JP4641464B2 - チタン製圧縮機翼車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のターボチャージャー（排気ターボ過給機）等に用いられるチタン製の圧縮機翼車を製造する方法に関する。

例えば、自動車のターボチャージャーは、図２に示すように、１本の回転軸３００の両端側にそれぞれ翼車１００，２００を備えている。そして、エンジンのシリンダ（図示せず）から排出される排気２５０を一方の翼車（タービン翼車）２００に導き、排気圧力によってタービン翼車２００を回転させ、その回転力によって他方の翼車（圧縮機翼車）１００を駆動し、圧縮機翼車１００で吸気１５０を圧縮してエンジンのシリンダ（図示せず）に供給する。

図１に示すように、この圧縮機翼車１００は、回転軸３００（図２参照）に同芯状に固定される前方ボス部１０１及び後方ボス部１０４（図１３参照）と、前方ボス部１０１近傍の入口側１３０から半径方向外方の出口側１４０に向って放射状に延びる複数のブレード１０２（羽根部）と、入口側１３０とは軸方向の反対側に位置する後方ボス部１０４において半径方向外向きに延びる円盤状のコア部１０３とを有している。ブレード１０２は、入口側１３０から取り込んだ吸気を圧縮して出口側１４０の外周部から放出するために、回転方向に対して後方側に湾曲している。また、吸入効率を上げるために長いフルブレード１０７と短いスプリッターブレード１０８とが交互に並べられ、両ブレード１０７，１０８の始端位置をずらして配置されている。なお、ブレード１０２はフルブレード１０７のみで構成される場合がある。

具体的には、前方ボス部１０１と後方ボス部１０４とは、それぞれ端面１０１ａ，１０４ａ（図１１参照）及び外周面１０１ｂ，１０４ｂ（図１１参照）を有し、軸孔１０９は両端面１０１ａ，１０４ａ間を軸線方向に貫通している。また、コア部１０３は、前方ボス部１０１の外周面１０１ｂに続いて吸気の流れ面となるハブ面１０３ａと、ハブ面１０３ａの裏側に位置する背面１０３ｂ（図１１参照）と、コア部１０３の外縁に沿う外周面１０３ｃとを有する。

フルブレード１０７とスプリッターブレード１０８とには、それぞれ回転方向上手側の圧力面１０７ａ，１０８ａ及び回転方向下手側の負圧面１０７ｂ，１０８ｂが形成される。また、各ブレード１０７，１０８は、入口側１３０においてコア部１０３のハブ面１０３ａから半径方向外向きに延びるリーディングエッジ１０７ｃ，１０８ｃと、出口側１４０においてコア部１０３の外周面１０３ｃから入口側１３０に向けて延びるトレーリングエッジ１０７ｄ，１０８ｄと、両エッジ１０７ｃ，１０８ｃ，１０７ｄ，１０８ｄを３次元的に連結するシュラウド１０７ｅ，１０８ｅとを有している。

このように、圧縮機翼車１００（特にブレード１０２）は、複雑な３次元曲面で構成されているために、ロストワックス鋳造等の精密鋳造によるか、５軸以上のＮＣで制御された切削加工等の機械的加工によって製造されるのが一般的である。

さらに近年、圧縮機翼車１００は、エンジンの燃焼効率を向上させて排気を清浄化するために、高回転数、高圧縮比（高圧力比）等の高性能化が求められ、また、自動車やエンジンの高機能化に伴ってコンパクト化（小型化）も求められている。このため、従来のアルミ製の圧縮機翼車に代わって、より機械的強度に優れたチタン製の圧縮機翼車が採用される場合があり、特許文献１，２にはこのようなチタン製の圧縮機翼車を製造する方法が開示されている。

特開２００４−５２７５４号公報 米国特許第６５８８４８５号明細書

これらの文献には次のような技術が開示されている。まず、入子型（金型）がアンダーカット等の引抜き不可能な状態を発生する部分に余肉を付けて、ワックス型等のポジパターン（ニアネット形状の雄型）が作成される。その後、余肉を付けたポジパターン（ニアネット形状）を原型としてロストワックス鋳造が行なわれる。さらに、チタン鋳物（ニアネット形状）の余肉部分のみが切削加工等で除去され、これによって完成形態（最終形状）のチタン製圧縮機翼車（ネット形状）が得られる。したがって、この製造方法によれば、切削加工等に要する製造コストを抑制することができる。

ところが、これらに開示された技術では、チタン鋳物の余肉を付けた部分のみを切削加工し、チタン鋳物で余肉を付けていない部分（すなわち、入子型が引抜き可能でアンダーカットを生じない部分）には切削加工を行なわないため、鋳造時に発生する熱応力等により、チタン鋳物の非切削部分（引抜き可能部分）が所定の寸法公差を満たさなくなる確率が高くなる。このような寸法のばらつきに伴って、動釣り合い（回転バランス）が悪化しやすく、完成後の回転バランス修正に時間を要する場合が多い。また、寸法公差内に収まらないため不良品となり、製品歩留りを低下させる場合も多い。なお、塊状のチタン材から切削加工等の機械的加工のみによって圧縮機翼車を作成する場合、アルミよりも硬く加工に困難を伴うため製造コストが上昇する。

