WO2016002031A1 - コンプレッサ - Google Patents

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WO2016002031A1
WO2016002031A1 PCT/JP2014/067703 JP2014067703W WO2016002031A1 WO 2016002031 A1 WO2016002031 A1 WO 2016002031A1 JP 2014067703 W JP2014067703 W JP 2014067703W WO 2016002031 A1 WO2016002031 A1 WO 2016002031A1
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WO
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housing
resin
impeller
shroud
compressor
Prior art date
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PCT/JP2014/067703
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English (en)
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渡辺　大剛
勲 冨田
良次 岡部
鈴木　浩
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三菱重工業株式会社
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Priority to PCT/JP2014/067703 priority patent/WO2016002031A1/ja
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    • F05D2300/50212—Expansivity dissimilar

Definitions

  • This disclosure relates to compressors.
  • the compressor is used in, for example, a turbocharger (exhaust turbine supercharger) mounted on an automobile or the like.
  • the turbocharger has an exhaust turbine that converts the energy of exhaust gas into power, and the compressor is driven by the power output from the exhaust turbine.
  • the compressor compresses air supplied to the engine, thereby improving the thermal efficiency of the engine.
  • the compressor includes a housing and an impeller housed in the housing.
  • the impeller has a hub and a plurality of blades disposed on the outer peripheral surface of the hub, and the outer peripheral surface of the hub has a trumpet shape.
  • the housing has a shroud portion that forms a fluid flow path with the outer peripheral surface of the hub, and the fluid is accelerated by blades that rotate in the process of passing through the fluid flow path.
  • the housing is generally made of a metal such as an aluminum casting or cast steel, but in recent years, a resin housing has been used for the purpose of weight reduction and cost reduction.
  • the resin housing has a large thermal expansion as compared with the metal housing, and there is a problem that the clearance between the housing and the blades increases as the temperature of the housing increases, and the compressor efficiency decreases.
  • the resin housing has a lower strength than the metal housing, and when the impeller is damaged, in order to prevent scattering of the impeller fragments to the outside, that is, to increase containment,
  • the housing must be reinforced by increasing the thickness of the housing or providing ribs.
  • a metal shroud (metal shroud) is disposed between the impeller and the resin housing. Since the amount of thermal deformation of the metal shroud is smaller than that of the resin, the amount of expansion of the gap between the metal shroud and the blade accompanying the temperature rise of the metal shroud can be made relatively small. For this reason, when a metal shroud is provided, good compressor efficiency can be ensured. Further, since the metal shroud has excellent strength, good containment properties are ensured.
  • Patent Document 1 when a resin housing is used, a good compressor efficiency and containment can be ensured by providing a metal shroud. However, regardless of the presence or absence of a metal shroud, it is desirable to ensure good compressor efficiency and containment due to the characteristics of the resin housing itself.
  • At least one embodiment of the present invention uses a housing made of a resin-based material, and a compressor that ensures good compressor efficiency and containment properties regardless of the presence or absence of a metal metal shroud.
  • the purpose is to provide.
  • the present inventors have intensively studied.
  • the housing needs to be able to absorb the collision energy of the impeller fragments by deformation. From such a viewpoint, it is preferable that the resin material used for the housing has high toughness.
  • PA46 is a kind of polyamide resin. Therefore, by simulation, a change in the shape of the housing made only of the resin-based material mainly composed of PA46 when the metal impeller was damaged at a temperature of 100 ° C. was evaluated. As a result, it has been found that although the housing is greatly deformed several milliseconds after the impeller is damaged, no cracks are generated.
  • the gap between the housing and the impeller blades needs to be kept narrow, and the amount of thermal deformation of the resin-based material is preferably small.
  • PA 46 has a large amount of thermal deformation, and it is difficult to ensure good compressor efficiency when a housing made of only a resin material having PA 46 as a main component is used for the compressor.
  • PA9T is a kind of polyamide resin.
  • the breaking strain (equivalent breaking strain) at this time was about 0.01 mm / mm.
  • PA9T has good thermal deformability and low toughness, and the impact energy received from the impeller fragments cannot be sufficiently absorbed by deformation, and the housing is brittlely broken. It is done.
  • the inventors of the present invention have further studied, and if a housing made of a resin-based material having static tensile strength and breaking strain within a predetermined range, good compressor efficiency and containment properties are ensured.
  • the knowledge that it can be obtained has been obtained, and the present invention has been conceived.
  • a compressor includes: An impeller including a hub and a plurality of blades provided on an outer surface of the hub; A housing for housing the impeller, The housing is A shroud portion surrounding the impeller while forming a fluid flow path between the outer surface and the outer surface of the hub; A casing portion that is formed integrally with the shroud portion and supports the shroud portion;
  • the shroud portion includes a first resin material having a static tensile strength of 65 MPa or more and 200 MPa or less at a temperature of 100 degrees and a breaking strain of 0.3 mm / mm or less,
  • the casing portion includes a second resin material having a static tensile strength of 40 MPa or more and a breaking strain of 0.1 mm / mm or more at a temperature of 100 degrees.
  • the compressor according to the embodiment of (1) above Since the static tensile strength of the first resin material is 65 MPa or more and 200 MPa or less and the breaking strain is 0.3 mm / mm or less, the amount of thermal deformation of the shroud portion due to the temperature rise of the compressor is small. For this reason, the clearance gap between a shroud part and the blade
  • the casing portion has high toughness. For this reason, when the fragment of an impeller collides with a housing, the casing part deform
  • the first resin material and the second resin material each include a polyamide resin.
  • the polyamide-based resin is thermoplastic, and when the first resin-based material and the second resin-based material each including the polyamide-based resin are used, simple manufacturing methods such as extrusion molding, injection molding, and resin lamination method With this, the housing can be manufactured. Thereby, the time and cost concerning manufacture of a housing can be reduced.
