JP2016102480A - ターボ式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】インペラの回転によって生じるスラスト力を好適に受けることができるターボ式圧縮機を提供すること。【解決手段】ターボ式圧縮機１０は、ハウジング１１と、回転軸１２の先端側の部位である先端部１２ｂに連結されたインペラ１４，１５と、回転軸１２を回転させる電動モータ１３とを備え、インペラ１４，１５の回転によって流体を圧縮して吐出室３２，４２に吐出するものである。ターボ式圧縮機１０は、回転軸１２を支持するものであって、回転軸１２の外周面１２ｆと対向する第１ラジアル軸支面を有する第１ラジアル動圧軸受８１を備えている。回転軸１２の外周面１２ｆにおける第１ラジアル軸支面と対向する第１対向領域１０１には規制溝１０２が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ式圧縮機に関する。

従来から、ターボ式圧縮機は、回転軸及び回転軸に連結されたインペラを備え、インペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するものが知られている（例えば特許文献１参照）。また、特許文献１には、ターボ式圧縮機は、インペラの回転によって生じるスラスト力を受けるスラスト軸受を備えている。

特開２００９−２５７１６５号公報

ここで、例えばターボ式圧縮機がスラスト軸受を有している構成において、スラスト力が大きくなると、その大きなスラスト力を受けるためにスラスト軸受が大型なものとなり易い。すると、ターボ式圧縮機の大型化が懸念される。特に、スラスト力はインペラの回転数が高くなるに従って大きくなるため、インペラの回転数を高くしようとすると上記問題が発生し易い。以上のことから、上記スラスト力を受けるための構成については未だ改善の余地がある。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的はインペラの回転によって生じるスラスト力を好適に受けることができるターボ式圧縮機を提供することである。

上記目的を達成するターボ式圧縮機は、一端と他端とを有する回転軸の前記一端側に連結されたインペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するものであって、前記回転軸を支持するものであって、前記回転軸の外周面と対向するラジアル軸支面を有するラジアル動圧軸受と、前記インペラが回転することによって生じた前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かうスラスト力に対する抗力が前記回転軸に付与されるように構成された抗力付与室と、前記ラジアル動圧軸受を介して連通している室であって前記抗力付与室よりも低圧に構成された低圧室とを有するハウジングと、を備え、前記回転軸の外周面における前記ラジアル軸支面と対向する対向領域には、前記抗力付与室から前記低圧室に向かう流体の流れを規制するように構成された規制溝が形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、抗力付与室と低圧室との圧力差によってスラスト力に対する抗力が発生し、当該抗力が回転軸に付与されるようになっている。これにより、スラスト力を受けることができる。この場合、ラジアル動圧軸受を介して抗力付与室と低圧室とが連通している関係上、ラジアル動圧軸受を介して抗力付与室から低圧室に向けて流体が流れてしまい、その結果、上記圧力差が小さくなって、抗力が小さくなる不都合が懸念される。これに対して、本構成によれば、規制溝によって、抗力付与室から低圧室に向かう流体の流れが規制される。これにより、ラジアル動圧軸受におけるシール性を高めることができる。よって、上記不都合を抑制することができ、それを通じてスラスト力を好適に受けることができる。

上記ターボ式圧縮機について、前記抗力付与室は、前記ラジアル動圧軸受よりも前記インペラとは反対側に配置されており、前記規制溝は、前記回転軸が回転した場合に、前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かう流れを誘起させるものであるとよい。かかる構成によれば、回転軸が回転した場合、規制溝によって、抗力付与室から低圧室に向かう流体の流れとは反対方向の流れが誘起されるため、抗力付与室から低圧室への流体の流入を規制できる。また、ラジアル軸支面と対向領域との間にて、互いに方向が逆の流体が衝突することにより、動圧が発生する。よって、抗力付与室から低圧室への流体の流入を抑制しつつ、好適に回転軸を非接触で支持できる。

上記ターボ式圧縮機について、前記規制溝は、前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かうに従って、前記回転軸の回転方向とは反対方向に傾斜した螺旋形状であり、前記規制溝は、前記回転軸の周方向に複数配列されているとよい。かかる構成によれば、上記のように構成された複数の規制溝を採用することにより、抗力付与室から低圧室への流体の流入の規制と、非接触での回転軸の支持とを行うために必要な流体の流れを、誘起させることができる。

上記ターボ式圧縮機について、前記ラジアル動圧軸受は第１ラジアル動圧軸受であり、前記対向領域は第１対向領域であり、前記ターボ式圧縮機は、前記第１ラジアル動圧軸受とは別に設けられ、前記回転軸の外周面と対向する第２ラジアル軸支面を有する第２ラジアル動圧軸受を備え、前記第２ラジアル動圧軸受は、前記第１ラジアル動圧軸受よりも前記抗力付与室から離れた位置に配置されており、前記回転軸の外周面における前記第２ラジアル軸支面と対向する第２対向領域には、ヘリングボーン形状の溝が形成されているとよい。かかる構成によれば、回転軸が回転すると、ヘリングボーン形状の溝によって、第２ラジアル軸支面と第２対向領域との間に動圧が発生し、当該動圧によって回転軸が非接触で支持される。

特に、第２ラジアル動圧軸受は、第１ラジアル動圧軸受よりも抗力付与室から離れた位置に配置されているため、当該第２ラジアル動圧軸受においては、抗力付与室から低圧室へ向かう流体の影響を受けにくい。これに対して、本構成によれば、互いに逆方向の流れを積極的に誘起させることができるヘリングボーン形状の溝を採用することにより、好適に回転軸を非接触で支持することができる。

上記ターボ式圧縮機について、前記低圧室内には、前記スラスト力を受けるスラスト軸受が設けられているとよい。かかる構成によれば、スラスト軸受と、抗力付与室及び低圧室間の圧力差によって生じる抗力とによって、スラスト力を受けることができる。この場合、上記抗力が存在する分だけ、スラスト軸受の受圧が軽減されるため、スラスト軸受のみでスラスト力を受ける構成と比較して、スラスト軸受の小型化を図ることができる。

