JP7261668B2 - turbine wheel - Google Patents

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Description

本発明は、タービンホイールに関する。 The present invention relates to turbine wheels.

エンジンの排気ガスによって駆動される過給機にはタービンホイールが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
過給機では、シャフトの一端にタービンホイールが取り付けられ、他端にコンプレッサホイールが取り付けられている。タービンホイールを排気ガスによって回転すると、シャフトを介して連結されているコンプレッサホイールが回転する。コンプレッサホイールの回転により、空気が圧縮されてエンジンに供給される。 A turbine wheel is used in a supercharger driven by engine exhaust gas (see, for example, Patent Document 1).
In a supercharger, a turbine wheel is attached to one end of a shaft and a compressor wheel is attached to the other end. When the turbine wheel is rotated by the exhaust gas, the compressor wheel connected via the shaft rotates. Rotation of the compressor wheel compresses air and supplies it to the engine.

昭６１－２１５４０１号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-215401

しかしながら、シャフトの端面全体がタービンホイールと接触されているため、タービンホイールからコンプレッサホイール側にシャフトを介して熱が伝達されやすかった。
本開示は、伝熱を低減することが可能なタービンホイールを提供することを目的とする。 However, since the entire end surface of the shaft is in contact with the turbine wheel, heat is easily transferred from the turbine wheel to the compressor wheel through the shaft.
The present disclosure aims to provide a turbine wheel capable of reducing heat transfer.

開示のタービンホイールは、過給機に用いられるタービンホイールであって、ボス部と、複数のブレードと、を有する。ボス部は、シャフトが接続される第１端と、第１端に形成された第１開口を含む第１中空部と、を有する。複数のブレードは、ボス部の周囲に配置されている。ボス部には、第１端に形成された第１開口を有する第１中空部が設けられている。 The disclosed turbine wheel is a turbine wheel used in a supercharger and has a boss portion and a plurality of blades. The boss portion has a first end to which the shaft is connected and a first hollow portion including a first opening formed in the first end. A plurality of blades are arranged around the boss. The boss portion is provided with a first hollow portion having a first opening formed at a first end.

本開示によれば、伝熱を低減することが可能なタービンホイールを提供することができる。 According to the present disclosure, a turbine wheel capable of reducing heat transfer can be provided.

本開示にかかる実施の形態１におけるタービンホイールの正面図。1 is a front view of a turbine wheel according to Embodiment 1 of the present disclosure; FIG. 図１のタービンホイールの軸断面図。2 is an axial cross-sectional view of the turbine wheel of FIG. 1; FIG. 図２のタービンホイールがシャフトに取り付けられた状態を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the turbine wheel of FIG. 2 attached to a shaft; （ａ）図３のタービンホイールにおいて回転軸に沿ったボス部の距離を説明するための図、（ｂ）回転軸に沿ったボス部の距離に対する隣り合うブレードの間隔の変化を示す図。(a) A diagram for explaining the distance of the boss portion along the axis of rotation in the turbine wheel of FIG. 図２のタービンホイールの回転軸に対して垂直な断面の部分拡大図。FIG. 3 is a partial enlarged view of a section perpendicular to the axis of rotation of the turbine wheel of FIG. 2; （ａ）第１中空部および第２中空部が形成されていない中実のタービンホイールを示す正面図、（ｂ）図６（ａ）の回転軸を含む断面図。(a) A front view showing a solid turbine wheel in which the first hollow portion and the second hollow portion are not formed, (b) a cross-sectional view including the rotating shaft of FIG. 6(a). （ａ）図６（ｂ）のタービンホイールにおいて回転軸に沿ったボス部の距離を説明するための図、（ｂ）図７（ａ）のタービンホイールを回転させたときの距離に対する発生応力の変化のグラフを示す図。(a) A diagram for explaining the distance of the boss portion along the rotation axis in the turbine wheel of FIG. The figure which shows the graph of a change. （ａ）本開示にかかる実施の形態２におけるタービンホイールの正面図、（ｂ）図８（ａ）のタービンホイールの回転軸を含む断面図。(a) A front view of a turbine wheel in Embodiment 2 according to the present disclosure, (b) A cross-sectional view including the rotating shaft of the turbine wheel of Fig. 8(a).

以下、本開示にかかる実施の形態のタービンホイール１について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
以下に、本開示にかかる実施の形態１のタービンホイール１について説明する。
図１は、本実施の形態１のタービンホイール１の正面図である。図２は、タービンホイールの回転軸１ａを含む断面図である。図３は、本開示にかかる実施の形態１のタービンホイール１がシャフト２に取り付けられた状態を示す断面図である。 A turbine wheel 1 according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
Below, the turbine wheel 1 of Embodiment 1 according to the present disclosure will be described.
FIG. 1 is a front view of a turbine wheel 1 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view including the rotating shaft 1a of the turbine wheel. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the turbine wheel 1 attached to the shaft 2 according to the first embodiment of the present disclosure.

本開示にかかる実施の形態のタービンホイール１は、過給機に用いられる。本実施の形態のタービンホイール１は、図３に示すように、シャフト２の回転軸方向の一方の端である第１端２ａに取り付けられる。シャフト２の回転軸方向の他方の端である第２端２ｂには、図示しないコンプレッサホイールが取り付けられる。タービンホイール１の回転軸１ａは、シャフト２と同軸上に配置されている。 A turbine wheel 1 according to an embodiment of the present disclosure is used for a supercharger. As shown in FIG. 3, the turbine wheel 1 of this embodiment is attached to a first end 2a, which is one end of the shaft 2 in the rotation axis direction. A compressor wheel (not shown) is attached to the second end 2b, which is the other end of the shaft 2 in the direction of the rotation axis. A rotating shaft 1 a of the turbine wheel 1 is arranged coaxially with the shaft 2 .

