ロータの製造方法
【課題】接続後のロータのアンバランス量を低減でき、回転翼における重心位置の調整作業を軽減でき、さらにロータの不良率を抑制できるロータの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、回転翼と支持軸とが一体的に接続されるロータの製造方法であって、計測により得られた回転翼の重心位置と支持軸の中心軸とを中心軸と直交する方向で位置決めする位置決め工程と、回転翼と支持軸とを位置決め工程での位置決めを行った状態で保持しつつ回転翼と支持軸とを一体的に接続する接続工程とを有する、という方法を採用する。
【解決手段】本発明は、回転翼と支持軸とが一体的に接続されるロータの製造方法であって、計測により得られた回転翼の重心位置と支持軸の中心軸とを中心軸と直交する方向で位置決めする位置決め工程と、回転翼と支持軸とを位置決め工程での位置決めを行った状態で保持しつつ回転翼と支持軸とを一体的に接続する接続工程とを有する、という方法を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両や船舶等において、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを利用して、内燃機関に圧縮した空気を供給し、内燃機関の性能を向上させる過給機が使用されている。過給機の内部には、排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するロータが設けられている。ロータは、排気ガスの流動によって回転する回転翼と、回転翼を回転自在に支持する支持軸とを一体的に接続して構成されている。
【０００３】
ここで、特許文献１には、ロータを製造する方法が開示されている。特許文献１に開示された製造方法では、回転翼に嵌合凹部を形成し、この嵌合凹部に嵌合できる嵌合凸部を支持軸に形成し、嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させ、接触部に溶接等を施すことで回転翼と支持軸とを一体的に接続している。なお、嵌合凹部及び嵌合凸部は、回転翼及び支持軸のそれぞれの外形・外周面から割り出した機械的な中心位置に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２９３７１２号（第３頁、第３図）
【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、上述した従来技術には、以下のような課題が存在する。
一般的な支持軸は略円柱状に形成された軸部材であり、外周面側に設けられる所定の軸受によって回転自在に支持されるため、支持軸の回転中心と嵌合凸部の中心位置とはほぼ一致している。一方、回転翼は、周方向に並ぶ複数の翼を備えた複雑な形状となっていることから、製造誤差等の影響により、その機械的な中心位置と回転翼の重心位置とが異なる場合がある。このような支持軸と回転翼とを一体的に接続すると、支持軸の回転中心と回転翼の重心位置との間にズレが生じ、ロータの回転特性がアンバランスとなる虞があった。ロータは高速（例えば、１０万ｒｐｍ以上）で回転することから、その回転特性がアンバランスになるとロータの回転とともに振動が生じる虞があった。
【０００６】
振動が生じると、過給機の効率低下や回転翼の破損等の不具合を引き起こすことから、アンバランス量を所定の範囲内に抑えることが必要となる。そのため、回転翼と支持軸とを一体的に接続した後に、回転翼の一部を削ってその重心位置を調整し、ロータのアンバランス量を低減することが行われている。しかし、回転翼は難削性の材料を用いて成形されるため、その調整作業に多くの時間がかかっていた。また、アンバランス量が大きい場合には、回転翼の一部を削るだけではアンバランス量を所定の範囲内に抑えることができず、結果としてそのロータは不良品となっていた。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、接続後のロータのアンバランス量を低減でき、回転翼における重心位置の調整作業を軽減でき、さらにロータの不良率を抑制できるロータ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、回転翼と支持軸とが一体的に接続されるロータの製造方法であって、計測により得られた回転翼の重心位置と支持軸の中心軸とを中心軸と直交する方向で位置決めする位置決め工程と、回転翼と支持軸とを位置決め工程での位置決めを行った状態で保持しつつ回転翼と支持軸とを一体的に接続する接続工程とを有する、という方法を採用する。
本発明では、回転翼の重心位置と支持軸の中心軸とを中心軸と直交する方向で位置決めし、その状態で一体的に接続することから、接続後のロータにおける回転翼の重心位置と支持軸の中心軸とが精度よく合致する。
【０００９】
また、本発明は、支持軸における回転翼側の端部に凸部を形成する凸部形成工程と、凸部が隙間をあけて挿入される凹部を回転翼に形成する凹部形成工程とを有し、位置決め工程では、凹部に凸部を挿入し回転翼と支持軸との位置関係を相対的に調整して位置決めする、という方法を採用する。
【００１０】
また、本発明は、支持軸における回転翼側の端部に凸部を形成する凸部形成工程と、凸部が隙間をあけて挿入される凹部を回転翼に形成する凹部形成工程と、計測により得られた回転翼の重心位置を示す基準部を回転翼に形成する基準部形成工程とを有し、位置決め工程では、凹部に凸部を挿入し基準部を用いて回転翼と支持軸との位置決めを行う、という方法を採用する。
【００１１】
また、本発明は、支持軸における回転翼側の端部に嵌合凸部を形成する嵌合凸部形成工程と、回転翼における重心位置の計測結果に基づく位置に嵌合凸部が嵌合する嵌合凹部を形成する嵌合凹部形成工程とを有し、位置決め工程では、嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させて回転翼と支持軸との位置決めを行う、という方法を採用する。
【００１２】
また、本発明は、回転翼における重心位置の計測に用いられ、嵌合凹部よりも小径の小径部を回転翼に形成する小径部形成工程を有し、嵌合凹部形成工程では、小径部を拡げて回転翼における重心位置の計測結果に基づく位置に嵌合凹部を形成する、という方法を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、接続後のロータのアンバランス量を低減でき、回転翼における重心位置の調整作業を軽減でき、さらにロータの不良率を抑制できるという効果がある。そのため、本発明によれば、ロータの製造コストを低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】タービンロータ１の構成を示す概略図である。
【図２】タービンロータ１の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】タービンロータ１の製造における各工程を示す概略図である。
【図４】偏重心量の比較結果を示す概略図である。
【図５】タービンロータ１Ａの構成を示す断面図である。
【図６】タービンロータ１Ａの製造方法を示すフローチャートである。
【図７】タービンロータ１Ａの製造における各工程を示す概略図である。
【図８】タービンロータ１Ｂの構成を示す断面図である。
【図９】タービンロータ１Ｂの製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】タービンロータ１Ｂの製造における各工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図１から図１０を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、各図面における矢印Ｆは前方向を示すものとする。
【００１６】
〔第１実施形態〕
本実施形態に係るタービンロータ（ロータ）１の構成を、図１を参照して説明する。
図１は、タービンロータ１の構成を示す概略図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図である。
タービンロータ１は、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するものである。タービンロータ１は、タービンインペラ（回転翼）２と、タービン軸（支持軸）３とを有している。
【００１７】
タービンインペラ２は、内燃機関から導かれる排気ガスの流動によって高速回転（例えば、１０万ｒｐｍ以上）する回転翼である。タービンインペラ２は、ハブ２１と、翼部２２と、翼側接続部２３とを有している。タービンインペラ２は、高温の排気ガスが流動する領域内で使用されるため、高耐熱性・高剛性の金属材料（例えばインコネル等）を用いて一体的に成形されている。その成形には精密鋳造等が用いられる。なお、タービンインペラ２における重心位置を、符号Ｇで表している。
