JP7792012B2 - コンプレッサホイール及び遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、コンプレッサホイール、該コンプレッサホイールを備える遠心圧縮機に関する。

従来、自動車用エンジンなどのエンジン（内燃機関）の出力を向上させる技術として、エンジンが吸い込む吸気を圧縮し、密度を高くして酸素を多く含んだ吸気をエンジンに供給するターボチャージャ（過給機）が多用されている。

ターボチャージャは、例えば、回転シャフトの一端側に設けられる遠心圧縮機と、回転シャフトの他端側に設けられるタービンと、を備える。エンジンから送られた排ガスのエネルギによりタービンロータを回転させ、タービンロータの回転に連動して回転する遠心圧縮機のコンプレッサホイールを回転させて吸気を圧縮し、エンジンに供給するように構成されている。

上記コンプレッサホイールには、コンプレッサホイールの径方向に沿って延びて、スリーブ等の他部材が少なくとも一部に当接する平坦部と、平坦部と背面の外周端とを接続する外側面とにより構成される背面を有するものがある。一般的なコンプレッサホイールでは、上記外側面は、コンプレッサホイールの径方向における外側に向かうにつれて、コンプレッサホイールの軸方向における平坦部との間の距離が大きくなるとともに、傾斜が緩やかになっている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開２０１９／１３０４０５号公報

エンジンに送られる吸気の圧縮にはコンプレッサホイールの翼形状が重要な役割を果たすが、上記翼形状はコンプレッサホイールの回転時にコンプレッサホイールに生じる応力により制約を受ける。上述したコンプレッサホイールの背面形状では、コンプレッサホイールの回転時に生じる騒音への影響を防止するために必要とする応力範囲まで、コンプレッサホイールの回転時にコンプレッサホイールに生じる応力を低減できないことがある。また、上述したコンプレッサホイールの背面形状では、コンプレッサホイールの慣性モーメントが大きなものとなる傾向があるため、遠心圧縮機や該遠心圧縮機を備えるターボチャージャの過渡応答特性の悪化を招く虞がある。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、コンプレッサホイールの回転時にコンプレッサホイールに生じる応力を低減でき、コンプレッサホイールの慣性モーメントを低減できるコンプレッサホイール及び遠心圧縮機を提供することを目的とする。

本開示の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサホイールは、
ハブと、前記ハブの外面に設けられた少なくとも一つの翼と、を備えるコンプレッサホイールであって、
前記コンプレッサホイールの背面は、
前記コンプレッサホイールの径方向に沿って延在する平坦部であって、前記背面の外周端よりも前記コンプレッサホイールの軸方向における後端側に位置する平坦部と、
前記平坦部と前記背面の前記外周端とを接続する外側面と、を含み、
前記外側面は、前記背面の前記外周端よりも前記軸方向における前端側に向かって凹む軸方向凹部を有する。

本開示の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、
前記コンプレッサホイールを備える。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、コンプレッサホイールの回転時にコンプレッサホイールに生じる応力を低減でき、コンプレッサホイールの慣性モーメントを低減できるコンプレッサホイール及び遠心圧縮機が提供される。

一実施形態に係る遠心圧縮機を備える過給機の軸線に沿った概略断面図である。 一実施形態に係る遠心圧縮機の軸線に沿ったコンプレッサホイール近傍の概略断面図である。 比較例に係る遠心圧縮機の軸線に沿ったコンプレッサホイール近傍の概略断面図である。 一実施形態に係るコンプレッサホイールの軸線に沿った概略断面図である。 一実施形態に係るコンプレッサホイールの軸線に沿った概略断面図である。

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。

（過給機、遠心圧縮機）
図１は、一実施形態に係る遠心圧縮機１を備える過給機１０の軸線ＬＡに沿った概略断面図である。本開示に係る遠心圧縮機１は、例えば、自動車用、舶用又は産業用（例えば、陸上発電用）の過給機（ターボチャージャ）１０などに搭載可能である。以下の各実施形態では、過給機（ターボチャージャ）１０に搭載される遠心圧縮機１を例に挙げて説明するが、本開示に係る遠心圧縮機１は、過給機１０に搭載されるものに限定されない。また、遠心圧縮機１の作動流体を空気に限定する必要はない。すなわち、本開示の遠心圧縮機１は、機械的動力（例えば、回転力）により作動流体を圧縮することが可能であればよく、遠心圧縮機１単体で構成しても、タービン１１以外の機構や装置と複合して構成してもよい。

幾つかの実施形態に係る過給機１０は、図１に示されるように、不図示のエンジン（内燃機関）から排出された排ガスのエネルギにより駆動し、流体（例えば、空気）を圧縮するように構成されている。過給機１０は、上記エンジンから排出された排ガスで駆動されるタービン１１と、タービン１１に同軸で連結し、回転とともに圧縮した空気を上記エンジンに供給するための遠心圧縮機１と、を備える。

タービン１１は、タービンロータ１２と、タービンロータ１２を回転可能に収容するように構成されたタービンハウジング１３と、を備える。遠心圧縮機１は、コンプレッサホイール（インペラ）２と、コンプレッサホイール２を回転可能に収容するように構成されたコンプレッサハウジング１４と、を備える。