本実施の形態のタービンホイール１は、例えばＴｉ－Ａｌ（チタンアルミ）合金や、インコネル等の合金、あるいは窒化ケイ素等のセラミックを用いて形成することができる。なお、Ｔｉ－Ａｌ合金を用いるほうが軽量化を図ることができるため、より好ましい。また、タービンホイール１は、３次元プリンターや鋳造、あるいは機械加工等によって形成することができる。 The turbine wheel 1 of the present embodiment can be made of, for example, a Ti—Al (titanium aluminum) alloy, an alloy such as Inconel, or a ceramic such as silicon nitride. It should be noted that it is more preferable to use a Ti--Al alloy because it is possible to reduce the weight. Further, the turbine wheel 1 can be formed by a three-dimensional printer, casting, machining, or the like.

タービンホイール１は、図１に示すように、ボス部１１と、複数のブレード１２と、を有する。ボス部１１は、タービンホイール１の回転軸１ａに沿って配置されている。複数のブレード１２は、ボス部１１の外側面１１ｓに配置されている。
ボス部１１は、図１および図２に示すように、第１端部１６と、第２端部１７と、ブレード配置部１８と、を有する。第１端部１６は、略円筒状であり、シャフト２と接続される第１端１１ａを含む。第２端部１７は、外周がポリゴンである正六角形状であり、第１端１１ａの回転軸１ａ方向の反対側の端である第２端１１ｂを含む。ブレード配置部１８は、第１端部１６と第２端部１７の間に設けられている。ブレード配置部１８の側面に複数のブレード１２が配置される。ブレード配置部１８は、第２端１１ｂから第１端１１ａに向かって直径が大きくなるように形成されている。なお、ボス部１１の第１端１１ａは、ろう付け、電子ビーム、レーザ、および圧接等によってシャフト２と接続される。 The turbine wheel 1 has a boss portion 11 and a plurality of blades 12, as shown in FIG. The boss portion 11 is arranged along the rotation axis 1 a of the turbine wheel 1 . A plurality of blades 12 are arranged on the outer surface 11 s of the boss portion 11 .
The boss portion 11 has a first end portion 16, a second end portion 17, and a blade placement portion 18, as shown in FIGS. The first end 16 is generally cylindrical and includes a first end 11a connected to the shaft 2 . The second end portion 17 has a regular hexagonal shape with a polygonal outer periphery, and includes a second end 11b opposite to the first end 11a in the direction of the rotating shaft 1a. The blade placement portion 18 is provided between the first end portion 16 and the second end portion 17 . A plurality of blades 12 are arranged on the side surface of the blade arrangement portion 18 . The blade placement portion 18 is formed such that the diameter increases from the second end 11b toward the first end 11a. The first end 11a of the boss portion 11 is connected to the shaft 2 by brazing, electron beam, laser, press contact, or the like.

ボス部１１は、図２に示すように、第１中空部１３と、第２中空部１４と、隔壁部１５と、を更に有する。第１中空部１３および第２中空部１４は、ボス部１１の内側に形成された空間である。第１中空部１３および第２中空部１４は、回転軸１ａを軸とする回転体形状である。隔壁部１５は、回転軸１ａに沿った方向において第１中空部１３と第２中空部１４の間に設けられており、第１中空部１３と第２中空部１４の間を隔てている。隔壁部１５は、回転軸１ａの中心から回転軸１ａに対して垂直な径方向に向かって形成されている。 The boss portion 11 further has a first hollow portion 13, a second hollow portion 14, and a partition wall portion 15, as shown in FIG. The first hollow portion 13 and the second hollow portion 14 are spaces formed inside the boss portion 11 . The first hollow portion 13 and the second hollow portion 14 are in the shape of a body of revolution about the rotating shaft 1a. The partition portion 15 is provided between the first hollow portion 13 and the second hollow portion 14 in the direction along the rotation axis 1a to separate the first hollow portion 13 and the second hollow portion 14 from each other. The partition wall 15 is formed from the center of the rotating shaft 1a in a radial direction perpendicular to the rotating shaft 1a.

第１中空部１３は、第１端１１ａに第１開口１３ａを有しており、第１開口１３ａから第２端１１ｂに向かって形成されている。第１開口１３ａの縁部は、円形である。第１開口１３ａの縁部は、ポリゴン、例えば正六角形であってもよい。第１中空部１３は、第１端部１６からブレード配置部１８に亘って形成されている。第１開口１３ａは、第１中空部１３がタービンホイール１の外部空間と連通する連通口である。第１中空部１３は、第１開口１３ａよりも直径が大きい部分を有する。第１中空部１３は、奥側で広がっている。第１中空部１３の最大直径をＲ１とし、第１開口１３ａの直径をｒ１とすると、第１中空部１３は、Ｒ１＞ｒ１に形成されている。なお、直径は、回転軸１ａに対して垂直な方向の長さである。第１中空部１３のうち最大直径Ｒ１の部分が１３ｂとして示されている。 The first hollow portion 13 has a first opening 13a at the first end 11a and is formed from the first opening 13a toward the second end 11b. The edge of the first opening 13a is circular. The edge of the first opening 13a may be a polygon, such as a regular hexagon. The first hollow portion 13 is formed from the first end portion 16 to the blade placement portion 18 . The first opening 13 a is a communication port through which the first hollow portion 13 communicates with the external space of the turbine wheel 1 . The first hollow portion 13 has a portion with a larger diameter than the first opening 13a. The first hollow portion 13 widens on the back side. Assuming that the maximum diameter of the first hollow portion 13 is R1 and the diameter of the first opening 13a is r1, the first hollow portion 13 is formed so that R1>r1. The diameter is the length in the direction perpendicular to the rotating shaft 1a. A portion of the first hollow portion 13 having the maximum diameter R1 is indicated as 13b.