本発明の課題は、全面的に付けた余肉を除去代として製造過程で全面的に除去することにより加工時の寸法精度を高め、動釣り合い（回転バランス）の修正作業の簡略化又は省略を図りつつ、製品歩留りを向上させ、かつ製造コストの高騰を抑制して、高精度のチタン製圧縮機翼車を製造する方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記したようなチタン製圧縮機翼車の製造方法は、
放射状に配置される複数の可動式の入子型が中心に集まるように接近して構成される金型により、前記圧縮機翼車の最終完成寸法と比較してその外面に対して全面的に所定厚みの余肉が除去代として付けられるように、前記圧縮機翼車の形状を象った、熱により溶融するポジパターンを作成するポジパターン工程と、
そのポジパターンを原型とし、前記余肉が除去代として付与された形態で前記ポジパターンが転写されたチタン鋳物を作成する鋳造工程と、
その鋳造工程により得られるチタン鋳物の前記余肉に相当する部分を、除去加工により全面的に除去する除去工程と、
を含む場合がある。

そして、上記課題を解決するために、本発明において、羽根部を備えるチタン製圧縮機翼車の製造方法は、
放射状に配置される複数の可動式の入子型が中心に集まるように接近して構成される金型により、前記圧縮機翼車の最終完成寸法と比較してその外面に対して前記羽根部を含めて全面的に所定厚みの余肉が除去代として付けられるように、前記圧縮機翼車の形状を象った、熱により溶融するワックスでポジパターンを作成するポジパターン工程と、
そのポジパターンを原型とし、前記余肉が除去代として付与された形態で前記ポジパターンが転写されたチタン鋳物を作成する鋳造工程と、
その鋳造工程により得られるチタン鋳物の前記余肉に相当する部分を、切削加工及び／又は研削加工により全面的に除去する除去工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の製造方法によれば、鋳造工程により得られるチタン鋳物の外面には羽根部を含めて全面的に余肉が除去代として付与されているので、その余肉に相当する部分を除去工程で全面的に除去することにより、チタン鋳物の寸法のばらつきを均して所定の寸法公差内に収めることが比較的容易となる。これによって、チタン製圧縮機翼車の加工時の寸法精度を高め、動釣り合い（回転バランス）の修正作業を簡略化（例えば調整時間の短縮）したり省略（例えば調整不要）したりできる。また、加工時の寸法精度が高められることによって、製品歩留りを向上させ高精度のチタン製圧縮機翼車を得ることができる。その際、余肉に相当する部分を（例えば切削加工により）除去すればよいので、塊状のチタン材から削り出したりする場合に比して加工に困難を伴わず製造コストを上昇させずにすむ。なお、「動釣り合い（回転バランス）の調整（修正）」とは、ここでは、「周方向の質量分布を調整して残留動不釣合いを減少又は消滅させるために、チタン鋳物に釣合い調整部を形成すること」を意味する。

さらに、ポジパターン工程でワックスによりポジパターン（ワックス型；雄型）を作成し、鋳造工程でそのワックス型を原型とする鋳造（ロストワックス鋳造）を行ってチタン鋳物を作成し、除去工程でそのチタン鋳物の余肉に相当する部分を切削加工及び／又は研削加工により除去するときには、チタン鋳物をさらに高精度で作成することができるので、余肉の厚さを全般的に薄くすることができる。また、除去工程でＮＣ（５軸以上）の制御技術を導入しやすくなり、除去加工に要する時間の短縮を図ることができる。

また、チタン製圧縮機翼車の製造方法は、
放射状に配置される複数の可動式の入子型が中心に集まるように接近して構成される金型により、前記圧縮機翼車の最終完成寸法と比較してその外面に対して全面的に所定厚みの余肉が除去代として付けられるように、前記圧縮機翼車の形状を象った、熱により溶融するポジパターンを作成するポジパターン工程と、
そのポジパターンの前記余肉に相当する部分を全面的に、又はその一部である残留余肉を残して部分的に、除去加工により除去するポジパターン除去工程と、
そのポジパターン除去工程で作成されたポジパターンを原型とし、そのポジパターンが転写されたチタン鋳物を作成する鋳造工程と、
前記ポジパターン除去工程で前記残留余肉を残した場合には、前記鋳造工程により得られるチタン鋳物の前記残留余肉に相当する部分を、除去加工により除去する鋳物除去工程と、
を含む場合もある。

このように、ポジパターン除去工程において、チタン鋳物に比べて軟らかいワックス型等のポジパターン（雄型）から余肉に相当する部分を全面的に又は一部の残留余肉を残して部分的に除去するので、除去加工が容易である。また、鋳造工程後にチタン鋳物を全く又は殆ど加工しなくてもすむため、製造時間の短縮を図ることができる。なお、「残留余肉を残して部分的に除去」とは、「ポジパターンの所定の部位（特定部位）についてのみ残留余肉を残す」ことを意味する。