過給機１０は、図１に示されるように、コンプレッサホイール２が一端側に連結され、他端側にタービンロータ１２が連結される回転シャフト１５と、コンプレッサホイール２とタービンロータ１２の間において回転シャフト１５を回転可能に支持するように構成された軸受１６と、をさらに備える。また、過給機１０は、コンプレッサハウジング１４とタービンハウジング１３の間に配置され、軸受１６を収容するように構成された軸受ハウジング１７をさらに備えていてもよい。

タービン１１は、上記エンジンから排出された排ガスのエネルギによりタービンロータ１２を回転させるように構成されている。コンプレッサホイール２は、回転シャフト１５を介してタービンロータ１２と同軸上に連結されているため、タービンロータ１２の回転に連動してコンプレッサホイール２の軸線ＬＡ回りに回転駆動する。遠心圧縮機１は、コンプレッサホイール２を軸線ＬＡ回りに回転駆動させることにより、コンプレッサハウジング１４の内部に空気（給気、気体）を吸入し、該空気を圧縮し、圧縮された空気を上記エンジンに送るように構成されている。遠心圧縮機１から上記エンジンに送られた圧縮空気は、上記エンジンにおける燃焼に供されるようになっている。上記エンジンにおける燃焼により生じた排ガスは、上記エンジンからタービン１１に送られ、タービンロータ１２を回転させるようになっている。

以下、コンプレッサホイール２の軸線ＬＡが延在する方向をコンプレッサホイール２（遠心圧縮機１）の軸方向と定義し、軸線ＬＡに直交する方向をコンプレッサホイール２（遠心圧縮機１）の径方向と定義し、軸線ＬＡ回りの周方向をコンプレッサホイール２（遠心圧縮機１）の周方向と定義する。コンプレッサホイール２の軸方向において、コンプレッサホイール２の背面３に対して、ハブ２１の外面２２が位置する側を前端側と定義し、前端側とは反対側を後端側と定義する。

（タービンロータ）
タービンロータ１２は、略円錐台形状のハブ１２１と、ハブ１２１の外面に設けられた複数のタービン翼１２２と、を含む。タービンロータ１２は、ハブ１２１が回転シャフト１５の一端側に連結されているため、軸線ＬＡを中心として回転シャフト１５と一体的に回転可能に設けられている。タービンロータ１２は、タービンロータ１２の径方向における外側から導入される排ガスを、タービンロータ１２の軸方向に沿ってタービンロータ１２の前方側に導くように構成されている。

（タービンハウジング）
タービンハウジング１３には、上記エンジンから排出された排ガスをタービンロータ１２に導くためのタービンスクロール流路１３１と、タービンロータ１２を通過した排ガスをタービンハウジング１３の外部に排出するための排ガス排出流路１３２が形成されている。タービンスクロール流路１３１は、タービンロータ１２の径方向における外側に設けられ、タービンロータ１２の周方向に沿って延在する渦巻状の流路からなる。排ガス排出流路１３２は、タービンロータ１２の軸方向（軸線ＬＡの延在方向）に沿って延在している。

上記エンジンから排出された排ガスは、タービンスクロール流路１３１を介してタービンロータ１２に導かれ、タービンロータ１２を回転駆動させる。タービンロータ１２を回転駆動させた排ガスは、排ガス排出流路１３２を介してタービンハウジング１３の外部に排出される。

（コンプレッサホイール）
コンプレッサホイール２は、略円錐台形状のハブ２１と、ハブ２１の外面２２に設けられた複数のコンプレッサ翼２３と、を含む。複数のコンプレッサ翼２３の夫々は、ハブ２１の外面２２から突出しており、軸線ＬＡ周りの周方向に互いに間隔を開けて配置されている。複数のコンプレッサ翼２３のチップ側端（先端）２４は、チップ側端２４に対向するように凸状に湾曲するシュラウド面１４１との間に隙間（クリアランス）が形成されている。すなわち、コンプレッサホイール２は、チップ側端２４を覆う環状部材を含まないようになっている。複数のコンプレッサ翼２３は、複数の長翼２３Ａと、コンプレッサホイール２の軸方向において長翼２３Ａよりも短く形成された複数の短翼２３Ｂと、を含んでいてもよい。

コンプレッサホイール２は、ハブ２１が回転シャフト１５の一端側に連結されているため、軸線ＬＡを中心として回転シャフト１５と一体的に回転可能に設けられている。コンプレッサホイール２は、コンプレッサホイール２の軸方向に沿って導入される空気をコンプレッサホイール２の径方向における外側に導くように構成されている。図示される実施形態では、コンプレッサホイール２は、金属材料（具体的には、アルミニウム又はアルミニウム合金）により構成されている。

（コンプレッサハウジング）
コンプレッサハウジング１４は、上述したシュラウド面１４１を有する。コンプレッサハウジング１４には、気体導入流路１４２と、ディフューザ流路１４３と、スクロール流路１４４が形成されている。

気体導入流路１４２は、コンプレッサハウジング１４の外部から空気（気体）を取り込み、取り込んだ空気をコンプレッサホイール２に導くための流路である。気体導入流路１４２は、コンプレッサホイール２よりもコンプレッサホイール２の軸方向における一方側（先端側）に設けられ、コンプレッサホイール２の軸方向に沿って延在している。コンプレッサホイール２を回転駆動させることで、気体導入流路１４２にコンプレッサハウジング１４の外部から空気が取り込まれ、取り込まれた空気が気体導入流路１４２を流れてコンプレッサホイール２に導かれる。

