JP2014177933A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】嵌合構造を採用することなく、回転翼と支持軸とを溶接で接合するとともに、溶け込み深さを一定にした、ロータを提供する。
【解決手段】回転翼２と支持軸３とが一体に接続されたロータである。回転翼２と支持軸３とは、嵌合によることなく溶接によって接合されている。回転翼２と支持軸３との接合部には、外周面から中心軸に向かって一定の深さに溶接部５が形成され、一定の深さよりさらに深い側には、回転翼２の端面と支持軸３の端面とが隙間を空けて対向することで空間部４１が形成されている。空間部４１は、回転翼２と支持軸３とのいずれか一方、又は両方に形成された円形状の凹部４２により、形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータに関する。

従来、車両や船舶等においては、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを利用して内燃機関に圧縮した空気を供給し、内燃機関の性能を向上させる過給機が使用されている。過給機の内部には、排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するロータが設けられている。このロータは、排気ガスの流動によって回転する回転翼と、回転翼を回転自在に支持する支持軸とを一体的に接続して構成されている。

このようなロータでは、通常、回転翼に嵌合凹部を形成し、支持軸に前記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部を形成し、前記嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させるとともに、回転翼と支持軸との突き合わせ面を溶接することにより、一体化している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００２−２３５５４７号公報 特開２００１−２５４６２７号公報

しかしながら、嵌合構造を採用した場合、回転翼が高速で回転して遠心応力が大きくなると、嵌合部では嵌合凹部と嵌合凸部との間の隙間が拡がり、開口する。このような隙間の拡がり（開口）は、力学上はき裂とみなされ、この隙間（嵌合部）からき裂が進展し、破損するおそれがある。
また、このような嵌合構造は精度良く形成する必要があるため、加工コストが高くなり、ロータのコストを押し上げる一因になっている。

また、嵌合構造を採用することなく、単に回転翼の端面と支持軸の端面とを突き合わせ、その外周部を溶接することのみで回転翼と支持軸とを接合することも考えられる。しかし、その場合には、接合部、すなわち端面を付き合わせた部位の周方向で溶け込み深さ（溶接部の深さ）を一定にするのが難しく、溶込み深さの不均一に起因して、接合強度にバラツキが生じたり、ロータの回転時におけるバランスが悪くなるといった新たな課題が生じてしまう。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、嵌合構造を採用することなく、回転翼と支持軸とを溶接で接合するとともに、溶け込み深さを一定にした、ロータを提供することにある。

本発明のロータは、回転翼と支持軸とが一体に接続されたロータであって、
前記回転翼と前記支持軸とは、嵌合によることなく溶接によって接合されており、
前記回転翼と前記支持軸との接合部には、外周面から中心軸に向かって一定の深さに溶接部が形成され、
前記一定の深さよりさらに深い側には、前記回転翼の端面と前記支持軸の端面とが隙間を空けて対向することで空間部が形成され、
前記空間部は、前記回転翼と前記支持軸とのいずれか一方、又は両方に形成された円形状の凹部により、形成されていることを特徴とする。

前記ロータにおいて、前記凹部は、前記回転翼と前記支持軸とのいずれか一方又は両方に形成された円環状の溝と、前記円環状の溝より前記中心軸側に形成された、前記溝より深さが浅い円形状の凹面とによって形成されていてもよい。

また、前記ロータにおいて、前記空間部は、前記回転翼と前記支持軸との一方に形成された円形状の凹部と、前記回転翼と前記支持軸との他方に形成されて前記凹部の内面に接することなく該凹部内に配置される凸部と、の間の隙間によって形成されていてもよい。

また、前記ロータにおいて、前記空間部には、前記溶接部から離間した位置に充填物が設けられていてもよい。

本発明のロータによれば、回転翼と支持軸とが、嵌合によることなく溶接によって接合されているので、高速回転時に、嵌合部からき裂が進展して破損するおそれがなく、また、嵌合構造を高精度に加工するためのコストを不要にすることでロータのコスト低減化を図ることができる。
また、回転翼と支持軸との接合部に、外周面から中心軸に向かって一定の深さに溶接部を形成し、前記一定の深さよりさらに深い側に、回転翼の端面と支持軸の端面とを隙間を空けて対向させることで空間部を形成しているので、溶接時に一定の深さよりさらに深い側に溶け込みが起こっても、この深い側では前記空間部によって回転翼側と支持軸側とが接していないため、溶接されない。よって、溶接部が一定の深さに形成されるため、接合強度にバラツキが生じることがなく、また、ロータの回転時におけるバランスも良好になる。
また、前記の空間部により、回転翼と支持軸との間を断熱することができる。

