ロータ
【課題】溶接できない材質で形成された回転翼と金属製の回転軸とを、圧入工程を用いることなく一体的に接続したロータを提供する。
【解決手段】本発明のロータ５は、軸部７２を備え軸部７２の中心軸周りに回転する回転翼７と、軸部７２に設けられ略リング状を呈するスリーブ９と、スリーブ９に一体的に接続される回転軸６と、を有し、軸部７２は周面の外側に突出する凸部７２Ａを備え、回転軸６は回転方向で凸部７２Ａと係合する凹部６２Ａを備え、スリーブ９は中心軸方向で軸部７２と係合する係合部９Ｃを備えるという構成を採用する。
【解決手段】本発明のロータ５は、軸部７２を備え軸部７２の中心軸周りに回転する回転翼７と、軸部７２に設けられ略リング状を呈するスリーブ９と、スリーブ９に一体的に接続される回転軸６と、を有し、軸部７２は周面の外側に突出する凸部７２Ａを備え、回転軸６は回転方向で凸部７２Ａと係合する凹部６２Ａを備え、スリーブ９は中心軸方向で軸部７２と係合する係合部９Ｃを備えるという構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転翼を備えるロータに関わり、特に高温環境下で使用されるロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転翼を備え高温環境下で使用されるロータとして、例えばターボチャージャに用いられ、タービンインペラ（回転翼）を備えるロータが挙げられる。
ターボチャージャは、エンジンから排出される排気ガスの流動によりタービンインペラを回転させ、その回転エネルギーによりエンジンに供給される空気を過給し、エンジンの性能向上を図る装置である。タービンインペラは高温の排気ガスが直接に当たることで回転するため、タービンインペラの材質は高温に耐えうるものが選択される。また、ターボチャージャの応答性向上のため、タービンインペラを軽量化することが求められている。
そのため、タービンインペラの材質として、耐熱性に優れかつ軽量であるセラミックやチタンアルミ等の材質が用いられている。ここで、特許文献１には、略円柱状を呈する軸部を備えたセラミック製のタービンインペラと、上記軸部に接続される金属性の回転軸とを有するロータが開示されている。
【０００３】
セラミックやチタンアルミ等は、溶接を用いて金属と接続することができない。そこで、特許文献１には、タービンインペラの軸部は該軸部に対応した形状に形成された孔部を備える略円筒状の部材に圧入され、該円筒状部材と金属製の回転軸とを溶接することで、タービンインペラと回転軸とを一体的に接続したロータが開示されている。
【特許文献１】特開平７−３３２０９８号公報（第４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロータは例えば１０万ｒｐｍ程度の高速で回転することがあり、タービンインペラと回転軸とを強固に接続することが必要となる。また、タービン効率を向上させるために、予めロータのバランスを調整することが行われている。
しかし、特許文献１に示すロータでは、円筒状部材と回転軸とは溶接で一体的に接続されているものの、タービンインペラと円筒状部材とは圧入によって接続されているため、回転方向及び回転軸方向は摩擦力のみで固定されている。そのため、回転や回転に伴う振動等によって、タービンインペラの回転軸に対する相対的な位置がずれ、ロータのバランスが崩れることでタービン効率が低下する虞があるという問題や、タービンインペラと回転軸とが分離する虞があるという問題があった。
【０００５】
また、セラミック製のタービンインペラにおける軸部を金属製の略円柱状部材に圧入する工程では、金属同士の圧入工程に比べ高度な技術を要するため、製造の手間やコストが上昇するといった問題もあった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溶接できない材質で形成された回転翼と金属製の回転軸とを、圧入工程を用いることなく一体的に接続したロータ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】
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。
本発明のロータは、軸部を備え軸部の中心軸周りに回転する回転翼と、軸部に設けられ略リング状を呈するスリーブと、スリーブに一体的に接続される回転軸と、を有し、軸部は、周面の外側に突出する凸部と、回転方向で上記凸部と係合する凹部との一方を備え、回転軸は、周面の外側に突出する上記凸部と、回転方向で上記凸部と係合する上記凹部との他方を備え、スリーブは、中心軸方向で軸部と係合する係合部を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、回転翼における軸部の中心軸周りでの回転に、回転軸が追従することができる。また、本発明では、回転翼における軸部の軸方向での移動に、スリーブ及び回転軸が追従することができる。また、本発明では、圧入工程を用いずに回転翼を備えるロータを製造することができる。
【０００８】
また、本発明のロータは、スリーブと回転軸とが中心軸方向で軸部を挟持するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、回転翼における軸部の軸方向での移動に、スリーブ及び回転軸が完全に追従することができる。
【０００９】
また、本発明のロータは、軸部が、周面の外側に突出する第２凸部と、回転方向で第２凸部と係合する第２係合部との一方を備え、スリーブが、周面の外側に突出する第２凸部と、回転方向で第２凸部と係合する第２係合部との他方を備え、スリーブと回転軸とが軸部に対して互いに逆方向に回転させた状態で接続されるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、回転翼における軸部の中心軸周りでの回転に、スリーブ及び回転軸が完全に追従することができる。
【００１０】
また、本発明のロータは、凸部、凹部、係合部、第２凸部及び第２係合部は、いずれも周方向に関して略等間隔で複数設けられているという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、ロータの回転軸周りにおけるバランスを均一なものとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
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、溶接できない材質で形成された回転翼と金属製の回転軸とを、圧入工程を用いることなく一体的に接続することができることから、長期に亘り回転翼と回転軸との分離や相対的な位置の変化を防止することができるという効果がある。また、本発明によれば、圧入工程を用いないことから、製造の手間やコストを減少させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るロータを、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係るロータ５が設けられたターボチャージャＴの全体構成を示す概略図、図２は、第１の実施形態に係るロータ５の概略図であり、（ａ）はロータ５の側面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線視断面図、図３は、第１の実施形態におけるタービン軸６の概略図であり、（ａ）はタービン軸６の側面図、（ｂ）は正面図、図４は、第１の実施形態におけるタービンインペラ７の概略図であり、（ａ）はタービンインペラ７の側面図、（ｂ）は背面図、図５は、第１の実施形態におけるスリーブ９の概略図であり、（ａ）はスリーブ９の側面図、（ｂ）は背面図である。なお、上記図面中の矢印Ｆは前方向を示す。また、上記図面中では、説明のために各構成要素の縮尺を適宜変更して記載している。
