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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2018年9月27日
【発行日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】回転体、および、過給機
(51)【国際特許分類】
   F02B 39/00 20060101AFI20191129BHJP
【FI】
   F02B39/00 T
   F02B39/00 R
   F02B39/00 Q
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】19
【出願番号】特願2019-507718(P2019-507718)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2018年3月20日
(31)【優先権主張番号】特願2017-56116(P2017-56116)
(32)【優先日】2017年3月22日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社IHI
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】崎坂 亮太
(72)【発明者】
【氏名】杉浦 光
【テーマコード(参考)】
3G005
【Fターム(参考)】
3G005EA04
3G005EA16
3G005FA51
3G005GB75
3G005GB79
3G005KA08
(57)【要約】
回転体は、タービンインペラ9(インペラ)およびシャフト8の一方に設けられた突出部23と、タービンインペラ9およびシャフト8の他方に設けられ、周方向に延在して突出部23の外周面に接合される接合部34、および、接合部34よりも突出部23の先端23a側に位置して突出部23が進入される小内径部32(進入部)を有する挿入穴30と、を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インペラおよびシャフトの一方に設けられた突出部と、
前記インペラおよび前記シャフトの他方に設けられ、周方向に延在して前記突出部の外周面に接合される接合部、および、前記接合部よりも前記突出部の先端側に位置して前記突出部が進入される進入部を有する挿入穴と、
を備える回転体。
【請求項2】
前記接合部と前記進入部とは内径が異なる請求項1に記載の回転体。
【請求項3】
前記挿入穴の内面に前記接合部と連続して形成され、前記接合部から離隔するほど、前記シャフトの径方向外側に拡径して、前記突出部の外周面から離隔する拡径部を備える請求項1または2に記載の回転体。
【請求項4】
前記挿入穴の外壁のうち、前記接合部および前記拡径部が内面に形成された部位は、前記シャフトの径方向の厚みよりも、前記シャフトの軸方向に長く延在する請求項3に記載の回転体。
【請求項5】
前記挿入穴内に設けられ、前記シャフトの径方向に延在する突き当て部と、
前記突出部に形成され、前記突き当て部に前記シャフトの軸方向に接触する接触部と、
を備える請求項1から4のいずれか1項に記載の回転体。
【請求項6】
前記突き当て部は、前記接合部と前記進入部との間に設けられた請求項5に記載の回転体。
【請求項7】
前記突出部のうち前記進入部の径方向内側に位置する部位の外径は、前記接合部の径方向内側に位置する部位のうち、最も小径である部位の外径よりも大きい請求項1から5のいずれか1項に記載の回転体。
【請求項8】
前記請求項1から7のいずれか1項に記載の回転体を備える過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、シャフトとインペラを備える回転体、および、過給機に関する。本願は2017年3月22日に日本に出願された特願2017−056116号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
従来、シャフトがベアリングハウジングに軸支された過給機が知られている。シャフトの一端には、タービンインペラが設けられる。シャフトの他端には、コンプレッサインペラが設けられる。過給機はエンジンに接続される。エンジンから排出される排気ガスによって、タービンインペラが回転する。タービンインペラの回転によって、シャフトを介してコンプレッサインペラが回転する。過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い、空気を圧縮してエンジンに送出する。
【0003】