スクロール流路１４４は、コンプレッサホイール２の径方向における外側に設けられ、コンプレッサホイール２の周方向に沿って延在する渦巻状の流路からなる。ディフューザ流路１４３は、コンプレッサホイール２を通過してコンプレッサホイール２により圧縮された空気を、スクロール流路１４４に導くための流路である。ディフューザ流路１４３は、コンプレッサホイール２の径方向において、スクロール流路１４４とコンプレッサホイール２の間に設けられ、その下流端部（外周端部）がスクロール流路１４４と連通している。コンプレッサホイール２により圧縮された圧縮空気（圧縮気体）は、ディフューザ流路１４３に流入し、ディフューザ流路１４３をコンプレッサホイール２の径方向における外側に向かって流れてスクロール流路１４４に導かれる。

図２は、一実施形態に係る遠心圧縮機１の軸線ＬＡに沿ったコンプレッサホイール２近傍の概略断面図である。コンプレッサホイール２は、図２に示されるように、ハブ２１の軸方向における前端側の端面である前端面２５と、ハブ２１の軸方向における後端側の端面である背面３と、を有する。前端面２５は、コンプレッサホイール２の径方向に沿って延在する。背面３は、コンプレッサホイール２の径方向に沿って延在する平坦部４と、平坦部４と背面３の外周端３１とを接続する外側面５と、を含む。外側面５は、平坦部４よりも軸方向における後端側に突出する部分を有していない。平坦部４は、コンプレッサホイール２の周方向における少なくとも一部にコンプレッサホイール２の径方向に沿って延在する平坦面４０を含む。なお、平坦面４０は、完全に凹凸を有さない平坦である場合に限定されるものではなく、平坦面４０の形成時における公差や加工精度による凹凸を有していてもよい。平坦部４は、平坦面４０に設けられる溝部であって、コンプレッサホイール２の周方向に沿って延在する円弧状又は環状の溝部（不図示）を含んでいてもよい。また、平坦部４は、平坦面４０に設けられる溝部であって、コンプレッサホイール２の径方向に沿って延在する少なくとも１つの放射状の溝部（不図示）を含んでいてもよい。

図２に示される実施形態では、コンプレッサホイール２には、前端面２５から平坦部４までに亘りコンプレッサホイール２の軸方向に沿って延在し、回転シャフト１５が挿通される貫通孔２６が形成されている。遠心圧縮機１は、コンプレッサホイール２の平坦部４に当接する当接部１８と、コンプレッサホイール２よりも前端側において回転シャフト１５に係止される係止部材１９であって、当接部１８と係止部材１９との間にコンプレッサホイール２を挟持する係止部材１９と、を備える。

当接部１８は、コンプレッサホイール２以外の部材の一部であり、貫通孔２６よりも径方向における外側に突出し、平坦部４の少なくとも一部に当接するようになっている。図示される実施形態では、遠心圧縮機１は、回転シャフト１５が挿通される筒状のスリーブ１８Ａを備え、当接部１８は、平坦部４の少なくとも一部に当接するスリーブ１８Ａの前端側の端面を含む。スリーブ１８Ａは、回転シャフト１５等の他部材によりコンプレッサホイール２の軸方向における後端側への移動が抑制されている。なお、当接部１８は、回転シャフト１５の一部であってもよい。

図２に示される実施形態では、係止部材１９は、回転シャフト１５のコンプレッサホイール２よりも前端側の外面に形成されたネジ部１５１に螺合するネジ部１９１が内面に形成された環状のナット部材を含む。コンプレッサホイール２は、当接部１８を平坦部４に当接させた状態で、ネジ部１５１にネジ部１９１を螺合させることで、当接部１８と係止部材１９との間にコンプレッサホイール２を挟持できる。これにより、コンプレッサホイール２は、回転シャフト１５に連結される。

（軸方向凹部）
図３は、比較例に係る遠心圧縮機０１の軸線ＬＡに沿ったコンプレッサホイール０２近傍の概略断面図である。図４は、一実施形態に係るコンプレッサホイール２（２Ａ）の軸線ＬＡに沿った概略断面図である。図５は、一実施形態に係るコンプレッサホイール２（２Ｂ）の軸線ＬＡに沿った概略断面図である。幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１のコンプレッサホイール２は、図２、図４、図５に示されるように、外側面５が背面３の外周端３１よりもコンプレッサホイール２の軸方向における前端側（前端面２５側）に向かって凹む軸方向凹部６を有する。軸方向凹部６は、外側面５のうち、背面３の外周端３１よりもコンプレッサホイール２の軸方向における前端側に位置する部分を意味する。

（比較例に係る遠心圧縮機）
比較例に係る遠心圧縮機０１のコンプレッサホイール０２は、図３に示されるように、平坦部４と背面３の外周端３１とを接続する外側面０５が軸方向凹部６を有さない点において、本開示に係るコンプレッサホイール２とは異なるものである。外側面０５は、コンプレッサホイール０２の径方向における外側に向かうにつれて、コンプレッサホイール０２の軸方向における平坦部４との間の距離が大きくなるとともに、傾斜が緩やかになっている。

