JPS62168658A - Rotor for turbocharger and its production - Google Patents
Rotor for turbocharger and its productionInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はエンジンに・空気を過給するターボチャージャ
用ロータおよびその製造方法に係り、特に回転軸とター
ビンホイールとを強固に結合する技術に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turbocharger rotor for supercharging air to an engine and a method for manufacturing the same, and particularly relates to a technique for firmly coupling a rotating shaft and a turbine wheel.
従来技術
ターボチャージャ用ロータは、一般に、タービンホイー
ルとコンプレッサホイールとが回転軸によって一体的に
連結された構成とされており、エンジンの排気ガスによ
ってタービンホイールを回転駆動することにより、コン
プレッサホイールによって圧縮空気をそのエンジンに供
給するものである。このようなターボチャージャ用ロー
タは、通常１０万ｒｐｍ以上の高速度で回転させられ、
且つタービンホイールは９００℃程度の高温度に晒され
るところから、そのタービンホイールを耐熱性の優れた
機械的強度の高いファインセラミックス材料製とするこ
とが好ましいことは勿論であるが、タービンホイールと
回転軸とを一体的に結合する軸部構造についても、上述
したような苛酷な条件に耐え得るものとする必要がある
。なお、回転軸もファインセラミックス材料製としてタ
ービンホイールと一体構成することが考えられているが
、この場合には、回転軸の軸径が大きくなり且つ加工コ
ストも高くなるなどの問題がある。Conventional rotors for turbochargers generally have a configuration in which a turbine wheel and a compressor wheel are integrally connected by a rotating shaft.The turbine wheel is rotationally driven by engine exhaust gas, and the compressor wheel compresses the air. It supplies air to the engine. Such a rotor for a turbocharger is usually rotated at a high speed of 100,000 rpm or more,
In addition, since the turbine wheel is exposed to high temperatures of about 900°C, it is of course preferable to make the turbine wheel made of fine ceramic material with excellent heat resistance and high mechanical strength. The shaft structure that is integrally connected to the shaft also needs to be able to withstand the severe conditions described above. Note that it has been considered that the rotating shaft is also made of fine ceramic material and integrated with the turbine wheel, but in this case, there are problems such as an increase in the diameter of the rotating shaft and an increase in processing cost.
これに対し、例えば特開昭５１−１２８９０２号公報、
実開昭６０−２３２２０号公報等に開示されているよう
に、回転軸とタービンホイールとの間に弾性部材を介在
させて締着ボルトを締め付けることにより、その弾性部
材の弾性変形に基づく面圧によって両者を一体的に結合
したり、テンションボルトの引張り応力に基づいて回転
軸とタービンホイールとを締結したりすることが考えら
れている。このような結合構造によれば、弾性部材やテ
ンションボルトの弾性変形によって各構成部材の熱膨張
差が吸収されるため、回転軸とタービンホイールとの間
のガタつきが防止される。On the other hand, for example, JP-A-51-128902,
As disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 60-23220, etc., by interposing an elastic member between the rotating shaft and the turbine wheel and tightening the tightening bolt, the surface pressure based on the elastic deformation of the elastic member is reduced. It has been considered to connect the two integrally by using a tension bolt, or to connect the rotating shaft and the turbine wheel based on the tensile stress of a tension bolt. According to such a coupling structure, the difference in thermal expansion of each component is absorbed by the elastic deformation of the elastic member and the tension bolt, so that rattling between the rotating shaft and the turbine wheel is prevented.
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、このような従来の結合構造は、何れも締
着ボルトテンションボルトによって回転軸とタービンホ
イールとを締結するものであり、必ずしも充分な機械的
強度、結合強度が得られるとは言い邦＜、前述したよう
な苛酷な条件下での使用においては未だ充分に満足し得
るものではなかったのである。Problems to be Solved by the Invention However, all of these conventional coupling structures connect the rotating shaft and the turbine wheel using tightening bolts and tension bolts, and do not necessarily have sufficient mechanical strength and coupling strength. However, it is still not completely satisfactory when used under the harsh conditions mentioned above.
問題点を解決するための手段
本発明は上記問題点を解決するために為されたものであ
り、その要旨とするところは、エンジンに空気を過給す
るターボチャージャ用ロータであって、（ａ）一端部に
コンプレッサホイールが固設されるとともに、他端部の
端面に軸心に沿って係合突部が突設された回転軸と、（
ｂ）前記係合突部を挿入し得る凹所を裏面の中央部に有
するとともに、その凹所の底面から表面に開口する貫通
孔を備えたタービンホイールと、（Ｃ１溶湯状態におい
て前記凹所および貫通孔内に充愼され、冷却固化するこ
とにより、前記タービンホイールと同一軸線上に配置さ
れた前記回転軸の前記係合突部を鋳くるむとともに、前
記貫通孔内において軸方向の引張り残留応力を発生して
それ等回転軸とタービンホイールとを一体的に結合する
結合金属とを含んで構成したことにある。Means for Solving the Problems The present invention has been made to solve the above problems, and its gist is a rotor for a turbocharger that supercharges air to an engine, ) A rotary shaft having a compressor wheel fixedly attached to one end thereof and an engaging protrusion protruding from the end surface of the other end along the axis;
b) a turbine wheel having a recess in the center of the back surface into which the engaging protrusion can be inserted, and a through hole opening from the bottom of the recess to the surface; By filling the through hole and cooling and solidifying, it casts the engagement protrusion of the rotating shaft that is disposed on the same axis as the turbine wheel, and also reduces axial tensile residual stress within the through hole. The reason lies in that the turbine wheel includes a connecting metal that generates the rotary shaft and integrally connects the rotating shaft and the turbine wheel.
