JP6849056B2 - 回転体、および、過給機 - Google Patents

Description

本開示は、シャフトとインペラを備える回転体、および、過給機に関する。本願は２０１７年３月２２日に日本に出願された特願２０１７−０５６１１６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、シャフトがベアリングハウジングに軸支された過給機が知られている。シャフトの一端には、タービンインペラが設けられる。シャフトの他端には、コンプレッサインペラが設けられる。過給機はエンジンに接続される。エンジンから排出される排気ガスによって、タービンインペラが回転する。タービンインペラの回転によって、シャフトを介してコンプレッサインペラが回転する。過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い、空気を圧縮してエンジンに送出する。

特許文献１には、インペラとシャフトの接合構造が記載されている。セラミック軸は、インペラと一体成型される。セラミック軸の挿入部が、金属軸の筒状部に挿入される。電磁コイルは、筒状部の外周に配置され。電磁コイルに大電流が流れると、筒状部に磁束と渦電流が流れる。電磁力によって筒状部が挿入部に密着するように縮径される。こうして、セラミック軸と金属軸が接合される。

特許第２５６９７０８号公報

上記の特許文献１に記載の構成では、接合時の筒状部の変形に伴い、セラミック軸やインペラと、金属軸とで径方向の位置がずれてしまう。

本開示の目的は、シャフトとインペラとの径方向の位置決め精度を向上することが可能な回転体、および、過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る回転体は、インペラおよびシャフトの一方に設けられた突出部と、インペラおよびシャフトの他方に設けられ、周方向に延在して突出部の外周面に接合される接合部、および、接合部よりも突出部の先端側に位置して突出部が進入され嵌め合わされる進入部を有する挿入穴と、挿入穴の内面に接合部と連続して形成され、接合部から離隔するほど、シャフトの径方向外側に拡径して、突出部の外周面から離隔する拡径部と、を備え、拡径部と突出部との間には、空隙が形成される。

接合部と進入部とは内径が異なってもよい。

挿入穴の外壁のうち、接合部および拡径部が内面に形成された部位は、シャフトの径方向の厚みよりも、シャフトの軸方向に長く延在してもよい。

挿入穴内に設けられ、シャフトの径方向に延在する突き当て部と、突出部に形成され、突き当て部にシャフトの軸方向に接触する接触部と、を備えてもよい。

突き当て部は、接合部と進入部との間に設けられてもよい。

突出部のうち進入部の径方向内側に位置する部位の外径は、接合部の径方向内側に位置する部位のうち、最も小径である部位の外径よりも大きくてもよい。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る過給機は、上記回転体を備える。

本開示によれば、シャフトとインペラとの径方向の位置決め精度を向上することが可能となる。

過給機の概略断面図である。 タービン軸（回転体）を説明するための説明図である。 図３（ａ）は、図２の破線部分の抽出図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の二点鎖線部分の抽出図である。 図４（ａ）は、シャフトとタービンインペラの接合前の図である。図４（ｂ）は、シャフトとタービンインペラの接合後の図である。図４（ｃ）は、シャフトとタービンインペラとの接合面の部分拡大図である。 図５（ａ）は、第１変形例における図３（ａ）に対応する部分の抽出図である。図５（ｂ）は、第１変形例における図５（ａ）の二点鎖線部分の抽出図である。 図６（ａ）は、第２変形例における図３（ａ）に対応する部分の抽出図である。図６（ｂ）は、第２変形例における図６（ａ）の二点鎖線部分の抽出図である。 図７（ａ）は、第３変形例における図３（ａ）に対応する部分の抽出図である。図７（ｂ）は、第３変形例における図７（ａ）の二点鎖線部分の抽出図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側として説明する。図１に示す矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備える。過給機本体１は、ベアリングハウジング２を備える。ベアリングハウジング２の左側には、締結ボルト３によってタービンハウジング４が連結される。ベアリングハウジング２の右側には、締結ボルト５によってコンプレッサハウジング６が連結される。

