JP2017025821A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心圧縮機の小型化と効率の向上とを図ることができる遠心圧縮機を提供すること。
【解決手段】遠心圧縮機１０は、一端１２ａ側から他端１２ｂ側に向かうに従って徐々に先細りとなった第１先細り部５１を有する回転軸１２と、回転軸１２の回転に伴って回転することにより流体を圧縮するインペラ１４と、回転軸１２及びインペラ１４が収容されているハウジング１１とを備えている。そして、遠心圧縮機１０は、ハウジング１１に対して第１先細り部５１を回転可能に支持する第１軸受６３を備えている。かかる構成によれば、第１軸受６３には、インペラ１４の回転に伴って発生する回転軸１２の軸線方向Ｚのスラスト力が付与される。これにより、第１軸受６３は、回転軸１２を回転可能に支持するものとして機能するとともに、スラスト力を受けるものとして機能する。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

遠心圧縮機は、例えば回転軸と、回転軸の回転に伴って回転することによって流体を圧縮するインペラと、回転軸及びインペラが収容されたハウジングとを備えている（例えば特許文献１参照）。また、特許文献１には、回転軸を回転可能に軸支するラジアル軸受と、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との双方を有する遠心圧縮機について記載されている。

特開２００９−２５７１６５号公報

ここで、スラスト軸受は、例えば受けるスラスト力の大きさに対応させて形成される。例えば、スラスト力が大きくなるほど、スラスト軸受が大きくなり易い。そして、スラスト軸受が大きくなると、遠心圧縮機の大型化やスラスト軸受の風損の増大化に起因する効率の低下が懸念される。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は遠心圧縮機の小型化と効率の向上とを図ることができる遠心圧縮機を提供することである。

上記目的を達成する遠心圧縮機は、一端側から他端側に向かうに従って徐々に先細りとなった先細り部を有する回転軸と、前記回転軸の回転に伴って回転することにより流体を圧縮するインペラと、前記回転軸及び前記インペラが収容されたハウジングと、前記ハウジングに対して前記先細り部を回転可能に支持する軸受と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、軸受には、インペラの回転に伴って発生するスラスト力が付与される。これにより、軸受は、回転軸を回転可能に支持するものとして機能するとともに、スラスト力を受けるものとして機能する。したがって、スラスト軸受の小型化又は省略を図ることができる。よって、遠心圧縮機の小型化を図ることができるとともに、スラスト軸受による風損の低減を通じた効率の向上を図ることができる。

上記遠心圧縮機について、前記軸受は、前記先細り部の外周面に対して前記回転軸の径方向外側に設けられ、前記回転軸の回転時には前記先細り部を非接触の状態で軸支するトップフォイルと、前記トップフォイルに対して前記回転軸の径方向外側に配置され、前記トップフォイルを弾性的に支持するバンプフォイルと、を備え、前記トップフォイル及び前記バンプフォイルは、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徐々に先細りとなるように前記回転軸の軸線方向に対して傾斜した円錐台筒状であるとよい。かかる構成によれば、先細り部を非接触で支持することができるため、先細り部と軸受との摩耗を抑制できる。また、両フォイルが、先細り部に対応させて、回転軸の一端側から他端側に向かうに従って徐々に先細りとなるように回転軸の軸線方向に対して傾斜した円錐台筒状となっているため、先細り部を回転可能に支持しつつ、軸受にてスラスト力を受けることができる。また、両フォイル及び先細り部の傾斜角度を調整することにより、回転軸の径方向に働くラジアル力と、スラスト力との分配率を調整することができる。これにより、ラジアル力とスラスト力との双方を好適に受けることができる。

上記遠心圧縮機について、前記バンプフォイルは、前記回転軸の軸線方向の両端のうち前記回転軸の前記一端側に配置された基端と、前記基端とは反対側に配置され、前記基端よりも縮径された先端と、を有し、前記バンプフォイルは、前記基端側よりも前記先端側の方が、剛性が小さくなるように構成されているとよい。かかる構成によれば、バンプフォイルの先端側は、基端側よりも変形しやすくなっている。これにより、バンプフォイルの先端側と基端側とでバンプフォイルの径が異なることに起因して回転軸の回転時に発生する動圧が先端側と基端側とで異なる場合であっても、バンプフォイルの先端側と基端側との変形量のムラを抑制できる。よって、円錐台筒状のバンプフォイルを用いて、同じく円錐台筒状のトップフォイルを好適に支持できる。

上記遠心圧縮機について、前記バンプフォイルには、当該バンプフォイルの周方向に延びたスリットが形成されており、前記バンプフォイルは、前記スリットによって区切られ、且つ、前記回転軸の軸線方向に並設された第１パーツ及び第２パーツを有し、前記第１パーツは、前記第２パーツよりも前記バンプフォイルの前記先端側に配置されており、前記バンプフォイルの傾斜方向の長さを幅とすると、前記第１パーツの幅は、前記第２パーツの幅よりも短く設定されているとよい。かかる構成によれば、材質を変えたり厚さを変えたりすることなく、比較的容易な構成で上述した効果を得ることができる。

