JP2006009634A - ターボ過給機、ターボ過給機の組立て方法およびタービン・コンプレッサ組立て装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タービン軸とコンプレッサインペラとの各係合部の形状が簡素な形状であると共に、ターボ過給機を運転した際に前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの間での相対的な位置ずれが発生しにくいターボ過給機を提供する。
【解決手段】 タービン軸５と、コンプレッサ９のコンプレッサインペラ１３に設けられタービン軸５と係合している貫通孔１３Ａと、タービン軸５の先端部側に設けられていると共に、コンプレッサインペラ１３がタービン軸５に対して挿入される方向にコンプレッサインペラ１３を押圧し、コンプレッサインペラ１３をタービン軸５に締結している締結具２５とを有し、締結具２５は、コンプレッサインペラ１３を締結している押圧力よりも大きな押圧力で、コンプレッサインペラ１３を押圧した締結具である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ過給機、ターボ過給機の組立て方法およびタービン・コンプレッサ組立て装置に係り、特に、タービンインペラに形成されているタービン軸にコンプレッサを圧入して組み込むものに関する。

従来、ターボ過給機１００のタービンインペラ（図示せず）と一体的に形成されているタービン軸１０２に、コンプレッサインペラ１０４を組み込む場合、前記コンプレッサインペラ１０４の貫通孔に前記タービン軸１０２を挿入した後、図９（ターボ過給機１００のタービン軸１０２にコンプレッサインペラ１０４を組み込んだ状態を示す図）に示すように、ナット１０６によって、前記コンプレッサインペラ１０４を前記タービン軸１０２の延伸方向に押圧し、前記タービン軸１０２に前記コンプレッサインペラ１０４を固定している。

ナット１０６で締め付けていることによって、前記コンプレッサインペラ１０４は、タービン軸１０２の延伸方向（矢印ＡＲ１で示す方向）に圧縮されている。

なお、前記コンプレッサインペラ１０４の貫通孔と前記タービン軸１０２とは、中間嵌めまたは隙間嵌めになっている。

一方、タービン軸やコンプレッサインペラの貫通孔に、テーパ部を形成し、これらのテーパ部を互いに係合させて、タービン軸にコンプレッサインペラを組み込む技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００１−１７３５９７号公報

ところで、前記従来のターボ過給機１００では、タービン軸１０２やコンプレッサインペラ１０４が高速回転すると、遠心力で前記コンプレッサインペラ１０４が、外径の方向に僅かに弾性変形して延びると共に前記タービン軸１０２の延伸方向（矢印ＡＲ１の方向）に僅かに縮まり、前記ナット１０６による保持力が弱まり、前記タービン軸１０２（前記コンプレッサインペラ１０４）の回転方向で、前記コンプレッサインペラ１０４が前記タービン軸１０２に対してごく僅かにずれるという問題がある。

このごく僅かなずれが発生しても実用上の支障は無いが、ごく僅かなずれによって、タービン軸１０２やコンプレッサインペラ１０４の回転バランスがごく僅かに狂う場合があり、このバランスの僅かな狂いによって、ターボ過給機１００の運転中の騒音レベルが僅かに上昇する場合がある。

なお、前記コンプレッサインペラ１０４と前記タービン軸１０２との間のずれは、前記ターボ過給機１００のタービン軸（タービンインペラ、コンプレッサインペラ）の回転数が、急激に上昇し、または急激に減少する場合、特に発生しやすいものである。

一方、前記コンプレッサインペラ１０４と前記タービン軸１０２との間のずれを防止する等のために、タービン軸やコンプレッサインペラの孔にテーパを設けるとなると、タービン軸やコンプレッサインペラの各係合部の形状が複雑になるという問題がある。

さらに、タービン軸にコンプレッサインペラを圧入し、この圧入後にナットで固定することも考えられるが、圧入するときにタービン軸とコンプレッサインペラとの間でカジリが発生するおそれがあり、また、コンプレッサインペラを圧入するためには、大きな力をコンプレッサインペラやタービン軸にかける必要があり、前記圧入のための力によってコンプレッサインペラやタービンインペラが変形してしまうおそれがある。

すなわち、タービン軸にコンプレッサインペラを圧入して、タービン軸にコンプレッサインペラを組み付ける組み付け作業が難しくなるという問題がある。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、タービン軸にコンプレッサインペラが組み付けられている構成のターボ過給機において、前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの各係合部の形状が簡素な形状であると共に、前記ターボ過給機を運転した際に前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの間での相対的な位置ずれが発生しにくいターボ過給機を提供することを目的とする。

また、本発明は、ターボ過給機のタービン軸にコンプレッサインペラを組み付けるためのターボ過給機の組立て方法およびタービン・コンプレッサ組立て装置において、前記タービン軸に前記コンプレッサインペラが組み付けられている前記ターボ過給機を運転した際に前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの間での相対的な位置ずれが発生しにくいような組立てを、容易に行うことができるターボ過給機の組立て方法およびタービン・コンプレッサ組立て装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、タービン軸に、コンプレッサインペラを組み付けるターボ過給機の組立て方法において、前記コンプレッサインペラを加熱するコンプレッサインペラ加熱工程と、前記加熱により昇温したコンプレッサインペラを前記タービン軸に圧入するコンプレッサインペラ圧入工程と、前記コンプレッサインペラを冷却するコンプレッサインペラ冷却工程と、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結するための締結具を用いて、前記コンプレッサインペラを前記圧入方向に第１の所定の力で押すコンプレッサインペラ押圧工程と、前記締結具を用い、前記コンプレッサインペラを前記第１の所定の力よりも小さな第２の所定の力で前記圧入方向に押して、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結するコンプレッサインペラ締結工程とを有するターボ過給機の組立て方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のターボ過給機の組立て方法において、前記コンプレッサインペラ冷却工程は、前記コンプレッサインペラ圧入工程で加える力を加え続けた状態で、前記コンプレッサインペラを冷却する工程であり、前記コンプレッサインペラ締結工程は、前記コンプレッサインペラ押圧工程で加えた前記第１の所定の力を、前記第２の所定の力よりも小さな値に減じ、この減じた後に前記減じた力を前記第２の所定の力まで増加させて、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結する工程であるターボ過給機の組立て方法である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のターボ過給機の組立て方法において、前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの係合部は、前記コンプレッサインペラの背側で締まり嵌めになっているターボ過給機の組立て方法である。

