JP4523032B2 - コンプレッサ羽根車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関からの排気ガスを利用し圧縮空気を送る過給機の吸気側に使用されるコンプレッサ羽根車を製造する方法に関するものである。

例えば自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給機は、内燃機関からの排気ガスにより排気側のタービン羽根車を回転させることにより、あるいはクランクシャフト等の回転機構により、同軸上にある吸気側のコンプレッサ羽根車を回転させ、これにより外気を吸引して圧縮し、この圧縮空気を内燃機関に供給することにより内燃機関の出力を向上させる。

前記過給機に使用されるタービン羽根車は、内燃機関から排出される高温の排気ガスに曝されるため、例えば特開昭５８−７０９６１号公報（特許文献１）で提案されるＮｉ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基等から成る耐熱合金が従来から使用される。近年は、チタン合金、アルミニウム合金も使用されるようになった。
一方、コンプレッサ羽根車は、外気を吸引する箇所に配設され、１００〜１５０℃程度の温度環境下で使用される。このため、上述のタービン羽根車に用いる耐熱合金ほどの高い耐熱性を有する合金ではなく、従来からアルミニウム合金が多用されている。

近年、内燃機関の燃焼効率をさらに向上させる目的で、タービン羽根車およびコンプレッサ羽根車を、さらに高速回転させるための種々の検討がなされている。羽根車を高速回転させるにあたり、特にコンプレッサ羽根車には、単位密度当たりの強度（以下、比強度という）が高いこと、つまり、軽量かつ高強度であることが望まれる。また、高速回転時の温度環境は、１８０℃〜２００℃を超える温度にまで上昇すると予測され、このため、良好な靭性を有するとともに、より高強度であること、および使用される温度環境が２００℃を超えても高強度を維持可能であることが望まれる。

このような背景から、コンプレッサ羽根車は、上述のＮｉ基等の耐熱合金によるよりも軽量化でき、従来のアルミニウム合金によるよりも高強度化できる、例えば特開２００３−９４１４８号公報（特許文献２）で提案されるチタン合金製コンプレッサ羽根車が実用化されつつある。

一般に、コンプレッサ羽根車は、回転中心軸であるハブ軸から半径方向に延在するハブ・ディスク部のハブ面に、空力学的曲面を有する複数の羽根部がハブ軸の周囲に放射状に配設された複雑な形状を有している。また、羽根部が長羽根と短羽根とで構成された羽根車や、羽根部に囲まれた空間が、ハブ軸から半径方向外方に向ってアンダーカットとなる複雑な形状の羽根車もある。

このように複雑な形状を有するコンプレッサ羽根車は、羽根車素材から羽根部を削り出す等の機械加工や、例えば特開昭５７−１７１００４号公報（特許文献３）が提案する鋳造可能な形状の羽根車素材を一旦形成した後に羽根部を変形矯正する等の手段で形成される。また、プラスターモールド法やロストワックス鋳造法により、羽根車の羽根部とハブ部とを一体にした消失性模型を金型で成形し、これを用いて鋳型を作製し、この鋳型に溶湯を鋳造して羽根車を形成するという方法もある。この場合、消失性模型を成形した金型から羽根部を離型させるための金型構造が、例えば前記特許文献２や特開２００２−１１３７４９号公報（特許文献４）で提案されている。

特開昭５８−７０９６１号公報 特開２００３−９４１４８号公報 特開昭５７−１７１００４号公報 特開２００２−１１３７４９号公報

コンプレッサ羽根車を従来よりも高速回転させるためには、従来のアルミニウム合金による羽根車では、比強度等の機械強度の点で十分ではない。また、チタン合金製羽根車は、２００℃を超える温度域であっても十分な強度および比強度を有するので、確かにコンプレッサ羽根車には好適である。しかし、価格の点では、アルミニウム合金に比べて極めて高価であり、普及を阻害する要因である。