特許文献1には、インペラとシャフトの接合構造が記載されている。セラミック軸は、インペラと一体成型される。セラミック軸の挿入部が、金属軸の筒状部に挿入される。電磁コイルは、筒状部の外周に配置され。電磁コイルに大電流が流れると、筒状部に磁束と渦電流が流れる。電磁力によって筒状部が挿入部に密着するように縮径される。こうして、セラミック軸と金属軸が接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第2569708号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の特許文献1に記載の構成では、接合時の筒状部の変形に伴い、セラミック軸やインペラと、金属軸とで径方向の位置がずれてしまう。
【0006】
本開示の目的は、シャフトとインペラとの径方向の位置決め精度を向上することが可能な回転体、および、過給機を提供することである。
【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、本開示の一態様に係る回転体は、インペラおよびシャフトの一方に設けられた突出部と、インペラおよびシャフトの他方に設けられ、周方向に延在して突出部の外周面に接合される接合部、および、接合部よりも突出部の先端側に位置して突出部が進入される進入部を有する挿入穴と、を備える。
【0008】
接合部と進入部とは内径が異なってもよい。
【0009】
挿入穴の内面に接合部と連続して形成され、接合部から離隔するほど、シャフトの径方向外側に拡径して、突出部の外周面から離隔する拡径部を備えてもよい。
【0010】
挿入穴の外壁のうち、接合部および拡径部が内面に形成された部位は、シャフトの径方向の厚みよりも、シャフトの軸方向に長く延在してもよい。
【0011】
挿入穴内に設けられ、シャフトの径方向に延在する突き当て部と、突出部に形成され、突き当て部にシャフトの軸方向に接触する接触部と、を備えてもよい。
【0012】
突き当て部は、接合部と進入部との間に設けられてもよい。
【0013】
突出部のうち進入部の径方向内側に位置する部位の外径は、接合部の径方向内側に位置する部位のうち、最も小径である部位の外径よりも大きくてもよい。
【0014】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る過給機は、上記回転体を備える。
【発明の効果】
【0015】
本開示によれば、シャフトとインペラとの径方向の位置決め精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】過給機の概略断面図である。
図2】タービン軸(回転体)を説明するための説明図である。
図3図3(a)は、図2の破線部分の抽出図である。図3(b)は、図3(a)の二点鎖線部分の抽出図である。
図4図4(a)は、シャフトとタービンインペラの接合前の図である。図4(b)は、シャフトとタービンインペラの接合後の図である。図4(c)は、シャフトとタービンインペラとの接合面の部分拡大図である。
図5図5(a)は、第1変形例における図3(a)に対応する部分の抽出図である。図5(b)は、第1変形例における図5(a)の二点鎖線部分の抽出図である。
図6図6(a)は、第2変形例における図3(a)に対応する部分の抽出図である。図6(b)は、第2変形例における図6(a)の二点鎖線部分の抽出図である。
図7図7(a)は、第3変形例における図3(a)に対応する部分の抽出図である。図7(b)は、第3変形例における図7(a)の二点鎖線部分の抽出図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0018】
図1は、過給機Cの概略断面図である。以下では、図1に示す矢印L方向を過給機Cの左側として説明する。図1に示す矢印R方向を過給機Cの右側として説明する。図1に示すように、過給機Cは、過給機本体1を備える。過給機本体1は、ベアリングハウジング2を備える。ベアリングハウジング2の左側には、締結ボルト3によってタービンハウジング4が連結される。ベアリングハウジング2の右側には、締結ボルト5によってコンプレッサハウジング6が連結される。
【0019】
ベアリングハウジング2には、軸受孔2aが形成されている。軸受孔2aは、過給機Cの左右方向に貫通する。軸受孔2aに軸受7が設けられる。図1では、軸受7の一例としてフルフローティング軸受を示す。ただし、軸受7は、セミフローティング軸受や転がり軸受など、他のラジアル軸受であってもよい。軸受7によって、シャフト8が軸支されている。シャフト8の左端部にはタービンインペラ9(インペラ)が設けられる。タービンインペラ9がタービンハウジング4内に回転自在に収容されている。シャフト8の右端部にはコンプレッサインペラ10が設けられる。コンプレッサインペラ10がコンプレッサハウジング6内に回転自在に収容されている。
【0020】
