ロータアセンブリ、過給機、及びロータアセンブリの製造方法
【課題】ロータアセンブリ２９の製造に要する時間を短くして、ロータアセンブリ２９の生産性（製造性）及びロータアセンブリ２９の製造の作業性を向上させる
【解決手段】タービンインペラ２７は、金属粉末射出成形によって成形された成形体２７Ｆを焼結してなるものであって、タービンホイール５５の背面中心部にロータ軸９の左端部と嵌合可能な円形の嵌合穴５９が形成され、タービンホイール５５とロータ軸９は、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆにロータ軸９を挿入させた状態で、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によって接合されるようになっている。
【解決手段】タービンインペラ２７は、金属粉末射出成形によって成形された成形体２７Ｆを焼結してなるものであって、タービンホイール５５の背面中心部にロータ軸９の左端部と嵌合可能な円形の嵌合穴５９が形成され、タービンホイール５５とロータ軸９は、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆにロータ軸９を挿入させた状態で、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によって接合され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、過給機に用いられるロータアセンブリ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用過給機には複数の部品を組み合わせてなる種々のアセンブリが用いられており、アセンブリの１つとしてのロータアセンブリ（ロータユニット）は、ロータ軸と、このロータ軸の端部に同軸上に一体的に設けられたタービンインペラ（インペラの一例）とを備えている（特許文献１参照）。また、タービンインペラは、精密鋳造によって成形された成形体からなるものであって、タービンインペラの背面中心部には、ロータ軸の端部と嵌合可能な円形の嵌合穴が形成されている。そして、ロータアセンブリを製造するには、次のように行う。
【０００３】
即ち、精密鋳造によって背面に嵌合穴に相当する部位を有した成形体を成形する。次に、成形体における嵌合穴に相当する部位の内周面に対して機械加工を行うことにより、嵌合穴を所定の寸法及び形状に仕上げて、タービンインペラの作製を終了する。そして、ロータ軸の端部をタービンインペラの嵌合穴に嵌合させて、電子ビーム溶接によってタービンインペラとロータ軸の端部を接合する。以上により、ロータ軸とタービンインペラを具備したロータアセンブリの製造を終了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５４６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロータアセンブリの回転バランスを十分に確保するには、タービンインペラの嵌合穴（嵌合穴の内周面）の寸法精度及び形状精度を高くする必要がある。一方、タービンインペラの構成材料として使用されるインコネル等の耐熱合金は難加工材であって、機械加工によって嵌合穴を高い寸法精度及び形状精度に仕上げることは非常に厄介である。そのため、機械加工による仕上げに多くの時間を要し、一連のロータアセンブリの製造時間が長くなり、ロータアセンブリの生産性（製造性）及びロータアセンブリの製造の作業性を向上させることが困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のロータアセンブリ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】
【０００７】
本発明の第１の特徴は、過給機に用いられるロータアセンブリ（ロータユニット）において、ロータ軸と、前記ロータ軸の端部に同軸上に一体的に設けられ、金属粉末射出成形によって成形された成形体を焼結してなるものであって、背面中心部に前記ロータ軸の端部と嵌合可能な円形の嵌合穴が形成されたインペラと、を備え、前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に前記ロータ軸の端部を挿入させた状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸が接合するようになっていることを要旨とする。
【０００８】
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。
【０００９】
第１の特徴によると、前記インペラが金属粉末射出成形によって成形された前記成形体を焼結してなるものであるため、換言すれば、精密鋳造に比べて寸法精度及び形状精度に優れた金属粉末射出成形法によって前記インペラが製作されているため、焼結後の前記成形体に機械加工を行うことなく、前記インペラの前記嵌合穴の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができる。
【００１０】
また、前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に前記ロータ軸の端部を挿入させた状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸が接合するようになっているため、前記インペラの作製終了後に前記インペラと前記ロータ軸との接合を別個に行うのではなく、前記インペラと前記ロータ軸との接合を前記インペラの作製に付随して同時に行うことができる。
【００１１】
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の特徴からなるロータアセンブリを備えたことを要旨とする。
【００１２】
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。
【００１３】
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背面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、前記ロータ軸の端部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させた状態で、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を作製すると共に、前記成形体の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸を接合する焼結工程と、を備えたことを要旨とする。
【００１４】
第３の特徴によると、前記インペラが前記射出工程、前記脱脂工程、及び前記焼結工程を経ることによって作製されるため、換言すれば、精密鋳造に比べて寸法精度及び形状精度に優れた金属粉末射出成形法によって前記インペラが製作されているため、焼結後の前記成形体に機械加工を行うことなく、前記インペラの前記嵌合穴の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができる。
【００１５】
また、前記ロータ軸の端部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させた状態で、前記成形体を焼成して焼結させることにより、前記インペラを作製する他に、前記成形体の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸を接合するため、前記インペラの作製終了後に前記インペラと前記ロータ軸との接合処理を別個に行うのではなく、前記インペラと前記ロータ軸との接合処理を前記インペラの作製に付随して同時に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、機械加工による仕上げを行うことなく、前記インペラの前記嵌合穴の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができると共に、前記インペラと前記ロータ軸との接合処理を前記インペラの作製に付随して同時に行うことができるため、前記ロータアセンブリの製造に要する時間を短くして、前記ロータアセンブリの生産性（製造性）及び前記ロータアセンブリの製造の作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】図４（ａ）は、図３における矢視部IVAの拡大図、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるIVB-IVB線に沿った断面図である。
【図５】第１実施形態の変形例に係るタービンインペラの断面図である。