ベアリングハウジング２には、軸受孔２ａが形成されている。軸受孔２ａは、過給機Ｃの左右方向に貫通する。軸受孔２ａに軸受７が設けられる。図１では、軸受７の一例としてフルフローティング軸受を示す。ただし、軸受７は、セミフローティング軸受や転がり軸受など、他のラジアル軸受であってもよい。軸受７によって、シャフト８が軸支されている。シャフト８の左端部にはタービンインペラ９（インペラ）が設けられる。タービンインペラ９がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。シャフト８の右端部にはコンプレッサインペラ１０が設けられる。コンプレッサインペラ１０がコンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６には、吸気口１１が形成されている。吸気口１１は、過給機Ｃの右側に開口する。吸気口１１は、不図示のエアクリーナに接続される。また、上記のように、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６が連結された状態では、ディフューザ流路１２が形成される。ディフューザ流路１２は、ベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６の対向面によって形成される。ディフューザ流路１２は、空気を昇圧する。ディフューザ流路１２は、シャフト８の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路１２は、径方向内側において、コンプレッサインペラ１０を介して吸気口１１に連通している。

また、コンプレッサハウジング６には、コンプレッサスクロール流路１３が設けられている。コンプレッサスクロール流路１３は、環状である。コンプレッサスクロール流路１３は、ディフューザ流路１２よりもシャフト８の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路１３は、不図示のエンジンの吸気口と連通する。コンプレッサスクロール流路１３は、ディフューザ流路１２にも連通している。コンプレッサインペラ１０が回転すると、吸気口１１からコンプレッサハウジング６内に空気が吸気される。当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ１０の翼間を流通する。その過程において、空気は遠心力の作用により加圧加速される。加圧加速された空気は、ディフューザ流路１２およびコンプレッサスクロール流路１３で昇圧される。昇圧された空気は、エンジンの吸気口に導かれる。

タービンハウジング４には、吐出口１４が形成されている。吐出口１４は、過給機Ｃの左側に開口する。吐出口１４は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。また、タービンハウジング４には、流路１５と、タービンスクロール流路１６とが設けられている。タービンスクロール流路１６は環状である。タービンスクロール流路１６は、流路１５よりもタービンインペラ９の径方向外側に位置する。タービンスクロール流路１６は、不図示のガス流入口と連通する。ガス流入口は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれる。ガス流入口は、上記の流路１５にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１６に導かれた排気ガスは、流路１５およびタービンインペラ９の翼間（後述する複数の羽根２２の間）を介して吐出口１４に導かれる。吐出口１４に導かれた排気ガスは、その流通過程においてタービンインペラ９を回転させる。

そして、上記のタービンインペラ９の回転力は、シャフト８を介してコンプレッサインペラ１０に伝達される。上記のとおりに、空気は、コンプレッサインペラ１０の回転力によって昇圧されて、エンジンの吸気口に導かれる。

図２は、タービン軸２０（回転体）を説明するための説明図である。図２に示すように、タービン軸２０は、シャフト８と、タービンインペラ９で構成される。タービンインペラ９は、例えばラジアル式である。タービンインペラ９の本体部２１（ハブ部）は、シャフト８の軸方向（すなわち、タービン軸２０の回転軸方向、以下、単に軸方向と称す）に、図２中、左側から右側に向かって拡径する形状となっている。

本体部２１は、回転軸方向の一方側に外周面２１ａを臨ませる。本体部２１は、回転軸方向の他方側に背面２１ｂを臨ませている。外周面２１ａおよび背面２１ｂは、回転軸方向に見たときの外形が、例えば円形である。本体部２１の外周面２１ａの外径は、回転軸方向の他方側に向かって、徐々に大きくなっている。外周面２１ａには、複数の羽根２２が設けられている。複数の羽根２２は、外周面２１ａの周方向に離隔する。複数の羽根２２は、外周面２１ａから径方向に突出している。

シャフト８のうち、タービンインペラ９側（軸方向の一端８ａ側）には、スリンガ８ｂが形成される。スリンガ８ｂは、シャフト８の外周面８ｃから径方向外側に突出する。スリンガ８ｂは、軸受７を潤滑した潤滑油を遠心力によって径方向外側に飛散させる。

シャフト８のうち、スリンガ８ｂよりも一端８ａ側には、シール溝８ｄが形成される。シール溝８ｄには、シールリングＳ（図１参照）が収容される。シールリングＳによって、軸受７側からタービンインペラ９側への潤滑油の流入が抑止される。

