JP2017150316A - コンプレッサインペラ固定用ナット、インペラ組立体及び過給機 - Google Patents

コンプレッサインペラ固定用ナット、インペラ組立体及び過給機 Download PDF

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Abstract

【課題】コンプレッサインペラ組立体の構成を複雑化させることなく、コンプレッサインペラに取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減可能なコンプレッサインペラ固定用ナットを提供する。【解決手段】コンプレッサインペラ固定用ナットは、筒形状を有するとともに、軸線方向において一端側からの第１範囲に設けられ、軸線方向において他端側に向かうにつれて外径が大きくなり、軸線方向に沿った断面において径方向外側に凸となる曲面形状の外周面を有する曲面形状部と、軸線方向において第１範囲よりも他端側の第２範囲に設けられ、ナット形状の外周面を有するナット部と、を備え、軸線方向における第１範囲の長さをＬ、第１範囲における曲面形状部の外径の最大値をＤ１ｍａｘ、最小値をＤ１ｍｉｎとすると、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜Ｌを満たす。【選択図】 図５

Description

本発明は、コンプレッサインペラ固定用ナット、インペラ組立体及び過給機に関する。
内燃機関で高い燃焼エネルギーを得るための補助装置として、過給機が広く用いられている。例えば排気タービン式過給機は、内燃機関の排ガスでタービンロータを回転させ、その駆動力でコンプレッサインペラを回転させることにより、内燃機関に供給する空気を圧縮するように構成されている。
一般に、コンプレッサインペラは、コンプレッサインペラ固定用ナットによってシャフトに固定され、コンプレッサインペラ固定用ナット及びシャフトとともにインペラ組立体を構成する。かかるインペラ組立体では、シャフトは、コンプレッサインペラに挿通されるとともに軸線方向におけるコンプレッサインペラの上流側に突出する螺子部を含んでおり、コンプレッサインペラ固定用ナットは、螺子部に螺合することでコンプレッサインペラをシャフトに固定している。
特許文献１には、コンプレッサインペラ固定用ナットから突出したシャフトの先端部に袋状のシールキャップを取り付けることにより、シャフトの先端部からシャフトの外周面とコンプレッサインペラの貫通穴の内周面との隙間に水が浸入することを防止する旨が記載されている。
また、特許文献１には、上記シールキャップを先端方向に向かって徐々に細くなるような曲面形状を有するように構成することにより、コンプレッサインペラに取り入れる空気の流れを安定させてエネルギー損失を抑え、過給機の圧縮効率を高める旨が記載されている。
特許第５０１２７３０号公報
特許文献１に記載の過給機では、コンプレッサインペラに取り入れる空気の流れをシールキャップによって安定させることができるが、シールキャップを設ける分、部品点数が増加して構成が複雑化してしまう。また、ナットをシャフトに装着した後、更にシールキャップをシャフトの先端に取り付ける必要があるため、組立工数の増加により組立が煩雑となる。この結果、製品コストやメンテナンスコストの増大を招くこととなる。
本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、コンプレッサインペラ組立体の構成を複雑化させることなく、コンプレッサインペラに取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減可能なコンプレッサインペラ固定用ナット、並びにこれを備えるインペラ組立体及び過給機を提供することである。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサインペラ固定用ナットは、コンプレッサインペラをシャフトに固定するためのコンプレッサインペラ固定用ナットであって、前記コンプレッサインペラ固定用ナットは、筒形状を有するとともに、軸線方向において一端側からの第１範囲に設けられ、前記軸線方向において他端側に向かうにつれて外径が大きくなり、前記軸線方向に沿った断面において径方向外側に凸となる曲面形状の外周面を有する曲面形状部と、前記軸線方向において前記第１範囲よりも前記他端側の第２範囲に設けられ、ナット形状の外周面を有するナット部と、を備え、前記軸線方向における前記第１範囲の長さをＬ、前記第１範囲における前記曲面形状部の外径の最大値をＤ１ｍａｘ、前記第１範囲における前記曲面形状部の外径の最小値をＤ１ｍｉｎとすると、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜Ｌを満たす。
上記（１）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットは、コンプレッサインペラに挿通されたシャフトの先端側に装着されることにより、コンプレッサインペラ及びシャフトとともにコンプレッサインペラ組立体を構成する。
