JPH04103805A - 過給機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミック製のタービン羽車と、金属製の回
転軸とを凸部と凹部とによって接合し、ナツトの締め付
は力が回転軸を支持する転がりベアリングのインナーレ
ースを介して凹部を押さえ付ける構造を備えた過給機に
関し、ターボチャージャやガスタービンに用いて好適な
ものである。

［従来の技術］ 燃焼エネルギーを用いて燃焼用の空気を圧送する過給機
の一例として、ターボチャージャが知られている。

従来のターボチャージャには、応答性を良くするために
、セラミック製のタービン羽車を用いたものがある。こ
のセラミック製のタービン羽車を支持する回転軸は、金
属よりなり、タービン羽車と回転軸との接合の一例とし
て、焼嵌めが用いられている。焼嵌めは、タービン羽車
の凸部に、回転軸の端部に設けられた凹部を加熱して嵌
め合わせ、凹部の熱収縮によってタービン羽車と回転軸
とを接合する技術である。

また、ターボチャージャの低速走行時の応答性を改善す
るために、回転軸の軸受は構造を、滑り軸受けから第４
図に示すように、転がり軸受け１０１．１０２へ変更し
た技術も知られている。この転がり軸受け１０１．１０
２は、タービン羽車１０３側のインナーレース１０１ａ
と、コンプレッサ羽車１０４側のインナーレース１０２
ａとの間に、スペーサ１０５を配した構造を有する。そ
して、コンプレッサ羽車１０４を挿入した側の回転軸１
０６の端部にナツト１０７を締付け、ナツト１０７の締
付は力によって、２ツノインナーレース１０１ａ、１０
２ａ、スペーサ１０５、コンプレッサ羽車１０４が、ナ
・ント１０７と凹部１０８との間に挟まれて回転軸１０
６に固着されている。

［発明が解決しようとする課題］ ナツト１０７の締付は力は、凹部１０８に当接するイン
ナーレース１０１ａが凹部１０８を第４図の矢印り方向
へ押さえ付ける力を発生するとともに、回転軸１０６を
第４図の矢印Ｅ方向へ引っ張る力を発生する。

つまり、ナツト１０７の締付はトルクによって、インナ
ーレース１０１ａに当接する凹部１０８の受は面と、回
転軸１０６との間Ｆに応力が発生する。そして、ナツト
１０７の締付はトルクが大きくなると、凹部１０８の底
面が回転軸１０６に引っ張られて、凹部１０８が変形し
て回転軸１０６がナツト１０７側へ移動する。

このため、ナツト１０７の締付はトルクを大きくしても
、ナツト１０１と凹部１０８との間で、２つのインナー
レース１０１ａ、１０２ａやスペーサ１０５、コンプレ
ッサ羽車１０４を締付ける十分な力が得られなかった。

また、凹部１０８の底面と、インナーレース１０１ａに
当接する凹部１０８の当り面との距離によっては、四部
１０８がタービン羽車１０３を保持する力が弱くなる。

凹部１０８がタービン羽車１０３を保持する力が弱くな
ると、使用時にタービン羽車１０３に加わる力によって
、タービン羽車１０３にバランス変化が生じてしまう。

本発明の目的は、ナツトと凹部との間で、インナーレー
スやコンプレッサ羽車を十分に締付けるとともに、ター
ビン羽車のバランス変化が生じない過給機の提供にある
。

で内側に押さえ付けることによって前記凹部内に前記凸
部を固着する金属製の回転軸と、この回転軸の中間部分
を回転自在に支持する転がり軸受けと、前記回転軸の他
端の周囲に装着されるコンプレッサ羽車と、前記回転軸
の他端の周囲に形成されたオネジ部に締付けられ、前記
凹部との間で前記転がり軸受けのインナーレースおよび
前記コンプレッサ羽車を挟み付けるナツトとを備える。

そして、前記凹部の底面と前記凹部の前記インナーレー
スに当接する当り面の距離ｊ）ａｍと、前記ナツトの締
め付けによる前記回転軸の軸方向の引張り力Ｐｋ（ｌと
の関係が、ρ／Ｐ≧０．００２を満足する。

［課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するために、本発明の過給機は、次の
技術的手段を採用する。

過給機は、端部に凸部を備えたセラミック製のタービン
羽車と、前記凸部に嵌め合わされる凹部を一端に備え、
前記凸部の外周を前記凹部の内周［作用および発明の効
果コ 回転軸の軸方向の引張り力ｐｋｇが大きくなっても、引
張り力Ｐｋｇの増加分、凹部の底面と凹部のインナーレ
ースの当り面との距離１１ｍｍを、４１／Ｐ≧０．００
２を満足するように設けることによって、凹部の変形を
防げる。