【００１３】
まず、本実施形態に係るロータ５が設けられたターボチャージャＴの全体構成を、図１を参照して説明する。
ターボチャージャＴは、不図示のエンジンから導かれる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する装置である。
図１に示すように、ターボチャージャＴは、タービンハウジング１と、軸受けハウジング２と、シールプレート３と、コンプレッサハウジング４とが前側より順次配置され一体的に設けられた構成となっている。
【００１４】
軸受けハウジング２には、前後方向で延びるロータ５がベアリング２１を介して回転自在に支持されている。ロータ５は、後述するように、軸状のタービン軸（回転軸）６と、タービン軸６の前端部に接続されるタービンインペラ（回転翼）７と、タービン軸６の後端部に接続されるコンプレッサインペラ８とを有している。なお、タービンインペラ７はタービンハウジング１内に設置され、コンプレッサインペラ８はコンプレッサハウジング４内に設置されている。
【００１５】
タービンハウジング１は、タービンインペラ７の径方向外側で略環状に形成されるタービンスクロール流路１１と、排気ガスの排気口であるタービンハウジング出口１２とを有している。
タービンスクロール流路１１は、排気ガスを導入するための不図示のガス流入口と連通している。また、タービンスクロール流路１１は、タービンインペラ７の設置箇所を介してタービンハウジング出口１２に連通している。タービンハウジング出口１２は、不図示の排気ガス浄化装置に接続されている。
【００１６】
コンプレッサハウジング４は、後側に開口し不図示のエアクリーナに接続される吸気口４１と、コンプレッサインペラ８の径方向外側で略環状に形成されるコンプレッサスクロール流路４２とを有している。また、シールプレート３とコンプレッサハウジング４との間には、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路４３がコンプレッサインペラ８の径方向外側で略環状に形成されている。
吸気口４１は、コンプレッサインペラ８の設置箇所を介してディフューザ流路４３に連通しており、ディフューザ流路４３は、コンプレッサスクロール流路４２に連通している。
【００１７】
次に、本実施形態に係るロータ５の構成を、図２ないし図５を参照して説明する。
図２に示すように、ロータ５は、前後方向で延びる軸状のタービン軸（回転軸）６と、タービン軸６の前端部に一体的に接続されるタービンインペラ（回転翼）７と、タービン軸６の後端部に一体的に接続されるコンプレッサインペラ８と、タービン軸６とタービンインペラ７との接続部に設けられるスリーブ９とを有している。
【００１８】
図３に示すように、タービン軸６は、前後方向で延びる軸６１と、軸６１の前端部に一体的に接続され略環状を呈するリング部６２とを有している。タービン軸６の材質は強度の高いものが好ましく、例えばクロムモリブデン鋼が用いられる。
軸６１の前端部には、前側に対向する垂直面である端面６１Ａが形成されている。リング部６２の内周面には、その周方向に関して略等間隔で、軸６１の軸方向に延びる凹部６２Ａが２つ形成されている。
【００１９】
図４に示すように、タービンインペラ７は、複数の翼がタービン軸６（図２参照）の回転軸周りに等間隔で配置された翼部７１と、翼部７１の後側から突出する略円柱状の軸部７２とを有している。タービンインペラ７の材質は軽量で耐熱性及び強度の高いものが好ましく、例えばセラミック又はチタンアルミ等が用いられる。
【００２０】
軸部７２は、タービン軸６におけるリング部６２の内側に貫入できる径で形成されており、軸部７２の後端部に設けられ軸部７２の外周面から径方向外側に突出する凸部７２Ａと、凸部７２Ａの翼部７１側に設けられ軸部７２の外周面から径方向外側に突出する第２凸部７２Ｂと、翼部７１と軸部７２との接続部近傍に設けられ後側に対向する垂直面７２Ｃとを有している。
【００２１】
凸部７２Ａは、前後方向で延びる形状となっており、軸部７２をタービン軸６のリング部６２に貫入させた場合に、タービン軸６の回転方向でリング部６２の凹部６２Ａに係合できる大きさに形成されている。第２凸部７２Ｂは、前後方向で延びる形状となっており、その軸部７２の外周面からの高さは凸部７２Ａの高さよりも低く形成されている。なお、凸部７２Ａ及び第２凸部７２Ｂは、軸部７２の外周面にその周方向に関して略等間隔で各々２つづつ形成されている。
【００２２】
図５に示すように、スリーブ９は、略環状を呈する部材であり、その内側に軸部７２が貫通できる大きさで形成されている。スリーブ９の材質は耐熱性及び強度の高いものが好ましく、例えばインコネル等が用いられる。
スリーブ９の内周面には、第２凹部９Ａと、第２凹部９Ａから周方向に関して全内周の略４分の１ずれた位置に設けられる第２係合部９Ｂとが形成されている。なお、第２凹部９Ａ及び第２係合部９Ｂは、スリーブ９の内周面にその周方向に関して略等間隔で各々２つづつ形成されている。
【００２３】
第２凹部９Ａは、前後方向で延びる形状となっており、軸部７２をスリーブ９に貫通させた場合に、凸部７２Ａが干渉しない大きさで形成されている。第２係合部９Ｂは、前後方向で延びる形状となっており、軸部７２をスリーブ９に貫通させた場合に、第２凸部７２Ｂに係合できる大きさで形成されている。
【００２４】
図２に示すように、コンプレッサインペラ８は、複数の翼がタービン軸６の回転軸周りに等間隔で配置された形状となっており、タービン軸６の後端部にボルト８１によって一体的に接続されている。
【００２５】
続いて、本実施形態に係るロータ５の組立手順を、図２を参照して説明する。
まず、軸部７２にスリーブ９を取り付ける。
軸部７２における凸部７２Ａ及びスリーブ９における第２凹部９Ａの位置を合わせた後、スリーブ９の内側に軸部７２を貫通させ、垂直面７２Ｃにスリーブ９を当接させる。
【００２６】
次に、軸部７２にタービン軸６を取り付ける。
軸部７２における凸部７２Ａ及びリング部６２における凹部６２Ａの位置を合わせた後、リング部６２の内側に軸部７２を貫入させ、スリーブ９にリング部６２の先端を当接させる。この時、軸部７２及びリング部６２は、図２（ｃ）が示す位置関係となっており、タービン軸６の回転方向で凸部７２Ａと凹部６２Ａとが係合している。
【００２７】
次に、タービン軸６とスリーブ９とを接続する。
図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、リング部６２を紙面右回りに回転させつつ、スリーブ９を紙面左回りに回転させ、回転の限度に到達した箇所でスリーブ９とリング部６２との当接面を溶接し一体的に接続する。
【００２８】
溶接には電子ビーム溶接を使用する。電子ビーム溶接にて溶接した場合、溶接面と直交する方向に収縮するという効果があるため、スリーブ９とリング部６２の当接面が前後方向で収縮し、結果として、タービン軸６における軸６１の端面６１Ａとスリーブ９の凸部７２Ａに対向する対向面（係合部）９Ｃとが前後方向で凸部７２Ａを挟持することができる（図２（ｂ）参照）。結果として、タービン軸６、タービンインペラ７及びスリーブ９を回転軸方向に関して遊び無く一体的に接続することができる。
