JP2018168829A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高速側シャフトを安定して支持すること。【解決手段】遠心圧縮機は、増速機を備える。増速機は、低速側シャフトに連結されたリング部材を備える。増速機は、高速側シャフト１２とリング部材と高速側シャフトの間に設けられ、リング部材と高速側シャフト１２の双方に当接した３つのローラ７１を備える。ローラ７１は、外周面に接触面Ａと、第１非接触面Ｂ１と、第２非接触面Ｂ２とを備える。接触面Ａの回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ１は、ローラ７１の回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ２よりも第１端面７２ａ寄りとなっている。接触面Ａを挟んで、第１非接触面Ｂ１は第１フランジ部１５側、第２非接触面Ｂ２は第２フランジ部１６側に位置している。【選択図】図４

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

増速機を備える遠心圧縮機としては、例えば、特許文献１に記載されている。遠心圧縮機は、インペラが収容されたインペラハウジングと、増速機構が収容された増速機ハウジングとを備える。増速機構は、低速側シャフトの回転に伴って回転するリング部材と、リング部材の内側に配置された高速側シャフトと、リング部材と高速側シャフトとの間に設けられ、リング部材及び高速側シャフトの双方に当接した複数のローラを備える。高速側シャフトにおいて、インペラハウジング内に挿入された部分にはインペラが一体化されている。増速機構には、潤滑のためのオイルが供給されている。

特開２０１６−１９４２５１号公報

ところで、高速側シャフトが傾くと、インペラがインペラハウジングの内面に接触するおそれがある。このため、増速機を備える遠心圧縮機においては、高速側シャフトを安定して支持することが望まれている。

本発明の目的は、高速側シャフトを安定して支持することができる遠心圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決する遠心圧縮機は、低速側シャフトの回転に伴って回転するものであって環状部を有するリング部材と、前記環状部の内側に配置された高速側シャフトと、前記環状部と前記高速側シャフトとの間に設けられ、オイルを介して前記環状部及び前記高速側シャフトに接触する複数のローラと、前記高速側シャフトと一体回転するインペラと、前記リング部材、前記ローラ、及び、前記高速側シャフトの一部が収容された増速機ハウジングと、前記インペラが収容されたインペラハウジングと、を備え、前記高速側シャフトは、前記ローラの回転軸線方向の両端面のうちの一方の面である第１端面に向かい合う第１フランジ部と、前記高速側シャフトの回転軸線方向において、前記第１フランジ部よりも前記インペラから離れて設けられ、前記両端面のうち前記第１端面とは異なる第２端面に向かい合う第２フランジ部と、を備え、前記ローラの外周面は、前記高速側シャフトの周面のうち、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間の部分に接触する接触面と、前記ローラの外周面のうち前記接触面の縁から前記第１端面までの部分であり、前記高速側シャフトの周面から離間した第１非接触面と、前記ローラの外周面のうち前記接触面の縁から前記第２端面までの部分であり、前記高速側シャフトの周面から離間した第２非接触面と、に区画され、前記ローラの回転軸線方向における前記接触面の中心位置は、前記ローラの中心位置よりも前記第１フランジ部寄りである。

これによれば、接触面の中心位置をローラの中心位置よりも第１フランジ部寄りにすることで、第２非接触面の面積を、第１非接触面の面積よりも大きくすることができる。これにより、第２非接触面と高速側シャフトの周面との間に区画される隙間を、第１非接触面と高速側シャフトの周面との間に区画される隙間よりも大きくすることができる。隙間が大きいと、オイルが入り込みやすく、結果として、第２フランジ部には第１フランジ部に比べてオイルが供給されやすくなる。

ここで、遠心圧縮機においては、インペラの回転に伴い発生するスラスト力により、第２フランジ部がローラの第２端面に押し付けられる。よって、第２フランジ部は、第１フランジ部に比べて、発熱しやすく、摩耗しやすい。第２フランジ部が摩耗し、第２端面との隙間が大きくなると、高速側シャフトが回転軸線方向に移動する原因や、高速側シャフトが傾く原因となる。第２フランジ部にオイルを供給しやすくすることで、第２フランジ部の摩耗を抑制することができ、高速側シャフトが回転軸線方向に移動したり、高速側シャフトが傾くことを抑制することができる。したがって、高速側シャフトの摩耗を抑制することで、高速側シャフトを安定して支持することができる。

また、第１非接触面及び第２非接触面を設けていることで、ローラの外周面と高速側シャフトの周面との接触面積を小さくすることができる。オイルを介して、ローラと高速側シャフトを接触させるトラクションドライブ式の増速機においては、ローラの外周面と高速側シャフトの周面のオイルを固化させる必要がある。オイルを固化させるためには、ローラの外周面から高速側シャフトに加わる面圧を上げることが望ましい。一方で、この面圧を上げるためにローラの回転軸線方向の全体寸法を短くし、高速側シャフトの周面と、ローラの外周面との接触面積を小さくすると、高速側シャフトが傾いたときに、インペラとインペラハウジングの内面とが接触しやすくなり、好ましくない。

