JP4833961B2 - 過給機用羽根車およびその製造方法 - 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に使用される過給機用羽根車およびその製造方法に関するものである。

自動車等のエンジンに組込まれる過給機は、エンジンからの排気ガスにより排気側の羽根車を回転させることにより同軸上にある吸気側の羽根車を回転させ、圧縮空気をエンジンに供給しエンジン出力を向上させる。排気側の羽根車はエンジンから排出される高温の排気ガスに曝されるため、一般にＮｉ基超耐熱合金が使用され、形状もそれほど複雑ではないためにロストワックス鋳造法により製造されている。また一方、吸気側の羽根車は高温に曝されないため、主にアルミニウム合金が適用されている。この吸気側の羽根車は、圧縮空気の圧縮率向上を図るために、通常、形状の異なる長短二種類の羽根を交互に複数隣接配置した複雑な羽根形状をしている場合が多い。

最近では、燃焼効率を上げるために、吸気側の羽根車をより高速回転させることが求められており、アルミニウム合金よりも高強度である特開２００３−９４１４８号公報（特許文献１）に開示されるようなチタン合金の適用が検討されている。また、従来のアルミニウム合金製の羽根車においても、空力特性改善を図るために羽根車の羽根形状や寸法精度の向上が検討されている。さらに、アルミニウム合金よりも高強度でチタン合金よりも軽量であるマグネシウム合金の適用も検討されている。

吸気側の羽根車の製造にロストワックス鋳造法を適用する場合、金型に射出成形して製品と実質的に同一形状の消失性模型を製作する必要がある。例えば、特許文献１にはダイインサート（スライド金型）を消失性模型の羽根部から引き出せるように羽根形状を再設計し、特許文献１ではインベストメント鋳造と表現されるロストワックス鋳造法により製造した羽根車が提案されている。この提案は、チタン合金製の羽根車を比較的安価に大量生産できるという点で優れたものである。

アルミニウム合金やマグネシウム合金からなる鋳物の製造には、鋳造欠陥を生じ難く、良好な寸法精度が得られ、また、鋳肌の滑らかな鋳物をハイサイクルで大量生産できる金型鋳造法が多用されている。金型鋳造法は、溶融または半溶融の溶湯を直接金型に充填して鋳物を成形する鋳造法である。そして、金型鋳造法は、例えば金型への溶湯の供給圧力により低圧鋳造法、重力鋳造法、加圧鋳造法などと区分される。また、金型鋳造法は、溶湯の供給方式により吸引鋳造法、減圧鋳造法、射出鋳造法などと区分される。特に、溶湯を加圧して金型に充填する加圧鋳造法は、一般にダイカスト鋳造法とも称され、湯回り性がよく冷却ムラを生じ難いので多く用いられる。また、金型に半溶融の溶湯を供給する射出鋳造法はチクソモールド鋳造法とも称され、従来のダイカスト鋳造法より溶湯温度の低い半溶融金属を金型に射出成形するため、成形体の引けや割れなどの凝固欠陥が少なく、かつ高い寸法精度を得ることができる。

金型に鋳造して製造される羽根車としては、例えば特開２０００−２１３４９３号公報（特許文献２）に開示されるハブ部に対し羽根部を別形成して結合することで一体化した羽根車があるが、羽根部にアンダーカットのない簡易形状の羽根車である。また、例えば特開２００４−２９１０３２号公報（特許文献３）は、アルミニウム合金またはマグネシウム合金からなる装飾品、各種容器、精密部品、カメラ、コンピュータ等の精密装置の筐体、自動車部品、事務機械部品等の各種成形品を成形する成形機を開示するが、適用される形状は筐体等の離型が容易な簡易形状に限られている。

