インペラ、過給機、及びインペラの製造方法
【課題】ホイール５５の疲労強度を十分に確保して、インペラ２７の耐久性を向上させること。
【解決手段】インペラ２７は、金属粉末射出成形によって成形された成形体５３Ｆを焼結してなるインペラ本体５３を具備し、インペラ本体５３におけるホイール５５の嵌合穴５９に中実の円筒部材６１が圧縮嵌合されており、この円筒部材６１は、成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入された状態で、成形体５３Ｆの焼結時の熱収縮を規制してホイール５５の中央部に残留応力を発生させるようになっている。
【解決手段】インペラ２７は、金属粉末射出成形によって成形された成形体５３Ｆを焼結してなるインペラ本体５３を具備し、インペラ本体５３におけるホイール５５の嵌合穴５９に中実の円筒部材６１が圧縮嵌合されており、この円筒部材６１は、成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入された状態で、成形体５３Ｆの焼結時の熱収縮を規制してホイール５５の中央部に残留応力を発生させるようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用過給機等の過給機に用いられるインペラ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用過給機におけるタービンインペラ（インペラの一例）の一般的な構成について説明すると、次のようになる（特許文献１、特許文献２、及び特許文献３等参照）。
【０００３】
タービンインペラは、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるものであって、通常、精密鋳造によって成形された成形体からなるものである。また、タービンインペラは、車両用過給機におけるタービンハウジング内に回転可能に設けられた中実のタービンホイールを備えており、このタービンホイールは、車両用過給機におけるロータ軸に一体的に連結してあって、タービンホイールの外周面は、タービンインペラの軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、タービンホイールの外周面には、複数枚のタービンブレードが周方向に間隔を置いて一体形成されており、各タービンブレードの外縁は、タービンハウジングのシュラウド（内壁面）に沿って延びている。
【０００４】
従って、車両用過給機の運転中、タービンハウジング内に取入れた排気ガスをタービンインペラの入口側から出口側（排気ガスの流れ方向から見てタービンインペラの上流側から下流側）へ流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させて、ロータ軸をタービンインペラと一体的に回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６５８４４号公報
【特許文献２】特開２００７−５６７９１号公報
【特許文献３】特開平１１−６２６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、車両用過給機の運転中、タービンホイールには遠心応力が発生し、タービンインペラの回転数が上昇すると、タービンホイールの遠心応力が上がり、タービンインペラの回転数が低下すると、タービンホイールの遠心応力が下がる。そのため、タービンインペラの回転数の変動幅が増大すると、それに伴い、タービンホイールの応力振幅（遠心応力の変動幅）も増大して、タービンホイールの疲労強度を十分に確保して、タービンインペラの耐久性を向上させることが困難になるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のインペラ等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】
【０００８】
本発明の第１の特徴は、過給機に用いられるインペラにおいて、金属粉末射出成形によって形成された成形体を焼結してなるものであって、外周面が軸方向から径方向外側に向かって延びたホイール、及び前記ホイールの外周面に周方向に間隔を置いて一体形成された複数枚のブレードを備え、前記ホイールの中心部に円形の嵌合穴が軸方向に沿って形成されたインペラ本体と、前記インペラ本体の前記嵌合穴に圧縮嵌合（圧縮された状態で嵌合）され、前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入された状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮を規制して前記ホイールに残留応力を発生させる円筒部材と、を具備したことを要旨とする。
【０００９】
なお、「インペラ」には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラの他に、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラが含まれる。また、「嵌合穴」には、無底の嵌合穴（貫通穴）の他に、有底の嵌合穴（中抜き穴）も含まれており、「円筒部材」には、中実の円筒部材の他に、中空の円筒部材も含まれる。
【００１０】
第１の特徴によると、前記円筒部材によって前記成形体の焼結時の熱収縮を規制して前記ホイールに残留応力を発生させているため、前記過給機の運転中に、前記インペラの回転数が低下しても、前記ホイールの遠心応力の下がり幅を小さくすることができる。これにより、前記インペラの回転数の変動幅が増大しても、前記ホイールの応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができる。
【００１１】
また、前記インペラ本体が金属粉末射出成形によって形成された前記成形体を焼結してなるものであって、前記ホイールの中心部に円形の前記嵌合穴が軸方向に沿って形成されているため、換言すれば、焼結前の前記成形体は中心部に前記嵌合穴に相当する部位を有しているため、焼結前の前記成形体における前記ホイールに相当する部位の薄肉化を実現することができる。
【００１２】
本発明の第２の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、第１の特徴からなるインペラを具備したことを要旨とする。
【００１３】
第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。
【００１４】
本発明の第３の特徴は、第１の特徴からなるインペラを製造するための製造方法において、前記インペラ本体の最終形状を反転する形状（相補する形状）と相似形の成形面を有した射出成形用金型を用い、前記射出成形用金型の前記成形面によって区画されるキャビティに金属粉末とバインダとの混合物を射出することにより、前記最終形状と相似形であってかつ中心部に前記嵌合穴に相当する部位を有した成形体を成形する射出工程と、前記射出工程の終了後に、前記成形体に含まれる前記バインダを脱脂（除去）する脱脂工程（除去工程）と、前記脱脂工程の終了後に、前記円筒部材を前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入した状態で、前記成形体を焼成して焼結させることにより、前記成形体を前記最終形状まで熱収縮させて、前記成形体からなる前記インペラ本体を作製すると共に、前記円筒部材によって前記成形体の熱収縮を規制して、前記ホイールに残留応力を発生させる焼結工程と、を具備したことを要旨とする。
【００１５】
第３の特徴によると、前記焼結工程において、前記円筒部材を前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入した状態で、前記成形体を焼成して焼結させることにより、前記成形体からなる前記インペラ本体を作製する他に、前記円筒部材によって前記成形体の熱収縮を規制して、前記ホイールに残留応力を発生させるため、前記過給機の運転中に、前記インペラの回転数が低下しても、前記ホイールの遠心応力の下がり幅を小さくすることができる。これにより、前記インペラの回転数の変動幅が増大しても、前記ホイールの応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができる。
【００１６】