【００２９】
また、スリーブ９とリング部６２とが、軸部７２を中心として、互いに逆方向に回転限度まで回転させた箇所で接合されているため、タービン軸６、タービンインペラ７及びスリーブ９を回転方向に関して遊び無く一体的に接続することができる。
以上で、ロータ５の組立が完了する。
【００３０】
続いて、ターボチャージャＴの過給動作、すなわち、不図示のエンジンから排出される排気ガスの流動によりタービンインペラ７を回転させ、その回転エネルギーによりエンジンに供給される空気を過給する動作について説明する。
【００３１】
エンジンの排気口から排出された排気ガスは、タービンハウジング１のガス流入口を通ってタービンスクロール流路１１へ導入される。そして、排気ガスは、タービンスクロール流路１１からタービンインペラ７の設置箇所に導入される。
排気ガスは翼部７１に当たることでタービンインペラ７を回転させ、その後、タービンハウジング出口１２より排出される。なお、ロータ５におけるタービンインペラ７の凸部７２Ａやタービン軸６の凹部６２Ａ等は、何れも回転方向に関して略等間隔に２つずつ設けられているため、ロータ５の回転に関するバランスを乱さず、回転するにあたり振動等が発生する虞が少ない。
【００３２】
タービンインペラ７は、タービン軸６を介してコンプレッサインペラ８と連結されているため、タービンインペラ７が回転することでコンプレッサインペラ８が回転する。
コンプレッサインペラ８の回転により、吸気口４１から導入された空気がディフューザ流路４３に供給される。空気は、ディフューザ流路４３を通ることで圧縮され昇圧される。昇圧された空気は、コンプレッサスクロール流路４２を通ってエンジンの吸気口に供給される。結果として、エンジンに空気を過給し、エンジンの出力を向上させることができる。
以上で、ターボチャージャＴの過給動作は終了する。
【００３３】
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、溶接できない材質で形成されたタービンインペラ７と金属製のタービン軸６とを、圧入工程を用いることなく一体的に接続することができることから、長期に亘りタービンインペラ７とタービン軸６との分離や相対的な位置の変化を防止することができるという効果がある。また、本発明によれば、圧入工程を用いないことから、製造の手間やコストを減少させることができるという効果がある。
【００３４】
〔第２実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るロータを、図面を参照して説明する。
図６は、第２の実施形態に係るロータ５Ａの概略図であり、（ａ）はロータ５Ａの側面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線視断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ線視断面図、図７は、第２の実施形態におけるタービン軸６Ａの概略図であり、（ａ）はタービン軸６Ａの側面図、（ｂ）は正面図、図８は、第２の実施形態におけるタービンインペラ７Ａの概略図であり、（ａ）はタービンインペラ７Ａの側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線視断面図、図９は、第２の実施形態におけるスリーブ１０の概略図であり、（ａ）はスリーブ１０の側面図、（ｂ）は背面図である。なお、上記図面中の矢印Ｆは前方向を示す。また、上記図面中では、説明のために各構成要素の縮尺を適宜変更して記載している。さらに、上記図面において、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。
【００３５】
本実施形態に係るロータ５Ａが設けられたターボチャージャＴの全体構成及びその過給動作は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００３６】
本実施形態に係るロータ５Ａの構成を、図６ないし図９を参照して説明する。
図６に示すように、ロータ５Ａは、前後方向で延びる軸状のタービン軸（回転軸）６Ａと、タービン軸６Ａの前端部に一体的に接続されるタービンインペラ（回転翼）７Ａと、タービン軸６Ａの後端部に一体的に接続されるコンプレッサインペラ８と、タービン軸６Ａとタービンインペラ７Ａとの接続部に設けられるスリーブ１０とを有している。
【００３７】
図７に示すように、タービン軸６Ａは、前後方向で延びる軸６１と、軸６１の前端部に一体的に接続され略環状を呈するリング部６３とを有している。タービン軸６Ａの材質は強度の高いものが好ましく、例えばクロムモリブデン鋼が用いられる。
リング部６３の内周面には、その周方向に関して略等間隔で、軸６１の軸方向に延びる凸部６３Ａが２つ形成されている。
【００３８】
図８に示すように、タービンインペラ７Ａは、複数の翼がタービン軸６Ａ（図６参照）の回転軸周りに等間隔で配置された翼部７１と、翼部７１の後側から突出する略円柱状の軸部７３とを有している。タービンインペラ７Ａの材質は軽量で耐熱性及び強度の高いものが好ましく、例えばセラミック又はチタンアルミ等が用いられる。
【００３９】
軸部７３は、タービン軸６Ａにおけるリング部６３の内側に貫入できる径で形成されており、軸部７３の後端側外周面に形成される凹部７３Ａと、凹部７３Ａの翼部７１側に設けられ軸部７３の外周面に形成される第２凹部７３Ｂと、翼部７１と軸部７３との接続部近傍に設けられ後側に対向する垂直面７３Ｃとを有している。
【００４０】
凹部７３Ａは、前後方向で延びる形状となっており、軸部７３をタービン軸６Ａのリング部６３に貫入させた場合に、タービン軸６Ａの回転方向でリング部６３の凸部６３Ａに係合できる大きさに形成されている。
第２凹部７３Ｂは、前後方向及び周方向で拡張する形状となっており、周方向に関して軸部７３の全周の略４分の１の長さで形成されている（図８（ｃ）参照）。また、第２凹部７３Ｂにおける軸部７３の外周面からの深さは、凹部７３Ａの深さと同一に形成されている。
なお、凹部７３Ａ及び第２凹部７３Ｂは、軸部７３の外周面にその周方向に関して略等間隔で各々２つづつ形成されている。
【００４１】
図９に示すように、スリーブ１０は、略環状を呈する部材であり、その内側に軸部７３が貫通できる大きさで形成されている。スリーブ１０の材質は耐熱性及び強度の高いものが好ましく、例えばインコネル等が用いられる。
スリーブ１０の内周面には、その周方向に関して略等間隔で、前後方向に延びる第２凸部（係合部）１０Ａが２つ形成されている。第２凸部１０Ａは、軸部７３をスリーブ１０に貫通させた場合に凹部７３Ａと干渉しない大きさで形成され、その大きさはタービン軸６Ａの凸部６３Ａと略同一である。
【００４２】
続いて、本実施形態に係るロータ５Ａの組立手順を、図６を参照して説明する。
まず、軸部７３にスリーブ１０を取り付ける。
軸部７３における凹部７３Ａ及びスリーブ１０における第２凸部１０Ａの位置を合わせた後、スリーブ１０の内側に軸部７３を貫通させ、垂直面７３Ｃにスリーブ１０を当接させる。
【００４３】
次に、軸部７３にタービン軸６Ａを取り付ける。
軸部７３における凹部７３Ａ及びリング部６３における凸部６３Ａの位置を合わせた後、リング部６３の内側に軸部７３を貫入させ、スリーブ１０にリング部６３の先端を当接させる。この時、軸部７３及びリング部６３は、図６（ｃ）が示す位置関係となっており、タービン軸６Ａの回転方向で凸部６３Ａと凹部７３Ａとが係合している。
【００４４】
次に、タービン軸６Ａとスリーブ１０とを接続する。