【図６】第２実施形態に係るインペラの製造方法における射出工程を説明する図である。
【図７】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８】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９】第２実施形態の変形例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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、ロータ軸９の右端部は、コンプレッサハウジング１１内に位置してあって、ロータ軸９の右端部には、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が一体的に設けられている。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、ロータ軸９の右端部には、コンプレッサホイール１５が同軸上に一体的に設けられており、コンプレッサホイール１５は、コンプレッサインペラ１３の軸心（換言すれば、コンプレッサホイール１５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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、ロータ軸９の左端部は、タービンハウジング２５内に位置してあって、ロータ軸９の左端部には、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が同軸上に一体的に設けられている。ここで、ロータ軸９とタービンインペラ２７とからロータアセンブリ（ロータユニット）２９が構成される。なお、ロータアセンブリ２９の具体的な構成要素については、後述する。
【００２４】
タービンハウジング２５内には、可変ノズルユニット３１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３１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３３が取付リング３５を介して設けられており、このノズルリング３３には、シュラウドリング３７が複数（１つのみ図示）の連結ピン３９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３３とシュラウドリング３７の間には、複数枚の可変ノズル４１が周方向に間隔を置いて設けられており、各可変ノズル４１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４１のノズル軸４３は、特許文献１に示すように、同期機構４５によって連動連結してある。
【００２５】
なお、ベアリングハウジング３の左側下部には、伝動軸４７が回動可能に設けられており、この伝動軸４７の右端部は、複数枚の可変ノズル４１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４９を介して接続（連動連結）してあって、伝動軸４７の左端部は、同期機構４５に接続してある。
【００２６】
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５１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５１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５３が形成されており、このガス排出口５３は、タービンスクロール流路５１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。
【００２７】
続いて、第１実施形態の要部であるロータアセンブリ２９の具体的な構成について説明する。
【００２８】
図３に示すように、ロータアセンブリ２９は、前述のように、左右方向へ延びたロータ軸９と、このロータ軸９の左端部に同軸上に一体的に設けられたタービンインペラ２７とを備えている。そして、タービンインペラ２７は、金属粉末射出成形によって成形された成形体２７Ｆ（図７及び図８（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２７は、ロータ軸９の左端部に一体的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、タービンインペラ２７の軸心（換言すれば、タービンホイール５５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（タービンホイール５５）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３７のシュラウド（内壁面）に沿うように延びている。
【００２９】
タービンホイール５５の背面中心部には、ロータ軸９の左端部と嵌合可能な円形の嵌合穴５９が形成されている。そして、タービンホイール５５とロータ軸９は、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆにロータ軸９を挿入させた状態で、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によって接合されるようになっている。
【００３０】
ロータ軸９の左端部の周縁には、径方向外側に突出したアウターフランジ６１（アウター突出部の一例）が形成されており、タービンホイール５５の嵌合穴５９の周縁には、径方向内側に突出したインナーフランジ６３（インナー突出部の一例）が形成されてあって、タービンホイール５５のインナーフランジ６３は、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によってロータ軸９のアウターフランジ６１に係止するようになっている。また、ロータ軸９の左端部の外周面には、ロータ軸９の軸方向へ延びた溝６５がアウターフランジ６１を横断するように形成されており、タービンホイール５５の嵌合穴５９の内周面には、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によって溝６５に係合する突起６７が形成されている。
【００３１】
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。
【００３２】
ガス取入口からタービンスクロール流路５１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。
【００３３】
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４１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４１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４１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）。
【００３４】
前述の車両用過給機１による通常の作用を奏する他に、タービンホイール５５が金属粉末射出成形によって成形された成形体２７Ｆを焼結してなるものであるため、換言すれば、精密鋳造に比べて寸法精度及び形状精度に優れた金属粉末射出成形法によってタービンインペラ２７が製作されているため、焼結後の成形体２７Ｆに機械加工を行うことなく、タービンホイール５５の嵌合穴５９の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができる。
【００３５】
また、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆにロータ軸９の左端部を挿入させた状態で、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によってタービンホイール５５とロータ軸９が接合するようになっているため、タービンインペラ２７の作製終了後にタービンホイール５５とロータ軸９との接合処理を別個に行うのではなく、タービンホイール５５とロータ軸９との接合処理をタービンインペラ２７の作製に付随して同時に行うことができる。更に、タービンホイール５５のインナーフランジ６３が成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によってロータ軸９のアウターフランジ６１に係止すると共に、タービンホイール５５の突起６７が成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によって溝６５に係合するため、ロータ軸９に対するタービンホイール５５の抜け止め・回り止め処理もタービンインペラ２７の作製に付随して同時に行うことができる（車両用過給機１（ロータアセンブリ２９）による特有の作用）。
