JP6159418B2

JP6159418B2 - 回転体及び該回転体の製造方法

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Publication number: JP6159418B2
Application number: JP2015552243A
Authority: JP
Inventors: 林　慎之; 慎之林; 誠尾▲崎▼; 斉顕清家; 博神吉; 鈴木　浩; 浩鈴木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: EP3081746B1; CN105683502A; CN105683502B; US10578116B2; WO2015087414A1; EP3081746A4; EP3081746A1; US20160273545A1; JPWO2015087414A1

Description

本開示は、回転軸と該回転軸の一端側に嵌合されるインペラとからなる回転体及び該回転体の製造方法に関する。

従来、エンジンの出力を向上させる技術として、ターボチャージャやスーパーチャージャなどの過吸機によって吸気を圧縮し、この圧縮した吸気をエンジンに供給する方法（過給）が知られており、自動車用エンジン等において広く用いられている。
過給機は、回転軸と該回転軸の一端側に嵌合されるコンプレッサインペラとからなるコンプレッサ回転体を備える。そして、このコンプレッサ回転体が、同軸に設けられているタービンインペラや電動モータ等によって高速に回転せられることで吸気を圧縮するように構成されている。

通常、コンプレッサ回転体は、別々に製作され、夫々バランス調整が実施された回転軸とコンプレッサインペラとが一体的に組み立てられることで製造される。

従来、コンプレッサ回転体の組み立ては、「すき間嵌め」（緩み嵌め）と呼ばれる方法で行われていた。すき間嵌めとは、軸の外径を嵌め合う孔の内径よりも小さく設定する方法である。この方法だと、回転軸とコンプレッサインペラとの間に微小な隙間が形成されるため、この隙間の分だけ回転軸とコンプレッサインペラとの中心位置がずれて組み立てられる可能性がある。両者の中心位置がずれて組み立てられると、回転体の重心が中心位置からずれるため、高速回転時においてコンプレッサ回転体に偏心荷重が作用し、破損や、異音等の発生原因ともなる。この回転体の重心と中心位置とのずれは、その後のバランス調整（加工）において除去するが、ずれ量が大き過ぎると加工では除去できないため、分解再組み立てが必要となる。

上記問題を解消するため、回転軸とコンプレッサインペラとを「締まり嵌め」と呼ばれる方法で組み立てることが考えられる。締まり嵌めとは、軸の外径を嵌め合う孔の内径よりも大きく設定する方法である。軸の方が孔よりも大きいため、圧入や、コンプレッサインペラを加熱する焼き嵌め、回転軸を冷却する冷し嵌め、等の方法によって組み立てられる。

例えば特許文献１には、回転軸の一部の外径をコンプレッサインペラの挿入孔の内径よりも僅かに大径に形成し、該回転軸の大径部分をコンプレッサインペラの挿入孔に嵌合する締まり嵌めによって、回転軸とコンプレッサインペラとを一体的に組み立てる技術に関する発明が開示されている。

また特許文献２には、回転軸の一端側に螺着されるナットの一部の外径をインペラの挿入孔の内径よりも僅かに大径に形成し、該ナットの大径部分をインペラの挿入孔に嵌合する締まり嵌めによって、回転軸とインペラとを一体的に組み立てる技術に関する発明が開示されている。

特許第４４３２６３８号公報特開２０１３−１４２３５９号公報

しかしながら上述した特許文献１では、回転軸の大径部分が、回転軸の軸方向においてコンプレッサインペラのハブの外径が最大となる最大外径部分を含む位置に形成されている（特許文献１の図２）。ハブの外径が最大となる部分には高速回転時に最も大きな遠心力が作用するため、回転時にコンプレッサインペラの挿入孔と回転軸との間に隙間が生じる可能性がある。したがって、このような特許文献１の構成では、高速回転時において、回転軸とコンプレッサインペラとの中心位置がずれてしまう恐れがある。

また上述した特許文献２では、回転軸ではなく、回転軸の端部に螺着されるナットとインペラとが嵌合される。このような特許文献２の構成では、回転軸とインペラとが直接に嵌合されておらず、両者の間に隙間が形成されているため、高速回転時において、回転軸とインペラとの中心位置がずれてしまう恐れがある。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、回転軸とインペラとが嵌合する締まり嵌め部において、高速回転時にも回転軸とインペラとの間に隙間が発生せず、したがって回転軸とインペラとの中心位置がずれることのない回転体及び該回転体の製造方法を提供することにある。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、
（１）
回転軸と、
前記回転軸の一端側に嵌合されるインペラと、
前記回転軸の一端側に螺着され、前記回転軸と前記インペラとを締結するナットと、からなる回転体であって、
前記インペラは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜する周面及び前記回転軸に挿入される挿入孔を有するハブ部と、該ハブ部の周面から径方向に突出して設けられるブレード部と、を備え、
前記回転軸及び前記ハブ部の挿入孔の少なくともいずれか一方には、前記ハブ部の挿入孔の内径よりも前記回転軸の外径の方が大径に形成される、前記回転軸に前記インペラを嵌合するための締まり嵌め部が形成されるとともに、
前記締まり嵌め部が、前記回転軸と前記インペラとが嵌合された状態において、前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成される。

