JP7438240B2 - 遠心圧縮機の羽根車、遠心圧縮機及びターボチャージャ - Google Patents

Description

本開示は、遠心圧縮機の羽根車、遠心圧縮機及びターボチャージャに関する。

エンジンから排出される排ガスのエネルギを利用してエンジンの出力を向上させるターボ装置として、例えば、ターボチャージャが知られている。ターボチャージャは、エンジンから排出される排ガスによってタービンインペラを回転駆動させ、これによりタービンインペラと同軸で連結されているコンプレッサインペラを回転駆動させて吸気を圧縮し、この圧縮した吸気をエンジンに供給するものである（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５－１９４０９１号公報

近年、コンプレッサの高圧縮比化が求められており、高圧縮比化を達成するためにコンプレッサインペラ（羽根車）の高周速化が求められている。
羽根車の高周速化を図るためには、羽根車の回転速度を大きくする他に、翼部の後縁の形状を変更することが考えられる。
例えば上述した特許文献１に記載の遠心圧縮機では、翼の後縁の一部を羽根車のハブの最大径部よりも径方向外側に突出させることで、後縁における周速が大きくなるようにしている。
しかし、単に翼の後縁の一部を羽根車のハブの最大径部よりも径方向外側に突出させただけでは、翼部に作用する遠心力による応力の増加や、翼部の固有振動数の低下を招くおそれがある。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、遠心圧縮機の耐久性を確保しつつ遠心圧縮機の高圧縮比化を図ることを目的とする。

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機の羽根車は、遠心圧縮機の羽根車であって、ハブと、前記ハブのハブ面に立設された少なくとも一つの翼部であって、前記ハブの背面から離れるにつれて前記遠心圧縮機の軸線との距離が大きくなるように構成された後縁を有する少なくとも一つの翼部と、前記少なくとも一つの翼部における後縁と前記ハブの背面部を形成する背板部の外周面とを接続する、前記外周面よりも径方向外側に形成された第１フィレットと、を備える。

（２）本開示の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、上記（１）に記載の遠心圧縮機の羽根車と、前記羽根車を収容するコンプレッサハウジングと、を備える。

（３）本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、上記（２）に記載の遠心圧縮機を備える。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、遠心圧縮機の耐久性を確保しつつ遠心圧縮機の高圧縮比化を実現できる。

幾つかの実施形態に係るターボチャージャの概略断面図である。 一実施形態に係る羽根車の模式的な斜視図である。 一実施形態に係る羽根車の模式的な子午面断面を示す概略図である。 一実施形態に係る羽根車を背面から見たときのときの羽根車の外周側の一部を模式的に示した図である。 他の実施形態に係る羽根車を背面から見たときのときの羽根車の外周側の一部を模式的に示した図である。 一実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図である。 他の実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図である。 一実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図である。 他の実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図である。 一実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図である。 第１フィレットの形状についての他の実施形態について説明するための模式的な子午断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示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、本開示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。

（ターボチャージャ１の全体構成）
まず、図１を参照して、幾つかの実施形態に係るインペラを含む遠心圧縮機を備えたターボチャージャについて説明する。図１は、幾つかの実施形態に係るターボチャージャの概略断面図である。同図に示すように、ターボチャージャ１は、コンプレッサインペラ５を備えた遠心圧縮機２を備えている。ターボチャージャ１は、回転シャフト４と、回転シャフト４の一端部に設けられるコンプレッサインペラ５（羽根車５）と、回転シャフト４の他端部に設けられるタービンインペラ８と、回転シャフト４を回転可能に支持する軸受２４と、を備えている。軸受２４は、回転シャフト４の軸方向において、コンプレッサインペラ５と、タービンインペラ８との間に位置している。幾つかの実施形態に係るターボチャージャ１は、特に限定されないが、例えば自動車用エンジン等に搭載されるターボチャージャである。

コンプレッサインペラ５は、ハブ６と、ハブ６のハブ面６１に立設された複数の翼部７を含む。タービンインペラ８は、ハブ１１と、ハブ１１のハブ面１１ａに立設された複数の翼９を含む。回転シャフト４、コンプレッサインペラ５及びタービンインペラ８は、共通の中心軸ＡＸを有している。