上記遠心圧縮機について、前記先細り部は第１先細り部であり、前記回転軸は、前記第１先細り部とは別に設けられ、前記回転軸の前記他端側から前記一端側に向かうに従って徐々に先細りとなった第２先細り部を備え、前記第１先細り部と前記第２先細り部とは、前記回転軸の軸線方向に対向配置されており、前記軸受は、前記第１先細り部を回転可能に支持する第１軸受であり、前記遠心圧縮機は、前記第１軸受とは別に、前記第２先細り部を回転可能に支持する第２軸受を備えているとよい。かかる構成によれば、両先細り部の先細り方向が互いに逆向きとなっているため、両軸受が受けるスラスト力も互いに逆向きとなっている。これにより、両軸受によって、両方向のスラスト力を受けることができる。よって、いずれの方向のスラスト力が発生した場合であっても、好適に対応できる。

この発明によれば、遠心圧縮機の小型化と効率の向上とを図ることができる。

遠心圧縮機の概要を模式的に示す断面図。 第１先細り部及び第１軸受の分解斜視図。 第１先細り部及び第１軸受を拡大して示す部分断面図。 図３の４−４線断面図。 回転軸の軸線方向から見たバンプフォイル及び第１ボスの断面図。 バンプフォイルの展開図。 別例のバンプフォイルを示す断面図。 分割パーツの展開図。

以下、遠心圧縮機の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、遠心圧縮機は車両に搭載されており、車両空調装置に用いられている。この場合、遠心圧縮機の圧縮対象の流体は冷媒である。また、図示の都合上、図１等においては、回転軸１２を側面図で示し、図４においては、回転軸の図示を省略する。

図１に示すように、遠心圧縮機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、例えば全体として円筒状である。遠心圧縮機１０は、ハウジング１１に収容されているものとして、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に取り付けられたインペラ１４とを備えている。

回転軸１２は、円柱の棒状であり、一端１２ａ、及び、一端１２ａとは反対側にある他端１２ｂを有している。回転軸１２は、ハウジング１１の軸線方向と回転軸１２の軸線方向Ｚとが一致している状態でハウジング１１内に配置されている。回転軸１２は、本体軸部１５と、本体軸部１５よりも縮径され、且つ、インペラ１４が取り付けられた取付軸部１６とを有している。取付軸部１６における本体軸部１５側とは反対側の端が回転軸１２の一端１２ａを構成している。本体軸部１５における取付軸部１６側とは反対側の端が回転軸１２の他端１２ｂを構成している。

ハウジング１１は、流体が吸入される吸入口２０が形成されたフロントハウジング２１と、電動モータ１３が収容されたモータハウジング２２と、エンドプレート２３とを備えている。吸入口２０は、ハウジング１１の軸線方向の一端面１１ａに設けられている。吸入口２０から見て回転軸１２の軸線方向Ｚに、フロントハウジング２１、モータハウジング２２及びエンドプレート２３の順に配列されている。

フロントハウジング２１は、回転軸１２の軸線方向Ｚを軸線方向とする筒状であり、回転軸１２の軸線方向Ｚに貫通したコンプ貫通孔２１ａを有している。フロントハウジング２１の軸線方向の一端面２１ｂがハウジング１１の軸線方向の一端面１１ａを構成しており、コンプ貫通孔２１ａにおける上記一端面２１ｂ側にある開口が吸入口２０として機能する。

モータハウジング２２は、例えば底部２２ａを有し、且つ、底部２２ａとは反対側が開口した有底筒状である。フロントハウジング２１とモータハウジング２２とは、フロントハウジング２１における上記一端面２１ｂとは反対側の他端面２１ｃとモータハウジング２２の底部２２ａにおけるフロントハウジング２１側の第１底面２２ｂとが突き合わせられた状態で組み付けられている。

モータハウジング２２の底部２２ａには、当該底部２２ａを貫通する底部貫通孔２２ｃが設けられている。回転軸１２の取付軸部１６は、底部貫通孔２２ｃに挿通されており、取付軸部１６の一部は、コンプ貫通孔２１ａ内に配置されている。

コンプ貫通孔２１ａは、吸入口２０から回転軸１２の軸線方向Ｚの途中位置までは一定の径であり、上記途中位置からモータハウジング２２の第１底面２２ｂに向かうに従って徐々に拡径した略円錐台形状となっている。コンプ貫通孔２１ａの内面とモータハウジング２２の第１底面２２ｂとによって、インペラ１４を収容するインペラ室Ａ１が区画されている。

