(57)【要約】【課題】部品点数及びコストを低減することができる、過給機用のコンプレッサハウジング及びその製造方法を提供すること。【解決手段】過給機用のコンプレッサハウジング１は、インペラ１０を収容可能に構成されるとともに、インペラ１０の外周に沿って環状をなす内周面において凹状の内周凹部２１が形成されたハウジング本体２０と、内周凹部２１に配設されるとともに、内周面がインペラ１０に対向するシュラウド面３１を形成する環状の滑り部材３０と、を有する。ハウジング本体２０は、シュラウド面３１の外周側においてシュラウド面３１に連続するように形成されたディフューザ面２４を有する。滑り部材３０の外周端部とハウジング本体２０のディフューザ面２４の内周端部との境界部１０１には、摩擦撹拌接合によってハウジング本体２０と滑り部材３０とを接合した接合部４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラを収容可能に構成されるとともに、該インペラの外周に沿って環状をなす内周面において凹状の内周凹部が形成されたハウジング本体と、
上記内周凹部に配設されるとともに、その内周面が上記インペラに対向するシュラウド面を形成する環状の滑り部材と、を有し、
上記ハウジング本体は、上記シュラウド面の外周側において該シュラウド面に連続するように形成されたディフューザ面を有し、
上記滑り部材の外周端部と上記ハウジング本体の上記ディフューザ面の内周端部との境界部には、摩擦撹拌接合によって上記ハウジング本体と上記滑り部材とを接合した接合部が形成されていることを特徴とする過給機用のコンプレッサハウジング。
【請求項２】
上記接合部は、上記境界部の一部に形成されており、上記接合部の中心は、上記境界部よりも外周側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の過給機用のコンプレッサハウジング。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の過給機用のコンプレッサハウジングを製造する方法であって、
上記滑り部材を上記ハウジング本体の上記内周凹部に組み付ける組付け工程と、
次いで、上記滑り部材の外周端部と上記ハウジング本体の上記ディフューザ面の内周端部との境界部において摩擦撹拌接合を行うことにより、上記接合部を形成する摩擦撹拌接合工程と、
次いで、上記滑り部材及び上記ハウジング本体を切削加工することにより、上記シュラウド面及び上記ディフューザ面を形成する切削工程とを行い、
上記切削工程においては、上記シュラウド面及び上記ディフューザ面の形成と共に、上記接合部の表面を切削して、該表面が上記ディフューザ面及び上記シュラウド面と滑らかに連続するように加工することを特徴とする過給機用のコンプレッサハウジングの製造方法。
【請求項４】
上記摩擦撹拌接合工程においては、被処理部に押し当てられる回転ツールの中心が、上記境界部よりも外周側に位置するように、摩擦撹拌接合を行うことを特徴とする請求項３に記載の過給機用のコンプレッサハウジングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機用のコンプレッサハウジング及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のターボチャージャ等の過給機に用いられるコンプレッサ（圧縮機）は、インペラを収容可能に構成されていると共に、インペラに向けて空気を吸い込む吸気口と、インペラの外周側において周方向に形成され、インペラから吐き出された空気を導入するスクロール室と、インペラに対向するシュラウド面とを備えたコンプレッサハウジングを有している。
【０００３】
上記構成のコンプレッサにおいては、インペラのブレードとコンプレッサハウジングのシュラウド面との間の隙間をできる限り小さくすることで、コンプレッサの圧縮効率を高めることができる。
ところが、この隙間を小さくすると、例えば振動やインペラ回転軸の振れ等によってインペラのブレードがコンプレッサハウジングのシュラウド面に接触した場合に、インペラが損傷してしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、従来、コンプレッサハウジングのシュラウド面を形成する部分にインペラのブレードよりも軟質な樹脂等で構成された滑り部材を取り付けた構造が提案されている（特許文献１）。