図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、リング部６３を紙面右回りに回転させつつ、スリーブ１０を紙面左回りに回転させ、回転の限度に到達した箇所でスリーブ１０とリング部６３との当接面を溶接し一体的に接続する。
この時、軸部７３及びスリーブ１０は、図６（ｄ）が示す位置関係となっており、第２凸部１０Ａが第２凹部７３Ｂ内の第２係合部７３Ｄに当接している。
【００４５】
溶接には第１の実施形態と同様に電子ビーム溶接を使用する。結果として、タービン軸６Ａにおける軸６１の端面６１Ａとスリーブ１０の第２凸部（係合部）１０Ａとが前後方向で軸部７３の後側端部を挟持することができる（図６（ｂ）参照）。結果として、タービン軸６Ａ、タービンインペラ７Ａ及びスリーブ１０を回転軸方向に関して遊び無く一体的に接続することができる。
【００４６】
また、スリーブ１０とリング部６３とが、軸部７３を中心として、互いに逆方向に回転限度まで回転させた箇所で接合されているため、タービン軸６Ａ、タービンインペラ７Ａ及びスリーブ１０を回転方向に関して遊び無く一体的に接続することができる。
以上で、ロータ５Ａの組立が完了する。
【００４７】
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、溶接できない材質で形成されたタービンインペラ７Ａと金属製のタービン軸６Ａとを、圧入工程を用いることなく一体的に接続することができることから、長期に亘りタービンインペラ７Ａとタービン軸６Ａとの分離や相対的な位置の変化を防止することができるという効果がある。また、本発明によれば、圧入工程を用いないことから、製造の手間やコストを減少させることができるという効果がある。
【００４８】
なお、前述した実施の形態において示した動作手順、あるいは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プロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４９】
例えば、第１の実施形態では、対向面９Ｃと端面６１Ａとが凸部７２Ａを挟持しているが、タービン軸６とタービンインペラ７との間の軸方向の遊びを完全に無くす必要のない場合は挟持せずともよい。この場合の対向面９Ｃは、タービン軸６とタービンインペラ７とが軸方向で分離することを防ぐ効果を有する。
同様に、第２の実施形態では、第２凸部１０Ａと端面６１Ａとが軸部７３の後側端部を挟持しているが、タービン軸６Ａとタービンインペラ７Ａとの間の軸方向の遊びを完全に無くす必要のない場合は挟持せずともよい。この場合の第２凸部１０Ａは、タービン軸６Ａとタービンインペラ７Ａとが軸方向で分離することを防ぐ効果を有する。
【００５０】
また、第１の実施形態では、第２凸部７２Ｂ及び第２係合部９Ｂが形成されていたが、タービン軸６とタービンインペラ７との間の回転方向の遊びを完全に無くす必要のない場合はこれらを形成せずともよい。この場合は、回転方向は凸部７２Ａと凹部６２Ａとの係合により固定されることになる。
同様に、第２の実施形態では、第２凸部１０Ａを第２係合部７３Ｄに当接させていたが、タービン軸６Ａとタービンインペラ７Ａとの間の回転方向の遊びを完全に無くす必要のない場合は当接させずともよい。この場合は、回転方向は凸部６３Ａと凹部７３Ａとの係合により固定されることになる。
【００５１】
また、上記実施形態では、タービンインペラ７の凸部７２Ａやタービン軸６の凹部６２Ａ等の凹凸部は、何れも回転方向に関して略等間隔に２つずつ設けられているが、３つ以上設けられていてもよい。なお、この場合でも周方向に関して略等間隔で設けられる必要がある。
【００５２】
また、上記実施形態では、スリーブ９又は１０の材質にはインコネル等が用いられているが、排気ガスの温度又は流動方向との関係でスリーブ９又は１０が耐熱性を有する必要のない場合は、他の材質を用いてもよい。例えば、クロムモリブデン鋼を用いてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、スリーブ９とリング部６２との接続又はスリーブ１０とリング部６３との接続は電子ビーム溶接を用いているが、他の接続方法を用いてもよい。例えば、溶接であればアーク溶接、レーザ溶接等を用いてもよい。また、溶接を用いず機械的に接続してもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、ロータ５又は５ＡはターボチャージャＴに設けられていたが、他の装置内で用いてもよい。例えば、ターボチャージャＴと同様に装置内が高温となるものとして、ガスタービンが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１の実施形態に係るロータ５が設けられたターボチャージャＴの全体構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係るロータ５の概略図である。
【図３】第１の実施形態におけるタービン軸６の概略図である。
【図４】第１の実施形態におけるタービンインペラ７の概略図である。
【図５】第１の実施形態におけるスリーブ９の概略図である。
【図６】第２の実施形態に係るロータ５Ａの概略図である。
【図７】第２の実施形態におけるタービン軸６Ａの概略図である。
【図８】第２の実施形態におけるタービンインペラ７Ａの概略図である。
【図９】第２の実施形態におけるスリーブ１０の概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
５…ロータ、５Ａ…ロータ、６…タービン軸（回転軸）、６Ａ…タービン軸（回転軸）６２Ａ…凹部、６３Ａ…凸部、７…タービンインペラ（回転翼）、７Ａ…タービンインペラ（回転翼）、７２…軸部、７２Ａ…凸部、７２Ｂ…第２凸部、７３…軸部、７３Ａ…凹部、７３Ｄ…第２係合部、９…スリーブ、９Ｂ…第２係合部、９Ｃ…対向面（係合部）、１０…スリーブ、１０Ａ…第２凸部、係合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転翼を備えるロータに関わり、特に高温環境下で使用されるロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転翼を備え高温環境下で使用されるロータとして、例えばターボチャージャに用いられ、タービンインペラ（回転翼）を備えるロータが挙げられる。
ターボチャージャは、エンジンから排出される排気ガスの流動によりタービンインペラを回転させ、その回転エネルギーによりエンジンに供給される空気を過給し、エンジンの性能向上を図る装置である。タービンインペラは高温の排気ガスが直接に当たることで回転するため、タービンインペラの材質は高温に耐えうるものが選択される。また、ターボチャージャの応答性向上のため、タービンインペラを軽量化することが求められている。
そのため、タービンインペラの材質として、耐熱性に優れかつ軽量であるセラミックやチタンアルミ等の材質が用いられている。ここで、特許文献１には、略円柱状を呈する軸部を備えたセラミック製のタービンインペラと、上記軸部に接続される金属性の回転軸とを有するロータが開示されている。
【０００３】
セラミックやチタンアルミ等は、溶接を用いて金属と接続することができない。そこで、特許文献１には、タービンインペラの軸部は該軸部に対応した形状に形成された孔部を備える略円筒状の部材に圧入され、該円筒状部材と金属製の回転軸とを溶接することで、タービンインペラと回転軸とを一体的に接続したロータが開示されている。
