KR20050080734A

KR20050080734A - 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조

Info

Publication number: KR20050080734A
Application number: KR1020050006511A
Authority: KR
Inventors: 니시야마도시히꼬; 스기또히로시; 이이노타까히사; 오가와데쯔아끼; 사토히로야스
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2005-08-17
Also published as: GB2410992B; US7223077B2; GB2410992A; GB0502432D0; JP2005226469A; DE102005005893A1; US20050175465A1; CN100443734C; CN1654827A

Abstract

[목적]높은 회전수로 회전시키어도 파손이 적은 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[해결수단] 콤프레서훨과 샤프트의 결합장치에 있어서, 콤프레서휠의 이면(裏面) 중심부에 설치된 돌기의 외주(外周)에 낸 숫나사와, 샤프트 일측에 낸 숫나사와, 상기 콤프레서휠과 상기 샤프트를 양단부에 암나사를 낸 슬리브로 결합하여, 상기 콤프레서휠과 상기 샤프트 사이에 감합부(嵌合部)를 구성한 것을 특징으로 한 콤프레휠과 샤프트의 결합장치.

Description

콤프레서휠과 샤프트의 결합구조{JOINT STRUCTURE FOR COMPRESSOR WHEEL AND SHAFT}

본 발명은 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조에 관한 것이다.

종래부터 공기를 압축하여 엔진의 흡기량을 증대시키는 수단으로서 배기가스의 에너지를 이용한 터빈 휠 및 샤프트를 회전시키어, 샤프트에 결합된 원심형 콤프레서휠을 구동하는 터보 기계의 압축장치가 터보차저(Turbochager)로 알려져 있다.

도11에 종래 기술에 관한 터보차저(111)의 측면 단면도를 나타낸다. 터보차저(111)는 엔진의 배기가스로 부터 회전에너지를 취출하는 배기측부(112)와 이 회전 에너지에 의해 공기를 압축하여 엔진으로 송입(送入)(feed) 하는 흡기측부(113)를 구비하고 있다.

터빈 휠(114)은 배기유입통로(119)에서 유입된 배기가스에 의해, 에너지를 부여받아 회전한다. 샤프트(123)의 터빈 휠(114)의 반대측, 즉, 샤프트(123)의 선단부측에는 샤프트(123)에 의하여 공기를 압축하는 원심형의 콤프레서휠(116)이 장착되어 있다.

콤프레서휠(116)에는 중앙부에 부착공(125)이 관통되어 있다. 샤프트(123)는 부착공(125)에 약간의 간극맞춤, 또는 조여맞춤으로 삽입되어 있다. 콤프레서휠(116)은 샤프트(123)의 선단부에 형성된 숫나사부(140)에 부착너트(126)를 체결함으로서 샤프트(123)에 고정되어 있다.

도12는 종래 기술에 관한 콤프레서휠(116)의 측면 단면도를 나타낸다. 콤푸레서휠(116)의 본체부(129)는 입구측 디스크부(129A)와, 배면측 디스크부(129B)를 구비하고 있다. 본체부(129)의 외측에는 날개부(118)가 복수개로 형성되고 본체부(129)의 중심에는 부착공(125)이 관통되어 있다.

콤프레서휠(116)은 경량화를 실현하기 위하여 예컨데 알루미늄합금의 주물 등으로 제조되어 있다. 콤프레서휠(116)의 회전수는 수만 rpm 의 높은 값까지 이르기 때문에 콤프레서휠(116)은 고속회전이 가저오는 원심력에 의하여 그의 지름방향으로 매우 강한 인장(引張)응력을 받아, 파손에 이르는 경우가 있다.

콤프레서휠(116)의 파손은 특히 부착공(125)의 내벽을 기점으로 하여 일어나기 쉬운 사실이 알려져 있다. 즉, 콤퓨레셔 휠(116)에서의 부착공(125) 내벽의 파손은 콤프레서휠(116)의 회전축의 축방향에서 콤프레서휠(116)의 외주부(外周部)가 최대로 되는 최대 외주부위(130)의 근방에서 특히 잘 발생하는 것이 판명되어 있다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 예컨대 특허문헌(일본특허 헤이세이 5-504178호 공보(제3∼5면, FIG 1, 2))에 공개된 것과 같은 기술이 알려져 있다.

도13에 특허문헌에 관한 콤프레서휠(216)의 단면도를 나타낸다. 콤프레서 휠(216)에 관통하는 부착공을 형성하지 않고 하부에 암나사가 형성된 부착공(242)이 형성되어 있다. 샤프트(223)의 선단부(254)에는 숫나사가 형성되어 있다. 샤프트(223)의 선단부(254)를 부착공(242)에 나사끼움에 의해 샤프트(223)와 콤프레서휠(216)이 결합된다.