また、このようなターボチャージャ用ロータは、（ｄｌ
一端部にコンブレッザボイールが固設されるとともに、
他端部の端面に軸心に沿って係合突部が突設された回転
軸を用意する工程と、（ｅｌ前記係合突部を挿入し得る
凹所を裏面の中央部に有するとともに、その凹所の底面
から表面に開口する貫通孔を備えたタービンホイールを
用意する工程と、（ｆ）前記貫通孔よりも大きい凹部が
形成された治具上に、前記タービンホイールを前記裏面
を上方にして、且つ前記貫通孔と前記凹部とを一致させ
て配設する設置工程と、（ａそのタービンホイールの前
記凹所および貫通孔内に所定の金属溶湯を注ぎ入れる注
湯工程と、（ｈ）そのタービンホイールおよび前記回転
軸の軸心が一致する状態で、その回転軸の前記係合突部
を前記凹所内に挿入する挿入工程と１．（Ｉ）前記金属
溶湯を徐冷して冷却固化することにより、前記係合突部
を鋳ぐるむとともに前記貫通孔内において軸方向の引張
り残留応力を発生させる冷却工程とを含む製造方法によ
って良好に製造され得る。Moreover, such a rotor for a turbocharger is (dl
A compressor boiler is fixed at one end, and
a step of preparing a rotating shaft having an engaging protrusion protruding from the end surface of the other end along the axis; (f) preparing a turbine wheel with a through hole opening from the bottom of the recess to the front surface; (f) placing the turbine wheel with the back surface upward on a jig in which a recess larger than the through hole is formed; and (a) a pouring step of pouring a predetermined molten metal into the recess and the through hole of the turbine wheel; (h) ) an insertion step of inserting the engaging protrusion of the rotating shaft into the recess with the axes of the turbine wheel and the rotating shaft aligned; 1. (I) cooling the molten metal by slow cooling; By solidifying, it can be manufactured satisfactorily by a manufacturing method including a cooling step of casting the engaging protrusion and generating axial tensile residual stress within the through hole.
作用および発明の効果
かかるターボチャージャ用ロータにおいては、タービン
ホイールの凹所内に挿入された回転軸の係合突部が、溶
湯状態においてその凹所および貫通孔内に充填された結
合金属の冷却固化によって鋳ぐるまれ、且つ貫通孔内に
おける結合金属に軸方向の引張り残留応力が発生するこ
とにより、回転軸とタービンホイールとは互いに接近す
る方向へ引っ張られた状態で一体的に結合される。した
がって、各構成部材の熱膨張差に拘らず回転軸とタービ
ンホイールとの間にガタつきを生じることはないのであ
り、特に、本発明品は結合金属の冷却固化に伴って発生
ずる残留応力に基づいて両者が結合されているため、大
きな引張り応力を付与することができて優れた機械的強
度、結合強度が得られ、苛酷な条件下において使用され
るターボチャージャ用ロータの耐久信頼性力や大幅に向
上するのである。Effects of the Invention In this turbocharger rotor, the engaging protrusion of the rotating shaft inserted into the recess of the turbine wheel cools and solidifies the bonding metal filled in the recess and through hole in a molten state. The rotary shaft and the turbine wheel are integrally connected in a state where they are pulled toward each other due to the generation of tensile residual stress in the axial direction in the bonded metal within the through hole. Therefore, no rattling occurs between the rotating shaft and the turbine wheel, regardless of the difference in thermal expansion of each component, and in particular, the product of the present invention is resistant to residual stress that occurs as the bonded metal cools and solidifies. Since the two are bonded together based on the above, it is possible to apply large tensile stress and obtain excellent mechanical strength and bonding strength, which improves the durability and reliability of turbocharger rotors used under harsh conditions. This is a significant improvement.
なお、かかるターボチャージャ用ロータは上記製造方法
によって容易に製造し得るが、その他の方法で製造する
ことも勿論可能である。Although such a turbocharger rotor can be easily manufactured by the above manufacturing method, it is of course possible to manufacture it by other methods.