【特許文献１】特開平７−３３２０９８号公報（第４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロータは例えば１０万ｒｐｍ程度の高速で回転することがあり、タービンインペラと回転軸とを強固に接続することが必要となる。また、タービン効率を向上させるために、予めロータのバランスを調整することが行われている。
しかし、特許文献１に示すロータでは、円筒状部材と回転軸とは溶接で一体的に接続されているものの、タービンインペラと円筒状部材とは圧入によって接続されているため、回転方向及び回転軸方向は摩擦力のみで固定されている。そのため、回転や回転に伴う振動等によって、タービンインペラの回転軸に対する相対的な位置がずれ、ロータのバランスが崩れることでタービン効率が低下する虞があるという問題や、タービンインペラと回転軸とが分離する虞があるという問題があった。
【０００５】
また、セラミック製のタービンインペラにおける軸部を金属製の略円柱状部材に圧入する工程では、金属同士の圧入工程に比べ高度な技術を要するため、製造の手間やコストが上昇するといった問題もあった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溶接できない材質で形成された回転翼と金属製の回転軸とを、圧入工程を用いることなく一体的に接続したロータ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】
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。
本発明のロータは、軸部を備え軸部の中心軸周りに回転する回転翼と、軸部に設けられ略リング状を呈するスリーブと、スリーブに一体的に接続される回転軸と、を有し、軸部は、周面の外側に突出する凸部と、回転方向で上記凸部と係合する凹部との一方を備え、回転軸は、周面の外側に突出する上記凸部と、回転方向で上記凸部と係合する上記凹部との他方を備え、スリーブは、中心軸方向で軸部と係合する係合部を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、回転翼における軸部の中心軸周りでの回転に、回転軸が追従することができる。また、本発明では、回転翼における軸部の軸方向での移動に、スリーブ及び回転軸が追従することができる。また、本発明では、圧入工程を用いずに回転翼を備えるロータを製造することができる。
【０００８】
また、本発明のロータは、スリーブと回転軸とが中心軸方向で軸部を挟持するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、回転翼における軸部の軸方向での移動に、スリーブ及び回転軸が完全に追従することができる。
【０００９】
また、本発明のロータは、軸部が、周面の外側に突出する第２凸部と、回転方向で第２凸部と係合する第２係合部との一方を備え、スリーブが、周面の外側に突出する第２凸部と、回転方向で第２凸部と係合する第２係合部との他方を備え、スリーブと回転軸とが軸部に対して互いに逆方向に回転させた状態で接続されるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、回転翼における軸部の中心軸周りでの回転に、スリーブ及び回転軸が完全に追従することができる。
【００１０】
また、本発明のロータは、凸部、凹部、係合部、第２凸部及び第２係合部は、いずれも周方向に関して略等間隔で複数設けられているという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、ロータの回転軸周りにおけるバランスを均一なものとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
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、溶接できない材質で形成された回転翼と金属製の回転軸とを、圧入工程を用いることなく一体的に接続することができることから、長期に亘り回転翼と回転軸との分離や相対的な位置の変化を防止することができるという効果がある。また、本発明によれば、圧入工程を用いないことから、製造の手間やコストを減少させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るロータを、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係るロータ５が設けられたターボチャージャＴの全体構成を示す概略図、図２は、第１の実施形態に係るロータ５の概略図であり、（ａ）はロータ５の側面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線視断面図、図３は、第１の実施形態におけるタービン軸６の概略図であり、（ａ）はタービン軸６の側面図、（ｂ）は正面図、図４は、第１の実施形態におけるタービンインペラ７の概略図であり、（ａ）はタービンインペラ７の側面図、（ｂ）は背面図、図５は、第１の実施形態におけるスリーブ９の概略図であり、（ａ）はスリーブ９の側面図、（ｂ）は背面図である。なお、上記図面中の矢印Ｆは前方向を示す。また、上記図面中では、説明のために各構成要素の縮尺を適宜変更して記載している。
【００１３】
まず、本実施形態に係るロータ５が設けられたターボチャージャＴの全体構成を、図１を参照して説明する。
ターボチャージャＴは、不図示のエンジンから導かれる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する装置である。
図１に示すように、ターボチャージャＴは、タービンハウジング１と、軸受けハウジング２と、シールプレート３と、コンプレッサハウジング４とが前側より順次配置され一体的に設けられた構成となっている。
【００１４】
軸受けハウジング２には、前後方向で延びるロータ５がベアリング２１を介して回転自在に支持されている。ロータ５は、後述するように、軸状のタービン軸（回転軸）６と、タービン軸６の前端部に接続されるタービンインペラ（回転翼）７と、タービン軸６の後端部に接続されるコンプレッサインペラ８とを有している。なお、タービンインペラ７はタービンハウジング１内に設置され、コンプレッサインペラ８はコンプレッサハウジング４内に設置されている。
【００１５】
タービンハウジング１は、タービンインペラ７の径方向外側で略環状に形成されるタービンスクロール流路１１と、排気ガスの排気口であるタービンハウジング出口１２とを有している。
タービンスクロール流路１１は、排気ガスを導入するための不図示のガス流入口と連通している。また、タービンスクロール流路１１は、タービンインペラ７の設置箇所を介してタービンハウジング出口１２に連通している。タービンハウジング出口１２は、不図示の排気ガス浄化装置に接続されている。
【００１６】
コンプレッサハウジング４は、後側に開口し不図示のエアクリーナに接続される吸気口４１と、コンプレッサインペラ８の径方向外側で略環状に形成されるコンプレッサスクロール流路４２とを有している。また、シールプレート３とコンプレッサハウジング４との間には、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路４３がコンプレッサインペラ８の径方向外側で略環状に形成されている。