그러나 특허문헌과 같은 종래의 기술이라도 콤프레서휠의 회전축의 축방향에서 콤프레서휠의 외주부가 최대로 되는 최대외주부위 근방에 부착공이 형성되어 있기 때문에 회전수를 높이면 최대 외주부위 근방에서 파손이 일어날 가능성이 있다.

특히 콤프레서휠을 사용한 터보차저를 구비한 엔진을, 예컨대, 건설기계등의 작업기계에 사용하는 경우, 적하(적(積荷) 작업과 같은 고부하, 즉, 엔진이 높은 회전상태와, 거의 부하가 없는, 즉, 저회전의 상태를 단시간의 간격으로 반복하게 된다,

그 결과 콤프레서휠에 걸리는 응력진폭이 높게 되고 또한 파손을 일으키기 쉽게 된다.

또 근래에, 디젤엔진의 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감(低減)시키는 대책으로서 EGR(Exhaust Gas Recirculation)로 호칭되는 기술이 실시되게 되었다. 이것은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 엔진의 흡기계통으로 되돌려서 재순환시키는 것이다.

EGR을 실현하기 위해서는 배기가스의 재순환분 만큼 적어진 실린더내의 새 공기의 용적으로 연소공기를 확보할 필요가 있으며 더보차저를 보다 높은 압력비로 할 필요가 있다. 따라서 콤프레서휠을 보다 높은 회전수로 회전시킬 필요가 있으며, 종래의 기술만으로는 충분하지 않고 보다 내구성이 높은 콤프레서휠이 요망된다.

본 발명은 상기와 같은 문제에 착안하여 된 것으로, 높은 회전수로 회전시켜도 파손이 적은 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 콤프레서휠과 샤프트와 슬리브로 된 결합구조로 콤프레서휠은 그 이면 중심부에 형성된 돌기의 외주(外周)에 형성되는 숫나사를 가지며, 샤프트는 그의 일단에 형성되는 숫나사를 가지며, 슬리브는 그 양단에 형성되는 암나사를 가지고, 또 콤프레서휠과 샤프트를 결합하고 또한 콤프레서휠과 샤프트 간에 감합부 (fitting portion)가 형성되어 있다.

또 콤프레서휠과 슬리브 간에 감합부를 형성한 구성으로 해도 된다.

또 샤프트와 슬리브 간에 감합부를 형성한 구성으로 해도 된다.

또 콤프레서휠과 샤프트에 슬리브에 대한 감합부를 각각 형성해도 된다.

또 콤프레서휠의 숫나사의 선단의 단면과 슬리브의 압나사 종단(終端)의 단면 간에 콤프레서휠 재질 보다 강도가 큰 플레이트를 끼워 체결한 구성도 된다.

또 숫나사및 암나사는 콤프레서휠의 입구에서 보았을때 콤프레서휠이 좌회전인 경우에는 우향(右向)나사로 하고 콤프레서휠이 우회전인 경우는 좌향(左向)나사로 하는 구성으로 해도 된다.

이로 인하여, 콤프레서휠 본체부에 샤프트와 결합시키기 위한 부착공(付着孔)이나 부착혈(付着穴)을 형성할 필요가 없고 또 콤프레서휠과 샤프트 사이에 감합부가 형성되어 있기 때문에 동심도(同心度)가 확보된다. 그 결과, 콤프레서휠에 걸리는 응력이 작게 되고 콤프레서휠을 높은 회전수로 회전시켜도 파손이 작게 된다. 또 암나사를 슬리브측으로 하였기 때문에 나사 사이즈를 크게 할 수 있어 결합강도를 높일 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 양태)

이하에, 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 실시형태를 상세히 설명한다.

도1에서 터보차저(11)는 엔진 배기가스로부터 회전에너지를 취출하는 배기측부(12)와 이 회전 에너지에 의해 공기를 압축하여 엔진으로 공급(feeding)하는 흡기측부(13)를 구비하고 있다. 터보차저(11)의 배기측부(12)는 배기측 하우징(15)과 복수의 날개부를 구비하여 샤프트(23)에 의하여 지지된 터빈 휠(14)를 갖고 있다.

배기측 하우징(15)은 터빈 휠(14)에 배기가스를 공급하는 배기유입통로(19)를 구비하고 있다. 배기유입통로(19)는 터빈 휠(14)의 외주(外周)를 감는 것과 같은 환상으로 형성되어 있으며, 도시되지 않은 엔진에서 배출되는 배기가스가 흐르는 엔진 배기로에 접속되어 있다.

