WO2006090702A1 - コンプレッサ羽根車およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを有する、ダイカスト品であるマグネシウム合金製コンプレッサ羽根車に係わる。本発明の羽根車は、例えば、羽根車の形状に対応するキャビティを有する金型に、液相線温度以上のマグネシウム合金を充填時間１秒以下で供給し、かつ、引き続き前記キャビティ内のマグネシウム合金に圧力２０ＭＰａ以上を加え、時間１秒以上の間、その加圧状態を維持するダイカスト法で製造可能である。

Description

明 細 書

コンプレッサ羽根車およびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、内燃機関からの排気ガスを利用し圧縮空気を送る過給機の吸気側に使 用されるコンプレッサ羽根車およびその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 例えば自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給機は、内燃機関カゝらの排 気ガスにより排気側のタービン羽根車を回転させることにより、あるいはクランクシャフ ト等の回転機構により、同軸上にある吸気側のコンプレッサ羽根車を回転させ、これ により外気を吸引して圧縮し、この圧縮空気を内燃機関に供給することにより内燃機 関の出力を向上させる。

[0003] 上述の過給機に使用されるタービン羽根車は、内燃機関力 排出される高温の排 気ガスに曝されるため、例えば特開昭 58— 70961号公報 (特許文献 1)で提案され る Ni基、 Co基、 Fe基等から成る耐熱合金が従来から使用される。近年は、チタン合 金、アルミニウム合金も使用されるようになった。

一方、コンプレッサ羽根車は、外気を吸引する箇所に配設され、 100〜150°C程度 の温度環境下で使用される。このため、上述のタービン羽根車に用いる耐熱合金ほ どの高 、耐熱性を有する合金ではなく、従来力もアルミニウム合金が多用されて 、る

[0004] 近年、内燃機関の燃焼効率をさらに向上させる目的で、タービン羽根車およびコン プレッサ羽根車を、さらに高速回転させるための種々の検討がなされている。羽根車 を高速回転させるにあたり、特にコンプレッサ羽根車には、単位密度当たりの強度（ 以下、比強度という）が高いこと、つまり、軽量かつ高強度であることが望まれる。また 、高速回転時の温度環境は、 180°C〜200°Cを超える温度にまで上昇すると予測さ れ、このため、良好な靭性を有するとともに、より高強度であること、および使用される 温度環境が 200°Cを超えても高強度を維持可能であることが望まれる。

[0005] このような背景から、コンプレッサ羽根車は、上述の Ni基等の耐熱合金によるよりも 軽量ィ匕でき、従来のアルミニウム合金によるよりも高強度化できる、例えば特開 2003 - 94148号公報 (特許文献 2)で提案されるチタン合金製コンプレッサ羽根車が実用 化されつつある。

[0006] 一般に、コンプレッサ羽根車は、回転中心軸であるハブ軸から半径方向に延在す るハブ'ディスク部のハブ面に、空力学的曲面を有する複数の羽根部がハブ軸の周 囲に放射状に配設された複雑な形状を有している。また、羽根部が長羽根と短羽根 とで構成された羽根車や、羽根部に囲まれた空間が、ハブ軸カゝら半径方向外方に向 つてアンダーカットとなる複雑な形状の羽根車もある。

[0007] このように複雑な形状を有するコンプレッサ羽根車は、羽根車素材力 羽根部を削 り出す等の機械加工や、例えば特開昭 57— 171004号公報 (特許文献 3)が提案す る铸造可能な形状の羽根車素材を一旦形成した後に羽根部を変形矯正する等の手 段で形成される。また、プラスターモールド法やロストワックス铸造法により、羽根車の 羽根部とハブ部とを一体にした消失性模型を金型で成形し、これを用いて铸型を作 製し、この铸型に溶湯を铸造して羽根車を形成するという方法もある。この場合、消 失性模型を成形した金型から羽根部を離型させるための金型構造が、例えば前記 特許文献 2ゃ特開 2002— 113749号公報 (特許文献 4)で提案されて!、る。

