タービンロータ、タービン軸およびホイール
【課題】タービンロータの小型化と耐久性とを両立しうる新規な接合構造を提供する。
【解決手段】タービン軸２とタービンホイール３との接合部３０を、リング溝１０内に配置する。従来例のように接合部をリング溝よりも軸端側に配置した構造に比べタービン軸２の端部の寸法を短縮でき、且つ従来例のようにリング溝に隣接する壁部の剛性に依存しないので、タービンロータ１の耐久性を高めることができる。
【解決手段】タービン軸２とタービンホイール３との接合部３０を、リング溝１０内に配置する。従来例のように接合部をリング溝よりも軸端側に配置した構造に比べタービン軸２の端部の寸法を短縮でき、且つ従来例のようにリング溝に隣接する壁部の剛性に依存しないので、タービンロータ１の耐久性を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給機（ターボチャージャ）に使用されるタービンロータ、タービン軸およびホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機のタービンロータは、タービン軸の一端にタービンホイールを固定してなる。この固定部分は、従来、図３に示されるように、シールリング１０９を配置するためのリング溝１１０よりも軸端側に、タービン軸１０２とタービンホイール１０３との接合部１３０を有するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１４８３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボチャージャを小型化するためには、タービン軸とホイールとの接合部１３０をできるだけリング溝１１０に近接させることが望ましい。しかしながら、接合部１３０とリング溝１１０とを近接させるほど、両者の境界をなす壁部１４０が薄くなるため、この壁部１４０がその基部１４０ａにおいて折損することによりタービン軸１０２とタービンホイール１０３とが分離する態様での破損のおそれが大きくなる。すなわち従来の構造では、タービンロータの小型化とその耐久性とは、トレードオフの関係にある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、タービンロータの小型化と耐久性とを両立しうる新規な接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の本発明は、タービン軸とホイールとを接合してなり、外周面に周溝を有するタービンロータであって、前記タービン軸と前記ホイールとの接合部が、前記周溝の底部に配置されていることを特徴とするタービンロータである。
【０００７】
第１の本発明では、タービン軸とホイールとの接合部が周溝内に配置されているので、上記従来例のように接合部を周溝（リング溝）よりも軸端側に配置した構造に比べタービン軸の端部の寸法を短縮でき、且つ上記従来例のように壁部の剛性に依存しないのでタービンロータの耐久性を高めることができる。
【０００８】
本発明の目的は、軸側接合面が周溝の底面の一部をなす軸側部分底面に隣接しているタービン軸、およびホイール側接合面が周溝の底面の一部をなすホイール側部分底面に隣接しているホイールによって達成することができる。
【０００９】
本発明における周溝は、他の用途を有するもの、例えばシールリングを配置するためのリング溝とするのが特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態について、以下に図面に従って説明する。図１において、本発明の実施形態のタービンロータ１は、自動車内燃機関用の過給機において用いられるものであり、タービン軸２およびタービンホイール３から構成されたロータ組立体４を含んで構成されている。タービン軸２には、コンプレッサホイール５、スペーサ６、および、不図示のスラストベアリングを保持するためのスラストカラー７が、ボルト８によって螺着されている。ロータ組立体４は、シールリング９を配置するためのリング溝１０を有する。
【００１１】
タービンロータ１は、その中間部１１において不図示のベアリングを介して不図示のケースに保持され、また、中間部１１を収容するケース内部空間は、タービン軸２にはめ込まれたシールリング９、およびスペーサ６にはめ込まれたシールリング１２がケースに密接することによって外部から密閉される。
【００１２】
図２に示されるように、タービン軸２の端部には大径部２０が回転対称に形成されている。大径部２０の円柱状の軸端部２１の基部には、タービンホイール３と接合するための軸側接合面２ａが形成されている。この軸側接合面２ａは、シールリング９（図１参照）を配置するためのリング溝１０の底面２２の一部をなす軸側部分底面２２ａに隣接している。大径部２０にはまた、中間部１１を収容するケース内部空間からシールリング９に向かうオイルの移動を抑制するためのスリンガー部２３が形成されている。