また、ターボチャージャ１は、コンプレッサインペラ５を収容するコンプレッサハウジング１０と、タービンインペラ８を囲うタービンハウジング１２と、回転シャフト４の軸方向において、コンプレッサハウジング１０とタービンハウジング１２との間に位置する軸受ハウジング１４と、を備えている。コンプレッサハウジング１０と軸受ハウジング１４、及び、タービンハウジング１２と軸受ハウジング１４は、それぞれ、ボルト（不図示）で締結されていてもよい。

コンプレッサハウジング１０は、軸方向におけるターボチャージャ１の一端部において軸方向外側に向かって開口する空気入口１６を有するとともに、コンプレッサインペラ５の径方向外側に位置する環状流路１８を形成している。
また、タービンハウジング１２は、軸方向におけるターボチャージャ１の他端部において軸方向外側に向かって開口する排ガス出口２０を有するとともに、タービンインペラ８の径方向外側に位置する環状流路２２を形成している。

上述の構成を有するターボチャージャ１は、例えば、以下のように動作する。
空気入口１６を介してコンプレッサインペラ５に空気が流入し、回転シャフト４とともに回転するコンプレッサインペラ５によってこの空気が圧縮される。このようにして生成した圧縮空気は、コンプレッサインペラ５の径方向外側に形成された環状流路１８を介してターボチャージャ１から一旦排出され、例えば燃焼機関（不図示）に供給される。

燃焼機関では、上述の圧縮空気とともに燃料が燃焼され、この燃焼反応により燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、燃焼機関から排出される排ガスとして、タービンインペラ８の径方向外側に形成された環状流路２２を介してタービンインペラ８に流入する。このように流入した排ガスの流れによってタービンインペラ８に回転力が付与され、これにより回転シャフト４が駆動される。タービンで仕事を終えた排ガスは、排ガス出口２０を介して、ターボチャージャ１から排出されるようになっている。

（コンプレッサインペラ５（羽根車５）について）
次に、幾つかの実施形態に係るコンプレッサインペラ５（羽根車５）についてより具体的に説明する。

図２は、一実施形態に係る羽根車の模式的な斜視図である。
図３は、一実施形態に係る羽根車の模式的な子午面断面を示す概略図である。
なお、後述する他の実施形態に係る羽根車５の基本的な構成は一実施形態に係る羽根車５と同じであるので、以下の説明では、図２及び図３を用いて、一実施形態に係る羽根車５及び他の実施形態に係る羽根車５について説明する。

幾つかの実施形態に係る羽根車５では、図２及び図３に示すように、羽根車５のハブ６の周囲に設けられた複数の翼部７のそれぞれは、羽根車５に流れ込む流体の流れ方向における最も上流側に位置する前縁２６と、最も下流側に位置する後縁２８との間、及び、ハブ側端３０とシュラウド側端（先端）３２との間に延在している。ハブ側端３０は、翼部７のうち、ハブ６との接続位置に相当する。シュラウド側端３２は、ハブ側端３０と反対側に位置する端であり、コンプレッサハウジング１０（図１参照）に隣接して位置する。

幾つかの実施形態に係る羽根車５では、ハブ６は、羽根車５の背板、すなわちハブ６の背面部を形成する背板部分を含む。以下の説明では、該背板部分を背板部６７とも呼ぶ。
幾つかの実施形態に係る羽根車５では、背板部６７の背面側の面がハブ６の背面６３である。背板部６７は、背板部６７の径方向外側の面である外周面６５を有する。

幾つかの実施形態に係る羽根車５では、複数の翼部７のそれぞれは、圧力面７２側に向かって倒れるように傾斜している。すなわち、複数の翼部７のそれぞれは、ハブ側端３０からシュラウド側端３２に向かうにつれて、徐々に負圧面７１側から圧力面７２側に向かうように形成されている。
なお、以下の説明では、羽根車５の回転方向を図示する場合、矢印Ｒで表すこととする。

