JP6398897B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

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）。特許文献１には、回転軸が、トップフォイル及び当該トップフォイルを弾性的に支持するバンプフォイルを有するフォイル軸受によって、回転可能に支持されていることが記載されている。

特開２００９−２５７１６５号公報

ハウジング内には、例えば、流体の圧力が相違する第１室及び第２室と、これら第１室と第２室とを仕切るとともに回転軸が挿通される貫通孔が形成された仕切壁部とが設けられている場合がある。この場合、貫通孔を介して、高圧側の第１室から低圧側の第２室に向けて流体が漏れ得る。

これに対して、例えば高圧側の第１室から低圧側の第２室に向けて流体が漏れるのを抑制するためにシール部材を設けることが考えられる。この場合、振動や回転軸の重心のずれ等に起因して回転軸が振れる軸振れが生じ得ると、シール部材のシール性が低下する場合があり得る。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は回転軸の軸振れが生じた場合であっても、貫通孔を介する第１室から第２室への流体の漏れを抑制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、回転軸と、前記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、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、を備え、前記ハウジングは、第１室と、前記第１室よりも低圧の第２室と、前記第１室と前記第２室とを仕切るものであって、前記回転軸が挿通される貫通孔が形成された仕切壁部と、を備え、前記回転軸は、前記貫通孔を介して、前記第１室と前記第２室との双方に跨って配置されており、前記ハウジング内には、前記貫通孔を介する前記第１室から前記第２室への流体の流れを規制するシール部材が設けられており、前記シール部材は、前記回転軸が回転している場合には、当該回転軸の回転時に発生する動圧によって前記回転軸の外周面との間に隙間が形成された非接触の状態で、前記回転軸の外周面を前記回転軸の径方向外側から囲むガスシール部と、前記ガスシール部を、前記回転軸の軸線方向と交差する方向に移動可能な状態で支持する支持部と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、ガスシール部と回転軸の外周面とによって形成された隙間が、流体の流れを規制する絞りとして機能する。これにより、第１室から第２室への流体の流れが規制される。そして、ガスシール部は、支持部によって回転軸の軸線方向と交差する方向に移動可能となっている。これにより、ガスシール部は、回転軸の軸振れが生じた場合には、回転軸との相対位置関係が変動しないように変位することができる。よって、回転軸の軸振れに起因するシール部材のシール性の低下を抑制できる。

上記遠心圧縮機について、前記支持部は、前記仕切壁部に取り付けられた取付部と、前記取付部と前記ガスシール部とを連結するものであって筒状且つ蛇腹状に形成された連結部と、を備えているとよい。かかる構成によれば、連結部をガスシール部よりも弾性変形し易い材料で形成する等といったことをすることなく、比較的容易に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、前記連結部は、前記ガスシール部から前記取付部に向かうに従って徐々に拡径しているとよい。かかる構成によれば、回転軸の軸振れに伴い蛇腹状の連結部が撓んだ場合に、当該連結部と回転軸とが接触しにくい。これにより、回転軸の軸振れが生じた場合に、連結部と回転軸とが接触することによる不都合、例えば連結部の摩耗等を抑制できる。

上記遠心圧縮機について、前記シール部材は、前記第１室内に配置されているとよい。かかる構成によれば、連結部には、第１室と第２室との圧力差によって縮む方向の力が付与される。これにより、上記圧力差に起因して連結部が伸びることを抑制できるため、連結部の変形機能の低下を抑制できる。

上記遠心圧縮機について、前記回転軸の外周面における前記ガスシール部と対向する対向領域には、前記回転軸の回転時に前記第１室から前記第２室に向かう流体の流れを規制するような流れを誘起させる溝が形成されているとよい。かかる構成によれば、第１室から第２室への流体の漏れを、より抑制することができる。また、溝によって誘起される流れによって、回転軸の回転時にガスシール部と回転軸との間の隙間にて発生する動圧が高められるため、回転軸とガスシール部との相対位置の変動を好適に抑制でき、それを通じて回転軸の軸振れに伴う回転軸とガスシール部との接触を、より抑制できる。

上記遠心圧縮機について、前記回転軸の外周面における前記ガスシール部と対向する対向領域には、前記回転軸よりも硬度が高いコーティング層が設けられているとよい。かかる構成によれば、対向領域とガスシール部との摺動による回転軸の摩耗を抑制できる。

上記遠心圧縮機について、前記回転軸の外周面における前記ガスシール部と対向する対向領域には、前記回転軸の外周面よりも摩擦係数が小さいコーティング層が設けられているとよい。かかる構成によれば、対向領域とガスシール部との摺動に起因するガスシール部の摩耗を抑制できる。

上記遠心圧縮機について、前記回転軸は、前記インペラが取り付けられている一端部と、前記第１室内に配置された他端部と、を有し、前記遠心圧縮機は、前記第２室内に収容され、前記回転軸を回転させる電動モータと、前記第２室内に収容され、前記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、を備えているとよい。かかる構成によれば、比較的低圧の第２室にスラスト軸受が配置されているため、スラスト軸受の風損を低減できる。また、回転軸には、第１室と第２室との圧力差によって、スラスト力に対する抗力が付与される。これにより、スラスト軸受が受けるスラスト力を軽減することができるため、スラスト軸受の小型化を図ることができる。

