特開 2024-157662 タービンシャフトの製造装置およびタービンシャフトの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157662

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】タービンシャフトの製造装置およびタービンシャフトの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/00 20060101AFI20241031BHJP

   C21D 9/28 20060101ALI20241031BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20241031BHJP

   B23K 31/02 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

F02B39/00 T

C21D9/28 B

F02B39/00 R

B23K1/00 330P

B23K31/02 310J

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072139

(22)【出願日】2023-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 達也

(72)【発明者】

【氏名】青野 将大

(72)【発明者】

【氏名】松本 博行

(72)【発明者】

【氏名】水野 敬太

【テーマコード（参考）】

3G005

4K042

【Ｆターム（参考）】

3G005EA04

3G005EA16

3G005GB75

3G005GB79

3G005KA08

4K042AA14

4K042BA13

4K042BA14

4K042DA06

4K042DB01

4K042DB07

4K042DB08

4K042DC02

4K042DD01

4K042DD02

4K042DD05

4K042DE03

4K042DE04

4K042DE06

4K042EA01

(57)【要約】

【課題】タービンホイールを加熱部により加熱する場合に、ロータシャフトが加熱されるのを抑制することが可能なタービンシャフトの製造装置を提供する。
【解決手段】製造装置２００は、タービンホイール１０と、タービンホイール１０を回転させるロータシャフト２０とがろう材３０（接合材）により接合されたタービンシャフト１００の製造装置である。製造装置２００は、タービンホイール１０に熱を与えることによってタービンホイール１０とろう材３０とを加熱する加熱部１１０と、ロータシャフト２０を冷却する冷却部１２０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンホイールと、前記タービンホイールを回転させるロータシャフトとが接合材により接合されたタービンシャフトの製造装置であって、
前記タービンホイールに熱を与えることによって前記タービンホイールと前記接合材とを加熱する加熱部と、
前記ロータシャフトを冷却する冷却部と、を備える、タービンシャフトの製造装置。

【請求項2】

前記加熱部は、少なくとも一部が前記タービンホイールの外周側に配置され、
前記冷却部は、前記ロータシャフトの軸方向において、少なくとも一部が前記加熱部よりも前記ロータシャフト側に配置されている、請求項１に記載の製造装置。

【請求項3】

前記タービンシャフトと共に前記冷却部を収容した状態で不活性ガスが封入される封入管と、
前記封入管の外部に配置される送風部と、をさらに備え、
前記加熱部は、前記冷却部とともに前記封入管に収容された前記タービンシャフトの前記タービンホイールを加熱し、
前記送風部は、前記冷却部と共に前記封入管から出された前記タービンシャフトの前記接合材に向けて送風する、請求項１または２に記載の製造装置。

【請求項4】

前記冷却部は、前記ロータシャフトの周囲を通るように設けられ、冷却水が流通する冷却水管を含む、請求項１または２に記載の製造装置。

【請求項5】

前記冷却水管は、前記ロータシャフトの軸線を中心に巻回されるように設けられる巻回部を含む、請求項４に記載の製造装置。

【請求項6】

タービンホイールと、前記タービンホイールを回転させるロータシャフトとが接合材により接合されたタービンシャフトの製造方法であって、
前記タービンホイールに熱を与えることによって前記タービンホイールと前記接合材とを加熱する加熱工程と、
前記ロータシャフトを冷却部により冷却する冷却工程と、を含む、タービンシャフトの製造方法。