コンプレッサハウジング6には、吸気口11が形成されている。吸気口11は、過給機Cの右側に開口する。吸気口11は、不図示のエアクリーナに接続される。また、上記のように、締結ボルト5によってベアリングハウジング2とコンプレッサハウジング6が連結された状態では、ディフューザ流路12が形成される。ディフューザ流路12は、ベアリングハウジング2とコンプレッサハウジング6の対向面によって形成される。ディフューザ流路12は、空気を昇圧する。ディフューザ流路12は、シャフト8の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路12は、径方向内側において、コンプレッサインペラ10を介して吸気口11に連通している。
【0021】
また、コンプレッサハウジング6には、コンプレッサスクロール流路13が設けられている。コンプレッサスクロール流路13は、環状である。コンプレッサスクロール流路13は、ディフューザ流路12よりもシャフト8の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路13は、不図示のエンジンの吸気口と連通する。コンプレッサスクロール流路13は、ディフューザ流路12にも連通している。コンプレッサインペラ10が回転すると、吸気口11からコンプレッサハウジング6内に空気が吸気される。当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ10の翼間を流通する。その過程において、空気は遠心力の作用により加圧加速される。加圧加速された空気は、ディフューザ流路12およびコンプレッサスクロール流路13で昇圧される。昇圧された空気は、エンジンの吸気口に導かれる。
【0022】
タービンハウジング4には、吐出口14が形成されている。吐出口14は、過給機Cの左側に開口する。吐出口14は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。また、タービンハウジング4には、流路15と、タービンスクロール流路16とが設けられている。タービンスクロール流路16は環状である。タービンスクロール流路16は、流路15よりもタービンインペラ9の径方向外側に位置する。タービンスクロール流路16は、不図示のガス流入口と連通する。ガス流入口は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれる。ガス流入口は、上記の流路15にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路16に導かれた排気ガスは、流路15およびタービンインペラ9の翼間(後述する複数の羽根22の間)を介して吐出口14に導かれる。吐出口14に導かれた排気ガスは、その流通過程においてタービンインペラ9を回転させる。
【0023】
そして、上記のタービンインペラ9の回転力は、シャフト8を介してコンプレッサインペラ10に伝達される。上記のとおりに、空気は、コンプレッサインペラ10の回転力によって昇圧されて、エンジンの吸気口に導かれる。
【0024】
図2は、タービン軸20(回転体)を説明するための説明図である。図2に示すように、タービン軸20は、シャフト8と、タービンインペラ9で構成される。タービンインペラ9は、例えばラジアル式である。タービンインペラ9の本体部21(ハブ部)は、シャフト8の軸方向(すなわち、タービン軸20の回転軸方向、以下、単に軸方向と称す)に、図2中、左側から右側に向かって拡径する形状となっている。
【0025】
本体部21は、回転軸方向の一方側に外周面21aを臨ませる。本体部21は、回転軸方向の他方側に背面21bを臨ませている。外周面21aおよび背面21bは、回転軸方向に見たときの外形が、例えば円形である。本体部21の外周面21aの外径は、回転軸方向の他方側に向かって、徐々に大きくなっている。外周面21aには、複数の羽根22が設けられている。複数の羽根22は、外周面21aの周方向に離隔する。複数の羽根22は、外周面21aから径方向に突出している。
【0026】
シャフト8のうち、タービンインペラ9側(軸方向の一端8a側)には、スリンガ8bが形成される。スリンガ8bは、シャフト8の外周面8cから径方向外側に突出する。スリンガ8bは、軸受7を潤滑した潤滑油を遠心力によって径方向外側に飛散させる。
【0027】
シャフト8のうち、スリンガ8bよりも一端8a側には、シール溝8dが形成される。シール溝8dには、シールリングS(図1参照)が収容される。シールリングSによって、軸受7側からタービンインペラ9側への潤滑油の流入が抑止される。
【0028】
本体部21の背面21bの中心には、突出部23が形成されている。突出部23は、背面21bから軸方向に突出する。シャフト8の一端8aには、挿入穴30が形成される。挿入穴30は、一端8aから軸方向に他端8e側に窪んでいる。突出部23は、挿入穴30に挿入されている。