第１非接触面及び第２非接触面を備えつつも、接触面の位置をずらすことで、ローラの回転軸線方向の全体寸法を短くすることなく、ローラの外周面と高速側シャフトの周面との接触面積を小さくすることで、オイルを固化させる面圧を確保しつつ、インペラとインペラハウジングの内面との接触を抑止することができる。

上記遠心圧縮機について、前記第１非接触面と接触面との境界から、前記第１非接触面と前記第１端面との境界までの前記ローラの径方向の寸法を第１寸法とし、前記第２非接触面と接触面との境界から、前記第２非接触面と前記第２端面との境界までの前記ローラの径方向の寸法を第２寸法とすると、前記第２寸法は、前記第１寸法よりも長くてもよい。

これによれば、第２寸法を大きくすることで、第２フランジ部において、隙間に露出する面積を大きくすることができる。第２フランジ部の摩耗をより抑制することができ、高速側シャフトを安定して支持することができる。

本発明によれば、高速側シャフトを安定して支持することができる。

遠心圧縮機の概略断面図。 増速機の一部を示す図１の２−２線断面図。 ローラと高速側シャフトとの関係を示す斜視図。 増速機構の一部を破断して示す図２の４−４線断面図。 比較例のローラを示す断面図。 増速機構の変形例を示す断面図。 増速機構の変形例を示す断面図。

以下、遠心圧縮機の一実施形態について説明する。なお、遠心圧縮機は燃料電池を電力源として走行する燃料電池車両（ＦＣＶ）に搭載され、燃料電池に対して空気を供給する。

図１に示すように、遠心圧縮機１０は、低速側シャフト１１及び高速側シャフト１２と、低速側シャフト１１を回転させる電動モータ１３と、低速側シャフト１１の回転を増速させて高速側シャフト１２に伝達する増速機６０と、高速側シャフト１２の回転によって流体（本実施形態では空気）を圧縮するインペラ５２とを備える。

高速側シャフト１２は、円柱状のシャフト本体１４と、シャフト本体１４から径方向に突出した円環状の第１フランジ部１５と、シャフト本体１４から径方向に突出した円環状の第２フランジ部１６とを備える。第１フランジ部１５と、第２フランジ部１６とは、高速側シャフト１２の回転軸線方向に離間して配置されている。シャフト本体１４は、第１フランジ部１５と第２フランジ部１６との間の部分である支持部１７と、第１フランジ部１５から回転軸線方向に支持部１７とは反対に延びる突出部１８とを備える。第２フランジ部１６は、高速側シャフト１２の回転軸線方向の両端のうち、インペラ５２側の端部とは反対の端部に設けられている。第１フランジ部１５は、高速側シャフト１２の回転軸線方向において、第２フランジ部１６よりインペラ５２寄りに設けられている。両シャフト１１，１２は、例えば金属で構成されており、詳細には鉄又は鉄の合金で構成されている。

遠心圧縮機１０は、当該遠心圧縮機１０の外郭を構成するものであって、両シャフト１１，１２、電動モータ１３、及び、増速機６０の一部を構成する増速機構６１が収容されたハウジング２０を備える。ハウジング２０は、例えば全体として略筒状（詳細には円筒状）となっている。

ハウジング２０は、電動モータ１３が収容されたモータハウジング２１と、増速機構６１が収容された増速機ハウジング２３と、流体が吸入される吸入口５０ａが形成されたインペラハウジング５０とを備える。吸入口５０ａは、ハウジング２０の軸線方向の一端面２０ａに設けられている。吸入口５０ａから見てハウジング２０の軸線方向に、インペラハウジング５０、増速機ハウジング２３及びモータハウジング２１の順に配列されている。本実施形態では、増速機構６１と、増速機ハウジング２３によって増速機６０が構成されている。

モータハウジング２１は、全体として底部２２を有する筒状（詳細には円筒状）である。モータハウジング２１の底部２２の外面が、ハウジング２０の軸線方向の両端面２０ａ，２０ｂのうち、吸入口５０ａがある一端面２０ａとは反対側の他端面２０ｂを構成している。増速機ハウジング２３は、底部２４を有する筒状（詳細には円筒状）である本体部２５と、本体部２５の軸線方向において底部２４とは反対側に設けられた閉塞部２６と、を備える。