【００３６】
従って、第１実施形態によれば、機械加工による仕上げを行うことなく、タービンインペラ２７の嵌合穴５９の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができると共に、タービンホイール５５とロータ軸９との接合処理、及びロータ軸９に対するタービンホイール５５の抜け止め・回り止め処理をタービンインペラ２７の作製に付随して同時に行うことができるため、ロータアセンブリ２９の製造に要する時間を短くして、ロータアセンブリ２９の生産性（製造性）及びロータアセンブリ２９の製造の作業性を向上させることができる。
【００３７】
（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例に係るロータユニットについて図５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。
【００３８】
図５に示すように、第１実施形態の変形例に係るロータアセンブリ２９Ａにあっては、第１実施形態に係るロータアセンブリ２９と異なり、タービンホイール５５の先端面の中心部に軸方向（タービンインペラ２７の軸方向）へ延びた円形の中抜き穴６９が形成されている。
【００３９】
なお、タービンホイール５５の先端面の中心部に中抜き穴６９が形成されている点を除き、第１実施形態の変形例に係るロータアセンブリ２９Ａは、第１実施形態に係るロータアセンブリ２９と略同じ構成を有している。
【００４０】
第１実施形態の変形例によると、前述の第１実施形態の作用を奏する他に、タービンホイール５５の先端面の中心部に軸方向へ延びた円形の中抜き穴６９が形成されているため、換言すれば、焼結前の成形体（図示省略、第１実施形態に係る成形体２７Ｆ参照）は先端面の中心部に中抜き穴に相当する部位を有しているため、焼結前の成形体におけるタービン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。
【００４１】
従って、第１実施形態の変形例によれば、前述の第１実施形態の効果に加えて、焼結前の成形体におけるタービン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、成形体の焼結の際に、成形体におけるタービン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、タービンインペラ２７を安定的に製造することができる。
【００４２】
［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６から図８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。
【００４３】
図６に示すように、第２実施形態に係る射出成形用金型７１は、第２実施形態に係るロータアセンブリ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７１の具体的な構成は、次のようになる。
【００４４】
即ち、射出成形機における固定フレーム７３の左側には、射出成形用一体型７５が着脱可能に設けられており、この射出成形用一体型７５は、左側に、タービンインペラ２７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７７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７９の右側には、ガイドブロック８１が着脱可能に設けられており、このガイドブロック８１の右側には、円錐台状の窪み８３が形成されている。そして、ガイドブロック８１の窪み８３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８５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８５は、射出成形用一体型７５に対向してあって、内側に、タービンインペラ２７の背面を除くタービンインペラ２７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８７を有している。ここで、複数の射出成形用分割型８５は、射出成形用一体型７５と非接触状態にある場合に、可動フレーム７９を左右方向へ移動させると、射出成形用一体型７５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７５と接触状態にある場合に、可動フレーム７９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。
【００４５】
射出成形用金型７１の型締め時に、射出成形用一体型７５の副成形面７７と複数の射出成形用分割型８５の主成形面８７によってキャビティ８９が区画されるようになっている。また、射出成形用一体型７５の副成形面７７には、複数のゲート９１が形成されており、射出成形用一体型７５の内部には、複数のゲート９１に連通したランナー９３が形成されてあって、ランナー９３は、射出成形機における射出ノズル９５にスプール９７を介して接続可能である。
【００４６】
続いて、第２実施形態に係るロータアセンブリの製造方法の具体的な構成について説明する。
【００４７】
第２実施形態に係るロータアセンブリの製造方法は、第１実施形態に係るロータアセンブリ２９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。
【００４８】
(i)射出工程
図６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７９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８５を一体的に右方向へ移動させて、射出成形用一体型７５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７９を複数の射出成形用分割型８５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８５を径方向内側へ収縮移動させて、射出成形用金型７１の型締めを行う。
【００４９】
射出成形用金型７１の型締めの完了後に、射出ノズル９５からスプール９７、ランナー９３、ゲート９１を経由してキャビティ８９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８９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２７の最終形状と相似形であってかつ背面中心部に嵌合穴に相当する部位５９Ｆを有した成形体２７Ｆ（図７参照）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。
【００５０】
キャビティ８９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７９を複数の射出成形用分割型８５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８５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７９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８５を一体的に左方向へ移動させて、射出成形用金型７１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２７Ｆを射出成形用金型７１から取り外す。
【００５１】
(ii)脱脂工程（除去工程）
射出工程の終了後に、図７に示すように、脱脂炉用治具（図示省略）を用いて、成形体２７Ｆを脱脂炉９９の所定位置にセットする。そして、脱脂炉９９内を窒素ガス雰囲気中に保ちつつ、脱脂炉９９のヒータ（図示省略）によって成形体２７Ｆを所定の脱脂温度まで加熱する。これにより、成形体２７Ｆに含まれるバインダを脱脂（除去）することができる。
【００５２】
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。
【００５３】
(iii)焼結工程