[0008] 特許文献 1 :特開昭 58— 70961号公報

特許文献 2：特開 2003 - 94148号公報

特許文献 3 :特開昭 57— 171004号公報

特許文献 4：特開 2002— 113749号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] コンプレッサ羽根車を従来よりも高速回転させるためには、従来のアルミニウム合金 による羽根車では、比強度等の機械強度の点で十分ではない。また、チタン合金製 羽根車は、 200°Cを超える温度域であっても十分な強度および比強度を有するので 、確かにコンプレッサ羽根車には好適である。し力し、価格の点では、アルミニウム合 金に比べて極めて高価であり、普及を阻害する要因である。

[0010] また、コンプレッサ羽根車の製造手段においては、羽根車素材力も削り出す等の機 械加工手段では、加工時間や材料歩留の点で製造コストが高く不利である。また、铸 造されたコンプレッサ羽根車の羽根部を形状調整する手法では、良好な形状精度を 得難ぐ回転バランスを確保することが困難である。そして、プラスターモールド法や ロストワックス铸造法では、比較的良好な形状精度が得られるものの、やはり消失性 模型を介して羽根車を形成し、铸造毎に消失性模型や铸型を製作する等、生産効 率や製造コストの点で不満である。

[0011] 本発明の目的は、上述の問題を解決し、従来のアルミニウム合金による羽根車より も比強度が大きぐチタン合金による羽根車よりも廉価な、更なる高速回転に対応可 能なコンプレッサ羽根車およびその製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明者は、コンプレッサ羽根車として、ダイカスト法によりマグネシウム合金製羽 根車を製造できることを見出し本発明に到達した。

力くして、本発明の第一の観点によれば、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に 延在するハブ面を有するハブ ·ディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部 とを有する、ダイカスト品であるマグネシウム合金製コンプレッサ羽根車が提供される 前記複数の羽根部は、交互に隣接する長羽根と短羽根力 成るコンプレッサ羽根 車であってよい。また、隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間に、 前記ハブ軸部から半径方向外方に向力つてアンダーカットを有するコンプレッサ羽根 車であってよい。

[0013] また、本発明の第二の観点によれば、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延 在するハブ面を有するハブ ·ディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部と を有するコンプレッサ羽根車の形状に対応するキヤビティを有する金型に、液相線温 度以上のマグネシウム合金を充填時間 1秒以下で供給し、かつ、引き続き前記キヤビ ティ内のマグネシウム合金に圧力 20MPa以上を加え、時間 1秒以上の間、その加圧 状態を維持することを含む、ダイカスト法によるコンプレッサ羽根車の製造方法が提 供される。

本発明製造方法の一実施形態によれば、前記複数の羽根部が、交互に隣接する 長羽根と短羽根力も成るコンプレッサ羽根車であってよい。また、隣接する一対の長 羽根の間に形成される各ブレード空間に、前記ハブ軸部から半径方向外方に向かつ てアンダーカットを有するコンプレッサ羽根車であってよい。

[0014] 本発明の製造方法の別の一実施形態では、好適には、前記加圧維持時間の経過 後、前記キヤビティ内の圧力が 0. 5MPa以下に減圧される。

本発明製造方法の更に別の一実施形態では、前記キヤビティは、隣接する羽根間 の空間に対応する形状を有する複数個のスライド金型を、前記ハブ軸部に対して放 射状に配置して画成される。

本発明の製造方法の更に別の一実施形態では、好適には、前記キヤビティは、前 記短羽根の形状に対応する有底溝部と、該短羽根に隣接する一対の前記長羽根で 画成される空間に対応する形状体とを有する複数個のスライド金型を前記ハブ軸部 に対して放射状に配置して画成される。