請求項４に記載の発明は、タービン軸にコンプレッサインペラを組み付けるターボ過給機の組立て方法において、前記コンプレッサインペラを加熱するコンプレッサインペラ加熱工程と、前記加熱により昇温したコンプレッサインペラを前記タービン軸に圧入するコンプレッサインペラ圧入工程と、前記コンプレッサインペラを冷却するコンプレッサインペラ冷却工程とを有し、前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの係合部は、前記コンプレッサインペラの背側で締まり嵌めになっているターボ過給機の組立て方法である。

請求項５に記載の発明は、軸部を備えている第１の部材と、孔を備えている第２の部材とを、前記軸部と前記孔部とを互いに係合させることにより、組み付ける部材の組立て方法において、前記第２の部材を加熱する加熱工程と、前記加熱により昇温した第２の部材を前記第１の部材の軸に圧入する圧入工程と、前記第２の部材を冷却する冷却工程と、前記第２の部材を前記第１の部材に締結するための締結具を用いて、前記第２の部材を前記圧入方向に第１の所定の力で押す押圧工程と、前記締結具を用い、前記第２の部材を前記圧入方向に前記第１の所定の力よりも小さな第２の所定の力で前記圧入方向に押して、前記第２の部材を前記第１の部材に締結する締結工程とを有する部材の組立て方法である。

請求項６に記載の発明は、タービン軸にコンプレッサインペラを組み付けるタービン・コンプレッサ組立て装置において、前記コンプレッサインペラを加熱するコンプレッサインペラ加熱手段と、前記加熱により昇温したコンプレッサインペラを前記タービン軸に圧入するコンプレッサインペラ圧入手段と、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結するための締結具を締め付け、または、緩めることが自在な締結具駆動手段とを有するタービン・コンプレッサ組立て装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のタービン・コンプレッサ組立て装置において、前記圧入をするときに加える力を加え続けた状態で、前記タービン軸に圧入された前記コンプレッサインペラを冷却可能なコンプレッサインペラ冷却手段を有するタービン・コンプレッサ組立て装置である。

請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載のタービン・コンプレッサ組立て装置において、前記締結具を第１の所定の力で締め付けた後、前記締結具を緩め、この緩めた後、前記第１の所定の力よりも小さな力で前記締結具を締め付けるように、前記締結具駆動手段を制御する制御手段を有するタービン・コンプレッサ組立て装置である。

請求項９に記載の発明は、タービンとコンプレッサとを備えているターボ過給機において、前記タービンのタービンインペラと一体的に形成されたタービン軸と、前記コンプレッサのコンプレッサインペラに設けられ、前記タービン軸と係合している貫通孔と、前記タービン軸の先端部側に設けられていると共に、前記コンプレッサインペラが前記タービン軸に対して挿入される方向に前記コンプレッサインペラを押圧し、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結している締結具とを有し、前記締結具は、前記コンプレッサインペラを締結している押圧力よりも大きな押圧力で、前記コンプレッサインペラを押圧した締結具であるターボ過給機である。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のターボ過給機において、前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの係合部は、前記コンプレッサインペラの背側で締まり嵌めになっているターボ過給機である。

請求項１１に記載の発明は、タービンとコンプレッサとを備えているターボ過給機において、前記タービンのタービンインペラと一体的に形成されたタービン軸と、前記コンプレッサのコンプレッサインペラに設けられ、前記タービン軸と係合している貫通孔と、前記タービン軸の先端部側に設けられていると共に、前記コンプレッサインペラを、前記コンプレッサインペラが前記タービン軸に対して挿入される方向に押圧し、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結可能な締結具とを有し、前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの係合部は、前記コンプレッサインペラの背側で締まり嵌めになっているターボ過給機である。

請求項１〜請求項８に記載の発明によれば、ターボ過給機のタービン軸にコンプレッサインペラを組み付けるためのターボ過給機の組立て方法およびタービン・コンプレッサ組立て装置において、前記タービン軸に前記コンプレッサインペラが組み付けられている前記ターボ過給機を運転した際に前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの間での相対的な位置ずれが発生しにくいような組立てを、容易に行うことができるという効果を奏する。

また、請求項９〜請求項１１に記載の発明によれば、タービン軸にコンプレッサインペラが組み付けられている構成のターボ過給機において、前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの各係合部の形状が簡素な形状であると共に、前記ターボ過給機を運転した際に前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの間での相対的な位置ずれが発生しにくいという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態に係るターボ過給機１の概略構成を示す図である。