【請求項7】

前記冷却工程は、前記加熱工程における加熱を行いながら、前記ロータシャフトを冷却する第１工程を含む、請求項６に記載のタービンシャフトの製造方法。

【請求項8】

前記冷却工程は、第２工程をさらに含み、
前記第２工程は、前記加熱工程の後に前記ロータシャフトを冷却する工程である、請求項７に記載のタービンシャフトの製造方法。

【請求項9】

前記第２工程は、
不活性ガスが封入された封入管に前記冷却部と共に収容された前記タービンシャフトの前記ロータシャフトを冷却する工程と、
前記冷却部と共に前記封入管から前記タービンシャフトが出された後に、前記ロータシャフトを冷却しながら前記接合材に向けて送風する工程と、を含む、請求項８に記載のタービンシャフトの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、タービンシャフトの製造装置およびタービンシャフトの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば、特許第４３０４１９０号公報（特許文献１）には、タービンホイールとロータシャフトとの間に配置されたろう材を加熱して溶融することにより、タービンホイールとロータシャフトとを接合する方法が開示されている。上記特許文献１では、赤外線ランプから放射された赤外線光をタービンホイールに集光させることにより、タービンホイールが加熱されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４３０４１９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１では、加熱されたタービンホイールからロータシャフトに熱が伝わるため、ロータシャフトの温度が上昇する。このため、ロータシャフトの機械的強度が低下する。低下したロータシャフトの機械的強度を回復させるために、後工程においてロータシャフトを加熱する熱処理を行う場合がある。しかしながら、上記熱処理が行われることにより、処理工程が増加する不都合がある。したがって、ロータシャフトの機械的強度が低下することを抑制するために、ロータシャフトが加熱されるのを抑制することが望まれている。

【0005】

本技術の目的は、タービンホイールを加熱部により加熱する場合に、ロータシャフトが加熱されるのを抑制することが可能なタービンシャフトの製造装置およびタービンシャフトの製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１の局面に係るタービンシャフトの製造装置は、タービンホイールと、タービンホイールを回転させるロータシャフトとが接合材により接合されたタービンシャフトの製造装置であって、タービンホイールに熱を与えることによってタービンホイールと接合材とを加熱する加熱部と、ロータシャフトを冷却する冷却部と、を備える。

【0007】

本開示の第１の局面に係るタービンシャフトの製造装置では、上記のように、タービンホイールと接合材とを加熱する加熱部、および、ロータシャフトを冷却する冷却部が備えられる。これにより、冷却部によりロータシャフトが冷却されるので、加熱部により加熱されたタービンホイールからの熱によりロータシャフトが昇温されるのを抑制することができる。

【0008】

上記第１の局面に係るタービンシャフトの製造装置において、好ましくは、加熱部は、少なくとも一部がタービンホイールの外周側に配置される。冷却部は、ロータシャフトの軸方向において、少なくとも一部が加熱部よりもロータシャフト側に配置されている。このように構成すれば、ロータシャフトの軸方向において、上記軸方向において加熱部よりもロータシャフト側に配置されている部分が冷却部に全くない場合に比べて、ロータシャフトを冷却部により効率的に冷却することができる。

【0009】

上記第１の局面に係るタービンシャフトの製造装置は、好ましくは、タービンシャフトと共に冷却部を収容した状態で不活性ガスが封入される封入管と、封入管の外部に配置される送風部と、をさらに備える。加熱部は、冷却部と共に封入管に収容されたタービンシャフトのタービンホイールを加熱する。送風部は、冷却部と共に封入管から出されたタービンシャフトの接合材に向けて送風する。このように構成すれば、封入管内において加熱された後のタービンシャフトの接合材の温度を、送風部による送風によって調整することができる。

【0010】

上記第１の局面に係るタービンシャフトの製造装置において、好ましくは、冷却部は、ロータシャフトの周囲を通るように設けられ、冷却水が流通する冷却水管を含む。このように構成すれば、冷却水管を通る冷却水によって、ロータシャフトを容易に冷却することができる。

【0011】

この場合、好ましくは、冷却水管は、ロータシャフトの軸線を中心に巻回されるように設けられる巻回部を含む。このように構成すれば、巻回部によってロータシャフトを多重に取り囲むことができる。その結果、巻回部を流通する冷却水によって、ロータシャフトを効率的に冷却することができる。

