WO2014128930A1

WO2014128930A1 - タービンロータ及び該タービンロータが組み込まれたターボチャージャ

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Publication number: WO2014128930A1
Application number: PCT/JP2013/054565
Authority: WO
Inventors: ひとみ大坪; 貴新井; 大志中川; 山口　秀樹; 正和吉田
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-08-28
Also published as: EP2960463A4; CN104903561B; CN104903561A; US9874100B2; EP2960463A1; JPWO2014128930A1; JP6025962B2; EP2960463B1; US20160003059A1

Abstract

　本発明は、タービンホイール５背面に設けるバランス修正部の画定位置が明瞭になり、大量生産においても均等にバランスカットや肉盛りが可能となるタービンロータ及び該タービンロータを用いたターボチャージャを提供することを目的とし、チタンアルミを精密鋳造してホイール回転軸心を通るハブ５０の外周囲に複数のインペラ４０を周方向に設置する共に、隣接する全てのインペラ４０間を切り欠いて水掻き状のスカラップ３０が形成されてなるタービンホイール５と、該タービンホイールのハブ背面側の、ホイール回転軸線C-C上に沿って固設してなるロータ軸７と、タービンホイールのハブ背面側に、回転するホイール周方向に沿って設けたバランスカット部１１と、を設けてなるタービンロータであって、前記バランスカットの最小径BCminが、ロータ軸のホイール取り付け側の最大径より大きく、バランスカット最大径BCmaxが、タービンホイールのスカラップ径Ｓより小であって、且つ「ホイール背面からハブ表面までの板厚ｔが１．７５ｔ≧ｗ」（ｗ：周方向領域（バランスカット）の半径方向幅）になる位置に前記領域を設定した。

Description

タービンロータ及び該タービンロータが組み込まれたターボチャージャ

　本発明は、タービンホイールの背面に、ホイール周方向にアンバランス修正部が設けられたタービンロータ及び該タービンロータが組み込まれたターボチャージに係り、特にチタンアルミを精密鋳造して製造してなるタービンホイールの背面側に、アンバランス修正部が設けられたタービンロータに関する発明である。

　本発明の前提技術たるタービンロータの構成を図１に基づいて説明する。
　図１はラジアルタービンロータの部分正面図で、タービンロータ軸７とタービンホイール５からなり、タービンホイール５は、ホイール回転軸線C-C上に円錐台状のハブ５０が、そして該ハブ５０の外周囲に複数のインペラ（羽根）４０が周方向にほぼ等間隔に設置されている。また隣接する全てのインペラ４０の間に水掻き状のスカラップ３０が切り欠かれている。そしてスカラップ３０はインペラ４０の負圧面とこれに隣接するインペラ４０の圧力面との間に形成されている。ホイール回転軸線C-Cからスカラップ３０の内縁までの最小半径部分は二つのインペラ４０、４０の間の略中心部に位置している。従って、これらスカラップ３０は最小半径部分を中心として左右対称の形状となっている。これらスカラップ３０はタービンホイール５における遠心応力と慣性モーメントとを低減させる役目を果たしている。

　又前記タービンホイール５はその背面側の回転軸線C-C上に沿って延在するロータ軸７が固設されている。ロータ軸７はその先端側に該ロータ軸より太径の中間軸部２０が一体的に取り付けられており、該中間軸部２０を介してロータホイールを前記ロータ軸７に固着する。（特許文献２，特許文献３参照）

　さて、かかるタービンホイール５は、鋳造により製造されるために、ホイールの鋳物自体に回転軸心に対する偏重量、即ちアンバランスが生じやすい。そしてこのアンバランスが生じているタービンホイール５をタービンロータ１に組み込んでターボチャージャを構成した場合、前記タービンロータの高速回転時に前記アンバランスに起因する遠心力によってターボチャージャ自身の振動を招くことになる。
　このため、従来より前記鋳造したタービンホイールのアンバランスを修正する技術としてタービンホイール背面側に回転軸線C-Cと同心状にリング円弧状のアンバランスカット部を形成している。