上記（１）に記載の回転体によれば、回転軸とインペラとが嵌合された状態において、回転軸とインペラとが嵌合される部分である締まり嵌め部が、回転軸の軸方向においてハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成される。すなわち、高速回転時に最も大きな遠心力が作用する部分には締まり嵌め部は形成されない。このため、締まり嵌め部においては、回転軸とインペラとの間に遠心力の作用による隙間は発生し難いため、回転軸とインペラとの中心位置をずれ難くすることが出来る。

（２）幾つかの実施形態では、上記締まり嵌め部は、ハブ部の挿入孔に形成される、この挿入孔の他の部分よりも小径に形成される小径孔部からなる。

上記（２）の回転体によれば、締まり嵌め部がハブ部の挿入孔に形成される小径孔部からなる。このため、回転軸とインペラとを例えば圧入等の機械的な方法を用いて組み立てる際において、締まり嵌め部が回転軸に形成される場合よりも、圧入荷重が必要となる移動距離（インペラの小径孔部と回転軸との摺動距離）を短くすることが出来る。このため、回転体の組み立て性に優れるとともに、締まり嵌め部が摺動することによって回転軸及びインペラに生じ得る傷などの発生リスクを低減することが出来る。

（３）幾つかの実施形態では、上記締まり嵌め部は、回転軸に形成される、この回転軸の他の部分よりも大径に形成される大径部からなる。

締まり嵌め部の締め代のオーダは、例えば１０μｍ以下程度と非常に小さいため、挿入孔の内周面に小径孔部を設けるよりも回転軸の外周面に大径部を形成する方が加工及び検査が容易である。よって、上記（３）の回転体によれば、締まり嵌め部がインペラの挿入孔に形成される場合よりも締まり嵌め部の加工精度を維持し易い。

（４）幾つかの実施形態では、上記締まり嵌め部は、ハブ部の挿入孔に形成される、この挿入孔の他の部分よりも小径に形成される小径孔部と、回転軸に形成される、この回転軸の他の部分よりも大径に形成される大径部と、の２つからなる。

上記（４）に記載の回転体によれば、上述した締まり嵌め部をハブ部の挿入孔に形成される小径孔部から構成した効果と、締まり嵌め部を回転軸に形成される大径部から構成した効果の両方を得ることが出来る。
この際、挿入孔に形成される小径孔部を先行して形成し、その後に回転軸の大径部を形成し、大径部の外径で締まり嵌め部の締め代の調整を行うようにすることで、挿入孔に小径孔部を形成する際の課題である加工精度の問題を回避することが出来る。

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）の回転体において、上記小径孔部は、ハブ部の挿入孔の内周面に形成される押し込み痕のバリによって形成される。
（６）また幾つかの実施形態では、上記（３）の回転体において、上記大径部は、回転軸の外周面に形成される押し込み痕のバリによって形成される。

締まり嵌め部の締め代は、特に小さいもので数μｍ程度となる。材料表面にディンプル加工等に方法によって押し込み痕を形成すると、ミクロンオーダのかえり部（バリ）が発生する。よって、上記（５）、（６）の回転体によれば、押し込み痕の形成に伴う極微小な形状変化を利用することで、締まり嵌め部における極微小な締め代を形成することが出来る。

（７）幾つかの実施形態では、上記（２）の回転体において、上記小径孔部は、挿入孔の他の部分よりも表面粗さが大きくなるように形成される。
（８）また幾つかの実施形態では、上記（３）の回転体において、上記大径部は、回転軸の他の部分よりも表面粗さが大きくなるように形成される。

上記（７）、（８）の回転体によれば、締まり嵌め部の表面粗さを荒くして摩擦係数を高めることで、高速回転時における回転軸とインペラとの軸方向のずれ及びこれに伴う回転軸とインペラとの中心位置のずれを抑制することが出来る。
この際、表面粗さ（中心線平均粗さ）を締まり嵌め部の段差と同じに形成することで、表面粗さによって締まり嵌め部の段差を形成することが出来るため、加工性にも優れる。