  • the shroud portion includes PA9T as the first resin material, and the casing portion includes the second resin system.
  • PA46 is included as a material.
  • PA9T is highly heat-resistant, the gap between the shroud and the impeller blades is kept narrow, and good compressor efficiency is ensured.
  • PA46 has high toughness, the casing portion is deformed to reliably absorb the collision energy of the impeller fragments, and the housing is prevented from being broken.
  • the shroud portion and the casing portion are integrated by heat welding.
  • the housing can be easily manufactured by thermally welding the shroud portion and the casing portion to each other.
  • a compressor in which good compressor efficiency and containment properties are ensured regardless of the presence or absence of a metal metal shroud while using a housing made of a resin material.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a shroud portion in FIG. 1.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes in a strict geometric sense, but also within the range where the same effect can be obtained.
  • a shape including a chamfered portion or the like is also expressed.
  • FIG 1 and 2 are longitudinal sectional views schematically showing a turbocharger including a compressor 12 according to some embodiments of the present invention.
  • the turbocharger is applied to an internal combustion engine such as a vehicle or a ship.
  • the turbocharger has a turbine 10 and a centrifugal compressor 12.
  • the turbine 10 includes a turbine housing 14 and a turbine blade (turbine impeller) 16 rotatably accommodated in the turbine housing 14, and the compressor 12 is rotatably accommodated in the housing 18. And an impeller (compressor impeller) 20.
  • the turbine housing 14 and the housing 18 are fixed to a bearing housing (casing) 22 by a fastening member (not shown), and the turbine rotor blade 16 of the turbine 10 and the impeller 20 of the compressor 12 are driven through a drive shaft (turbine).
  • the rotors 24 are connected to each other. Accordingly, the turbine rotor blade 16, the impeller 20, and the drive shaft 24 are disposed on the same axis line 26.
  • the turbine rotor blade 16 of the turbine 10 is rotated by, for example, exhaust gas discharged from the internal combustion engine, whereby the impeller 20 of the compressor 12 is rotated via the drive shaft 24.
  • the intake air supplied to the internal combustion engine is compressed by the rotation of the impeller 20.
  • the turbine housing 14 includes a turbine tube portion (turbine shroud portion) 28 that houses the turbine rotor blades 16 and a turbine scroll portion 30 that surrounds a portion of the turbine tube portion 28 on the bearing housing 22 side.
  • the turbine scroll part 30 has an exhaust gas inlet (not shown) and communicates with the turbine cylinder part 28 via a throat part 32.
  • the opening of the turbine cylinder portion 28 on the side opposite to the bearing housing 22 forms an exhaust gas outlet.
  • the end wall 34 of the bearing housing 22 is fitted into the opening of the turbine housing 14 on the bearing housing 22 side.
  • a cylindrical seal portion 36 is integrally and coaxially provided on the end wall 34, and the seal portion 36 forms a seal hole that penetrates the center of the end wall 34.
  • An end of the drive shaft 24 on the turbine blade 16 side is disposed in the seal portion 36, and a seal ring 38 is disposed in a gap between the drive shaft 24 and the seal portion 36.
  • An annular back plate 40 is disposed in an annular recess between the end wall 34 and the rear surface of the turbine rotor blade 16.
  • the outer peripheral portion of the back plate 40 is sandwiched between the turbine housing 14 and the bearing housing 22, and the inner peripheral edge of the back plate 40 surrounds the seal portion 36.
  • a bearing portion 44 is provided integrally with the peripheral wall 42, and a bearing hole 45 is formed in the bearing portion 44.
  • a bearing hole 45 is formed in the bearing portion 44.
  • two floating bushes 46 are arranged in the bearing hole 45 of the bearing portion 44, and the central portion of the drive shaft 24 passes through the floating bush 46, and the inside of the bearing hole 45 of the bearing portion 44 is inside. Placed in.
  • a plate-shaped thrust member 48 orthogonal to the axis 26 is fixed to the end face of the bearing portion 44 on the compressor 12 side, and the drive shaft 24 passes through the through hole of the thrust member 48.
  • a thrust collar 50 and a thrust sleeve 52 are fitted to the drive shaft 24, and the thrust member 48, the thrust collar 50, and the thrust sleeve 52 constitute a thrust bearing device.
  • the peripheral wall 42 of the bearing housing 22 is provided with an oil supply port 54 and an oil discharge port 56, and the bearing portion 44 and the thrust member 48 are used for supplying lubricating oil to the bearing clearances of the radial bearing and the thrust bearing.
  • An oil supply path is formed.
  • an oil deflector 58 is installed so as to cover the surface of the thrust member 48 on the compressor 12 side in order to prevent the lubricating oil from scattering in the direction of the compressor 12.
  • a lid member 60 having a seal hole at the center is fitted into the opening of the bearing housing 22 on the compressor 12 side, and the lid member 60 is fixed to the bearing housing 22 by a fixing ring 61.
  • the thrust sleeve 52 passes through the seal hole of the lid member 60, and a seal ring (not shown) is disposed in the gap between the thrust sleeve 52 and the seal hole.
  • the impeller 20 of the compressor 12 includes a hub 62 and a plurality of blades 66 provided on the outer surface 64 of the hub 62.
  • the hub 62 has a rotationally symmetric shape around the axis 26. In the direction along the axis 26, one end side of the hub 62 is located on the intake inlet side, and the other end side of the hub 62 is located on the bearing housing 22 side.
  • the outer surface of the hub 62 has a trumpet shape that expands toward the other end side, and the hub 62 has a back surface 68 that faces the lid member 60 on the other end side.
  • the plurality of wings 66 are disposed on the outer surface 64 of the hub 62 at intervals in the circumferential direction.
  • the drive shaft 24 penetrates the hub 62, a female screw is formed on the distal end side of the drive shaft 24 located on one end side of the hub 62, and a nut as a fastening member 70 is screwed to the female screw.