このような製造方法では、
ポジパターン除去工程において、圧縮機翼車の所定の部位については、ポジパターンの余肉の厚みの一部が残留余肉として残るように、切削加工及び／又は研削加工により除去され、かつ圧縮機翼車のその他の部位については、ポジパターンの余肉の厚みが切削加工及び／又は研削加工により全面的に除去されるとともに、
鋳物除去工程において、圧縮機翼車の所定の部位の残留余肉に相当する部分が、チタン鋳物から切削加工及び／又は研削加工により除去される場合がある。

このように、ポジパターン除去工程で残留余肉を残し、鋳物除去工程でその残留余肉相当分を除去する部位（所定の部位）として、例えば出口側各部のように、圧縮機翼車の性能に直接的に関与したり、取付時に厳重な隙間管理を求められたりするような、特に精密な寸法精度を要する部分を設定すれば、鋳造工程で発生する熱応力等に基づくチタン鋳物の寸法のばらつきを、鋳物除去工程の仕上削りによって矯正することができる。鋳物除去工程での寸法精度がより高くなることによって、動釣り合い（回転バランス）の修正作業の簡略化・省略や製品歩留りの向上をさらに図ることができる。逆に、鋳造工程（ロストワックス鋳造）によって必要な寸法精度が得られる部位については、鋳物除去工程での仕上削りを要しないため、製造時間の短縮や製造コストの削減を図ることができる。

具体的には、前記「所定の部位」、すなわち「ポジパターン除去工程で残留余肉を残す部位」として、
・前方ボス部の端面；
・ブレードのシュラウド及びトレーリングエッジ；
・コア部の外周面及び背面；
・後方ボス部の端面及び外周面；
を含むことが望ましい（図１参照）。

なお、本発明で「チタン製」というとき、純チタン製とチタン合金製とを含む。「チタン鋳物」、「チタン材」についても同様である。また、「除去加工」には、例えば以下のような加工方法を含む。
（１）機械的加工……切削加工（旋削、フライス削り、ブローチ削り等）、研削加工、バフ加工、バレル加工、噴射加工（ショットブラスト、サンドブラスト等）、超音波加工等；
（２）電気的加工……放電加工、電子ビーム加工、イオンビーム加工、プラズマ加工等；
（３）電気化学的加工……電解加工、電解研削、電解研磨等；
（４）化学的加工……化学研磨、エッチング、ケミカルミリング等；
（５）光学的加工……レーザビーム加工等。

（実施例１）
次に、図１及び図２で説明したチタン製の圧縮機翼車を製造する方法について、図３〜図１４に示す本発明の一実施例を参照して説明する。この実施例では、本発明に係るチタン製圧縮機翼車の製造方法は、
（１）放射状に配置される複数の可動式の入子型２が中心に集まるように接近して構成される金型１により、圧縮機翼車１００（図１参照）の最終完成寸法と比較してその外面に対してブレード１０２（羽根部；図１参照）を含めて全面的に所定厚みの余肉１９が除去代として付けられるように、圧縮機翼車１００の形状を象った、熱により溶融するワックス型１０（ポジパターン；原型；雄型）を作成するポジパターン工程（図３，図４参照）；
（２）ワックス型１０を原型とし、余肉２９が除去代として付与された形態で、ロストワックス鋳造法によりワックス型１０が転写されたチタン鋳物２０を作成する鋳造工程（図５〜図１０参照）；
（３）チタン鋳物２０の余肉に相当する部分２９を、切削加工（除去加工）により全面的に除去して、最終完成形態の圧縮機翼車１００を作成する除去工程（図１１〜図１４参照）；
の３つの工程を含んでいる。以下、各工程ごとに説明する。

（１）ポジパターン工程
図４に示すように、放射状に配置される複数（例えば７個）の入子型２によって圧縮機翼車１００（図１参照）の形状を象った金型１を構成し、溶融状態のワックスを注入する。このとき、入子型２の各々がアンダーカット等の引抜き不可能な状態を発生することなく半径方向外側に分離・移動できるように、図３に示すワックス型１０は、最終完成形態である圧縮機翼車１００（図１参照）の外面に対してブレード１０２（図１参照）を含めて全面的に余肉１９を付けた形で作成される。なお、図４に示す金型１では、フルブレード１０７の間に設置した場合の７個の入子型２のみが表わされているが、実際には、スプリッターブレード１０８の存在を考慮して１４個の入子型２を配置することが望ましい（図１参照）。

（２）鋳造工程
次に、図３のワックス型１０を原型として、ロストワックス鋳造法によりチタン鋳物２０を作成する。具体的には、図５に示すように、１個の湯口１２に対して複数（例えば６個）のワックス型１０を樹枝状に組み付けて、ワックス型ツリー１３を組み立てる。次に、図６に示すように、ワックス型ツリー１３をスラリ状の耐火性バインダ１４に浸漬する（ディッピング）。さらに、粗目の耐火性粒子を振りかけて乾燥・固化させる（サンディング）。これらのディッピングとサンディングとを複数回（例えば５〜１０回）繰り返すことにより、図７に示すような、耐火物のコーティング層１６で被覆されたシェル状の鋳型１７が作成される。