【0012】

本開示の第２の局面に係るタービンシャフトの製造方法は、タービンホイールと、タービンホイールを回転させるロータシャフトとが接合材により接合されたタービンシャフトの製造方法であって、タービンホイールに熱を与えることによってタービンホイールと接合材とを加熱する加熱工程と、ロータシャフトを冷却部により冷却する冷却工程と、を含む。

【0013】

本開示の第２の局面に係るタービンシャフトの製造方法では、上記のように、タービンホイールと接合材とを加熱する加熱工程、および、ロータシャフトを冷却部により冷却する冷却工程とが備えられる。これにより、加熱部により加熱されたタービンホイールからの熱によりロータシャフトが昇温されるのを抑制することが可能なタービンシャフトの製造方法を提供することができる。

【0014】

上記第２の局面に係るタービンシャフトの製造方法において、好ましくは、冷却工程は、加熱工程における加熱を行いながら、ロータシャフトを冷却する第１工程を含む。このように構成すれば、加熱工程が行われている間に、タービンホイールからの熱によりロータシャフトが昇温されるのを抑制することができる。

【0015】

この場合、好ましくは、冷却工程は、第２工程をさらに含む。第２工程は、加熱工程の後にロータシャフトを冷却する工程である。このように構成すれば、加熱工程後においてもロータシャフトの冷却を継続することができる。

【0016】

上記冷却工程が第２工程をさらに含むタービンシャフトの製造方法において、第２工程は、不活性ガスが封入された封入管に冷却部と共に収容されたタービンシャフトのロータシャフトを冷却する工程と、冷却部と共に封入管からタービンシャフトが出された後に、ロータシャフトを冷却しながら接合材に向けて送風する工程と、を含む。このように構成すれば、封入管内においてロータシャフトを冷却した後に、送風部によって接合材の温度を調整しながらロータシャフトを冷却部により冷却することができる。その結果、送風によって接合材の冷却時間を調整することができるので、送風と共に行われるロータシャフトの冷却時間を容易に調整することができる。

【発明の効果】

【0017】

本技術によれば、タービンホイールを加熱部により加熱する場合に、ロータシャフトが加熱されるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態によるタービンシャフトの製造装置の全体構成を示す断面図である。

【図2】図１のろう材の周辺の部分拡大図である。

【図3】一実施形態による製造装置の送風部および移動機構を示す図である。

【図4】一実施形態によるタービンシャフトの製造方法を示すフロー図である。

【図5】一実施形態によるタービンホイールとロータシャフトとの接合中におけるろう材の温度変化を示す図である。

【図6】一実施形態によるタービンホイールとロータシャフトとの接合中におけるロータシャフトの温度変化、および、比較例を示す図である。

【図7】製造完了後のタービンシャフトのろう材の形状を示す部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0020】

図１は、本実施形態に係るタービンシャフト１００の製造装置２００の構成を示す概略図である。図２は、図１に示すろう材３０（後述）の周辺の部分拡大図である。図１および図２を参照して、タービンシャフト１００は、タービンホイール１０と、ロータシャフト２０とを含む。タービンホイール１０は、車両におけるターボチャージャー（過給機）のパーツの１つである羽根車であって、排気ガスの力を利用して回転する。ロータシャフト２０は、タービンホイール１０を回転させるための軸材である。図１では、タービンホイール１０とロータシャフト２０とがＺ方向に並ぶように配置されている。なお、ロータシャフト２０は、タービンホイール１０のＺ２側に配置されている。また、Ｚ２側は、本開示の「軸方向におけるロータシャフト側」の一例である。

【0021】

タービンホイール１０は、渦巻き状の羽根（図示せず）が周方向に間隔を開けて配置された構成を有する。タービンホイール１０は、たとえばＴｉＡｌ系合金により形成されている。また、タービンホイール１０は、Ｚ２側に突出して設けられる接合軸１１（図２参照）を含む。接合軸１１は、タービンホイール１０のＺ２側の端面１２（図２参照）からＺ２側に突出している。