また、コンプレッサ羽根車の製造手段においては、羽根車素材から削り出す等の機械加工手段では、加工時間や材料歩留の点で製造コストが高く不利である。また、鋳造されたコンプレッサ羽根車の羽根部を形状調整する手法では、良好な形状精度を得難く、回転バランスを確保することが困難である。そして、プラスターモールド法やロストワックス鋳造法では、比較的良好な形状精度が得られるものの、やはり消失性模型を介して羽根車を形成し、鋳造毎に消失性模型や鋳型を製作する等、生産効率や製造コストの点で不満である。

本発明の目的は、上述の問題を解決し、従来のアルミニウム合金による羽根車よりも比強度が大きく、チタン合金による羽根車よりも廉価な、更なる高速回転に対応可能なコンプレッサ羽根車を製造する方法を提供することである。

本発明者は、コンプレッサ羽根車として、ダイカスト法によりマグネシウム合金製羽根車を製造できることを見出し本発明に到達した。
かくして、本発明の第一の観点によれば、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを有するコンプレッサ羽根車の形状に対応するキャビティを有する金型を用いる、以下のコンプレッサ羽根車の製造方法が提供される。
前記複数の羽根部が、交互に隣接する長羽根と短羽根から成り、前記キャビティは、前記短羽根の形状に対応する有底溝部と、該短羽根に隣接する一対の前記長羽根で画成される空間に対応する形状体とを有する複数個のスライド金型を前記ハブ軸部に対して放射状に配置して画成され、０．００５ＭＰａ以下に減圧して酸素を遮断した雰囲気中の前記キャビティ内に、液相線温度よりも１０〜８０℃高温側に調整されたマグネシウム合金溶湯を充填時間１秒以下で供給し、かつ、引き続き前記キャビティ内のマグネシウム合金溶湯に圧力２０ＭＰａ以上を加え、時間１秒以上の間、その加圧状態を維持することを含む、ダイカスト法によるコンプレッサ羽根車の製造方法。

本発明製造方法の一実施形態によれば、交互に隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間に、前記ハブ軸部から半径方向外方に向かってアンダーカットを有するコンプレッサ羽根車の形状に対応する前記キャビティを有する金型を用いてコンプレッサ羽根車が製造される。

本発明方法で製造されるコンプレッサ羽根車は、ハブ・ディスク部の表面層が微細で緻密な凝固組織を含み、かつ、中心部近傍が前記表面層よりも大きい凝固組織を含む、ダイカスト形成されたマグネシウム合金から成るコンプレッサ羽根車であるので、従来のアルミニウム合金から成る羽根車よりも高い比強度を有するコンプレッサ羽根車を得ることができる。また、チタン合金よりも廉価なマグネシウム合金から成り、かつ、金型のキャビティに溶湯を直接注入する高生産性のダイカスト法を適用した羽根車であるので、廉価なコンプレッサ羽根車を得ることができる。そして、本発明は、従来よりも更なる高速回転に対応可能なコンプレッサ羽根車およびその製造方法を提供でき、工業上極めて有効な技術となる。

前記の通り、本発明の重要な特徴は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを有するコンプレッサ羽根車とを有するコンプレッサ羽根車の形状に対応するキャビティを有する金型を用いて、マグネシウム合金製のコンプレッサ羽根車を製造することである。

本発明で用いるマグネシウム合金は、一般に、密度が１．８ｇ／ｃｍ^３程度であり、密度２．７ｇ／ｃｍ^３程度のアルミニウム合金と比べても、また、他の実用材料と比べても小さい。このため、マグネシウム合金から成るコンプレッサ羽根車は、アルミニウム合金から成る羽根車よりも軽量化され、回転時の慣性荷重を低減できる。また、マグネシウム合金は、２００℃の温度環境下でも、アルミニウム合金の１．３倍以上の比強度が期待できる。従い、本発明方法で製造されるマグネシウム合金製コンプレッサ羽根車は、更なる高速回転に対応可能となる。さらに、マグネシウム合金は、鉱物資源として豊富に存在するので安定供給を見込むことができ、チタン合金から成る羽根車よりも廉価に供給可能となる。

また、マグネシウム合金は、鉄に対する親和性がアルミニウム合金よりも格段に小さいため、例えば、鋳型として鉄系合金から成る金型を使用しても、成形された羽根車が金型に焼き付くことなく円滑に離型できる利点がある。

