(57)【要約】      （修正有）【課題】軸付回転体において、溶接時の位置決めが容易であり且つ耐疲労特性を向上させることのできる軸付回転体を提供すること。【解決手段】ターボチャージャのロータ軸２に第１の環状突出部２ａ及び凸部２ｂを形成し、タービン翼車４に第２の環状突出部４ａ及び凹部４ｂを形成して、当該凸部２ａを凹部４ｂに嵌入することで位置決めを行いつつ、当該位置決め部分と空間８を隔てた第１の環状突出部２ａ及び第２の環状突出部４ａの突き合わせ部分を溶接する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸体と回転体と接合された軸付回転体であって、
前記軸体及び前記回転体のいずれか一方に形成され、環状に突出した第１の環状突出部と、
前記軸体及び前記回転体のいずれか一方に形成され、前記第１の突出部から軸心側に間隔を有し、前記第１の突出部よりも軸方向に長く突出している凸部と、
前記軸体及び前記回転体のいずれか他方に形成され、環状に突出し、前記第１の環状突出部と突き合わせられる第２の環状突出部と、
前記軸体及び前記回転体のいずれか他方に形成され、前記第２の突出部から軸心側に間隔を有し、前記凸部が嵌入される凹部と、を備え、
前記凸部が前記凹部に嵌入し、前記第１の環状突出部と前記第２の環状突出部との突き合わせ部分が溶接されていることを特徴とする軸付回転体。
【請求項２】
前記軸体はターボチャージャのロータ軸であり、前記回転体はターボチャージャの翼車であることを特徴とする請求項１記載の軸付回転体。
【請求項３】
前記第１の環状突出部及び前記凸部は前記ロータ軸に形成され、
前記第２の環状突出部及び前記凹部は前記翼車に形成され、
前記溶接は電子ビームの照射により行うことを特徴とする請求項２記載の軸付回転体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸体と回転体とが接合された軸付回転体に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸体及び回転体からなる軸付回転体は、軸体及び回転体の回転軸が一致するよう接合しなければならない。
例えば、軸体と翼車からなる車両のターボチャージャのような軸付回転体の場合は、軸体と翼車とを嵌合させたり、芯出し機構等を用いて位置決めを行ったりした上で、溶接等により接合させている。
【０００３】
具体的なターボチャージャの翼車と軸体との溶接方法として、一方の継手部に凹溝、他方の継手部に凸部を形成して両者を嵌合した上で、突き合わせ部分を電子ビームにより溶接する方法が開示されている（特許文献１参照）。
また、ターボチャージャの翼車と軸体との電子ビーム溶接後に、溶接ビード表面に亀裂（クラック）が生じやすい点に着目し、第１次電子ビームによる溶接後、第２次電子ビームを再照射し、溶接ビード表面を平滑化する技術も開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１３７６８５号公報
【特許文献２】特開２００９−６８３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、凹溝に凸部を嵌合させたいわゆるインロー継手において、周囲の突き合わせ部分を溶接した場合に、凹溝と凸部とが当接する角部分に応力集中部が形成されターボチャージャの耐疲労特性が低下するという問題がある。
これにより、長期間に亘って回転が行われると、遠心力に起因する疲労によって応力集中部分を基端として割れが生じるおそれがある。このように内部において発生する割れに対しては、特許文献２のように溶接ビード表面を平滑化させる技術では対応することはできない。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、軸付回転体において、溶接時の位置決めが容易であり且つ耐疲労特性を向上させることのできる軸付回転体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１の軸付回転体では、軸体と回転体と接合された軸付回転体であって、前記軸体及び前記回転体のいずれか一方に形成され、環状に突出した第１の環状突出部と、前記軸体及び前記回転体のいずれか一方に形成され、前記第１の突出部から軸心側に間隔を有し、前記第１の突出部よりも軸方向に長く突出している凸部と、前記軸体及び前記回転体のいずれか他方に形成され、環状に突出し、前記第１の環状突出部と突き合わせられる第２の環状突出部と、前記軸体及び前記回転体のいずれか他方に形成され、前記第２の突出部から軸心側に間隔を有し、前記凸部が嵌入される凹部と、を備え、前記凸部が前記凹部に嵌入し、前記第１の環状突出部と前記第２の環状突出部との突き合わせ部分が溶接されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の軸付回転体では、請求項１において、前記軸体はターボチャージャのロータ軸であり、前記回転体はターボチャージャの翼車であることを特徴としている。