また、上記回転軸、タービンホイールおよび結合金属の
材質は、結合金属の溶融温度が回転軸およびタービンホ
イールよりも低いことを条件として種々のものを採用し
得るが、例えば回転軸が高温における耐酸化性に優れた
チタン系材料製であり、タービンホイールが軽量で且つ
耐熱性に優れたファインセラミックス材料製である場合
には、軟鋼、硬鋼等の純鉄に近い鉄系材料が好適に用い
られる。このような鉄系材料は、Ｎｉ等を含有させて高
強度としたり、熱膨張係数を低減したりして用いること
も可能である。In addition, various materials may be used for the rotating shaft, the turbine wheel, and the joining metal, provided that the melting temperature of the joining metal is lower than that of the rotating shaft and the turbine wheel. If the turbine wheel is made of fine ceramic material, which is lightweight and has excellent heat resistance, iron-based materials close to pure iron, such as mild steel and hard steel, are preferably used. . Such an iron-based material can also be used by adding Ni or the like to increase its strength or reduce its coefficient of thermal expansion.
また、上記回転軸が、前記係合突部が前記凹所内に挿入
されたとき前記タービンホイールの裏面に当接する当接
面およびその凹所内に嵌合させられる嵌合部を有する場
合には、回転軸とタービンホイールとの位置決めが簡単
でタービンホイールの凹所内への係合突部の挿入が容易
になるとともに、結合金属の引張り残留応力によって当
接面がター・ビンホイールの裏面に圧着させられるため
、回転軸とタービンホイールとが一層強固に結合される
。その場合に、例えば実開昭６（１５４７３２号公報に
開示されているように、回転軸の当接面とタービンホイ
ールの裏面との間にトルク伝達手段を設ければ、係合突
部や凹所を小さくすることが可能となるのであり、また
、嵌合部の寸法をターボチャージャ用ロータの全使用温
度範囲内においてタービンホイールの凹所内にしまり嵌
合するように設定すれば、軸心に対して直角な方向のガ
タつきが効果的に防止される。Further, when the rotating shaft has a contact surface that comes into contact with the back surface of the turbine wheel when the engaging protrusion is inserted into the recess, and a fitting part that is fitted into the recess, It is easy to position the rotating shaft and the turbine wheel, and it is easy to insert the engaging protrusion into the recess of the turbine wheel, and the contact surface is pressed against the back surface of the turbine wheel by the tensile residual stress of the bonding metal. As a result, the rotating shaft and the turbine wheel are more firmly connected. In that case, if a torque transmission means is provided between the contact surface of the rotating shaft and the back surface of the turbine wheel, as disclosed in Utility Model Application Publication No. 154732, for example, an engaging protrusion or a recess can be provided. In addition, if the dimensions of the fitting part are set so that it tightly fits into the recess of the turbine wheel within the entire operating temperature range of the turbocharger rotor, the axial center This effectively prevents wobbling in the direction perpendicular to the direction.
また、上記凹所を円穴とし、上記係合突部を、その円穴
よりも小径の大径部を先端に有するとともにその大径部
よりも小径の小径部を基端に有し、且つ軸方向に複数の
スリットが設けられた円筒体とずれば、その係合突部を
鋳ぐるむ結合金属と回転軸とが強固に固定される。また
、軸方向に形成されたスリットにより、金属溶湯の渦流
れが容易になるとともに、回転軸とタービンホイールと
の間に弾性が確保されて適度な靭性７耐衝撃性も得られ
る。Further, the recess is a circular hole, and the engaging protrusion has a large diameter portion smaller in diameter than the circular hole at the tip and a small diameter portion smaller in diameter than the large diameter portion at the base end, and If the cylindrical body is aligned with the cylindrical body provided with a plurality of slits in the axial direction, the coupling metal surrounding the engagement protrusion and the rotating shaft are firmly fixed. In addition, the slits formed in the axial direction facilitate swirling of the molten metal, and elasticity is ensured between the rotating shaft and the turbine wheel, resulting in appropriate toughness and impact resistance.
また、上記回転軸が、前記係合突部を含んで軸方向に貫
通する空気孔を有するものである場合には、タービンホ
イールの凹所および貫通孔内に金属溶湯を注ぎ入れる際
に、その空気孔から凹所および貫通孔内の空気が容易に
抜は出すため、金属溶湯内に気泡が閉じ込められる恐れ
はないのである。In addition, when the rotating shaft has an air hole passing through in the axial direction including the engaging protrusion, when pouring the molten metal into the recess and through hole of the turbine wheel, Since the air in the recesses and through holes can be easily extracted from the air holes, there is no risk of air bubbles being trapped in the molten metal.
実施例 以下、本発明の一実施例を図面社基づいて説明する。Example Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on drawings.