本発明方法によりダイカスト形成された羽根車は、その表面層や薄肉部が急冷されるため、緻密で均一な凝固組織を形成することができる。具体的には、薄肉で熱容量の小さい羽根部には、例えば平均粒径１５μｍ以下の微細で緻密な急冷組織が形成される。また、塊状で熱容量の大きいハブ・ディスク部やハブ軸部には、例えば、表面層には平均粒径１５μｍ以下の微細で緻密な凝固組織が形成され、中心部近傍には、表面層よりも大きい平均粒径５０μｍ以下の凝固組織が形成される。そして、羽根車の表面側から中心部に向かって凝固速度が次第に低下し、ハブ・ディスク部やハブ軸部の中心部近傍では、急冷された凝固組織よりも平均粒径の大きい凝固組織となる。
これは、ダイカスト形成においては、鋳型として金型を使用するため、ロストワックス鋳造法等で使用する耐火物等よりも冷却能が格段に高く、薄肉の羽根部や、ディスク部やハブ軸部の表面層では、金型に接触した溶湯が急冷されるからである。また、ダイカスト形成においては、溶湯を高圧力で金型のキャビティに注入するため、金型表面に対する溶湯の密着性が向上することにより、溶湯の冷却速度が上がる利点もある。

羽根車の鋳造組織を、上述の微細で緻密な急冷組織に形成することにより、羽根車の表面硬度や疲労強度を向上させ、羽根車としての強度や靭性を改善することができる。また、上述の凝固組織を有する羽根車に対し、さらにＴ６処理（ＪＩＳ−Ｈ０００１）等の熱処理を施すことにより、緻密な結晶組織の母相が維持されつつ溶体化や時効硬化による効果が付加され、より一層の高強度化が可能となる。
また、ダイカスト形成では、鋳型として金型を用いるため、羽根車の鋳肌は、耐火物を用いる場合よりも表面粗さの小さい鋳肌となる。これにより、羽根車表面の空力抵抗が低減し、羽根車の空力学的特性向上に寄与できる。

また、例えば、羽根車のハブ軸部外周に対して切削等の機械加工を施す場合や、羽根車自体に対して化成処理や陽極酸化処理、メッキや塗装等の表面処理を施す場合もある。ダイカスト形成されたマグネシウム合金成形体は、その結晶粒径がより微細化かつ均一化されるため、常温での機械加工性や、表面の被膜形成性が改善される。
従い、ダイカスト形成された本発明のコンプレッサ羽根車は、羽根部が高強度となり、ハブ・ディスク部やハブ軸部が高強度かつ適度な靭性をあわせ持つこととなり、さらに常温での機械加工性をも有する、優れたコンプレッサ羽根車となる。

次に、本発明方法で得られるコンプレッサ羽根車の形状について具体例を挙げ、図面に基づいて説明する。
図１は、自動車用ターボチャージャの吸気側に使用されるコンプレッサ羽根車１（以下、羽根車１という）の模式図である。羽根車１は、ハブ軸部２と、このハブ軸部２から半径方向に延在するハブ面３を有するハブ・ディスク部４と、ハブ面３に配設された長羽根５と短羽根６がそれぞれ交互に複数枚放射状に突設された羽根部を有している。図２は、羽根車１の羽根部簡略図であり、明確化のため２枚の長羽根５と１枚の短羽根６のみを記載している。また、図２の斜線部は、ハブ面３と、ひとつの短羽根６を含む隣接する２枚の長羽根５のブレード面７とで囲まれたブレード空間８に対応する。長羽根５と短羽根６のブレード面７は、いずれも複雑な空力学的曲面形状を表裏に有している。