図４Ａは、一実施形態に係る羽根車を背面から見たときのときの羽根車の外周側の一部を模式的に示した図である。
図４Ｂは、他の実施形態に係る羽根車を背面から見たときのときの羽根車の外周側の一部を模式的に示した図である。
なお、上述したように複数の翼部７のそれぞれは、圧力面７２側に向かって倒れるように傾斜しているが、図４Ａ及び図４Ｂでは、便宜上、上述したような翼部７の傾斜を反映させずに翼部７を表している。

図５Ａは、一実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図であり、図４Ａにおける背板部についての角度位置である第１角度位置Ｃ５ａから翼部の負圧面を見た場合について示している。
図５Ｂは、他の実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図であり、図４Ｂにおける背板部についての角度位置である第１角度位置Ｃ５ｂから翼部の負圧面を見た場合について示している。
図６Ａは、一実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図であり、図４Ａにおける背板部についての角度位置である第２角度位置Ｃ６ａから翼部の負圧面を見た場合について示している。
図６Ｂは、他の実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図であり、図４Ｂにおける背板部についての角度位置である第２角度位置Ｃ６ｂから翼部の負圧面を見た場合について示している。
図７は、一実施形態に係る羽根車の模式的な子午断面図であり、図４Ａにおける背板部についての角度位置である第３角度位置Ｃ７ａにおける子午断面図である。なお、図４Ｂにおける背板部６７についての角度位置である第３角度位置Ｃ７ｂにおける子午断面図は、図４Ａに示した第３角度位置Ｃ７ａにおける子午断面図と同じであるので、以下の説明では、他の実施形態についても図７の子午断面図を用いて説明する。
なお、図４Ａ、図５Ａ及び図６Ａに示す一実施形態に係る羽根車５と、図４Ｂ、図５Ｂ及び図６Ｂに示す他の実施形態に係る羽根車５との違いは、主に、後述する翼間フィレット１０５の有無である。

幾つかの実施形態に係る羽根車５では、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、後縁２８における周速の向上によって遠心圧縮機２における圧力比の向上を図るために、翼部７の後縁２８近傍を背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出させている。具体的には、幾つかの実施形態に係る羽根車５では、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、翼部７のそれぞれは、ハブ６の背面６３から離れるにつれて遠心圧縮機２の中心軸（軸線）ＡＸとの距離が大きくなるように構成された後縁２８を有する。幾つかの実施形態に係る羽根車５では、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、後縁２８は、背板部６７の外周面６５との接続位置において最も軸線ＡＸ（図３参照）との距離が近く、軸線ＡＸに沿って正面側（図示左方）に向かうにつれて軸線ＡＸとの距離が漸増するように形成されている。
なお、以下の説明では、羽根車５における軸線ＡＸに沿った方向に関し、前縁２６から背面６３に向かう方向を軸方向背面側、又は単に背面側と呼び、背面６３から前縁２６に向かう方向を軸方向正面側、又は単に正面側と呼ぶこととする。

幾つかの実施形態に係る羽根車５では、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、羽根車５の高周速化を図るために、後縁２８は、全体が背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出している。なお、後縁２８の全体ではなく、後縁２８の一部を背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出させてもよい。

幾つかの実施形態に係る羽根車５のように、翼部７の後縁２８近傍を背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出させると、翼部７の後縁２８近傍がハブ面６１と離れてしまうこととなるため、翼部７の固有振動数の低下を招くおそれがある。また、幾つかの実施形態に係る羽根車５のように、翼部７の後縁２８近傍を背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出させると、背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出する部分に作用する遠心力により、該部分が存在しない場合と比べて翼部７に発生する応力が増加することとなる。

そこで、幾つかの実施形態に係る羽根車５では、以下のような構成を備えるようにしている。
すなわち、幾つかの実施形態に係る羽根車５は、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、後縁２８と背板部６７の外周面６５とを接続する第１フィレット１１０を備える。幾つかの実施形態に係る第１フィレット１１０は、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、ハブ６の背面部を形成する背板部６７の外周面６５よりも径方向外側に形成されている。幾つかの実施形態に係る第１フィレット１１０は、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、後縁２８と背板部６７の外周面６５とをなだらかに接続している。これにより、子午面視において、後縁２８と背板部６７の外周面６５と接続部５１（図３参照）において角度の急変部が生じないようにしている。
なお、幾つかの実施形態に係る羽根車５では、第１フィレット１１０は、羽根車５を径方向外側から見たときに、少なくとも後述する第２フィレット８２及び第３フィレット８３と重複する範囲を除いた範囲内において、後縁２８と背板部６７の外周面６５とを接続するように形成されていればよい。