また、本構成によれば、抗力付与室と比較して低圧の低圧室内にスラスト軸受が配置されているため、スラスト軸受が抗力付与室に配置されている場合と比較して、スラスト軸受における損失を低減することができる。これにより、スラスト軸受を設けることによる損失の増大を抑制できる。

上記ターボ式圧縮機について、前記ラジアル軸支面には、前記回転軸の周方向に沿って延びたリング溝が形成されているとよい。かかる構成によれば、リング溝がラビリンスシールとして機能するため、抗力付与室から低圧室への流体の流入を、より好適に抑制することができる。

上記ターボ式圧縮機について、前記低圧室は、前記回転軸を駆動させる電動モータが収容されたモータ室であり、前記ハウジングは、低圧流体を前記モータ室に吸入させるための低圧流体吸入口を有し、前記インペラは、第１インペラ及び第２インペラを有し、前記ハウジングには、前記第１インペラが収容された第１インペラ室と、前記第２インペラが収容されたものであって、前記モータ室の前記低圧流体が流入されるように前記モータ室と連通している第２インペラ室と、が区画されており、前記吐出室として、前記ハウジングに設けられた第１ディフューザ流路を介して前記第１インペラ室と連通している第１吐出室と、前記ハウジングに設けられた第２ディフューザ流路を介して前記第２インペラ室と連通している第２吐出室と、を有し、前記第１インペラにおける前記第１ディフューザ流路側の端面と、前記第２インペラにおける前記第２ディフューザ流路側の端面とが、互いに対向配置され、前記低圧流体が前記第２ディフューザ流路を通過することによって得られる前記第２吐出室の中間圧流体が前記第１インペラ室に供給され、前記中間圧流体が前記第１ディフューザ流路を通過することによって得られる前記第１吐出室の高圧流体の一部が、前記ハウジングに設けられたバイパス吸入口を介して前記抗力付与室に供給されるとよい。かかる構成によれば、抗力付与室には高圧流体が充填され、モータ室には低圧流体が充填される。これにより、抗力付与室及びモータ室間にて圧力差が生じ、スラスト力に対する抗力が発生する。特に、中間圧流体ではなく、高圧流体と低圧流体とを用いることにより、上記圧力差を大きくすることができる。

この発明によれば、インペラの回転によって生じるスラスト力を好適に受けることができる。

ターボ式圧縮機及び車両空調装置の概要を示す模式図。 第１ラジアル動圧軸受の周辺を模式的に示す拡大断面図。 第２ラジアル動圧軸受の周辺を模式的に示す拡大断面図。 スラスト軸受の周辺を模式的に示す拡大断面図。 別例の第１ラジアル動圧軸受を模式的に示す拡大断面図。 別例のターボ式圧縮機及び車両空調装置の概要を示す模式図。

以下、ターボ式圧縮機の一実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、ターボ式圧縮機は車両に搭載されている。ターボ式圧縮機は、例えば流体装置としての車両空調装置に用いられる。なお、図１等においては、図示の都合上、回転軸１２については側面図で示し、図２においては、ドットハッチで圧力差を示す。

図１に示すように、ターボ式圧縮機１０は、その外郭を構成するハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、全体として例えば円筒形状である。
ターボ式圧縮機１０は、回転軸１２と、回転軸１２を回転させる電動モータ１３と、回転軸１２に連結された２つのインペラ１４，１５とを備えている。回転軸１２は、本体部１２ａと、本体部１２ａよりも縮径され、且つ、両インペラ１４，１５が連結された先端部１２ｂと、本体部１２ａよりも先端部１２ｂとは反対側に配置された基端部１２ｃとを有している。基端部１２ｃは、本体部１２ａと同一径である。

なお、回転軸１２の先端部１２ｂ側（すなわち回転軸１２の先端側）を単に前側ともいい、回転軸１２の基端部１２ｃ側（すなわち回転軸１２の基端側）を単に後側とも言う。回転軸１２の先端部１２ｂ側とは、回転軸１２においてインペラ１４，１５が設けられている側とも言え、回転軸１２の基端部１２ｃ側とは、回転軸１２においてインペラ１４，１５とは反対側とも言える。本実施形態では、先端部１２ｂが「回転軸の一端」に対応し、回転軸１２の先端側が「一端側」に対応する。また、基端部１２ｃが「回転軸の他端」に対応し、回転軸１２の基端側が「他端側」に対応する。

ハウジング１１は、インペラ１４，１５が収容されたインペラ室２１，２２等が区画されたフロントハウジング２０を備えている。フロントハウジング２０は、３つのパーツ２０ａ〜２０ｃで構成されており、各パーツ２０ａ〜２０ｃは、中間パーツ２０ｃを第１パーツ２０ａ及び第２パーツ２０ｂで挟持した状態でユニット化されている。この場合、第１インペラ室２１は、第１パーツ２０ａ及び中間パーツ２０ｃによって区画されており、第２インペラ室２２は、第２パーツ２０ｂ及び中間パーツ２０ｃによって区画されている。両インペラ室２１，２２は、中間パーツ２０ｃを介して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向配置されている。

なお、中間パーツ２０ｃには、回転軸１２の先端部１２ｂが挿通可能な挿通孔２０ｃｃが形成されており、回転軸１２の先端部１２ｂは、挿通孔２０ｃｃを貫通した状態で配置されている。このため、回転軸１２の先端部１２ｂは、両インペラ室２１，２２に跨って配置されている。

フロントハウジング２０（詳細には第１パーツ２０ａ）には、流体（例えば冷媒）が吸入される第１吸入口３０が形成されている。第１吸入口３０は、回転軸１２の軸線方向Ｚの両端面１２ｄ，１２ｅのうち両インペラ１４，１５が連結されている側の端面１２ｄ（以降単に回転軸１２の先端面１２ｄという）と対向する位置に配置されている。そして、第１吸入口３０と、第１インペラ１４が収容されている第１インペラ室２１とは、回転軸１２の軸線方向Ｚに連通している。

