(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボチャージャのような装置に使用されるか、または圧縮機ホイール組立体を必要とする機構の構成要素として使用され得る遠心圧縮機ホイール組立体を作る。【解決手段】圧縮機ホイール組立体１０は、シャフトと係合する圧縮機ホイール部材１６が接続された管状インサート１２および圧縮機ホイール組立体を含むターボチャージャを含む。管状インサートは、入口端部から対向する出口端部まで延長するシャフトボアを形成する壁部材を有する。壁部材は、外周面と対向する内周面を有する。少なくとも１つの係合部材は、内周面上に形成されてもよい。係合部材は、外周面に形成されてもよい。管状インサートは、適切な金属で構成されてもよい。【選択図】図１
2019074085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口端部から前記入口端部に対向する出口端部まで延長されるシャフトボア、および壁部材を有する金属管状インサートであって、前記壁部材は、外周面および管状インサートシャフトボアを形成する外周面に対向する内周面を有し、前記外周面または内周面の少なくとも１つは、その上に形成された少なくとも１つの係合部材を含む管状インサート；
ポリマー材料からなる圧縮機ホイール部材であって、前記圧縮機ホイールは、軸方向に延長する中央部が前記管状インサートに成形され、前記中央部は、入口端部及び前記入口端部に対向する出口端部を有し、前記圧縮機ホイール部材は、前記中央部から外側に突出するブレードアレイをさらに有し、前記ブレードアレイは、外面および内側領域、およびその上に配置されている円周方向に離隔され、半径方向および軸方向に延長する複数のブレードを有する圧縮機ホイール部材；および
外面を有するシャフトであって、前記シャフトが前記管状インサートを貫通して延長され、前記管状インサートの対向する内面の少なくとも１つの輪郭形成された表面領域は、前記シャフトの外面と係合するシャフト；
を含む圧縮機ホイール組立体。
【請求項２】
前記圧縮機ホイール部材のポリマー材料は、エポキシ化合物、フェノール系ポリマー、ポリイミドポリマー、ポリアミドポリマー、ポリプロピレンポリマーまたはポリエーテルケトンポリマー中、少なくとも１つを含む、請求項１に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項３】
前記ポリマー材料は、補強材をさらに含み、前記補強材は、金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属粒子、ガラス粒子、炭素粒子中、少なくとも１つを含む、請求項２に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項４】
前記管状インサートの金属は、青銅、鉛入青銅、銅鉄、鉛入鉄、アルミニウム、チタニウム、鋼鉄中、少なくとも１つを含む、請求項１に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項５】
前記管状インサートは、管状インサートの外周面像に接線方向に配置され、前記外周面から軸方向外側に突出する少なくとも２つの係合部材を含み、前記少なくとも２つの係合部材は、前記の圧縮機ホイール部材の中央部に存在するポリマー材料に突出してポリマー材料によって囲まれる、請求項４に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項６】
前記少なくとも２つの係合部材は、それぞれ管状インサートの入口端部から出口端部まで延長され、前記少なくとも２つの係合部材のそれぞれは、トルク伝達面を有する、請求項５に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項７】
前記管状インサートの内周面は、非円形断面を有する、請求項５に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項８】
前記圧縮機ホイールの中央部は、圧縮機ホイールの入口端部および長さを有する対向圧縮機ホイール出口端部を有し、前記圧縮機ホイールの中央部の長さは、管状インサートによって規定された長さ以下である、請求項１に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項９】
前記管状インサートの少なくとも１つの係合部材は、管状インサートの壁部材内に形成された多数の開口を含み、前記開口は、前記外周面から前記内周面まで延長され、前記圧縮機部材のポリマー材料は、前記複数の開口を貫通して延長され、前記内周面の少なくとも一部を覆う、請求項１に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項１０】
前記内周面の少なくとも一部を覆う前記ポリマー材料は、前記管状インサートの内周面の内部に同軸に配置された中央ボアを形成し、前記管状インサートの対向する内面の輪郭形成された表面領域は、前記シャフトの外面と当接する、請求項９に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項１１】