第２中空部１４は、第２端１１ｂに第２開口１４ａを有しており、第２開口１４ａから第１端１１ａに向かって形成されている。第２開口１４ａの縁部は、円形である。第２開口１４ａの縁部は、第２端部１７の形状に相対するポリゴン、例えば正六角形であってもよい。第２中空部１４は、第２端部１７からブレード配置部１８に亘って形成されている。第２開口１４ａは、第２中空部１４がタービンホイール１の外部空間と連通する連通口である。第２中空部１４は、第２開口１４ａよりも直径が大きい部分を有する。第２中空部１４は、奥側で広がっている。第２中空部１４の最大直径をＲ２とし、第２開口１４ａの直径をｒ２とすると、第２中空部１４は、Ｒ２＞ｒ２に形成されている。第２中空部１４のうち最大直径Ｒ２の部分が１４ｂとして示されている。 The second hollow portion 14 has a second opening 14a at the second end 11b and is formed from the second opening 14a toward the first end 11a. The edge of the second opening 14a is circular. The edge of the second opening 14a may be a polygon opposite to the shape of the second end 17, such as a regular hexagon. The second hollow portion 14 is formed from the second end portion 17 to the blade placement portion 18 . The second opening 14 a is a communication port through which the second hollow portion 14 communicates with the external space of the turbine wheel 1 . The second hollow portion 14 has a portion with a larger diameter than the second opening 14a. The second hollow portion 14 widens on the back side. Assuming that the maximum diameter of the second hollow portion 14 is R2 and the diameter of the second opening 14a is r2, the second hollow portion 14 is formed such that R2>r2. A portion of the second hollow portion 14 having the maximum diameter R2 is indicated as 14b.

複数のブレード１２は、図１に示すように、ボス部１１のブレード配置部１８の外側面１１ｓに配置されている。各々のブレード１２は、ボス部１１の第２端１１ｂから第１端１１ａに向かうに従って周方向に移動するように回転軸１ａに対して傾斜して設けられている。
ここで、隣り合うブレード１２間の正面視における間隔をｄとする。図５は、タービンホイール１の回転軸１ａに対して垂直な断面の部分拡大図である。図５に示すように、間隔ｄは、ブレード１２の根元１２ｃ間の距離であり、回転軸１ａに対して垂直な距離である。また、図４（ａ）に示すように第１端１１ａ側のブレード１２の端である第１端１２ａの位置を原点０（ゼロ）として、そこから回転軸１ａの方向に沿って第２端１１ｂに向かった距離Ｈで、回転軸１ａに沿った位置を定義する。 The plurality of blades 12 are arranged on the outer surface 11s of the blade arrangement portion 18 of the boss portion 11, as shown in FIG. Each blade 12 is inclined with respect to the rotation axis 1a so as to move in the circumferential direction from the second end 11b of the boss portion 11 toward the first end 11a.
Here, the distance between the adjacent blades 12 when viewed from the front is d. FIG. 5 is a partially enlarged view of a section perpendicular to the rotation axis 1a of the turbine wheel 1. FIG. As shown in FIG. 5, the distance d is the distance between the roots 12c of the blades 12 and perpendicular to the rotation axis 1a. Further, as shown in FIG. 4A, the position of the first end 12a, which is the end of the blade 12 on the first end 11a side, is set as the origin 0 (zero), and the second end is moved from there along the direction of the rotation axis 1a. A distance H toward 11b defines a position along the axis of rotation 1a.

図４（ｂ）は、間隔ｄを横軸に設定し、距離Ｈを縦軸に設定したグラフを示す図である。また、第２端１１ｂ側のブレード１２の端である第２端２１ｂの第１端２１ａからの距離がｈ１で示されている。
図４（ｂ）に示すように、第２端１１ｂ側に位置する距離ｈ１～距離ｈｎの間において、間隔ｄは略一定であり、距離ｈｎ～ゼロの間において、間隔ｄはゼロに向かうに従って広くなっている。間隔ｄが略一定である距離ｈ１～距離ｈｎを第１領域Ｓ１とし、間隔ｄが広くなる距離ｈｎ～ゼロを第２領域Ｓ２とすると、図４（ａ）に示すように、第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２の境界である距離ｈｎの位置に、回転軸１ａに対して垂直な方向から視て重なるように隔壁部１５が設けられている。回転軸１ａ方向において隔壁部１５の幅１５ｗの範囲に、ゼロからの距離ｈｎの位置が配置されている。 FIG. 4(b) is a graph showing the distance d on the horizontal axis and the distance H on the vertical axis. Also, the distance from the first end 21a to the second end 21b, which is the end of the blade 12 on the second end 11b side, is indicated by h1.
As shown in FIG. 4(b), the distance d is substantially constant between the distance h1 and the distance hn located on the second end 11b side, and the distance d between the distance hn and zero is closer to zero. It's wide. Assuming that the distance h1 to distance hn where the interval d is substantially constant is the first region S1, and the distance hn to zero where the interval d is widened is the second region S2, as shown in FIG. 4A, the first region S1 and the second region S2, a partition wall 15 is provided at a distance hn so as to overlap when viewed from the direction perpendicular to the rotation axis 1a. The position of the distance hn from zero is arranged in the range of the width 15w of the partition 15 in the direction of the rotation axis 1a.

