過給器
【課題】タービンインペラ２とシャフト４との締結構造の信頼性を向上でき、且つ、安価に製造できる過給器を提供する。
【解決手段】シャフト４のタービン側には、タービンインペラ２を支持する一方の軸端部４ａが設けられると共に、その軸端部４ａに支持されるタービンインペラ２を軸方向に位置決めするスラスト面１０が形成されている。タービンインペラ２には、複数の羽根２ａを有するハブ２ｂの中心部を軸心方向に貫通する中心孔２ｃが形成されると共に、ハブ２ｂの外側端面から軸方向に凹設された筒状の窪孔２ｄを有し、この窪孔２ｄの底面中央部に中心孔２ｃの一端が開口している。このタービンインペラ２は、中心孔２ｃにシャフト４の一方の軸端部４ａが挿通され、ハブ２ｂの内側端面をスラスト面１０に当接させた状態で、中心孔２ｃから突き出る軸端部４ａの雄ねじ部１１に、窪孔２ｄの内部に挿入されたナット１６を螺着して締め付け固定される。
【解決手段】シャフト４のタービン側には、タービンインペラ２を支持する一方の軸端部４ａが設けられると共に、その軸端部４ａに支持されるタービンインペラ２を軸方向に位置決めするスラスト面１０が形成されている。タービンインペラ２には、複数の羽根２ａを有するハブ２ｂの中心部を軸心方向に貫通する中心孔２ｃが形成されると共に、ハブ２ｂの外側端面から軸方向に凹設された筒状の窪孔２ｄを有し、この窪孔２ｄの底面中央部に中心孔２ｃの一端が開口している。このタービンインペラ２は、中心孔２ｃにシャフト４の一方の軸端部４ａが挿通され、ハブ２ｂの内側端面をスラスト面１０に当接させた状態で、中心孔２ｃから突き出る軸端部４ａの雄ねじ部１１に、窪孔２ｄの内部に挿入されたナット１６を螺着して締め付け固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給器に使用されるタービンインペラとシャフトとの締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気エネルギを利用して吸入空気を過給する過給器が知られている。 この過給器は、エンジンの排気流路に配置されるタービンインペラと、エンジンの吸気流路に配置されるコンプレッサインペラとをシャフトによって同軸に連結し、エンジンより排出される排気ガスの圧力でタービンインペラを回転させ、その動力でコンプレッサインペラを駆動することにより、圧縮空気（大気圧より高い圧力の空気）をエンジンに供給する構造である。
この過給器において、タービンインペラとシャフトとの締結構造を開示した従来技術（特許文献１、２参照）が公知である。
【０００３】
特許文献１には、図３に示す様に、タービンインペラ１００に形成された開口孔１０１にシャフト１１０の端部を圧入等の締まり嵌めによって接続する一例（第１の例と呼ぶ）が開示されている。さらに、同文献１には、図４に示す様に、シャフト１１０の端部に雄ねじ１１１を形成し、タービンインペラ１００の開口孔１０１の内周に雌ねじ１０２を形成して、シャフト１１０の端部をタービンインペラ１００の開口孔１０１にねじ結合して固定する一例（第２の例と呼ぶ）が開示されている。
また、特許文献２では、図５に示す様に、タービンインペラ２００に中心孔２１０が形成され、その中心孔２１０の端部に軸支持部としての小径内周面２１１が形成されている。一方、シャフト２２０の端部には、軸支持部の内側に挿入される小径部２２１が設けられ、この小径部２２１の外周面が小径内周面２１１に接触した状態で溶接等により固定される構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５２１６０８号公報
【特許文献２】特開２００８−８８８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に開示された第１の例では、タービンインペラ１００に形成された開口孔１０１にシャフト１１０の端部を圧入等の締まり嵌めによって接続する構造であるため、高温雰囲気下での締結の信頼性が課題となる。つまり、締まり嵌めによる締結構造では、締結時の締め代によって発生した応力が高温雰囲気下で緩和する恐れがあり、適正な締め代を長期に亘って維持することは困難である。従って、応力緩和によって締め代が低下すると、タービンインペラ１００とシャフト１１０とが摺動回転して動力の伝達ロスが発生するため、過給効率が大きく低下する。
【０００６】
また、特許文献１に開示された第２の例では、シャフト１１０の端部を開口孔１０１の内周にねじ結合する構造であるため、雄ねじ１１１と雌ねじ１０２とのクリアランスによる偏心が問題となる。すなわち、前記クリアランスによりタービンインペラ１００に偏心が発生すると、タービンインペラ１００の回転バランスが崩れるため、異音の発生および振動の発生を招く原因となる。さらに、ねじ山の摩耗によりクリアランスが増大すると、タービンインペラ１００とシャフト１１０との締結不良に繋がる恐れもあり、締結構造の信頼性にも問題が残る。
【０００７】
特許文献２に開示された締結構造では、タービンインペラ２００に形成された中心孔２１０の全長に渡って軸支持部が設けられることはなく、中心孔２１０の軸方向端部だけに軸支持部としての小径内周面２１１が形成されている。この場合、中心孔２１０の全長に軸支持部を設けた構造と比較すると、小径部２２１が設けられるシャフト２２０の先端部だけを片持ち支持することになるため、タービンインペラ２００のバランス調整時にシャフト２２０が振れやすくなり、精度の良いバランス調整を行うことは困難である。
また、タービンインペラ２００とシャフト２２０を溶接によって固定する構造では、タービンインペラ２００とシャフト２２０とを同心に合わせて溶接した後、所定の寸法に調整する精密加工を行う必要があるため、工数が多く、製造コストが高くなる問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、タービンインペラとシャフトとの締結構造の信頼性を向上でき、且つ、安価に製造できる過給器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（請求項１に係る発明）
本発明は、軸受を介してハウジングに回転自在に支持されるシャフトと、このシャフトの一端側に固定されて内燃機関の排気流路に配置されるタービンインペラと、シャフトの他端側に固定されて内燃機関の吸気流路に配置されるコンプレッサインペラとを有し、内燃機関の排気エネルギを利用してタービンインペラを回転させ、このタービンインペラの回転動力によりコンプレッサインペラを駆動して内燃機関に圧縮空気を供給する過給器であって、シャフトの一端側には、外周にねじ山を形成した一方の軸端部が設けられると共に、一方の軸端部に支持されるタービンインペラを軸方向に位置決めするスラスト面が形成され、タービンインペラは、回転中心であるハブの中心部を軸心方向に貫通する中心孔を有し、この中心孔に一方の軸端部が挿通され、ハブの軸方向端面をスラスト面に当接させた状態で、中心孔より突き出る軸端部のねじ山にナットを螺着して締め付け固定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、タービンインペラに形成された中心孔にシャフトを圧入等の締まり嵌めによって固定する必要はなく、タービンインペラの中心孔にシャフトの一方の軸端部を挿通した後、中心孔より突き出る軸端部のねじ山にナットを螺着して締め付けることにより、シャフトに形成されたスラスト面にタービンインペラを押圧して固定できる。
上記の締結構造によれば、タービンインペラをシャフトに固定した状態ではなく、単独でバランス調整を行うことができ、シャフトとタービンインペラを締結した後のバランス調整は、例えば、ナットを削ることで対応できる。
【００１１】