モータハウジング２１と増速機ハウジング２３とは、モータハウジング２１の開口端が本体部２５の底部２４に突き合わさった状態で連結されている。モータハウジング２１の内面と、本体部２５の底部２４におけるモータハウジング２１側の底面２４ａとによって、電動モータ１３が収容されたモータ収容室Ｓ１が形成されている。当該モータ収容室Ｓ１には、低速側シャフト１１の回転軸線方向とハウジング２０の軸線方向とが一致する状態で、低速側シャフト１１が収容されている。

低速側シャフト１１は、回転可能な状態でハウジング２０に支持されている。遠心圧縮機１０は、第１軸受３１を備える。第１軸受３１は、モータハウジング２１の底部２２に設けられており、低速側シャフト１１の第１端部１１ａは、第１軸受３１に支持されている。第１端部１１ａの一部は、第１軸受３１を挿通して、モータハウジング２１の底部２２に挿入されている。

本体部２５の底部２４は、低速側シャフト１１の第１端部１１ａとは反対側の第２端部１１ｂよりも一回り大きく形成された貫通孔２７を備える。遠心圧縮機１０は、貫通孔２７内に第２軸受３２、及び、シール部材３３を備える。低速側シャフト１１の第２端部１１ｂは第２軸受３２に支持されている。シール部材３３は、増速機ハウジング２３内に存在するオイルＯがモータ収容室Ｓ１に流れるのを規制している。

低速側シャフト１１の第２端部１１ｂは、本体部２５の貫通孔２７に挿通されており、低速側シャフト１１の一部は、増速機ハウジング２３内に配置されている。
電動モータ１３は、低速側シャフト１１に固定されたロータ４１と、ロータ４１の外側に配置されるものであってモータハウジング２１の内面に固定されたステータ４２とを備える。ステータ４２は、円筒形状のステータコア４３と、ステータコア４３に捲回されたコイル４４とを備える。コイル４４に電流が流れることによって、ロータ４１と低速側シャフト１１とが一体的に回転する。

閉塞部２６は、例えば、増速機ハウジング２３と同一径の円板状である。増速機ハウジング２３は、本体部２５の開口端と閉塞部２６の軸線方向の両板面２６ａ，２６ｂのうち第１板面２６ａとが突き合わさった状態で組み付けられている。これにより、閉塞部２６の第１板面２６ａと増速機ハウジング２３の内面とによって、増速機構６１が収容された増速機室Ｓ２が形成されている。

増速機ハウジング２３を構成する閉塞部２６は、増速機構６１の一部を構成する高速側シャフト１２を挿通可能な挿通孔２８を備える。高速側シャフト１２の突出部１８は、挿通孔２８を挿通して、増速機室Ｓ２から突出している。第１フランジ部１５、第２フランジ部１６、及び、支持部１７は、増速機室Ｓ２内に配置されている。遠心圧縮機１０は、挿通孔２８の内面と高速側シャフト１２との間に、増速機ハウジング２３内のオイルＯがインペラハウジング５０内に流出するのを規制するシール部材３４を備える。

インペラハウジング５０は、軸線方向に貫通したコンプ貫通孔５１を有する略筒状である。インペラハウジング５０の軸線方向の一端面５０ｂがハウジング２０の軸線方向の一端面２０ａを構成しており、コンプ貫通孔５１における上記一端面５０ｂ側にある開口が吸入口５０ａとして機能する。

インペラハウジング５０と閉塞部２６とは、インペラハウジング５０の軸線方向の一端面５０ｂとは反対側の他端面５０ｃと、閉塞部２６における第１板面２６ａとは反対側の第２板面２６ｂとが突き合わさった状態で、組み付けられている。これにより、コンプ貫通孔５１の内面と閉塞部２６の第２板面２６ｂとによって、インペラ５２が収容されたインペラ室Ｓ３が形成されている。つまり、コンプ貫通孔５１は、吸入口５０ａとして機能するとともに、インペラ室Ｓ３を区画するものとして機能する。吸入口５０ａとインペラ室Ｓ３とは連通している。増速機室Ｓ２とインペラ室Ｓ３との間に位置する閉塞部２６は、両者を仕切る仕切壁となる。

ここで、コンプ貫通孔５１は、吸入口５０ａから軸線方向の途中位置までは一定の径であり、上記途中位置から閉塞部２６に向かうに従って徐々に拡径した略円錐台形状となっている。このため、コンプ貫通孔５１の内面によって区画されるインペラ室Ｓ３は、略円錐台形状となっている。

インペラ５２は、基端面５２ａから先端面５２ｂに向かうに従って徐々に縮径した筒状である。インペラ５２は、インペラ５２の回転軸線方向に延び、且つ、高速側シャフト１２を挿通可能なシャフト挿通孔５２ｃを備える。

インペラ５２は、高速側シャフト１２の突出部１８がシャフト挿通孔５２ｃに挿通された状態で、高速側シャフト１２と一体回転するように高速側シャフト１２に取り付けられている。

