(57)【要約】  【課題】羽根車のバランス調整のために余分の加工工数を必要とすることのない、改善された羽根車及び羽根車の加工方法の提供にある。  【解決手段】回転軸１１と、該回転軸１１の一端に一体的に連設されたハブ部１２と、該ハブ部１２の外周面に形成された羽根部１３とから構成され、ハブ部１２の先端側に開口している軽量化のための有底丸孔１４を有する羽根車としてのタービンホイール１０の加工方法において、ハブ部１２に有底丸孔１４を形成する前に、タービンホイール１０の回転軸１１の軸心線ｍに対する半径方向のバランス測定を行い、測定結果に基づき、有底丸孔１４をタービンホイール１０の軸心線ｍより所定量ずらして形成することによりタービンホイール１０のバランスの調整を行う。  【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸の一端に一体的に連設されたハブ部と、該ハブ部の外周面に形成された羽根部とから構成され、前記ハブ部の先端側に開口している軽量化のための有底孔を有する羽根車の加工方法において、
前記ハブ部に前記有底孔を形成する前に、前記羽根車の前記回転軸の軸心に対する半径方向のバランス測定を行い、
測定結果に基づき、前記有底孔を前記回転軸の軸心線に対してアンバランスとなるように形成することにより前記羽根車のバランスの調整を行うことを特徴とする羽根車の加工方法。
【請求項２】
前記有底孔は、前記羽根車の軸心線に直角な断面形状が円形で、且つ、前記羽根車の軸心方向に関して同一断面形状であると共に、前記有底孔の中心は前記羽根車の軸心よりずらして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車の加工方法。
【請求項３】
前記有底孔は、前記羽根車の軸心線に直角な断面形状が長丸で、且つ、前記羽根車の軸心方向に関して同一断面形状であることを特徴とする請求項１に記載の羽根車の加工方法。
【請求項４】
回転軸と、該回転軸の一端に一体的に連設されたハブ部と、該ハブ部の外周面に形成された羽根部とから構成され、前記ハブ部の先端側に開口している軽量化のための有底孔を有する羽根車において、
前記有底孔が、前記羽根車の前記回転軸の軸心に対する半径方向のバランスの調整のために、前記回転軸の軸心線に対してアンバランスとなるように形成されていることを特徴とする羽根車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車用エンジンの排気エネルギーを利用する排気ガスタービン過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン過給機としてのターボチャージャは、一本の回転するロータ軸の両端に取り付けられたタービンホイールと、コンプレッサホイール（インペラとも云う）で構成されている。燃焼室で燃焼した排気ガスの排気圧エネルギーでタービンが回転し、同軸上にあるコンプレッサを回転させる。このコンプレッサはエアクリーナから空気を吸入し、圧縮してシリンダに送り込む。
タービンホイールとかインペラなどの羽根車では、羽根車の回転時に生じる応力低減のために羽根車の軽量化が望まれているほか、運転中の安定した羽根車の回転を実現するために羽根車のバランスの確保が要請されている。
【０００３】
特許文献１で開示された従来技術では、セラミックターボホイールが、シャフト４と、該シャフト４の一端に一体的に連設されたハブ部３と、該ハブ部３の外周面に形成された羽根部５とから構成されている。そして、ハブ部３の軸心には、該ハブ部３の先端部１に開口する有底の孔部２が形成されている。この孔部２は、脱脂時においてハブ部３の内部で発生するガスを速やかに外部へ逃す通路として機能するものであるが、軽量化に対しても寄与するものとなっている。尚、孔部２は、セラミックターボホイールの射出成形後、機械加工により形成される。
【０００４】
また、特許文献２で開示された別の従来技術では、ターボチャージャ用樹脂製のインペラ１１が開示されており、ボス部１１ａ及びインペラ１１のハブ部を貫通する軸孔１１ｂが形成され、この軸孔１１ｂにシャフト１２が貫通して取り付けられている。