これによれば、万が一振動やインペラ回転軸の振れ等によってインペラのブレードがコンプレッサハウジングのシュラウド面に接触しても、そのシュラウド面を形成する部分に取り付けた滑り部材が削れるだけであり、インペラは破損ぜず、インペラのブレードとコンプレッサハウジングのシュラウド面との間の隙間は、小さいままで維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７０４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１では、滑り部材をシュラウド部に固定するために、滑り部材をインペラと対向しないディフューザ部まで拡大している。そして、その拡大した部位に設けたネジ挿通穴を介して、ネジ部材によって滑り部材をコンプレッサハウジングの本体（ハウジング本体）に締結固定している。そのため、上記部位を拡大した分、滑り部材が大型化することとなる。滑り部材は、一般に、ハウジング本体よりも高価な材料を用いる必要があるため、滑り部材の大型化に伴い、コンプレッサハウジング全体のコストが高くなってしまう。
【０００７】
また、上記特許文献１の構成のように、ネジ部材を用いると、部品点数が多くなるばかりか、ハウジング本体に形成するネジ穴加工や、滑り部材に形成するネジ挿通穴の加工が必要となる。かかる観点からも、製造コストが高くなりやすい。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、部品点数及びコストを低減することができる、過給機用のコンプレッサハウジング及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、インペラを収容可能に構成されるとともに、該インペラの外周に沿って環状をなす内周面において凹状の内周凹部が形成されたハウジング本体と、
上記内周凹部に配設されるとともに、その内周面が上記インペラに対向するシュラウド面を形成する環状の滑り部材と、を有し、
上記ハウジング本体は、上記シュラウド面の外周側において該シュラウド面に連続するように形成されたディフューザ面を有し、
上記滑り部材の外周端部と上記ハウジング本体の上記ディフューザ面の内周端部との境界部には、摩擦撹拌接合によって上記ハウジング本体と上記滑り部材とを接合した接合部が形成されていることを特徴とする過給機用のコンプレッサハウジングにある。
【００１０】
本発明の他の態様は、上記過給機用のコンプレッサハウジングを製造する方法であって、
上記滑り部材を上記ハウジング本体の上記内周凹部に組み付ける組付け工程と、
次いで、上記滑り部材の外周端部と上記ハウジング本体の上記ディフューザ面の内周端部との境界部において摩擦撹拌接合を行うことにより、上記接合部を形成する摩擦撹拌接合工程と、
次いで、上記滑り部材及び上記ハウジング本体を切削加工することにより、上記シュラウド面及び上記ディフューザ面を形成する切削工程とを行い、
上記切削工程において、上記シュラウド面及び上記ディフューザ面の形成と共に、上記接合部の表面を切削して、該表面が上記ディフューザ面及び上記シュラウド面と滑らかに連続するように加工することを特徴とする過給機用のコンプレッサハウジングの製造方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
上記過給機用のコンプレッサハウジングにおいて、滑り部材の外周端部とハウジング本体のディフューザ面の内周端部との境界部には、上記接合部が形成されている。すなわち、ハウジング本体と滑り部材とが、摩擦撹拌接合によって接合されている。そのため、滑り部材に、ネジ部材等の固定部材を係合する部位を設ける必要がなく、滑り部材の小型化を図ることができる。つまり、材料費が比較的高くなりやすい滑り部材を小型化することで、コスト低減を図ることができる。
また、摩擦撹拌接合を用いることにより、ハウジング本体と滑り部材とを固定するための固定部材が必要ないため、部品点数を低減することもできる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、部品点数及びコストを低減することができる、過給機用のコンプレッサハウジング及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１における、過給機用のコンプレッサハウジングを備えるターボチャージャの断面図であって、図４のＩ−Ｉ線矢視断面相当の断面図。
【図２】実施形態１における、コンプレッサハウジングのシュラウド面近傍の拡大断面図であって、図１の部分拡大断面図。
【図３】実施形態１における、コンプレッサハウジングのシュラウド面近傍の拡大断面図であって、図４のIII−III線矢視断面相当の断面図。
【図４】実施形態１における、ディフューザ面側から見たコンプレッサハウジングの一部の平面図。
【図５】実施形態１における、ディフューザ面側から見た接合部の拡大平面図。
【図６】実施形態１における、ハウジング本体と滑り部材との組み付け直前の状態の断面説明図。
【図７】実施形態１における、ハウジング本体と滑り部材とを組み付けてなるサブアッシーの断面説明図。
【図８】実施形態１における、境界部の拡大断面図および回転ツールの説明図。