なお、第１フィレット１１０を設けなかった場合の後縁２８の形状は、例えば、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂにおいて、仮想後縁２８Ａとして二点鎖線で示している。
この仮想後縁２８Ａのハブ６側（背面側）の端部は、一実施形態に係る羽根車５では、図５Ａ及び図６Ａに示すように、背板部６７の外周面６５の正面側の縁部、すなわちハブ面６１の径方向外側の縁部と接する。なお、図６Ａでは、第１フィレット１１０が形成されていないと仮定したときの外周面６５の位置を二点鎖線６５Ｂで表している。
また、仮想後縁２８Ａのハブ６側（背面側）の端部は、他の実施形態に係る羽根車５では、図５Ｂ及び図６Ｂに示すように、背板部６７の外周面６５において、後述する翼間フィレット１０５が設けられていないと仮定した仮想外周面６５Ａにおける正面側の縁部と接する。

幾つかの実施形態に係る羽根車５では、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、第１フィレット１１０が翼部７の後縁２８と背板部６７の外周面６５とを接続するので、後縁２８近傍において翼部７の剛性を向上できる。これにより、羽根車の高周速化を図りつつ、翼部７の固有振動数の低下を抑制できる。また、幾つかの実施形態に係る羽根車５では、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、上述した応力の一部を第１フィレット１１０で負担できるので、後縁２８近傍の翼部７の応力を抑制できる。したがって、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示す幾つかの実施形態に係る羽根車５によれば、羽根車の高周速化を図りつつ、羽根車５の耐久性を確保できる。
さらに、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示す幾つかの実施形態に係る羽根車５によれば、羽根車５を削り出しで製作する場合には、後縁２８から背板部６７の外周面６５にかけて切削する際に、後縁２８から背板部６７の外周面６５にかけての角度の急変を緩和できるので加工し易くなる。

幾つかの実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、羽根車５は、翼部７の負圧面７１とハブ面６１とを接続する第２フィレット８２と、翼部７の圧力面７２とハブ面６１とを接続する第３フィレット８３とをさらに備える。第１フィレット１１０は、第２フィレット８２と背板部６７の外周面６５とを接続する負圧面側フィレット部１０２と、第３フィレット８３と背板部６７の外周面６５とを接続する圧力面側フィレット部１０３とを含む。

上述したように、翼部７の後縁２８近傍を背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出させると、背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出する部分に作用する遠心力により、該部分が存在しない場合と比べて翼部７に発生する応力が増加することとなる。しかし、幾つかの実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、翼部７に発生する応力の一部を負圧面側フィレット部１０２及び圧力面側フィレット部１０３でも負担できるので、後縁２８近傍の翼部７の応力を一層抑制できる。
また、幾つかの実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１フィレット１１０が負圧面側フィレット部１０２及び圧力面側フィレット部１０３を含むので、後縁２８近傍において翼部７の剛性を一層向上できる。これにより、翼部７の固有振動数の低下を一層抑制できる。

幾つかの実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、圧力面側フィレット部１０３の周方向の長さは、負圧面側フィレット部１０２の周方向の長さよりも大きい。

羽根車５を削り出しで製作する場合、翼部７が圧力面７２側に傾斜して形成される場合には、切削に用いる工具が翼部７の負圧面７１とハブ面６１との間には侵入させ易いが、翼部７の圧力面７２とハブ面６１との間には侵入させ難い。そのため、第２フィレット８２及び第３フィレット８３の肉の量をできるだけ減らそうとしても、第３フィレット８３は第２フィレット８２よりも肉が残り易く、第２フィレット８２よりも周方向の長さが大きくなり易い。したがって、このような第２フィレット８２及び第３フィレット８３の形状に合わせて負圧面側フィレット部１０２及び圧力面側フィレット部１０３を形成すると、圧力面側フィレット部１０３の周方向の長さは、負圧面側フィレット部１０２の周方向の長さよりも大きくなり易い。逆に、圧力面側フィレット部１０３の周方向の長さを負圧面側フィレット部１０２の周方向の長さよりも小さくするためには、加工に手間がかかることとなる。したがって、幾つかの実施形態によれば、加工が容易となる。