そして、図８に示すように、湯口１２を下にして鋳型１７を蒸気で加熱することによって、ワックス型ツリー１３（ワックス型１０）のワックスを溶出させる（脱ろう）。さらに鋳型１７を炉中で焼成して、鋳型１７に強度を付与した後、図９に示すように、溶解したチタン材１８を湯口１２から吸引して鋳込む（吸引法）。チタン材１８が冷却・固化した後に砂落し、切断等を行なうことにより、図１０に示すような、余肉に相当する部分２９を全面的に（表面全体に）有するチタン鋳物２０が取り出される。このチタン鋳物２０は、半径方向外向きに延びる鋳物コア部２３（コア部）と、鋳物コア部２３に形成され、鋳物フルブレード２７と鋳物スプリッターブレード２８とから構成される鋳物ブレード２２（羽根部）と、鋳物コア部２３の前端部及び後端部にそれぞれ形成され、回転軸３００（図２参照）に取り付けられるための自身の回転中心と同芯的な前方鋳物ボス部２１（ボス部）及び後方鋳物ボス部２４（ボス部）と、を備えている。

（３）除去工程
図１０に示すチタン鋳物２０を切削加工して、余肉に相当する部分２９を全面的に除去し最終完成形態の圧縮機翼車１００（図１参照）を作成する。具体的には、図１１に示すように、旋盤（図示せず）のチャック３でチタン鋳物２０の前方鋳物ボス部２１の外周面２１ｂを固定する。旋盤側から突出する複数（例えば７枚）の受け板４を各鋳物ブレード２２の間に位置させるとともに、その先端を鋳物コア部２３の後半部に形成された円盤状の大径部の前端面３１に押し当てる。そして、鋳物コア部２３の大径部前端面３１及び前方鋳物ボス部２１の外周面２１ｂを基準面として、チャック３と受け板４とでチタン鋳物２０を保持して旋回させる。

この状態で、後方鋳物ボス部２４の端面２４ａ及び外周面２４ｂ、鋳物コア部２３の背面２３ｂ及び外周面２３ｃ、鋳物フルブレード２７，鋳物スプリッターブレード２８のトレーリングエッジ２７ｄ，２８ｄ等を旋削することによって、これらの部位の余肉に相当する部分２９がチタン鋳物２０から除去される。そして、後方鋳物ボス部２４は最終完成形態の後方ボス部１０４（ボス部）となる。なお、余肉相当部分２９の旋削除去と併せて、後方鋳物ボス部２４、鋳物コア部２３及び前方鋳物ボス部２１を貫通する軸孔１０９を形成しておく。

次に、図１２に示すように、チタン鋳物２０の前後（表裏）を逆にして、鋳物コア部２３の外周面２３ｃを旋盤の他のチャック５で固定する。その場合、鋳物コア部２３の大径部の後端面３２と後方ボス部１０４の外周面１０４ｂとを基準面として、チャック５でチタン鋳物２０を保持して旋回させる。

この状態で、前方鋳物ボス部２１の端面２１ａ及び外周面２１ｂ、鋳物フルブレード２７及び鋳物スプリッターブレード２８のシュラウド２７ｅ，２８ｅ等を旋削することによって、これらの部位の余肉に相当する部分２９がチタン鋳物２０から除去される。そして、前方鋳物ボス部２１は最終完成形態の前方ボス部１０１（ボス部）となる。このように、図１１では主としてチタン鋳物２０の後方側（裏側）の余肉相当部分２９が除去され、図１２では主としてチタン鋳物２０の前方側（表側）の余肉相当部分２９が除去される。

ここで、チタン鋳物２０は、旋盤から図１３及び図１４に示すフライス盤６に移動され、次にフライス削り（除去加工）が施される。図１３に示すように、フライス盤６の治具７は、チタン鋳物２０を下側から支持するための支持台７１と、支持台７ａから垂直状に起立する固定軸７２とを有している。そこで、チタン鋳物２０の軸孔１０９にフライス盤６（治具７）の固定軸７２を挿通して、鋳物コア部２３の大径部の後端面３２（基準面）が水平状になるように、チタン鋳物２０を支持台７１に載置し、固定軸７２の先端部に形成された雄ねじ部７３にナット等の雌ねじ部７４を螺合させる。これによって、チタン鋳物２０のボス部１０１，１０４の軸線とフライス盤６（治具７）の加工中心線とが一致する状態で（符号３０で示す鉛直線）、チタン鋳物２０はフライス盤６（治具７）にしっかりと固定・保持される。

フライス盤６は多数（例えば５軸）の加工軸（次元）を有している。図１４に示すように、１又は複数の加工軸と刃物８とを用いて、鋳物フルブレード２７，鋳物スプリッターブレード２８の圧力面２７ａ，２８ａ、負圧面２７ｂ，２８ｂ、及びリーディングエッジ２７ｃ，２８ｃ、鋳物コア部２３のハブ面２３ａ等を切削することによって、チタン鋳物２０においてこれまで未切削であった部位から余肉に相当する部分２９が除去される。そして、鋳物ブレード２２は最終完成形態のブレード１０２（羽根部）となり、鋳物コア部２３は最終完成形態のコア部１０３となる。これにより、チタン鋳物２０から図１０に表わされた余肉相当部分２９の全面的な除去が完了する。