배기측 하우징(15)는 터빈 휠(14)에 에너지를 부여한 후의 배기가스를 배출하는 배기유출구(21)를 구비하고 있다. 배유출구(21)는 터빈 휠(14)의 회전중심과 대략 동심형상의 대략 원통상(圓筒狀)으로 형성되어 있다. 배기유출구(21)와 반대측의 개구부는 배기측 인너플레이트(inner plate)(22)에 의하여 막혀 있다.

터빈 휠(14)에는 일체로 샤프트(23)가 형성되어 있다. 샤프트(23)는 배기측 인너플레이트(22)를 관통하여 베어링(24)에 의해 회전가능하게 지지되어 있다. 터빈 휠(14)은 일반적으로 니켈기초합금, 샤프트(23)는 일반적으로 합금강 또는 탄소강으로 형성되어 있다.

콤프레서휠(16)은 흡기측 하우징(17)의 내부에 수납되어 있다. 흡기측 하우징(17)은 콤프레서휠(16)에 공기를 흡입하는 흡기유입구(27)를 구비하고 있다. 흡기유입구(27)는 콤프레서휠(16)의 회전중심과 대략 동심(同心)형상의 원통상으로 형성되어 있다. 흡기유입구(27)와 반대측의 개구부는 흡기측 인너플레이트(55)에 의해 막혀 있다.

콤프레서휠(16)에 의하여 속도에너지를 받은 공기는 디퓨저(diffuser)(56)부에서 속도에너지가 압력 에너지로 변환되어 콤프레서휠(16)의 외주부를 감는 환상으로 형성된 흡기 배출통로(28)를 통하여 도시되지 않은 엔진의 급기구(給氣口)로 공급된다.

날개부(18)는 날개의 축방향의 폭이 긴 전날개(全翼)(18A)와 전날개(18A)에 대하여 축방향 도중에서 날개 입구가 시작되는 중간날개(18B)가 있으며 양자는 번갈아 배치되어 있다.

도2, 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 관련한 콤프레서휠(16)은 그의 본체부(29)가 속이차 (solid) 있으며, 부착공이나 부착혈이 형성되어있지 않다.

배면측 디스크부(29B)의 가장 배면부에는 본체부(29)와 심(芯)을 맞추어 원통부(43)가 일체로 형성되어 있다. 또 원통부(43)의 하단부에는 원통부(43) 보다도 지름이 작은 숫나사를 구비한 휠 숫나사부(44)가 역시 일체로 형성되어 있다. 휠 숫나사부(44)에는 샤프트(23)와 동심도(同心度)를 확보하기 위한 감합혈(fitting hole)(44H)가 형성되어 있다. 배기유출구(21)와 반대측의 개구부는 배기측 인너플레이트(22)에 의해 막혀 있다.

콤프레서휠(16)의 휠 입구부(35)의 외주부에는 너트상의 가공부(16N)가 형성되어 있다. 너트상 가공부(16N)는 체결토크(torque)를 걸기 위한 클램핑 가공이 되어 있고 예컨대, 너트상의 가공도, 평행한 2면을 형성한 가공을 해도 되며, 스패너등으로 이 부위를 잡을 수 있게 되어 있다.

도4는 도1의 P부 상세도를 나타낸다. 터빈 휠(14)에 고착된 샤프트(23)의 선단부에는 샤프트(23)와 동심의 원통형으로 가공된 샤프트 원통부(60)를 구비하고 있다.

샤프트 원통부(60)의 선단부에는 샤프트 숫나사부(46)가 형성되어 있다. 샤프트 숫나사부(46)의 나사 사이즈를 휠 숫나사부(44)와 같게 하였기 때문에 샤프트 숫나사부(46)와 휠 숫나사부(44)의 외경은 동일하다. 샤프트(23)의 선단에는 샤프트(23)와 동심의 원통형으로 정밀 가공된 감합 원통부(23H)를 구비하고 있다. 감합원통부(23H)는 휠 숫나사부(44)의 감합혈(44H)과 근소한 간극맞춤 또는 조여맞춤으로 삽입되는 치수로 되어 있다.

도1,도4에 표시된 슬리브(49)는 원통부(49E)에 트러스트 베어링(48)을 받는 플랜지부(49F)를, 또 슬리브(49)의 회전축의 축방향 중간 정도의 외주부에는 전 주면에 걸쳐 실홈(seal groove)(50)이 형성되어 있다. 슬리브(49)의 내주부(58)의 샤프트(23)측에는 내주부(58)의 샤프트 숫나사부(46)와 결합하는 샤프트측 암나사부(53)가 형성되어 있고 콤프레서휠(16)측에는 휠 숫나사부(44)와 결합되는 휠측암나사부(52)가 형성되어 있다.

