(57)【要約】【課題】タービンロータを備えるターボチャージャ用タービンハウジングであって、ハウジング本体へ高い排気温度の影響を受けにくくし、ハウジング本体を耐熱性の小さい低コストな材質で形成でき、コストパフォーマンスの良いタービンハウジングを提供すること。【解決手段】タービンハウジングのタービンロータと対向し近接する端面部材がハウジング本体へ摩擦圧接で接合され、該端面部がハウジング本体よりも耐酸化性に優れる耐熱材で形成され、前記端面部材とハウジング本体との間に空間部を有する。【選択図】図１
2011032871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータを備えるターボチャージャ用タービンハウジングであって、前記タービンハウジングのタービンロータと対向し近接する端面部材がハウジング本体へ摩擦圧接で接合され、該端面部がハウジング本体よりも耐酸化性に優れる耐熱材で形成され、前記端面部材とハウジング本体との間に空間部を有することを特徴とするターボチャージャ用タービンハウジング。
【請求項２】
前記端面部材がコの字状に形成され、前記空間部が端面部材内へ備えられることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用タービンハウジング。
【請求項３】
前記ハウジング本体に空洞部が形成され、前記空間部がハウジング本体内へ備えられることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用タービンハウジング。
【請求項４】
タービンロータを備えるターボチャージャ用タービンハウジングの製造方法であって、前記タービンハウジングのタービンロータと対向し近接する端面部材をハウジング本体と分離させて構成し、前記端面部材とハウジング本体との間に空間部を形成させ、前記端面部材とハウジング本体を摩擦圧接で接合させて一体の構成となすことによりタービンハウジングの製造を行なうことを特徴とするターボチャージャ用タービンハウジングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転するタービンロータを有するターボチャージャに用いられるタービンハウジング及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは、エンジンからの排気ガスの運動エネルギーでタービンを回転させ、このタービンと同軸の圧縮機を駆動してエンジンへ吸入する空気を圧縮し、高密度の空気をエンジンに供給することで、エンジンの出力を高めるものである。
一般に、ターボチャージャは、例えば７５０°Ｃ程の高温排気ガスのエネルギーを受けて作動するため、そのタービンハウジングの材料には高耐熱性を有するニレジスト鋳鉄が用いられている。ところが、このニレジスト鋳鉄は高価であるため、ターボチャージャの単価を引き上げる要因となっている。
【０００３】
そこで、引用文献１（特開平６−４９６１６号公報）に記載のタービンハウジングは、ハウジング本体において高温の排気ガスが通過するタービンロータと対向する部分へ耐熱材料を溶射するものである。
また、引用文献２（特開２０００−２５７４３６号公報）に記載のタービンハウジングは、ハウジング本体において高温の排気ガスが通過するタービンロータと対向する部分へ耐熱材を鋳込んで形成するものである。
【０００４】
これらのタービンハウジングは、ハウジング本体を耐熱性の低い球状黒鉛鋳鉄の用いて形成し、耐熱性の必要な部位である高温の排気ガスが通過するタービンロータと対向する部分には耐熱性材料で形成されている。そのため、比較的安価な球状黒鉛鋳鉄を用いることでより低コストにタービンハウジングを製造することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−４９６１６号公報
【特許文献２】特開２０００−２５７４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近の小型エンジンの高性能化に伴い、そのエンジンへ搭載するターボチャージャも同様に高性能化、高効率化が進み、排気温度の高温化が求められている。