インペラ５２の基端面５２ａと、閉塞部２６の第２板面２６ｂとの間には、背面領域Ｓ４が区画されている。高速側シャフト１２が回転することによってインペラ５２が回転して、吸入口５０ａから吸入された流体が圧縮される。

また、遠心圧縮機１０は、インペラ５２によって圧縮された流体が流入するディフューザ流路５３と、ディフューザ流路５３を通った流体が流入する吐出室５４とを備える。ディフューザ流路５３は、インペラハウジング５０におけるコンプ貫通孔５１の第２板面２６ｂ側の開口端と連続し且つ当該第２板面２６ｂと対向する面と、閉塞部２６の第２板面２６ｂとによって区画された流路である。ディフューザ流路５３は、インペラ室Ｓ３よりも高速側シャフト１２の径方向外側に配置されており、インペラ５２（及びインペラ室Ｓ３）を囲むように環状（詳細には円環状）に形成されている。吐出室５４は、ディフューザ流路５３よりも高速側シャフト１２の径方向外側に配置された環状である。インペラ室Ｓ３と吐出室５４とはディフューザ流路５３を介して連通している。インペラ５２によって圧縮された流体は、ディフューザ流路５３を通ることによって、更に圧縮されて吐出室５４に流れ、当該吐出室５４から吐出される。

次に、増速機６０について説明する。本実施形態の増速機６０は、所謂トラクションドライブ式（摩擦ローラ式）である。
図１及び図２に示すように、増速機６０の増速機構６１は、低速側シャフト１１の第２端部１１ｂに連結されたリング部材６２を備える。リング部材６２は、低速側シャフト１１の第２端部１１ｂに連結された円板状のベース６３と、当該ベース６３の縁部から起立した円環状の環状部６４とを備える。環状部６４の内径は、低速側シャフト１１の第２端部１１ｂの直径よりも長く設定されている。

本実施形態において、リング部材６２は、ベース６３の回転軸線方向（リング部材６２の回転軸線方向）と低速側シャフト１１の回転軸線方向とが一致するように低速側シャフト１１に連結されている。なお、環状部６４の回転軸線方向も低速側シャフト１１の回転軸線方向と一致している。リング部材６２は、低速側シャフト１１の回転に伴って回転する。

高速側シャフト１２の一部は、リング部材６２の径方向において、環状部６４の内側に配置されている。増速機構６１は、高速側シャフト１２と環状部６４との間に設けられ、環状部６４及び高速側シャフト１２の双方に当接した３つのローラ７１を備える。

図３及び図４に示すように、３つのローラ７１は同一形状である。各ローラ７１は、円柱状のローラ部７２と、ローラ部７２の回転軸線方向の第１端面７２ａから突出する円柱状の第１突起７３と、ローラ部７２の回転軸線方向の第２端面７２ｂから突出する円柱状の第２突起７４と、を備える。ローラ部７２の第１端面７２ａ及び第２端面７２ｂは、ローラ７１の回転軸線方向の両端面となる。

第１突起７３と第２突起７４とは、回転軸線方向の寸法が同一である。ローラ部７２の回転軸線方向、第１突起７３の回転軸線方向、及び、第２突起７４の回転軸線方向は一致している。以下、ローラ部７２の回転軸線方向をローラ７１の回転軸線方向Ｚとする。

ローラ部７２は、円柱状の接触部７５と、接触部７５から第１端面７２ａに向けて徐々に直径が小さくなる第１非接触部７６と、接触部７５から第２端面７２ｂに向けて徐々に直径が小さくなる第２非接触部７７とを備える。接触部７５の直径（回転軸線方向Ｚと直交する方向の長さ）は高速側シャフト１２の支持部１７の直径よりも長く設定されている。第１端面７２ａは、第１非接触部７６の回転軸線方向Ｚの端面といえる。第２端面７２ｂは、第２非接触部７７の回転軸線方向Ｚの端面といえる。第１端面７２ａと第２端面７２ｂとの回転軸線方向Ｚの離間距離は、支持部１７の回転軸線方向の寸法よりも若干短い。

ローラ部７２は、外周面に接触面Ａと、第１非接触面Ｂ１と、第２非接触面Ｂ２とを備える。接触面Ａは、接触部７５の外周面であり、第１非接触面Ｂ１は第１非接触部７６の外周面であり、第２非接触面Ｂ２は第２非接触部７７の外周面である。

第１非接触面Ｂ１は、接触面Ａの縁から第１端面７２ａまで延びる面である。第１非接触面Ｂ１は、径方向の外側に向けて凸となるアール形状（円弧形状）である。第２非接触面Ｂ２は、接触面Ａの縁から第２端面７２ｂまで延びる面である。第２非接触面Ｂ２は、径方向の外側に向けて凸となるアール形状（円弧形状）である。