本発明に係るタービンロータの第１実施形態の概略構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。 （ａ）はタービンインペラの翼側接続部の後端面を示す図、（ｂ）はタービン軸の先端面を示す図である。 本発明に係るタービンロータの第２実施形態を示す図であり、（ａ）は要部の側断面図、（ｂ）はタービンインペラの翼側接続部の後端面を示す図、（ｃ）はタービン軸の先端面を示す図である。 タービンロータの第２実施形態の変形例を示す要部側断面図である。 本発明に係るタービンロータの第３実施形態を示す図であり、（ａ）は要部の側断面図、（ｂ）はタービンインペラの翼側接続部の後端面を示す図、（ｃ）はタービン軸の先端面を示す図である。 本発明に係るタービンロータの第４実施形態を示す図であり、（ａ）は要部の側断面図、（ｂ）はタービンインペラの翼側接続部の後端面を示す図、（ｃ）はタービン軸の先端面を示す図である。

以下、図面を参照して本発明のロータを詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、各図面における矢印Ｆは前方向を示すものとする。

［第１実施形態］
本実施形態に係るタービンロータ（ロータ）１の構成を、図１を参照して説明する。
図１は、タービンロータ１の概略構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
タービンロータ１は、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するものである。このタービンロータ１は、タービンインペラ（回転翼）２と、タービン軸（支持軸）３とを有している。

タービンインペラ２は、内燃機関から導かれる排気ガスの流動によって高速回転（例えば１０万ｒｐｍ以上）する回転翼であり、ハブ２１と、翼部２２と、翼側接続部２３とを有している。タービンインペラ２は、高温の排気ガスが流動する領域内で使用されるため、高耐熱性・高剛性の金属材料（例えばインコネル等）を用いて一体的に成形されている。その成形には精密鋳造等が用いられる。

ハブ２１は、略円錐状に形成された部材であって、翼部２２のベースとなるものである。翼部２２は、ハブ２１の外周面にて周方向に複数並んで配設されている。これら翼部２２は、排気ガスの流れを受けてタービンインペラ２を回転させるためのものである。翼側接続部２３は、ハブ２１の後端面における中央部に設けられ、タービン軸３との接続に用いられる箇所である。翼側接続部２３は、略円柱状に形成され、その中心軸が前後方向と平行する向きに形成されている。

翼側接続部２３の後端面２４、すなわちタービン軸３側の端面は、前後方向と直交して形成された平面状で円形のもので、タービン軸３に接合される接合部となっている。この後端面２４には、図２（ａ）に示すように円環状の溝２５が形成されている。溝２５は、後端面２４と同心状に形成されており、これによって後端面２４の外周から溝２５までの間の距離が、予め設定された一定の距離になっている。このように一定に形成された溝２５の外側、すなわち後端面２４の外周側は、タービン軸３の先端面（接合部）に溶接されたインペラ側溶接部２６となっている。また、溝２５の内側、すなわち後端面２４の内周側（中心軸側）は、インペラ側溶接部２６となる後端面２４の外周側の面より凹んで形成されて、凹面２７となっている。凹面２７は、溝２５よりは浅く形成されている。

図１（ａ）、（ｂ）に示すようにタービン軸３は、前後方向で延びる略丸棒状の軸部材であって、タービンインペラ２と一体的に接続され、タービンインペラ２を回転可能に支持するものである。タービン軸３は、過給機の軸受ハウジング（図示せず）に回転自在に支持されている。タービン軸３は、高剛性を備える一般的な金属材料（例えばクロムモリブデン鋼等）を用いて成形されており、その成形には、一般的な塑性加工（鍛造、転造等）や機械加工（切削、研削等）が用いられる。タービン軸３には、その後端側に雄ネジ部３１が形成されている。なお、タービン軸３の中心軸を、符号Ｃで表している。

タービン軸３の先端面３２、すなわちタービンインペラ側の端面は、前後方向と直交して形成された平面状で円形のもので、タービンインペラ２に接合される接合部となっている。すなわち、この先端面３２はタービンインペラ２の翼側接続部２３の後端面２４と同一径の円形に形成されており、タービンインペラ２の翼側接続部２３の後端面２４と芯合わせされて突き合わされ、溶接されることにより、前記後端面２４とともに接合部を形成している。