（翼間フィレット１０５について）
幾つかの実施形態に係る羽根車５では、例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すように、翼部７は、第１翼部７Ａ、及び、第１翼部７Ａの負圧面７１側において周方向に間隔を空けて第１翼部７Ａと隣り合う第２翼部７Ｂを含む。そして、他の実施形態に係る羽根車５は、図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、背板部６７の外周側において、第１翼部７Ａの負圧面７１側に形成された負圧面側フィレット部１０２と、第２翼部７Ｂの圧力面７２側に形成された圧力面側フィレット部１０３とを接続する翼間フィレット１０５をさらに備える。

羽根車５を切削加工によって形成する場合、羽根車５を軸線ＡＸ周りに回転させながら外周を切削するのであれば、第１フィレット１１０の形成の際に、背板部６７の外周部分において翼間フィレット１０５も形成されることとなる。仮に、翼間フィレット１０５を設けないのであれば、上記のようにして翼間フィレット１０５が形成されている場合には、翼間フィレット１０５を切削等によって除去する必要がある。
したがって、他の実施形態に係る羽根車５によれば、翼間フィレット１０５が存在しない場合と比べて、羽根車５の加工が容易となる。
なお、羽根車５を切削加工によって上述したように形成するのであれば、翼間フィレット１０５は、ハブ面６１側には突出しないこととなる。

（第１フィレット１１０の形状について）
第１フィレット１１０の形状について、主に図５Ａ、図５Ｂ及び図８を参照して説明する。なお、図８は、第１フィレットの形状についての他の実施形態について説明するための模式的な子午断面図であり、図４Ａにおける背板部についての角度位置である第１角度位置Ｃ５ａから翼部の負圧面を見た場合について示している。なお、図５Ａ、図５Ｂ及び図８では、補助線を併記して第１フィレット１１０の範囲を示している。

幾つかの実施形態では、図５Ａ、図５Ｂ及び図８に示すように、第１フィレット１１０の少なくとも一部は、羽根車５の子午面断面において、外周面６５よりも径方向外側に曲率中心Ｃが存在する曲線形状を有する。すなわち、例えば、一実施形態に係る羽根車５では、図５Ａ、図５Ｂに示すように、第１フィレット１１０の後縁２８側の第１端面１１０ａから外周面６５側の第２端面１１０ｂまでが、羽根車５の子午面断面において曲線形状とされている。なお、図５Ａ、図５Ｂに示す実施形態では、羽根車５の子午面断面において、１つの曲率中心Ｃを中心とする１つの円弧ＡＲ１に沿うように第１フィレット１１０が形成されているが、第１端面１１０ａから第２端面１１０ｂまでの間で曲率が変化してもよい。
また、後述する図８に示す実施形態のように、羽根車５の子午面断面において、第１端面１１０ａから第２端面１１０ｂまでの間で第１フィレット１１０が第１曲線部１１１と、第２曲線部１１３と、直線部１１５とを有している場合、第１曲線部１１１と第２曲線部１１３とで曲率が同じであってもよく、曲率が異なっていてもよい。

第１フィレット１１０の少なくとも一部が羽根車５の子午面断面において、外周面６５よりも径方向外側に曲率中心Ｃが存在する曲線形状を有することで、該曲線形状を有していない場合と比べて、第１フィレット１１０の径方向外側の表面１１０ｓの位置が径方向内側に位置することとなる。すなわち、図５Ａ、図５Ｂ及び図８に示す実施形態によれば、羽根車５の子午面断面において、例えば第１端面１１０ａと第２端面１１０ｂとを図５Ａにおける２点鎖線の直線で示すような平面１９０で接続した場合と比べて、第１フィレット１１０の径方向外側の表面１１０ｓの位置が径方向内側に位置することとなる。これにより、上記のような曲線形状を有していない場合と比べて、第１フィレットの肉の量を減らすことができ、遠心力によって発生する応力を抑制できる。

