JP2005127268A

JP2005127268A - ターボチャージャーのロータ構造

Info

Publication number: JP2005127268A
Application number: JP2003365531A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Matsui; 徳行松井
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】ターボチャージャーのロータ構造において、ロータのバランス修正が失敗なく容易に行える構成を提供する。
【解決手段】ロータ本体１と、該ロータ本体１の軸方向端部に取り付けられる質量体１１と、を有する（選択図（ａ））。前記質量体１１には長孔１４を形成する（選択図（ｂ））。前記質量体１１の前記ロータ本体１に対する取付位置を前記長孔１４によって変更できるように構成した。質量体１１をロータ本体１に取り付けるための固定具（ボルト）１３は、質量体１１と同じ熱膨張係数を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャーのロータ構造に関する。詳細には、ロータの回転バランスの調整が可能なターボチャージャーのロータ構造に関する。

この種のターボチャージャーのロータ構造としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この特許文献１では、通常１０万ｒｐｍ以上の回転数及び７００℃以上の温度での使用に耐え得るロータとして、セラミックスで形成したロータが有効である旨を開示する。

特許文献１の第１図に示すように、タービンロータ６のボス部９には、その軸芯上に軸方向に沿って半径方向に拡径するテーパ状の固定穴１０が設けられており、この固定穴１０に、耐熱性金属から形成された質量体１１が一体的に固定される。そして、質量体１１が前記タービンロータ６に固定された後、その質量体本体１１ｂにタービンロータ６のバランス修正に応じた研削加工が施される。なお、研削加工には通常グラインダが用いられる。この結果、タービンロータ６の回転バランスの修正が適正になされ円滑な回転が得られる。
特開昭６３−４１６０２号公報

しかし、上記特許文献１の構成は、質量体１１の本体１１ｂを研削加工することで回転バランスを修正する構成であるために、いったん研削し過ぎてバランス調整に失敗してしまうと修正がきかず、タービンロータ６が不良品となってしまい、歩留まりが悪化してしまっていた。このような削り過ぎを回避するには、少し削ってはバランスを確認し、確認の結果に基づいてまた少し削り、・・・というような作業を行わざるを得ず、バランスの確認回数が多く必要となってバランス修正作業のために時間とコストが掛かっていた。

しかも、製造されるタービンロータ６は必要な修正量が一個一個異なるために、質量体本体１１ｂの研削量をそれに応じて変更しなければならず、上記のバランス調整の失敗が頻繁に起こり易かった。

加えて、上記特許文献１の構成は研削加工によって回転バランスを修正する構成であるために、加工に伴って金属の切り粉等の異物が発生し、これがエンジンや周囲環境に悪影響を及ぼす恐れがあった。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

◆本発明の第１の観点によれば、以下のように構成する、ターボチャージャーのロータ構造が提供される。
ロータ本体と、該ロータ本体の軸方向端部に取り付けられる質量体と、を有する。前記質量体には長孔を形成して、前記質量体の前記ロータ本体に対する取付位置を前記長孔によって変更できるように構成した。

これにより、質量体の取付位置の変更によってロータの回転バランスの変更が行える。従って、例えばバランス修正のために質量体の取付位置を一側に移動させ過ぎて却ってバランスが悪くなってしまった場合でも、簡単に元に戻すことが可能である。従って、ロータが不良品となることを防止でき、歩留まりの低下を回避できる。また、質量体に長孔を設けるだけの簡素な構成なので、製造コストを低減できる。

また、質量体を研削加工してバランス修正を行う構成に比較して、研削に伴う切り粉が発生しないので、エンジンや周囲環境に悪影響を与えることを防止できる。更には、ロータをターボチャージャーのハウジングから取り出さない状態でも質量体の取付位置を変更してバランス調整が可能であるため、バランス調整作業をきわめて容易なものとすることができる。

加えて、製造されるロータ本体については必要なバランス修正量が一個一個異なるが、これらの修正を、同一形状の質量体の取付位置を変更することで対応できる。従って、質量体の形状を統一できるため、質量体を大量生産してコストを安くすることができる。

◆本発明の第２の観点によれば、以下のように構成する、ターボチャージャーのロータ構造が提供される。
ロータ本体と、該ロータ本体の軸方向端部に取り付けられる質量体と、を有する。前記ロータ本体には複数の取付凸部又は取付凹部を設ける。前記質量体は、前記取付凸部又は前記取付凹部を介して、少なくとも二つ以上の異なる取付位置から選択して前記ロータ本体の軸方向端面に取付可能に構成した。