　前記ターボチャージャのうち特に自動車用ターボチャージャは、燃費向上のためダウンサイジングが進んでおり、また性能向上のため排ガス温度が高温化する傾向にある。
　このような性能向上の要求に対して、耐熱性に優れたＴｉＡｌ基合金によってタービンホイールを形成し、鋼材のシャフトとＮｉろう等のろう材によって接合してなるタービンロータが提案されており、例えば、非特許文献１が知られている。

　このような自動車用ターボチャージャに用いるタービンホイール５は、精密鋳造であっても鋳造であるため、図1に示すように、回転軸心（ｃ）を中心に、機械加工のように周方向に回転バランスを取りながら加工することが出来ず、このため従来は、前記精密鋳造された後のタービンホイール５のハブ背面側に、エンドミル等の切削工具を利用して、ホイール周方向に沿って円弧状に削成してバランスカット部１１を形成したり、ハブ５０先端側のボス部をカット１２して回転アンバランスの修正を図っている。

　そして、前記ホイール裏面側に形成する円弧状のバランスカット部１１は、回転軸心側の中間軸部２０より外側のスカラップ縁側に近づけるほど回転バランスを修正する上で好ましいが、ホイールを形成するＴｉＡｌは脆い材料であり、このためスカラップ縁側に近づけてバランスカット１１を行えば行うほど切削工具であるエンドミル等の切削押しつけ力がインペラのスカラップ部３０に伝搬して該スカラップ部３０にクラックや割れが発生しやすくなる。そしてスカラップ部３０に割れを有したままホイールを高速区回転させて運転すると、脆性材料のホイールに前記クラックや割れが広がり運転中にタービンホイール５が破損する可能性がある。

　スカラップ部３０に割れが発生する理由は、図１に示すように回転するエンドミル等の切削工具をタービンホイール５背面部に押し付け切削加工するため、スカラップ部３０に押しつけ力が作用され、脆いＴｉＡｌに割れが発生するものであるが、一方前記切削工具を用いずにレーザを用いて回転バランスを修正する技術が特許文献１に開示されている。
　しかし、かかる技術はタービンホイール５自体を加工するものではなく、インペラ４０を締結固定するインペラナットを切削して自動調心するものであるために、ロータ軸とインペラが分離しているコンプレッサホイール側の回転バランスを修正する技術にしか適用出来ない。
　しかも前記従来技術においては、「インペラに生じる振動の振幅が最大となる一次共振点を超えるようにインペラナットを回転させた状態で、照射位置を一点に固定したレーザＬＳによりインペラナットをその正面方向から切削し続けて自動調心する」ものであるために、バランス修正が煩雑化し，特にバランス修正部の画定位置がインペラナットを回転させなければ決定出来ない等の問題があり、大量生産に不向きである。
　又前記技術はインペラナット正面側をレーザにより削成して回転バランスの修正を図るものであるために、タービンホイール５背面側にバランスカット部１１を設ける本発明とは基本的に異なる。

特開２０１０－２０３８０３号公報（要約及び図４参照）特開平１０－１９３０８７号公報）特開２００３－２６９１０５号公報（段落（０００５）参照）

豊田中央研究所ｒ＆ＤレビューVOｌ３５　NO３　　　　　　　　　　　研究報告ターボチャー用高性能合金（２０００年９月発行）

　本発明は、タービンホイール背面に設けるバランス修正部の画定位置が明瞭になり、大量生産においても均等にバランスカットや肉盛りが可能となるタービンロータ及び該タービンロータを用いたターボチャージャを提供することにある。
　特に本発明は、バランス修正がバランスカットの場合に、スカラップ径Ｓに対し、バランスカット最大径BCmaxを小さくすることで、バランスカット最大径の部分の板厚ｔを厚くできる為に、割れ発生リスクを低減出来る提供する事にある。
　又本発明の他の目的はスカラップ部の断面Ｒを極力大きくして、バランスカット位置におけるハブ板厚を厚くでき、割れのリスクを極力低減出来るタービンロータを提供する事にある。