このようにして最終完成形態（ネット形状）となったチタン製圧縮機翼車１００（図１参照）は、例えば図２で説明した自動車のターボチャージャーに用いられる。

ところで、チタン鋳物２０の外表面から余肉に相当する部分２９を除去工程で全面的に除去することにより、チタン鋳物２０の寸法のばらつきを均して所定の寸法公差内に収めることが比較的容易となる。これによって、チタン製圧縮機翼車１００の加工時の寸法精度が高められるので、調整時間が短くなれば動釣り合い（回転バランス）の修正作業を簡略化でき、調整が不要となれば上記修正作業を省略できる。また、加工時の寸法精度が高められることによって、製品歩留りを向上させ高精度のチタン製圧縮機翼車１００を得ることができる。その際、余肉に相当する部分２９を切削加工により除去するので、ＮＣ（５軸以上）の制御技術を導入して高精度、高能率で除去加工が行なえ、製造コストの上昇が抑制される。

（実施例２）
次に、図１及び図２で説明したチタン製圧縮機翼車を製造する方法について、本発明の他の実施例を図１５〜図２２等により説明する。この実施例では、本発明に係るチタン製圧縮機翼車の製造方法は、
（１）複数の可動式の入子型２から構成される金型１により、全面的に所定厚みの余肉１９を除去代として付けたワックス型１０（ポジパターン；原型；雄型）を作成するポジパターン工程（図３，図４，図１５参照）；
（２）ワックス型１０の余肉に相当する部分１９を、その一部である残留余肉１５を残して部分的に切削等の除去加工によって除去することにより、鋳込み用ワックス型１１０（ポジパターン；原型；雄型）を作成するポジパターン除去工程（図１６〜図１９参照）；
（３）鋳込み用ワックス型１１０を原型とするロストワックス鋳造法により、鋳込み用ワックス型１１０が転写されたチタン鋳物１２０を作成する鋳造工程（図５〜図９，図２０参照）；
（４）チタン鋳物１２０の残留余肉に相当する部分１２５を、切削等の除去加工により除去して、最終完成形態の圧縮機翼車１００を作成する鋳物除去工程（図２１，図２２参照）；
の４つの工程を含んでいる。このうち、ポジパターン工程は実施例１と同様であるから、ポジパターン除去工程以下の各工程について、実施例１と異なる部分を中心に説明する。

（２）ポジパターン除去工程
ポジパターン工程で作成され、余肉に相当する部分１９を全面的に（表面全体に）有するワックス型１０（図３参照）の断面図を図１５に示す。このワックス型１０は、半径方向外向きに延びるワックスコア部１１３（コア部）と、ワックスコア部１１３に形成され、ワックスフルブレード１１７とワックススプリッターブレード１１８とから構成されるワックスブレード１１２（羽根部）と、ワックスコア部１１３の前端部及び後端部にそれぞれ形成され、回転軸３００（図２参照）に取り付けられるための自身の回転中心と同芯的な前方ワックスボス部１１１（ボス部）及び後方ワックスボス部１１４（ボス部）と、を備えている。

図１５に示すワックス型１０を切削加工して、一部の残留余肉１５を残して部分的に除去することにより、鋳込み用ワックス型１１０を作成する。具体的には、図１６に示すように、旋盤（図示せず）のチャック３でワックス型１０の前方ワックスボス部１１１の外周面１１１ｂを固定する。旋盤側から突出する複数（例えば７枚）の受け板４を各ワックスブレード１１２の間に位置させるとともに、その先端をワックスコア部１１３の後半部に形成された円盤状の大径部の前端面１１３ａに押し当てる。そして、ワックスコア部１１３の大径部前端面１１３ａ及び前方ワックスボス部１１１の外周面１１１ｂを基準面として、チャック３と受け板４とでワックス型１０を保持して旋回させる。

この状態で、後方ワックスボス部１１４の端面１１４ａ及び外周面１１４ｂ、ワックスコア部１１３の背面１１３ｂ及び外周面１１３ｃ、ワックスフルブレード１１７，ワックススプリッターブレード１１８のトレーリングエッジ１１７ｄ，１１８ｄ等を旋削して、これらの各部位の余肉に相当する部分１９のうち厚みの一部（例えば余肉の厚みの１〜１０％）を残留余肉１５（図１５拡大図参照）として残しながら、ワックス型１０から除去する。なお、余肉相当部分１９の旋削除去と併せて、後方ワックスボス部１１４、ワックスコア部１１３及び前方ワックスボス部１１１を貫通するワックス軸孔１１９を形成しておく。

次に、図１７に示すように、ワックス型１０の前後（表裏）を逆にして、ワックスコア部１１３の外周面１１３ｃを旋盤の他のチャック５で固定する。そして、ワックスコア部１１３の大径部の後端面１１３ｂと後方ワックスボス部１１４の外周面１１４ｂとを基準面として、チャック５でワックス型１０を保持して旋回させる。