また、特許文献１に開示された第１の例では、タービンインペラとシャフトとの締結が圧入等の締まり嵌め構造であるため、高温雰囲気下での応力緩和による締め代の低下により、タービンインペラとシャフトとが摺動回転して動力の伝達ロスが発生するが、本発明では、タービンインペラとシャフトとの締結が圧入等の締まり嵌めに依存していないので、高温雰囲気下での締結の信頼性低下を抑えられる。
さらに、特許文献１に開示された第２の例では、雄ねじと雌ねじとのクリアランスによる偏心が問題となるが、本発明では、中心孔の内周に雌ねじを形成するのではなく、中心孔にシャフトの軸端部を挿通し、その軸端部に形成されたねじ山にナットを螺着して締め付ける構造であるため、雄ねじと雌ねじとのクリアランスによる偏心が生じることはなく、タービンインペラの回転バランスが崩れることはない。
【００１２】
また、特許文献２に示される従来技術は、タービンインペラとシャフトとを溶接等によって固定する構造であるため、タービンインペラとシャフトとを同心に合わせて溶接した後、所定の寸法に調整する精密加工を必要とするが、本発明では、溶接によって固定する必要はないので、溶接時の熱による変形がタービンインペラに生じることはない。従って、タービンインペラをシャフトに締結した後、所定の寸法に精密加工する必要はないので、特許文献２に開示された一連の工程（治具等によりタービンインペラとシャフトとを同心に合わせる工程、溶接工程、溶接後の寸法調整）が不要であり、製造コストの低減を図ることが出来る。
【００１３】
（請求項２に係る発明）
請求項１に記載した過給器において、タービンインペラのハブは、中心孔に軸端部を挿通する方向と反対側の端面から軸方向に凹設された窪孔を有し、この窪孔の底面に中心孔が開口して形成され、ナットは、窪孔の内部に挿入されて軸端部のねじ山に螺着され、ナットの締め付け力が窪孔の底面に付与されることを特徴とする。
上記の構成によれば、タービンインペラのハブに形成された窪孔の内部にナットを配置できるので、内燃機関より排出される高温の排気ガスから受ける熱の影響を低減できる。その結果、熱の影響によるナットの変形が抑えられ、ナットの必要締め付け力を維持できるので、締結の信頼性を保つことができる。
【００１４】
（請求項３に係る発明）
請求項２に記載した過給器において、窪孔の底面に開口する中心孔より窪孔の内部へ突き出る軸端部、および、この軸端部のねじ山に螺着されるナットを覆って窪孔の開口部を塞ぐカバーを有し、このカバーには、内側と外側とを連通する呼吸孔が形成されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、窪孔の内部に配置されるナットをカバーで覆うことにより、排気ガスの熱からナットを保護できるので、熱の影響によるナットの変形を抑えられる。
また、カバーに呼吸孔を形成しているので、高温雰囲気下でカバー内部の空気が膨張した際に、呼吸孔を通じてカバー内部の圧力をカバーの外側へ逃がすことができ、圧力上昇によるカバーの破損および脱落を防止できる。
【００１５】
（請求項４に係る発明）
請求項３に記載した過給器において、窪孔の内周面には、窪孔の入口から底面に向かう深さ方向の途中に段差部が設けられ、この段差部より入口側の方が底面側より内径が小さく形成され、カバーは、窪孔の内周に挿入され、且つ、カバーの外周縁部が段差部に係合した状態で取り付けられることを特徴とする。
上記の構成によれば、カバーを窪孔の内周に挿入するだけで容易に取り付けることができ、且つ、窪孔の内周面に形成された段差部にカバーの外周縁部を係合させることで、窪孔からのカバーの脱落を防止できる。
【００１６】
（請求項５に係る発明）
請求項１〜４に記載した何れか一つの過給器において、シャフトの他端側には、外周にねじ山を形成した他方の軸端部が設けられ、コンプレッサインペラは、他方の軸端部に嵌合して取り付けられ、且つ、他方の軸端部に形成されたねじ山にナットを螺着して締め付け固定され、シャフトは、一方の軸端部に形成されるねじ山と、他方の軸端部に形成されるねじ山とで、互いのねじ径が異なることを特徴とする。
上記の構成によれば、シャフトに対するタービンインペラとコンプレッサインペラとの誤組み付けを防止できる。また、ねじ径の違いを利用して、組付け作業手順の間違いを無くすことができる。
【００１７】
（請求項６に係る発明）
請求項５に記載した過給器において、シャフトの一方の軸端部に形成されたねじ山と、シャフトの他方の軸端部に形成されたねじ山は、互いのねじ方向が逆向きに設定され、且つ、一方の軸端部にねじ結合されるナットと、他方の軸端部にねじ結合されるナットは、タービンインペラが回転する方向と逆方向の回転で締まることを特徴とする。
本発明では、例えば、一方の軸端部に右ねじ（または左ねじ）が形成され、他方の軸端部に左ねじ（または右ねじ）が形成される。この場合、シャフトにタービンインペラを締結するナットは、一方の軸端部に形成された右ねじに対し、右方向（時計回り方向）に回すことで前進する、つまり、タービンインペラを締め付ける方向へ進む。また、シャフトにコンプレッサインペラを締結するナットは、他方の軸端部に形成された左ねじに対し、左方向（反時計回り方向）に回すことで前進する、つまり、コンプレッサインペラを締め付ける方向へ進む。これにより、排気ガスの圧力を受けてタービンインペラが回転する時、すなわち、シャフトの回転時にナットの緩みを抑制できる。
【００１８】
（請求項７に係る発明）
請求項１〜６に記載した何れか一つの過給器において、シャフトおよびナットに使用される材料は、耐熱性鋼材であることを特徴とする。
上記の構成により、高温雰囲気下での信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に示す過給器の断面図である。
【図２】実施例１に示す過給器を分解した各構成部品の断面図である。
【図３】特許文献１に開示されたタービンインペラとシャフトとの締結構造を示す断面図である（第１の例）。
【図４】特許文献１に開示されたタービンインペラとシャフトとの締結構造を示す断面図である（第２の例）。
【図５】特許文献２に開示されたタービンインペラとシャフトとの締結構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
図１に示す過給器１は、例えば、自動車のエンジンに適用されるもので、排気ガスのエネルギを利用して吸入空気を過給するターボチャージャであり、排気ガスの圧力を回転力に変換するタービンインペラ２と、エンジンの吸入空気を圧縮するコンプレッサインペラ３と、タービンインペラ２とコンプレッサインペラ３とを連結するシャフト４（タービン軸と呼ばれることもある）等より構成され、このシャフト４が軸受５を介してベアリングハウジング６に回転自在に支持されている。なお、軸受５は、例えば、軸受５の内外面に油膜が形成される円筒状のフローティングメタルが使用され、ベアリングハウジング６に形成された油路７を通じて潤滑油（例えばエンジンオイル）が供給される。
【００２２】
タービンインペラ２は、シャフト４の一端側（図示右側）に固定され、タービンハウジング８の内部に収容される。タービンハウジング８は、エンジンの排気流路の途中、例えば、エキゾーストマニホールドの下流側に接続され、図１に示す様に、ベアリングハウジング６の一端側に取り付けられる。
コンプレッサインペラ３は、シャフト４の他端側（図示左側）に固定され、コンプレッサハウジング９の内部に収容される。コンプレッサハウジング９は、エンジンの吸気流路の途中、例えば、インテークマニホールドの上流側に接続され、図１に示す様に、ベアリングハウジング６の他端側に取り付けられる。
【００２３】
次に、シャフト４の構造を図２を基に説明する。
なお、以下の説明では、シャフト４の一端側（図示右側）をタービン側、シャフト４の他端側（図示左側）をコンプレッサ側と呼ぶ。