本発明方法で得られるコンプレッサ羽根車は、前記羽根車１において、短羽根６に替え、すべて長羽根５とした羽根車とすることができる。また、羽根車の羽根枚数を８〜１４枚とすることができる。そしてまた、羽根車の各部の寸法を、例えば、ハブ軸部は外径７〜３０ｍｍ、ハブ・ディスク部は外径３０〜１２０ｍｍで最外周部肉厚２〜５ｍｍ、羽根の肉厚は、羽根先端付近０．２〜２ｍｍ、羽根中央付近１〜５ｍｍ、ハブ面近傍の羽根付け根１．５〜８ｍｍといった寸法形状に形成することができる。このような羽根車の場合、薄肉である羽根部に対しハブ軸部およびハブ・ディスク部は塊状となり、羽根車に対する羽根部全体の容積が１０〜３０％に形成される。また、羽根車のブレード空間に、ハブ軸部から半径方向外方に向ってアンダーカットを有するコンプレッサ羽根車であってもよい。

前記本発明方法で得られるコンプレッサ羽根車は、例えば、以下の本発明の製造方法により製造できる。具体的には、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを有するコンプレッサ羽根車の形状に対応するキャビティを有する金型を用い、０．００５ＭＰａ以下に減圧して酸素を遮断した雰囲気中の前記キャビティ内に、液相線温度よりも１０〜８０℃高温側に調整されたマグネシウム合金溶湯を充填時間１秒以下で供給し、かつ、引き続き前記キャビティ内のマグネシウム合金溶湯に圧力２０ＭＰａ以上を加え、時間１秒以上の間、その加圧状態を維持するダイカスト法によってコンプレッサ羽根車が製造される。
本発明製造方法の重要な特徴は、金型のキャビティに、前記ダイカスト形成条件でマグネシウム合金を鋳造することである。

以下、本発明方法によるマグネシウム合金を用いたダイカスト形成条件につき、詳細に説明する。
金型のキャビティに注入するマグネシウム合金は、その溶湯温度を、用いるマグネシウム合金の液相線温度よりも１０〜８０℃高温側に調整する。溶湯温度は、キャビティに到達する前に、溶湯が凝固してしまうことを防止することができ、またマグネシウム合金成分を確保でき、さらには、鋳造時の溶湯飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じない限り、幾ら高温であっても構わない。

また、０．００５ＭＰａ以下に減圧して酸素を遮断した雰囲気中のキャビティに対し、マグネシウム合金溶湯を充填時間１秒以下で供給し、羽根車の羽根部を健全に鋳造成形させる。コンプレッサ羽根車の羽根部は、優れた空力学的特性を得るため、ハブ面を有するハブ・ディスク部に比べ、通常は極めて薄肉に設計される。このため、羽根部に対応して画成された金型の羽根部キャビティは、極めて狭隘な深い溝状の空間となる。そこで、予め０．００５ＭＰａ以下に減圧して酸素を遮断した雰囲気中のキャビティとし、前記充填時間で溶湯を供給することにより、金型の羽根部キャビティに対し、速やかに、かつ十分に溶湯を供給する。これにより、羽根部キャビティにおける溶湯の不廻りやガスの巻き込み等の鋳造欠陥を防止する。溶湯の充填時間は、キャビティに十分にかつ円滑に溶湯が供給でき、そして、鋳造時の溶湯飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じない限り、幾ら短時間でも構わない。

次いで、マグネシウム合金を金型のキャビティに注入後、圧力２０ＭＰａ以上を加え、時間１秒以上の間、その加圧状態を維持する。この操作は、溶湯の注入後、可能な限り速やかに行うことが好ましい。この後、キャビティ内で溶湯を凝固させて羽根車を成形する。羽根車は、まず薄肉で熱容量の小さい羽根部が成形され、金型と直接に接触するハブ・ディスク部の最外径部やハブ面、ハブ軸部の端部等が成形される。そして、次第にハブ・ディスク部の内部に向かって凝固が進行し、中心部が最終凝固して成形される。このため、最終凝固部となるハブ・ディスク部の中央辺りには、引け巣等の鋳造欠陥が生じやすい。そこで、溶湯を注入後、２０ＭＰａ以上で加圧し、その加圧状態を１秒以上の間維持し、これにより、羽根車を健全に成形させる。加圧状態を１秒以上継続させた後には圧力を下げてもよいが、好ましくは、溶湯が完全に凝固して羽根車が確実に成形されるまで、その加圧状態を維持することである。