  • the fastening member 70 abuts on one end side of the hub 62 and applies an axial force toward the turbine 10 in the direction along the axis 26 to the impeller 20.
  • the housing 18 of the compressor 12 that houses the impeller 20 has a cylindrical portion 72, a diffuser portion 74, and a scroll portion 76 in view of the shape.
  • An inlet for fluid (intake air) to be compressed is formed at one end side of the cylindrical portion 72, and a diffuser portion 74 is integrally formed at the other end side of the cylindrical portion 72.
  • the scroll portion 76 is formed integrally with the diffuser portion 74 and surrounds the other end side of the cylindrical portion 72.
  • a fluid passage 78 is formed between the cylindrical portion 72 and the outer surface 64 of the hub 62 of the impeller 20, and a diffuser passage 82 is formed between the diffuser portion 74 and the end wall 80 of the bearing housing 22.
  • the scroll part 76 and the end wall 80 form a scroll channel 84.
  • the fluid flow path 78 is bent toward the radially outer side of the hub 62 corresponding to the shape of the outer surface 64 of the hub 62, and is connected to the scroll flow path 84 via the diffuser flow path 82.
  • the fluid to be compressed flows into the housing from one end side of the cylindrical portion 72, flows through the fluid flow path 78, the diffuser flow path 82, and the scroll flow path 84, and is compressed.
  • a fluid outlet is formed in the scroll portion 76, and the compressed fluid flows out of the housing 18 through the outlet.
  • the housing 18 has a shroud portion 86 (86A, 86B) and a casing portion 88 (88A, 88B) when attention is paid to the constituent material or the physical properties of the constituent material.
  • the shroud portion 86 surrounds the impeller 20, and forms a fluid flow path 78 between the outer surface 64 and the outer surface 64 of the hub 62 of the impeller 20.
  • the casing part 88 is formed integrally with the shroud part 86.
  • the casing part 88 is fixed to the bearing housing 22 and supports the shroud part 86.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a stress strain diagram of the first resin material and the second resin material.
  • the shroud portion 86 includes a first resin-based material, and in some embodiments includes a first resin-based material as a main component. In some embodiments, the shroud portion 86 is substantially composed of a first resin-based material.
  • the first resin material has a static tensile strength (maximum true stress) of 65 MPa or more and 200 MPa or less at a temperature of 100 degrees, and a breaking strain of 0 mm / mm or more and 0.3 mm / mm or less.
  • the casing portion 88 includes a second resin material, and in some embodiments includes a second resin material as a main component. In some embodiments, the casing portion 88 is substantially composed of a second resin-based material.
  • the second resin-based material has a static tensile strength (maximum true stress) of 40 MPa or more and a breaking strain of 0.1 mm / mm or more at a temperature of 100 degrees.
  • the breaking strain of the second resin-based material is 0.2 mm / mm or more.
  • the second resin material has a static tensile strength of 150 MPa or less and a breaking strain of 0.4 mm / mm or less.
  • the static tensile strength and the breaking strain of the first resin material and the second resin material are values obtained by a tensile test.
  • the housing 18 since the housing 18 includes the shroud portion 86 including the first resin material and the casing portion 88 including the second resin material, the weight can be reduced.
  • the static tensile strength of the first resin material is 65 MPa or more and 200 MPa or less, and the breaking strain is 0.3 mm / mm or less.
  • the amount of thermal deformation of the shroud portion 86 is small. For this reason, the clearance gap between the shroud part 86 and the blade
  • the casing portion 88 has high toughness. For this reason, when the fragment of the impeller 20 collides with the housing 18, the casing part 88 deform
  • the first resin material and the second resin material each include a polyamide resin.
  • the polyamide-based resin is thermoplastic, and when the first resin-based material and the second resin-based material each including the polyamide-based resin are used, simple manufacturing methods such as extrusion molding, injection molding, and resin lamination method Thus, the housing 18 can be manufactured. Thereby, the time and cost which manufacture the housing 18 can be reduced.
  • the shroud portion 86 includes PA9T as the first resin-based material, and the casing portion 88 includes PA46 as the second resin-based material.
  • PA9T has high heat resistance
  • the gap between the shroud portion 86 and the blade 66 of the impeller 20 is kept narrow, and good compressor efficiency is ensured.
  • PA 46 has high toughness, the casing 88 is deformed, so that the collision energy of the fragments of the impeller 20 is reliably absorbed, and the housing 18 is prevented from being broken.
  • the toughness is represented by a value obtained by integrating the true stress with the true strain in the stress-strain diagram of FIG. 3, and the integration range is from zero to the fracture strain. Therefore, the toughness of PA9T is represented by area S1, and the toughness of PA46 is represented by area S2.
  • the area S2 is larger than the area S1, and it can be seen that PA46 has higher toughness than PA9T.
  • the shroud portion 86 and the casing portion 88 are integrated by heat welding.
  • the housing 18 can be easily manufactured by thermally welding the shroud portion 86 and the casing portion 88 that are separately molded.
  • the first resin material is a fiber reinforced plastic including a polyamide resin and glass fibers
  • the glass fibers are, for example, long fibers having a fiber length of 1 mm to 2 mm.
  • the second resin-based material is a fiber-reinforced plastic including a polyamide-based resin and glass fibers
  • the glass fibers are short fibers having a fiber length of 0.1 mm to 0.2 mm, for example.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing the shroud portion 86A in FIG.
  • the shroud portion 86 includes a tube portion 90 (90A, 90B) and a collar portion 92 (92A, 92B).
  • the flange portion 92 is connected to one end side of the cylindrical portion 90, and the inner peripheral surface 93 (93A, 93B) of the cylindrical portion 90 is gradually enlarged toward the flange portion 92 at one end side, and has a trumpet shape.