샤프트 숫나사부(46)의 나사 사이즈를 휠 숫나사부(44)와 같게 하였기 때문에 슬리브(49)의 샤프트측 암나사부(53)와 휠측 암나사부(52)의 나사 사이즈는 동일하다. 따라서 슬리브(49) 내주에 형성된 암나사는 한번의 가공에 의하여 형성되므로 가공이 용이하며 샤프트측 암나사부(53)와 휠측 암나사부(52)의 동심도(同心度)의 정밀도가 양호한 것이 된다.

도1, 도4에 표시한 바와 같이, 샤프트 숫나사부(46)와 휠 숫나사부(44)는 암나사부(52)(53)를 형성한 슬리브(49)에 의하여 접속되어 있다.

도4에 표시한 바와 같이, 샤프트(23)의 감합원통부(23H)는 콤프레서휠(16)의 감합혈(44H)에, 근소한 간극맞춤, 또는 조여맞춤으로 삽입되어 있다. 슬리브(49)의 콤프레서휠(16)측 단부(端部)의 내주부(58)에는 콤프레서휠(16)의 배면부에 형성된 원통부(43)에 대하여 나란히 삽입되도록 가공되어 있다. 휠 숫나사부(44)의 선단에는 휠 숫나사부(44)와 동심의 원통형으로 정밀 가공된 휠 감합원통부(44H)를 구비하고 있다. 슬리브(49)의 콤프레서휠(16)측의 단부내경에는 휠 감합혈(57)이 형성되어 있다. 휠(16)의 원통부(43)의 단부에는 휠 감합원통부(43H)가 형성되어 있다.

휠 감합원통부(43H)는 슬리브(49)의 휠 감합혈(57)과 근소한 간극맞춤으로 삽입되는 치수로 되어 있다. 따라서 콤프레서휠(16)과 샤프트(23)의 동심도(同心度)를 확보할 수 있다.

슬리브(49)의 원통부(49E)의, 콤프레서휠(16)측의 외주부(61)에는 예컨대, 평행한 2면으로 형성하는 가공이나 너트상의 가공(도시되지 않음)이 되어 있어, 스패너등으로 그 부위를 잡을 수 있게 되어 있다.

슬리브(49)의 실홈(50)에는 FC재등으로 형성된 실링(51)이 감입(fit)되어 있다. 실링(51)은 지름을 수축하도록 힘을 가하면 외주부가 흡기측 인너플레이트(55)의 내주부에 밀착하여 감입될 수 있게 형성되어 있다.

도5에는 샤프트(23)에 콤프레서휠(16)을 조립하기 위한 수순이 순서도로 표시되어 있다.

먼저, 중앙부에 원형공을 형성한 원판상의 트러스트 칼라(thrust collar) (47)를 베어링(24)에 지지된 샤프트(23)에 삽입한다(스텝 S11).

다음으로, 트러스트 베어링(48)을 베어링 하우징(45)에 삽입한다.(스텝 S12). 트러스트 베어링(48)에는 윤활용의 오일이 통하는 오일통로(56)가 형성되며 윤활용의 오일은 회전하는 슬리브(49)및 트러스트 칼라(47)와 비회전측의 트러스트 베어링(48)과의 접촉면의 윤활을 한다.

슬리브(49)를 샤프트(23)에 나사끼움 한다(스텝 S13). 그 때에는 슬리브(49)의 너트상으로 가공된 외주부(61)를 스패너등으로 잡고 슬리브(49)를 샤프트 숫나사부(46)에 나사끼음 한다.

다음으로, 흡기측 너터플레이트(55)를 베어링 하우징(45)에 고정한다(스텝 S14). 이로 인하여 트러스트 베어링(48)이 비회전측의 부재인 베어링 하우징(45)과 흡기측 인너플레이트(55)의 사이에 끼워져서 고정된다. 이로 인하여, 슬리브(49) 및 트러스트 칼라(47)가 샤프트(23)와 일체로 회전하게 된다.

그 결과, 스텝 S13에서 비회전측의 부재에 고정된 트러스트 베어링(48)이 샤프트(23)와 일체로 회전하는 회전부재인 트러스트 칼라(47)와 슬리브(49)사이에 끼워진다. 따라서 회전시에 샤프트(23)의 트러스트방향에 가해지는 힘이 트러스트 베어링(48)에 의해 받아지게 되어 회전축의 축방향 위치가 규제된다.

또 스텝 S14에서 흡기측 인너플레이트(55)를 베어링하우징(45)에 고정했을 때에 실링(51)의 외주부가 흡기측 인너플레이트(55)의 내주부에 밀착된다. 이로 인하여 베어링(24)및 트러스트 베어링(48)을 윤활하기 위한 오일이 콤프레서휠(16)의 이면공간 (이면실(裏面室)이라고 호칭됨) 측으로 흐르는 것을 방지한다.