前記管状インサートは、青銅、鉛入青銅、銅鉄、鉄、鉛入鉄、アルミニウム、チタニウム、鋼鉄からなり、前記管状インサートは、前記管状インサートの外周面上に接線方向に配置され、外周面から軸方向外側に突出する少なくとも２つの係合部材を含み、前記少なくとも２つの係合部材は、前記圧縮機ホイール部材の中央部のポリマー材料に突出してポリマー材料によって囲まれながら、前記圧縮機ホイール部材のポリマー材料は、エポキシ樹脂、フェノール系ポリマー、ポリイミドポリマー、ポリアミドポリマー、ポリプロピレンポリマー、ポリエーテルエーテルケトンポリマー中、少なくとも１つを含む、請求項１に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項１２】
前記管状インサートの少なくとも２つの係合部材は、使用位置にあるときに圧縮機ホイール組立体の回転方向に対して構成された連続したスピロイドを形成する弓形部材として構成される、請求項１１に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項１３】
入口端部から前記入口端部に対向する出口端部まで延長されるシャフトボア、および壁部材を有する金属管状インサートであって、前記壁部材は、外周面及び管状インサートシャフトボアを形成する外周面に対向する内周面を有し、前記外周面または内周面の少なくとも１つは、その上に形成された少なくとも１つの係合部材を含み、前記管状管状インサートの金属は、青銅、鉛入青銅、銅鉄、鉄、鉛入鉄、アルミニウム、チタニウム、鋼鉄中、少なくとも１つを含む金属管インサート；
ポリマー材料からなる圧縮機ホイール部材であって、前記圧縮機ホイールは、軸方向に延長する中央部が前記管状インサートに成形され、前記中央部は、入口端部および出口端部を有し、前記圧縮機ホイール部材は、前記中央部から外側に突出するブレードアレイをさらに有し、前記ブレードアレイは、外面と内側領域を有し、その上に配置されている円周方向に離隔され、半径方向および軸方向に延長する複数のブレードを有し、前記圧縮機ホイール部材のポリマー材料は、エポキシ化合物、フェノール系ポリマー、ポリイミドポリマー、ポリアミドポリマー、ポリプロピレンポリマーまたはポリエーテルケトンポリマー中、少なくとも１つを含み、前記ポリマー材料は、場合によって金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属粒子、ガラス粒子、炭素粒子中、少なくとも１つを含み、前記圧縮機ホイールの中央部は、圧縮機ホイールの入口端部および長さを有する対向圧縮機ホイール出口端部を有し、前記圧縮機ホイールの中央部の長さは、管状インサートによって規定された長さ以下である、圧縮機ホイール部材；および
外面を有するシャフトであって、前記シャフトが前記管状インサートを貫通して延長され、前記管状インサートの対向する内面の少なくとも１つの輪郭形成された表面領域は、前記シャフトの外面と係合するシャフト；
を含む圧縮機ホイール組立体。
【請求項１４】
前記管状インサートは、管状インサートの外周面上に接線方向に配置され、前記外周面から軸方向外側に突出する少なくとも２つの係合部材を含み、前記少なくとも２つの係合部材は、前記圧縮機ホイール部材の中央部に存在するポリマー材料に突出してポリマー材料によって囲まれながら、前記少なくとも２つの係合部材は、それぞれ管状インサートの入口端部から出口端部まで延長されてトルク結合面を形成し、前記少なくとも２つの係合部材の内周面は、非円形断面を有する、請求項１３に記載の圧縮機ホイール組立体。
【請求項１５】
前記管状インサートの少なくとも１つの係合部材は、管状インサートの壁部材内に形成された複数の開口を含み、前記開口は、前記外周面から前記内周面まで延長され、前記圧縮機部材のポリマー材料は、前記複数の開口を貫通して延長され、前記内周面の少なくとも一部を覆い、前記内周面の少なくとも一部を覆う前記ポリマー材料は、前記管状インサートの内周面の内部に同軸に配置された中央ボアを形成し、前記管状インサートの対向する内面の輪郭形成された表面領域は、前記シャフトの外面と当接する、請求項１４に記載の圧縮機ホイール組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧縮機ホイールに関する。より詳細には、本開示は、部分的にポリマー材料からなる圧縮機ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機は、ターボチャージャ、過給機などのような用途に使用されている。このような装置は、典型的には、中央部に支持された空気力学的に輪郭形成されたインペラブレードのアレイを包含する圧縮機ホイールを含む。ハブセクションのような中央セクションは、回転可能なドライブシャフトに取付けられている。ターボチャージャの場合、回転可能なシャフトは、タービンホイールによって駆動される。ターボチャージャの場合、ハブセクションは、一般的に、上記のシャフトが延長されてハブに固定される中央軸方向ボアを含む。固定は、ネジ付きシャフトおよびハブ、キー付きハブの使用などの任意の適切な形態を取ることができるか、代替的に、上記のシャフトのノーズが、上記のハブを貫通して延長し、ナットを使用して固定してショルダーまたはシャフトとともに回転可能な他の直径方向に拡大された構造に対してハブを固定することができる。上記のシャフトは、輪郭形成されたブレードが空気中に軸方向に吸引され、高圧レベルで半径方向外側にその空気を圧縮機ハウジングのチャンバに放出する方向に遠心圧縮機ホイールを回転可能に駆動する。次いで加圧された空気は、チャンバから燃料との混合および燃焼のための内燃機関の吸気マニホルドに全て周知の方法で供給される。
【０００３】