本体部２１の背面２１ｂの中心には、突出部２３が形成されている。突出部２３は、背面２１ｂから軸方向に突出する。シャフト８の一端８ａには、挿入穴３０が形成される。挿入穴３０は、一端８ａから軸方向に他端８ｅ側に窪んでいる。突出部２３は、挿入穴３０に挿入されている。

図３（ａ）は、図２の破線部分の抽出図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の二点鎖線部分の抽出図である。図３（ａ）に示すように、突出部２３には、大径部２４、小径部２５、および、接触部２６が設けられる。大径部２４は、突出部２３のうち、基端側（背面２１ｂ側）に位置する。大径部２４は、軸方向および周方向に延在する。小径部２５は、突出部２３のうち、大径部２４より先端２３ａ側（背面２１ｂから離隔する側）に位置する。小径部２５は、軸方向および周方向に延在する。大径部２４の外径は、小径部２５の外径より大きい。

接触部２６は、大径部２４と小径部２５に連続する面である。接触部２６は、軸方向に垂直に延在する。突出部２３（小径部２５）の先端２３ａは、軸方向に垂直に延在する面となっている。先端２３ａの外周縁には、テーパ面２３ｂが形成される。

挿入穴３０には、大内径部３１、小内径部３２（進入部）、および、突き当て部３３が設けられる。大内径部３１は、挿入穴３０のうち、突出部２３の基端側（シャフト８の一端８ａ側）に設けられる。小内径部３２は、大内径部３１より突出部２３の先端２３ａ側（挿入穴３０の底面３０ａ側、シャフト８の他端８ｅ側）に設けられる。小内径部３２は、軸方向および周方向に延在する。大内径部３１の内径は、小内径部３２の内径よりも大きい。

突き当て部３３は、大内径部３１と小内径部３２に連続する面である。突き当て部３３は、軸方向に垂直に延在する。挿入穴３０の底面３０ａは、軸方向に垂直に延在する。底面３０ａの外周には、曲面３０ｂが形成される。曲面３０ｂの曲率中心は、曲面３０ｂに対して挿入穴３０（突出部２３の先端２３ａ、シャフト８の中心）側に位置する。

突出部２３の小径部２５は、挿入穴３０の小内径部３２に進入し、しまり嵌め、中間嵌め、または隙間嵌めのいずれかの関係で嵌め合っている。例えば、小径部２５と小内径部３２との嵌め合い関係が、しまり嵌め、または、中間嵌めの場合、小径部２５が小内径部３２に圧入されてもよい。タービンインペラ９とシャフト８は、小径部２５および小内径部３２によって、シャフト８の径方向の位置決めがなされる。

突出部２３の接触部２６は、挿入穴３０の突き当て部３３に軸方向から当接する。そのため、タービンインペラ９とシャフト８は、接触部２６および突き当て部３３によって、シャフト８の軸方向の位置決めがなされる。

図３（ｂ）に示すように、大内径部３１の内周面３１ａ（挿入穴３０の内面）には、接合部３４および拡径部３５が設けられる。接合部３４は、大内径部３１のうち、シャフト８の一端８ａ側に設けられる。接合部３４は、軸方向および周方向に延在する。大内径部３１のうち、シャフト８の一端８ａ側の端部には、挿入穴３０へ突出部２３の挿入がしやすいように、切り欠き（不図示）が形成されている。切り欠きを設けず、大内径部３１のうち、シャフト８の一端８ａ側の端部まで接合部３４を延在させてもよい。

接合部３４は、小内径部３２より内径が大きい。接合部３４は、突出部２３の大径部２４の外周面２４ａに接合される。上記の突き当て部３３は、接合部３４と小内径部３２との間に設けられる。

