JPH0441934A - 樹脂製インペラのバランス修正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、ターボチャージャのコンプレッサ側に用い
られる樹脂製インペラのアンバランスを低減するのに利
用される樹脂製インペラのバランス修正方法に関するも
のである。 （従来の技術） エンジンの出力を向上させる手段として、ターボチャー
ジャやスーパーチャージャなどの過給装置があり、前者
のターボチャージャにおいてそのコンプレッサ側にはア
ルミニウム合金製インペラが用いられている。 この種のターボチャージャにおいて、コンプレッサイン
ペラおよびタービンロータにアンバランスが存在すると
、ベアリングに加わる負荷が急激に増加してベアリング
の耐久性の低下や高速回転中の異音発生の原因となる。 したがって、コンプレッサインペラおよびタービンロー
タは、まず単体でバランス修正を行い、さらにセンター
ベアリングハウジングに組み付けた後に、アッセンブリ
状態でのバランス修正を行うことが必要である。 タービンロータはシャフトが付いた状態で背板部および
ボス部で修正を行うが、コンプレッサインペラではボス
部でシャフトをナツトにより固定するため、ボス部の切
削によってバランス修正を行う場合に切削量が大きいと
きにはボス部の強度低下の原因となる。 コンプレッサインペラのボス部のアンバランスは、ボス
部の切削量の自由度が小さいため、本来は金型の精度管
理により最小限度に留める必要があるが、精度のよい金
型を用いても精密射出成形では成形機の設置場所の温度
や原料の物性のわずかな相違等の影響で成形収縮率の変
化が生じるため、ボス部のアンバランス修正方法は非常
に重要である。 メタルタービンロータのボス部のバランス修正方法とし
ては、ボス部に修正穴をあける方法やボス部に切削部を
形成する方法が実用化されているが、セラミックスター
ビンロータの場合には切削部より脆性破壊が生じやすい
ため、特開昭５９−１２１０１号のようにボス部に加工
用金属製固定ねじを設ける手段や、特開昭６３−１９８
７０２号のようにバランス修正体を溶射によって接着す
る手段等が考えられてきた。 また、アルミニウム合金製インペラの／くランス修正は
、前記メタルタービンロータと同様に、第７図に示すよ
うに、アルミニウム合金製インペラ２１のボス部２１ａ
にバランス修正穴２２をあける方法や、第８図に示すよ
うにアルミニラ合金製インペラ３１のボス部３１ａに切
削部３２を形成する方法で行われているが、このような
バランス修正方法は樹脂製インペラにおいては最適とは
言えない。 第７図および第８図に示すように、インペラポス部２１
ａ、３１ａでのバランス修正は、ボス部の半径ｒとボス
部円周上にアンバランスがあるとした場合のアンバラン
ス量Ｗの積：　ｒａｗが規定値以下となるように修正が
行われる必要がある。 一方、精密鋳造によって製造されるアルミニウム合金製
インペラのアンバランスは非常に大きいが、鋳造後の加
工によりアンバランスは減少し、バランス修正昨のアン
バランス量はｒ　＠ｗ＝０．５程度となる。 また、射出成形によって製造される樹脂製インペラのア
ンバランス量はｒ・ｗ＝　０．４〜０．５であり、アル
ミニウム合金製インペラとほぼ同等である。 第１図および第２図に例示した樹脂製インペラ１１のボ
ス部１１ａのアンバランス発生要因としては、第５図（
ａ）に示すようなバリ１１０等に起因してアンバランス
部Ｕが生ずる場合と、第５図（ｂ）に示すような軸穴１
１ｂのずれによってアンバランス部Ｕが生ずる場合があ
るが、精密射出成形で製造する樹脂製インペラのアンバ
ランスの発生要因は、第５図（ｂ）に示したような微妙
な軸穴１１ｂのずれによることが多く、金型の精度や成
形条件等に左右されるために常にアンバランス量を規定
