒状をなして前記ブレードが前記回転軸の径方向外側に突出するボス部を含む樹脂部材と、
前記ボス部よりも外周側に配置されて前記樹脂部材に係合し、前記ブレードを前面側に突出させる前記ハブ面を含む金属部材と、
を備えるインペラ。
円盤状をなして回転軸が嵌合するボス孔部が形成されたインペラ本体と、
前記インペラ本体の前面側で、該インペラ本体のハブ面から突出するように複数設けられたブレードと、
を備えるインペラであって、
前記ブレードを含む樹脂部材と、
前記樹脂部材に係合し、前記ボス孔部が形成され、前記ブレードの基端部を外周側から覆い、かつ、先端部を前記前面側に突出させる前記ハブ面を含む金属部材と、
を備えるインペラ。
請求項１から７のいずれか一項に記載のインペラと、
前記インペラに取り付けられて、該インペラとともに回転する回転軸と、
を備える回転機械。