  • a fluid flow path 78 is formed between the inner peripheral surface 93 of the cylindrical portion 90 and the outer surface 64 of the hub 62, and a diffuser flow path 82 is formed between the flange portion 92 and the end wall 80 of the bearing housing 22. .
  • the casing portion 88 has a recess 95 (95 ⁇ / b> A, 95 ⁇ / b> B) in which the tube portion 90 of the shroud portion 86 is disposed, and the tube portion of the housing 18.
  • the inner peripheral surface of 72 is formed without a step by the casing portion 88 and the shroud portion 86.
  • the casing portion 88 continuously extends from the cylindrical portion 72 of the housing 18 to the scroll portion 76 via the diffuser portion 74, and the cylindrical portion 72 and the scroll portion 76 are part of the casing portion 88. Bridged by the department. According to this structure, since the casing part 88 has spread over the cylinder part 72, the diffuser part 74, and the scroll part 76 continuously, a collision energy can be absorbed efficiently.
  • the outer surface of the housing 18 is formed by a casing portion 88.
  • the radially outer edge of the flange 92 ⁇ / b> A is located radially inward of the scroll flow path 84.
  • the radially outer edge of the flange 92 ⁇ / b> B is located inside the scroll flow path 84.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
  • the first resin material and the second resin material are different, but the same material may be used.
  • the resin-based material used as the first resin-based material and the second resin-based material has a static tensile strength (maximum true stress) of 65 MPa or more and 200 MPa or less at a temperature of 100 degrees, and a fracture strain. Is 0.1 mm / mm or more and 0.3 mm / mm or less.
  • the first resin-based material and the second resin-based material may include a material other than glass fiber, for example, carbon fiber, as a reinforcing material.
  • the first resin-based material and the second resin-based material may not include a reinforcing material.
  • the casing portion 88 and the shroud portion 86 are joined by heat welding, but may be joined by an adhesive.
  • the cylindrical portion 90B and the flange portion 92B have the same thickness, but the thickness of the cylindrical portion 90 and the flange portion 92 is not particularly limited.
  • the housing 18 may be formed with a recirculation path for returning a part of the fluid flowing through the fluid flow path 78 to the upstream side.
  • the present invention can be applied to a compressor other than an automobile turbocharger, for example, a car air conditioner compressor or a marine turbocharger compressor.

Abstract

コンプレッサは、ハブ及び該ハブの外表面に設けられた複数の翼を含む羽根車と、前記羽根車を収容するハウジングとを備え、前記ハウジングは、前記ハブの外表面と対向して前記外表面との間に流体流路を形成しながら前記羽根車を囲むシュラウド部と、前記シュラウド部と一体に形成され、前記シュラウド部を支持するケーシング部とを有し、前記シュラウド部は、温度１００度において、静的引張強度が６５ＭＰａ以上２００Ｍｐａ以下であり、且つ、破断ひずみが０．３ｍｍ／ｍｍ以下である第１の樹脂系材料を含み、前記ケーシング部は、温度１００度において、静的引張強度が４０ＭＰａ以上であり、且つ、破断ひずみが０．１ｍｍ／ｍｍ以上である第２の樹脂系材料を含む。