シャフト４のタービン側には、タービンインペラ２を支持する一方の軸端部４ａが設けられると共に、この軸端部４ａに支持されるタービンインペラ２を軸方向に位置決めするスラスト面１０が形成されている。このスラスト面１０は、シャフト４の軸線方向と直交して形成される。一方の軸端部４ａは、スラスト面１０よりシャフト４の先端方向（図示右方向）に突き出て設けられ、且つ、スラスト面１０より所定距離だけ離れた位置から先端部の外周にねじ山が形成されている。ねじ山が形成された部分（以下、雄ねじ部１１と呼ぶ）とスラスト面１０との間は、雄ねじ部１１のねじ径と同寸法の外径を有する円柱形状である。
【００２４】
シャフト４のコンプレッサ側には、コンプレッサインペラ３を支持する他方の軸端部４ｂが設けられると共に、この軸端部４ｂに支持されるコンプレッサインペラ３をブッシュ１２とカラー１３を介して軸方向に位置決めするスラスト面１４が形成されている。このスラスト面１４は、シャフト４の軸線方向と直交して形成される。
他方の軸端部４ｂは、スラスト面１４よりシャフト４の先端方向（図示左方向）に突き出て設けられ、且つ、スラスト面１４より所定距離だけ離れた位置から先端部の外周にねじ山が形成されている。ねじ山が形成された部分（以下、雄ねじ部１５と呼ぶ）とスラスト面１４との間は、雄ねじ部１５のねじ径と同寸法の外径を有する断面円形の棒状に形成されている。
【００２５】
なお、一方の軸端部４ａに形成される雄ねじ部１１と、他方の軸端部４ｂに形成される雄ねじ部１５は、互いのねじ方向が逆向きに設定されている。例えば、一方の軸端部４ａに右ねじ（または左ねじ）が形成され、他方の軸端部４ｂに左ねじ（または右ねじ）が形成される。
また、一方の軸端部４ａに形成される雄ねじ部１１と、他方の軸端部４ｂに形成される雄ねじ部１５は、互いのねじ径が異なっている。実施例１では、高温雰囲気下で使用されるタービン側の方がコンプレッサ側よりねじ径が大きく設定されている。一例を記載すると、タービン側のねじ径がＭ６、コンプレッサ側のねじ径がＭ４、あるいは、タービン側のねじ径がＭ８、コンプレッサ側のねじ径がＭ４である。これらの数字（ねじ径）は、過給器１の種類、大きさ等によって適宜に設計されるものであり、上記のねじ径に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００２６】
次に、タービンインペラ２とシャフト４との締結構造について説明する。
タービンインペラ２には、図２に示す様に、複数の羽根２ａを有するハブ２ｂの中心部を軸心方向（図示左右方向）に貫通する中心孔２ｃが形成されている。また、タービンインペラ２は、ハブ２ｂの軸方向外側（反コンプレッサ側）の端面から軸方向内側に凹設された筒状の窪孔２ｄを有し、この窪孔２ｄの底面中央部に中心孔２ｃの一端が開口している。なお、ハブ２ｂに形成された中心孔２ｃの内径は、シャフト４の一方の軸端部４ａを無理なく挿通できる程度に、軸端部４ａの外径より僅かに大きく形成されている。
【００２７】
このタービンインペラ２は、中心孔２ｃにシャフト４の一方の軸端部４ａが挿通され、ハブ２ｂの軸方向内側（コンプレッサ側）の端面をシャフト４のスラスト面１０に当接させた状態で、中心孔２ｃの一端より突き出る軸端部４ａの雄ねじ部１１にナット１６を螺着して締め付けることにより、その締め付け力が窪孔２ｄの底面に付与されて、スラスト面１０との間に押圧固定される（図１参照）。
なお、タービン側のナット１６およびシャフト４の材料には、耐熱性に優れた金属（例えば、ステンレス鋼等の耐熱性鋼材）が使用される。
【００２８】
また、窪孔２ｄの内周面には、図２に示す様に、窪孔２ｄの開口面である入口から底面に向かう深さ方向の途中に段差部２ｅが設けられ、この段差部２ｅより入口側の方が底面側より内径が小さく形成されている。この窪孔２ｄには、中心孔２ｃを挿通して窪孔２ｄの内部へ突き出る軸端部４ａおよび雄ねじ部１１に螺着されるナット１６を覆うカバー１７が取り付けられる。
カバー１７は、例えば、円形状の平板面１７ａと、この平板面１７ａの外周縁からテーパ状に傾斜するテーパ側面１７ｂとを有し、このテーパ側面１７ｂの外周縁部に径方向の外側へ鍔状に突き出る突起部１７ｃが設けられている。また、カバー１７には、平板面１７ａを板厚方向に貫通する複数の呼吸孔１７ｄが形成されている。このカバー１７は、図１に示す様に、窪孔２ｄの入口から内部へ挿入され、テーパ側面１７ｂの外周縁部に設けられた突起部１７ｃを窪孔２ｄの内周面に形成された段差部２ｅに係合させた状態で取り付けられる。
【００２９】
続いて、コンプレッサインペラ３とシャフト４との締結構造について説明する。
コンプレッサインペラ３は、図２に示す様に、複数の羽根３ａを有するハブ３ｂの中心部を軸心方向（図示左右方向）に貫通する中心孔３ｃが形成されている。なお、ハブ３ｂに形成された中心孔３ｃの内径は、シャフト４の他方の軸端部４ｂを無理なく挿通できる程度に、軸端部４ｂの外径より僅かに大きく形成されている。このコンプレッサインペラ３は、中心孔３ｃにシャフト４の他方の軸端部４ｂが挿通され、ハブ３ｂの軸方向内側（タービン側）の端面をカラー１３の軸方向端面に当接させた状態で、中心孔３ｃの他端より突き出る軸端部４ｂの雄ねじ部１５にナット１８を螺着して締め付けることにより、その締め付け力がハブ３ｂの端面に付与されて、カラー１３との間に押圧固定される。
なお、一方の軸端部４ａに形成された雄ねじ部１１に螺着されるナット１６と、他方の軸端部４ｂに形成された雄ねじ部１５に螺着されるナット１８は、排気エネルギによってタービンインペラ２が回転する方向、つまり、シャフト４の回転方向と逆方向に回すことで締めつけ力を得ることが出来る。
【００３０】
（実施例１の作用および効果）
実施例１に記載したタービンインペラ２とシャフト４との締結構造では、タービンインペラ２のハブ２ｂに形成された中心孔２ｃにシャフト４を圧入等の締まり嵌めによって固定する必要はなく、タービンインペラ２の中心孔２ｃにシャフト４の一方の軸端部４ａを挿通した後、中心孔２ｃより突き出る軸端部４ａの雄ねじ部１１にナット１６を螺着して締め付けることにより、タービンインペラ２をシャフト４に固定できる。この締結構造によれば、タービンインペラ２をシャフト４に固定した状態ではなく、タービンインペラ２を単独でバランス調整することができ、タービンインペラ２をシャフト４に固定した後のバランス調整は、例えば、ナット１６を削ることで対応できる。
また、タービンインペラ２とシャフト４との締結が圧入等の締まり嵌めに依存していないので、高温雰囲気下での締結の信頼性低下を抑えられる。
【００３１】
実施例１に記載したタービンインペラ２とシャフト４は、ハブ２ｂに形成された中心孔２ｃの内周にシャフト４の軸端部４ａをねじ結合する構造ではない、つまり、中心孔２ｃの内周に雌ねじを形成していないので、特許文献１の第２の例に記載した雄ねじと雌ねじとのクリアランスによるタービンインペラ２の偏心が問題となることはない。これにより、タービンインペラ２の回転バランスが崩れることはなく、異音の発生および振動の発生を抑制できる。また、実施例１に係るタービンインペラ２とシャフト４との締結は、ねじ山の摩耗によって雄ねじと雌ねじとのクリアランスが増大する構造でもないので、その雄ねじと雌ねじとのクリアランス増大に起因する締結不良を生じることもなく、締結の信頼性を保つことが出来る。
【００３２】
さらに、実施例１では、タービンインペラ２とシャフト４とを溶接によって固定する必要はないので、締結時（溶接時）の熱影響による変形がタービンインペラ２に生じることはない。この場合、タービンインペラ２をシャフト４にナット１６で締結した後、所定の寸法に精密加工する必要はないので、特許文献２に開示された一連の工程（治具等によりタービンインペラ２とシャフト４とを同心に合わせる工程、溶接工程、溶接後の寸法調整）が不要であり、製造コストの低減を図ることができる。また、上記のように、タービンインペラ２を単独でバランス調整できるので、特許文献２に開示された従来技術のように、タービンインペラ２のバランス調整時にシャフト４が振れることはなく、精度の良いバランス調整を行うことができる。