上述したように吸気側の羽根車は、長短二種類の羽根を有する複雑な羽根形状をしている場合が多く、特に羽根部にアンダーカットを有する場合には従来の金型鋳造法ではなく、一般的に柔軟性のあるゴム模型に石膏を流し込んで鋳型を製作するプラスターモールド法が適用されている。このゴム模型は、まず羽根車単体のマスターモデルを製作し、そのマスターモデルにシリコーン系のゴムを流し込んでゴム型を製作し、さらに、そのゴム型にシリコーン系ゴムを注入してゴム模型を製作するものであり、複雑形状を再現することが可能であるものの、金型鋳造法に比べ、寸法精度が劣る点に問題がある。

特開２００３−９４１４８号公報 特開２０００−２１３４９３号公報 特開２００４−２９１０３２号公報

本発明者は、プラスターモールド法よりも寸法精度が優れ、鋳肌が滑らかで美しく、機械加工も少なくてすむ金型鋳造法の利点を取り入れ、ロストワックス鋳造法における消失性模型が実質的に羽根車と同じ形状となることに着目し、消失性模型の成形用金型に溶湯を直接注入し羽根車を成形することを検討した。しかしながら、長羽根と短羽根が交互に隣接して形成されたブレードに囲まれた空間に中心軸から半径方向にアンダーカットを設けた羽根車の場合、鋳造後の型開きが困難である。また、例えば特許文献１の方法で用いる消失性模型の成形用金型を用いるにしても、２次元的に移動するスライド金型が鋳造した羽根車から引き抜けるように羽根形状を再設計することとなって羽根形状が極端に制限され、高い空力学的性能を有する複雑形状の羽根車を製造することが困難となる。
本発明の目的は、これらの問題点を解決し、高い空力学的性能が期待できる過給機用羽根車およびその製造方法を提供することである。

本発明者は、半径方向にアンダーカットが形成された形状の羽根車を、溶湯を直接金型に鋳造して成形することを試み、鋳造する金型に特定の構造を持つスライド金型の適用と、その離型動作の最適化を検討し、本発明に到達した。
すなわち本発明の製造方法は、中心軸から半径方向に広がるハブ面を有するディスク形状のハブと、該ハブから延在する複数のブレードであって、空力学的な曲面であるブレード面、および、外周辺を構成するトレイリングエッジ面とフィレット面とリーディングエッジ面を有する長羽根と短羽根が交互隣接関係で配列された前記ブレードとで成る羽根車形状を有し、隣接する一対の長羽根に囲まれた各空間に、前記空力学的な曲面を得るために形成された前記ブレードのアンダーカット部分が前記中心軸から半径方向に向かう方向に存在する、金型鋳造された過給機用羽根車の製造方法において、
前記金型鋳造する工程は、
前記中心軸に対して半径方向に移動可能な、前記空間の数に相当する数のスライド金型を、中心軸線方向で開閉移動可能な可動金型と固定金型の間に、前記中心軸に向かって放射状に配列して型締め密接し、かつ、前記各スライド金型を、短羽根形状に対応する形状を有する有底溝部と、ハブ面形状に対応する形状を有するハブキャビティ画成部と、ブレード面形状に対応する形状および隣接するスライド金型と型締め密接することでトレイリングエッジ面形状とフィレット面形状とリーディングエッジ面形状に対応する形状を有するブレードキャビティ画成部とを有するように形成することで前記羽根車形状に対応するキャビティを画成し、該キャビティに溶湯を鋳造して成形し、次いで前記各スライド金型を前記中心軸から半径方向に移動させつつ該中心軸から半径方向に移動する動線の回りに回動させることで前記各空間に前記ブレードの前記アンダーカット部分を形成する鋳造成形された羽根車から離型する工程とし、もって、前記長羽根の前記ブレード面以外の、外周辺を成すトレイリングエッジ面、フィレット面、およびリーディングエッジ面のみに、前記スライド型の型締め密接により形成されるパーティングラインに対応する形状のパーティングライン対応部が形成されるようにする過給機用羽根車の製造方法である。