インペラ１４は、基端面１４ａから先端面１４ｂに向かうに従って徐々に縮径した筒状である。インペラ１４は、インペラ１４の回転軸線方向に延び、且つ、取付軸部１６が挿通可能な挿通孔１４ｃを有している。インペラ１４は、取付軸部１６におけるコンプ貫通孔２１ａ内に配置されている部分が挿通孔１４ｃに挿通された状態で、回転軸１２と一体回転するように回転軸１２に取り付けられている。

図１に示すように、遠心圧縮機１０のハウジング１１は、インペラ１４によって圧縮された流体が流入するディフューザ流路３１と、ディフューザ流路３１を通った流体が流入する吐出室３２とを備えている。

ディフューザ流路３１は、フロントハウジング２１の他端面２１ｃとモータハウジング２２の第１底面２２ｂとによって区画された流路である。ディフューザ流路３１は、インペラ室Ａ１よりも回転軸１２の径方向外側に配置されており、インペラ１４（及びインペラ室Ａ１）を囲むように環状に形成されている。

吐出室３２は、ディフューザ流路３１よりも回転軸１２の径方向外側に配置された環状である。インペラ室Ａ１と吐出室３２とはディフューザ流路３１を介して連通している。インペラ１４によって圧縮された流体は、ディフューザ流路３１を通ることによって、更に圧縮されて吐出室３２に流れ、当該吐出室３２から、ハウジング１１に形成された吐出口（図示略）を介して吐出される。

エンドプレート２３は、モータハウジング２２の外径と同一径の円板状であり、エンドプレート２３の板厚方向と回転軸１２の軸線方向Ｚとは一致している。モータハウジング２２の軸線方向の開口端は、エンドプレート２３におけるモータハウジング２２側の第１板面２３ａに突き合わさっている。エンドプレート２３における第１板面２３ａとは反対側の第２板面２３ｂがハウジング１１の軸線方向の他端面１１ｂを構成している。電動モータ１３は、モータハウジング２２及びエンドプレート２３によって区画されたモータ室に収容されている。

電動モータ１３は、回転軸１２（詳細には本体軸部１５）に固定されたロータ４１と、ロータ４１に対して回転軸１２の径方向外側に配置されるものであってモータハウジング２２の内面に固定されたステータ４２とを備えている。ステータ４２は、円筒状のステータコア４３と、ステータコア４３に捲回されたコイル４４とを備えている。コイル４４に電流が流れることによって、ロータ４１と回転軸１２とが一体的に回転する。

次に、回転軸１２をハウジング１１に支持する構成について、回転軸１２の詳細な構成と併せて以下に詳細に説明する。
図１に示すように、回転軸１２の本体軸部１５は、回転軸１２の軸線方向Ｚの位置に関わらず径が一定の底径部５０と、回転軸１２の一端１２ａ側から他端１２ｂ側に向かうに従って徐々に先細りとなった第１先細り部５１と、回転軸１２の他端１２ｂ側から一端１２ａ側に向かうに従って徐々に先細りとなった第２先細り部５２とを備えている。両先細り部５１，５２は、底径部５０を介して、回転軸１２の軸線方向Ｚに対向配置されている。このため、本体軸部１５は、底径部５０から軸線方向Ｚの両端側に向かうに従って徐々に先細りとなっている。底径部５０の径は、両先細り部５１，５２の基端の径と同一に設定されている。

第１先細り部５１は、回転軸１２の一端１２ａ側から他端１２ｂ側に向かうに従って徐々に縮径されたテーパ状の第１外周面５１ａを有しており、第２先細り部５２は、回転軸１２の他端１２ｂ側から一端１２ａ側に向かうに従って徐々に縮径されたテーパ状の第２外周面５２ａを有している。両外周面５１ａ，５２ａは、回転軸１２の軸線方向Ｚに対して傾斜しており、回転軸１２の径方向及び軸線方向Ｚの双方と交差している。なお、本実施形態では、両先細り部５１，５２は左右対称となっており、両外周面５１ａ，５２ａの軸線方向Ｚに対する傾斜角度（換言すればテーパ角度）は同一に設定されている。また、電動モータ１３のロータ４１は、底径部５０に取り付けられている。

エンドプレート２３には、第１板面２３ａから起立した第１ボス６１が設けられている。第１ボス６１は、全体して回転軸１２の軸線方向Ｚを軸線方向とする筒状であり、回転軸１２の軸線方向Ｚの位置に関わらず一定の径を有する第１ボス外周面６１ａと、回転軸１２の一端１２ａ側から他端１２ｂ側に向かうに従って徐々に縮径されたテーパ状の第１ボス内周面６１ｂとを有している。第１ボス内周面６１ｂのテーパ角度と第１外周面５１ａのテーパ角度とは同一又は互いに近づくように設定されている。第１ボス内周面６１ｂは、回転軸１２の軸線方向Ｚに対して傾斜している。