先ず、第１図は自動車用エンジンのターボチャ−ジャ用
ロータ（以下、単にロータという）１０を示す断面図で
あり、回転軸１２の両端にはそれぞれ複数のブレード１
４．１６を備えたコンプレッサホイール１８．タービン
ホイール２０が一体的に設けられている。このロータ１
０は、回転軸１２において軸まわりの回転可能に支持さ
れ、タービンホイール２０が図示しないタービンハウジ
ング内に導かれた排気ガスによって回転駆動されること
により、コンプレッサハウジング内に配置されたコンプ
レッサホイール１８を回転させて、そのコンプレッサハ
ウジング内の空気をエンジンに過給するものである。First, FIG. 1 is a sectional view showing a rotor 10 for a turbocharger of an automobile engine (hereinafter simply referred to as rotor).
Compressor wheel with 4.16 18. A turbine wheel 20 is integrally provided. This rotor 1
0 is supported rotatably around a rotating shaft 12, and a turbine wheel 20 is rotationally driven by exhaust gas introduced into a turbine housing (not shown), thereby driving a compressor wheel 18 disposed in a compressor housing. The compressor is rotated to supercharge the engine with air inside the compressor housing.
回転軸１２は、高温における耐酸化性に優れたチタン系
材料にて構成されており、その軸心には軸方向に貫通す
る空気孔２２が形成されている。The rotating shaft 12 is made of a titanium-based material that has excellent oxidation resistance at high temperatures, and has an air hole 22 formed in its axial center to penetrate in the axial direction.
この回転軸１２の一端部２４は小径とされており、コン
プレッサホイール１８の軸心に形成された段付き穴２６
内に挿通させられ、且つその先端にナツト２８が締め付
けられることにより、回転軸１２の段部と段付き穴２６
の段部とが圧着されて両者は一体的に固定されている。One end 24 of this rotating shaft 12 has a small diameter, and a stepped hole 26 formed at the axis of the compressor wheel 18
By inserting the nut 28 into the hole and tightening the nut 28 at its tip, the stepped portion of the rotating shaft 12 and the stepped hole 26
The stepped portions are crimped together and both are integrally fixed.
なお、チタン系材料は被削性が劣るため、かかる回転軸
１２は、荒加工したのち表面にめっき或いは溶射等で必
要な表面処理層を設け、その表面処理層に軸径研削仕上
げ加工を施すことにより製造される。また、コンプレッ
サホイール１８は、従来から多用されているアルミニウ
ム合金鋳物等によって構成されている。Since titanium-based materials have poor machinability, the rotating shaft 12 is rough-machined, then a necessary surface treatment layer is provided on the surface by plating or thermal spraying, and the surface treatment layer is finished by grinding the shaft diameter. Manufactured by The compressor wheel 18 is made of aluminum alloy casting, which has been widely used in the past.
一方、上記回転軸１２の他端部には、第２図にも示され
ているように、タービンホイール２ｏの裏面３０に当接
する当接面３２を備えた外向きのフランジ３４、および
裏面３０の中央部に形成された凹所としての有底円穴３
６内に嵌合させられる嵌合部３８が一体に設けられてい
る。また、嵌合部３８の端面には、有底円穴３６内に挿
入される係合突部４０が回転軸１２の軸心に沿って突設
されている。係合突部４０は、有底円穴３６よりも僅か
に小径の大径部４２を先端に有するとともにその大径部
４２よりも小径の小径部４４を基端に有し、且つ軸方向
に３本のスリット４６が設けられた三爪コレットチャッ
ク様形状の円筒体から成り、回転軸１２に一体に設けら
れている。On the other hand, at the other end of the rotating shaft 12, as shown in FIG. A circular hole 3 with a bottom as a recess formed in the center of
A fitting part 38 that is fitted into the inside of the housing 6 is integrally provided. Further, an engagement protrusion 40 that is inserted into the bottomed circular hole 36 is provided on the end surface of the fitting portion 38 so as to protrude along the axis of the rotating shaft 12 . The engagement protrusion 40 has a large diameter portion 42 at its tip, which is slightly smaller in diameter than the bottomed circular hole 36, and a small diameter portion 44, which is smaller in diameter than the large diameter portion 42, at its base end, and is axially It consists of a cylindrical body shaped like a three-jaw collet chuck with three slits 46, and is provided integrally with the rotating shaft 12.