吸気口４１は、コンプレッサインペラ８の設置箇所を介してディフューザ流路４３に連通しており、ディフューザ流路４３は、コンプレッサスクロール流路４２に連通している。
【００１７】
次に、本実施形態に係るロータ５の構成を、図２ないし図５を参照して説明する。
図２に示すように、ロータ５は、前後方向で延びる軸状のタービン軸（回転軸）６と、タービン軸６の前端部に一体的に接続されるタービンインペラ（回転翼）７と、タービン軸６の後端部に一体的に接続されるコンプレッサインペラ８と、タービン軸６とタービンインペラ７との接続部に設けられるスリーブ９とを有している。
【００１８】
図３に示すように、タービン軸６は、前後方向で延びる軸６１と、軸６１の前端部に一体的に接続され略環状を呈するリング部６２とを有している。タービン軸６の材質は強度の高いものが好ましく、例えばクロムモリブデン鋼が用いられる。
軸６１の前端部には、前側に対向する垂直面である端面６１Ａが形成されている。リング部６２の内周面には、その周方向に関して略等間隔で、軸６１の軸方向に延びる凹部６２Ａが２つ形成されている。
【００１９】
図４に示すように、タービンインペラ７は、複数の翼がタービン軸６（図２参照）の回転軸周りに等間隔で配置された翼部７１と、翼部７１の後側から突出する略円柱状の軸部７２とを有している。タービンインペラ７の材質は軽量で耐熱性及び強度の高いものが好ましく、例えばセラミック又はチタンアルミ等が用いられる。
【００２０】
軸部７２は、タービン軸６におけるリング部６２の内側に貫入できる径で形成されており、軸部７２の後端部に設けられ軸部７２の外周面から径方向外側に突出する凸部７２Ａと、凸部７２Ａの翼部７１側に設けられ軸部７２の外周面から径方向外側に突出する第２凸部７２Ｂと、翼部７１と軸部７２との接続部近傍に設けられ後側に対向する垂直面７２Ｃとを有している。
【００２１】
凸部７２Ａは、前後方向で延びる形状となっており、軸部７２をタービン軸６のリング部６２に貫入させた場合に、タービン軸６の回転方向でリング部６２の凹部６２Ａに係合できる大きさに形成されている。第２凸部７２Ｂは、前後方向で延びる形状となっており、その軸部７２の外周面からの高さは凸部７２Ａの高さよりも低く形成されている。なお、凸部７２Ａ及び第２凸部７２Ｂは、軸部７２の外周面にその周方向に関して略等間隔で各々２つづつ形成されている。
【００２２】
図５に示すように、スリーブ９は、略環状を呈する部材であり、その内側に軸部７２が貫通できる大きさで形成されている。スリーブ９の材質は耐熱性及び強度の高いものが好ましく、例えばインコネル等が用いられる。
スリーブ９の内周面には、第２凹部９Ａと、第２凹部９Ａから周方向に関して全内周の略４分の１ずれた位置に設けられる第２係合部９Ｂとが形成されている。なお、第２凹部９Ａ及び第２係合部９Ｂは、スリーブ９の内周面にその周方向に関して略等間隔で各々２つづつ形成されている。
【００２３】
第２凹部９Ａは、前後方向で延びる形状となっており、軸部７２をスリーブ９に貫通させた場合に、凸部７２Ａが干渉しない大きさで形成されている。第２係合部９Ｂは、前後方向で延びる形状となっており、軸部７２をスリーブ９に貫通させた場合に、第２凸部７２Ｂに係合できる大きさで形成されている。
【００２４】
図２に示すように、コンプレッサインペラ８は、複数の翼がタービン軸６の回転軸周りに等間隔で配置された形状となっており、タービン軸６の後端部にボルト８１によって一体的に接続されている。
【００２５】
続いて、本実施形態に係るロータ５の組立手順を、図２を参照して説明する。
まず、軸部７２にスリーブ９を取り付ける。
軸部７２における凸部７２Ａ及びスリーブ９における第２凹部９Ａの位置を合わせた後、スリーブ９の内側に軸部７２を貫通させ、垂直面７２Ｃにスリーブ９を当接させる。
【００２６】
次に、軸部７２にタービン軸６を取り付ける。
軸部７２における凸部７２Ａ及びリング部６２における凹部６２Ａの位置を合わせた後、リング部６２の内側に軸部７２を貫入させ、スリーブ９にリング部６２の先端を当接させる。この時、軸部７２及びリング部６２は、図２（ｃ）が示す位置関係となっており、タービン軸６の回転方向で凸部７２Ａと凹部６２Ａとが係合している。
【００２７】
次に、タービン軸６とスリーブ９とを接続する。
図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、リング部６２を紙面右回りに回転させつつ、スリーブ９を紙面左回りに回転させ、回転の限度に到達した箇所でスリーブ９とリング部６２との当接面を溶接し一体的に接続する。
【００２８】
溶接には電子ビーム溶接を使用する。電子ビーム溶接にて溶接した場合、溶接面と直交する方向に収縮するという効果があるため、スリーブ９とリング部６２の当接面が前後方向で収縮し、結果として、タービン軸６における軸６１の端面６１Ａとスリーブ９の凸部７２Ａに対向する対向面（係合部）９Ｃとが前後方向で凸部７２Ａを挟持することができる（図２（ｂ）参照）。結果として、タービン軸６、タービンインペラ７及びスリーブ９を回転軸方向に関して遊び無く一体的に接続することができる。
【００２９】
また、スリーブ９とリング部６２とが、軸部７２を中心として、互いに逆方向に回転限度まで回転させた箇所で接合されているため、タービン軸６、タービンインペラ７及びスリーブ９を回転方向に関して遊び無く一体的に接続することができる。
以上で、ロータ５の組立が完了する。
【００３０】
続いて、ターボチャージャＴの過給動作、すなわち、不図示のエンジンから排出される排気ガスの流動によりタービンインペラ７を回転させ、その回転エネルギーによりエンジンに供給される空気を過給する動作について説明する。
【００３１】
エンジンの排気口から排出された排気ガスは、タービンハウジング１のガス流入口を通ってタービンスクロール流路１１へ導入される。そして、排気ガスは、タービンスクロール流路１１からタービンインペラ７の設置箇所に導入される。
排気ガスは翼部７１に当たることでタービンインペラ７を回転させ、その後、タービンハウジング出口１２より排出される。なお、ロータ５におけるタービンインペラ７の凸部７２Ａやタービン軸６の凹部６２Ａ等は、何れも回転方向に関して略等間隔に２つずつ設けられているため、ロータ５の回転に関するバランスを乱さず、回転するにあたり振動等が発生する虞が少ない。
【００３２】
タービンインペラ７は、タービン軸６を介してコンプレッサインペラ８と連結されているため、タービンインペラ７が回転することでコンプレッサインペラ８が回転する。
コンプレッサインペラ８の回転により、吸気口４１から導入された空気がディフューザ流路４３に供給される。空気は、ディフューザ流路４３を通ることで圧縮され昇圧される。昇圧された空気は、コンプレッサスクロール流路４２を通ってエンジンの吸気口に供給される。結果として、エンジンに空気を過給し、エンジンの出力を向上させることができる。
以上で、ターボチャージャＴの過給動作は終了する。
【００３３】
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、溶接できない材質で形成されたタービンインペラ７と金属製のタービン軸６とを、圧入工程を用いることなく一体的に接続することができることから、長期に亘りタービンインペラ７とタービン軸６との分離や相対的な位置の変化を防止することができるという効果がある。また、本発明によれば、圧入工程を用いないことから、製造の手間やコストを減少させることができるという効果がある。
【００３４】