上記（１）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットを備えるコンプレッサインペラ組立体において、上記軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナットへ流れる空気は、コンプレッサインペラ固定用ナットの上記一端側から曲面形状部の外周面に沿って流れることとなる。
ここで、上記（１）の曲面形状部は、軸線方向においてコンプレッサインペラ固定用ナットの他端側（コンプレッサインペラ組立体の空気流れ方向において下流側）に向かうにつれて外径が大きくなるよう構成されており、また、軸線方向に沿った断面における曲面形状部の外周面は、径方向外側に凸となる曲面形状を有している。このため、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナットへ流れる空気を、曲面形状部の外周面に沿ってスムーズにコンプレッサインペラに案内することができる。
また、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜Ｌを満たすことにより、軸線方向に沿った断面において曲面形状部の外周面の両端を結ぶ直線と軸線方向とのなす角度を４５度よりも小さくすることができるため、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナットへ流れる空気を、曲面形状部の外周面に沿ってよりスムーズにコンプレッサインペラに案内することができる。
このように、上記（１）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットによれば、特許文献１に記載されるようなシールキャップを用いることなく、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナットへ流れる空気をコンプレッサインペラにスムーズに案内することができる。したがって、コンプレッサインペラ組立体の構成を複雑化させることなくコンプレッサインペラに取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットにおいて、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜０．７５Ｌを満たす。
上記（２）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットによれば、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜０．７５Ｌを満たすことにより、軸線方向に対する曲面形状部の外周面の傾きをより小さくすることができる。すなわち、軸線方向に沿った断面において曲面形状部の外周面の両端を結ぶ直線と軸線方向とのなす角度をより小さくすることができる。これにより、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナットへ流れる空気を、曲面形状部の外周面に沿ってよりスムーズにコンプレッサインペラに案内することができる。したがって、コンプレッサインペラに取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減する効果を高めることができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットにおいて、Ｄ１ｍｉｎ／Ｄ１ｍａｘ＜０．７５を満たす。
上記（３）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットによれば、上記（１）に記載の条件を満たす曲面形状部の外周面が径方向における広範囲に亘って形成されるため、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナットへ流れる空気を、曲面形状部の外周面に沿ってよりスムーズにコンプレッサインペラに案内することができる。したがって、コンプレッサインペラに取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減する効果を高めることができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１項に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットにおいて、前記曲面形状部は、前記軸線方向における前記一端側に、前記外周面に接続するとともに前記軸線方向と直交する垂直端面を有する。
上記（４）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットによれば、コンプレッサインペラ固定用ナットをシャフトに装着する際に、ケガキ線等の目印を上記垂直端面に容易につけることができるため、ナットを回転させた角度を容易に把握することができる。このため、トルクレンチ等のトルク測定器具が無くとも、ナットの締め付けトルクを容易に所定の範囲内に収めることができる