ここで、第１室から第２室に流体が流れると、上記抗力が小さくなる。これに対して、本実施形態では、上述した通り、第１室から第２室への流体の流れを規制するシール部材が設けられているため、抗力の低下を抑制できる。よって、第１室と第２室との圧力差を用いて、スラスト力を好適に受けることができる。

上記遠心圧縮機について、前記ハウジング内には、前記回転軸が当該回転軸の軸線方向と交差する方向に移動可能な状態で前記回転軸を回転可能に支持するラジアル軸受が設けられているとよい。かかる構成によれば、回転軸の軸振れが生じた場合であっても、回転軸を回転可能に支持することができる。これにより、回転軸の軸振れが生じた場合に回転軸の回転に支障が生じることを抑制できる。

この発明によれば、回転軸の軸振れが生じた場合であっても、貫通孔を介する第１室から第２室への流体の漏れを抑制できる。

遠心圧縮機及び車両空調装置の概要を模式的に示す断面図。 基端収容室周辺を模式的に示す部分断面図。 回転軸の軸振れが生じた場合のシール部材を模式的に示す断面図。 回転軸の軸振れが生じた場合のシール部材を模式的に示す断面図。 別例の車両空調装置を模式的に示す断面図。

以下、遠心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、遠心圧縮機は車両に搭載されている。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す。

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、全体として例えば円筒状である。
遠心圧縮機１０は、ハウジング１１に収容されるものとして、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が取り付けられた先端部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の先端側（先端部１２ｂ側）を単に前側ともいい、回転軸１２の基端側（基端部１２ｃ側）を単に後側とも言う。本実施形態では、先端部１２ｂが「回転軸の一端部」に対応し、基端部１２ｃが「回転軸の他端部」に対応する。

本実施形態では、遠心圧縮機１０は、回転軸１２の軸線方向Ｚと水平方向とが一致する態様で車両に搭載されている。すなわち、本実施形態では、軸振れしていない状況における回転軸１２の軸線方向Ｚは水平方向と一致している。なお、以降の説明において、特に断りが無い限り、回転軸１２の軸線方向Ｚとは軸振れしていない状況を意味する。

ハウジング１１は、インペラ１４，１５を収容するインペラ室Ａ１，Ａ２を区画する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２１〜２３で構成されており、各パーツ２１〜２３は、中間パーツ２３を第１パーツ２１及び第２パーツ２２で回転軸１２の軸線方向Ｚから挟持した状態でユニット化されている。

第１パーツ２１は、回転軸１２の軸線方向Ｚに貫通した第１コンプ貫通孔２１ａを有する略筒状である。第１コンプ貫通孔２１ａは、第１パーツ２１における回転軸１２の軸線方向Ｚの両端面２１ｂ，２１ｃに開口している。第１コンプ貫通孔２１ａは、上記両端面２１ｂ，２１ｃのうち中間パーツ２３と当接している一端面２１ｂの開口から回転軸１２の軸線方向Ｚの途中位置までは徐々に縮径した円錐台形状となっており、当該途中位置から上記一端面２１ｂとは反対側の他端面２１ｃの開口までは同一径の円柱状である。

第２パーツ２２は、回転軸１２の軸線方向Ｚを軸線方向とする略筒状である。第２パーツ２２における回転軸１２の軸線方向Ｚの両端面２２ａ，２２ｂのうち中間パーツ２３と当接している一端面２２ａとは反対側の他端面２２ｂには、当該他端面２２ｂから凹んだ凹部２２ｃが形成されている。そして、凹部２２ｃの底面には、回転軸１２の軸線方向Ｚに貫通した第２コンプ貫通孔２２ｄが形成されている。第２コンプ貫通孔２２ｄは、中間パーツ２３側の開口から回転軸１２の軸線方向Ｚの途中位置に向けて徐々に縮径した略円錐台形状となっており、当該途中位置から中間パーツ２３側の開口とは反対側の開口までは同一径となった略円柱形状となっている。

中間パーツ２３は、回転軸１２の軸線方向Ｚを板厚方向とする略円板状である。中間パーツ２３は、第１パーツ２１の一端面２１ｂと当接している第１中間パーツ端面２３ａと、第１中間パーツ端面２３ａとは反対側の端面であって、第２パーツ２２の一端面２２ａと当接している第２中間パーツ端面２３ｂとを有している。第１インペラ室Ａ１は、第１コンプ貫通孔２１ａの内面と第１中間パーツ端面２３ａとによって区画されており、第２インペラ室Ａ２は、第２コンプ貫通孔２２ｄの内面と第２中間パーツ端面２３ｂとによって区画されている。すなわち、中間パーツ２３は、第１インペラ室Ａ１と第２インペラ室Ａ２とを仕切っている。

中間パーツ２３には、回転軸１２が挿通される中間パーツ貫通孔２３ｃが形成されている。回転軸１２の先端部１２ｂは、中間パーツ貫通孔２３ｃを貫通した状態で配置されており、両インペラ室Ａ１，Ａ２に跨って配置されている。そして、第１インペラ１４は、回転軸１２の先端部１２ｂのうち第１インペラ室Ａ１内に配置されている部分に取り付けられ、第２インペラ１５は、回転軸１２の先端部１２ｂのうち第２インペラ室Ａ２内に配置されている部分に取り付けられている。