第１ボス内周面６１ｂは、第１先細り部５１よりも一回り大きく形成されている。このため、第１ボス内周面６１ｂと第１外周面５１ａとの間には第１隙間６２が形成されている。そして、第１隙間６２には、ハウジング１１（詳細にはエンドプレート２３）に対して第１先細り部５１を回転可能に支持する第１軸受６３が設けられている。

同様に、モータハウジング２２の底部２２ａには、第１底面２２ｂとは反対側の第２底面２２ｄから起立した第２ボス７１が設けられている。第２ボス７１は、底部貫通孔２２ｃの周囲に設けられており、第１ボス６１と回転軸１２の軸線方向Ｚに対向している。第２ボス７１は、全体として回転軸１２の軸線方向Ｚを軸線方向とする筒状であり、回転軸１２の軸線方向Ｚの位置に関わらず一定の径を有する第２ボス外周面７１ａと、回転軸１２の他端１２ｂ側から一端１２ａ側に向かうに従って徐々に縮径された第２ボス内周面７１ｂとを有している。第２ボス内周面７１ｂのテーパ角度と第２外周面５２ａのテーパ角度とは同一又は互いに近づくように設定されている。第２ボス内周面７１ｂは、回転軸１２の軸線方向Ｚに対して傾斜している。

第２ボス内周面７１ｂは、第２先細り部５２よりも一回り大きく形成されている。このため、第２ボス内周面７１ｂと第２外周面５２ａとの間には第２隙間７２が形成されている。そして、第２隙間７２には、ハウジング１１（詳細にはモータハウジング２２）に対して第２先細り部５２を回転可能に支持する第２軸受７３が設けられている。

両軸受６３，７３の詳細な構成について説明する。なお、両軸受６３，７３は、左右対称となっている点を除いて同一構成であるため、以降の説明においては、第１軸受６３について図２〜図６を用いて詳細に説明し、第２軸受７３の詳細な説明は省略する。

図２〜図４に示すように、第１軸受６３は、可撓式の非接触動圧軸受である。第１軸受６３は、第１外周面５１ａに対して回転軸１２の径方向外側に設けられ、回転軸１２の回転時には第１先細り部５１を非接触の状態で軸支するトップフォイル６４と、トップフォイル６４に対して回転軸１２の径方向外側に配置され、トップフォイル６４を弾性的に支持するバンプフォイル６５とを備えている。

トップフォイル６４は、回転軸１２の一端１２ａ側から他端１２ｂ側に向かうに従って徐々に先細りとなった円錐台筒状である。トップフォイル６４は、扇状の金属箔板を丸めることにより形成されており、第１先細り部５１を回転軸１２の径方向外側から囲んでいる。第１外周面５１ａがテーパ状であることに対応させて、トップフォイル６４もテーパ状となっており、両者のテーパ角度は同一又は互いに近づくように設定されている。

なお、トップフォイル６４は、当該トップフォイル６４の周方向の両端部として、バンプフォイル６５又は第１ボス内周面６１ｂに固定された固定端部６４ａと、固定端部６４ａとは反対側の自由端部６４ｂとを有している。自由端部６４ｂと固定端部６４ａとは周方向に離間している。つまり、トップフォイル６４は、完全に閉じた環状となっておらず、一部が欠けている。トップフォイル６４は、弾性変形によって、当該トップフォイル６４と第１先細り部５１との間に隙間が形成されるように変位可能となっている。

図２及び図３に示すように、バンプフォイル６５は、回転軸１２の一端１２ａ側から他端１２ｂ側に向かうに従って徐々に先細りとなった円錐台筒状である。バンプフォイル６５は、回転軸１２の軸線方向Ｚの両端のうち回転軸１２の一端１２ａ側に配置された基端６５ａと、基端６５ａとは反対側に配置され、基端６５ａよりも縮径された先端６５ｂとを有している。バンプフォイル６５は、トップフォイル６４がテーパ状となっていることに対応させてテーパ状となっており、両フォイル６４，６５のテーパ角度は同一又は互いに近づくように設定されている。この場合、両フォイル６４，６５は、回転軸１２の軸線方向Ｚに対して傾斜している。また、図５及び図６に示すように、バンプフォイル６５は、周方向の端部であって第１ボス６１に固定されたバンプ固定端部６５ｃを有している。