次に、距離ｈｎの位置に重なるように隔壁部１５が形成されていることについて説明する。
図６（ａ）は、第１中空部１３および第２中空部１４が形成されておらずボス部１１が中実であるタービンホイール１００を示す図である。図６（ｂ）は、タービンホイール１００の断面図を示す図である。 Next, the formation of the partition 15 so as to overlap with the distance hn will be described.
FIG. 6A shows the turbine wheel 100 in which the first hollow portion 13 and the second hollow portion 14 are not formed and the boss portion 11 is solid. FIG. 6(b) is a diagram showing a cross-sectional view of the turbine wheel 100. As shown in FIG.

タービンホイール１００は、ボス部１１１と、複数のブレード１２とを有する。ボス部１１１は、第１端１１１ａと、第２端１１１ｂを有する。ボス部１１１の外径は、ボス部１１と同様である。第１端１１１ａがシャフト２との接続端となる。ボス部１１１は、その内側に空間を有しておらず、中実に形成されている。複数のブレード１２は、タービンホイール１０のブレード１２と同様の形状である。また、回転軸が１００ａで示されている。 Turbine wheel 100 has a boss portion 111 and a plurality of blades 12 . The boss portion 111 has a first end 111a and a second end 111b. The outer diameter of the boss portion 111 is the same as that of the boss portion 11 . The first end 111a serves as a connection end with the shaft 2 . The boss portion 111 does not have a space inside and is formed solid. The plurality of blades 12 are shaped similarly to the blades 12 of the turbine wheel 10 . Also, the axis of rotation is indicated by 100a.

図７（ａ）は、タービンホイール１００において回転軸に沿ったボス部の位置を説明するための図である。ボス部の位置は、図４（ａ）と同様にブレード１２の端である第１端１２ａの位置を原点０（ゼロ）として、そこから回転軸１００ａの方向に沿って第２端１１ｂに向かった距離で示されている。図７（ｂ）は、タービンホイール１００を回転させたときの各位置における発生応力を示す図である。なお、タービンホイール１００における間隔ｄと距離Ｈの関係は、タービンホイール１０と同様であるため、図４（ｂ）のグラフと同様になる。 FIG. 7(a) is a diagram for explaining the position of the boss along the rotation axis in the turbine wheel 100. FIG. As in FIG. 4A, the position of the boss portion is determined from the position of the first end 12a, which is the end of the blade 12, as the origin 0 (zero), toward the second end 11b along the direction of the rotation axis 100a. distance. FIG. 7(b) is a diagram showing the generated stress at each position when the turbine wheel 100 is rotated. Note that the relationship between the gap d and the distance H in the turbine wheel 100 is the same as in the turbine wheel 10, so it is the same as the graph in FIG. 4(b).

図７（ａ）および図７（ｂ）から、隣り合うブレード１２の間隔ｄが略一定である第１領域Ｓ１と間隔ｄが広がる第２領域Ｓ２の境界である距離ｈｎの近傍において応力値が最大になっていることがわかる。
このため、ボス部１１の内側に空間を形成した本実施の形態のタービンホイール１において、中実構造であるタービンホイール１００で応力が大きくなる距離ｈｎの位置と重なるように隔壁部１５を設けることにより、強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。タービンホイール１００を軽量にすると、慣性質量が小さくなるため、ターボ立ち上がり時のレスポンスが良くなる。 7(a) and 7(b), the stress value near the distance hn, which is the boundary between the first region S1 where the interval d between the adjacent blades 12 is substantially constant and the second region S2 where the interval d is widened, is You can see that it is maxed out.
For this reason, in the turbine wheel 1 of the present embodiment in which a space is formed inside the boss portion 11, the partition wall portion 15 is provided so as to overlap the position of the distance hn at which the stress increases in the turbine wheel 100 having a solid structure. As a result, weight reduction can be achieved while ensuring strength. Reducing the weight of the turbine wheel 100 reduces the inertial mass, thereby improving the response during turbo start-up.

なお、本実施の形態１のタービンホイール１は、同じ外径のタービンホイール１００と比較して、第１中空部１３および第２中空部１４を形成することによって、約３０％の軽量化を図ることができる。また、タービンホイール１００がインコネルで作成され、タービンホイール１がＴｉ－Ａｌ合金で作成された場合には、タービンホイール１は、タービンホイール１００に比較して、約６０％の軽量化を実現できる。 Note that the turbine wheel 1 of Embodiment 1 is about 30% lighter than the turbine wheel 100 having the same outer diameter by forming the first hollow portion 13 and the second hollow portion 14. be able to. Further, when the turbine wheel 100 is made of Inconel and the turbine wheel 1 is made of a Ti—Al alloy, the weight of the turbine wheel 1 can be reduced by about 60% compared to the turbine wheel 100.