この状態で、前方ワックスボス部１１１の端面１１１ａ、ワックスフルブレード１１７のシュラウド１１７ｅ、ワックススプリッターブレード１１８のシュラウド１１８ｅ等を旋削して、これらの各部位の余肉に相当する部分１９のうち厚みの一部（例えば余肉の厚みの１〜１０％）を残留余肉１５（図１５拡大図参照）として残しながら、ワックス型１０から除去する。なお、前方ワックスボス部１１１の外周面１１１ｂについては、余肉に相当する部分１９の厚み全部を、旋削によりワックス型１０から除去する。このように、図１６では主としてワックス型１０の後方側（裏側）の余肉相当部分１９が除去され、図１７では主としてワックス型１０の前方側（表側）の余肉相当部分１９が除去される。

ここで、ワックス型１０は、旋盤から図１８及び図１９に示すフライス盤６に移動され、次にフライス削り（除去加工）が施される。図１８に示すように、フライス盤６の治具７は、ワックス型１０を下側から支持するための支持台７１と、支持台７１から垂直状に起立する固定軸７２とを有している。そこで、ワックス型１０のワックス軸孔１１９にフライス盤６（治具７）の固定軸７２を挿通して、ワックスコア部１１３の大径部の後端面１１３ｂ（基準面）が水平状になるように、ワックス型１０を支持台７１に載置し、固定軸７２の先端部に形成された雄ねじ部７３にナット等の雌ねじ部７４を螺合させる。これによって、ワックス型１０のワックスボス部１１１，１１４（ワックス軸孔１１９）の軸線とフライス盤６（治具７）の加工中心線とが一致する状態で（符号３０で示す鉛直線）、ワックス型１０はフライス盤６（治具７）にしっかりと固定・保持される。

フライス盤６は多数（例えば５軸）の加工軸（次元）を有している。図１９に示すように、１又は複数の加工軸と刃物８とを用いて、ワックスフルブレード１１７，ワックススプリッターブレード１１８の圧力面１１７ａ，１１８ａ、負圧面１１７ｂ，１１８ｂ及びリーディングエッジ１１７ｃ，１１８ｃ、ワックスコア部１１３のハブ面１１３ａ等を切削することによって、ワックス型１０においてこれまで未切削であった部位から余肉に相当する部分１９の厚み全部が除去される。これにより、ワックス型１０から図１５に表わされた余肉相当部分１９の除去が完了し、鋳込み用ワックス型１１０が完成する。

なお、以上で説明した通り、鋳込み用ワックス型１１０は、次の（ａ）〜（ｄ）の各部位については余肉１９の厚みの一部を残留余肉１５として保持している。
（ａ）前方ワックスボス部１１１の端面１１１ａ；
（ｂ）ワックスブレード１１２のシュラウド１１７ｅ，１１８ｅ及びトレーリングエッジ１１７ｄ，１１８ｄ；
（ｃ）ワックスコア部１１３の外周面１１３ｃ及び背面１１３ｂ；
（ｄ）後方ワックスボス部１１４の端面１１４ａ及び外周面１１４ｂ。

これらの部位は、圧縮機翼車１００の性能に直接的に関与したり、取付時にケーシング等の壁部との間に厳重な隙間管理を求められたりするような、特に精密な寸法精度を要する部分である。そして、残留余肉１５に相当する部分は、後述する鋳物除去工程での仕上削りによって除去される。つまり、残留余肉１５は、鋳造工程で発生する熱応力等に基づくチタン鋳物の寸法のばらつきを、鋳物除去工程での仕上削りによって矯正するために、重要な機能を有している。なお、ワックス型１０から余肉相当部分１９の厚み全部が除去される部位の多くは、フライス盤でないと切削加工できない部位でもあるから、鋳物除去工程を旋盤作業のみで行なえれば作業時間の短縮となる。

（３）鋳造工程
次に、図１９で完成した鋳込み用ワックス型１１０を原型として、ロストワックス鋳造法によりチタン鋳物１２０を作成する。具体的な手順は実施例１の鋳造工程と同様であり、図５〜図９においてワックス型１０の代わりに鋳込み用ワックス型１１０を用いる。なお、この実施例では、ワックス軸孔１１９の両端部にワックス等で栓をしてから鋳込み作業を行なう。

（４）鋳物除去工程
鋳造工程で作成され、残留余肉に相当する部分１２５を部分的に有するチタン鋳物１２０の断面図を図２０に示す。このチタン鋳物１２０は、半径方向外向きに延びる鋳物コア部１２３（コア部）と、鋳物コア部１２３に形成され、鋳物フルブレード１２７と鋳物スプリッターブレード１２８とから構成される鋳物ブレード１２２（羽根部）と、鋳物コア部１２３の前端部及び後端部にそれぞれ形成され、回転軸３００（図２参照）に取り付けられるための自身の回転中心と同芯的な前方鋳物ボス部１２１（ボス部）及び後方鋳物ボス部１２４（ボス部）と、を備えている。

