JPS60132002A - タ−ボチャ−ジャ用タ−ビン組立体 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、自動車用内燃機関等に用いられるターボチャ
ージャのタービン組立体に係り、更に詳細にはセラミッ
クス類のタービンホイールと金属製の支持軸とからなる
タービン組立体に係る。

発明の背景 自動車用内燃機関のターボチャージャに組込まれるター
ビンとして、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しているタービンホイールが炭化珪
素或いは窒化珪素の如きセラミックスにより構成され、
前記タービンホイールと固定連結されて該タービンホイ
ールを軸受ハウジングより回転可能に支持する支持軸が
鋼の如き金属により構成された耐熱性に優れたタービン
組立体が既に提案されている。

上述の如き型式のタービン組立体に於ては、セラミック
ス類のタービンホイールと金属製の支持軸とをいかに確
実且信頼性よく連結するかということが重要な課題であ
り、このことに鑑みてタービンホイールと支持軸との固
定連結が、前記支持軸がターボチャージャの軸受ハウジ
ングより支持される部分に於て前記タービンホイールの
ハブ部の一方の側よりその軸線方向に延出して設けられ
たホイール軸部と前記支持軸にその一端部より軸線方向
に延在して設けられた軸受入れ孔との締り嵌合により行
われ、しかも前記支持軸が前記ホイール軸部の根元部に
まで延在していてその端部の外周にタービン室と軸受室
とを気密遮断するためのオイルシールリングが装着され
るよう構成されたタービン組立体が本願出願人と同一の
出願人による特願昭５８−１２６４８７号に於て既に提
案されている。

ターボチャージャ用タービン組立体に於ては、タービン
ホイールのホイール軸部に設けられた軸受入れ孔と支持
軸との締り嵌合がタービン室の排気ガスの熱影響をさほ
ど受けることがない支持軸の軸受部分に於て行われてい
るから、その締り嵌合の強度がセラミックスと金属の熱
膨張係数の差に起因して熱影響によって使用中に低下す
ることがなく、使用中に於てもタービンホイールと支持
軸との連結強度が安定維持され、またオイルシールリン
グがセラミックス製のホイール軸部の根元部に装着され
るのでなくて金属製の支持軸の先端部にＲＷされるので
、万−何らかの原因によってセラミックス製のホイール
軸部が破損してもオイルシールリングが脱落することが
なく、この時もオイルシールリングによるオイルシール
機能が保障され、ターボチャージャが致命的な破損状態
に陥ることがない。

特願昭５８−１２６４８７号に於て提案されているター
ボチャージャ用タービン組立体は上述の如き長所を備え
ているが、このタービン組立体に於てもタービン室に近
い部分に於てはタービンホイールのホイール軸部と支持
軸とがタービン室を流れる排気ガスの熱影響を受けて比
°較的高温になることは避（Ｊることができず、このた
めタービンホイールのホイール軸部の根元部と支持軸の
先端部に位置する軸受入れ孔の開端部との嵌合状態が排
気ガスの熱影響を受けて変化する。前記ホイール軸部の
前記根元部と前記軸受入れ孔の前記開端部との嵌合は、
前記ホイール軸部と支持軸との相対的な熱膨張変形によ
り前記ホイール軸部に軸線方向の引張り力が作用しない
よう前記ホイール軸部と前記支持軸との軸線方向の相対
的な熱膨張変形を自由に許し且前記支持軸がホイール軸
部の根元部を支持して前記ホイール軸部の回転曲げ変形
を抑制すべく嵌合間隙が零或いは微少のすべり嵌合状態
になっていることが好ましい。しかし、この嵌合部の嵌
合状態は上述の如く熱影響によって変化するため、この
嵌合部の嵌合状態を温度変化に対し最適のすべり嵌合状
態に維持することができず、例えば常温時に於て前記嵌
合間隙が適正値に定められていると、高温状態時にはそ
の嵌合間隙が増大し、厳しい運転状態下、即ち高温高速
回転時には支持軸によるホイール軸部の支持機能が減少
或いはなくなり、逆に高温状態時にホイール軸部が支持
軸によって良好に支持されるように高温状態時に於て前
記嵌合間隙が適正値に設定されるでいると、常温時には
ホイール軸部と支持軸の軸受入れ孔との嵌合が支持軸の
軸受部分に加えて５− 支持軸の先端部に於ても締り嵌合状態になり、前記ホイ
ール軸部に軸線方向の引張り力が作用してこれの耐久性
が著しく損われる虞れがある。