上記の構成によれば、軸方向凹部６を有するコンプレッサホイール２は、軸方向凹部６を有さないコンプレッサホイール０２に比べて、軸方向凹部６が形成された領域分だけ質量を低減でき、軸方向凹部６が形成された軸方向範囲（軸方向における平坦部４と背面３の外周端３１との間の範囲）においてコンプレッサホイール２に係る遠心力を低減できる。これにより、コンプレッサホイール２の回転時におけるコンプレッサホイール２のボア部（ハブ２１の貫通孔２６近傍）に係る応力を低減できる。また、軸方向凹部６を有するコンプレッサホイール２は、軸方向凹部６を有さないコンプレッサホイール０２に比べて、軸方向凹部６が形成された領域分だけ質量を低減することで、コンプレッサホイール２の慣性モーメント（イナーシャ）が減少するため、遠心圧縮機１や該遠心圧縮機１を備える過給機（ターボチャージャ）１０の過渡応答特性が改善される。

（外側面の形状）
幾つかの実施形態では、図４及び図５に示されるように、上述した外側面５は、コンプレッサホイール２の軸線ＬＡに沿った断面において円弧状に延びる少なくとも１つの円弧部５Ａと、軸線ＬＡに沿った断面において直線状に延びる少なくとも１つの直線部５Ｂと、を含む。

上記の構成によれば、外側面５は、少なくとも１つの円弧部５Ａと、少なくとも１つの直線部５Ｂと、を含むことで、外側面５を滑らかな形状とすることができる。外側面５を滑らかな形状とすることで、コンプレッサホイール２の回転時におけるコンプレッサホイール２の上記ボア部に係る応力を効果的に低減できる。

幾つかの実施形態では、図４及び図５に示されるように、上述した少なくとも１つの円弧部５Ａは、第１円弧部５１と、第２円弧部５２と、を少なくとも含む。上述した少なくとも１つの直線部５Ｂは、第１直線部５３を少なくとも含む。換言すると、上述した外側面５は、第１円弧部５１と、第２円弧部５２と、第１直線部５３と、を少なくとも含む。

第１円弧部５１は、後側端５１１が平坦部４の外周端４１に接続され、前側端５１２が後側端５１１よりもコンプレッサホイール２の軸方向における前端側に位置している。第２円弧部５２は、内周端５２１が第１円弧部５１の前側端５１２に接続され、内周端５２１から径方向における外側に延在している。第１直線部５３は、内周端５３１が第２円弧部５２の外周端５２２に接続され、内周端５３１から径方向における外側に直線状に延在している。

図４に示される実施形態では、第１円弧部５１は、コンプレッサホイール２の軸方向における前端側に向かう凹形状を有し、コンプレッサホイール２の軸方向における前端側に向かうにつれて、コンプレッサホイール２の径方向における軸線ＬＡからの距離が大きくなる。前側端５１２は、後側端５１１よりもコンプレッサホイール２の径方向における外側に位置している。

図５に示される実施形態では、第１円弧部５１は、コンプレッサホイール２の径方向における内側に向かう凹形状を有し、コンプレッサホイール２の軸方向における前端側に向かうにつれて、コンプレッサホイール２の径方向における軸線ＬＡからの距離が小さくなる。前側端５１２は、後側端５１１よりもコンプレッサホイール２の径方向における内側に位置している。

第２円弧部５２は、コンプレッサホイール２の軸方向における前端側に向かう凹形状を有する。図４、図５に示される実施形態では、外周端５２２は、内周端５２１よりもコンプレッサホイール２の軸方向における前端側に位置している。

上記の構成によれば、外側面５は、第１円弧部５１、第２円弧部５２及び第１直線部５３を少なくとも含むことで、外側面５を複雑性が比較的低く、不連続点を有さない滑らかな形状とすることができる。外側面５を滑らかな形状とすることで、コンプレッサホイール２の回転時におけるコンプレッサホイール２の上記ボア部に係る応力を効果的に低減できる。また、外側面５は、第１円弧部５１、第２円弧部５２及び第１直線部５３を少なくとも含むことで、コンプレッサホイール２の外側面５が形成された背面部が十分な強度を確保することができる。また、上記の構成によれば、外側面５は、第１円弧部５１、第２円弧部５２及び第１直線部５３を含むことで、コンプレッサ翼２３の振動特性が遠心圧縮機１又は該遠心圧縮機１を備える過給機１０の運転に伴い変動することを抑制できる。

なお、図４及び図５に示される実施形態では、上述した少なくとも１つの直線部５Ｂは、背面３の外周端３１から径方向における内側に向かって直線状に延在する第２直線部５４をさらに含む。第２直線部５４は、軸線ＬＡに交差（図示例では、直交）する方向に沿って延在している。上述した少なくとも１つの円弧部５Ａは、第１直線部５３の外周端５３２と第２直線部５４の内周端５４１とを繋ぐ第３円弧部５５をさらに含む。換言すると、上述した外側面５は、コンプレッサホイール２の径方向における内側から順に、第１円弧部５１と、第２円弧部５２と、第１直線部５３と、第３円弧部５５と、第２直線部５４と、を含む。第１円弧部５１、第２円弧部５２、第１直線部５３、第３円弧部５５及び第２直線部５４の各々は、軸線ＬＡ回りの周方向に沿って延在する環状面を有する。