また、前記射出工程において、中心部に前記嵌合穴に相当する部位を有した前記成形体を成形しているため、焼結前の前記成形体における前記ホイールに相当する部位の薄肉化を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、前記インペラの回転数の変動幅が増大しても、前記ホイールの応力振幅の増大を抑えることができるため、前記ホイールの疲労強度を十分に確保して、前記インペラの耐久性（前記過給機の耐久性）を向上させることができる。
【００１８】
また、焼結前の前記成形体における前記ホイールに相当する部位の薄肉化を実現することができるため、前記成形体の焼結の際に、前記成形体におけるホールに相当する部位に巣等の欠陥が発生することを抑えて、前記インペラを安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図２における矢視部Iの拡大図である。
【図２】第１実施形態に係る車両用過給機の断面図である。
【図３】第１実施形態に係るタービンインペラの断面図である。
【図４】第２実施形態に係るインペラの製造方法における射出工程を説明する図である。
【図５】第２実施形態に係るインペラの製造方法における脱脂工程を説明する図である。
【図６】第２実施形態に係るインペラの製造方法における焼結工程を説明する図である。
【図７】本発明の変形例に係るタービンインペラの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る車両用過給機ついて図１から図４を参照して説明する。なお、図面中、「Ｌ」は、左方向を指し、「Ｒ」は、右方向を指してある。
【００２１】
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。
【００２２】
車両用過給機１は、ベアリングハウジング３を備えており、このベアリングハウジング３内には、ラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられてあって、複数のベアリング５，７には、左右方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。
【００２３】
ベアリングハウジング３の右側には、コンプレッサハウジング１１が設けられており、このコンプレッサハウジング１１内には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラ１３が回転可能に設けられている。そして、コンプレッサインペラ１３の具体的な構成要素について説明すると、コンプレッサハウジング１１内には、コンプレッサホイール１５が設けられており、コンプレッサホイール１５は、ロータ軸９の右端部に一体的に連結してあって、コンプレッサインペラ１３の軸心（換言すれば、ロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、コンプレッサホイール１５の外周面は、コンプレッサインペラ１３（コンプレッサホイール１５）の軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、コンプレッサホイール１５の外周面には、複数枚のコンプレッサブレード１７が周方向に間隔を置いて一体形成されており、各コンプレッサブレード１７の外縁は、コンプレッサハウジング１１のシュラウド（内壁面）に沿うように延びている。
【００２４】
コンプレッサハウジング１１におけるコンプレッサインペラ１３の入口側（空気の流れ方向から見てコンプレッサインペラ１３の上流側）には、空気を取入れる空気取入口１９が形成されており、この空気取入口１９は、接続管（図示省略）を介してエアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１１の間におけるコンプレッサインペラ１３の出口側（空気の流れ方向から見てコンプレッサインペラ１３の下流側）には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２１が形成されており、このディフューザ流路２１は、空気取入口１９に連通してある。更に、コンプレッサハウジング１１の内部には、コンプレッサスクロール流路２３がコンプレッサインペラ１３を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路２３は、ディフューザ流路２１に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１１の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口（図示省略）が形成されており、この空気排出口は、コンプレッサスクロール流路２３に連通してあって、エンジンの給気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
【００２５】
ベアリングハウジング３の左側には、タービンハウジング２５が設けられており、このタービンハウジング２５内には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラ２７が回転可能に設けられている。なお、タービンインペラ２７の具体的な構成要素については、後述する。
【００２６】
タービンハウジング２５内には、可変ノズルユニット２９がタービンインペラ２７を囲むように設けられている。そして、可変ノズルユニット２９の具体的な構成要素について説明すると、タービンハウジング２５内におけるタービンインペラ２７の径方向外側には、ノズルリング３１が取付リング３３を介して設けられており、このノズルリング３１には、シュラウドリング３５が複数（１つのみ図示）の連結ピン３７を介して一体的かつ左右に離隔して設けられている。また、ノズルリング３１とシュラウドリング３５の間には、複数枚の可変ノズル３９が周方向に間隔を置いて設けられており、各可変ノズル３９は、タービンインペラ２７の軸心Ｃに平行な軸心周りに回動可能（揺動可能）であって、複数枚の可変ノズル３９のノズル軸４１は、特許文献１に示すように、同期機構４３によって連動連結してある。
【００２７】
なお、ベアリングハウジング３の左側下部には、伝動軸４５が回動可能に設けられており、この伝動軸４５の右端部は、複数枚の可変ノズル３９を同期して回動させるシリンダ等のアクチュエータ（図示省略）に接続レバー４７を介して接続（連動連結）してあって、伝動軸４５の左端部は、同期機構４３に接続してある。
【００２８】
タービンハウジング２５の適宜位置には、排気ガスを取入れるガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング２５の内部には、タービンスクロール流路４９がタービンインペラ２７を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路４９は、ガス取入口に連通してあって、排気ガスを取入可能である。更に、タービンハウジング２５におけるタービンインペラ２７の出口側（排気ガスの流れ方向から見てタービンインペラ２７の下流側）には、排気ガスを排出するガス排出口５１が形成されており、このガス排出口５１は、タービンスクロール流路４９に連通してあって、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。
【００２９】
続いて、第１実施形態の要部であるタービンインペラ２７の具体的な構成について説明する。
【００３０】
図３に示すように、タービンインペラ２７は、タービンインペラ本体５３を具備しており、このタービンインペラ本体５３は、金属粉末射出成形によって成形された成形体５３Ｆ（図６及び図７（ａ）参照）を焼結してなるものであって、後述の射出工程、脱脂工程、焼結工程を経ることによって製造されるものである。また、タービンインペラ本体５３は、タービンハウジング２５内に設けられたタービンホイール５５を備えており、このタービンホイール５５は、ロータ軸９の左端部に一体的に連結してあって、タービンインペラ２７の軸心（換言すれば、タービンインペラ本体５３の軸心又はロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、タービンホイール５５の外周面は、タービンインペラ２７（タービンインペラ本体５３）の軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、タービンホイール５５の外周面には、複数枚のタービンブレード５７が周方向に間隔を置いて一体形成されており、各タービンブレード５７の外縁は、シュラウドリング３５のシュラウド（内壁面）に沿うように延びている。そして、タービンホイール５５の中心部には、円形の無底の嵌合穴（貫通穴）５９がタービンインペラ２７の軸方向に沿って形成されている。
