(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心圧縮機のコンプレッサ翼車と工具との間に介在されて前記コンプレッサ翼車を前記遠心圧縮機の回転軸に螺着締結するための締結用治具であって、
前記工具が掛けられ回転される工具掛部と、
前記工具掛部から当該工具掛部の回転軸線方向に延在し、前記コンプレッサ翼車の先端部に設けられた締付用穴に嵌め込まれる連結子と、を備え、
前記連結子は、
前記回転軸線上で当該回転軸線方向に延在し前記締付用穴の中央に挿入される中央軸部と、
前記中央軸部から前記工具掛部の回転径方向に突出すると共に前記回転軸線方向に延在し、前記締付用穴が備えるトルク伝達溝に係合する凸条部と、を備え、
前記工具掛部と前記連結子とが切削加工により一体で形成されており、
前記中央軸部と前記凸条部との接続部の丸みの曲率半径が、前記連結子の前記回転軸線方向の長さの１／８よりも大きい、締結用治具。
【請求項２】
前記凸条部は、前記中央軸部から離れる方向に突出する円柱面をなす外側面を備える請求項１に記載の締結用治具。
【請求項３】
前記凸条部は、前記接続部と前記外側面との間を繋ぐ接続平面を更に備える請求項２に記載の締結用治具。
【請求項４】
回転軸と、前記回転軸の一端に設けられたタービン翼車と、前記回転軸の他端に設けられたコンプレッサ翼車と、を備え、前記遠心圧縮機を含む過給機に内蔵される回転体を製造する製造方法であって、
請求項１〜３の何れか１項に記載の締結用治具の前記中央軸部を前記締付用穴の中央に挿入すると共に前記凸条部を前記トルク伝達溝に係合させて、前記連結子を前記コンプレッサ翼車の前記締付用穴に嵌め込む治具嵌込工程と、
前記締結用治具の前記工具掛部に工具を掛け前記回転軸線の周りに回転させて、前記コンプレッサ翼車を前記回転軸に螺着締結する螺着締結工程と、を備える回転体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、締結用治具及び回転体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠心圧縮機のコンプレッサ翼車を回転軸に螺着締結させるための締結用治具として、締結用治具を回転させるための工具が掛けられる工具掛部と、工具掛部から延びる複数の棒状突起と、を備える締結用治具が知られている（例えば、特許文献１参照。）。コンプレッサ翼車の先端部に、上記棒状突起に対応する複数の穴が形成されており、この穴に棒状突起を挿入するように締結用治具を設置し、工具掛部に工具を掛け回転させることで、コンプレッサ翼車が回転軸に螺着締結される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０６７２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の締結用治具においては、大きな締付トルクが作用した場合にも破壊しないように、更に強度を向上することが望まれる。また、締結用治具を切削加工で容易に製作できることも望まれる。そこで、本発明は、強度を向上すると共に加工性が良い締結用治具及びこれを用いた回転体の製造方法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】
【０００５】
本発明の締結用治具は、遠心圧縮機のコンプレッサ翼車と工具との間に介在されてコンプレッサ翼車を遠心圧縮機の回転軸に螺着締結するための締結用治具であって、工具が掛けられ回転される工具掛部と、工具掛部から当該工具掛部の回転軸線方向に延在し、コンプレッサ翼車の先端部に設けられた締付用穴に嵌め込まれる連結子と、を備え、連結子は、回転軸線上で当該回転軸線方向に延在し締付用穴の中央に挿入される中央軸部と、中央軸部から工具掛部の回転径方向に突出すると共に回転軸線方向に延在し、締付用穴が備えるトルク伝達溝に係合する凸条部と、を備え、工具掛部と連結子とが切削加工により一体で形成されており、中央軸部と凸条部との接続部の丸みの曲率半径が、連結子の回転軸線方向の長さの１／８よりも大きい。
【０００６】
この締結用治具の連結子は、回転軸線上の中央軸部を備え、当該中央軸部から回転径方向に凸条部が突出した構造をなす。回転軸線上に中央軸部が存在する構造により、連結子の断面積を大きくすることができ、回転に対する連結子の強度を向上することができる。また、中央軸部と凸条部との接続部の丸みの曲率半径が、連結子の回転軸線方向の長さの１／８よりも大きいので、長さの１／４以上の直径をもつ通常のエンドミルを用いて１回で上記接続部の丸みを加工することができる。