図２は、タービン軸にコンプレッサインペラを組み付けた状態を示す図である。

ターボ過給機１は、たとえば、ピストンエンジン等の過給機として使用されるものであり、筐体３を備えている。

前記筐体３の内部には、前記筐体３に対して回転する回転軸部材５が設けられており、前記回転軸部材５は、流体軸受け７を介して、前記筐体３に対して回転自在になっている。

前記回転軸部材５の一端部側５Ａには、遠心式のコンプレッサ９が設けられており、前記回転軸部材５の他端部側５Ｂにはラジアルタービン１１が設けられている。

より詳しく説明すると、前記コンプレッサ９のコンプレッサインペラ１３と前記タービン１１のタービンインペラ１５と前記回転軸部材５とは、一体的に構成されいっしょに回転するようになっている。

そして、ターボ過給機１は、上述したように、レシプロエンジンまたはロータリエンジンに使用され、たとえば、４サイクルピストンエンジンから出てきた高温高圧の排気ガスで前記タービン１１を回転駆動し、この回転によって前記コンプレッサ９を回転駆動し、このコンプレッサ９の回転によって得られた圧縮空気を、前記エンジンに供給するようになっている。

なお、前記圧縮空気は、前記エンジンのシリンダ内での燃料の燃焼に供され、この燃焼によって前記高温高圧の排気ガス（前記タービン１１を回転駆動する燃焼ガス）が排出されるものである。

また、前記筐体３は、前記回転軸部材５を支持しているベアリングハウジング１７と、このベアリングハウジング１７の一端部側に設けられ前記タービンインペラ１５と共に前記タービン１１を構成しているタービンハウジング２１と、前記ベアリングハウジング１７の他端部側に設けられ前記コンプレッサインペラ１３と共に前記コンプレッサ９を構成しているコンプレッサハウジング１９とで形成されている。

また、前記回転軸部材５は、前記タービンインペラ１５の中心部でタービンインペラ１５の背側から前記コンプレッサ９側に突出し円柱状に形成されていると共に、前記タービンインペラ１５と一体的に形成されている。以下前記連結部材を「タービン軸」という場合がある。

前記コンプレッサインペラ１３の中心には、円柱状の貫通孔１３Ａが設けられている。そして、前記貫通孔１３Ａに前記タービン軸５が挿入され、前記コンプレッサインペラ１３が前記タービン軸５に係合し、締結具の例であるナット（タービン軸５の先端部側に設けられているナット）２５で押圧されて締め付けられることにより、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に一体的に締結している。

より詳しく説明すると、前記タービン軸５の中間部には、コンプレッサインペラ１３と係合する部分よりも外径が太い部位５Ｃが形成されており、この太い部位５Ｃとコンプレッサインペラ１３が係合する部分５Ｄとの間には、リング状の段付部位５Ｅが形成されている。そして、前記段付き部位５Ｅからコンプレッサ９側に向かって順に、タービン軸５のスラスト力を受けるためのカラー２７、タービン軸５の潤滑用オイルがコンプレッサ９側に漏れることを防止するためのカラー２９、コンプレッサインペラ１３が設置されており、このコンプレッサインペラ１３の先端部（背側とは反対側；タービン１１とは反対側）には、タービン軸５の先端部が突出している。

前記突出しているタービン軸５の先端部には、雄ネジが形成されており、この雄ネジに前記ナット２５が螺合している。そして、前記ナット２５で締め付けることによって、前記段付き部位５Ｅと前記ナット２５とで、前記各カラー２７、２９、コンプレッサインペラ１３が、タービン軸５の軸方向（前記コンプレッサインペラ１３が前記タービン軸５に対して挿入される方向）に押圧され固定されている。

なお、詳しくは後述するが、前記ナット２５は、前記コンプレッサインペラ１３を締結している押圧力よりも大きな押圧力で、前記コンプレッサインペラ１３を押圧したナットである。

また、前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との係合部は、前記コンプレッサインペラ１３の背側で締まり嵌めになっており、前記コンプレッサインペラ１３の先端部側で隙間嵌めになっている。

より詳しく説明すれば、図２に示すように、コンプレッサインペラ１３の孔１３Ａの内径Ｄ１は、前記孔１３Ａの全長にわたり一定になっている。

また、前記コンプレッサインペラ１３と係合するタービン軸５の部位のうちで、前記コンプレッサインペラ１３の背側と係合する部位（図２に示す距離Ｌ１の部位）の外径ｄ１は、前記孔１３Ａの内径Ｄ１よりも僅かに大きくなっており、前記コンプレッサインペラ１３と係合するタービン軸５の部位のうちで、前記コンプレッサインペラ１３の先端部側と係合する部位（図２に示す距離Ｌ３の部位）の外径ｄ３は、前記孔１３Ａの内径Ｄ１よりも僅かに小さくなっている。

なお、前記コンプレッサインペラ１３の先端部側と係合する部位の外径ｄ３を、前記孔１３Ａの内径Ｄ１とほぼ同じにて、前記コンプレッサインペラ１３の先端部側における前記タービン軸５との嵌め合いを中間嵌めにしてもよい。

ターボ過給機１によれば、タービン軸５とコンプレッサインペラ１３との係合部にテーパ部分等、複雑な形状の部分が存在しておらず、すなわち、タービン軸５とコンプレッサインペラ１３との各係合部の形状が簡素な形状になっている。

また、ターボ過給機１によれば、タービン軸５にコンプレッサインペラ１３をナット２５で組み付ける場合、完成品のターボ過給機１におけるナット２５の押圧力よりも大きな押圧力で、前記ナット２５が前記コンプレッサインペラ１３を押圧してあるので、コンプレッサインペラ１３がタービン軸５に確実に固定されており、前記ターボ過給機１を運転した際に前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との間での相対的な位置ずれが発生しにくくなっている。