ところで、インペラ１１は実際にターボチャージャに組み付けられ使用される前に、アンバランスの修正が行われるが、このアンバランスの発生要因としては、軸孔１１ｂの微妙なズレによることが多く、金型の精度や成形条件などに左右される。
このアンバランスの修正を行うために、ボス部１１ａにバランス部材挿入穴１１ｃが形成され、このバランス部材挿入穴１１ｃに、樹脂製インペラ１１材料よりも大きな比重を有する金属乃至はセラミックよりなるバランス部材１７を挿入させてインペラ１１のバランス調整が行われる。
【特許文献１】実開昭６２−８３０２号公報（第５〜７頁、図１）
【特許文献２】特開平４−４１９３４号公報（第２〜４頁、図３及び図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１で開示された従来技術においては、タービンホイールのハブ部３の軸心にガス通路としての有底の孔部２が形成されており、この孔部２は軽量化に寄与するものであるが、この孔部２は軸心に形成されているために、タービンホイールのアンバランスには影響が無く、バランス調整のための追加工が別途必要である。そのため、余分の加工工数を必要とする問題がある。
また、特許文献２で開示された従来技術においては、インペラ１１の組立て後、バランス測定が行われ、その測定結果に基づき、ボス部１１ａにバランス部材挿入穴１１ｃが形成され、このバランス部材挿入穴１１ｃにバランス部材１７を挿入させてインペラ１１のバランス修正が行われる。よって、バランス部材挿入穴１１ｃに挿入するためのバランス部材１７を別に準備しなければならないという問題がある。
【０００６】
従来より行われているタービンホイールの一般的な加工手順としては、図７に示されるように、Ｓ２０１でタービン羽根車の成形加工が行われ、次にＳ２０２で軽量化のための有底の丸孔がハブ部の軸心に穿孔され、Ｓ２０３で別途備えられている測定手段により回転軸の軸心に対する半径方向のアンバランスの測定が行われる。次にＳ２０４でＳ２０３で求められたアンバランス量に基づき、バランス調整用の別孔の加工が行われる。別孔に代わってハブ部の外形部が削り取られる場合もある。そしてＳ２０５でアンバランスの再測定が行われ、Ｓ２０６で許容範囲内かどうかの判断がなされる。許容範囲内に入っておれば、Ｓ２０７に進み作業は完了する。もし、許容範囲内に入っていない場合にはＳ２０４にリターンし再度孔加工が行われ、再測定が行われる。このように、従来の加工方法では、加工工程が多すぎて加工工数が懸かりすぎる問題がある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、羽根車のバランス調整のために余分の加工工数を必要とすることのない、改善された羽根車及び羽根車の加工方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するため、請求項１記載の発明は、回転軸と、該回転軸の一端に一体的に連設されたハブ部と、該ハブ部の外周面に形成された羽根部とから構成され、前記ハブ部の先端側に開口している軽量化のための有底孔を有する羽根車の加工方法において、前記ハブ部に前記有底孔を形成する前に、前記羽根車の前記回転軸の軸心に対する半径方向のバランス測定を行い、測定結果に基づき、前記有底孔を前記回転軸の軸心線に対してアンバランスとなるように形成することにより前記羽根車のバランスの調整を行うことを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、ハブ部に有底孔を形成する前に、羽根車の重量バランス測定が行われ、その測定結果に基づき、有底孔を回転軸の軸心線に対してアンバランスとなるように形成する。ここで、アンバランスとなるように形成するとは、羽根車の軸心線に直角な断面形状が円形以外である有底孔を形成するか、若しくは、円形である場合には、有底孔の中心を羽根車の軸心よりずらすことを意味している。測定結果に基づき、上述したことを行うことで、半径方向の重心位置が偏心している羽根車に対して、半径方向の重心位置を回転軸の軸心線上に近づけるというバランス調整を行うことができる。また、