拡径部３５は、大内径部３１のうち、突き当て部３３側（シャフト８の他端８ｅ側）に設けられる。拡径部３５は、接合部３４のうち、突き当て部３３側の端部３４ａに連続する。拡径部３５は、接合部３４から離隔するほどシャフト８の径方向外側に拡径する。拡径部３５の内径は、突き当て部３３に向かうほど大きくなる。拡径部３５は、接合部３４から離隔するほど大径部２４の外周面２４ａから離隔する。拡径部３５のうち、突き当て部３３側の端部は、曲面３５ａとなっている。曲面３５ａは、突き当て部３３に連続する。曲面３５ａの曲率中心は、曲面３５ａに対して挿入穴３０（大径部２４、シャフト８の中心）側に位置する。

挿入穴３０の外壁３０ｃのうち、大内径部３１の外壁３０ｄ（すなわち、接合部３４および拡径部３５が内周面３１ａに形成された部位）のシャフト８の径方向の厚みを厚みＬａとする。大内径部３１の外壁３０ｄのうち、シャフト８の軸方向の長さを長さＬｂとする。外壁３０ｄの長さＬｂは、厚みＬａより長い。

図４（ａ）は、シャフト８とタービンインペラ９の接合前の図である。図４（ｂ）は、シャフト８とタービンインペラ９の接合後の図である。図４（ｃ）は、シャフト８とタービンインペラ９との接合面の部分拡大図である。図４（ｃ）では、シャフト８とコンプレッサインペラ１０との接合面を簡略化して示す。図４（ａ）に示すように、接合前、大内径部３１と、大径部２４の外周面２４ａとの間には、所定のクリアランス（隙間）が設けられている。タービン軸２０の製造工程では、タービンインペラ９の突出部２３が、シャフト８の挿入穴３０に挿入される。突出部２３の小径部２５は、挿入穴３０の小内径部３２に嵌め合わされる。突出部２３の接触部２６は、挿入穴３０の突き当て部３３に接触する。こうして、シャフト８とタービンインペラ９の径方向および軸方向の位置決めがなされる。ここで、大内径部３１と大径部２４の外周面２４ａとの間に設けられるクリアランスは、隙間嵌め、または、中間嵌めのときに小径部２５と小内径部３２との間に設けられる隙間よりも大きく設定されてもよい。

そして、挿入穴３０の外壁３０ｄが不図示のコイルに挿入される。コイルに大電流が流れると、電磁誘導により外壁３０ｄに磁束と渦電流が流れる。コイルと外壁３０ｄの間で電磁力が反発し合い、外壁３０ｄに径方向内側に向う電磁力（図４（ａ）中、白抜きの矢印で示す）が作用する。外壁３０ｄは、シャフト８の一端８ａ側（突出部２３の基端側）から、図４（ａ）中、右側（突き当て部３３側）に向って順次、高速で縮径される。接合部３４が、高速で大径部２４の外周面２４ａに衝突する。

その結果、図４（ｂ）に示すように、接合部３４が、大径部２４の外周面２４ａに溶着（接合）される。このように、タービンインペラ９とシャフト８は、電磁成形によって溶着されると、金属同士が高速で衝突する。そのため、接合面において流体のような挙動（粘塑性viscoplasticityの挙動）が起こる。この結果、図４（ｃ）に示すように、接合部３４と大径部２４の外周面２４ａとが原子レベルで接合する。例えば、接合面は波打ち形状となる。ここでは、一例として、電磁成形によって、接合部３４が大径部２４の外周面２４ａに溶着される場合について説明した。ただし、爆着など、他の接合処理によって、接合部３４と大径部２４の外周面２４ａとが接合されてもよい。

例えば、接合部が、シャフト８の軸方向に垂直な面に溶接される場合、冷却時の熱収縮により軸方向の位置ずれが生じる。上記のように、接合部３４は、径方向外側から大径部２４の外周面２４ａに接合される（例えば、接合部３４が軸方向に延在する）。この場合、仮に熱収縮があったとしても、軸方向の位置ずれが生じ難いため、寸法精度が向上する。また、接合部３４を、例えば、軸方向に延伸させることで、外径を拡大することなく接合面積の拡大が可能となる。

また、小内径部３２によってタービンインペラ９とシャフト８の径方向の位置決めがされる。そのため、電磁成形などの接合処理を行っても、タービンインペラ９とシャフト８の径方向の位置ずれが生じ難い。