タービンホイール２０は、エンジンの熱効率を向上させ
るとともに車両の軽量化、低燃費化等を図る上で、耐熱
性に優れ且つ軽量なファインセラミックス材料、例えば
Ｓｉ３ Ｎ４．ＳｉＣ，Ａβ２０３等によって構成され
ている。このタービンホイール２０の上記有底円穴３６
の底面には、軸心を貫通して表面４８に開口する貫通孔
５０が設けられている。かかるファインセラミックス材
料製タービンホイール２０は、一般に、上記ファインセ
ラミックス材料を所定の形状に成形した後、これを焼成
することによって製造されるのであるが、上記有底円穴
３６や貫通孔５０は単純な円柱形状を成しているため、
これ等を有する形状でファインセラミックス材料を成形
するか或いは成形後に切削加工を施すことによって製造
できる。また、焼成後に研削仕上げ加工を行うことも可
能である。なお、このタービンホイール２０は、ブレー
ド１６を除く表面４８側の外周部が除肉され、応力隼中
を防］１した構造とされているが、貫通孔５０は小径で
あるため何等不都合はないのである。The turbine wheel 20 is made of fine ceramic material with excellent heat resistance and light weight, such as Si3 N4. It is composed of SiC, Aβ203, etc. The bottomed circular hole 36 of this turbine wheel 20
A through hole 50 that penetrates through the axis and opens to the surface 48 is provided on the bottom surface of the holder. Such a turbine wheel 20 made of fine ceramic material is generally manufactured by molding the fine ceramic material into a predetermined shape and then firing it. Because it has a cylindrical shape,
It can be manufactured by molding a fine ceramic material into a shape having these or by cutting it after molding. It is also possible to perform finishing grinding after firing. Note that this turbine wheel 20 has a structure in which the outer periphery of the surface 48 except for the blades 16 is thinned to prevent stress buildup, but since the through holes 50 have a small diameter, there is no problem. It is.
そして、このよ・うなタービンホイール２０は、例えば
第３図および第４図に示されている方法により、回転軸
１２の他端部に一体的に結合される。Then, such a turbine wheel 20 is integrally coupled to the other end of the rotating shaft 12, for example, by the method shown in FIGS. 3 and 4.
すなわち、先ず、上述した回転軸１２およびタービンホ
イール２０を予め用意するとともに、前記貫通孔５０よ
りも大径の凹部５２が」面５４に形成された治具５６を
準備する。この治具５６は例えばＳｉＣ材等にて構成さ
れ、基台５８上にそのＬ面５４が略水平となる状態で取
りイ１］けられている。That is, first, the above-mentioned rotating shaft 12 and turbine wheel 20 are prepared in advance, and a jig 56 in which a recess 52 having a larger diameter than the through hole 50 is formed in the surface 54 is prepared. This jig 56 is made of, for example, a SiC material, and is mounted on a base 58 with its L surface 54 being substantially horizontal.
次に、治具５６の上面５４−Ｊ−：に、前記タービンホ
イール２０を、その裏面３０４＋方にしＨつ貫通孔５０
と四部５２とが一致する状態で配設する。Next, the turbine wheel 20 is placed on the upper surface 54-J- of the jig 56, with the through holes 50
and the four parts 52 are arranged so that they match.
この工程か設置工程である。そして、このよ・うにして
治具５６十に設置されたタービンホイール２０を高温加
熱した後、その有底円穴３６内に所定の金属溶湯６０を
注湯する。ごれにより、四部５２、貫通孔５０および有
底円穴３６内に金属／８湯６０が満たされるが、この時
の金属溶湯６０の湯面位置は、回転軸１２の係合突部４
０が有底円穴３６内に挿入されて湯面が上昇した場合に
、嵌合部３８の端面と略同じ位置となるよ・うに、岐密
には空気孔２２内にａかに侵入するよ・うに予め定めら
れている。この工程が注湯工程であり、第３図はこの状
態を示す図である。This process or the installation process. After the turbine wheel 20 installed on the jig 560 is heated to a high temperature in this manner, a predetermined molten metal 60 is poured into the bottomed circular hole 36. Due to the dirt, the metal/8 molten metal 60 is filled in the four parts 52, the through hole 50, and the bottomed circular hole 36, but the level of the molten metal 60 at this time is
0 is inserted into the bottomed circular hole 36 and the molten metal level rises, the hole is inserted into the air hole 22 in such a way that it is at approximately the same position as the end surface of the fitting part 38. It is predetermined. This step is the pouring step, and FIG. 3 is a diagram showing this state.
ここて、上−記金属溶湯６０しよ、少なくともその熔融
温度が回転軸１２．タービンホイール２０よりも低いも
のであればよく、回転軸１２がチタン系材料製でタービ
ンホイール２０がファインセラミックス材料製である本
実施例では、それ等よりも充分に溶融温度が低い鉄系＋
］料が用いられている。また、タービンホイール２０は
高温加熱されているため、その接触部分で金属溶湯６０
が凝固してしまうことばないのである。Here, at least the melting temperature of the molten metal 60 is the same as that of the rotating shaft 12. In this embodiment, where the rotary shaft 12 is made of a titanium-based material and the turbine wheel 20 is made of a fine ceramic material, it is possible to use iron-based material whose melting temperature is sufficiently lower than that of the turbine wheel 20.
] fee is used. Further, since the turbine wheel 20 is heated to a high temperature, the molten metal 60 is generated at the contact portion.
There are no words in which the words become solidified.
