JPH0419400B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はターボチヤージヤ、スーパチヤージヤ
等に適用されるコンプレツサ用の遠心羽根車装
置、特に疲労耐力を増大し長寿命化を図り得るコ
ンプレツサ用の羽根車装置に関する。

（従来の技術） この種のコンプレツサ用の遠心羽根車装置がタ
ーボチヤージヤ、スーパチヤージヤ等に適用され
ることは周知であり、この場合羽根車には円周方
向に配列され流体力学上望ましい形状を持たせら
れた一群の羽根部と羽根部を支承する中央のハブ
部とが包有され、ハブ部自体は別途の回転シヤフ
トに対し連結される。ハブ部の中央部にはシヤフ
トを軸方向に受容する開口部が形成されており、
例えばターボチヤージヤに使用される場合、シヤ
フトをハブ部の開口部に貫通させた上羽根車のノ
ーズ部においてナツトによりシヤフトに羽根車を
連結せしめている。この場合ハブ部はシヤフトと
共に回転可能にシヤフトの肩部又は他の半径方向
に突出する拡大部に対し固定される。これにより
シヤフトの回転に伴つてコンプレツサの羽根車が
回転され、空気が羽根車の羽根部を介し軸方向に
導入されて、コンプレツサハウジングのうず巻形
チヤンバ内において圧縮され半径方向外向きに高
圧で放出される。更に放出された圧縮空気は燃焼
エンジンの吸気マニホルドへ送られ周知の方法で
燃料と混合され燃料される。

また近年コンプレツサが改良されコンプレツサ
の作動効率および流量効率（特に流動量）が次第
に向上されかつ過渡反応特性も良好になつて来て
いる。例えばターボチヤージヤに適用されている
コンプレツサ羽根車の羽根部は最適の動作効率お
よび流量効率を得るべく周知のように極めて複雑
に構成されている。この複雑な構成の羽根部を有
した羽根車は鋳造法により経済的に作られ得、こ
の場合羽根車のハブ部および羽根部は好ましくは
回転慣性力を小さくするように、アルミニウム又
はアルミニウム合金のような軽量の金属材料を用
いて一体に成形され、過渡動作時の反応が極めて
俊敏になるように構成される。

（発明が解決しようとする問題点） 一方従来の鋳造により作られたコンプレツサの
羽根車の疲労は比較的早期に生じ動作中破損を来
たす危惧があつた。特に羽根車が100000rpm以上
の速度で回転されると、アルミニウムで鋳造され
た羽根車には特に羽根車のハブ部（羽根車の半径
方向の重量を負担する）に比較的大きな引張荷重
が加わり、羽根車が高速回転、即ち高速駆動され
るとき、例えば土工機、前部載貨機、除草機等に
使用されるとき特に引張荷重が大きくなることが
判明している。即ち従来の鋳造羽根車のハブ部に
は大きな空所すなわちシヤフト貫通用の中央開口
部が具備されており、中央開口部近傍に大きな応
力が生じて、羽根車がハブ部から破損し易かつ
た。加えて鋳造法に特有の浮滓、気泡、小結晶の
ような介在物等の金属加工上不適当なものが特に
中央シヤフト開口部の近傍に生成され易く、この
点でもハブ部が弱化し勝ちであつた。

これに対し鋳造によらずに鍛造または錬造によ
つてアルミニウム又はアルミニウム合金のような
材料から羽根車を作り、鋳造において生じ勝ちな
欠陥部の発生を防ぐことにより、羽根車の疲労に
よる破損を大巾に低減し寿命を大巾に延長するこ
とも提案されている。しかしながら羽根車の羽根
部を流体力学上望ましい複雑な構成にする必要が
あり、費用および製造上条件により作成が困難で
鋳造法以外の方法で羽根車を作ることは実際上で
きなかつた。

しかして本発明の目的は、従来の欠点を除去
し、低慣性力を示す羽根車に開口部を設けずに、
中央部に集中する引張荷重に充分に対向でき、タ
ーボチヤージヤ等の回転シヤフトに容易に強固に
連結可能なコンプレツサ用の羽根車装置を提供す
るにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば低慣性力材料から鋳造された羽
根車と、羽根車に比べ高耐摩耗性材料で作られた
全体として円筒状のスリーブ部材とを備え、羽根
車は軸方向の一端部に配設され半径方向に突出す
るデイスク部と、軸方向の他端部に配設されデイ
スク部より小径のノーズ部と、デイスク部とノー
ズ部間において軸方向に延びる開口部を有してな
いハブ部と、ハブ部上に円周方向に配列される複
数の羽根部が一体に形成され、スリーブ部材はそ
の軸方向の一端部が羽根車の中心軸線と同心に羽
根車の軸方向の一端部に対し固設され、内周面部
に回転シヤフトと螺合可能なネジ部が具備される
ことを特徴とするコンプレツサ用の羽根車装置に
よつて上記の目的が達成される。