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り、第１コンプ貫通孔２１ａの内面に沿うように第１インペラ室Ａ１内に配置されている。同様に、第２インペラ１５は、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り、第２コンプ貫通孔２２ｄの内面に沿うように第２インペラ室Ａ２内に配置されている。両インペラ１４，１５の基端面１４ａ，１５ａ同士が対向している。

フロントハウジング２０（詳細には第１パーツ２１）には、流体が吸入される第１吸入口３０が形成されている。第１吸入口３０は、第１コンプ貫通孔２１ａにおける他端面２１ｃ側の開口である。すなわち、第１コンプ貫通孔２１ａは、第１吸入口３０及び第１インペラ室Ａ１を構成している。第１吸入口３０から吸入された流体は、第１インペラ室Ａ１に流入する。

図１に示すように、フロントハウジング２０には、第１インペラ室Ａ１に対して回転軸１２の径方向外側に配置された第１ディフューザ流路３１と、第１ディフューザ流路３１を介して第１インペラ室Ａ１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を囲む円環状である。第１吐出室３２は、第１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ており、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。

同様に、フロントハウジング２０には、第２インペラ室Ａ２に対して回転軸１２の径方向外側に配置された第２ディフューザ流路３３と、第２ディフューザ流路３３を介して第２インペラ室Ａ２と連通している第２吐出室３４とが区画されている。第２吐出室３４の流体は、フロントハウジング２０に形成された第２吐出口（図示略）から吐出される。

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を収容するモータ室Ａ３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、回転軸１２の軸線方向Ｚを軸線方向とする略円筒状であって、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であり、エンドプレート５２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２２の他端面２２ｂに突き合わさり、他方の開口端はエンドプレート５２の第１板面５２ａに突き合わさっている。モータ室Ａ３は、モータハウジング５１、第２パーツ２２及びエンドプレート５２によって区画されている。モータ室Ａ３と第２インペラ室Ａ２とは連通している。

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１３ａと、ロータ１３ａ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１３ｂとを備えている。ロータ１３ａとステータ１３ｂ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１３ｂは、円筒状のステータコア１３ｃと、ステータコア１３ｃに捲回されたコイル１３ｄとを備えている。コイル１３ｄに電流が流れることによって、ロータ１３ａ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５３が形成されている。第２吸入口５３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には、第１板面５２ａからフロントハウジング２０に向けて起立した第１ボス５４と、第１ボス５４ごと板厚方向に貫通したものであって回転軸１２の本体部１２ａが挿通される第１支持用貫通孔５５とが形成されている。第１支持用貫通孔５５が形成されている関係上、第１ボス５４は円筒状となっている。

また、モータハウジング５１内には、電動モータ１３に対して第１ボス５４とは反対側に配置されたものであって、回転軸１２の本体部１２ａが挿通される第２支持用貫通孔５６を有する第２ボス５７と、第２ボス５７をモータハウジング５１に支持させる第１固定壁部５８とが設けられている。第２ボス５７は、回転軸１２の軸線方向Ｚを軸線方向とする円筒状であり、第１ボス５４と回転軸１２の軸線方向Ｚに対向配置されている。第１固定壁部５８は、モータハウジング５１の内面から回転軸１２の径方向内側に突出しており、モータハウジング５１と第２ボス５７とを連結している。

支持用貫通孔５５，５６内、詳細には支持用貫通孔５５，５６の内面５５ａ，５６ａと回転軸１２の外周面１２ｄとの間には、回転軸１２を回転可能に支持するラジアル軸受６１，６２が設けられている。両ラジアル軸受６１，６２は、例えば回転軸１２が軸線方向Ｚと交差する方向に移動可能な状態で支持する動圧軸受等である。

例えば、第１支持用貫通孔５５内に設けられた第１ラジアル軸受６１は、回転軸１２の外周面１２ｄに対して回転軸１２の径方向外側に配置されたトップフォイル６３と、トップフォイル６３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６３を弾性的に支持する波板状のバンプフォイル６４とを有している。トップフォイル６３は、回転軸１２の径方向に変位可能に構成されている。また、バンプフォイル６４が弾性変形可能な波板状に形成されている関係上、トップフォイル６３とバンプフォイル６４との間にはフォイル隙間６５が形成されている。

第１ラジアル軸受６１は、回転軸１２の回転時に生じる動圧によってトップフォイル６３と回転軸１２の外周面１２ｄとの間に隙間が形成された非接触の状態で、回転軸１２を回転可能に支持する。この場合、仮に回転軸１２が軸線方向Ｚと直交する方向に変位した場合には、トップフォイル６３は上記隙間を維持するように変位し、バンプフォイル６４はトップフォイル６３がその変更された位置にて保持されるように弾性変形する。なお、第２支持用貫通孔５６内に設けられた第２ラジアル軸受６２も同様である。

図１に示すように、遠心圧縮機１０は、回転軸１２に固定された板状（詳細には円板状）のスラストライナ（支持プレート）７０と、両インペラ１４，１５が回転することによって発生するスラスト力Ｆを受ける２つのスラスト軸受７１，７２とを備えている。スラストライナ７０及びスラスト軸受７１，７２は、モータ室Ａ３内に配置されている。

スラストライナ７０は、第１固定壁部５８よりもフロントハウジング２０側に配置されている。スラストライナ７０は、第２ボス５７よりも回転軸１２の径方向外側に突出している。