図１に示すように、第１インペラ１４は、その基端面１４ａから先端面１４ｂに向けて徐々に縮径した略円錐台形状である。第１インペラ１４は、その先端面１４ｂが基端面１４ａよりも第１吸入口３０側に配置された状態で回転軸１２の先端部１２ｂに連結されている。第１インペラ室２１は、第１インペラ１４の形状に対応させて形成されており、詳細には第１インペラ１４よりも一回り大きい円錐台形状である。

フロントハウジング２０には、第１インペラ室２１の外周側に配置された第１ディフューザ流路３１と、第１ディフューザ流路３１と連通している第１吐出室３２とが区画されている。第１ディフューザ流路３１は、第１インペラ１４を囲む環状（詳細には円環状）である。第１吐出室３２は、第１ディフューザ流路３１の外周側に配置されている。第１インペラ室２１と第１吐出室３２とは、第１ディフューザ流路３１を介して連通している。第１吐出室３２は、フロントハウジング２０に形成された第１吐出口（図示略）と連通している。第１インペラ１４の基端面１４ａは、第１インペラ１４における第１ディフューザ流路３１側の端面である。

第２インペラ１５は、第１インペラ１４と同様に、その基端面１５ａから先端面１５ｂに向けて徐々に縮径した略円錐台形状である。本実施形態では、第２インペラ１５は、第１インペラ１４よりも一回り小さく形成されており、詳細には、第２インペラ１５の基端面１５ａの径は、第１インペラ１４の基端面１４ａの径よりも短く設定されている。第２インペラ１５は、その基端面１５ａが第１インペラ１４の基端面１４ａと対向するように配置された状態で回転軸１２の先端部１２ｂに連結されている。すなわち、両インペラ１４，１５は、互いに基端面１４ａ，１５ａ同士が対向するように配置されている。

第２インペラ室２２は、第２インペラ１５に対応させて形成されており、詳細には第２インペラ１５よりも一回り大きい円錐台形状である。
フロントハウジング２０には、第２インペラ室２２の外周側に配置された環状の第２ディフューザ流路４１と、第２ディフューザ流路４１よりも外周側に設けられているものであって第２ディフューザ流路４１と連通している第２吐出室４２とが区画されている。第２インペラ室２２と第２吐出室４２とは、第２ディフューザ流路４１を介して連通している。第２吐出室４２は、フロントハウジング２０に形成された第２吐出口（図示略）と連通している。第２インペラ１５の基端面１５ａは、第２インペラ１５における第２ディフューザ流路４１側の端面である。

図１に示すように、ハウジング１１は、フロントハウジング２０と協働して電動モータ１３が収容されるモータ室５０を区画するモータハウジング５１及びエンドプレート５２を備えている。モータハウジング５１は略円筒形状であって、その軸線方向の両端は開口している。エンドプレート５２は、モータハウジング５１の外径と同一径の円板状のプレート本体部５３を有している。モータハウジング５１の軸線方向の一方の開口端はフロントハウジング２０の第２パーツ２０ｂに突き合わさり、他方の開口端はプレート本体部５３に突き合わさっている。モータ室５０は、モータハウジング５１、第２パーツ２０ｂ及びプレート本体部５３によって区画されている。モータ室５０は、第２インペラ室２２に対して後側に配置されており、モータ室５０と第２インペラ室２２とは連通している。本実施形態では、モータ室５０が「低圧室」に対応する。

電動モータ１３は、回転軸１２（詳細には回転軸１２の本体部１２ａ）に固定されたロータ６１と、ロータ６１の外側に配置されるものであってモータハウジング５１に固定されたステータ６２とを備えている。ロータ６１とステータ６２とは回転軸１２と同一軸線上に配置されており、回転軸１２の径方向に対向している。

ステータ６２は、円筒形状のステータコア６３と、ステータコア６３に捲回されたコイル６４とを備えている。コイル６４に電流が流れることによって、ロータ６１と回転軸１２とが一体的に回転する。

また、モータハウジング５１には、第２吸入口７０が形成されている。第２吸入口７０は、モータハウジング５１における電動モータ１３よりもエンドプレート５２側の位置に配置されている。

図１に示すように、エンドプレート５２は、プレート本体部５３から前側（換言すれば回転軸１２の先端側）に突出した第１ボス７１を有している。プレート本体部５３及び第１ボス７１には、回転軸１２の本体部１２ａ及び基端部１２ｃが挿通可能な第１挿通孔７１ａが形成されている。

モータハウジング５１内には、回転軸１２の本体部１２ａが挿通可能な第２挿通孔７２ａが形成された第２ボス７２が設けられている。第２ボス７２は、モータハウジング５１内に設けられた連結部（図示略）を介してモータハウジング５１に連結されている。ボス７１，７２は、ロータ６１に対して回転軸１２の軸線方向Ｚの両側に配置されている。この場合、ロータ６１の軸線方向の端面と、ボス７１，７２における上記端面と対向する端面との間には隙間が存在する。回転軸１２は両挿通孔７１ａ，７２ａに挿通されている。

ここで、ボス７１，７２は、回転軸１２の本体部１２ａ（及び基端部１２ｃ）の径よりも若干長い内径を有する円筒形状である。第１ボス７１の内周面と回転軸１２との間には、回転軸１２を回転可能な状態で支持する第１ラジアル動圧軸受８１が設けられている。第２ボス７２の内周面と回転軸１２との間には、回転軸１２を回転可能な状態で支持する第２ラジアル動圧軸受８２が設けられている。第１ラジアル動圧軸受８１は、電動モータ１３よりも回転軸１２の基端側に配置されており、回転軸１２の基端部１２ｃを支持している。第２ラジアル動圧軸受８２は、電動モータ１３よりも回転軸１２の先端側に配置されており、回転軸１２の本体部１２ａにおける先端側の部位を支持している。

図１に示すように、ハウジング１１は、第１挿通孔７１ａの外側に設けられたリアハウジング９１を備えている。リアハウジング９１は、例えば一方が開口した有底円筒形状であり、その内径は、第１挿通孔７１ａの径よりも長く設定されている。エンドプレート５２のプレート本体部５３は、第１プレート板面５３ａとは反対側の第２プレート板面５３ｂを有している。リアハウジング９１は、その開口端と第２プレート板面５３ｂとが突き合わせられた状態でエンドプレート５２に固定されている。