発明の目的 本発明は、特願昭５８−１２６４８７号に於て先に提案
されたターボチャージャ用タービン組立体の上述の如き
欠点を解消し、いかなる温度条件下に於てもタービンホ
イールのホイール軸部の回転曲げ変形を抑制するための
支持軸によるホイール軸部の根元部の保持が他の不具合
を誘発することなく常に良好に行われるよう改良された
タービン組立体を提供することを目的としている。

発明の構成 上述の如き目的は、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ドと前記ハブ部の軸線に沿
ってその一方の側に延在するホイール軸部とを一体に有
するセラミックス製のタービンホイールと、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と
固定連−〇− 結された金属製の支持軸とを有するターボチャージャ用
タービン組立体に於て、前記ホイール軸部は前記ハブ部
より先細に突き出たテーパ状の根元部と円柱状の先端部
とを有し、前記軸受入れ孔は前記ホイール軸部の前記先
端部と締り嵌合する円柱状の奥部と前記ホイール軸部の
前記根元部と係合するテーパ状の開端部とを有している
如きターボチャージャ用タービン組立体によって達成さ
れる。

発明の効果 タービンホイールのホイール軸部と支持軸とはホイール
軸部と支持軸の軸受入れ孔の嵌合間隙に変化を及ぼす方
向である径方向に熱変形すると同時に軸線方向にも熱変
形し、前記ホイール軸部と前記支持軸との前記二つの方
向の相対的な熱変形醋は各々セラミックス製のホイール
軸部と金属製の支持軸との熱膨張係数の差により決まり
、これによる前記両者の相対的変位量の温度に対する変
化率はいかなる温度に於ても一定である。従って、本発
明に於けるタービン組立体の如く、タービンホイールの
ホイール軸部の根元部がハブ部より先細に突き出たテー
パ状に形成され、これに嵌合する支持軸の軸受入れ孔の
開口端部が前記根元部に整合するテーパ状に形成されて
いていることによりホイール軸部と支持軸とが熱変形し
てもホイール軸部の根元部と軸受入れ孔の開端部との嵌
合部分に於ける嵌合間隙が変化することがなく、該嵌合
間隙が常温状態時に於ても高温状態時に於ても一定の嵌
合間隙に保たれ、これによりいかなる濡洩状態時に於て
もホイール軸部と支持軸との相対的な軸線方向変形が拘
束されることなく支持軸にＪ：ってホイール軸部の根元
部がホイール軸部の回転曲げ変形を抑制すべく効果的に
支持し、耐久性及び信頼性に優れたタービン組立体が得
られる。

実施例の説明 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１図は本発明によるタービン組立体が組込まれたター
ボチャージャの一つの実施例を示している。第１図に於
て、１は軸受ハウジングを、２はタービンハウジングを
、３はコンプレッサハウジングを各々示しており、ター
ビンハウジング２は軸受ハウジング１の一端部に取付け
られて内側にタービン室４を郭定しており、コンプレツ
リーハウジング３は軸受ハウジング１の他端部に取付け
られて内側にコンプレッサ室５を郭定している。

軸受ハウジング１は軸線方向に互いに隔置して設けられ
た二つのフローティング軸受６及び７によってタービン
組立体１０の金属製の支持軸１１を回転可能に支持して
いる。支持軸１１はコンプレッサ室５内に位置する端部
にナツト９によってコンプレッサホイール８を担持して
いる。

タービン組立体１０は、ハブ部１２と該ハブ部に設けら
れた複数個のブレード１３とハブ部２の軸線に沿ってそ
の一方の側に延在するホイール軸部１４とを一体に有す
るセラミックス製のタービンホイール１５と、金属製の
前記支持軸１６からなり、支持軸１６はその軸線方向に
延在して一端部に開口した同心の軸受入れ孔１６を有し
、該軸受入れ孔にホイール軸部１４を挿入されている。

９− 第２図によく示されている如く、ホイール軸部１４は、
ハブ部１２より先細に突き出たテーパ状の根元部１４．
ａと、一端にて根元部１４ａの先端部、即ち小径端部に
接続された円柱状の先端部１４ｂとを有し、軸受入れ孔
１６は、ホイール軸部１４の先端部１４ｂと締り嵌合す
る円柱状の奥部１６ａと、ホイール軸部１４の根元部１
４ａに係合するデーパ状の開端部１６ｂとを有している
。