２つのスラスト軸受７１，７２は、例えば全体して円環板状であって、各々の軸線と回転軸１２の軸線とは一致している。両スラスト軸受７１，７２は、スラストライナ７０を介して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向配置されている。

第１スラスト軸受７１は、第１固定壁部５８とスラストライナ７０との間に配置されており、第１固定壁部５８に固定されている。
第２スラスト軸受７２は、スラストライナ７０とフロントハウジング２０との間に設けられた第２固定壁部７３に固定されている。第２固定壁部７３は、例えば円環板状であり、その軸線と回転軸１２の軸線とは一致している。第２固定壁部７３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７３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７３の外径はスラストライナ７０の外径以上に設定されている。第２固定壁部７３は、図示しない固定部によってモータハウジング５１又はフロントハウジング２０の第２パーツ２２に固定されている。

ちなみに、図１に示すように、第１固定壁部５８には、回転軸１２の軸線方向Ｚに貫通し、且つ、流体が導入される流体導入孔５８ａ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７３とフロントハウジング２０とは離間しており、回転軸１２の径方向において第２固定壁部７３とモータハウジング５１とは離間している。このため、モータ室Ａ３の流体は、流体導入孔５８ａ、及び、第２固定壁部７３とフロントハウジング２０等との間の空間を介して、第２インペラ室Ａ２に流入可能となっている。

図１及び図２に示すように、回転軸１２は、第１支持用貫通孔５５に挿通されており、回転軸１２の基端部１２ｃは、エンドプレート５２における第１板面５２ａとは反対側の第２板面５２ｂから後方（両インペラ１４，１５とは反対側）に突出している。

かかる構成において、ハウジング１１は、回転軸１２の基端部１２ｃを収容し且つモータ室Ａ３よりも高圧に設定される基端収容室Ａ４を区画するリアハウジング８１を備えている。リアハウジング８１は、例えば一方が開口した有底円筒状である。リアハウジング８１は、当該リアハウジング８１の開口端とエンドプレート５２の第２板面５２ｂ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。基端収容室Ａ４は、リアハウジング８１の内面とエンドプレート５２の第２板面５２ｂとによって区画されている。また、リアハウジング８１には、モータ室Ａ３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８２が設けられている。

ここで、モータ室Ａ３と基端収容室Ａ４とは、エンドプレート５２によって仕切られており、エンドプレート５２に形成された第１支持用貫通孔５５を介して連通している。そして、回転軸１２は、第１支持用貫通孔５５を介して、モータ室Ａ３及び基端収容室Ａ４の双方に跨って配置されている。本実施形態では、エンドプレート５２が「仕切壁部」に対応し、第１支持用貫通孔５５が「回転軸が挿通される貫通孔」に対応し、基端収容室Ａ４が「第１室」に対応し、モータ室Ａ３が「第２室」に対応する。

かかる構成によれば、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３との圧力差によって、回転軸１２の基端面１２ｅには、当該基端面１２ｅから先端面１２ｆに向かう方向の抗力が生じる。当該抗力は、回転軸１２の先端面１２ｆから基端面１２ｅに向かうスラスト力Ｆと打ち消し合う。これにより、上記スラスト力Ｆを受けることができる。

ここで、圧力差が生じている関係上、基端収容室Ａ４の流体は、第１支持用貫通孔５５を通って、モータ室Ａ３に流れ込み得る。詳細には、第１支持用貫通孔５５の内面５５ａと回転軸１２の外周面１２ｄとの間には、フォイル隙間６５が形成された第１ラジアル軸受６１が設けられている。このため、基端収容室Ａ４の流体が、フォイル隙間６５を通って、モータ室Ａ３に流れ込み得る。

これに対して、本実施形態の遠心圧縮機１０は、第１支持用貫通孔５５を介する基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３への流体の流れを規制するシール部材９０を備えている。シール部材９０は、ハウジング１１内、詳細には基端収容室Ａ４内に配置されている。シール部材９０は、例えば金属の薄板を折り曲げることによって形成されており、当該シール部材９０の内側には、フォイル隙間６５を介してモータ室Ａ３と連通する空間が形成されている。

図２に示すように、シール部材９０は、回転軸１２（詳細には基端部１２ｃ）の外周面１２ｄを回転軸１２の径方向外側から囲むガスシール部９１と、ガスシール部９１を、回転軸１２の軸線方向Ｚと交差する方向に移動可能な状態で支持する支持部９２とを備えている。ガスシール部９１は、全体として回転軸１２の基端部１２ｃよりも一回り大きく形成された円筒状である。回転軸１２の基端部１２ｃは、ガスシール部９１によって、回転軸１２の径方向外側から覆われている。

ガスシール部９１は、回転軸１２が回転している場合には、回転軸１２に対して非接触の状態で、当該ガスシール部９１と回転軸１２との間をシールしている。詳細には、回転軸１２が回転した場合には、ガスシール部９１と回転軸１２との間にて動圧が発生する。当該動圧によって、ガスシール部９１は、当該ガスシール部９１と回転軸１２の外周面１２ｄとの間に隙間９３が形成された位置にて維持される。当該隙間９３は、フォイル隙間６５よりも小さい。このため、流体が流れにくい。つまり、隙間９３は、流体の移動を規制する絞り部として機能する。