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットにおいて、前記径方向における前記垂直面の高さをＨ、前記径方向における前記ナット部の厚さの最小値をＴ２ｍｉｎとすると、Ｈ／Ｔ２ｍｉｎ＜０．３を満たす。
上記（５）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットによれば、Ｈ／Ｔ２ｍｉｎ＜０．３を満たすことにより、上記（１）に記載の条件を満たす曲面形状部の外周面が径方向における広範囲に亘って形成されるため、上記（４）の垂直面を有する構成においても、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナットへ流れる空気を、曲面形状部の外周面に沿ってスムーズにコンプレッサインペラに案内することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットにおいて、前記軸線方向に沿った断面における前記曲面形状部の外周面は、前記垂直端面に接続するとともに第１曲率半径を有する第１円弧部と、前記第１円弧部に前記垂直端面と反対側で接続するとともに前記第１曲率半径よりも大きな第２曲率半径を有する第２円弧部とを含む。
上記（６）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットによれば、上記（４）又は（５）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットにおいて、上記垂直端面と、軸線方向に対する傾きが相対的に小さい第２円弧部とを、軸線方向に対する傾きが相対的に大きい第１円弧部によって滑らかに接続することができる。したがって、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナットへ流れる空気を曲面形状部の外周面に沿ってよりスムーズにコンプレッサインペラに案内することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットにおいて、前記軸線方向における前記第１円弧部の存在範囲は、前記軸線方向における前記第２円弧部の存在範囲より狭い。
上記（７）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットによれば、軸線方向に対する傾きが相対的に小さい第２円弧部の存在範囲が、軸線方向に対する傾きが相対的に大きい第１円弧部の存在範囲より広くなるため、上記（６）において曲面形状部の外周面に沿ってスムーズにコンプレッサインペラに案内する上記効果を更に高めることができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか１項に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットにおいて、前記軸線方向において前記ナット部よりも前記他端側に設けられ、前記径方向外側に突出する鍔部を更に備える。
上記（８）に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットによれば、上記コンプレッサインペラ組立体に用いられた場合に、鍔部の下流側でコンプレッサインペラとコンプレッサインペラ固定用ナットとの隙間への空気の入り込みによる損失を低減することができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか１項に記載のコンプレッサインペラ固定用ナットにおいて、前記ナット部の前記外周面は、前記軸線に直交する断面において、少なくとも一対の互いに平行な辺を含む。
上記（９）に記載のように、ナット部は、例えば、ナット形状として一般的な正六角形の外形を含んでいてもよいし、正方形の外形を含んでいてもよいし、平行な２辺を円弧で接続した外形を含んでいてもよい。これにより、インペラ固定用ナットをスパナ等の一般的な締め付け工具によってシャフトの螺子部に螺合させることができる。
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサインペラ組立体は、コンプレッサインペラと、前記コンプレッサインペラのハブに挿通され、前記コンプレッサインペラのハブから軸線方向における前記コンプレッサインペラの上流側に突出する螺子部を含むシャフトと、前記螺子部に螺合することで前記コンプレッサインペラを前記シャフトに固定するコンプレッサインペラ固定用ナットと、を備え、前記コンプレッサインペラ固定用ナットが、上記（１）乃至（９）の何れか１項に記載のインペラ固定用ナットである。
上記（１０）に記載のコンプレッサインペラ組立体によれば、上記（１）乃至（９）の何れか１項に記載のインペラ固定用ナットを備えているため、特許文献１に記載されるようなシールキャップを用いることなく簡素な構成で、コンプレッサインペラに取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減することができる。