本発明においては、金型鋳造する工程で用いる金型装置を、中心軸線方向で開閉移動可能な可動金型と、固定金型と、および、中心軸に対して半径方向に移動可能な複数のスライド金型と、各スライド金型には、これを支持するスライド支持具とを具備するものとし、各スライド支持具を駆動させて前記複数のスライド金型を連動可能とすることができる。
また、スライド金型は複数のコア（すなわち、複数の構成部品）を接合して一体に構成することができる。そして、それぞれのスライド金型を鋳造成形した羽根車から離型させる動線は、羽根車の中心軸が垂線となる２次元平面のＸＹ座標上の動線と、該ＸＹ座標上の動線回りの回転成分を含む動線とにより構成される動線とすることが好適である。

上述の製造方法により、ブレードに囲まれた空間において、長羽根の前記ブレード面を含まない外周辺を構成するトレイリングエッジ面、フィレット面、およびリーディングエッジ面のみに、前記スライド型の型締め密接により形成されるパーティングラインに対応する形状のパーティングライン対応部が形成されるようにすることができる。これにより、ブレードに囲まれた空間のハブ面およびブレード面のいずれにもパーティングライン対応部が存在しない空力学的性能に優れた新規な過給機用羽根車を得ることができる。
すなわち、本発明の過給機用羽根車は、中心軸と、該中心軸から半径方向に広がるハブ面を有するディスク形状のハブと、空力学的な曲面をなすブレード面、および、外周辺を成すトレイリングエッジ面とフィレット面およびリーディングエッジ面を有する長羽根と短羽根が交互隣接関係で配列された前記ハブから延在する複数のブレードとから成る羽根車形状を有し、隣接する一対の長羽根に囲まれた空間に、前記空力学的な曲面を得るために形成された前記ブレードのアンダーカット部分が前記中心軸から半径方向に向かって存在する、金型鋳造された過給機用羽根車において、
該過給機用羽根車は、前記中心軸に対して半径方向に移動可能な前記空間の個数分のスライド金型であって、短羽根形状に対応する形状を有する有底溝部と、ハブ面形状に対応する形状を有するハブキャビティ画成部と、ブレード面形状に対応する形状および隣接するスライド金型と型締め密接することでトレイリングエッジ面形状とフィレット面形状とリーディングエッジ面形状に対応する形状を有するブレードキャビティ画成部とを有して形成された前記スライド金型を、中心軸線方向で開閉移動可能な可動金型と固定金型の間に中心軸に向かって放射状に配列して型締め密接することで画成した羽根車形状に対応するキャビティと実質的に同一形状を有して形成された金型を用いて鋳造されたものであり、前記空間のそれぞれにおいて前記長羽根の前記ブレード面を含まない外周辺を成すトレイリングエッジ面、フィレット面、およびリーディングエッジ面のみに前記スライド型の型締め密接により形成されるパーティングラインに対応して形成されたパーティングライン対応部を有することを特徴としている。

本発明においては、金型にアルミニウム合金を鋳造することで、アルミニウム合金製の過給機用羽根車とすることができる。なお、本発明は、アルミニウム合金でなくても、その他のマグネシウム合金等の一般的な鋳造材料でも適用できる。
本発明の羽根車は、過給機の吸気側の羽根車として使用することができる。この場合には、特にアルミニウム合金やマグネシウム合金といった軽量な鋳造材料が好適である。また、マグネシウム合金は、アルミニウム合金よりも軽量で比強度が大きいという点で、本発明の適用に特に適しているものである。

本発明によれば、ブレードに囲まれた空間のハブ面およびブレード面にパーティングライン対応部が存在せず、空力学的性能に優れた過給機用羽根車を提供することができ、工業上極めて有効である。