軽量化のための有底孔を、バランス調整の為に兼用することができ、ハブ部に軽量化のための有底孔とは別にバランス調整の為の孔を穿孔する必要が無く、加工工数の削減が可能である。尚、回転軸の一端に一体的に連設されたハブ部における一体的とは、回転軸とハブ部が同じ材料で一体形成されているもの以外にも、回転軸とハブ部がそれぞれ別体形成されたものを連結手段等により一体的に結合させたものも含む。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の羽根車の加工方法において、前記有底孔は、前記羽根車の軸心線に直角な断面形状が円形で、且つ、前記羽根車の軸心方向に関して同一断面形状であると共に、前記有底孔の中心は前記羽根車の軸心よりずらして形成されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、羽根車の軸心線に直角な断面形状が円形で、且つ、羽根車の軸心方向に関して同一断面形状である有底孔を羽根車の軸心よりずらして形成すればよいので、加工が容易であり、加工工数の更なる削減が可能である。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の羽根車の加工方法において、前記有底孔は、前記羽根車の軸心線に直角な断面形状が長丸で、且つ、前記羽根車の軸心方向に関して同一断面形状であることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、羽根車の軸心線に直角な断面形状が長丸で、且つ、羽根車の軸心方向に関して同一断面形状である有底孔を羽根車に形成すれば良いので、加工が容易であると共に、羽根車のアンバランスの状況に応じて選択可能である。
【００１１】
請求項４記載の発明は、回転軸と、該回転軸の一端に一体的に連設されたハブ部と、該ハブ部の外周面に形成された羽根部とから構成され、前記ハブ部の先端側に開口している軽量化のための有底孔を有する羽根車において、前記有底孔が、前記羽根車の前記回転軸の軸心に対する半径方向のバランスの調整のために、前記回転軸の軸心線に対してアンバランスとなるように形成されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、請求項１と同等の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、有底孔を回転軸の軸心線に対してアンバランスとなるように形成することにより、軽量化とバランス調整とを同時に行うことができ、羽根車の加工工数の削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る羽根車としてのタービンホイールについて、図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、タービンホイール１０の構成断面図を示している。
タービンホイール１０は、回転軸１１と、該回転軸１１の一端に一体的に連設された山形状のハブ部１２と、該ハブ部１２の外周面に形成された羽根部１３とから構成されており、それぞれ耐熱性の金属材料より形成されている。羽根部１３は複数枚の羽根（図２に示すように、この実施形態では９枚の羽根）が取り付けられている。尚、図１において、左側を前方とし、右側を後方とする。実際に使用される時には、回転軸１１の前方の軸端には、圧縮機のインペラが取り付けられる。
ハブ部１２には、タービンホイール１０の軸心線ｍに平行な中心軸線ｎを有し、ハブ部１２の先端側、即ち後方側に開口している有底丸孔１４が形成されている。尚、タービンホイール１０と回転軸１１とは共通の軸心線ｍを有している。
【００１４】
図２に示されるように、タービンホイール１０の中心をＯとし、有底丸孔１４の中心をＰとし、中心Ｏと中心Ｐを結ぶ直線ｌを考える。そして、直線ｌ上における中心Ｏと中心Ｐとの距離をｒとし、中心Ｏを通り図２の紙面上において水平方向に伸びる基準軸Ｓと直線ｌとの成す角度をαとすれば、中心Ｐの極座標、即ち中心Ｏに対する中心Ｐの位置は、（ｒ、α）で表される。言い換えれば、中心Ｐは、中心Ｏより角度αの方向に、距離ｒだけ離れた位置にあるとも云える。
このように、有底丸孔１４の中心Ｐは、タービンホイール１０の中心Ｏより、極座標で（ｒ、α）だけズレた位置に形成されている。
