(57)【要約】【課題】製造コストを削減できるロータ及び該ロータを備える過給機を提供すること。【解決手段】本発明に係るロータ５は、回転翼７と支持軸６とが一体的に接続されたロータであって、支持軸６はその軸方向での端面６１に形成された嵌合凹部６２を有し、回転翼７は耐熱合金を用いて成形されると共に軸方向で突出する嵌合凸部７１を有し、嵌合凸部７１は嵌合凹部６２に嵌合しているという構成を採用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼と支持軸とが一体的に接続されたロータであって、
前記支持軸は、その軸方向での端面に形成された嵌合凹部を有し、
前記回転翼は、耐熱合金を用いて成形されると共に前記軸方向で突出する嵌合凸部を有し、
前記嵌合凸部は、前記嵌合凹部に嵌合していることを特徴とするロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記回転翼における前記嵌合凸部の基端部に、前記嵌合凸部よりも大径の大径部が設けられ、
前記大径部の外径は、前記支持軸の前記嵌合凹部側の端部における外径と略同一であることを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項２に記載のロータにおいて、
前記大径部と前記端部との接触部が溶接されていることを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のロータを備えることを特徴とする過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造のコストを削減するに好適な、回転翼と支持軸とからなるロータ、及び該ロータを備える過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両や船舶等において、内燃機関から導入された排気ガスのエネルギーを利用して空気を圧縮し、圧縮した空気を内燃機関に供給して、内燃機関の性能を向上させる過給機が使用されている。このような過給機では、回転翼と支持軸とが一体的に接続され、排気ガスの流動によって回転するロータが用いられている。回転翼の周囲には高温の排気ガスが流動するため、回転翼は高い耐熱性を備える材料、例えばニッケル系の耐熱合金等を用いて成形される。一方、排気ガスが直接接しない支持軸は、高い剛性を備える一般的な材料、例えばクロムモリブデン鋼を用いて成形されている。
【０００３】
また、ロータは排気ガスの流動によって高速で回転することから、振動並びに振動を原因とする効率の低下及び破損等を防止するために、回転翼の回転中心（すなわち、回転翼の重心位置）と、支持軸の軸中心とを精度良く位置決めすることが求められている。例えば、特許文献１に示すロータにおいては、支持軸の軸方向での端面に凸部を設け、回転翼には上記凸部と嵌合できる凹部を設け、凸部を凹部に嵌合させることで回転翼の回転中心と支持軸の軸中心とを精度良く位置決めしている。なお、凸部に凹部を嵌合させ、回転翼と支持軸とを一体的に接続した後に、ロータ全体としてのバランスを向上させるため、回転翼に対する調整（研削等）が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２９３７１２号（第３頁、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような課題が存在する。
回転翼における凹部は、切削加工によって形成される。ここで、ニッケル系の耐熱合金を用いて回転翼を成形する場合、上記耐熱合金は硬く靭性もある難削材であることから、凹部を形成する切削工具が早期に消耗し、工具寿命が極端に短くなっていた。そのため、回転翼の成形に高いコストが掛かってしまうという課題があった。
【０００６】
また、上記耐熱合金は難削材であることから、回転翼における凹部の加工精度が安定せず、凹部の内径は、支持軸の凸部の外径に、加工によるバラツキを考慮した大きさで加工されていた。そのため、凸部を凹部に嵌合させたときの、回転翼の回転中心と支持軸の軸中心との位置決め精度を安定させることが難しいという課題があった。さらに、上記位置決め精度を安定させることが難しいために、回転翼と支持軸とを接続した後に行われる調整の工程において大きな調整を要し、また調整量が過大なものは不良品となることからロータの不良率も高くなり、結果としてロータの製造コストが上昇してしまうという課題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、製造コストを削減できるロータ及び該ロータを備える過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係るロータは、回転翼と支持軸とが一体的に接続されたロータであって、支持軸はその軸方向での端面に形成された嵌合凹部を有し、回転翼は耐熱合金を用いて成形されると共に軸方向で突出する嵌合凸部を有し、嵌合凸部は嵌合凹部に嵌合しているという構成を採用する。
