JP6395636B2 - タービンハウジングの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ過給機等のタービンハウジングの製造方法に関する。

ターボ過給機のタービンハウジングとして、鋳造製のものが一般的に使用されている。しかし、鋳造時の湯流れを考慮する必要があることから、肉厚を一定以下とすることができないため、軽量化や、熱容量の点において限界がある。

そのため、近年、鋼板のプレス成形品を用いてタービンハウジングを製作することが提案され、例えば、図６に示すようなタービンハウジング１０１が知られている。

このタービンハウジング１０１は、ケース１０２とスクロール１０３と入口部材とディフューザー１０５を有し、ケース１０２は、プレス成形で形成された第１外殻部材１０２ａと第２外殻部材１０２ｂの２枚の部材で構成され、スクロール１０３は、プレス成形で形成された第１内殻部材１０３ａと第２内殻部材１０３ｂと仕切部材１０３ｃの３枚の部材で構成されている。仕切部材１０３ｃは、第１内殻部材１０３ａと第２内殻部材１０３ｂにより挟持され、その挟持部において、第１内殻部材１０３ａ、第２内殻部材１０３ｂ、仕切部材１０３ｃは、溶接等により接合されている。

また、第２内殻部材１０３ｂをディフューザー１０５に嵌合させた後に溶接により接合するために、組付け上、第２内殻部材１０３ｂとディフューザー１０５の間に隙間を設ける必要がある。この隙間を設けたことによる溶接不良を減らすために、ディフューザー１０５の内側端部を外側方向に曲折させて接合部１０５ａを形成し、この接合部１０５ａに第２内殻部材１０３ｂの内周部を重ね合わせるとともに、この重ね合わせ部１０６を大きくし、溶接しろを大きくすることで溶接不良が起きないようにしていた。

上記タービンハウジング１０１は、内殻部材１０３ａ，１０３ｂ、仕切部材１０３ｃで形成されるスクロール１０３の断面積Ａを、このスクロール１０３の断面積重心からディフューザー１０５の中心軸Ｘまでの距離Ｒで割った、Ａ／Ｒの値を小さくすることが、タービンハウジングの性能を向上させるために必要となる。

しかし、溶接不良を防ぐ点から、重ね合わせ部１０６を一定の長さ以上確保する必要があるために、上記Ｒを一定以上短くすることが困難であり、Ａ／Ｒを下げるためには、スクロール１０３を大きくする必要があり、タービンハウジングの性能向上と小型化の両立が困難であった。

そこで、本発明は、上記問題点を解決したタービンハウジングの製造方法を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、本発明は、複数の板金部材を接合して形成されるスクロールを有するタービンハウジングの製造方法において、
ディフューザーの外周部に、ディフューザーの軸芯と直交する方向の外側方向に突出する段部を形成し、該段部におけるディフューザーの軸芯方向の内側で、かつ、前記段部よりディフューザーの軸芯と直交する方向の外側方向に突出する流路形成部を形成し、
この流路形成部に前記スクロールを構成する一つの板金部材の端部を嵌合し、
レーザー溶接により前記段部の外側角部を溶融した溶金で、前記段部と前記板金部材の相互を接合して、前記ディフューザーとスクロールとを接合することを特徴とするものである。

また、前記段部の前記ディフューザーの軸芯方向における外側角部を、内側から外側に向かうほど、徐々にその厚みが薄くなるように形成してもよい。

本発明によれば、ディフューザーの外周部に段部を形成し、段部の外側にスクロールを構成する一つの板金部材の端部を嵌合し、レーザー溶接により段部を溶融して、ディフューザーとスクロールとを接合したことにより、接合部分の長さを、上記従来技術のものよりも短くすることができるために、スクロールの断面積Ａを同じとした場合に、上記従来技術のものよりもＡ／Ｒを小さくすることができ、タービンハウジングの性能向上と小型化の両立を図ることができる。

本発明の実施例に用いるタービンハウジングの正面図。 図１の左側面図。 図１の縦断面図。 本発明の実施例に用いるディフューザーと第２内殻部材との接合方法を説明するための要部拡大図。 図４の状態から溶接した状態を示す要部拡大図。 従来技術のタービンハウジングの縦断面図。

本発明を実施するための形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

図１は本実施例のタービンハウジング１の正面図、図２は図１の左側面図である。

タービンハウジング１は、車両用ターボ過給機に用いられるタービンハウジングであり、図示しないエンジンから流入した流体である排気ガスが、入口１１からタービンハウジング１内に導入され、タービンハウジング１内を通り、出口１２から排出されるとともに、この排気ガスの流れにより、タービンハウジング１の中心部に設けられたタービンホイール（図示せず）が回転駆動されるようになっている。また、このタービンホイールの回転によりコンプレッサホイール（図示せず）が回転駆動され、エンジンへ空気が過給されるようになっている。

タービンハウジング１は、ケース２とスクロール３と入口部材４とディフューザー５を有している。

ケース２は、板金部材である第１外殻部材２ａと第２外殻部材２ｂの２枚の部材で構成されている。第１外殻部材２ａと第２外殻部材２ｂは、金属製の板材を、プレス成形することにより作製される。用いられる板材としては、耐食性、耐熱性に優れたものが好ましい。

第１外殻部材２ａと第２外殻部材２ｂは、夫々外側方向に膨出し、内側にスクロール３が配設できるようになっている。第１外殻部材２ａと第２外殻部材２ｂは、外周部において、入口１１以外の全周に亘って溶接等により接合されている。