上述したとおり、本発明の重要な特徴は、隣接する一対の長羽根に囲まれた各空間に、空力学的な曲面を得るために形成されたブレードのアンダーカット部分が中心軸から半径方向に向かう方向に存在する形状を、溶湯を直接金型に充填して成形する金型鋳造法を適用して製造することを試み、溶湯を鋳造する金型に特定の構造を持つスライド金型の適用と、その離型動作を最適化したことにある。
具体的には、金型に鋳造する工程として、前記中心軸に対して半径方向に移動可能な、前記空間の数に相当する数のスライド金型を、中心軸線方向で開閉移動可能な可動金型と固定金型の間に、前記中心軸に向かって放射状に配列して型締め密接し、かつ、前記各スライド金型を、短羽根形状に対応する形状を有する有底溝部と、ハブ面形状に対応する形状を有するハブキャビティ画成部と、ブレード面形状に対応する形状および隣接するスライド金型と型締め密接することでトレイリングエッジ面形状とフィレット面形状とリーディングエッジ面形状に対応する形状を有するブレードキャビティ画成部とを有するように形成することで前記羽根車形状に対応するキャビティを画成し、該キャビティに溶湯を鋳造して成形し、次いで前記各スライド金型を前記中心軸から半径方向に移動させつつ該中心軸から半径方向に移動する動線の回りに回動させることで前記各空間に前記ブレードの前記アンダーカット部分を形成する鋳造成形された羽根車から離型する工程を採用する。

本発明の重要な特徴のひとつであるスライド金型は、短羽根形状の有底溝部と、隣接する一対の長羽根間の空間形状とを有するものであって、短羽根を含む長羽根間の空間、単純に表現すると長羽根２枚分の空間をひとつのスライド金型により成形することができるものである。つまり、短羽根形状の有底溝部は、短羽根を成形するキャビティとなり、複数のスライド金型を中心軸に向かって放射状に配置して画成される空間が、長羽根および中心軸の形状を定めるキャビティとなる。これにより、前記過給機用羽根車と実質的に同一の形状のキャビティを形成することができる。
このように隣接する一対の長羽根に囲まれた空間を単一のスライド金型で画成することにより、金型のシンプル化ができるとともに、前記空間の数に相当する数のスライド型を隣接させて型締め密接することで、該空間において、長羽根のブレード面以外の、外周辺を成すトレイリングエッジ面、フィレット面、およびリーディングエッジ面のみに、隣接するスライド金型で形成されるパーティングラインを設けることができる。これにより、隣接する一対の長羽根に囲まれた前記空間にはパーティングラインは存在せず、よって、得られる鋳造羽根車における隣接する一対の長羽根に囲まれた空間のハブ面およびブレード面には、パーティングライン対応部が存在しない。

本発明においては、このように配置したスライド金型に、溶湯を鋳造して成形するのであるが、中心軸から半径方向に向かう方向にアンダーカットが存在する形状を対象とするため、スライド金型を中心軸の半径方向に形成する２次元空間上で移動させて離型しようとしても、離型することができない。
そこで、本発明においては、前記スライド金型を、中心軸から半径方向に移動させつつ該中心軸から半径方向に移動する動線の回りに回動させて離型させることにした。つまり、スライド金型を鋳造された羽根車から離型させる動線を、羽根車の中心軸が垂線となり半径方向に広がる２次元平面のＸＹ座標上の動きでなす動線に加えて、該ＸＹ座標上の動きでなす動線回りの回転成分を加えることにより、半径方向にアンダーカットが形成された形状であっても、離型可能としたものである。また、ブレード形状などによっては、スライド金型をさらに中心軸方向であるＺ座標方向に移動させる動きを加えてもよい。

上述した製造方法によって得られる過給機用羽根車は、ブレードに囲まれた空間のハブ面およびブレード面のいずれにもパーティングライン対応部が存在しないため、空力学的性能に優れた過給機用羽根車となる。