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）に記載のコンプレッサインペラ組立体において、前記シャフトの先端部は、前記コンプレッサインペラ固定用ナットに対して前記コンプレッサインペラと反対側に突出している。
上記（１１）に記載のコンプレッサインペラ組立体によれば、メンテナンスの際に、コンプレッサインペラ固定用ナットに対して突出したシャフトの先端部に変位センサ等を接触又は近接させることにより、シャフトの回転振れ（軸振れ）を計測することができる。
また、特許文献１に記載されるような袋状のシールキャップがシャフトの先端部に設けられている構成では、シャフトの回転振れを計測する前にシールキャップを取り外す工程が必要であったが、上記（１１）に記載の構成では、シールキャップ自体が不要であるためシールキャップを取り外す工程が不要となり、シャフトの回転振れの計測が容易である。
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１０）又は（１１）に記載のコンプレッサインペラ組立体において、前記コンプレッサインペラのハブのうち軸線方向における上流側の端面には、凹部が形成されており、前記コンプレッサインペラ固定用ナットは、前記軸線方向において前記他端側からの第３範囲に設けられ、前記凹部に収納される被収納部と、前記軸線方向において前記ナット部と前記被収納部の間に設けられ、前記径方向外側に突出する鍔部と、を含み、前記鍔部の外径をＤｃ、前記凹部の内径をＤｒとすると、Ｄｃ＞Ｄｒを満たす。
上記（１２）に記載のコンプレッサインペラ組立体によれば、コンプレッサインペラ固定用ナットの一部（被収納部）が凹部に収納されているため、シャフトの長さを短くすることができる。また凹部の内径Ｄｒよりも大きな外径Ｄｃを有する鍔部が設けられているため、凹部への空気の入り込みを鍔部によって抑制し、空気流れのエネルギー損失を低減することができる。
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）に記載のコンプレッサインペラ組立体において、前記コンプレッサインペラのハブの外周面のうち前記軸線方向における上流側端の外径をＤｈとすると、Ｄｃ≦Ｄｈを満たす。
上記（１３）に記載のコンプレッサインペラ組立体によれば、鍔部がコンプレッサインペラのハブの外周面に対して径方向外側に突出していないため、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラの動翼に向かう空気流れに鍔部が与える影響を低減することができる。
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）又は（１４）に記載のコンプレッサインペラ組立体において、前記鍔部と前記ハブとの間には、隙間が設けられている。
上記（１４）に記載のコンプレッサインペラ組立体によれば、上記隙間を設けたことにより、鍔部の熱伸び量とハブの熱伸び量の差に起因する応力の発生を抑制することができる。また、上記隙間を設けた場合でも、上記隙間への空気の流入は鍔部自体によって抑制することができる。
（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機は、上記（１０）乃至（１４）の何れか１項に記載のインペラ組立体を備える。
上記（１５）に記載の過給機によれば、上記（１０）乃至（１４）の何れか１項に記載のインペラ組立体を備えているため、簡素な構成でコンプレッサインペラに取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減することができ、高い過給機効率を実現することができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、コンプレッサインペラ組立体の構成を複雑化させることなく、コンプレッサインペラに取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減可能なコンプレッサインペラ固定用ナット、並びにこれを備えるインペラ組立体及び過給機が提供される。
一実施形態に係る過給機１００を示す概略断面図である。 一実施形態に係るコンプレッサインペラ組立体２００を示す概略断面図である。 コンプレッサインペラ固定用ナット１６の斜視図である。 コンプレッサインペラ固定用ナット１６の正面図である。 図４におけるコンプレッサインペラ固定用ナット１６のＡＡ断面図である。 ナット部３６の範囲Ｓ２２における外形（軸線方向に直交する断面におけるナット部３６の外周面４０の形状）を説明するための図である。 図２に示したコンプレッサインペラ組立体２００の部分拡大断面図である。 他の実施形態に係るナット部の外形を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図１は、一実施形態に係る過給機１００を示す概略断面図である。