発明の効果

[0015] 本発明のコンプレッサ羽根車は、ダイカスト形成されたマグネシウム合金力 成るコ ンプレッサ羽根車であるので、従来のアルミニウム合金力 成る羽根車よりも高 、比 強度を有するコンプレッサ羽根車を得ることができる。また、チタン合金よりも廉価な マグネシウム合金カゝら成り、かつ、金型のキヤビティに溶湯を直接注入する高生産性 のダイカスト法を適用した羽根車であるので、廉価なコンプレッサ羽根車を得ることが できる。そして、本発明は、従来よりも更なる高速回転に対応可能なコンプレッサ羽根 車およびその製造方法を提供でき、工業上極めて有効な技術となる。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 上述した通り、本発明の重要な特徴は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に 延在するハブ面を有するハブ ·ディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部 とを有する、ダイカスト品であるマグネシウム合金製コンプレッサ羽根車を、ダイカスト 形成されたマグネシウム合金力も成るコンプレッサ羽根車としたことである。

[0017] 本発明で用いるマグネシウム合金は、一般に、密度が 1. 8gZcm³程度であり、密 度 2. 7g/cm³程度のアルミニウム合金と比べても、また、他の実用材料と比べても 小さい。このため、マグネシウム合金力 成るコンプレッサ羽根車は、アルミニウム合 金から成る羽根車よりも軽量化され、回転時の慣性荷重を低減できる。また、マグネ シゥム合金は、 200°Cの温度環境下でも、アルミニウム合金の 1. 3倍以上の比強度 が期待できる。従い、マグネシウム合金力も成る本発明のコンプレッサ羽根車は、更 なる高速回転に対応可能となる。さらに、マグネシウム合金は、鉱物資源として豊富 に存在するので安定供給が見込め、チタン合金カゝら成る羽根車よりも廉価に供給可 能となる。

[0018] また、マグネシウム合金は、鉄に対する親和性がアルミニウム合金よりも格段に小さ いため、例えば、铸型として鉄系合金から成る金型を使用しても、成形された羽根車 が金型に焼き付くことなく円滑に離型できる利点がある。

[0019] 本発明におけるコンプレッサ羽根車は、ダイカスト形成されたコンプレッサ羽根車と する。ダイカスト形成された羽根車は、その表面層や薄肉部が急冷されるため、緻密 で均一な凝固組織を形成することができる。具体的には、薄肉で熱容量の小さい羽 根部には、例えば平均粒径 15 /z m以下の微細で緻密な急冷組織が形成される。ま た、塊状で熱容量の大きいハブ ·ディスク部やハブ軸部には、例えば、表面層には平 均粒径 15 μ m以下の微細で緻密な凝固組織が形成され、中心部近傍には平均粒 径 50 m以下の表面層よりも大きい凝固組織が形成される。そして、羽根車の表面 側から中心部に向かって凝固速度が次第に低下し、ハブ ·ディスク部やハブ軸部の 中心部近傍では、急冷された凝固組織よりも平均粒径の大き ヽ凝固組織となる。 これは、ダイカスト形成においては、铸型として金型を使用するため、ロストワックス 铸造法等で使用する耐火物等よりも冷却能が格段に高ぐ薄肉の羽根部や、デイス ク部ゃハブ軸部の表面層では、金型に接触した溶湯が急冷されるからである。また、 ダイカスト形成においては、溶湯を高圧力で金型のキヤビティに注入するため、金型 表面に対する溶湯の密着性が向上することにより、溶湯の冷却速度が上がる利点も ある。

[0020] 羽根車の铸造組織を、上述の微細で緻密な急冷組織に形成することにより、羽根 車の表面硬度や疲労強度を向上させ、羽根車としての強度や靭性を改善することが できる。また、上述の凝固組織を有する羽根車に対し、さらに T6処理 (JIS— HOOOl )等の熱処理を施すことにより、緻密な結晶組織の母相が維持されつつ溶体化や時 効硬化による効果が付加され、より一層の高強度化が可能となる。

また、ダイカスト形成では、铸型として金型を用いるため、羽根車の铸肌は、耐火物 を用いる場合よりも表面粗さの小さい铸肌となる。これにより、羽根車表面の空カ抵 抗が低減し、羽根車の空力学的特性向上に寄与できる。