図４に示すように、バンプフォイル６５は、トップフォイル６４に対して回転軸１２の径方向外側に配置されている。バンプフォイル６５は、回転軸１２の径方向内側に突出し、且つ、周方向に配列された複数の凸部６５ｄを備えている。バンプフォイル６５は、複数の凸部６５ｄとトップフォイル６４とが当接している状態でトップフォイル６４を囲んでいる。バンプフォイル６５は、複数の凸部６５ｄが潰れるように弾性変形したり元の形状に復元したりすることにより、トップフォイル６４を、回転軸１２の径方向に移動可能な状態で弾性的に支持している。なお、図６に示すように、バンプフォイル６５は、扇状であって周方向に複数の凸部６５ｄが配列された波板状の金属箔板を丸めることによって形成されている。

かかる構成によれば、回転軸１２の回転時には、第１外周面５１ａとトップフォイル６４との間にて動圧が発生する。そして、第１先細り部５１は、上記動圧によって両フォイル６４，６５が弾性変形することにより、非接触の状態（第１先細り部５１とトップフォイル６４との間に隙間が形成された状態）でトップフォイル６４に回転可能に軸支される。この場合、第１軸受６３の動圧の受圧方向は、第１先細り部５１及び両フォイル６４，６５の傾斜方向と直交する方向であり、回転軸１２の径方向及び軸線方向Ｚの双方に交差している。

バンプフォイル６５は、基端６５ａ側よりも先端６５ｂ側の方が、剛性が小さくなるように構成されている。詳細には、図５及び図６に示すように、バンプフォイル６５には、当該バンプフォイル６５の周方向に延びた複数のスリット６６ａ，６６ｂが形成されている。各スリット６６ａ，６６ｂは、回転軸１２の軸線方向Ｚに互いに離間した位置に設けられている。

バンプフォイル６５は、各スリット６６ａ，６６ｂによって、回転軸１２の軸線方向Ｚに並設された複数のパーツ６７〜６９に区切られている。第１パーツ６７は、先端６５ｂから第１スリット６６ａまでの部分であり、第２パーツ６８は、両スリット６６ａ，６６ｂ間の部分であり、第３パーツ６９は、第２スリット６６ｂから基端６５ａまでの部分である。バンプフォイル６５の基端６５ａから先端６５ｂに向けて、第３パーツ６９→第２パーツ６８→第１パーツ６７の順に配列されている。

なお、図６に示すように、各スリット６６ａ，６６ｂは、バンプ固定端部６５ｃには形成されていない。換言すれば、各スリット６６ａ，６６ｂは、バンプフォイル６５の全周に亘って形成されておらず、バンプ固定端部６５ｃとは反対側の端部からバンプ固定端部６５ｃの手前の部分までに亘って形成されている。このため、各パーツ６７〜６９は一体となっている。

かかる構成において、図３に示すように、バンプフォイル６５の傾斜方向の長さを幅とすると、第１パーツ６７の幅Ｌ１は、第２パーツ６８の幅Ｌ２よりも短く設定されている。そして、第２パーツ６８の幅Ｌ２は、第３パーツ６９の幅Ｌ３よりも短くされている。つまり、バンプフォイル６５が複数のスリット６６ａ，６６ｂによって複数のパーツ６７〜６９に区切られている構成において、先端６５ｂ側のパーツの幅が、基端６５ａ側のパーツの幅よりも短くなるように設定されている。なお、図６に示すように、各パーツ６７〜６９の幅Ｌ１〜Ｌ３は、展開された扇状の金属箔板における径方向の長さとも言える。

なお、第２軸受７３は、第１軸受６３と同様に、回転軸１２の他端１２ｂ側から一端１２ａ側に向かうに従って徐々に先細りとなるように回転軸１２の軸線方向Ｚに対して傾斜した円錐台筒状のトップフォイル及びバンプフォイルを有している。

ちなみに、図１に示すように、両先細り部５１，５２の先細り方向が互いに逆向きになっている関係上、両軸受６３，７３によって受けるスラスト力の方向は互いに逆向きとなっている。詳細には、第１軸受６３は、回転軸１２の一端１２ａ側から他端１２ｂ側に向かうスラスト力を受ける一方、第２軸受７３は、回転軸１２の他端１２ｂ側から一端１２ａ側に向かうスラスト力を受ける。

次に本実施形態の作用について説明する。
回転軸１２は両軸受６３，７３によって回転可能な状態でハウジング１１に支持されている。また、インペラ１４が回転すると、回転軸１２の軸線方向Ｚに沿う方向のスラスト力が発生する。この場合、スラスト力は、先細り部５１，５２の外周面５１ａ，５２ａを介して軸受６３，７３にも付与される。このため、両軸受６３，７３は、スラスト力を受けることとなる。すなわち、先細り部５１，５２を回転可能に支持する軸受６３，７３の受圧方向が回転軸１２の径方向及び軸線方向Ｚの双方に交差しているため、両軸受６３，７３には、回転軸１２の径方向のラジアル力と軸線方向Ｚのスラスト力との双方が付与される。

以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。なお、説明の便宜上、一部の効果については、第１軸受６３について説明するが、第２軸受７３についても同様の効果を奏する。