【0029】
図3(a)は、図2の破線部分の抽出図である。図3(b)は、図3(a)の二点鎖線部分の抽出図である。図3(a)に示すように、突出部23には、大径部24、小径部25、および、接触部26が設けられる。大径部24は、突出部23のうち、基端側(背面21b側)に位置する。大径部24は、軸方向および周方向に延在する。小径部25は、突出部23のうち、大径部24より先端23a側(背面21bから離隔する側)に位置する。小径部25は、軸方向および周方向に延在する。大径部24の外径は、小径部25の外径より大きい。
【0030】
接触部26は、大径部24と小径部25に連続する面である。接触部26は、軸方向に垂直に延在する。突出部23(小径部25)の先端23aは、軸方向に垂直に延在する面となっている。先端23aの外周縁には、テーパ面23bが形成される。
【0031】
挿入穴30には、大内径部31、小内径部32(進入部)、および、突き当て部33が設けられる。大内径部31は、挿入穴30のうち、突出部23の基端側(シャフト8の一端8a側)に設けられる。小内径部32は、大内径部31より突出部23の先端23a側(挿入穴30の底面30a側、シャフト8の他端8e側)に設けられる。小内径部32は、軸方向および周方向に延在する。大内径部31の内径は、小内径部32の内径よりも大きい。
【0032】
突き当て部33は、大内径部31と小内径部32に連続する面である。突き当て部33は、軸方向に垂直に延在する。挿入穴30の底面30aは、軸方向に垂直に延在する。底面30aの外周には、曲面30bが形成される。曲面30bの曲率中心は、曲面30bに対して挿入穴30(突出部23の先端23a、シャフト8の中心)側に位置する。
【0033】
突出部23の小径部25は、挿入穴30の小内径部32に進入し、しまり嵌め、中間嵌め、または隙間嵌めのいずれかの関係で嵌め合っている。例えば、小径部25と小内径部32との嵌め合い関係が、しまり嵌め、または、中間嵌めの場合、小径部25が小内径部32に圧入されてもよい。タービンインペラ9とシャフト8は、小径部25および小内径部32によって、シャフト8の径方向の位置決めがなされる。
【0034】
突出部23の接触部26は、挿入穴30の突き当て部33に軸方向から当接する。そのため、タービンインペラ9とシャフト8は、接触部26および突き当て部33によって、シャフト8の軸方向の位置決めがなされる。
【0035】
図3(b)に示すように、大内径部31の内周面31a(挿入穴30の内面)には、接合部34および拡径部35が設けられる。接合部34は、大内径部31のうち、シャフト8の一端8a側に設けられる。接合部34は、軸方向および周方向に延在する。大内径部31のうち、シャフト8の一端8a側の端部には、挿入穴30へ突出部23の挿入がしやすいように、切り欠き(不図示)が形成されている。切り欠きを設けず、大内径部31のうち、シャフト8の一端8a側の端部まで接合部34を延在させてもよい。
【0036】
接合部34は、小内径部32より内径が大きい。接合部34は、突出部23の大径部24の外周面24aに接合される。上記の突き当て部33は、接合部34と小内径部32との間に設けられる。
【0037】
拡径部35は、大内径部31のうち、突き当て部33側(シャフト8の他端8e側)に設けられる。拡径部35は、接合部34のうち、突き当て部33側の端部34aに連続する。拡径部35は、接合部34から離隔するほどシャフト8の径方向外側に拡径する。拡径部35の内径は、突き当て部33に向かうほど大きくなる。拡径部35は、接合部34から離隔するほど大径部24の外周面24aから離隔する。拡径部35のうち、突き当て部33側の端部は、曲面35aとなっている。曲面35aは、突き当て部33に連続する。曲面35aの曲率中心は、曲面35aに対して挿入穴30(大径部24、シャフト8の中心)側に位置する。
【0038】
挿入穴30の外壁30cのうち、大内径部31の外壁30d(すなわち、接合部34および拡径部35が内周面31aに形成された部位)のシャフト8の径方向の厚みを厚みLaとする。大内径部31の外壁30dのうち、シャフト8の軸方向の長さを長さLbとする。外壁30dの長さLbは、厚みLaより長い。
【0039】