（９）幾つかの実施形態では、上記締まり嵌め部は、前記回転軸と前記インペラとが嵌合された状態において、回転軸の軸方向においてナットと離間して形成される。

締まり嵌め部では、回転軸とインペラとの間に軸方向のずれを防止する摩擦力が発生している。一方、ナットと締まり嵌め部との間には、ナットの締付力に相当する軸力が作用している。ナットと締まり嵌め部との間の距離が短すぎると、ナットの首下部分に該当する部分の長さが短くなり、軸力によって変形する量が小さくなるため、ナットの緩みが生じ易くなる。よって、上記（９）の回転体によれば、締まり嵌め部をナットから離間して形成することで、ナットの首下部分の長さを確保し、ナットの緩みを防止することが出来る。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の回転体において、上記締まり嵌め部は、回転軸とインペラとが嵌合された状態において、回転軸の軸方向においてハブ部の軸方向中心位置を含む位置に形成される。

上記（１０）の回転体によれば、ナットの首下部分の長さを適度に確保することが出来るとともに、高速回転時に最も大きな遠心力が作用する部分を避けて締まり嵌め部を形成することが出来る。

（１１）幾つかの実施形態では、上記ハブ部の挿入孔が回転軸に圧入されることで、締まり嵌め部においてインペラが回転軸に嵌合される。

上記（１）〜（１０）の回転体は、圧入の他に、インペラを加熱する焼き嵌め、回転軸を冷却する冷し嵌め、等の方法によって組み立てられる。特に、上記（１１）の回転体のように、圧入によって回転軸とインペラとを嵌合することで、回転軸やインペラを熱変形させずとも両者を嵌合させることが出来るため、焼き嵌め、冷やし嵌めで懸念される熱変形によるナットの緩み等の問題は発生しない。

上記（１）〜（１０）の回転体の内、特に上記（２）の回転体は、上述したように、圧入荷重が必要となる移動距離（インペラの小径孔部と回転軸との摺動距離）を短くすることが出来るので、圧入に適した構造となっている。

また、上記（１１）の回転体において、締まり嵌め部の長さを短くすることで、圧入時の摺動抵抗を軽減し、圧入に適した構造とすることが出来る。ここで、ハブ部の軸方向長さをＬ１、締まり嵌め部の軸方向長さをＬ２とした時に、Ｌ２／Ｌ１を１／２〜１／６、好ましくは１／３〜１／５の範囲とすれば、回転軸とインペラとを確実に嵌合させるとともに、圧入時の摺動抵抗を軽減することが出来る。

また、本発明の少なくとも一つの実施形態は、
（１２）
回転軸と、
前記回転軸の一端側に嵌合されるインペラと、
前記回転軸の一端側に螺着され、前記回転軸と前記インペラとを締結するナットと、からなる回転体の製造方法であって、
前記インペラは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜する周面及び前記回転軸に挿入される挿入孔を有するハブ部と、該ハブ部の周面から径方向に突出して設けられるブレード部と、を備え、
前記回転軸及び前記ハブ部の挿入孔の少なくともいずれか一方には、前記ハブ部の挿入孔の内径よりも前記回転軸の外径の方が大径に形成される、前記回転軸に前記インペラを嵌合するための締まり嵌め部が形成されるとともに、
前記ハブ部の挿入孔に前記回転軸を挿入し、前記締まり嵌め部が前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成されるように、前記締まり嵌め部において前記回転軸と前記インペラとを嵌合する嵌合工程を備える。

上記（１２）の回転体の製造方法によれば、回転軸とインペラとが嵌合された状態において、回転軸とインペラとが嵌合される部分である締まり嵌め部が、回転軸の軸方向においてハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成されるように、締まり嵌め部において回転軸とインペラとを嵌合する嵌合工程を備える。すなわち、このような嵌合工程を経て製造される回転体は、高速回転時に最も大きな遠心力が作用する部分には締まり嵌め部は形成されないため、締まり嵌め部において、高速回転時にも回転軸とインペラとの間に隙間が発生しない。したがって回転軸とインペラとの中心位置がずれ難い。

（１３）幾つかの実施形態では、上記嵌合工程の後に、回転軸の一端側からナットを締め付けることで回転軸とインペラとを締結する締結工程をさらに備える。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の回転体の製造方法において、上記嵌合工程は、ハブ部の挿入孔を回転軸に圧入することで、締まり嵌め部において回転軸とインペラとを嵌合する圧入嵌合工程からなる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、回転軸とインペラとが嵌合する締まり嵌め部において、高速回転時にも回転軸とインペラとの間に隙間が発生せず、したがって回転軸とインペラとの中心位置がずれることのない回転体及び該回転体の製造方法を提供することが出来る。

