JPH0457850B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セラミツクスと金属の組合せよりな
るタービン組立体に係る。

自動車用内燃機関等に用いられるターボチヤー
ジヤのタービン組立体として、セラミツクス製の
ラジアルタービンホイールと金属製の支持軸とか
らなるタービン組立体が知られている。かかるタ
ービン組立体は、ハブ部と該ハブ部に設けられた
複数個のブレードとを一体に有するラジアルター
ビンホイールが耐熱性に優れた酸化珪素或いは窒
化珪素の如きセラミツクスにより構成され、前記
ラジアルタービンホイールと固定連結されて該ラ
ジアルタービンホイールを軸受ハウジングに対し
回転可能に支持する支持軸が鋼により構成されて
いる。

上述の如きタービン組立体に於けるタービンホ
イールと支持軸との固定連結を行う接続構造は、
種々考えられており、その一つとして、タービン
ホイールにそのハブ部の軸線に沿つてその一方の
側に延在するセラミツクス製のホイール軸部を一
体に設け、支持軸にホイール軸部を受入れる軸受
入れ孔を設け、軸受入れ孔とホイール軸部とを締
り嵌合させることによりタービンホイールと支持
軸とを互いに固定連結することが考えられてい
る。

しかしながら、軸受入れ孔とホイール軸部との
締り嵌合領域が加熱されると、支持軸を構成する
鋼の熱膨張係数の方がタービンホイールを構成す
るセラミツクスの熱膨張係数より大きいので、両
者間の締り嵌合に緩みが生ずるという問題があ
る。

第１図は従来のセラミツクス製ラジアルタービ
ンホイールと金属製支持軸の結合構造の一例を示
している。第１図に於て、１はハブ部２と該ハブ
部に設けられた複数個のブレード３とハブ部２の
軸線に沿つてその一方の側に延在するホイール軸
部４とを一体に有するセラミツクス製のラジアル
タービンホイールであり、５はホイール軸部４を
受入れる軸受入れ孔６を備えた金属製の支持軸で
あり、両者はホイール軸部４と軸受入れ孔６との
締り嵌合により互いに固定連結されている。この
タービン組立体の軸受入れ孔６とホイール軸部４
との締り嵌合領域Ｌはハブ部２の近傍に位置して
おり、タービンハウジング内を流れる排気ガスの
熱影響を大きく受ける。支持軸５の端部の外周に
は支持軸５と該支持軸の周りを囲繞する図には示
されていない軸受ハウジングの孔の内周との間の
シールを行うシールリングを受入れる環状のシー
ルリング受入れ溝７が形成されている。支持軸５
はその中央部８に於て図には示されていない軸受
ハウジング内にて一対のフローテイング軸受によ
つて回転可能に支持されるようになつている。こ
の場合ホイール軸部４と軸受入れ孔６の間の嵌合
が緩むとラジアルタービンホイール４が支持され
なくなる虞れがある。

第２図に示されるタービン組立体に於ては、軸
受入れ孔とホイール軸部との締り嵌合部がラジア
ルタービンホイールのハブ部から引離されてお
り、結合部がタービンハウジング内を流れる排気
ガスの熱影響を受け難くなつている。しかしかか
る構造では、支持軸５の右端部がハブ部２の近傍
に到達せずに終つているので、ホイール軸部６の
一部が支持軸の外部に延在し、シールリング受入
れ溝７がホイール軸部６の根元部に形成されるこ
とになる。しかし靭性に於て劣るセラミツクス部
材にシールリング受入れ溝７を形成することは、
その強度上極めて不利である。