（実施の形態２）
次に、本開示にかかる実施の形態２におけるタービンホイールについて説明する。
本実施の形態２のタービンホイール１０は、実施の形態１のタービンホイール１とボス部１１の内側に形成されている空間が異なっている。
図８（ａ）は、本実施の形態２のタービンホイール１０の正面図である。図８（ｂ）は、本実施の形態２のタービンホイール１０の回転軸１０ａを含む断面図である。 (Embodiment 2)
Next, a turbine wheel according to Embodiment 2 of the present disclosure will be described.
The turbine wheel 10 of the second embodiment differs from the turbine wheel 1 of the first embodiment in the space formed inside the boss portion 11 .
FIG. 8(a) is a front view of the turbine wheel 10 of the second embodiment. FIG. 8(b) is a cross-sectional view including the rotating shaft 10a of the turbine wheel 10 of the second embodiment.

図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、タービンホイール１０は、ボス部２１と、複数のブレード１２と、を有する。複数のブレード１２は、実施の形態１と同様にボス部２１の外側面２１ｓに配置されている。
ボス部２１は、実施の形態１のボス部１１と同様の外形であり、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、第１端部２７と、第２端部２８と、ブレード配置部２９と、を有しているが、ボス部１１とは内側の空間形状が異なっている。ボス部２１の両端は、第１端２１ａおよび第２端２１ｂで示されている。第１端部２７は、略円筒状であり、実施の形態１で示したシャフト２と接続される第１端２１ａを含む。第２端部２８は、外周がポリゴンである正六角形状であり、第１端２１ａの回転軸１０ａ方向の反対側の端である第２端２１ｂを含む。ブレード配置部２９は、第１端部２７と第２端部２８の間に設けられている。ブレード配置部２９の側面に複数のブレード１２が配置される。 As shown in FIGS. 8( a ) and 8 ( b ), the turbine wheel 10 has a boss portion 21 and a plurality of blades 12 . A plurality of blades 12 are arranged on the outer side surface 21s of the boss portion 21 as in the first embodiment.
The boss portion 21 has the same external shape as the boss portion 11 of Embodiment 1, and as shown in FIGS. Although it has a blade placement portion 29 , the shape of the inner space is different from that of the boss portion 11 . Both ends of the boss portion 21 are indicated by a first end 21a and a second end 21b. The first end portion 27 has a substantially cylindrical shape and includes a first end 21a connected to the shaft 2 shown in the first embodiment. The second end portion 28 has a regular hexagonal shape with a polygonal outer periphery, and includes a second end 21b that is the opposite end of the first end 21a in the direction of the rotating shaft 10a. The blade placement portion 29 is provided between the first end portion 27 and the second end portion 28 . A plurality of blades 12 are arranged on the side surface of the blade arrangement portion 29 .

ボス部２１には、その内側の空間である中空部２６が形成されている。中空部２６は、第２端２１ｂに開口２６ａを有し、第１端２１ａ側に底面２６ｂを有する。中空部２６は、略円柱状の空間であり、中空部２６の任意の位置における直径は、概ね開口２６ａの直径と同じ大きさである。中空部２６は、第２端２１ｂから第１端２１ａに向かって回転軸１０ａに沿って形成されている。中空部２６は、第２端部２８からブレード配置部２９に亘って形成されている。開口２６ａの縁部は、円形である。開口２６ａの縁部は、第２端部２８の形状に相対するポリゴン、例えば正六角形であってもよい。 A hollow portion 26 is formed in the boss portion 21 as a space inside thereof. The hollow portion 26 has an opening 26a at the second end 21b and a bottom surface 26b at the first end 21a side. The hollow portion 26 is a substantially cylindrical space, and the diameter at any position of the hollow portion 26 is approximately the same size as the diameter of the opening 26a. The hollow portion 26 is formed along the rotating shaft 10a from the second end 21b toward the first end 21a. The hollow portion 26 is formed from the second end portion 28 to the blade placement portion 29 . The edge of the opening 26a is circular. The edge of the opening 26a may be a polygon, such as a regular hexagon, opposite the shape of the second end 28. As shown in FIG.

ボス部２１の第１端２１ａには、実施の形態１の第１端１１ａとは異なり、開口が形成されていない。
詳細には、中空部２６は、直径が若干小さくなる部分２６ｃ、２６ｄを有している。部分２６ｃ、２６ｄは、開口２６ａと底面２６ｂの間に設けられている。また、部分２６ｄが、最小径の部分であり、底面２６ｂ近傍に設けられている。 First end 21a of boss portion 21 does not have an opening, unlike first end 11a of the first embodiment.
Specifically, the hollow portion 26 has portions 26c and 26d with a slightly reduced diameter. Portions 26c, 26d are provided between opening 26a and bottom surface 26b. A portion 26d is the portion with the smallest diameter and is provided near the bottom surface 26b.