脱脂工程の終了後に、図８（ａ）に示すように、焼結炉用治具（図示省略）を用いて、成形体２７Ｆを焼結炉１０１の所定位置にセットすると共に、ロータ軸９の端部（左端部）を成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入する。なお、ロータ軸９のアウターフランジ６１の外径（換言すれば、ロータ軸９の端面の面積）は、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆの内径、及び成形体２７Ｆにおけるインナーフランジに相当する部位６３Ｆの内径（換言すれば、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆの横断面積、及び成形体２７Ｆにおけるインナーフランジに相当する部位６３Ｆの内側の横断面積）よりも小さいものである。
【００５４】
そして、焼結炉１０１内を真空雰囲気中に保ちつつ、ロータ軸９の端部を成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入させた状態で、焼結炉１０１のヒータ（図示省略）によって成形体２７Ｆを所定の焼結温度まで加熱して、成形体２７Ｆを焼成して焼結させる。これにより、図８（ｂ）に示すように、成形体２７Ｆを高密度化して最終形状まで熱収縮させて、成形体２７Ｆからなるタービンインペラ２７を作製することができる共に、成形体２７Ｆの熱収縮によって、タービンホイール５５のインナーフランジ６３をロータ軸９のアウターフランジ６１に係止させかつタービンホイール５５の突起６７をロータ軸９の溝６５に係合させた状態で、タービンホイール５５とロータ軸９を接合することができる。なお、タービンホイール５５のインナーフランジ６３の内径（換言すれば、タービンホイール５５のインナーフランジ６３の内側の横断面積）は、ロータ軸９のアウターフランジ６１の外径（換言すれば、ロータ軸９の端面の面積）よりも小さく、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、ロータ軸９のアウターフランジ６１の外径（換言すれば、ロータ軸９の端面の面積）と同じになっている。
【００５５】
以上により、ロータ軸９とタービンインペラ２７とを備えてなるロータアセンブリ２９を製造することができる。
【００５６】
続いて、第２実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５７】
タービンインペラ２７が射出工程、脱脂工程、及び焼結工程を経ることによって作製されるため、換言すれば、精密鋳造に比べて寸法精度及び形状精度に優れた金属粉末射出成形法によってタービンインペラ２７が製作されているため、焼結後の成形体２７Ｆに機械加工を行うことなく、タービンインペラ２７の嵌合穴５９の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができる。
【００５８】
また、ロータ軸９の端部を成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入させた状態で、成形体２７Ｆを焼成して焼結させることにより、タービンインペラ２７を作製する他に、成形体２７Ｆの熱収縮によって、タービンホイール５５のインナーフランジ６３をロータ軸９のアウターフランジ６１に係止させかつタービンホイール５５の突起６７をロータ軸９の溝６５に係合させた状態で、タービンホイール５５とロータ軸９を接合するため、タービンインペラ２７とロータ軸９との接合処理、及びロータ軸９に対するタービンホイール５５の抜け止め・回り止め処理をタービンインペラ２７の作製に付随して同時に行うことができる。
【００５９】
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。
【００６０】
（第２実施形態の変形例）
第２実施形態の変形例に係るロータアセンブリの製造方法について図９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。
【００６１】
図９に示すように、第２実施形態の変形例に係るロータアセンブリの製造方法は、第１実施形態の変形例に係るロータアセンブリ２９Ａを製造するための方法である。そして、第２実施形態の変形例に係るにおける射出工程においては、ロータアセンブリ２９Ａにおけるタービンホイール５５の中抜き穴６９の最終形状を反転する形状と相似形の外形面を有した中子１０３を用い、中子１０３を射出成形用金型７１のキャビティ８９の中心部に位置するようセットした状態で、キャビティ８９に耐熱金属粉末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８９内にバインダを硬化させる。これにより、先端面の中心部に中抜き穴に相当する部位を有した成形体（図示省略、第１実施形態に係る成形体２７Ｆ参照）を成形する。
【００６２】
なお、中子１０３を用いる点を除き、第２実施形態の変形例に係るロータアセンブリの製造方法は、第２実施形態に係るロータアセンブリの製造方法と略同じ構成を有している。
【００６３】
第２実施形態の変形例によると、前述の第１実施形態の作用を奏する他に、射出工程において、先端面の中心部に中抜き穴に相当する部位を有した成形体Ｆを成形しているため、焼結前の成形体におけるタービン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。
【００６４】
従って、第２実施形態の変形例によれば、第１実施形態の変形例と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
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、ロータ軸９とタービンインペラ２７とからなるロータアセンブリに適用した技術的思想をロータ軸９とコンプレッサインペラ１３とからなるロータアセンブリに適用する等、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】
【００６６】
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
２７Ｆ 成形体
２９ ロータアセンブリ
２９Ａ ロータアセンブリ
３１ 可変ノズルユニット
４１ 可変ノズル
５５ タービンホイール
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 アウターフランジ
６３ インナーフランジ
６５ 溝
６７ 突起
６９ 穴
７１ 射出成形用金型
７５ 射出成形用一体型
７７ 副成形面
８１ ガイドブロック
８３ 窪み
８５ 射出成形用分割型
８７ 主成形面
８９ キャビティ
９９ 脱脂炉
１０１ 焼結炉
１０３ 中子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機に用いられるロータアセンブリ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用過給機には複数の部品を組み合わせてなる種々のアセンブリが用いられており、アセンブリの１つとしてのロータアセンブリ（ロータユニット）は、ロータ軸と、このロータ軸の端部に同軸上に一体的に設けられたタービンインペラ（インペラの一例）とを備えている（特許文献１参照）。また、タービンインペラは、精密鋳造によって成形された成形体からなるものであって、タービンインペラの背面中心部には、ロータ軸の端部と嵌合可能な円形の嵌合穴が形成されている。そして、ロータアセンブリを製造するには、次のように行う。
【０００３】
即ち、精密鋳造によって背面に嵌合穴に相当する部位を有した成形体を成形する。次に、成形体における嵌合穴に相当する部位の内周面に対して機械加工を行うことにより、嵌合穴を所定の寸法及び形状に仕上げて、タービンインペラの作製を終了する。そして、ロータ軸の端部をタービンインペラの嵌合穴に嵌合させて、電子ビーム溶接によってタービンインペラとロータ軸の端部を接合する。以上により、ロータ軸とタービンインペラを具備したロータアセンブリの製造を終了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５４６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロータアセンブリの回転バランスを十分に確保するには、タービンインペラの嵌合穴（嵌合穴の内周面）の寸法精度及び形状精度を高くする必要がある。一方、タービンインペラの構成材料として使用されるインコネル等の耐熱合金は難加工材であって、機械加工によって嵌合穴を高い寸法精度及び形状精度に仕上げることは非常に厄介である。そのため、機械加工による仕上げに多くの時間を要し、一連のロータアセンブリの製造時間が長くなり、ロータアセンブリの生産性（製造性）及びロータアセンブリの製造の作業性を向上させることが困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のロータアセンブリ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】