請求項３の軸付回転体では、請求項２において、前記第１の環状突出部及び前記凸部は前記ロータ軸に形成され、前記第２の環状突出部及び前記凹部は前記翼車に形成され、前記溶接は電子ビームの照射により行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記手段を用いる本発明の軸付回転体によれば、軸体及び回転体のいずれか一方に第１の環状突出部及び凸部を形成し、軸体及び回転体のいずれか他方に第２の環状突出部及び凹部を形成し、当該凸部を凹部に嵌入することで位置決めを行いつつ、第１の環状突出部及び第２の環状突出部の突き合わせ部分を溶接する。
第１の環状突出部と凸部の間、及び第２の環状突出部と凹部との間は、それぞれ間隔を有していることで、溶接される突き合わせ部分と凸部が凹部に嵌入している位置決め部分とが空間を隔てて位置することとなる。
【００１０】
このように、凸部を凹部に嵌入するだけの容易な位置決めができるとともに、溶接部分と位置決め部分とが離れていることで、回転時における遠心力が集中する部分の発生を回避し、応力集中に起因する割れを防ぐことができる。
これにより、軸付回転体において、溶接時の位置決めを容易とし、耐疲労特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る軸付回転体としてのターボチャージャの一部を示す概略構成図である。
【図２】ロータ軸とタービン翼車との位置決め部分及び溶接部分の要部断面図である。
【図３】比較例としてのターボチャージャの軸体と翼車とのインロー継手における溶接部分を示した要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には、本発明に係る軸付回転体の一例としてのターボチャージャの一部を示す概略構成図が示されている。
図１に示すターボチャージャ１は、低合金鋼からなるロータ軸２（軸体）の一端に、当該ロータ軸２よりも耐熱性の高い金属からなるタービン翼車４（回転体）が設けられている。なお、図示しないが、ロータ軸２の他端部にはコンプレッサ翼車が設けられている。このように構成されたターボチャージャ１は車両の内燃機関に搭載され、排気通路にタービン翼車４が、吸気通路にコンプレッサ翼車が配設される。このような構成から、排気流によってタービン翼車４が回転し、当該回転がロータ軸２を介してコンプレッサ翼車に伝達されることでコンプレッサ翼車が回転して、吸気を圧縮する。
【００１３】
以下、ロータ軸２とタービン翼車４との継手構造について説明する。
ロータ軸２の端部には、外周縁にて環状に突出した第１の環状突出部２ａと、当該第１の環状突出部２ａより軸心側に所定の間隔を有し、第１の環状突出部２ａよりも軸方向に長く突出している凸部２ｂとが形成されている。
また、タービン翼車４には、ロータ軸２側の端面中央部分において、環状に突出し上記第１の環状突出部２ａと突き合わせられる第２の環状突出部４ａと、当該第２の環状突出部４ａより軸心側に間隔を有し、上記凸部２ｂが嵌入される凹部４ｂとが形成されている。
【００１４】
そして、ロータ軸２及びタービン翼車４は、凸部２ｂが凹部４ｂに嵌入されることで位置決めされ、第１の環状突出部２ａ及び第２の環状突出部４ａが突き合わされて、当該突き合わせ部分が溶接された継手構造をなしている。
以下、当該位置決め構造及び溶接構造について詳しく説明する。
ここで図２を参照すると、ロータ軸とタービン翼車との位置決め部分及び溶接部分の要部断面図が示されている。
【００１５】
同図に示すように、ロータ軸２の凸部２ｂがタービン翼車４の凹部４ｂに嵌入されることで、当該凸部２ｂの側面が凹部４ｂの側壁に当接し、ロータ軸２及びタービン翼車４の径方向の位置決めがなされている。なお、第１の環状突出部２ａ及び第２の環状突出部４ａが突き合わされる関係で、凸部２ｂの頂面は凹部４ｂの底面に当接するまで嵌入されるものではなく、凸部２ｂ頂面と凹部４ｂ底面との間には隙間が形成されている。
【００１６】
ロータ軸２の第１の環状突出部２ａの端面とタービン翼車４の第２の環状突出部４ａの端面とは形状が同一であり、第１の環状突出部２ａ及び第２の環状突出部４ａが突き合わされた状態では、それぞれの外側面及び内側面は段差なく連続している。
そして、凸部２ｂを凹部４ｂに嵌入し第１の環状突出部２ａ及び第２の環状突出部４ａを突き合わせた状態で、ロータ軸２及びタービン翼車４を回転軸周りに回転させながら、図示しない電子銃より突き合わせ境界面に向けて電子ビームを照射して突き合わせ部分全周の溶接を行う。この電子ビーム照射によりロータ軸２及びタービン翼車４の突き合わせ部分が溶融して溶接金属６が形成される。溶接金属６の断面形状は、突き合わせ境界面を中心とし、表面側が広く、ロータ軸２の軸心に向かうにつれて細くなった形状をなしている。なお、当該溶接金属６の断面形状は、突き合わせ部分の外側面から内側面まで達していればよく、これに限られるものではない。例えば突き合わせ境界面を中心としない場合もあるし、電子ビームの出力が大きい場合には軸心に向かって細くならず、表面側から軸心側に向けて同じ厚さの形状となる。