【００３１】
タービンホイール５５の嵌合穴５９には、中実の円筒部材６１が圧縮嵌合（圧縮された状態で嵌合）されており、この円筒部材６１は、成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆ（図６及び図７（ａ）参照）に挿入された状態で、成形体５３Ｆの焼結時の熱収縮を規制してタービンホイール５５の中央部に残留応力を発生させるものである。なお、中実の円筒部材６１の代わりに中空の円筒部材がタービンホイール５５の嵌合穴５９に圧縮嵌合させるようにしても構わない。
【００３２】
続いて、第１実施形態に係る車両用過給機１の作用及び効果について説明する。
【００３３】
ガス取入口からタービンスクロール流路４９に取入れた排気ガスをタービンインペラ２７の入口側から出口側（排気ガスの流れ方向から見てタービンインペラ２７の上流側から下流側）へ流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸９及びコンプレッサインペラ１３をタービンインペラ２７と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口１９から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路２１及びコンプレッサスクロール流路２３を経由して空気排出口から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給することができる。
【００３４】
ここで、排気ガスの流量が少ない場合（換言すれば、エンジン回転数が低速域にある場合）には、アクチュエータによって複数枚の可変ノズル３９を絞る方向へ同期して回動させることにより、タービンインペラ２７側へ供給される排気ガスの流速を高くして、タービンインペラ２７の仕事量を十分に確保する。一方、排気ガスの流量が多い場合（換言すれば、エンジン回転数が低速域にある場合）には、アクチュエータによって複数枚の可変ノズル３９を開く方向へ同期して回動させることにより、可変ノズル３９のスロート面積を大きくして、タービンインペラ２７側へ多くの排気ガスを供給する。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ２７によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる（車両用過給機１による通常の作用）。
【００３５】
前述の車両用過給機１による通常の作用を奏する他に、円筒部材６１によって成形体５３Ｆの焼結時の熱収縮を規制してタービンホイール５５の中央部に残留応力を発生させているため、車両用過給機１の運転中に、タービンインペラ２７の回転数が低下しても、タービンホイール５５の遠心応力の下がり幅を小さくすることができる。これにより、タービンインペラ２７の回転数の変動幅が増大しても、タービンホイール５５の応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができる。
【００３６】
また、タービンインペラ本体５３が金属粉末射出成形によって形成された成形体５３Ｆを焼結してなるものであって、タービンホイール５５の中心部に円形の嵌合穴５９がタービンインペラ２７の軸方向に沿って形成されているため、換言すれば、焼結前の成形体５３Ｆは中心部に嵌合穴に相当する部位５９Ｆ（図６及び図７（ａ）参照）を有しているため、焼結前の成形体５３Ｆにおけるタービンホイールに相当する部位５５Ｆ（図６及び図７（ａ）参照）の薄肉化を実現することができる（車両用過給機１（タービンインペラ２７）による特有の作用）。
【００３７】
従って、第１実施形態に係る車両用過給機１（タービンインペラ２７）によれば、タービンインペラ２７の回転数の変動幅が増大しても、タービンホイール５５の応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができるため、タービンホイール５５の疲労強度を十分に確保して、タービンインペラ２７の耐久性（車両用過給機１の耐久性）を向上させることができる。
【００３８】
また、焼結前の成形体５３Ｆにおけるタービンホイールに相当する部位５５Ｆの薄肉化を実現することができるため、成形体５３Ｆの焼結の際に、成形体５３Ｆにおけるタービンホールに相当する部位５５Ｆに巣等の欠陥が発生することを抑えて、タービンインペラ２７を安定的に製造することができる。
【００３９】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る射出成形用金型、及び第２実施形態に係るインペラの製造方法等について図５から図７を参照して説明する。なお、図面中、「Ｌ」は、左方向を指し、「Ｒ」は、右方向を指してある。
【００４０】
図４に示すように、第２実施形態に係る射出成形用金型６３は、第２実施形態に係るインペラの製造方法の実施に用いられるものであって、第２実施形態に係る射出成形用金型６３の具体的な構成は、次のようになる。
【００４１】
即ち、射出成形機における固定フレーム６５の左側には、射出成形用一体型６７が着脱可能に設けられており、この射出成形用一体型６７は、左側に、タービンインペラ本体５３の背面（タービンホイール５５の背面）の最終形状を反転する形状（相補する形状）と相似形の副成形面６９を有している。また、射出成形機における左右方向へ移動可能な可動フレーム７１の右側には、ガイドブロック７３が着脱可能に設けられており、このガイドブロック７３の右側には、円錐台状の窪み７５が形成されている。そして、ガイドブロック７３の窪み７５には、複数（タービンブレード５７の枚数と同数）の射出成形用分割型７７が径方向へ拡縮移動可能に設けられており、複数の射出成形用分割型７７は、射出成形用一体型６７に対向してあって、内側に、タービンインペラ本体５３の背面を除くタービンインペラ本体５３の大部分の最終形状を反転する形状と相似形の主成形面７９を有している。ここで、複数の射出成形用分割型７７は、射出成形用一体型６７と非接触状態にある場合に、可動フレーム７１を左右方向へ移動させると、射出成形用一体型６７に対して接近離隔する方向へ一体的に移動するようになっており、射出成形用一体型６７と接触状態にある場合に、可動フレーム７１を左右方向へ移動させると、径方向へ拡縮移動するようになっている。
【００４２】
射出成形用金型６３の型締め時に、射出成形用一体型６７の副成形面６９と複数の射出成形用分割型７７の主成形面７９によってキャビティ８１が区画されるようになっている。また、射出成形用一体型６７の副成形面６９には、複数のゲート８３が形成されており、射出成形用一体型６７の内部には、複数のゲート８３に連通したランナー８５が形成されてあって、ランナー８５は、射出成形機における射出ノズル８７にスプール８９を介して接続可能である。
【００４３】
ガイドブロック７３の窪み７５の奥部（底部）には、中子９１がキャビティ８１の中心部に位置するようにセットされており、この中子９１は、タービンホイール５５の嵌合穴５９の最終形状を反転する形状と相似形の外形面を有している。
【００４４】
続いて、第２実施形態に係るインペラの製造方法の具体的な構成について説明する。
【００４５】
第２実施形態に係るインペラの製造方法は、第１実施形態に係るタービンインペラ２７を製造するための方法であって、射出工程、脱脂工程、焼結工程を備えている。そして、各工程の具体的な内容は、次のようになる。
【００４６】
(i)射出工程
図４に示すように、油圧シリンダ等のアクチュエータ（図示省略）の駆動により可動フレーム７１を右方向へ移動させることにより、複数の射出成形用分割型７７を一体的に右方向へ移動させて、射出成形用一体型６７に接触させる。続いて、アクチュエータの駆動により可動フレーム７１を複数の射出成形用分割型７７に対して右方向へ移動させることにより、複数の射出成形用分割型７７を径方向内側へ収縮移動させて、射出成形用金型６３の型締めを行う。