【0022】

ロータシャフト２０は、丸棒形状を有している。ロータシャフト２０は、たとえば鉄により形成されている。ロータシャフト２０は、タービンホイール１０の接合軸１１が挿入される接合孔２１ａ（図２参照）を含む。接合孔２１ａは、ロータシャフト２０のＺ１側の端部２１に設けられている。

【0023】

タービンホイール１０は、ロータシャフト２０の軸方向（図１のＺ方向）における一方側（Ｚ１側）の端部２１と接合されている。タービンホイール１０とロータシャフト２０とは、ろう材３０により接合されている。ろう材３０は、タービンホイール１０の端面１２（図２参照）とロータシャフト２０の端部２１とを接合している。なお、ろう材３０は、本開示の「接合材」の一例である。

【0024】

ろう材３０は、たとえば、ＪＩＳに規定されたＢＮｉシリーズの各種ニッケルろう材により形成されている。ろう材３０は、高い高温強度を有している。ろう材３０の液相線温度は、約１０００℃または１０００℃以上である。

【0025】

＜製造装置の構成＞
製造装置２００は、加熱部１１０と、冷却部１２０と、石英管１３０と、送風部１４０（図３参照）と、押圧部１５０と、を備える。

【0026】

加熱部１１０は、タービンホイール１０に熱を与えることによってタービンホイール１０とろう材３０とを加熱する。加熱部１１０は、タービンホイール１０側（Ｚ１側）からタービンシャフト１００に対して熱を与える。

【0027】

加熱部１１０は、赤外線ヒータ１１１を含む。赤外線ヒータ１１１は、ゴールドイメージ炉１１２に設けられている。赤外線ヒータ１１１は、少なくとも一部がタービンホイール１０の外周側に配置されている。

【0028】

ゴールドイメージ炉１１２は、赤外線に対して高い反射率を有する金（ゴールド）をコーティングした反射面１１２ａを有する。赤外線ヒータ１１１から照射された赤外線は、反射面１１２ａにより反射され、タービンホイール１０に集光される。これにより、タービンホイール１０が加熱される。

【0029】

なお、タービンシャフト１００は、赤外線ヒータ１１１によりタービンホイール１０が加熱されている間、冷却部１２０とともに透明な石英管１３０に収容されている。この際、石英管１３０は、Ａｒ等の不活性ガスにより置換されている。これにより、タービンホイール１０等が酸化するのが抑制される。

【0030】

また、この際，赤外線ヒータ１１１は、石英管１３０の外部からタービンホイール１０に対して赤外線を照射する。赤外線は石英を透過するので、石英管１３０によりタービンホイール１０の加熱が妨げられることはない。

【0031】

ここで、従来の製造装置では、加熱されたタービンホイールからロータシャフトに熱が伝わるため、ロータシャフトの温度が上昇する。このため、ロータシャフトの機械的強度が低下する。このため、低下したロータシャフトの機械的強度を回復させるために、後工程においてロータシャフトを加熱する熱処理を行う場合がある。しかしながら、上記熱処理が行われることにより、処理工程が増加する不都合がある。したがって、ロータシャフトの機械的強度が低下することを抑制するために、ロータシャフトが加熱されるのを抑制することが望まれている。

【0032】

そこで、本実施形態では、製造装置２００には、ロータシャフト２０を冷却する冷却部１２０が備えられている。これにより、加熱部１１０により加熱されたタービンホイール１０からロータシャフト２０への入熱を抑制することができるとともに、ロータシャフト２０が加熱されるのを抑制することができる。

【0033】

冷却部１２０（後述の冷却水管１２２）は、タービンシャフト１００と共に石英管１３０に収容可能に構成されている。これにより、石英管１３０内において、タービンホイール１０が加熱されている間に冷却部１２０によりロータシャフト２０を冷却することが可能である。

