JPH0571359A

JPH0571359A - セラミツクターボチヤージヤロータおよびその加工方法

Info

Publication number: JPH0571359A
Application number: JP23480691A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kawase; 博之河瀬; Takeyuki Mizuno; 丈行水野; Masahiro Fujiyama; 正博藤山; Katsuhiro Ono; 克博小野
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-03-23
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JP2807103B2

Abstract

(57)【要約】【目的】実使用時の振動およびそれに起因する異音の
発生のないセラミックターボチャージャロータおよびそ
の加工方法を提供する。【構成】セラミックタービンロータ１と少なくともジ
ャーナル軸４が金属よりなる金属軸２とを結合したセラ
ミックターボチャージャロータを得るにあたり、ジャー
ナル軸４の回転数をＡ、砥石の回転数をＢとしたとき、
Ｂ／Ａ≧９の条件を満たす回転数ＡおよびＢを選択し、
または３＜Ｂ／Ａ＜９となるＢ／ＡでかつＢ／Ａの小数
点以下の値が０または０．５とならない回転数Ａおよび
Ｂを選択し、選択した回転数ＡおよびＢでジャーナル軸
４を研削し、ジャーナル軸の断面円周形状が少なくとも
９角以上の多角形あるいは９つ以上のほぼ周期的な凹凸
を有するセラミックターボチャージャロータを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックタービンロ
ータとジャーナル軸が金属よりなる金属軸とを結合した
セラミックターボチャージャロータおよびその加工方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミックタービンロータとジャーナル
軸が金属よりなる金属軸とを結合したセラミックターボ
チャージャロータは、コンプレッサホイールを取り付け
た後、ジャーナル軸の２カ所のジャーナル部をフローテ
ィングメタルかボールベアリングのいずれかにより支持
してジャーナルハウジング内に収納されている。

【０００３】セラミックターボチャージャロータのジャ
ーナル軸が挿入されるジャーナルハウジング内の構造と
して、フローティングメタル支持の場合は、ジャーナル
軸とフローティングメタルとの間に数十μm のスキマが
形成された構造であり、またボールベアリング支持の場
合は、ジャーナル軸にボールベアリングの内輪を圧入
し、そしてボール外輪を組み付けて形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ジャーナルハウジング
に収納された上述のセラミックターボチャージャロータ
は、実使用において高速で回転するが、回転数により振
動を生じ、その結果高低の差はあるものの異音を発生さ
せることがあり、問題となっていた。異音を発生させる
振動の原因として、ターボチャージャロータの不釣り合
いやターボチャージャロータの支持部材であるフローテ
ィングメタル、ボールベアリング等の品質の悪さが考え
られる。そのため、発明者等はセラミックロータのみの
不釣り合いを0.01 g・cm以下にした後、金属軸組付後の
ロータの不釣り合い量を0.001 〜0.010g・cmの範囲で変
化させたターボチャージャロータに、精密に検査された
フローティングメタル及びボールベアリングを組み付け
検討した。しかしながら、不釣り合い量が小さくても不
釣り合い量の大きいものより、大きな振動を発生するも
のもあり、必ずしも不釣り合い量と振動の関係が一致す
るものでないことが判った。又、さらにはボールベアリ
ングやフローティングメタルについても、品質の異なる
ものを組みつけて実験したが、振動との間に明確な関係
を見い出せなかった。本発明者等は、原点に立ち帰り、
製品の寸法、表面粗さ、真円度、同軸度等の測定方法に
よる測定値の違いについて検討した。その中で、ジャー
ナル軸の真円度測定法において、量産検査に好適な簡易
法であるマイクローター法と真円度測定機法において、
真円度の値は両者とも大きな有意差は認められなかっ
た。しかし、念のため真円度測定機の測定倍率を従来の
×1000から×5000まで大きくした所、測定値は全く変ら
ないもののその形状が花ビラ状（４〜６角形）を示して
いることに気付いた。