ちなみに、ガスシール部９１の軸線方向と回転軸１２の軸線方向Ｚとが一致しており、且つ、隙間９３の幅（回転軸１２の径方向の長さ）が予め定められた基準値となっている場合のガスシール部９１と回転軸１２との相対位置を、基準位置とする。ガスシール部９１は、当該ガスシール部９１と回転軸１２との相対位置が基準位置となっている場合に、所望のシール性を有する。

回転軸１２の外周面１２ｄにおけるガスシール部９１と対向する対向領域１００には、基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３に向かう流体の流れを規制するように構成された溝１０１が形成されている。溝１０１は、回転軸１２の回転時に基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３に向かう流体の流れを規制するような流れを誘起させるものである。本実施形態では、溝１０１は、例えばヘリングボーン形状である。詳細には、溝１０１は、傾斜方向が相違する２つの螺旋溝１０１ａ，１０１ｂと、両螺旋溝１０１ａ，１０１ｂの間に設けられ、溝が形成されていないランド部１０１ｃとを有している。回転軸１２の回転時には、第１螺旋溝１０１ａによって誘起される流体の流れと、第２螺旋溝１０１ｂによって誘起される流体の流れとが隙間９３におけるランド部１０１ｃに対応する箇所にて衝突する。これにより、基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３に向かう流体の流れを規制する空気の壁が形成されるとともに、隙間９３にて発生する動圧が高められている。

ちなみに、回転軸１２の対向領域１００には、コーティング層１０２が形成されている。コーティング層１０２は、回転軸１２よりも硬度が高い、及び、回転軸１２の外周面１２ｄよりも摩擦係数が小さい、の少なくとも一方の条件を満たすもので形成されており、例えばテフロン（登録商標）系又はタングステンカーバイド等で形成されている。なお、本実施形態では、コーティング層１０２は、回転軸１２よりも硬度が高く、且つ、回転軸１２の外周面１２ｄよりも摩擦係数が小さく形成されている。

図２に示すように、支持部９２は、エンドプレート５２に取り付けられた取付部１１１を有している。取付部１１１は、例えば平板リング状であり、その内径はガスシール部９１の外径よりも長く設定されている。取付部１１１は、エンドプレート５２の第２板面５２ｂと当接している。また、遠心圧縮機１０は、エンドプレート５２と協働して、取付部１１１を挟持する押さえ板１１２を有している。取付部１１１は、押さえ板１１２とエンドプレート５２とによって挟持された状態で、固定具としてのボルト１１３によって押さえ板１１２ごとエンドプレート５２に固定されている。

なお、遠心圧縮機１０は、取付部１１１とエンドプレート５２の第２板面５２ｂとの間をシールするＯリング１１４を備えている。Ｏリング１１４は、エンドプレート５２の第２板面５２ｂにおけるボルト１１３よりも回転軸１２の径方向内側の位置に形成されたリング溝１１５に嵌り込んでおり、取付部１１１によって圧縮されている。

支持部９２は、取付部１１１とガスシール部９１とを連結する連結部１１６を備えている。連結部１１６は、筒状且つ蛇腹状（ベローズ状）に形成されている。詳細には、連結部１１６は、ガスシール部９１から取付部１１１に向かうに従って、徐々に拡径しつつジグザグ状に折り曲げられた逆テーパ筒形状である。連結部１１６の軸線方向と回転軸１２の軸線方向Ｚとは一致している。連結部１１６は、取付部１１１の内周端部と、ガスシール部９１の軸線方向の両端部のうちエンドプレート５２側の端部とを連結している。本実施形態では、ガスシール部９１、連結部１１６及び取付部１１１は一体形成されている。なお、連結部１１６の形状は、周方向に延在する突条と溝とが回転軸１２の軸線方向Ｚに交互に配列された蛇腹構造の筒形状とも言える。

次に、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３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、遠心圧縮機１０は、車両空調装置２００の一部を構成している。すなわち、本実施形態における遠心圧縮機の圧縮対象となる流体は冷媒である。

車両空調装置２００は、遠心圧縮機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５３に接続されている。

また、車両空調装置２００は、第２吐出口を介して第２吐出室３４と第１吸入口３０とを接続する配管２０５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８２とを接続するバイパス配管２０６を有している。

次に、本実施形態の作用として、上記のように構成された遠心圧縮機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Ｙ１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５３から吸入される。この場合、モータ室Ａ３は低圧空間となる。モータ室Ａ３に吸入された流体は、流体導入孔５８ａ等を介して第２インペラ室Ａ２に向かう（図１の矢印Ｙ２参照）。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Ａ２から第２ディフューザ流路３３を通って第２吐出室３４に送り込まれ、第２吐出室３４から吐出される。なお、第２吐出室３４に存在する流体の圧力は低圧流体の圧力よりも高い。第２吐出室３４から吐出される流体を中間圧流体という。

図１の矢印Ｙ３に示すように、中間圧流体は、第２吐出室３４から吐出され、配管２０５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Ａ１から第１ディフューザ流路３１を通って第１吐出室３２に送り込まれ、第１吐出室３２から吐出される。第１吐出室３２に存在する流体の圧力は、中間圧流体の圧力よりも高い。なお、第１吐出室３２から吐出される流体を高圧流体という。