【０００７】
また、具体的な構成として、本発明の締結用治具では、凸条部は、中央軸部から離れる方向に突出する円柱面をなす外側面を備えてもよい。また凸条部は、接続部と外側面との間を繋ぐ接続平面を更に備えてもよい。
【０００８】
本発明の回転体の製造方法は、回転軸と、回転軸の一端に設けられたタービン翼車と、回転軸の他端に設けられたコンプレッサ翼車と、を備え、遠心圧縮機を含む過給機に内蔵される回転体を製造する製造方法であって、上述の何れかの締結用治具の中央軸部を締付用穴の中央に挿入すると共に凸条部をトルク伝達溝に係合させて、連結子をコンプレッサ翼車の締付用穴に嵌め込む治具嵌込工程と、締結用治具の工具掛部に工具を掛け回転軸線の周りに回転させて、コンプレッサ翼車を回転軸に螺着締結する螺着締結工程と、を備える。
【０００９】
この製造方法によれば、回転に対する連結子の強度が向上された締結用治具を用いてコンプレッサ翼車が回転軸に螺着締結されるので、締付トルクが大きくなっても締結用治具を破壊することなく螺着締結が可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、強度を向上すると共に加工性が良い締結用治具及びこれを用いた回転体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の締結用治具が適用される過給機の一例を示す断面図である。
【図２】過給機のコンプレッサ翼車を示す斜視図である。
【図３】コンプレッサ翼車の先端近傍を示す正面図である。
【図４】（ａ）は本実施形態の締結用治具を示す正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその斜視図である。
【図５】（ａ）は、締結用治具の凸条部近傍の、回転軸線に直交する断面図であり、（ｂ）は、締結用治具の凸条部と締付用穴のトルク伝達溝との、回転軸線に直交する断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、締結用治具の各変形例を示す正面図である。
【図７】（ａ）は、変形例の締結用治具の一つに対応する締付用穴の正面図である。（ｂ）は、締結用治具の変形例の凸条部近傍を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の締結用治具が適用される過給機の一例について説明する。
【００１３】
図１に示されるように、過給機１は、タービン２とコンプレッサ３（遠心圧縮機）とを備えている。タービン２は、タービンハウジング４と、タービンハウジング４に収納されたタービン翼車６と、を備えている。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング５と、コンプレッサハウジング５に収納されたコンプレッサ翼車７と、を備えている。タービン翼車６は回転軸１４の一端に設けられており、コンプレッサ翼車７は回転軸１４の他端に設けられている。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５との間には、軸受ハウジング１３が設けられている。回転軸１４は、軸受１５を介して軸受ハウジング１３に回転可能に支持されており、回転軸１４、タービン翼車６及びコンプレッサ翼車７を備える回転体１２が一体として回転軸線Ａ周りに回転する。
【００１４】
タービンハウジング４には、排気ガス流入口８及び排気ガス流出口１０が設けられている。内燃機関（図示せず）から排出された排気ガスが、排気ガス流入口８を通じてタービンハウジング４内に流入し、タービン翼車６を回転させ、その後、排気ガス流出口１０を通じてタービンハウジング４外に流出する。
【００１５】
コンプレッサハウジング５には、吸入口９及び吐出口１１が設けられている。上記のようにタービン翼車６が回転すると、回転軸１４を介してコンプレッサ翼車７が回転する。回転するコンプレッサ翼車７は、吸入口９を通じて外部の空気を吸入し、圧縮して吐出口１１から吐出する。吐出口１１から吐出された圧縮空気は、前述の内燃機関に供給される。
【００１６】
