JP2005059098A - 金属射出成形タービンロータと、同ロータへの金属射出成形シャフトの連結取り付け - Google Patents
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Abstract
シャフトとロータの間に強力な冶金学的結合状態を作り出し、完成品に近い形状のロータシャフト組立体を作り出し、ターボ過給機内の強い力と高い温度に耐えることができる組立体の製造のための、安価で効率的な方法を提供する。
【解決手段】
チタンアルミナイドロータ(203)の粉末成形体(203)を、結合剤(211)と混合されてロータとシャフトとの間に介在された金属粉末を用いて、鋼製シャフトの粉末成形体(207)に取り付け、その取り付けられた成形体の組合せを結合解除及び焼結することにより、ターボ過給機で用いられている型式のロータシャフト組立体(201)を形成する。
【選択図】 図2
Description
ターボ過給機の一般的設計及び機能については、先行技術、例えば米国特許第4,705,463号、第5,339,064号、及び第6,164,931号に詳しく記載されており、その開示全体を、参考文献としてここに援用する。
第2例として、イソベ氏らの米国特許第5,064,112号は、構造用鋼とTiAl部材の間に介在して、それらの間で強力な摩擦溶接を成すためのオーステナイトステンレス鋼、又はニッケルベース又はコバルトベースの超合金の使用を開示している。
第4例として、アンブロジアック氏らの米国特許第5,3114,106号は、鋼部材とTiAl部材とを付着させるために、銅とバナジウムの2つの薄い中間内部層を開示している。上記4つの例は全て、追加工程、追加経費、寸法精度の低下、という欠点に煩わされる。
従って、ロータシャフト組立体を経済的に製造するための、TiAlロータを構造用鋼製やその他の材料からなるシャフトに取り付ける方法が技術的に必要とされている。ロータとシャフトの間の結合は、大きく変動するトルクと温度に耐えられるだけ強力でなければならず、最小の工程と経費で済む方法によって形成されるのが望ましい。本発明は、上記及びそれ以上の利点を提供するものであり、以下の開示と図面を読めば当業者には明白になるであろう。
本発明のタービンロータ組立体には、当業者には周知の技術によって、寸法精度、バランス、及び/又は表面仕上げをよくするため、随意的に、機械加工仕上げが施される。
本明細書の何れも、本発明のロータシャフト組立体のロータ又はシャフトを、同じ金属組成を有するロータ又はシャフトに限定していると解釈すべきではない。二金属の金属射出成形が知られており(例えば、米国特許出願公告第US2003/0012677 A1号)、その場合、結合剤に混ぜられた異なる金属粉末組成物が、成形型の異なる部分に配置され、異なる金属の不均質な配置を有する物品が作られる。そのような方法は、本発明の工程と組み立てに十分に適合する。
結合材料の結合剤は特に限定されるものではなく、上記した水ベース又はワックスベース両方の結合剤が効果的である。
本発明を説明するために本明細書で用いている用語は、一般的に定義されている意味としてのみ理解するのではなく、一般的に定義されている意味の範囲を超える特定の定義、構造、材料又は作用も含んでいる。従って、特許請求の範囲の言葉又は要素の定義は、本明細書では、字義通りに説明されている要素の組み合わせだけでなく、実質的に同じ機能を実質的に同じ方法で実行し実質的に同じ結果を得るるための全ての均等な構造、材料、又は作用も含むものと定義される。
従って、請求項は、具体的に上で図示し説明されているもの、概念的に均等なもの、明らかに代替できるもの、及び本発明の基本的着想を組み込んでいるもの、を含んでいるものと理解頂きたい。
以上、本発明を説明した。
Claims (11)
- 自軸(111)回りに回転してコンプレッサを駆動するためのターボ過給機に使用される型式のロータシャフト組立体(101)の、チタンアルミナイド(TiAl)タービンロータ(103)を、鋼製のシャフト(107)ハブ(109)に軸方向に結合するための方法において、
(a)結合剤と混合された鋼粉末からなる前記シャフト(107)の成形体(207)を、結合剤と混合されたTiAl粉末からなる前記ロータ(103)の成形体(203)のハブ(209)に、微細な金属粉末と混合された結合剤からなり前記シャフト成形体(207)の近位端と前記ハブ(209)との間に配置された結合材料(211)を用いて、軸方向に取り付け、取り付けられた状態の成形体(201)を形成する段階と、
(b)前記取り付けられた状態の成形体(201)を結合解除し、焼結する段階と、から成り、前記ロータ(103)と前記シャフト(107)が結合されて前記ロータシャフト組立体(101)を形成する方法。 - 前記ロータ成形体(203)は、前記ハブ(209)が焼結の際に前記シャフト成形体(207)の直径の収縮よりもより収縮するような内部直径を有するように選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記焼結は、約1200℃から約1430℃で、約45分から約2時間、行なわれる、請求項1に記載の方法。
- 前記粉末は、約1μmから40μmの粒子サイズを有している、請求項1〜3の何れか一項に記載の方法。
- 前記粉末は、約1μmから10μmの粒子サイズを有している、請求項4に記載の方法。
- 前記結合剤は、ワックス、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ポリビニル、炭酸ポリエチレン、ポリエチレングリコール、及び微細結晶ワックス、又はそれらの混合物から成るグループから選択される、請求項1〜5の何れか一項に記載の方法。
- 前記結合解除は、約200℃から250℃の間の温度で行われる、請求項1〜6の何れか一項に記載の方法。
- 請求項1〜7の何れか一項に記載の方法に従って準備されたロータシャフト組立体(101)。
- 前記シャフト成形体(207)はステンレス鋼からなる、請求項8に記載のロータシャフト組立体(101)。
- 前記シャフト成形体(207)の近位端は、ローレット付きのシャフト(301),多角形シャフト(305),平面付きシャフト(309),ねじ付きシャフト(313)、及び切り欠き付きシャフト(107)から成るグループから選択された形状を有している、請求項8又は9に記載のロータシャフト組立体(101)。
- 前記シャフト(107)の前記近位端(113)と前記ハブ(109)との間に配置された1つ又は複数の空洞(119)を更に備えている、請求項8〜10の何れか一項に記載のロータシャフト組立体(101)。
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