この結果、ナツトと凹部との間で、インナーレースやコ
ンプレッサ羽車を十分に締付けることができる。

また、凹部の底面と凹部のインナーレースの当り面との
距離１霞ｍが長くなることにより、凹部が凸部を保持す
る保持力が増し、過給機を長期使用しても、タービン羽
車の回転バランスの変化を抑えることができる。

［実施例］ 次に、本発明の過給機をターボチャージャに適用した実
施例に基づき、図面を用いて説明する。

（実施例の構成） 第１図および第２図は本発明の実施例を示すもので、第
１図はターボチャージャの要部断面図、第２図はターボ
チャージャの断面図を示す。

ターボチャージャ１は、主に、ハウジング２と、タービ
ン羽車３が接合された回転軸４と、この回転軸４に固着
されたコンプレッサ羽車５と、回転軸４をハウジング２
内で回転自在に支持する支持構造６とから構成される。

ハウジング２は、排気スクロールを形成するタービンケ
ース７と、支持構造６を収納する中間ケース８と、吸気
スクロールを形成するコンプレ・ンサケース９とからな
る３つの分割体で、複数のボルト１０によって固着され
ている。

タービン羽車３は、例えば窒化珪素を主体とするセラミ
ック製で、軸心の端部に回転軸４と接合される凸部１１
を備える。

回転軸４は、タービン側の端部にタービン羽車３の凸部
１１を嵌め合わせる凹部１２を備えた軸で、凸部１１の
外周が凹部１２の内周によって内側へ押さえ付けられる
ことによって接合されている０本実施例では、この接合
の一例として焼嵌めを採用してる。なお、凹部１２は、
インコロイ製で、クロム・モリブデン鋼製の軸と電子ビ
ームによって接合されている。焼嵌めについて、簡単に
説明する。

凹部１２の内径は、常温において、凸部１１の外径より
５０μｍはど小さく設けられている。そして、凹部１２
を加熱して膨脹させ、凸部１１と凹部１２とを嵌め合わ
せる。そして、凹部１２の温度が低下すると、熱収縮に
よって凸部１１と凹部１２とが強固に接合される。

支持構造６は、２つのボールベアリング１３．１４を備
える。２つのボールベアリング１３．１４のインナーレ
ース１５．１６の間には、筒状のスペーサ１７が配され
ていており、２つのインナーレース１５．１６の間隔を
保っている。

コンプレッサ羽車５は、例えばアルミニウム製で、イン
ナーオイルシール１８を介して回転軸４に装着され、回
転軸４の端部のオネジ部にナツト１９を締付けることに
より、回転軸４に固着されている。つまり、ナツト１９
を締付けることにより、ナツト１９と凹部１２との間に
、２つのインナーレース１５．１６、スペーサ１７、イ
ンナーオイルシール１８、コンプレッサ羽車５が挾まれ
、ナツト１９の締付はトルクによってコンプレッサ羽車
５が回転軸４に固着される。なお、インナーオイルシー
ル１８は、外周に取り付けられたアウターオイルシール
２０と対を成すもので、潤滑油がコンプレッサケース９
内に流出するのを防ぐものである。

次に、回転軸４の凹部１２について説明する。

凹部１２のインナーレース１５に当接する当り面２１と
、凹部１２の底面２２との距離１１Ｉｌｌは、ナツト１
９の締付はトルクＰｋｌｌｌに対して決定されており、
具体的には、次式の０．００２≦１７Ｐ≦０，２を満足
するように設けられている。

０．００２≦ｊ／Ｐとした理由は、下達する実験によっ
て説明する。

また、ｊ／Ｐ≦０．２とした理由を、次に説明する０乗
用車クラスのターボチャージャ１で、ターボチャージャ
１の外径寸法を変化させないようにタービン羽車３およ
び回転軸４を設計し、０．２　＜ｊ　／Ｐとすると、次
の不具合がある。

イ）距離１−を０．２Ｐより長くすれば、凸部１１の周
囲を覆う凹部１２の接合長αが短くなることにより、凹
部１２による凸部１１の保持力が低下する。

口）接合長αを短くすること無く、距離ｊｌ−を０．２
　Ｐより長くしても、凸部１１と凹部１２との接合箇所
がタービン側に近付き、排気熱により接合箇所が高温に
なり、接合強度が低下し、バランスに変化が生じ易くな
る。

ハ）距離Ｒａｍを０．２　Ｐより長く回転軸４側に延ば
した場合では、ベアリングによって支持される長さが短
くなり、１００．　ＯＯＯｒｐｍ以上で回転する回転軸
４を安定して保持できなくなる。