【0034】

冷却部１２０は、チラー１２１と、冷却水管１２２とを含む。冷却水管１２２は、ロータシャフト２０の周囲を通るように設けられている。具体的には、冷却水管１２２は、ロータシャフト２０が挿入されている円筒部１６０に沿うように設けられている。なお、チラー１２１は、石英管１３０の外部に配置される。

【0035】

チラー１２１は、冷却水管１２２を流通する水（冷却水）を冷却する。冷却水管１２２は、巻回部１２２ａと、接続部１２２ｂとを有する。巻回部１２２ａは、ロータシャフト２０の軸線αを中心に巻回されるように設けられている。具体的には、巻回部１２２ａは、円筒部１６０に巻回されている。巻回部１２２ａは、円筒部１６０のうち、少なくともロータシャフト２０が挿入されている部分を巻回するように設けられている。

【0036】

接続部１２２ｂは、巻回部１２２ａとチラー１２１とを接続するように設けられている。これにより、冷却水は、接続部１２２ｂを通じて巻回部１２２ａとチラー１２１との間を流通する。接続部１２２ｂは、石英管１３０の外部のチラー１２１と、石英管１３０の内部の巻回部１２２ａとを接続する。

【0037】

本実施形態では、冷却部１２０は、Ｚ方向において、少なくとも一部が加熱部１１０よりもロータシャフト２０側（Ｚ２方向）に配置されている。具体的には、巻回部１２２ａは、少なくとも一部がゴールドイメージ炉１１２よりもＺ２側に配置されている。詳細には、巻回部１２２ａのＺ２側の一部が、ゴールドイメージ炉１１２のＺ２側の端部１１２ｂよりもＺ２側に配置されている。言い換えると、巻回部１２２ａのＺ１側の一部のみが、ゴールドイメージ炉１１２に対応するＺ方向の範囲内に配置されている。

【0038】

また、図１に示す例では、冷却部１２０の全体は、赤外線ヒータ１１１のＺ２側の端部１１１ａよりもＺ２側に配置されている。すなわち、赤外線ヒータ１１１が設けられるＺ方向の範囲と、冷却部１２０が設けられるＺ方向の範囲とは、重複せずにずらされている。なお、赤外線ヒータ１１１が設けられるＺ方向の範囲と、冷却部１２０が設けられるＺ方向の範囲とが、部分的に重なっていてもよい。

【0039】

円筒部１６０におけるＺ１側の開口１６１（図２参照）は、蓋部１７０により蓋されている。図２に示すように、蓋部１７０には、ロータシャフト２０が貫通される貫通孔１７１が設けられている。円筒部１６０を蓋している蓋部１７０の貫通孔１７１をロータシャフト２０が貫通している状態で、加熱部１１０による加熱および冷却部１２０による冷却が行われる。なお、円筒部１６０と蓋部１７０とは、互いに別個に設けられている。蓋部１７０は、円筒部１６０に対して着脱可能である。

【0040】

蓋部１７０は、蓋部１７０のＺ１側の端部に設けられる頭部１７２を含む。また、蓋部１７０は、頭部１７２に接続されている挿入部１７３を含む。挿入部１７３は、頭部１７２からＺ２側に延びるように設けられている。挿入部１７３は、円筒部１６０に挿入されている。頭部１７２は、円筒部１６０に挿入されず、円筒部１６０の開口１６１を蓋するように設けられている。なお、貫通孔１７１は、頭部１７２と挿入部１７３とを貫通するように形成されている。

【0041】

頭部１７２は、ロータシャフト２０の端部２１を、Ｚ２側から支持している。これにより、タービンシャフト１００を安定的に固定（支持）することが可能である。具体的には、頭部１７２は、ロータシャフト２０の端部２１に形成されている係合部２１ｂと係合することにより、端部２１をＺ２側から支持している。