この先端面３２には、図２（ｂ）に示すように円環状の溝３３が形成されている。溝３３は、先端面３２と同心状に形成されており、これによって先端面３２の外周から溝３３までの間の距離が、予め設定された一定の距離になっている。すなわち、この溝３３は、図２（ａ）に示した前記後端面２４の溝２５と対応する位置に形成されている。そして、溝３３の外側、すなわち先端面３２の外周側は、前記後端面２４（接合部）のインペラ側溶接部２６に溶接された、軸側溶接部３４となっている。また、溝３３の内側、すなわち先端面３２の内周側（中心軸側）は、前記後端面２４と同様、軸側溶接部３４となる先端面３２の外周側の面より凹んで形成されて、凹面３５となっている。凹面３５は、溝３３よりは浅く形成されている。

このようなタービン軸３の先端面３２とタービンインペラ２の後端面２４とは、前述したように芯合わせされて突き合わされ、溶接されることにより、接合部を形成している。この接合部では、図１（ｂ）に示すように互いの溝２５、３３の開口部が対向させられることにより、円環状の溝空間部４を形成している。溝空間部４は、各溝２５、３３が共に横断面半円状に形成されていることにより、全体として横断面円形状に形成されている。ただし、溝空間部４の形状、すなわち各溝２５、３３の形状は、図１（ｂ）に示した形状に限定されることなく、楕円状や矩形状、その他の多角形状など、種々の形状にしてもよい。

また、この溝空間部４の外周側、すなわち各溝２５、３３の外周側は、インペラ側溶接部２６と軸側溶接部３４とからなる溶接部５となっている。この溶接部５は、タービンインペラ２とタービン軸３との突き合わせ面の外周部が溶接されたことにより、形成されたものである。

このような溶接部５の形成、すなわちタービンインペラ２とタービン軸３との接続（接合）は、以下のようにして行う。
まず、タービンインペラ２の後端面２４に対してタービン軸３の先端面３２を対向させ、不図示の芯出し装置によってこれらの中心軸（芯）を合わせつつ、後端面２４と先端面３２とを突き合わせる。すると、後端面２４の溝２５と先端面３２の溝３３とは互いに開口が付き合わされ、一つの円環状の溝空間部４を形成する。また、各溝２５、３３の外周側は互いに当接する。

一方、各溝２５、３３の内周側（中心軸Ｃ側）は、共に凹んで形成された凹面２７、凹面３５となっているので、これら凹面２７と凹面３５とは互いに対向して配置されるものの、当接することなく、前記溝空間部４に連通する隙間６となる。このような構成のもとにタービンインペラ２とタービン軸３との間には、前記溝空間部４と隙間６とからなる凹部、すなわち空間部が形成されている。
なお、前記溝空間部４を形成する各溝２５、３３や、前記隙間６を形成する各凹面２７、３５は、互いに嵌合するような構造ではなく、単に対向するだけであるので、その位置寸法や深さなどについては加工精度が低くてもよい。

次に、不図示の溶接装置により、タービンインペラ２とタービン軸３との接続部、すなわち前記後端面２４と先端面３２との間をその外周側から溶接する。溶接装置としては、電子ビーム溶接やレーザ溶接などの融接により溶接を行う装置が好適に用いられる。特に電子ビーム溶接やレーザ溶接は、溶け込み深さをより深くできるため、好ましい。

後端面２４と先端面３２との間の溶接（融接）は、これらの外周をその周方向に沿って溶接装置を周回させることにより行う。あるいは、溶接装置を固定しておき、後端面２４と先端面３２との間の外周を中心軸Ｃ回りに回動させることにより、行ってもよい。溶接条件としては、予め実験やシミュレーションを行っておくことにより、溶け込み深さが少なくとも溝空間部４（溝２５、溝３３）に達するようにする。

このようにして溶接（融接）を行うと、後端面２４と先端面３２との間においては、外周縁から溝空間部４までの領域では溶融・固化することで溶接され、溶接部５が形成される。すなわち、後端面２４側ではインペラ側溶接部２６が形成され、先端面３２側では軸側溶接部３４が形成され、これによってインペラ側溶接部２６と軸側溶接部３４とからなる溶接部５が形成される。

