JPS6019915A - セラミックスと金属の組合せよりなるタービン組立体 - 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】 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、特にセラミックス類の
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
タービン組立体に係る。

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
ビンどして、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ック
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
ングより回転可能に支持する支持軸が鋼により構成され
たタービン組立体が提案されている。

上述の如きタービン組立体の於番ノるラジアルタービン
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、前記ラジアルタービ
ンホイールにそのハブ部の軸線に沿ってその一方の側に
延在するセラミックス類のホイール軸部を一体に設け、
前記支持軸に前記ホイール軸部を受入れる軸受入れ孔を
設け、前記軸受入れ孔と前記ホイール軸部とを締り嵌合
させることにより前記ラジアルタービンホイールと前記
支持軸とを互いに固定連結することが考えられている。

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とラジアルタービンホイール
を構成づるセラミックスの熱膨張係数の違いから、その
締り嵌合強度が低下し、このため、前記締り嵌合領域が
ラジアルタービンホイールのハブ部の近傍の如く排気ガ
スの熱影響を大ぎく受ける部位にあると、前記締り嵌合
強度が低下し、ラジアルタービンホイールと支持軸との
接合強度を確保することについて不利である。

第１図はラジアルタービンホイールのハブ部の近傍に締
り嵌合領域を有するタービン組立体の一例を示している
。尚、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
ミックス製のラジアルタービンホイールを、５はホイー
ル軸部４を受入れる軸受入れ孔６を備えホイール軸部４
と軸受入れ孔６との嵌合によりラジアルタービンホイー
ル１と固定連結された鋼の如き金属製の支持軸を示して
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１−はハブ部２の近傍に位置して
おり、軸受ハウジング内を流れる排気ガスの熱影響＠化
較的人きく受【プる。

第１図に示されたタービン組立体に於ては、支持軸５の
端部がハブ部２に近接しており、この端部の外周には支
持軸５と該支持軸の周りを囲繞Ｊ。

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は軸受用軸部８を有しており、該軸受用軸部に
て図には示されていない軸受ハウジングよりフローティ
ング軸受によって回転可能に支持されるようになってい
る。

軸受入れ孔とホイール軸部との締り嵌合領域が軸受用軸
部に対応する部分に設けられていると、法線り嵌合領域
は軸受ハウジング内を流れる排気ガスの熱影響を受け難
くなるが、しかしこの場合には、第２図に示されている
如く、支持軸５が軸受用軸部８にて終っていて支持軸５
の端部がハブ部２の近傍に位置していないと、シールリ
ング受入れ満７はホイール軸部６の根元部に形成される
ことになる。しかし、この場合にはセラミックスにより
構成されたホイール軸部６が衝撃を受けて破損した時に
はシールリング受入れ溝γに設けられたシールリングに
よるシール機能が喪失され、支持軸５のフローティング
軸受より潤滑油がタービンハウジングへ吹出し、内燃機
関の運転機能上の致命的な破損が招来される虞れがある
。

本発明は、セラミックスに比して耐衝撃性に優れた金属
によりシールリング受入れ溝を与えられ、しかも軸受入
れ孔とホイール軸部との締り嵌合領域が軸受ハウジング
内を流れる排気ガスの熱影響を受【Ｊ難い箇所に設番ブ
られ、ラジアルタービンホイールと支持軸との接合強度
を確保することについて右利なｍ造のタービン組立体を
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
けられた複数個のプレー１−と前記ハブ部の軸線に沿っ
てその一方の側に延在づるホイール軸部とを一体に有す
るセラミックス製のラジアル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ラジアルター
ビンホイールと固定連結された金属製の支持軸とを有し
、前記支持軸は、軸受ハウジングＪ：り軸受支持される
軸受用軸部と、前記ハブ部に近接した端部の外周に該支
持軸と該支持軸の周りを囲繞Ｊ−る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渦とを有し、前記軸受入れ孔と
前記ホイール軸部とは共に前記軸受用軸部に対応する部
分にてのみひいに締り嵌合している如きターボチャーシ
ト用タービン組立体によって達成される。

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ャージャの要部を
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ック
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、］−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の軸線に沿ってその一方の側に
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。

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１１のホイール軸部１４を
受入れている。

支持軸１５は軸線方向に互いに隔冒して設けられた二つ
のフ［１−ティング軸受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軸受用軸部１８を有して
おり、また前記一方の端部に軸受用軸部１８より大ぎい
外径を右する軸端部１９を有している。該軸端部１９は
軸受入れ孔１６とホイール軸部１４との嵌合がその軸線
方向に一杯に行われることによりハブ部１２の一方の側
に近接し、この軸端部１９の外周にはシールリング受入
れｍ　１７が機械加工により形成されている。