【0042】

頭部１７２は、Ｚ方向において厚みＴ１を有する。また、円筒部１６０は、ロータシャフト２０の径方向において厚みＴ２を有する。厚みＴ１は、厚みＴ２よりも大きい。これにより、加熱されたタービンホイール１０からロータシャフト２０への輻射熱を、頭部１７２により遮蔽することが可能である。

【0043】

押圧部１５０は、Ｚ１側からタービンホイール１０を所定の加重（たとえば数ＭＰａ）で押圧している。これにより、タービンホイール１０およびロータシャフト２０の各々と、ろう材３０との密着性を向上させることが可能である。

【0044】

図３に示すように、送風部１４０は、石英管１３０の外部に配置されている。送風部１４０は、冷却部１２０と共に石英管１３０から出されたタービンシャフト１００のろう材３０に向けて送風する。

【0045】

また、製造装置２００は、移動機構１８０を備える。移動機構１８０は、冷却部１２０（冷却水管１２２）と共にタービンシャフト１００を送風部１４０に対応する位置まで移動させるように構成されている。これにより、送風部１４０からの送風をろう材３０に効率的に当てることが可能である。なお、移動機構１８０によりタービンシャフト１００が移動される前に、タービンシャフト１００は、石英管１３０およびゴールドイメージ炉１１２から退避されている。また、チラー１２１は、移動機構１８０により移動されずに、所定の位置に固定されている。

【0046】

＜タービンシャフトの製造方法＞
次に、図４等を参照して、製造装置２００を用いたタービンシャフト１００の製造方法について説明する。

【0047】

ステップＳ１において、製造装置２００にタービンシャフト１００がセットされる。具体的には、図１に示すように、ロータシャフト２０は、蓋部１７０を貫通するとともに、冷却水管１２２が巻回されている円筒部１６０に挿入される。

【0048】

また、タービンシャフト１００と共に冷却部１２０（冷却水管１２２）が、石英管１３０に収容される。なお、石英管１３０は、タービンシャフト１００および冷却部１２０が収容された後に不活性ガスにより置換される。

【0049】

また、タービンシャフト１００および冷却部１２０が収容された石英管１３０のＺ１側の一部を、ゴールドイメージ炉１１２に配置する。これにより、タービンホイール１０がゴールドイメージ炉１１２に配置される。

【0050】

ステップＳ２において、加熱部１１０によるタービンホイール１０の加熱、および、冷却部１２０によるロータシャフト２０の冷却を行う。具体的には、赤外線ヒータ１１１によるタービンホイール１０への赤外線照射が開始される。また、冷却水管１２２における冷却水の流通（循環）が開始される。これにより、タービンホイール１０の加熱を行いながら、ロータシャフト２０の冷却が行われる。なお、上記加熱と上記冷却とは、略同じタイミングにおいて開始される。なお、ステップＳ２は、本開示の「第１工程」の一例である。

【0051】

ステップＳ３において、加熱部１１０による加熱が停止される。具体的には、赤外線ヒータ１１１がオフされる。これにより、冷却部１２０によるロータシャフト２０の冷却のみが実行（継続）される（炉内徐冷）。なお、タービンホイール１０がゴールドイメージ炉１１２の外部に配置されるように、石英管１３０とゴールドイメージ炉１１２との相対的な位置関係が調整されてもよい。たとえば、ゴールドイメージ炉１１２が石英管１３０から退避されてもよい。

【0052】

なお、ステップＳ２およびＳ３の各々では、押圧部１５０によりタービンホイール１０がＺ２側に押圧されている。

【0053】

ステップＳ４において、タービンシャフト１００および冷却部１２０（冷却水管１２２）を、移動機構１８０により送風部１４０（図３参照）に対応する位置まで移動させる。なお、移動機構１８０による移動の前に、タービンシャフト１００および冷却部１２０（冷却水管１２２）は、石英管１３０から取り出される。