より詳しく説明すると、完成品のターボ過給機１におけるナット２５の押圧力でコンプレッサインペラ１３を押圧し固定しただけでは、コンプレッサインペラ１３が軸方向（タービン軸５の軸方向）で完全に固定されていない場合がある。

すなわち、前述したように、前記ナット２５で締め付けることにより、前記段付き部位５Ｅと前記ナット２５とで、前記各カラー２７、２９、コンプレッサインペラ１３が軸方向に締め付けられて固定される。

前記ナット２５による締め付けの際に、完成品のターボ過給機１におけるナット２５の押圧力でコンプレッサインペラ１３を押圧し固定しただけでは、軸方向の押圧力が弱い状態で前記コンプレッサインペラ１３（各カラー２７、２９）が前記タービン軸５に組み付けられてしまう事態が、何らかの要因（たとえば、コンプレッサインペラ１３やタービン軸５の加工精度）で発生する場合がある。

このように、コンプレッサインペラ１３が弱い押圧力で組み付けられているターボ過給機１を運転すると、遠心力で外径がわずかに大きくなるように弾性変形する一方、軸方向で僅かに収縮するように前記コンプレッサインペラ１３が僅かに弾性変形するので、前記軸方向の収縮弾性変形によって、前記ナット２５による締結力が一層弱くなり、すなわちナット２５によるコンプレッサインペラ１３の保持力が一層低下し、前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との間での相対的な位置ずれが発生するおそれがある。

しかし、ターボ過給機１によれば、前述したように、完成品のターボ過給機１におけるナット２５の押圧力よりも大きな押圧力で、前記ナット２５が前記コンプレッサインペラ１３を押圧してあるので、コンプレッサインペラ１３がこの軸方向でタービン軸５に確実に固定されており、前記ターボ過給機１を運転した際に前記コンプレッサインペラ１３に遠心力がかかり、前記コンプレッサインペラ１３が軸方向に僅かに収縮し、前記ナット２５による保持力が僅かに低下しても、コンプレッサインペラ１３を適切な保持力で保持し続けることができ、前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との間での相対的な位置ずれが発生しにくくなっている。

特に、ターボ過給機１のタービン軸５（タービンインペラ１５、コンプレッサインペラ１３）の回転数が急激に上昇しまたは急激に減少する場合に、前記コンプレッサインペラ１３の慣性モーメントによって生じるおそれのある、前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との間での相対的な位置ずれの発生を抑制することができる。

そして、前記僅かなずれの発生を抑制することによって、タービン軸５やコンプレッサインペラ１３の回転バランスが狂うことを抑えることができ、ターボ過給機１の運転時における騒音レベルの上昇を抑えることができる。

また、ターボ過給機１によれば、前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との係合部は、前記コンプレッサインペラ１３の背側で締まり嵌めになっているので、前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３とを使用してあるターボ過給機１を運転した際に、コンプレッサインペラ１３に遠心力が発生しても、コンプレッサインペラ１３の孔（背側の部位）１３Ａとタービン軸５との間で径方向の隙間が発生せず、したがって、前記ターボ過給機１を運転した際に前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との間での相対的な位置ずれが発生しにくくなっている。

また、コンプレッサインペラ１３の背側では、コンプレッサディスクが形成されていることにより、慣性モーメントが先端部側（反背側）に比べて大きくなっており、ターボ過給機１の運転による遠心力で、コンプレッサインペラ１３の孔１３Ａの内径が先端部側に比べて背側で大きくなりやすいが、前述したように、背側で締まり嵌めになっているので、コンプレッサインペラ１３の孔１３Ａ（背側の部位）の内径が先端部側に比べて遠心力で大きくなりやすくても、コンプレッサインペラ１３の背側での、コンプレッサインペラ１３の孔１３Ａとタービン軸５との間での径方向の隙間の発生を抑制することができる。

さらに、前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との係合部は、前記コンプレッサインペラ１３の先端部側（反背側）で、隙間嵌めになっているので、この隙間嵌めになっている部分によって、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５を組み付ける際、前記コンプレッサインペラ１３がガイドされ、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に容易に組み付けることができる。

次に、タービン軸５にコンプレッサインペラ１３を組み付ける組立て方向について説明する。

図３は、タービン軸５にコンプレッサインペラ１３を組み付ける方法の概略を示す図である。

まず、タービン軸５に、コンプレッサインペラ１３を温間圧入すべく、前記コンプレッサインペラ１３が所定の温度（たとえば、１００℃）になるまで、前記コンプレッサインペラ１３を加熱する（Ｓ１）。

前記加熱により昇温したコンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に、第１の所定の力（たとえば、２ｋＮ（キロニュートン）の力）で圧入し（Ｓ３）、前記コンプレッサインペラ１３（タービン軸５を含む）を冷却する（Ｓ５）。

続いて、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に締結するための締結具を用いて、前記コンプレッサインペラ１３をこの圧入方向（タービン軸５に組み入れる方向）に第１の所定の力で押す（Ｓ７）。

具体的には、前記圧入し冷却をした後に、前記タービン軸５の端部に設けられ前記コンプレッサインペラ１３から突出している雄ネジにナット２５を螺合し、このナット２５を締め付けることにより、前記コンプレッサインペラ１３を前記圧入方向に第１の力（たとえば、４ｋＮの力）で押す。