【００１８】
ハブ２１は、略円錐状に形成された部材であって、翼部２２のベースとなるものである。翼部２２は、ハブ２１の外周面で周方向に複数並んで配置されている。翼部２２は、排気ガスの流動を受けて、タービンインペラ２を回転させるためのものである。翼側接続部２３は、ハブ２１の後端面における中央部に設けられ、タービン軸３との接続に用いられる箇所である。翼側接続部２３は、略円筒状に形成され、その中心軸が前後方向と平行する向きで設置されている。翼側接続部２３の後端面（すなわちタービン軸３側の端面）は、前後方向と直交する平面状に形成されている。また、翼側接続部２３には、凹部２４が形成されている。凹部２４は、タービン軸３側に向かって開口する、背面視略円形の孔部となっている。
【００１９】
タービン軸３は、前後方向で延びる略丸棒状の軸部材であって、タービンインペラ２と一体的に接続され、タービンインペラ２を回転自在に支持するものである。タービン軸３は、過給機の軸受ハウジング（図示せず）に回転自在に支持されている。タービン軸３は、高剛性を備える一般的な金属材料（例えばクロムモリブデン鋼等）を用いて成形されている。その成形には一般的な塑性加工（鍛造、転造等）や機械加工（切削、研削等）が用いられる。タービン軸３には、軸側接続部３１と、凸部３２と、雄ネジ部３３とが形成されている。なお、タービン軸３の中心軸を、符号Ｃで表している。
【００２０】
軸側接続部３１は、タービン軸３の前端側に設けられ、タービンインペラ２との接続に用いられる箇所である。また、軸側接続部３１の前端面（すなわちタービンインペラ２側の端面）は、前後方向と直交する平面状に形成されている。軸側接続部３１の前端面には翼側接続部２３の後端面が当接しており、両部材の当接部は溶接により一体的に接続された溶接部Ｗとなっている。すなわち、溶接部Ｗにおいて、タービンインペラ２とタービン軸３とが一体的に接続されている。
【００２１】
凸部３２は、軸側接続部３１の前端側に設けられ、タービンインペラ２に向かって突出している。凸部３２は、略円柱状に形成され、タービンインペラ２の凹部２４内に挿入されている。凸部３２の外径は、凹部２４の内径よりも小さく設定されている。雄ネジ部３３は、タービン軸３の後端側に設けられ、空気を圧縮するために用いられる不図示のコンプレッサインペラを接続するために用いられるものである。
【００２２】
続いて、本実施形態に係るタービンロータ１の製造方法を、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、タービンロータ１の製造方法を示すフローチャートである。
図３は、タービンロータ１の製造における各工程を示す概略図である。なお、図３（ａ）から図３（ｆ）までは、図２に示すフローチャートのステップＳ１１からステップＳ１６までにそれぞれ対応している。
【００２３】
タービンロータ１の製造方法の概要を、図２を参照して説明する。
まず、タービンインペラ２及びタービン軸３をそれぞれ成形する部材成形工程を実施する（ステップＳ１１、凸部形成工程）。タービン軸３の軸側接続部３１、凸部３２及び雄ネジ部３３は、この工程で形成される。
【００２４】
次に、タービンインペラ２の翼側接続部２３に、凹部２４を形成するインペラ開先加工工程を実施する（ステップＳ１２、凹部形成工程）。
【００２５】
次に、タービンインペラ２の重心位置Ｇを計測するインペラ重心位置計測工程を実施する（ステップＳ１３）。
【００２６】
次に、タービンインペラ２の重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする位置決め工程を実施する（ステップＳ１４、位置決め工程）。
【００２７】
次に、タービンインペラ２とタービン軸３とを一体的に接続する接続工程を実施する（ステップＳ１５、接続工程）。
【００２８】
最後に、タービンインペラ２の翼部２２における翼端部２２ａを、タービン軸３の中心軸Ｃに応じて研削するインペラ研削工程を実施する（ステップＳ１６）
以上で、タービンロータ１の製造が完了する。
【００２９】
次に、タービンロータ１の製造における各工程を、図３を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、部材成形工程では、タービン軸３が成形されるとともにタービンインペラ２が成形される。タービンインペラ２は、上述したように精密鋳造等を用いて成形される。翼側接続部２３には、タービンインペラ２の精密鋳造等による成形とともに、加工前凹部２４Ｐが同時に形成される。加工前凹部２４Ｐは、凹部２４よりも小径の孔部である。
【００３０】
図３（ｂ）に示すように、インペラ開先加工工程では、翼側接続部２３に凹部２４が形成される。凹部２４は、研削加工等を用いて、加工前凹部２４Ｐを研削し拡径することで形成される。なお、インペラ開先加工工程では、翼側接続部２３の後端面（図３においては紙面下側の端面）が同時に加工され、タービンインペラ２の中心軸方向と直交する平面状に形成される。
【００３１】
図３（ｃ）に示すように、インペラ重心位置計測工程では、重心位置計測装置４を用いてタービンインペラ２における重心位置Ｇを計測する。重心位置計測装置４は、タービンインペラ２を排気ガスの流動による回転方向で回転させることで、重心位置Ｇを計測する装置である。重心位置計測装置４の回転軸（図示せず）にはタービンインペラ２を保持するためのチャック４１が設けられており、チャック４１は凹部２４内に挿入されてタービンインペラ２を保持する。重心位置計測装置４がタービンインペラ２を回転させて、重心位置Ｇが計測される。計測された重心位置Ｇは、タービンインペラ２毎に個別に管理される。なお、タービンインペラ２の重心位置Ｇを計測する方法としては、回転型に限られるわけではなく、非回転型の計測装置を用いてもよい。
【００３２】
図３（ｄ）に示すように、位置決め工程では、タービンインペラ２の重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする。まず、タービン軸３を軸保持部５１によって保持することで、所定の位置に固定しておく。翼側接続部２３の凹部２４内にタービン軸３の凸部３２を挿入し、翼側接続部２３と軸側接続部３１とを互いに当接させる。ここで、アクチュエータ５２を用いてタービンインペラ２を中心軸Ｃと直交する方向に微小移動させて、タービンインペラ２の重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを位置決めする。すなわち、中心軸Ｃの延長線上に重心位置Ｇを配置させる。
【００３３】
アクチュエータ５２は、タービンインペラ２の位置を測定する位置決めセンサ５３の測定結果に応じて、タービンインペラ２を移動させる。位置決めセンサ５３には、光学式や機械接触式のセンサが用いられる。位置決め終了後、アクチュエータ５２はタービンインペラ２をその位置で保持する。なお、本実施形態では、タービン軸３を固定し、タービンインペラ２を移動させているが、これに限定されるものではなく、タービンインペラ２を固定し、タービン軸３を中心軸Ｃに直交する方向に移動させて位置決めしてもよい。
【００３４】
図３（ｅ）に示すように、接続工程では、溶接装置６によって翼側接続部２３と軸側接続部３１との当接部を溶接し、タービンインペラ２とタービン軸３とを一体的に接続する。溶接時には、タービンインペラ２はアクチュエータ５２によって保持され、タービン軸３は軸保持部５１によって保持されている。溶接装置６には、電子ビーム溶接やレーザ溶接等の、溶接領域を狭く形成できるものが用いられる。位置決め工程及び接続工程を実施することで、タービンインペラ２の重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとが精度よく位置決めされたタービンロータ１を製造することが可能となる。
【００３５】
図３（ｆ）に示すように、インペラ研削工程では、タービン軸３の中心軸Ｃに応じて、翼部２２の翼端部２２ａを研削する。タービンインペラ２は複雑な形状となっているため、タービンインペラ２の重心位置Ｇと、翼部２２の翼端部２２ａから割り出した機械的な中心位置とが一致していない場合がある。そこで、重心位置Ｇすなわち中心軸Ｃから翼端部２２ａまでの距離が、いずれの翼部２２においても等しくなるように、翼端部２２ａを研削して調整する。
以上で、タービンロータ１の製造が完了する。
【００３６】
次に、タービンインペラ２とタービン軸３との位置決め工程を行う場合と行わない場合とでの、重心位置Ｇと中心軸Ｃとの間のズレすなわち偏重心量の比較結果を、図４を参照して説明する。
図４は、偏重心量の比較結果を示す概略図である。
【００３７】