（軸方向凹部の前方端）
幾つかの実施形態では、上述した第１円弧部５１又は第２円弧部５２の少なくとも一方は、軸方向凹部６において最も軸方向における前端側に位置する前方端５０を含む。上記の構成によれば、不連続点を有さない第１円弧部５１又は第２円弧部５２に前方端５０を設けることで、コンプレッサホイール２の回転時における前方端５０近傍の応力集中を抑制できる。これにより、コンプレッサホイール２の回転時におけるコンプレッサホイール２の上記ボア部に係る応力を効果的に低減できる。

図４及び図５に示される実施形態では、第２円弧部５２及び第１直線部５３が軸方向凹部６の少なくとも一部を形成している。図４及び図５に示されるように、軸線ＬＡに直交して背面３の外周端３１を通る仮想面をＰＬ１とし、第１円弧部５１又は第２円弧部５２の仮想面ＰＬ１との交点をＰ１とする。軸方向凹部６は、外側面５における交点Ｐ１と第２直線部５４の内周端５４１との間に形成されている。

図４及び図５に示される実施形態では、第２円弧部５２が軸方向凹部６の前方端５０を含む。第２円弧部５２は、内周端５２１から前方端５０までに亘る範囲において、コンプレッサホイール２の径方向における外側に向かうにつれて、コンプレッサホイール２の軸方向における平坦部４との間の距離が大きくなっている。第２円弧部５２は、前方端５０から外周端５２２までに亘る範囲において、コンプレッサホイール２の径方向における外側に向かうにつれて、コンプレッサホイール２の軸方向において平坦部４との間の距離が小さくなっている。

（第１円弧部及び第２円弧部の曲率半径）
幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述した第１円弧部５１の曲率半径Ｒ１は、第２円弧部５２の曲率半径Ｒ２よりも小さい。図示される実施形態では、コンプレッサホイール２の軸線ＬＡから背面３の外周端３１までの距離（径方向距離）をＤ１と定義した場合において、曲率半径Ｒ１は、０．０７５×Ｄ１≦Ｒ１≦０．１５×Ｄ１の条件を満たすように構成されている。また、曲率半径Ｒ２は、０．４５×Ｄ１≦Ｒ２≦０．５５×Ｄ１の条件を満たすように構成されている。

上記の構成によれば、平坦部４に後側端５１１が接続される第１円弧部５１の曲率半径Ｒ１を比較的小さなものとすることで、コンプレッサホイール２の回転時において平坦部４に係る応力を低減できる。また、第１円弧部５１と第１直線部５３とを繋ぐ第２円弧部５２の曲率半径Ｒ２を比較的大きなものとすることで、外側面５の第１円弧部５１、第２円弧部５２及び第１直線部５３を滑らかな形状とすることができる。

（第１直線部の傾斜）
幾つかの実施形態では、図４及び図５に示されるように、上述した第１直線部５３は、内周端５３１が外周端５３２よりも軸方向における前端側に位置するように傾斜している。図４に示されるように、上述した仮想面ＰＬ１と第１直線部５３とがなす角度（短い方の角度）をθと定義する。図示される実施形態では、コンプレッサホイール２は、５°≦θ≦１０°の条件を満たすように構成されている。

上記の構成によれば、第１直線部５３の内周端５３１が外周端５３２よりも前端側に位置するように第１直線部５３を傾斜形状とすることで、第１直線部５３の内周端５３１に接続される第２円弧部５２の曲率半径Ｒ２を比較的大きなものとすることが容易となる。これにより、外側面５の第２円弧部５２と第１直線部５３を滑らかに接続できる。

（前方端の径方向位置）
幾つかの実施形態では、図４に示されるように、コンプレッサホイール２の軸線ＬＡから背面３の外周端３１までの距離（径方向距離）をＤ１と定義し、軸線ＬＡから軸方向凹部６において最も軸方向における前端側に位置する前方端５０までの距離（径方向距離）をＤ２と定義した場合において、コンプレッサホイール２は、Ｄ２≧０．５Ｄ１の条件を満たすように構成された。

上記の構成によれば、上記距離Ｄ２が大きい程、軸方向凹部６によるコンプレッサホイール２の慣性モーメントの低減効果が大きくなる。コンプレッサホイール２をＤ２≧０．５Ｄ１の条件を満たすように構成することで、コンプレッサホイール２の慣性モーメントを効果的に低減でき、これにより、遠心圧縮機１や該遠心圧縮機１を備える過給機（ターボチャージャ）１０の過渡応答特性が改善される。なお、他の幾つかの実施形態では、図５に示されるように、コンプレッサホイール２は、Ｄ２≧０．５Ｄ１の条件を満たすように構成されていなくてもよい。

（背面の外周端の軸方向位置）
幾つかの実施形態では、図２に示されるように、コンプレッサホイール２の軸方向における前端側の端面（前端面）２５から平坦部４までの距離（軸方向距離）をＬ１と定義し、コンプレッサホイール２の軸方向における背面３の外周端３１から平坦部４までの距離（軸方向距離）をＬ２と定義した場合において、コンプレッサホイール２は、Ｌ２≧０．１Ｌ１の条件を満たすように構成された。

上記の構成によれば、上記距離Ｌ２が大きい程、コンプレッサホイール２の回転時において平坦部４に係る応力を低減できる。コンプレッサホイール２をＬ２≧０．１Ｌ１の条件を満たすように構成することで、コンプレッサホイール２の回転時において平坦部４に係る応力を効果的に低減できる。