【０００９】
このような構成を採用する本発明では、回転翼に形成される嵌合凸部の加工面はその外周面及び端面であり、従来の回転翼に形成されていた凹部では内周面、端面及び外周面を加工していたことに比べ、加工を要する箇所が減少している。そのため、切削工具の消耗が抑えられ、工具寿命が延びることになる。
また、本発明では、回転翼に嵌合凸部を形成することは、従来の回転翼に凹部を形成するよりも容易であるため、嵌合凸部の加工精度がより安定する。一方、支持軸には嵌合凹部が形成されるが、支持軸の材料は回転翼の耐熱合金よりも切削性の優れた材料であることから、回転翼に凹部を形成することに比べてその加工精度は安定する。結果として、嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させたときの、回転翼の回転中心と支持軸の軸中心との位置決め精度が向上する。
【００１０】
また、本発明に係るロータは、回転翼における嵌合凸部の基端部に嵌合凸部よりも大径の大径部が設けられ、大径部の外径は支持軸の嵌合凹部側の端部における外径と略同一であるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、大径部の外径は支持軸の上記端部における外径と略同一であることから、大径部と上記端部とが接している箇所の外周面側は略面一となっている。これに加えて、大径部が設けられるために、大径部と上記端部との接触部は回転翼から支持軸側に離間しており、上記接触部における接続作業を容易に行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係るロータは、大径部と端部との接触部が溶接されているという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、大径部が設けられるために、大径部と上記端部との接触部は回転翼から支持軸側に離間しており、上記接触部における溶接作業を容易に行うことが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る過給機は、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータを備えるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、切削工具の消耗が抑えられ、工具寿命が延びることになる。また、本発明では、回転翼における嵌合凸部の加工精度は安定し、支持軸における嵌合凹部の加工精度も従来の回転翼に凹部を形成することに比べて安定する。結果として、回転翼の回転中心と支持軸の軸中心との位置決め精度が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、切削加工における工具の寿命が延びることから、ロータの製造コスト及び該ロータを備える過給機の製造コストを削減できるという効果がある。また、回転翼の回転中心と支持軸の軸中心との位置決め精度が向上することから、回転翼と支持軸との接続後に行う調整の工程における調整量が減少し、且つロータの不良率も低下するため、ロータの製造コスト及び該ロータを備える過給機の製造コストを削減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】過給機Ｔの全体構成を示す概略図である。
【図２】ロータ５の構成を示す概略図である。
【図３】ロータ５の一変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るロータ及び過給機の実施の形態を、図１から図３を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、各図面における矢印Ｆは前方向を示すものとする。
【００１６】
本実施形態に係る過給機Ｔの全体構成を、図１を参照して説明する。
図１は、過給機Ｔの全体構成を示す概略図である。
過給機Ｔは、不図示の内燃機関から導かれる排気ガスのエネルギーを利用して空気を圧縮し、圧縮した空気を内燃機関に供給することで、内燃機関の出力や燃費等の性能を向上させるものである。過給機Ｔは、タービンハウジング１と、軸受ハウジング２と、シールプレート３と、コンプレッサハウジング４とを有し、これらの部材が前方側より順次配置され一体的に設けられた構成となっている。
【００１７】
また、過給機Ｔの内部には、排気ガスの流動によって回転するロータ５が設置されている。ロータ５は、軸部材であるタービン軸（支持軸）６と、タービン軸６の前端部に接続される回転翼であるタービンインペラ（回転翼）７と、タービン軸６の後端部に接続される回転翼であるコンプレッサインペラ８とを有している。なお、タービンインペラ７はタービンハウジング１内に配置され、コンプレッサインペラ８はコンプレッサハウジング４内に配置されている。
【００１８】