다음으로 콤프레서휠(16)을 슬리브(49)에 나사끼움 한다(스텝 S15). 이 때에는 도1에 표시된 바와 같이, 콤프레서휠(16)의 휠입구부(35)의 너트상 가공부(16N)와, 터빈 휠(14)의 너트상 가공부(14N)를 스패너등으로 잡고 서로 나사끼움한다. 동시에 샤프트(23)의 감합 원통부(23H)는 콤프레서휠(16)의 감합공(44H)에 근소한 간극맞춤, 또는 조여맞춤으로 삽입된다. 이로 인하여 콤프레서휠(16)과 샤프트(23)사이가 결합된다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 콤프레서휠(16)의 하부에 휠 숫나사부(44)가 형성되어 있다. 휠 숫나사부(44)와 샤프트(23)의 선단부에 형성된 샤프트 숫나사부(46)가, 양측에 암나사부(52,(53)를 형성한 슬리브(49)에 의해 접속되어 있다.

이로 인하여 종래 기술과 같은 부착공(125)이나 부착혈(242)이 없이도 콤프레서휠(16)과 샤프트(23)를 결합할 수 있으므로 콤프레서휠(16)을 속이차있는(solid)것으로 할 수 있다. 따라서 콤프레서휠(16)에 걸리는 응력이 작게 되고 높은 회전수로 회전하여도 파손되는 일이 적다.

이러한 이유를 도6에 의해 설명한다. 도6은 종래 기술에서의 콤프레서휠의 부착공의 내경φ과 콤프레서휠의 회전축의 축방향에서 콤프레서휠의 외주부(外周部)가 최대로 되는 최대 외주(外周)부위로 콤프레서휠에 걸리는 응력 T의 크기의 관계를 그래프로 표시하고 있다.

도6에 표시한 바와 같이, 부착공의 내경이 0 이면 응력 T는 작고 내경이 과소한 경우에는 응력 T 는 매우 크게 된다. 그래서 어느 내경 D 이상이서는 부착공의 내경이 클 수록 응력 T는 크게 된다.

따라서 종래 기술과 달리, 본 발명과 같이, 부착공이 없는 속이찬(solid) 것의 경우에는 응력이 작아지는 것을 알 수 있다.

다음으로 실시예 2에 대하여 설명한다. 실시예 2는 실시예 1과 P부의 구조가 다르다. 실시예 1과 동일한 것은 동일한 부호를 부기하여 설명을 생략한다.

도7에 표시한 바와 같이, 샤프트 숫나사부(46)의 나사 사이즈 보다도 휠 숫나사부(44A)가 크게되어 있다. 휠 숫나사부(44A)의 선단에는 휠 숫나사부(44A)와 동심의 원통형으로 정밀 가공된 휠 감합원통부(44JH)를 구비하고 있다. 슬리브(49A)의 샤프트측 암나사부(53)와 휠측 암나사부(52A) 사이에 슬리브 감합혈(49JH)이 형성되어 있다. 휠 감합 원통부(44JH)는 슬리브(49A)의 휠 감합혈(49JH)과, 근소한 간극 맞춤으로 삽입되는 치수로 되어 있다.

슬리브(49A)는, 슬리브(49A)의 내주부(58A)의 샤프트(23)측에 샤프트 숫나사부(46)와 결합되는 샤프트측 암나사부(53)가 형성되고 콤프레서휠(16A)측에는 휠 숫나사부(44A)와 결합되는 휠측 암나사부(52A)가 형성되어 있다. 샤프트 숫나사부 (46)의 나사 사이즈 보다 휠 숫나사부(44a)가 크게 되어 있다.

샤프트 숫나사부(46)와 휠 숫나사부(44A)는 휠측 암나사부(52A)및 샤프트측 암나사부(53)를 형성한 슬리브(49A)에 의하여 접속되어 있다.

샤프트(23)의 감합 원통부(23H)는 콤프레서휠(16A)의 감합혈(44H)에 약간의 간극맞춤 또는 조여맞춤으로 삽입되며, 또 휠 감합 원통부(44JH)는 슬리브(49A)의 휠 감합혈(49JH)과 근소한 간극 맞춤으로 삽입되어 있다. 따라서 콤프레서휠(16A)과 샤프트(23)의 동심도를 충분히 확보할 수 있다. 휠 감합 원통부(44JH)는 휠 숫나사부(44A)의 선단부 외주에 형성해도 되고 휠 숫나사부(44A)의 머리(root)의 종단의 외주에 형성해도 된다.