　本発明はかかる技術的課題を達成する為に、チタンアルミを精密鋳造してホイール回転軸心を通るハブの外周囲に複数のインペラを周方向に設置する共に、隣接する全てのインペラ４０間を切り欠いて水掻き状のスカラップ部３０が形成されてなるタービンホイール５と、
　該タービンホイール５のハブ背面側の、ホイール回転軸線C-C上に沿って固設してなるロータ軸７と、
　前記タービンホイール５のハブ背面側に、回転するホイール周方向に沿って設けたバランスカット部１１若しくはバランス肉盛り部の何れか若しくは両者からなる回転バランス修正部と、を設けてなるタービンロータであって、
　（１）前記バランス修正部の周方向に設けた領域が、該周方向領域の内縁側（バランスカット最小径BCmin）が、ロータ軸のホイール取り付け側の最大径より大きく、
　（２）該周方向領域の外縁側（バランスカット最大径BCmax）が、タービンホイール５のスカラップ径Ｓより小であって、
　（３）ホイール背面からハブ表面までの板厚ｔが「１．７５ｔ≧ｗ」（ｗ：周方向領域（バランスカット）の半径方向幅）になる位置に前記領域を設定したタービンロータを提案する。

　尚、ロータ軸７は一般的にその先端側に該ロータ軸より太径の中間軸部２０が一体的に取り付けられており、該中間軸部を介してタービンホイール５をロウ付け接合若しくは電子ビームを利用して溶着する場合が多いために、ロータ軸のホイール取り付け側の最大径とは例えばロータ軸自体の軸径ではなく前記ロータ軸より拡径されている中間軸部をさす。
　又前記（２）で示すスカラップ径とはホイール回転軸心を中心としてスカラップ部３０内縁と接する半径を指す。

　本発明におけるタービンホイール５背面側のバランスカットは円弧状の幅でカットする為に、下面と側面が「刃」になっているエンドミルを切削工具として用いるのが有利である。
　そして本発明では、前記（１）で示すように円弧状バランスカットの最小径BCminを、ロータ軸の中間軸径の最大径JKmaxより大きくする（BCmin＞JKmax）ことが前提であるが、BCmin＝JKma＋αxの余裕度αは、エンドミルの側面が刃となっている為に、側面刃により発生した切り粉を除去できる為の空隙幅が必要である。一般的にはこの空隙幅は２ｍｍあればよい

　次にバランスカット最大径BCmaxの検討である。
　先ずBCmaxは、ハブ側に位置しなければならず、（２）タービンホイール５のスカラップ径Ｓより小であることが前提であるが、更に加えてバランスカットの半径方向幅ｗを、ホイール背面からハブ表面までの板厚ｔに対し、１．７５t≧Wに設定することによりバランスカット削成時のタービンホイール５の割れが低減出来ることが実験結果より判明した。
ここで「１．７５ｔ≧ｗ」に規定した理由は後記実施例に示すように、周方向領域（バランスカット）の半径方向幅ｗを５ｍｍに設定した場合は板厚ｔが１（ｍｍ）では全数われが発生し、一方半径方向幅ｗを３．５ｍｍと挟幅に設定した場合も板厚ｔが１（ｍｍ）では全数割れが発生したが、半径方向幅ｗを３．５ｍｍと挟幅に設定し、かつ板厚ｔを２（ｍｍ）以上に設定した場合は割れの発生を低減できることが確認された事による。（後記従来例１及び実施例１参照）

　即ち、前記（１）及び（２）の条件で、タービンホイール５背面に設けるバランス修正部の画定位置が明瞭になり、大量生産においても均等にバランスカットや肉盛りが可能となるという効果は達成するが、割れ発生リスクを低減する効果は達成されない。
　バランスカット部１１を削成する場合に、その切削工具であるエンドミルは前記したように軸状刃具で「下面」が刃部となっている為に、ホイール背面よりハブ表面までの板厚で、エンドミルの押しつけ力を受ける為に、ホイール背面よりハブ表面までの板厚が薄くなればなるほどその押しつけ力に起因するタービンホイール５の割れが発生しやすい。
　一方前記割れを防止する為にバランスカット部最大径を回転軸心側に近づけることも可能であるが、そのように構成するとホイール回転による慣性力を有効に生かすことが出来ない。
　そこで前記（３）の条件を加えることにより、本発明の効果が達成できる。