【０００５】本発明の目的は上述した課題を解消して、
実使用時の振動およびそれに起因する異音の発生の少な
いセラミックターボチャージャロータおよびその加工方
法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックター
ボチャージャロータは、セラミックタービンロータとジ
ャーナル軸が金属よりなる金属軸とを結合したセラミッ
クターボチャージャロータにおいて、該ジャーナル軸の
断面円周形状が少なくとも９角以上の多角形あるいは９
つ以上のほぼ周期的な凹凸を有する形状であることを特
徴とするものである。ここで、断面円周形状の測定は真
円度測定機を用いて測定する。

【０００７】また、本発明のセラミックターボチャージ
ャロータの加工方法は、セラミックタービンロータとジ
ャーナル軸が金属よりなる金属軸とを結合したセラミッ
クターボチャージャロータのジャーナル軸を砥石により
研削するにあたり、ジャーナル軸の回転数をＡ、砥石の
回転数をＢとしたとき、Ｂ／Ａ≧９の条件を満たす回転
数ＡおよびＢを選択し、または３＜Ｂ／Ａ＜９となるＢ
／ＡでかつＢ／Ａの小数点以下の値が０または０．５と
ならない回転数ＡおよびＢを選択し、選択した回転数Ａ
およびＢでジャーナル軸を研削することを特徴とするも
のである。

【０００８】ここで、多角形の角数（山数）あるいはほ
ぼ周期的凹凸の山数とは、真円度測定機によって測定さ
れた形状に対して偏差の自乗和が最小となる円を描き、
形状がその円に対し外側へはみ出る回数を山数とした。
例えば、図５に示す例では１５ケ所はみ出ており１５
山、図６に示す例では６ケ所はみ出ているので６山、図
７に示す例では２３ケ所はみ出ているので２３山とな
る。

【０００９】

【作用】上述した構成において、本発明は、振動および
異音発生の原因について鋭意検討を重ねた結果、軸受に
かん合されるジャーナル軸の断面円周形状が振動および
異音発生に関係があることを見いだしたことによる。

【００１０】すなわち、セラミックターボチャージャロ
ータのジャーナル軸に着目すると、従来ジャーナル軸の
加工は、回転するセラミックターボチャージャロータの
ジャーナル軸に同じく回転する砥石を当接して、所定寸
法に加工し、加工後の直径等の寸法をマイクロメータで
測定し、寸法管理をしていた。しかしながら、この様に
加工されたジャーナル軸の断面円周形状を倍率５０００
倍以上、フィルタ５０にて真円度測定器により測定する
と、断面円周形状は完全な円ではなく、３〜８角の多角
形形状となっていたり、周期的な凹凸が発生しているの
が確認できた。そして、これらの多角形状およびほぼ周
期的な凹凸について検討したところ、多角形の角数が小
さいほど、振動が大となることを見いだし、本発明を完
成した。ここでフィルタ５０とは周期の短い粗さ成分を
除くため１回当り（１回転当り）５０山以上の高周波成
分を除くことを意味する。

【００１１】なお、上記断面円周形状と振動との関係に
ついては以下のように考える。すなわち、ボールベアリ
ング支持の場合は、軸受けが挿入されるジャーナル軸の
断面円周形状が多角形状または周期的な凹凸形状である
と、通常は内輪は締まりバメであるため内輪の転動面に
ジャーナル軸の多角形状が転写され、ボールが回転した
とき、内輪に転写された凹凸の頂点とボールが異常接触
を起こすことにより、振動が発生するためと考えられ
る。

【００１２】また、フローティングメタル支持の場合
は、ジャーナル軸の断面形状が多角形状またはほぼ周期
的な凹凸形状であると、フローティングメタルとのクリ
アランスが円周方向に周期的に変化し、ジャーナル軸と
フローティングメタルとの間の油膜に圧力の大小を生
じ、振動が発生するためと考えられる。