図１に示すように、過給機１００は、排気タービン式過給機（ターボチャージャ）であり、不図示の内燃機関（例えば舶用ディーゼルエンジン）の排ガスでタービンロータ２を回転させ、その駆動力でコンプレッサインペラ８を回転させることにより、内燃機関に供給する空気を圧縮するように構成されている。過給機１００は、タービンロータ２と、タービンロータ２を収容するタービンケーシング４と、タービンロータ２にシャフト６を介して連結されたコンプレッサインペラ８と、コンプレッサインペラ８を収容するコンプレッサケーシング１０と、シャフト６を支持する軸受装置１２と、軸受装置１２を収容する軸受ケーシング１４とを備えている。コンプレッサインペラ８は、コンプレッサインペラ固定用ナット１６によってシャフト６に固定され、コンプレッサインペラ固定用ナット１６及びシャフト６とともにてコンプレッサインペラ組立体２００を構成する。
以下では、シャフト６の軸線方向（コンプレッサインペラ固定用ナット１６の軸線方向）を単に「軸線方向」といい、シャフト６の径方向（コンプレッサインペラ固定用ナット１６の径方向）を単に「径方向」といい、シャフト６の周方向（コンプレッサインペラ固定用ナット１６の周方向）を単に「周方向」という。
図２は、一実施形態に係るコンプレッサインペラ組立体２００を示す概略断面図である。
図２に示すように、コンプレッサインペラ組立体２００は、コンプレッサインペラ８と、コンプレッサインペラ８に挿通されたシャフト６と、コンプレッサインペラ固定用ナット１６と、ワッシャ１８とを備える。
コンプレッサインペラ８は、ハブ２０と、ハブ２０の外周面２２に周方向に間隔を空けて設けられた複数の動翼２４とを含む。
シャフト６は、ハブ２０の挿通穴２６に挿通され、ハブ２０から軸線方向における上流側に突出する螺子部２８を含む。
コンプレッサインペラ固定用ナット１６は、筒形状を有している。コンプレッサインペラ固定用ナット１６は、螺子部２８に螺合して軸線方向におけるハブ２０の上流側の端面３０にワッシャ１８を介して締付力（軸力）を作用させることにより、コンプレッサインペラ８をシャフト６の段差部３２に押し付けてシャフト６に固定している。
図３は、コンプレッサインペラ固定用ナット１６の斜視図である。図４は、コンプレッサインペラ固定用ナット１６の正面図である。図５は、図４におけるコンプレッサインペラ固定用ナット１６のＡ−Ａ断面図である。
例えば図３及び図５に示すように、コンプレッサインペラ固定用ナット１６は、軸線方向において一端側（上流側）からの第１範囲Ｓ１に設けられた曲面形状部３４と、軸線方向において第１範囲Ｓ１よりも他端側（下流側）の第２範囲Ｓ２に設けられたナット部３６とを含む。
例えば図５に示すように、曲面形状部３４は、軸線方向において上記他端側に向かうにつれて外径Ｄ１が大きくなるような円筒形状を有している。曲面形状部３４の外形（軸線方向の直交断面における外周面３８の形状）は円形の形状を有する。軸線方向に沿った断面における曲面形状部３４の外周面３８は、径方向外側に凸となる曲面形状を有している。また、軸線方向における第１範囲Ｓ１の長さをＬ、第１範囲Ｓ１における曲面形状部３４の外径Ｄ１の最大値をＤ１ｍａｘ、第１範囲Ｓ１における曲面形状部３４の外径Ｄ１の最小値をＤ１ｍｉｎとすると、曲面形状部３４の外周面３８は、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜Ｌを満たすよう形成されている。すなわち、軸線方向に沿った断面において曲面形状部３４の外周面３８の両端を結ぶ直線と軸線方向とのなす角度θが４５度よりも小さくなっている。
例えば図３に示すように、ナット部３６の外周面４０は、曲面形状部３４の外周面３８を上記他端側に延長した仮想的外周面４２を有する形状を、互いに平行な３対の平面４４（６面）でカットして得られる形状を有する。すなわち、ナット部３６の外周面４０は、第２範囲Ｓ２のうち第１範囲Ｓ１の下流側に隣接する範囲Ｓ２１では、図６に例示するように、軸線方向に直交する断面において、円弧と直線（線分）とを周方向に交互に６本ずつ接続してなる形状を有している。６本の線分は、互いに平行な３対の辺からなる。また、ナット部３６の外周面４０は、第２範囲Ｓ２のうち範囲Ｓ２１に下流側に隣接する範囲Ｓ２２では、軸線方向に直交する断面において正六角形の形状を有している。
上記コンプレッサインペラ固定用ナット１６を備えるコンプレッサインペラ組立体２００において、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナット１６へ流れる空気は、コンプレッサインペラ固定用ナット１６の上記一端側から曲面形状部３４の外周面３８に沿って流れることとなる。
ここで、曲面形状部３４は、上述したように、軸線方向においてコンプレッサインペラ固定用ナット１６の上記他端側（コンプレッサインペラ組立体２００の空気流れ方向において下流側）に向かうにつれて外径Ｄ１が大きくなるよう構成されており、また、軸線方向に沿った断面における曲面形状部３４の外周面３８は、径方向外側に凸となる曲面形状を有している。このため、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナット１６へ流れる空気を、コンプレッサインペラ固定用ナット１６の上記一端側（コンプレッサインペラ組立体２００の空気流れ方向において上流側）から曲面形状部３４の外周面３８に沿ってスムーズにコンプレッサインペラ８に案内することができる。