前記ナット２５を用い、前記コンプレッサインペラ１３をこの圧入方向に前記第１の所定の力よりも小さな第２の所定の力（たとえば、２ｋＮの力）で押して、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に締結する（Ｓ９）。
なお、コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に締結する場合（Ｓ９）、コンプレッサインペラ１３を押圧するときに（Ｓ７）で加えた前記第１の所定の力を、前記第２の所定の力よりも小さな値に減じ、この減じた後に前記減じた力を前記第２の所定の力まで増加させて、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に締結する。

また、前記ナット２５の代わりに、前記タービン軸５の端部に設けられている雌ネジにボルトを螺合させて、このボルトを締め付けることにより、前記コンプレッサインペラ１３を前記圧入方向に第１、第２の所定の力で押すようにしてもよい。

また、コンプレッサインペラ１３を冷却する場合（Ｓ５）、コンプレッサインペラ１３を圧入（Ｓ３）したときに加えた力を、前記コンプレッサインペラ１３と前記タービン軸５とに加え続けた状態で、前記コンプレッサインペラ１３を冷却することが望ましい。なお、前記冷却時に加える力は、コンプレッサインペラ１３を圧入するときに加える力と同じか、または、コンプレッサインペラ１３を圧入するときに加える力よりも小さな力でもよい。

なお、前記組立て方法は、タービン軸とコンプレッサインペラ以外の部材同士を組み付ける場合にも適用することができる。

すなわち、円柱形状に形成された軸部を備えている第１の部材と、円柱形状の孔を備えている第２の部材とを、前記軸部と前記孔部とを互いに係合させることにより（たとえば、前記孔に前記軸部を挿入することにより）、組み付ける部材の組立て方法において、前記第２の部材を加熱し、前記加熱により昇温した第２の部材を前記第１の部材の軸に圧入し、前記第２の部材（前記第１の部材を含む）を冷却し、前記第２の部材を前記第１の部材に締結するための締結具を用いて、前記第２の部材を前記圧入方向に第１の所定の力で押し、前記締結具を用い、前記第２の部材を前記圧入方向に前記第１の所定の力よりも小さな第２の所定の力で前記圧入方向に押して、前記第２の部材を前記第１の部材に締結する組立て方法として、前記組立て方法を把握してもよい。

タービン軸５にコンプレッサインペラ１３を組み付ける組立て方法によれば、コンプレッサインペラ１３を加熱し、この加熱により昇温したコンプレッサインペラ１３をタービン軸５に圧入しているので、前記コンプレッサインペラ１３と前記タービン軸５との係合部が締まり嵌めであっても、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に容易に組み付けることができる。

すなわち、コンプレッサインペラ１３を加熱することによって、前記コンプレッサインペラ１３の孔１３Ａの内径が僅かに大きくなり、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に組み付ける際、前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との間でのカジリの発生を防ぐことができ、また、コンプレッサインペラ１３を圧入する際に、大きな力をコンプレッサインペラ１３やタービン軸５にかける必要がなくなり、コンプレッサインペラ１３やタービン軸５が変形するおそれを回避することができる。

また、タービン軸５にコンプレッサインペラ１３を組み付ける組立て方法によれば、コンプレッサインペラ１３をタービン軸５に締結するためのナット２５を用いて、前記コンプレッサインペラ１３をこの圧入方向に第１の所定の力で押し、この押した後、前記ナット２５を用い、前記コンプレッサインペラ１３をこの圧入方向に前記第１の所定の力よりも小さな第２の所定の力（完成品のターボ過給機１における締結具の押圧力）で押すようにして、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に締結するので、コンプレッサインペラ１３がタービン軸５に確実に固定されており、ターボ過給機１を運転した際に前記タービン軸５と前記コンプレッサインペラ１３との間での相対的な位置ずれが発生しにくくなっている。

また、前記第２の所定の力を前記ナット２５における適正な締結力とすれば、完成品のターボ過給機１において、前記ナット２５に過度の力がかかることはなく、前記ナット２５による故障が発生することを防ぐことができる。

また、タービン軸５にコンプレッサインペラ１３を組み付ける組立て方法によれば、コンプレッサインペラ１３を圧入したときに加える力を加え続けた状態で、前記コンプレッサインペラ１３を冷却するので、加熱されて圧入されたコンプレッサインペラ１３が冷える際に、前記コンプレッサインペラ１３が前記圧入された方向とは逆の方向に戻ってしまうことを回避することができ、前記タービン軸５に前記コンプレッサインペラ１３を確実に設置することができる。

さらに、タービン軸５にコンプレッサインペラ１３を組み付ける組立て方法によれば、コンプレッサインペラ１３を押圧するときに加えた前記第１の所定の力を、前記第２の所定の力よりも小さな値に減じ、この後に前記減じた力を前記第２の所定の力まで増加させて、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に締結するので、前記ナット２５、タービン軸５、コンプレッサインペラ１３にヒステリシスが存在していても、前記第２の所定の力で、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に確実に組み付けることができる。

次に、タービン軸５にコンプレッサインペラ１３を組み付ける前記方法を実施するためのタービン・コンプレッサ組立て装置について、具体的に例を掲げて説明する。

図４は、タービン・コンプレッサ組立て装置５３の平面図を示す図であり、図５は、図４におけるＶ矢視を示す図であり、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５３の正面図である。

図６は、タービン・コンプレッサ組立て装置５５の平面図を示す図であり、図７は、図６におけるＶＩＩ矢視を示す図であり、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５５の正面図である。