[0021] また、例えば、羽根車のハブ軸部外周に対して切削等の機械加工を施す場合や、 羽根車自体に対して化成処理や陽極酸化処理、メツキや塗装等の表面処理を施す 場合もある。ダイカスト形成されたマグネシウム合金成形体は、その結晶粒径がより微 細化かつ均一化されるため、常温での機械加工性や、表面の被膜形成性が改善さ れる。

従い、ダイカスト形成された本発明のコンプレッサ羽根車は、羽根部が高強度となり 、ハブ ·ディスク部やハブ軸部が高強度かつ適度な靭性をあわせ持つこととなり、さら に常温での機械加工性をも有する、優れたコンプレッサ羽根車となる。

[0022] 次に、本発明のコンプレッサ羽根車の形状について具体例を挙げ、図面に基づい て説明する。

図 1は、自動車用ターボチャージャの吸気側に使用されるコンプレッサ羽根車 1 (以 下、羽根車 1という）の模式図である。羽根車 1は、ハブ軸部 2と、このハブ軸部 2から 半径方向に延在するハブ面 3を有するハブ ·ディスク部 4と、ハブ面 3に配設された長 羽根 5と短羽根 6がそれぞれ交互に複数枚放射状に突設された羽根部を有している 。図 2は、羽根車 1の羽根部簡略図であり、明確ィ匕のため 2枚の長羽根 5と 1枚の短羽 根 6のみを記載している。また、図 2の斜線部は、ハブ面 3と、ひとつの短羽根 6を含 む隣接する 2枚の長羽根 5のブレード面 7とで囲まれたブレード空間 8に対応する。長 羽根 5と短羽根 6のブレード面 7は、いずれも複雑な空力学的曲面形状を表裏に有し ている。

[0023] 本発明のコンプレッサ羽根車は、上述の羽根車 1において、短羽根 6に替え、すべ て長羽根 5とした羽根車とすることができる。また、羽根車の羽根枚数を 8〜 14枚とす ることができる。そしてまた、羽根車の各部の寸法を、例えば、ハブ軸部は外径 7〜3 Omm、ハブ.ディスク部は外径 30〜120mmで最外周部肉厚 2〜5mm、羽根の肉 厚は、羽根先端付近 0. 2〜2mm、羽根中央付近 l〜5mm、ハブ面近傍の羽根付 け根 1. 5〜8mmといった寸法形状に形成することができる。このような羽根車の場合 、薄肉である羽根部に対しノ、ブ軸部およびノ、ブ'ディスク部は塊状となり、羽根車に 対する羽根部全体の容積が 10〜30%に形成される。また、羽根車のブレード空間 に、ハブ軸部から半径方向外方に向ってアンダーカットを有するコンプレッサ羽根車 であってもよい。

[0024] 上述した本発明のコンプレッサ羽根車は、例えば、以下の本発明の製造方法により 製造できる。具体的には、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面 を有するハブ'ディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを有するコン プレッサ羽根車の形状に対応する金型のキヤビティに、液相線温度以上のマグネシ ゥム合金を充填時間 1秒以下で供給し、かつ、引き続き前記キヤビティ内のマグネシ ゥム合金に圧力 20MPa以上をカ卩え、時間 1秒以上の間、その加圧状態を維持する ダイカスト法によってコンプレッサ羽根車が製造される。

本発明の製造方法における重要な特徴は、金型のキヤビティに、上述のダイカスト 形成条件でマグネシウム合金を铸造することである。

[0025] 以下、本発明におけるマグネシウム合金を用いたダイカスト形成条件につき、詳細 に説明する。

金型のキヤビティに注入するマグネシウム合金は、その溶湯温度を、用いるマグネ シゥム合金の液相線温度以上とする。これは、キヤビティに到達する前に、溶湯が凝 固してしまうことを防止するためである。また、溶湯温度は、マグネシウム合金成分を 確保でき、そして、铸造時の溶湯飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じ ない限り、幾ら高温であっても構わない。