図４は、発生しうる複数の誤差要素を考慮して、完成したタービンロータ１における偏重心量及びその発生頻度をシミュレーションにより検証した結果である。図４の横軸には偏重心量（μｍ）を表し、縦軸には発生の頻度を表している。
【００３８】
図４に示すように、位置決め工程を行わない場合では、生じる偏重心量の中心値は２５〜３０μｍ内に位置している。一方、位置決め工程を行う場合では、生じる誤差の中心値は１０〜１５μｍ内に位置している。また、位置決め工程を行う場合では、生じる偏重心量の多くが１０〜１５μｍ内に集中している。一方、位置決め工程を行わない場合における偏重心量は、位置決め工程を行う場合に比べて分散している。すなわち、本実施形態に係るタービンロータ１の製造方法では、従来の製造方法に比べて、発生する偏重心量を減少させ、且つ発生する偏重心量のバラツキを低減させることができる。したがって、少ない偏重心量のタービンロータ１を安定して製造することができる。
【００３９】
また、少ない偏重心量のタービンロータ１を安定して製造することができることから、接続後のタービンロータ１に行っていた、偏重心量を低減させるための調整作業を軽減することができる。さらに、大きな偏重心量が発生することを防止できるため、タービンロータ１の不良率を抑制できる。結果として、タービンロータ１の製造コストを低減できる。
【００４０】
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、少ない偏重心量のタービンロータ１を安定して製造できるという効果がある。また、偏重心量を低減させるための調整作業を軽減でき、さらにタービンロータ１の不良率を抑制できる。結果として、本実施形態によれば、タービンロータ１の製造コストを低減できるという効果がある。
【００４１】
〔第２実施形態〕
本実施形態に係るタービンロータ（ロータ）１Ａの構成を、図５を参照して説明する。
図５は、タービンロータ１Ａの構成を示す断面図である。なお、図５において、図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
タービンロータ１Ａは、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するものである。タービンロータ１Ａは、タービンインペラ（回転翼）２Ａと、タービン軸（支持軸）３とを有している。
【００４３】
タービンインペラ２Ａにおけるハブ２１の前端部には、センタ穴（基準部）２５が形成されている。センタ穴２５は、前方に向かって開口し、前後方向に延びる正面視円形の孔部である。センタ穴２５の中心軸は、タービンインペラ２Ａの中心軸と直交する方向に関して、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇと同一の位置に配置されている。第１の実施形態と同様に、重心位置Ｇは中心軸Ｃの延長線上に配置されているため、センタ穴２５の中心軸も中心軸Ｃの延長線上に配置されている。
【００４４】
続いて、本実施形態に係るタービンロータ１Ａの製造方法を、図６及び図７を参照して説明する。
図６は、タービンロータ１Ａの製造方法を示すフローチャートである。
図７は、タービンロータ１Ａの製造における各工程を示す概略図である。なお、図７（ａ）から図７（ｇ）までは、図６に示すフローチャートのステップＳ２１からステップＳ２７までにそれぞれ対応している。
【００４５】
タービンロータ１Ａの製造方法の概要を、図６を参照して説明する。
まず、タービンインペラ２Ａ及びタービン軸３をそれぞれ成形する部材成形工程を実施する（ステップＳ２１、凸部形成工程）。タービン軸３の軸側接続部３１、凸部３２及び雄ネジ部３３は、この工程で形成される。
【００４６】
次に、タービンインペラ２Ａの翼側接続部２３に、凹部２４を形成するインペラ開先加工工程を実施する（ステップＳ２２、凹部形成工程）。
【００４７】
次に、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇを計測するインペラ重心位置計測工程を実施する（ステップＳ２３）。
【００４８】
次に、タービンインペラ２Ａの中心軸と直交する方向に関して、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇと同一の位置に、センタ穴２５を形成するセンタ穴加工工程を実施する（ステップＳ２４、基準部形成工程）。
【００４９】
次に、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする位置決め工程を実施する（ステップＳ２５、位置決め工程）。
【００５０】
次に、タービンインペラ２Ａとタービン軸３とを一体的に接続する接続工程を実施する（ステップＳ２６、接続工程）。
【００５１】
最後に、タービンインペラ２Ａの翼部２２における翼端部２２ａを、タービン軸３の中心軸Ｃに応じて研削するインペラ研削工程を実施する（ステップＳ２７）
以上で、タービンロータ１Ａの製造が完了する。
【００５２】
次に、タービンロータ１Ａの製造における各工程を、図７を参照して説明する。なお、図７（ａ）ないし（ｃ）は、図３（ａ）ないし（ｃ）と同様の工程であるため、その説明を省略する。
【００５３】
図７（ｄ）に示すように、センタ穴加工工程では、タービンインペラ２Ａの中心軸と直交する方向に関して、インペラ重心位置計測工程にて計測された重心位置Ｇと同一の位置に、センタ穴２５の中心軸が位置するように形成される。センタ穴２５は、ハブ２１の前端部（図７においては紙面上側の端部）に形成される。センタ穴２５の形成には一般的な切削加工法が用いられる。
【００５４】
図７（ｅ）に示すように、位置決め工程では、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする。まず、タービン軸３を軸保持部５１によって保持することで、所定の位置に固定しておく。翼側接続部２３の凹部２４内にタービン軸３の凸部３２を挿入し、翼側接続部２３と軸側接続部３１とを互いに当接させる。
【００５５】
ここで、位置決めピン５４を、センタ穴２５内に嵌入させる。位置決めピン５４は、略円柱状の軸部材であり、センタ穴２５に密接して（又は精度上許容できる微小な隙間をあけて）嵌入できる外径を有している。位置決めピン５４の中心軸はタービン軸３の中心軸Ｃの延長線上に配置され、位置決めピン５４は中心軸Ｃに沿って往復移動できる。そのため、位置決めピン５４がセンタ穴２５内に嵌入することで、タービンインペラ２Ａは中心軸Ｃと直交する方向で位置調整され、センタ穴２５の中心軸はタービン軸３の中心軸Ｃの延長線上に配置される。結果として、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇは、タービン軸３の中心軸Ｃの延長線上に配置される。なお、位置決めピン５４は、図７（ｆ）に示す接続工程の実施中にも、センタ穴２５内に嵌入させておくことが望ましい。
【００５６】
図７（ｆ）及び（ｇ）は、図３（ｅ）及び（ｆ）と同様の工程であるため、その説明を省略する。
以上で、タービンロータ１Ａの製造が完了する。
【００５７】
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、少ない偏重心量のタービンロータ１Ａを安定して製造できるという効果がある。また、偏重心量を低減させるための調整作業を軽減でき、さらにタービンロータ１Ａの不良率を抑制できる。結果として、本実施形態によれば、タービンロータ１Ａの製造コストを低減できるという効果がある。
【００５８】
〔第３実施形態〕
本実施形態に係るタービンロータ（ロータ）１Ｂの構成を、図８を参照して説明する。
図８は、タービンロータ１Ｂの構成を示す断面図である。なお、図８において、図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
タービンロータ１Ｂは、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するものである。タービンロータ１Ｂは、タービンインペラ（回転軸）２Ｂと、タービン軸（支持軸）３Ｂとを有している。
【００６０】
翼側接続部２３には、嵌合凹部２６が形成されている。嵌合凹部２６は、タービン軸３Ｂ側に向かって開口する、背面視略円形の孔部となっている。また、タービンインペラ２Ｂの中心軸と直交する方向に関して、嵌合凹部２６の中心軸は、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇと同一の位置に配置されている。
【００６１】
軸側接続部３１の前端側には、嵌合凸部３４が設けられている。嵌合凸部３４は、略円柱状に成形され、タービンインペラ２Ｂに向かって突出している。嵌合凸部３４の中心軸はタービン軸３の中心軸Ｃの延長線上に配置され、嵌合凸部３４の外径は嵌合凹部２６に密接して（又は精度上許容できる微小な隙間をあけて）嵌合できる大きさとなっている。