（１）遠心圧縮機１０は、一端１２ａ側から他端１２ｂ側に向かうに従って徐々に先細りとなった第１先細り部５１を有する回転軸１２と、回転軸１２の回転に伴って回転することにより流体を圧縮するインペラ１４と、回転軸１２及びインペラ１４が収容されているハウジング１１とを備えている。そして、遠心圧縮機１０は、ハウジング１１に対して第１先細り部５１を回転可能に支持する第１軸受６３を備えている。かかる構成によれば、第１軸受６３には、インペラ１４の回転に伴って発生する回転軸１２の軸線方向Ｚのスラスト力が付与される。これにより、第１軸受６３は、回転軸１２を回転可能に支持するものとして機能するとともに、スラスト力を受けるものとして機能する。よって、スラスト軸受を省略することができるため、遠心圧縮機１０の小型化を図ることができるとともに、スラスト軸受の風損を削除できる分だけ遠心圧縮機１０の効率の向上を図ることができる。

（２）第１軸受６３は、第１先細り部５１の外周面である第１外周面５１ａに対して回転軸１２の径方向外側に設けられ、回転軸１２の回転時には第１先細り部５１を非接触の状態で軸支するトップフォイル６４を備えている。また、第１軸受６３は、トップフォイル６４に対して回転軸１２の径方向外側に配置され、トップフォイル６４を弾性的に支持するバンプフォイル６５を備えている。トップフォイル６４及びバンプフォイル６５は、回転軸１２の一端１２ａ側から他端１２ｂ側に向かうに従って徐々に先細りとなるように回転軸１２の軸線方向Ｚに対して傾斜した円錐台筒状である。かかる構成によれば、第１先細り部５１を非接触で支持することができるため、第１先細り部５１と第１軸受６３との摩耗を抑制できる。また、トップフォイル６４及びバンプフォイル６５は、第１先細り部５１に対応させて、回転軸１２の軸線方向Ｚに対して傾斜した円錐台筒状となっている。これにより、受圧方向が回転軸１２の径方向及び軸線方向Ｚの双方に交差するため、第１先細り部５１を回転可能に支持しつつ、スラスト力を受けることができる。

特に、上記構成によれば、回転軸１２の径方向に働くラジアル力と、回転軸１２の軸線方向Ｚに働くスラスト力との分配率は、第１先細り部５１及び両フォイル６４，６５における回転軸１２の軸線方向Ｚに対する傾斜角度（換言すればテーパ角度）に応じて変化する。これにより、上記傾斜角度を調整することにより、ラジアル力とスラスト力との分配率を調整することができ、両者を好適に受けることができる。

詳述すると、上記傾斜角度が大きくなるほど、第１軸受６３が受けることができるスラスト力が大きくなる一方、ラジアル力は小さくなる。このため、回転軸１２の回転時に発生するラジアル力及びスラスト力を考慮して、上記傾斜角度を調整することにより、受圧可能なラジアル力とスラスト力とのバランスを調整することができ、それを通じてラジアル力及びスラスト力の双方を好適に受けることができる。換言すれば、回転軸１２を回転可能に支持できる範囲内で、受圧可能なスラスト力を大きくすることができる。これにより、第１軸受６３を用いて、ラジアル力とスラスト力との双方を好適に受けることができる。

（３）バンプフォイル６５は、回転軸１２の軸線方向Ｚの両端のうち回転軸１２の一端１２ａ側に配置された基端６５ａと、基端６５ａとは反対側に配置され、基端６５ａよりも縮径された先端６５ｂとを有している。

ここで、先端６５ｂの径が基端６５ａの径よりも短い構成において回転軸１２が回転すると、先端６５ｂ側の方が基端６５ａ側よりも周速が小さくなり易い。このため、回転軸１２の回転時に発生する動圧は、基端６５ａ側よりも先端６５ｂ側の方が小さくなり易い。すると、仮にバンプフォイル６５の剛性が同一である場合、バンプフォイル６５における基端６５ａ側の方よりも先端６５ｂ側の方が弾性変形しにくくなるため、バンプフォイル６５の変形量にムラが生じる。

これに対して、本実施形態では、バンプフォイル６５は、基端６５ａ側よりも先端６５ｂ側の方が、剛性が小さくなるように構成されている。これにより、バンプフォイル６５の先端６５ｂ側は、基端６５ａ側と比較して、変形しやすくなっている。したがって、回転軸１２の回転時における先端６５ｂ側と基端６５ａ側との変形量のムラを抑制できる。よって、円錐台筒状のバンプフォイル６５を用いて、トップフォイル６４を好適に支持できる。