（作用） しかして本発明によれば開口部を持たせない、
低慣性力材料の羽根車のハブ部に対し、特に回転
中央に加わる引張荷重に相応の耐力を示すスリー
ブを直結し、この耐力のあるスリーブに回転シヤ
フトを連結して、低慣性力回転と回転シヤフトか
ら伝わる引張荷重に対する耐力との二律背反応な
作用を同時に果たすことになる。

（実施例） 第１図〜第３図を参照するに、本発明によるコ
ンプレツサ用の羽根車装置１０は例えば第４図に
示されるようなターボチヤージヤ、スーパチヤー
ジヤ等の遠心羽根車として使用される。羽根車装
置１０の開口を有してない羽根車１２にはハブ部
１４と円周方向に連続して配設された羽根部１６
とが一体に形成されており、ハブ部１４自体は円
筒状のスラストスペーサとして機能するスリーブ
１８に付設され、スリーブ１８はターボチヤージ
ヤ等の回転シヤフト２０に連結され得る。本発明
のコンプレツサ用の羽根車装置１０はターボチヤ
ージヤ、スーパチヤージヤ等に適用される従来の
コンプレツサ用の羽根車装置に比べ羽根の耐疲労
性、即ち耐用性が大巾に向上されかつ羽根部１６
は流体力学上好ましい外形を持つように形成され
ており、作動効率および流量効率を損なうことが
ないように構成される。

この種の羽根車はゴムパターン法あるいはロス
トワツクス法等の鋳造法以外では好適に製造でき
ない複雑な曲部を持つており、このため鋳造、機
械加工等の他の加工法によつて簡単に形成するこ
とが極めて困難であり、仮に他の加工法によつて
形成しても費用がかさみ実際上作成不可能であ
る。従つてターボチヤージヤのコンプレツサ用の
遠心羽根車は各羽根部を羽根車のハブと一体に鋳
造する一体鋳造法により形成することが好適であ
る。

この場合中心にシヤフト穴を有しアルミニウム
等で作られる周知の鋳造による羽根車は頻繁に加
速又は減速回転される際半径方向に引張荷重力を
受けるため、疲労を生じ損傷し易い。この損傷は
特に大きな引張荷重を受ける中央のシヤフト穴を
中心としてその近傍で起き易い。換言すれば鋳造
された羽根車には浮滓、気泡、小結晶等の介在物
等々金属加工上不適当なものができ易く、特に中
央のシヤフト穴近傍に集中し且つシヤフト穴近傍
で生ずる応力により割れが生じやすい。

従つて本発明の羽根車装置１０において、羽根
車１２内にシヤフト穴を設けないので、上述した
ような応力の集中はなく羽根車の耐疲労性が高め
られ寿命が大巾に向上される。シヤフト穴を持た
ない本発明による羽根車１２はスリーブ１８が固
設され、羽根車１２はスリーブ１８を介しターボ
チヤージヤ等の回転シヤフト２０に連結される。
この場合スリーブ１８は羽根車１２本体に対し迅
速、容易かつ確実に固設できるから、量産にも適
する。

第１図〜第３図を参照して本発明の構成を更に
詳述するに、羽根車１２はアルミニウム又はアル
ミニウム合金等の比較的軽量の低慣性力材料を用
いて鋳造法で製造され、羽根車１２のハブ部１４
は、軸方向の一端部に位置し半径方向に延びるデ
イスク部２２と他端部に位置しデイスク部２より
小径のノーズ部２４との間において滑らかな面を
もつて軸方向に延び、且つデイスク部およびノー
ズ部と一体に形成される。ハブ部１４には中央部
にシヤフト穴が設けられておらず、且つ円周方向
に配列された羽根部１６が鋳造により一体に成形
されており、羽根部１６は図示の如く複雑且つ滑
らかにわん曲され、全体としてハブ部１４から半
径方向外向きに延出しており、空気等をノーズ部
２４から軸方向に導入しデイスク部２２から半径
方向外側へ放出するように機能する。羽根部１６
の少なくとも一部にはノーズ部２４に近接して前
方に傾斜された傾斜部２６と、デイスク部の周部
近傍において少なくとも一部が後方へ曲げられた
わん曲部２８とが包有される。