図4(a)は、シャフト8とタービンインペラ9の接合前の図である。図4(b)は、シャフト8とタービンインペラ9の接合後の図である。図4(c)は、シャフト8とタービンインペラ9との接合面の部分拡大図である。図4(c)では、シャフト8とコンプレッサインペラ10との接合面を簡略化して示す。図4(a)に示すように、接合前、大内径部31と、大径部24の外周面24aとの間には、所定のクリアランス(隙間)が設けられている。タービン軸20の製造工程では、タービンインペラ9の突出部23が、シャフト8の挿入穴30に挿入される。突出部23の小径部25は、挿入穴30の小内径部32に嵌め合わされる。突出部23の接触部26は、挿入穴30の突き当て部33に接触する。こうして、シャフト8とタービンインペラ9の径方向および軸方向の位置決めがなされる。ここで、大内径部31と大径部24の外周面24aとの間に設けられるクリアランスは、隙間嵌め、または、中間嵌めのときに小径部25と小内径部32との間に設けられる隙間よりも大きく設定されてもよい。
【0040】
そして、挿入穴30の外壁30dが不図示のコイルに挿入される。コイルに大電流が流れると、電磁誘導により外壁30dに磁束と渦電流が流れる。コイルと外壁30dの間で電磁力が反発し合い、外壁30dに径方向内側に向う電磁力(図4(a)中、白抜きの矢印で示す)が作用する。外壁30dは、シャフト8の一端8a側(突出部23の基端側)から、図4(a)中、右側(突き当て部33側)に向って順次、高速で縮径される。接合部34が、高速で大径部24の外周面24aに衝突する。
【0041】
その結果、図4(b)に示すように、接合部34が、大径部24の外周面24aに溶着(接合)される。このように、タービンインペラ9とシャフト8は、電磁成形によって溶着されると、金属同士が高速で衝突する。そのため、接合面において流体のような挙動(粘塑性viscoplasticityの挙動)が起こる。この結果、図4(c)に示すように、接合部34と大径部24の外周面24aとが原子レベルで接合する。例えば、接合面は波打ち形状となる。ここでは、一例として、電磁成形によって、接合部34が大径部24の外周面24aに溶着される場合について説明した。ただし、爆着など、他の接合処理によって、接合部34と大径部24の外周面24aとが接合されてもよい。
【0042】
例えば、接合部が、シャフト8の軸方向に垂直な面に溶接される場合、冷却時の熱収縮により軸方向の位置ずれが生じる。上記のように、接合部34は、径方向外側から大径部24の外周面24aに接合される(例えば、接合部34が軸方向に延在する)。この場合、仮に熱収縮があったとしても、軸方向の位置ずれが生じ難いため、寸法精度が向上する。また、接合部34を、例えば、軸方向に延伸させることで、外径を拡大することなく接合面積の拡大が可能となる。
【0043】
また、小内径部32によってタービンインペラ9とシャフト8の径方向の位置決めがされる。そのため、電磁成形などの接合処理を行っても、タービンインペラ9とシャフト8の径方向の位置ずれが生じ難い。
【0044】
図5(a)は、第1変形例における図3(a)に対応する部分の抽出図である。図5(b)は、第1変形例における図5(a)の二点鎖線部分の抽出図である。図5(a)に示すように、第1変形例では、突出部123は、シャフト8の一端8aに設けられる。また、タービンインペラ9の背面21bには、隆起部21cが形成される。隆起部21cは、シャフト8側に隆起する。挿入穴130は、タービンインペラ9の隆起部21cに設けられる。ここでは、タービンインペラ9の背面21bに隆起部21cが形成される場合について説明した。ただし、タービンインペラ9の背面21bの形状は、これに限られない。例えば、隆起部21cが形成されず、タービンインペラ9の背面21bに挿入穴130が形成されてもよい。
【0045】
上述した実施形態と同様、突出部123には、大径部24、小径部25、および、接触部26が設けられる。挿入穴130には、大内径部31、小内径部32(進入部)、および、突き当て部33が設けられる。突出部123は、挿入穴130(小内径部32)に進入する。図5(b)に示すように、大内径部31の内周面31a(挿入穴130の内面)には、接合部34および拡径部35が設けられる。例えば、電磁成形によって、接合部34が大径部24の外周面24aに溶着される。第1変形例は、上述した実施形態と、突出部123および挿入穴130の配置が異なる以外、実質的に同等の構成である。ここでは、重複説明を避けるため詳細な説明は省略する。
【0046】
第1変形例においても、上述した実施形態と同様、タービンインペラ9とシャフト8との軸方向の位置ずれが生じ難く、寸法精度が向上する。接合部34を、例えば、軸方向に延伸させることで、外径を拡大することなく接合面積の拡大が可能となる。小内径部32によってタービンインペラ9とシャフト8の径方向の位置決めがなされる。そのため、電磁成形などの接合処理を行っても、タービンインペラ9とシャフト8の径方向の位置ずれが生じ難い。
【0047】
図6(a)は、第2変形例における図3(a)に対応する部分の抽出図である。図6(b)は、第2変形例における図6(a)の二点鎖線部分の抽出図である。第2変形例では、上述した実施形態と同様、図6(a)に示すように、タービンインペラ9の背面21bの中心には、突出部223が形成されている。シャフト8の一端8aには、挿入穴230が形成される。