しかしながら、前述の引用文献１、２に記載のタービンハウジングは、ハウジング本体の一部の表面部分は耐熱材料で形成され、表面における耐熱性は確保されているが、表面から伝達される熱量は、表面のみではなく内方へ伝わり、結局は耐熱性の低い球状黒鉛鋳鉄部分にも熱量が伝達され、ハウジング本体は高温になってしまう。
【０００７】
ハウジング本体が高温となると、熱による膨張変形が起こり、ハウジング本体とタービンロータとの隙間が適切な隙間よりも小さくなり、トラブルの原因となる。さらにハウジング本体の熱膨張が進むとタービンロータの羽根と接触するなど障害が発生する。
さらに、高温化による金属組織の変態が起こると、組織変化により材質強度の低下が生じ、ハウジング本体の強度不足となりハウジング本体の破損の要因となる。
そのため、結果的に高温の排気ガスが通過するタービンロータと対向する部分のみならず、ハウジング本体も耐熱材料を用いて形成することなり、タービンハウジング自体の高コスト化が進んでしまう。
【０００８】
したがって、本発明は、ハウジング本体へ高い排気温度の影響を受けにくくし、ハウジング本体を耐熱性の小さい低コストな材質で形成でき、コストパフォーマンスの良いタービンハウジング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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、タービンロータを備えるターボチャージャ用タービンハウジングであって、前記タービンハウジングのタービンロータと対向し近接する端面部材がハウジング本体へ摩擦圧接で接合され、該端面部がハウジング本体よりも耐酸化性に優れる耐熱材で形成され、前記端面部材とハウジング本体との間に空間部を有することを特徴とする。
【００１０】
また、端面部材がコの字状に形成され、前記空間部が端面部材内へ備えられることを特徴とする。
【００１１】
また、ハウジング本体に空洞部が形成され、前記空間部がハウジング本体内へ備えられることを特徴とする。
【００１２】
また、タービンロータを備えるターボチャージャ用タービンハウジングの製造方法であって、前記タービンハウジングのタービンロータと対向し近接する端面部材をハウジング本体と分離させて構成し、前記端面部材とハウジング本体との間に空間部を形成させ、前記端面部材とハウジング本体を摩擦圧接で接合させて一体の構成となすことによりタービンハウジングの製造を行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ハウジング本体と端面部材との間に空間部を有することにより、ハウジング本体へ伝わる熱の影響が小さくなるので、より高温の排気ガスを用いることが可能となり、高効率なターボチャージャを得ることができる。
また、端面部材のみに耐熱材を用い、ハウジング本体には高価な耐熱材料を用いる必要がないので、低コストに製造できる安価なターボチャージャを提供することができる。
【００１４】
さらには、端面部材がハウジング本体へ摩擦圧接によって接合されるので、鋳包み工程に比べて取り付け精度や形状再現性に優れており、タービンハウジングとしての製造品質を安定して高い品質で保つことができる。
また、空間部を有することで、ハウジング内部の排気ガスの熱がハウジング本体側へ伝播しないので、排気ガスの熱量がハウジング外方へ奪われること無く高温を保つことができる。これにより、ターボチャージャの熱効率が高く維持され、高性能なターボチャージャが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のタービンハウジング１の断面図。
【図２】ハウジング本体２と端面部材３との摩擦圧接する際の断面説明図。
【図３】摩擦圧接接合前の端面部材３とスクロール端部９との間の隙間Ｘを示す部分拡大断面図。
【図４】摩擦圧接接合後の端面部材３とスクロール端部９との間の隙間Ｘを示す部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のタービンハウジング１の断面図を示している。
図１において、本発明のタービンハウジング１には、高温の排気ガスにより回転するタービンロータ４が備えられている。
タービンハウジング１は、ハウジング本体２と、タービンロータ４と対向し近接する端面部材３で構成されている。
【００１７】
ハウジング本体２は、軸芯部分に通気部分として空洞部分６が形成され、この空洞部分に連接されて排気ガスが流し込むスクロール部８がハウジング本体２の外周に形成され排気ガスが流れるようになされている。