次に、本発明の過給機用羽根車について具体例を挙げ、図面に基づいて説明する。初めに、過給機用羽根車の形状について一例を挙げて説明する。図１は内燃機関用過給機に使用される長羽根と短羽根が交互に隣接して形成されたブレードを有する過給機用羽根車１の模式図であり、図２は羽根車１のブレード簡略図（明確化のため長羽根２枚と短羽根１枚のみ記載）である。中心軸２０から半径方向に広がるハブ面２に長羽根３と短羽根４が複数枚それぞれ放射状に突設し、長羽根３と短羽根４はそれぞれ複雑な空力学的曲面形状のブレード面５を表裏に有している。
図１において、ブレード面５は、長羽根３、短羽根４のそれぞれの半径方向の外周面に相当するトレイリングエッジ面２１およびフィレット面２２、さらに長羽根３、短羽根４それぞれの最上部に相当するリーディングエッジ面２３を含まない曲面部である。また、長羽根３、短羽根４よりなるブレードに囲まれた空間のハブ面２およびブレード面５は、図２の斜線部の空間１０に対応する。

なお、本発明でいうブレード面とは、例えば図１に示す過給機用羽根車１において、長羽根３の外周辺を構成するトレイリングエッジ面２１およびフィレット面２２、さらに長羽根の最上部となるリーディングエッジ面２３を含まない曲面部を意味する。
また、本発明でいうパーティングラインとは、金型の分割面に形成される段差および金型の分割部分に溶湯が差し込むことにより発生する線状跡を意味している。
また、本発明に適用する短羽根形状の有底溝部と、隣接する一対の長羽根間の空間形状とを有するスライド金型としては、鋳造された羽根車との離型時に一体で可動するものであればよい。また、スライド金型は、スライド金型を一体で作製したものでもよいが、複数のコアを作製した後にボルト締めやロウ付け等により接合して一体化したものであってもよい。例えば、図５に示すスライド金型８においては、２つのコア２５、２６を接合面２７で接合して一体に構成している。これは有底溝部として薄肉曲面形状である短羽根のキャビティ形状を得ようとすると、溝加工のみでは難しい場合も多く、分割することでスライド金型の製造が容易になるためである。

図１の過給機用羽根車を溶湯を直接金型に鋳造して成形する鋳造法を適用し、以下の工程により製造する。まず金型に鋳造する溶湯を準備し、次いで鋳造機に溶湯を供給し、金型に溶湯を鋳造して成形した後、図７に示すように金型を移動させて型開きし、鋳造成形された成形体１８である羽根車を離型する。この鋳造された羽根車の離型工程が本発明の製造方法において最も重要な工程である。

図３に本発明に適用する金型装置の一例を示す。金型は羽根車の中心軸線２０の方向に開閉自在な可動金型６と、固定金型７、および羽根車の中心軸線２０に対して半径方向に移動可能な複数のスライド金型８と、これを支える複数のスライド支持具９とから構成されている。
また、図４は固定金型７の要部矢視図（明確化のためスライド金型８とスライド支持具９をそれぞれ１個のみ記載）であり、図５はスライド金型８の模式図である。ひとつのスライド金型８は、ハブキャビティ画成部１１、ブレードキャビティ画成部１２、および有底溝部１３（点線で記載）のパートで構成される。ハブキャビティ画成部１１はひとつの短羽根を含み隣接する一対の長羽根間の空間におけるハブ面２を画成する。ブレードキャビティ画成部１２は、隣接する一対の長羽根の対向する２つのブレード面５と、ブレードに囲まれた空間においてパーティングラインを形成するトレイリングエッジ面２１、フィレット面２２、リーディングエッジ面２３を画成する。そして、有底溝部１３は短羽根を画成する。すなわち、ひとつのスライド金型８は、図２の斜線部で示される空間１０に相当する形状を画成する。
また、図６はスライド金型８とスライド支持具９との接合構造を示す側面図である。スライド金型８は、スライド支持具９に固定される固定ピン１６に、固定ピン１６の先端に設けたベアリング１５を介しての回転軸線１４を回転中心として回転自在に取り付けられ、スライド支持具９と連結される。