【図９】実施形態１における、摩擦撹拌接合工程の直後の状態を表す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
過給機用のコンプレッサハウジング及びその製造方法につき、図１〜図９を用いて説明する。
本実施形態の過給機用のコンプレッサハウジング１は、図１に示すごとく、ハウジング本体２０と滑り部材３０とを有する。
【００１５】
ハウジング本体２０は、インペラ１０を収容可能に構成されるとともに、インペラ１０の外周に沿って環状をなす内周面において凹状の内周凹部２１が形成されている。
滑り部材３０は、ハウジング本体２０の内周凹部２１に配設されるとともに、その内周面がインペラ１０に対向するシュラウド面３１を形成する環状の部材である。
【００１６】
ハウジング本体２０は、シュラウド面３１の外周側においてシュラウド面３１に連続するように形成されたディフューザ面２４を有する。
図１、図２、図４、図５に示すごとく、滑り部材３０の外周端部とハウジング本体２０のディフューザ面２４の内周端部との境界部１０１には、摩擦撹拌接合によってハウジング本体２０と滑り部材３０とを接合した接合部４が形成されている。摩擦撹拌接合については、後述する。
【００１７】
図１に示すように、コンプレッサハウジング１は、自動車のターボチャージャー（過給機）に用いられるコンプレッサ（圧縮機）の外殻を形成するものである。
ハウジング本体２０は、例えばアルミニウム製の重力鋳造品により構成されており、図１に示すように、吸気口１１、吸気通路１２及びスクロール室１３を備えている。
吸気口１１及び吸気通路１２は、筒状を成している筒状部２３によって形成されている。スクロール室１３は、インペラ１０の外周側において周方向に形成され、インペラ１０から吐き出された空気を導入するように構成されている。
【００１８】
内周凹部２１は、ハウジング本体２０の内周面において、滑り部材３０の外周に沿うように形成されている。そして、内周凹部２１は、後述の滑り部材３０における円筒状の滑り部材本体部３１０に沿って凹状に形成された円筒状の第１凹部２１０と、滑り部材３０における拡径部３１１に沿って、第１凹部２１０からさらに外周側へ凹状に形成された円筒状の第２凹部２２０とを有する。これにより、内周凹部２１は、滑り部材３０が配設可能に構成されている。
【００１９】
滑り部材３０は、熱可塑性を有すると共に弾性変形可能な部材により形成することができる。例えば、滑り部材３０は、熱可塑性のポリイミド樹脂からなる。熱可塑性のポリイミド樹脂としては、例えば、三井化学社製のオーラム（登録商標）がある。滑り部材３０の形成材料としては、これに限らず、例えば、デュポン社製のベスペル（登録商標）のＴＰシリーズ等を採用することができる。
【００２０】
滑り部材３０は、図４に示すように、環状を成しており、その内周面の全域がインペラ１０（図１）に対向してシュラウド面３１を形成している。さらに、図１〜図３に示すごとく、滑り部材３０は、筒状の滑り部材本体部３１０と、滑り部材本体部３１０における吸気口１１と反対側において径方向外側に拡径されて形成された拡径部３１１とを備える。拡径部３１１は滑り部材３０の全周にわたって形成されている。滑り部材３０は、内周凹部２１における第１凹部２１０に滑り部材本体部３１０が位置し、第２凹部２２０に拡径部３１１が位置して、内周凹部２１に配設されている。
【００２１】
滑り部材３０は、拡径部３１１の外周面が第２凹部２２０の内周面に圧接した状態で、内周凹部２１に圧入されている。また、滑り部材本体部３１０の外径は第１凹部２１０の内径よりも小さく、滑り部材本体部３１０の外周面は、第１凹部２１０の内周面に接触していない。
【００２２】
図４に示すごとく、コンプレッサハウジング１を軸方向Ｘのディフューザ面２４側から見たとき、ハウジング本体２０と滑り部材３０との境界部１０１、すなわちディフューザ面２４とシュラウド面３１との境界部１０１は、円形状に形成されている。接合部４は、境界部１０１の一部に形成されている。また、図２、図５に示すごとく、接合部４の中心は、境界部１０１よりも外周側に位置している。ここで、接合部４の中心とは、コンプレッサハウジング１の径方向における接合部４の中心を意味する。すなわち、接合部４は、境界部１０１を基準にして、滑り部材３０側（内周側）にはみ出した寸法ａよりも、ハウジング本体２０（シュラウド面２４側：外周側）にはみ出した寸法ｂの方が大きい。
【００２３】
本実施形態においては、図４に示すごとく、円形の境界部１０１上の４か所に、接合部４が形成されている。接合部４は、等間隔に配置されている。ただし、接合部４の個数は、特に限定されるものではない。また、接合部４は、境界部１０１の全周にわたって形成されていてもよい。
【００２４】