【００１７】
ここで、図３を参照すると、比較例としてインロー継手において溶接を行ったターボチャージャの要部拡大図が示されている。同図に示すように、ロータ軸１２の凸部１２ａがタービン翼車１４の凹部１４ａ内に嵌入されてインロー継手をなしている。そして、当該凸部１２ａの外縁部１２ｂ及び凹部１４ａの外縁部１４ｂが突き合わされており、当該突き合わせ部分が溶接されて溶接金属１６が形成されている。このような構成では、ロータ軸１２及びタービン翼車１４の回転による遠心力により凸部１２ａが凹部１４ａを外周側に押圧し、凸部１２ａと凹部１４ａとが当接する角部、すなわち、溶接金属先端部１６ａであって突き合わせ境界面の軸心側端部に応力が集中する。そして、長期間に亘って回転が行われると、疲労によって応力集中部分を基端として割れが生じ、そこから図３の矢印で示すように、表面に向かって割れが進展し、最終的には破断を招くおそれがある。
【００１８】
これに対し、図２に示す本実施形態では、ロータ軸２の第１の環状突出部２ａと凸部２ｂとの間、及びタービン翼車４の第２環状突出部４ａと凹部４ｂとの間は、それぞれ径方向において間隔を有していることで、組み付け時には、第１の環状突出部２ａの内側面及び第２の環状突出部４ａの内側面と、凸部２ｂの側面との間に空間８が形成されることとなる。つまり、凸部２ｂ周りに、断面矩形で環状をなした空間８が形成されている。
【００１９】
そして、溶接金属６は、突き合わせ境界面を全て含むように、表面から当該空間８内まで貫通するよう形成されている。
こうして、ロータ軸２とタービン翼車４との継手部分において、溶接金属６が形成される溶接部分と、凸部２ｂが凹部４ｂに嵌入している位置決め部分との間には空間８が存在し、両部分が離れて位置することとなる。
【００２０】
このように構成されたターボチャージャ１は、ロータ軸２及びタービン翼車４を回転させた場合でも、溶接された突き合わせ部分は内側に空間８があり、内側から遠心力により押圧されることなく、応力の発生は少ない。また、位置決め部分においては凸部２ｂと凹部４ｂとの当接部分において、遠心力により凸部２ｂの側面が凹部４ｂの側壁を径方向外側に押圧するが、空間８があることで割れの基端となる部分がないこととなる。
【００２１】
以上のように、凸部２ｂを凹部４ｂに嵌入するだけの容易な位置決めができるとともに、溶接部分と位置決め部分とが離れていることで、回転時における遠心力が集中する部分の発生を回避し、応力集中に起因する割れを防ぐことができる。
これにより、ターボチャージャ１において、溶接時の位置決めを容易とし、耐疲労特性を向上させることができる。
【００２２】
また、溶接作業としては従来通り突き合わせ部分の表面に電子ビームを照射するだけなので、既存の溶接装置にワーク位置調整機構を設ける等の変更を加えることなく溶接することができる。
以上で本発明に係る軸付回転体の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、電子ビーム溶接により突き合わせ境界面を溶接しているが、溶接方法はこれに限られるものではなく、例えばレーザビームの照射により溶接するレーザビーム溶接、プラズマ溶接等であっても構わない。
【００２３】
また、上記実施形態では、ロータ軸２に凸部２ｂ、タービン翼車４に凹部４ｂが形成されているが、凸部及び凹部の関係を逆転して、ロータ軸に凹部、タービン翼車に凸部を形成しても構わない。ただし、一般には高温の排気に耐えうるよう比較的耐熱性が高く高強度の金属が使用されるタービン翼車に凹部を形成した方が、遠心力による凸部の押圧に長期間耐えうることから、上記実施形態の構成の方が好ましい。
【００２４】
また、上記実施形態では、ターボチャージャ１のロータ軸２とタービン翼車４とからなる軸付回転体に本発明を適用したものであるが、本発明の適用はこれに限られるものではなく、例えばターボチャージャのロータ軸及びコンプレッサ翼車に適用することもできる。または、ターボチャージャ以外の軸付回転体に適用することもできる。
また、上記実施形態では、空間８は断面矩形をなしているが、空間８の形状はこれに限られるものでなく、例えば第１の環状突出部と凸部、及び第２の環状突出部と凹部との間を半円状とすることで、断面円形状の空間を形成するものとしても構わない。
【符号の説明】
【００２５】
１  ターボチャージャ（軸付回転体）
２  ロータ軸（軸体）
２ａ  第１の環状突出部
２ｂ  凸部
４  タービン翼車（回転体）
４ａ  第２の環状突出部
４ｂ  凹部
６  溶接金属
８  空間
【図１】
2012057577.tif 000003
【図２】
2012057577.tif 000004
【図３】
2012057577.tif 000005