Description

コンプレッサ
　本開示はコンプレッサに関する。
　コンプレッサは、例えば、自動車等に搭載されるターボチャージャ（排気タービン過給機）に用いられる。ターボチャージャは、排気ガスのエネルギを動力に変換する排気タービンを有し、排気タービンが出力した動力によりコンプレッサが駆動される。コンプレッサは作動中、エンジンに供給される空気を圧縮し、これによりエンジンの熱効率の向上等が図られる。
　コンプレッサは、ハウジングとハウジング内に収容された羽根車とを備える。羽根車はハブと、ハブの外周面に配置された複数の翼を有し、ハブの外周面はラッパ形状を有している。ハウジングは、ハブの外周面との間に流体流路を形成するシュラウド部を有し、流体は、流体流路を通過する過程で回転する翼により加速される。ハウジングは、一般的に、アルミ鋳物や鋳鋼等の金属からなるが、近年、軽量化やコスト低減等の目的で、樹脂製のハウジングが使用されている。
　しかしながら、樹脂製のハウジングは金属製のハウジングに比べて熱膨張が大きく、ハウジングの温度上昇とともにハウジングと翼の間の隙間が広がり、コンプレッサ効率が低下してしまうという問題がある。また、樹脂製のハウジングは、金属製のハウジングに比べて強度が低く、羽根車が破損したときに羽根車の破片の外部への飛散を防止するために、すなわちコンテインメント性を高めるために、ハウジングの肉厚を厚くしたり、リブを設ける等、ハウジングを補強しなければならない。これにより、樹脂製のハウジングを用いることによる軽量化やコスト低減等のメリットが相殺されるという問題もある。
　これらの問題を解決するために、特許文献１が開示するコンプレッサでは、羽根車と樹脂製のハウジングとの間に金属製のシュラウド（メタルシュラウド）が配置されている。メタルシュラウドの熱変形量は樹脂に比べて小さいので、メタルシュラウドの温度上昇に伴うメタルシュラウドと翼の間の隙間の拡大量を相対的に小さくすることができる。このためメタルシュラウドを設けた場合、良好なコンプレッサ効率を確保することができる。また、メタルシュラウドは優れた強度を有するので、良好なコンテインメント性が確保される。
特開２０１１－０６４１１８号公報
　特許文献１に開示されているように、樹脂製のハウジングを用いた場合、メタルシュラウドを設けることにより、良好なコンプレッサ効率やコンテインメント性を確保することができる。しかしながら、メタルシュラウドの有無にかかわらずに、樹脂製のハウジング自身の特性により、良好なコンプレッサ効率やコンテインメント性を確保することが望ましい。
　上記事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、樹脂系材料からなるハウジングを用いながら、金属製のメタルシュラウドの有無にかかわらずに、良好なコンプレッサ効率やコンテインメント性が確保されたコンプレッサを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明者らは鋭意検討を行なった。
　まず、良好なコンテインメント性を確保するには、ハウジングの破断を防止する必要があり、そのためには、ハウジングが、羽根車の破片の衝突エネルギを変形により吸収可能であることが必要である。このような観点から、ハウジングに用いられる樹脂系材料の靱性は高いことが好ましい。
　比較的高い靱性を有する樹脂系材料としては、例えば、ポリアミド系樹脂の一種であるＰＡ４６がある。そこでシミュレーションにより、１００℃の温度にて金属製の羽根車が損傷した場合における、ＰＡ４６を主成分とする樹脂系材料のみからなるハウジングの形状変化を評価した。この結果、羽根車が損傷してから数ミリ秒後にハウジングが大きく変形するものの、亀裂までは発生しないことが判明した。
　一方、良好なコンプレッサ効率を確保するためには、ハウジングと羽根車の翼との隙間が狭小に保たれる必要があり、樹脂系材料の熱変形量が小さいことが好ましい。
　この点、ＰＡ４６は熱変形量が大きく、ＰＡ４６を主成分とする樹脂系材料のみからなるハウジングをコンプレッサに用いた場合、良好なコンプレッサ効率を確保することは困難である。
　比較的熱変形量が小さい樹脂系材料としては、例えば、ポリアミド系樹脂の一種であるＰＡ９Ｔがある。そこでシミュレーションにより、１００℃の温度にて金属製の羽根車が損傷した場合における、ＰＡ９Ｔを主成分とする樹脂系材料からのみなるハウジングの形状変化を評価した。この結果、羽根車が損傷してから数ミリ秒後にはハウジングの全周にわたって亀裂が生じて破断してしまうことが判明した。このときの破断ひずみ（相当破断ひずみ）は、約０．０１ｍｍ／ｍｍであった。
　このようなハウジングの破断は、ＰＡ９Ｔが良好な熱変形性を有する一方で低靱性であり、羽根車の破片から受けた衝撃エネルギを変形により十分に吸収できず、ハウジングが脆性破壊したものと考えられる。
　上記評価結果に基づき、本願発明者らは更に検討を行い、静的引張強度及び破断ひずみがそれぞれ所定範囲内にある樹脂系材料からなるハウジングを用いれば、良好なコンプレッサ効率及びコンテインメント性を確保できるとの知見を得て、本発明に想到した。
　（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサは、
　ハブ及び該ハブの外表面に設けられた複数の翼を含む羽根車と、
　前記羽根車を収容するハウジングと
を備え、
　前記ハウジングは、
　前記ハブの外表面と対向して前記外表面との間に流体流路を形成しながら前記羽根車を囲むシュラウド部と、
　前記シュラウド部と一体に形成され、前記シュラウド部を支持するケーシング部とを有し、
　前記シュラウド部は、温度１００度において、静的引張強度６５ＭＰａ以上２００Ｍｐａ以下であり、且つ、破断ひずみが０．３ｍｍ／ｍｍ以下である第１の樹脂系材料を含み、
　前記ケーシング部は、温度１００度において、静的引張強度が４０ＭＰａ以上であり、且つ、破断ひずみが０．１ｍｍ／ｍｍ以上である第２の樹脂系材料を含む。
　上記（１）の実施形態に係るコンプレッサによれば、
　第１の樹脂系材料の静的引張強度が６５ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下であり、且つ、破断ひずみが０．３ｍｍ／ｍｍ以下であるため、コンプレッサの温度上昇によるシュラウド部の熱変形量が小さい。このため、シュラウド部と羽根車の翼との間の隙間が狭小に保たれ、良好なコンプレッサ効率が確保される。