[0026] また、キヤビティに対し、マグネシウム合金溶湯を充填時間 1秒以下で供給し、羽根 車の羽根部を健全に铸造成形させる。コンプレッサ羽根車の羽根部は、優れた空力 学的特性を得るため、ハブ面を有するハブ ·ディスク部に比べ、通常は極めて薄肉に 設計される。このため、羽根部に対応して画成された金型の羽根部キヤビティは、極 めて狭隘な深い溝状の空間となる。そこで、上述した充填時間で溶湯を供給すること により、金型の羽根部キヤビティに対し、速やかに、かつ十分に溶湯を供給する。こ れにより、羽根部キヤビティにおける溶湯の不廻りやガスの巻き込み等の铸造欠陥を 防止する。溶湯の充填時間は、キヤビティに十分にかつ円滑に溶湯が供給でき、そ して、铸造時の溶湯飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じない限り、幾 ら短時間でも構わない。

[0027] 次いで、マグネシウム合金を金型のキヤビティに注入後、圧力 20MPa以上をカロえ、 時間 1秒以上の間、その加圧状態を維持する。この操作は、溶湯の注入後、可能な 限り速やかに行うことが好ましい。この後、キヤビティ内で溶湯を凝固させて羽根車を 成形する。羽根車は、まず薄肉で熱容量の小さい羽根部が成形され、金型と直接に 接触するハブ ·ディスク部の最外径部ゃノ、ブ面、ハブ軸部の端部等が成形される。そ して、次第にハブ ·ディスク部の内部に向力つて凝固が進行し、中心部が最終凝固し て成形される。このため、最終凝固部となるハブ ·ディスク部の中央辺りには、引け巣 等の铸造欠陥が生じやすい。そこで、溶湯を注入後、 20MPa以上で加圧し、その加 圧状態を 1秒以上の間維持し、これにより、羽根車を健全に成形させる。加圧状態を 1秒以上継続させた後には圧力を下げてもよいが、好ましくは、溶湯が完全に凝固し て羽根車が確実に成形されるまで、その加圧状態を維持することである。

[0028] 次に、図 1に示す羽根車 1を製造可能な本発明の製造方法における金型のキヤビ ティについて、一例を挙げて図面に基いて説明する。

図 3に金型装置の一例を示す。金型は、羽根車の軸線方向 9に開閉自在な可動金 型 21と固定金型 22、および羽根車の軸線方向 9に対して半径方向に移動可能なス ライド金型 23とスライド支持具 24とから構成されている。図 4は、固定金型 22の要部 矢視図であり、明確ィ匕のためスライド金型 23とスライド支持具 24とをそれぞれ 1個の み記載している。図 5は、スライド金型 23の模式図である。

[0029] スライド金型 23は、短羽根形状の有底溝部と、短羽根に隣接する 2枚の長羽根で 画成される空間に対応する形状体とを有している。すなわち、図 2の斜線部で示する ブレード空間 8に相当する形状を形成するように、羽根車 1のハブ面 3に相当するハ ブキヤビティ 31と、長羽根 5に相当するブレードキヤビティ 32、および短羽根 6に相当 する有底溝部 33 (点線で記載)を有している。また、図 4に示すように、固定金型 22 において、軸線方向 9に対するスライド金型 23の半径方向への可動範囲内の底面に リング状の支持板 25を設置し、スライド金型 23を支持する。この支持板 25は、成形 体の軸線方向 9への移動が可能になっており、可動金型 21と固定金型 22の型開き 後にスライド金型 23と離間する側に移動させ、型締めの際には元の位置に戻す構造 になっている。すなわち、可動金型 21と固定金型 22の型開き後に、スライド金型 23 はスライド支持具 24のみで支持される。

[0030] 上述したスライド金型 23を、羽根車 1のブレード空間 8の個数分だけ図 3に示すよう に固定金型 22に環状に配設し、それぞれのスライド金型 23と可動金型 21および固 定金型 22を型締めして密接させる。これにより、実質的に羽根車 1と同一の形状の金 型によるキヤビティを形成することができる。そして、このキヤビティに、マグネシウム合 金溶湯を注入して成形体 10を成形する。