前記各タービン・コンプレッサ組立て装置５３、５５によって、タービン軸５にコンプレッサインペラ１３を組み付けるためのタービン・コンプレッサ組立て装置が形成されているのであるが、このように装置を２つに分割した理由は、装置の大型化を防いで装置を移動し設置し易くすると共に、複数の各タービン・コンプレッサ組立て装置５３、５５を設けた場合、タービン・コンプレッサ組立て装置５３やタービン・コンプレッサ組立て装置５５の処理速度に応じて、タービン・コンプレッサ組立て装置５３の台数とタービン・コンプレッサ組立て装置５５の台数との比を適切なものにし、各タービン・コンプレッサ組立て装置５３、５５の製作費を低減するためである。

また、前記各タービン・コンプレッサ組立て装置５３、５５には、これらの装置５３、５５を構成している各装置等を制御するための制御装置（図示せず）が設けられており、これらの制御装置の下、各タービン・コンプレッサ組立て装置５３、５５が動作するようになっている。

なお、図８（タービン・コンプレッサ組立て装置の平面図）に示すように、タービン・コンプレッサ組立て装置５３とタービン・コンプレッサ組立て装置５５とを合体し一台の装置として形成してもよい。

前記タービン・コンプレッサ組立て装置５３は、枠状の基台５７の上面の一端部側に、前記コンプレッサインペラ１３が所定の温度（たとえば、１００℃）になるまで、前記コンプレッサインペラ１３を加熱するコンプレッサインペラ加熱手段５９を備えている。

前記加熱手段５９は、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５３の上下方向に延びた軸を中心に回転し、インデックス位置決め可能なインデックステーブル６１を備えており、このインデックステーブル６１の所定のステーションＳＴ１で、コンプレッサインペラ１３が前記インデックステーブル６１に供給され載置されるようになっている。

そして、前記載置されたコンプレッサインペラ１３が、前記インデックステーブル６１がインデックスして（旋回して）移動するにしたがって、図示しないヒータ（たとえば、抵抗体に電流を流すことによって発熱するヒータ）によって加熱される。

なお、前記コンプレッサインペラの加熱は、前記コンプレッサインペラ１３の孔１３Ａに棒状のヒータを挿入することによって行われる。したがって、コンプレッサインペラ１３の孔１３Ａを効率良く加熱することができ、コンプレッサインペラ１３の孔１３Ａの内径を効率良く広げることができる。

また、前記ヒータの発熱量は、前記制御装置によって制御され、前記コンプレッサインペラ１３がほぼ一定の温度まで、正確に上昇するようになっている。

また、図４に示すように、前記インデックステーブル６１のステーション（前記インデックステーブル６１の旋回方向をたどった場合前記ステーションＳＴ１と最も離れており、基台５７の他部側に位置していると共に、前記ステーションＳＴ１と隣り合っているシュテーション）ＳＴ３の下側であって、前記基台５７の上面との間には、図５に示すように、冶具ＪＧ１が設けられており、この冶具ＪＧ１に、コンプレッサインペラ１３、コンプレッサハウジング１９を組み付ける前のターボ過給機（ベアリングハウジング１７、タービンハウジング２１、タービンインペラ１５、タービン軸５、各カラー２７、２９等が組み付けられているターボ過給機；以下、「コンプレッサインペラ組み付け前ターボ過給機」という場合がある。）１ａが設置される。

そして、コンプレッサインペラ組み入れ手段６３によって、前記冶具ＪＧ１に設置されているコンプレッサインペラ組み付け前ターボ過給機１ａに、前記インデックステーブル６１上で加熱され前記ステーションＳＴ３まで搬送されてきたコンプレッサインペラ１３が組み入れられる。

この組み入れによって、コンプレッサインペラ１３は、図２に二点鎖線で示すように圧入方向の途中で停止した状態になっている。

また、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５３は、枠状の基台５７の上面であって前記基台５７の前記一端部と他端部との中間部に、前記加熱により昇温したコンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に第１の所定の力で圧入するコンプレッサインペラ圧入手段６５を備えている。

前記コンプレッサインペラ圧入手段６５は、油圧シリンダ６７等のアクチュエータを備えており、この油圧シリンダ６７によって、コンプレッサインペラ組み付け前ターボ過給機１ａに、前記組み入れられたコンプレッサインペラ１３が圧入される。

なお、前記基台５７の上面であって、油圧シリンダ６７の下方には、前記コンプレッサインペラ１３が組み入れられたコンプレッサインペラ組み付け前ターボ過給機１ａを設置するための冶具ＪＧ３が設けられており、前記コンプレッサインペラ１３が組み入れられたコンプレッサインペラ組み付け前ターボ過給機１ａは、図示しない搬送装置によって、前記冶具ＪＧ１から前記冶具ＪＧ３に搬送されるようになっている。

そして、前記冶具ＪＧ３に設置された、前記コンプレッサインペラ１３が組み入れられたコンプレッサインペラ組み付け前ターボ過給機１ａの前記コンプレッサインペラ１３を、前記コンプレッサインペラ圧入手段６５で、圧入するようになっている。

なお、コンプレッサインペラ圧入手段６５では、前記制御装置の制御の下、前記コンプレッサインペラ１３を圧入するときの力を制御することができるようになっており、前記コンプレッサインペラ１３を確実に圧入することができる。

そして、たとえば、コンプレッサインペラ１３とタービン軸５との間に圧入時にかじりが発生し圧入するときの力が過大になったまま圧入が行なわれ、不良品が組立てられる不都合を回避することができるようになっている。