次に、図１に示す羽根車１を製造可能な本発明の製造方法における金型のキャビティについて、一例を挙げて図面に基いて説明する。
図３に金型装置の一例を示す。金型は、羽根車の軸線方向９に開閉自在な可動金型２１と固定金型２２、および羽根車の軸線方向９に対して半径方向に移動可能なスライド金型２３とスライド支持具２４とから構成されている。図４は、固定金型２２の要部矢視図であり、明確化のためスライド金型２３とスライド支持具２４とをそれぞれ１個のみ記載している。図５は、スライド金型２３の模式図である。

スライド金型２３は、短羽根形状の有底溝部と、短羽根に隣接する２枚の長羽根で画成される空間に対応する形状体とを有している。すなわち、図２の斜線部で示するブレード空間８に相当する形状を形成するように、羽根車１のハブ面３に相当するハブキャビティ３１と、長羽根５に相当するブレードキャビティ３２、および短羽根６に相当する有底溝部３３（点線で記載）を有している。また、図４に示すように、固定金型２２において、軸線方向９に対するスライド金型２３の半径方向への可動範囲内の底面にリング状の支持板２５を設置し、スライド金型２３を支持する。この支持板２５は、成形体の軸線方向９への移動が可能になっており、可動金型２１と固定金型２２の型開き後にスライド金型２３と離間する側に移動させ、型締めの際には元の位置に戻す構造になっている。すなわち、可動金型２１と固定金型２２の型開き後に、スライド金型２３はスライド支持具２４のみで支持される。

上述したスライド金型２３を、羽根車１のブレード空間８の個数分だけ図３に示すように固定金型２２に環状に配設し、それぞれのスライド金型２３と可動金型２１および固定金型２２を型締めして密接させる。これにより、実質的に羽根車１と同一の形状の金型によるキャビティを形成することができる。そして、このキャビティに、マグネシウム合金溶湯を注入して成形体１０を成形する。

次に、スライド金型２３を軸線方向９の半径方向外方に移動させ、鋳造成形した成形体１０から離型させる。具体的には、成形体１０を鋳造成形後、まず可動金型２１を固定金型２２と離間する側に移動させて型開きし、次いで支持板２５をスライド金型２３と離間する側に移動させ、スライド金型２３をスライド支持具２４のみで支持させる。そして、図４に示すように、スライド支持具２４を固定金型２２に設けた溝２６に沿って軸線方向９の半径方向外方に引き出す。このとき、スライド金型２３を、スライド支持具２４に設けた回転軸２７に連結させておくことにより、スライド金型２３は回転軸２７を中心に自然に回動し、成形体１０の長羽根５および短羽根６の表面形状に沿って少ない抵抗で離型される。

離型後、成形体１０から不要な湯道や湯口、バリなどを除去し、さらには化成処理や陽極酸化処理、セラミックコーティング、あるいはメッキや塗装等の表面処理を行ってもよい。また、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理、サンドブラストやケミカルピーリング等を行ってもよい。上述した製造方法により、本発明のコンプレッサ羽根車を得ることができる。

前記本発明の製造方法において、鋳造後に金型のキャビティを加圧状態で維持するとき、例えばハブ軸部の軸線方向等の凝固収縮しやすい個所に対して局所加圧することも好ましく、これにより溶湯が部分的に補給され、引け等の鋳造欠陥の発生を防止できる。
また、マグネシウム合金溶湯を注入する金型のキャビティは、０．００５ＭＰａ以下に減圧しておく。ダイカスト形成においては、キャビティに溶湯を高速で注入するため、キャビティ内の湯廻り状態によっては空気やガス等の気体を巻き込みやすく、予めキャビティ内を減圧し、これを低減させる。さらに、酸化しやすいマグネシウム合金を使用するため、予めキャビティ内に例えばアルゴン等の不活性ガス、アルゴンと水素との混合ガス、窒素等を充満させて酸素を遮断し、成形体への酸化物の巻き込みを防止する。