羽根車１２にはスリーブ１８が固設され、スリ
ーブ１８自体はターボチヤージヤ等の回転シヤフ
トに連結可能に設けられる。この場合、スリーブ
１８は例えば工具用鋼等の相対的に耐摩耗性に富
んだ金属を円筒状に加工して形成せしめ、スリー
ブ１８の軸線を羽根車１２の中央の軸線３０に整
合させてデイスク部２２の背面の基部に対し固設
される。このデイスク部２２の背面中央部はほゞ
平坦に設けられており、スリーブ１８が羽根車１
２に対し容易に付設可能になる。

スリーブ１８と羽根車１２との連結法は種々考
えられるが、極めて好ましい方法としては例えば
摩擦溶接法が挙げられる。この場合羽根車１２は
好適な取付具（図示せず）に固定しスリーブ１８
を工具（図示せず）に取り付け、第２図の矢印３
２方向に工具を回転しながら移動して羽根車１２
の中央部と回転状態で接触させる。スリーブ１８
と羽根車１２中央部とが回転状態で接触されるこ
とにより熱が発生し溶融し互いに溶着されること
になる。このようにして羽根車１２とスリーブ１
８とはその接触面の実質的に全面にわたり非溶着
部を生ずることなく極めて緊密に接合される。

この溶接後、デイスク部２２中央部は第３図に
示すように流体力学上望ましい外形を持つよう表
面が加工され、溶接時に生じた突起部分が除去さ
れる。スリーブ１８の内径および外径は羽根車１
２の中心軸線３０と同軸に位置しかつ互いに同心
になるように加工される。スリーブ１８の内周面
部の少なくとも一部にはネジ部３４が切られてお
り、外周面部には一以上の比較的浅い環状溝３６
が形成される 上述のように構成された羽根車１２並びにスリ
ーブ１８を有する羽根車装置１０はターボチヤー
ジヤ等に迅速かつ容易に取り付けられ得る。即ち
第４図に示すように、コンプレツサの背壁４２に
設けられたシヤフト貫通用の開口部４０内に達す
るシヤフト２０のネジ山端部３８がスリーブ１８
の内周面部のネジ部３４が螺結される。背壁４２
はコンプレツサの羽根車１２を収容するコンプレ
ツサハウジング４４と中央ハウジング４６との間
に位置せしめられており、中央ハウジング４６に
はシヤフト２０を枢支するスラスト軸受装置４８
およびジヤーナル軸受５０（１のみ図示）が内設
されている。ここで羽根車１２のノーズ部２４を
好適なレンチや他の工具に適合するように例えば
六角形（第１図参照）に成形しておけば、羽根車
装置１０を容易にかつ好適にシヤフト２０に螺合
できることは当業者には容易に理解されよう。

またスリーブ１８はシヤフト２０と螺着された
ときカラー５２の肩部と当接され、カラー５２は
スラスト軸受装置４８の一部をなしシヤフト２０
と共に回転可能に設けられている。且つスリーブ
１８により羽根車１２はカラー５２に対し軸方向
に離間される。更にスリーブ１８の外周面部の環
状溝３６に密封リング５４が嵌入されて背壁４２
の開口部４０の内周面と圧接されて、中央ハウジ
ング４６からコンプレツサハウジング４４への潤
滑油の流入が阻止され得る。またスリーブ１８は
好ましくは熱処理されて外周面部が比較的硬質に
されかつ耐摩耗性が持たせられる。この熱処理は
スリーブ１８と羽根車１２との溶着作業前に行う
ことが好ましい。

更に第４図に沿つて本発明による羽根車装置１
０を適用したターボチヤージヤの動作を説明する
に、排気ガスタービン（図示せず）が回転されて
ターボチヤージヤのシヤフト２０が回転され、こ
れに伴いコンプレツサハウジング４４内に配設さ
れた羽根車１２が高速回転されると、空気が入口
部から導入されコンプレツサハウジング４４内の
うず巻形チヤンバ５６へと半径方向外向きに流動
される。この場合、特に本発明による羽根車１２
においては回転中応力が集中する開口部が内部に
設けられていないから、中央に開口部を有する従
来の羽根車に比べ、羽根車１２の疲労が最小限に
され得、寿命が大巾に向上される。又スリーブ１
８には羽根車装置１０をシヤフト２０に対し安定
して支承しうる強度が持たせられ、且つスリーブ
１８のネジ部３４とシヤフト２０のネジ山端部３
８は回転中シヤフト２０から羽根車装置１０が外
れないようにネジ切りされる。一方羽根部１４は
鋳造法により流体力学上最適の外形を持つように
形成されているので、羽根車装置の作動効率、流
量効率が損なわれることはない。