ケース２内には、スクロール３が配設され、ケース２とスクロール３間には空間１０が形成されている。

スクロール３は、板金部材である第１内殻部材３ａと第２内殻部材３ｂと仕切部材３ｃの３枚の部材で構成されている。第１内殻部材３ａと第２内殻部材３ｂと仕切部材３ｃは、金属製の板材を、プレス成形することにより作製される。用いられる板材としては、耐食性、耐熱性に優れたものが好ましい。

仕切部材３ｃは、入口１１以外の外周部において周方向全体に亘って、第１内殻部材３ａと第２内殻部材３ｂにより挟持されている。その挟持部において、両内殻部材３ａ，３ｂと仕切部材３ｃは、溶接等により接合されている。

第１内殻部材３ａと第２内殻部材３ｂと仕切部材３ｃの夫々の外周３ｄと、ケース２は、接合されず、空間１０が介在している。

第１内殻部材３ａの内周面と仕切部材３ｃの一方の面により第１流路１３が形成され、第２内殻部材３ｂの内周面と仕切部材３ｃの他方の面により第２流路１４が形成されている。２つの流路１３，１４は、「の」字状に形成され、周方向の一部が開口して入口１１と連通し、また、内周部が開口して出口１２と連通している。

入口１１から流路１３，１４内に流入した流体は周方向に旋回した後に、内周側の開口から出口１２に排出されるようになっている。また、２つの流路１３，１４は、図示しないタービンホイール近傍で合流するようになっている。

スクロール３の周方向の開口部には、フランジ状に形成された入口部材４が固設されている。この入口部材４には２つの開口部４ａが上下に形成され、この開口部４ａが入口１１を構成している。

ケース２とスクロール３の中心部には、ディフューザー５が挿通されている。このディフューザー５には、図４に示すように、その内側端部の外周部に本体部２０から外側方向に突出する段部２１が形成されている。これにより、段部２１部分の厚みは、本体部２０の板厚よりも大きくなっている。段部２１部分と本体部２０との厚みの差は、第２内殻部材３ｂの板厚よりも大きくなるように設定されている。

段部２１のディフューザー５の軸芯方向（Ｘ−Ｘ方向）における外側角部２１ａは、内側から外側に向かうほど、徐々にその厚みが薄くなるように形成されている。

ディフューザー５の段部２１よりも内側には流路形成部２３が形成されている。流路形成部２３は、段部２１よりも外側方向に突出するように形成されている。ディフューザー５の段部２１の外周部には、スクロール３を構成する一つの板金部材である第２内殻部材３ｂの端部が溶接Ｗにより接合されている。

このように、タービンハウジング１は、内部に２つの流路１３，１４が形成されたツインスクロール型のタービンハウジングを構成している。なお、仕切部材３ｃを設けず、１つの流路からなるシングルスクロール型のタービンハウジングとしてもよい。

次に、ディフューザー５と第２内殻部材３ｂの接合方法について説明する。

先ず、図４に示すように、段部２１の外周に、第２内殻部材３ｂを嵌合させ、流路形成部２３の外側面に第２内殻部材３ｂの内側面を当接させる。この流路形成部２３の外周面は、位置決めの役割を果たすようになっている。この際、段部２１と第２内殻部材３ｂとの間には隙間２４が形成されている。

次に、レーザー溶接により段部２１を溶融させて、図５に示すように、隙間２４を埋めるとともに、ディフューザー５と第２内殻部材３ｂを接合する。

段部２１のディフューザー５の軸芯方向（Ｘ−Ｘ方向）における外側角部２１ａを、内側から外側に向かうほど、徐々にその厚みが薄くなるように形成したことにより、図５に示すように、溶接部の溶接後の形状を滑らかにすることができる。また、段部の大きさや、その外側角部２１ａの形状を変えることにより、ビード（溶金）量を容易に調整することができる。

本発明は、段部２１を溶融させて、ディフューザー５と第２内殻部材３ｂを接合することにより、溶接に必要な接合部分で、かつ、ディフューザー５の軸芯方向（Ｘ−Ｘ方向）と直交する長さを、上記従来技術の重ね合わせ部１０６の約半分にすることができるため、スクロールの断面積Ａを同じとした場合に、上記従来技術よりもＡ／Ｒを下げることができ、タービンハウジングの小型化、軽量化とともに、その性能を向上させることができる。

なお、タービンハウジングの形状及び構造は、ディフューザー５の段部２１の外周部に、スクロール３を構成する一つの板金部材の端部が溶接により接合されたものであれば、任意の形状及び構造とすることができる。

１ タービンハウジング
３ スクロール
３ａ，３ｂ，３ｃ 板金部材
５ ディフューザー
２１ 段部
２１ａ 外側角部

Claims (2)

1. 複数の板金部材を接合して形成されるスクロールを有するタービンハウジングの製造方法において、
   ディフューザーの外周部に、ディフューザーの軸芯と直交する方向の外側方向に突出する段部を形成し、該段部におけるディフューザーの軸芯方向の内側で、かつ、前記段部よりディフューザーの軸芯と直交する方向の外側方向に突出する流路形成部を形成し、
   この流路形成部に前記スクロールを構成する一つの板金部材の端部を嵌合し、
   レーザー溶接により前記段部の外側角部を溶融した溶金で、前記段部と前記板金部材の相互を接合して、前記ディフューザーとスクロールとを接合することを特徴とするタービンハウジングの製造方法。
2. 前記段部の前記ディフューザーの軸芯方向における外側角部を、内側から外側に向かうほど、徐々にその厚みが薄くなるように形成したことを特徴とする請求項１記載のタービンハウジングの製造方法。