【0054】

ステップＳ５では、冷却部１２０によるロータシャフト２０の冷却が継続されながら、送風部１４０からろう材３０に向けて送風される（炉外エアブロー）。送風部１４０からの風量および風速を制御することにより、ろう材３０の冷却速度を調整することが可能である。その結果、ロータシャフト２０が冷却部１２０により冷却される時間も調整される。なお、ステップＳ３～Ｓ５の工程は、本開示の「第２工程」の一例である。

【0055】

ステップＳ６において、冷却部１２０および送風部１４０の各々が停止される。ステップＳ７において、製造装置２００からタービンシャフト１００が取り外される。

【0056】

ステップＳ８では、タービンホイール１０とロータシャフト２０との接合が完了された状態で、タービンホイール１０の仕上げ加工が行われる。具体的には、タービンホイール１０に設けられた翼部（図示せず）が研削されるとともに、タービンホイール１０のバランスが修正される。

【0057】

＜ろう材の温度変化＞
図５は、タービンホイール１０とロータシャフト２０との接合が行われている間のろう材３０の温度変化を示す。図４に示すステップＳ２（加熱＋冷却）において、ろう材３０の温度は、平温（約２０℃）から１０００℃以上まで上昇する。これにより、ろう材３０の温度が液相線温度を超えるので、ろう材３０が溶融する。

【0058】

次に、図４に示すステップＳ３（炉内徐冷）において、ろう材３０の温度は約８００℃まで徐々に低下する。そして、図４に示すステップＳ５（炉外エアブロー）において、送風部１４０からの送風によって、ろう材３０が冷却される速度が上昇する。これにより、送風部１４０が設けられていない場合に比べて、より速やかにろう材３０の温度を所定温度まで低下させることが可能である。

【0059】

＜ロータシャフトの温度変化＞
図６は、タービンホイール１０とロータシャフト２０との接合が行われている間のロータシャフト２０の温度変化（実線参照）を示す。なお、図６には、比較例（破線参照）として、冷却部１２０による冷却および送風部１４０による送風が行われない場合のロータシャフト２０の温度変化も図示されている。比較例では、タービンホイール１０の加熱後に、自然冷却によりロータシャフト２０の冷却が行われる。なお、ロータシャフト１０の温度とは、ロータシャフト１０の軸方向における各点の平均温度を意味する。

【0060】

図４に示すステップＳ２に対応する工程において、比較例ではロータシャフト２０の温度がタービンホイール１０からの入熱により大きく上昇する。これに対し、本実施形態の構成では、タービンホイール１０からの入熱が冷却部１２０による冷却により抑制されるので、ロータシャフト２０の温度上昇は比較例に比べて小さくなる。

【0061】

図４に示すステップＳ３およびＳ５に対応する工程において、比較例ではロータシャフト２０の温度が自然冷却により低下される。これに対し、本実施形態では、ロータシャフト２０は、冷却部１２０によって冷却されるので、比較例に比べてより効率的に温度が低下される。

【0062】

＜製造完了後のタービンシャフト＞
図７は、図４に示す製造方法による製造完了後のタービンシャフト１００の状態の一例を示す図である。図７に示す例では、ろう材３０の縁部３１がロータシャフト２０からはみ出している状態が図示されている。縁部３１は、ロータシャフト２０への入熱が冷却部１２０により抑制されることによって、ロータシャフト２０の歪みを取り除くための仕上げ加工が省略されたことに起因して残存している部分である。

【0063】

以上のように、本実施形態では、製造装置２００は、タービンホイール１０に熱を与えることによってタービンホイール１０とろう材３０とを加熱する加熱部１１０と、ロータシャフト２０を冷却する冷却部１２０とを備える。これにより、加熱部１１０により加熱されたタービンホイール１０（ろう材３０）からロータシャフト２０に伝播する熱を、冷却部１２０により打ち消すことができる。その結果、ロータシャフト２０が加熱されるのを抑制することができる。