【００６２】
続いて、本実施形態に係るタービンロータ１Ｂの製造方法を、図９及び図１０を参照して説明する。
図９は、タービンロータ１Ｂの製造方法を示すフローチャートである。
図１０は、タービンロータ１Ｂの製造における各工程を示す概略図である。なお、図１０（ａ）から図１０（ｆ）までは、図９に示すフローチャートのステップＳ３１からステップＳ３６までにそれぞれ対応している。
【００６３】
タービンロータ１Ｂの製造方法の概要を、図９を参照して説明する。
まず、タービンインペラ２Ｂ及びタービン軸３Ｂをそれぞれ成形する部材成形工程を実施する（ステップＳ３１、嵌合凸部形成工程）。タービン軸３Ｂの軸側接続部３１、嵌合凸部３４及び雄ネジ部３３は、この工程で形成される。
【００６４】
次に、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇを計測するインペラ重心位置計測工程を実施する（ステップＳ３２）。
【００６５】
次に、タービンインペラ２Ｂの翼側接続部２３に、嵌合凹部２６を形成するインペラ開先加工工程を実施する（ステップＳ３３、嵌合凹部形成工程）。
【００６６】
次に、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇとタービン軸３Ｂの中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする位置決め工程を実施する（ステップＳ３４、位置決め工程）。
【００６７】
次に、タービンインペラ２Ｂとタービン軸３Ｂとを一体的に接続する接続工程を実施する（ステップＳ３５、接続工程）。
【００６８】
最後に、タービンインペラ２Ｂの翼部２２における翼端部２２ａを、タービン軸３Ｂの中心軸Ｃに応じて研削するインペラ研削工程を実施する（ステップＳ３６）
以上で、タービンロータ１Ｂの製造が完了する。
【００６９】
次に、タービンロータ１Ｂの製造における各工程を、図１０を参照して説明する。
図１０（ａ）に示すように、部材成形工程では、タービン軸３Ｂが成形されるとともにタービンインペラ２Ｂが成形される。タービンインペラ２Ｂは、精密鋳造等を用いて成形される。翼側接続部２３には、タービンインペラ２Ｂの精密鋳造等による成形とともに、チャック用凹部（小径部）２６Ｐが同時に形成される。チャック用凹部２６Ｐは、嵌合凹部２６よりも小径の孔部である。
【００７０】
図１０（ｂ）に示すように、インペラ重心位置計測工程では、重心位置計測装置４を用いてタービンインペラ２Ｂにおける重心位置Ｇを計測する。重心位置計測装置４の回転軸（図示せず）にはタービンインペラ２Ｂを保持するためのチャック４１Ａが設けられており、チャック４１Ａはチャック用凹部２６Ｐ内に挿入されてタービンインペラ２Ｂを保持する。
【００７１】
図１０（ｃ）に示すように、インペラ開先加工工程では、翼側接続部２３に嵌合凹部２６が形成される。嵌合凹部２６は、研削加工等を用いて、チャック用凹部２６Ｐを研削し拡径することで形成される。嵌合凹部２６は、その中心軸が、タービンインペラ２Ｂの中心軸と直交する方向に関して、インペラ重心位置計測工程にて計測された重心位置Ｇと同一の位置になるように形成される。また、嵌合凹部２６は、嵌合凸部３４が密接して（又は精度上許容できる微小な隙間をあけて）嵌合できる大きさに形成される。
【００７２】
図１０（ｄ）に示すように、位置決め工程では、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇとタービン軸３Ｂの中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする。翼側接続部２３の嵌合凹部２６内にタービン軸３Ｂの嵌合凸部３４を嵌合させて、翼側接続部２３と軸側接続部３１とを互いに当接させる。ここで、嵌合凹部２６は重心位置Ｇと同一の位置に配置され、嵌合凸部３４はタービン軸３Ｂの中心軸Ｃと同一の位置に配置されているため、嵌合凹部２６内に嵌合凸部３４を嵌合させるのみで、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇとタービン軸３Ｂの中心軸Ｃとが、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めされる。
【００７３】
図１０（ｅ）及び（ｆ）は、図３（ｅ）及び（ｆ）と同様の工程であるため、その説明を省略する。
以上で、タービンロータ１Ｂの製造が完了する。
【００７４】
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、少ない偏重心量のタービンロータ１Ｂを安定して製造できるという効果がある。また、偏重心量を低減させるための調整作業を軽減でき、さらにタービンロータ１Ｂの不良率を抑制できる。結果として、本実施形態によれば、タービンロータ１Ｂの製造コストを低減できるという効果がある。
【００７５】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００７６】
例えば、第１の実施形態では、凹部２４及び凸部３２が形成されているが、これに限定されるものではなく、タービンインペラ２及びタービン軸３にそれぞれ平面部を形成し、該平面部を互いに当接させて位置決めを実施し、平面部の縁部を溶接するようにしてもよい。また、タービンインペラ２及びタービン軸３にそれぞれ平面部を形成しつつ、各平面部に凹部をそれぞれ形成し、凹部の周囲の平面部を互いに当接させて位置決めを実施し、平面部の縁部を溶接するようにしてもよい。
【００７７】
また、第２の実施形態では、基準部としてセンタ穴２５が形成されているが、センタ穴２５は図５に示した形状に限定されるものではなく、皿もみ形状、円錐形状等でもよい。また、位置決めピン５４の先端形状も、半球、円錐等でもよい。また、センタ穴を複数（例えば３点）形成し、それらの中心位置が重心位置Ｇを示すようにしてもよい。さらに、タービンインペラ２Ａのセンタ穴２５が形成される位置に、重心位置Ｇを示す基準部として凸部等を形成し、当該凸部を用いてタービンインペラ２Ａの位置決めを行ってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ…タービンロータ（ロータ）、２，２Ａ，２Ｂ…タービンインペラ（回転翼）、２４…凹部、２５…センタ穴（基準部）、２６…嵌合凹部、２６Ｐ…チャック用凹部（小径部）、３，３Ｂ…タービン軸（支持軸）、３２…凸部、３４…嵌合凸部、Ｃ…中心軸、Ｇ…重心位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両や船舶等において、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを利用して、内燃機関に圧縮した空気を供給し、内燃機関の性能を向上させる過給機が使用されている。過給機の内部には、排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するロータが設けられている。ロータは、排気ガスの流動によって回転する回転翼と、回転翼を回転自在に支持する支持軸とを一体的に接続して構成されている。
【０００３】
ここで、特許文献１には、ロータを製造する方法が開示されている。特許文献１に開示された製造方法では、回転翼に嵌合凹部を形成し、この嵌合凹部に嵌合できる嵌合凸部を支持軸に形成し、嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させ、接触部に溶接等を施すことで回転翼と支持軸とを一体的に接続している。なお、嵌合凹部及び嵌合凸部は、回転翼及び支持軸のそれぞれの外形・外周面から割り出した機械的な中心位置に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２９３７１２号（第３頁、第３図）
【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、上述した従来技術には、以下のような課題が存在する。
一般的な支持軸は略円柱状に形成された軸部材であり、外周面側に設けられる所定の軸受によって回転自在に支持されるため、支持軸の回転中心と嵌合凸部の中心位置とはほぼ一致している。一方、回転翼は、周方向に並ぶ複数の翼を備えた複雑な形状となっていることから、製造誤差等の影響により、その機械的な中心位置と回転翼の重心位置とが異なる場合がある。このような支持軸と回転翼とを一体的に接続すると、支持軸の回転中心と回転翼の重心位置との間にズレが生じ、ロータの回転特性がアンバランスとなる虞があった。ロータは高速（例えば、１０万ｒｐｍ以上）で回転することから、その回転特性がアンバランスになるとロータの回転とともに振動が生じる虞があった。