【0048】
突出部223には、大径部224、小径部225、および、接触部226が設けられる。大径部224は、突出部223のうち、先端223a側(背面21b側から離隔する側)に位置する。大径部224は、軸方向および周方向に延在する。小径部225は、突出部223のうち、大径部224より基端側(背面21b側)に位置する。小径部225は、軸方向および周方向に延在する。大径部224の外径は、小径部225の外径より大きい。
【0049】
接触部226は、突出部223の先端223aに位置する先端面である。接触部226は、軸方向に垂直に延在する。先端223aの外周には、テーパ面223bが形成される(図6(b)参照)。挿入穴230には、大内径部231(進入部)、小内径部232、および、突き当て部233が設けられる。突出部223は、挿入穴230(大内径部231)に進入する。大内径部231は、挿入穴230のうち、突出部223の先端223a側(挿入穴230の底面230a側、シャフト8の他端8e側)に設けられる。小内径部232は、大内径部231より突出部223の基端側(シャフト8の一端8a側)に設けられる。小内径部232は、軸方向および周方向に延在する。大内径部231の内径は、小内径部232の内径よりも大きい。
【0050】
小内径部232のうち、タービンインペラ9の背面21b側には、曲面236が形成される。曲面236は、タービンインペラ9の背面21b側に向って、背面21bに沿って径方向外側に拡径している。
【0051】
挿入穴230の外壁230cのうち、小内径部232の外壁230dは、径方向内側に窪んでいる。挿入穴230の外壁230cのうち、曲面236の外壁230eは、背面21b側に向って径方向外側に拡径している。例えば、外壁230eは、曲面236に対応した曲面形状であってもよい。
【0052】
突き当て部233は、挿入穴230の底面230aである。突き当て部233は、軸方向に垂直に延在する。底面230aの外周には、曲面230bが形成される(図6(b)参照)。曲面230bの曲率中心は、曲面230bに対して挿入穴230(突出部223の先端223a、シャフト8の中心)側に位置する。
【0053】
突出部223の大径部224は、挿入穴230の大内径部231に、例えば、圧入または隙間嵌めされる。タービンインペラ9とシャフト8は、大径部224および大内径部231によって、シャフト8の径方向に対して位置決めされる。
【0054】
突出部223の接触部226は、挿入穴230の突き当て部233に軸方向から当接する。そのため、タービンインペラ9とシャフト8は、接触部226および突き当て部233によって、シャフト8の軸方向に対して位置決めされる。
【0055】
図6(b)に示すように、小内径部232の内周面232aおよび曲面236(挿入穴230の内面)には、接合部234が設けられる。接合部234は、曲面236と、小内径部232の内周面232aの一部に亘って設けられる。
【0056】
接合部234は、周方向に延在する。接合部234の少なくとも一部は、軸方向に延在する。接合部234は、大内径部231より内径が小さい。接合部234は、突出部223の小径部225および背面21bの一部に接合される。
【0057】
拡径部235は、小内径部232のうち、突き当て部233側(シャフト8の他端8e側)に設けられる。拡径部235は、接合部234のうち、突き当て部233側の端部234aに連続する。拡径部235は、接合部234から離隔するほどシャフト8の径方向外側に拡径する。拡径部235の内径は、突き当て部233に向うほど大きくなる。拡径部235は、接合部234から離隔するほど小径部225の外周面225aから離隔する。
【0058】
挿入穴230の外壁230d、230e(接合部234および拡径部235が内周面に形成された部位)のうち、任意の位置のシャフト8の径方向の厚みを厚みLaとする。挿入穴230の外壁230d、230eの軸方向の長さを長さLbとする。外壁230d、230eの軸方向の長さLbは、厚みLaより長い。
【0059】
第2変形例においても、上述した実施形態と同様、タービンインペラ9とシャフト8との軸方向の位置ずれが生じ難く、寸法精度が向上する。接合部234を、例えば、軸方向に延伸させることで、外径を拡大することなく接合面積の拡大が可能となる。大内径部231によってタービンインペラ9とシャフト8の径方向の位置決めがなされるため、電磁成形などの接合処理を行っても、タービンインペラ9とシャフト8の径方向の位置ずれが生じ難い。
【0060】