　そして前記（１）、（２）、（３）の条件はタービンホイール５背面側に形成されるバランスカット部１１の削成に有効に適用され、この場合は、前記バランス修正部（バランスカット部１１）を形成する周方向領域が、回転軸心と同心の円弧領域であるのがよい。
　又タービンホイール５背面のバランス修正部がバランスカット部１１である場合に、バランスカット最大径BCmax位置におけるカット深さDpを、「Dp＜「BCmax位置におけるホイール背面からハブ表面までの板厚ｔ－Dp」になるようにバランスカット部１１を設定するのがよい。（条件（４））

　即ち、前記（１）、（２）及び（３）のみの規定ではバランスカットの幅を削減することが可能であるが、バランスカット量が減るために、アンバランスを修正できないリスクがある。
そこで本発明は、条件（４）の設定により、バランスカット時に割れが生じない範囲でバランスカットを深くすることが出来、バランスカットの幅を削減しても、バランスカット量が減ることがなく、回転アンバランスを修正出来る。

　さて、前記（４）の条件によりBCmax位置におけるホイール背面からハブ表面までの板厚ｔを大きくすれば回転アンバランスをより修正出来る。

　更に加えて本発明は好ましくは、ハブ板厚方向に沿うハブ外縁側のスカラップ部３０の板厚ｔを大きくするには、バランスカット最大径BCmaxが、ホイール背面からハブ表面までの板厚ｔがバランスカットの周方向領域の半径方向幅≧０．５７ｗになる位置に前記領域を設定し、更に好ましくは、
　前記インペラ４０の円弧状に形成されるハブ面と、
　前記タービンホイール５背面側より前記ハブ面に向かって弧状に形成されたスカラップのＲ部と、を備え
　前記R部とハブ面との接続点位置におけるスカラップ部３０の板厚が、カット深さDpの１．８倍以上であるのがよい。

　かかる構成によりスカラップ部３０のＲを大きくすることにより、バランスカット位置におけるハブ板厚を厚くでき、割れのリスクを低減出来る。

　又本発明は、前記バランスカット部１１をエンドミル加工を含む機械加工により形成したタービンロータに有効に適用される。即ちエンドミル加工はレーザ加工や超音波加工に比較して精度が出され且つ大量生産に有効である。

　又本発明のタービンロータは、前記バランス修正部をバランスカットとともに、ホイール背面の翼根部にＴｉＡｌを肉盛りして形成される。
　本発明によれば、ホイール背面の翼根部にＴｉＡｌを肉盛りすることによりバランスカット部１１のカット量低減と共に、付加重量の微調整を行える。

　かかる発明によれば、タービンホイール５のハブ背面側にバランスカット部１１を設けるタービンロータにおいて、前記ハブ背面に設けるバランスカット部１１や肉盛りのバランス修正部の画定位置を明瞭にさせるとともに、大量生産においても均等にバランスカットや肉盛りが可能となる。
　特に本発明は、バランス修正がバランスカットの場合に、スカラップ径Ｓに対し、バランスカット最大径BCmaxを小さくすることで、バランスカット最大径の部分の板厚ｔを厚くできる為に、割れ発生リスクを低減出来るタービンロータを提供する事にある。
　本発明の他の目的はスカラップ部３０の断面Ｒを極力大きくして、バランスカット位置におけるハブ板厚を厚くでき、割れのリスクを極力低減出来るタービンロータを提供する事にある。