高圧流体は、第１吐出室３２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２０６を介して第３吸入口８２に供給される。これにより、基端収容室Ａ４には、高圧流体が充填される。一方、モータ室Ａ３には低圧流体が充填される。したがって、基端収容室Ａ４の圧力が、モータ室Ａ３の圧力よりも高くなる。これにより、スラスト力Ｆに対する抗力が回転軸１２に付与される。詳細には、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３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、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３との圧力差によって、基端収容室Ａ４の高圧流体が第１支持用貫通孔５５を介して基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３へ向けて流入しようとする。これに対して、本実施形態では、上記流体の流れは、シール部材９０によって規制されている。これにより、シール部材９０の外側領域には高圧流体が充填され、シール部材９０の内側領域には低圧流体が充填された状態が維持される。

ここで、何らかの要因によって回転軸１２の軸振れが生じ得る。例えば、図３に示すように、回転軸１２の軸振れの一種として、回転軸１２が軸線方向Ｚに対して直交する方向に変位する場合がある。この場合、回転軸１２の変位に対応させて、蛇腹状に形成された連結部１１６が撓むことによって、ガスシール部９１が変位する。これにより、回転軸１２が変位した場合であっても、ガスシール部９１と回転軸１２との相対位置は基準位置を維持する。

また、図４に示すように、回転軸１２の軸振れの一種として、軸線方向Ｚの変位を伴う回転軸１２の変位、詳細には回転軸１２が水平方向に対して傾く変位が生じ得る。この場合であっても、回転軸１２の変位に対応させて、蛇腹状に形成された連結部１１６が撓むことによって、ガスシール部９１が変位する。これにより、軸線方向Ｚの変位を伴う回転軸１２の変位が生じた場合であっても、ガスシール部９１と回転軸１２との相対位置は基準位置を維持する。

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）遠心圧縮機１０は、回転軸１２と、回転軸１２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１４，１５と、回転軸１２及びインペラ１４，１５が収容されたハウジング１１とを備えている。ハウジング１１は、第１室として回転軸１２の基端部１２ｃを収容する基端収容室Ａ４を備え、更に第２室として電動モータ１３を収容するモータ室Ａ３を備えている。そして、ハウジング１１は、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３とを仕切る仕切壁部としてのエンドプレート５２を備え、回転軸１２は、エンドプレート５２に形成された第１支持用貫通孔５５を介して、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３との双方に跨って配置されている。

かかる構成において、ハウジング１１内には、第１支持用貫通孔５５を介する基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３への流体の流れを規制するシール部材９０が設けられている。シール部材９０は、回転軸１２が回転している場合には、回転軸１２の回転時に発生する動圧によって回転軸１２の外周面１２ｄとの間に隙間９３が形成された非接触の状態で、回転軸１２の外周面１２ｄを回転軸１２の径方向外側から囲むガスシール部９１を備えている。そして、シール部材９０は、ガスシール部９１を、回転軸１２の軸線方向Ｚと交差する方向に移動可能な状態で支持する支持部９２を備えている。

かかる構成によれば、ガスシール部９１と回転軸１２の外周面１２ｄとによって形成された隙間９３が、流体の流れを規制する絞りとして機能する。これにより、高圧の基端収容室Ａ４から、低圧のモータ室Ａ３への流体の流れが規制される。そして、ガスシール部９１は、支持部９２によって回転軸１２の軸線方向Ｚと交差する方向に移動可能となっている。これにより、ガスシール部９１は、回転軸１２の軸振れが生じた場合には、回転軸１２との相対位置が変動しないように（詳細には基準位置が維持されるように）変位することができる。すなわち、ガスシール部９１は、回転軸１２の軸振れに追従することができる。よって、回転軸１２の軸振れに起因するシール部材９０のシール性の低下を抑制できる。

ここで、例えばシール部材として、回転軸１２の外周面１２ｄと接触した弾性変形可能な接触式シール部材を採用することも考えられる。この場合、接触式シール部材の摩耗が懸念される。これに対して、本実施形態のシール部材９０は、非接触の状態でシールするものであるため、シール部材の摩耗を抑制できる。しかしながら、このような非接触式のシール構造においては、回転軸１２の軸振れが生じた場合には、回転軸１２とガスシール部９１とが接触してしまったり、隙間９３が一定の大きさとならなかったりして、シール性の低下という不都合が生じ得る。

これに対して、本実施形態によれば、支持部９２によって、回転軸１２の軸振れに伴うガスシール部９１と回転軸１２との相対位置の変動を抑制できる。これにより、非接触式のシール部材を採用することによって生じる上記不都合を抑制できる。よって、回転軸１２の軸振れが生じた場合であっても、第１支持用貫通孔５５を介する基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３への流体の漏れを抑制できる。

（２）支持部９２は、エンドプレート５２に取り付けられた取付部１１１と、取付部１１１とガスシール部９１とを連結するものであって筒状且つ蛇腹状に形成された連結部１１６とを備えている。かかる構成によれば、連結部１１６をガスシール部９１よりも弾性変形し易い材料で形成する等といったことをすることなく、（１）の効果を得ることができる。

（３）連結部１１６は、ガスシール部９１から取付部１１１に向かうに従って徐々に拡径している。かかる構成によれば、回転軸１２の軸振れに伴い蛇腹状の連結部１１６が撓んだ場合に、当該連結部１１６と回転軸１２とが接触しにくい。これにより、回転軸１２の軸振れが生じた場合に、連結部１１６と回転軸１２とが接触することによる不都合、例えば連結部１１６の摩耗等を抑制できる。