【0064】

また、ロータシャフト２０の加熱が抑制されるので、熱によってロータシャフト２０に歪みが生じるのを抑制することができる。その結果、上記歪みを除去するためにロータシャフト２０に対して通常行われる仕上げ加工や熱処理等を省略することができる。これにより、完成形の状態（加工等が必要ない状態）のロータシャフト２０を用いて、タービンホイール１０との接合処理を行うことができる。その結果、ロータシャフト２０に対して加工が施されることにより必要となるタービンホイール１０のセンタ穴加工（ロータシャフト２０の軸線と上記センタ穴との位置調整のための加工）を省略することができる。その結果、タービンシャフト１００の製造に要する工程数を削減することができる。

【0065】

上記実施形態では、冷却部１２０（巻回部１２２ａ）の少なくとも一部が、Ｚ方向において、加熱部１１０よりもＺ２側（ロータシャフト２０側）に配置されている例を示したが、本開示はこれに限られない。冷却部１２０（巻回部１２２ａ）の全体が、Ｚ方向において、加熱部１１０が設けられる範囲内に配置されていてもよい。

【0066】

上記実施形態では、送風部１４０によるろう材３０への送風が行われる例を示したが、本開示はこれに限られない。送風部１４０によるろう材３０への送風は行われなくてもよい。

【0067】

上記実施形態では、冷却水管１２２を流通する冷却水によりロータシャフト２０が冷却される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、ロータシャフト２０に冷却風を当てることによりロータシャフト２０を冷却してもよい。

【0068】

上記実施形態では、冷却水管１２２がロータシャフト２０の軸線αを巻回するように設けられる巻回部１２２ａを含む例を示したが、本開示はこれに限られない。冷却水管１２２がロータシャフト２０の周囲を通るように設けられていれば、冷却水管１２２に巻回部１２２ａが設けられていなくてもよい。たとえば、巻回部１２２ａの代わりに、円筒部１６０の外表面に沿ってＺ方向に延びる部分が設けられていてもよい。

【0069】

上記実施形態では、加熱部１１０によりタービンホイール１０の加熱を行いながら、冷却部１２０によりロータシャフト２０の冷却が行われる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、加熱部１１０による加熱が完了した後に、冷却部１２０による冷却が行われてもよい。また、加熱部１１０による加熱の途中で、冷却部１２０による冷却を開始してもよい。

【0070】

上記実施形態では、冷却部１２０による冷却のみを行った後に、冷却部１２０による冷却と送風部１４０による送風とを行う例を示したが、本開示はこれに限られない。加熱工程直後から、冷却部１２０による冷却と送風部１４０による送風とを行ってもよい。

【0071】

上記実施形態では、ろう材３０によりタービンホイール１０とロータシャフト２０とを接合する例を示したが、本開示はこれに限られない。ろう材３０以外の接合材（たとえば、半田等）を用いてもよい。

【0072】

上記実施形態では、石英管１３０に不活性ガスが封入される例を示したが、本開示はこれに限られない。赤外線を透過する管であれば石英管以外が用いられてもよい。

【0073】

上記実施形態では、加熱部１１０に赤外線ヒータ１１１が用いられる例を示したが、本開示はこれに限られない。赤外線ヒータ１１１以外の熱源（たとえば誘導加熱コイル等）が用いられてもよい。

【0074】

なお、上記実施形態に記載されている構成、および、上記の各種変形例は、任意に組み合わされて実施されてもよい。

【0075】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0076】

１０ タービンホイール，２０ ロータシャフト，３０ ろう材（接合材），１００ 製造装置，１１０ 加熱部，１２０ 冷却部，１２２ 冷却水管，１２２ａ 巻回部，１３０ 石英管（封入管），１４０ 送風部，Ｚ 方向（軸方向），α 軸線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】