【００４７】
射出成形用金型６３の型締めの完了後に、中子９１を射出成形用金型６３のキャビティ８１の中心部に位置するようセットした状態で、射出ノズル８７からスプール８９、ランナー８５、ゲート８３を経由してキャビティ８１に耐熱金属粉末（金属粉末の一例）と溶融状態のバインダとの混合物Ｍを射出して、キャビティ８１内にバインダを硬化させる。これにより、タービンインペラ本体５３の最終形状と相似形であってかつ中心部に嵌合穴に相当する部位５９Ｆを有した成形体５３Ｆ（図６参照）を成形することができる。なお、バインダとしては、ポリスチレン，ポリメチルメタアクリレート等の複数種の樹脂とパラフィンワックス等のワックスとからなるものを使用する。
【００４８】
キャビティ８１内にバインダを硬化させた後に、アクチュエータの駆動により可動フレーム７１を複数の射出成形用分割型７７に対して左方向へ移動させることにより、複数の射出成形用分割型７７を径方向外側へ拡張移動させる。続いて、アクチュエータの駆動により可動フレーム７１を左方向へ移動させることにより、複数の射出成形用分割型７７を一体的に左方向へ移動させて、射出成形用金型６３の型開きを行う。そして、適宜の離型処理を行うことにより、成形体５３Ｆを射出成形用金型６３から取り外す。
【００４９】
(ii)脱脂工程（除去工程）
射出工程の終了後に、図５に示すように、脱脂炉用治具（図示省略）を用いて、成形体５３Ｆを脱脂炉９３の所定位置にセットする。そして、脱脂炉９３内を窒素ガス雰囲気中に保ちつつ、脱脂炉９３のヒータ（図示省略）によって成形体５３Ｆを所定の脱脂温度まで加熱する。これにより、成形体５３Ｆに含まれるバインダを脱脂（除去）することができる。
【００５０】
なお、バインダを脱脂する手法は、前述の加熱脱脂に限るものでなく、溶出脱脂、溶剤脱脂等の別の手法を採用しても構わない。
【００５１】
(iii)焼結工程
脱脂工程の終了後に、図６（ａ）に示すように、焼結炉用治具（図示省略）を用いて、成形体５３Ｆを焼結炉９５の所定位置にセットすると共に、円筒部材６１を成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入する。なお、円筒部材６１の外径（換言すれば、円筒部材６１の横断面積）は、成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆの内径（換言すれば、成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆの横断面積）より小さいものである。
【００５２】
そして、焼結炉９５内を真空雰囲気中に保ちつつ、円筒部材６１を成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入した状態で、焼結炉９５のヒータ（図示省略）によって成形体５３Ｆを所定の焼結温度まで加熱して、成形体５３Ｆを焼成して焼結させる。これにより、図６（ｂ）に示すように、成形体５３Ｆを高密度化して最終形状まで熱収縮させて、成形体５３Ｆからなるタービンインペラ本体５３を作製すると共に、円筒部材６１によって成形体５３Ｆの熱収縮を規制して、タービンホイール５５の中央部に残留応力を発生させる。なお、タービンホイール５５の嵌合穴５９の内径（換言すれば、タービンホイール５５の嵌合穴５９の横断面積）は、円筒部材６１の外径（換言すれば、円筒部材６１の横断面積）と同じになっている。
【００５３】
以上により、タービンインペラ２７を製造することができる。
【００５４】
続いて、第２実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５５】
焼結工程において、円筒部材６１を成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入した状態で、成形体５３Ｆを焼成して焼結させることにより、成形体５３Ｆからなるタービンインペラ本体５３を作製する他に、円筒部材６１によって成形体５３Ｆの熱収縮を規制して、タービンホイール５５に残留応力を発生させるため、車両用過給機１の運転中に、タービンインペラ２７の回転数が低下しても、タービンホイール５５の遠心応力の下がり幅を小さくすることができる。これにより、タービンインペラ２７の回転数の変動幅が増大しても、タービンホイール５５の応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができる。
【００５６】
また、射出工程において、中心部に嵌合穴に相当する部位５９Ｆを有した成形体５３Ｆを成形しているため、焼結前の成形体５３Ｆにおけるタービンホイールに相当する部位５５Ｆの薄肉化を実現することができる。
【００５７】
従って、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、タービンホイール５５の中心部に円形の無底の嵌合穴５９が形成される代わりに、図７に示すように、円形の有底の嵌合穴（中抜き穴）５９が形成されるようにしたり、タービンインペラ２７に適用した技術的思想をコンプレッサインペラ１３に適用したりする等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００５９】
１ 車両用過給機
３ ベアリングハウジング
９ ロータ軸
１１ コンプレッサハウジング
１３ コンプレッサインペラ
１５ コンプレッサホイール
１７ コンプレッサブレード
２５ タービンハウジング
２７ タービンインペラ
２９ 可変ノズルユニット
３１ ノズルリング
３３ 取付リング
３５ シュラウドリング
３９ 可変ノズル
５３ タービンインペラ本体
５３Ｆ 成形体
５５ タービンホイール
５５Ｆ タービンホイールに相当する部位
５７ タービンブレード
５９ 嵌合穴
５９Ｆ 嵌合穴に相当する部位
６１ 円筒部材
６３ 射出成形用金型
６７ 射出成形用一体型
６９ 副成形面
７３ ガイドブロック
７５ 窪み
７７ 射出成形用分割型
７９ 主成形面
８１ キャビティ
９１ 中子
９３ 脱脂炉
９５ 焼結炉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用過給機等の過給機に用いられるインペラ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用過給機におけるタービンインペラ（インペラの一例）の一般的な構成について説明すると、次のようになる（特許文献１、特許文献２、及び特許文献３等参照）。
【０００３】
タービンインペラは、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるものであって、通常、精密鋳造によって成形された成形体からなるものである。また、タービンインペラは、車両用過給機におけるタービンハウジング内に回転可能に設けられた中実のタービンホイールを備えており、このタービンホイールは、車両用過給機におけるロータ軸に一体的に連結してあって、タービンホイールの外周面は、タービンインペラの軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、タービンホイールの外周面には、複数枚のタービンブレードが周方向に間隔を置いて一体形成されており、各タービンブレードの外縁は、タービンハウジングのシュラウド（内壁面）に沿って延びている。
【０００４】
従って、車両用過給機の運転中、タービンハウジング内に取入れた排気ガスをタービンインペラの入口側から出口側（排気ガスの流れ方向から見てタービンインペラの上流側から下流側）へ流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させて、ロータ軸をタービンインペラと一体的に回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６５８４４号公報
【特許文献２】特開２００７−５６７９１号公報