値以下に維持することは容易ではない。 （発明が解決しようとする課題） そこで、樹脂製インペラのアンバランス量がアルミニウ
ム合金製のそれと大差ないために、第７図および第８図
に示したアルミニウム合金製インペラ２１．３１のため
のバランス修正方法か適用可能であると考えられがちで
あるが、実際には樹脂製インペラの比重はアルミニウム
合金製のそれの約１／２であるために上記手法は適切と
はいえない。 第６図においてアルミニウム合金製インペラの修正に斜
線部に相当する切削部３２を得るための切削を要した場
合、同量のアンバランスｒ・Ｗを有する樹脂製インペラ
の場合には当然斜線部以上の切削を要する。 また、樹脂製インペラの比重はアルミニウム合金製イン
ペラの約１／２であるから、切削量を２倍にすればアル
ミニウム合金製インペラの場合と等価となるように感じ
られるが、実際には切削量を２倍にしてもアルミニウム
合金製インペラの場合と同等のアンバランス量にするこ
とはできない。 たとえば、第６図に示すように切削量が増加するにした
がって切削部３２のボス部３１ａの中心からの距離は減
少する。ところがアンバランスの修正基準はｒａｗであ
るから、切削量が増加し、ボス部中心からの距１Ｉｌｒ
が減少すると切削によって改善されるアンバランス量ｒ
ａｗは著しく減少する。 第６図において、Ｘ０部で体積にしてｖ０Ｃｍｊ切削し
、この時の切削重量をＷｏとすると（説明を簡単にする
ため、点ｘＯにおいて重量Ｗｏの減少があると仮定する
ことにする。以下、同様な仮定を前提として計算を行う
）、この時のアンバランス量の減少はｒｏ・ＷＱである
が、切削が進んでＸ、部でバランス修正をする場合、ｖ
ｏ　Ｃｍ’切削してもアンバランスの減少は約ｒ、・Ｗ
ｏであり、Ｘ０部を切削する場合と比較すると同量の切
削を行ってもアンバランスはｒ１／　ｒ　ｏ　Ｌか減少
しない。 つまり、同体積の切削を行うと半径の１／２の部位での
切削は円周部での切削の１／２しかアンバランスを減少
させる効果はない、したがって、樹脂製インペラの場合
、アンバランス、ｉｔｒｅｗがおなじでも比重が小さい
ためにアルミニウム合金製インペラよりも切削量が大き
くなり、切削量が大きいために切削部のボス部中心から
の距離が小さくなり、このために切削体積当りのアンバ
ランスの減少量が減るためにますます切削量が大きくな
るという悪循環が起こる。従って、第７図および第８図
のような修正方法では不良品や低強度のインペラが非掌
に多く発生するという問題点があった。 このように、従来のアルミニウム合金製インペラのボス
部のバランス修正方法を樹脂製インペラに適用しようと
すると、アルミニウム合金製インペラの比重が２．７前
後であるのに対して樹脂製インペラの比重は１．４〜１
．５であるため、アルミニウム合金製インペラと同程度
のアンバランスが生じると、アンバランスを修正するた
めにはボス部をアルミニウム合金製インペラの場合の２
倍以上切削する必要があり、このようなボス部の大きな
切削は高速回転を繰り返すインペラの耐久性の低下をも
たらし、これは同時に樹脂製インペラの信頼性の低下を
意味する。 そして、樹脂製インペラの破損が生じると樹脂製インペ
ラの破片は吸気通路を通ってシリング−内に吸い込まれ
、エンジンを破壊する可能性があるため、ボス部の切削
量はできるだけ小さくしなければならないという問題点
があり、これらの問題点を解決することが課題となって
いた。 （発明の目的） この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、ターボチャージャ用樹脂製インペラのバラン
スを修正するに際し、バランス修正時の切削量を低減し
、ボス部の強度が十分に確保された状態にして、樹脂製
インペラのバランス修正を行うことによりアンバランス
の低減が可能となる樹脂製インペラのバランス修正方法