圧縮機技術の改良によって、圧縮機、特に、遠心圧縮機ホイールの慎重な設計による向上された圧縮機効率、流量範囲、および迅速な過渡応答を含むが、これに限定されない、様々な利点が得られた。性能を向上させるために、ポリマー遠心圧縮機ホイールが提案されている。特定の用途および構成においては、ポリマー圧縮機ホイールは、高強度および低回転慣性構成要素が提供できるものと考えられている。特定の用途においては、ポリマー圧縮機ホイールは、ブレードに関連する所望のベーンおよびフィン形状により容易に構成することができる。残念ながら、圧縮機ホイールに使用するためのポリマー化合物の使用は、いくつかの重要な材料および構造的な懸念によって制限されてきた。ポリマー化合物は、圧縮機の作動温度でクリープ（ｃｒｅｅｐ）を示す。これは、作動効率を低下させ、関連する圧縮機組立体および圧縮機ホイールなどの構成要素の有効寿命を制限することができる。いままで、圧縮機ホイールに使用できるポリマー材料は、典型的なターボチャージャ作動条件で使用すると構造的歪みを示すものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
クリープおよび歪みの問題なしにポリマー構造体の効率が提供できる圧縮機ホイール構成を提供することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
金属管状インサート、ポリマー材料からなる圧縮機ホイールおよびシャフトを含み、上記の圧縮機ホイール部材が管状インサートに成形された軸方向に延長する中央部分を有する圧縮機ホイール組立体。
【０００６】
さらに、本明細書に記載される圧縮機ホイール組立体を含むターボチャージャが開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示は、添付された図面とともに読むと、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的な慣行にしたがって、図面の様々な特徴は、正確な縮尺で作図されたものではないことが強調される。逆に、様々な特徴の寸法は、明確にするために任意に拡大または縮小される。
【０００８】
【図１】明確にするため、シャフトを除去した、本明細書に開示される圧縮機ホイール組立体の圧縮機ホイール部材の実施形態の概略斜視図である。
【図２】図１の２−２線のみを示す本明細書に開示される圧縮機ホイール組立体の断面図である。
【図３】図１の圧縮機ホイール組立体の第１実施形態の斜視上面図である。
【図４Ａ】図３の圧縮機ホイール組立体の管状インサートの第１実施形態の断面プロファイルである。
【図４Ｂ】図３の圧縮機ホイール組立体の管状インサートの第２実施形態の断面プロファイルである。
【図４Ｃ】本明細書に開示される遠心圧縮機ホイール部材の実施形態と、図４Ａに図示される管状インサートの実施形態との間の接合部の詳細断面図である。
【図４Ｄ】本明細書に開示される遠心圧縮機ホイール部材の実施形態と、図４Ｂに図示される管状インサートの実施形態との間の接合部の詳細断面図である。
【図５】図３の管状インサートの斜視図である。
【図６】ターボチャージャの所定の位置にある図３の圧縮機ホイール組立体の断面図である。
【図７】本明細書に開示される圧縮機ホイール組立体の第２実施形態の分解斜視図である。
【図８】図３の圧縮機ホイール部材の下面斜視図である。
【図９】図５の圧縮機ホイール組立体に使用された管状インサート部材の第３実施形態の斜視図である。
【図１０】明確にするため、管状インサートが除去された図５の圧縮機ホイール部材の実施形態の詳細断面図である。
【図１１】本明細書に開示される管状インサートの第４実施形態の斜視図である。
【図１２】本明細書に開示される圧縮機ホイール部材の代替実施形態の斜視図である。
【図１３】本明細書に開示される管状インサートの第５代替実施形態の斜視図である。
【図１４】図１３の管状インサートの実施形態の代替斜視図である。
【図１５】管状インサートおよび圧縮機ホイール部材の詳細図である。
【図１６】本明細書に開示される圧縮機ホイール部材の第３代替実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に記載された圧縮機ホイールを含むターボチャージャ、過給機などは勿論、本明細書に記載された圧縮機ホイールを内蔵するターボチャージャ、過給機などの装置に使用されるように構成された圧縮機ホイール組立体が開示される。特定の実施形態においては、本明細書に開示される圧縮機ホイールは、堅固な軽量構造物を提供することができる。
【００１０】
図１および図２に示すように、本明細書においては、遠心圧縮機ホイール組立体１０が開示されている。遠心圧縮機ホイール組立体１０は、多くの用途において、回転可能な圧縮機８内の遠心インペラとして使用することができる。これらの用途は、内燃機関６のような様々な最終用途に関連し、様々な排気駆動式ターボチャージャ４などのための回転可能な圧縮機８を含むことができる。遠心圧縮機ホイール組立体１０は、縦軸１４に沿って延長される管状インサート１２を含む。特定の実施形態においては、遠心圧縮機ホイール組立体１０の管状インサート１２は、遠心圧縮機ホイール部材１６を貫通して軸方向に延長される縦軸１４に沿って軸方向に延長することができる。
【００１１】
図５に示すように、管状インサート１２は、出口端部１７および入口端部１８と、入口端部１８および出口端部１７との間に延長される壁部材１９、外周面２１およびシャフトボア２２を形成するために外周面２１を対向する内周面２３を具備する。