タービンハウジング１は、その内部で排気ガスのエネルギーがロータ５の回転駆動力に変換される部材である。タービンハウジング１は、タービンスクロール流路１１と、タービンハウジング出口１２とを有している。
タービンスクロール流路１１は、内燃機関からの排気ガスが導入される流路であり、タービンインペラ７を囲んで設けられる略環状の流路である。また、タービンスクロール流路１１は、その径方向内側の部分でタービンインペラ７の設置箇所と連通している。タービンハウジング出口１２は、タービンインペラ７の前方側に設けられており、タービンインペラ７を回転させた後の排気ガスをタービンハウジング１から排出する排出口である。
【００１９】
軸受ハウジング２は、ロータ５のタービン軸６を回転自在に支持する部材である。軸受ハウジング２は、一対の軸受２１を介して前後方向に延びるタービン軸６を回転自在に支持している。また、軸受ハウジング２内には、軸受２１及びタービン軸６を潤滑するための潤滑油が供給されている。
シールプレート３は、略円板状の部材であり、軸受ハウジング２内に供給されている潤滑油のコンプレッサハウジング４側への漏出を防止し、且つコンプレッサハウジング４との間に後述するディフューザ流路４２を形成するためのものである。
【００２０】
コンプレッサハウジング４は、その内部で、外部から導入された空気を圧縮する部材であって、空気導入口４１と、ディフューザ流路４２と、コンプレッサスクロール流路４３とを有している。
空気導入口４１は、コンプレッサハウジング４内に空気を導入する導入口であり、コンプレッサインペラ８の後方側に設けられている。ディフューザ流路４２は、コンプレッサインペラ８を囲んで設けられる略環状の流路であって、コンプレッサインペラ８の回転によって送り出された空気が圧縮される流路である。コンプレッサスクロール流路４３は、コンプレッサインペラ８を囲んで設けられる略環状の流路であり、ディフューザ流路４２内で圧縮された空気が導入される流路である。また、コンプレッサスクロール流路４３は不図示の空気吐出口と接続しており、圧縮された空気は上記空気吐出口から吐出され内燃機関の吸気口に供給される構成となっている。
【００２１】
次に、本実施形態に係るロータ５の構成を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図２は、ロータ５の構成を示す概略図であって、（ａ）はロータ５の側面図、（ｂ）はタービン軸６の側面図、（ｃ）はタービンインペラ７の側面図である。なお、図２において、コンプレッサインペラ８の記載は省略している。
【００２２】
図１に示すように、ロータ５は、タービンハウジング１に導入された排気ガスの流動によって回転するものであり、タービン軸６と、タービンインペラ７と、コンプレッサインペラ８とを有している。
【００２３】
タービン軸６は、前後方向で延在し、タービンインペラ７とコンプレッサインペラ８とを連結する軸部材である。タービン軸６は、高い剛性を備えるクロムモリブデン鋼等を用いて、切削加工等により成形されている。また、上述したように、タービン軸６は一対の軸受２１を介して軸受ハウジング２に回転自在に支持されている。
【００２４】
図２に示すように、タービン軸６における、前後方向（すなわち軸方向）での前側の端面６１は、前後方向と直行する平面状に形成されている。端面６１には、タービンインペラ７との接続に用いられ、正面視円形の嵌合凹部６２が形成されている。嵌合凹部６２の内径は、前後方向に関して同一の内径となるように形成されている。タービン軸６の後端部には、コンプレッサインペラ８との接続に用いられる雄ネジ部６３が設けられている。
【００２５】
タービン軸６の嵌合凹部６２が形成されている側の端部６４において切削加工を施す箇所は、端面６１、嵌合凹部６２及び端部６４の外周面の３箇所となっている。なお、嵌合凹部６２は、凹部内周面６２ａと、前方に臨む底面６２ｂとを加工することで形成される。特に、凹部内周面６２ａは、タービン軸６とタービンインペラ７との間の、タービン軸６の軸方向と直交する方向での位置決め精度に関わることから、高い加工精度が要求される。
【００２６】
タービンインペラ７は、排気ガスの流動を受けて回転する回転翼であって、タービン軸６の前端部に一体的に接続されている。タービンインペラ７は、略円錐状に成形されたハブの外周面に複数の翼が周方向に並んで配設された構成となっており、難削材であるニッケル系の耐熱合金を用いて成形されている。
また、タービンインペラ７は、後方に向かって突出し、嵌合凹部６２に隙間なく嵌合できる背面視円形の嵌合凸部７１を有している。嵌合凸部７１の外径は、前後方向に関して同一の外径となるように形成されている。
【００２７】
タービン軸６及びタービンインペラ７は、嵌合凸部７１が嵌合凹部６２に嵌合した状態で、タービンインペラ７とタービン軸６の端面６１との接触部Ｗにおいて、溶接によって一体的に接続されている。溶接としては、電子ビーム溶接やレーザ溶接等が用いられる。