〔第２実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るロータを、図面を参照して説明する。
図６は、第２の実施形態に係るロータ５Ａの概略図であり、（ａ）はロータ５Ａの側面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線視断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ線視断面図、図７は、第２の実施形態におけるタービン軸６Ａの概略図であり、（ａ）はタービン軸６Ａの側面図、（ｂ）は正面図、図８は、第２の実施形態におけるタービンインペラ７Ａの概略図であり、（ａ）はタービンインペラ７Ａの側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線視断面図、図９は、第２の実施形態におけるスリーブ１０の概略図であり、（ａ）はスリーブ１０の側面図、（ｂ）は背面図である。なお、上記図面中の矢印Ｆは前方向を示す。また、上記図面中では、説明のために各構成要素の縮尺を適宜変更して記載している。さらに、上記図面において、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。
【００３５】
本実施形態に係るロータ５Ａが設けられたターボチャージャＴの全体構成及びその過給動作は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００３６】
本実施形態に係るロータ５Ａの構成を、図６ないし図９を参照して説明する。
図６に示すように、ロータ５Ａは、前後方向で延びる軸状のタービン軸（回転軸）６Ａと、タービン軸６Ａの前端部に一体的に接続されるタービンインペラ（回転翼）７Ａと、タービン軸６Ａの後端部に一体的に接続されるコンプレッサインペラ８と、タービン軸６Ａとタービンインペラ７Ａとの接続部に設けられるスリーブ１０とを有している。
【００３７】
図７に示すように、タービン軸６Ａは、前後方向で延びる軸６１と、軸６１の前端部に一体的に接続され略環状を呈するリング部６３とを有している。タービン軸６Ａの材質は強度の高いものが好ましく、例えばクロムモリブデン鋼が用いられる。
リング部６３の内周面には、その周方向に関して略等間隔で、軸６１の軸方向に延びる凸部６３Ａが２つ形成されている。
【００３８】
図８に示すように、タービンインペラ７Ａは、複数の翼がタービン軸６Ａ（図６参照）の回転軸周りに等間隔で配置された翼部７１と、翼部７１の後側から突出する略円柱状の軸部７３とを有している。タービンインペラ７Ａの材質は軽量で耐熱性及び強度の高いものが好ましく、例えばセラミック又はチタンアルミ等が用いられる。
【００３９】
軸部７３は、タービン軸６Ａにおけるリング部６３の内側に貫入できる径で形成されており、軸部７３の後端側外周面に形成される凹部７３Ａと、凹部７３Ａの翼部７１側に設けられ軸部７３の外周面に形成される第２凹部７３Ｂと、翼部７１と軸部７３との接続部近傍に設けられ後側に対向する垂直面７３Ｃとを有している。
【００４０】
凹部７３Ａは、前後方向で延びる形状となっており、軸部７３をタービン軸６Ａのリング部６３に貫入させた場合に、タービン軸６Ａの回転方向でリング部６３の凸部６３Ａに係合できる大きさに形成されている。
第２凹部７３Ｂは、前後方向及び周方向で拡張する形状となっており、周方向に関して軸部７３の全周の略４分の１の長さで形成されている（図８（ｃ）参照）。また、第２凹部７３Ｂにおける軸部７３の外周面からの深さは、凹部７３Ａの深さと同一に形成されている。
なお、凹部７３Ａ及び第２凹部７３Ｂは、軸部７３の外周面にその周方向に関して略等間隔で各々２つづつ形成されている。
【００４１】
図９に示すように、スリーブ１０は、略環状を呈する部材であり、その内側に軸部７３が貫通できる大きさで形成されている。スリーブ１０の材質は耐熱性及び強度の高いものが好ましく、例えばインコネル等が用いられる。
スリーブ１０の内周面には、その周方向に関して略等間隔で、前後方向に延びる第２凸部（係合部）１０Ａが２つ形成されている。第２凸部１０Ａは、軸部７３をスリーブ１０に貫通させた場合に凹部７３Ａと干渉しない大きさで形成され、その大きさはタービン軸６Ａの凸部６３Ａと略同一である。
【００４２】
続いて、本実施形態に係るロータ５Ａの組立手順を、図６を参照して説明する。
まず、軸部７３にスリーブ１０を取り付ける。
軸部７３における凹部７３Ａ及びスリーブ１０における第２凸部１０Ａの位置を合わせた後、スリーブ１０の内側に軸部７３を貫通させ、垂直面７３Ｃにスリーブ１０を当接させる。
【００４３】
次に、軸部７３にタービン軸６Ａを取り付ける。
軸部７３における凹部７３Ａ及びリング部６３における凸部６３Ａの位置を合わせた後、リング部６３の内側に軸部７３を貫入させ、スリーブ１０にリング部６３の先端を当接させる。この時、軸部７３及びリング部６３は、図６（ｃ）が示す位置関係となっており、タービン軸６Ａの回転方向で凸部６３Ａと凹部７３Ａとが係合している。
【００４４】
次に、タービン軸６Ａとスリーブ１０とを接続する。
図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、リング部６３を紙面右回りに回転させつつ、スリーブ１０を紙面左回りに回転させ、回転の限度に到達した箇所でスリーブ１０とリング部６３との当接面を溶接し一体的に接続する。
この時、軸部７３及びスリーブ１０は、図６（ｄ）が示す位置関係となっており、第２凸部１０Ａが第２凹部７３Ｂ内の第２係合部７３Ｄに当接している。
【００４５】
溶接には第１の実施形態と同様に電子ビーム溶接を使用する。結果として、タービン軸６Ａにおける軸６１の端面６１Ａとスリーブ１０の第２凸部（係合部）１０Ａとが前後方向で軸部７３の後側端部を挟持することができる（図６（ｂ）参照）。結果として、タービン軸６Ａ、タービンインペラ７Ａ及びスリーブ１０を回転軸方向に関して遊び無く一体的に接続することができる。
【００４６】
また、スリーブ１０とリング部６３とが、軸部７３を中心として、互いに逆方向に回転限度まで回転させた箇所で接合されているため、タービン軸６Ａ、タービンインペラ７Ａ及びスリーブ１０を回転方向に関して遊び無く一体的に接続することができる。
以上で、ロータ５Ａの組立が完了する。
【００４７】
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、溶接できない材質で形成されたタービンインペラ７Ａと金属製のタービン軸６Ａとを、圧入工程を用いることなく一体的に接続することができることから、長期に亘りタービンインペラ７Ａとタービン軸６Ａとの分離や相対的な位置の変化を防止することができるという効果がある。また、本発明によれば、圧入工程を用いないことから、製造の手間やコストを減少させることができるという効果がある。
【００４８】
なお、前述した実施の形態において示した動作手順、あるいは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プロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４９】
例えば、第１の実施形態では、対向面９Ｃと端面６１Ａとが凸部７２Ａを挟持しているが、タービン軸６とタービンインペラ７との間の軸方向の遊びを完全に無くす必要のない場合は挟持せずともよい。この場合の対向面９Ｃは、タービン軸６とタービンインペラ７とが軸方向で分離することを防ぐ効果を有する。