本発明の一実施形態にかかる回転体を示した断面図である。本発明の一実施形態にかかる回転体が適用された過給機の部分断面図である。回転軸の大径部（締まり嵌め部）の寸法関係を説明するための断面図である。本発明の一実施形態にかかる回転体の組み立て工程を説明するための図である。本発明の一実施形態にかかる回転体を示した断面図である。挿入孔の小径孔部（締まり嵌め部）の寸法関係を説明するための断面図である。本発明の一実施形態にかかる回転体を示した断面図である。締まり嵌め部の拡大断面図であって、（ａ）は締まり嵌め部を構成する大径部の拡大断面図、（ｂ）は締まり嵌め部を構成する小径孔部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の一実施形態にかかる回転体を示した断面図である。
本発明の一実施形態にかかる回転体１は、例えば、高速で回転することで吸気を圧縮するように構成されたコンプレッサ回転体１Ａである。コンプレッサ回転体１Ａは、図１に示したように、回転軸２と、回転軸２の一端側に嵌合されるコンプレッサインペラ３と、回転軸２とコンプレッサインペラ３とを締結するナット６からなる。そして、このコンプレッサ回転体１Ａが、同軸に設けられる不図示のタービンインペラや電動モータ等によって高速に回転せられることで、吸気を圧縮するように構成されている。

コンプレッサインペラ３は、ハブ部４とブレード部５とからなる。ハブ部４は、円錐体の頂部を底面と平行に切断した截頭円錐状に形成されている。ハブ部４の中央部には、軸方向に貫通する挿入孔４ｈが形成されている（図３を参照）。ハブ部４の周面４ｓは、回転軸２の軸方向（中心軸をＣＬで表す）に対して傾斜し、頂面（先端面４ａ）から底面（背面４ｂ）に向かって緩やかにその径が大きくなるように形成されている。図中の符号４Ｂは、ハブ部４においてその外形が最大となる最大外径部を表している。また、ブレード部５は、ハブ部４の周面４ｓから径方向に突出し、ハブ部４の周方向において所定の間隔で複数設けられる。

回転軸２の一端側には、外周面２ｓに螺旋状の溝加工が施された雄ネジ部２Ｂが形成されており、この雄ネジ部２Ｂにナット６が螺着される。また、回転軸２の中央部付近には、回転軸２の一端側よりも大径に形成された段部２Ｃが形成されている。

また図示した実施形態では、回転軸２の一端側には、雄ネジ部２Ｂから少し離れた位置に、この回転軸２の他の部分よりも外径が大きい大径部２Ａが形成されている。図示した実施形態では、この大径部２Ａが、回転軸２とコンプレッサインペラ３とを嵌合する締まり嵌め部１０を構成する。

図２は、本発明の一実施形態にかかる回転体が適用された過給機の部分断面図である。
コンプレッサ回転体１は、その回転軸２がベアリングハウジング１０に収容されるスラストベアリング１２、及び不図示のジャーナルベアリングによって回転可能に支持される。ここで、符号１４Ａは回転軸２の外周面に装着されるスラストスリーブ、符号１４Ｂは回転軸２の外周面に装着されるスラストリング、符号１６は各ベアリングに潤滑油を供給するための潤滑油路である。

図３は、回転軸の大径部（締まり嵌め部）の寸法関係を説明するための図である。
上述した大径部２Ａは、その外径ｄ２が回転軸２の他の部分の外径ｄ１よりも半径当たり段差Ｔの分だけ大きく形成されている（ｄ２＝ｄ１＋２Ｔ）。また、ハブ部４の挿入孔４ｈの内径ｄ３は、回転軸２の他の部分の外径ｄ１よりは大きく、且つ大径部２Ａの外径ｄ２よりは小さく形成されている（ｄ２＞ｄ３＞ｄ１）。この段差Ｔの大きさは、例えば数μｍ〜数十μｍ程度である。また、図３中の符号Ｌ１は、ハブ部４の軸方向の長さを示し、符号Ｌ２は、大径部２Ａの軸方向の長さを示す。

図４は、本発明の一実施形態にかかる回転体の組み立て工程を説明するための断面図である。
図示した実施形態では、図４（ａ）に示したように、スラストスリーブ１４Ａ及びスラストリング１４Ｂが回転軸２に装着された状態で、ハブ部４の挿入孔４ｈが回転軸２の一端側から圧入される。スラストリング１４Ｂは、その背面が段部２Ｃと当接した状態で回転軸２に装着されている。スラストスリーブ１４Ａは、その背面がスラストリング１４Ｂの先端部と当接した状態で回転軸２に装着されている。そして、コンプレッサインペラ３は、ハブ部４の背面４ｂがスラストリング１４Ｂの先端部に当接する位置まで回転軸２に挿入される。そして、締まり嵌め部１０において、回転軸２とコンプレッサインペラ３とが嵌合される（圧入嵌合工程）。