【特許文献３】特開平１１−６２６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、車両用過給機の運転中、タービンホイールには遠心応力が発生し、タービンインペラの回転数が上昇すると、タービンホイールの遠心応力が上がり、タービンインペラの回転数が低下すると、タービンホイールの遠心応力が下がる。そのため、タービンインペラの回転数の変動幅が増大すると、それに伴い、タービンホイールの応力振幅（遠心応力の変動幅）も増大して、タービンホイールの疲労強度を十分に確保して、タービンインペラの耐久性を向上させることが困難になるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のインペラ等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】
【０００８】
本発明の第１の特徴は、過給機に用いられるインペラにおいて、金属粉末射出成形によって形成された成形体を焼結してなるものであって、外周面が軸方向から径方向外側に向かって延びたホイール、及び前記ホイールの外周面に周方向に間隔を置いて一体形成された複数枚のブレードを備え、前記ホイールの中心部に円形の嵌合穴が軸方向に沿って形成されたインペラ本体と、前記インペラ本体の前記嵌合穴に圧縮嵌合（圧縮された状態で嵌合）され、前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入された状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮を規制して前記ホイールに残留応力を発生させる円筒部材と、を具備したことを要旨とする。
【０００９】
なお、「インペラ」には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラの他に、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラが含まれる。また、「嵌合穴」には、無底の嵌合穴（貫通穴）の他に、有底の嵌合穴（中抜き穴）も含まれており、「円筒部材」には、中実の円筒部材の他に、中空の円筒部材も含まれる。
【００１０】
第１の特徴によると、前記円筒部材によって前記成形体の焼結時の熱収縮を規制して前記ホイールに残留応力を発生させているため、前記過給機の運転中に、前記インペラの回転数が低下しても、前記ホイールの遠心応力の下がり幅を小さくすることができる。これにより、前記インペラの回転数の変動幅が増大しても、前記ホイールの応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができる。
【００１１】
また、前記インペラ本体が金属粉末射出成形によって形成された前記成形体を焼結してなるものであって、前記ホイールの中心部に円形の前記嵌合穴が軸方向に沿って形成されているため、換言すれば、焼結前の前記成形体は中心部に前記嵌合穴に相当する部位を有しているため、焼結前の前記成形体における前記ホイールに相当する部位の薄肉化を実現することができる。
【００１２】
本発明の第２の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、第１の特徴からなるインペラを具備したことを要旨とする。
【００１３】
第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。
【００１４】
本発明の第３の特徴は、第１の特徴からなるインペラを製造するための製造方法において、前記インペラ本体の最終形状を反転する形状（相補する形状）と相似形の成形面を有した射出成形用金型を用い、前記射出成形用金型の前記成形面によって区画されるキャビティに金属粉末とバインダとの混合物を射出することにより、前記最終形状と相似形であってかつ中心部に前記嵌合穴に相当する部位を有した成形体を成形する射出工程と、前記射出工程の終了後に、前記成形体に含まれる前記バインダを脱脂（除去）する脱脂工程（除去工程）と、前記脱脂工程の終了後に、前記円筒部材を前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入した状態で、前記成形体を焼成して焼結させることにより、前記成形体を前記最終形状まで熱収縮させて、前記成形体からなる前記インペラ本体を作製すると共に、前記円筒部材によって前記成形体の熱収縮を規制して、前記ホイールに残留応力を発生させる焼結工程と、を具備したことを要旨とする。
【００１５】
第３の特徴によると、前記焼結工程において、前記円筒部材を前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入した状態で、前記成形体を焼成して焼結させることにより、前記成形体からなる前記インペラ本体を作製する他に、前記円筒部材によって前記成形体の熱収縮を規制して、前記ホイールに残留応力を発生させるため、前記過給機の運転中に、前記インペラの回転数が低下しても、前記ホイールの遠心応力の下がり幅を小さくすることができる。これにより、前記インペラの回転数の変動幅が増大しても、前記ホイールの応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができる。
【００１６】
また、前記射出工程において、中心部に前記嵌合穴に相当する部位を有した前記成形体を成形しているため、焼結前の前記成形体における前記ホイールに相当する部位の薄肉化を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、前記インペラの回転数の変動幅が増大しても、前記ホイールの応力振幅の増大を抑えることができるため、前記ホイールの疲労強度を十分に確保して、前記インペラの耐久性（前記過給機の耐久性）を向上させることができる。
【００１８】
また、焼結前の前記成形体における前記ホイールに相当する部位の薄肉化を実現することができるため、前記成形体の焼結の際に、前記成形体におけるホールに相当する部位に巣等の欠陥が発生することを抑えて、前記インペラを安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図２における矢視部Iの拡大図である。
【図２】第１実施形態に係る車両用過給機の断面図である。
【図３】第１実施形態に係るタービンインペラの断面図である。
【図４】第２実施形態に係るインペラの製造方法における射出工程を説明する図である。
【図５】第２実施形態に係るインペラの製造方法における脱脂工程を説明する図である。
【図６】第２実施形態に係るインペラの製造方法における焼結工程を説明する図である。
【図７】本発明の変形例に係るタービンインペラの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る車両用過給機ついて図１から図４を参照して説明する。なお、図面中、「Ｌ」は、左方向を指し、「Ｒ」は、右方向を指してある。
【００２１】
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。
【００２２】
車両用過給機１は、ベアリングハウジング３を備えており、このベアリングハウジング３内には、ラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられてあって、複数のベアリング５，７には、左右方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。
【００２３】
ベアリングハウジング３の右側には、コンプレッサハウジング１１が設けられており、このコンプレッサハウジング１１内には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラ１３が回転可能に設けられている。そして、コンプレッサインペラ１３の具体的な構成要素について説明すると、コンプレッサハウジング１１内には、コンプレッサホイール１５が設けられており、コンプレッサホイール１５は、ロータ軸９の右端部に一体的に連結してあって、コンプレッサインペラ１３の軸心（換言すれば、ロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、コンプレッサホイール１５の外周面は、コンプレッサインペラ１３（コンプレッサホイール１５）の軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、コンプレッサホイール１５の外周面には、複数枚のコンプレッサブレード１７が周方向に間隔を置いて一体形成されており、各コンプレッサブレード１７の外縁は、コンプレッサハウジング１１のシュラウド（内壁面）に沿うように延びている。
【００２４】