を提供することを目的としている。

【発明の構成】 （課題を解決するための手段） この発明に係わる樹脂製インペラのバランス修正方法は
、ターボチャージャ用樹脂製インペラの／ヘランスを修
正するに際し、前記樹脂製インペラのボス部にバランス
部材挿入穴を設け、前記樹脂製インペラ材料よりも比重
の大きい金属ないしはセラミックスよりなりかつ当該４
１１＠製インペラの有するアンバランスを十分に低減可
能とする重量のバランス部材を前記バランス部材挿入穴
に挿入して前記樹脂製インペラのバランスを修正する構
成としたことを特徴としており、このような樹脂製イン
ペラのバランス修正方法の構成を前述した従来の課題を
解決するための手段としている。 この発明に係わる樹脂製インペラのバランス修正方法の
実施態様において、前記樹脂製インペラのボス部の半径
をｒｏ、軸穴中心からバランス修正位置までの距離をｒ
ｌ　とし、ｒ１＝ｋｒ。 としたとき、比重ｄｐの樹脂製インペラのボス部円周上
にＷのアンバランス量を有する場合に、 （（ｗ／ｋ）／　（ｄｘ−ｄｐ））／　（ｗ／ｄｐ）＜
１を満たす比重ｄ！を有する材料をバランス部材の素材
として用いることにすることが可能であり、また、同じ
〈実施態様において、前記樹脂製インペラのボス部の半
径をｒ　Ｏｙ軸穴中心からバランス修正位置までの距離
をｒｌとし、ｒ＋　＝ｋｒ、）としたとき、比重ｄｐの
樹脂製インペラのボス部円周上にＷのアンバランス量を
有し、かつボス部半径の１７２の位置の部位で修正を行
う場合に、 （（２Ｗ／（ｄｒ−ｄｐ））／　（ｗ／ｄｐ）＜１を満
たす比重ｄｘを有する材料をバランス部材の素材として
用いることにすることが可能である。 （発明の作用） この発明に係わる樹脂製インペラのバランス修正方法は
、上記した構成を有しているので、アンバランスを有す
る樹脂製インペラのバランスを修正するに際し、バラン
ス修正に必要なボス部の切削量が少なくてすむものとな
り、したがってボス部の強度が十分に確保された状態に
して、樹脂製インペラのバランス修正が遂行されてアン
バランスの低減がなされるようになる。 （実施例） 以下、この発１町の実施例を図面に基づいて説明する・ 第１図および第２図は、この発明が適用される樹脂製イ
ンペラを示すものであって、この樹脂製インペラ１１は
、ボス部１１ａおよび軸孔１１ｂにシャフト１２を貫通
し、背部をスリーブ１３に当接させた状態でワッシャ１
４を介してナツト１５を締め付けることにより固定され
る構造をなすものである。 第３図はこの発明の一実施例を示す図であって、樹脂製
インペラ１１がもつアンバランス量オよびアンバランス
部位は、バランス修正に使用されている汎用のバランス
測定機によって容易に計測可能である。 第３図に示すように矢印Ｕ方向で示すＡ部にアンバラン
スがある場合、軸孔１１ｂに対して対称の位置に相当す
るＡ部部でバランス修正を行う。 この場合、修正は軸孔１１ｂや外周に近いと強度的に不
利なため、ボス部半径の１／２に相当する部位が望まし
い。 そこで、この部位に例えばドリル等を用いて細孔を設け
ることによりこれをバランス部材挿入穴１１Ｃとし、樹
脂製インペラ材料よりも大きな比重を有する金属やセラ
ミックス等で作成したバランス部材（例えば、細５１７
）を挿入してバランス修正を行う。 この場合、バランス部材挿入穴（細孔）１１Ｃの形状は
、加工が簡単なことおよび応力集中を小さくできること
から円柱形状が望ましい。 この実施例において、第４図に示すように、アンバラン
スＵの修正に円周上でｗｇの切削を要する場合、同じく
第４図に示すごと〈半径の１７２の部位で本発明を適用
すると、樹脂製インペラ１１の比重を約１．４５とする
と、円周部でｗｇの修正に要する切削量ｖ０は、 Ｖ、＝ｗ／１．４５＝０．６８９７ｗｃｍ３となり、半
径の１／２の部位で修正するのに要する重量は中心から