第１非接触面Ｂ１の回転軸線方向Ｚの寸法は、第２非接触面Ｂ２の回転軸線方向Ｚの寸法よりも短い。これにより、接触面Ａの回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ１は、ローラ７１の回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ２よりも第１端面７２ａ寄りとなっている。

第１非接触面Ｂ１と接触面Ａとの境界Ｐ１から、第１非接触面Ｂ１と第１端面７２ａとの境界Ｐ２までのローラ７１の径方向の寸法を第１寸法Ｌ１とし、第２非接触面Ｂ２と接触面Ａとの境界Ｐ３から、第２非接触面Ｂ２と第２端面７２ｂとの境界Ｐ４までのローラ７１の径方向の寸法を第２寸法Ｌ２とする。第２寸法Ｌ２は、第１寸法Ｌ１よりも長い。換言すれば、第２非接触部７７の最小径である第２端面７２ｂの直径は、第１非接触部７６の最小径である第１端面７２ａの直径よりも短い。各ローラ７１は例えば金属で構成されており、詳細には高速側シャフト１２と同一金属、例えば鉄又は鉄の合金で構成されている。

ローラ部７２の回転軸線方向Ｚと高速側シャフト１２の回転軸線方向とは一致している。複数のローラ７１は、高速側シャフト１２の周方向に間隔を隔てて並んで配置されている。

ローラ７１は、第１フランジ部１５と第２フランジ部１６との間に、ローラ部７２が入り込むように配置されている。ローラ部７２は、第１端面７２ａが第１フランジ部１５に向かい合い、第２端面７２ｂが第２フランジ部１６に向かい合うように配置されている。接触面Ａを挟んで、第１非接触面Ｂ１は第１フランジ部１５側、第２非接触面Ｂ２は第２フランジ部１６側に位置している。また、接触面Ａの回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ１は、ローラ７１の回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ２よりも第１フランジ部１５側寄りに位置する。

第１非接触面Ｂ１が支持部１７の周面から離間していることで、支持部１７の周面、第１非接触面Ｂ１、及び、第１フランジ部１５に囲まれる領域には第１隙間Ｃ１が区画されている。第２非接触面Ｂ２が支持部１７の周面から離間していることで、支持部１７の周面、第２非接触面Ｂ２、及び、第２フランジ部１６に囲まれる領域には第２隙間Ｃ２が区画されている。第２隙間Ｃ２は、第１隙間Ｃ１よりも大きい。

また、各非接触面Ｂ１，Ｂ２を設けることで、ローラ部７２の外周面の全体を支持部１７の周面に接触させる場合に比べて、ローラ部７２の外周面と支持部１７の周面との接触面積は小さくなっている。したがって、ローラ部７２から支持部１７に加わる面圧は、ローラ部７２の外周面の全体を支持部１７の周面に接触させる場合に比べて大きくなっているといえる。

ここで、接触面Ａの回転軸線方向Ｚの寸法を過度に短くした場合、面圧が著しく上昇し、高速側シャフト１２の塑性変形を招く。詳細にいえば、ローラ７１の外周面に外周面が接触する高速側シャフト１２は、ローラ７１の外周面に内周面が接する環状部６４に比べて接触面積が小さくなりやすく、面圧が上昇しやすい。このため、接触面Ａの回転軸線方向Ｚの寸法を過度に小さくすると、面圧が過度に上昇し、塑性変形を招く。

更に、高速側シャフト１２は、軸受（ベアリング）に支持されておらずローラ７１による保持力で支持されていること、ローラ７１には製造公差などで微細な寸法差があることなど、遠心圧縮機１０には、高速側シャフト１２の軸がぶれる要素が数多く存在している。ローラ７１と高速側シャフト１２の周面との接触面積を過度に小さくすると、インペラ５２が回転したときに、高速側シャフト１２を安定して支持できないおそれがある。

以上の要因から、接触面Ａの回転軸線方向Ｚの寸法は、例えば、支持部１７の回転軸線方向Ｚの寸法の３０％〜９０％にすることが望ましい。
図１及び図２に示すように、増速機構６１は、閉塞部２６と協働して各ローラ７１を回転可能に支持する支持部材８０を備える。支持部材８０は環状部６４内に配置されている。支持部材８０は、環状部６４よりも一回り小さく形成された円板状の支持ベース８１と、支持ベース８１から起立した柱状の３つの柱状部材８２とを備える。支持ベース８１は、閉塞部２６に対して回転軸線方向Ｚに対向配置されている。３つの柱状部材８２は、支持ベース８１における閉塞部２６の第１板面２６ａと対向する対向板面８１ａから閉塞部２６に向けて起立しており、環状部６４の内周面と、隣り合う２つのローラ部７２の外周面とによって区画された３つの空間を埋めるように形成されている。