図５（ａ）は、第１変形例における図３（ａ）に対応する部分の抽出図である。図５（ｂ）は、第１変形例における図５（ａ）の二点鎖線部分の抽出図である。図５（ａ）に示すように、第１変形例では、突出部１２３は、シャフト８の一端８ａに設けられる。また、タービンインペラ９の背面２１ｂには、隆起部２１ｃが形成される。隆起部２１ｃは、シャフト８側に隆起する。挿入穴１３０は、タービンインペラ９の隆起部２１ｃに設けられる。ここでは、タービンインペラ９の背面２１ｂに隆起部２１ｃが形成される場合について説明した。ただし、タービンインペラ９の背面２１ｂの形状は、これに限られない。例えば、隆起部２１ｃが形成されず、タービンインペラ９の背面２１ｂに挿入穴１３０が形成されてもよい。

上述した実施形態と同様、突出部１２３には、大径部２４、小径部２５、および、接触部２６が設けられる。挿入穴１３０には、大内径部３１、小内径部３２（進入部）、および、突き当て部３３が設けられる。突出部１２３は、挿入穴１３０（小内径部３２）に進入する。図５（ｂ）に示すように、大内径部３１の内周面３１ａ（挿入穴１３０の内面）には、接合部３４および拡径部３５が設けられる。例えば、電磁成形によって、接合部３４が大径部２４の外周面２４ａに溶着される。第１変形例は、上述した実施形態と、突出部１２３および挿入穴１３０の配置が異なる以外、実質的に同等の構成である。ここでは、重複説明を避けるため詳細な説明は省略する。

第１変形例においても、上述した実施形態と同様、タービンインペラ９とシャフト８との軸方向の位置ずれが生じ難く、寸法精度が向上する。接合部３４を、例えば、軸方向に延伸させることで、外径を拡大することなく接合面積の拡大が可能となる。小内径部３２によってタービンインペラ９とシャフト８の径方向の位置決めがなされる。そのため、電磁成形などの接合処理を行っても、タービンインペラ９とシャフト８の径方向の位置ずれが生じ難い。

図６（ａ）は、第２変形例における図３（ａ）に対応する部分の抽出図である。図６（ｂ）は、第２変形例における図６（ａ）の二点鎖線部分の抽出図である。第２変形例では、上述した実施形態と同様、図６（ａ）に示すように、タービンインペラ９の背面２１ｂの中心には、突出部２２３が形成されている。シャフト８の一端８ａには、挿入穴２３０が形成される。

突出部２２３には、大径部２２４、小径部２２５、および、接触部２２６が設けられる。大径部２２４は、突出部２２３のうち、先端２２３ａ側（背面２１ｂ側から離隔する側）に位置する。大径部２２４は、軸方向および周方向に延在する。小径部２２５は、突出部２２３のうち、大径部２２４より基端側（背面２１ｂ側）に位置する。小径部２２５は、軸方向および周方向に延在する。大径部２２４の外径は、小径部２２５の外径より大きい。

接触部２２６は、突出部２２３の先端２２３ａに位置する先端面である。接触部２２６は、軸方向に垂直に延在する。先端２２３ａの外周には、テーパ面２２３ｂが形成される（図６（ｂ）参照）。挿入穴２３０には、大内径部２３１（進入部）、小内径部２３２、および、突き当て部２３３が設けられる。突出部２２３は、挿入穴２３０（大内径部２３１）に進入する。大内径部２３１は、挿入穴２３０のうち、突出部２２３の先端２２３ａ側（挿入穴２３０の底面２３０ａ側、シャフト８の他端８ｅ側）に設けられる。小内径部２３２は、大内径部２３１より突出部２２３の基端側（シャフト８の一端８ａ側）に設けられる。小内径部２３２は、軸方向および周方向に延在する。大内径部２３１の内径は、小内径部２３２の内径よりも大きい。

小内径部２３２のうち、タービンインペラ９の背面２１ｂ側には、曲面２３６が形成される。曲面２３６は、タービンインペラ９の背面２１ｂ側に向って、背面２１ｂに沿って径方向外側に拡径している。

挿入穴２３０の外壁２３０ｃのうち、小内径部２３２の外壁２３０ｄは、径方向内側に窪んでいる。挿入穴２３０の外壁２３０ｃのうち、曲面２３６の外壁２３０ｅは、背面２１ｂ側に向って径方向外側に拡径している。例えば、外壁２３０ｅは、曲面２３６に対応した曲面形状であってもよい。