ハウジング本体２におけるタービンロータ４に対向する部分には、前記端面部材３が接合される切欠き部分が設けられ、この切欠き部分へ端面部材３がはめ込まれて、摩擦接合によりハウジング本体２に接合されるようになされている。
【００１８】
端面部材３は略ドーナツ盤形状に設けられ、径方向の断面形状（図１に示される断面形状）が中央部へ凹部を有するコの字状になされている。この中央部へ凹部が空間部５を形成する。
端面部材３の両端部分は、空間部の径方向の外方、内方に縁部分を形成し、この縁部分がハウジング本体２との接合部１２を構成する。端面部材３は、この接合部１２のみでハウジング本体２へ接する。
【００１９】
空間部５は、端面部材３とハウジング本体２との間に設けられ、端面部材３とハウジング本体２との間に空間を有して形成される。
そのため、空間部５を有する部分は、端面部材３とハウジング本体２が直接に接することが無く、空間部５を介して隣接するようになされている。
端面部材３と接合するハウジング本体２には、端面部材３を収める窪み部分を形成する切欠部が設けられており、この切欠部へ端面部材３がはまり込み、取り付けられている。
【００２０】
ハウジング本体２は、端面部材３の径方向外方へスクロール部８を形成しているが、スクロール部８と端面部材３の間にはハウジング本体２の一部であるスクロール端部９が備えられており、端面部材３を収める切欠部の外縁部分を形成している。
端面部材３の材質は、例えばステンレス合金等の耐酸化性に優れた耐熱材で形成されている。また、ハウジング本体２の材質は、前記耐熱材よりも耐熱性、耐酸化性に劣る材料、例えば高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄等で形成される。
【００２１】
次に、本願発明のタービンハウジングの製造方法について説明する。
図２は、ハウジング本体２と端面部材３との摩擦圧接する際の断面説明図である。
【００２２】
まず、ハウジング本体２と端面部材３はそれぞれ摩擦圧接機２２に設けられたチャックへ取り付けられる。
ハウジング本体２は、摩擦圧接機２２の回転しない固定側のチャックであるハウジング本体把持チャック２０へ内径把握によって取り付けられる。
一方、端面部材３は摩擦圧接機２２の回転側のチャックである端面部材把持チャック２１へ内径把握によって取り付けられる。
【００２３】
摩擦圧接機の回転側のチャックである端面部材把持チャック２１を回転させ、端面部材把持チャック２１へ取り付けた端面部材３を回転させる。
回転状態の端面部材３は、非回転状態のハウジング本体把持チャック２０へ取り付けられたハウジング本体２に対向して回転され、端面部材把持チャック２１が所定回転数に達すると、摩擦圧接機が駆動し、作用力Ｐによって端面部材把持チャック２１をハウジング本体把持チャック２０側へ押圧する。
押圧された端面部材把持チャック２１は、ハウジング本体把持チャック２０側へスライド移動し、端面部材３とハウジング本体２を接触させる。
【００２４】
この時、本実施例の端面部材３は、図２に示すように断面形状をコの字状に形成して接触側の端部へ接合部１２を設けているので、端面部材３は接合部１２のみでハウジング本体２と接触する。
回転状態の端面部材３と非回転状態のハウジング本体２が接触すると接合部１２の接触面に摩擦による摩擦熱が発生する。
【００２５】
その後、さらに作用力Ｐが加わり端面部材把持チャック２１をハウジング本体把持チャック２０側へ押圧すると同時に端面部材把持チャック２１の回転を停止するアプセットを行い、端面部材３とハウジング本体２を摩擦圧接させる。
これにより端面部材３の接合部１２がハウジング本体２と一体となって接合される。
【００２６】
前述の製造方法によって製造されたタービンハウジングは、端面部材３の断面形状におけるコの字形状の間の空間部５を備えており、端面部材３とハウジング本体２との間に空間部５が介在する。
この空間部５が、高温の排気ガスを受けて高温化する端面部材３からハウジング本体２へ伝わる熱量を遮断し、ハウジング本体２の高温化を防ぐ効果を奏する。
【００２７】
例えば、７５０℃の高温排気ガスがタービンハウジングに送られると、高温の排気ガスにより端面部材３の表面も加熱され、端面部材３の表面温度は７００℃程度の高温となり、端面部材３の内部にも熱が伝達され内部温度も同様に加熱されて高温となる。
