JP2749691B2 - セラミックターボチャージャロータ - Google Patents
セラミックターボチャージャロータInfo
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- JP2749691B2 JP2749691B2 JP2055027A JP5502790A JP2749691B2 JP 2749691 B2 JP2749691 B2 JP 2749691B2 JP 2055027 A JP2055027 A JP 2055027A JP 5502790 A JP5502790 A JP 5502790A JP 2749691 B2 JP2749691 B2 JP 2749691B2
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- turbine
- ceramic
- compressor
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
- F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、軸受構造が玉軸受であり、ジャーナル軸に
アンギュラ玉軸受とスペーサを一体的に組みつける構造
のセラミックターボチャージャロータに関するものであ
る。
アンギュラ玉軸受とスペーサを一体的に組みつける構造
のセラミックターボチャージャロータに関するものであ
る。
（従来の技術） セラミックタービンロータと金属コンプレッサロータ
とを金属軸により一体的に接合して構成されるセラミッ
クターボチャージャロータは、フローティングメタル又
は玉軸受により支持する構造のベアリングハウジングに
組み付け使用される。
とを金属軸により一体的に接合して構成されるセラミッ
クターボチャージャロータは、フローティングメタル又
は玉軸受により支持する構造のベアリングハウジングに
組み付け使用される。
このようなセラミックターボチャージャロータは、一
般的にはセラミックタービンロータに金属軸を接合した
状態でセラミックロータ部によりバランス修正を、さら
に金属コンプレッサーロータを取り付けた後金属コンプ
レッサーロータの固定ナットによりバランス修正を行っ
ている。
般的にはセラミックタービンロータに金属軸を接合した
状態でセラミックロータ部によりバランス修正を、さら
に金属コンプレッサーロータを取り付けた後金属コンプ
レッサーロータの固定ナットによりバランス修正を行っ
ている。
このうち、第２図に示すようなセラミックタービンロ
ータ11に金属製のジャーナル軸12を接合した玉軸受け構
造のセラミックターボチャージャロータのバランス修正
は、ジャーナル軸12に嵌入されるスペーサ13が圧入であ
る場合は、第２図に示されるように内輪14、スペーサ13
を組み付けた状態で、スペーサ13が隙間ばめである場合
スペーサ13を嵌入しない状態で行っていた。
ータ11に金属製のジャーナル軸12を接合した玉軸受け構
造のセラミックターボチャージャロータのバランス修正
は、ジャーナル軸12に嵌入されるスペーサ13が圧入であ
る場合は、第２図に示されるように内輪14、スペーサ13
を組み付けた状態で、スペーサ13が隙間ばめである場合
スペーサ13を嵌入しない状態で行っていた。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した玉軸受構造であるセラミック
ターボチャージャロータにおいて、ジャーナル軸12に圧
入でスペーサ13が嵌入された構造のセラミックターボチ
ャージャロータでは、圧入時の歪等の原因により不つり
合いの大きさが大きくなりやすく、バランス修正に多大
の時間を要していた。さらには、金属コンプレッサーロ
ータは組み付けた後にも、圧入時の残留歪の影響により
バランスを悪くする原因となっていた。
ターボチャージャロータにおいて、ジャーナル軸12に圧
入でスペーサ13が嵌入された構造のセラミックターボチ
ャージャロータでは、圧入時の歪等の原因により不つり
合いの大きさが大きくなりやすく、バランス修正に多大
の時間を要していた。さらには、金属コンプレッサーロ
ータは組み付けた後にも、圧入時の残留歪の影響により
バランスを悪くする原因となっていた。
また、スペース13が隙間ばめにより嵌入される構造の
セラミックターボチャージャロータでは、ジャーナル軸
12とスペーサ13の隙間が数μｍ以下であることから、非
常に精密な加工と検査を必要とする欠点がある。
セラミックターボチャージャロータでは、ジャーナル軸
12とスペーサ13の隙間が数μｍ以下であることから、非
常に精密な加工と検査を必要とする欠点がある。
本発明の目的は上述した課題を解消して、セラミック
タービンロータと金属コンプレッサロータとを接続する
金属軸のジャーナル軸にアンギュラ玉軸受け内輪とスペ
ーサを組み付けた時、不つり合いの大きさが小さく、不
つり合い調整が容易でかつスペーサの加工精度が比較的