本発明は、セラミツクスに比して靭性に優れた
金属によりセラミツクス製のホイール軸部の実質
的に全長を囲繞し、しかも、軸受入れ孔とホイー
ル軸部との締り嵌合領域をタービン内を流れる高
温ガスの熱影響から隔離することより、セラミツ
クス製タービンホイールと金属製支持軸との接合
強度を確保する点に於て改良されたタービン組立
体を提供することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、ハブ部と該ハ
ブ部に設けられた複数個のブレートと前記ハブ部
よりその軸線に沿つてその一方の側に延在するホ
イール軸部とを一体に有するセラミツクス製のタ
ービンホイール部と、前記ホイール軸部を受入れ
る軸受入れ孔を備え前記ホイール軸部と前記軸受
入れ孔との嵌合により前記タービンホイール部と
固定連結された金属製の支持軸とを有するタービ
ン組立体にして、 前記軸受入れ孔は前記ホイール軸部を実質的に
その全長に亙つて受入れており、前記タービン組
立体は前記支持軸の部分にて該支持軸の軸線方向
に隔置された二つの部位に於て軸受され、二つの
軸受部位の間にある部位にて前記ホイール軸部と
前記軸受入れ孔の間が締り嵌合され、該締り嵌合
部位より前記ハブ部の側に延在する両者の嵌合
は、実質的に非接触嵌合とされていることを特徴
とするタービン組立体によつて達成される。

上記の構成によれば、ホイール軸部が実質的に
その全長に亙つて軸受入れ孔内に装入されていて
も、ホイール軸部と支持軸の間の締り嵌合部はそ
れよりタービンホイールのハブ部の側にある部分
が実質的に非接触嵌合されていることにより、タ
ービンホイールのハブ部からの熱伝導による加熱
に対してより良く隔離されると同時に、該締り嵌
合部とタービンホイールのハブ部の間に位置する
軸受部によつてもタービンホイール側からの熱伝
導による加熱からより良く隔離され、加熱による
締り係合部の緩みが回避される。金属製支持軸は
タービンホイールのハブ部の近傍まで延在するの
で、シールリング受入れ溝は支持軸に設けられて
よい。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例につ
いて詳細に説明する。

第３図は本発明によるタービン組立体の一つの
実施例を示す縦断面図、第４図は第３図に示され
た本発明によるタービン組立体が組込まれたター
ボチヤージヤの要部を示す縦断面図である。これ
らの図に於て、１０はタービン組立体を示してお
り、該タービン組立体はセラミツクスにより構成
されたラジアルタービンホイール１１と、鋼によ
り構成された支持軸１５との組立体により構成さ
れている。

ラジアルタービンホイール１１は、コーン形状
のハブ部１２と、ハブ部１２の外周囲に設けられ
た複数個のブレード１３と、ハブ部１２の軸線に
沿つてその一方の側に延在する比較的長いホイー
ル軸部１４とを一体に有している。ホイール軸部
１４は、ハブ部に連結する付け根の部分（連結
部）にて拡径されている。

支持軸１５は、その一方の端部より軸線方向に
延在する比較的長い軸受入れ孔１６を有してお
り、該軸受入れ孔にラジアルタービンホイール１
１のホイール軸部１４の全長を受入れるよう構成
されている。支持軸は、ハブ部に近接する軸端部
１９にてホイール軸部１４の拡径された連結部を
受入れるよう軸受入れ孔とともに拡径されてい
る。この軸端部１９の外周にはシールリング受入
れ溝１７が機械加工により形成されている。

第４図より理解される通り、本発明によるター
ビン組立体がターボチヤージヤに組込まれる場
合、支持軸１５は軸線方向に互いに隔置して設け
られた二つのフローテイング軸受２０により軸受
ハウジング２１より回転可能に軸受支持される。
環状のシールリング２２がシールリング受入れ溝
１７に嵌合し、該シールリングがその外周にて軸
受ハウジング２１に設けられた孔２３の内周に摺
接し、支持軸１５の軸端部１９の外周と孔２３の
内周との間のオイルシールを行う。

支持軸１５とラジアルタービンホイール１１と
の嵌合関係について説明すると、軸受入れ孔１６
とホイール軸部１４とは、第４図に示されている
如く、ターボチヤージヤの組立て状態に於て、支
持軸１５が二つのフローテイング軸受２０により
各々支持される二つの軸受部位に挾まれた領域に
於て締り嵌合しており、これよりラジアルタービ
ンホイールのハブ部の側ではホイール軸部と軸受
入れ孔の間の嵌合は実質的に非接触嵌合となつて
いる。ホイール軸部１４の根元に於ける拡径され
た連結部と軸端部１９に於ける軸受入れ孔１６と
は微少間〓をもつて滑り嵌合しており、その他の
領域に於ては軸受入れ孔１６の内周面とホイール
軸部１４の外周面との間には逃げ間〓２４，２５
が設けられている。