これにより、質量体の取付位置の変更によってロータの回転バランスの変更が行える。従って、例えばバランス修正のために質量体の取付位置を移動させて却ってバランスが悪くなってしまった場合でも、簡単に元に戻すことが可能である。従って、ロータが不良品となることを防止でき、歩留まりの低下を回避できる。

◆前記のターボチャージャーのロータ構造においては、以下のように構成することが好ましい。
前記質量体を前記ロータ本体に取り付けるための固定具を備える。この固定具が、前記質量体と同等の熱膨張係数を有している。

これにより、高温環境下でも質量体と固定具との結合が緩まず、信頼性を向上させることができる。

◆前記のターボチャージャーのロータ構造においては、前記固定具がボルト又はナットであることが好ましい。

これにより、ボルト又はナットを緩めることにより質量体の位置を変更でき、質量体の位置を合わせたらボルト又はナットを締め付けることで質量体を動かないように固定できる。従って、質量体の位置の変更作業が容易である。また、ボルト又はナットは広く普及しているので、コストの安い取付構造が実現される。

◆前記のターボチャージャーのロータ構造においては、前記質量体に整流のためのブレードが形成されていることが好ましい。

これにより、質量体に整流効果を発揮させることができる。

〔第１実施形態〕
最初に、第１実施形態のロータ構造を説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態のロータ構造を示す図である。図１（ｂ）は、質量体をロータの軸方向に見た様子を示す図である。

図１（ａ）に示すロータ本体１はターボチャージャーのロータであり、軸方向一端側にタービンホイール２が形成されている。このタービンホイール２は複数枚のタービンブレードを有し、図示しないターボチャージャーのタービンハウジングに導入された排気ガスのガス流によって、ロータ本体１を回転させ得るように構成している。タービンホイール２の素材としては軽量で耐熱性を有するものが望ましく、例えばニッケル系の耐熱合金や、セラミック系材料を使用することができる。

また、このロータ本体１の軸方向他端側にはコンプレッサホイール３が形成されている。このコンプレッサホイール３は複数枚のインペラを有しており、前記タービンホイール２と軸心を一致させた状態で一体的に結合されている。コンプレッサホイール３はロータ本体１の回転に伴ってコンプレッサハウジング（図略）の内部で回転し、吸入空気を圧縮しながらエンジン燃焼室へ送り込むことができるように構成している。コンプレッサホイール３は、例えばアルミ製とすることができる。

そして、このターボチャージャーのロータ構造にあっては、ロータ本体１のバランスを修正してターボチャージャーの共振を抑えるために、以下のように構成されている。

図１（ａ）に示されるように、ロータ本体１の軸方向一端側（タービンホイール２側）の端面１５には、質量体１１が取り付けられる。具体的には、ロータ本体１の軸方向一端側には、その軸線を当該ロータ本体１と一致させるネジ孔１２が形成される。このネジ孔１２は、前記ロータ本体１の一側の端面１５に開口している。このネジ孔１２には取付ボルト（固定具）１３を螺合できるようになっている。

図１（ｂ）には、ロータ本体１の軸方向に見た質量体１１の様子が示される。この図１（ｂ）に示すように、質量体１１はやや細長く形成されるとともに、貫通状の長孔１４が形成されている。この長孔１４に前記取付ボルト１３の軸部を挿通した上で前記ネジ孔１２に当該取付ボルト１３を螺合することで、質量体１１がロータ本体１に取り付けられ固定される。

以上に説明したとおり、前記質量体１１には長孔１４が形成されているので、前記取付ボルト１３を緩めることで、質量体１１の前記ロータ本体１に対する取付位置を、図１（ａ）（ｂ）に示す矢印の向きに所定の範囲で変更することができる。また、前記取付ボルト１３を緩めることで、前記質量体１１を回転させることも可能である。

即ち、質量体１１の重心のロータ軸心に対する偏心量とその偏心の向きを変更することが容易である。この結果、ロータ本体１のバランス修正を容易に行うことができる。

特に本実施形態では、質量体１１のロータ本体１の取付位置の変更によってバランスの調整が行えるため、例えばバランス修正のために質量体１１の取付位置を一側に移動させ過ぎて却ってバランスが悪くなってしまった場合でも、取付ボルト１３を緩めることで簡単に元に戻すことが可能である。従って、ロータ本体１が不良品となることを防止でき、歩留まりの低下を回避できる。