（径方向凹部）
幾つかの実施形態では、図５に示されるように、コンプレッサホイール２（２Ｂ）の外側面５は、平坦部４の外周端４１よりもコンプレッサホイール２の径方向における内側に凹む径方向凹部７を有する。径方向凹部７は、外側面５のうち、平坦部４の外周端４１よりもコンプレッサホイール２の径方向における内側に位置する部分を意味する。

図５に示される実施形態では、第１円弧部５１は、径方向凹部７において最も径方向における内側に位置する内方端を含む。第１円弧部５１及び第２円弧部５２が径方向凹部７の少なくとも一部を形成している。軸線ＬＡに平行に延在して平坦部４の外周端４１を通る仮想面をＰＬ２とし、第２円弧部５２の仮想面ＰＬ２との交点をＰ２とする。径方向凹部７は、外側面５における交点Ｐ２と平坦部４の外周端４１との間に形成されている。外側面５における交点Ｐ１と交点Ｐ２との間には、軸方向凹部６及び径方向凹部７の両方が形成されている。

上記の構成によれば、径方向凹部７を有するコンプレッサホイール２Ｂは、径方向凹部７を有さないコンプレッサホイール２Ａに比べて、径方向凹部７が形成された領域分だけ質量を低減でき、径方向凹部７が形成された軸方向範囲においてコンプレッサホイール２Ｂに係る遠心力を低減できる。これにより、コンプレッサホイール２Ｂの回転時におけるコンプレッサホイール２Ｂのボア部（ハブ２１の貫通孔２６近傍）に係る応力を低減できる。

幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１は、図１に示されるように、上述したコンプレッサホイール２を備える。この場合には、コンプレッサホイール２に軸方向凹部６や径方向凹部７を設けることで、コンプレッサホイール２の回転時にコンプレッサホイール２に生じる応力を低減でき、コンプレッサホイール２の慣性モーメントを低減できる。

本明細書において、「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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。

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。

上述した幾つかの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ものである。

１）本開示の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサホイール（２）は、
ハブ（２１）と、前記ハブ（２１）の外面（２２）に設けられた少なくとも一つの翼（コンプレッサ翼２３）と、を備えるコンプレッサホイール（２）であって、
前記コンプレッサホイール（２）の背面（３）は、
前記コンプレッサホイール（２）の径方向に沿って延在する平坦部（４）であって、前記背面（３）の外周端（３１）よりも前記コンプレッサホイール（２）の軸方向における後端側に位置する平坦部（４）と、
前記平坦部（４）と前記背面（３）の前記外周端（３１）とを接続する外側面（５）と、を含み、
前記外側面（５）は、前記背面（３）の前記外周端（３１）よりも前記軸方向における前端側に向かって凹む軸方向凹部（６）を有する。

上記１）の構成によれば、軸方向凹部（６）を有するコンプレッサホイール（２）は、軸方向凹部（６）を有さないコンプレッサホイール（０２）に比べて、軸方向凹部（６）が形成された領域分だけ質量を低減でき、軸方向凹部（６）が形成された軸方向範囲においてコンプレッサホイール（２）に係る遠心力を低減できる。これにより、コンプレッサホイール（２）の回転時におけるコンプレッサホイール（２）のボア部（ハブ２１の貫通孔２６近傍）に係る応力を低減できる。また、軸方向凹部（６）を有するコンプレッサホイール（２）は、軸方向凹部（６）を有さないコンプレッサホイール（０２）に比べて、軸方向凹部（６）が形成された領域分だけ質量を低減することで、コンプレッサホイール（２）の慣性モーメント（イナーシャ）が減少するため、遠心圧縮機（１）や該遠心圧縮機（１）を備えるターボチャージャ（１０）の過渡応答特性が改善される。

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載のコンプレッサホイール（２）であって、
前記外側面（５）は、
前記コンプレッサホイール（２）の軸線（ＬＡ）に沿った断面において円弧状に延びる少なくとも１つの円弧部（５Ａ）と、
前記軸線（ＬＡ）に沿った断面において直線状に延びる少なくとも１つの直線部（５Ｂ）と、を含む。

上記２）の構成によれば、外側面（５）は、少なくとも１つの円弧部（５Ａ）と、少なくとも１つの直線部（５Ｂ）と、を含むことで、外側面（５）を滑らかな形状とすることができる。外側面（５）を滑らかな形状とすることで、コンプレッサホイール（２）の回転時におけるコンプレッサホイール（２）の上記ボア部に係る応力を効果的に低減できる。

３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のコンプレッサホイール（２）であって、
前記少なくとも１つの円弧部（５Ａ）は、
後側端（５１１）が前記平坦部（４）に接続され、前側端（５１２）が前記後側端（５１１）よりも前記軸方向における前記前端側に位置する第１円弧部（５１）と、
内周端（５２１）が前記第１円弧部（５１）の前記前側端（５１２）に接続され、前記内周端（５２１）から前記径方向における外側に延びる第２円弧部（５２）と、を少なくとも含み、
前記少なくとも１つの直線部（５Ｂ）は、
内周端（５３１）が前記第２円弧部（５２）の外周端（５２２）に接続され、前記内周端（５３１）から前記径方向における外側に直線状に延びる第１直線部（５３）を少なくとも含む。