その後直ちに、図示しない保持装置により治具５６の上
方におい“Ｃタービンホイール２０の軸心」―に係合突
部４０を下にして保持された回転軸１２を、その係合突
部４０が有底円穴３６内に挿入されるとともに嵌合部３
８がその有底円穴３６に嵌合され、且つフランジ３４の
当接面３２が裏面３０に当接して圧着させられるまで下
降させる。Immediately thereafter, the rotating shaft 12 is held by a holding device (not shown) above the jig 56 at "the axis of the C turbine wheel 20" with the engaging protrusion 40 facing down. The fitting part 3 is inserted into the bottom circular hole 36.
8 is fitted into the bottomed circular hole 36, and the flange 34 is lowered until the abutting surface 32 of the flange 34 abuts and presses against the back surface 30.
これにより、係合突部４０は金属ｉ！６０内に埋没させ
られることとなるが、係合突部４０には軸方向にスリッ
ト４６が形成されているため、金属溶湯６０はそのスリ
ット４６を通って速やかに流動する。また、回転軸１２
には空気孔２２が形成されているため、金属／８湯６０
内に気泡が閉じ込められることはない。この工程が挿入
工程であり、第４図はこの状態を示す図である。As a result, the engaging protrusion 40 is made of metal i! However, since the engaging protrusion 40 has a slit 46 formed in the axial direction, the molten metal 60 quickly flows through the slit 46. In addition, the rotating shaft 12
Since air holes 22 are formed in the metal/8 hot water 60
No air bubbles are trapped inside. This step is the insertion step, and FIG. 4 is a diagram showing this state.
このような状態において徐冷すると、金属溶湯６０は冷
却固化して結合金属６２−、（第１図参照）となり、−
１−記係合突部４０を鋳くるむとともに、貫通孔５０内
においては軸方向の引張り残留応力が発生する。係合突
部４０は先端に大径部４２を有するため、結合金属６２
はその係合突部４０に強固に係止される一方、結合金属
６２のタービンホイール２０の表面４８側には治具５６
の凹部５２に対応する凹部６４が形成され、その凹部６
４によってタービンホイール２０に係ＩＪ二される。し
たがって、回転軸１２とタービンホイール２０とは、結
合金属６２が有する引張り残留応力により互いに接近す
る方向へ引っ張られ、フランジ３４の当接面３２と裏面
３０とが強固に圧着させられた状態で一体的に結合され
る。この工程が冷却工程である。When slowly cooled in such a state, the molten metal 60 is cooled and solidified to become a bonded metal 62-, (see Fig. 1), -
1- While enclosing the engagement protrusion 40, axial tensile residual stress is generated within the through hole 50. Since the engagement protrusion 40 has a large diameter portion 42 at its tip, the coupling metal 62
is firmly locked to the engagement protrusion 40, while a jig 56 is attached to the surface 48 side of the turbine wheel 20 of the bonding metal 62.
A recess 64 corresponding to the recess 52 is formed, and the recess 6
4 is connected to the turbine wheel 20 by IJ2. Therefore, the rotating shaft 12 and the turbine wheel 20 are pulled toward each other due to the tensile residual stress of the bonding metal 62, and the abutting surface 32 and the back surface 30 of the flange 34 are firmly pressed together and integrated. are combined. This step is the cooling step.
なお、前記コンプレッサホイール１８は、」１記回転軸
１２とタービンホイール２０とを結合するのに先立って
或いは結合後に、回転軸１２の一端部２４に固設すれば
よい。The compressor wheel 18 may be fixed to one end 24 of the rotating shaft 12 before or after the rotating shaft 12 and the turbine wheel 20 are coupled.
このような本実施例のロータ１０によれば、回転軸１２
とタービンホイール２０とが結合金属６２の引張り残留
応力によって強固に固設されているため、高温度状態で
の高速回転という苛酷な使用条件下においても、各構成
部材の熱膨張差に拘らず回転軸１２とタービンホイール
２０との間にガタつき等を生じることがなく、また、結
合金属６２自体の冷却性能も良い構成となっていて、実
用化レベルにおける充分な耐久信頼性２機械的強度が得
られるのである。According to the rotor 10 of this embodiment, the rotating shaft 12
and the turbine wheel 20 are firmly fixed by the tensile residual stress of the bonding metal 62, so even under severe operating conditions of high speed rotation at high temperatures, rotation is maintained regardless of the difference in thermal expansion of each component. There is no rattling between the shaft 12 and the turbine wheel 20, and the coupling metal 62 itself has a good cooling performance, and has sufficient durability and reliability 2 and mechanical strength at a practical level. You can get it.
また、回転軸１２の端部にはフランジ３４および嵌合部
３８が一体に設けられているため、回転軸１２とタービ
ンホイール２０との位置決めが簡単で有底円穴３６内へ
の係合突部４０の挿入が容易であるとともに、結合金属
６２の引張り残留応力によって当接面３２がタービンホ
イール２０の裏面３０に圧着させられるため、回転軸１
２とタービンホイール２０とが一層強固に結合されるの
である。Furthermore, since the flange 34 and the fitting part 38 are integrally provided at the end of the rotating shaft 12, positioning of the rotating shaft 12 and the turbine wheel 20 is easy, and the engaging protrusion into the bottomed circular hole 36 is easy to position. The insertion of the part 40 is easy, and the contact surface 32 is pressed against the back surface 30 of the turbine wheel 20 due to the tensile residual stress of the bonding metal 62, so that the rotating shaft 1
2 and the turbine wheel 20 are more firmly connected.