コンプレッサハウジング１１におけるコンプレッサインペラ１３の入口側（空気の流れ方向から見てコンプレッサインペラ１３の上流側）には、空気を取入れる空気取入口１９が形成されており、この空気取入口１９は、接続管（図示省略）を介してエアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１１の間におけるコンプレッサインペラ１３の出口側（空気の流れ方向から見てコンプレッサインペラ１３の下流側）には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２１が形成されており、このディフューザ流路２１は、空気取入口１９に連通してある。更に、コンプレッサハウジング１１の内部には、コンプレッサスクロール流路２３がコンプレッサインペラ１３を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路２３は、ディフューザ流路２１に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１１の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口（図示省略）が形成されており、この空気排出口は、コンプレッサスクロール流路２３に連通してあって、エンジンの給気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
【００２５】
ベアリングハウジング３の左側には、タービンハウジング２５が設けられており、このタービンハウジング２５内には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラ２７が回転可能に設けられている。なお、タービンインペラ２７の具体的な構成要素については、後述する。
【００２６】
タービンハウジング２５内には、可変ノズルユニット２９がタービンインペラ２７を囲むように設けられている。そして、可変ノズルユニット２９の具体的な構成要素について説明すると、タービンハウジング２５内におけるタービンインペラ２７の径方向外側には、ノズルリング３１が取付リング３３を介して設けられており、このノズルリング３１には、シュラウドリング３５が複数（１つのみ図示）の連結ピン３７を介して一体的かつ左右に離隔して設けられている。また、ノズルリング３１とシュラウドリング３５の間には、複数枚の可変ノズル３９が周方向に間隔を置いて設けられており、各可変ノズル３９は、タービンインペラ２７の軸心Ｃに平行な軸心周りに回動可能（揺動可能）であって、複数枚の可変ノズル３９のノズル軸４１は、特許文献１に示すように、同期機構４３によって連動連結してある。
【００２７】
なお、ベアリングハウジング３の左側下部には、伝動軸４５が回動可能に設けられており、この伝動軸４５の右端部は、複数枚の可変ノズル３９を同期して回動させるシリンダ等のアクチュエータ（図示省略）に接続レバー４７を介して接続（連動連結）してあって、伝動軸４５の左端部は、同期機構４３に接続してある。
【００２８】
タービンハウジング２５の適宜位置には、排気ガスを取入れるガス取入口（図示省略）が形成されており、このガス取入口は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング２５の内部には、タービンスクロール流路４９がタービンインペラ２７を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路４９は、ガス取入口に連通してあって、排気ガスを取入可能である。更に、タービンハウジング２５におけるタービンインペラ２７の出口側（排気ガスの流れ方向から見てタービンインペラ２７の下流側）には、排気ガスを排出するガス排出口５１が形成されており、このガス排出口５１は、タービンスクロール流路４９に連通してあって、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。
【００２９】
続いて、第１実施形態の要部であるタービンインペラ２７の具体的な構成について説明する。
【００３０】
図３に示すように、タービンインペラ２７は、タービンインペラ本体５３を具備しており、このタービンインペラ本体５３は、金属粉末射出成形によって成形された成形体５３Ｆ（図６及び図７（ａ）参照）を焼結してなるものであって、後述の射出工程、脱脂工程、焼結工程を経ることによって製造されるものである。また、タービンインペラ本体５３は、タービンハウジング２５内に設けられたタービンホイール５５を備えており、このタービンホイール５５は、ロータ軸９の左端部に一体的に連結してあって、タービンインペラ２７の軸心（換言すれば、タービンインペラ本体５３の軸心又はロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、タービンホイール５５の外周面は、タービンインペラ２７（タービンインペラ本体５３）の軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、タービンホイール５５の外周面には、複数枚のタービンブレード５７が周方向に間隔を置いて一体形成されており、各タービンブレード５７の外縁は、シュラウドリング３５のシュラウド（内壁面）に沿うように延びている。そして、タービンホイール５５の中心部には、円形の無底の嵌合穴（貫通穴）５９がタービンインペラ２７の軸方向に沿って形成されている。
【００３１】
タービンホイール５５の嵌合穴５９には、中実の円筒部材６１が圧縮嵌合（圧縮された状態で嵌合）されており、この円筒部材６１は、成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆ（図６及び図７（ａ）参照）に挿入された状態で、成形体５３Ｆの焼結時の熱収縮を規制してタービンホイール５５の中央部に残留応力を発生させるものである。なお、中実の円筒部材６１の代わりに中空の円筒部材がタービンホイール５５の嵌合穴５９に圧縮嵌合させるようにしても構わない。
【００３２】
続いて、第１実施形態に係る車両用過給機１の作用及び効果について説明する。
【００３３】
ガス取入口からタービンスクロール流路４９に取入れた排気ガスをタービンインペラ２７の入口側から出口側（排気ガスの流れ方向から見てタービンインペラ２７の上流側から下流側）へ流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸９及びコンプレッサインペラ１３をタービンインペラ２７と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口１９から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路２１及びコンプレッサスクロール流路２３を経由して空気排出口から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給することができる。
【００３４】
ここで、排気ガスの流量が少ない場合（換言すれば、エンジン回転数が低速域にある場合）には、アクチュエータによって複数枚の可変ノズル３９を絞る方向へ同期して回動させることにより、タービンインペラ２７側へ供給される排気ガスの流速を高くして、タービンインペラ２７の仕事量を十分に確保する。一方、排気ガスの流量が多い場合（換言すれば、エンジン回転数が低速域にある場合）には、アクチュエータによって複数枚の可変ノズル３９を開く方向へ同期して回動させることにより、可変ノズル３９のスロート面積を大きくして、タービンインペラ２７側へ多くの排気ガスを供給する。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ２７によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる（車両用過給機１による通常の作用）。
【００３５】
前述の車両用過給機１による通常の作用を奏する他に、円筒部材６１によって成形体５３Ｆの焼結時の熱収縮を規制してタービンホイール５５の中央部に残留応力を発生させているため、車両用過給機１の運転中に、タービンインペラ２７の回転数が低下しても、タービンホイール５５の遠心応力の下がり幅を小さくすることができる。これにより、タービンインペラ２７の回転数の変動幅が増大しても、タービンホイール５５の応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができる。