突き当て部２３３は、挿入穴２３０の底面２３０ａである。突き当て部２３３は、軸方向に垂直に延在する。底面２３０ａの外周には、曲面２３０ｂが形成される（図６（ｂ）参照）。曲面２３０ｂの曲率中心は、曲面２３０ｂに対して挿入穴２３０（突出部２２３の先端２２３ａ、シャフト８の中心）側に位置する。

突出部２２３の大径部２２４は、挿入穴２３０の大内径部２３１に、例えば、圧入または隙間嵌めされる。タービンインペラ９とシャフト８は、大径部２２４および大内径部２３１によって、シャフト８の径方向に対して位置決めされる。

突出部２２３の接触部２２６は、挿入穴２３０の突き当て部２３３に軸方向から当接する。そのため、タービンインペラ９とシャフト８は、接触部２２６および突き当て部２３３によって、シャフト８の軸方向に対して位置決めされる。

図６（ｂ）に示すように、小内径部２３２の内周面２３２ａおよび曲面２３６（挿入穴２３０の内面）には、接合部２３４が設けられる。接合部２３４は、曲面２３６と、小内径部２３２の内周面２３２ａの一部に亘って設けられる。

接合部２３４は、周方向に延在する。接合部２３４の少なくとも一部は、軸方向に延在する。接合部２３４は、大内径部２３１より内径が小さい。接合部２３４は、突出部２２３の小径部２２５および背面２１ｂの一部に接合される。

拡径部２３５は、小内径部２３２のうち、突き当て部２３３側（シャフト８の他端８ｅ側）に設けられる。拡径部２３５は、接合部２３４のうち、突き当て部２３３側の端部２３４ａに連続する。拡径部２３５は、接合部２３４から離隔するほどシャフト８の径方向外側に拡径する。拡径部２３５の内径は、突き当て部２３３に向うほど大きくなる。拡径部２３５は、接合部２３４から離隔するほど小径部２２５の外周面２２５ａから離隔する。

挿入穴２３０の外壁２３０ｄ、２３０ｅ（接合部２３４および拡径部２３５が内周面に形成された部位）のうち、任意の位置のシャフト８の径方向の厚みを厚みＬａとする。挿入穴２３０の外壁２３０ｄ、２３０ｅの軸方向の長さを長さＬｂとする。外壁２３０ｄ、２３０ｅの軸方向の長さＬｂは、厚みＬａより長い。

第２変形例においても、上述した実施形態と同様、タービンインペラ９とシャフト８との軸方向の位置ずれが生じ難く、寸法精度が向上する。接合部２３４を、例えば、軸方向に延伸させることで、外径を拡大することなく接合面積の拡大が可能となる。大内径部２３１によってタービンインペラ９とシャフト８の径方向の位置決めがなされるため、電磁成形などの接合処理を行っても、タービンインペラ９とシャフト８の径方向の位置ずれが生じ難い。

また、第２変形例においては、挿入穴２３０の外壁２３０ｃによって、突出部２２３が加締め（カシメ）られている。そのため、接合部２３４による接合に加えて、加締められた部位は、例えば、接合部２３４の抜け止めとして機能する。この結果、接合部２３４の信頼度の向上が可能となる。また、突出部２２３のうち、大径部２２４（大内径部２３１の径方向内側に位置する部位）の外径は、小径部２２５（接合部２３４の径方向内側に位置する部位）のうち、最も小径である最小径部２２５ｂの外径よりも大きい。そのため、接合処理において、大径部２２４によって径方向の位置決めがなされるため、挿入穴２３０の外壁２３０ｃが精度よく加締められる。大径部２２４と加締め部位との軸方向の距離が近く、より精度が向上する。

図７（ａ）は、第３変形例における図３（ａ）に対応する部分の抽出図である。図７（ｂ）は、第３変形例における図７（ａ）の二点鎖線部分の抽出図である。図７（ａ）に示すように、第３変形例では、第２変形例と同様、突出部３２３は、シャフト８の一端８ａに設けられる。また、タービンインペラ９の背面２１ｂには、隆起部２１ｃが形成される。挿入穴３３０は、タービンインペラ９の隆起部２１ｃに設けられる。