幾つかの実施形態では、図８に示すように、第１フィレット１１０の少なくとも一部は、羽根車５の子午面断面において、直線形状を有していてもよい。
例えば、図８に示す実施形態では、第１フィレット１１０は、第１曲線部１１１と、第２曲線部１１３と、直線部１１５とを有している。第１曲線部１１１及び第２曲線部１１３は、羽根車５の子午面断面において、外周面６５よりも径方向外側に曲率中心が存在する曲線形状をそれぞれ有する。直線部１１５は、羽根車５の子午面断面において、直線形状を有する。

例えば、図８に示す実施形態では、第１フィレット１１０では、後縁２８側から外周面６５側に向かって順に、第１曲線部１１１と、直線部１１５と、第２曲線部１１３とが配置されている。なお、図８では、羽根車５の子午面断面において、外周面６５よりも径方向外側に曲率中心が存在する仮想的な円弧ＡＲ２によって、仮に第１曲線部１１１と第２曲線部１１３とを接続した場合について二点鎖線によって示している。

第１フィレット１１０の少なくとも一部が羽根車５の子午面断面において、直線形状を有することで、羽根車５を切削加工によって形成する際に加工が容易となる。

幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機２では、上述した幾つかの実施形態に係る羽根車５を備えるので、遠心圧縮機２の耐久性を確保しつつ遠心圧縮機２の高圧縮比化を実現できる。
また、幾つかの実施形態に係るターボチャージャ１では、上記遠心圧縮機２を備えるので、ターボチャージャ１における遠心圧縮機２の耐久性を確保しつつ遠心圧縮機２の高圧縮比化を実現できる。

本開示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、上述した幾つかの実施形態では、全ての翼部７に対して第１フィレット１１０を形成するようにしているが、少なくとも一つの翼部７に対して第１フィレット１１０を形成するようにしてもよい。

また、上述した幾つかの実施形態では、第１フィレット１１０の外周面６５側の第２端面１１０ｂが背板部６７の外周面６５における背面側の縁部よりも正面側に位置している。しかし、第１フィレット１１０の外周面６５側の第２端面１１０ｂは、背板部６７の外周面６５における背面側の縁部に位置していてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機２の羽根車５は、遠心圧縮機２の羽根車５、すなわちコンプレッサインペラ５であって、ハブ６と、ハブ６のハブ６１面に立設された少なくとも一つの翼部７と、第１フィレット１１０とを備える。少なくとも一つの翼部７は、ハブ６の背面６３から離れるにつれて遠心圧縮機２の軸線ＡＸとの距離が大きくなるように構成された後縁２８を有する。第１フィレット１１０は、ハブ６の背面部を形成する背板部６７の外周面６５よりも径方向外側に形成されている。第１フィレット１１０は、少なくとも一つの翼部７における後縁２８と背板部６７の外周面６５とを接続する。

上述したように、翼部７の後縁２８の形状を変更することによって羽根車５の高周速化を図る場合、単に翼部７の後縁２８の一部を羽根車５のハブ６の最大径部よりも径方向外側に突出させただけでは、翼部７に作用する遠心力による応力の増加や、翼部７の固有振動数の低下を招くおそれがある。
すなわち、翼部７の後縁２８近傍を背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出させると、翼部７の後縁２８近傍がハブ６１面と離れてしまうこととなるため翼部７の固有振動数が低下するおそれがある。しかし、上記（１）の構成によれば、第１フィレット１１０が翼部７の後縁２８と背板部６７の外周面６５とを接続するので、後縁２８近傍において翼部７の剛性を向上できる。これにより、羽根車５の高周速化を図りつつ、翼部７の固有振動数の低下を抑制できる。
また、翼部７の後縁２８近傍を背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出させると、背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出する部分に作用する遠心力により、該部分が存在しない場合と比べて翼部７に発生する応力が増加することとなる。しかし、上記（１）の構成によれば、この応力の一部を第１フィレット１１０で負担できるので、後縁２８近傍の翼部７の応力を抑制できる。
したがって、上記（１）の構成によれば、羽根車５の高周速化を図りつつ、羽根車５の耐久性を確保できる。
さらに、上記（１）の構成によれば、羽根車５を削り出しで製作する場合には、後縁２８から背板部６７の外周面６５にかけて切削する際に、後縁２８から背板部６７の外周面６５にかけての角度の急変を緩和できるので加工し易くなる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、羽根車５は、翼部７の負圧面７１とハブ面６１とを接続する第２フィレット８２と、翼部７の圧力面７２とハブ面６１とを接続する第３フィレット８３とをさらに備える。第１フィレット１１０は、第２フィレット８２と背板部６７の外周面６５とを接続する負圧面側フィレット部１０２と、第３フィレット８３と背板部６７の外周面６５とを接続する圧力面側フィレット部１０３とを含む。