【００１２】
シャフトボア２２は、図６に示すように、内部にシャフト２４を伸縮可能に受け入れるように構成されている。適切なシャフト２４の非限定的な例には、適切なターボチャージャ４に関連する適切なタービンシャフトが含まれる。シャフト２４は、管状インサート１２に形成されたシャフトボア２２に受け入れられ、入口端部１８から内側に延長している。シャフトは、シャフトボア２２を通じて出口端部１７まで延長し、その位置を終端させるか、または所望、または必要に応じて出口端部１７の短い適切な位置まで延長することができる。また、特定の構成においては、シャフト２４は、所望または必要に応じて出口端部１７を越えて延長するか、または突出してもよいものと考えられる。シャフト２４は、後述するような適切な方法で管状インサート１２に接続することができる。
【００１３】
遠心圧縮機ホイール組立体１０の遠心圧縮機ホイール部材１６は、管状インサート１２に成形された軸方向延長中央部２６を含む。遠心圧縮機ホイール組立体１０の遠心圧縮機ホイール部材１６は、軸方向延長中央部２６に連続的に接続され、そこから半径方向外側に延長するブレードアレイ２８を含む。ブレードアレイ２８は、円周方向に離隔され、半径方向および軸方向に延長する弓形の遠心方向に配置されたインペラブレード３０を含む。任意の適切な数のインペラブレード３０は、遠心圧縮機ホイール組立体１０の遠心圧縮機ホイール部材１６の設計要件によってブレードアレイ２８に使用することができる。インペラブレード３０は、任意の適切な円周方向の間隔を有することができる。同様に、インペラブレード３０は、半径方向および軸方向に任意の所望の程度に延長し、特にブレード面２７の形状の任意の適切な形状を有することができる。インペラブレード３０は、エアフォイルを含み、ブレード面２７は、エアフォイル面を含むことができる。特定の実施形態においては、インペラブレード３０の形状は、軸方向延長中央部２６の弓形の外側面から弦方向２５に外側に突出する複数の接続されたコードによって記述することができる。本明細書で使用されるように、弦または弦方向２５は、曲線の２つの点を連結する線分を指すために使用され、インペラブレード３０の幅を含むか、エアフォイル部分としてインペラブレード３０に関し、エアフォイル部分の前縁と後縁を連結する直線の線分を含むことができる。弦方向２５に対してほぼ横断する方向は、弦横方向２９に形成されてもよく、一般的にインペラブレード３０の長さに沿って延長される。特定の実施形態においては、様々なインペラブレード３０の特定の輪郭は、所望、または必要に応じて図１に示すようにインペラブレード３０の少なくとも一部に対する入口端部１８にほぼ隣接する前方ブレードレイク３２、およびインペラブレード３０の周囲に少なくとも１つの後方湾曲部３４を含むことができる。
【００１４】
圧縮機ホイール組立体１０の遠心圧縮機ホイール部材１６のブレードアレイ２８は、外側領域３６および内側領域３８を有する。遠心圧縮機ホイール組立体１０の遠心圧縮機ホイール部材１６のブレードアレイ２８は、適切なポリマー材料で形成することができる。遠心圧縮機ホイール組立体１０の遠心圧縮機ホイール部材１６に使用されるポリマー材料は、高温および長時間のデューティサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）で使用するのに適合した熱可塑性または熱硬化性ポリマー材料であってもよい。このような材料の非限定的な例には、エポキシ化合物、フェノール系ポリマー、ポリイミドポリマー、ポリアミドポリマー、ポリプロピレンポリマーまたはポリエーテルエーテルケトンポリマーを含むが、これに限定されない、ポリアルキルアリールケトンポリマーを含む。
【００１５】
適切なエポキシ樹脂化合物の非限定的な例としては、それ自体で架橋されたものだけでなく、様々な多官能性硬化剤と反応して熱硬化性ポリマーを形成するポリエポキシドが挙げられる。適切な材料は、エポキシ樹脂プレポリマーまたは２つ以上のエポキシド基を含む高分子量ポリマーから製造される。適切なエポキシ樹脂の非限定的な例としては、ビスフェノールＡが挙げられ、これは、エピクロルヒドリンと反応するときに下記の一般式を有するジグリシジルエーテルが生成される：
【００１６】
【化１】
2019074085.tif 000003
【００１７】
上記の式中、ｎは０〜２５の整数である。使用可能な他のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡと類似した方式でエポキシ化されるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂だけでなく、エポキシ樹脂、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂、一官能性（例えば、ドデカノールグリシジルエーテル）二官能性（ブタンジオールジグリシジルエーテル）、またはより高い官能性（例えば、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル）樹脂を形成する脂肪族アルコールまたはポリオールのグリシジル化などのプロセスによって形成される脂肪族エポキシ樹脂が挙げられる。さらに、他のエポキシ樹脂としては、芳香族アミンとエピクロルヒドリンの反応によって形成されるもののようなグリシジルアミンエポキシ樹脂が挙げられ；これの非限定的な例としては、−ｐ−アミノフェノール（官能価３）およびＮ、Ｎ’、Ｎ’’、Ｎ’’’−テトラグリシジル−ビス−（４−アミノフェニル）−メタン（官能価４）が挙げられる。