【０００６】
振動が生じると、過給機の効率低下や回転翼の破損等の不具合を引き起こすことから、アンバランス量を所定の範囲内に抑えることが必要となる。そのため、回転翼と支持軸とを一体的に接続した後に、回転翼の一部を削ってその重心位置を調整し、ロータのアンバランス量を低減することが行われている。しかし、回転翼は難削性の材料を用いて成形されるため、その調整作業に多くの時間がかかっていた。また、アンバランス量が大きい場合には、回転翼の一部を削るだけではアンバランス量を所定の範囲内に抑えることができず、結果としてそのロータは不良品となっていた。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、接続後のロータのアンバランス量を低減でき、回転翼における重心位置の調整作業を軽減でき、さらにロータの不良率を抑制できるロータ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、回転翼と支持軸とが一体的に接続されるロータの製造方法であって、計測により得られた回転翼の重心位置と支持軸の中心軸とを中心軸と直交する方向で位置決めする位置決め工程と、回転翼と支持軸とを位置決め工程での位置決めを行った状態で保持しつつ回転翼と支持軸とを一体的に接続する接続工程とを有する、という方法を採用する。
本発明では、回転翼の重心位置と支持軸の中心軸とを中心軸と直交する方向で位置決めし、その状態で一体的に接続することから、接続後のロータにおける回転翼の重心位置と支持軸の中心軸とが精度よく合致する。
【０００９】
また、本発明は、支持軸における回転翼側の端部に凸部を形成する凸部形成工程と、凸部が隙間をあけて挿入される凹部を回転翼に形成する凹部形成工程とを有し、位置決め工程では、凹部に凸部を挿入し回転翼と支持軸との位置関係を相対的に調整して位置決めする、という方法を採用する。
【００１０】
また、本発明は、支持軸における回転翼側の端部に凸部を形成する凸部形成工程と、凸部が隙間をあけて挿入される凹部を回転翼に形成する凹部形成工程と、計測により得られた回転翼の重心位置を示す基準部を回転翼に形成する基準部形成工程とを有し、位置決め工程では、凹部に凸部を挿入し基準部を用いて回転翼と支持軸との位置決めを行う、という方法を採用する。
【００１１】
また、本発明は、支持軸における回転翼側の端部に嵌合凸部を形成する嵌合凸部形成工程と、回転翼における重心位置の計測結果に基づく位置に嵌合凸部が嵌合する嵌合凹部を形成する嵌合凹部形成工程とを有し、位置決め工程では、嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させて回転翼と支持軸との位置決めを行う、という方法を採用する。
【００１２】
また、本発明は、回転翼における重心位置の計測に用いられ、嵌合凹部よりも小径の小径部を回転翼に形成する小径部形成工程を有し、嵌合凹部形成工程では、小径部を拡げて回転翼における重心位置の計測結果に基づく位置に嵌合凹部を形成する、という方法を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、接続後のロータのアンバランス量を低減でき、回転翼における重心位置の調整作業を軽減でき、さらにロータの不良率を抑制できるという効果がある。そのため、本発明によれば、ロータの製造コストを低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】タービンロータ１の構成を示す概略図である。
【図２】タービンロータ１の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】タービンロータ１の製造における各工程を示す概略図である。
【図４】偏重心量の比較結果を示す概略図である。
【図５】タービンロータ１Ａの構成を示す断面図である。
【図６】タービンロータ１Ａの製造方法を示すフローチャートである。
【図７】タービンロータ１Ａの製造における各工程を示す概略図である。
【図８】タービンロータ１Ｂの構成を示す断面図である。
【図９】タービンロータ１Ｂの製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】タービンロータ１Ｂの製造における各工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図１から図１０を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、各図面における矢印Ｆは前方向を示すものとする。
【００１６】
〔第１実施形態〕
本実施形態に係るタービンロータ（ロータ）１の構成を、図１を参照して説明する。
図１は、タービンロータ１の構成を示す概略図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図である。
タービンロータ１は、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するものである。タービンロータ１は、タービンインペラ（回転翼）２と、タービン軸（支持軸）３とを有している。
【００１７】
タービンインペラ２は、内燃機関から導かれる排気ガスの流動によって高速回転（例えば、１０万ｒｐｍ以上）する回転翼である。タービンインペラ２は、ハブ２１と、翼部２２と、翼側接続部２３とを有している。タービンインペラ２は、高温の排気ガスが流動する領域内で使用されるため、高耐熱性・高剛性の金属材料（例えばインコネル等）を用いて一体的に成形されている。その成形には精密鋳造等が用いられる。なお、タービンインペラ２における重心位置を、符号Ｇで表している。
【００１８】
ハブ２１は、略円錐状に形成された部材であって、翼部２２のベースとなるものである。翼部２２は、ハブ２１の外周面で周方向に複数並んで配置されている。翼部２２は、排気ガスの流動を受けて、タービンインペラ２を回転させるためのものである。翼側接続部２３は、ハブ２１の後端面における中央部に設けられ、タービン軸３との接続に用いられる箇所である。翼側接続部２３は、略円筒状に形成され、その中心軸が前後方向と平行する向きで設置されている。翼側接続部２３の後端面（すなわちタービン軸３側の端面）は、前後方向と直交する平面状に形成されている。また、翼側接続部２３には、凹部２４が形成されている。凹部２４は、タービン軸３側に向かって開口する、背面視略円形の孔部となっている。
【００１９】
タービン軸３は、前後方向で延びる略丸棒状の軸部材であって、タービンインペラ２と一体的に接続され、タービンインペラ２を回転自在に支持するものである。タービン軸３は、過給機の軸受ハウジング（図示せず）に回転自在に支持されている。タービン軸３は、高剛性を備える一般的な金属材料（例えばクロムモリブデン鋼等）を用いて成形されている。その成形には一般的な塑性加工（鍛造、転造等）や機械加工（切削、研削等）が用いられる。タービン軸３には、軸側接続部３１と、凸部３２と、雄ネジ部３３とが形成されている。なお、タービン軸３の中心軸を、符号Ｃで表している。
【００２０】
軸側接続部３１は、タービン軸３の前端側に設けられ、タービンインペラ２との接続に用いられる箇所である。また、軸側接続部３１の前端面（すなわちタービンインペラ２側の端面）は、前後方向と直交する平面状に形成されている。軸側接続部３１の前端面には翼側接続部２３の後端面が当接しており、両部材の当接部は溶接により一体的に接続された溶接部Ｗとなっている。すなわち、溶接部Ｗにおいて、タービンインペラ２とタービン軸３とが一体的に接続されている。
【００２１】
凸部３２は、軸側接続部３１の前端側に設けられ、タービンインペラ２に向かって突出している。凸部３２は、略円柱状に形成され、タービンインペラ２の凹部２４内に挿入されている。凸部３２の外径は、凹部２４の内径よりも小さく設定されている。雄ネジ部３３は、タービン軸３の後端側に設けられ、空気を圧縮するために用いられる不図示のコンプレッサインペラを接続するために用いられるものである。
【００２２】
続いて、本実施形態に係るタービンロータ１の製造方法を、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、タービンロータ１の製造方法を示すフローチャートである。
図３は、タービンロータ１の製造における各工程を示す概略図である。なお、図３（ａ）から図３（ｆ）までは、図２に示すフローチャートのステップＳ１１からステップＳ１６までにそれぞれ対応している。
【００２３】
タービンロータ１の製造方法の概要を、図２を参照して説明する。
まず、タービンインペラ２及びタービン軸３をそれぞれ成形する部材成形工程を実施する（ステップＳ１１、凸部形成工程）。タービン軸３の軸側接続部３１、凸部３２及び雄ネジ部３３は、この工程で形成される。