上述した第２変形例と同様、突出部３２３には、大径部２２４、小径部２２５、および、接触部２２６が設けられる。挿入穴３３０には、大内径部２３１（進入部）、小内径部２３２、および、突き当て部２３３が設けられる。突出部３２３は、挿入穴３３０（大内径部２３１）に進入する。小内径部２３２の内周面２３２ａおよび曲面２３６（挿入穴２３０の内面）には、接合部２３４が設けられる。拡径部２３５は、小内径部２３２のうち、突き当て部２３３側（シャフト８の一端８ａ側）に設けられる。第３変形例は、上述した第２変形例と、突出部３２３および挿入穴３３０の配置が異なる以外、実質的に同等の構成である。ここでは、重複説明を避けるため詳細な説明は省略する。

第３変形例においても、上述した実施形態と同様、タービンインペラ９とシャフト８との軸方向の位置ずれが生じ難く、寸法精度が向上する。接合部２３４を、例えば、軸方向に延伸させることで、外径を拡大することなく接合面積の拡大が可能となる。大内径部２３１によってタービンインペラ９とシャフト８の径方向の位置決めがなされるため、電磁成形などの接合処理を行っても、タービンインペラ９とシャフト８の径方向の位置ずれが生じ難い。

また、上述した第２変形例と同様、挿入穴３３０の外壁３３０ｃによって、突出部３２３が加締め（カシメ）られている。そのため、接合部２３４による接合に加えて、加締めによる接合強度の向上が可能となる。突出部３２３のうち、大径部２２４の外径は、最小径部２２５ｂの外径よりも大きい。大径部２２４によって径方向の位置決めがなされるため、挿入穴３３０の外壁３３０ｃが精度よく加締められる。大径部２２４と加締め部位との軸方向の距離が近く、より精度が向上する。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態および変形例では、接合処理として電磁成形が用いられる場合について説明した。ただし、電磁成形は一例に過ぎず、他の接合処理が用いられてもよい。電磁成形が用いられる場合、接合時の熱が少ない。そのため、熱による残留応力が抑制される。また、例えば、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接のように、溶接入熱による熱影響を受ける領域が、シャフト８とタービンインペラ９との接合部３４、２３４の境界に生じ難い。そのため、接合強度が向上する。

また、シャフト８とタービンインペラ９の材質は限定されない。例えば、電磁成形が用いられる場合、突出部２３、１２３、２２３、３２３が設けられる部材を、Ｔｉ（チタン）系合金、挿入穴３０、１３０、２３０、３３０が設けられる部材を、Ｆｅ（鉄）系合金とするとよい。また、突出部２３、１２３、２２３、３２３が設けられる部材を、Ｆｅ（鉄）系合金、挿入穴３０、１３０、２３０、３３０が設けられる部材を、Ｎｉ（ニッケル）系合金とするとよい。これらは、衝突する側の金属の方が衝突される側の金属よりも電気抵抗が小さい金属の組み合わせとなっている。このため、衝突する側の金属は高速変形し易く、電磁成形で接合され易い。言い換えると、電磁成形の場合、衝突する側の金属は、衝突される側の金属よりも、導電率（電気伝導率）が高い組み合わせとすると、接合され易い。また、電磁成形の接合を考慮しなければ、過給機Ｃにおいては、強度などの性能から、タービンインペラ９は、Ｔｉ（チタン）系合金、または、Ｎｉ（ニッケル）系合金とし、シャフト８は、Ｆｅ（鉄）系合金とするとよい。すなわち、過給機Ｃにおいて電磁成形を用いる場合、突出部２３、２２３が設けられるタービンインペラ９を、Ｔｉ（チタン）系合金とし、挿入穴３０、２３０が設けられるシャフト８を、Ｆｅ（鉄）系合金とするとよい。突出部１２３、３２３が設けられるシャフト８を、Ｆｅ（鉄）系合金とし、挿入穴１３０、３３０が設けられるタービンインペラ９を、Ｎｉ（ニッケル）系合金とするとよい。これらの材質は、あくまで一例に過ぎず、上述した実施形態および変形例は、これらの材質を用いる構成に限定されない。