そして、下記（Ａ）〜（Ｄ）の部位には、鋳込み用ワックス型１１０の残留余肉１５に相当する残留余肉１２５が保持されている。
（Ａ）前方鋳物ボス部１２１の端面１２１ａ；
（Ｂ）鋳物ブレード１２２のシュラウド１２７ｅ，１２８ｅ及びトレーリングエッジ１２７ｄ，１２８ｄ；
（Ｃ）鋳物コア部１２３の外周面１２３ｃ及び背面１２３ｂ；
（Ｄ）後方鋳物ボス部１２４の端面１２４ａ及び外周面１２４ｂ。

図２０に示すチタン鋳物１２０を切削加工して、残留余肉に相当する部分１２５を除去し最終完成形態の圧縮機翼車１００（図１参照）を作成する。具体的には、図２１に示すように、旋盤（図示せず）のチャック３でチタン鋳物１２０の前方鋳物ボス部１２１の外周面１２１ｂを固定する。旋盤側から突出する複数（例えば７枚）の受け板４を各鋳物ブレード１２２の間に位置させるとともに、その先端を鋳物コア部１２３の後半部に形成された円盤状の大径部の前端面３１に押し当てる。そして、鋳物コア部１２３の大径部前端面３１及び前方鋳物ボス部１２１の外周面１２１ｂを基準面として、チャック３と受け板４とでチタン鋳物１２０を保持して旋回させる。

この状態で、後方鋳物ボス部１２４の端面１２４ａ及び外周面１２４ｂ、鋳物コア部１２３の背面１２３ｂ及び外周面１２３ｃ、鋳物フルブレード１２７，鋳物スプリッターブレード１２８のトレーリングエッジ１２７ｄ，１２８ｄ等を旋削することによって、これらの部位の残留余肉に相当する部分１２５がチタン鋳物１２０から除去される。そして、後方鋳物ボス部１２４は最終完成形態の後方ボス部１０４（ボス部）となり、鋳物コア部１２３は最終完成形態のコア部１０３となる。なお、後方鋳物ボス部１２４、鋳物コア部１２３及び前方鋳物ボス部１２１を貫通する軸孔１０９が形成されている。

次に、図２２に示すように、チタン鋳物１２０の前後（表裏）を逆にして、コア部１０３の外周面１０３ｃを旋盤の他のチャック５で固定する。その場合、コア部１０３の大径部の後端面３２と後方ボス部１０４の外周面１０４ｂとを基準面として、チャック５でチタン鋳物１２０を保持して旋回させる。

この状態で、前方鋳物ボス部１２１の端面１２１ａ、鋳物フルブレード１２７のシュラウド１２７ｅ、鋳物スプリッターブレード１２８のシュラウド１２８ｅ等を旋削することによって、これらの部位の残留余肉に相当する部分１２５がチタン鋳物１２０から除去される。そして、前方鋳物ボス部１２１は最終完成形態の前方ボス部１０１（ボス部）となり、鋳物ブレード１２２は最終完成形態のブレード１０２（羽根部）となる。このように、図２１では主としてチタン鋳物１２０の後方側（裏側）の残留余肉相当部分１２５が除去され、図２２では主としてチタン鋳物１２０の前方側（表側）の残留余肉相当部分１２５が除去される。これにより、チタン鋳物１２０から図２０に表わされた残留余肉相当部分１２５の除去が完了する。

このようにして最終完成形態（ネット形状）となった実施例２のチタン製圧縮機翼車１００（図１参照）も、実施例１と同様に、図２に示す自動車のターボチャージャー等に用いられる。

このように、ポジパターン除去工程において、チタン鋳物に比べて軟らかいワックス型等のポジパターン（雄型）から余肉に相当する部分を一部の残留余肉を残して部分的に除去するので、除去加工が容易である。また、鋳造工程後にチタン鋳物をフライス加工しなくてもすむため、製造時間が短縮される。さらに、鋳物除去工程での寸法精度がより高くなることによって、動釣り合い（回転バランス）の修正作業が簡略化（省略）され、製品歩留りが向上する。

（実施例３）
次に、図１及び図２で説明したチタン製圧縮機翼車を製造する方法について、本発明のさらに他の実施例を図２３，図２４等により説明する。この実施例では、本発明に係るチタン製圧縮機翼車の製造方法は、
（１）複数の可動式の入子型２から構成される金型１により、全面的に所定厚みの余肉１９を除去代として付けたワックス型１０（ポジパターン；原型；雄型）を作成するポジパターン工程（図３，図４，図１５参照）；
（２）ワックス型１０の余肉に相当する部分１９を切削等の除去加工によって全面的に除去することにより、ほぼ最終完成形態の完成ワックス型１３０（最終完成形態のポジパターン；原型；雄型）を作成するポジパターン除去工程（図１６〜図１９，図２３参照）；
（３）完成ワックス型１３０を原型とするロストワックス鋳造法により、ほぼ最終完成形態の完成チタン鋳物１４０を作成する鋳造工程（図５〜図９，図２４参照）；
の３つの工程を含んでいる。このうち、ポジパターン工程は実施例１，２と同様であるから、ポジパターン除去工程及び鋳造工程について、実施例２と異なる部分を中心に説明する。