【０００７】
本発明の第１の特徴は、過給機に用いられるロータアセンブリ（ロータユニット）において、ロータ軸と、前記ロータ軸の端部に同軸上に一体的に設けられ、金属粉末射出成形によって成形された成形体を焼結してなるものであって、背面中心部に前記ロータ軸の端部と嵌合可能な円形の嵌合穴が形成されたインペラと、を備え、前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に前記ロータ軸の端部を挿入させた状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸が接合するようになっていることを要旨とする。
【０００８】
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。
【０００９】
第１の特徴によると、前記インペラが金属粉末射出成形によって成形された前記成形体を焼結してなるものであるため、換言すれば、精密鋳造に比べて寸法精度及び形状精度に優れた金属粉末射出成形法によって前記インペラが製作されているため、焼結後の前記成形体に機械加工を行うことなく、前記インペラの前記嵌合穴の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができる。
【００１０】
また、前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に前記ロータ軸の端部を挿入させた状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸が接合するようになっているため、前記インペラの作製終了後に前記インペラと前記ロータ軸との接合を別個に行うのではなく、前記インペラと前記ロータ軸との接合を前記インペラの作製に付随して同時に行うことができる。
【００１１】
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の特徴からなるロータアセンブリを備えたことを要旨とする。
【００１２】
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。
【００１３】
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背面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、前記ロータ軸の端部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させた状態で、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を作製すると共に、前記成形体の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸を接合する焼結工程と、を備えたことを要旨とする。
【００１４】
第３の特徴によると、前記インペラが前記射出工程、前記脱脂工程、及び前記焼結工程を経ることによって作製されるため、換言すれば、精密鋳造に比べて寸法精度及び形状精度に優れた金属粉末射出成形法によって前記インペラが製作されているため、焼結後の前記成形体に機械加工を行うことなく、前記インペラの前記嵌合穴の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができる。
【００１５】
また、前記ロータ軸の端部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させた状態で、前記成形体を焼成して焼結させることにより、前記インペラを作製する他に、前記成形体の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸を接合するため、前記インペラの作製終了後に前記インペラと前記ロータ軸との接合処理を別個に行うのではなく、前記インペラと前記ロータ軸との接合処理を前記インペラの作製に付随して同時に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、機械加工による仕上げを行うことなく、前記インペラの前記嵌合穴の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができると共に、前記インペラと前記ロータ軸との接合処理を前記インペラの作製に付随して同時に行うことができるため、前記ロータアセンブリの製造に要する時間を短くして、前記ロータアセンブリの生産性（製造性）及び前記ロータアセンブリの製造の作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】図４（ａ）は、図３における矢視部IVAの拡大図、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるIVB-IVB線に沿った断面図である。
【図５】第１実施形態の変形例に係るタービンインペラの断面図である。
【図６】第２実施形態に係るインペラの製造方法における射出工程を説明する図である。
【図７】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８】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９】第２実施形態の変形例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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、ロータ軸９の右端部は、コンプレッサハウジング１１内に位置してあって、ロータ軸９の右端部には、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が一体的に設けられている。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、ロータ軸９の右端部には、コンプレッサホイール１５が同軸上に一体的に設けられており、コンプレッサホイール１５は、コンプレッサインペラ１３の軸心（換言すれば、コンプレッサホイール１５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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、ロータ軸９の左端部は、タービンハウジング２５内に位置してあって、ロータ軸９の左端部には、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が同軸上に一体的に設けられている。ここで、ロータ軸９とタービンインペラ２７とからロータアセンブリ（ロータユニット）２９が構成される。なお、ロータアセンブリ２９の具体的な構成要素については、後述する。
【００２４】
タービンハウジング２５内には、可変ノズルユニット３１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３１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３３が取付リング３５を介して設けられており、このノズルリング３３には、シュラウドリング３７が複数（１つのみ図示）の連結ピン３９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３３とシュラウドリング３７の間には、複数枚の可変ノズル４１が周方向に間隔を置いて設けられており、各可変ノズル４１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４１のノズル軸４３は、特許文献１に示すように、同期機構４５によって連動連結してある。
【００２５】
なお、ベアリングハウジング３の左側下部には、伝動軸４７が回動可能に設けられており、この伝動軸４７の右端部は、複数枚の可変ノズル４１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４９を介して接続（連動連結）してあって、伝動軸４７の左端部は、同期機構４５に接続してある。
【００２６】
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５１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５１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５３が形成されており、このガス排出口５３は、タービンスクロール流路５１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。