また、質量体１１を研削加工してバランス修正を行う構成に比較して、研削に伴う切り粉が発生しないので、エンジンや周囲環境に悪影響を与えることを防止できる。更には、ロータ本体１をターボチャージャーのハウジングから取り出さない状態でも前記取付ボルト１３を緩めることで質量体１１の取付位置を変更してバランス調整が可能であるため、バランス調整作業をきわめて容易なものとすることができる。

なお、製造されるロータ本体１は必要な修正量が一個一個異なるが、これらの修正は、同一形状の質量体１１の取付位置を変更することで対応できる。従って、偏心量の異なる質量体１１を種々製造しておいて必要な偏心量の質量体１１を選択して用いる必要がないので（換言すれば質量体１１の形状を統一できるので）、質量体１１を大量生産してコストを安くすることができる。

また、本実施形態では、前記質量体１１を、前記取付ボルト１３と同一の素材で構成している。従って、熱膨張率が質量体１１と取付ボルト１３とで同一となるので、高温環境下でも質量体１１と取付ボルト１３との固定が緩まず、信頼性が向上されている。なお、質量体１１を、取付ボルト１３と同一の素材で構成することに代えて、取付ボルト１３と同等な熱膨張率を有する他の素材で構成しても良い。

なお、質量体１１はロータ本体１に対し取付ボルト１３によって取り付けることに限定されない。例えば、ロータ本体１の一端側の端面１５からネジ軸を突出状に一体形成して、このネジ軸に前記質量体１１の長孔１４を挿通させた上で固定具としてのナットを前記ネジ軸に螺合させれば、質量体１１を同様にロータ本体１に取り付けることができる。

なお、このように取付ボルト１３又はナットを固定具として採用することにより、ボルト又はナットを緩めることで質量体１１の位置を変更でき、質量体１１の位置を合わせたらボルト又はナットを再び締め付けることで質量体１１を動かないように固定できる。従って、バランス修正作業が容易である。また、ボルトやナットは広く普及しているので、コストの安い取付構造が実現される。

〔第２実施形態〕
図２は第２実施形態の質量体を示す図であって、前記の図１（ａ）に対応する図である。

この図２に示す質量体１１は前記第１実施形態と同様に、長孔１４を介して図略の取付ボルトによってロータ本体１の端面に取り付けられる。質量体１１の外周面は円柱面に形成されており、更にその円柱面から複数枚のブレード１６を突出させている。この構成によれば整流効果を奏させることができる。例えば、タービンハウジングに供給されてタービンホイール２のブレードを押してロータ本体１に回転力を付与した排気ガスを、前記ブレード１６によって、スムーズに出口に向かって流出させることが可能になる。

〔第３実施形態〕
図３は第３実施形態の質量体を示す図であって、前記の図１（ａ）に対応する図である。

この図３に示すように、質量体１１を鈎状に折曲された形状に形成し、その一端に前記長孔１４を形成し、他端の鈎状に曲がった部分を前記ブレード１６として形成しても良い。この場合でも、一枚のブレード１６により、前記の第２実施形態と同様な整流効果を奏させることができる。

〔第４実施形態〕
図４は第４実施形態において質量体の取付構成を示す図であって、前記の図１（ａ）に対応する図である。
この図４に示すように、前記ロータ本体１の一端側の端面１５から、３つの取付軸（取付凸部）２１・２２・２３が突出されている。各取付軸２１・２２・２３は、前記ロータ本体１の回転軸心より偏心した位置から、その回転軸心と平行な向きに突出している。３つの取付軸２１・２２・２３は、正三角形の頂点をなすように配置されている。

一方、質量体１１は細長い形状に構成するとともに、その両端に貫通孔１７・１７を形成している。２つの貫通孔１７・１７の間の距離は、前記取付軸２１・２２・２３がなす正三角形の一辺の長さに等しくなっている。

以上の構成で、質量体１１は、３つの取付軸２１・２２・２３のうち任意に選択した２つの取付軸に取り付けることが可能である。即ち、前記の正三角形の三辺のうちいずれかの一辺の位置を選択して、その位置に質量体１１を取り付けることが可能である。取付方法の一例としては、前記取付軸２１・２２・２３をネジ軸に構成するとともに、その取付軸に図略のナットを螺合させる方法が考えられる。