【００１３】
タービンホイール３にはボス部３１が形成されており、ボス部３１の内部には、軸端部２１を収容するための挿入孔３２が形成されている。挿入孔３２の口縁部には、タービン軸２と接合するためのホイール側接合面３ａが形成されている。ホイール側接合面３ａは、シールリング９（図１参照）を配置するためのリング溝１０の底面２２の一部をなすホイール側部分底面２２ｂに隣接している。
【００１４】
以上のとおり構成されたタービンロータ１の組立は、以下のようにして行う。まず、タービン軸２の軸端部２１を、タービンホイール３の挿入孔３２に挿入する。軸端部２１と挿入孔３２との挿入は、圧入または焼きばめであってもよい。そして、タービン軸２の軸側接合面２ａと、タービンホイール３のホイール側接合面３ａとを当接させ、その状態で電子ビームガンまたはレーザー溶接機により、接合面２ａ，３ａからなる接合部３０を照射することにより、タービン軸２とタービンホイール３とを溶接する。この溶接により、軸側部分底面２２ａとホイール側部分底面２２ｂとが結合されて、単一の底面２２を有するリング溝１０が形成される。リング溝１０へのシールリング９の設置は、溶接後の状態のまま行ってもよいし、溶接後の底面２２を切削加工によって平滑に仕上げてから行ってもよい。
【００１５】
以上のとおり、本実施形態では、タービン軸２とタービンホイール３との接合部３０を、リング溝１０内に配置したので、上記従来例のように接合部１３０をリング溝１１０よりも軸端側に配置した構造に比べタービン軸２の端部の寸法を短縮でき、且つ上記従来例のようにリング溝１１０に隣接する壁部１４０の剛性に依存しないので、タービンロータ１の耐久性を高めることができる。
【００１６】
なお、上記実施形態では、タービン軸２の一方の端部に単一のリング溝１０が形成されるタービンロータ１を例として説明したが、本発明はタービン軸の一方の端部に複数のリング溝が形成されている場合にも適用することができる。この場合には、接合部はこれら複数のリング溝のうちどのリング溝に配置してもよい。ただし、複数のリング溝のうち最も軸端側のリング溝に接合部を配置すれば、タービンホイールの材料を節約でき好適である。
【００１７】
また、上記実施形態ではシールリングを配置するためのリング溝１０の底面２２に接合部３０を配置したが、本発明における接合部は、他の周溝、とくにタービン軸２とタービンホイール３との接合以外の他の用途を有するもの、例えばスリンガー部２３の底面に設けてもよい。
【００１８】
また、上記実施形態ではタービン軸２とタービンホイール３との接合に本発明を適用した例について説明したが、本発明はタービン軸とコンプレッサホイール５との接合に適用してもよい。また、上記実施形態ではタービン軸２とタービンホイール３との接合を溶接によって行ったが、本発明における接合部の接合は摩擦圧接など他の方法によってもよく、かかる態様も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るタービンロータを示す側面図である。
【図２】実施形態に係るタービンロータの要部を示す側面図である。
【図３】本発明による改良前のタービンロータの要部を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１ タービンロータ
２ タービン軸
２ａ 軸側接合面
３ タービンホイール
３ａ ホイール側接合面
４ ロータ組立体
９，１２ シールリング
１０ リング溝
１１ 中間部
１２ シールリング
２０ 大径部
２１ 軸端部
２２ｂ ホイール側部分底面
２２ａ 軸側部分底面
２２ 底面
３０ 接合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給機（ターボチャージャ）に使用されるタービンロータ、タービン軸およびホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機のタービンロータは、タービン軸の一端にタービンホイールを固定してなる。この固定部分は、従来、図３に示されるように、シールリング１０９を配置するためのリング溝１１０よりも軸端側に、タービン軸１０２とタービンホイール１０３との接合部１３０を有するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１４８３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボチャージャを小型化するためには、タービン軸とホイールとの接合部１３０をできるだけリング溝１１０に近接させることが望ましい。