続いて、回転体１２について更に説明する。前述のとおり、回転体１２は、タービン翼車６と、回転軸１４と、コンプレッサ翼車７と、を備え、過給機１に内蔵されている。なお、回転体１２は、回転軸１４に取り付けられ軸受ハウジング１３のスラスト軸受１３ａに係合するカラー１８等も備えている。タービン翼車６は回転軸１４の一端に溶接されることで、タービン翼車６と回転軸１４とは一体物として形成されている。
【００１７】
図２に示されるコンプレッサ翼車７は、例えばアルミ合金製であり、回転軸１４に取り付けられるハブ１６と、当該ハブ１６の外周面に回転周方向に複数配設されたブレード１７と、を備えている。コンプレッサ翼車７は中実構造をなす。具体的には、コンプレッサ翼車７の後端部には盲螺子穴７ｂ（図１参照）が設けられており、当該盲螺子穴７ｂに回転軸１４の他端が螺合されることで、コンプレッサ翼車７が回転軸１４に取り付けられている。回転軸１４はハブ１６を貫通せず、盲螺子穴７ｂよりも先端側ではハブ１６は中実である。この中実構造によれば、回転軸をコンプレッサ翼車の中空部に貫通させる構造に比較して、コンプレッサ翼車７の強度が高められる。
【００１８】
回転体１２の製造時やメンテナンス時において、コンプレッサ翼車７を回転軸１４に螺着締結する際には、回転軸１４に対してコンプレッサ翼車７自体を回転させる必要がある。具体的には、コンプレッサ翼車７の先端部７ａの中央には、締付用穴２１が設けられている。コンプレッサ翼車７を回転軸１４に螺着締結する際には、締付用穴２１に締結用治具３０（図４参照）を挿入し、当該締結用治具３０に工具（例えば六角レンチ）を掛け、回転軸１４に対してコンプレッサ翼車７を回転させる。
【００１９】
図３〜図５を参照しながら、締付用穴２１と締結用治具３０について説明する。図３は、コンプレッサ翼車７の先端部７ａ近傍を示す正面図である。締付用穴２１は、先端部７ａの中央に形成された主穴部２２と、主穴部２２の周縁部に等間隔に形成された複数（本例では４つ）のトルク伝達溝２３とを備えている。主穴部２２の内側面２２ａは、回転軸線Ａを軸とする円柱面をなす。トルク伝達溝２３は、内側面２２ａから径方向外側に窪むように形成されたＵ溝であり、後述する締結用治具３０からの締付トルクを伝達する。トルク伝達溝２３の内側面２３ａは、回転軸線Ａ方向に延びると共に主穴部２２よりも小さい曲率半径の円柱面をなしている。このように締付用穴２１の内側面は２種類の円柱面で構成されているので、締付用穴２１は２種類のドリルのみで形成することができる。なお、トルク伝達溝２３の内側面２３ａを構成する円柱面の中心軸は、主穴部２２の内側面２２ａを構成する円柱面よりも僅かに内側に位置している。
【００２０】
一方、締結用治具３０は、コンプレッサ翼車７と工具との間に介在されて使用される。図４（ａ）は締結用治具３０を示す正面図、図４（ｂ）はその側面図、図４（ｃ）はその斜視図である。図に示されるように、締結用治具３０は、工具が掛けられる工具掛部３９と、工具掛部から回転軸線Ｘ方向に延在し締付用穴２１に嵌め込まれる連結子３１と、を備えている。工具掛部３９と連結子３１とは、切削加工により一体で形成されている。工具掛部３９は略正六角柱をなし、例えば六角レンチ等の締結用の工具を掛けられるようになっている。工具掛部３９は、上記工具が掛けられ回転軸線Ｘ周りに回転される。以下の説明において、単に「回転周方向」、「回転径方向」等と言う場合には、回転軸線Ｘ周りの回転に対応するものとする。
【００２１】
連結子３１は、中央軸部３２と、中央軸部３２の周囲に形成された凸条部３３とを備えている。中央軸部３２は、回転軸線Ｘ上で当該回転軸線Ｘ方向に工具掛部３９から延在しており、締付用穴２１の主穴部２２の中央に挿入される。中央軸部３２は円柱形状をなしており、中央軸部３２の外側面３２ａは円柱面をなす。凸条部３３は、中央軸部３２から工具掛部３９の回転径方向に突出している。凸条部３３は、回転軸線Ｘ方向に延在し、締付用穴２１のトルク伝達溝２３に係合する。凸条部３３の外側面３３ａは、中央軸部３２よりも小さい曲率半径をもつ円柱面をなしている。
【００２２】