【００１３】ここで、ジャーナル軸の真円度形状の多角
形の角数および凸数は９山以上、好ましくは１５山以上
において振動は減少する。この理由はボールベアリング
支持の場合、山数が少ないと転動面への転写がされ易い
が、山数が多くなると凹凸の変化が微細になり転動面へ
の転写の程度がわずかとなり、ボールと転動面の異常接
触がなくなるためと考えられる。また、フローティング
メタル支持の場合は、山数が多くなると凹凸の変化が微
細となり、油膜の圧力変化が追従しにくくなるため、振
動が発生しなくなると考えられる。また、ジャーナル軸
の断面円周形状の多角あるいはほぼ周期的な凹凸は、ワ
ークと砥石の回転数の比により発生し、回転数比が整数
であると、その整数の多角形または凸数となる。また、
回転数比が整数でなくとも、例えば７．５の場合である
と、７．５は１５／２と表され、１５角形または１５の
凸数となる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明のセラミックターボチャージャ
ロータの一例の構成を示す図である。図１に示す例にお
いて、１は好ましくは窒化珪素製のセラミックタービン
ロータ、３はコンプレッサーロータ、３ａはコンプレッ
サーロータ３を固定するナット、２はセラミックタービ
ンロータ１とコンプレッサーロータ３とを接続する金属
軸、４はジャーナル軸、４ａ、４ｂはそれぞれタービン
側およびコンプレッサー側のジャーナル部、５はスラス
トスペーサである。本発明では、ボールベアリングの内
輪またはフローティングメタルと接するジャーナル部４
ａ、４ｂの断面円周形状を、少なくとも９角以上の多角
形あるいは９つ以上のほぼ周期的な凹凸を有する形状と
する必要がある。

【００１５】以下、実際の例について説明する。実施例１ジャーナル部の断面円周形状が種々の山数を持つセラミ
ックターボチャージャロータを準備し、ボールベアリン
グ支持またはフロートメタル支持によりジャーナルハウ
ジング内に組み込み、エンジンにセットした。そして、
この状態で、セラミックターボチャージャロータの回転
数と振動値を計測した。その結果を表１に示す。また、
ラジアル方向５０００倍の倍率及びフィルター５０にて
ジャーナル部の真円度を測定した場合の６山形状と１５
山形状の一例をそれぞれ図２、図３に示す。振動値はセ
ラミックターボチャージャロータの騒音低減のために１
Ｇ以下が好ましい。結果を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１の結果から、ボールベアリング支持の
場合でもフロートメタルタイプの場合でも、９山以上で
あるとどの回転数においても１Ｇ以下で安定することが
わかる。また、山数が１５以上となると振動値は０．５
Ｇ以下となりより好ましいことがわかる。

【００１８】実施例２直径８ｍｍのジャーナル軸の仕上げ加工において、砥石
の回転数とワークの回転数を変更することにより回転数
比を調整し、仕上げ後、最小自乗中心法による真円度測
定を倍率５０００倍、フィルター５０にて実施した。結
果を図２〜４に示す。図２は回転数比を６にしたもの
で、砥石が１回転する間にワークが１／６回転するた
め、ワークの円周表面には６周期の凹凸が形成される。
本例において、実際の砥石回転数Ｂ＝１３９８ｒｐｍ、
ワーク回転数２３３ｒｐｍであった。図３は回転数比を
７．５にしたもので、この場合は１５／２と考え、砥石
が１５回転する間にワークが２回転するため、ワークの
円周表面には１５周期の凹凸が形成される。本例では、
実際に砥石回転数Ｂ＝１３９５ｒｐｍ、ワーク（ロー
タ）回転数Ａ＝１８６ｒｐｍの条件でジャーナル軸を研
削した。図４は回転数比が７．４２５の場合で、周期的
な凹凸が発生していない。本例では、実際の砥石回転数
Ｂ＝１３７３ｒｐｍ、ワーク回転数Ａ＝１８９ｒｐｍで
あった。

【００１９】以下の表２に回転数比と発生山数を示す。
表２からわかるように、角数（山数）あるいは周期的な
凹凸数を本発明の９以上とするためには、ジャーナル軸
の回転数をＡ、砥石の回転数をＢとしたとき、Ｂ／Ａ≧
９の条件を満たす回転数ＡおよびＢを選択し、または３
＜Ｂ／Ａ＜９となるＢ／ＡでかつＢ／Ａの小数点以下の
値が０または０．５にならない回転数ＡおよびＢを選択
すれば良いことがわかる。また、角数（山数）あるいは
周期的な凹凸数が１５以上となるためには、Ｂ／Ａ≧１
５の条件を満たす回転数ＡおよびＢを選択し、または３
＜Ｂ／Ａ＜１５となるＢ／ＡでかつＢ／Ａの小数点以下
の値が０，０．２５，０．３３・・，０．５，０．６６
・・，０．７５のいずれかにならない回転数ＡおよびＢ
を選択すれば良いことがわかる。なお小数点第３位以下
における数字の横に付記した・・は小数点第３位以降も
同一数字が続く無限小数を意味する。