また、コンプレッサインペラ圧入手段６５の近傍には、前記タービン軸５に圧入された前記コンプレッサインペラ１３（タービン軸５を含む）を、たとえば冷えた圧縮空気を吹き付けることによって冷却可能なコンプレッサインペラ冷却手段６８が設けられている。なお、コンプレッサインペラ冷却手段６８は、コンプレッサインペラ圧入手段６５によって前記圧入をするときに加えた力を、前記コンプレッサインペラ１３と前記タービン軸５とに加え続けた状態で、前記冷却を行なうことができるようになっている。

さらに、前記基台５７の上面であって、前記基台５７の前記他端部側には、前記冶具ＪＧ３に設置されコンプレッサインペラ１３が圧入されナット２５が組み入れられていないターボ過給機（以下、「締結具設置前ターボ過給機」という場合がある。）１ｂを、前記冶具ＪＧ３から搬出するための搬出装置６９が設けられている。

前記搬出装置６９で搬出された締結具設置前ターボ過給機１ｂは、図示しない搬送装置、または、オペレータの手作業によって、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５５まで搬送され、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５５に供給されるようになっている。

なお、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５３から、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５５まで搬送される間に、図示しないナット供給手段、または、オペレータの手作業により、締結具設置前ターボ過給機１ｂのタービン軸５の端部の雄ネジ部に、ナット２５が設置されるようになっている。

前記タービン・コンプレッサ組立て装置５５は、枠状の基台７１の上面の一端部側に、前記コンプレッサインペラ１３を前記タービン軸５に締結するためのナット２５を締め付け、または、緩めることが自在な締結具駆動手段７３を備えている。

なお、締結具駆動手段７３は、たとえば、ナットランナー７５を備えており、冶具ＪＧ５に設置された前記締結具設置前ターボ過給機（ナット２５が設置されているターボ過給機）１ｂのナット２５を締め付けることができるようになっている。

なお、前記締結具駆動手段７３は、前記制御装置の制御の下、前記ナット２５を第１の所定の力（トルク）で締め付けた後、前記ナット２５を緩め、この緩めた後、前記第１の所定の力（トルク）よりも小さな力（トルク）で前記締結具を締め付けるようになっている。

また、前記基台７１の上面であって、前記基台７１の他端部側には、前記冶具ＪＧ５に設置されナット２５が締結され、コンプレッサハウジング１９が組みつけられていないターボ過給機（以下、「コンプレッサハウジング設置前ターボ過給機」という場合がある。）１ｃを、前記冶具ＪＧ５から搬出するための搬出装置７７が設けられている。

前記搬出装置７７で搬出されたコンプレッサハウジング設置前ターボ過給機１ｃは、図示しない搬送装置、または、オペレータの手作業によって、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５５から搬出され、コンプレッサハウジング１９が組み付けられる。

ところで、前記タービン・コンプレッサ組立て装置５５に、前記冶具ＪＧ５に設置される締結具設置前ターボ過給機１ｂの温度を検出可能な温度検出手段を設け、前記検出した温度を表示手段（図示せず）で表示するようにしてもよい。

前記温度検出手段等を備えた前記タービン・コンプレッサ組立て装置５５によれば、ナット２５でコンプレッサインペラ１３を締結する前に、前記コンプレッサインペラ１３の温度を検出するので、温度の高い状態でのコンプレッサインペラ１３の締結を防止することができ、前記ナット２５で前記コンプレッサインペラ１３を確実に締結することができる。

より、詳しく説明すると、温度が高いコンプレッサインペラ１３をナット２５で締結すると、締結後にコンプレッサインペラ１３の温度が下がりコンプレッサインペラ１３が収縮し、ナット２５によるタービン軸５の方向のコンプレッサインペラ１３の保持力（締結力）が弱くなるが、装置のオペレータがコンプレッサインペラ１３の温度を見て、冷えているコンプレッサインペラ１３をナット２５で締結するようにすれば、締結後のコンプレッサインペラ１３の収縮はおこらず、ナット２５によるコンプレッサインペラ１３の保持力が弱くなるおそれはほとんどない。

また、前記温度検出手段で検出したコンプレッサインペラ１３の温度を、装置の制御装置に送り、この制御装置の制御の下、コンプレッサインペラ１３の温度が高い場合には、前記締結具駆動手段７３を駆動させないようにコントロールし、コンプレッサインペラ１３の温度が低い場合に、前記締結具駆動手段７３を駆動するようにコントロールし、コンプレッサインペラ１３の締結を行うようにしてもよい。

本発明の実施形態に係るターボ過給機の概略構成を示す図である。 タービン軸にコンプレッサインペラを組み付けた状態を示す図である。 タービン軸にコンプレッサインペラを組み付ける方法の概略を示す図である。 タービン・コンプレッサ組立て装置の平面図を示す図である。 図４におけるＶ矢視を示す図であり、前記タービン・コンプレッサ組立て装置の正面図である。 タービン・コンプレッサ組立て装置の平面図を示す図である。 図６におけるＶＩＩ矢視を示す図であり、前記タービン・コンプレッサ組立て装置の正面図である。 タービン・コンプレッサ組立て装置の平面図である。 従来のターボ過給機のタービン軸にコンプレッサインペラを組み込んだ状態を示す図である。

符号の説明

１ ターボ過給機
５ タービン軸
９ コンプレッサ
１１ タービン
１３ コンプレッサインペラ
１３Ａ 貫通孔
２５ 締結具（ナット）
５３、５５ タービン・コンプレッサ組立て装置
５９ コンプレッサインペラ加熱手段
６５ コンプレッサインペラ圧入手段
６８ コンプレッサインペラ冷却手段
７３ 締結具駆動手段