図１中の符号Ｘ１は、圧入荷重を作用させながら挿入孔４ｈを回転軸２に挿入していく際の移動距離を示している。

ここで、回転軸２にハブ部４の挿入孔４ｈを挿入する方法としては、回転軸２の外径ｄ２の方が挿入孔４ｈの内径ｄ３よりも大きいため、上述した圧入の他に、コンプレッサインペラ３を加熱する焼き嵌め、回転軸２を冷却する冷し嵌め、等の各種公知の締まり嵌め方法を採用可能である（嵌合工程）。

そして、図４（ｂ）に示したように、回転軸２の一端側からナット６を締め付け、ハブ部４の先端面４ａを押圧することで、回転軸２とコンプレッサインペラ３とを締結する（締結工程）。この際、ナット６とハブ部４の先端面４ａとの間にワッシャ７を介挿することで、回転軸２とコンプレッサインペラ３とを安定して締結することが出来るとともに、ナット６の緩み防止の効果も期待できる。

そして本発明の少なくとも一実施形態にかかるコンプレッサ回転体１では、図１に示したように、上述した大径部２Ａ（締まり嵌め部１０）が、回転軸２とコンプレッサインペラ３とが嵌合された状態において、回転軸２の軸方向においてハブ部４の外径が最大となる最大外径部４Ｂを含まない位置に形成される。すなわち、ハブ部４において最も外径が大きくなるのは背面４ｂ側であり、締まり嵌め部１０は、この背面４ｂから回転軸２の一端側に向かって軸方向に離間した位置に形成される。

このようなコンプレッサ回転体１によれば、高速回転時に最も大きな遠心力が作用する部分（外径が最大となる最大外径部４Ｂ）には締まり嵌め部１０は形成されない。このため、締まり嵌め部１０においては回転軸２とコンプレッサインペラ３との間に遠心力の作用による隙間は発生し難いため、回転軸２とコンプレッサインペラ３との中心位置をずれ難くすることが出来る。

図５は、本発明の一実施形態にかかる回転体を示した断面図である。
幾つかの実施形態では、図５に示すように、上述した締まり嵌め部１０は、ハブ部４の挿入孔４ｈに形成される、この挿入孔４ｈの他の部分よりも小径に形成される小径孔部４Ａからなる。

図６は、挿入孔の小径孔部（締まり嵌め部）の寸法関係を説明するための断面図である。
小径孔部４Ａの内径ｄ２は、挿入孔４ｈの他の部分の内径ｄ３よりも半径当たり段差Ｔの分だけ小さく形成されている（ｄ２＝ｄ３−２Ｔ）。また、回転軸の外径ｄ１は、挿入孔４ｈの内径ｄ３よりも小さく、且つ小径孔部４Ａの内径ｄ２よりは大きく形成されている（ｄ３＞ｄ１＞ｄ２）。この段差Ｔの大きさは、例えば数μｍ〜数十μｍ程度である。

図５に示す実施形態にかかる回転体１Ｂも、上述した実施形態のコンプレッサ回転体１Ａと同様に、例えばハブ部４の挿入孔４ｈが回転軸２に圧入されることで、締まり嵌め部１０において、回転軸２とコンプレッサインペラ３とが嵌合される。
図５中の符号Ｘ２は、圧入荷重を作用させながら挿入孔４ｈを回転軸２に挿入していく際の移動距離を示している。

このような実施形態の回転体１Ｂによれば、締まり嵌め部１０がハブ部４の挿入孔４ｈに形成される小径孔部４Ａからなる。このため、回転軸２とコンプレッサインペラ３とを例えば圧入等の機械的な方法を用いて組み立てる際において、締まり嵌め部１０が回転軸２の大径部２Ａから構成される場合よりも、圧入荷重が必要となる移動距離（コンプレッサインペラ３の小径孔部４Ａと回転軸２との摺動距離）を短くすることが出来る。このため、回転体１Ｂの組み立て性に優れるとともに、締まり嵌め部１０が摺動することによって回転軸２及びコンプレッサインペラ３に生じ得る傷などの発生リスクを低減することが出来る。

また幾つかの実施形態では、図１において説明したように、締まり嵌め部１０が、回転軸２に形成される、この回転軸２の他の部分よりも大径に形成される大径部２Ａからなる。
締まり嵌め部１０の締め代のオーダは、例えば１０μｍ以下程度と非常に小さいため、挿入孔４ｈの内周面４ｈｓに小径孔部４Ａを設けるよりも回転軸２の外周面２ｓに大径部２Ａを形成する方が加工及び検査が容易である。よって、図１に示した回転体１Ａによれば、締まり嵌め部１０がコンプレッサインペラ３の挿入孔４ｈに形成される図５に示した回転体１Ｂよりも、締まり嵌め部１０の加工精度を維持し易い。