上記３）の構成によれば、外側面（５）は、第１円弧部（５１）、第２円弧部（５２）及び第１直線部（５３）を含むことで、外側面（５）を複雑性が比較的低く、不連続点を有さない滑らかな形状とすることができる。外側面（５）を滑らかな形状とすることで、コンプレッサホイール（２）の回転時におけるコンプレッサホイール（２）の上記ボア部に係る応力を効果的に低減できる。また、外側面（５）は、第１円弧部（５１）、第２円弧部（５２）及び第１直線部（５３）を含むことで、コンプレッサホイール（２）の外側面（５）が形成された背面部が十分な強度を確保することができる。また、上記３）の構成によれば、外側面（５）は、第１円弧部（５１）、第２円弧部（５２）及び第１直線部（５３）を含むことで、翼（コンプレッサ翼２３）の振動特性が遠心圧縮機（１）又は該遠心圧縮機（１）を備える過給機（１０）の運転に伴い変動することを抑制できる。

４）幾つかの実施形態では、上記３）に記載のコンプレッサホイール（２）であって、
前記第１円弧部（５１）又は前記第２円弧部（５２）の少なくとも一方は、
前記軸方向凹部（６）において最も前記軸方向における前記前端側に位置する前方端（５０）を含む。

上記４）の構成によれば、不連続点を有さない第１円弧部（５１）又は第２円弧部（５２）に前方端（５０）を設けることで、コンプレッサホイール（２）の回転時における前方端（５０）の応力集中を抑制できる。これにより、コンプレッサホイール（２）の回転時におけるコンプレッサホイール（２）の上記ボア部に係る応力を効果的に低減できる。

５）幾つかの実施形態では、上記３）又は４）に記載のコンプレッサホイール（２）であって、
前記第１円弧部（５１）の曲率半径（Ｒ１）は、前記第２円弧部（５２）の曲率半径（Ｒ２）よりも小さい。

上記５）の構成によれば、平坦部（４）に後側端（５１１）が接続される第１円弧部（５１）の曲率半径（Ｒ１）を比較的小さなものとすることで、コンプレッサホイール（２）の回転時において平坦部（４）に係る応力を低減できる。また、第１円弧部（５１）と第１直線部（５３）とを繋ぐ第２円弧部（５２）の曲率半径（Ｒ２）を比較的大きなものとすることで、外側面（５）の第１円弧部（５１）、第２円弧部（５２）及び第１直線部（５３）を滑らかな形状とすることができる。

６）幾つかの実施形態では、上記３）から上記５）までの何れかに記載のコンプレッサホイール（２）であって、
前記第１直線部（５３）は、前記内周端（５３１）が外周端（５３２）よりも前記軸方向における前記前端側に位置するように傾斜している。

上記６）の構成によれば、第１直線部（５３）の内周端（５３１）が外周端（５３２）よりも前端側に位置するように第１直線部（５３）を傾斜形状とすることで、第１直線部（５３）の内周端（５３１）に接続される第２円弧部（５２）の曲率半径（Ｒ２）を比較的大きなものとすることが容易となる。これにより、外側面（５）の第２円弧部（５２）と第１直線部（５３）を滑らかに接続できる。

７）幾つかの実施形態では、上記１）から上記６）までの何れかに記載のコンプレッサホイール（２）であって、
前記コンプレッサホイール（２）の軸線（ＬＡ）から前記背面（３）の前記外周端（３１）までの距離をＤ１と定義し、前記軸線（ＬＡ）から前記軸方向凹部（６）において最も前記軸方向における前記前端側に位置する前方端（５０）までの距離をＤ２と定義した場合において、前記コンプレッサホイール（２）は、Ｄ２≧０．５Ｄ１の条件を満たすように構成された。

上記７）の構成によれば、上記距離Ｄ２が大きい程、軸方向凹部（６）によるコンプレッサホイール（２）の慣性モーメントの低減効果が大きくなる。コンプレッサホイール（２）をＤ２≧０．５Ｄ１の条件を満たすように構成することで、コンプレッサホイール（２）の慣性モーメントを効果的に低減でき、これにより、遠心圧縮機（１）や該遠心圧縮機（１）を備えるターボチャージャ（１０）の過渡応答特性が改善される。

８）幾つかの実施形態では、上記１）から上記７）までの何れかに記載のコンプレッサホイール（２）であって、
前記コンプレッサホイール（２）の前記軸方向における前記前端側の端面（２５）から前記平坦部（４）までの距離をＬ１と定義し、前記軸方向における前記背面（３）の前記外周端（３１）から前記平坦部（４）までの距離をＬ２と定義した場合において、前記コンプレッサホイール（２）は、Ｌ２≧０．１Ｌ１の条件を満たすように構成された。

上記８）の構成によれば、上記距離Ｌ２が大きい程、コンプレッサホイール（２）の回転時において平坦部（４）に係る応力を低減できる。コンプレッサホイール（２）をＬ２≧０．１Ｌ１の条件を満たすように構成することで、コンプレッサホイール（２）の回転時において平坦部（４）に係る応力を効果的に低減できる。

９）幾つかの実施形態では、上記１）から上記８）までの何れかに記載のコンプレッサホイール（２）であって、
前記外側面（５）は、前記平坦部（４）の外周端（４１）よりも前記コンプレッサホイール（２）の前記径方向における内側に凹む径方向凹部（７）を有する。