ここで、本実施形態では、図１の二点鎖線に示すように、両インペラ１４，１５が回転した場合に、回転軸１２の先端側から基端側に向かうスラスト力Ｆが発生する。これに対して、ターボ式圧縮機１０は、スラスト力Ｆを受けるための構成を備えている。当該構成について、両ラジアル動圧軸受８１，８２の詳細な構成とともに、以下に説明する。

図１に示すように、ターボ式圧縮機１０は、スラスト力Ｆに対する抗力Ｎが回転軸１２に付与されるように構成されている室であって、低圧室としてのモータ室５０よりも高圧に設定された抗力付与室としての高圧室９２を備えている。高圧室９２は、第１ラジアル動圧軸受８１よりもインペラ１４，１５とは反対側に配置されている。回転軸１２の軸線方向の両端面１２ｄ，１２ｅのうち先端面１２ｄとは反対側の端面１２ｅを基端面１２ｅとすると、高圧室９２は、回転軸１２の基端面１２ｅよりもインペラ１４，１５とは反対側（つまり後側）に配置されている。高圧室９２は、回転軸１２の基端面１２ｅと、リアハウジング９１の内面とによって区画されている。リアハウジング９１には、モータ室５０の圧力よりも高い圧力を有する流体が流入されるための第３吸入口９３が設けられている。第３吸入口９３が「バイパス吸入口」に対応する。回転軸１２の先端側を一端側とすると、基端面１２ｅは、回転軸１２の他端側の端面と言える。

ラジアル動圧軸受８１，８２は例えば円筒状であって、各々の軸線と回転軸１２とは、同一軸線上に配置されている。第１ラジアル動圧軸受８１は、高圧室９２とモータ室５０との間であって高圧室９２とモータ室５０とを連通するように配置されており、第２ラジアル動圧軸受８２は、第１ラジアル動圧軸受８１よりも高圧室９２から離れた位置に配置されている。

ラジアル動圧軸受８１，８２は、回転軸１２が回転することによって生じる動圧を用いて非接触で回転軸１２を支持する。
詳細には、図２に示すように、第１ラジアル動圧軸受８１は、回転軸１２の外周面１２ｆに対して回転軸１２の径方向に対向する第１ラジアル軸支面８１ａを備えている。第１ラジアル軸支面８１ａの径は、回転軸１２の本体部１２ａの径よりも若干長く設定されている。このため、第１ラジアル軸支面８１ａと回転軸１２との間には隙間９４が形成されている。当該隙間９４を介して、高圧室９２とモータ室５０とは連通している。すなわち、高圧室９２とモータ室５０とは、第１ラジアル動圧軸受８１を介して連通している。

ここで、既に説明したとおり、高圧室９２の圧力がモータ室５０の圧力よりも高く設定されているため、高圧室９２からモータ室５０に向けて流体が流入し得る。すなわち、高圧室９２とモータ室５０との圧力差によって、回転軸１２の基端側から先端側に向かう流体の流れが生じる。

これに対して、本実施形態では、回転軸１２の外周面１２ｆにおける第１ラジアル動圧軸受８１（詳細には第１ラジアル軸支面８１ａ）と対向する第１対向領域１０１には、回転軸１２の基端側から先端側に向かう流体の流れを規制する規制溝１０２が形成されている。規制溝１０２は、回転軸１２が回転した場合に、上記圧力差によって生じる流体の流れとは反対方向の流れが誘起されるように構成されている。詳細には、規制溝１０２は、回転軸１２の先端側から基端側に向かうに従って、回転軸１２の回転方向Ｒとは反対方向に傾斜した螺旋形状である。規制溝１０２は、回転軸１２の周方向に所定のピッチで複数配列されている。

図３に示すように、第２ラジアル動圧軸受８２は、回転軸１２の外周面１２ｆに対して回転軸１２の径方向に対向する第２ラジアル軸支面８２ａを備えている。第２ラジアル軸支面８２ａの径は、第１ラジアル軸支面８１ａの径と同一であり、回転軸１２の本体部１２ａの径よりも若干長く設定されている。

回転軸１２の外周面１２ｆにおける第２ラジアル動圧軸受８２（詳細には第２ラジアル軸支面８２ａ）と対向する第２対向領域１０３には、回転軸１２が回転した場合に動圧が生じるように構成された動圧誘起溝１０４が形成されている。動圧誘起溝１０４は、例えばヘリングボーン形状である。詳細には、動圧誘起溝１０４は、傾斜方向が相違する２つの螺旋溝１０４ａ，１０４ｂを備えている。第１螺旋溝１０４ａは、回転軸１２の先端側から基端側に向かうに従って、回転軸１２の回転方向Ｒとは反対方向に傾斜した螺旋形状であり、第２螺旋溝１０４ｂは、回転軸１２の先端側から基端側に向かうに従って、回転軸１２の回転方向Ｒに傾斜した螺旋形状である。そして、両螺旋溝１０４ａ，１０４ｂの間には、螺旋溝１０４ａ，１０４ｂが形成されていないランド部１０５が設けられている。回転軸１２の先端側から基端側に向けて、第１螺旋溝１０４ａ→ランド部１０５→第２螺旋溝１０４ｂの順に配置されている。動圧誘起溝１０４が「ヘリングボーン形状の溝」に対応する。

両螺旋溝１０４ａ，１０４ｂは、回転軸１２の周方向に所定のピッチで複数配列されている。この場合、両螺旋溝１０４ａ，１０４ｂのピッチ及び数は同一であってもよいし、異なっていてもよい。

図４に示すように、ターボ式圧縮機１０は、回転軸１２に固定された板状（詳細には円板状）の支持プレート（スラストライナ）１１０と、スラスト力Ｆを受ける２つのスラスト軸受１１１，１１２とを備えている。支持プレート１１０及びスラスト軸受１１１，１１２は、モータ室５０内に配置されている。

支持プレート１１０は、回転軸１２の本体部１２ａに固定されている。支持プレート１１０は、第２ボス７２よりも回転軸１２の径方向に突出している。支持プレート１１０は、第２ボス７２よりも回転軸１２の先端側に配置されている。