この構造により、スライド金型８は回転軸線１４を中心に抵抗が少なく容易に回転可能となる。また、図４に示すように固定金型７において、スライド金型８の半径方向可動範囲内の底面にリング状の支持板１７が設置され、スライド金型８は支持板１７により支持される。この支持板１７は、羽根車の中心軸線２０方向への移動が可能になっている。そして、可動金型６と固定金型７との型開きの際には、支持板１７をスライド金型８と離間する側に移動させてスライド金型８の回転を自在にする構造とし、このときスライド金型８はスライド支持具９のみで支持される。また、型締めの際には、支持板１７を元の位置に戻してスライド金型８の回転を拘束する構造になっている。

本発明において、スライド金型を中心軸から半径方向に移動させて離型させる動線となる回転軸線の決定は重要である。具体的な手法としては、予めＣＡＤ／ＣＡＭを使用した３次元モデルにより、図２に示す空間１０における半径方向外方に存在するアンダーカットに対応する回転軸線を検索することができる。また別の手法としては、先ずひとつの短羽根を挟んで隣接する一対の長羽根を含む部分模型を作製し、この部分模型に樹脂等を流し込んで検索用模型を得る。そして、この検索用模型を実際に部分模型から引き抜く試みによっても、その引き抜き方向から回転軸線を検索することができる。上述の手法などによって、羽根車からの離型に必要なスライド金型８の半径方向の動線となる回転軸線１４を決定する。なお、羽根車に接触しない完全なアンダーカット方向を検索することが好ましいが、実際には鋳造後の冷却において成形された成形体１８との間には数十ミクロンから数百ミクロンの空間が存在する。また、成形体１８自体も若干弾性変形可能となる場合もあり、ＣＡＤ／ＣＡＭ解析の段階で、スライド金型８の動線が羽根車に対してある程度干渉しても、寸法精度に影響することなく離型が可能となる。

本発明において、上述した回転軸線１４は、アンダーカットの方向により羽根車の中心軸線２０と必ずしも垂直になる必要はなく、また、中心軸線２０と交わる必要もない。例えば、スライド金型８は、中心軸線２０方向に数度の角度を付けて後退移動させても構わない。
上述したスライド金型８を羽根車の空間１０の個数分だけ固定金型７に図３に示すように環状に配置し、それぞれのスライド金型８と可動金型６および固定金型７を型締め密接することで、羽根車１の形状に相当するキャビティを画成する。そして、このキャビティに溶融もしくは半溶融状態の溶湯を射出成形鋳造機等の鋳造機を用いて充填して成形する。

次に、離型時に鋳造成形した成形体１８からスライド金型８を半径方向に後退移動させる際の具体的な動作について説明する。鋳造成形後、図３に示すように可動金型６を固定金型７から離間させた後に移動させて型開きする。次いで、支持板１７をスライド金型８から離れる側に移動させて、スライド金型８をスライド支持具９のみで支持させ、スライド金型８を回転自在にする。そして、図４に示すように、スライド支持具９を、固定金型７の上面に放射状に形成された複数の溝１９に沿って中心軸線２０の半径方向に引き出す。このとき図６に示すようにスライド支持具９の底部にガイドピン２４を設け、スライド支持具９を案内することもできる。
スライド金型８は、図６に示すようにスライド支持具９に回転軸線１４上に設置されたベアリング１５を介して固定ピン１６により連結してあるため、羽根車の長羽根および短羽根の表面形状に沿って回転軸線１４を中心に抵抗が少なく自然に回転し離型される。なお、ベアリング１５は内外輪から成り、内輪が固定ピン１６に固定され、外輪がスライド金型８に固定されている。

この具体的な回転動作を図７に示す。なお、図７においては、便宜上スライド金型８の図２に示す空間１０に相当するキャビティを画成する部分にハッチングを施している。これはスライド金型８の離型動作を説明するためである。図７（ａ）〜（ｄ）は、スライド金型８が成形体１８から離型していく状態を示している。離型に伴いスライド金型８は中心軸線２０の半径方向に後退移動しながら回転軸線１４を中心に回転し、最終的に図７（ｄ）のように離型される。このようにして、ブレードに囲まれた空間においては、長羽根３の外周辺を構成するトレイリングエッジ面２１、フィレット面２２、およびリーディングエッジ面２３のみにパーティングライン対応部が形成される。つまり、図２に示す空間１０のハブ面２およびブレード面５に相当する箇所にパーティングラインが存在しない羽根車を得ることができる。