また、この溶接では、溶け込み深さを少なくとも溝空間部４（溝２５、溝３３）に達するようにするため、部分的、あるいは全体的に、溶け込み深さを溝空間部４（溝２５、溝３３）の外周側より深く（多く）する。しかしながら、この深い側では溝空間部４によって後端面２４側と先端面３２側とが接していないため、該溝空間部４を形成する内面（溝２５、溝３３の各内面）は溶融固化しても、溶接されない。すなわち、溝空間部４はそのまま溝空間部４の状態で残る。

一方、このような溶接によって形成された溶接部５は、タービンインペラ２とタービン軸３との接続部の全周においてその溶け込み深さ、すなわち外周縁から溝空間部４までの距離が一定になる。
したがって、本実施形態のロータ１にあっては、溶接部５が一定の深さに形成されるため、接合強度にバラツキが生じることがなく、また、回転時におけるバランスも良好なものとなる。

さらに、タービンインペラ２とタービン軸３とが、嵌合によることなく溶接のみによって接合されているので、高速回転時に、嵌合部からき裂が進展して破損するおそれがない。また、嵌合構造を高精度に加工するためのコストを不要にすることができ、したがってロータ１のコスト低減化を図ることができる。また、溝空間部４を形成する各溝２５、３３の深さや、隙間６を形成する各凹面２７、３５についてはその加工精度が低くてもよいので、ロータ１の加工コストを抑えることができる。

また、溝空間部４を一対の溝２５、３３によって形成しているので、後端面２４、先端面３２に対する加工量（切削量）を少なく抑えることができ、したがって加工コストを抑えることができる。
また、後端面２４及び先端面３２の溝空間部４（溝２５、３３）より中心軸Ｃ側に、それぞれ凹面２７、３５を形成して隙間６（空間部）を形成したので、この隙間６によってタービンインペラ２とタービン軸３との間を断熱することができる。

なお、前記第１実施形態では、後端面２４及び先端面３２のそれぞれに溝２５、３３を形成し、これら溝２５、３３を合わせて溝空間部４を形成したが、本発明の空間部の一部を構成する溝空間部はこのような構成に限定されることなく、後端面２４及び先端面３２のいずれか一方のみに溝を形成し、この溝のみによって溝空間部としてもよい。このように溝空間部を形成しても、該溝空間部で溶接がなされるのを確実に防止することができる。

ここで、溝を一方の面にのみ形成する場合、先端面３２側、すなわちタービン軸３側に形成するのが好ましい。これは、前述したようにタービンインペラ２は高耐熱性・高剛性の金属材料が用いられているため、加工（成形）に精密鋳造等が用いられるのに対し、タービン軸３は高剛性を備える一般的な金属材料が用いられているため、加工（成形）に一般的な機械加工が用いられるからである。すなわち、先端面３２に加工する方が、コスト的に有利になる。

また、後端面２４及び先端面３２のそれぞれに凹面２７、３５を形成し、これら凹面２７、３５を合わせて隙間６を形成したが、後端面２４及び先端面３２のいずれか一方のみに凹部を形成し、この凹部のみによって本発明の空間部の一部を構成する隙間としてもよい。このように隙間（空間部）を形成しても、該隙間で断熱機能を発揮することができる。なお、凹面を一方の面にのみ形成する場合、前記溝の場合と同様に、先端面３２に加工するのが好ましい。ただし、従来の嵌合により接合を行っていた場合の設備がそのまま使える場合には、後端面２４にのみ凹面を形成するようにしてもよい。

［第２実施形態］
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るタービンロータ（ロータ）の第２実施形態を示す図であり、（ａ）は図１（ｂ）に対応した側断面図、（ｂ）はタービンインペラの翼側接続部の後端面を示す図、（ｃ）はタービン軸の先端面を示す図である。
第２実施形態のタービンロータ４０が第１実施形態のタービンロータ１と異なるところは、空間部の構成にある。

すなわち、本実施形態のタービンロータ４０は、その空間部４１が、前記後端面２４と先端面３２とのうちの先端面３２にのみ形成された、凹部４２によって形成されている。凹部４２は、図１（ｂ）に示した凹面３５より深い深さ、例えば溝３３と同程度の深さに形成された円形状のもので、図２（ｂ）に示した溝３３と凹面３５とを合わせた領域に形成されている。したがって、凹部４２は、先端面３２と同心状に形成されており、これによって先端面３２の外周から凹部４２の外周までの間の距離が、一定になっている。空間部４１は、この凹部４２によって形成されている。