【００３３】
また、実施例１に記載した構成では、タービンインペラ２のハブ２ｂに窪孔２ｄを形成し、その窪孔２ｄの内部にナット１６を配置すると共に、窪孔２ｄにカバー１７を取り付けることで、シャフト４の軸端部４ａおよびナット１６を覆うことができる。これにより、エンジンから排出される高温の排気ガスがシャフト４の軸端部４ａおよびナット１６に直接触れることを抑制できる。言い換えると、排気ガスの熱からシャフト４の軸端部４ａおよびナット１６を保護できるので、高熱の影響による軸端部４ａおよびナット１６の変形を防止できる。その結果、ナット１６の締め付け力低下が抑えられ、締結の信頼性を保つことができる。
【００３４】
さらに、カバー１７には、複数の呼吸孔１７ｄが形成されているので、高温雰囲気下でカバー１７の内部（窪孔２ｄの内部）の空気が膨張した際に、呼吸孔１７ｄを通じてカバー１７の内部の圧力をカバー１７の外側へ逃がすことができる。その結果、空気の膨張による圧力上昇によってカバー１７が破損する、あるいは、窪孔２ｄから脱落することを防止できる。また、カバー１７は、窪孔２ｄの内部に挿入した後、カバー１７の外周縁部に設けられた突起部１７ｃを窪孔２ｄの内周面に形成される段差部２ｅに係合するだけで容易に取り付けることができ、且つ、着脱も可能であるため、カバー１７の取り替えも簡単にできる。
【００３５】
実施例１に記載したシャフト４は、タービン側の雄ねじ部１１と、コンプレッサ側の雄ねじ部１５とで、互いのねじ径が異なるため、シャフト４の両端にタービンインペラ２とコンプレッサインペラ３とが誤って組み付けられることを防止できる。つまり、コンプレッサ側の雄ねじ部１５よりタービン側の雄ねじ部１１の方がねじ径が大きいため、コンプレッサインペラ３のハブ３ｂに形成された中心孔３ｃにタービン側の雄ねじ部１１を通すことは不可能であり、タービン側の雄ねじ部１１にコンプレッサインペラ３が誤って組み付けられることはない。一方、タービンインペラ２のハブ２ｂに形成された中心孔２ｃにコンプレッサ側の雄ねじ部１５を通すことは可能であるが、ガタツキが大きくなるため、コンプレッサ側の雄ねじ部１５にタービンインペラ２が誤って組み付けられることも防止できる。また、タービン側の雄ねじ部１１とコンプレッサ側の雄ねじ部１５とで、互いのねじ径が異なることを利用して、組付け作業手順の間違いを無くすこともできる。すなわち、シャフト４に対するタービンインペラ２とコンプレッサインペラ３の誤組み付けを防止できるので、その作業手順を間違うこともなく、決められた手順通りに組み付け作業を行うことができる。
【００３６】
さらに、タービン側の雄ねじ部１１とコンプレッサ側の雄ねじ部１５は、互いのねじ方向が逆向きに設定され、且つ、タービン側の雄ねじ部１１に螺着されるナット１６と、コンプレッサ側の雄ねじ部１５に螺着されるナット１８は、タービンインペラ２が回転する方向と逆方向の回転で締まるように設定される。例えば、タービン側の雄ねじ部１１を右ねじ、コンプレッサ側の雄ねじ部１５を左ねじとすると、タービン側の雄ねじ部１１に螺着されるナット１６は、右方向（時計回り方向）に回すことで前進する、つまり、タービンインペラ２を締め付ける方向へ進む。一方、コンプレッサ側の雄ねじ部１５に螺着されるナット１８は、左方向（反時計回り方向）に回すことで前進する、つまり、コンプレッサインペラ３を締め付ける方向へ進む。これにより、排気ガスの圧力を受けてタービンインペラ２が回転する時にナット１６、１８の緩みを抑制できるので、締結の信頼性を確保できる。
【００３７】
（変形例）
実施例１では、タービンインペラ２のハブ２ｂに窪孔２ｄを形成して、その窪孔２ｄの内部にナット１６を配置する構成を示しているが、窪孔２ｄのないハブ形状でも良い。つまり、タービンインペラ２のハブ２ｂに窪孔２ｄを形成することなく、ハブ２ｂの軸方向外側の端面よりシャフト４の一方の軸端部４ａが突き出ており、その軸端部４ａに形成された雄ねじ部１１にナット１６を螺着して締め付け固定する構造でも良い。
また、実施例１では、シャフト４を支持する軸受５にフローティングメタルを採用する一例を記載したが、フローティングメタルに限定されるものではなく、例えば、ボールベアリングを用いることも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 過給器
２ タービンインペラ
２ｂ タービンインペラのハブ
２ｃ タービンインペラのハブに形成される中心孔
２ｄ ハブに凹設された窪孔
２ｅ 窪孔の内周面に形成される段差部
３ コンプレッサインペラ
４ シャフト
４ａ 一方の軸端部
４ｂ 他方の軸端部
５ 軸受
６ ベアリングハウジング（ハウジング）
１０ スラスト面
１１ 雄ねじ部（一方の軸端部に形成されたねじ山）
１５ 雄ねじ部（他方の軸端部に形成されたねじ山）
１６ タービン側のナット
１７ カバー
１７ｄ カバーの呼吸孔
１８ コンプレッサ側のナット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給器に使用されるタービンインペラとシャフトとの締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気エネルギを利用して吸入空気を過給する過給器が知られている。 この過給器は、エンジンの排気流路に配置されるタービンインペラと、エンジンの吸気流路に配置されるコンプレッサインペラとをシャフトによって同軸に連結し、エンジンより排出される排気ガスの圧力でタービンインペラを回転させ、その動力でコンプレッサインペラを駆動することにより、圧縮空気（大気圧より高い圧力の空気）をエンジンに供給する構造である。
この過給器において、タービンインペラとシャフトとの締結構造を開示した従来技術（特許文献１、２参照）が公知である。
【０００３】
特許文献１には、図３に示す様に、タービンインペラ１００に形成された開口孔１０１にシャフト１１０の端部を圧入等の締まり嵌めによって接続する一例（第１の例と呼ぶ）が開示されている。さらに、同文献１には、図４に示す様に、シャフト１１０の端部に雄ねじ１１１を形成し、タービンインペラ１００の開口孔１０１の内周に雌ねじ１０２を形成して、シャフト１１０の端部をタービンインペラ１００の開口孔１０１にねじ結合して固定する一例（第２の例と呼ぶ）が開示されている。
また、特許文献２では、図５に示す様に、タービンインペラ２００に中心孔２１０が形成され、その中心孔２１０の端部に軸支持部としての小径内周面２１１が形成されている。一方、シャフト２２０の端部には、軸支持部の内側に挿入される小径部２２１が設けられ、この小径部２２１の外周面が小径内周面２１１に接触した状態で溶接等により固定される構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５２１６０８号公報
【特許文献２】特開２００８−８８８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に開示された第１の例では、タービンインペラ１００に形成された開口孔１０１にシャフト１１０の端部を圧入等の締まり嵌めによって接続する構造であるため、高温雰囲気下での締結の信頼性が課題となる。つまり、締まり嵌めによる締結構造では、締結時の締め代によって発生した応力が高温雰囲気下で緩和する恐れがあり、適正な締め代を長期に亘って維持することは困難である。従って、応力緩和によって締め代が低下すると、タービンインペラ１００とシャフト１１０とが摺動回転して動力の伝達ロスが発生するため、過給効率が大きく低下する。