の距離が１／２になったために２倍に増加し２ｗｇであ
る。 また、挿入するバランス部材１７を鉄（比重：約７．８
）とすると、体１ｆｉ１ｃｍ３当りの重量差は、 ７．８−１．４５＝６．３５ｇ／ｃｍ’となる。 したがって、２ｗｇの修正に要する切削部体績Ｖｌは、 Ｖ、＝２ｗ／６．３５＝０．３１５ｗｃｍｊＶ、／Ｖｏ
＝０．３１５ｗ１０．６８９７ｗ＝０．４５７ であり、第１表にも示すように１円周部を切削する場合
の４５．７％に切削量を低減できる。 なお、バランス部材１７として鉛（比重：約１１．３４
）を使用すると、切削量は２９．３％に留めることが可
能となる。 （比較例１） 本発明は金属製タービンロータ等にも適用可能であり既
に公知のように考えられがちではおるが１次に示すよう
にむしろ逆効果になってしまフ・ すなわち、アンバランスの修正に円周上でｗｇの切削を
要する場合、半径の１７２の部位で本発明を適用すると
、タービンロータの素材である鋼の比重を約７．８とす
ると１円周部でｗｇの修正に要する切削量■。は、 Ｖ０＝ｗ／７．８＝０．１２８２ｗｃｍＡとなり、半径
の１／２の部位で修正するのに要する重量は上記と同様
に２ｗｇである。 また、挿入するバランス部材（１７）を鉛とすると、体
積１ｃｍ’当りの重量差は。 １１．３４−７．８＝３．５４ｇ／ｃｍ３となる。 したがって、２ｗｇの修正に要する切削部体端■１は、 Ｖｌ　＝２ｗ／３．５４＝０．５６５０ｗｃｍ’Ｖ、／
Ｖ０＝０．５６５０ｗ１０．１２８２ｗ−４，４０７ となり、円周部を切削する場合の約４．４倍に切削量が
増加し、第１表にも示すようにむしろ逆効果となってし
まう。 （比較例２） 本発明はセラミックス製タービンロータ等にも適用可能
であると考えられるが、次に示すようにむしろ逆効果に
なってしまう。 すなわち、アンバランスの修正に円周上でｗｇの切削を
要する場合、半径の１／２の部位で本発明を適用すると
、セラミックスタービンロータの比重を約３．２とする
と、円周部でｗｇの修正に要する切削量■。は、 Ｖ、＝ｗ／３．２＝０．３１２５ｗｃｍｊとなり、半径
の１７２の部位で修正するのに要する重量は上記と同様
に２ｗｇである。 また、挿入するバランス部材（１７）を鉄とすると、体
積１ｃｍ’当りの重量差は、 ７．８−３．２＝４．６ｇ／ｃｍｊ となる。 したがって、２ｗｇの修正に要する切削部体端ｖ１は、 Ｖｌ　　＝２ｗ／４．６＝０．４３１０ｗｃｍ３Ｖ、／
Ｖｏ　　＝０　．４３１０ｗ１０　．３１２５ｗ＝　　
１　　、　３７９ となり、円周部を切削する場合の約１．４倍に切削量が
増加し、第１表にも示すようにむしろ逆効果となってし
まう。 （比較例３） さらにアルミニウム合金製インペラにおいても、アンバ
ランスの修正に円周上でｗｇの切削を要する場合、半径
の１／２の部位で本発明を適用すると、アルミニウム合
金製インペラの比重を約２．８とすると、円周部でｗｇ
の修正に要する切削量ｖｏは。 Ｖ、＝ｗ／２．８＝０．３５７１ｗｃｍ３となり、半径
の１／２の部位で修正するのに要する重量は上記と同様
に２ｗｇである。 また、挿入するバランス部材（１７）を鉄とすると、体
１１ｃｍ’当りの重量差は、 ７．８−２．８＝５．０ｇ／ｃｍ’ となる。 したがって、２ｗｇの修正に要する切削部体端Ｖ、は ｖ、＝２ｗ１５．０＝０．４０００ｗｃｍＡＶ　Ｉ／　
Ｖ　ｏ　＝　０　、４０００　ｗ　／　０　、３５７１
　ｗ二１１２０ となり、円周部を切削する場合の約１．１倍に切削量が
増加し、むしろ逆効果となってしまり。 ところで１本発明を樹脂製インペラに適用する場合、樹
脂製インペラの比重を１．４５としたときには、切削量
の低減が生じるのはＶ、／Ｖ０くｌの時であるから、 Ｖｌ　＜０．６８９７ｗｃｍ”である必要があり、バラ
ンス部材１７の比重をｄとすると、ｄ−１゜４５＝２．
８９９８より、ｄは４．３４９８以上でなくてはならな