【００２４】
次に、タービンインペラ２の翼側接続部２３に、凹部２４を形成するインペラ開先加工工程を実施する（ステップＳ１２、凹部形成工程）。
【００２５】
次に、タービンインペラ２の重心位置Ｇを計測するインペラ重心位置計測工程を実施する（ステップＳ１３）。
【００２６】
次に、タービンインペラ２の重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする位置決め工程を実施する（ステップＳ１４、位置決め工程）。
【００２７】
次に、タービンインペラ２とタービン軸３とを一体的に接続する接続工程を実施する（ステップＳ１５、接続工程）。
【００２８】
最後に、タービンインペラ２の翼部２２における翼端部２２ａを、タービン軸３の中心軸Ｃに応じて研削するインペラ研削工程を実施する（ステップＳ１６）
以上で、タービンロータ１の製造が完了する。
【００２９】
次に、タービンロータ１の製造における各工程を、図３を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、部材成形工程では、タービン軸３が成形されるとともにタービンインペラ２が成形される。タービンインペラ２は、上述したように精密鋳造等を用いて成形される。翼側接続部２３には、タービンインペラ２の精密鋳造等による成形とともに、加工前凹部２４Ｐが同時に形成される。加工前凹部２４Ｐは、凹部２４よりも小径の孔部である。
【００３０】
図３（ｂ）に示すように、インペラ開先加工工程では、翼側接続部２３に凹部２４が形成される。凹部２４は、研削加工等を用いて、加工前凹部２４Ｐを研削し拡径することで形成される。なお、インペラ開先加工工程では、翼側接続部２３の後端面（図３においては紙面下側の端面）が同時に加工され、タービンインペラ２の中心軸方向と直交する平面状に形成される。
【００３１】
図３（ｃ）に示すように、インペラ重心位置計測工程では、重心位置計測装置４を用いてタービンインペラ２における重心位置Ｇを計測する。重心位置計測装置４は、タービンインペラ２を排気ガスの流動による回転方向で回転させることで、重心位置Ｇを計測する装置である。重心位置計測装置４の回転軸（図示せず）にはタービンインペラ２を保持するためのチャック４１が設けられており、チャック４１は凹部２４内に挿入されてタービンインペラ２を保持する。重心位置計測装置４がタービンインペラ２を回転させて、重心位置Ｇが計測される。計測された重心位置Ｇは、タービンインペラ２毎に個別に管理される。なお、タービンインペラ２の重心位置Ｇを計測する方法としては、回転型に限られるわけではなく、非回転型の計測装置を用いてもよい。
【００３２】
図３（ｄ）に示すように、位置決め工程では、タービンインペラ２の重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする。まず、タービン軸３を軸保持部５１によって保持することで、所定の位置に固定しておく。翼側接続部２３の凹部２４内にタービン軸３の凸部３２を挿入し、翼側接続部２３と軸側接続部３１とを互いに当接させる。ここで、アクチュエータ５２を用いてタービンインペラ２を中心軸Ｃと直交する方向に微小移動させて、タービンインペラ２の重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを位置決めする。すなわち、中心軸Ｃの延長線上に重心位置Ｇを配置させる。
【００３３】
アクチュエータ５２は、タービンインペラ２の位置を測定する位置決めセンサ５３の測定結果に応じて、タービンインペラ２を移動させる。位置決めセンサ５３には、光学式や機械接触式のセンサが用いられる。位置決め終了後、アクチュエータ５２はタービンインペラ２をその位置で保持する。なお、本実施形態では、タービン軸３を固定し、タービンインペラ２を移動させているが、これに限定されるものではなく、タービンインペラ２を固定し、タービン軸３を中心軸Ｃに直交する方向に移動させて位置決めしてもよい。
【００３４】
図３（ｅ）に示すように、接続工程では、溶接装置６によって翼側接続部２３と軸側接続部３１との当接部を溶接し、タービンインペラ２とタービン軸３とを一体的に接続する。溶接時には、タービンインペラ２はアクチュエータ５２によって保持され、タービン軸３は軸保持部５１によって保持されている。溶接装置６には、電子ビーム溶接やレーザ溶接等の、溶接領域を狭く形成できるものが用いられる。位置決め工程及び接続工程を実施することで、タービンインペラ２の重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとが精度よく位置決めされたタービンロータ１を製造することが可能となる。
【００３５】
図３（ｆ）に示すように、インペラ研削工程では、タービン軸３の中心軸Ｃに応じて、翼部２２の翼端部２２ａを研削する。タービンインペラ２は複雑な形状となっているため、タービンインペラ２の重心位置Ｇと、翼部２２の翼端部２２ａから割り出した機械的な中心位置とが一致していない場合がある。そこで、重心位置Ｇすなわち中心軸Ｃから翼端部２２ａまでの距離が、いずれの翼部２２においても等しくなるように、翼端部２２ａを研削して調整する。
以上で、タービンロータ１の製造が完了する。
【００３６】
次に、タービンインペラ２とタービン軸３との位置決め工程を行う場合と行わない場合とでの、重心位置Ｇと中心軸Ｃとの間のズレすなわち偏重心量の比較結果を、図４を参照して説明する。
図４は、偏重心量の比較結果を示す概略図である。
【００３７】
図４は、発生しうる複数の誤差要素を考慮して、完成したタービンロータ１における偏重心量及びその発生頻度をシミュレーションにより検証した結果である。図４の横軸には偏重心量（μｍ）を表し、縦軸には発生の頻度を表している。
【００３８】
図４に示すように、位置決め工程を行わない場合では、生じる偏重心量の中心値は２５〜３０μｍ内に位置している。一方、位置決め工程を行う場合では、生じる誤差の中心値は１０〜１５μｍ内に位置している。また、位置決め工程を行う場合では、生じる偏重心量の多くが１０〜１５μｍ内に集中している。一方、位置決め工程を行わない場合における偏重心量は、位置決め工程を行う場合に比べて分散している。すなわち、本実施形態に係るタービンロータ１の製造方法では、従来の製造方法に比べて、発生する偏重心量を減少させ、且つ発生する偏重心量のバラツキを低減させることができる。したがって、少ない偏重心量のタービンロータ１を安定して製造することができる。
【００３９】
また、少ない偏重心量のタービンロータ１を安定して製造することができることから、接続後のタービンロータ１に行っていた、偏重心量を低減させるための調整作業を軽減することができる。さらに、大きな偏重心量が発生することを防止できるため、タービンロータ１の不良率を抑制できる。結果として、タービンロータ１の製造コストを低減できる。
【００４０】
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、少ない偏重心量のタービンロータ１を安定して製造できるという効果がある。また、偏重心量を低減させるための調整作業を軽減でき、さらにタービンロータ１の不良率を抑制できる。結果として、本実施形態によれば、タービンロータ１の製造コストを低減できるという効果がある。
【００４１】
〔第２実施形態〕
本実施形態に係るタービンロータ（ロータ）１Ａの構成を、図５を参照して説明する。
図５は、タービンロータ１Ａの構成を示す断面図である。なお、図５において、図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
タービンロータ１Ａは、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するものである。タービンロータ１Ａは、タービンインペラ（回転翼）２Ａと、タービン軸（支持軸）３とを有している。
【００４３】
タービンインペラ２Ａにおけるハブ２１の前端部には、センタ穴（基準部）２５が形成されている。センタ穴２５は、前方に向かって開口し、前後方向に延びる正面視円形の孔部である。センタ穴２５の中心軸は、タービンインペラ２Ａの中心軸と直交する方向に関して、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇと同一の位置に配置されている。第１の実施形態と同様に、重心位置Ｇは中心軸Ｃの延長線上に配置されているため、センタ穴２５の中心軸も中心軸Ｃの延長線上に配置されている。
【００４４】
続いて、本実施形態に係るタービンロータ１Ａの製造方法を、図６及び図７を参照して説明する。
図６は、タービンロータ１Ａの製造方法を示すフローチャートである。
図７は、タービンロータ１Ａの製造における各工程を示す概略図である。なお、図７（ａ）から図７（ｇ）までは、図６に示すフローチャートのステップＳ２１からステップＳ２７までにそれぞれ対応している。