中央軸部３２と凸条部３３との接続部３４には、丸め加工（アール加工）が施されている。この丸み（アール）の曲率半径Ｒは、連結子３１の回転軸線Ｘ方向の長さＬの１／８よりも大きくなっている。具体的には、図５（ａ）に示されるように、凸条部３３近傍の、回転軸線Ｘに直交する断面形状を考える。この断面上では、中央軸部３２は、外側面３２ａに対応して円弧をなす輪郭線３２ｂを含み、凸条部３３は、外側面３３ａに対応して円弧をなす円弧輪郭線３３ｂを含む。なお、円弧輪郭線３３ｂは、中央軸部３２から離れる方向に突出する円弧である。そして、中央軸部３２の輪郭線３２ｂと凸条部３３の円弧輪郭線３３ｂとが、接続部３４の輪郭線３４ｂで接続されている。この輪郭線３４ｂは、輪郭線３２ｂ及び円弧輪郭線３３ｂとは逆方向に湾曲した円弧である。そして、接続部３４の輪郭線３４ｂの曲率半径Ｒが連結子３１の回転軸線Ｘ方向の長さＬ（図４（ｂ）参照）の１／８よりも大きい。なお、曲率半径Ｒが回転軸線Ｘ方向の長さの１／６を超えると、曲率半径Ｒがコンプレッサ翼車７の締付用穴２１と干渉する可能性が高まるので、曲率半径Ｒは回転軸線Ｘ方向の長さの１／６以下が望ましい。
【００２３】
また、図５（ｂ）に示されるように、締付用穴２１に連結子３１が嵌め込まれた状態を考える。このとき、凸条部３３はトルク伝達溝２３に対して、ほとんど隙間なく嵌め込まれるようになっている。これにより、締結用治具３０を回転軸線Ｘ周りに（矢印Ｗ方向に）回転させたとき、締付トルクが凸条部３３からトルク伝達溝２３に伝達される。これに対して、中央軸部３２の外側面３２ａと主穴部２２の内側面２２ａとは、間隙Ｆを空けて対面する。間隙Ｆの寸法は、接続部３４の回転径方向の寸法に対応している。
【００２４】
なお、連結子３１の断面積を更に大きくするためには、上記のような間隙Ｆを空けないことも考えられる。すなわち、連結子が締付用穴にほぼ隙間なく挿入されるように、連結子を締付用穴２１とほぼ同じ断面形状に形成することも考えられる。しかしながらこの場合、中央軸部と凸条部との接続部を角にするか、又は接続部の丸みを極端に小さくする必要がある。そしてこの場合、エンドミルによる切削加工が不可能となり、例えば放電加工等によって接続部を加工することが必要になってしまう。その結果、連結子の加工性が低下してしまうので、連結子を締付用穴２１とほぼ同じ形状に形成する構成は、加工性向上に反する。
【００２５】
以上の構成を備える締結用治具３０による作用効果は次の通りである。締結用治具３０の連結子３１は、回転軸線Ｘ上の中央軸部３２を備え、当該中央軸部３２から回転径方向に凸条部３３が突出した構造をなす。回転軸線Ｘ上に中央軸部３２が存在する構造によって、連結子３１の断面積を大きくすることができ、回転に対する連結子３１の強度を向上することができる。また、中央軸部３２と凸条部３３との接続部３４の丸みの曲率半径Ｒが、連結子３１の回転軸線Ｘ方向の長さＬの１／８よりも大きいので、長さＬの１／４以上の直径をもつ通常のエンドミルを用いて、１回で接続部３４の丸みを加工することができる。その結果、特殊な工具を用いることなく通常のエンドミルを用いた切削加工で連結子３１を削り出すことができるので、締結用治具３０の加工性が良い。また、接続部３４に丸め加工を施すことにより、締付トルクが作用したときの接続部３４への応力集中も低減できる。
【００２６】
締結用治具３０を用いた回転体１２の製造方法は次の通りである。一端にタービン翼車６が設けられている回転軸１４の他端側にカラー１８等を装着した後、回転軸１４の他端の雄螺子部１４ａ（図１参照）に、コンプレッサ翼車７の盲螺子穴７ｂ（図１参照）を螺合させる。その後、コンプレッサ翼車７の先端部７ａの締付用穴２１（図２参照）に締結用治具３０の連結子３１を嵌め込む（治具嵌込工程）。その状態から、締結用治具３０の工具掛部３９に六角レンチ等の工具を掛け、回転軸線Ｘ周りに回転させ、規定の締付トルクを付与することでコンプレッサ翼車７を回転軸１４に螺着締結する（螺着締結工程）。その後、締結用治具３０はコンプレッサ翼車７の先端部７ａから除去される。
【００２７】
この製造方法によれば、回転に対する連結子３１の強度が向上された締結用治具３０を用いてコンプレッサ翼車７を回転軸１４に螺着締結するので、締付トルクが大きくなっても締結用治具３０を破壊することなく螺着締結が可能になる。
【００２８】
以下、図６及び図７を参照しながら、締結用治具３０の変形例を説明する。以下に説明する各締結用治具の変形例によっても、締結用治具３０と同様の作用効果を奏することができる。なお、各変形例において締結用治具３０と同一又は同等の構成については図面に同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、図６（ａ）〜（ｄ）は、変形例に係る締結用治具の正面図（回転軸線Ｘ方向から見た図）のみを示し側面図及び斜視図は省略するが、各締結用治具の連結子の長さは、すべてＬに等しいものとする。