本発明は図示の実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲の技術的思想に含まれる設計
変更を包有することは理解されよう。例えば米国
特許出願487142号に開示された複合コンプレツサ
羽根車に対しスリーブ１８を固設することにより
耐用性を更に向上できる。この場合複合コンプレ
ツサ羽根車の鍛造又は錬造されたハブインサート
が鋳造された羽根の胴部に挿入され固定される。
また本発明によるスリーブ１８を複合コンプレツ
サ羽根車に固設でき、この場合も羽根車の中央部
に軸方向に延びる開口部を設ける必要はない。

（発明の効果） 上述のような本発明によりるコンプレツサ用の
羽根車装置においては、羽根部、デイスク部並び
にノーズ部を有し慣性力が大きく作用するハブ部
が低慣性材料で形成され、且つ引張荷重の集中す
る中心部に開口部を具備させず、且つターボチヤ
ージヤの回転シヤフトと螺結するネジ部を有し高
耐摩耗材で形成されている引張荷重に耐性を示す
スリーブ部材を羽根車に貫通せることなく、羽根
車の軸方向一端に例えば摩擦溶接などにより結合
させる構成をとるから、構成が簡潔で量産性に富
み、且つまた、低慣性力回転と回転シヤフトから
伝わる引張荷重に対する耐力が効果的に実現され
るから、耐用性が顕著に向上さる得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコンプレツサ用の羽根車
装置の一実施例の斜視図、第２図は同羽根車装置
の組立工程を示す分解斜視図、第３図は同拡大縦
断面図、第４図は同羽根車装置を適用したターボ
チヤージヤの部分縦断面図である。 １０…羽根車装置、１２…羽根車、１４…ハブ
部、１６…羽根部、１８…スリーブ、２０…回転
シヤフト、２２…デイスク部、２４…ノーズ部、
２６…傾斜部、２８…わん曲部、３０…中心軸
線、３２…矢印、３４…ネジ部、３６…環状溝、
３８…ネジ山端部、４０…開口部、４２…背壁、
４４…コンプレツサハウジング、４６…中央ハウ
ジング、４８…スラスト軸受装置、５０…ジヤー
ナル軸受、５２…カラー、５４…密封リング、５
５…入口部、５６…うず巻形チヤンバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ａ 低慣性力材料から鋳造された羽根車と、 Ｂ 羽根車に比べ高耐摩耗性材料で作られた全体
   として円筒状のスリーブ部材と を備え、 羽根車は a1 軸方向の一端部に配設され半径方向に突
   出するデイスク部と、 a2 軸方向の他端部に配設されデイスク部よ
   り小径のノーズ部と、 a3 デイスク部とノーズ部間において軸方向
   に延びる開口部を有してないハブ部と、 a4 ハブ部上に円周方向に配列される複数の
   羽根部と が一体に形成され、 スリーブ部材は b1 その軸方向の一端部が羽根車の中心軸線
   と同心に羽根車の軸方向の一端部に対し固設
   され、 b2 内周面部に回転シヤフトと螺合可能なネ
   ジ部が具備される ことを特徴とするコンプレツサ用の羽根車装置。 ２ 羽根車が軽アルミニウム材料で形成されてな
   る特許請求の範囲第１項記載の羽根車装置。 ３ スリーブ部材が鋼で形成されてなる特許請求
   の範囲第１項記載の羽根車装置。 ４ スリーブ部材が羽根車に対し摩擦溶接法によ
   り連結されてなる特許請求の範囲第１項記載の羽
   根車装置。 ５ 羽根車の羽根部の少なくとも一部には、ノー
   ズ部に近接する傾斜部とデイスク部の円周部に近
   接するわん曲部とが包有されてなる特許請求の範
   囲第１項記載の羽根車装置。 ６ ノーズ部がレンチと連結可能に軸方向に突出
   し多角柱状に形成されてなる特許請求の範囲第１
   項記載の羽根車装置。 ７ スリーブ部材の外周面部が熱処理により硬化
   されてなる特許請求の範囲第１項記載の羽根車装
   置。 ８ スリーブ部材の外周面部には少なくとも一の
   環状溝が形成されてなる特許請求の範囲第１項記
   載の羽根車装置。