【００２７】
続いて、第１実施形態の要部であるロータアセンブリ２９の具体的な構成について説明する。
【００２８】
図３に示すように、ロータアセンブリ２９は、前述のように、左右方向へ延びたロータ軸９と、このロータ軸９の左端部に同軸上に一体的に設けられたタービンインペラ２７とを備えている。そして、タービンインペラ２７は、金属粉末射出成形によって成形された成形体２７Ｆ（図７及び図８（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２７は、ロータ軸９の左端部に一体的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、タービンインペラ２７の軸心（換言すれば、タービンホイール５５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（タービンホイール５５）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３７のシュラウド（内壁面）に沿うように延びている。
【００２９】
タービンホイール５５の背面中心部には、ロータ軸９の左端部と嵌合可能な円形の嵌合穴５９が形成されている。そして、タービンホイール５５とロータ軸９は、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆにロータ軸９を挿入させた状態で、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によって接合されるようになっている。
【００３０】
ロータ軸９の左端部の周縁には、径方向外側に突出したアウターフランジ６１（アウター突出部の一例）が形成されており、タービンホイール５５の嵌合穴５９の周縁には、径方向内側に突出したインナーフランジ６３（インナー突出部の一例）が形成されてあって、タービンホイール５５のインナーフランジ６３は、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によってロータ軸９のアウターフランジ６１に係止するようになっている。また、ロータ軸９の左端部の外周面には、ロータ軸９の軸方向へ延びた溝６５がアウターフランジ６１を横断するように形成されており、タービンホイール５５の嵌合穴５９の内周面には、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によって溝６５に係合する突起６７が形成されている。
【００３１】
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。
【００３２】
ガス取入口からタービンスクロール流路５１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。
【００３３】
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４１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４１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４１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）。
【００３４】
前述の車両用過給機１による通常の作用を奏する他に、タービンホイール５５が金属粉末射出成形によって成形された成形体２７Ｆを焼結してなるものであるため、換言すれば、精密鋳造に比べて寸法精度及び形状精度に優れた金属粉末射出成形法によってタービンインペラ２７が製作されているため、焼結後の成形体２７Ｆに機械加工を行うことなく、タービンホイール５５の嵌合穴５９の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができる。
【００３５】
また、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆにロータ軸９の左端部を挿入させた状態で、成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によってタービンホイール５５とロータ軸９が接合するようになっているため、タービンインペラ２７の作製終了後にタービンホイール５５とロータ軸９との接合処理を別個に行うのではなく、タービンホイール５５とロータ軸９との接合処理をタービンインペラ２７の作製に付随して同時に行うことができる。更に、タービンホイール５５のインナーフランジ６３が成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によってロータ軸９のアウターフランジ６１に係止すると共に、タービンホイール５５の突起６７が成形体２７Ｆの焼結時の熱収縮によって溝６５に係合するため、ロータ軸９に対するタービンホイール５５の抜け止め・回り止め処理もタービンインペラ２７の作製に付随して同時に行うことができる（車両用過給機１（ロータアセンブリ２９）による特有の作用）。
【００３６】
従って、第１実施形態によれば、機械加工による仕上げを行うことなく、タービンインペラ２７の嵌合穴５９の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができると共に、タービンホイール５５とロータ軸９との接合処理、及びロータ軸９に対するタービンホイール５５の抜け止め・回り止め処理をタービンインペラ２７の作製に付随して同時に行うことができるため、ロータアセンブリ２９の製造に要する時間を短くして、ロータアセンブリ２９の生産性（製造性）及びロータアセンブリ２９の製造の作業性を向上させることができる。
【００３７】
（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例に係るロータユニットについて図５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。
【００３８】
図５に示すように、第１実施形態の変形例に係るロータアセンブリ２９Ａにあっては、第１実施形態に係るロータアセンブリ２９と異なり、タービンホイール５５の先端面の中心部に軸方向（タービンインペラ２７の軸方向）へ延びた円形の中抜き穴６９が形成されている。
【００３９】
なお、タービンホイール５５の先端面の中心部に中抜き穴６９が形成されている点を除き、第１実施形態の変形例に係るロータアセンブリ２９Ａは、第１実施形態に係るロータアセンブリ２９と略同じ構成を有している。
【００４０】
第１実施形態の変形例によると、前述の第１実施形態の作用を奏する他に、タービンホイール５５の先端面の中心部に軸方向へ延びた円形の中抜き穴６９が形成されているため、換言すれば、焼結前の成形体（図示省略、第１実施形態に係る成形体２７Ｆ参照）は先端面の中心部に中抜き穴に相当する部位を有しているため、焼結前の成形体におけるタービン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。
【００４１】
従って、第１実施形態の変形例によれば、前述の第１実施形態の効果に加えて、焼結前の成形体におけるタービン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、成形体の焼結の際に、成形体におけるタービン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、タービンインペラ２７を安定的に製造することができる。
【００４２】
［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６から図８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。
【００４３】
図６に示すように、第２実施形態に係る射出成形用金型７１は、第２実施形態に係るロータアセンブリ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７１の具体的な構成は、次のようになる。
【００４４】