（４）シール部材９０は、基端収容室Ａ４内に配置されている。これにより、蛇腹状の連結部１１６を採用したことによって生じる不都合を回避できる。
詳述すると、蛇腹状の連結部１１６は、その特性上、回転軸１２の軸線方向Ｚに伸縮可能となっている。このため、仮に連結部１１６がモータ室Ａ３内に配置されると、連結部１１６には、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３との圧力差によって伸びる方向の力が付与され、連結部１１６が伸びてしまう。すると、連結部１１６の変形機能が低下する。

これに対して、本実施形態では、連結部１１６は基端収容室Ａ４内に配置されている。この場合、連結部１１６には、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３との圧力差によって縮む方向の力が付与される。これにより、上記圧力差に起因して連結部１１６が伸びることを抑制できる。

（５）回転軸１２の外周面１２ｄにおけるガスシール部９１と対向する対向領域１００には、基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３に向かう流体の流れを規制するように構成された溝１０１が形成されている。詳細には、溝１０１は、回転軸１２が回転した場合に、基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３に向かう流体の流れを規制するような流れを誘起させる。これにより、シール性の更なる向上を図ることができる。また、回転軸１２の回転時に隙間９３にて発生する動圧を高めることができるため、回転軸１２とガスシール部９１との相対位置の変動を、より好適に抑制することができ、それを通じて回転軸１２の軸振れに伴う回転軸１２とガスシール部９１との接触を、より抑制できる。

（６）対向領域１００には、回転軸１２よりも硬度が高いコーティング層１０２が形成されている。かかる構成によれば、対向領域１００とガスシール部９１との接触に起因する回転軸１２の摩耗を抑制できる。

詳述すると、ガスシール部９１は動圧式であるため、回転軸１２が回転していない場合には、ガスシール部９１と対向領域１００とは接触している。このため、回転軸１２の回転初期段階においては、ガスシール部９１と対向領域１００とは摺動する。これに対して、本実施形態によれば、対向領域１００にコーティング層１０２が形成されているため、ガスシール部９１と対向領域１００との摺動による回転軸１２の摩耗を抑制できる。

（７）コーティング層１０２は、回転軸１２の外周面１２ｄよりも摩擦係数が小さく形成されている。これにより、ガスシール部９１と対向領域１００との摺動が円滑に行われる。よって、ガスシール部９１の摩耗を抑制できる。

（８）回転軸１２は、両インペラ１４，１５が取り付けられている先端部１２ｂと、基端収容室Ａ４内に配置されている基端部１２ｃとを有している。そして、遠心圧縮機１０は、モータ室Ａ３に収容され、回転軸１２を回転させる電動モータ１３と、モータ室Ａ３内に収容され、両インペラ１４，１５の回転によって生じるスラスト力Ｆを受けるスラスト軸受７１，７２とを備えている。かかる構成によれば、比較的低圧のモータ室Ａ３にスラスト軸受７１，７２が配置されているため、スラスト軸受７１，７２の風損を低減できる。また、回転軸１２には、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３との圧力差によって、スラスト力Ｆに対する抗力が付与される。これにより、スラスト軸受７１，７２が受けるスラスト力Ｆを軽減することができるため、スラスト軸受７１，７２の小型化を図ることができる。

ここで、基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３に流体が流れると、抗力が小さくなるとともに、車両空調装置２００の効率が低下する。これに対して、本実施形態では、上述した通り、基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３への流体の流れを規制するシール部材９０が設けられているため、抗力の低下等を抑制できる。よって、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３との圧力差を用いて、スラスト力Ｆを好適に受けることができる。

（９）ハウジング１１内には、回転軸１２が軸線方向Ｚと交差する方向に移動可能な状態で回転軸１２を回転可能に支持するラジアル軸受６１，６２が設けられている。かかる構成によれば、回転軸１２の軸振れが生じた場合であっても、回転軸１２を回転可能に支持することができる。これにより、回転軸１２の軸振れが生じた場合に回転軸１２の回転に支障が生じることを抑制できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 連結部は、ガスシール部９１よりも弾性変形し易い材料、例えばゴムで形成されていてもよい。この場合、連結部は、蛇腹状となっていなくてもよい。要は、支持部９２は、その内側に空間を形成しつつ、回転軸１２の軸線方向Ｚと交差する方向に移動可能な状態でガスシール部９１を支持することができれば、その具体的な構成は任意である。

○ 連結部１１６の径は、回転軸１２の軸線方向Ｚの位置に関わらず、一定でもよい。
○ シール部材９０は、モータ室Ａ３内に配置されていてもよい。この場合、第１ボス５４に代えて、エンドプレート５２の第２板面５２ｂから後方に突出したボスを設け、当該ボスと回転軸１２の基端部１２ｃとの間に第１ラジアル軸受６１を設けるとよい。

○ 基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３への流体の流入を規制することができれば、溝１０１の具体的な形状は任意である。例えば、溝１０１は、回転軸１２が回転した場合にモータ室Ａ３から基端収容室Ａ４に向かう流れを誘起させる形状であってもよい。この場合、第１支持用貫通孔５５にて、互いに逆方向の流れが衝突することにより、動圧を高めることができる。

○ 溝１０１を省略してもよい。この場合であっても、ガスシール部９１と回転軸１２の外周面１２ｄとの間に動圧が生じるため、基端収容室Ａ４からモータ室Ａ３への流体の流れを、ある程度規制できる。