２つのスラスト軸受１１１，１１２は、例えば円環板状であって、各々の軸線と回転軸１２とは、同一軸線上に配置されている。両スラスト軸受１１１，１１２は、支持プレート１１０を介して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向配置されている。両スラスト軸受１１１，１１２は、第１ラジアル動圧軸受８１及び電動モータ１３よりも高圧室９２から離れた位置、詳細には電動モータ１３よりも回転軸１２の先端側に配置されている。

図４に示すように、モータハウジング５１内には、第１スラスト軸受１１１が固定される第１固定壁部１１３が設けられている。第１固定壁部１１３は、支持プレート１１０と電動モータ１３との間に配置されている。第１固定壁部１１３は、例えば円環板状であり、モータハウジング５１の内面から、回転軸１２の軸線方向Ｚから見て支持プレート１１０と重なる位置まで回転軸１２の径方向に延びている。第１固定壁部１１３の内周面と第２ボス７２とは離間している。

第１スラスト軸受１１１は、第１固定壁部１１３と支持プレート１１０との間に配置されている。第１スラスト軸受１１１は、支持プレート１１０における回転軸１２の軸線方向Ｚと交わる（詳細には直交する）両板面１１０ａ，１１０ｂのうち第１固定壁部１１３と対向する第１対向板面１１０ａに対して、所定の隙間を介して対向する第１スラスト軸支面１１１ａを有している。

モータハウジング５１内には、第２スラスト軸受１１２が固定される第２固定壁部１１４が設けられている。第２固定壁部１１４は、図示しない固定部によってモータハウジング５１に固定されている。第２固定壁部１１４は、例えば円環板状である。第２固定壁部１１４は、その軸線と回転軸１２とが同一軸線上に配置され、且つ、支持プレート１１０よりも回転軸１２の先端側に配置されている。第２固定壁部１１４の内径は、回転軸１２の本体部１２ａの径よりも若干長く設定されており、第２固定壁部１１４と回転軸１２とが接触しないようになっている。第２固定壁部１１４の外径は支持プレート１１０の外径以上に設定されている。

第２スラスト軸受１１２は、第２固定壁部１１４と支持プレート１１０との間に配置されている。第２スラスト軸受１１２は、支持プレート１１０の両板面１１０ａ，１１０ｂのうち第２固定壁部１１４と対向する第２対向板面１１０ｂに対して、所定の隙間を介して対向する第２スラスト軸支面１１２ａを有している。

ちなみに、図４に示すように、第１固定壁部１１３には、回転軸１２の軸線方向Ｚに貫通した貫通孔１１５が設けられている。また、回転軸１２の軸線方向Ｚにおいて第２固定壁部１１４とフロントハウジング２０とは離間している。このため、モータ室５０の流体は、貫通孔１１５、及び、第２固定壁部１１４とフロントハウジング２０との間を介して、第２インペラ室２２に流入可能となっている。

次に、高圧室９２とモータ室５０との間で圧力差を発生させる構成について説明する。
図１に示すように、ターボ式圧縮機１０は、車両空調装置２００の一部を構成している。車両空調装置２００は、ターボ式圧縮機１０の他に、凝縮器２０１、気液分離器２０２、膨張弁２０３及び蒸発器２０４を備えている。これら凝縮器２０１、気液分離器２０２、膨張弁２０３及び蒸発器２０４は、配管を介して接続されている。また、凝縮器２０１は、第１吐出口を介して第１吐出室３２に接続されており、蒸発器２０４は、第２吸入口７０に接続されている。

また、ターボ式圧縮機１０は、第２吐出口を介して第２吐出室４２と第１吸入口３０とを接続する配管１１６を備えている。更に、車両空調装置２００は、気液分離器２０２と膨張弁２０３とを接続している配管とは別に、気液分離器２０２と第３吸入口９３とを接続するバイパス配管２０５を有している。

なお、本実施形態では、第２吸入口７０が「低圧流体吸入口」に対応し、第３吸入口９３が「バイパス吸入口」に対応し、バイパス配管２０５が「圧力調整部」に対応する。
次に、本実施形態の作用として、上記のように構成されたターボ式圧縮機１０及び車両空調装置２００における流体の流れについて説明する。

回転軸１２の回転に伴い両インペラ１４，１５が回転すると、図１の矢印Ａ１に示すように、蒸発器２０４から吐出された比較的低圧の流体（以降低圧流体という）が第２吸入口７０から吸入される。この場合、モータ室５０は低圧空間となる。モータ室５０に吸入された流体は、ロータ６１及びステータ６２間の隙間や貫通孔１１５等を介して第２インペラ室２２に向かう（図１の矢印Ａ２参照）。そして、低圧流体は、第２インペラ１５の遠心作用によって第２インペラ室２２から第２ディフューザ流路４１に送り込まれ、当該第２ディフューザ流路４１にて圧縮されて第２吐出室４２に吐出される。なお、第２吐出室４２に導かれた流体の圧力は低圧流体の圧力よりも高い。なお、第２吐出室４２に導かれた流体を中間圧流体という。

図１の矢印Ａ３に示すように、中間圧流体は、第２吐出室４２から吐出され、配管１１６を介して、第１吸入口３０に吸入される。中間圧流体は、第１インペラ１４の遠心作用によって第１インペラ室２１から第１ディフューザ流路３１に送り込まれ、当該第１ディフューザ流路３１にて圧縮されて第１吐出室３２に吐出される。第１吐出室３２に導かれた流体の圧力は、中間圧流体の圧力よりも高い。なお、第１吐出室３２に導かれた流体を高圧流体という。

高圧流体は、第２吐出室４２から凝縮器２０１に供給される。そして、高圧流体の一部は、バイパス配管２０５を介して第３吸入口９３に供給される。これにより、高圧室９２には、高圧流体が充填される。一方、モータ室５０には低圧流体が充填される。したがって、高圧室９２の圧力が、モータ室５０の圧力よりも高くなる。これにより、スラスト力Ｆに対する抗力Ｎが回転軸１２に付与される。詳細には、高圧室９２とモータ室５０との圧力差によって生じた押圧力が回転軸１２の基端面１２ｅに付与される。