いこととなる。 より一般的に言えば、樹脂製インペラ１１の比重をｃｔ
ｐ、バランス部材１７の比重をｄｘとし、修正位置をボ
ス部半径の１／２の部位とすると、ＶＯ＝ｗ／ｄｐ、体
積１ｃｍ３当りの重量差はｄＩ−ｄｐ、Ｖ＋　＝２ｗ（
ｄｘ−ｄｐ）　であ６ｃ７）で、 ｖ、／ｖ０＜ｉであるためには、 Ｖ　１／　Ｖ　。 ＝　（２ｗ／　（ｄ　５−ｄｐ））／　（ｗ／ｄ　ｐ）
　＜１である必要がある。 さらに、修正位置を任意とすれば、ボス部半径をｒ。、
＠穴中心から修正位置までの距離をｒｌとし、ｒ１＝ｋ
ｒ６とすると、円周上でのアンバランス量Ｗと等価なア
ンバランス量Ｗ、はｒ。 ｗ＝ｒｌ　ｅｗｌより、ｗ、＝ｗ／にとなる。したがっ
て、 Ｖｌ　／Ｖｏ＝ （（ｗ／ｋ）／（ｄｘ−ｄｐ））／（ｗ／ｄｐ）＜１で
ある必要がある。 そして、本発明においては、例えばボス部１１ａに形成
するバランス部材挿入穴の形状を一定とし、バランス部
材１７の形状も一足として、バランス部材１７の比重が
異なるものを用意しておけば、樹脂製インペラの成形条
件等の変化に伴うアンバランス量の変化に柔軟に対処す
ることができるようになる。 このように、本発明に係わるバランス修正方法は、樹脂
製インペラにおいてはじめて著しい効果を示すものであ
り、樹脂の比重が小さいために挿入材料であるバランス
部材上の比重差が大きくなることに着目してなされた発
明である。

【発明の効果】

この発明に係わる樹脂製インペラのバランス修正方法で
は、ターボチャージャ用樹脂製インペラのバランスを修
正するに際し、前記樹脂製インペラのボス部にバランス
部材挿入穴を設け、前記樹脂製インペラ材料よりも比重
の大きい金属ないしはセラミックスよりなりかつ出線樹
脂製インペラの有するアンバランスを十分に低減可能と
する重量のバランス部材を前記バランス部材挿入穴に挿
入して前記樹脂製インペラのバランスを修正する構成と
したから、バランス修正時の切削量を低減することが可
能であり、したがってボス部の強度が十分に確保された
うえで樹脂製インペラのバランス修正を行うことにより
アンバランスの低減をはかることが可能であるという著
しく優れた効果がもたらされ、例えばバランス部材挿入
穴形状を一定とし、バランス部材を変更する（つまり、
比重を変える）ことによって成形条件等の変化に伴うア
ンバランス量の変化に柔軟に対処できるという著しく優
れた効果ももたらされる。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図はこの発明が適用れる樹脂製インペ
ラの各々斜面説明図およびシャフトに固定した状態の断
面説明図、第３図はこの発明の実施例を示す樹脂製イン
ペラのボス部の斜面説明図、第４図はこの発明の実施例
による切削装置を示す説明図、第５図（ａ）（ｂ）は樹
脂製インペラのボス部におけるアンバランス発生要因を
各々示す説明図、第６図はバランス修正にボスを切削す
る場合の説明図、第７図および第８図は従来のアルミニ
ウム合金製インペラのバランス修正方法を各々示す斜面
説明図である。 １１・・・樹脂製インペラ、ｌｌａ・・・ボス部、１１
ｂ・・・軸孔、ｌｌｃ・・・バランス部材挿入穴、１７
・・・バランス部材。 特許出願人　　日産自動車株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターボチャージャ用樹脂製インペラのバランスを
   修正するに際し、前記樹脂製インペラのボス部にバラン
   ス部材挿入穴を設け、前記樹脂製インペラ材料よりも比
   重の大きい金属ないしはセラミックスよりなりかつ当該
   樹脂製インペラの有するアンバランスを十分に低減可能
   とする重量のバランス部材を前記バランス部材挿入穴に
   挿入して前記樹脂製インペラのバランスを修正すること
   を特徴とする樹脂製インペラのバランス修正方法。