【００１８】
エポキシ樹脂材料は、ホモ重合によって硬化することができるか、アミン、酸、酸無水物、フェノール、アルコールおよびチオールを含むが、これに限定されない、適切な多官能性硬化剤（ｃｕｒａｔｉｖｅｓ）または硬化剤（ｈａｒｄｅｎｅｒ）との共重合によって硬化することができる。硬化剤は、所望または必要に応じて周囲または潜在性硬化剤であり得る。
【００１９】
本明細書で使用される用語としてのフェノール系ポリマーは、フェノールまたは置換されたフェノールとホルムアルデヒドとの様々な反応生成物をベースにしたポリマーとして形成される。このような材料は、ホモ重合することができ、または適切な共重合可能な成分と重合することができ、ノボラック型樹脂またはレゾール樹脂として存在することができる。
【００２０】
本明細書に開示される圧縮機ホイールのブレードアレイ２８に使用することに適したポリイミドは、適切な二無水物とジアミンとの反応または適切な二無水物とジイソシアネートとの反応のような様々な方法によって製造される材料を含むことができ、下記の一般式を有することができる：
【００２１】
【化２】
2019074085.tif 000004
【００２２】
ここで、Ｒ１は、脂肪族基、芳香族基またはこれら２つの混合物であり得る。特定の実施形態においては、適切な材料の非限定的な例には、商品名「カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）」で市販されているポリオキシジフェニレンピロメリトイミドのような材料を含み、下記の一般式を有するものと考えられる：
【００２３】
【化３】
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【００２４】
適切なポリアミド材料は、ホモ重合されるか、または耐熱性および耐久性を含む所望する特性を提供するか、向上するのに適した材料と共重合された芳香族、半芳香族および脂肪族の材料が含まれる。適切な脂肪族ポリアミドの非限定的な例としては、ナイロン１２、ナイロン１１、ナイロン６、ナイロン６，６などが挙げられる。適切な半−芳香族ポリアミドの非限定的な例としては、下記の一般式を有するものなどのポリフタラミドが挙げられる：
【００２５】
【化４】
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【００２６】
これは、高分子鎖中の繰返し単位のカルボン酸部分の５５％以上がテレフタル酸（ＴＰＡ）とイソフタル酸（ＩＰＡ）との組合せからなる場合にそのように形成される。適切なポリマーの非限定的な例としては、ＰＡ６Ｔ／６６、ＰＡ６Ｔ／ＤＴおよびＰＡ６Ｔ／６Ｉが挙げられる。さらに、半芳香族ポリアミドは、他のポリマー材料とブレンディングされるか、共重合され得るものと考えられる。
【００２７】
適切なポリアミドポリマーは、ポリアミド４６などの材料を含むことができるものと考えられる。いかなる理論に束縛されるものではないが、ポリアミド４６は、特定の用途で約１．１９ｇ／ｍの密度および約２９０℃の融点を有する下記の一般式を有するポリマー材料であり得るものと考えられる：
【００２８】
【化５】
2019074085.tif 000007
【００２９】
適切なポリエーテルエーテルケトンは、下記の一般式を有し：
【００３０】
【化６】
2019074085.tif 000008
【００３１】
関連する遠心圧縮機ホイール組立体１０の作動温度より高い作動温度を有することができる。特定の用途においては、選択されたポリエーテルエーテルケトンは、約１４０℃以上の作動温度で安定性を有し、いくつかのグレードは、２５０℃以上までの有用な作動温度を有する。
【００３２】
所望または必要な場合、ポリマー材料は、ポリマー材料を補強するための分散補強充填材料として複数の不織布不連続繊維などの充填材料を含むことができる。ポリマー材料は、繊維補強材の代わりに、または繊維補強材の外にも他の適切な充填材料を含むことができる。このような材料の非限定的な例には、様々な有機および無機粒状充填材料を含むことができる。特定の実施形態においては、充填材料は、様々な類型のカーボンナノチューブなどのカーボンナノ粒子を含む様々なナノ粒子充填材料を含むことができる。適切な充填材料の他の非限定的な例には、金属繊維、ガラス繊維、金属粒子、ガラス粒子、炭素粒子など中の少なくとも１つを含むことができる。ポリマーマトリックス複合材料は、遠心圧縮機ホイール組立体１０のブレードアレイに存在する所望の形状または形態に形成され得る混合物を依然として提供しながら、ポリマー材料および充填材料を任意の適切な相対量で含むことができる。充填材料は、均質または不均一分散液をはじめとする任意の適切な方式でポリマー材料に分散されてもよい。
【００３３】
充填材料は、様々な金属、ガラス、ポリマーまたは炭素粒子および／または繊維を含む任意の適切な粒状および／または不織布不連続繊維材料から形成されてもよい。充填材料は、長さ、断面形状および断面大きさ（例えば、円筒型繊維の場合、繊維直径）を含む任意の適切な特性を有することができ、粒子および不織繊維などの材料の混合物、異なる特性を有する不織繊維、不連続繊維および／または異なる大きさの粒子の混合物を含むことができる。充填材料を構成する繊維は、個々のフィラメント、不連続（例えば、チョップド）フィラメントまたはヤーンのトウまたは未解撚バンドルを含むことができる。