[0031] 次に、スライド金型 23を軸線方向 9の半径方向外方に移動させ、铸造成形した成 形体 10から離型させる。具体的には、成形体 10を铸造成形後、まず可動金型 21を 固定金型 22と離間する側に移動させて型開きし、次いで支持板 25をスライド金型 23 と離間する側に移動させ、スライド金型 23をスライド支持具 24のみで支持させる。そ して、図 4に示すように、スライド支持具 24を固定金型 22に設けた溝 26に沿って軸 線方向 9の半径方向外方に引き出す。このとき、スライド金型 23を、スライド支持具 2 4に設けた回転軸 27に連結させておくことにより、スライド金型 23は回転軸 27を中心 に自然に回動し、成形体 10の長羽根 5および短羽根 6の表面形状に沿って少ない 抵抗で離型される。

[0032] 離型後、成形体 10から不要な湯道や湯口、バリなどを除去し、さらには化成処理や 陽極酸化処理、セラミックコーティング、あるいはメツキや塗装等の表面処理を行って もよい。また、熱間静水圧プレス (HIP)処理、サンドブラストやケミカルピーリング等を 行ってもよい。上述した製造方法により、本発明のコンプレッサ羽根車を得ることがで きる。

[0033] 上述した本発明の製造方法にぉ 、て、铸造後に金型のキヤビティを加圧状態で維 持するとき、例えばノヽブ軸部の軸線方向等の凝固収縮しやすい個所に対して局所 加圧することも好ましぐこれにより溶湯が部分的に補給され、引け等の铸造欠陥の 発生を防止できる。

また、マグネシウム合金溶湯を注入する金型のキヤビティは、 0. 5MPa以下に減圧 しておくことが好ましい。ダイカスト形成においては、キヤビティに溶湯を高速で注入 するため、キヤビティ内の湯廻り状態によっては空気やガス等の気体を巻き込みやす ぐ予めキヤビティ内を減圧し、これを低減させる。より好ましくは 0. 05MPa以下、さ らに 0. 005MPa以下に減圧しておくことである。さらに、酸化しやすいマグネシウム 合金を使用する場合等、予めキヤビティ内に例えばアルゴン等の不活性ガス、ァルゴ ンと水素との混合ガス、窒素等を充満させて酸素を遮断し、成形体への酸化物の卷 き込みを防止することも好まし 、。

[0034] 本発明にお ヽて使用する好ま ヽマグネシウム合金として具体例を挙げると、例え ば、米国材料試験協会規格 (以下、 ASTMという） AZ91A〜AZ91Eは铸造性がよ く機械的特性もよい。また、 AS41A、 AS41B、 AM50Aはさらに耐力、伸び等が高 ぐ AE42は高温クリープ強度がある。また、 WE43Aは上記いずれの合金よりも耐熱 性を有し、 WE41Aや WE54Aはこれよりもさらに優れた耐熱性を有するのでコンプ レッサ羽根車には好適である。これらマグネシウム合金の液相線温度は、アルミ-ゥ ム合金よりもやや高温域ではあるもののチタン合金よりも十分に低温域であって、ダイ カスト形成する場合、溶湯温度を液相線温度以上に調整することは容易である。好ま しくは、液相線温度よりも 10〜80°C高温側に調整し、金型装置や成形装置の溶湯 流路等の途中での溶湯凝固を確実に防止することである。

[0035] また、マグネシウム合金溶湯の製造は、使用するマグネシウム合金に好適であれば どのような方法でもよいが、例えば、ガス式などの直接加熱炉ゃ電気式などの間接加 熱炉、ダイカスト成形機に設けられた溶解坩堝や溶解筒等を用いて溶解すればょ ヽ 。また、マグネシウム合金溶湯は、大気中で取り扱うこともできる力 例えば希土類元 素等を含むため酸化しやす 、マグネシウム合金の場合には、アルゴン等の不活性ガ ス、 Nガス、 COガス、 COガス等を使用し、酸素を遮断した雰囲気中で取り扱うこと