콤프레서휠(16A)및 휠 숫나사부(44A)는, 예컨대, 알루미늄합금의 주물(鑄物)등으로 형성되어 있다. 한편, 샤프트(23) 및 샤프트 숫나사부(46)는 철 또는 그의 합금등 경(硬)재질로 형성되어 있다. 따라서 콤프레서휠(16)에 일체로 형성된 휠 숫나사부(44A)의 지름을, 샤프트(23) 선단부에 형성된 샤프트 숫나사부(46)의 지름보다 크게 형성함으로서 보다 저강도의 알루미늄합금의 주물측의 굵기를 굵게 하게 되어 어느 한쪽이 파손되기 쉬운 걸과가 생기지 않는다.

다음으로, 실시예 3에 대하여 설명한다. 실시예 3도 실시예1과 P부의 구조가 다르다. 실시예1과 동일한 것에는 동일한 부호를 부기하여 설명을 생략한다.

도8A에 표시된 바와 같이, 샤프트(23B)의 선단부에는 샤프트(23B)와 동심의 원통형으로 가공된 샤프트 원통부(60)를 구비하고 있다.

샤프트 원통부(60)의 선단부에는 샤프트 숫나사부(46B)가 형성되어 있다. 샤프트 숫나사부(46B)의 나사 사이즈 보다 휠 숫나사부(44B)가 크게 되어 있어, 샤프트 숫나사부(46B)보다 휠 숫나사부(44B)의 외경이 크게 되어 있다. 샤프트 숫나사부(46B)의 선단부에는 샤프트(23B)와 동심의 워통형으로 정밀 가공된 샤프트 감합 원통부(23JH)가 구비되어 있다.

슬리브(49B)의 샤프트측 암나사부(53B)와 휠측 암나사부(52B)사이에 샤프트 감합혈(49SH)이 형성되어 있다. 샤프트 감합 원통부(23JH)는 슬리브(49B)의 샤프트 감합혈(49SH)과 근소한 간극맞춤으로 삽입되는 치수로 되어 있다. 샤프트(23B)의 선단에는 샤프트(23B)와 동심의 원통형으로 정밀 가공된 감합 원통부(23BH)를 구비하고 있다. 원통부(23BH)는 휠 숫나사부(44B)의 감합혈(44BH)과 근소한 간극 맞춤으로 또는 조여맞춤으로 삽입되는 치수로 되어 있다.

샤프트 감합원통부(23JH)는 샤프트 숫나사부(46B)의 선단외주에 형성해도 되고, 도8B에 표시한 바와 같이, 샤프트 숫나사부(46B)의 종단측에 형성해도 된다.

도8A에 표시된 슬리브(49B)는, 슬리브(49B)의 내주부(58B)의 샤프트(23B)측에는 샤프트 숫나사부(46B)와 결합되는 샤프트측 암나사부(53B)가 형성되고, 콤프레서휠(16B)측에는 휠 숫나사부(44B)와 결합되는 휠측 암나사부(52B)가 형성되어 있다. 샤프트 숫나사부(46B)의 나사 사이즈보다 휠 숫나사부(44B)가 크게 되어 있기 때문에 샤프트측 암나사부(53B)보다 휠측 암나사부(52B)의 나사 사이즈가 크다.

샤프트 숫나사부(46B)와 휠 숫나사부(44B)는 휠측 암나사부(52B)및 샤프트측 암나사부(53B)를 형성한 슬리브(49B)에 의하여 접속되어 있다.

샤프트(23B)의 감합 원통부(23BH)는 콤프레서휠(16B)의 감합혈(44B)에 근소한 간극맞춤 또는 조여맞춤으로 삽입되며, 또 샤프트 감합 원통부(23JH)는 슬리브(49B)의 샤프트 감합혈(49SH)과 근소한 간극맞춤으로 삽입되어 있다. 따라서 콤프레서휠(16A)과 샤프트(23B)의 동심도를 충분히 확보할 수 있다.

다음으로 실시예 4에 대하여 설명한다. 실시예 4는 실시예 3에 실시예 2의 슬리브와 휠의 감합부를 추가한 것이다. 실시예2, 3과 동일한 것에는 동일한 부호를 부기하고 설명을 생략한다.

도9에 표시한 바와 같이, 샤프트(23B)는 샤프트 원통부(60), 샤프트 숫나사부(46B)및 샤프트 감합 원통부(23JH)를 구비하고 있다. 슬리브(49C)에는 샤프트 감합혈(49SH)가 형성되어 있다. 샤프트 감합 원통부(23JH)는 슬리브(49C)의 샤프트 감합혈(49SH)과 근소한 간극맞춤으로 삽입되는 치수로 되어 있다. 샤프트(23B)의 선단에는 감합 원통부(23BH)가 구비되어 있다. 감합 원통부(23BH)는 휠 숫나사부(44A)의 감합혈(44H)과 근소한 간극맞춤, 또는 조여맞춤으로 삽입되는 치수로 되어 있다.