しかしながら、接合部１３０とリング溝１１０とを近接させるほど、両者の境界をなす壁部１４０が薄くなるため、この壁部１４０がその基部１４０ａにおいて折損することによりタービン軸１０２とタービンホイール１０３とが分離する態様での破損のおそれが大きくなる。すなわち従来の構造では、タービンロータの小型化とその耐久性とは、トレードオフの関係にある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、タービンロータの小型化と耐久性とを両立しうる新規な接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の本発明は、タービン軸とホイールとを接合してなり、外周面に周溝を有するタービンロータであって、前記タービン軸と前記ホイールとの接合部が、前記周溝の底部に配置されていることを特徴とするタービンロータである。
【０００７】
第１の本発明では、タービン軸とホイールとの接合部が周溝内に配置されているので、上記従来例のように接合部を周溝（リング溝）よりも軸端側に配置した構造に比べタービン軸の端部の寸法を短縮でき、且つ上記従来例のように壁部の剛性に依存しないのでタービンロータの耐久性を高めることができる。
【０００８】
本発明の目的は、軸側接合面が周溝の底面の一部をなす軸側部分底面に隣接しているタービン軸、およびホイール側接合面が周溝の底面の一部をなすホイール側部分底面に隣接しているホイールによって達成することができる。
【０００９】
本発明における周溝は、他の用途を有するもの、例えばシールリングを配置するためのリング溝とするのが特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態について、以下に図面に従って説明する。図１において、本発明の実施形態のタービンロータ１は、自動車内燃機関用の過給機において用いられるものであり、タービン軸２およびタービンホイール３から構成されたロータ組立体４を含んで構成されている。タービン軸２には、コンプレッサホイール５、スペーサ６、および、不図示のスラストベアリングを保持するためのスラストカラー７が、ボルト８によって螺着されている。ロータ組立体４は、シールリング９を配置するためのリング溝１０を有する。
【００１１】
タービンロータ１は、その中間部１１において不図示のベアリングを介して不図示のケースに保持され、また、中間部１１を収容するケース内部空間は、タービン軸２にはめ込まれたシールリング９、およびスペーサ６にはめ込まれたシールリング１２がケースに密接することによって外部から密閉される。
【００１２】
図２に示されるように、タービン軸２の端部には大径部２０が回転対称に形成されている。大径部２０の円柱状の軸端部２１の基部には、タービンホイール３と接合するための軸側接合面２ａが形成されている。この軸側接合面２ａは、シールリング９（図１参照）を配置するためのリング溝１０の底面２２の一部をなす軸側部分底面２２ａに隣接している。大径部２０にはまた、中間部１１を収容するケース内部空間からシールリング９に向かうオイルの移動を抑制するためのスリンガー部２３が形成されている。
【００１３】
タービンホイール３にはボス部３１が形成されており、ボス部３１の内部には、軸端部２１を収容するための挿入孔３２が形成されている。挿入孔３２の口縁部には、タービン軸２と接合するためのホイール側接合面３ａが形成されている。ホイール側接合面３ａは、シールリング９（図１参照）を配置するためのリング溝１０の底面２２の一部をなすホイール側部分底面２２ｂに隣接している。
【００１４】
以上のとおり構成されたタービンロータ１の組立は、以下のようにして行う。まず、タービン軸２の軸端部２１を、タービンホイール３の挿入孔３２に挿入する。軸端部２１と挿入孔３２との挿入は、圧入または焼きばめであってもよい。そして、タービン軸２の軸側接合面２ａと、タービンホイール３のホイール側接合面３ａとを当接させ、その状態で電子ビームガンまたはレーザー溶接機により、接合面２ａ，３ａからなる接合部３０を照射することにより、タービン軸２とタービンホイール３とを溶接する。この溶接により、軸側部分底面２２ａとホイール側部分底面２２ｂとが結合されて、単一の底面２２を有するリング溝１０が形成される。リング溝１０へのシールリング９の設置は、溶接後の状態のまま行ってもよいし、溶接後の底面２２を切削加工によって平滑に仕上げてから行ってもよい。
【００１５】
以上のとおり、本実施形態では、タービン軸２とタービンホイール３との接合部３０を、リング溝１０内に配置したので、上記従来例のように接合部１３０をリング溝１１０よりも軸端側に配置した構造に比べタービン軸２の端部の寸法を短縮でき、且つ上記従来例のようにリング溝１１０に隣接する壁部１４０の剛性に依存しないので、タービンロータ１の耐久性を高めることができる。