シールリング受入れ溝１７には環状のシールリング２２
が嵌合しており、該シールリングはその外周にて軸受ハ
ウジング２１に設りられた孔２３の内周に摺接し、支持
軸１５の外周と孔２３の内周との間のオイルシールを行
っている。

軸受入れ孔１６は軸受用軸部１８に対応Ｊる部分まで延
在しており、軸受入れ孔１６とホイール軸部１４とは軸
受用軸部１８に対応Ｊる部分にＣのみ互いに締り嵌合し
ている。更に詳細には、この締り嵌合領域１−は軸受用
軸部１８が実際に二つのフロー　ディング軸受２０より
各々支持される二つの領域に間に位置しており、また実
施例に於ては、ホイール軸部１４の根元部と軸端部１つ
との部分の軸受入れ孔６とは前記締り嵌合領域に於ける
締り嵌合より弱い締り嵌合或いは微少間隙をもってすべ
り嵌合しており、こ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の内周面との間には逃げ間
隙２４．２５が設【プられている。

上述の如き構造を右する本発明によるタービン組立体１
０に於ては、軸受入れ孔１６とホイール軸部１４との締
り嵌合領域りがタービンハウジングを流れる排気ガスの
熱影響をあまり受けることがない）［ｌ−ティング軸受
部分にあることによりターボチャージャの運転中にその
締り嵌合強度が低下することがなく、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。

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に設けられてい
ることにより、何等かの原因によってセラミックス製の
ラジアルタービンホイール１１が破損したどしてもシー
ルリング２２の保持が行われ、シールリング２２が脱落
して支持軸１５の外周と軸受ハウジング２１の孔２３の
内周との間のオイルシール機能が破壊される虞れがなく
、フローティング軸受２０の潤滑油が軸受ハウジングの
タービン室に吹出づ虞れがない。また、シールリング受
入れ溝１７は金属製の支持軸１５の外周に機械加工によ
り形成されるから、ｔｎれた加工性のもとに寸法粘度が
高いシールリング受入れ満１７を得ることができ、しが
６１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、これは従来がら良く知ら
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、。

ラジアルタービンホイール１１は支持軸５ににり軸受部
１８に対応する部分と軸端部１９に対応する部分とで支
持されるから、支持剛性が高（、ことがない。

尚、ホイール軸部１４の根元部と軸端部１９の部分の軸
受入れ孔６とが締り嵌合していても、この締り嵌合は軸
受用軸部１８に対応する部分の締り嵌合より弱いので、
ラジアルタービンホイール１１と支持軸１５との熱膨張
差により該両者間に軸線方向の力が生じた場合にはホイ
ール軸部１４の根元部と軸端部１９の部分の軸受入れ孔
６との１■合部に於てすべりが生じ、軸受用軸部１８に
対応する部分の締り嵌合部の軸線方向状態が変動するこ
とが回避され、耐引張り力に欠けるセラミックス製のホ
イール軸部１４に大きい引張り力が作用することがない
。

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、上述の如きラジアルタービンホイール１１
と支持軸１５との接続によりホイール軸部１４に応力集
中が生じることが回避され、ラジアルタービンホイール
１１の耐久性が向上する。

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秤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図及び第２図は各々タービン絹＼γ体の従）１ξ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ャージャの要部を示
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・・・軸受用軸部、１０・・・タービン組や体、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。 １８・・・軸受用軸部、１９・・・軸端部、２ｏ・・・
フローティング軸受、２１・・・軸受ハウジング、２２
・・・シールリング、２３・・・孔、２４．２５・・・
逃げ間隙。 し・・・締り嵌合領域 堵　１　図 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ハブ部と該ハブ部にＷＵ　ｃＪられた複数個のプレート
   と前記ハブ部の軸線に沿ってその一方の側に延在づるホ
   イール軸部とを一体に有するセラミックス類のラジアル
   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
   合により前記ラジアル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し、前記支持軸は、軸受ハウジ
   ングにより軸受支持される軸受用軸部と、前記ハブ部に
   近接した端部の外周に該支持軸と該支持軸の周りを囲繞
   する軸受ハウジングの孔の内周部ど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と
   を有し、前記軸受入れ孔と前記ホイール軸部とは共に前
   記軸受用軸部に対応する部分にてのみ互いに締り嵌合し
   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。