この場合、高圧室９２とモータ室５０との圧力差によって、高圧室９２の高圧流体が第１ラジアル動圧軸受８１を介して高圧室９２からモータ室５０へ向けて流入しようとする。これに対して、回転軸１２が回転することによって、規制溝１０２により高圧室９２からモータ室５０へ向かう方向（以降単に高圧流体の漏れ方向という）とは逆方向の流れが誘起される。このため、高圧室９２からモータ室５０への高圧流体の流入が規制される。また、第１ラジアル軸支面８１ａと第１対向領域１０１との間にて、互いに逆向きの流体が衝突するため、非接触での回転軸１２の支持に必要な動圧が発生する。

以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）ターボ式圧縮機１０は、回転軸１２の先端側の部位である先端部１２ｂに連結されたインペラ１４，１５と、回転軸１２を回転させる電動モータ１３とを備え、インペラ１４，１５の回転によって流体を圧縮して吐出室３２，４２に吐出するものである。ターボ式圧縮機１０は、回転軸１２を支持するものであって、回転軸１２の外周面１２ｆと対向する第１ラジアル軸支面８１ａを有する第１ラジアル動圧軸受８１と、吐出室３２，４２及び低圧室として電動モータ１３が収容されたモータ室５０が区画されたハウジング１１とを備えている。

ハウジング１１は、インペラ１４，１５が回転することによって生じた回転軸１２の先端側から基端側に向かうスラスト力Ｆに対する抗力Ｎが回転軸１２に付与されるようにモータ室５０よりも高圧に構成される高圧室９２を備えている。そして、高圧室９２とモータ室５０とは、第１ラジアル動圧軸受８１を介して連通している。かかる構成において、回転軸１２の外周面１２ｆにおける第１ラジアル軸支面８１ａと対向する第１対向領域１０１には、高圧室９２からモータ室５０に向かう流体（本実施形態では高圧流体）の流れを規制する規制溝１０２が形成されている。これにより、高圧室９２からモータ室５０に向かう流体の流れが規制されるため、高圧室９２からモータ室５０に流体が流れることに起因する抗力Ｎの低下を抑制できる。よって、スラスト力Ｆを好適に受けることができる。

（２）高圧室９２は、第１ラジアル動圧軸受８１（詳細には回転軸１２の基端面１２ｅ）に対してインペラ１４，１５とは反対側に配置されている。すなわち、高圧室９２は、回転軸１２の基端面１２ｅとハウジング１１（詳細にはハウジング１１において基端面１２ｅに対して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向する部位）との間に配置されている。規制溝１０２は、回転軸１２が回転した場合に、回転軸１２の先端側から基端側に向かう流れを誘起させるものである。かかる構成によれば、回転軸１２が回転した場合、規制溝１０２によって、高圧室９２からモータ室５０に向かう流体の流れとは反対方向の流れが誘起されるため、高圧室９２からモータ室５０への流体の流入を規制できる。また、第１ラジアル動圧軸受８１と回転軸１２との間にて、互いに方向が逆の流体が衝突することにより、動圧が発生する。よって、高圧室９２からモータ室５０への高圧流体の流入を抑制しつつ、回転軸１２を非接触で支持できる。

（３）具体的には、規制溝１０２は、回転軸１２の先端側から基端側に向かうに従って、回転軸１２の回転方向Ｒとは反対方向に傾斜した螺旋形状であり、規制溝１０２は、回転軸１２の周方向に複数配列されている。これにより、（２）の効果を得るために必要な流体の流れを誘起させることができる。

（４）ターボ式圧縮機１０は、第１ラジアル動圧軸受８１とは別に設けられ、回転軸１２の外周面１２ｆと対向する第２ラジアル軸支面８２ａを有する第２ラジアル動圧軸受８２を備えている。第２ラジアル動圧軸受８２は、第１ラジアル動圧軸受８１よりも高圧室９２から離れた位置に配置されている。そして、回転軸１２の外周面１２ｆにおける第２ラジアル軸支面８２ａと対向する第２対向領域１０３には、ヘリングボーン形状の動圧誘起溝１０４が形成されている。かかる構成によれば、回転軸１２が回転した場合、動圧誘起溝１０４によって生じる動圧によって、回転軸１２が非接触で支持される。

特に、第２ラジアル動圧軸受８２は、第１ラジアル動圧軸受８１よりも高圧室９２から離れた位置に配置されているため、第２ラジアル動圧軸受８２においては、高圧室９２の高圧流体の影響を受けにくい。これに対して、本構成によれば、動圧誘起溝１０４として、互いに逆方向の流れを積極的に誘起させるヘリングボーン形状を採用することにより、好適に回転軸１２を非接触で支持することができる。

（５）モータ室５０内には、スラスト力Ｆを受けるスラスト軸受１１１，１１２が設けられている。スラスト軸受１１１，１１２と、高圧室９２及びモータ室５０間の圧力差によって生じる抗力Ｎとによって、スラスト力Ｆを受けることができる。この場合、上記抗力Ｎが存在する分だけ、スラスト軸受１１１，１１２の受圧が軽減されるため、スラスト軸受１１１，１１２のみでスラスト力Ｆを受ける構成と比較して、スラスト軸受１１１，１１２の小型化を図ることができる。

また、例えばＳｔｏｄｏｌａの損失の式によれば、流体の密度が低くなるほど損失が小さくなる。そして、流体の密度は圧力に依存する。この点、本実施形態では、高圧室９２と比較して低圧のモータ室５０内にスラスト軸受１１１，１１２が配置されているため、スラスト軸受１１１，１１２が高圧室９２に配置されている場合と比較して、スラスト軸受１１１，１１２における損失を低減することができる。これにより、スラスト軸受１１１，１１２を設けることによる損失の増大を抑制できる。

（６）特に、スラスト軸受１１１，１１２は、モータ室５０内において高圧室９２から離れた位置、詳細には第１ラジアル動圧軸受８１及び電動モータ１３よりも回転軸１２の先端側に配置されている。これにより、高圧流体の影響を受けにくいため、高圧流体による損失の増大化を、より好適に抑制できる。