さらに、係合突部４０は大径部４２．小径部４４および
３本のスリット４６を有する三爪コレットチャック様形
状とされているため、その係合突部４０を鋳ぐるむ結合
金属６２と回転軸１２とが強固に固定される。また、軸
方向に形成されたスリット４６により、挿入工程におけ
る金属溶湯６０の渦流れが容易になるとともに、回転軸
１２とタービンホイール２０との間に弾性が確保されて
適度な靭性、耐衝撃性も得られる。Further, the engaging protrusion 40 has a large diameter portion 42 . Since it has a three-jaw collet chuck-like shape having a small diameter portion 44 and three slits 46, the rotating shaft 12 and the coupling metal 62 that surrounds the engaging protrusion 40 are firmly fixed. In addition, the slit 46 formed in the axial direction facilitates the swirling of the molten metal 60 during the insertion process, and ensures elasticity between the rotating shaft 12 and the turbine wheel 20 to provide appropriate toughness and impact resistance. You can also get
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、例えば貫通孔５０の位置や係合突部４０の形状、或い
は回転軸１２．タービンホイール２０、結合金属６２の
材質等は適宜変更し得るものである。また、回転軸１２
とタービンホイール２０とを結合金属６２によって結合
する方法も上述した方法に限定されるものではない。Note that the above is just one embodiment of the present invention, and for example, the position of the through hole 50, the shape of the engagement protrusion 40, or the rotation shaft 12. The materials of the turbine wheel 20 and the joining metal 62 can be changed as appropriate. In addition, the rotating shaft 12
The method of coupling the turbine wheel 20 and the turbine wheel 20 using the coupling metal 62 is not limited to the method described above.
その他−々例示はしないが、本発明はその精神を逸脱す
ることなく当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を
加え、た態様で実施することができる。Although other examples are not given, the present invention can be implemented in various forms with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit thereof.
第１図は本発明の一実施例であるターボチャージャ用ロ
ータの断面図である。第２図は第り図の回転軸の他端部
を示す斜視図である。第３図および第４図は第１図のタ
ーボチャージャ用ロータの製造方法の一例を説明する図
で、第３図は設置工程を示す図であり、第４図は挿入工
程を示す図である。
１０：ターボチャージャ用ロータ
１２：回転軸
１８：コンプレソザホイール
２０：タービンホイール
２４ニ一端部 ３０：裏面
３６：有底円穴（凹所）４０：係合突部４８：表面
５０：貫通孔
５２；凹部 ５６：治具
６０：金属溶湯 ６２：結合金属出願人 トヨ
タ自動車株式会社
第２図FIG. 1 is a sectional view of a turbocharger rotor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the other end of the rotating shaft in FIG. 3 and 4 are diagrams for explaining an example of the manufacturing method of the turbocharger rotor shown in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing an installation process, and FIG. 4 is a diagram showing an insertion process. . 10: Turbocharger rotor 12: Rotating shaft 18: Compressor wheel 20: One end of turbine wheel 24 30: Back surface 36: Bottomed circular hole (recess) 40: Engagement protrusion 48: Surface
50: Through hole 52; recess 56: Jig 60: Molten metal 62: Bonding metal Applicant Toyota Motor Corporation Fig. 2
Claims (6)
ータであって、 一端部にコンプレッサホイールが固設されるとともに、
他端部の端面に軸心に沿って係合突部が突設された回転
軸と、 前記係合突部を挿入し得る凹所を裏面の中央部に有する
とともに、該凹所の底面から表面に開口する貫通孔を備
えたタービンホイールと、溶湯状態において前記凹所お
よび貫通孔内に充填され、冷却固化することにより、前
記タービンホイールと同一軸線上に配置された前記回転
軸の前記係合突部を鋳ぐるむとともに、前記貫通孔内に
おいて軸方向の引張り残留応力を発生して該回転軸とタ
ービンホイールとを一体的に結合する結合金属と を有することを特徴とするターボチャージャ用ロータ。(1) A rotor for a turbocharger that supercharges air to an engine, with a compressor wheel fixed to one end, and
A rotary shaft having an engaging protrusion protruding along the axis on the end face of the other end, and a recess into which the engaging protrusion can be inserted in the center of the back surface, and the rotary shaft has an engaging protrusion protruding from the end face of the other end, and a recess into which the engaging protrusion can be inserted. A turbine wheel having a through hole opening on the surface, and a molten metal filled into the recess and the through hole and solidified by cooling, thereby forming the engaging member of the rotating shaft disposed on the same axis as the turbine wheel. A rotor for a turbocharger, characterized in that the rotor has a joining metal that surrounds the joint protrusion and generates axial tensile residual stress in the through hole to integrally connect the rotating shaft and the turbine wheel. .