図７は、本発明の一実施形態にかかる回転体を示した断面図である。
幾つかの実施形態では、図７に示したように、上述した締まり嵌め部１０は、ハブ部４の挿入孔４ｈに形成される、この挿入孔４ｈの他の部分よりも小径に形成される小径孔部４Ａと、回転軸２に形成される、この回転軸２の他の部分よりも大径に形成される大径部２Ａと、の２つからなる。

このような実施形態の回転体１Ｃによれば、上述した締まり嵌め部１０をハブ部４の挿入孔４ｈに形成される小径孔部４Ａから構成した効果と、締まり嵌め部１０を回転軸２に形成される大径部２Ａから構成した効果の両方を得ることが出来る。
この際、挿入孔４ｈに形成される小径孔部４Ａを先行して形成し、その後に回転軸２の大径部２Ａを形成し、大径部２Ａの外径で締まり嵌め部１０の締め代の調整を行うようにすることで、挿入孔４ｈに小径孔部４Ａを形成する際の課題である加工精度の問題を回避することが出来る。

図８は、締まり嵌め部の拡大断面図であって、（ａ）は締まり嵌め部を構成する大径部の拡大断面図、（ｂ）は締まり嵌め部を構成する小径孔部の拡大断面図である。
幾つかの実施形態では、図８（ａ）に示したように、図１に示した回転体１Ａにおいて、上述した大径部２Ａは、回転軸２の外周面２ｓに形成される押し込み痕２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのバリ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによって形成される。
また幾つかの実施形態では、図８（ｂ）に示したように、図５に示した回転体１Ｂにおいて、上述した小径孔部４Ａは、ハブ部４の挿入孔４ｈの内周面４ｓに形成される押し込み痕２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのバリ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによって形成される。

締まり嵌め部１０の締め代は、特に小さいもので数μｍ程度となる。材料表面にディンプル加工等の方法によって押し込み痕２０を形成すると、ミクロンオーダのかえり部（バリ２２）が発生する。よって、このような実施形態によれば、押し込み痕２０の形成に伴う極微小な形状変化を利用することで、締まり嵌め部１０における極微小な締め代を形成することが出来る。

幾つかの実施形態では、図１に示した回転体１Ａにおいて、上述した大径部２Ａは、回転軸２の他の部分よりも表面粗さが大きくなるように形成される。
また幾つかの実施形態では、図５に示した回転体１Ｂにおいて、上述した小径孔部４Ａは、挿入孔４ｈの他の部分よりも表面粗さが大きくなるように形成される。

このような実施形態によれば、締まり嵌め部１０の表面粗さを荒くして摩擦係数を高めることで、高速回転時における回転軸２とコンンプレッサインペラ３との軸方向のずれ及びこれに伴う回転軸２とコンプレッサインペラ３との中心位置のずれを抑制することが出来る。
この際、表面粗さ（中心線平均粗さ）を締まり嵌め部１０の段差Ｔと同じに形成することで、表面粗さによって締まり嵌め部１０の段差Ｔを形成することが出来るため、加工性に優れた回転体とすることが出来る。

幾つかの実施形態では、図１及び図５に示したように、上述した締まり嵌め部１０は、回転軸２とコンプレッサインペラ３とが嵌合された状態において、回転軸２の軸方向においてナット６と離間して形成される。

締まり嵌め部１０では、回転軸２とコンプレッサインペラ３との間に軸方向のずれを防止する摩擦力が発生している。一方、ナット６と締まり嵌め部１０との間には、ナット６の締付力に相当する軸力が作用している。ナット６と締まり嵌め部１０との間の距離が短すぎると、ナット６の首下部分に該当する部分の長さが短くなり、軸力によって変形する量が小さくなるため、ナット６の緩みが生じ易くなる。よって、図１及び図５に示した回転体１Ａ、１Ｂのように、締まり嵌め部１０をナット６から離間して形成することで、ナット６の首下部分の長さを確保し、ナット６の緩みを防止することが出来る。

幾つかの実施形態では、図１及び図５に示したように、上述した回転体１Ａ、１Ｂにおける締まり嵌め部１０は、回転軸２とコンプレッサインペラ３とが嵌合された状態において、回転軸２の軸方向においてハブ部４の軸方向中心位置を含む位置に形成される。

すなわち、図１及び図５に示したように、上述した回転体１Ａ、１Ｂにおける締まり嵌め部１０は、回転軸２とコンプレッサインペラ３とが嵌合された状態において、ハブ部４の軸方向長さＬの１／２Ｌの位置（図中のＸ−Ｘ位置）に存在するように形成される。

このような実施形態によれば、ナット６の首下部分の長さを適度に確保することが出来るとともに、高速回転時に最も大きな遠心力が作用する部分を避けて締まり嵌め部１０を形成することが出来る。このため、締まり嵌め部１０において、回転軸２とコンプレッサインペラ３との中心位置をずれ難くすることが出来るとともに、ナット６の首下部分の長さを確保し、ナット６の緩みを防止することが出来る。