図１及び図２に示すように、支持部材８０は、ボルト８３が螺合可能なネジ孔８４を各柱状部材８２に備える。閉塞部２６は、ネジ孔８４に対応させて、ネジ孔８４と連通するネジ穴８５を備える。各柱状部材８２は、ネジ孔８４とネジ穴８５とが連通し、且つ、当該各柱状部材８２の先端面が第１板面２６ａに突き合わさった位置に配置されており、その状態でネジ孔８４とネジ穴８５とに跨るようにボルト８３が螺合されることによって閉塞部２６に固定されている。

増速機６０は、ローラ７１を回転可能な状態で支持する第１ローラ軸受７８及び第２ローラ軸受７９を備える。第１ローラ軸受７８及び第２ローラ軸受７９はベアリングである。第１ローラ軸受７８は、閉塞部２６に配置されている。第２ローラ軸受７９は、支持ベース８１に配置されている。ローラ７１は、第１ローラ軸受７８と第２ローラ軸受７９に支持されることで、閉塞部２６と支持ベース８１との間に配置されている。

図２に示すように、ローラ７１とリング部材６２と高速側シャフト１２とは、ローラ部７２と高速側シャフト１２及び環状部６４とが互いに押し付けあっている状態でユニット化されており、高速側シャフト１２は、３つのローラ部７２によって回転可能に支持されている。ローラ部７２の外周面と環状部６４の内周面との当接箇所であるリング側当接箇所Ｐａ、及び、ローラ部７２の外周面と高速側シャフト１２の周面との当接箇所であるシャフト側当接箇所Ｐｂには、押し付け荷重が付与されている。各当接箇所Ｐａ，Ｐｂは、回転軸線方向Ｚに延びている。

図１に示すように、遠心圧縮機１０は、増速機構６１にオイルＯを供給するためのオイル供給機構１００を備える。オイル供給機構１００は、ポンプ１０１と、オイル流路１０２とを備え、ポンプ１０１の駆動によりオイル流路１０２を通じて増速機室Ｓ２にオイルＯを循環させるものである。

ポンプ１０１は、モータハウジング２１の底部２２に設けられている。本実施形態のポンプ１０１は、容積型である。ポンプ１０１は、底部２２に設けられた収容部１０３と、回転体１０４とを備える。回転体１０４には、低速側シャフト１１の第１端部１１ａが連結されている。

ハウジング２０は、オイル流路１０２の一部となる供給路１０５と、オイル流路１０２の一部となる循環路１０６とを備える。供給路１０５は、収容部１０３と、リング部材６２内とを繋いでいる。循環路１０６は、増速機室Ｓ２と収容部１０３とを繋いでいる。遠心圧縮機１０は、増速機ハウジング２３における循環路１０６の連通する箇所が鉛直方向下方に位置する態様で使用される。したがって、増速機ハウジング２３内においては、循環路１０６が連通する箇所に重力によってオイルＯが貯留されることになる。

そして、ポンプ１０１が駆動されると、循環路１０６→収容部１０３→供給路１０５の順にオイルＯが流れ、リング部材６２内にオイルＯが供給される。
次に、本実施形態の遠心圧縮機１０の作用について説明する。

電動モータ１３の駆動に伴いローラ７１が回転すると、リング側当接箇所Ｐａ及びシャフト側当接箇所Ｐｂにて、固化されたオイルＯの薄膜（弾性流体潤滑膜（ＥＨＬ））が形成される。換言すれば、ローラ部７２の外周面と環状部６４の内周面とはオイルＯの薄膜を介して接する。同様に、高速側シャフト１２の周面とローラ部７２の外周面とは固化されたオイルＯの薄膜を介して接する。そして、ローラ７１の回転力が、高速側シャフト１２の周面とローラ部７２の外周面との間に形成された固化されたオイルＯの薄膜を介して高速側シャフト１２に伝達され、その結果、高速側シャフト１２が回転することとなる。環状部６４は、低速側シャフト１１と同一速度で回転し、各ローラ７１は低速側シャフト１１よりも高速で回転する。更に、ローラ部７２よりも径が短い高速側シャフト１２は、ローラ部７２よりも高速で回転する。以上のことから、増速機６０によって、高速側シャフト１２が低速側シャフト１１よりも高速で回転する。

上記したように、トラクションドライブ式の増速機６０においては、各当接箇所Ｐａ，Ｐｂにて、オイルＯを固化させて、固化されたオイルＯの薄膜によって低速側シャフト１１の回転力が高速側シャフト１２に伝わることになる。オイルＯを固化させるためには、ローラ７１から環状部６４の内面、及び、高速側シャフト１２の周面に加わる面圧を上げることが望ましい。本実施形態では、各非接触面Ｂ１，Ｂ２を設けることで、ローラ部７２と高速側シャフト１２の周面との接触面積を小さくしている。このため、非接触面Ｂ１，Ｂ２を設けない場合に比べて面圧は上昇している。このため、各当接箇所Ｐａ，ＰｂでオイルＯが固化しやすい。