上述したように、翼部７の後縁２８近傍を背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出させると、背板部６７の外周面６５から径方向外側に突出する部分に作用する遠心力により、該部分が存在しない場合と比べて翼部７に発生する応力が増加することとなる。しかし、上記（２）の構成によれば、この応力の一部を負圧面側フィレット部１０２及び圧力面側フィレット部１０３でも負担できるので、後縁２８近傍の翼部７の応力を一層抑制できる。
また、上記（２）の構成によれば、第１フィレット１１０が負圧面側フィレット部１０２及び圧力面側フィレット部１０３を含むので、後縁２８近傍において翼部７の剛性を一層向上できる。これにより、翼部７の固有振動数の低下を一層抑制できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、圧力面側フィレット部１０３の周方向の長さは、負圧面側フィレット部１０２の周方向の長さよりも大きい。

羽根車５を削り出しで製作する場合、翼部７が圧力面７２側に傾斜して形成される場合には、切削に用いる工具が翼部７の負圧面７１とハブ面６１との間には侵入させ易いが、翼部７の圧力面７２とハブ面６１との間には侵入させ難い。そのため、第２フィレット８２及び第３フィレット８３の肉の量をできるだけ減らそうとしても、第３フィレット８３は第２フィレット８２よりも肉が残り易く、第２フィレット８２よりも周方向の長さが大きくなり易い。したがって、このような第２フィレット８２及び第３フィレット８３の形状に合わせて負圧面側フィレット部１０２及び圧力面側フィレット部１０３を形成すると、上記（３）に記載の構成のようになり易い。逆に、上記（３）に記載の構成とは反対に、圧力面側フィレット部１０３の周方向の長さを負圧面側フィレット部１０２の周方向の長さよりも小さくするためには、加工に手間がかかることとなる。したがって、上記（３）に記載の構成によれば、加工が容易となる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、翼部７は、第１翼部７Ａ、及び、第１翼部７Ａの負圧面７１側において周方向に間隔を空けて第１翼部７Ａと隣り合う第２翼部７Ｂを含む。羽根車５は、背板部６７の外周側において、第１翼部７Ａの負圧面７１側に形成された負圧面側フィレット部１０２と、第２翼部７Ｂの圧力面７２側に形成された圧力面側フィレット部１０３とを接続する翼間フィレット１０５をさらに備える。

羽根車５を切削加工によって形成する場合、羽根車５を軸線ＡＸ周りに回転させながら外周を切削するのであれば、第１フィレット１１０の形成の際に、背板部６７の外周部分において翼間フィレット１０５も形成されることとなる。仮に、翼間フィレット１０５を設けないのであれば、上記のようにして翼間フィレット１０５が形成されている場合には、翼間フィレット１０５を切削等によって除去する必要がある。
したがって、上記（４）の構成によれば、翼間フィレット１０５が存在しない場合と比べて、羽根車５の加工が容易となる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、第１フィレット１１０の少なくとも一部は、羽根車５の子午面断面において、直線形状を有する。

上記（５）の構成によれば、上記のような直線形状を有することで、羽根車５を切削加工によって形成する際に加工が容易となる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、第１フィレット１１０の少なくとも一部は、羽根車５の子午面断面において、外周面６５よりも径方向外側に曲率中心が存在する曲線形状を有する。