また、上述した実施形態および変形例では、接合部３４、２３４の内径と、進入部（小内径部３２、大内径部２３１）の内径が、異なる場合について説明した。ただし、接合部３４、２３４の内径と、進入部（小内径部３２、大内径部２３１）の内径が、同一であってもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、拡径部３５、２３５を設ける場合について説明した。この場合、接合部３４、２３４への応力集中が緩和される。ただし、拡径部３５、２３５を設けなくてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、外壁３０ｄまたは外壁２３０ｄ、２３０ｅの長さＬｂは、厚みＬａより長い場合について説明した。この場合、電磁成形などの接合処理において、衝突する側の接合部３４、２３４は高速変形し易く、電磁成形で接合され易い。ただし、外壁３０ｄまたは外壁２３０ｄ、２３０ｅの長さＬｂは、厚みＬａと同じか短くてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、突き当て部３３、２３３と、接触部２６、２２６とを設ける場合について説明した。ただし、突き当て部３３、２３３と、接触部２６、２２６は必須の構成ではない。

また、上述した第２変形例および第３変形例では、大径部２２４の外径は、最小径部２２５ｂの外径よりも大きい場合について説明した。ただし、大径部２２４の外径は、最小径部２２５ｂの外径以下であってもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、回転体として過給機Ｃに設けられるタービン軸２０を例に挙げて説明した。ただし、少なくともシャフトとインペラを備える回転体であればよく、例えば、ガスタービンや汎用圧縮機など他のタービンやコンプレッサに設けられてもよい。

また、上述した実施形態では、タービンインペラ９の外周面２１ａおよび背面２１ｂは、軸方向に見たときの外径が円形である場合について説明したが、これに限られない。例えば、背面２１ｂは円形（フルディスク）ではなくてもよい。背面２１ｂのうち、複数の羽根２２の間に切欠き（スキャロップ）が設けられてもよい。

本開示は、シャフトとインペラを備える回転体、および、過給機に利用することができる。

Ｃ：過給機 Ｌａ：厚み ８：シャフト ９：タービンインペラ（インペラ） ２０：タービン軸（回転体） ２３、１２３、２２３、３２３：突出部 ２３ａ、２２３ａ：先端 ２６、２２６：接触部 ３０、１３０、２３０、３３０：挿入穴 ３２：小内径部（進入部） ３３、２３３：突き当て部 ３４、２３４：接合部 ３５、２３５：拡径部 ２３１：大内径部（進入部）

Claims (7)

1. インペラおよびシャフトの一方に設けられた突出部と、
   前記インペラおよび前記シャフトの他方に設けられ、周方向に延在して前記突出部の外周面に接合される接合部、および、前記接合部よりも前記突出部の先端側に位置して前記突出部が進入され嵌め合わされる進入部を有する挿入穴と、
   前記挿入穴の内面に前記接合部と連続して形成され、前記接合部から離隔するほど、前記シャフトの径方向外側に拡径して、前記突出部の外周面から離隔する拡径部と、
   を備え、
   前記拡径部と前記突出部との間には、空隙が形成される、回転体。
2. 前記接合部と前記進入部とは内径が異なる請求項１に記載の回転体。
3. 前記挿入穴の外壁のうち、前記接合部および前記拡径部が内面に形成された部位は、前記シャフトの径方向の厚みよりも、前記シャフトの軸方向に長く延在する請求項１または２に記載の回転体。
4. 前記挿入穴内に設けられ、前記シャフトの径方向に延在する突き当て部と、
   前記突出部に形成され、前記突き当て部に前記シャフトの軸方向に接触する接触部と、
   を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の回転体。
5. 前記突き当て部は、前記接合部と前記進入部との間に設けられた請求項４に記載の回転体。
6. 前記突出部のうち前記進入部の径方向内側に位置する部位の外径は、前記接合部の径方向内側に位置する部位のうち、最も小径である部位の外径よりも大きい請求項１から４のいずれか１項に記載の回転体。
7. 前記請求項１から６のいずれか１項に記載の回転体を備える過給機。

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