ンホイールはファインセラミックス材料から成り、前記
結合金属は鉄系材料から成る特許請求の範囲第１項に記
載のターボチャージャ用ロータ。(2) The rotor for a turbocharger according to claim 1, wherein the rotating shaft is made of a titanium-based material, the turbine wheel is made of a fine ceramic material, and the bonding metal is made of an iron-based material.
されたとき前記タービンホイールの裏面に当接する当接
面および該凹所内に嵌合させられる嵌合部を有する特許
請求の範囲第１項または第２項に記載のターボチャージ
ャ用ロータ。(3) The rotating shaft has a contact surface that comes into contact with the back surface of the turbine wheel when the engaging protrusion is inserted into the recess, and a fitting part that is fitted into the recess. A rotor for a turbocharger according to the first or second range.
よりも小径の大径部を先端に有するとともに該大径部よ
りも小径の小径部を基端に有し、且つ軸方向に複数のス
リットが設けられた円筒体である特許請求の範囲第１項
乃至第３項の何れかに記載のターボチャージャ用ロータ
。(4) The recess is a circular hole, and the engaging protrusion has a large diameter part smaller in diameter than the circular hole at the tip and a small diameter part smaller in diameter than the large diameter part at the base end. The rotor for a turbocharger according to any one of claims 1 to 3, which is a cylindrical body provided with a plurality of slits in the axial direction.
通する空気孔を有するものである特許請求の範囲第１項
乃至第４項の何れかに記載のターボチャージャ用ロータ
。(5) The rotor for a turbocharger according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotating shaft has an air hole that extends through the engaging protrusion in the axial direction.
ータの製造方法であって、 一端部にコンプレッサホイールが固設されるとともに、
他端部の端面に軸心に沿って係合突部が突設された回転
軸を用意する工程と、 前記係合突部を挿入し得る凹所を裏面の中央部に有する
とともに、該凹所の底面から表面に開口する貫通孔を備
えたタービンホイールを用意する工程と、 前記貫通孔よりも大きい凹部が形成された治具上に、前
記タービンホイールを前記裏面を上方にして、且つ前記
貫通孔と前記凹部とを一致させて配設する設置工程と、 該タービンホイールの前記凹所および貫通孔内に所定の
金属溶湯を注ぎ入れる注湯工程と、該タービンホイール
および前記回転軸の軸心が一致する状態で、該回転軸の
前記係合突部を前記凹所内に挿入する挿入工程と、 前記金属溶湯を徐冷して冷却固化することにより、前記
係合突部を鋳ぐるむとともに前記貫通孔内において軸方
向の引張り残留応力を発生させる冷却工程と を有することを特徴とするターボチャージャ用ロータの
製造方法。(6) A method of manufacturing a rotor for a turbocharger that supercharges air to an engine, the compressor wheel being fixed to one end,
a step of preparing a rotating shaft having an engagement protrusion protruding along the axis on the end face of the other end, and having a recess in the center of the back surface into which the engagement protrusion can be inserted; preparing a turbine wheel having a through hole opening from the bottom surface to the surface; placing the turbine wheel with the back surface facing upward on a jig in which a recess larger than the through hole is formed; an installation step of aligning the through hole and the recess; a pouring step of pouring a predetermined molten metal into the recess and the through hole of the turbine wheel; an insertion step of inserting the engaging protrusion of the rotary shaft into the recess in a state where the centers are aligned, and casting the engaging protrusion by gradually cooling the molten metal and solidifying it; A method of manufacturing a rotor for a turbocharger, comprising a cooling step of generating axial tensile residual stress in the through hole.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP858686A JPS62168658A (en) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | Rotor for turbocharger and its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP858686A JPS62168658A (en) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | Rotor for turbocharger and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62168658A true JPS62168658A (en) | 1987-07-24 |
Family
ID=11697100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP858686A Pending JPS62168658A (en) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | Rotor for turbocharger and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62168658A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0233401A (en) * | 1988-07-25 | 1990-02-02 | Isuzu Motors Ltd | Vane-wheel structure |
| WO2013013755A1 (en) * | 2011-07-26 | 2013-01-31 | Ihi Charging Systems International Gmbh | Connecting arrangement for connecting a shaft to a rotor, and method for producing a connecting arrangement of said type |
-
1986
- 1986-01-17 JP JP858686A patent/JPS62168658A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0233401A (en) * | 1988-07-25 | 1990-02-02 | Isuzu Motors Ltd | Vane-wheel structure |
| WO2013013755A1 (en) * | 2011-07-26 | 2013-01-31 | Ihi Charging Systems International Gmbh | Connecting arrangement for connecting a shaft to a rotor, and method for producing a connecting arrangement of said type |
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