なお、スライド支持具９の移動手段としては、手動で個々のスライド支持具を後退移動させる方法や、好ましくは、スライド支持具９は連動する構造で一体化し、スライド金型８を羽根車から同時に引き抜く方法を採用することができる。例えば図８に示すように、固定金型７を、固定金型上ベース３０、固定金型下ベース３１、およびカム溝３３を有するカム板３２で構成する。そして、個々のスライド支持具９のガイドピン２４を、固定金型上ベース３０の溝１９と前記カム溝３３に連通させて一体化させる。そして、モータや加圧シリンダ等の駆動装置（図示せず）を接続した駆動レバー３４を前記カム板３２に設け、この駆動レバー３４を介してカム板３２を駆動させることで個々のスライド支持具９を一体化させて連動させ、これにより個々のスライド金型８を離型させることができる。さらにはスライド支持具の移動動作を自動制御することも好ましい。

上述のように鋳造成形後、成形体１８から不要な湯道、湯口、バリなどを除去することにより本発明の過給機用羽根車を得ることができる。また、得られた羽根車に対し、メッキや塗装などの表面処理を行うこともできる。
これにより、ブレードに囲まれた空間のハブ面およびブレード面のいずれにもパーティングライン対応部が存在しない過給機用羽根車を得ることができる。

本発明では、溶湯の製造は用いる合金に好適であればどのような方法でもよいが、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金を用いる場合、ガス式などの直接加熱炉や電気式などの間接加熱炉、鋳造機に設けられた溶解坩堝などを用いて溶解すればよい。そして、溶湯は大気中や不活性ガス雰囲気中で取り扱えばよい。次いで、溶湯を鋳造機に供給し、鋳造に好適な温度や流動性を有する溶融または半溶融の状態で金型に鋳造すればよい。この際、鋳造する温度、圧力、速度、また鋳造後の冷却パターンなどの鋳造成形条件は、溶湯、羽根車形状、鋳造機などに適合するように選択すればよい。なお、溶湯を金型へ鋳造するにおいては、吸引鋳造法や減圧鋳造法あるいは加圧鋳造法を適用すると、羽根車の薄肉部であっても良好な湯回り性が得られ好適である。またチクソモールド鋳造法は、成形体の引けや割れなどの凝固欠陥が少なく好適である。

本発明の羽根車は、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で使用される。

過給機用羽根車の一例を示す模式図である。 ブレード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。 スライド金型を連動可能とする構成の一例を示す模式図である。

Claims (10)