【００３６】
また、タービンインペラ本体５３が金属粉末射出成形によって形成された成形体５３Ｆを焼結してなるものであって、タービンホイール５５の中心部に円形の嵌合穴５９がタービンインペラ２７の軸方向に沿って形成されているため、換言すれば、焼結前の成形体５３Ｆは中心部に嵌合穴に相当する部位５９Ｆ（図６及び図７（ａ）参照）を有しているため、焼結前の成形体５３Ｆにおけるタービンホイールに相当する部位５５Ｆ（図６及び図７（ａ）参照）の薄肉化を実現することができる（車両用過給機１（タービンインペラ２７）による特有の作用）。
【００３７】
従って、第１実施形態に係る車両用過給機１（タービンインペラ２７）によれば、タービンインペラ２７の回転数の変動幅が増大しても、タービンホイール５５の応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができるため、タービンホイール５５の疲労強度を十分に確保して、タービンインペラ２７の耐久性（車両用過給機１の耐久性）を向上させることができる。
【００３８】
また、焼結前の成形体５３Ｆにおけるタービンホイールに相当する部位５５Ｆの薄肉化を実現することができるため、成形体５３Ｆの焼結の際に、成形体５３Ｆにおけるタービンホールに相当する部位５５Ｆに巣等の欠陥が発生することを抑えて、タービンインペラ２７を安定的に製造することができる。
【００３９】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る射出成形用金型、及び第２実施形態に係るインペラの製造方法等について図５から図７を参照して説明する。なお、図面中、「Ｌ」は、左方向を指し、「Ｒ」は、右方向を指してある。
【００４０】
図４に示すように、第２実施形態に係る射出成形用金型６３は、第２実施形態に係るインペラの製造方法の実施に用いられるものであって、第２実施形態に係る射出成形用金型６３の具体的な構成は、次のようになる。
【００４１】
即ち、射出成形機における固定フレーム６５の左側には、射出成形用一体型６７が着脱可能に設けられており、この射出成形用一体型６７は、左側に、タービンインペラ本体５３の背面（タービンホイール５５の背面）の最終形状を反転する形状（相補する形状）と相似形の副成形面６９を有している。また、射出成形機における左右方向へ移動可能な可動フレーム７１の右側には、ガイドブロック７３が着脱可能に設けられており、このガイドブロック７３の右側には、円錐台状の窪み７５が形成されている。そして、ガイドブロック７３の窪み７５には、複数（タービンブレード５７の枚数と同数）の射出成形用分割型７７が径方向へ拡縮移動可能に設けられており、複数の射出成形用分割型７７は、射出成形用一体型６７に対向してあって、内側に、タービンインペラ本体５３の背面を除くタービンインペラ本体５３の大部分の最終形状を反転する形状と相似形の主成形面７９を有している。ここで、複数の射出成形用分割型７７は、射出成形用一体型６７と非接触状態にある場合に、可動フレーム７１を左右方向へ移動させると、射出成形用一体型６７に対して接近離隔する方向へ一体的に移動するようになっており、射出成形用一体型６７と接触状態にある場合に、可動フレーム７１を左右方向へ移動させると、径方向へ拡縮移動するようになっている。
【００４２】
射出成形用金型６３の型締め時に、射出成形用一体型６７の副成形面６９と複数の射出成形用分割型７７の主成形面７９によってキャビティ８１が区画されるようになっている。また、射出成形用一体型６７の副成形面６９には、複数のゲート８３が形成されており、射出成形用一体型６７の内部には、複数のゲート８３に連通したランナー８５が形成されてあって、ランナー８５は、射出成形機における射出ノズル８７にスプール８９を介して接続可能である。
【００４３】
ガイドブロック７３の窪み７５の奥部（底部）には、中子９１がキャビティ８１の中心部に位置するようにセットされており、この中子９１は、タービンホイール５５の嵌合穴５９の最終形状を反転する形状と相似形の外形面を有している。
【００４４】
続いて、第２実施形態に係るインペラの製造方法の具体的な構成について説明する。
【００４５】
第２実施形態に係るインペラの製造方法は、第１実施形態に係るタービンインペラ２７を製造するための方法であって、射出工程、脱脂工程、焼結工程を備えている。そして、各工程の具体的な内容は、次のようになる。
【００４６】
(i)射出工程
図４に示すように、油圧シリンダ等のアクチュエータ（図示省略）の駆動により可動フレーム７１を右方向へ移動させることにより、複数の射出成形用分割型７７を一体的に右方向へ移動させて、射出成形用一体型６７に接触させる。続いて、アクチュエータの駆動により可動フレーム７１を複数の射出成形用分割型７７に対して右方向へ移動させることにより、複数の射出成形用分割型７７を径方向内側へ収縮移動させて、射出成形用金型６３の型締めを行う。
【００４７】
射出成形用金型６３の型締めの完了後に、中子９１を射出成形用金型６３のキャビティ８１の中心部に位置するようセットした状態で、射出ノズル８７からスプール８９、ランナー８５、ゲート８３を経由してキャビティ８１に耐熱金属粉末（金属粉末の一例）と溶融状態のバインダとの混合物Ｍを射出して、キャビティ８１内にバインダを硬化させる。これにより、タービンインペラ本体５３の最終形状と相似形であってかつ中心部に嵌合穴に相当する部位５９Ｆを有した成形体５３Ｆ（図６参照）を成形することができる。なお、バインダとしては、ポリスチレン，ポリメチルメタアクリレート等の複数種の樹脂とパラフィンワックス等のワックスとからなるものを使用する。
【００４８】
キャビティ８１内にバインダを硬化させた後に、アクチュエータの駆動により可動フレーム７１を複数の射出成形用分割型７７に対して左方向へ移動させることにより、複数の射出成形用分割型７７を径方向外側へ拡張移動させる。続いて、アクチュエータの駆動により可動フレーム７１を左方向へ移動させることにより、複数の射出成形用分割型７７を一体的に左方向へ移動させて、射出成形用金型６３の型開きを行う。そして、適宜の離型処理を行うことにより、成形体５３Ｆを射出成形用金型６３から取り外す。
【００４９】
(ii)脱脂工程（除去工程）
射出工程の終了後に、図５に示すように、脱脂炉用治具（図示省略）を用いて、成形体５３Ｆを脱脂炉９３の所定位置にセットする。そして、脱脂炉９３内を窒素ガス雰囲気中に保ちつつ、脱脂炉９３のヒータ（図示省略）によって成形体５３Ｆを所定の脱脂温度まで加熱する。これにより、成形体５３Ｆに含まれるバインダを脱脂（除去）することができる。
【００５０】
なお、バインダを脱脂する手法は、前述の加熱脱脂に限るものでなく、溶出脱脂、溶剤脱脂等の別の手法を採用しても構わない。
【００５１】
(iii)焼結工程
脱脂工程の終了後に、図６（ａ）に示すように、焼結炉用治具（図示省略）を用いて、成形体５３Ｆを焼結炉９５の所定位置にセットすると共に、円筒部材６１を成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入する。なお、円筒部材６１の外径（換言すれば、円筒部材６１の横断面積）は、成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆの内径（換言すれば、成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆの横断面積）より小さいものである。
【００５２】
そして、焼結炉９５内を真空雰囲気中に保ちつつ、円筒部材６１を成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入した状態で、焼結炉９５のヒータ（図示省略）によって成形体５３Ｆを所定の焼結温度まで加熱して、成形体５３Ｆを焼成して焼結させる。これにより、図６（ｂ）に示すように、成形体５３Ｆを高密度化して最終形状まで熱収縮させて、成形体５３Ｆからなるタービンインペラ本体５３を作製すると共に、円筒部材６１によって成形体５３Ｆの熱収縮を規制して、タービンホイール５５の中央部に残留応力を発生させる。なお、タービンホイール５５の嵌合穴５９の内径（換言すれば、タービンホイール５５の嵌合穴５９の横断面積）は、円筒部材６１の外径（換言すれば、円筒部材６１の横断面積）と同じになっている。