本実施の形態２のタービンホイール１０は、タービンホイール１００と比較すると、約１０％軽量化を図ることができる。
（特徴等）
（１）
本実施の形態１のタービンホイール１は、過給機に用いられるタービンホイールであって、ボス部１１と、複数のブレード１２と、を有する。ボス部１１は、シャフト２が接続される第１端１１ａと、第１端１１ａに形成された第１開口１３ａを含む第１中空部１３と、を有する。複数のブレード１２は、ボス部１１の周囲に配置されている。 The turbine wheel 10 of Embodiment 2 can be made lighter by about 10% than the turbine wheel 100 .
(Characteristics, etc.)
(1)
A turbine wheel 1 according to Embodiment 1 is a turbine wheel used in a supercharger, and has a boss portion 11 and a plurality of blades 12 . The boss portion 11 has a first end 11a to which the shaft 2 is connected, and a first hollow portion 13 including a first opening 13a formed in the first end 11a. A plurality of blades 12 are arranged around the boss portion 11 .

このように、第１端１１ａとシャフト２は第１開口１３ａにおいて接合されていないため、タービンホイール１とシャフト２の接触面積が少なくなる。これにより、タービンホイール１からシャフト２への断熱効果を得ることができる。
（２）
本実施の形態１のタービンホイール１では、第１中空部１３は、第１開口１３ａの径ｒ１よりも大きい径Ｒ１の部分１３ｂを有する。 Thus, since the first end 11a and the shaft 2 are not joined at the first opening 13a, the contact area between the turbine wheel 1 and the shaft 2 is reduced. Thereby, the heat insulation effect from the turbine wheel 1 to the shaft 2 can be obtained.
(2)
In the turbine wheel 1 of Embodiment 1, the first hollow portion 13 has a portion 13b with a diameter R1 larger than the diameter r1 of the first opening 13a.

このように、第１中空部１３の内側の空間を第１開口１３ａよりも広くすることによって、軽量化を図ることができる。
（３）
本実施の形態１のタービンホイール１では、ボス部１１は、第２中空部１４と、隔壁部１５と、を有する。第２中空部１４は、第１端１１ａの反対側の第２端１１ｂに形成された第２開口１４ａを含む。 Thus, by making the space inside the first hollow portion 13 wider than the first opening 13a, weight reduction can be achieved.
(3)
In the turbine wheel 1 of Embodiment 1, the boss portion 11 has the second hollow portion 14 and the partition wall portion 15 . The second hollow portion 14 includes a second opening 14a formed at a second end 11b opposite to the first end 11a.

このように、第２中空部１４を更に形成することによって軽量化を図ることができる。また、第１中空部１３と第２中空部１４の間に隔壁部１５を形成することによって、強度を確保することができる。
（４）
本実施の形態１のタービンホイール１では、第２中空部１４は、第２開口１４ａの径ｒ２よりも大きい径Ｒ２の部分１４ｂを有する。 By further forming the second hollow portion 14 in this manner, the weight can be reduced. Further, by forming the partition wall portion 15 between the first hollow portion 13 and the second hollow portion 14, strength can be ensured.
(4)
In the turbine wheel 1 of Embodiment 1, the second hollow portion 14 has a portion 14b with a diameter R2 larger than the diameter r2 of the second opening 14a.

このように、第２中空部１４の内側の空間を第２開口１４ａよりも広くすることによって、軽量化を図ることができる。
（５）
本実施の形態１のタービンホイール１では、ボス部１１の外側面１１ｓには、隣り合うブレード１２の間隔ｄが略一定の第１領域Ｓ１と、第１端１１ａに向かうに従って隣り合うブレード１２の間隔ｄが広くなる第２領域Ｓ２が設けられている。隔壁部１５は、回転軸１ａに対して垂直な方向から視て、第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２の境界である距離ｈｎの位置に重なるように形成されている。 By making the space inside the second hollow portion 14 wider than the second opening 14a in this way, the weight can be reduced.
(5)
In the turbine wheel 1 of Embodiment 1, the outer side surface 11s of the boss portion 11 includes a first region S1 in which the interval d between the adjacent blades 12 is substantially constant, and a gap between the adjacent blades 12 toward the first end 11a. A second region S2 is provided in which the interval d is widened. The partition part 15 is formed so as to overlap with the position of the distance hn which is the boundary between the first area S1 and the second area S2 when viewed from the direction perpendicular to the rotation axis 1a.

隣り合うブレード１２の間隔ｄが略一定の第１領域Ｓ１と、間隔ｄが広くなる第２領域Ｓ２の境界である距離ｈｎの位置の近傍において応力が最大となるため、応力が最大となる位置に対応して隔壁部１５を形成することにより、軽量化を図りつつタービンホイールの強度を確保することができる。
（６）
本実施の形態１のタービンホイール１は、チタンアルミ合金によって形成されている。 Since the stress is maximized in the vicinity of the position of the distance hn, which is the boundary between the first region S1 where the distance d between the adjacent blades 12 is substantially constant and the second region S2 where the distance d is wide, the position where the stress is maximized By forming the partition wall portion 15 corresponding to , the strength of the turbine wheel can be ensured while reducing the weight.
(6)
The turbine wheel 1 of Embodiment 1 is made of a titanium aluminum alloy.