【０００６】
また、特許文献１に開示された第２の例では、シャフト１１０の端部を開口孔１０１の内周にねじ結合する構造であるため、雄ねじ１１１と雌ねじ１０２とのクリアランスによる偏心が問題となる。すなわち、前記クリアランスによりタービンインペラ１００に偏心が発生すると、タービンインペラ１００の回転バランスが崩れるため、異音の発生および振動の発生を招く原因となる。さらに、ねじ山の摩耗によりクリアランスが増大すると、タービンインペラ１００とシャフト１１０との締結不良に繋がる恐れもあり、締結構造の信頼性にも問題が残る。
【０００７】
特許文献２に開示された締結構造では、タービンインペラ２００に形成された中心孔２１０の全長に渡って軸支持部が設けられることはなく、中心孔２１０の軸方向端部だけに軸支持部としての小径内周面２１１が形成されている。この場合、中心孔２１０の全長に軸支持部を設けた構造と比較すると、小径部２２１が設けられるシャフト２２０の先端部だけを片持ち支持することになるため、タービンインペラ２００のバランス調整時にシャフト２２０が振れやすくなり、精度の良いバランス調整を行うことは困難である。
また、タービンインペラ２００とシャフト２２０を溶接によって固定する構造では、タービンインペラ２００とシャフト２２０とを同心に合わせて溶接した後、所定の寸法に調整する精密加工を行う必要があるため、工数が多く、製造コストが高くなる問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、タービンインペラとシャフトとの締結構造の信頼性を向上でき、且つ、安価に製造できる過給器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（請求項１に係る発明）
本発明は、軸受を介してハウジングに回転自在に支持されるシャフトと、このシャフトの一端側に固定されて内燃機関の排気流路に配置されるタービンインペラと、シャフトの他端側に固定されて内燃機関の吸気流路に配置されるコンプレッサインペラとを有し、内燃機関の排気エネルギを利用してタービンインペラを回転させ、このタービンインペラの回転動力によりコンプレッサインペラを駆動して内燃機関に圧縮空気を供給する過給器であって、シャフトの一端側には、外周にねじ山を形成した一方の軸端部が設けられると共に、一方の軸端部に支持されるタービンインペラを軸方向に位置決めするスラスト面が形成され、タービンインペラは、回転中心であるハブの中心部を軸心方向に貫通する中心孔を有し、この中心孔に一方の軸端部が挿通され、ハブの軸方向端面をスラスト面に当接させた状態で、中心孔より突き出る軸端部のねじ山にナットを螺着して締め付け固定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、タービンインペラに形成された中心孔にシャフトを圧入等の締まり嵌めによって固定する必要はなく、タービンインペラの中心孔にシャフトの一方の軸端部を挿通した後、中心孔より突き出る軸端部のねじ山にナットを螺着して締め付けることにより、シャフトに形成されたスラスト面にタービンインペラを押圧して固定できる。
上記の締結構造によれば、タービンインペラをシャフトに固定した状態ではなく、単独でバランス調整を行うことができ、シャフトとタービンインペラを締結した後のバランス調整は、例えば、ナットを削ることで対応できる。
【００１１】
また、特許文献１に開示された第１の例では、タービンインペラとシャフトとの締結が圧入等の締まり嵌め構造であるため、高温雰囲気下での応力緩和による締め代の低下により、タービンインペラとシャフトとが摺動回転して動力の伝達ロスが発生するが、本発明では、タービンインペラとシャフトとの締結が圧入等の締まり嵌めに依存していないので、高温雰囲気下での締結の信頼性低下を抑えられる。
さらに、特許文献１に開示された第２の例では、雄ねじと雌ねじとのクリアランスによる偏心が問題となるが、本発明では、中心孔の内周に雌ねじを形成するのではなく、中心孔にシャフトの軸端部を挿通し、その軸端部に形成されたねじ山にナットを螺着して締め付ける構造であるため、雄ねじと雌ねじとのクリアランスによる偏心が生じることはなく、タービンインペラの回転バランスが崩れることはない。
【００１２】
また、特許文献２に示される従来技術は、タービンインペラとシャフトとを溶接等によって固定する構造であるため、タービンインペラとシャフトとを同心に合わせて溶接した後、所定の寸法に調整する精密加工を必要とするが、本発明では、溶接によって固定する必要はないので、溶接時の熱による変形がタービンインペラに生じることはない。従って、タービンインペラをシャフトに締結した後、所定の寸法に精密加工する必要はないので、特許文献２に開示された一連の工程（治具等によりタービンインペラとシャフトとを同心に合わせる工程、溶接工程、溶接後の寸法調整）が不要であり、製造コストの低減を図ることが出来る。
【００１３】
（請求項２に係る発明）
請求項１に記載した過給器において、タービンインペラのハブは、中心孔に軸端部を挿通する方向と反対側の端面から軸方向に凹設された窪孔を有し、この窪孔の底面に中心孔が開口して形成され、ナットは、窪孔の内部に挿入されて軸端部のねじ山に螺着され、ナットの締め付け力が窪孔の底面に付与されることを特徴とする。
上記の構成によれば、タービンインペラのハブに形成された窪孔の内部にナットを配置できるので、内燃機関より排出される高温の排気ガスから受ける熱の影響を低減できる。その結果、熱の影響によるナットの変形が抑えられ、ナットの必要締め付け力を維持できるので、締結の信頼性を保つことができる。
【００１４】
（請求項３に係る発明）
請求項２に記載した過給器において、窪孔の底面に開口する中心孔より窪孔の内部へ突き出る軸端部、および、この軸端部のねじ山に螺着されるナットを覆って窪孔の開口部を塞ぐカバーを有し、このカバーには、内側と外側とを連通する呼吸孔が形成されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、窪孔の内部に配置されるナットをカバーで覆うことにより、排気ガスの熱からナットを保護できるので、熱の影響によるナットの変形を抑えられる。
また、カバーに呼吸孔を形成しているので、高温雰囲気下でカバー内部の空気が膨張した際に、呼吸孔を通じてカバー内部の圧力をカバーの外側へ逃がすことができ、圧力上昇によるカバーの破損および脱落を防止できる。
【００１５】
（請求項４に係る発明）
請求項３に記載した過給器において、窪孔の内周面には、窪孔の入口から底面に向かう深さ方向の途中に段差部が設けられ、この段差部より入口側の方が底面側より内径が小さく形成され、カバーは、窪孔の内周に挿入され、且つ、カバーの外周縁部が段差部に係合した状態で取り付けられることを特徴とする。
上記の構成によれば、カバーを窪孔の内周に挿入するだけで容易に取り付けることができ、且つ、窪孔の内周面に形成された段差部にカバーの外周縁部を係合させることで、窪孔からのカバーの脱落を防止できる。
【００１６】
（請求項５に係る発明）
請求項１〜４に記載した何れか一つの過給器において、シャフトの他端側には、外周にねじ山を形成した他方の軸端部が設けられ、コンプレッサインペラは、他方の軸端部に嵌合して取り付けられ、且つ、他方の軸端部に形成されたねじ山にナットを螺着して締め付け固定され、シャフトは、一方の軸端部に形成されるねじ山と、他方の軸端部に形成されるねじ山とで、互いのねじ径が異なることを特徴とする。
上記の構成によれば、シャフトに対するタービンインペラとコンプレッサインペラとの誤組み付けを防止できる。また、ねじ径の違いを利用して、組付け作業手順の間違いを無くすことができる。
【００１７】
（請求項６に係る発明）