Claims (11)

1. タービン軸に、コンプレッサインペラを組み付けるターボ過給機の組立て方法において、
   前記コンプレッサインペラを加熱するコンプレッサインペラ加熱工程と；
   前記加熱により昇温したコンプレッサインペラを前記タービン軸に圧入するコンプレッサインペラ圧入工程と；
   前記コンプレッサインペラを冷却するコンプレッサインペラ冷却工程と；
   前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結するための締結具を用いて、前記コンプレッサインペラを前記圧入方向に第１の所定の力で押すコンプレッサインペラ押圧工程と；
   前記締結具を用い、前記コンプレッサインペラを前記第１の所定の力よりも小さな第２の所定の力で前記圧入方向に押して、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結するコンプレッサインペラ締結工程と；
   を有することを特徴とするターボ過給機の組立て方法。
2. 請求項１に記載のターボ過給機の組立て方法において、
   前記コンプレッサインペラ冷却工程は、前記コンプレッサインペラ圧入工程で加える力を加え続けた状態で、前記コンプレッサインペラを冷却する工程であり、
   前記コンプレッサインペラ締結工程は、前記コンプレッサインペラ押圧工程で加えた前記第１の所定の力を、前記第２の所定の力よりも小さな値に減じ、この減じた後に前記減じた力を前記第２の所定の力まで増加させて、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結する工程であることを特徴とするターボ過給機の組立て方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のターボ過給機の組立て方法において、
   前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの係合部は、前記コンプレッサインペラの背側で締まり嵌めになっていることを特徴とするターボ過給機の組立て方法。
4. タービン軸にコンプレッサインペラを組み付けるターボ過給機の組立て方法において、
   前記コンプレッサインペラを加熱するコンプレッサインペラ加熱工程と；
   前記加熱により昇温したコンプレッサインペラを前記タービン軸に圧入するコンプレッサインペラ圧入工程と；
   前記コンプレッサインペラを冷却するコンプレッサインペラ冷却工程と；
   を有し、前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの係合部は、前記コンプレッサインペラの背側で締まり嵌めになっていることを特徴とするターボ過給機の組立て方法。
5. 軸部を備えている第１の部材と、孔を備えている第２の部材とを、前記軸部と前記孔部とを互いに係合させることにより、組み付ける部材の組立て方法において、
   前記第２の部材を加熱する加熱工程と；
   前記加熱により昇温した第２の部材を前記第１の部材の軸に圧入する圧入工程と；
   前記第２の部材を冷却する冷却工程と；
   前記第２の部材を前記第１の部材に締結するための締結具を用いて、前記第２の部材を前記圧入方向に第１の所定の力で押す押圧工程と；
   前記締結具を用い、前記第２の部材を前記圧入方向に前記第１の所定の力よりも小さな第２の所定の力で前記圧入方向に押して、前記第２の部材を前記第１の部材に締結する締結工程と；
   を有することを特徴とする部材の組立て方法。
6. タービン軸にコンプレッサインペラを組み付けるタービン・コンプレッサ組立て装置において、
   前記コンプレッサインペラを加熱するコンプレッサインペラ加熱手段と；
   前記加熱により昇温したコンプレッサインペラを前記タービン軸に圧入するコンプレッサインペラ圧入手段と；
   前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結するための締結具を締め付け、または、緩めることが自在な締結具駆動手段と；
   を有することを特徴とするタービン・コンプレッサ組立て装置。
7. 請求項６に記載のタービン・コンプレッサ組立て装置において、
   前記圧入をするときに加える力を加え続けた状態で、前記タービン軸に圧入された前記コンプレッサインペラを冷却可能なコンプレッサインペラ冷却手段を有することを特徴とするタービン・コンプレッサ組立て装置。
8. 請求項６または請求項７に記載のタービン・コンプレッサ組立て装置において、
   前記締結具を第１の所定の力で締め付けた後、前記締結具を緩め、この緩めた後、前記第１の所定の力よりも小さな力で前記締結具を締め付けるように、前記締結具駆動手段を制御する制御手段を有することを特徴とするタービン・コンプレッサ組立て装置。
9. タービンとコンプレッサとを備えているターボ過給機において、
   前記タービンのタービンインペラと一体的に形成されたタービン軸と；
   前記コンプレッサのコンプレッサインペラに設けられ、前記タービン軸と係合している貫通孔と；
   前記タービン軸の先端部側に設けられていると共に、前記コンプレッサインペラが前記タービン軸に対して挿入される方向に前記コンプレッサインペラを押圧し、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結している締結具と；
   を有し、前記締結具は、前記コンプレッサインペラを締結している押圧力よりも大きな押圧力で、前記コンプレッサインペラを押圧した締結具であることを特徴とするターボ過給機。
10. 請求項９に記載のターボ過給機において、
    前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの係合部は、前記コンプレッサインペラの背側で締まり嵌めになっていることを特徴とするターボ過給機。
11. タービンとコンプレッサとを備えているターボ過給機において、
    前記タービンのタービンインペラと一体的に形成されたタービン軸と；
    前記コンプレッサのコンプレッサインペラに設けられ、前記タービン軸と係合している貫通孔と；
    前記タービン軸の先端部側に設けられていると共に、前記コンプレッサインペラを、前記コンプレッサインペラが前記タービン軸に対して挿入される方向に押圧し、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸に締結可能な締結具と；
    を有し、前記タービン軸と前記コンプレッサインペラとの係合部は、前記コンプレッサインペラの背側で締まり嵌めになっていることを特徴とするターボ過給機。

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