【００３４】
遠心圧縮機ホイール組立体１０の管状インサート１２は、適切な金属または金属合金で形成することができる。選択された金属または金属合金は、遠心圧縮機ホイール部材１６のポリマー材料を担持できる組成物であり、管状インサート１２の少なくとも一部がポリマー材料によって囲まれるか、ポリマー材料内に内蔵されるように管状インサート１２にオーバー成形されてもよい。適切な金属材料の非限定的な例には、アルミニウムおよびアルミニウム合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金、鉄および鉄合金、銅および銅合金、チタニウムおよびチタニウム合金、鋼などの材料が含まれる。特定の実施形態において、金属合金は、青銅または青銅合金であってもよい。特定の実施形態においては、遠心圧縮機ホイール組立体１０の管状インサート１２は、青銅、鉛入青銅、銅鉄、鉄、鉛入鉄、アルミニウム、チタニウム、鋼鉄の中から少なくとも１つを含むことができる。
【００３５】
青銅材料の非限定的な例には、適切な合金金属と合金された銅が含まれる。特定の実施形態において、適切な青銅材料は、１０％〜１４％のスズと合金された銅からなる。特定の実施形態においては、適切な青銅材料はまた、スズ以外に、またはスズの代わりに亜鉛を含むこともできる。特定の実施形態で使用できる他の青銅材料は、リン青銅（０．５％〜１１％スズ０．０１％〜０．３５％リン、銅残量）、アルミニウム青銅（４％〜１１．５％アルミニウム、０．５％〜６％鉄、０．８％〜６％ニッケル、０．５％〜２％マンガン、０．５％亜鉛、銅残量）、シリコン青銅（０％〜２０％亜鉛、０．５％〜６％シリコン、銅残量）を含むが、これに限定されない。
【００３６】
本開示に使用され得る適切なステンレス鋼は、タイプ３１６Ｌを含むが、これに限定されない。適切な銅鉄合金は、銅、鉄および場合によって、ベリリウムを含むことができる。銅鉄合金の非限定的な例には、６５％〜９８％の銅および３５％〜２％の鉄を含有するものが含まれる。
【００３７】
遠心圧縮機ホイール組立体１０の管状インサート１２は、遠心圧縮機ホイール部材１６に接続するように構成される。図示した様々な実施形態においては、管状インサート１２は、遠心圧縮機ホイール部材１６内のポリマー材料とオーバー成形接触状態にあり、特に、軸方向に延長する中央部２６に存在するポリマー材料と接触する。ポリマー材料は、管状インサート１２の少なくとも外周面２１とオーバー成形接触することができる。管状インソク１２は、遠心圧縮機ホイール部材１６内のポリマー材料と管状インサート１２との間の接続および取付けを向上させる１つ以上の構成要素を有することができる。
【００３８】
圧縮機ホイール部材１６内の所定位置にあるとき、管状インサート１２は、遠心圧縮機ホイール部材１６の中央部２６の軸方向中央領域に位置される。特定の実施形態において、管状インサート１２は、遠心圧縮機ホイール組立体１０の遠心圧縮機ホイール部材１６の中央部２６に存在するポリマー材料内に突出する適切な断面プロファイルの要素を有してもよく、管状インサート１２の少なくとも外周面２１が関連ポリマー材料に囲まれている。特定の実施形態においては、遠心圧縮機ホイール組立体１０の管状インサート１２は、管状インサート１２の外周面２１上に形成され、外周面２１に連続的に接続されて外周面２１から外側に突出する少なくとも１つの係合部材を含むことができる。図３、図４および図５に示すように、管状インサート１２は、外周面２１に対して軸方向遠位位置で外側に突出する係合突条４８のような少なくとも２つの突起および／または幾何学的な形状を含む。
【００３９】
管状インサート１２は、外周面２１の周りに軸方向に配置された任意の適切な数の係合突条４８を有することができる。係合突条４８は、関連する遠心圧縮機ホイール組立体１０の回転安定性を提供するように管状インサート１２の周囲に配置することができる。係合突条４８の数は、複数のデューティーサイクルの間に遠心圧縮機ホイール部材１６の中央部２６で管状インサート１２とポリマー材料との間の接続を向上させるのに十分な数であり得る。図４Ａおよび図４Ｃに示される管状インサート１２の実施形態は、それぞれ６つおよび８つの係合突条４８を有する。特定の実施形態において、管状インサート１２上に存在する管状突条４８の数は、２〜２０の間の任意の整数であり、特定の実施形態においては、４〜１２の間の数が使用されるものと考えられる。
【００４０】
図５に示した実施形態においては、少なくとも２つの係合突条４８は、管状インサート１２の外周面２１に沿って入口端部１８から出口端部１７までの縦方向に延長され、それぞれの長さにわたって実質的に均一な断面を有する。本開示の範囲内において、特定の実施形態は、管状インサート１２の長さに対してスピロイド（ｓｐｉｒｏｉｄ）状に配置された係合突条４８が含まれるものと考えられる。また、１つ以上の係合突条４８は、管状インサート１２の縦方向の長さに沿って断面積および／または幾何学的な形状が異なる断面プロファイルを有することができるものと考えられる。
【００４１】
特定の実施形態のおいては、係合突条４８は、管状インサートの全長に沿って延長されてもよく、適切な規定された断面プロファイルを有してもよい。非限定的な例は、円みを帯びたＵ字形プロファイル、正方形プロファイルなどが含まれる。所望または必要な場合、１つ以上の係合突条４８は、外周面２１に対して遠位の外面５０を形成する断面プロファイルを有してもよい。外面５０は、平面または弓形であってもよい。特定の実施形態においては、外面５０は、弓形の場合、関連する外周面２１の曲率に等しい程度の曲率を有してもよい。