仮に、ローラ部７２の回転軸線方向Ｚの全体寸法を短くした場合には、高速側シャフト１２が傾いたときの支点が第２フランジ部１６側に寄る。すると、高速側シャフト１２が傾いたときに、突出部１８の移動量が多くなり、インペラ５２がインペラハウジング５０の内面に当たりやすい。

これに対し、本実施形態では、ローラ部７２の回転軸線方向Ｚの寸法を短くすることなく、非接触面Ｂ１，Ｂ２を設けることで接触面積を小さくしているため、面圧を上げることに加えて、高速側シャフト１２の傾きによるインペラ５２の接触も抑制することができる。

図５に示すように、第１非接触面Ｂ１、及び、第２非接触面Ｂ２を備えるローラ７１において、接触面Ａの回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ１１と、ローラ７１の回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ１２とを一致させた場合には、第１非接触面Ｂ１と第２非接触面Ｂ２の面積が同一となる。結果として、第１隙間Ｃ１１と第２隙間Ｃ１２とが同じ大きさとなる。

これに対し、本実施形態のように、接触面Ａの回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ１をローラ７１の回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ２よりも第１フランジ部１５に寄せることで、第２隙間Ｃ２を第１隙間Ｃ１よりも大きくすることができる。これにより、第２隙間Ｃ２には第１隙間Ｃ１に比べてオイルＯが入り込みやすく、第１フランジ部１５に供給されるオイルＯに比べて、第２フランジ部１６に供給されるオイルＯの量は多くなる。

ここで、遠心圧縮機１０においては、インペラ５２の基端面５２ａと閉塞部２６との接触を防ぐ必要がある関係上、インペラ５２の基端面５２ａと閉塞部２６との間に背面領域Ｓ４が区画される。この背面領域Ｓ４にはインペラ５２によって圧縮された流体が入り込む。すると、圧縮された流体によってインペラ５２が吸入口５０ａ側に向けて押され、高速側シャフト１２には、増速機室Ｓ２からインペラ室Ｓ３に向かう方向へのスラスト力が作用する。このスラスト力によって、第２フランジ部１６は各ローラ部７２の第２端面７２ｂに押し付けられるため、第２フランジ部１６は第１フランジ部１５に比べて発熱しやすく、摩耗しやすい。この第２フランジ部１６にオイルＯを供給しやすくすることで、第２フランジ部１６の摩耗を抑制している。

また、各当接箇所Ｐａ，Ｐｂでは、摩擦による熱が生じるため、シャフト側当接箇所Ｐｂでも熱が生じることになる。接触面Ａの回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ１を第１フランジ部１５寄りにすることで、シャフト側当接箇所Ｐｂで生じた熱が第２フランジ部１６に伝わりにくい。結果として、摩耗しやすい第２フランジ部１６に熱が伝わるのを抑制することができ、第２フランジ部１６の摩耗をより抑制することができる。

したがって、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）接触面Ａの回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ１をローラ７１の回転軸線方向Ｚの中心位置ＣＰ２よりも第１フランジ部１５寄りとしている。これにより、第２隙間Ｃ２は第１隙間Ｃ１よりも大きくなっており、第１フランジ部１５よりも発熱しやすい第２フランジ部１６にオイルＯが供給されやすい。このため、第２フランジ部１６が摩耗しにくく、第２フランジ部１６と第２端面７２ｂとの間に隙間が生じにくい。これにより、第２フランジ部１６と第２端面７２ｂとの隙間を原因として、高速側シャフト１２が回転軸線方向へ移動したり、高速側シャフト１２が傾くことを抑制することができる。即ち、高速側シャフト１２を安定して支持することができる。

（２）また、接触面Ａは、第２フランジ部１６よりも第１フランジ部１５に寄っている。このため、シャフト側当接箇所Ｐｂで生じた熱が第２フランジ部１６に伝わりにくく、第２フランジ部１６の摩耗を更に抑制することができる。

（３）非接触面Ｂ１，Ｂ２を設けることで、ローラ部７２の回転軸線方向Ｚの寸法を短くすることなく、オイルＯを固化させるための面圧を確保することができる。このため、ローラ部７２の回転軸線方向Ｚの全体寸法を短くすることを原因として、インペラ５２がインペラハウジング５０の内面に接触することが抑止されている。

（４）増速機６０を備える遠心圧縮機１０においては、高速側シャフト１２の軸がぶれる要素が数多く存在している。接触面Ａの回転軸線方向Ｚの寸法を過度に短くしていないため、高速側シャフト１２を安定して支持することができる。