【００１６】
なお、上記実施形態では、タービン軸２の一方の端部に単一のリング溝１０が形成されるタービンロータ１を例として説明したが、本発明はタービン軸の一方の端部に複数のリング溝が形成されている場合にも適用することができる。この場合には、接合部はこれら複数のリング溝のうちどのリング溝に配置してもよい。ただし、複数のリング溝のうち最も軸端側のリング溝に接合部を配置すれば、タービンホイールの材料を節約でき好適である。
【００１７】
また、上記実施形態ではシールリングを配置するためのリング溝１０の底面２２に接合部３０を配置したが、本発明における接合部は、他の周溝、とくにタービン軸２とタービンホイール３との接合以外の他の用途を有するもの、例えばスリンガー部２３の底面に設けてもよい。
【００１８】
また、上記実施形態ではタービン軸２とタービンホイール３との接合に本発明を適用した例について説明したが、本発明はタービン軸とコンプレッサホイール５との接合に適用してもよい。また、上記実施形態ではタービン軸２とタービンホイール３との接合を溶接によって行ったが、本発明における接合部の接合は摩擦圧接など他の方法によってもよく、かかる態様も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るタービンロータを示す側面図である。
【図２】実施形態に係るタービンロータの要部を示す側面図である。
【図３】本発明による改良前のタービンロータの要部を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１ タービンロータ
２ タービン軸
２ａ 軸側接合面
３ タービンホイール
３ａ ホイール側接合面
４ ロータ組立体
９，１２ シールリング
１０ リング溝
１１ 中間部
１２ シールリング
２０ 大径部
２１ 軸端部
２２ｂ ホイール側部分底面
２２ａ 軸側部分底面
２２ 底面
３０ 接合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン軸とホイールとを接合してなり、外周面に周溝を有するタービンロータであって、
前記タービン軸と前記ホイールとの接合部が、前記周溝の底部に配置されていることを特徴とするタービンロータ。
【請求項２】
ホイールと接合するための軸側接合面を有するタービン軸であって、
前記軸側接合面は、前記タービン軸の外周面に形成されるべき周溝の底面の一部をなす軸側部分底面に隣接していることを特徴とするタービン軸。
【請求項３】
タービン軸と接合するためのホイール側接合面を有するホイールであって、
前記ホイール側接合面は、前記ホイールの外周面に形成されるべき周溝の底面の一部をなすホイール側部分底面に隣接していることを特徴とするホイール。
【請求項４】
請求項１に記載のタービンロータ、請求項２に記載のタービン軸、または請求項３に記載のホイールであって、
前記周溝は、シールリングを配置するためのリング溝であることを特徴とするタービンロータ、タービン軸またはホイール。
【請求項１】
タービン軸とホイールとを接合してなり、外周面に周溝を有するタービンロータであって、
前記タービン軸と前記ホイールとの接合部が、前記周溝の底部に配置されていることを特徴とするタービンロータ。
【請求項２】
ホイールと接合するための軸側接合面を有するタービン軸であって、
前記軸側接合面は、前記タービン軸の外周面に形成されるべき周溝の底面の一部をなす軸側部分底面に隣接していることを特徴とするタービン軸。
【請求項３】
タービン軸と接合するためのホイール側接合面を有するホイールであって、
前記ホイール側接合面は、前記ホイールの外周面に形成されるべき周溝の底面の一部をなすホイール側部分底面に隣接していることを特徴とするホイール。
【請求項４】
請求項１に記載のタービンロータ、請求項２に記載のタービン軸、または請求項３に記載のホイールであって、
前記周溝は、シールリングを配置するためのリング溝であることを特徴とするタービンロータ、タービン軸またはホイール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２０５２５３（Ｐ２００７−２０５２５３Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５０７７（Ｐ２００６−２５０７７）
【出願日】平成１８年２月１日（２００６．２．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１日（２００６．２．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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