また、曲面形状部３４は、上述したように、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜Ｌを満たしている。すなわち、軸線方向に沿った断面において曲面形状部３４の外周面３８の両端を結ぶ直線と軸線方向とのなす角度θが４５度よりも小さくなっている。このため、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナット１６へ流れる空気を、曲面形状部３４の外周面３８に沿ってよりスムーズにコンプレッサインペラに案内することができる。
このように、上記コンプレッサインペラ固定用ナット１６によれば、特許文献１に記載されるようなシールキャップを用いることなく、コンプレッサインペラ８に空気流れをスムーズに案内することができる。したがって、コンプレッサインペラ組立体２００の構成を複雑化させることなくコンプレッサインペラ８に取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減することができる。また、コンプレッサインペラ組立体の部品点数を削減できたことにより、製造コストを低減でき、部品の管理が容易となる。
一実施形態では、図５において、曲面形状部３４の外周面３８は、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜０．７５Ｌを満たすよう形成されている。曲面形状部３４の外周面３８は、より好ましくは、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜０．７Ｌを満たすよう形成されていてもよい。
上記コンプレッサインペラ固定用ナット１６によれば、（Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜０．７５Ｌを満たすことにより、軸線方向に対する曲面形状部３４の外周面３８の傾きをより小さくすることができる。すなわち、軸線方向に沿った断面において曲面形状部３４の外周面３８の両端を結ぶ直線と軸線方向とのなす角度θをより小さくすることができる。これにより、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナット１６へ流れる空気を、曲面形状部３４の外周面３８に沿ってよりスムーズにコンプレッサインペラ８に案内することができる。したがって、コンプレッサインペラ８に取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減する効果を高めることができる。
一実施形態では、図５において、曲面形状部３４の外周面３８は、Ｄ１ｍｉｎ／Ｄ１ｍａｘ＜０．７５を満たすよう構成されている。曲面形状部３４の外周面３８は、より好ましくは、Ｄ１ｍｉｎ／Ｄ１ｍａｘ＜０．７を満たすよう形成されていてもよい。
上記コンプレッサインペラ固定用ナット１６によれば、上述したような軸線方向に対する傾きの小さい外周面３８が径方向における広範囲に亘って形成されるため、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナット１６へ流れる空気を、曲面形状部３４の外周面３８に沿ってよりスムーズにコンプレッサインペラ８に案内することができる。したがって、コンプレッサインペラ８に取り入れる空気流れのエネルギー損失を低減する効果を高めることができる。
一実施形態では、例えば図３〜図５に示すように、曲面形状部３４は、軸線方向における一端側に、外周面３８に接続するとともに軸線方向と直交する垂直端面４６を有する。
かかる構成によれば、コンプレッサインペラ固定用ナット１６をシャフト６に装着する際に、ケガキ線等の目印を垂直端面４６に容易につけることができるため、コンプレッサインペラ固定用ナット１６を回転させた角度を容易に把握することができる。このため、トルクレンチ等のトルク測定器具が無くとも、コンプレッサインペラ固定用ナット１６の締め付けトルクを容易に所定の範囲内に収めることができる。
一実施形態では、図５において、径方向における垂直端面４６の高さをＨ、径方向におけるナット部３６の厚さの最小値をＴ２ｍｉｎとすると、Ｈ／Ｔ２ｍｉｎ＜０．３を満たす。
かかる構成によれば、上述したような軸線方向に対する傾きの小さい外周面３８が径方向における広範囲に亘って形成されるため、上記垂直端面４６を有する構成においても、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナット１６へ流れる空気を、曲面形状部３４の外周面３８に沿ってスムーズにコンプレッサインペラ８に案内することができる。なお、上述したケガキ線等の目印のつけ易さの観点から、Ｈ／Ｔ２ｍｉｎ＞０．１を更に満たしてもよい。
一実施形態では、例えば図５に示すように、軸線方向に沿った断面における曲面形状部３４の外周面３８は、垂直端面４６に接続するとともに第１曲率半径を有する第１円弧部４８と、第１円弧部４８に垂直端面４６と反対側で接続するとともに第１曲率半径よりも大きな第２曲率半径を有する第２円弧部５０とを含む。
