(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用ターボチャージャの心棒と軸部を有するタービン翼車の前記軸部とを互いに溶け合わせて形成される溶接継手であって、
前記心棒及び前記タービン翼車の前記軸部の心合わせが成された状態で互いに突き合わされる前記心棒の円形端面及び前記タービン翼車の前記軸部の円形端面における各中央には円形状の凹部がそれぞれ形成され、
前記タービン翼車の前記軸部の前記円形端面における軸部側凹部が前記心棒の前記円形端面における心棒側凹部よりも径が大きく形成され、
心合わせが成された状態の前記心棒及び前記タービン翼車の前記軸部の各円形端面同士を互いに溶け合わせて形成される溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ターボチャージャの心棒とタービン翼車とを接合するのに用いられる溶接装置及び溶接継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記した車両用ターボチャージャは、心棒と、この心棒の一端部に固定されたタービン翼車と、心棒の他端部に固定されたコンプレッサ翼車を備えている。
【０００３】
この車両用ターボチャージャの心棒とタービン翼車との接合には、各々の互いに当接する部分同士を溶け合わせて接合する溶接継手が採用され、この溶接継手には、心棒とタービン翼車との互いの心合わせ精度を高めるうえで、心棒の一端部の端面中央に形成した円形状の凸部と、タービン翼車の端面中央に形成した円形状の凹部とを互いに嵌合させるインロー構造が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2010-096115号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記した車両用ターボチャージャの心棒とタービン翼車との溶接継手において、心棒側の円形状の凸部と、タービン翼車側の円形状の凹部とを互いに嵌合させるインロー構造を採用している都合上、例えば、低合金鋼から成る心棒と異種金属であるＮｉ基超合金から成るタービン翼車とを溶接により接合すると、車両用ターボチャージャの回転時における心棒径方向の応力が心棒側の凸部の根元部分に集中してしまうという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、心棒とタービン翼車との互いの心合わせ精度を高めたうえで、例えば、低合金鋼から成る心棒と異種金属であるＮｉ基超合金から成るタービン翼車とをインロー構造を用いることなく接合することが可能であり、その結果、車両用ターボチャージャの回転時における心棒径方向の応力を低く抑えて、車両用ターボチャージャの長寿命化を実現することができる溶接装置及び溶接継手を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る溶接継手の製作に用いる溶接装置の第１の態様は、車両用ターボチャージャの心棒と軸部を有するタービン翼車とを互いに溶け合わせて接合する溶接装置であって、前記心棒の円形端面及び前記タービン翼車の前記軸部における中央に円形状の凹部を有する円形端面同士を突き合せつつ、前記心棒及び前記タービン翼車の前記軸部の心合わせを行う心合わせ機構と、前記心合わせ機構により心合わせが成された前記心棒及び前記タービン翼車の前記軸部の各円形端面同士を互いに溶け合わせて接合する溶接部を備えた構成としている。
【０００８】
本発明に係る溶接継手の製作に用いる溶接装置の第２の態様は、前記心棒及び前記タービン翼車の前記軸部の各円形端面同士を互いに溶け合わせて接合する溶接部を、好ましくは、レーザビーム径が０．１〜０．８ｍｍのレーザ光を照射可能なレーザ加工ヘッドとした構成としている。
【０００９】
一方、本発明に係る溶接継手の一態様は、車両用ターボチャージャの心棒と軸部を有するタービン翼車の前記軸部とを互いに溶け合わせて形成される溶接継手であって、前記心棒及び前記タービン翼車の前記軸部の心合わせが成された状態で互いに突き合わされる前記心棒の円形端面及び前記タービン翼車の前記軸部の円形端面における各中央には円形状の凹部がそれぞれ形成され、前記タービン翼車の前記軸部の前記円形端面における軸部側凹部が前記心棒の前記円形端面における心棒側凹部よりも径が大きく形成され、心合わせが成された状態の前記心棒及び前記タービン翼車の前記軸部の各円形端面同士を互いに溶け合わせて形成される構成としている。
【００１０】