上記９）の構成によれば、径方向凹部（７）を有するコンプレッサホイール（２Ｂ）は、径方向凹部（７）を有さないコンプレッサホイール（２Ａ）に比べて、径方向凹部（７）が形成された領域分だけ質量を低減でき、径方向凹部（７）が形成された軸方向範囲においてコンプレッサホイール（２Ｂ）に係る遠心力を低減できる。これにより、コンプレッサホイール（２Ｂ）の回転時におけるコンプレッサホイール（２Ｂ）のボア部（ハブ２１の貫通孔２６近傍）に係る応力を低減できる。

１０）本開示の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機（１）は、
上記１）から上記９）までの何れかに記載のコンプレッサホイール（２）を備える。

上記１０）の構成によれば、コンプレッサホイール（２）に軸方向凹部（６）や径方向凹部（７）を設けることで、コンプレッサホイール（２）の回転時にコンプレッサホイール（２）に生じる応力を低減でき、コンプレッサホイール（２）の慣性モーメントを低減できる。

１，０１ 遠心圧縮機
２，０２ コンプレッサホイール
２１ ハブ
２３ コンプレッサ翼
３ 背面
４ 平坦部
５，０５ 外側面
６ 軸方向凹部
７ 径方向凹部
１０ 過給機
１１ タービン
１２ タービンロータ
１３ タービンハウジング
１４ コンプレッサハウジング
１５ 回転シャフト
１６ 軸受
１７ 軸受ハウジング
１８ 当接部
１８Ａ スリーブ
１９ 係止部材
２１ ハブ
２２ 外面
２３ コンプレッサ翼
２３Ａ 長翼
２３Ｂ 短翼
２４ チップ側端
２５ 前端面
２６ 貫通孔
３１ 外周端
４０ 平坦面
１２１ ハブ
１２２ タービン翼
１３１ スクロール流路
１３２ 排ガス排出流路
１４１ シュラウド面
１４２ 気体導入流路
１４３ ディフューザ流路
１４４ スクロール流路
ＬＡ 軸線

Claims (9)

1. ハブと、前記ハブの外面に設けられた少なくとも一つの翼と、を備えるコンプレッサホイールであって、
   前記コンプレッサホイールは金属材料により構成され、
   前記コンプレッサホイールの背面は、
   前記コンプレッサホイールの径方向に沿って延在する平坦部であって、前記背面の外周端よりも前記コンプレッサホイールの軸方向における後端側に位置する平坦部と、
   前記平坦部と前記背面の前記外周端とを接続する外側面と、を含み、
   前記外側面は、前記背面の前記外周端よりも前記軸方向における前端側に向かって凹む、前記コンプレッサホイールの周方向に沿って延在する環状の軸方向凹部を有し、
   前記コンプレッサホイールの軸線から前記背面の前記外周端までの距離をＤ１と定義し、前記軸線から前記軸方向凹部において最も前記軸方向における前記前端側に位置する前方端までの距離をＤ２と定義した場合において、前記コンプレッサホイールは、Ｄ２≧０．５Ｄ１の条件を満たすように構成された、
   コンプレッサホイール。
2. 前記外側面は、
   前記コンプレッサホイールの軸線に沿った断面において円弧状に延びる少なくとも１つの円弧部と、
   前記軸線に沿った断面において直線状に延びる少なくとも１つの直線部と、を含む、
   請求項１に記載のコンプレッサホイール。
3. 前記少なくとも１つの円弧部は、
   後側端が前記平坦部に接続され、前側端が前記後側端よりも前記軸方向における前記前端側に位置する第１円弧部と、
   内周端が前記第１円弧部の前記前側端に接続され、前記内周端から前記径方向における外側に延びる第２円弧部と、を少なくとも含み、
   前記少なくとも１つの直線部は、
   内周端が前記第２円弧部の外周端に接続され、前記内周端から前記径方向における外側に直線状に延びる第１直線部を少なくとも含む、
   請求項２に記載のコンプレッサホイール。
4. 前記第１円弧部又は前記第２円弧部の少なくとも一方は、
   前記軸方向凹部において最も前記軸方向における前記前端側に位置する前方端を含む、
   請求項３に記載のコンプレッサホイール。
5. 前記第１円弧部の曲率半径は、前記第２円弧部の曲率半径よりも小さい、
   請求項３又は４に記載のコンプレッサホイール。
6. 前記第１直線部は、前記内周端が外周端よりも前記軸方向における前記前端側に位置するように傾斜している、
   請求項３に記載のコンプレッサホイール。
7. 前記コンプレッサホイールの前記軸方向における前記前端側の端面から前記平坦部までの距離をＬ１と定義し、前記軸方向における前記背面の前記外周端から前記平坦部までの距離をＬ２と定義した場合において、前記コンプレッサホイールは、Ｌ２≧０．１Ｌ１の条件を満たすように構成された、
   請求項１乃至４、６の何れか１項に記載のコンプレッサホイール。
8. 前記外側面は、前記平坦部の外周端よりも前記コンプレッサホイールの前記径方向における内側に凹む径方向凹部を有する、
   請求項１乃至４、６の何れか１項に記載のコンプレッサホイール。
9. 請求項１乃至４、６の何れか１項に記載のコンプレッサホイールを備える遠心圧縮機。