【００５３】
以上により、タービンインペラ２７を製造することができる。
【００５４】
続いて、第２実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５５】
焼結工程において、円筒部材６１を成形体５３Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入した状態で、成形体５３Ｆを焼成して焼結させることにより、成形体５３Ｆからなるタービンインペラ本体５３を作製する他に、円筒部材６１によって成形体５３Ｆの熱収縮を規制して、タービンホイール５５に残留応力を発生させるため、車両用過給機１の運転中に、タービンインペラ２７の回転数が低下しても、タービンホイール５５の遠心応力の下がり幅を小さくすることができる。これにより、タービンインペラ２７の回転数の変動幅が増大しても、タービンホイール５５の応力振幅（遠心応力の変動幅）の増大を抑えることができる。
【００５６】
また、射出工程において、中心部に嵌合穴に相当する部位５９Ｆを有した成形体５３Ｆを成形しているため、焼結前の成形体５３Ｆにおけるタービンホイールに相当する部位５５Ｆの薄肉化を実現することができる。
【００５７】
従って、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、タービンホイール５５の中心部に円形の無底の嵌合穴５９が形成される代わりに、図７に示すように、円形の有底の嵌合穴（中抜き穴）５９が形成されるようにしたり、タービンインペラ２７に適用した技術的思想をコンプレッサインペラ１３に適用したりする等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００５９】
１ 車両用過給機
３ ベアリングハウジング
９ ロータ軸
１１ コンプレッサハウジング
１３ コンプレッサインペラ
１５ コンプレッサホイール
１７ コンプレッサブレード
２５ タービンハウジング
２７ タービンインペラ
２９ 可変ノズルユニット
３１ ノズルリング
３３ 取付リング
３５ シュラウドリング
３９ 可変ノズル
５３ タービンインペラ本体
５３Ｆ 成形体
５５ タービンホイール
５５Ｆ タービンホイールに相当する部位
５７ タービンブレード
５９ 嵌合穴
５９Ｆ 嵌合穴に相当する部位
６１ 円筒部材
６３ 射出成形用金型
６７ 射出成形用一体型
６９ 副成形面
７３ ガイドブロック
７５ 窪み
７７ 射出成形用分割型
７９ 主成形面
８１ キャビティ
９１ 中子
９３ 脱脂炉
９５ 焼結炉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機に用いられるインペラにおいて、
金属粉末射出成形によって形成された成形体を焼結してなるものであって、外周面が軸方向から径方向外側に向かって延びたホイール、及び前記ホイールの外周面に周方向に間隔を置いて一体形成された複数枚のブレードを備え、前記ホイールの中心部に円形の嵌合穴が軸方向に沿って形成されたインペラ本体と、
前記インペラ本体の前記嵌合穴に圧縮嵌合され、前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入された状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮を規制して前記ホイールに残留応力を発生させる円筒部材と、を具備したことを特徴とするインペラ。
【請求項２】
エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、
請求項１に記載のインペラを具備したことを特徴とする過給機。
【請求項３】
請求項１に記載のインペラを製造するためのインペラの製造方法において、
前記インペラ本体の最終形状を反転する形状と相似形の成形面を有した射出成形用金型を用い、前記射出成形用金型の前記成形面によって区画されるキャビティに金属粉末とバインダとの混合物を射出することにより、前記最終形状と相似形であってかつ中心部に前記嵌合穴に相当する部位を有した成形体を成形する射出工程と、
前記射出工程の終了後に、前記成形体に含まれる前記バインダを脱脂する脱脂工程と、
前記脱脂工程の終了後に、前記円筒部材を前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入した状態で、前記成形体を焼成して焼結させることにより、前記成形体を前記最終形状まで熱収縮させて、前記成形体からなる前記インペラ本体を作製すると共に、前記円筒部材によって前記成形体の熱収縮を規制して、前記ホイールに残留応力を発生させる焼結工程と、を具備したことを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項４】
前記射出工程は、前記嵌合穴を反転する形状と相似形の外形面を有した中子を用い、前記中子を前記射出成形用金型の前記キャビティの中心部に位置するようセットした状態で、前記射出成形用金型の前記キャビティに前記混合物を射出することを特徴とする請求項３に記載のインペラの製造方法。
【請求項１】
過給機に用いられるインペラにおいて、
金属粉末射出成形によって形成された成形体を焼結してなるものであって、外周面が軸方向から径方向外側に向かって延びたホイール、及び前記ホイールの外周面に周方向に間隔を置いて一体形成された複数枚のブレードを備え、前記ホイールの中心部に円形の嵌合穴が軸方向に沿って形成されたインペラ本体と、
前記インペラ本体の前記嵌合穴に圧縮嵌合され、前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入された状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮を規制して前記ホイールに残留応力を発生させる円筒部材と、を具備したことを特徴とするインペラ。
【請求項２】
エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに供給される空気を過給する過給機において、
請求項１に記載のインペラを具備したことを特徴とする過給機。
【請求項３】
請求項１に記載のインペラを製造するためのインペラの製造方法において、
前記インペラ本体の最終形状を反転する形状と相似形の成形面を有した射出成形用金型を用い、前記射出成形用金型の前記成形面によって区画されるキャビティに金属粉末とバインダとの混合物を射出することにより、前記最終形状と相似形であってかつ中心部に前記嵌合穴に相当する部位を有した成形体を成形する射出工程と、
前記射出工程の終了後に、前記成形体に含まれる前記バインダを脱脂する脱脂工程と、
前記脱脂工程の終了後に、前記円筒部材を前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に挿入した状態で、前記成形体を焼成して焼結させることにより、前記成形体を前記最終形状まで熱収縮させて、前記成形体からなる前記インペラ本体を作製すると共に、前記円筒部材によって前記成形体の熱収縮を規制して、前記ホイールに残留応力を発生させる焼結工程と、を具備したことを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項４】
前記射出工程は、前記嵌合穴を反転する形状と相似形の外形面を有した中子を用い、前記中子を前記射出成形用金型の前記キャビティの中心部に位置するようセットした状態で、前記射出成形用金型の前記キャビティに前記混合物を射出することを特徴とする請求項３に記載のインペラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２７５８７８（Ｐ２０１０−２７５８７８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２６８０７（Ｐ２００９−１２６８０７）
【出願日】平成２１年５月２６日（２００９．５．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２６日（２００９．５．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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