かかる構成によれば、垂直端面４６と、軸線方向に対する傾きが相対的に小さい第２円弧部５０とを、軸線方向に対する傾きが相対的に大きい第１円弧部４８によって滑らかに接続することができる。したがって、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ固定用ナット１６へ流れる空気を曲面形状部３４の外周面３８に沿ってよりスムーズにコンプレッサインペラ８に案内することができる。
一実施形態では、例えば図５に示すように、軸線方向における第１円弧部４８の存在範囲は、軸線方向における第２円弧部５０の存在範囲より狭い。
かかる構成によれば、軸線方向に対する傾きが相対的に小さい第２円弧部５０の存在範囲が、軸線方向に対する傾きが相対的に大きい第１円弧部４８の存在範囲より広くなるため、曲面形状部３４の外周面３８に沿ってよりスムーズにコンプレッサインペラ８に案内することができる。
図７は、図２に示したコンプレッサインペラ組立体２００の部分拡大断面図である。
一実施形態では、図７に示すように、シャフト６の先端部７は、コンプレッサインペラ固定用ナット１６に対してコンプレッサインペラ８と反対側（空気流れ方向上流側）に突出している。
かかる構成によれば、過給機１００のメンテナンスの際に、上記のように突出したシャフト６の先端部７の周面９に変位センサ等を接触又は近接させることにより、シャフト６の回転振れ（軸振れ）を計測することができる。また、特許文献１に記載されるような袋状のシールキャップがシャフトの先端部に設けられている構成では、シャフトの回転振れを計測する前にシールキャップを取り外す工程が必要であったが、上記構成であれば、シールキャップ自体が不要であるため、シャフト６の回転振れの計測が容易である。
一実施形態では、例えば図７に示すように、コンプレッサインペラ８のハブ２０のうち軸線方向における上流側の端面３０には、凹部５２が形成されている。また、コンプレッサインペラ固定用ナット１６は、被収納部５４及び鍔部５６を含む。被収納部５４は、軸線方向においてコンプレッサインペラ固定用ナット１６の上記他端側からの第３範囲Ｓ３に設けられ、凹部５２に収納されている。軸線方向における被収納部５４の端面５８は凹部５２に収納されたワッシャ１８に当接しており、コンプレッサインペラ固定用ナット１６の締結力（軸力）によって被収納部５４の端面５８とハブ２０の端面３０とにワッシャ１８が挟持されている。鍔部５６は、軸線方向においてナット部３６と被収納部５４の間に設けられ、ナット部３６の外周面４０に対して径方向外側に突出するフランジ形状を有する。また、鍔部５６の外径をＤｃ、凹部５２の内径をＤｒとすると、Ｄｃ＞Ｄｒを満たすように鍔部５６が形成されている。
かかる構成によれば、コンプレッサインペラ固定用ナット１６の一部である被収納部５４が凹部５２に収納されているため、シャフト６の長さを短くすることができる。また凹部５２の内径Ｄｒよりも大きな外径Ｄｃを有する鍔部５６が設けられているため、凹部５２内の空間６０への空気の入り込みを鍔部５６によって抑制し、空気流れのエネルギー損失を低減することができる。
一実施形態では、例えば図７に示すように、鍔部５６の外径をＤｃ、コンプレッサインペラ８のハブ２０の外周面２２のうち軸線方向における上流側端５８の外径をＤｈとすると、Ｄｃ≦Ｄｈを満たすよう鍔部５６が形成されている。
かかる構成によれば、鍔部５６がコンプレッサインペラ８のハブ２０の外周面２２の上流側端５８に対して径方向外側に突出していないため、軸線方向に沿ってコンプレッサインペラ８の動翼２４に向かう空気流れに鍔部５６が与える影響を低減することができる。
一実施形態では、例えば図７に示すように、鍔部５６とハブ２０との間には、隙間ｇが設けられている。
かかる構成によれば、上記隙間ｇを設けたことにより、鍔部５６の熱伸び量とハブ２０の熱伸び量に差に起因する応力の発生を抑制することができる。また、上記隙間ｇを設けても、上記隙間ｇへの空気の流入は鍔部５６自体によって抑制することができる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、ナット部の外形（軸線に直交する断面におけるナット部の外周面の形状）は、レンチ等の一般的な締付工具によって締付可能な形状であればよく、例えば正方形を含んでいてもよいし、図８に示すように径方向外側に凸となる円弧によって平行な２辺を接続することで得られる形状を含んでいてもよい。ナット部３６の外形が少なくとも一対の互いに平行な辺を含んでいれば、コンプレッサインペラ固定用ナット１６をレンチ等の一般的な締め付け工具によってシャフト６の螺子部２８に螺合させることができる。
また、本発明は、上述した排気タービン式過給機（ターボチャージャ）に限らず、内燃機関の出力軸からベルト等を介して取り出した動力又は電動モータによって圧縮機を駆動する機械式の過給機（スーパーチャージャ）にも適用することができる。
２ タービンロータ
４ タービンケーシング
６ シャフト
７ 先端部
８ コンプレッサインペラ