この空間部４１の外周側、すなわち凹部４２の外周側は、第１実施形態と同様にインペラ側溶接部２６と軸側溶接部３４とからなる溶接部５となっている。この溶接部５は、第１実施形態と同様に、タービンインペラ２とタービン軸３との突き合わせ面の外周部が溶接されたことにより、形成されている。なお、本実施形態では、後端面２４には図１（ｂ）、図２（ａ）に示した溝２５、凹面２７が形成されておらず、したがって平坦面（平滑面）に加工されたままになっている。

本実施形態にあっても、溶接部５の形成、すなわちタービンインペラ２とタービン軸３との接続（接合）は、第１実施形態と同様にして行うことができる。
したがって、本実施形態のロータ４０にあっても、空間部４１が形成されていることで溶接部５が一定の深さに形成されるため、接合強度にバラツキが生じることがなく、また、回転時におけるバランスも良好なものとなる。

さらに、タービンインペラ２とタービン軸３とが、嵌合によることなく溶接のみによって接合されているので、高速回転時に、嵌合部からき裂が進展して破損するおそれがない。また、嵌合構造を高精度に加工するためのコストを不要にすることができ、したがってロータ４０のコスト低減化を図ることができる。特に、空間部４１となる凹部４２を先端面３２にのみ形成しており、しかもその深さについては加工精度が低くてもよいので、ロータ４０の加工コストを抑えることができる。

また、空間部４１を、溶接部５を除く接合部の全面に形成したので、第１実施形態の隙間６（空間部）と同様に、この空間部４１によってタービンインペラ２とタービン軸３との間を断熱することができる。
さらに、先端面３２にのみ凹部４２を形成して空間部４１としているので、溶接時に溶け込み深さが空間部４１の内側（中心側）にまで到達し、溶融金属の一部が空間部４１内に垂れても、溶融金属は凹部４２が形成されていない後端面２４上を流れることでこの後端面２４上に留まり、固化する。したがって、溶けた金属が空間部４１内に落下し、偏った位置で固化することにより、全体のバランスが悪くなるおそれが軽減される。

なお、前記第２実施形態では、先端面３２にのみ凹部４２を形成し、この凹部４２によって空間部４１を形成したが、後端面２４にのみ凹部を形成してこの凹部によって空間部を形成してもよく、さらには、図４に示すように後端面２４及び先端面３２の両方に凹部４２を形成し、これら凹部４２、４２によって空間部４３を形成するようにしてもよい。このように空間部を形成しても、該空間部で溶接がなされるのを確実に防止することができる。

ただし、特に図４に示したように空間部４３の容積を大きくした場合、電子ビーム溶接やレーザ溶接によって溶接部５を形成した際、空間部４３内の空気量が多いことから、溶接時の加熱による空気の熱膨張が大きくなる。その結果、溶接の終端部、すなわちタービン軸３を一周して溶接の始端部に重なるようになる部位を溶接し、空間部４３全体を閉塞しようとした際、空間部４３内の空気の熱膨張による圧力がこの終端部に集中し、溶接時の加熱によって溶融した金属が吹き上げられる可能性がある。
したがって、空間部４３については、特に溶接を高温・短時間で行うような場合、空間部４３内で溶接がなされない範囲で、その容積を比較的小さく形成するのが好ましい。

［第３実施形態］
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るタービンロータ（ロータ）の第３実施形態を示す図であり、（ａ）は図１（ｂ）に対応した側断面図、（ｂ）はタービンインペラの翼側接続部の後端面を示す図、（ｃ）はタービン軸の先端面を示す図である。
第３実施形態のタービンロータ５０は、前記したような空間部の容積が大きい場合の懸念を解消すべく、空間部の容積を小さくしたものである。

すなわち、本実施形態のタービンロータ５０では、図５（ａ）、（ｃ）に示すように先端面３２に凹部４２が形成されているのは第２実施形態と同じであるが、図５（ａ）、（ｂ）に示すように後端面２４に円柱状の凸部５１が形成されている点で、第２実施形態と異なっている。凸部５１は、先端面３２の凹部４２の内面に接することがないよう、その高さが凹部４２の深さより低く、その外径が凹部４２の内径より小さく形成されている。したがって、後端面２４の凸部５１は、単に先端面３２の凹部４２内に配置されるだけで、嵌合した状態にはなっていない。なお、凸部５１の外形は、図５（ｂ）に示すように後端面２４の外形と同心円状に形成されている。