（４）バンプフォイル６５には、当該バンプフォイル６５の周方向に延びたスリット６６ａ，６６ｂが形成されている。バンプフォイル６５は、スリット６６ａ，６６ｂによって区切られ、且つ、回転軸１２の軸線方向Ｚに並設された複数のパーツ６７〜６９を有している。第１パーツ６７は、第２パーツ６８よりもバンプフォイル６５の先端６５ｂ側に配置されており、第１パーツ６７の幅Ｌ１は、第２パーツ６８の幅Ｌ２よりも短く設定されている。かかる構成によれば、バンプフォイル６５の剛性は、各スリット６６ａ，６６ｂによって、基端６５ａ側よりも先端６５ｂ側の方が小さくなっている。これにより、材質を変えたり厚さを変えたりすることなく、比較的容易な構成で（３）の効果を得ることができる。

（５）回転軸１２は、第１先細り部５１とは別に、回転軸１２の他端１２ｂ側から一端１２ａ側に向かうに従って徐々に先細りとなった第２先細り部５２を備え、両先細り部５１，５２は、回転軸１２の軸線方向Ｚに対向配置されている。そして、遠心圧縮機１０は、第１軸受６３とは別に、第２先細り部５２を回転可能に支持する第２軸受７３を備えている。かかる構成によれば、両先細り部５１，５２の先細り方向が互いに逆向きとなっているため、両軸受６３，７３が受けるスラスト力も互いに逆向きとなっている。これにより、両軸受６３，７３によって、両方向のスラスト力を受けることができる。よって、いずれの方向のスラスト力が発生した場合であっても、好適に対応できる。

（６）両先細り部５１，５２の間に配置されている底径部５０にはロータ４１が取り付けられている。このため、底径部５０には、他の箇所よりも大きなトルクが付与されることとなる。これに対して、本実施形態では、底径部５０の径は、両先細り部５１，５２の基端の径と同一に設定されている。これにより、底径部５０は比較的太く形成されているため、大きなトルクに対する耐久性の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図７及び図８に示すように、バンプフォイル１００は、周方向に配列された複数の分割パーツ１０１〜１０３により構成されていてもよい。複数の分割パーツ１０１〜１０３はそれぞれ第１ボス６１に固定されている。そして、図８に示すように、各分割パーツ１０１〜１０３にスリット６６ａ，６６ｂが形成されている。この場合であっても、上述した（１）等の効果を得ることができる。また、バンプフォイル１００を複数の分割パーツ１０１〜１０３に分割することにより、バンプフォイル１００の周方向の剛性の均一化を図ることができる。

更に、バンプフォイルを構成する扇状且つ波板状の金属箔板がプレス加工によって形成される構成においては、バンプフォイル１００を各分割パーツ１０１〜１０３に分割することによって、１つ当たりの大きさが小さくなるため、プレス加工によるシワの発生を抑制でき、製造の容易化を図ることができる。

○ 第１軸受６３の具体的な構成は任意である。例えば、両フォイル６４，６５に代えてメタルメッシュを採用してもよい。また、第１軸受６３として、両フォイル６４，６５以外の動圧型の軸受を採用してもよいし、接触した状態で支持するものを採用してもよい。第２軸受７３についても同様である。

○ 遠心圧縮機１０は、スラスト軸受を備えていてもよい。この場合であっても、両軸受６３，７３がスラスト力を受けることができる分だけ、スラスト軸受が受圧するスラスト力を小さくできる。このため、スラスト軸受を小さくすることができるため、その分だけ遠心圧縮機１０の小型化と風損の低減とを図ることができる。

○ 実施形態では、回転軸１２におけるインペラ１４が取り付けられている側を「一端」とし、その反対側を「他端」としたが、これに限られず、回転軸１２におけるインペラ１４が取り付けられている側を「他端」とし、その反対側を「一端」としてもよい。この場合、第２先細り部５２が「第１先細り部」に対応し、第１先細り部５１が「第２先細り部」に対応する。

○ 両先細り部５１，５２及び両軸受６３，７３は左右対称に形成されていたが、これに限られない。例えば、第１先細り部５１及び第１軸受６３と、第２先細り部５２及び第２軸受７３とで、テーパ角度が異なっていてもよい。例えば、回転軸１２の一端１２ａ側から他端１２ｂ側に働くスラスト力が、回転軸１２の他端１２ｂ側から一端１２ａ側に働くスラスト力よりも大きい場合には、第１先細り部５１及び第１軸受６３のテーパ角度が、第２先細り部５２及び第２軸受７３のテーパ角度よりも大きく設定されているとよい。