휠 숫나사부(44A)의 선단에는 휠 숫나사부(44A)와 동심의 원통형으로 정밀 가공된 휠 감합 원통부(44JH)를 구비하고 있다. 슬리브(49C)의 샤프트측 암나사부(53C)와 휠측 암나사부(52C)간에 슬리브 감합혈(49JHC)이 형성되어 있다. 휠 감합 원통부(44JH)는 슬리브(49C)의 휠 감합혈(49JHC)과 근소한 간극맞춤으로 삽입되는 치수로 되어 있다.

슬리브(49C)는, 슬리브(49C)의 내주부(58C)의 샤프트(23B)측에는 샤프트 숫나사부(46B)와 결합되는 샤프트측 암나사부(53C)가 형성되며, 콤프레서휠(16A)측에는 휠 숫나사부(44A)와 결합되는 휠측 암나사부(52C)가 형성되어 있다.

샤프트 숫나사부(46B)와 휠 숫나사부(44A)는 휠측 암나사부(52C)및 샤프트측 암나사부(53C)가 형성된 슬리브(49C)로 접속되어 있다.

샤프트(23)의 감합 원통부(23BH)는 콤프레서휠(16)의 감합혈(44H)에 근소한 간극맞춤 또는 조여맞춤으로 삽입되어 있다. 또 샤프트 감합 원통부(23JH)는 슬리브(49C)의 샤프트 감합혈(49SH)과 근소한 간극맞춤으로 삽입되어 있다. 또 휠 감합 원통부(44JH)는 슬리브(49C)의 휠 감합혈(49JHC)과 근소한 간극맞춤으로 삽입되어 있다. 따라서 콤프레서휠(16A)과 샤프트(23B)와의 동심도를 충분히 확보할 수 있다.

다음으로 실시예 5에 대하여 설명한다. 실시예 5는 실시예 3에 대하여 플레이트(70)를 추가한 점이 다르다.

도10에 표시 한바와 같이, 샤프트(23D)는 샤프트 원통부(60), 샤프트 숫나사부(46D)및 샤프트 감합 원통부(23JHD)를 구비하고 있다. 슬리브(49D)에는 샤프트 감합혈(49SHD)가 형성되어 있다. 샤프트(23D)의 선단에는 감합 원통부(23DH)를 구비하며 휠 숫나사부(44D)의 감합혈(44DH)과 근소한 간극맞춤 또는 조여맞춤으로 삽입되는 치수로 되어 있다. 슬리브(49D)에는 샤프트측 암나사부(53D)와 휠측 암나사부(52D)가 형성되어 있다.

콤프레서휠(16D)과 샤프트(23D)를 체결하는 경우에는, 콤프레서휠(16D)의 원통부(43D)의 단면(端面)(43DT)과 슬리브(49D)의 단면 (49DT)과는 사이가 뜨는 치수로 되어 있다. 휠 숫나사부(44D)의 단면(44DT)과 슬리브(49D)의 단부(段部)(joggling portion)(49DD) 사이에 와셔(washer) 형상의 플레이트(70)를 끼워 체결되어 있다. 플레이트(70)는 콤프레서휠(16D)보다 경(硬)재질로 되어 있고 콤프레서휠(16D)의 부착에 있어, 체결토크를 걸었을 때 압착하는 콤프레서휠(16D)측의 단면(端面)을 넓게 댈 수 있어, 면압(面壓)을 저감할 수 있다.

또 본 발명에서는 샤프트(23)(23B)(23D)에 샤프트숫나사부(46)(46B)(46D)를 형성하여 여기에 암나사부(52)(52A)(52B)(52C)(52D)(53)(53B)(53C)(53D)를 가진 슬리브(49),(49A)(49B)(49C)(49D)가 나사끼움되어 있다. 이로 인하여 샤프트에 암나사를 형성하는 형태에 비하면 휠측의 암나사부(52D)의 나사의 지름을 크게할 수 있어 체결강도가 향상된다.

슬리브(49)(49A)(49B)(49C)(49D)의 외주부에 실홈(50)이 형성되어 있어 콤팩트한 구조로 오일이 새지 않게 할 수 있다.

콤프레서휠(16)(16A)(16B)(16D)의 숫나사(44)(44A)(44B)(44D), 샤프트의 숫나사부(46)(46B)(46D)및 슬리브(49)(49A)(49B)(49C)(49D)의 암나사 (52)(52A)(52B) (52C)(52D)(53)(53B)(53C)(53D)를 콤프레서휠(16)(16A)(16B)(16D)의 입구인 흡기유입구(27)에서 볼 때, 콤프레서휠(16)(16A)(16B)(16D)이 좌회전의 경우는 우향나사로 하고 콤프레서휠(16)(16A)(16B)(16D)이 우회전의 경우에는 좌향나사로 함으로서 콤프레서휠(16)(16A)(16B)(16D)이 급가속되어 회전할 경우의 관성력에 의한 회전토크가, 나사가 조여지는 방향으로 작용함으로 나사의 이완을 방지할 수 있다.