　一方、第２の樹脂系材料の静的引張強度が４０ＭＰａ以上であり、且つ、破断ひずみが０．１ｍｍ／ｍｍ以上であるため、ケーシング部は高い靱性を有する。このため、羽根車の破片がハウジングに衝突したときに、ケーシング部が変形することにより、衝突のエネルギを吸収する。このため、ハウジングの破断を防止することができる。
　（２）幾つか実施形態では、上記（１）の構成において、第１の樹脂系材料及び第２の樹脂系材料は、ポリアミド系樹脂をそれぞれ含む。
　ポリアミド系樹脂は熱可塑性であり、ポリアミド系樹脂をそれぞれ含む第１の樹脂系材料及び第２の樹脂系材料を用いた場合、押出成形、射出成形、及び、樹脂積層法などの簡易な製造方法でハウジングを作製することができる。これにより、ハウジングの製造にかかる時間やコストを削減することができる。
　（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記シュラウド部は、前記第１の樹脂系材料としてＰＡ９Ｔを含み、前記ケーシング部は、前記第２の樹脂系材料としてＰＡ４６を含む。
　ＰＡ９Ｔは、耐熱変形性が高いため、シュラウド部と羽根車の翼との間の隙間が狭小に保たれ、良好なコンプレッサ効率が確保される。一方、ＰＡ４６は、靱性が高いため、ケーシング部が変形することにより羽根車の破片の衝突エネルギを確実に吸収し、ハウジングの破断が防止される。
　（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の構成において、シュラウド部とケーシング部は、熱溶着により一体化されている。
　上記（４）の実施形態に係るコンプレッサによれば、シュラウド部とケーシング部を相互に熱溶着することにより、ハウジングを容易に製造することができる。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、樹脂系材料からなるハウジングを用いながら、金属製のメタルシュラウドの有無にかかわらずに、良好なコンプレッサ効率やコンテインメント性が確保されたコンプレッサが提供される。
本発明の一実施形態に係るコンプレッサを備えるターボチャージャを概略的に示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るコンプレッサを備えるターボチャージャを概略的に示す縦断面図である。 第１の樹脂系材料及び第２の樹脂系材料の応力ひずみ線図の一例を示す図である。 図１中のシュラウド部を概略的に示す斜視図である。
　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。
　また例えば、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及び図２は、本発明の幾つかの実施形態に係るコンプレッサ１２を備えるターボチャージャを概略的に示す縦断面図である。ターボチャージャは、例えば、車両や船舶等の内燃機関に適用される。
　ターボチャージャは、タービン１０と、遠心式のコンプレッサ１２とを有する。タービン１０は、タービンハウジング１４と、タービンハウジング１４内に回転可能に収容されたタービン動翼（タービンインペラ）１６とを有し、コンプレッサ１２は、ハウジング１８と、ハウジング１８に回転可能に収容された羽根車（コンプレッサインペラ）２０とを有する。
　タービンハウジング１４及びハウジング１８は、図示しない締結部材によって軸受ハウジング（ケーシング）２２に対し固定され、タービン１０のタービン動翼１６とコンプレッサ１２の羽根車２０は、軸受ハウジング２２内を延びる駆動軸（タービンロータ）２４によって相互に連結されている。従って、タービン動翼１６、羽根車２０及び駆動軸２４は、同一の軸線２６上に配置されている。タービン１０のタービン動翼１６は、例えば、内燃機関から排出された排ガスによって回転させられ、これにより駆動軸２４を介してコンプレッサ１２の羽根車２０が回転させられる。羽根車２０の回転によって、内燃機関に供給される吸気が圧縮される。
　例えば、タービンハウジング１４は、タービン動翼１６を収容するタービン筒部（タービンシュラウド部）２８と、タービン筒部２８の軸受ハウジング２２側の部分を囲むタービンスクロール部３０とからなる。タービンスクロール部３０は、図示しない排ガスの入口を有するとともに、スロート部３２を介してタービン筒部２８と連通している。軸受ハウジング２２と反対側のタービン筒部２８の開口は、排ガスの出口を形成している。
　軸受ハウジング２２側のタービンハウジング１４の開口には、軸受ハウジング２２の端壁３４が嵌合されている。端壁３４には、筒状のシール部３６が一体且つ同軸に設けられ、シール部３６は、端壁３４の中央を貫通するシール孔を形成している。タービン動翼１６側の駆動軸２４の端部はシール部３６内に配置され、駆動軸２４とシール部３６との間の隙間にはシールリング３８が配置されている。
　端壁３４とタービン動翼１６の背面の間の環状の凹所には、環状のバックプレート４０が配置されている。バックプレート４０の外周部は、タービンハウジング１４と軸受ハウジング２２によって挟まれており、バックプレート４０の内周縁はシール部３６を囲んでいる。
　軸受ハウジング２２の内部には、周壁４２と一体に軸受部４４が設けられ、軸受部４４には軸受孔４５が形成されている。軸受部４４の軸受孔４５内には、ラジアル軸受装置として、例えば２つの浮動ブッシュ４６が配置され、駆動軸２４の中央部は浮動ブッシュ４６を貫通した状態で、軸受部４４の軸受孔４５内に配置される。
　コンプレッサ１２側の軸受部４４の端面には、軸線２６と直交する板形状のスラスト部材４８が固定され、スラスト部材４８の貫通孔を駆動軸２４は貫通している。駆動軸２４には、スラストカラー５０及びスラストスリーブ５２が嵌合されており、スラスト部材４８、スラストカラー５０及びスラストスリーブ５２はスラスト軸受装置を構成している。
　ここで、軸受ハウジング２２の周壁４２には、給油ポート５４及び排油ポート５６が設けられ、軸受部４４及びスラスト部材４８には、ラジアル軸受及びスラスト軸受の軸受隙間に潤滑油を供給するための給油路が形成されている。一方、コンプレッサ１２の方向への潤滑油の飛散を防止するために、スラスト部材４８のコンプレッサ１２側の面を覆うように、オイルデフレクタ５８が設置されている。