これにより、材料の観点からもタービンホイール１の軽量化を図ることができる。
（７）
本実施の形態２のタービンホイール１０は、過給機に用いられるタービンホイールであって、ボス部２１と、複数のブレード１２と、を備える。ボス部２１は、シャフト２が接続される第１端２１ａと、第１端２１ａの反対側の第２端２１ｂと、中空部２６と、を有する。中空部２６は、ボス部２１の内側に形成され、第２端２１ｂに形成された開口２６ａを有する略円柱状である。複数のブレード１２は、ボス部２１の周囲に配置されている。ボス部２１には、中空部２６が設けられている。 As a result, it is possible to reduce the weight of the turbine wheel 1 also from the viewpoint of materials.
(7)
A turbine wheel 10 according to Embodiment 2 is a turbine wheel used for a supercharger, and includes a boss portion 21 and a plurality of blades 12 . The boss portion 21 has a first end 21 a to which the shaft 2 is connected, a second end 21 b on the opposite side of the first end 21 a, and a hollow portion 26 . The hollow portion 26 is formed inside the boss portion 21 and has a substantially columnar shape with an opening 26a formed at the second end 21b. A plurality of blades 12 are arranged around the boss portion 21 . A hollow portion 26 is provided in the boss portion 21 .

本実施の形態２のタービンホイール１０は、例えば、中実のタービンホイール１００に対して中空部２６を形成することによって作成することができる。このため、例えば従来のスリップキャスト法によってボス部に中空部を形成しなくても、ボス部に中空部が形成されたタービンホイールを容易に製造することができる。
（８）
本実施の形態２のタービンホイール１０では、中空部２６は、開口２６ａよりも第１端２１ａ側に、開口２６ａよりも径が小さい部分２６ｃ、２６ｄが形成されている。
中空部２６の適切な位置に、径が小さい部分２６ｃ、２６ｄを設けることによって、応力に対する強度を確保することができる。 The turbine wheel 10 of Embodiment 2 can be produced, for example, by forming the hollow portion 26 in the solid turbine wheel 100 . Therefore, it is possible to easily manufacture a turbine wheel in which a hollow portion is formed in the boss portion without forming a hollow portion in the boss portion by, for example, a conventional slip casting method.
(8)
In the turbine wheel 10 of Embodiment 2, the hollow portion 26 is formed with portions 26c and 26d smaller in diameter than the opening 26a on the first end 21a side of the opening 26a.
By providing small-diameter portions 26c and 26d at appropriate positions in the hollow portion 26, strength against stress can be ensured.

＜他の実施形態＞
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施の形態１では、第１中空部１３と第２中空部１４の２つの内側空間が設けられているが、第２中空部１４が設けられていなくてもよい。この場合、軽量化の効果が小さくなるものの伝熱の低減効果は発揮することができる。 <Other embodiments>
An embodiment of the present disclosure has been described above, but the present disclosure is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible without departing from the gist of the invention.
(A)
In Embodiment 1 described above, two inner spaces, that is, the first hollow portion 13 and the second hollow portion 14 are provided, but the second hollow portion 14 may not be provided. In this case, although the effect of reducing the weight is reduced, the effect of reducing heat transfer can be exhibited.

（Ｂ）
上記実施の形態２のタービンホイール１０では、中空部２６は底面２６ｂを有しているが、中空部２６は、第２端２１ｂから第１端２１ａまでボス部２１を貫通して形成されていてもよい。
（Ｃ）
上記実施の形態１、２のタービンホイール１、１０のブレード１２の形状、枚数に限らず適宜変更してもよい。 (B)
In the turbine wheel 10 of Embodiment 2, the hollow portion 26 has the bottom surface 26b, and the hollow portion 26 is formed so as to penetrate the boss portion 21 from the second end 21b to the first end 21a. good too.
(C)
The shape and the number of blades 12 of the turbine wheels 1 and 10 in the first and second embodiments are not limited and may be changed as appropriate.

（Ｄ）
上記実施の形態１のタービンホイール１の第１中空部１３および第２中空部１４は、図２に示すような形状に限られるものではなく、例えば実施の形態２の中空部２６のように略円柱形状であってもよい。
（Ｅ）
上記実施の形態１では、隔壁部１５によって第１中空部１３と第２中空部１４の間は遮断されているが、必要な強度を確保可能な場合には、隔壁部１５に第１中空部１３と第２中空部１４を連通する連通孔を形成してもよい。 (D)
The first hollow portion 13 and the second hollow portion 14 of the turbine wheel 1 of Embodiment 1 are not limited to the shapes shown in FIG. It may be cylindrical.
(E)
In Embodiment 1, the first hollow portion 13 and the second hollow portion 14 are isolated by the partition wall portion 15. A communicating hole may be formed to communicate between the second hollow portion 13 and the second hollow portion 14 .

＜付記＞
他の開示について以下に記載する。
（１）の開示は、
過給機に用いられるタービンホイールであって、
シャフトが接続される第１端と、前記第１端の反対側の第２端と、前記第２端に形成された開口を有する略円柱状の中空部と、を有するボス部と、
前記ボス部の周囲に配置された複数のブレードと、を備えた、
タービンホイールである。 <Appendix>
Other disclosures are provided below.
The disclosure of (1) is
A turbine wheel used in a turbocharger,
a boss portion having a first end to which a shaft is connected, a second end opposite the first end, and a substantially cylindrical hollow portion having an opening formed in the second end;
a plurality of blades arranged around the boss;
Turbine wheel.

（２）の開示は、
前記中空部は、前記第１端から前記第２端まで貫通している、
（１）の発明のタービンホイール。
（３）の開示は、
前記中空部は、前記開口よりも前記第１端側に、径が最も小さい部分が形成されている、
（１）または（２）の発明のタービンホイール。 The disclosure of (2) is
The hollow portion penetrates from the first end to the second end,
The turbine wheel of the invention of (1).
The disclosure of (3) is
The hollow portion has a portion with the smallest diameter on the first end side of the opening,
The turbine wheel of the invention (1) or (2).