幾つかの実施形態では、上述したように、ハブ部４の挿入孔４ｈが回転軸２に圧入されることで、締まり嵌め部１０においてコンプレッサインペラ３が回転軸２に嵌合される。

本発明の回転体１は、圧入の他に、コンプレッサインペラ３を加熱する焼き嵌め、回転軸２を冷却する冷し嵌め、等の方法によって組み立てられる。特に、上述した実施形態のように、圧入によって回転軸２とコンプレッサインペラ３とを嵌合することで、回転軸２やコンプレッサインペラ３を熱変形させずとも両者を嵌合させることが出来るため、焼き嵌め、冷やし嵌めで懸念される熱変形によるナット６の緩み等の問題は発生しないようになっている。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

例えば上述した実施形態では、回転体１が、回転軸２と、回転軸２の一端側に嵌合されるコンプレッサインペラ３と、回転軸２とコンプレッサインペラ３とを締結するナット６から構成され、高速で回転することで吸気を圧縮するように構成されたコンプレッサ回転体１であるものとして説明した。しかしながら、本発明の回転体１はこれに限定されず、例えば、回転軸と、回転軸の他端側に嵌合されるタービンインペラと、回転軸とタービンインペラとを締結するナットから構成され、排気エネルギーによって高速で回転するように構成されたタービン回転体であってもよいものである。

本発明の少なくとも一実施形態にかかる回転体は、ターボチャージャのコンプレッサ回転体やタービン回転体として好適に用いることが出来る。

１，１Ａ〜１Ｃ回転体（コンプレッサ回転体）
２回転軸
２Ａ大径部（締まり嵌め部１０）
２Ｂ雄ネジ部
２Ｃ段部
２ｓ外周面
３コンンプレッサインペラ
４ハブ部
４Ａ小径孔部（締まり嵌め部１０）
４Ｂ最大外径部
４ｈ挿入孔
４ｈｓ内周面
４ｓ周面
５ブレード部
６ナット
７ワッシャ
１０ベアリングハウジング
１２スラストベアリング
１４Ａスラストスリーブ
１４Ｂスラストリング
２０、２０Ａ〜２０Ｃ押し込み痕
２２、２２ａ〜２２ｃバリ