　コンプレッサ１２側の軸受ハウジング２２の開口には、中央にシール孔を有する蓋部材６０が嵌合され、蓋部材６０は、固定リング６１によって軸受ハウジングに２２に対し固定されている。スラストスリーブ５２は、蓋部材６０のシール孔を貫通しており、スラストスリーブ５２とシール孔との隙間には図示しないシールリングが配置される。
　コンプレッサ１２の羽根車２０は、ハブ６２及び該ハブ６２の外表面６４に設けられた複数の翼６６を含む。ハブ６２は、軸線２６の回りに回転対称な形状を有する。軸線２６に沿う方向にて、ハブ６２の一端側は吸気の入口側に位置し、ハブ６２の他端側は軸受ハウジング２２側に位置している。ハブ６２の外表面は他端側に向かって拡大するラッパ形状を有し、ハブ６２は他端側に蓋部材６０と対向する背面６８を有する。複数の翼６６は、ハブ６２の外表面６４上に周方向に間隔をあけて配置されている。
　駆動軸２４はハブ６２を貫通し、ハブ６２の一端側に位置する駆動軸２４の先端側には雌ねじが形成され、雌ねじに締結部材７０としてのナットが螺合されている。締結部材７０は、ハブ６２の一端側に当接し、羽根車２０に対し、軸線２６に沿う方向にてタービン１０側に向かって軸力を加える。
　羽根車２０を収容するコンプレッサ１２のハウジング１８は、形状に着目すると、筒部７２と、ディフューザ部７４と、スクロール部７６とを有する。筒部７２の一端側には、圧縮される流体（吸気）の入口が形成され、筒部７２の他端側には、ディフューザ部７４が一体に形成されている。スクロール部７６は、ディフューザ部７４と一体に形成され、筒部７２の他端側を囲んでいる。
　筒部７２と羽根車２０のハブ６２の外表面６４との間には流体流路７８が形成され、ディフューザ部７４と軸受ハウジング２２の端壁８０との間にはディフューザ流路８２が形成され、スクロール部７６及び端壁８０は、スクロール流路８４を形成している。
　流体流路７８は、ハブ６２の外表面６４の形状に対応して、ハブ６２の径方向外側に向かって曲げられており、ディフューザ流路８２を介してスクロール流路８４に繋がっている。
　羽根車２０が回転させられると、圧縮対象の流体は、筒部７２の一端側からハウジング内に流入し、流体流路７８、ディフューザ流路８２及びスクロール流路８４を流れ、圧縮される。スクロール部７６には、図示しないけれども流体の出口が形成され、圧縮された流体は、該出口を通ってハウジング１８の外に流出する。
　一方、図１及び図２を参照すると、ハウジング１８は、構成材料又は構成材料の物性に着目したとき、シュラウド部８６（８６Ａ，８６Ｂ）と、ケーシング部８８（８８Ａ，８８Ｂ）とを有する。シュラウド部８６は、羽根車２０を囲んでおり、羽根車２０のハブ６２の外表面６４と対向して外表面６４との間に流体流路７８を形成している。ケーシング部８８は、シュラウド部８６と一体に形成されている。ケーシング部８８は、軸受ハウジング２２に固定され、シュラウド部８６を支持している。
　図３は、第１の樹脂系材料と第２の樹脂系材料の応力ひずみ線図の一例を示す図である。
　シュラウド部８６は第１の樹脂系材料を含み、幾つかの実施形態では、主成分として第１の樹脂系材料を含む。幾つかの実施形態では、シュラウド部８６は実質的に第１の樹脂系材料からなる。第１の樹脂系材料は、温度１００度において、静的引張強度（最大真応力）が６５ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下であり、且つ、破断ひずみが０ｍｍ／ｍｍ超０．３ｍｍ／ｍｍ以下である。
　ケーシング部８８は第２の樹脂系材料を含み、幾つかの実施形態では、主成分として第２の樹脂系材料を含む。幾つかの実施形態ではケーシング部８８は実質的に第２の樹脂系材料からなる。第２の樹脂系材料は、温度１００度において、静的引張強度（最大真応力）が４０ＭＰａ以上であり、且つ、破断ひずみが０．１ｍｍ／ｍｍ以上である。
　幾つかの実施形態では、第２の樹脂系材料の破断ひずみは、０．２ｍｍ／ｍｍ以上である。
　幾つかの実施形態では、第２樹脂系材料の静的引張強度は、１５０ＭＰａ以下であり、破断ひずみは、０．４ｍｍ／ｍｍ以下である。
　なお、第１の樹脂系材料及び第２の樹脂系材料の静的引張強度及び破断ひずみは、引張試験によって求められる値である。
　上述したコンプレッサ１２によれば、ハウジング１８が第１の樹脂系材料を含むシュラウド部８６と、第２の樹脂系材料を含むケーシング部８８とを有するので、軽量化を図ることができる。
　そして、上述したコンプレッサ１２によれば、第１の樹脂系材料の静的引張強度が６５ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下であり、且つ、破断ひずみが０．３ｍｍ／ｍｍ以下であるため、コンプレッサ１２の温度上昇によるシュラウド部８６の熱変形量が小さい。このため、シュラウド部８６と羽根車２０の翼６６との間の隙間が狭小に保たれ、良好なコンプレッサ効率が確保される。
　一方、第２の樹脂系材料の静的引張強度が４０ＭＰａ以上であり、且つ、破断ひずみが０．１ｍｍ／ｍｍ以上であるため、ケーシング部８８は高い靱性を有する。このため、羽根車２０の破片がハウジング１８に衝突したときに、ケーシング部８８が変形することにより、衝突のエネルギを吸収する。このため、ハウジング１８の破断を防止することができる。
　幾つかの実施形態では、第１の樹脂系材料及び第２の樹脂系材料は、ポリアミド系樹脂をそれぞれ含む。
　ポリアミド系樹脂は熱可塑性であり、ポリアミド系樹脂をそれぞれ含む第１の樹脂系材料及び第２の樹脂系材料を用いた場合、押出成形、射出成形、及び、樹脂積層法などの簡易な製造方法でハウジング１８を作製することができる。これにより、ハウジング１８の製造にかかる時間やコストを削減することができる。
　幾つかの実施形態では、シュラウド部８６は、第１の樹脂系材料としてＰＡ９Ｔを含み、ケーシング部８８は、第２の樹脂系材料としてＰＡ４６を含む。
　ＰＡ９Ｔは、耐熱変形性が高いため、シュラウド部８６と羽根車２０の翼６６との間の隙間が狭小に保たれ、良好なコンプレッサ効率が確保される。一方、ＰＡ４６は、靱性が高いため、ケーシング部８８が変形することにより羽根車２０の破片の衝突エネルギを確実に吸収し、ハウジング１８の破断が防止される。
　なお靱性は、図３の応力ひずみ線図において、真応力を真ひずみで積分した値によって表され、積分範囲は零から破断ひずみまでである。従って、ＰＡ９Ｔの靱性は面積Ｓ１で表され、ＰＡ４６の靱性は面積Ｓ２で表される。面積Ｓ２は面積Ｓ１よりも大きく、ＰＡ４６の方がＰＡ９Ｔよりも靱性が高いことがわかる。