本開示のタービンホイールによれば、伝熱を低減することが可能な効果を有し、例えば作業車両などに用いるタービンホイールとして有用である。 The turbine wheel of the present disclosure has the effect of reducing heat transfer, and is useful as a turbine wheel for use in work vehicles, for example.

１ ：タービンホイール
１１ ：ボス部
１１ａ ：第１端
１１ｂ ：第２端
１２ ：ブレード
１３ ：第１中空部
１３ａ ：第１開口 Reference Signs List 1: turbine wheel 11: boss portion 11a: first end 11b: second end 12: blade 13: first hollow portion 13a: first opening

Claims (4)

過給機に用いられるタービンホイールであって、
シャフトが接続される第１端と、前記第１端に形成された第１開口を含む第１中空部と、を有するボス部と、
前記ボス部の周囲に配置された複数のブレードと、を備え、
前記ボス部は、
前記第１端の反対側の第２端に形成された第２開口を含む第２中空部と、
前記第１中空部と前記第２中空部の間に設けられた隔壁部と、を更に有し、
前記ボス部の外側面には、隣り合う前記ブレードの間隔が略一定の第１領域と、前記第１端に向かうに従って隣り合う前記ブレードの間隔が広くなる第２領域が設けられ、
前記隔壁部は、回転軸に対して垂直な方向から視て、前記第１領域と前記第２領域の境界に重なるように形成されている、
タービンホイール。 A turbine wheel used in a turbocharger,
a boss portion having a first end to which a shaft is connected and a first hollow portion including a first opening formed in the first end;
a plurality of blades arranged around the boss ,
The boss portion
a second hollow portion including a second opening formed at a second end opposite the first end;
a partition provided between the first hollow portion and the second hollow portion;
The outer surface of the boss portion is provided with a first region in which the interval between adjacent blades is substantially constant and a second region in which the interval between adjacent blades increases toward the first end,
The partition is formed so as to overlap a boundary between the first region and the second region when viewed in a direction perpendicular to the rotation axis.
turbine wheel. 前記第１中空部は、前記第１開口の径よりも大きい径の部分を有する、
請求項１に記載のタービンホイール。 The first hollow portion has a portion with a diameter larger than the diameter of the first opening,
A turbine wheel according to claim 1 . 前記第２中空部は、前記第２開口の径よりも大きい径の部分を有する、
請求項１に記載のタービンホイール。 The second hollow portion has a portion with a diameter larger than the diameter of the second opening,
A turbine wheel according to claim 1 . 前記タービンホイールは、チタンアルミ合金によって形成されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載のタービンホイール。 The turbine wheel is made of a titanium aluminum alloy,
A turbine wheel according to any one of claims 1-3 .
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060829A (en) 2003-08-12 2005-03-10 Borgwarner Inc Metal injection molded turbine rotor and jointing of metal shaft to the rotor
JP2007120409A (en) 2005-10-28 2007-05-17 Daido Castings:Kk Hot wheel for turbocharger
JP2012523496A (en) 2009-04-09 2012-10-04 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Method for manufacturing a turbine wheel for an exhaust gas turbocharger
CN103240418A (en) 2013-05-23 2013-08-14 北京科技大学 Near-net shaping method for charging turbine with hollow internal structure
US20140178188A1 (en) 2012-12-21 2014-06-26 GM Global Technology Operations LLC Turbo Wheel And Shaft Assembly
JP2016037901A (en) 2014-08-07 2016-03-22 日立金属株式会社 Impeller
KR20170009130A (en) 2015-07-15 2017-01-25 (주)계양정밀 Automotive turbocharger with ratiotional inertia reduced rotor shaft
JP2018013127A (en) 2016-07-20 2018-01-25 マン・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー Radial turbine rotor and method for manufacturing the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55107003A (en) * 1979-02-13 1980-08-16 Nissan Motor Co Ltd Radial turbine rotor
US4408959A (en) * 1980-07-03 1983-10-11 Kennecott Corporation Ceramic radial turbine wheel
JPS61215401A (en) * 1985-03-20 1986-09-25 Yanmar Diesel Engine Co Ltd Turbine wheel for supercharger
JPS62127160A (en) * 1985-11-26 1987-06-09 Hitachi Metals Ltd Turbine rotor for super charger of internal combustion engine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060829A (en) 2003-08-12 2005-03-10 Borgwarner Inc Metal injection molded turbine rotor and jointing of metal shaft to the rotor
JP2007120409A (en) 2005-10-28 2007-05-17 Daido Castings:Kk Hot wheel for turbocharger
JP2012523496A (en) 2009-04-09 2012-10-04 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Method for manufacturing a turbine wheel for an exhaust gas turbocharger
US20140178188A1 (en) 2012-12-21 2014-06-26 GM Global Technology Operations LLC Turbo Wheel And Shaft Assembly
CN103240418A (en) 2013-05-23 2013-08-14 北京科技大学 Near-net shaping method for charging turbine with hollow internal structure
JP2016037901A (en) 2014-08-07 2016-03-22 日立金属株式会社 Impeller
KR20170009130A (en) 2015-07-15 2017-01-25 (주)계양정밀 Automotive turbocharger with ratiotional inertia reduced rotor shaft
JP2018013127A (en) 2016-07-20 2018-01-25 マン・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー Radial turbine rotor and method for manufacturing the same

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