本発明に係る溶接継手の製作に用いる溶接装置では、車両用ターボチャージャの心棒とタービン翼車との互いの心合わせを行ったうえで、心棒及びタービン翼車における軸部の各円形端面同士を互いに溶け合わせるようにしているので、例えば、低合金鋼から成る心棒と異種金属であるＮｉ基超合金から成るタービン翼車とを溶接により接合した場合であったとしても、従来のようなインロー構造を採用した溶接継手と比べて、車両用ターボチャージャの回転時における心棒径方向の応力が低く抑えられることとなって、車両用ターボチャージャの長寿命化が図られることとなる。
【００１１】
この際、心棒及び前記タービン翼車の軸部の各円形端面同士をレーザ溶接により互いに溶け合わせて接合する構成とすると、電子ビーム溶接を用いる場合と比べて、生産速度が速まる分だけコストの低減が図られることとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る溶接継手では、心棒とタービン翼車との互いの心合わせ精度を高めたうえで、例えば、低合金鋼から成る心棒と異種金属であるＮｉ基超合金から成るタービン翼車とをインロー構造を用いることなく接合することができ、その結果、車両用ターボチャージャの回転時における心棒径方向の応力を低く抑え得る分だけ、車両用ターボチャージャの長寿命化を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】心棒とタービン翼車との接合に本発明に係る溶接継手が採用された車両用ターボチャージャの溶接継手部分を断面で示す側面説明図（ａ），図１（ａ）円内の拡大説明図（ｂ）及び従来の車両用ターボチャージャの溶接継手部分における図１（ａ）円内相当位置での拡大説明図（ｃ）である。
【図２】本発明の一実施例に係る溶接継手の製作に用いる溶接装置を示す溶接前の概略構成説明図（ａ）及び溶接中の概略構成説明図（ｂ）である。
【図３】本発明に係る溶接継手の効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る溶接継手が採用された車両用ターボチャージャを示し、図２は、本発明に係る溶接継手の製作に用いる溶接装置の一実施例を示している。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、この車両用ターボチャージャ１は、例えば鉄鋼材料である低合金鋼から成る心棒２と、この心棒２の一端部である大径部２ａに固定された例えばＮｉ基超合金から成るタービン翼車３と、心棒２の他端部に固定された図示しないコンプレッサ翼車を備えている。
【００１６】
このような構成の車両用ターボチャージャ１は車両の内燃機関に搭載されて、排気通路にタービン翼車３が位置し、吸気通路にコンプレッサ翼車が位置するようにして設置される。このように設置することで、排気流によってタービン翼車３が回転し、このタービン翼車３の回転が心棒２を介してコンプレッサ翼車に伝達されることにより、コンプレッサ翼車が回転して吸入空気を圧縮する。
【００１７】
この車両用ターボチャージャ１の心棒２とタービン翼車３との接合には、各々の互いに当接する部分同士を溶け合わせて接合する溶接継手が採用されている。図１（ｂ）にも示すように、心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａの各円形端面２ｂ，３ｂ同士を突き合せて溶接により接合して溶接継手５とすることで、車両用ターボチャージャ１が形成されている。この際、心合わせが成された状態で互いに突き合わされる心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａの円形端面２ｂ，３ｂにおける各中央には円形状の凹部がそれぞれ形成されており、タービン翼車３の軸部側凹部が心棒２の心棒側凹部よりも径が大きく形成されている。
【００１８】
この車両用ターボチャージャ１の心棒２とタービン翼車３とを接合する溶接装置１０は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、心棒２を鉛直方向に沿わせて所定の状態で固定する治具１１と、レーザ発振器１２と、このレーザ発振器１２から供給されるレーザ光ＬＢを光学系１３により集光して治具１１上の心棒２及びこの心棒２に載せたタービン翼車３間の突き合わせ部位に照射するレーザ加工ヘッド（溶接部）１４と、レーザ出力やスポット径等の溶接条件をコントロールする制御部１５を備えている。
【００１９】