（７）ハウジング１１は、低圧流体をモータ室５０に吸入させるための低圧流体吸入口としての第２吸入口７０を有している。また、両インペラ１４，１５は、互いに基端面１４ａ，１５ａ同士が対向配置されている。そして、ハウジング１１には、インペラ１４，１５が収容されたインペラ室２１，２２と、当該ハウジング１１に設けられたディフューザ流路３１，４１を介してインペラ室２１，２２と連通している吐出室３２，４２とが区画されている。モータ室５０と第２インペラ室２２とは連通している。

かかる構成において、ターボ式圧縮機１０は、低圧流体が第２ディフューザ流路４１を通過することによって得られる第２吐出室４２の中間圧流体が、第１インペラ室２１に供給されるように構成されている。そして、ターボ式圧縮機１０は、中間圧流体が第１ディフューザ流路３１を通過することによって得られる高圧流体の一部が、ハウジング１１に設けられたバイパス吸入口としての第３吸入口９３を介して高圧室９２に供給されるように構成されている。これにより、高圧室９２には高圧流体が充填され、モータ室５０には低圧流体が充填されるため、高圧室９２及びモータ室５０間で圧力差が生じ、スラスト力Ｆの抗力Ｎが生じる。

特に、本実施形態では、高圧室９２及びモータ室５０のいずれか一方に中間圧流体が充填される構成と比較して、高圧室９２及びモータ室５０間の圧力差が大きくなっているため、その分だけ上記抗力Ｎを大きくすることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図５に示すように、第１ラジアル軸支面８１ａには、回転軸１２の周方向に沿って延びたリング溝（オリフィス）２１０が形成されていてもよい。リング溝２１０は、回転軸１２の軸線方向Ｚに沿って所定のピッチで複数配列されていてもよい。これにより、第１ラジアル動圧軸受８１のシール性の更なる向上を図ることができる。なお、リング溝２１０は、第２ラジアル動圧軸受８２に形成してもよい。

○ 高圧室９２からモータ室５０への流体の流入を規制することができれば、規制溝１０２の具体的な形状は任意である。同様に、動圧誘起溝１０４の形状は、回転軸１２を非接触で支持する動圧を確保できれば、ヘリングボーン形状に限られず任意である。また、規制溝１０２及び動圧誘起溝１０４の数も、「１」を含め任意である。

○ 第１対向領域１０１には、規制溝１０２と、ヘリングボーン溝との双方が形成されていてもよい。
○ 第２ラジアル動圧軸受８２は、例えば第２対向領域１０３と対向するものであって径方向に変位可能なトップフォイルと、弾性変形可能な状態でトップフォイルを支持するバンプフォイルとを有し、トップフォイルと第２対向領域１０３との間にて発生する動圧で回転軸１２を回転可能に支持するフォイル式であってもよい。

○ 両スラスト軸受１１１，１１２を省略してもよい。この場合、支持プレート１１０、第１固定壁部１１３及び第２固定壁部１１４を省略してもよい。
○ 第１固定壁部１１３に形成された貫通孔１１５を省略してもよい。この場合であっても、両スラスト軸受１１１，１１２を介して流体が第２インペラ室２２に向けて流入し得る。

○ 実施形態では、低圧室は、モータ室５０であったが、これに限られず、モータ室５０とは別に設けられた専用の室であってもよい。つまり、低圧室は、第１ラジアル動圧軸受８１を介して連通している室であればよく、モータ室５０に限られない。

○ 両スラスト軸受１１１，１１２及び支持プレート１１０は、高圧室９２内に配置されていてもよい。
○ ターボ式圧縮機１０は、配管等を介して、第２吐出室４２から吐出される中間圧流体が第１吸入口３０と第３吸入口９３との双方に供給される構成であってもよい。この場合、高圧室９２が中間圧となる。

○ 第１吸入口３０に低圧流体が供給される構成であってもよい。詳細には、図６に示すように、車両空調装置２００は、配管を介して、蒸発器２０４から吐出される低圧流体が第１吸入口３０に供給され、且つ、第２吐出室４２から吐出される流体の一部が凝縮器２０１及び気液分離器２０２を介して第３吸入口９３に供給されるように構成されている。そして、ハウジング１１（詳細にはフロントハウジング２０）には、第１吐出室３２とモータ室５０とを連通する中間圧ポート２１１が形成されている。なお、本別例においては、第２吸入口７０は形成されていない。

かかる構成によれば、流体は、第１吸入口３０→第１インペラ室２１→第１ディフューザ流路３１→第１吐出室３２→中間圧ポート２１１→モータ室５０→第２インペラ室２２→第２ディフューザ流路４１→第２吐出室４２の順に流れる。この場合、モータ室５０には、低圧流体が第１ディフューザ流路３１を通過することによって得られた中間圧流体が充填される。また、第２吐出室４２から吐出される流体は高圧流体であるため、高圧室９２には高圧流体が充填される。これにより、高圧室９２とモータ室５０とで圧力差が生じるため、スラスト力Ｆに対する抗力Ｎが生じる。

○ ２つのインペラ１４，１５のうちいずれか一方を省略してもよい。この場合、省略するインペラに対応するディフューザ流路及び吐出室を省略してもよい。
○ 回転軸１２の基端部１２ｃは、本体部１２ａよりも縮径されていてもよい。また、回転軸１２の先端部１２ｂの径と本体部１２ａの径とが同一であってもよい。

○ 支持プレート１１０及び両スラスト軸受１１１，１１２の外径は、第１インペラ１４の最大外径以下であってもよい。
○ ターボ式圧縮機１０の搭載対象は、車両に限られず、任意である。