同様に、第２の実施形態では、第２凸部１０Ａと端面６１Ａとが軸部７３の後側端部を挟持しているが、タービン軸６Ａとタービンインペラ７Ａとの間の軸方向の遊びを完全に無くす必要のない場合は挟持せずともよい。この場合の第２凸部１０Ａは、タービン軸６Ａとタービンインペラ７Ａとが軸方向で分離することを防ぐ効果を有する。
【００５０】
また、第１の実施形態では、第２凸部７２Ｂ及び第２係合部９Ｂが形成されていたが、タービン軸６とタービンインペラ７との間の回転方向の遊びを完全に無くす必要のない場合はこれらを形成せずともよい。この場合は、回転方向は凸部７２Ａと凹部６２Ａとの係合により固定されることになる。
同様に、第２の実施形態では、第２凸部１０Ａを第２係合部７３Ｄに当接させていたが、タービン軸６Ａとタービンインペラ７Ａとの間の回転方向の遊びを完全に無くす必要のない場合は当接させずともよい。この場合は、回転方向は凸部６３Ａと凹部７３Ａとの係合により固定されることになる。
【００５１】
また、上記実施形態では、タービンインペラ７の凸部７２Ａやタービン軸６の凹部６２Ａ等の凹凸部は、何れも回転方向に関して略等間隔に２つずつ設けられているが、３つ以上設けられていてもよい。なお、この場合でも周方向に関して略等間隔で設けられる必要がある。
【００５２】
また、上記実施形態では、スリーブ９又は１０の材質にはインコネル等が用いられているが、排気ガスの温度又は流動方向との関係でスリーブ９又は１０が耐熱性を有する必要のない場合は、他の材質を用いてもよい。例えば、クロムモリブデン鋼を用いてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、スリーブ９とリング部６２との接続又はスリーブ１０とリング部６３との接続は電子ビーム溶接を用いているが、他の接続方法を用いてもよい。例えば、溶接であればアーク溶接、レーザ溶接等を用いてもよい。また、溶接を用いず機械的に接続してもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、ロータ５又は５ＡはターボチャージャＴに設けられていたが、他の装置内で用いてもよい。例えば、ターボチャージャＴと同様に装置内が高温となるものとして、ガスタービンが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１の実施形態に係るロータ５が設けられたターボチャージャＴの全体構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係るロータ５の概略図である。
【図３】第１の実施形態におけるタービン軸６の概略図である。
【図４】第１の実施形態におけるタービンインペラ７の概略図である。
【図５】第１の実施形態におけるスリーブ９の概略図である。
【図６】第２の実施形態に係るロータ５Ａの概略図である。
【図７】第２の実施形態におけるタービン軸６Ａの概略図である。
【図８】第２の実施形態におけるタービンインペラ７Ａの概略図である。
【図９】第２の実施形態におけるスリーブ１０の概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
５…ロータ、５Ａ…ロータ、６…タービン軸（回転軸）、６Ａ…タービン軸（回転軸）６２Ａ…凹部、６３Ａ…凸部、７…タービンインペラ（回転翼）、７Ａ…タービンインペラ（回転翼）、７２…軸部、７２Ａ…凸部、７２Ｂ…第２凸部、７３…軸部、７３Ａ…凹部、７３Ｄ…第２係合部、９…スリーブ、９Ｂ…第２係合部、９Ｃ…対向面（係合部）、１０…スリーブ、１０Ａ…第２凸部、係合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部を備え前記軸部の中心軸周りに回転する回転翼と、
前記軸部に設けられ略リング状を呈するスリーブと、
前記スリーブに一体的に接続される回転軸と、を有し、
前記軸部は、周面の外側に突出する凸部と、前記回転方向で前記凸部と係合する凹部との一方を備え、
前記回転軸は、周面の外側に突出する前記凸部と、前記回転方向で前記凸部と係合する前記凹部との他方を備え、
前記スリーブは、前記中心軸方向で前記軸部と係合する係合部を備えることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記スリーブと前記回転軸とが、前記中心軸方向で前記軸部を挟持することを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記軸部は、周面の外側に突出する第２凸部と、前記回転方向で前記第２凸部と係合する第２係合部との一方を備え、
前記スリーブは、周面の外側に突出する前記第２凸部と、前記回転方向で前記第２凸部と係合する前記第２係合部との他方を備え、
前記スリーブと前記回転軸とが前記軸部に対して互いに逆方向に回転させた状態で接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。
【請求項４】
前記凸部、前記凹部、前記係合部、前記第２凸部及び前記第２係合部は、いずれも周方向に関して略等間隔で複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項１】
軸部を備え前記軸部の中心軸周りに回転する回転翼と、
前記軸部に設けられ略リング状を呈するスリーブと、
前記スリーブに一体的に接続される回転軸と、を有し、
前記軸部は、周面の外側に突出する凸部と、前記回転方向で前記凸部と係合する凹部との一方を備え、
前記回転軸は、周面の外側に突出する前記凸部と、前記回転方向で前記凸部と係合する前記凹部との他方を備え、
前記スリーブは、前記中心軸方向で前記軸部と係合する係合部を備えることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記スリーブと前記回転軸とが、前記中心軸方向で前記軸部を挟持することを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記軸部は、周面の外側に突出する第２凸部と、前記回転方向で前記第２凸部と係合する第２係合部との一方を備え、
前記スリーブは、周面の外側に突出する前記第２凸部と、前記回転方向で前記第２凸部と係合する前記第２係合部との他方を備え、
前記スリーブと前記回転軸とが前記軸部に対して互いに逆方向に回転させた状態で接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。
【請求項４】
前記凸部、前記凹部、前記係合部、前記第２凸部及び前記第２係合部は、いずれも周方向に関して略等間隔で複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のロータ。
【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２０１０−１０１２６９（Ｐ２０１０−１０１２６９Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７４５３９（Ｐ２００８−２７４５３９）
【出願日】平成２０年１０月２４日（２００８．１０．２４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２４日（２００８．１０．２４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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