上述の如き構造を有する本発明によるタービン
組立体１０に於ては、軸受入れ孔１６とホイール
軸部１４との締り嵌合領域Ｌは、運転中高温にな
るラジアルホイールのハブ部１２からの熱がホイ
ール軸部１４の根元部から直ちに熱伝導性のよい
金属製支持軸に伝導することによる高い加熱から
免れ、更に又油冷却により温度レベルが比較的低
く保たれているフローテイング軸受の支持を受け
る二つの部分に挾まれる部分にあることにより、
該軸受部によつても冷却され、そこに生じる熱膨
張差が効果的に低減され、その嵌合強度を維持す
ることができ、ラジアルタービンホイール１１と
支持軸１５との接合強度が保証される。

軸受部は油冷却によりその温度を比較的低く且
安定して保たれるので、締り嵌合部の径方向の熱
膨張の度合は比較的小さく且均一とされ、従つて
熱膨張を見込んだ締代設定をする際に小さな締代
でよく、しかも作動時には緩みの生じない均一で
安定な嵌合状態を実現することが保証される。

タービン組立体の全長に比して締り嵌合領域の
長さが短いので、熱膨張による締り嵌合部の異る
材質の軸線方向の寸法変化の差が比較的小さくて
すみ、かかる寸法変化により生じ得る好ましくな
い軸線方向の応力を有効に低減でき、セラミツク
スの引張り破断を防止することができる。

ホイール軸部１４の根元部は、実質的に非接触
嵌合ではあつても軸受入れ孔６に収められている
ので、ラジアルタービンホイール１１の重量的ア
ンバランスに起因してホイール軸部に大きな曲げ
応力が作用することに対して有効に補強される。

また、上述の如き構成からなる本発明によるタ
ービン組立体に於ては、シールリング２２の保持
を行うシールリング受入れ溝１７が金属製の支持
軸１５に設けられることにより、優れた加工性の
もとに寸法精度が高いシールリング受入れ溝１７
を得ることができ、しかも、シールリング受入れ
溝１７とシールリング２２との材料相性が金属対
金属になり、これは従来から良く知られている全
金属製のタービンと同じであり、耐久性能等の信
頼性が既知のものになる。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について
詳細に説明したが、本発明は、これに限定される
ものではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例
が可能であることは当業者にとつて明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々タービン組立体の従来
例を示す縦断面図、第３図は本発明によるタービ
ン組立体の縦断面図、第４図は第３図に示された
本発明によるタービン組立体が組込まれたターボ
チヤージヤの要部を示す縦断面図である。 １…ラジアルタービンホイール、２…ハブ部、
３…ブレード、４…ホイール軸部、５…支持軸、
６…軸受入れ孔、７…シールリング受入れ溝、８
…中央部、１０…タービン組立体、１１…ラジア
ルタービンホイール、１２…ハブ部、１３…ブレ
ード、１４…ホイール軸部、１５…支持軸、１６
…軸受入れ孔、１７…シールリング受入れ溝、１
８…中央部、１９…軸端部、２０…フローテイン
グ軸受、２１…軸受ハウジング、２２…シールリ
ング、２３…孔、２４，２５…逃げ間〓、Ｌ…締
り嵌合領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハブ部と該ハブ部に設けられた複数個のブレ
   ートと前記ハブ部よりその軸線に沿つてその一方
   の側に延在するホイール軸部とを一体に有するセ
   ラミツクス製のタービンホイール部と、前記ホイ
   ール軸部を受入れる軸受入れ孔を備え前記ホイー
   ル軸部と前記軸受入れ孔との嵌合により前記ター
   ビンホイール部と固定連結された金属製の支持軸
   とを有するタービン組立体にして、 前記軸受入れ孔は前記ホイール軸部を実質的に
   その全長に亙つて受入れており、前記タービン組
   立体は前記支持軸の部分にて該支持軸の軸線方向
   に隔置された二つの部位に於て軸受され、二つの
   軸受部位の間にある部位にて前記ホイール軸部と
   前記軸受入れ孔の間が締り嵌合され、該締り嵌合
   部位より前記ハブ部の側に延在する両者の嵌合
   は、実質的に非接触嵌合とされていることを特徴
   とするタービン組立体。