本発明において使用する好ましいマグネシウム合金として具体例を挙げると、例えば、米国材料試験協会規格（以下、ＡＳＴＭという）ＡＺ９１Ａ〜ＡＺ９１Ｅは鋳造性がよく機械的特性もよい。また、ＡＳ４１Ａ、ＡＳ４１Ｂ、ＡＭ５０Ａはさらに耐力、伸び等が高く、ＡＥ４２は高温クリープ強度がある。また、ＷＥ４３Ａは上記いずれの合金よりも耐熱性を有し、ＷＥ４１ＡやＷＥ５４Ａはこれよりもさらに優れた耐熱性を有するのでコンプレッサ羽根車には好適である。これらマグネシウム合金の液相線温度は、アルミニウム合金よりもやや高温域ではあるもののチタン合金よりも十分に低温域であって、ダイカスト形成する場合、溶湯温度を液相線温度よりも１０〜８０℃高温側に調整することにより、金型装置や成形装置の溶湯流路等の途中での溶湯凝固を確実に防止することができる。

また、マグネシウム合金溶湯の製造は、使用するマグネシウム合金に好適であればどのような方法でもよいが、例えば、ガス式などの直接加熱炉や電気式などの間接加熱炉、ダイカスト成形機に設けられた溶解坩堝や溶解筒等を用いて溶解すればよい。また、マグネシウム合金溶湯は、大気中で取り扱うこともできるが、例えば希土類元素等を含むため酸化しやすいマグネシウム合金の場合には、アルゴン等の不活性ガス、Ｎ_２ガス、ＣＯガス、ＣＯ_２ガス等を使用し、酸素を遮断した雰囲気中で取り扱うことが好ましい。

以上、一例として上述した本発明の製造方法によれば、たとえ、複数の羽根部が交互に隣接する長羽根と短羽根からなる複雑な形状を有するコンプレッサ羽根車であっても、羽根車の形状に対応する金型のキャビティが画成可能であって、鋳造成形後に羽根車を金型から離型可能であれば、形状精度が良好で緻密な鋳造組織を有し、比強度の優れた更なる高速回転に対応可能な本発明のコンプレッサ羽根車を得ることができる。そして、格別の機械加工や鋳造後の形状調整を施すこともなく、羽根車を模した消失性模型を形成することもないため、生産効率や製造コストの点でも格段に改善され、従来よりも廉価なコンプレッサ羽根車の提供が可能となる。

本発明のコンプレッサ羽根車の一例として図１に示す形状を有する羽根車を、上述した本発明の製造方法により製造した。具体的には、マグネシウム合金は、液相線温度５９５℃のＡＳＴＭ規格ＡＺ９１Ｄを選定し、これを溶解して溶湯を準備した。そして、この溶湯を、図３に示す金型装置を配設したダイカスト成形機に供給し、図５に示す複数のスライド金型２３等により画成した金型のキャビティ内に注入後、加圧維持して成形体を得た。このとき、溶湯注入前のキャビティ内は大気雰囲気とした。また、キャビティへの溶湯注入は、溶湯温度６４０℃、充填時間０．０２秒に調整した。溶湯充填後は、圧力４０ＭＰａ、時間２秒で加圧維持した後、溶湯が凝固するまで十分に冷却した。

次いで、図３に示す可動金型２１を固定金型２２と離間させた後、図７に示す構造としたスライド金型２３を、図８に示す手順により成形体１０から離型させ、ダイカスト形成された羽根車の成形体１０を得た。図７は、スライド金型２３とスライド支持具２４との接合構造を示す側面図であり、スライド金型２３は、その回転軸２７にベアリング２８を介して固定ピン２９を差込んでスライド支持具２４と連結させた。また、スライド支持具２４の底部にガイドピン３０を設け、スライド支持具２４を図４に示す固定金型２２に設けた溝２６に沿って軸線方向９の半径方向外方に引き出す案内とした。図７は、成形体１０からスライド金型２３を軸線方向９に対する半径方向外方に移動させつつ回動させて離型させる具体的な動作手順を示す模式図であり、図７（ａ）〜（ｄ）は、スライド金型２３が成形体１０から離型していく状態を示している。なお、図７においては、離型動作を説明する便宜上、スライド金型２３のキャビティ部分にハッチングを施している。成形体１０を離型するためにスライド支持具２４を移動させると、スライド金型２３は、成形体１０の長羽根５および短羽根６の表面形状に沿って移動しながら回転軸２７を中心に自然に回動し、最終的に図７（ｄ）のように成形体１０から離型した。