（試験および試験結果） 次に、距離ｊ　ｕと、締付はトルクＰｋｇとを変化させ
て行った試験について説明する。

試験に用いたターボチャージャ１は、上記実施例に示さ
れた構成のもので、タービン径が６０ｍｍ、凸部１１の
外径が１２ｍｍ、凹部１２の外径が１７＋＋ｉ、２つの
インナーレース１５．１６およびスペーサ１７の内周に
配される部分の回転軸４の外径が７．５ｕのもので、距
離ＩＩｍと、締付はトルクＰｋ（７とを変化させて耐久
試験を行い、タービン羽車３の頭部と背板部のアンバラ
ンス変化量と、背板部のフレ変化を調べ、その試験結果
を表１に示す。

耐久試験は、５分間エンジンをアイドリング運転を行い
、５分間エンジンに５０％の負荷を与えてエンジン回転
速度を２５００ｒｐｍの運転を行い、５分間エンジンに
１００％の負荷を与えてエンジン回転速度を６００Ｏｒ
ｐｍの運転を行うサイクル運転を、５時間連続して行っ
たものである。

なお、上記の表１に示すアンバランスの変化量は、次の
ように測定した。まず、試験前のタービン羽車３と回転
軸４との回転接合体を回転させ、頭部は第３図の矢印Ａ
部分、背板部は矢印Ｂ部分を削って回転バランスをとる
。この回転バランスのとちれた回転接合体をターボチャ
ージャ１に組み付け、耐久試験を行った後、再び回転接
合体をターボチャージャ１から取り出し、再び回転バラ
ンスをとる。この時の値（バランスの狂い）がアンバラ
ンス量である。また、背板部のフレ変化は、回転接合体
の軸方向を基準として、耐久試験後に背板部（第３図の
矢印Ｃ部分）の軸方向の変化量を示す。

（実施例の効果） ｊ／Ｐ≧０．００２を満足するように、回転軸４の軸方
向の引張り力Ｐｋｇに応じた距離９−輪とすることによ
って、回転軸４の軸方向の引張り力Ｐによる凹部１２の
変形が防がれる。このため、ナツト１９と凹部１２との
間に挾まれる２つのインナーレース１５．１６、スペー
サ１７、インナーオイルシール１８、コンプレッサ羽車
５が強固にナツト１９によって締付けられ、回転軸４に
一体化する。

また、上記の表１に示したように、ターボチャージャ１
を長期使用しても、タービン羽車３の回転バランスの変
化を抑えることができる。

（変形例） 凸部と凹部との接合の一例として、焼嵌めを低起用した
例を示したが、冷嵌め、圧入、あるいは凸部と凹部とを
加熱した状態で、凸部と凹部との間にろう材を流し込み
、冷却されることによって、凹部がろう材を介して凸部
を押さえ付ける接合方法など、他の接合方法を用いても
良い。

本発明をターボチャージャに適用した例を示したが、燃
焼によって得られたエネルギーによって吸入空気を加圧
して燃焼室へ送り込む過給機の構造を備えるガスタービ
ンに適用しても良い。

インナーレスの幅を広くしてスペーサを廃止しても良い
。

上記実施例に示した材質や数値は、説明のために用いた
ものであって、適宜変更可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２因は本発明の実施例を示すもので、第
１図はターボチャージャの要部断面図、第２図はターボ
チャージャの断面図、第３図は実験の方法を説明するタ
ービン羽車と回転軸との接合体の要部断面図である。 第４図は従来技術を説明するためのターボチャージャの
要部断面図である。 図中　３・・・タービン羽車　４・・・回転軸５・・・
コンプレッサ羽車 １１・・・凸部　　　　　１２・・・凹部１３．１４・
・・ボールベアリング （転がり軸受け） １５．１６・・・インナーレース １９・・・ナツト　　　　２１・・・当り面２２・・・
底面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）端部に凸部を備えたセラミック製のタービン羽車と
   、 前記凸部に嵌め合わされる凹部を一端に備え、前記凸部
   の外周を前記凹部の内周で内側に押さえ付けることによ
   って前記凹部内に前記凸部を固着する金属製の回転軸と
   、 この回転軸の中間部分を回転自在に支持する転がり軸受
   けと、 前記回転軸の他端の周囲に装着されるコンプレッサ羽車
   と、 前記回転軸の他端の周囲に形成されたオネジ部に締付け
   られ、前記凹部との間で前記転がり軸受けのインナーレ
   ースおよび前記コンプレッサ羽車を挟み付けるナットと を備えた過給機において、 前記凹部の底面と、前記凹部の前記インナーレースに当
   接する当り面との距離ｌｍｍと、 前記ナットの締め付けによる前記回転軸の軸方向の引張
   り力Ｐｋｇとの関係が、 ｌ／Ｐ≧０．００２を満足する ことを特徴とする過給機。