Claims

回転軸と、
前記回転軸の一端側に嵌合されるインペラと、
前記回転軸の一端側に螺着され、前記回転軸と前記インペラとを締結するナットと、からなる回転体であって、
前記インペラは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜する周面及び前記回転軸に挿入される挿入孔を有するハブ部と、該ハブ部の周面から径方向に突出して設けられるブレード部と、を備え、
前記回転軸及び前記ハブ部の挿入孔の少なくともいずれか一方には、前記ハブ部の挿入孔の内径よりも前記回転軸の外径の方が大径に形成される、前記回転軸に前記インペラを嵌合するための締まり嵌め部が形成されるとともに、
前記締まり嵌め部が、前記回転軸と前記インペラとが嵌合された状態において、前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成され、
前記締まり嵌め部は、前記ハブ部の挿入孔に形成される、該挿入孔の他の部分よりも小径に形成される小径孔部からなり、
前記小径孔部は、前記ハブ部の挿入孔の内周面に形成される押し込み痕のバリによって形成される回転体。
回転軸と、
前記回転軸の一端側に嵌合されるインペラと、
前記回転軸の一端側に螺着され、前記回転軸と前記インペラとを締結するナットと、からなる回転体であって、
前記インペラは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜する周面及び前記回転軸に挿入される挿入孔を有するハブ部と、該ハブ部の周面から径方向に突出して設けられるブレード部と、を備え、
前記回転軸及び前記ハブ部の挿入孔の少なくともいずれか一方には、前記ハブ部の挿入孔の内径よりも前記回転軸の外径の方が大径に形成される、前記回転軸に前記インペラを嵌合するための締まり嵌め部が形成されるとともに、
前記締まり嵌め部が、前記回転軸と前記インペラとが嵌合された状態において、前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成され、
前記締まり嵌め部は、前記回転軸に形成される、該回転軸の他の部分よりも大径に形成される大径部からなり、
前記大径部は、前記回転軸の外周面に形成される押し込み痕のバリによって形成される回転体。
回転軸と、
前記回転軸の一端側に嵌合されるインペラと、
前記回転軸の一端側に螺着され、前記回転軸と前記インペラとを締結するナットと、からなる回転体であって、
前記インペラは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜する周面及び前記回転軸に挿入される挿入孔を有するハブ部と、該ハブ部の周面から径方向に突出して設けられるブレード部と、を備え、
前記回転軸及び前記ハブ部の挿入孔の少なくともいずれか一方には、前記ハブ部の挿入孔の内径よりも前記回転軸の外径の方が大径に形成される、前記回転軸に前記インペラを嵌合するための締まり嵌め部が形成されるとともに、
前記締まり嵌め部が、前記回転軸と前記インペラとが嵌合された状態において、前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成され、
前記締まり嵌め部は、前記回転軸と前記インペラとが嵌合された状態において、前記回転軸の軸方向において前記ナットと離間して形成され、
前記締まり嵌め部は、前記回転軸と前記インペラとが嵌合された状態において、前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の軸方向中心位置を含む位置に形成される回転体。
回転軸と、
前記回転軸の一端側に嵌合されるインペラと、
前記回転軸の一端側に螺着され、前記回転軸と前記インペラとを締結するナットと、からなる回転体の製造方法であって、
前記インペラは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜する周面及び前記回転軸に挿入される挿入孔を有するハブ部と、該ハブ部の周面から径方向に突出して設けられるブレード部と、を備え、
前記回転軸及び前記ハブ部の挿入孔の少なくともいずれか一方には、前記ハブ部の挿入孔の内径よりも前記回転軸の外径の方が大径に形成される、前記回転軸に前記インペラを嵌合するための締まり嵌め部が形成されるとともに、
前記ハブ部の挿入孔に前記回転軸を挿入し、前記締まり嵌め部が前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成されるように、前記締まり嵌め部において前記回転軸と前記インペラとを嵌合する嵌合工程を備え、
前記締まり嵌め部は、前記ハブ部の挿入孔に形成される、該挿入孔の他の部分よりも小径に形成される小径孔部からなり、
前記小径孔部は、前記ハブ部の挿入孔の内周面に形成される押し込み痕のバリによって形成される回転体の製造方法。
回転軸と、
前記回転軸の一端側に嵌合されるインペラと、
前記回転軸の一端側に螺着され、前記回転軸と前記インペラとを締結するナットと、からなる回転体の製造方法であって、
前記インペラは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜する周面及び前記回転軸に挿入される挿入孔を有するハブ部と、該ハブ部の周面から径方向に突出して設けられるブレード部と、を備え、
前記回転軸及び前記ハブ部の挿入孔の少なくともいずれか一方には、前記ハブ部の挿入孔の内径よりも前記回転軸の外径の方が大径に形成される、前記回転軸に前記インペラを嵌合するための締まり嵌め部が形成されるとともに、
前記ハブ部の挿入孔に前記回転軸を挿入し、前記締まり嵌め部が前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成されるように、前記締まり嵌め部において前記回転軸と前記インペラとを嵌合する嵌合工程を備え、
前記締まり嵌め部は、前記回転軸に形成される、該回転軸の他の部分よりも大径に形成される大径部からなり、
前記大径部は、前記回転軸の外周面に形成される押し込み痕のバリによって形成される回転体の製造方法。
回転軸と、
前記回転軸の一端側に嵌合されるインペラと、
前記回転軸の一端側に螺着され、前記回転軸と前記インペラとを締結するナットと、からなる回転体の製造方法であって、
前記インペラは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜する周面及び前記回転軸に挿入される挿入孔を有するハブ部と、該ハブ部の周面から径方向に突出して設けられるブレード部と、を備え、
前記回転軸及び前記ハブ部の挿入孔の少なくともいずれか一方には、前記ハブ部の挿入孔の内径よりも前記回転軸の外径の方が大径に形成される、前記回転軸に前記インペラを嵌合するための締まり嵌め部が形成されるとともに、
前記ハブ部の挿入孔に前記回転軸を挿入し、前記締まり嵌め部が前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の外径が最大となる最大外径部を含まない位置に形成されるように、前記締まり嵌め部において前記回転軸と前記インペラとを嵌合する嵌合工程を備え、
前記嵌合工程の後に、前記回転軸の一端側から前記ナットを締め付けることで前記回転軸と前記インペラとを締結する締結工程をさらに備え、
前記締まり嵌め部は、前記回転軸と前記インペラとが嵌合された状態において、前記回転軸の軸方向において前記ナットと離間して形成され、
前記締まり嵌め部は、前記回転軸と前記インペラとが嵌合された状態において、前記回転軸の軸方向において前記ハブ部の軸方向中心位置を含む位置に形成される回転体の製造方法。
前記嵌合工程の後に、前記回転軸の一端側から前記ナットを締め付けることで前記回転軸と前記インペラとを締結する締結工程をさらに備える請求項４又は５に記載の回転体の製造方法。
前記嵌合工程は、前記ハブ部の挿入孔を前記回転軸に圧入することで、前記締まり嵌め部において前記回転軸と前記インペラとを嵌合する圧入嵌合工程からなる請求項６又は７に記載の回転体の製造方法。