○ コーティング層１０２を省略してもよい。
○ 第１室及び第２室は、基端収容室Ａ４及びモータ室Ａ３に限られず、任意である。例えば、ハウジング１１が、スラスト軸受７１，７２を収容するスラスト室と、スラスト室とモータ室Ａ３とを仕切るとともに回転軸１２が挿通される貫通孔が形成された仕切壁部とを有する構成においては、シール部材９０は、スラスト室とモータ室との間の流体の移動を規制するものであってもよい。

○ 両スラスト軸受７１，７２及びスラストライナ７０は、基端収容室Ａ４内に配置されていてもよい。
○ 両スラスト軸受７１，７２を省略してもよい。この場合、スラストライナ７０及び第２固定壁部７３を省略してもよい。

○ ラジアル軸受６１，６２の具体的な構成は任意である。
○ 第２固定壁部７３は、第１固定壁部５８のように、モータハウジング５１の内面から回転軸１２の径方向内側に延びた円環状の壁部であってもよい。この場合、第１固定壁部５８のように、流体が通過可能な貫通孔が形成されているとよい。

○ 遠心圧縮機１０は、配管等を介して、第２吐出室３４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８２との双方に供給される構成であってもよい。この場合、基端収容室Ａ４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５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３４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８２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Ａ３とを連通する中間圧ポート２１０が形成されている。中間圧ポート２１０は、第２パーツ２２及び中間パーツ２３を軸線方向Ｚに貫通している。なお、本別例においては、第２吸入口５３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Ａ１→第１ディフューザ流路３１→第１吐出室３２→中間圧ポート２１０→モータ室Ａ３→第２インペラ室Ａ２→第２ディフューザ流路３３→第２吐出室３４の順に流れる。この場合、モータ室Ａ３には、中間圧流体が充填される。また、第２吐出室３４から吐出される流体は高圧流体であるため、基端収容室Ａ４には高圧流体が充填される。これにより、基端収容室Ａ４とモータ室Ａ３とで圧力差が生じるため、スラスト力Ｆに対する抗力が生じる。

○ 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。

○ 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、流体装置は、車両空調装置２００に限られず、任意である。

１０…遠心圧縮機、１１…ハウジング、１２…回転軸、１２ｂ…回転軸の先端部（一端部）、１２ｃ…回転軸の基端部（他端部）、１２ｄ…回転軸の外周面、１３…電動モータ、１４，１５…インペラ、５２…エンドプレート（仕切壁部）、５５…第１支持用貫通孔、６１，６２…ラジアル軸受、６５…フォイル隙間、７１，７２…スラスト軸受、９０…シール部材、９１…ガスシール部、９２…支持部、９３…隙間、１００…対向領域、１０１…溝、１０２…コーティング層、１１１…取付部、１１６…連結部、Ａ１，Ａ２…インペラ室、Ａ３…モータ室（第２室）、Ａ４…基端収容室（第１室）、Ｆ…スラスト力。

Claims (7)

1. 回転軸と、
   前記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、
   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、
   を備えた遠心圧縮機において、
   前記ハウジングは、
   第１室と、
   前記第１室よりも低圧の第２室と、
   前記第１室と前記第２室とを仕切るものであって、前記回転軸が挿通される貫通孔が形成された仕切壁部と、を備え、
   前記回転軸は、前記貫通孔を介して、前記第１室と前記第２室との双方に跨って配置されており、
   前記ハウジング内には、前記貫通孔を介する前記第１室から前記第２室への流体の流れを規制するシール部材が設けられており、
   前記シール部材は、
   前記回転軸が回転している場合には、当該回転軸の回転時に発生する動圧によって前記回転軸の外周面との間に隙間が形成された非接触の状態で、前記回転軸の外周面を前記回転軸の径方向外側から囲むガスシール部と、
   前記ガスシール部を、前記回転軸の軸線方向と交差する方向に移動可能な状態で支持する支持部と、を備え、
   前記支持部は、
   前記仕切壁部に取り付けられた取付部と、
   前記取付部と前記ガスシール部とを連結するものであって筒状且つ蛇腹状に形成された連結部と、を備え、
   前記シール部材は、前記第１室内に配置されていることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記連結部は、前記ガスシール部から前記取付部に向かうに従って徐々に拡径している請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記回転軸の外周面における前記ガスシール部と対向する対向領域には、前記回転軸の回転時に前記第１室から前記第２室に向かう流体の流れを規制するような流れを誘起させる溝が形成されている請求項１又は請求項２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記回転軸の外周面における前記ガスシール部と対向する対向領域には、前記回転軸よりも硬度が高いコーティング層が設けられている請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
5. 前記回転軸の外周面における前記ガスシール部と対向する対向領域には、前記回転軸の外周面よりも摩擦係数が小さいコーティング層が設けられている請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
6. 前記回転軸は、
   前記インペラが取り付けられている一端部と、
   前記第１室内に配置された他端部と、
   を有し、
   前記遠心圧縮機は、
   前記第２室内に収容され、前記回転軸を回転させる電動モータと、
   前記第２室内に収容され、前記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、を備えている請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
7. 前記ハウジング内には、前記回転軸が当該回転軸の軸線方向と交差する方向に移動可能な状態で前記回転軸を回転可能に支持するラジアル軸受が設けられている請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の遠心圧縮機。

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