即ち、射出成形機における固定フレーム７３の左側には、射出成形用一体型７５が着脱可能に設けられており、この射出成形用一体型７５は、左側に、タービンインペラ２７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７７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７９の右側には、ガイドブロック８１が着脱可能に設けられており、このガイドブロック８１の右側には、円錐台状の窪み８３が形成されている。そして、ガイドブロック８１の窪み８３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８５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８５は、射出成形用一体型７５に対向してあって、内側に、タービンインペラ２７の背面を除くタービンインペラ２７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８７を有している。ここで、複数の射出成形用分割型８５は、射出成形用一体型７５と非接触状態にある場合に、可動フレーム７９を左右方向へ移動させると、射出成形用一体型７５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７５と接触状態にある場合に、可動フレーム７９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。
【００４５】
射出成形用金型７１の型締め時に、射出成形用一体型７５の副成形面７７と複数の射出成形用分割型８５の主成形面８７によってキャビティ８９が区画されるようになっている。また、射出成形用一体型７５の副成形面７７には、複数のゲート９１が形成されており、射出成形用一体型７５の内部には、複数のゲート９１に連通したランナー９３が形成されてあって、ランナー９３は、射出成形機における射出ノズル９５にスプール９７を介して接続可能である。
【００４６】
続いて、第２実施形態に係るロータアセンブリの製造方法の具体的な構成について説明する。
【００４７】
第２実施形態に係るロータアセンブリの製造方法は、第１実施形態に係るロータアセンブリ２９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。
【００４８】
(i)射出工程
図６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７９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８５を一体的に右方向へ移動させて、射出成形用一体型７５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７９を複数の射出成形用分割型８５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８５を径方向内側へ収縮移動させて、射出成形用金型７１の型締めを行う。
【００４９】
射出成形用金型７１の型締めの完了後に、射出ノズル９５からスプール９７、ランナー９３、ゲート９１を経由してキャビティ８９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８９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２７の最終形状と相似形であってかつ背面中心部に嵌合穴に相当する部位５９Ｆを有した成形体２７Ｆ（図７参照）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。
【００５０】
キャビティ８９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７９を複数の射出成形用分割型８５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８５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７９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８５を一体的に左方向へ移動させて、射出成形用金型７１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２７Ｆを射出成形用金型７１から取り外す。
【００５１】
(ii)脱脂工程（除去工程）
射出工程の終了後に、図７に示すように、脱脂炉用治具（図示省略）を用いて、成形体２７Ｆを脱脂炉９９の所定位置にセットする。そして、脱脂炉９９内を窒素ガス雰囲気中に保ちつつ、脱脂炉９９のヒータ（図示省略）によって成形体２７Ｆを所定の脱脂温度まで加熱する。これにより、成形体２７Ｆに含まれるバインダを脱脂（除去）することができる。
【００５２】
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。
【００５３】
(iii)焼結工程
脱脂工程の終了後に、図８（ａ）に示すように、焼結炉用治具（図示省略）を用いて、成形体２７Ｆを焼結炉１０１の所定位置にセットすると共に、ロータ軸９の端部（左端部）を成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入する。なお、ロータ軸９のアウターフランジ６１の外径（換言すれば、ロータ軸９の端面の面積）は、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆの内径、及び成形体２７Ｆにおけるインナーフランジに相当する部位６３Ｆの内径（換言すれば、成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆの横断面積、及び成形体２７Ｆにおけるインナーフランジに相当する部位６３Ｆの内側の横断面積）よりも小さいものである。
【００５４】
そして、焼結炉１０１内を真空雰囲気中に保ちつつ、ロータ軸９の端部を成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入させた状態で、焼結炉１０１のヒータ（図示省略）によって成形体２７Ｆを所定の焼結温度まで加熱して、成形体２７Ｆを焼成して焼結させる。これにより、図８（ｂ）に示すように、成形体２７Ｆを高密度化して最終形状まで熱収縮させて、成形体２７Ｆからなるタービンインペラ２７を作製することができる共に、成形体２７Ｆの熱収縮によって、タービンホイール５５のインナーフランジ６３をロータ軸９のアウターフランジ６１に係止させかつタービンホイール５５の突起６７をロータ軸９の溝６５に係合させた状態で、タービンホイール５５とロータ軸９を接合することができる。なお、タービンホイール５５のインナーフランジ６３の内径（換言すれば、タービンホイール５５のインナーフランジ６３の内側の横断面積）は、ロータ軸９のアウターフランジ６１の外径（換言すれば、ロータ軸９の端面の面積）よりも小さく、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、ロータ軸９のアウターフランジ６１の外径（換言すれば、ロータ軸９の端面の面積）と同じになっている。
【００５５】
以上により、ロータ軸９とタービンインペラ２７とを備えてなるロータアセンブリ２９を製造することができる。
【００５６】
続いて、第２実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５７】
タービンインペラ２７が射出工程、脱脂工程、及び焼結工程を経ることによって作製されるため、換言すれば、精密鋳造に比べて寸法精度及び形状精度に優れた金属粉末射出成形法によってタービンインペラ２７が製作されているため、焼結後の成形体２７Ｆに機械加工を行うことなく、タービンインペラ２７の嵌合穴５９の寸法精度及び形状精度を十分に高めることができる。
【００５８】
また、ロータ軸９の端部を成形体２７Ｆにおける嵌合穴に相当する部位５９Ｆに挿入させた状態で、成形体２７Ｆを焼成して焼結させることにより、タービンインペラ２７を作製する他に、成形体２７Ｆの熱収縮によって、タービンホイール５５のインナーフランジ６３をロータ軸９のアウターフランジ６１に係止させかつタービンホイール５５の突起６７をロータ軸９の溝６５に係合させた状態で、タービンホイール５５とロータ軸９を接合するため、タービンインペラ２７とロータ軸９との接合処理、及びロータ軸９に対するタービンホイール５５の抜け止め・回り止め処理をタービンインペラ２７の作製に付随して同時に行うことができる。
【００５９】
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。
【００６０】
（第２実施形態の変形例）
第２実施形態の変形例に係るロータアセンブリの製造方法について図９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。
【００６１】