또 본 발명에 대하여는 터보차저에 관한 응용예에 대해서만 설명하였으나 예컨대, 마이크로 가스터빈이나 기계구동식 과급기등 기타의 터보기계에도 응용이 가능하다.

콤프레서휠과 샤프트의 결합장치에 있어서, 콤프레서휠의 이면(裏面) 중심부에 설치된 돌기의 외주(外周)에 낸 숫나사와, 샤프트 일측에 낸 숫나사와, 상기 콤프레서와 상기 샤프트를 양단부에 암나사를 낸 슬리브로 결합하여, 상기 콤프레서휠과 상기 샤프트 사이에 감합부(嵌合部)를 구성하였기 때문에 콤프레서휠을 단시간에 회전수를 높이어 고속회전하여도 파손되는 일이 적고 암나사를 슬리브측으로 하였기 때문에 나사의 사이즈를 크게 할 수 있어, 강력한 결합이 가능하며, 터보챠저를 비롯하여 마이크로 가스터빈이나 기계구동식 과급기, 기타 터보기계에 응용이 가능한 여러가지 효과가 있다.

도1은 본 발명의 실시예1의 터보차저(turbocharger)의 단면도

도2는 본 발명의 실시예1의 콤프레서휠의 측면도

도3은 도2의 단면도

도4는 도1의 P부분의 상세도

도5는 실시예 1의 콤프레서휠의 조립순서를 나타낸 순서도

도6은 종래기술에 의한 부착공의 내경과 응력의 크기의 일반적인 관계를 나타낸 그래프

도7은 본 발명의 실시예 2의 상세도

도8a와 도8b는 본 발명의 실시예 3의 상세도

도9는 본 발명의 실시예 4의 상세도

도10은 본 발명의 실시예 5의 상세도

도11은 종래기술에 의한 일반적인 터보차저의 측단면도

도12는 종래기술에 의한 일반적인 콤프레서휠의 측단면도

도13은 종레기술에 의한 콤프레서휠의 단면도

[도면중 중요한 부분에 대한 부호설명]

11 : 터보차저, 12 : 배기측부, 13 : 흡기측부, 14 : 터빈 휠,

15 : 배기측 하우징, 16,16A, 16B, 16D : 콤프레서휠,

23,23B, 23D, : 샤프트, 23H, 23BH, 23DH, : 감합원통부,

23JH, 23JHD, : 샤프트 감합원통부, 27 : 흡기유입구,

43H : 휠 감합원통부, 44, 44A, 44B, 44D : 휠 숫나사부,

44H, 44BH, 44DH : 감합공, 44JH,44JHC : 휠 감합원통부,

46,46B, 46D : 샤프트 암나사부, 49, 49A, 49B, 49C, 49D : 슬리브,

49JH, 49JHC : 휠 감합공, 49SH,49SHD, 샤프트 감합공,

52,52A,52B,52C,52D : 암나사부, 53, 53B, 53C, 53D : 암나사부,

56 : 디퓨저, 57 : 휠 감합공, 70 : 플레이트.

Claims

콤프레서휠과 샤프트와 슬리브를 포함하며

상기 콤프레서휠은 그 이면 중심부에 돌출한 돌기의 외주(外周)에 형성된 숫나사를 가지며,

상기 샤프트는 그의 일단에 형성된 숫나사를 가지며,

상기 슬리브는 그 양단에 형성된 암나사를 가지며, 상기 콤프레서휠과 상기 샤프트를 결합하고 상기 콤프레서휠과 상기 샤프트 사이에 감합부가 형성된, 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조.
제1항에 있어서, 상기 콤프레서휠과 상기 슬리브 사이에 감합부가 형성된, 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조.
제1항에 있어서, 상기 샤프트와 상기 슬리브 사이에 감합부가 형성된, 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조.
제1항에 있어서, 상기 콤프레서휠과 상기 샤프트에, 상기 슬리브에 대한 감합부가 각각 형성된, 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조.
제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콤프레서휠보다 고강도 재료로 된 플레이트를 구비하고

상기 콤프레서휠과 상기 슬리브는 상기 콤프레서휠의 상기 숫나사의 선단의 단면과 상기 슬리브의 상기 암나사의 종단의 단면 사이에 상기 플레이트를 끼워 결합하여 된 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 숫나사 및 상기 암나사는 상기 콤프레서휠의 입구에서 볼 때, 상기 콤프레서휠이 좌회전할 경우에는 우향나사로 하고 상기 콤프레서휠이 우회전할 경우에는 좌향나사로 하는, 콤프레서휠과 샤프트의 결합구조.