容易なセラミックターボチャージャロータを提供しよう
とするもである。
タービンロータと金属コンプレッサロータとを接続する
金属軸のジャーナル軸にアンギュラ玉軸受け内輪とスペ
ーサを組み付けた時、不つり合いの大きさが小さく、不
つり合い調整が容易でかつスペーサの加工精度が比較的
容易なセラミックターボチャージャロータを提供しよう
とするもである。
（課題を解決するための手段） 本発明のセラミックターボチャージャロータは、セラ
ミックタービンロータと金属コンプレッサロータとを接
続する金属軸のジャーナル部にアンギュラ玉軸受の軸受
内輪とスペーサを一体的に接合する構造のセラミックタ
ーボチャージャロータにおいて、タービン側ジャーナル
部とスペーサの接合を圧入により実施するとともに、コ
ンプレッサー側ジャナール部の接合をスキ間バメにした
ことを特徴とするものである。
ミックタービンロータと金属コンプレッサロータとを接
続する金属軸のジャーナル部にアンギュラ玉軸受の軸受
内輪とスペーサを一体的に接合する構造のセラミックタ
ーボチャージャロータにおいて、タービン側ジャーナル
部とスペーサの接合を圧入により実施するとともに、コ
ンプレッサー側ジャナール部の接合をスキ間バメにした
ことを特徴とするものである。
（作 用） 上述した構成において、タービン側ジャーナル部とス
ペーサを圧入かつコンプレッサー側ジャーナル部とスペ
ーサをスキ間バメ接合とすることにより、圧入時の歪み
がコンプッサー側で解放されるので、残留歪が減少し、
不つり合いの大きさも小さくなり、不つり合い調整作業
の時間が短縮できる。また、金属コンプレッサロータを
組み付けた回転時においても、残留歪みにより生じる不
つり合いの変化も有効に防止できる。
ペーサを圧入かつコンプレッサー側ジャーナル部とスペ
ーサをスキ間バメ接合とすることにより、圧入時の歪み
がコンプッサー側で解放されるので、残留歪が減少し、
不つり合いの大きさも小さくなり、不つり合い調整作業
の時間が短縮できる。また、金属コンプレッサロータを
組み付けた回転時においても、残留歪みにより生じる不
つり合いの変化も有効に防止できる。
さらに、スペーサの加工精度もスキ間バメほど必要と
しなく比較的容易に加工できる。
しなく比較的容易に加工できる。
また、タービン側ジャーナル部とスペーサを圧入かつ
コンプレッサー側ジャーナル部とスペーサをスキ間バメ
とした場合でも、タービン側ジャーナル部の直径をＤ、
スペーサのタービン側ジャーナル部への圧入距離をＬと
したとき、0.25≦L/D≦1.5の関係を満たすようにする
と、圧入時の残留ひずみをさらに小さくでき、不つり合
いの大きさをさらに小さくできるので好適である。
コンプレッサー側ジャーナル部とスペーサをスキ間バメ
とした場合でも、タービン側ジャーナル部の直径をＤ、
スペーサのタービン側ジャーナル部への圧入距離をＬと
したとき、0.25≦L/D≦1.5の関係を満たすようにする
と、圧入時の残留ひずみをさらに小さくでき、不つり合
いの大きさをさらに小さくできるので好適である。
（実施例） 第１図は本発明のセラミックターボチャージャロータ
の一例の構成を示す図である。第１図において、１は窒
化珪素等からなるセラミックタービンロータ、２はセラ
ミックタービンロータと金属コンプレッサーロータを接
続する金属軸、３は金属コンプレッサーロータ、3aは金
属コンプレッサーロータを固定するナット、４はジャー
ナル軸で、このジャーナル軸４の両端部の4a,4bは軸受
内軸とスペーサが接合されるジャーナル部、また、５は
タービン側ジャーナル部4aに圧入又は隙間ばめして設け
られたタービン側の軸受内輪、６はタービン側ジャーナ
ル部4aに圧入するとともに、コンプレッサー側ジャーナ
ル部4bにスキ間バメしたスペーサ、７はコンプレッサー
側ジャーナル部4bにスキ間バメ又圧入により設けたコン
プレッサー側の軸受内輪であって、これらタービン側の
軸受内輪５、スペーサ６、コンプレッサー側の軸受内輪
７は、スラストスペーサ８を介してセラミックタービン
ロータ１と金属コンプレッサーロータ３との間に、ナッ
ト3aの締結力により固定して、本発明のセラミックター
ボチャージャロータを構成している。
の一例の構成を示す図である。第１図において、１は窒
化珪素等からなるセラミックタービンロータ、２はセラ
ミックタービンロータと金属コンプレッサーロータを接
続する金属軸、３は金属コンプレッサーロータ、3aは金
属コンプレッサーロータを固定するナット、４はジャー
ナル軸で、このジャーナル軸４の両端部の4a,4bは軸受
内軸とスペーサが接合されるジャーナル部、また、５は
タービン側ジャーナル部4aに圧入又は隙間ばめして設け
られたタービン側の軸受内輪、６はタービン側ジャーナ
ル部4aに圧入するとともに、コンプレッサー側ジャーナ
ル部4bにスキ間バメしたスペーサ、７はコンプレッサー
側ジャーナル部4bにスキ間バメ又圧入により設けたコン
プレッサー側の軸受内輪であって、これらタービン側の