（５）第２寸法Ｌ２を第１寸法Ｌ１よりも長くしている。これにより、第２フランジ部１６において、第２隙間Ｃ２に露出する面積を大きくすることができる。第２フランジ部１６にオイルＯが接しやすく、第２フランジ部１６の摩耗をより抑制することができる。このため、高速側シャフト１２をより安定して支持することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○図６に示すように、第２隙間Ｃ２を大きくするために、第２寸法Ｌ２を大きくする場合、第２端面７２ｂと第２フランジ部１６とが対向するように第２フランジ部１６の径方向の寸法を大きくしてもよい。

○第１寸法Ｌ１と第２寸法Ｌ２とは同一であってもよい。この場合、図７に示すように、第１非接触面Ｂ１と接触面Ａとの境界Ｐ１から第１非接触面Ｂ１と第１端面７２ａとの境界Ｐ２までの回転軸線方向Ｚの寸法を第３寸法Ｌ３とし、第２非接触面Ｂ２と接触面Ａとの境界Ｐ３から第２非接触面Ｂ２と第２端面７２ｂとの境界Ｐ４までの回転軸線方向Ｚの寸法を第４寸法Ｌ４とした場合、第４寸法Ｌ４を第３寸法Ｌ３より長くする。この場合も、第２隙間Ｃ２は、第１隙間Ｃ１よりも大きく、第２フランジ部１６にオイルＯが供給されやすい。

○非接触面Ｂ１，Ｂ２は、円弧状でなくてもよく、接触面Ａの縁から各端面７２ａ，７２ｂまで直線状に延びるテーパ面であってもよい。
○ポンプは、遠心圧縮機１０に内蔵されていなくてもよく、外部ポンプを用いてもよい。

○ローラ７１の数は複数であればよく、適宜変更してもよい。例えば、４つや５つにしてもよい。
○増速機６０として、くさび作用を利用したものを用いてもよい。この場合、ローラ７１のうち少なくとも１つは、リング部材６２の回転により移動する可動ローラが用いられる。

○遠心圧縮機１０の適用対象及び圧縮対象の流体は任意である。例えば、遠心圧縮機１０は空調装置に用いられていてもよく、圧縮対象の流体は冷媒であってもよい。また、遠心圧縮機１０の搭載対象は、車両に限られず任意である。

○第１フランジ部１５と第２フランジ部１６の形状は、適宜変更してもよい。例えば、六角環状や四角環状にしてもよい。

Ａ…接触面、Ｂ１…第１非接触面、Ｂ２…第２非接触面、Ｌ１…第１寸法、Ｌ２…第２寸法、１０…遠心圧縮機、１１…低速側シャフト、１２…高速側シャフト、１５…第１フランジ部、１６…第２フランジ部、５０…インペラハウジング、７１…ローラ、７２ａ…第１端面、７２ｂ…第２端面。

Claims (2)

1. 低速側シャフトの回転に伴って回転するものであって環状部を有するリング部材と、
   前記環状部の内側に配置された高速側シャフトと、
   前記環状部と前記高速側シャフトとの間に設けられ、オイルを介して前記環状部及び前記高速側シャフトに接触する複数のローラと、
   前記高速側シャフトと一体回転するインペラと、
   前記リング部材、前記ローラ、及び、前記高速側シャフトの一部が収容された増速機ハウジングと、
   前記インペラが収容されたインペラハウジングと、を備え、
   前記高速側シャフトは、
   前記ローラの回転軸線方向の両端面のうちの一方の面である第１端面に向かい合う第１フランジ部と、
   前記高速側シャフトの回転軸線方向において、前記第１フランジ部よりも前記インペラから離れて設けられ、前記両端面のうち前記第１端面とは異なる第２端面に向かい合う第２フランジ部と、を備え、
   前記ローラの外周面は、
   前記高速側シャフトの周面のうち、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間の部分に接触する接触面と、
   前記ローラの外周面のうち前記接触面の縁から前記第１端面までの部分であり、前記高速側シャフトの周面から離間した第１非接触面と、
   前記ローラの外周面のうち前記接触面の縁から前記第２端面までの部分であり、前記高速側シャフトの周面から離間した第２非接触面と、に区画され、
   前記ローラの回転軸線方向における前記接触面の中心位置は、前記ローラの中心位置よりも前記第１フランジ部寄りである遠心圧縮機。
2. 前記第１非接触面と前記接触面との境界から、前記第１非接触面と前記第１端面との境界までの前記ローラの径方向の寸法を第１寸法とし、
   前記第２非接触面と前記接触面との境界から、前記第２非接触面と前記第２端面との境界までの前記ローラの径方向の寸法を第２寸法とすると、
   前記第２寸法は、前記第１寸法よりも長い請求項１に記載の遠心圧縮機。