また、図１に示すように、コンプレッサハウジング１を用いてターボチャージャを構成したとき、ハウジング本体２０における吸気口１１と反対側には、インペラ１０の軸受ハウジング又はバックプレートの端面７０が位置する。そして、当該端面７０とハウジング本体２０のディフューザ面２４との間には、インペラ１０側からスクロース室１２へつながる流体通路となるディフューザ部１４が形成される。
【００２５】
また、図１に示すように、インペラ１０は、ハウジング本体２０の滑り部材３０の内周面（シュラウド面３１）側に配置されており、回転軸１５を中心に回転可能に取り付けられている。また、インペラ１０は、ハブ１６と、その外周面から周方向に並んで突出した複数のブレード１７とを備える。複数のブレード１７は、滑り部材３０のシュラウド面３１に対向して配置されている。
【００２６】
本実施形態の過給機用のコンプレッサハウジング１を備えるコンプレッサでは、図１に示すように、インペラ１０の回転により、吸気口１１から吸気通路１２を通じて吸い込まれた空気は、インペラ１０のブレード１７によって加速されてディフューザ部１４に送られる。そして、当該空気は、ディフューザ部１４において昇圧されて、スクロール室１３へと送り込まれる。
【００２７】
次に、本実施形態のコンプレッサハウジング１の製造方法について説明する。
本製造方法は、図６、図７に示すごとく、滑り部材３０をハウジング本体２０の内周凹部２１に組み付ける組付け工程と、その後に行う以下の摩擦撹拌接合工程と、切削工程とを行う。
摩擦撹拌接合工程においては、図８、図９に示すごとく、滑り部材３０の外周端部とハウジング本体２０のディフューザ面２４の内周端部との境界部１０１において摩擦撹拌接合を行う。これにより、接合部４を形成する。
【００２８】
切削工程においては、摩擦撹拌接合工程の後、滑り部材３０及びハウジング本体２０を切削加工することにより、図２に示すごとく、シュラウド面３１及びディフューザ面２４を形成する。
そして、切削工程においては、シュラウド面３１及びディフューザ面２４の形成と共に、接合部４の表面を切削して、該表面がディフューザ面２４及びシュラウド面３１と滑らかに連続するように加工する。
【００２９】
上記切削工程の前の段階においては、滑り部材３０はシュラウド面３１（図１〜図３参照）を有しておらず、図６〜図９に示すごとく、内周面３２が軸方向Ｘの全体にわたって一様に形成された形状となっている。かかる形状の滑り部材３０が、上記組付け工程において、ハウジング本体２０の内周凹部２１に嵌入されることで、図７に示すごとく、ハウジング本体２０と滑り部材３０とが互いに組み付けられたサブアッシー１００が得られる。
【００３０】
また、上記組付け工程においては、滑り部材３０の拡径部３１１の外周面が、ハウジング本体２０の内周凹部２１における第２凹部２２０の内周面に圧接した状態で、内周凹部２１に圧入される。すなわち、ハウジング本体２０のディフューザ面２４の内周端部と、滑り部材３０の外周端部とは、互いに接触した状態にある。この接触部が、境界部１０１であり、上記摩擦撹拌接合工程においては、境界部１０１を跨ぐようにして、接合部４を形成する。
【００３１】
摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：Friction
Stir Welding）は、高速で自転する回転ツール５を、滑り部材３０とハウジング本体２０との境界部１０１付近（被処理部）に押し当て、境界部１０１に沿って回転ツール５を移動させることにより、滑り部材３０とハウジング本体２０とを接合するものである。回転ツール５は、図８に示すごとく、円柱状のショルダ部５１と、該ショルダ部５１の先端面から突出した、小径の円柱形状のプローブ部５２とを有する。
【００３２】
そして、高速回転する回転ツール５を、図８の矢印Ｆに示すように、被処理部に押し当てたときに生じる摩擦熱によって、滑り部材３０及びハウジング本体２０の材料（例えばポリイミド樹脂及びアルミニウム合金）において、塑性流動が生じる。具体的には、滑り部材３０及びハウジング本体２０の材料が、被処理部における所定の深さまで押し込まれたプローブ部５２によって撹拌されて、表面に溢れ出るよう流動する。これと共に、この流動した滑り部材３０及びハウジング本体２０の材料が、ショルダ部５１の先端面によって押し付けられつつ撹拌される。その結果、塑性流動した材料同士が融合した後、固化して、滑り部材３０とハウジング本体２０とを互いに接合する接合部４が形成される。
【００３３】
また、摩擦撹拌接合工程においては、被処理部に押し当てられる回転ツール５の中心が、境界部１０１よりも外周側に位置するように、摩擦撹拌接合を行う。これにより、接合部４の中心が、境界部１０１よりも外周側に位置するようにすることができる。すなわち、摩擦撹拌接合の前において、滑り部材３０であった部分よりも、ハウジング本体２０であった部分の方が、より大きい範囲で摩擦撹拌されるようにする。