軸受内輪５、スペーサ６、コンプレッサー側の軸受内輪
７は、スラストスペーサ８を介してセラミックタービン
ロータ１と金属コンプレッサーロータ３との間に、ナッ
ト3aの締結力により固定して、本発明のセラミックター
ボチャージャロータを構成している。
また、第１図に示す実施例においては、ジャーナル軸
４の直径を両端のタービン側ジャーナル部4aおよびコン
プレッサー側ジャーナル部4bの直径よりも小さくして、
作業性を良好にしている。
４の直径を両端のタービン側ジャーナル部4aおよびコン
プレッサー側ジャーナル部4bの直径よりも小さくして、
作業性を良好にしている。
なお、本例における圧入締代はジャーナル軸の直径に
応じて変化するものであり特に限定するものではない。
応じて変化するものであり特に限定するものではない。
以下、実際の例について説明する。
実施例１ 翼径55mmのSi3N4製のセラミックタービンロータと、
直径Ｄ＝8mmのタービン側およびコンプレッサー側のジ
ャーナル部を有する金属製軸とを使用し、タービン側ジ
ャーナル部に接合する軸受内輪とスペーサ及びコンプレ
ッサー側ジャーナル部に接合するスペーサとジャーナル
部との圧入締代を第１表に示すように変化させて、第１
図においてＬと表示した圧入長さを3mm（L/D＝0.375）
として、本発明のターボチャージャロータと従来例のタ
ーボチャージャロータを準備し、第２図中の修正面I,II
の２面に分離して不つりあいの大きさを測定した。結果
を第１表に示す。
直径Ｄ＝8mmのタービン側およびコンプレッサー側のジ
ャーナル部を有する金属製軸とを使用し、タービン側ジ
ャーナル部に接合する軸受内輪とスペーサ及びコンプレ
ッサー側ジャーナル部に接合するスペーサとジャーナル
部との圧入締代を第１表に示すように変化させて、第１
図においてＬと表示した圧入長さを3mm（L/D＝0.375）
として、本発明のターボチャージャロータと従来例のタ
ーボチャージャロータを準備し、第２図中の修正面I,II
の２面に分離して不つりあいの大きさを測定した。結果
を第１表に示す。
第１表の結果から、コンプレッサー側のスペーサをス
キ間バメとした本発明品は、スキ間バメとしなかった従
来品と比較して、不つり合い修正前の不つり合いの大き
さが明らかに良好である結果を示している。
キ間バメとした本発明品は、スキ間バメとしなかった従
来品と比較して、不つり合い修正前の不つり合いの大き
さが明らかに良好である結果を示している。
実施例２ 実施例１と同様にコンプレッサー側の軸受内輪の圧入
締代を−２μｍ、スペーサの圧入締代を−６μｍ、ま
た、タービン側ジャーナル部の直径Ｄとスペーサのター
ビン側ジャーナル部への圧入距離Ｌとの関係をＬ＝５
（L/D＝0.625）として、アンバランスを修正した本発明
のセラミックターボチャージャロータをエンジンに組み
込み、900℃において13万回転で15分、８万回転で15分
を１サイクルとし300サイクルくり返して回転試験を実
施したところ、何ら異常は認められなかった。また、回
転試験中、ターボチャージャセンターハウジングのオイ
ル出口に振動検出器を取りつけ振動の検出を実施したと
ころ、ターボチャージャロータの回転と同期して発生す
る振動も変化もなく安定していた。
締代を−２μｍ、スペーサの圧入締代を−６μｍ、ま
た、タービン側ジャーナル部の直径Ｄとスペーサのター
ビン側ジャーナル部への圧入距離Ｌとの関係をＬ＝５
（L/D＝0.625）として、アンバランスを修正した本発明
のセラミックターボチャージャロータをエンジンに組み
込み、900℃において13万回転で15分、８万回転で15分
を１サイクルとし300サイクルくり返して回転試験を実
施したところ、何ら異常は認められなかった。また、回
転試験中、ターボチャージャセンターハウジングのオイ
ル出口に振動検出器を取りつけ振動の検出を実施したと
ころ、ターボチャージャロータの回転と同期して発生す
る振動も変化もなく安定していた。
このことから、コンプレッサー側ジャーナル部に接合
されるスペーサをスキ間バメとした本発明のセラミック
ターボチャージャロータは、従来品と同等以上の回転性
能が得られることがわかった。
されるスペーサをスキ間バメとした本発明のセラミック
ターボチャージャロータは、従来品と同等以上の回転性
能が得られることがわかった。
実施例３ 実施例１で本発明品として示した、タービン側ジャー
ナル部とスペーサを圧入かつコンプレッサー側ジャーナ
ル部とスペーサをスキ間バメとした実施例において更に
修正前アンバランス量を小さくさせるための好適な範囲
を見い出すことを目的として、タービン側ジャーナル部
の直径Ｄとスペーサのタービン側ジャーナル部への圧入
距離Ｌとの関係を調べた。
ナル部とスペーサを圧入かつコンプレッサー側ジャーナ
ル部とスペーサをスキ間バメとした実施例において更に
修正前アンバランス量を小さくさせるための好適な範囲
を見い出すことを目的として、タービン側ジャーナル部
の直径Ｄとスペーサのタービン側ジャーナル部への圧入