支持軸１１の先端部、即ち軸受入れ孔１６の開端部１６
ｂの部分に於（プる外周部にはオイルシールリング１７
（第１図参照）が装着される環状溝１７が形成されてい
る。

ホイール軸部１４の根元部１４ａと軸受入れ孔１６の開
端部１６ｂのテーパ度はホイール軸部１４の根元部１４
ａと軸受入れ孔１６の開端部１６ｂの部分の支持軸１１
との熱膨張係数の差に起因する径方向の温度に対する相
対的変位量とホイール軸部１４と軸受入れ孔１６が設け
られている部分の支持軸１１との熱膨張係数の差に起因
する軸線方向の温度に対する相対的変位量の比に応じて
１０− 定められていればよい。

ホイール軸部１４と支持軸１１とはホイール室４を流れ
る排気ガスの熱によって径方向に熱膨張すると同時に軸
線方向にも熱膨張し、このためホイール軸部１４の根元
部１４ａと軸受入れ孔１６の開端部１６ｂの部分に於（
プる支持軸１１とは該両者の熱膨張係数の差によって径
方向に相対的に変位すると同時に軸線方向にも相対的に
変位する。

金属製の支持軸１１の熱膨張係数はセラミックス類のホ
イール軸部１４の熱膨張係数より大きいので該両者の温
度上昇に伴ない支持軸１１はホイール軸部１４に対し径
方向外方へ変位すると同時にホイール軸部１４に対し第
２図で見て右方へ、即ち根元部１４ａの大径側へ移動す
る。従って、ホイール軸部１４の根元部１４ａと支持軸
１１の開端部１６ｂのテーパ度がホイール軸部１４の根
元部１４ａと軸受入れ孔１６の開端部１６ｂの部分の支
持軸１１との径方向の温度に対する相対的変位量とホイ
ール軸部１４と軸受入れ孔１６が設けられている部分の
支持軸１１との軸線方向の温度に対する相対的変位量の
比に応じて適宜に選択設定されていれば、ホイール軸部
１４の根元部１４ａと軸受入れ孔１６の開端部１６ｂと
の嵌合部の間隙をホイール軸部１４と支持軸１１の熱変
形に拘らず常に一定値或いは非常に小さい変化量にする
ことができる。この間隙寸法は零或いは数μ以下の微少
間隔であってよい。

タービンホイール１５のホイール軸部１４を支持軸１１
の軸受入れ孔１６に嵌挿する作業は、支持軸１１の軸受
入れ孔１６が設けられている部分を加熱して該部分のみ
を熱膨張させた状態にて、即ち焼きばめ式に行われる。

この焼きばめ温度は最も過酷な運転状態時にホイール軸
部１４の根元部１４ａとこれに対応する支持軸１１の先
端部とが遭遇する温度に等しい温度であってよく、この
焼きばめによるホイール軸部１４の軸受入れ孔１６に対
する挿入はホイール軸部１４の根元部１４ａが軸受入れ
孔１６の開端部１６ｂに接合する状態にまで行われ、こ
の接合によってタービンホイール１５と支持軸１１との
軸線力１〜に組付は位置が規制されればよく、これによ
りその組付は作業が一定品質の下に容易に且確実に行わ
れ得るようになる。

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
業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタービン組立体が組込まれたター
ボチャージャの一つの実施例を示す縦断面図、第２図は
本発明によるタービン組立体の要部を拡大して示す縦断
面図である。 １・・・軸受ハウジング、２・・・ホイールハウジング
。 ３・・・コンプレッサハウジング、４・・・タービン室
。 ５・・・コンプレッサ室、６．７・・・フローティング
軸受、８・・・コンプレッサホイール、９・・・ナツト
、１０・・・タービン組立体、１１・・・支持軸、１２
・・・ハブ部、１３・・・ブレード、１４・・・ホイー
ル軸部、１４ａ・・・根元部、１４ｂ・・・先端部、１
５・・・タービン車１３− イール、１６・・・軸受入れ孔、１６ａ・・・奥部、１
６ｂ・・・開端部、１７・・・オイルシールリング、１
８・・・環状溝 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 代　理　人　弁理士　明石　８毅 １４−

Claims (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ドと前記
   ハブ部の軸線に沿っ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ックス類のタービンホイー
   ルと、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
   ービンホイールと固定連結された金属製の支持軸とを有
   するターボチャージャ用タービン組立体に於て、前記ホ
   イール軸部は前記ハブ部より先細に突き出たテーパ状の
   根元部と円柱状の先端部とを有し、前記軸受入れ孔は前
   記ホイール軸部の前記先端部と締り嵌合する円柱状の奥
   部と前記ホイール軸部の前記根元部と係合するデーパ状
   の開端部とを有していることを特徴とするターボチャー
   ジャ用タービン組立体。