図２のターボチャージャに組み込まれたタービンロータで、（Ａ）はロータ軸下方側を省略して開示しているその要部正面図、（Ｂ）はタービンホイールの背面側を示す（Ａ）のＡ－Ａ線断面図である。本発明のターボチャージャにかかる全体構成図である。（Ａ）は従来技術、（Ｂ）は本実施例に係るタービンホイールの背面側を示し、（Ｃ）は（Ａ）（Ｂ）の軸断面図である。（Ａ）は図３（Ｂ）の実施例１の寸法に基づく本実施例２の軸断面図、（Ｂ）は従来技術の軸断面説明図である。

（実施形態）
　図２は本発明に係るタービンロータが組み込まれたターボチャージャ１の回転軸線C-Cに沿う断面図である。
　まず、ターボチャージャ１の構成の概要について乗用車エンジン用のターボチャージャを例として説明する。このターボチャージャ１は、タービンハウジング３の外周部に、渦巻状にスクロール１７が形成され、該渦巻状の中心部分に、タービンホイール５が配設され、タービンホイール５とタービンロータ軸７の一端部とはろう材によって接合されて一体とされてタービンロータ１９を形成している。タービンロータ１９はタービンロータ軸７を回転支持する軸受９を有する軸受ハウジング１０と、コンプレッサのインペラ１３を収容するコンプレッサハウジング１５が、回転軸線C-C方向において隣接して配置されている。

　また、軸受ハウジング１０には、タービンロータ軸７を回転軸線C-C周りに回転可能に支持する左右一対の軸受９、９が設けられている。そして、この軸受９、９にはそれぞれ潤滑油が潤滑油路２１を介して供給されるようになっている。
　この軸受ハウジング１０と前記タービンハウジング３とは、それぞれの端部に形成された突出フランジ１０ａ、３ａが付き合わされて、その外周に断面形状が略コ字形を有した環状のスナップリング２３を嵌合することで結合している。この結合部には後述するバックプレート１１の固定部である外フランジ部１１ａが挟持されるようになっている。

　また、タービンロータ軸７の他端部にはコンプレッサのインペラ１３が取り付けナット２５によって固定されている。また、コンプレッサハウジング１５には、空気入口通路２７、ディフューザ６０、渦巻状の空気通路２９、が形成され、これらにより遠心圧縮機３１を構成している。

　かかる構成からなるターボチャージャ１の作動時において、エンジン（図示省略）からの排ガスは前記スクロール１７に入り、該スクロール１７からタービンホイール５のタービン羽根にその外周側から流入し、中心側に向かい半径方向に流れて該タービンホイール５に膨張仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口３３に案内されて機外に送出される。
　一方、タービンホイール５の回転はタービンロータ軸７を介してコンプレッサのインペラ１３を回転させ、コンプレッサハウジング１５の空気入口通路２７を通って、吸入された空気を該インペラ１３で加圧して、ディフューザ６０、空気通路２９を通してエンジン（図示省略）に供給される。

　図１は前記ターボチャージャに組み込まれたタービンロータで、（Ａ）はロータ軸下方側を省略して開示しているその要部正面図、（Ｂ）はタービンホイールの背面側を示す（Ａ）のＡ－Ａ矢視図である。
　図においてタービンロータは、ホイール回転軸心を通るハブの外周囲に複数のインペラ４０を周方向に設置すると共に、隣接する全てのインペラ４０間を切り欠いて水掻き状のスカラップ部３０が形成されてなるタービンホイール５と、該タービンホイール５のハブ背面側の、ホイール回転軸線C-C上に沿って固設してなるロータ軸７と、タービンホイール５のハブ５０背面側に、回転するホイール周方向に沿って設けたバランスカット部１１若しくはバランス肉盛り部の何れか若しくは両者からなる回転バランス修正部とからなる。（本図の場合はハブ先端側にもバランスカット部１２を設けている。）

　そしてタービンホイール５は、耐熱性に優れたＴｉＡｌ製によって形成され、タービンロータ軸７は炭素鋼、例えばＳＣ材、ＳＣＭ材の鋼材を用いて形成され、タービンホイール５とタービンロータ軸７とは例えばＮｉろう等のろう材によって高周波加熱を利用してろう付け接合されている。尚、ロータ軸７はその先端側に該ロータ軸７より太径の中間軸部２０が一体的に取り付けられており、該中間軸部２０を介してロータホイール５をロータ軸７に溶着させている。