距離Ｌとの関係を調べた。
すなわち、コンプレッサー側のスペーサの圧入締代、
ジャーナル軸径Ｄ、スペーサの圧入長さＬをそれぞれ第
２表に示すように変化させたターボチャージャロータを
実施例１と同様に作製して、実施例１と同様修正面Ｉお
よび修正面IIの不つり合いの大きさを求めた。結果を第
２表に示す。
ジャーナル軸径Ｄ、スペーサの圧入長さＬをそれぞれ第
２表に示すように変化させたターボチャージャロータを
実施例１と同様に作製して、実施例１と同様修正面Ｉお
よび修正面IIの不つり合いの大きさを求めた。結果を第
２表に示す。
第２表の結果から、L/Dを0.25以上1.5以下とすること
により修正前不つり合いの大きさがさらに小さくなり、
バランス取りの作業に要する時間を少なくすることがで
きることがわかった。また、圧入締代を大きくしただけ
では不つり合いの大きさを小さくすることができないこ
とが確認された。
により修正前不つり合いの大きさがさらに小さくなり、
バランス取りの作業に要する時間を少なくすることがで
きることがわかった。また、圧入締代を大きくしただけ
では不つり合いの大きさを小さくすることができないこ
とが確認された。
実施例４ ジャーナル部軸径を8mmφ、スペーサのタービン側ジ
ャーナル部での圧入長さを4mmとし（L/D＝0.5）、修正
前不つり合いの大きさが修正面Ｉで0.3gr・mm、修正面I
Iで0.5gr・mmであった本発明のセラミックターボチャー
ジャロータを所定値になるようバランス修正し、エンジ
ンに組み込み880℃において12.5万rpmで20min、９万rpm
で10min、エンジンストップ5minを１サイクルとし、200
サイクルくり返して評価を行った。
ャーナル部での圧入長さを4mmとし（L/D＝0.5）、修正
前不つり合いの大きさが修正面Ｉで0.3gr・mm、修正面I
Iで0.5gr・mmであった本発明のセラミックターボチャー
ジャロータを所定値になるようバランス修正し、エンジ
ンに組み込み880℃において12.5万rpmで20min、９万rpm
で10min、エンジンストップ5minを１サイクルとし、200
サイクルくり返して評価を行った。
試験実施中、ターボチャージャセンタハウジングの表
面に振動検出器を取りつけ振動の検出を実施したとこ
ろ、ターボチャージャの回転と同期して発生する振動の
変化がなく安定しており、何ら以上は認められなかっ
た。
面に振動検出器を取りつけ振動の検出を実施したとこ
ろ、ターボチャージャの回転と同期して発生する振動の
変化がなく安定しており、何ら以上は認められなかっ
た。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明の玉軸受構造
であるセラミックターボチャージャロータによれば、ジ
ャーナル軸に嵌入されるスペーサがタービン側ジャーナ
ル部は圧入としてコンプレッサ側ジャーナル部はスキ間
バメ構造とすることにより、不つり合いの大きさが減少
するので、バランス修正作業が短絡できるとともに、回
転中に歪みにより生じる不つり合いの変動を有効に防止
できる。さらに、スペーサの寸法精度も隙間ばめ構造の
スペーサに較べゆるいため加工が容易になる。
であるセラミックターボチャージャロータによれば、ジ
ャーナル軸に嵌入されるスペーサがタービン側ジャーナ
ル部は圧入としてコンプレッサ側ジャーナル部はスキ間
バメ構造とすることにより、不つり合いの大きさが減少
するので、バランス修正作業が短絡できるとともに、回
転中に歪みにより生じる不つり合いの変動を有効に防止
できる。さらに、スペーサの寸法精度も隙間ばめ構造の
スペーサに較べゆるいため加工が容易になる。
また、上述した構造を有するセラミックターボチャー
ジャロータの中でも、タービン側ジャーナル部の直径を
Ｄ、スペーサのタービン側ジャーナル部への圧入距離を
Ｌとしたとき、0.25≦L/D≦1.5の関係を満たすと、さら
に不つり合いの大きさを減少しバランス修正作業をさら
に短縮できるセラミックターボチャージャロータを得る
ことができる。
ジャロータの中でも、タービン側ジャーナル部の直径を
Ｄ、スペーサのタービン側ジャーナル部への圧入距離を
Ｌとしたとき、0.25≦L/D≦1.5の関係を満たすと、さら
に不つり合いの大きさを減少しバランス修正作業をさら
に短縮できるセラミックターボチャージャロータを得る
ことができる。
第１図、第２図は本発明のセラミックターボチャージャ
ロータの一例の構成を示す図である。 １……セラミックタービンロータ ２……軸部 ３……金属コンプレッサーロータ 3a……ナット、４……ジャーナル軸 4a,4b……ジャーナル部、5,7……軸受内輪 ６……スペーサ ８……スラストスペーサ