○ 実施形態のターボ式圧縮機１０は、車両空調装置２００の一部に用いられていたが、これに限られず、他の用途に用いてもよい。例えば、車両が燃料電池を搭載した燃料電池車両（ＦＣＶ）である場合には、当該ターボ式圧縮機１０は、上記燃料電池に空気を供給する供給装置に用いられてもよい。要は、圧縮対象の流体は、冷媒であってもよいし空気などであってもよく、流体装置は、車両空調装置２００に限られず、任意である。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
（イ）一端と他端とを有する回転軸の前記一端側に連結されたインペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するターボ式圧縮機において、前記回転軸を支持するものであって、前記回転軸の外周面と対向するラジアル軸支面を有するラジアル動圧軸受と、前記インペラが回転することによって生じた前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かうスラスト力に対する抗力が前記回転軸に付与されるように構成された抗力付与室と、前記抗力付与室よりも低圧に構成された低圧室とを有するハウジングと、を備え、前記低圧室内には、前記スラスト力を受けるスラスト軸受が設けられていることを特徴とするターボ式圧縮機。なお、上記構成に着目すれば、第１ラジアル動圧軸受８１を介して高圧室９２とモータ室５０とが連通している必要はなく、また規制溝１０２を省略してもよい。

（ロ）一端と他端とを有する回転軸の前記一端側に連結されたインペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するターボ式圧縮機を備えた流体装置において、前記ターボ式圧縮機は、前記回転軸を支持するものであって、前記回転軸の外周面と対向するラジアル軸支面を有するラジアル動圧軸受と、前記インペラが回転することによって生じた前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かうスラスト力に対する抗力が前記回転軸に付与されるように構成された抗力付与室と、前記ラジアル動圧軸受を介して連通している室であって前記抗力付与室よりも低圧に構成された低圧室とを有するハウジングと、を備え、前記回転軸の外周面における前記ラジアル軸支面と対向する対向領域には、前記抗力付与室から前記低圧室に向かう流体の流れを規制するように構成された規制溝が形成されていることを特徴とする流体装置。

１０…ターボ式圧縮機、１１…ハウジング、１２…回転軸、１２ｆ…回転軸の外周面、１３…電動モータ、１４，１５…インペラ、１４ａ，１５ａ…インペラの基端面、２１…第１インペラ室、２２…第２インペラ室、３１，４１…ディフューザ流路、３２，４２…吐出室、５０…モータ室（低圧室）、５２…エンドプレート、５３…プレート本体部、７０…第２吸入口、８１，８２…ラジアル動圧軸受、８１ａ，８２ａ…ラジアル軸支面、９２…高圧室（抗力付与室）、９３…第３吸入口、１０１…第１対向領域（対向領域）、１０２…規制溝、１０３…第２対向領域、１０４…動圧誘起溝、１１０…支持プレート、１１１，１１２…スラスト軸受、１１１ａ，１１２ａ…スラスト軸支面、２００…車両空調装置、２０５…バイパス配管、２１０…リング溝。

Claims (7)

1. 一端と他端とを有する回転軸の前記一端側に連結されたインペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するターボ式圧縮機において、
   前記回転軸を支持するものであって、前記回転軸の外周面と対向するラジアル軸支面を有するラジアル動圧軸受と、
   前記インペラが回転することによって生じた前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かうスラスト力に対する抗力が前記回転軸に付与されるように構成された抗力付与室と、前記ラジアル動圧軸受を介して連通している室であって前記抗力付与室よりも低圧に構成された低圧室とを有するハウジングと、
   を備え、
   前記回転軸の外周面における前記ラジアル軸支面と対向する対向領域には、前記抗力付与室から前記低圧室に向かう流体の流れを規制するように構成された規制溝が形成されていることを特徴とするターボ式圧縮機。
2. 前記抗力付与室は、前記ラジアル動圧軸受よりも前記インペラとは反対側に配置されており、
   前記規制溝は、前記回転軸が回転した場合に、前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かう流れを誘起させるものである請求項１に記載のターボ式圧縮機。
3. 前記規制溝は、前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かうに従って、前記回転軸の回転方向とは反対方向に傾斜した螺旋形状であり、
   前記規制溝は、前記回転軸の周方向に複数配列されている請求項２に記載のターボ式圧縮機。
4. 前記ラジアル動圧軸受は第１ラジアル動圧軸受であり、前記対向領域は第１対向領域であり、
   前記ターボ式圧縮機は、前記第１ラジアル動圧軸受とは別に設けられ、前記回転軸の外周面と対向する第２ラジアル軸支面を有する第２ラジアル動圧軸受を備え、
   前記第２ラジアル動圧軸受は、前記第１ラジアル動圧軸受よりも前記抗力付与室から離れた位置に配置されており、
   前記回転軸の外周面における前記第２ラジアル軸支面と対向する第２対向領域には、ヘリングボーン形状の溝が形成されている請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のターボ式圧縮機。
5. 前記低圧室内には、前記スラスト力を受けるスラスト軸受が設けられている請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のターボ式圧縮機。
6. 前記ラジアル軸支面には、前記回転軸の周方向に沿って延びたリング溝が形成されている請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のターボ式圧縮機。
7. 前記低圧室は、前記回転軸を駆動させる電動モータが収容されたモータ室であり、
   前記ハウジングは、低圧流体を前記モータ室に吸入させるための低圧流体吸入口を有し、
   前記インペラは、第１インペラ及び第２インペラを有し、
   前記ハウジングには、
   前記第１インペラが収容された第１インペラ室と、
   前記第２インペラが収容されたものであって、前記モータ室の前記低圧流体が流入されるように前記モータ室と連通している第２インペラ室と、
   が区画されており、
   前記吐出室として、
   前記ハウジングに設けられた第１ディフューザ流路を介して前記第１インペラ室と連通している第１吐出室と、
   前記ハウジングに設けられた第２ディフューザ流路を介して前記第２インペラ室と連通している第２吐出室と、
   を有し、
   前記第１インペラにおける前記第１ディフューザ流路側の端面と、前記第２インペラにおける前記第２ディフューザ流路側の端面とが、互いに対向配置され、
   前記低圧流体が前記第２ディフューザ流路を通過することによって得られる前記第２吐出室の中間圧流体が前記第１インペラ室に供給され、
   前記中間圧流体が前記第１ディフューザ流路を通過することによって得られる前記第１吐出室の高圧流体の一部が、前記ハウジングに設けられたバイパス吸入口を介して前記抗力付与室に供給される請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のターボ式圧縮機。