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が好ましい。

[0036] 以上、一例として上述した本発明の製造方法によれば、たとえ、複数の羽根部が交 互に隣接する長羽根と短羽根力 なる複雑な形状を有するコンプレッサ羽根車であ つても、羽根車の形状に対応する金型のキヤビティが画成可能であって、铸造成形 後に羽根車を金型から離型可能であれば、形状精度が良好で緻密な铸造組織を有 し、比強度の優れた更なる高速回転に対応可能な本発明のコンプレッサ羽根車を得 ることができる。そして、格別の機械加工ゃ铸造後の形状調整を施すこともなぐ羽根 車を模した消失性模型を形成することもな ヽため、生産効率や製造コストの点でも格 段に改善され、従来よりも廉価なコンプレッサ羽根車の提供が可能となる。

実施例

[0037] 本発明のコンプレッサ羽根車の一例として図 1に示す形状を有する羽根車を、上述 した本発明の製造方法により製造した。具体的には、マグネシウム合金は、液相線温 度 595°Cの ASTM規格 AZ91Dを選定し、これを溶解して溶湯を準備した。そして、 この溶湯を、図 3に示す金型装置を配設したダイカスト成形機に供給し、図 5に示す 複数のスライド金型 23等により画成した金型のキヤビティ内に注入後、加圧維持して 成形体を得た。このとき、溶湯注入前のキヤビティ内は大気雰囲気とした。また、キヤ ビティへの溶湯注入は、溶湯温度 640°C、充填時間 0. 02秒に調整した。溶湯充填 後は、圧力 40MPa、時間 2秒で加圧維持した後、溶湯が凝固するまで十分に冷却し た。

[0038] 次いで、図 3に示す可動金型 21を固定金型 22と離間させた後、図 7に示す構造と したスライド金型 23を、図 8に示す手順により成形体 10から離型させ、ダイカスト形成 された羽根車の成形体 10を得た。図 7は、スライド金型 23とスライド支持具 24との接 合構造を示す側面図であり、スライド金型 23は、その回転軸 27にベアリング 28を介 して固定ピン 29を差込んでスライド支持具 24と連結させた。また、スライド支持具 24 の底部にガイドピン 30を設け、スライド支持具 24を図 4に示す固定金型 22に設けた 溝 26に沿って軸線方向 9の半径方向外方に引き出す案内とした。図 7は、成形体 10 からスライド金型 23を軸線方向 9に対する半径方向外方に移動させつつ回動させて 離型させる具体的な動作手順を示す模式図であり、図 7 (a)〜 (d)は、スライド金型 2 3が成形体 10から離型していく状態を示している。なお、図 7においては、離型動作 を説明する便宜上、スライド金型 23のキヤビティ部分にハッチングを施している。成 形体 10を離型するためにスライド支持具 24を移動させると、スライド金型 23は、成形 体 10の長羽根 5および短羽根 6の表面形状に沿って移動しながら回転軸 27を中心 に自然に回動し、最終的に図 7 (d)のように成形体 10から離型した。 [0039] そして、成形体 10から不要な湯口や湯道および微細なノ リを除去し、長羽根と短 羽根を有し、ハブ軸部の外径 13mm、ハブ ·ディスク部は、外径 69mm、最外周部肉 厚 2. 5mm、羽根の肉厚は、羽根先端付近 0. 5mm、羽根中央付近 1. 2mm、ハブ 面近傍の羽根付け根 2. 2mm,羽根車に対する羽根部全体の容積 13%の形状を有 する、本発明のコンプレッサ羽根車を得た。得られた羽根車のハブ 'ディスク部から， J IS— Z2241に基き、試験片を採取して引張試験を実施した結果、比強度は、 20°C で 127MPa、 200。Cで 70MPaであった。