ロータの一例の構成を示す図である。 １……セラミックタービンロータ ２……軸部 ３……金属コンプレッサーロータ 3a……ナット、４……ジャーナル軸 4a,4b……ジャーナル部、5,7……軸受内輪 ６……スペーサ ８……スラストスペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−74522（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−146225（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−75725（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】セラミックタービンロータと金属コンプレ
ッサロータとを接続する金属軸のジャーナル部にアンギ
ュラ玉軸受の軸受内輪とスペーサを一体的に接合する構
造のセラミックターボチャージャロータにおいて、ター
ビン側ジャーナル部とスペーサの接合を圧入により実施
するとともに、コンプレッサー側ジャナール部の接合を
スキ間バメにしたことを特徴とするセラミックターボチ
ャージャロータ。 - 【請求項２】前記タービン側ジャーナル部の直径をＤ、
前記スペーサのタービン側ジャーナル部への圧入距離を
Ｌとしたとき、 0.25≦L/D≦1.5 の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のセラミ
ックターボチャージャロータ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2055027A JP2749691B2 (ja) | 1989-06-06 | 1990-03-08 | セラミックターボチャージャロータ |
| US07/533,391 US5169297A (en) | 1989-06-06 | 1990-06-05 | Ceramic turbo charger rotor |
| EP90306095A EP0402095B1 (en) | 1989-06-06 | 1990-06-05 | Ceramic turbo charger rotor |
| DE69006641T DE69006641T2 (de) | 1989-06-06 | 1990-06-05 | Keramikrotor für Turbolader. |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-142168 | 1989-06-06 | ||
| JP14216889 | 1989-06-06 | ||
| JP2055027A JP2749691B2 (ja) | 1989-06-06 | 1990-03-08 | セラミックターボチャージャロータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0388920A JPH0388920A (ja) | 1991-04-15 |
| JP2749691B2 true JP2749691B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=26395857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2055027A Expired - Fee Related JP2749691B2 (ja) | 1989-06-06 | 1990-03-08 | セラミックターボチャージャロータ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5169297A (ja) |
| EP (1) | EP0402095B1 (ja) |
| JP (1) | JP2749691B2 (ja) |
| DE (1) | DE69006641T2 (ja) |
Cited By (1)
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| WO2009131269A1 (en) * | 2008-04-21 | 2009-10-29 | Korea Institute Of Science And Technology | Oil-free turbocharger assembly |
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| US6866478B2 (en) * | 2002-05-14 | 2005-03-15 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Miniature gas turbine engine with unitary rotor shaft for power generation |
| JP2004116317A (ja) * | 2002-09-24 | 2004-04-15 | Toyota Motor Corp | 回転電機付き過給機のロータ回転バランス調整方法 |
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