また、第2変形例においては、挿入穴230の外壁230cによって、突出部223が加締め(カシメ)られている。そのため、接合部234による接合に加えて、加締められた部位は、例えば、接合部234の抜け止めとして機能する。この結果、接合部234の信頼度の向上が可能となる。また、突出部223のうち、大径部224(大内径部231の径方向内側に位置する部位)の外径は、小径部225(接合部234の径方向内側に位置する部位)のうち、最も小径である最小径部225bの外径よりも大きい。そのため、接合処理において、大径部224によって径方向の位置決めがなされるため、挿入穴230の外壁230cが精度よく加締められる。大径部224と加締め部位との軸方向の距離が近く、より精度が向上する。
【0061】
図7(a)は、第3変形例における図3(a)に対応する部分の抽出図である。図7(b)は、第3変形例における図7(a)の二点鎖線部分の抽出図である。図7(a)に示すように、第3変形例では、第2変形例と同様、突出部323は、シャフト8の一端8aに設けられる。また、タービンインペラ9の背面21bには、隆起部21cが形成される。挿入穴330は、タービンインペラ9の隆起部21cに設けられる。
【0062】
上述した第2変形例と同様、突出部323には、大径部224、小径部225、および、接触部226が設けられる。挿入穴330には、大内径部231(進入部)、小内径部232、および、突き当て部233が設けられる。突出部323は、挿入穴330(大内径部231)に進入する。小内径部232の内周面232aおよび曲面236(挿入穴230の内面)には、接合部234が設けられる。拡径部235は、小内径部232のうち、突き当て部233側(シャフト8の一端8a側)に設けられる。第3変形例は、上述した第2変形例と、突出部323および挿入穴330の配置が異なる以外、実質的に同等の構成である。ここでは、重複説明を避けるため詳細な説明は省略する。
【0063】
第3変形例においても、上述した実施形態と同様、タービンインペラ9とシャフト8との軸方向の位置ずれが生じ難く、寸法精度が向上する。接合部234を、例えば、軸方向に延伸させることで、外径を拡大することなく接合面積の拡大が可能となる。大内径部231によってタービンインペラ9とシャフト8の径方向の位置決めがなされるため、電磁成形などの接合処理を行っても、タービンインペラ9とシャフト8の径方向の位置ずれが生じ難い。
【0064】
また、上述した第2変形例と同様、挿入穴330の外壁330cによって、突出部323が加締め(カシメ)られている。そのため、接合部234による接合に加えて、加締めによる接合強度の向上が可能となる。突出部323のうち、大径部224の外径は、最小径部225bの外径よりも大きい。大径部224によって径方向の位置決めがなされるため、挿入穴330の外壁330cが精度よく加締められる。大径部224と加締め部位との軸方向の距離が近く、より精度が向上する。
【0065】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【0066】
例えば、上述した実施形態および変形例では、接合処理として電磁成形が用いられる場合について説明した。ただし、電磁成形は一例に過ぎず、他の接合処理が用いられてもよい。電磁成形が用いられる場合、接合時の熱が少ない。そのため、熱による残留応力が抑制される。また、例えば、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接のように、溶接入熱による熱影響を受ける領域が、シャフト8とタービンインペラ9との接合部34、234の境界に生じ難い。そのため、接合強度が向上する。
【0067】
また、シャフト8とタービンインペラ9の材質は限定されない。例えば、電磁成形が用いられる場合、突出部23、123、223、323が設けられる部材を、Ti(チタン)系合金、挿入穴30、130、230、330が設けられる部材を、Fe(鉄)系合金とするとよい。また、突出部23、123、223、323が設けられる部材を、Fe(鉄)系合金、挿入穴30、130、230、330が設けられる部材を、Ni(ニッケル)系合金とするとよい。これらは、衝突する側の金属の方が衝突される側の金属よりも電気抵抗が小さい金属の組み合わせとなっている。このため、衝突する側の金属は高速変形し易く、電磁成形で接合され易い。言い換えると、電磁成形の場合、衝突する側の金属は、衝突される側の金属よりも、導電率(電気伝導率)が高い組み合わせとすると、接合され易い。また、電磁成形の接合を考慮しなければ、過給機Cにおいては、強度などの性能から、タービンインペラ9は、Ti(チタン)系合金、または、Ni(ニッケル)系合金とし、シャフト8は、Fe(鉄)系合金とするとよい。すなわち、過給機Cにおいて電磁成形を用いる場合、突出部23、223が設けられるタービンインペラ9を、Ti(チタン)系合金とし、挿入穴30、230が設けられるシャフト8を、Fe(鉄)系合金とするとよい。突出部123、323が設けられるシャフト8を、Fe(鉄)系合金とし、挿入穴130、330が設けられるタービンインペラ9を、Ni(ニッケル)系合金とするとよい。これらの材質は、あくまで一例に過ぎず、上述した実施形態および変形例は、これらの材質を用いる構成に限定されない。