９ 周面
１０ コンプレッサケーシング
１２ 軸受装置
１４ 軸受ケーシング
１６ コンプレッサインペラ固定用ナット
１８ ワッシャ
２０ ハブ
２２，３８，４０ 外周面
２４ 動翼
２６ 挿通穴
２８ 螺子部
３０，５８ 端面
３２ 段差部
３４ 曲面形状部
３６ ナット部
４２ 仮想的外周面
４４ 平面
４６ 垂直端面
４８ 第１円弧部
５０ 第２円弧部
５２ 凹部
５４ 被収納部
５６ 鍔部
５８ 上流側端
６０ 空間
１００ 過給機
２００ コンプレッサインペラ組立体
Ｄ１，Ｄｃ 外径
Ｄｒ 内径
Ｓ１ 第１範囲
Ｓ２ 第２範囲
Ｓ３ 第３範囲
Ｓ２１，Ｓ２２ 範囲
ｇ 隙間

Claims (15)

  1. コンプレッサインペラをシャフトに固定するためのコンプレッサインペラ固定用ナットであって、
    前記コンプレッサインペラ固定用ナットは、筒形状を有するとともに、
    軸線方向において一端側からの第１範囲に設けられ、前記軸線方向において他端側に向かうにつれて外径が大きくなり、前記軸線方向に沿った断面において径方向外側に凸となる曲面形状の外周面を有する曲面形状部と、
    前記軸線方向において前記第１範囲よりも前記他端側の第２範囲に設けられ、ナット形状の外周面を有するナット部と、
    を備え、
    前記軸線方向における前記第１範囲の長さをＬ、前記第１範囲における前記曲面形状部の外径の最大値をＤ１ｍａｘ、最小値をＤ１ｍｉｎとすると、
    （Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜Ｌを満たす、コンプレッサインペラ固定用ナット。
  2. （Ｄ１ｍａｘ−Ｄ１ｍｉｎ）／２＜０．７５Ｌを満たす、請求項１に記載のコンプレッサインペラ固定用ナット。
  3. Ｄ１ｍｉｎ／Ｄ１ｍａｘ＜０．７５を満たす、請求項１に記載のコンプレッサインペラ固定用ナット。
  4. 前記曲面形状部は、前記軸線方向における前記一端側に、前記曲面形状部の前記外周面に接続するとともに前記軸線方向と直交する垂直端面を有する、請求項１に記載のコンプレッサインペラ固定用ナット。
  5. 前記径方向における前記垂直端面の高さをＨ、前記径方向における前記ナット部の厚さの最小値をＴ２ｍｉｎとすると、Ｈ／Ｔ２ｍｉｎ＜０．３を満たす、請求項４に記載のコンプレッサインペラ固定用ナット。
  6. 前記軸線方向に沿った断面における前記曲面形状部の前記外周面は、前記垂直端面に接続するとともに第１曲率半径を有する第１円弧部と、前記第１円弧部に前記垂直端面と反対側で接続するとともに前記第１曲率半径よりも大きな第２曲率半径を有する第２円弧部とを含む、請求項４に記載のコンプレッサインペラ固定用ナット。
  7. 前記軸線方向における前記第１円弧部の存在範囲は、前記軸線方向における前記第２円弧部の存在範囲より狭い、請求項６に記載のコンプレッサインペラ固定用ナット。
  8. 前記軸線方向において前記ナット部よりも前記他端側に設けられ、前記径方向外側に突出する鍔部を更に備える、請求項１に記載のコンプレッサインペラ固定用ナット。
  9. 前記軸線方向に直交する断面における前記ナット部の前記外周面は、少なくとも一対の互いに平行な辺を含む、請求項１に記載のコンプレッサインペラ固定用ナット。
  10. コンプレッサインペラと、
    前記コンプレッサインペラのハブに挿通され、前記コンプレッサインペラの前記ハブから軸線方向における前記コンプレッサインペラの上流側に突出する螺子部を含むシャフトと、
    前記螺子部に螺合することで前記コンプレッサインペラを前記シャフトに固定するコンプレッサインペラ固定用ナットと、を備え、
    前記コンプレッサインペラ固定用ナットが、請求項１乃至９の何れか１項に記載のインペラ固定用ナットである、コンプレッサインペラ組立体。
  11. 前記シャフトの先端部は、前記コンプレッサインペラ固定用ナットに対して前記コンプレッサインペラと反対側に突出している、請求項１０に記載のコンプレッサインペラ組立体。
  12. 前記コンプレッサインペラの前記ハブのうち軸線方向における上流側の端面には、凹部が形成されており、
    前記コンプレッサインペラ固定用ナットは、
    前記軸線方向において前記他端側からの第３範囲に設けられ、前記凹部に収納される被収納部と、
    前記軸線方向において前記ナット部と前記被収納部の間に設けられ、前記径方向外側に突出する鍔部と、
    を含み、
    前記鍔部の外径をＤｃ、前記凹部の内径をＤｒとすると、Ｄｃ＞Ｄｒを満たす、請求項１０に記載のコンプレッサインペラ組立体。
  13. 前記コンプレッサインペラにおける前記ハブの外周面のうち前記軸線方向における上流側端の外径をＤｈとすると、Ｄｃ≦Ｄｈを満たす、請求項１２に記載のコンプレッサインペラ組立体。
  14. 前記鍔部と前記ハブとの間には、隙間が設けられた、請求項１２に記載のコンプレッサインペラ組立体。
  15. 請求項１０に記載のコンプレッサインペラ組立体を備える過給機。
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