1. 中心軸と、
   該中心軸から半径方向に広がるハブ面を有するディスク形状のハブと、
   空力学的な曲面をなすブレード面、および、外周辺を成すトレイリングエッジ面とフィレット面およびリーディングエッジ面を有する長羽根と短羽根が交互隣接関係で配列された前記ハブから延在する複数のブレードとから成る羽根車形状を有し、
   隣接する一対の前記長羽根に囲まれた空間に、前記空力学的な曲面を得るために形成された前記ブレードのアンダーカット部分が前記中心軸から半径方向に向かって存在する、金型鋳造された過給機用羽根車において、
   該過給機用羽根車は、前記中心軸に対して半径方向に移動可能な前記空間の個数分のスライド金型であって、短羽根形状に対応する形状を有する有底溝部と、ハブ面形状に対応する形状を有するハブキャビティ画成部と、ブレード面形状に対応する形状および隣接するスライド金型と型締め密接することでトレイリングエッジ面形状とフィレット面形状とリーディングエッジ面形状に対応する形状を有するブレードキャビティ画成部とを有して形成された前記スライド金型を、中心軸線方向で開閉移動可能な可動金型と固定金型の間に中心軸に向かって放射状に配列して型締め密接することで画成した羽根車形状に対応するキャビティと実質的に同一形状を有して形成された金型を用いて鋳造されたものであり、前記空間のそれぞれにおいて前記長羽根の前記ブレード面を含まない外周辺を成すトレイリングエッジ面、フィレット面、およびリーディングエッジ面のみに前記スライド型の型締め密接により形成されるパーティングラインに対応して形成されたパーティングライン対応部を有する過給機用羽根車。
2. 過給機用羽根車はアルミニウム合金製である請求項１に記載の過給機用羽根車。
3. 過給機用羽根車はマグネシウム合金製である請求項１に記載の過給機用羽根車。
4. 過給機用羽根車は過給機の吸気側で使用されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の過給機用羽根車。
5. 中心軸から半径方向に広がるハブ面を有するディスク形状のハブと、該ハブから延在する複数のブレードであって、空力学的な曲面であるブレード面、および、外周辺を構成するトレイリングエッジ面とフィレット面とリーディングエッジ面を有する長羽根と短羽根が交互隣接関係で配列された前記ブレードとから成る羽根車形状を有し、
   隣接する一対の長羽根に囲まれた各空間に、前記空力学的な曲面を得るために形成された前記ブレードのアンダーカット部分が前記中心軸から半径方向に向かう方向に存在する、金型鋳造された過給機用羽根車の製造方法において、
   前記金型鋳造する工程は、
   前記中心軸に対して半径方向に移動可能な、前記空間の数に相当する数のスライド金型を、中心軸線方向で開閉移動可能な可動金型と固定金型の間に、前記中心軸に向かって放射状に配列して型締め密接し、かつ、前記各スライド金型を、短羽根形状に対応する形状を有する有底溝部と、ハブ面形状に対応する形状を有するハブキャビティ画成部と、ブレード面形状に対応する形状および隣接する前記スライド金型と型締め密接することでトレイリングエッジ面形状とフィレット面形状とリーディングエッジ面形状に対応する形状を有するブレードキャビティ画成部とを有するように形成することで前記羽根車形状に対応するキャビティを画成し、該キャビティに溶湯を鋳造して成形し、次いで前記各スライド金型を前記中心軸から半径方向に移動させつつ該中心軸から半径方向に移動する動線の回りに回動させることで前記各空間に前記ブレードの前記アンダーカット部分を形成する鋳造成形された羽根車から離型する工程とし、もって、前記長羽根の前記ブレード面以外の、外周辺を成すトレイリングエッジ面、フィレット面、およびリーディングエッジ面のみに、前記スライド型の型締め密接により形成されるパーティングラインに対応する形状のパーティングライン対応部が形成されるようにすることを特徴とする過給機用羽根車の製造方法。
6. 前記金型鋳造する工程で用いる金型装置は、前記可動金型、前記固定金型、および、前記各スライド金型と該スライド金型を支持するスライド支持具を具備し、該各スライド支持具を駆動させて前記各スライド金型を連動可能とすることを特徴とする請求項５に記載の過給機用羽根車の製造方法。
7. 前記スライド金型の各々は、複数のコアが接合されて一体に構成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の過給機用羽根車の製造方法。
8. 前記スライド金型を鋳造成形された羽根車から離型させる動線が、羽根車の中心軸が垂線となる２次元平面のＸＹ座標上の動線と、該ＸＹ座標上の動線回りの回転成分を含む動線とにより構成されることを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれかに記載の過給機用羽根車の製造方法。
9. 金型にアルミニウム合金を鋳造することを特徴とする請求項５から請求項８までのいずれかに記載の過給機用羽根車の製造方法。
10. 金型にマグネシウム合金を鋳造することを特徴とする請求項５から請求項８までのいずれかに記載の過給機用羽根車の製造方法。