しかしながら、本発明のタービンハウジングにおいては、端面部材３とハウジング本体２との間に空間部５として空気による断熱部分が介在し、ハウジング本体２への熱量の伝播を遮断することができる。
【００２８】
これにより、ハウジング本体２の温度が高温にならないので、ハウジング本体２の材質に高い耐酸化性、耐熱性を有する耐熱材料を用いる必要がなくなり、端面部材３よりも低い耐熱性能を有する安価な材料を用いてハウジング本体２を製造することが可能となる。
【００２９】
例えば、従来のハウジング本体２へ熱量が伝達され、ハウジング本体２が高温化してしまうターボハウジングの場合には、ハウジング本体２の材料としてニレジスト鋳鉄などの高価な耐熱金属材料を用いて形成する必要がある。
しかしながら、本発明によるターボハウジングの場合は、高温の排気ガスの影響を受けて高温となる端面部材３のみをステンレス合金等の耐熱材で形成し、熱量伝達の少ないハウジング本体２は高温となることが無く、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄などの耐熱性の小さい金属材料で形成することが可能となる。
【００３０】
そのため、ハウジング本体２が高温の排気ガスによる熱の影響が小さくでき、ターボチャージャの効率を高めるための条件である排気ガスの高温化を達成でき、より高効率なターボチャージャを得ることができる。
また、ハウジング本体２が高温にならず、金属組織が熱による組織変態をおこすことがないので高温による材料の脆弱化が発生せず、当初の材料強度を維持することができる。
さらには、質量の多いハウジング本体２の材質に高価な耐熱金属材料を用いることがないので、低コストで製造できる安価なターボハウジングを提供することができる。
【００３１】
前記実施例では、端面部材３をコの字形状に形成して端面部材３側へ空間部５を設けているが、空間部５は端面部材３とハウジング本体２との間に介在すればよいので、例えば端面部材３には空間部５を設けずにハウジング本体２の端面部材３と接する側へ凹部を設けて空間部５を形成することによっても、前記実施例と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
また、本発明の他の実施例として、ハウジング本体２の一部であるスクロール端部９と端面部材３との間には、摩擦圧接接合を行なう前の状態で０．５〜０．８ｍｍ程度の隙間Ｘを設けることが望ましい。
図３は、摩擦圧接接合前の端面部材３とスクロール端部９との間の隙間Ｘを示す部分拡大断面図である。
図４は、摩擦圧接接合後の端面部材３とスクロール端部９との間の隙間Ｘを示す部分拡大断面図である。
【００３３】
端面部材３とハウジング本体２の摩擦圧接接合時において、アプセットの際に押圧された材料がバリ１３として外周へはみ出てしまう。
このバリ１３がはみ出すと、ターボハウジングの内部形状に凸部が発生し、回転するタービンロータ４に当接し、破損や回転不具合の原因となる。
そのため、甚だしいバリのはみ出しは、接合後にハウジング内部を研削加工してバリ１３を取り除く必要があった。
【００３４】
本発明は、図３に示すように端面部材３とスクロール端部９との間に隙間Ｘを設けており、摩擦圧接により発生するバリ１３をこの隙間Ｘの内へ収めるようになされる。
摩擦圧接接合の後には、図４に示すように摩擦圧接によるバリ１３が発生するが、このバリ１３は隙間Ｘの空間内へ収められる。
このように、本実施例では端面部材３とスクロール端部９との間に隙間Ｘを設けることにより、摩擦圧接時に発生するバリ１３をこの隙間Ｘの間に収めることができ、ハウジング内部へバリ１３がはみ出すことはない。
そのため、バリ１３を研削加工する製造工数を削減でき、タービンロータ４の当接による不具合を起こすことがなくなる。
【符号の説明】
【００３５】
２    ハウジング本体
３    端面部材
５    空間部
８    スクロール部
９    スクロール端部
１２  端面部接合部
１３  バリ
２２  摩擦圧接機
【図１】
2011032871.tif 000003
【図２】
2011032871.tif 000004
【図３】
2011032871.tif 000005
【図４】
2011032871.tif 000006