　ホイール背面側に削成されるバランスカット部１１は、切削工具としてエンドミル６０を用いて中間軸部２０外径より大でハブ外径側のスカラップ径より内側のホイール背面側の１８０°対称位置に１対、ホイール回転軸心と同心のリング円弧状に形成されている。
　もちろん該バランスカット部１１は必ずしも円弧ではなく円形状に形成してもよく回転バランスを修正するものであればその個数、位置、形状は問わない。

　そしてバランスカット部１１はエンドミル６０をタービンホイール５背面部に押しつけて切削加工するために、スカラップ部３０に力が作用され、タービンホイール材質がＴｉＡｌ材であるためホイール背面に割れが発生する恐れがある。

（従来例１）
　例えば図３（Ａ）の従来技術において、タービンホイール外径がφ５２ｍｍで、ロータ軸のホイール取り付け側の最大径（JKmax ）がφ２０ｍｍ、スカラップ径φ３４ｍｍのタービンホイール５で、バランスカット最小径BCminφ２２ｍｍ、バランスカット最大径BCmaxφ３２ｍｍ（バランスカット幅W‘＝５ｍｍ）バランスカット位置の最大径/スカラップ径＝９４％の比率でバランスカットを施した所、ほぼ１００％の確率で割れが発生した。（試料：100個）

（実施例1）
　次に図３（Ｂ）に示すようにバランスカット最小径BCminφ２２ｍｍを固定し、バランスカット最大径BCmaxをφ３２ｍｍ（バランスカット幅＝５mm）からφ２９ｍｍ（バランスカット幅ｗ＝３．５ｍｍ）バランスカット位置の最大径/スカラップ径＝８５％の比率でバランスカットを施した所、割れ発生率が１００％から３０％に低減した。（試料：１００個）
　尚、図３（Ｃ）は図３（Ａ）（Ｂ）の軸断面図である。

　次に前記割れ発生がなかったものと割れ発生があったものの、バランスカット最大径BCmax位置におけるカット深さDpを調べてみた。
　具体的にはバランスカット最大径BCmaxφ２９ｍｍ（バランスカット幅＝３．５ｍｍ）について前記割れが発生しなかったもの３０個（尚、板厚ｔはいずれも２ｍｍ以上であった。）と、カット深さDpが５．５ｍｍ以下で割れが発生しているもの１９個を抽出し、板厚ｔとカット深さDpとの関係を調べた。
　カット深さDp は０．５ｍｍ単位では１．５ｍｍ（１２個）、２．０ｍｍ（１８個）、２．５ｍｍ（５個）３．０ｍｍ（４個）であり、一方板厚ｔは１．７ｍｍ～６.２ｍｍの範囲であった。
　そして前記試料４９個について、Dp＜「BCmax位置におけるホイール背面からハブ表面までの板厚ｔ－Dp」のタービンホイール５（３０/４９個）については、割れ発生がなく、特にカット深さDpが３．０ｍｍ（４個）のものでも板厚ｔが６ｍｍ（０．５ｍｍ単位の計測のために板厚ｔが５．５ｍｍ以上でも）のものは割れが発生していないことが確認できた。尚板厚ｔは０．５ｍｍ単位の計測のために板厚ｔが５．５ｍｍ（カット深さDpの１．８培以上）より大であればでも割れが発生していないものと推定される。

　上記より、スカラップ径に対し、バランスカット最大径BCmaxを小さくすることで、バランスカット最大径BCmaxの部分の板厚は厚くなるため、割れ発生リスクを低減でき、更にカット深さDpが、Dp＜「BCmax位置におけるホイール背面からハブ表面までの板厚ｔ－Dp」なる不等式を満足させることにより、タービンホイール５については、割れ発生がないとの知見が得られた。

　従って、BCmax位置におけるホイール背面からハブ表面までの板厚ｔを大きくすることが出来れば、カット深さDpの制限によりアンバランスを修正できないリスクを低減でき、円滑に回転バランスを修正できることも理解出来る。