なお、タービンインペラ７は精密鋳造を用いて成形され、嵌合凸部７１は、鋳造後に切削加工によって形成されている。
【００２８】
嵌合凸部７１において切削加工を施す箇所は、凸部外周面７１ａ及び凸部端面７１ｂの２箇所となっている。特に、凸部外周面７１ａは、タービン軸６とタービンインペラ７との間の、タービン軸６の軸方向と直交する方向での位置決め精度に関わることから、高い加工精度が要求される。
【００２９】
図１に示すように、コンプレッサインペラ８は、タービンインペラ７と同期して回転し、空気導入口４１から導入された空気をその回転により径方向外側に送り出す回転翼であって、タービンインペラ７と同様の構成を有している。コンプレッサインペラ８は、タービン軸６の後端部に締結部材（ボルト）を用いて一体的に接続されている。
【００３０】
続いて、タービン軸６とタービンインペラ７との接続に関する、本実施形態の作用について説明する。
上述したように、タービンインペラ７は難削性のニッケル系耐熱合金を用いて成形されることから、切削のための工具の消耗が早くなる傾向がある。もっとも、本実施形態では、タービンインペラ７における嵌合凸部７１を形成するための切削加工の箇所は、凸部外周面７１ａ及び凸部端面７１ｂの２箇所である。これは、従来のタービンインペラに形成されていた凹部では、内周面、端面及び外周面を切削加工していたことに比べ、加工を要する箇所が減少している。そのため、切削工具の消耗が抑えられ、工具寿命が延びることになる。したがって、タービンインペラ７を有するロータ５を製造するためのコストが減少する。
【００３１】
また、本実施形態では、タービンインペラ７に嵌合凸部７１を形成することは、従来のタービンインペラに凹部を形成するよりも容易であるため、嵌合凸部７１の加工精度がより安定する。一方、タービン軸６には嵌合凹部６２が形成されるが、タービン軸６の材料はクロムモリブデン鋼等が用いられ、タービンインペラ７のニッケル系耐熱合金よりも切削性の優れた材料であるために、タービンインペラに凹部を形成する場合に比べてその加工精度は安定する。よって、嵌合凸部７１の外径と嵌合凹部６２の内径とのそれぞれの基準寸法をより近づけ、より狭い公差でそれぞれを形成することができる。結果として、嵌合凹部６２に嵌合凸部７１を嵌合させたときの、タービンインペラ７の回転中心とタービン軸６の軸中心との位置決めの精度が向上する。
このように位置決めの精度が向上することから、タービン軸６とタービンインペラ７とを接続した後に実施される、ロータ５全体としてのバランスを向上させるための調整の工程における調整量が減少し、且つロータ５の不良率も低下する。したがって、ロータ５を製造するためのコストが減少する。
【００３２】
したがった、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、切削加工における工具の寿命が延びることから、ロータ５の製造コスト及びロータ５を備える過給機Ｔの製造コストを削減できるという効果がある。また、タービンインペラ７の回転中心とタービン軸６の軸中心との位置決め精度が向上することから、タービンインペラ７とタービン軸６との接続後に行う調整の工程における調整量が減少し、且つロータ５の不良率も低下するため、ロータ５の製造コスト及びロータ５を備える過給機Ｔの製造コストを削減できるという効果がある。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３４】
例えば、上記実施形態におけるロータ５に、図３に示す変形例を適用してもよい。
図３は、ロータ５の一変形例を示す概略図である。
図３に示すように、タービンインペラ７における嵌合凸部７１の基端部、すなわちタービンインペラ７のハブと嵌合凸部７１との間には、嵌合凸部７１よりも大径の大径部７２が設けられている。この大径部７２の外径は、タービン軸６における端部６４の外径と略同一の径となっている。そして、大径部７２と端部６４との第２接触部Ｗ２（接触部）が溶接されている。この溶接により、タービン軸６とタービンインペラ７とが一体的に接続されている。
このような変形例では、大径部７２の外径は端部６４の外径と略同一であることから、第２接触部Ｗ２の外周面側は略面一となっている。これに加えて、大径部７２が設けられるために第２接触部Ｗ２はタービンインペラ７のハブからタービン軸６側に離間しており、例えば溶接用の電子ビームやレーザ等をタービン軸６の軸線と直交する方向から照射できることから、第２接触部Ｗ２における溶接作業を容易に行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
５…ロータ、６…タービン軸（支持軸）、６１…端面、６２…嵌合凹部、６４…端部、７…タービンインペラ（回転翼）、７１…嵌合凸部、７２…大径部、Ｔ…過給機、Ｗ２…第２接触部（接触部）
【図１】
2011196256.tif 000003
【図２】
2011196256.tif 000004
【図３】
2011196256.tif 000005