○ 両先細り部５１，５２のいずれか一方を省略し、その分だけ底径部５０が延びていてもよい。
○ 回転軸１２の本体軸部１５は、底径部５０から回転軸１２の軸線方向Ｚの両側に向かうに従って徐々に先細りとなっていたが、これに限られない。例えば回転軸１２の本体軸部１５は、回転軸１２の軸線方向Ｚの両側から底径部５０に向かうに従って徐々に先細りとなった形状でもよい。この場合、底径部５０と取付軸部１６との間に配置されている先細り部が「第１先細り部」に対応し、底径部５０に対して第１先細り部とは反対側に配置された先細り部が「第２先細り部」に対応する。かかる構成においては、底径部５０の径が両先細り部の先端の径と同一になる。このため、底径部５０に取り付けられるロータ４１の径を短くすることができるため、高速回転時にロータ４１に付与される遠心力の軽減を図ることができる。

○ スリットの数は任意であり、１つでもよいし３つ以上でもよい。また、スリットを省略してもよい。この場合、バンプフォイル６５の先端６５ｂ側の剛性が小さくなるように、バンプフォイル６５における先端６５ｂ側の厚さを基端６５ａ側の厚さよりも薄くしてもよい。

○ 実施形態では、バンプフォイル６５の剛性が、先端６５ｂ側と基端６５ａ側とで異なっていたが、これに限られず、一定であってもよい。
○ 遠心圧縮機１０は、基端面同士が対向配置された２つのインペラを有し、２段階での圧縮を行うものであってもよい。この場合、２つのインペラに対応させて、ハウジング１１内には、２つのディフューザ流路及び２つの吐出室が区画されているとよい。

○ 取付軸部１６の径は、第１先細り部５１の先端と同一径であってもよいし、異なっていてもよい。更に、取付軸部１６と底径部５０とが同一径であってもよい。
○ 遠心圧縮機１０の搭載対象は、車両に限られず、任意である。

○ 実施形態の遠心圧縮機１０は、車両空調装置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、当該遠心圧縮機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、任意である。

１０…遠心圧縮機、１１…ハウジング、１２…回転軸、１２ａ…回転軸の一端、１２ｂ…回転軸の他端、１３…電動モータ、１４…インペラ、５０…底径部、５１…第１先細り部、５１ａ…第１外周面、５２…第２先細り部、５２ａ…第２外周面、６１…第１ボス、６３…第１軸受、６４…トップフォイル、６５…バンプフォイル、６５ａ…バンプフォイルの基端、６５ｂ…バンプフォイルの先端、６６ａ，６６ｂ…スリット、６７〜６９…パーツ、７１…第２ボス、７３…第２軸受、１００…別例のバンプフォイル、Ｌ１〜Ｌ３…各パーツの幅。

Claims (5)

1. 一端側から他端側に向かうに従って徐々に先細りとなった先細り部を有する回転軸と、
   前記回転軸の回転に伴って回転することにより流体を圧縮するインペラと、
   前記回転軸及び前記インペラが収容されたハウジングと、
   前記ハウジングに対して前記先細り部を回転可能に支持する軸受と、
   を備えていることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記軸受は、
   前記先細り部の外周面に対して前記回転軸の径方向外側に設けられ、前記回転軸の回転時には前記先細り部を非接触の状態で軸支するトップフォイルと、
   前記トップフォイルに対して前記回転軸の径方向外側に配置され、前記トップフォイルを弾性的に支持するバンプフォイルと、
   を備え、
   前記トップフォイル及び前記バンプフォイルは、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徐々に先細りとなるように前記回転軸の軸線方向に対して傾斜した円錐台筒状である請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記バンプフォイルは、
   前記回転軸の軸線方向の両端のうち前記回転軸の前記一端側に配置された基端と、
   前記基端とは反対側に配置され、前記基端よりも縮径された先端と、
   を有し、
   前記バンプフォイルは、前記基端側よりも前記先端側の方が、剛性が小さくなるように構成されている請求項２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記バンプフォイルには、当該バンプフォイルの周方向に延びたスリットが形成されており、
   前記バンプフォイルは、前記スリットによって区切られ、且つ、前記回転軸の軸線方向に並設された第１パーツ及び第２パーツを有し、
   前記第１パーツは、前記第２パーツよりも前記バンプフォイルの前記先端側に配置されており、
   前記バンプフォイルの傾斜方向の長さを幅とすると、前記第１パーツの幅は、前記第２パーツの幅よりも短く設定されている請求項３に記載の遠心圧縮機。
5. 前記先細り部は第１先細り部であり、
   前記回転軸は、前記第１先細り部とは別に設けられ、前記回転軸の前記他端側から前記一端側に向かうに従って徐々に先細りとなった第２先細り部を備え、
   前記第１先細り部と前記第２先細り部とは、前記回転軸の軸線方向に対向配置されており、
   前記軸受は、前記第１先細り部を回転可能に支持する第１軸受であり、
   前記遠心圧縮機は、前記第１軸受とは別に、前記第２先細り部を回転可能に支持する第２軸受を備えている請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の遠心圧縮機。

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