本実施形態では以上に説明したとおり、三つの取付位置から選択して前記質量体１１を前記端面１５に取付可能であるので、質量体１１の重心のロータ軸心に対する偏心量とその偏心の向きを三通りに変更することができる。この結果、ロータ本体１のバランス修正を容易に行うことができる。

また本実施形態では、質量体１１のロータ本体１の取付位置の変更によってバランスの調整が行えるため、例えばバランス修正のために質量体１１の取付位置をある位置に移動させてかえってバランスが悪くなってしまった場合でも、質量体１１の取付位置を簡単に元に戻すことが可能である。従って、ロータ本体１が不良品となることを防止でき、歩留まりの低下を回避できる。

また、質量体１１を研削加工してバランス修正を行う構成に比較して、研削に伴う切り粉が発生しないので、エンジンや周囲環境に悪影響を与えることを防止できる。更には、ロータ本体１をターボチャージャーのハウジングから取り出さない状態でも質量体１１の取付位置を変更してバランス調整が可能であるため、バランス調整作業をきわめて容易なものとすることができる。

なお、前記取付軸２１・２２・２３がなす図形（本実施形態では正三角形）の重心は、前記ロータ本体１の軸心と一致していても良いし、一致していなくても良い。また、三角形は正三角形に限定されず、また、取付軸は３本であることに限定されない。例えば二等辺三角形、菱形、正五角形など、取付軸がなす形状は様々に考えられる。二等辺三角形の場合は質量体１１の取付位置を二つから選択でき、正五角形の場合は質量体１１の取付位置を五つから選択できる。

また、質量体１１はロータ本体１に対しナットによって取り付けることに限定されない。例えば、ロータ本体１の端面１５に３つのネジ孔（係合凹部）を開口させる一方、前記質量体１１の貫通孔１７・１７にそれぞれ取付ボルトを挿通して前記ネジ孔に螺合させる方法が考えられる。

また、本実施形態の質量体１１においても、その外周面に前記第２実施形態あるいは第３実施形態のようなブレード（図２または図３の符号１６）を形成して、整流を行わせることが可能である。

〔変更態様〕
以上に本発明の４つの実施形態及びその変形例を示したが、本発明は他にも以下のように変更して実施することができる。

（１）質量体１１は、上記実施形態のように前記ロータ本体１のタービンホイール２側の端面に設けられる代わりに、コンプレッサホイール３側の端面に設けられても良い。また、ロータ本体１の軸方向両端面に設けられても良い。

（２）質量体１１を固定する固定具としては、取付ボルト１３やナットの代わりに、例えばピン等を用いても良い。

（ａ）は、本発明の第１実施形態のロータ構造を示す図。（ｂ）は、質量体をロータの軸方向に見た様子を示す図。本発明の第２実施形態の質量体を示す図。本発明の第３実施形態の質量体を示す図。本発明の第４実施形態の質量体の取付構造を示す図。

符号の説明

１ロータ本体
１１質量体
１３取付ボルト（固定具）
１４長孔
１６ブレード
２１・２２・２３取付軸（取付凸部）

Claims

ロータ本体と、該ロータ本体の軸方向端部に取り付けられる質量体と、を有する、ターボチャージャーのロータ構造において、
前記質量体には長孔を形成して、前記質量体の前記ロータ本体に対する取付位置を前記長孔によって変更できるように構成したことを特徴とする、
ターボチャージャーのロータ構造。
ロータ本体と、該ロータ本体の軸方向端部に取り付けられる質量体と、を有する、ターボチャージャーのロータ構造において、
前記ロータ本体には複数の取付凸部又は取付凹部を設け、
前記質量体は、前記取付凸部又は前記取付凹部を介して、少なくとも二つ以上の異なる取付位置から選択して前記ロータ本体の軸方向端面に取付可能に構成したことを特徴とする、
ターボチャージャーのロータ構造。
請求項１又は請求項２に記載のターボチャージャーのロータ構造であって、
前記質量体を前記ロータ本体に取り付けるための固定具を備え、
この固定具が、前記質量体と同等の熱膨張係数を有していることを特徴とする、
ターボチャージャーのロータ構造。
請求項３に記載のターボチャージャーのロータ構造であって、
前記固定具がボルト又はナットであることを特徴とする、
ターボチャージャーのロータ構造。
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載のターボチャージャーのロータ構造であって、前記質量体に整流のためのブレードが形成されていることを特徴とする、ターボチャージャーのロータ構造。