[0040] 上述のように製造したコンプレッサ羽根車につき、図 8〜図 10に羽根車の铸造組織 の一例を示す。図 8は、長羽根におけるハブ軸部の軸線方向にほぼ垂直な断面であ り、羽根先端カゝら 4mm、肉厚 1. 15mm付近の铸造組織である。図 9は、ハブ 'ディス ク部断面のハブ面の表面層であり、ハブ ·ディスク部の最外径部から内側に 10mm、 深さ lmm付近の铸造組織である。図 10は、ハブ ·ディスク部の最外径部を形成する 平面とハブ軸部の軸線方向とが交差する羽根車の中心部付近の铸造組織である。 羽根部ゃノ、ブ面の表面層には、結晶粒径 5〜： L0 mの微細な結晶粒による均一で 緻密な急冷された铸造組織が確認された。特に薄肉の羽根部には、結晶粒径 5 m 以下のより微細な結晶粒が多く形成されていた。また、羽根車の中心部には、表面層 よりもやや大き 、結晶粒径 20 μ mの結晶粒が主体となる铸造組織が確認された。 産業上の利用可能性

[0041] 本発明のコンプレッサ羽根車は、自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給 機の吸気側で使用される。

図面の簡単な説明

[0042] [図 1]コンプレッサ羽根車の一例を示す模式図である。

[図 2]羽根部の一例における簡略図である。

[図 3]金型装置の一例を示す全体図である。

[図 4]固定金型の一例を示す要部矢視図である。

[図 5]スライド金型の一例を示す模式図である。

[図 6]スライド金型とスライド支持具との接合構造の一例を示す側面図である。

[図 7]スライド金型の離型動作の一例を示す模式図である。 圆 8]本発明のコンプレッサ羽根車の羽根部断面の铸造組織の一例（写真)を示す図 である。

[図 9]本発明のコンプレッサ羽根車のディスク部断面のハブ面の表面層の铸造組織 の一例（写真)を示す図である。

圆 10]本発明のコンプレッサ羽根車の中心部断面の铸造組織の一例（写真)を示す 図である。

Claims

請求の範囲

[1] ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ ·ディスク部 と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを有する、ダイカスト品であるマグネシゥ ム合金製コンプレッサ羽根車。

[2] 前記複数の羽根部が、交互に隣接する長羽根と短羽根力 成る請求項 1に記載の コンプレッサ羽根車。

[3] 隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間に、前記ハブ軸部から半 径方向外方に向力つてアンダーカットを有する請求項 2に記載のコンプレッサ羽根車

[4] ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ ·ディスク部 と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを有するコンプレッサ羽根車の形状に 対応するキヤビティを有する金型に、液相線温度以上のマグネシウム合金を充填時 間 1秒以下で供給し、かつ、引き続き前記キヤビティ内のマグネシウム合金に圧力 20 MPa以上をカ卩え、時間 1秒以上の間、その加圧状態を維持することを含む、ダイカス ト法によるコンプレッサ羽根車の製造方法。

[5] 前記加圧維持時間の経過後、前記キヤビティ内の圧力を 0. 5MPa以下に減圧す ることを含む請求項 3に記載のダイカスト法によるコンプレッサ羽根車の製造方法。

[6] 前記複数の羽根部が、交互に隣接する長羽根と短羽根力 成る請求項 4または請 求項 5に記載のダイカスト法によるコンプレッサ羽根車の製造方法。

[7] 隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間に、前記ハブ軸部から半 径方向外方に向力つてアンダーカットを有する請求項 6に記載のダイカスト法による コンプレッサ羽根車の製造方法。

[8] 前記キヤビティは、隣接する羽根間の空間に対応する形状を有する複数個のスライ ド金型を、前記ハブ軸部に対して放射状に配置して画成される請求項 4または請求 項 5に記載のダイカスト法によるコンプレッサ羽根車の製造方法。

[9] 前記キヤビティは、前記短羽根の形状に対応する有底溝部と、該短羽根に隣接す る一対の前記長羽根で画成される空間に対応する形状体とを有する複数個のスライ ド金型を前記ハブ軸部に対して放射状に配置して画成される請求項 6または請求項 に記載のダイカスト法によるコンプレッサ羽根車の製造方法。