【0068】
また、上述した実施形態および変形例では、接合部34、234の内径と、進入部(小内径部32、大内径部231)の内径が、異なる場合について説明した。ただし、接合部34、234の内径と、進入部(小内径部32、大内径部231)の内径が、同一であってもよい。
【0069】
また、上述した実施形態および変形例では、拡径部35、235を設ける場合について説明した。この場合、接合部34、234への応力集中が緩和される。ただし、拡径部35、235を設けなくてもよい。
【0070】
また、上述した実施形態および変形例では、外壁30dまたは外壁230d、230eの長さLbは、厚みLaより長い場合について説明した。この場合、電磁成形などの接合処理において、衝突する側の接合部34、234は高速変形し易く、電磁成形で接合され易い。ただし、外壁30dまたは外壁230d、230eの長さLbは、厚みLaと同じか短くてもよい。
【0071】
また、上述した実施形態および変形例では、突き当て部33、233と、接触部26、226とを設ける場合について説明した。ただし、突き当て部33、233と、接触部26、226は必須の構成ではない。
【0072】
また、上述した第2変形例および第3変形例では、大径部224の外径は、最小径部225bの外径よりも大きい場合について説明した。ただし、大径部224の外径は、最小径部225bの外径以下であってもよい。
【0073】
また、上述した実施形態および変形例では、回転体として過給機Cに設けられるタービン軸20を例に挙げて説明した。ただし、少なくともシャフトとインペラを備える回転体であればよく、例えば、ガスタービンや汎用圧縮機など他のタービンやコンプレッサに設けられてもよい。
【0074】
また、上述した実施形態では、タービンインペラ9の外周面21aおよび背面21bは、軸方向に見たときの外径が円形である場合について説明したが、これに限られない。例えば、背面21bは円形(フルディスク)ではなくてもよい。背面21bのうち、複数の羽根22の間に切欠き(スキャロップ)が設けられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0075】
本開示は、シャフトとインペラを備える回転体、および、過給機に利用することができる。
【符号の説明】
【0076】
C:過給機 La:厚み 8:シャフト 9:タービンインペラ(インペラ) 20:タービン軸(回転体) 23、123、223、323:突出部 23a、223a:先端 26、226:接触部 30、130、230、330:挿入穴 32:小内径部(進入部) 33、233:突き当て部 34、234:接合部 35、235:拡径部 231:大内径部(進入部)
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7

【手続補正書】
【提出日】2018年7月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インペラおよびシャフトの一方に設けられた突出部と、
前記インペラおよび前記シャフトの他方に設けられ、周方向に延在して前記突出部の外周面に接合される接合部、および、前記接合部よりも前記突出部の先端側に位置して前記突出部が進入される進入部を有する挿入穴と、
前記挿入穴の内面に前記接合部と連続して形成され、前記接合部から離隔するほど、前記シャフトの径方向外側に拡径して、前記突出部の外周面から離隔する拡径部と、
を備える回転体。
【請求項2】
前記接合部と前記進入部とは内径が異なる請求項1に記載の回転体。
【請求項3】
(削除)
【請求項4】
前記挿入穴の外壁のうち、前記接合部および前記拡径部が内面に形成された部位は、前記シャフトの径方向の厚みよりも、前記シャフトの軸方向に長く延在する請求項1または2に記載の回転体。
【請求項5】
前記挿入穴内に設けられ、前記シャフトの径方向に延在する突き当て部と、
前記突出部に形成され、前記突き当て部に前記シャフトの軸方向に接触する接触部と、
を備える請求項1、2、4のいずれか1項に記載の回転体。
【請求項6】
前記突き当て部は、前記接合部と前記進入部との間に設けられた請求項5に記載の回転体。
【請求項7】
前記突出部のうち前記進入部の径方向内側に位置する部位の外径は、前記接合部の径方向内側に位置する部位のうち、最も小径である部位の外径よりも大きい請求項1、2、4、5のいずれか1項に記載の回転体。
【請求項8】
前記請求項1、2、4から7のいずれか1項に記載の回転体を備える過給機。
【国際調査報告】