そして、成形体１０から不要な湯口や湯道および微細なバリを除去し、長羽根と短羽根を有し、ハブ軸部の外径１３ｍｍ、ハブ・ディスク部は、外径６９ｍｍ、最外周部肉厚２．５ｍｍ、羽根の肉厚は、羽根先端付近０．５ｍｍ、羽根中央付近１．２ｍｍ、ハブ面近傍の羽根付け根２．２ｍｍ、羽根車に対する羽根部全体の容積１３％の形状を有する、本発明のコンプレッサ羽根車を得た。得られた羽根車のハブ・ディスク部から、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に基き、試験片を採取して引張試験を実施した結果、比強度は、２０℃で１２７ＭＰａ、２００℃で７０ＭＰａであった。

上述のように製造したコンプレッサ羽根車につき、図８〜図１０に羽根車の鋳造組織の一例を示す。図８は、長羽根におけるハブ軸部の軸線方向にほぼ垂直な断面であり、羽根先端から４ｍｍ、肉厚１．１５ｍｍ付近の鋳造組織である。図９は、ハブ・ディスク部断面のハブ面の表面層であり、ハブ・ディスク部の最外径部から内側に１０ｍｍ、深さ１ｍｍ付近の鋳造組織である。図１０は、ハブ・ディスク部の最外径部を形成する平面とハブ軸部の軸線方向とが交差する羽根車の中心部付近の鋳造組織である。羽根部やハブ面の表面層には、結晶粒径５〜１０μｍの微細な結晶粒による均一で緻密な急冷された鋳造組織が確認された。特に薄肉の羽根部には、結晶粒径５μｍ以下のより微細な結晶粒が多く形成されていた。また、羽根車の中心部には、表面層よりもやや大きい結晶粒径２０μｍの結晶粒が主体となる鋳造組織が確認された。

本発明のコンプレッサ羽根車は、自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給機の吸気側で使用される。

コンプレッサ羽根車の一例を示す模式図である。 羽根部の一例における簡略図である。 金型装置の一例を示す全体図である。 固定金型の一例を示す要部矢視図である。 スライド金型の一例を示す模式図である。 スライド金型とスライド支持具との接合構造の一例を示す側面図である。 スライド金型の離型動作の一例を示す模式図である。 本発明方法で得られるコンプレッサ羽根車の羽根部断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。 本発明方法で得られるコンプレッサ羽根車のディスク部断面のハブ面の表面層の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。 本発明方法で得られるコンプレッサ羽根車の中心部断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。

Claims (2)

1. ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを有するコンプレッサ羽根車の形状に対応するキャビティを有する金型を用いるコンプレッサ羽根車の製造方法であって、
   前記複数の羽根部が、交互に隣接する長羽根と短羽根から成り、前記キャビティは、前記短羽根の形状に対応する有底溝部と、該短羽根に隣接する一対の前記長羽根で画成される空間に対応する形状体とを有する複数個のスライド金型を前記ハブ軸部に対して放射状に配置して画成され、
   ０．００５ＭＰａ以下に減圧して酸素を遮断した雰囲気中の前記キャビティ内に、液相線温度よりも１０〜８０℃高温側に調整されたマグネシウム合金溶湯を充填時間１秒以下で供給し、かつ、引き続き前記キャビティ内のマグネシウム合金溶湯に圧力２０ＭＰａ以上を加え、時間１秒以上の間、その加圧状態を維持することを含む、ダイカスト法によるコンプレッサ羽根車の製造方法。
2. 交互に隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間に、前記ハブ軸部から半径方向外方に向かってアンダーカットを有するコンプレッサ羽根車の形状に対応する前記キャビティを有する金型を用いることを特徴とする請求項１に記載されたダイカスト法によるコンプレッサ羽根車の製造方法。