（２）ポジパターン除去工程
ポジパターン工程で作成されたワックス型１０の余肉に相当する部分１９（図３，図１５参照）を切削等の除去加工（図１６〜図１９参照）によって全面的に除去する。これによって、図２３に示すように、余肉相当部分１９が除去されてほぼ最終完成形態となった完成ワックス型１３０が作成される。

（３）鋳造工程
完成ワックス型１３０を原型として、ロストワックス鋳造（図５〜図９参照）を行なうと、図２４に示すように、ほぼ最終完成形態の完成チタン鋳物１４０が作成される。ただし、完成チタン鋳物１４０には、軸孔１０９の加工（図１１参照）が必要となる場合がある。

この実施例では、ワックス型１０から余肉に相当する部分１９を全面除去することにより、鋳物除去工程を省略できるので、実施例２よりも除去加工がさらに容易である。また、完成チタン鋳物１４０を殆ど加工しなくてもすむため、製造時間が短縮される。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施に際しては種々の変更や追加を加えることができる。例えば、ワックス型１０，鋳込み用ワックス型１１０やチタン鋳物２０，１２０に形成される余肉相当部分１９，２９や残留余肉相当部分１５，１２５について、それぞれほぼ均等な厚さで図示されているが、必ずしも全体にわたって均等に設ける必要はない。要するに、余肉相当部分１９，２９は、ワックス型１０がアンダーカット等を生じずに製造でき、かつチタン鋳物２０に対して除去加工が能率的に行なえる形態であればよい。また、残留余肉相当部分１５，１２５は、鋳物除去工程にてチタン鋳物１２０から除去加工が能率的に行なえる形態であればよい。

なお、本発明によって製造されたチタン製圧縮機翼車は、吸気を圧縮してエンジンのシリンダに供給する用途（図２参照）以外に、排気を圧縮してエンジンのシリンダに供給し再燃焼させる用途等に用いることができる。

チタン製圧縮機翼車の概略斜視図。 チタン製圧縮機翼車を用いたターボチャージャーの一例を示す説明図。 本発明に係るチタン製圧縮機翼車の製造方法のうち、ポジパターン工程で作成されたワックス型を平面視で示す説明図。 図３のワックス型を作成するための金型の配置を平面視で示す説明図。 図３に続く鋳造工程を示す説明図。 図５に続く鋳造工程を示す説明図。 図６に続く鋳造工程を示す説明図。 図７に続く鋳造工程を示す説明図。 図８に続く鋳造工程を示す説明図。 図９の鋳造工程で作成されたチタン鋳物の断面図。 図９に続く除去工程を示す説明図。 図１１に続く除去工程を示す説明図。 図１２に続く除去工程を示す説明図。 図１３に続く除去工程を示す説明図。 図３の断面図。 本発明に係るチタン製圧縮機翼車の他の製造方法のうち、ポジパターン除去工程を示す説明図。 図１６に続くポジパターン除去工程を示す説明図。 図１７に続くポジパターン除去工程を示す説明図。 図１８に続くポジパターン除去工程を示す説明図。 鋳造工程で作成されたチタン鋳物の断面図。 図２０のチタン鋳物に対する鋳物除去工程を示す説明図。 図２１に続く鋳物除去工程を示す説明図。 本発明に係るチタン製圧縮機翼車のさらに他の製造方法のうち、ポジパターン除去工程で作成された完成ワックス型を平面視で示す説明図。 図２３に続く鋳造工程で作成された完成チタン鋳物の断面図。

符号の説明

１ 金型
２ 入子型
１０ ワックス型（ポジパターン；原型；雄型）
１５ 残留余肉相当部分
１９ 余肉相当部分
２０ チタン鋳物
２１ 前方鋳物ボス部（ボス部）
２２ 鋳物ブレード（羽根部）
２３ 鋳物コア部（コア部）
２４ 後方鋳物ボス部（ボス部）
２９ 余肉相当部分
１００ チタン製圧縮機翼車
１０１ 前方ボス部（ボス部）
１０２ ブレード（羽根部）
１０３ コア部
１０４ 後方ボス部（ボス部）
１１０ 鋳込み用ワックス型（ポジパターン；原型；雄型）
１２０ チタン鋳物
１２５ 残留余肉相当部分
１３０ 完成ワックス型（最終完成形態のポジパターン；原型；雄型）
１４０ 完成チタン鋳物

Claims (1)

1. 羽根部を備えるチタン製の圧縮機翼車を製造する方法であって、
   放射状に配置される複数の可動式の入子型が中心に集まるように接近して構成される金型により、前記圧縮機翼車の最終完成寸法と比較してその外面に対して前記羽根部を含めて全面的に所定厚みの余肉が除去代として付けられるように、前記圧縮機翼車の形状を象った、熱により溶融するワックスでポジパターンを作成するポジパターン工程と、
   そのポジパターンを原型とし、前記余肉が除去代として付与された形態で前記ポジパターンが転写されたチタン鋳物を作成する鋳造工程と、
   その鋳造工程により得られるチタン鋳物の前記余肉に相当する部分を、切削加工及び／又は研削加工により全面的に除去する除去工程と、
   を含むことを特徴とするチタン製圧縮機翼車の製造方法。

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