このような構成によって先端面３２の凹部４２と後端面２４の凸部５１との間には、図５（ａ）に示すように隙間５２が形成される。そして、この隙間５２により、空間部５３が形成される。すなわち、図４に示した例の空間部４３に比べ、その容積が充分に小さい空間部５３が形成される。

本実施形態にあっても、溶接部５の形成、すなわちタービンインペラ２とタービン軸３との接続（接合）は、第１実施形態と同様にして行うことができる。
したがって、本実施形態のロータ５０にあっても、空間部５３が形成されていることで溶接部５が一定の深さに形成されるため、接合強度にバラツキが生じることがなく、また、回転時におけるバランスも良好なものとなる。

また、空間部５３の容積を充分に小さくし、空間部５３内の空気量を比較的少なくしたので、溶接部５の形成時において特に溶接の終端部を形成した際にも、空間部５３内の空気の熱膨張による圧力を低くし、これにより溶接時の加熱によって溶融した金属が吹き上げられるのを防止することができる。よって、溶接を安定して行うことができ、溶接形状を設計通りに良好に形成することができる。

さらに、タービンインペラ２とタービン軸３とが、嵌合によることなく溶接のみによって接合されているので、高速回転時に、嵌合部からき裂が進展して破損するおそれがない。
また、後端面２４の凸部５１は、先端面３２の凹部４２と嵌合することなく、単に凹部４２内に配置されているだけであるので、従来のような嵌合構造を高精度に加工するためのコストを不要にすることができ、したがってロータ５０のコスト低減化を図ることができる。

また、空間部５３を、溶接部５を除く接合部の全面に形成したので、第１実施形態、第２実施形態と同様に、この空間部５３によってタービンインペラ２とタービン軸３との間を断熱することができる。
さらに、後端面２４に凸部５１を形成して凹部４２との間の隙間５２を空間部５３としているので、溶接時に溶け込み深さが空間部５３の内側（中心側）にまで到達し、溶融金属の一部が空間部５３内に垂れても、溶融金属は凸部５１上に留まり、固化する。したがって、溶けた金属が空間部５３内に落下し、偏った位置で固化することにより、全体のバランスが悪くなるおそれが軽減される。

なお、前記第３実施形態では、先端面３２に凹部４２を形成し、後端面２４に凸部５１を形成したが、逆に、後端面２４に凹部を形成し、先端面３２に凸部を形成するようにしてもよい。その場合にも、これら凹部と凸部とは、嵌合することなく、単に凹部内に凸部が配置されているだけの形態とする。

［第４実施形態］
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るタービンロータ（ロータ）の第４実施形態を示す図であり、（ａ）は図１（ｂ）に対応した側断面図、（ｂ）はタービンインペラの翼側接続部の後端面を示す図、（ｃ）はタービン軸の先端面を示す図である。
第４実施形態のタービンロータ６０も、第３実施形態のタービンロータ５０と同様に、空間部の容積を小さくしたものである。

すなわち、図６（ａ）に示すように本実施形態のタービンロータ６０では、図４に示した例と同様に、先端面３２、後端面２４にそれぞれ凹部４２が形成されており、これら凹部４２、４２によって空間部４３が形成されている。ただし、本実施形態は図４に示した例と異なり、この空間部４３に充填物６１が設けられている。

充填物６１は、本実施形態では図６（ａ）、（ｂ）に示すように後端面２４側の凹部４２内に設けられた円盤状のもので、凹部４２の直径より小さい直径に形成されている。この充填物６１は、空間部４３内においてその径方向に偏ることがないよう、その中心軸が凹部４２の中心軸に一致するように配置されている。これによって充填物６１は、その側周面が凹部４２（空間部４３）の外側に形成された溶接部５に接することなく、該溶接部５から離間した位置に設けられたものとなっている。