　幾つかの実施形態では、シュラウド部８６とケーシング部８８は、熱溶着により一体化されている。
　別々に成形されたシュラウド部８６とケーシング部８８を相互に熱溶着することにより、ハウジング１８を容易に製造することができる。
　幾つかの実施形態では、第１の樹脂系材料はポリアミド系樹脂とガラス繊維を含む繊維強化プラスチックであり、ガラス繊維は、例えば繊維長さが１ｍｍ以上２ｍｍ以下の長繊維である。
　幾つかの実施形態では、第２の樹脂系材料はポリアミド系樹脂とガラス繊維を含む繊維強化プラスチックであり、ガラス繊維は、例えば繊維長さが０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の短繊維である。
　図４は、図１中のシュラウド部８６Ａを概略的に示す斜視図である。図１、図２及び図４を参照すると、幾つかの実施形態では、シュラウド部８６は、筒部９０（９０Ａ，９０Ｂ）と鍔部９２（９２Ａ，９２Ｂ）を有する。鍔部９２は、筒部９０の一端側に連なっており、筒部９０の内周面９３（９３Ａ，９３Ｂ）は、一端側が鍔部９２に向かって徐々に拡大され、ラッパ形状を有する。筒部９０の内周面９３とハブ６２の外表面６４との間に流体流路７８が形成され、鍔部９２と軸受ハウジング２２の端壁８０との間にディフューザ流路８２が形成される。
　幾つかの実施形態では、図１及び図２に示したように、ケーシング部８８は、シュラウド部８６の筒部９０が配置される凹部９５（９５Ａ，９５Ｂ）を有し、ハウジング１８の筒部７２の内周面は、ケーシング部８８とシュラウド部８６によって段差なく形成される。
　幾つかの実施形態では、ケーシング部８８は、ハウジング１８の筒部７２から、ディフューザ部７４を経てスクロール部７６まで連続的に渡っており、筒部７２とスクロール部７６が、ケーシング部８８の一部によってブリッジされている。この構成によれば、ケーシング部８８が、筒部７２、ディフューザ部７４及びスクロール部７６に連続的に渡っているので、衝突エネルギを効率的に吸収することができる。
　幾つかの実施形態では、ハウジング１８の外表面は、ケーシング部８８によって形成されている。
　幾つかの実施形態では、図１に示したように、鍔部９２Ａの径方向外縁は、スクロール流路８４よりも径方向内側に位置する。
　幾つかの実施形態では、図２に示したように、鍔部９２Ｂの径方向外縁は、スクロール流路８４の内部に位置する。
　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。
　幾つかの実施形態では、第１の樹脂系材料と第２の樹脂系材料は異なっていたが、同じ材料であってもよい。この場合、第１の樹脂系材料及び第２の樹脂系材料として用いられる樹脂系材料は、温度１００度において、静的引張強度（最大真応力）が６５ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下であり、且つ、破断ひずみが０．１ｍｍ／ｍｍ以上０．３ｍｍ／ｍｍ以下である。
　幾つかの実施形態では、第１の樹脂系材料及び第２の樹脂系材料は、強化材として、ガラス繊維以外の材料、例えば、炭素繊維を含んでいてもよい。あるいは、第１の樹脂系材料及び第２の樹脂系材料は、強化材を含んでいなくてもよい。
　幾つかの実施形態では、ケーシング部８８とシュラウド部８６が熱溶着によって接合されているが、接着剤によって接合されていてもよい。
　幾つかの実施形態では、図２に示したように、筒部９０Ｂと鍔部９２Ｂが同じ厚さを有するが、筒部９０と鍔部９２の厚さは特に限定されることはない。
　幾つかの実施形態では、ハウジング１８には、流体流路７８を流れる一部の流体を、上流に戻す再循環路が形成されていてもよい。
　最後に、本発明は、自動車用ターボチャージャのコンプレッサ以外にも適用可能であり、例えば、カーエアコンのコンプレッサや、舶用ターボチャージャのコンプレッサにも適用可能である。
１０　タービン
１２　コンプレッサ
１４　タービンハウジング
１６　タービン動翼
１８　ハウジング
２０　羽根車
２２　軸受ハウジング
２４　駆動軸
２６　軸線
２８　タービン筒部
３０　タービンスクロール部
３２　スロート部
３４　端壁
３６　シール部
３８　シールリング
４０　バックプレート
４２　周壁
４４　軸受部
４５　軸受孔
４６　浮動ブッシュ
４８　スラスト部材
５０　スラストカラー
５２　スラストスリーブ
５４　給油ポート
５６　排油ポート
５８　オイルデフレクタ
６０　蓋部材
６２　ハブ
６４　外表面
６６　翼
６８　背面
７０　締結部材
７２　筒部
７４　ディフューザ部
７６　スクロール部
７８　流体流路
８０　端壁
８２　ディフューザ流路
８４　スクロール流路
８６（８６Ａ，８６Ｂ）　シュラウド部
８８（８８Ａ，８８Ｂ）　ケーシング部
９０（９０Ａ，９０Ｂ）　筒部
９２（９２Ａ，９２Ｂ）　鍔部
９５（９５Ａ，９５Ｂ）　凹部

Claims (4)

  1. 　ハブ及び該ハブの外表面に設けられた複数の翼を含む羽根車と、
    　前記羽根車を収容するハウジングと
    を備え、
    　前記ハウジングは、
    　前記ハブの外表面と対向して前記外表面との間に流体流路を形成しながら前記羽根車を囲むシュラウド部と、
    　前記シュラウド部と一体に形成され、前記シュラウド部を支持するケーシング部とを有し、
    　前記シュラウド部は、温度１００度において、静的引張強度が６５ＭＰａ以上２００Ｍｐａ以下であり、且つ、破断ひずみが０．３ｍｍ／ｍｍ以下である第１の樹脂系材料を含み、
    　前記ケーシング部は、温度１００度において、静的引張強度が４０ＭＰａ以上であり、且つ、破断ひずみが０．１ｍｍ／ｍｍ以上である第２の樹脂系材料を含むことを特徴とするコンプレッサ。
  2. 　前記第１の樹脂系材料及び前記第２の樹脂系材料はポリアミド系樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載のコンプレッサ。
  3. 　前記シュラウド部は、前記第１の樹脂系材料としてＰＡ９Ｔを含み、
    　前記ケーシング部は、前記第２の樹脂系材料としてＰＡ４６を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のコンプレッサ。
  4. 　前記シュラウド部と前記ケーシング部は相互に熱溶着により一体化されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のコンプレッサ。
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