また、有底丸孔１４の内径寸法をａとし、ハブ部１２の先端側の外径寸法をｂとすれば、ｒ＋ａ／２＜ｂ／２の関係式が成り立つ。これは、有底丸孔１４はハブ部１２の先端側の外径を超えない範囲で形成されており、図２において直線ｌの延長線上の薄肉部１５の肉厚が最も薄肉となる部分であるが、薄肉部１５はハブ部１２の強度を損なわない程度に薄肉に形成されている。また、有底丸孔１４の深さ寸法はｈとなっている。
【００１５】
図３はタービンホイール１０の加工工程を示したものであり、まずＳ１０１でタービン羽根車の成形加工が行われる。この工程では、回転軸１１とハブ部１２と羽根部１３とが一体物として成形加工される。次にＳ１０２では、ハブ部１２に有底丸孔１４を形成する前に、別途設けられた重量バランス測定用の測定手段により、タービンホイール１０の半径方向のアンバランス測定が行われる。
【００１６】
アンバランス量は偏重心で表され、図４（ａ）には、その測定結果を示し、Ｑの位置に偏重心が計測されたとする。偏重心Ｑは、極座標で（Ｒ、β）で表されるとする。即ち、偏重心Ｑは、中心Ｏより角度βの方向に、距離Ｒだけ離れた位置にあるとする。
この偏重心Ｑ（Ｒ、β）の測定結果に基づき、測定手段に備えられた演算手段により、アンバランスを修正し偏重心Ｑを中心Ｏに近づけるためには、どの位置に、どれだけの内径を有する有底丸孔を形成すれば良いのか、演算処理が行われる。有底丸孔１４は内径寸法ａが大きいほど軽量化に対しては好ましいが、上記の如く中心Ｏよりずらして形成された場合の薄肉部１５の確保の条件とか、偏重心Ｑを中心Ｏにどれだけ近づけたらよいのかのバランス調整の許容範囲の条件などを勘案して総合的に求められる。
演算処理の結果、中心Ｐ（ｒ、α）の位置に、内径寸法ａで深さ寸法ｈの有底丸孔１４を形成すれば良いことが判明する。ちなみに、偏重心Ｑと中心Ｏとが一致する場合には、アンバランスは無いことになり、中心Ｏの位置に内径寸法ａで深さ寸法ｈの有底丸孔１４を形成すれば良いことになる。
【００１７】
次に、この結果に基づき、Ｓ１０３では、有底丸孔１４が中心Ｐ（ｒ、α）の位置に、内径寸法ａで深さ寸法ｈの大きさで加工形成される。この有底丸孔１４の加工は、ドリル工具を使用して穿孔加工される。図４（ｂ）には、その加工結果を示し、中心Ｏより角度αの方向に、距離ｒだけ離れたＰ位置を中心として内径寸法ａの有底丸孔１４が形成されたことになる。尚、この場合には、中心Ｏと偏重心Ｑを結ぶ線上に有底丸孔１４の中心Ｐがある。
そして、Ｓ１０４で、一連の加工工程は終了し、タービンホイール１０が完成する。
【００１８】
この実施形態に係るタービンホイール１０によれば以下の効果を奏する。
（１）ハブ部１２に有底丸孔１４を形成する前に、タービンホイール１０の重量バランス測定が行われ、その測定結果に基づき、有底丸孔１４をタービンホイール１０の中心Ｏよりずらして形成することによりタービンホイール１０のバランスの調整が行われるので、軽量化のために形成される有底丸孔１４を、バランス調整の為に兼用することができ、ハブ部１２に軽量化のための有底孔とは別にバランス調整の為の孔を穿孔する必要が無く、アンバランス量の修正時間を短縮でき、加工工数の削減が可能である。
（２）ハブ部１２に有底丸孔１４を形成する前のタービンホイール１０のアンバランス量を偏重心で表し、この偏重心Ｑ（Ｒ、β）をタービンホイール１０の中心Ｏに近づけるためには、どの位置に、どれだけの内径を有する有底丸孔１４を形成すれば良いのか、測定手段に備えられた演算手段により予め演算処理が行われ、中心Ｐ（ｒ、α）の位置と、内径寸法ａ及び深さ寸法ｈが求められ、その求められたデータに基づきハブ部１２に有底丸孔１４を穿孔加工すれば良い。従来のように、アンバランスの修正加工と測定を何回も繰り返す必要が無く、製品の歩留まりを高めることができる。
（３）有底丸孔１４は、タービンホイール１０の軸心線ｍに直角な断面形状が円形で、且つ、タービンホイール１０の軸心方向に関して同一断面形状であるので、加工が容易であり、加工工数の更なる削減が可能である。