このような充填物６１は、溶接部５の形成時、すなわち溶接時に溶融しないよう、耐熱性の高い材料によって形成されている。例えば、耐熱性の高いセラミックスや、タービンインペラ２、タービン軸３の形成材料より融点が高い金属などによって形成されている。また、このような充填物６１は、例えば後端面２４の凹部４２内に形成された突起（図示せず）、または先端面３２の凹部４２内に形成された突起（図示せず）に支持され、空間部５３の所定位置、すなわち溶接部５から離間した位置に保持固定されている。

このような構成によって空間部４３では、主に先端面３２の凹部４２と充填物６１との間に隙間６２が形成される。そして、このように空間部５３内に形成された隙間６２により、実質的な空間部が形成される。この隙間６２からなる実質的な空間部は、図４に示した例の空間部４３に比べ、その容積が充分に小さくなっている。

本実施形態にあっても、溶接部５の形成、すなわちタービンインペラ２とタービン軸３との接続（接合）は、第１実施形態と同様にして行うことができる。
したがって、本実施形態のロータ６０にあっても、空間部５３が形成されていることで溶接部５が一定の深さに形成されるため、接合強度にバラツキが生じることがなく、また、回転時におけるバランスも良好なものとなる。

また、空間部５３に充填物６１を設けて実質的な空間部の容積を充分に小さくし、これによって実質的な空間部内の空気量を比較的少なくしたので、溶接部５の形成時において特に溶接の終端部を形成した際にも、実質的な空間部内の空気の熱膨張による圧力を低くし、これにより溶接時の加熱によって溶融した金属が吹き上げられるのを防止することができる。よって、溶接を安定して行うことができ、溶接形状を設計通りに良好に形成することができる。

さらに、タービンインペラ２とタービン軸３とが、嵌合によることなく溶接のみによって接合されているので、高速回転時に、嵌合部からき裂が進展して破損するおそれがない。
また、実質的な空間部を、溶接部５を除く接合部の全面に形成したので、第１実施形態〜第３実施形態と同様に、この空間部によってタービンインペラ２とタービン軸３との間を断熱することができる。
さらに、後端面２４側に充填物６１を設けて隙間６２を実質的な空間部としているので、溶接時に溶け込み深さが空間部４３の内側（中心側）にまで到達し、溶融金属の一部が隙間６２内に垂れても、溶融金属は充填物６１上に留まり、固化する。したがって、溶けた金属が隙間６２内に落下し、偏った位置で固化することにより、全体のバランスが悪くなるおそれが軽減される。

なお、本実施形態では円盤状の充填物６１を用いたが、充填物はこれに限定されることなく、空間部４３内においてその径方向に偏ることがないように配置できるものであれば、円環状などの形状のものを用いることもできる。
さらに、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１、４０、５０、６０…ロータ（タービンロータ）、２…タービンインペラ（回転翼）、３…タービン軸（支持軸）、４…溝空間部（空間部）、５…溶接部、６…隙間（空間部）、２４…後端面、２５…溝、２６…インペラ側溶接部、２７…凹面、３２…先端面、３３…溝、３４…軸側溶接部、３５…凹面、４１、４３…空間部、４２…凹部、５１…凸部、５２…隙間、５３…空間部、６１…充填物、６２…隙間

Claims (4)

1. 回転翼と支持軸とが一体に接続されたロータであって、
   前記回転翼と前記支持軸とは、嵌合によることなく溶接によって接合されており、
   前記回転翼と前記支持軸との接合部には、外周面から中心軸に向かって一定の深さに溶接部が形成され、
   前記一定の深さよりさらに深い側には、前記回転翼の端面と前記支持軸の端面とが隙間を空けて対向することで空間部が形成され、
   前記空間部は、前記回転翼と前記支持軸とのいずれか一方、又は両方に形成された円形状の凹部により、形成されていることを特徴とするロータ。
2. 前記凹部は、前記回転翼と前記支持軸とのいずれか一方又は両方に形成された円環状の溝と、
   前記円環状の溝より前記中心軸側に形成された、前記溝より深さが浅い円形状の凹面とによって形成されていることを特徴とする請求項１記載のロータ。
3. 前記空間部は、前記回転翼と前記支持軸との一方に形成された円形状の凹部と、前記回転翼と前記支持軸との他方に形成されて前記凹部の内面に接することなく該凹部内に配置される凸部と、の間の隙間によって形成されていることを特徴とする請求項１記載のロータ。
4. 前記空間部には、前記溶接部から離間した位置に充填物が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータ。

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