【００４５】
タービンロータ１Ａの製造方法の概要を、図６を参照して説明する。
まず、タービンインペラ２Ａ及びタービン軸３をそれぞれ成形する部材成形工程を実施する（ステップＳ２１、凸部形成工程）。タービン軸３の軸側接続部３１、凸部３２及び雄ネジ部３３は、この工程で形成される。
【００４６】
次に、タービンインペラ２Ａの翼側接続部２３に、凹部２４を形成するインペラ開先加工工程を実施する（ステップＳ２２、凹部形成工程）。
【００４７】
次に、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇを計測するインペラ重心位置計測工程を実施する（ステップＳ２３）。
【００４８】
次に、タービンインペラ２Ａの中心軸と直交する方向に関して、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇと同一の位置に、センタ穴２５を形成するセンタ穴加工工程を実施する（ステップＳ２４、基準部形成工程）。
【００４９】
次に、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする位置決め工程を実施する（ステップＳ２５、位置決め工程）。
【００５０】
次に、タービンインペラ２Ａとタービン軸３とを一体的に接続する接続工程を実施する（ステップＳ２６、接続工程）。
【００５１】
最後に、タービンインペラ２Ａの翼部２２における翼端部２２ａを、タービン軸３の中心軸Ｃに応じて研削するインペラ研削工程を実施する（ステップＳ２７）
以上で、タービンロータ１Ａの製造が完了する。
【００５２】
次に、タービンロータ１Ａの製造における各工程を、図７を参照して説明する。なお、図７（ａ）ないし（ｃ）は、図３（ａ）ないし（ｃ）と同様の工程であるため、その説明を省略する。
【００５３】
図７（ｄ）に示すように、センタ穴加工工程では、タービンインペラ２Ａの中心軸と直交する方向に関して、インペラ重心位置計測工程にて計測された重心位置Ｇと同一の位置に、センタ穴２５の中心軸が位置するように形成される。センタ穴２５は、ハブ２１の前端部（図７においては紙面上側の端部）に形成される。センタ穴２５の形成には一般的な切削加工法が用いられる。
【００５４】
図７（ｅ）に示すように、位置決め工程では、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇとタービン軸３の中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする。まず、タービン軸３を軸保持部５１によって保持することで、所定の位置に固定しておく。翼側接続部２３の凹部２４内にタービン軸３の凸部３２を挿入し、翼側接続部２３と軸側接続部３１とを互いに当接させる。
【００５５】
ここで、位置決めピン５４を、センタ穴２５内に嵌入させる。位置決めピン５４は、略円柱状の軸部材であり、センタ穴２５に密接して（又は精度上許容できる微小な隙間をあけて）嵌入できる外径を有している。位置決めピン５４の中心軸はタービン軸３の中心軸Ｃの延長線上に配置され、位置決めピン５４は中心軸Ｃに沿って往復移動できる。そのため、位置決めピン５４がセンタ穴２５内に嵌入することで、タービンインペラ２Ａは中心軸Ｃと直交する方向で位置調整され、センタ穴２５の中心軸はタービン軸３の中心軸Ｃの延長線上に配置される。結果として、タービンインペラ２Ａの重心位置Ｇは、タービン軸３の中心軸Ｃの延長線上に配置される。なお、位置決めピン５４は、図７（ｆ）に示す接続工程の実施中にも、センタ穴２５内に嵌入させておくことが望ましい。
【００５６】
図７（ｆ）及び（ｇ）は、図３（ｅ）及び（ｆ）と同様の工程であるため、その説明を省略する。
以上で、タービンロータ１Ａの製造が完了する。
【００５７】
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、少ない偏重心量のタービンロータ１Ａを安定して製造できるという効果がある。また、偏重心量を低減させるための調整作業を軽減でき、さらにタービンロータ１Ａの不良率を抑制できる。結果として、本実施形態によれば、タービンロータ１Ａの製造コストを低減できるという効果がある。
【００５８】
〔第３実施形態〕
本実施形態に係るタービンロータ（ロータ）１Ｂの構成を、図８を参照して説明する。
図８は、タービンロータ１Ｂの構成を示す断面図である。なお、図８において、図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
タービンロータ１Ｂは、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するものである。タービンロータ１Ｂは、タービンインペラ（回転軸）２Ｂと、タービン軸（支持軸）３Ｂとを有している。
【００６０】
翼側接続部２３には、嵌合凹部２６が形成されている。嵌合凹部２６は、タービン軸３Ｂ側に向かって開口する、背面視略円形の孔部となっている。また、タービンインペラ２Ｂの中心軸と直交する方向に関して、嵌合凹部２６の中心軸は、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇと同一の位置に配置されている。
【００６１】
軸側接続部３１の前端側には、嵌合凸部３４が設けられている。嵌合凸部３４は、略円柱状に成形され、タービンインペラ２Ｂに向かって突出している。嵌合凸部３４の中心軸はタービン軸３の中心軸Ｃの延長線上に配置され、嵌合凸部３４の外径は嵌合凹部２６に密接して（又は精度上許容できる微小な隙間をあけて）嵌合できる大きさとなっている。
【００６２】
続いて、本実施形態に係るタービンロータ１Ｂの製造方法を、図９及び図１０を参照して説明する。
図９は、タービンロータ１Ｂの製造方法を示すフローチャートである。
図１０は、タービンロータ１Ｂの製造における各工程を示す概略図である。なお、図１０（ａ）から図１０（ｆ）までは、図９に示すフローチャートのステップＳ３１からステップＳ３６までにそれぞれ対応している。
【００６３】
タービンロータ１Ｂの製造方法の概要を、図９を参照して説明する。
まず、タービンインペラ２Ｂ及びタービン軸３Ｂをそれぞれ成形する部材成形工程を実施する（ステップＳ３１、嵌合凸部形成工程）。タービン軸３Ｂの軸側接続部３１、嵌合凸部３４及び雄ネジ部３３は、この工程で形成される。
【００６４】
次に、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇを計測するインペラ重心位置計測工程を実施する（ステップＳ３２）。
【００６５】
次に、タービンインペラ２Ｂの翼側接続部２３に、嵌合凹部２６を形成するインペラ開先加工工程を実施する（ステップＳ３３、嵌合凹部形成工程）。
【００６６】
次に、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇとタービン軸３Ｂの中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする位置決め工程を実施する（ステップＳ３４、位置決め工程）。
【００６７】
次に、タービンインペラ２Ｂとタービン軸３Ｂとを一体的に接続する接続工程を実施する（ステップＳ３５、接続工程）。
【００６８】
最後に、タービンインペラ２Ｂの翼部２２における翼端部２２ａを、タービン軸３Ｂの中心軸Ｃに応じて研削するインペラ研削工程を実施する（ステップＳ３６）
以上で、タービンロータ１Ｂの製造が完了する。
【００６９】
次に、タービンロータ１Ｂの製造における各工程を、図１０を参照して説明する。
図１０（ａ）に示すように、部材成形工程では、タービン軸３Ｂが成形されるとともにタービンインペラ２Ｂが成形される。タービンインペラ２Ｂは、精密鋳造等を用いて成形される。翼側接続部２３には、タービンインペラ２Ｂの精密鋳造等による成形とともに、チャック用凹部（小径部）２６Ｐが同時に形成される。チャック用凹部２６Ｐは、嵌合凹部２６よりも小径の孔部である。
【００７０】
図１０（ｂ）に示すように、インペラ重心位置計測工程では、重心位置計測装置４を用いてタービンインペラ２Ｂにおける重心位置Ｇを計測する。重心位置計測装置４の回転軸（図示せず）にはタービンインペラ２Ｂを保持するためのチャック４１Ａが設けられており、チャック４１Ａはチャック用凹部２６Ｐ内に挿入されてタービンインペラ２Ｂを保持する。
【００７１】
図１０（ｃ）に示すように、インペラ開先加工工程では、翼側接続部２３に嵌合凹部２６が形成される。嵌合凹部２６は、研削加工等を用いて、チャック用凹部２６Ｐを研削し拡径することで形成される。嵌合凹部２６は、その中心軸が、タービンインペラ２Ｂの中心軸と直交する方向に関して、インペラ重心位置計測工程にて計測された重心位置Ｇと同一の位置になるように形成される。また、嵌合凹部２６は、嵌合凸部３４が密接して（又は精度上許容できる微小な隙間をあけて）嵌合できる大きさに形成される。