請求項５に記載した過給器において、シャフトの一方の軸端部に形成されたねじ山と、シャフトの他方の軸端部に形成されたねじ山は、互いのねじ方向が逆向きに設定され、且つ、一方の軸端部にねじ結合されるナットと、他方の軸端部にねじ結合されるナットは、タービンインペラが回転する方向と逆方向の回転で締まることを特徴とする。
本発明では、例えば、一方の軸端部に右ねじ（または左ねじ）が形成され、他方の軸端部に左ねじ（または右ねじ）が形成される。この場合、シャフトにタービンインペラを締結するナットは、一方の軸端部に形成された右ねじに対し、右方向（時計回り方向）に回すことで前進する、つまり、タービンインペラを締め付ける方向へ進む。また、シャフトにコンプレッサインペラを締結するナットは、他方の軸端部に形成された左ねじに対し、左方向（反時計回り方向）に回すことで前進する、つまり、コンプレッサインペラを締め付ける方向へ進む。これにより、排気ガスの圧力を受けてタービンインペラが回転する時、すなわち、シャフトの回転時にナットの緩みを抑制できる。
【００１８】
（請求項７に係る発明）
請求項１〜６に記載した何れか一つの過給器において、シャフトおよびナットに使用される材料は、耐熱性鋼材であることを特徴とする。
上記の構成により、高温雰囲気下での信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に示す過給器の断面図である。
【図２】実施例１に示す過給器を分解した各構成部品の断面図である。
【図３】特許文献１に開示されたタービンインペラとシャフトとの締結構造を示す断面図である（第１の例）。
【図４】特許文献１に開示されたタービンインペラとシャフトとの締結構造を示す断面図である（第２の例）。
【図５】特許文献２に開示されたタービンインペラとシャフトとの締結構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
図１に示す過給器１は、例えば、自動車のエンジンに適用されるもので、排気ガスのエネルギを利用して吸入空気を過給するターボチャージャであり、排気ガスの圧力を回転力に変換するタービンインペラ２と、エンジンの吸入空気を圧縮するコンプレッサインペラ３と、タービンインペラ２とコンプレッサインペラ３とを連結するシャフト４（タービン軸と呼ばれることもある）等より構成され、このシャフト４が軸受５を介してベアリングハウジング６に回転自在に支持されている。なお、軸受５は、例えば、軸受５の内外面に油膜が形成される円筒状のフローティングメタルが使用され、ベアリングハウジング６に形成された油路７を通じて潤滑油（例えばエンジンオイル）が供給される。
【００２２】
タービンインペラ２は、シャフト４の一端側（図示右側）に固定され、タービンハウジング８の内部に収容される。タービンハウジング８は、エンジンの排気流路の途中、例えば、エキゾーストマニホールドの下流側に接続され、図１に示す様に、ベアリングハウジング６の一端側に取り付けられる。
コンプレッサインペラ３は、シャフト４の他端側（図示左側）に固定され、コンプレッサハウジング９の内部に収容される。コンプレッサハウジング９は、エンジンの吸気流路の途中、例えば、インテークマニホールドの上流側に接続され、図１に示す様に、ベアリングハウジング６の他端側に取り付けられる。
【００２３】
次に、シャフト４の構造を図２を基に説明する。
なお、以下の説明では、シャフト４の一端側（図示右側）をタービン側、シャフト４の他端側（図示左側）をコンプレッサ側と呼ぶ。
シャフト４のタービン側には、タービンインペラ２を支持する一方の軸端部４ａが設けられると共に、この軸端部４ａに支持されるタービンインペラ２を軸方向に位置決めするスラスト面１０が形成されている。このスラスト面１０は、シャフト４の軸線方向と直交して形成される。一方の軸端部４ａは、スラスト面１０よりシャフト４の先端方向（図示右方向）に突き出て設けられ、且つ、スラスト面１０より所定距離だけ離れた位置から先端部の外周にねじ山が形成されている。ねじ山が形成された部分（以下、雄ねじ部１１と呼ぶ）とスラスト面１０との間は、雄ねじ部１１のねじ径と同寸法の外径を有する円柱形状である。
【００２４】
シャフト４のコンプレッサ側には、コンプレッサインペラ３を支持する他方の軸端部４ｂが設けられると共に、この軸端部４ｂに支持されるコンプレッサインペラ３をブッシュ１２とカラー１３を介して軸方向に位置決めするスラスト面１４が形成されている。このスラスト面１４は、シャフト４の軸線方向と直交して形成される。
他方の軸端部４ｂは、スラスト面１４よりシャフト４の先端方向（図示左方向）に突き出て設けられ、且つ、スラスト面１４より所定距離だけ離れた位置から先端部の外周にねじ山が形成されている。ねじ山が形成された部分（以下、雄ねじ部１５と呼ぶ）とスラスト面１４との間は、雄ねじ部１５のねじ径と同寸法の外径を有する断面円形の棒状に形成されている。
【００２５】
なお、一方の軸端部４ａに形成される雄ねじ部１１と、他方の軸端部４ｂに形成される雄ねじ部１５は、互いのねじ方向が逆向きに設定されている。例えば、一方の軸端部４ａに右ねじ（または左ねじ）が形成され、他方の軸端部４ｂに左ねじ（または右ねじ）が形成される。
また、一方の軸端部４ａに形成される雄ねじ部１１と、他方の軸端部４ｂに形成される雄ねじ部１５は、互いのねじ径が異なっている。実施例１では、高温雰囲気下で使用されるタービン側の方がコンプレッサ側よりねじ径が大きく設定されている。一例を記載すると、タービン側のねじ径がＭ６、コンプレッサ側のねじ径がＭ４、あるいは、タービン側のねじ径がＭ８、コンプレッサ側のねじ径がＭ４である。これらの数字（ねじ径）は、過給器１の種類、大きさ等によって適宜に設計されるものであり、上記のねじ径に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００２６】
次に、タービンインペラ２とシャフト４との締結構造について説明する。
タービンインペラ２には、図２に示す様に、複数の羽根２ａを有するハブ２ｂの中心部を軸心方向（図示左右方向）に貫通する中心孔２ｃが形成されている。また、タービンインペラ２は、ハブ２ｂの軸方向外側（反コンプレッサ側）の端面から軸方向内側に凹設された筒状の窪孔２ｄを有し、この窪孔２ｄの底面中央部に中心孔２ｃの一端が開口している。なお、ハブ２ｂに形成された中心孔２ｃの内径は、シャフト４の一方の軸端部４ａを無理なく挿通できる程度に、軸端部４ａの外径より僅かに大きく形成されている。
【００２７】
このタービンインペラ２は、中心孔２ｃにシャフト４の一方の軸端部４ａが挿通され、ハブ２ｂの軸方向内側（コンプレッサ側）の端面をシャフト４のスラスト面１０に当接させた状態で、中心孔２ｃの一端より突き出る軸端部４ａの雄ねじ部１１にナット１６を螺着して締め付けることにより、その締め付け力が窪孔２ｄの底面に付与されて、スラスト面１０との間に押圧固定される（図１参照）。
なお、タービン側のナット１６およびシャフト４の材料には、耐熱性に優れた金属（例えば、ステンレス鋼等の耐熱性鋼材）が使用される。
【００２８】
また、窪孔２ｄの内周面には、図２に示す様に、窪孔２ｄの開口面である入口から底面に向かう深さ方向の途中に段差部２ｅが設けられ、この段差部２ｅより入口側の方が底面側より内径が小さく形成されている。この窪孔２ｄには、中心孔２ｃを挿通して窪孔２ｄの内部へ突き出る軸端部４ａおよび雄ねじ部１１に螺着されるナット１６を覆うカバー１７が取り付けられる。
カバー１７は、例えば、円形状の平板面１７ａと、この平板面１７ａの外周縁からテーパ状に傾斜するテーパ側面１７ｂとを有し、このテーパ側面１７ｂの外周縁部に径方向の外側へ鍔状に突き出る突起部１７ｃが設けられている。また、カバー１７には、平板面１７ａを板厚方向に貫通する複数の呼吸孔１７ｄが形成されている。このカバー１７は、図１に示す様に、窪孔２ｄの入口から内部へ挿入され、テーパ側面１７ｂの外周縁部に設けられた突起部１７ｃを窪孔２ｄの内周面に形成された段差部２ｅに係合させた状態で取り付けられる。