【００４２】
１つ以上の係合突条４８は、それぞれ管状インサート１２の関連する外周面２１から外側に角度を成して延長し、外面５０で終端する側壁５２を含むことができる。それぞれの側壁５２は、側壁５２から側壁５２までの距離が、関連する外面５０の幅より小さくなるように、互いに間隔を置いて配置される。特定の実施形態においては、側壁５２は平面であってもよい。図４Ａおよび図４Ｃに示される非限定的な実施形態においては、側壁５２は、外面５０の幅に等しい距離で終端するように管状インサート１２の外周面２１に最も近接して少なくとも外側に広がっている。図４Ｂおよび図４Ｄに示される非限定的な実施形態においては、側壁５２は、実質的に互いに平行し、外側に突出する平面部材５５に終端する。いずれの理論に束縛されるものではないが、それぞれの係合突条４８の幾何学的な形状によってポリマー材料に形成された対向する半径方向入口５７は、管状インサート１２と遠心圧縮機ホイール部材１６の中央部２６との間の機械的結合を増大させる軸方向力を受けると、ポリマー材料の濃度および真空のカウンターバランス領域を生成するものと考えられる。このようなメカニズムの１つの非限定的な例示は図１および図２に示されている。
【００４３】
本明細書で開示される遠心圧縮機ホイール組立体１０はまた、図２、図６および図７に示すような適切なシャフト２４を含むことができる。シャフト２４は、金属または合金のような任意の適切な材料で構成することができる。特定の実施形態においては、シャフト２４は、シャフト２４の出口領域５４が管状インサート１２のそれぞれの出口端部１７を満足するように関連する遠心圧縮機ホイール部材１６より長い長さを有する中実形細長本体を有する。使用位置においては、適切なキャップまたはスリーブ５６のような他のアンカー装置は、シャフト２４の出口領域５４および管状インサート１２の出口端部１７の表面に係合し、クランピング荷重が管状インサート１２を通じて伝達される。
【００４４】
シャフト２４は、任意の適切な断面形状を有することができる。特定の実施形態においては、管状インサート２１に対応する領域に配置されるシャフト２４の少なくとも一部が、管状インサート１２のシャフトボア２３の横断面プロファイルに対応する非円形断面プロファイルを有することができる。適切な断面プロファイルの非限定的な例は、図４Ａおよび図４Ｂにそれぞれ示したように六角形および平らな楕円形が含まれる。
【００４５】
本明細書で開示される遠心圧縮機ホイール組立体１０の代替実施形態が図７に示されており、遠心圧縮機ホイール部材１６の中央部２６に存在するポリマー材料が管状インサート１１２とより完全にオーバー成形接触されるように、管状インサート１１２に接続する一般的に上述された圧縮機ホイール部材１６を含む。管状インサート１１２は、遠心圧縮機ホイール組立体１０を製造するためにシャフト２４を受け入れるように構成される。
【００４６】
図７および図９に示す管状インサート１１２は、遠心圧縮機ホイール部材１６内のポリマー材料と管状インサート１１２との間の向上された接続および取付けを促進する少なくとも１つの接続および向上要素を含む。管状インサート１１２は、出口端部１１７および入口端部１１８、壁部材１１９、外周面１２１およびシャフトボア１２２を形成するように外周面１２１に対向する内周面１２３を有する。
【００４７】
管状インサート１１２は、壁部材１１９を貫通して延長され、シャフトボア１２２と連通する複数の開口１２６を有するように構成される。図７〜図１１に示す実施形態においては、ポリマー材料が管状インサート１１２とオーバー成形され、したがって遠心圧縮機ホイール部材１６の中央部２６のポリマー材料が開口を貫通して延長され、複数の開口１２６のそれぞれに存在するポリマー材料を通じて中央部２６に連続的に結合される内側ポリマースリーブ領域１２８を形成する。内側ポリマースリーブ１２８は、シャフト２４が伸縮可能に配置される内部ボア１３０を形成する。このような構成においては、シャフト２４は、内側ポリマースリーブ１２８に対して離隔した関係で配置できるものと考えられる。このようなオフセット位置設定は、ターボチャージャのような圧縮機８に関連する適切なクランピング機構によって維持できるものと考えられる。クランピング機構は、管状インサート１１２に係合し、クランピング荷重がそこを通じて伝達されるものと考えられる。
【００４８】
所望または必要に応じて管状インサート１１２はまた、壁部材１１９の外周面１２１に接続され、突出する外側接着部材を含むこともできる。図１１に示す実施形態において、管状インサート１１２は、外周面１２１から突出する少なくとも１つの細長されたリボン１５２を含む。図示されているように、細長されたリボンは、管状インサート１１２の周りに螺旋状に巻かれている。特定の実施形態においては、螺旋の配向は、関連する装置の意図された回転に反する。細長されたリボンは、細長されたリボン１５２と、これに限定されないが、突条１５４を含む上層ポリマー材料との間の接続を向上するために、様々な表面特徴を有することができる。
【００４９】
管状インサート１１２はまた、端部キャップ１５６、１５８のような少なくとも１つの端部キャップを含むことができる。端部キャップ１５６および１５８は、壁部材１１９のそれぞれの端部に取付けられ、管状インサート１１２が本体１５の所定の位置にあり、また遠心圧縮機ホイール組立体１０が使用位置にあるとき、シャフト２４を内側ポリマースリーブから離隔された距離を維持するのに十分な内部オフセットを形成することができる。