【００７２】
図１０（ｄ）に示すように、位置決め工程では、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇとタービン軸３Ｂの中心軸Ｃとを、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めする。翼側接続部２３の嵌合凹部２６内にタービン軸３Ｂの嵌合凸部３４を嵌合させて、翼側接続部２３と軸側接続部３１とを互いに当接させる。ここで、嵌合凹部２６は重心位置Ｇと同一の位置に配置され、嵌合凸部３４はタービン軸３Ｂの中心軸Ｃと同一の位置に配置されているため、嵌合凹部２６内に嵌合凸部３４を嵌合させるのみで、タービンインペラ２Ｂの重心位置Ｇとタービン軸３Ｂの中心軸Ｃとが、中心軸Ｃと直交する方向で位置決めされる。
【００７３】
図１０（ｅ）及び（ｆ）は、図３（ｅ）及び（ｆ）と同様の工程であるため、その説明を省略する。
以上で、タービンロータ１Ｂの製造が完了する。
【００７４】
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、少ない偏重心量のタービンロータ１Ｂを安定して製造できるという効果がある。また、偏重心量を低減させるための調整作業を軽減でき、さらにタービンロータ１Ｂの不良率を抑制できる。結果として、本実施形態によれば、タービンロータ１Ｂの製造コストを低減できるという効果がある。
【００７５】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００７６】
例えば、第１の実施形態では、凹部２４及び凸部３２が形成されているが、これに限定されるものではなく、タービンインペラ２及びタービン軸３にそれぞれ平面部を形成し、該平面部を互いに当接させて位置決めを実施し、平面部の縁部を溶接するようにしてもよい。また、タービンインペラ２及びタービン軸３にそれぞれ平面部を形成しつつ、各平面部に凹部をそれぞれ形成し、凹部の周囲の平面部を互いに当接させて位置決めを実施し、平面部の縁部を溶接するようにしてもよい。
【００７７】
また、第２の実施形態では、基準部としてセンタ穴２５が形成されているが、センタ穴２５は図５に示した形状に限定されるものではなく、皿もみ形状、円錐形状等でもよい。また、位置決めピン５４の先端形状も、半球、円錐等でもよい。また、センタ穴を複数（例えば３点）形成し、それらの中心位置が重心位置Ｇを示すようにしてもよい。さらに、タービンインペラ２Ａのセンタ穴２５が形成される位置に、重心位置Ｇを示す基準部として凸部等を形成し、当該凸部を用いてタービンインペラ２Ａの位置決めを行ってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ…タービンロータ（ロータ）、２，２Ａ，２Ｂ…タービンインペラ（回転翼）、２４…凹部、２５…センタ穴（基準部）、２６…嵌合凹部、２６Ｐ…チャック用凹部（小径部）、３，３Ｂ…タービン軸（支持軸）、３２…凸部、３４…嵌合凸部、Ｃ…中心軸、Ｇ…重心位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼と支持軸とが一体的に接続されるロータの製造方法であって、
計測により得られた前記回転翼の重心位置と、前記支持軸の中心軸とを、前記中心軸と直交する方向で位置決めする位置決め工程と、
前記回転翼と前記支持軸とを前記位置決め工程での位置決めを行った状態で保持しつつ、前記回転翼と前記支持軸とを一体的に接続する接続工程とを有することを特徴とするロータの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のロータの製造方法において、
前記支持軸における前記回転翼側の端部に凸部を形成する凸部形成工程と、
前記凸部が隙間をあけて挿入される凹部を前記回転翼に形成する凹部形成工程とを有し、
前記位置決め工程では、前記凹部に前記凸部を挿入し、前記回転翼と前記支持軸との位置関係を相対的に調整して位置決めすることを特徴とするロータの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のロータの製造方法において、
前記支持軸における前記回転翼側の端部に凸部を形成する凸部形成工程と、
前記凸部が隙間をあけて挿入される凹部を前記回転翼に形成する凹部形成工程と、
計測により得られた前記回転翼の重心位置を示す基準部を、前記回転翼に形成する基準部形成工程とを有し、
前記位置決め工程では、前記凹部に前記凸部を挿入し、前記基準部を用いて前記回転翼と前記支持軸との位置決めを行うことを特徴とするロータの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のロータの製造方法において、
前記支持軸における前記回転翼側の端部に嵌合凸部を形成する嵌合凸部形成工程と、
前記回転翼における重心位置の計測結果に基づく位置に、前記嵌合凸部が嵌合する嵌合凹部を形成する嵌合凹部形成工程とを有し、
前記位置決め工程では、前記嵌合凹部に前記嵌合凸部を嵌合させて前記回転翼と前記支持軸との位置決めを行うことを特徴とするロータの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のロータの製造方法において、
前記回転翼における重心位置の計測に用いられ、前記嵌合凹部よりも小径の小径部を前記回転翼に形成する小径部形成工程を有し、
前記嵌合凹部形成工程では、前記小径部を拡げて前記回転翼における重心位置の計測結果に基づく位置に前記嵌合凹部を形成することを特徴とするロータの製造方法。
【請求項１】
回転翼と支持軸とが一体的に接続されるロータの製造方法であって、
計測により得られた前記回転翼の重心位置と、前記支持軸の中心軸とを、前記中心軸と直交する方向で位置決めする位置決め工程と、
前記回転翼と前記支持軸とを前記位置決め工程での位置決めを行った状態で保持しつつ、前記回転翼と前記支持軸とを一体的に接続する接続工程とを有することを特徴とするロータの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のロータの製造方法において、
前記支持軸における前記回転翼側の端部に凸部を形成する凸部形成工程と、
前記凸部が隙間をあけて挿入される凹部を前記回転翼に形成する凹部形成工程とを有し、
前記位置決め工程では、前記凹部に前記凸部を挿入し、前記回転翼と前記支持軸との位置関係を相対的に調整して位置決めすることを特徴とするロータの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のロータの製造方法において、
前記支持軸における前記回転翼側の端部に凸部を形成する凸部形成工程と、
前記凸部が隙間をあけて挿入される凹部を前記回転翼に形成する凹部形成工程と、
計測により得られた前記回転翼の重心位置を示す基準部を、前記回転翼に形成する基準部形成工程とを有し、
前記位置決め工程では、前記凹部に前記凸部を挿入し、前記基準部を用いて前記回転翼と前記支持軸との位置決めを行うことを特徴とするロータの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のロータの製造方法において、
前記支持軸における前記回転翼側の端部に嵌合凸部を形成する嵌合凸部形成工程と、
前記回転翼における重心位置の計測結果に基づく位置に、前記嵌合凸部が嵌合する嵌合凹部を形成する嵌合凹部形成工程とを有し、
前記位置決め工程では、前記嵌合凹部に前記嵌合凸部を嵌合させて前記回転翼と前記支持軸との位置決めを行うことを特徴とするロータの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のロータの製造方法において、
前記回転翼における重心位置の計測に用いられ、前記嵌合凹部よりも小径の小径部を前記回転翼に形成する小径部形成工程を有し、
前記嵌合凹部形成工程では、前記小径部を拡げて前記回転翼における重心位置の計測結果に基づく位置に前記嵌合凹部を形成することを特徴とするロータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２０２５７５（Ｐ２０１１−２０２５７５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７０２４１（Ｐ２０１０−７０２４１）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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