【００１９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るタービンホイール２０を図５に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における有底孔の形状を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
【００２０】
図５に示されるように、タービンホイール２０の中心Ｏに対し、中心Ｐ１の位置（ｒ１、α１）に、有底長丸孔２１が形成されている。中心Ｐ１は、中心Ｏより角度α１の方向に、距離ｒ１だけ離れた位置にある。また、有底長丸孔２１の孔寸法は、長さｃ×幅ｄの大きさを有している。第１の実施形態と同様に、有底長丸孔２１はハブ部１２の先端側の外径を超えない範囲で形成されており、図５において薄肉部２２の肉厚は、ハブ部１２の強度を損なわない程度に薄肉に形成されている。また、有底長丸孔２１は、タービンホイール２０の軸心線ｍに直角な断面形状が長丸で、且つ、タービンホイール２０の軸心方向に関して同一断面形状である。
【００２１】
加工工程については、第１の実施形態と同様に、ハブ部１２に有底長丸孔２１を形成する前に、別途設けられた重量バランス測定用の測定手段により、タービンホイール２０のアンバランス測定が行われ、その測定結果に基づき、中心Ｐ１（ｒ１、α１）の位置と、形成される有底長丸孔２１の孔寸法（長さｃ×幅ｄ×深さ寸法ｈ）が求められ、次にそれを基に孔加工が行われる。
タービンホイール２０の半径方向の重量バランスが一方向に極端に偏っている場合などに有底長丸孔２１を形成してバランス調整が行われる。
【００２２】
この実施形態に係るタービンホイール２０によれば以下の効果を奏する。
尚、第１の実施形態における（１）〜（３）の効果は同じであり、それ以外の効果を記載する。
（１）有底長丸孔２１は、タービンホイール２０の軸心線ｍに直角な断面形状が長丸で、且つ、タービンホイール２０の軸心方向に関して同一断面形状なので、丸孔加工用の工具をそのまま使用して穿孔加工すればよく、加工が容易である。また、タービンホイールのアンバランスの状況に応じて有底丸孔に代えて有底長丸孔を選択可能なので、バランス調整がやり易い。
【００２３】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○  第１、第２の実施形態では、有底孔の軸心線ｍに直角な断面形状が円形或いは長丸として説明したが、これに限定されるものではなく、楕円形、多角形、その他どのような形状であっても構わない。
○  第１、第２の実施形態では、有底孔の軸心線ｍに平行な断面の孔形状が、四角形状として説明したが、これに限定されるものではなく、図６に示されるように、有底孔３１の先端側の内径寸法をｅとし、底面の内径寸法をｆとした場合に、ｅ＞ｆで、底面ほど辺の長さが短くなった台形形状であっても構わない。
○  第１、第２の実施形態では、羽根車をタービンホイールとして説明したが、タービンホイールに限定されるものではなく、圧縮機のインペラ、羽根部を有する回転体などに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態に係るタービンホイールのタービン部の縦断面図である。
【図２】図１の背面図である。
【図３】第１の実施形態に係る加工工程を説明するためのフローチャートである。
【図４】第１の実施形態に係る加工工程を説明するための模式図である。（ａ）アンバランス量の測定結果を示す。（ｂ）測定結果に基づき、有底丸孔が形成された状態を示す。
【図５】第２の実施形態に係るタービンホイールの背面図である。
【図６】その他の実施形態に係るタービンホイールのタービン部の縦断面図である。
【図７】従来技術におけるタービンホイールの加工工程を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１０  タービンホイール
１１  回転軸
１２  ハブ部
１３  羽根部
１４  有底丸孔
ｍ  タービンホイールの軸心線
ｎ  有底丸孔の中心軸線
Ｏ  タービンホイールの中心
Ｐ  有底丸孔の中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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