【００５０】
遠心圧縮機ホイール部材１６は、任意の適切な構成を有することができる。特定の実施形態においては、遠心圧縮機ホイール部材１６は、中央部２６の周りに軸方向に配置されたブレードアレイ２８に対向する遠心圧縮機ホイール部材１６の下面に形成された１つ以上の成形隙間１３２を有することができる本体１５を含む。
【００５１】
ヴェイン１３６が中央部２６から隙間１４０を形成する外壁１３８まで垂直に外側に突出する代替成形隙間構成が図８に示されている。
【００５２】
特定の実施形態においては、遠心圧縮機ホイール組立体１０の遠心圧縮機ホイール部材１６は、図１２に示すように、中央に位置する位置で外側に突出する中央部２６の周りに延長される単一隙間１４２を有するように構成される。所望または必要に応じて単一隙間１４２を有するような遠心圧縮機ホイール部材１６は、図１３に示すように、管状インサート２１２で構成される。管状インサート２１２は、出口端部２１７および入口端部２１８、壁部材２１９、外周面２２１およびシャフトボア２２２を形成するように外周面２２１に対向する出口端部２１７を有する。シャフトボア２２２は、内部にシャフト２４のようなシャフトを伸縮可能に受け入れるように構成される。
【００５３】
管状インサート２１２は、遠心圧縮機ホイール部材１６に埋め込まれるように構成された複数の外側突出アーム２３０で構成される。外側に突出するアーム２３０は、内部にポリマー材料を受容するための複数の開口２３２を有するように構成される。円筒形シャフト部材１６の本体１５を構成するポリマー材料は、壁部材２１９および関連する外側に突出するアーム２３０を囲み、管状インサート２１２は、少なくとも部分的にポリマー材料内に埋め込まれて外部に突出するアーム２３０および壁部材の少なくとも一部は、ポリマー材料に囲まれている。ポリマー材料はまた、開口２３２を充填し、したがって、開口２３２内のポリマー材料は、管状インサート２１２を囲む隣接したポリマー材料に連続的に接合される。特定の実施形態においては、出口端２１７および／または入口端部２１９中、少なくとも１つは、ポリマー材料の外面を超えて一定な距離を突出する。図１５において、出口端部２１７は、接触またはクランピング領域を提供するため、ポリマー材料を超えて突出する。図１６においては、入口端部２１８は、接触またはクランピング領域を形成するため、ポリマー材料を超えて一定な距離を突出する。
【００５４】
外側に突出するアーム２３０は、端部２３４に接触する壁部材２１９および壁部材接触端部２３４に対向する外側端部２３６を有する。壁部材接触端部２３４は、壁部材２１９の外周面２２１に隣接して形成されてもよく、壁部材２１９から外側に突出してもよい。または、それぞれの外側突出アーム２３０の壁部材接触端部２３４は、任意の適切な手段によって壁部材２１９の外周面２２１に接続してもよい。外側に突出するアームは、任意の適切な構成を有してもよい。図示された実施形態においては、１つ以上の外側に突出するアーム２３０は、少なくとも１つの開口２３２が形成された細長された平面部材にすることができる。特定の実施形態においては、それぞれの外側に突出するアーム２３０は、その上に形成された複数の開口２３２を含むことができる。
【００５５】
図１３に示す実施形態において、それぞれの外側に突出するアーム２３０の壁部材接触端部２３４は、出口端部２１７に近接した位置で壁部材２１９に接続される。それぞれの外側に突出するアーム２３０は、少なくとも１つの湾曲領域を有してもよい。外側に突出するアームは、関連する外側突出部２３０の遠位端部２３６が壁部材２１９に対してフレア関係になるように湾曲してもよい。１つ以上の外側に突出するアーム２３０は、対応する遠心圧縮機ホイール部材１６の本体１５の輪郭に対応するように湾曲されるものと考えられる。図１３に示す実施形態においては、外側に突出するアーム２３０は、それぞれ壁部材２１９に対して遠位に配置された複数の開口２３２を含む。
【００５６】
外側に突出するアーム２３０は、図１４に示すように、管状インサート２１２に対して垂直であることも本開示の範囲内にある。図示される実施形態において、外側に突出するアーム２３０は、遠心ホイール部材１６の本体１５の輪郭に一致する位置で、出口端部２１７と入口端部２１８との間の中間に配置される。外側に突出するアーム２３０は、管状インサート２１２の本体２１９から軸方向外側に互いに同一平面上に突出してもよい。特定の実施形態においては、垂直に突出するアーム２３０は、中間点と入口端部２１８との間の位置で本体２１９上に配置してもよい。この実施形態においては、開口は、細長された本体の長さに沿って離間した関係にある。
【００５７】
本開示は、特定の実施形態に関連して記載されているが、本開示は、開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付された特許請求の範囲内に含まれる様々な変更および均等な構成を含むことを意図するものと理解されるべきであり、この範囲は、法律で許容されるすべての変更および均等な構成を含むように最も広く解釈されるべきであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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