また、この溶接装置１０は、治具１１上の心棒２の大径部２ａ及びこの大径部２ａに載せたタービン翼車３の軸部３ａの各円形端面２ｂ，３ｂ同士を突き合せつつ、心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａの心合わせを行う心合わせ機構を備えている。この心合わせ機構は、シリンダ２０と、このシリンダ２０のロッド２１の先端に固定した湾曲状のサポート板２２を具備しており、心棒２の周りに１２０°の間隔で３組（図２では２組のみ示す）配置されている。
【００２０】
上記した車両用ターボチャージャ１の心棒２とタービン翼車３とを接合するに際しては、すなわち、車両用ターボチャージャ１の溶接継手５を形成するに際しては、まず、治具１１に心棒２を鉛直方向に沿わせて所定の状態で固定するのに続いて、治具１１上の心棒２の大径部２ａにタービン翼車３を載せる。
【００２１】
次いで、心合わせ機構のシリンダ２０にロッド２１の押し出し動作を行わせて、湾曲状のサポート板２２を心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａに跨って３方向から押付け、これにより、心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａの各円形端面２ｂ，３ｂ同士を突き合せつつ、心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａの心合わせを行う。
【００２２】
この状態で、レーザ加工ヘッド１４から心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａの各円形端面２ｂ，３ｂ間にレーザ光ＬＢを照射して各円形端面２ｂ，３ｂ同士を溶接により仮付けする。
【００２３】
次に、心合わせ機構のシリンダ２０にロッド２１の引き込み動作を行わせて、湾曲状のサポート板２２を心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａから離間させた後、再びレーザ加工ヘッド１４から心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａの各円形端面２ｂ，３ｂ間にレーザ光ＬＢを照射して、各円形端面２ｂ，３ｂ同士を互いに溶け合わせて接合する。
【００２４】
上記した実施例の溶接装置１０では、車両用ターボチャージャ１の心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａの溶接継手５において、心棒２とタービン翼車３の軸部３ａとの互いの心合わせを行ったうえで、心棒２の大径部２ａ及びタービン翼車３の軸部３ａの各円形端面２ｂ，３ｂ同士を互いに溶け合わせるようにしている。
【００２５】
つまり、図１（ｃ）に示すような心棒の一端部１０２ａに形成した円形状の凸部１０２ｂと、タービン翼車の軸部１０３ａに形成した円形状の凹部１０３ｂとを互いに嵌合させるインロー構造を採用した溶接継手と比べて、すなわち、心棒側の凸部１０２ｂの根元部分に応力Ｐが集中する溶接継手と比べて、この車両用ターボチャージャ１の溶接継手５では、車両用ターボチャージャ１の回転時における心棒径方向の応力が低く抑えられることとなり、その結果、車両用ターボチャージャ１の長寿命化が図られることとなる。
【００２６】
そこで、上記した実施例に係る溶接装置１０により形成された溶接継手５と、従来のインロー構造を採用した溶接継手との各径方向応力を比べたところ、図３に示す結果を得た。
【００２７】
図３に示すように、上記した実施例に係る溶接継手５（本発明形状）では、接合部からの軸方向位置が近くても、径方向応力が小さいのに対して、従来のインロー構造を採用した溶接継手（従来形状）では、接合部から軸方向位置が近いと、径方向応力がかなり大きいことが判る。
【００２８】
したがって、この実施例に係る溶接装置１０では、車両用ターボチャージャ１の回転時における心棒径方向の応力が低い溶接継手５が得られることが実証できた。
【００２９】
本発明に係る溶接継手の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１    車両用ターボチャージャ
２    心棒
２ｂ  大径部の円形端面
３    タービン翼車
３ａ  タービン翼車の軸部
３ｂ  軸部の円形端面
５    溶接継手
１０  溶接装置
１４  レーザ加工ヘッド（溶接部）
２０  シリンダ（心合わせ機構）
２１  シリンダのロッド（心合わせ機構）
２２  サポート板（心合わせ機構）
【図１】
0006544508.tif 000002
【図２】
0006544508.tif 000003
【図３】
0006544508.tif 000004