【００２９】
続いて、コンプレッサインペラ３とシャフト４との締結構造について説明する。
コンプレッサインペラ３は、図２に示す様に、複数の羽根３ａを有するハブ３ｂの中心部を軸心方向（図示左右方向）に貫通する中心孔３ｃが形成されている。なお、ハブ３ｂに形成された中心孔３ｃの内径は、シャフト４の他方の軸端部４ｂを無理なく挿通できる程度に、軸端部４ｂの外径より僅かに大きく形成されている。このコンプレッサインペラ３は、中心孔３ｃにシャフト４の他方の軸端部４ｂが挿通され、ハブ３ｂの軸方向内側（タービン側）の端面をカラー１３の軸方向端面に当接させた状態で、中心孔３ｃの他端より突き出る軸端部４ｂの雄ねじ部１５にナット１８を螺着して締め付けることにより、その締め付け力がハブ３ｂの端面に付与されて、カラー１３との間に押圧固定される。
なお、一方の軸端部４ａに形成された雄ねじ部１１に螺着されるナット１６と、他方の軸端部４ｂに形成された雄ねじ部１５に螺着されるナット１８は、排気エネルギによってタービンインペラ２が回転する方向、つまり、シャフト４の回転方向と逆方向に回すことで締めつけ力を得ることが出来る。
【００３０】
（実施例１の作用および効果）
実施例１に記載したタービンインペラ２とシャフト４との締結構造では、タービンインペラ２のハブ２ｂに形成された中心孔２ｃにシャフト４を圧入等の締まり嵌めによって固定する必要はなく、タービンインペラ２の中心孔２ｃにシャフト４の一方の軸端部４ａを挿通した後、中心孔２ｃより突き出る軸端部４ａの雄ねじ部１１にナット１６を螺着して締め付けることにより、タービンインペラ２をシャフト４に固定できる。この締結構造によれば、タービンインペラ２をシャフト４に固定した状態ではなく、タービンインペラ２を単独でバランス調整することができ、タービンインペラ２をシャフト４に固定した後のバランス調整は、例えば、ナット１６を削ることで対応できる。
また、タービンインペラ２とシャフト４との締結が圧入等の締まり嵌めに依存していないので、高温雰囲気下での締結の信頼性低下を抑えられる。
【００３１】
実施例１に記載したタービンインペラ２とシャフト４は、ハブ２ｂに形成された中心孔２ｃの内周にシャフト４の軸端部４ａをねじ結合する構造ではない、つまり、中心孔２ｃの内周に雌ねじを形成していないので、特許文献１の第２の例に記載した雄ねじと雌ねじとのクリアランスによるタービンインペラ２の偏心が問題となることはない。これにより、タービンインペラ２の回転バランスが崩れることはなく、異音の発生および振動の発生を抑制できる。また、実施例１に係るタービンインペラ２とシャフト４との締結は、ねじ山の摩耗によって雄ねじと雌ねじとのクリアランスが増大する構造でもないので、その雄ねじと雌ねじとのクリアランス増大に起因する締結不良を生じることもなく、締結の信頼性を保つことが出来る。
【００３２】
さらに、実施例１では、タービンインペラ２とシャフト４とを溶接によって固定する必要はないので、締結時（溶接時）の熱影響による変形がタービンインペラ２に生じることはない。この場合、タービンインペラ２をシャフト４にナット１６で締結した後、所定の寸法に精密加工する必要はないので、特許文献２に開示された一連の工程（治具等によりタービンインペラ２とシャフト４とを同心に合わせる工程、溶接工程、溶接後の寸法調整）が不要であり、製造コストの低減を図ることができる。また、上記のように、タービンインペラ２を単独でバランス調整できるので、特許文献２に開示された従来技術のように、タービンインペラ２のバランス調整時にシャフト４が振れることはなく、精度の良いバランス調整を行うことができる。
【００３３】
また、実施例１に記載した構成では、タービンインペラ２のハブ２ｂに窪孔２ｄを形成し、その窪孔２ｄの内部にナット１６を配置すると共に、窪孔２ｄにカバー１７を取り付けることで、シャフト４の軸端部４ａおよびナット１６を覆うことができる。これにより、エンジンから排出される高温の排気ガスがシャフト４の軸端部４ａおよびナット１６に直接触れることを抑制できる。言い換えると、排気ガスの熱からシャフト４の軸端部４ａおよびナット１６を保護できるので、高熱の影響による軸端部４ａおよびナット１６の変形を防止できる。その結果、ナット１６の締め付け力低下が抑えられ、締結の信頼性を保つことができる。
【００３４】
さらに、カバー１７には、複数の呼吸孔１７ｄが形成されているので、高温雰囲気下でカバー１７の内部（窪孔２ｄの内部）の空気が膨張した際に、呼吸孔１７ｄを通じてカバー１７の内部の圧力をカバー１７の外側へ逃がすことができる。その結果、空気の膨張による圧力上昇によってカバー１７が破損する、あるいは、窪孔２ｄから脱落することを防止できる。また、カバー１７は、窪孔２ｄの内部に挿入した後、カバー１７の外周縁部に設けられた突起部１７ｃを窪孔２ｄの内周面に形成される段差部２ｅに係合するだけで容易に取り付けることができ、且つ、着脱も可能であるため、カバー１７の取り替えも簡単にできる。
【００３５】
実施例１に記載したシャフト４は、タービン側の雄ねじ部１１と、コンプレッサ側の雄ねじ部１５とで、互いのねじ径が異なるため、シャフト４の両端にタービンインペラ２とコンプレッサインペラ３とが誤って組み付けられることを防止できる。つまり、コンプレッサ側の雄ねじ部１５よりタービン側の雄ねじ部１１の方がねじ径が大きいため、コンプレッサインペラ３のハブ３ｂに形成された中心孔３ｃにタービン側の雄ねじ部１１を通すことは不可能であり、タービン側の雄ねじ部１１にコンプレッサインペラ３が誤って組み付けられることはない。一方、タービンインペラ２のハブ２ｂに形成された中心孔２ｃにコンプレッサ側の雄ねじ部１５を通すことは可能であるが、ガタツキが大きくなるため、コンプレッサ側の雄ねじ部１５にタービンインペラ２が誤って組み付けられることも防止できる。また、タービン側の雄ねじ部１１とコンプレッサ側の雄ねじ部１５とで、互いのねじ径が異なることを利用して、組付け作業手順の間違いを無くすこともできる。すなわち、シャフト４に対するタービンインペラ２とコンプレッサインペラ３の誤組み付けを防止できるので、その作業手順を間違うこともなく、決められた手順通りに組み付け作業を行うことができる。
【００３６】
さらに、タービン側の雄ねじ部１１とコンプレッサ側の雄ねじ部１５は、互いのねじ方向が逆向きに設定され、且つ、タービン側の雄ねじ部１１に螺着されるナット１６と、コンプレッサ側の雄ねじ部１５に螺着されるナット１８は、タービンインペラ２が回転する方向と逆方向の回転で締まるように設定される。例えば、タービン側の雄ねじ部１１を右ねじ、コンプレッサ側の雄ねじ部１５を左ねじとすると、タービン側の雄ねじ部１１に螺着されるナット１６は、右方向（時計回り方向）に回すことで前進する、つまり、タービンインペラ２を締め付ける方向へ進む。一方、コンプレッサ側の雄ねじ部１５に螺着されるナット１８は、左方向（反時計回り方向）に回すことで前進する、つまり、コンプレッサインペラ３を締め付ける方向へ進む。これにより、排気ガスの圧力を受けてタービンインペラ２が回転する時にナット１６、１８の緩みを抑制できるので、締結の信頼性を確保できる。
【００３７】
（変形例）
実施例１では、タービンインペラ２のハブ２ｂに窪孔２ｄを形成して、その窪孔２ｄの内部にナット１６を配置する構成を示しているが、窪孔２ｄのないハブ形状でも良い。つまり、タービンインペラ２のハブ２ｂに窪孔２ｄを形成することなく、ハブ２ｂの軸方向外側の端面よりシャフト４の一方の軸端部４ａが突き出ており、その軸端部４ａに形成された雄ねじ部１１にナット１６を螺着して締め付け固定する構造でも良い。