上記（６）の構成によれば、上記のような曲線形状を有することで、上記のような曲線形状を有していない場合と比べて、第１フィレット１１０の径方向外側の表面１１０ｓの位置が径方向内側に位置することとなる。これにより、上記のような曲線形状を有していない場合と比べて、第１フィレット１１０の肉の量を減らすことができ、遠心力によって発生する応力を抑制できる。

（７）本開示の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機２は、上記（１）乃至（６）の何れかの構成の遠心圧縮機２の羽根車５と、この羽根車を収容するコンプレッサハウジング１０とを備える。

上記（７）の構成によれば、上記（１）乃至（６）の何れかの構成の遠心圧縮機２の羽根車５を備えるので、遠心圧縮機２の耐久性を確保しつつ遠心圧縮機２の高圧縮比化を実現できる。

（８）本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャ１は、上記（７）の構成の遠心圧縮機２を備える。

上記（８）の構成によれば、上記（７）の構成の遠心圧縮機２を備えるので、ターボチャージャ１における遠心圧縮機２の耐久性を確保しつつ遠心圧縮機２の高圧縮比化を実現できる。

１ ターボチャージャ
２ 遠心圧縮機
５ コンプレッサインペラ（羽根車）
６ ハブ
７ 翼部（翼）
７Ａ 第１翼部
７Ｂ 第２翼部
１０ コンプレッサハウジング
２６ 前縁
２８ 後縁
６１ ハブ面
６３ 背面
６５ 外周面
６７ 背板部
７１ 負圧面
７２ 圧力面
８２ 第２フィレット
８３ 第３フィレット
１０２ 負圧面側フィレット部
１０３ 圧力面側フィレット部
１０５ 翼間フィレット
１１０ 第１フィレット

Claims (7)

1. 遠心圧縮機の羽根車であって、
   ハブと、
   前記ハブのハブ面に立設された少なくとも一つの翼部であって、前記ハブの背面から離れるにつれて前記遠心圧縮機の軸線との距離が大きくなるように構成された後縁を有する少なくとも一つの翼部と、
   前記少なくとも一つの翼部における後縁と前記ハブの背面部を形成する背板部の外周面とを接続する、前記外周面よりも径方向外側に形成された第１フィレットと、
   を備え、
   前記第１フィレットは、前記羽根車の子午面断面において、前記外周面よりも径方向外側に曲率中心が存在する曲線部分を含み、
   前記曲線部分は、前記軸線の延在方向における前記ハブの背面側の端部が前記背面部に位置する
   遠心圧縮機の羽根車。
2. 前記翼部の負圧面と前記ハブ面とを接続する第２フィレットと、
   前記翼部の圧力面と前記ハブ面とを接続する第３フィレットと、
   をさらに備え、
   前記第１フィレットは、
   前記第２フィレットと前記背板部の外周面とを接続する負圧面側フィレット部と、
   前記第３フィレットと前記背板部の外周面とを接続する圧力面側フィレット部と、
   を含む
   請求項１に記載の遠心圧縮機の羽根車。
3. 前記圧力面側フィレット部の周方向の長さは、前記負圧面側フィレット部の周方向の長さよりも大きい
   請求項２に記載の遠心圧縮機の羽根車。
4. 前記翼部は、第１翼部、及び、前記第１翼部の負圧面側において周方向に間隔を空けて前記第１翼部と隣り合う第２翼部を含み、
   前記背板部の外周側において、前記第１翼部の負圧面側に形成された前記負圧面側フィレット部と、前記第２翼部の圧力面側に形成された前記圧力面側フィレット部とを接続する翼間フィレット
   をさらに備える
   請求項２又は３に記載の遠心圧縮機の羽根車。
5. 前記第１フィレットの少なくとも一部は、前記羽根車の子午面断面において、直線形状を有する
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の遠心圧縮機の羽根車。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の遠心圧縮機の羽根車と、
   前記羽根車を収容するコンプレッサハウジングと、
   を備える遠心圧縮機。
7. 請求項６に記載の遠心圧縮機
   を備えるターボチャージャ。

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