また、図９に示すごとく、摩擦撹拌接合工程によって得られた接合部４の表面は、平滑性がない状態となっている。  
【００３４】
上記切削工程においては、サブアッシー１００を、滑り部材３０の内周面３２からハウジング本体２０のディフューザ面２４までにかけての領域を切削して、図２に示すように、シュラウド面３１を形成するとともに、接合部４の表面を切削する。そして、接合部４の表面を、ディフューザ面２４及びシュラウド面３１と連続した平滑性を有する表面に仕上げる。このようにして、図１に示すごとく、ハウジング本体２０に滑り部材３０が固定されたコンプレッサハウジング１が得られる。
【００３５】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記過給機用のコンプレッサハウジング１において、滑り部材３０の外周端部とハウジング本体２０のディフューザ面２４の内周端部との境界部１０１には、接合部４が形成されている。すなわち、ハウジング本体２０と滑り部材３０とが、摩擦撹拌接合によって接合されている。そのため、滑り部材３０に、ネジ部材等の固定部材を係合する部位を設ける必要がなく、滑り部材３０の小型化を図ることができる。つまり、材料費が比較的高くなりやすい滑り部材３０を小型化することで、コスト低減を図ることができる。なお、摩擦撹拌接合においては、滑り部材３０にも撹拌代が必要ではあるが、固定部材を係合するための部位の幅に比べて、撹拌代の幅は充分に小さくすることができる。
また、摩擦撹拌接合を用いることにより、ハウジング本体２０と滑り部材３０とを固定するための固定部材が必要ないため、部品点数を低減することもできる。
【００３６】
また、摩擦撹拌接合は、上述のごとく、回転ツール５と被処理部との摩擦熱を利用するものであるが、必要とするエネルギーも、例えばレーザを用いたナノポーラス形成による接合等と比べて、小さい。それゆえ、製造コストを充分に抑制することができる。
また、接合部４の表面の平滑化は、上記切削工程において、シュラウド面３１及びディフューザ面２４の形成と共に行うことができるため、製造コストを抑制することができる。
【００３７】
また、接合部４の中心は、境界部１０１よりも外周側に位置している。これにより、滑り部材３０のより一層の小型化を図ることができる。すなわち、摩擦撹拌接合を行う場合においても、滑り部材３０のうちの一部に、接合部４を設けることとなるため、この接合部４がインペラ１０に対向しない位置に形成されるようにする必要はある。そのため、滑り部材３０の外周端部において、接合部４を形成するための、いわゆる撹拌代を設けておくこととなる。この撹拌代をなるべく小さくすることで、滑り部材３０の外径を極力小さくすることができる。その一方で、接合部４の幅（コンプレッサハウジング１の径方向における接合部４の寸法）は、回転ツール５の直径に依存し、回転ツール５の直径は、ある程度の大きさがないと、適切な摩擦撹拌接合を行うことが困難となる。
【００３８】
そこで、接合部４の幅を確保しつつ、滑り部材３０の撹拌代を小さくするべく、接合部４の中心が境界部１０１よりも外周側に位置する構成としている。これにより、滑り部材３０のより一層の小型化を図ることができ、より低コストのコンプレッサハウジング１を得ることができる。
【００３９】
また、これを容易に実現すべく、上記製造方法における摩擦撹拌接合工程においては、被処理部に押し当てられる回転ツール５の中心が、境界部１０１よりも外周側に位置するように、摩擦撹拌接合を行っている。つまり、滑り部材３０の材料（例えば、ポリイミド樹脂）よりも、ハウジング本体２０の材料（例えば、アルミニウム合金）であった部分の方が、より大きい範囲で摩擦撹拌されるようにすることで、比較的高価な滑り部材３０の材料コストを低減することができる。
【００４０】
以上のごとく、本実施形態によれば、部品点数及びコストを低減することができる、過給機用のコンプレッサハウジング及びその製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  過給機用のコンプレッサハウジング
１０１  境界部
２０  ハウジング本体
２１  内周凹部
２４  ディフューザ面
３０  滑り部材
３１  シュラウド面
４  接合部
【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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【図８】
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【図９】
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