【００２９】
図６（ａ）に示される締結用治具５０は、中央軸部３２の周囲に５つの凸条部３３を等間隔で設けたものである。なお、この場合、コンプレッサ翼車７の先端部７ａには、図７（ａ）に示されるように、５つのトルク伝達溝２３を備える締付用穴５９が設けられる。この例のように、凸条部３３の数は４つに限られず、５つ以上としてもよく、３つ以下としてもよい。凸条部３３が増加することにより、締付トルクが周方向に分散される。但し、図７（ａ）に示されるように、トルク伝達溝２３同士の間の部分の肉厚Ｐが小さくなりすぎると、当該部分の強度が低下する。従って、締付トルクの分散と肉厚Ｐの確保とを両立する観点から、凸条部３３の数は４つ又は５つとすることができる。
【００３０】
また、中央軸部は円柱に限られず、図６（ｂ）に示される締結用治具６０のように、四角柱の中央軸部６２を採用してもよい。この形状によれば、中央軸部６２の断面積を大きくすることができ、回転に対する連結子の強度を高めることができる。また、締結用治具６０では、中央軸部６２の四角柱の４側面の各中心に凸条部３３を設けているが、図６（ｃ）に示される締結用治具７０のように、中央軸部６２の四角柱の４つの角の位置に凸条部３３を設けてもよい。
【００３１】
また、図６（ｄ）に示される締結用治具８０のように、凸条部３３に対して回転周方向に幅を伸長させた凸条部８３を備えてもよい。この締結用治具８０の構成によれば、締付トルクに対する凸条部８３の強度が向上する。但し、締結用治具８０に対応する締付用穴を形成するためには、ドリルだけでは足りずエンドミルを必要とするので、締結用治具８０よりも、締結用治具３０を採用した方が締付用穴の加工性がよい。
【００３２】
また、図７（ｂ）に示される締結用治具１３０のように、凸条部３３に対して回転径方向に長さを伸長させた凸条部１３３を備えてもよい。図７（ｂ）は、回転軸線Ｘに直交する断面における凸条部１３３と締付用穴１２１のトルク伝達溝１２３との断面図である。凸条部１３３は、凸条部３３に比べて、直方体１３５の分だけ回転径方向に伸長されている。すなわち、凸条部１３３は、凸条部３３に加えて、接続部３４と外側面（円柱面）３３ａとの間を繋ぐ接続平面１３５ａを更に備えている。接続平面１３５ａは、直方体１３５の側面に対応する平面である。
【００３３】
これに対応して、トルク伝達溝１２３も、接続平面１３５ａに対面する平面部１２５ａの分だけ伸長されており、トルク伝達溝１２３はトルク伝達溝２３に比較して深くなっている。この構成によれば、凸条部３３と比較して、接続平面１３５ａの分だけトルク伝達溝１２３との接触面積が増加するので、締付トルクに起因して凸条部及びトルク伝達溝に作用する応力が低減する。但し、締結用治具１３０に対応する締付用穴１２１を形成するためには、ドリルだけでは足りずエンドミルを必要とするので、締結用治具１３０よりも、締結用治具３０を採用した方が締付用穴の加工性がよい。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、実施形態及び各変形例に係る締結用治具の各構成要素は、適宜組み合わせて採用してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  過給機
３  コンプレッサ（遠心圧縮機）
６  タービン翼車
７  コンプレッサ翼車
７ａ  先端部
１２  回転体
１４  回転軸
２１  締付用穴
２３  トルク伝達溝
３０、５０、６０、７０、８０、１３０  締結用治具
３１  連結子
３２，６２  中央軸部
３３，８３，１３３  凸条部
３３ａ  外側面
３４  接続部
１３５ａ  接続平面
３９  工具掛部
Ｘ  回転軸線
【図１】
0006334302.tif 000002
【図２】
0006334302.tif 000003
【図３】
0006334302.tif 000004
【図４】
0006334302.tif 000005
【図５】
0006334302.tif 000006
【図６】
0006334302.tif 000007
【図７】
0006334302.tif 000008