図９に示すように、第２実施形態の変形例に係るロータアセンブリの製造方法は、第１実施形態の変形例に係るロータアセンブリ２９Ａを製造するための方法である。そして、第２実施形態の変形例に係るにおける射出工程においては、ロータアセンブリ２９Ａにおけるタービンホイール５５の中抜き穴６９の最終形状を反転する形状と相似形の外形面を有した中子１０３を用い、中子１０３を射出成形用金型７１のキャビティ８９の中心部に位置するようセットした状態で、キャビティ８９に耐熱金属粉末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８９内にバインダを硬化させる。これにより、先端面の中心部に中抜き穴に相当する部位を有した成形体（図示省略、第１実施形態に係る成形体２７Ｆ参照）を成形する。
【００６２】
なお、中子１０３を用いる点を除き、第２実施形態の変形例に係るロータアセンブリの製造方法は、第２実施形態に係るロータアセンブリの製造方法と略同じ構成を有している。
【００６３】
第２実施形態の変形例によると、前述の第１実施形態の作用を奏する他に、射出工程において、先端面の中心部に中抜き穴に相当する部位を有した成形体Ｆを成形しているため、焼結前の成形体におけるタービン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。
【００６４】
従って、第２実施形態の変形例によれば、第１実施形態の変形例と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
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、ロータ軸９とタービンインペラ２７とからなるロータアセンブリに適用した技術的思想をロータ軸９とコンプレッサインペラ１３とからなるロータアセンブリに適用する等、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】
【００６６】
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
２７Ｆ 成形体
２９ ロータアセンブリ
２９Ａ ロータアセンブリ
３１ 可変ノズルユニット
４１ 可変ノズル
５５ タービンホイール
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 アウターフランジ
６３ インナーフランジ
６５ 溝
６７ 突起
６９ 穴
７１ 射出成形用金型
７５ 射出成形用一体型
７７ 副成形面
８１ ガイドブロック
８３ 窪み
８５ 射出成形用分割型
８７ 主成形面
８９ キャビティ
９９ 脱脂炉
１０１ 焼結炉
１０３ 中子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機に用いられるロータアセンブリにおいて、
ロータ軸と、
前記ロータ軸の端部に同軸上に一体的に設けられ、金属粉末射出成形によって成形された成形体を焼結してなるものであって、背面中心部に前記ロータ軸の端部と嵌合可能な円形の嵌合穴が形成されたインペラと、を備え、
前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に前記ロータ軸の端部を挿入させた状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸が接合するようになっていることを特徴とするロータアセンブリ。
【請求項２】
前記ロータ軸の端部の外周面に、軸方向へ延びた溝が形成され、
前記インペラの前記嵌合穴の内周面に、前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記溝に係合する突起が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータアセンブリ。
【請求項３】
前記ロータ軸の端部の周縁に、径方向外側に突出したアウター突出部が形成され、前記インペラの前記嵌合穴の周縁に、径方向内側に突出しかつ前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記ロータ軸の前記アウター突出部に係止するインナー突出部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のロータアセンブリ。
【請求項４】
前記インペラの先端面に軸方向へ延びた円形の中抜き穴が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載のロータアセンブリ。
【請求項５】
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から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載のロータアセンブリを備えたことを特徴とする過給機。
【請求項６】
請求項１に記載のロータアセンブリを製造するための製造方法において、
前記インペラ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背面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、前記ロータ軸の端部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させた状態で、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を作製すると共に、前記成形体の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸を接合する焼結工程と、を備えたことを特徴とするロータアセンブリの製造方法。
【請求項１】
過給機に用いられるロータアセンブリにおいて、
ロータ軸と、
前記ロータ軸の端部に同軸上に一体的に設けられ、金属粉末射出成形によって成形された成形体を焼結してなるものであって、背面中心部に前記ロータ軸の端部と嵌合可能な円形の嵌合穴が形成されたインペラと、を備え、
前記成形体における前記嵌合穴に相当する部位に前記ロータ軸の端部を挿入させた状態で、前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸が接合するようになっていることを特徴とするロータアセンブリ。
【請求項２】
前記ロータ軸の端部の外周面に、軸方向へ延びた溝が形成され、
前記インペラの前記嵌合穴の内周面に、前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記溝に係合する突起が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータアセンブリ。
【請求項３】
前記ロータ軸の端部の周縁に、径方向外側に突出したアウター突出部が形成され、前記インペラの前記嵌合穴の周縁に、径方向内側に突出しかつ前記成形体の焼結時の熱収縮によって前記ロータ軸の前記アウター突出部に係止するインナー突出部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のロータアセンブリ。
【請求項４】
前記インペラの先端面に軸方向へ延びた円形の中抜き穴が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載のロータアセンブリ。
【請求項５】
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から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載のロータアセンブリを備えたことを特徴とする過給機。
【請求項６】
請求項１に記載のロータアセンブリを製造するための製造方法において、
前記インペラ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背面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、前記ロータ軸の端部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させた状態で、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を作製すると共に、前記成形体の熱収縮によって前記インペラと前記ロータ軸を接合する焼結工程と、を備えたことを特徴とするロータアセンブリの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２７５８８０（Ｐ２０１０−２７５８８０Ａ）
【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２００９−１２６８１６（Ｐ２００９−１２６８１６）
【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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