【００２０】

【表２】

【００２１】なお、回転数比を３以下にすることは、表
２の結果からわかるように、９山以下ないし１５山以下
の山が出る可能性が非常に多くなり好ましくない。さら
に、研削盤で加工時、電圧変動等により回転数が変化す
ることがあり、回転数比は±０．１程度ばらつくことが
考えられ、回転数比Ｂ／Ａの小数点以下の値は０〜０．
２５もしくは０．７５〜０．９９の値にすることが好ま
しい。その理由は、例えばＢ／Ａの小数点以下の値を
０．３３・・〜０．５とすると、範囲は０．１６・・し
かなく、±０．１で抑え切れないためである。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ジャーナル軸の断面円周形状を少なくとも９
角以上の多角形あるいは９つ以上の周期的な凹凸を有す
る形状としているため、実使用時の振動および振動に起
因する異音発生のないセラミックターボチャージャロー
タを得ることができる。

【００２３】また、本発明の加工方法によれば、ジャー
ナル軸の回転数をＡ、砥石の回転数をＢとしたとき、Ｂ
／Ａ≧９の条件を満たす回転数ＡおよびＢを選択し、ま
たは３＜Ｂ／Ａ＜９となるＢ／ＡでかつＢ／Ａの小数点
以下の値が０または０．５とならない回転数ＡおよびＢ
を選択し、選択した回転数ＡおよびＢでジャーナル軸を
研削しているため、上記セラミックターボチャージャロ
ータを好適に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックターボチャージャロータの
一例の構成を示す図である。

【図２】本発明のジャーナル軸の断面円周形状の一例を
示す図である。

【図３】本発明のジャーナル軸の断面円周形状の一例を
示す図である。

【図４】本発明のジャーナル軸の断面円周形状の一例を
示す図である。

【図５】本発明における多角形の山数あるいは周期的な
凹凸の山数を説明するための図である。

【図６】本発明における多角形の山数あるいは周期的な
凹凸の山数を説明するための図である。

【図７】本発明における多角形の山数あるいは周期的な
凹凸の山数を説明するための図である。

【符号の説明】

１セラミックタービンロータ２金属軸３コンプレッサーロータ４ジャーナル軸４ａ、４ｂジャーナル部５スラストスペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックタービンロータとジャーナル
軸が金属よりなる金属軸とを結合したセラミックターボ
チャージャロータにおいて、該ジャーナル軸の断面円周
形状が少なくとも９角以上の多角形もしくは９つ以上の
ほぼ周期的な凹凸を有する形状であることを特徴とする
セラミックターボチャージャロータ。
【請求項２】セラミックタービンロータとジャーナル
軸が金属よりなる金属軸とを結合したセラミックターボ
チャージャロータのジャーナル軸を砥石により研削する
にあたり、ジャーナル軸の回転数をＡ、砥石の回転数を
Ｂとしたとき、Ｂ／Ａ≧９の条件を満たす回転数Ａおよ
びＢを選択し、選択した回転数ＡおよびＢでジャーナル
軸を研削することを特徴とするセラミックターボチャー
ジャロータの加工方法。
【請求項３】セラミックタービンロータとジャーナル
軸が金属よりなる金属軸とを結合したセラミックターボ
チャージャロータのジャーナル軸を砥石により研削する
にあたり、３＜Ｂ／Ａ＜９となるＢ／ＡでかつＢ／Ａの
小数点以下の値が０または０．５とならない回転数Ａお
よびＢを選択し、選択した回転数ＡおよびＢでジャーナ
ル軸を研削することを特徴とするセラミックターボチャ
ージャロータの加工方法。