また、実施例１では、シャフト４を支持する軸受５にフローティングメタルを採用する一例を記載したが、フローティングメタルに限定されるものではなく、例えば、ボールベアリングを用いることも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 過給器
２ タービンインペラ
２ｂ タービンインペラのハブ
２ｃ タービンインペラのハブに形成される中心孔
２ｄ ハブに凹設された窪孔
２ｅ 窪孔の内周面に形成される段差部
３ コンプレッサインペラ
４ シャフト
４ａ 一方の軸端部
４ｂ 他方の軸端部
５ 軸受
６ ベアリングハウジング（ハウジング）
１０ スラスト面
１１ 雄ねじ部（一方の軸端部に形成されたねじ山）
１５ 雄ねじ部（他方の軸端部に形成されたねじ山）
１６ タービン側のナット
１７ カバー
１７ｄ カバーの呼吸孔
１８ コンプレッサ側のナット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受を介してハウジングに回転自在に支持されるシャフトと、
このシャフトの一端側に固定されて内燃機関の排気流路に配置されるタービンインペラと、
前記シャフトの他端側に固定されて前記内燃機関の吸気流路に配置されるコンプレッサインペラとを有し、
前記内燃機関の排気エネルギを利用して前記タービンインペラを回転させ、このタービンインペラの回転動力により前記コンプレッサインペラを駆動して前記内燃機関に圧縮空気を供給する過給器であって、
前記シャフトの一端側には、外周にねじ山を形成した一方の軸端部が設けられると共に、前記一方の軸端部に支持される前記タービンインペラを軸方向に位置決めするスラスト面が形成され、
前記タービンインペラは、回転中心であるハブの中心部を軸心方向に貫通する中心孔を有し、この中心孔に前記一方の軸端部が挿通され、前記ハブの軸方向端面を前記スラスト面に当接させた状態で、前記中心孔より突き出る前記軸端部のねじ山にナットを螺着して締め付け固定されることを特徴とする過給器。
【請求項２】
請求項１に記載した過給器において、
前記タービンインペラのハブは、前記中心孔に前記軸端部を挿通する方向と反対側の端面から軸方向に凹設された窪孔を有し、この窪孔の底面に前記中心孔が開口して形成され、
前記ナットは、前記窪孔の内部に挿入されて前記軸端部のねじ山に螺着され、前記ナットの締め付け力が前記窪孔の底面に付与されることを特徴とする過給器。
【請求項３】
請求項２に記載した過給器において、
前記窪孔の底面に開口する前記中心孔より前記窪孔の内部へ突き出る前記軸端部、および、この軸端部のねじ山に螺着される前記ナットを覆って前記窪孔の開口部を塞ぐカバーを有し、このカバーには、内側と外側とを連通する呼吸孔が形成されていることを特徴とする過給器。
【請求項４】
請求項３に記載した過給器において、
前記窪孔の内周面には、前記窪孔の入口から底面に向かう深さ方向の途中に段差部が設けられ、この段差部より入口側の方が底面側より内径が小さく形成され、
前記カバーは、前記窪孔の内周に挿入され、且つ、前記カバーの外周縁部が前記段差部に係合した状態で取り付けられることを特徴とする過給器。
【請求項５】
請求項１〜４に記載した何れか一つの過給器において、
前記シャフトの他端側には、外周にねじ山を形成した他方の軸端部が設けられ、
前記コンプレッサインペラは、前記他方の軸端部に嵌合して取り付けられ、且つ、前記他方の軸端部に形成されたねじ山にナットを螺着して締め付け固定され、
前記シャフトは、前記一方の軸端部に形成されるねじ山と、前記他方の軸端部に形成されるねじ山とで、互いのねじ径が異なることを特徴とする過給器。
【請求項６】
請求項５に記載した過給器において、
前記シャフトの一方の軸端部に形成されたねじ山と、前記シャフトの他方の軸端部に形成されたねじ山は、互いのねじ方向が逆向きに設定され、且つ、前記一方の軸端部にねじ結合されるナットと、前記他方の軸端部にねじ結合されるナットは、前記タービンインペラが回転する方向と逆方向の回転で締まることを特徴とする過給器。
【請求項７】
請求項１〜６に記載した何れか一つの過給器において、
前記シャフトおよび前記ナットに使用される材料は、耐熱性鋼材であることを特徴とする過給器。
【請求項１】
軸受を介してハウジングに回転自在に支持されるシャフトと、
このシャフトの一端側に固定されて内燃機関の排気流路に配置されるタービンインペラと、
前記シャフトの他端側に固定されて前記内燃機関の吸気流路に配置されるコンプレッサインペラとを有し、
前記内燃機関の排気エネルギを利用して前記タービンインペラを回転させ、このタービンインペラの回転動力により前記コンプレッサインペラを駆動して前記内燃機関に圧縮空気を供給する過給器であって、
前記シャフトの一端側には、外周にねじ山を形成した一方の軸端部が設けられると共に、前記一方の軸端部に支持される前記タービンインペラを軸方向に位置決めするスラスト面が形成され、
前記タービンインペラは、回転中心であるハブの中心部を軸心方向に貫通する中心孔を有し、この中心孔に前記一方の軸端部が挿通され、前記ハブの軸方向端面を前記スラスト面に当接させた状態で、前記中心孔より突き出る前記軸端部のねじ山にナットを螺着して締め付け固定されることを特徴とする過給器。
【請求項２】
請求項１に記載した過給器において、
前記タービンインペラのハブは、前記中心孔に前記軸端部を挿通する方向と反対側の端面から軸方向に凹設された窪孔を有し、この窪孔の底面に前記中心孔が開口して形成され、
前記ナットは、前記窪孔の内部に挿入されて前記軸端部のねじ山に螺着され、前記ナットの締め付け力が前記窪孔の底面に付与されることを特徴とする過給器。
【請求項３】
請求項２に記載した過給器において、
前記窪孔の底面に開口する前記中心孔より前記窪孔の内部へ突き出る前記軸端部、および、この軸端部のねじ山に螺着される前記ナットを覆って前記窪孔の開口部を塞ぐカバーを有し、このカバーには、内側と外側とを連通する呼吸孔が形成されていることを特徴とする過給器。
【請求項４】
請求項３に記載した過給器において、
前記窪孔の内周面には、前記窪孔の入口から底面に向かう深さ方向の途中に段差部が設けられ、この段差部より入口側の方が底面側より内径が小さく形成され、
前記カバーは、前記窪孔の内周に挿入され、且つ、前記カバーの外周縁部が前記段差部に係合した状態で取り付けられることを特徴とする過給器。
【請求項５】
請求項１〜４に記載した何れか一つの過給器において、
前記シャフトの他端側には、外周にねじ山を形成した他方の軸端部が設けられ、
前記コンプレッサインペラは、前記他方の軸端部に嵌合して取り付けられ、且つ、前記他方の軸端部に形成されたねじ山にナットを螺着して締め付け固定され、
前記シャフトは、前記一方の軸端部に形成されるねじ山と、前記他方の軸端部に形成されるねじ山とで、互いのねじ径が異なることを特徴とする過給器。
【請求項６】
請求項５に記載した過給器において、
前記シャフトの一方の軸端部に形成されたねじ山と、前記シャフトの他方の軸端部に形成されたねじ山は、互いのねじ方向が逆向きに設定され、且つ、前記一方の軸端部にねじ結合されるナットと、前記他方の軸端部にねじ結合されるナットは、前記タービンインペラが回転する方向と逆方向の回転で締まることを特徴とする過給器。
【請求項７】
請求項１〜６に記載した何れか一つの過給器において、
前記シャフトおよび前記ナットに使用される材料は、耐熱性鋼材であることを特徴とする過給器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−９２８１５（Ｐ２０１２−９２８１５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３０５３（Ｐ２０１０−２４３０５３）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]