（実施例２）
　本発明の実施例２を図４（Ａ）（Ｂ）に基づいて従来技術との比較の上で説明する。
　図４（Ａ）はタービンホイール背面側にてインペラ４０の流路出口側のハブ側板厚ｔが薄肉となっている状態を示し、各部寸法は前記実施例1と同様である。かかる構成のタービンホイール５では、前記インペラ４０のハブ面を区画する円弧曲線の曲率半径Ｒ１を小さくすれば、該タービンホイール５の背面側より前記ハブ面５０aに向かって弧状に形成されたスカラップのＲ部は大径化し、Ｒ部が大径化すると前記R部とハブ面５０aとの接続点位置におけるスカラップ部３０の板厚が厚くなることが図４（Ｂ）より理解される。

　本発明を従来技術との比較の上で具体的に説明するに、図４（Ａ）は前記実施例１の寸法に基づく本実施例２の軸断面図である。
　本図より理解されるように、前記インペラ４０のハブ面を区画する円弧曲線の曲率半径Ｒ１を２０ｍｍに設定すると、前記タービンホイール５の背面側より前記ハブ面５０aに向かって弧状に形成されたスカラップのＲ部が小になり、前記R部とハブ面５０aとの接続点位置におけるスカラップ部３０の板厚は１ｍｍであり、スカラップ部３０のＲ/ホイール外径＝２％となり、かかる形状では、ほぼ１００％の確率で割れが発生した（試料：１００個）ことは前記した通りである。

　そこで本発明者は、図４(Ｂ)に示す如く前記ハブ５０のハブ面５０aを画定する曲率半径Ｒ１を極力小さくすることにより前記スカラップ部３０のＲ部を大きくすることが出来ることを見いだした。（図４(Ｂ)の実施例では半径が１３ｍｍ）

　即ち、前記インペラ４０のハブ側の縁線を画定する円弧曲線Ｒ１のハブ面５０aと、
　前記タービンホイール５背面側より前記ハブ外径線Ｒ１に向かって弧状に形成されたスカラップのＲ部と、を備え、
　前記R部とハブ面５０aとの接続点位置におけるスカラップ部３０の板厚が、カット深さDpの１．８培以上、好ましくは２倍以上であるのがよい。
　このように規定することにより前記実施例１で示すようにカット深さDpが３．０ｍｍ（４個）のものでも板厚ｔが５．５～６ｍｍのものは割れが発生していないことが確認できた。
　従って本発明によれば、
　スカラップ部３０のＲが小さいと板厚が薄くなるため、バランスカット時に割れが生じやすいが、スカラップ部３０のＲを大きくすることで板厚が厚くなるため、割れのリスクを低減することができる。前記Ｒを大きくすることによりホイール背面の翼（インペラ）間を結ぶ円の径が小さくなるため、背面のバランスカット幅を確保できるスカラップ部３０のＲ部が最大となるように形成できる。その際のＲ部の厚みとホイール背面の外径比は４％以上、好ましくは７％以上更に好ましくは１０～１３％に設定できる。

　以上記載の如く本発明によれば、タービンホイール５背面に設けるバランス修正部の画定位置が明瞭になり、大量生産においても均等にバランスカットや肉盛りが可能となるタービンロータを得ることが出来る。
　特にバランス修正がバランスカットの場合に、スカラップ径Ｓに対し、バランスカット最大径BCmaxを小さくすることで、バランスカット最大径の部分の板厚ｔを厚くできる為に、割れ発生リスクを低減出来る。

Claims

　チタンアルミを精密鋳造してホイール回転軸心を通るハブの外周囲に複数のインペラを周方向に設置する共に、隣接する全てのインペラ間を切り欠いて水掻き状のスカラップが形成されてなるタービンホイールと、
　該タービンホイールのハブ背面側の、ホイール回転軸線上に沿って固設してなるロータ軸と、
　タービンホイールのハブ背面側に、回転するホイール周方向に沿って設けたバランスカット部若しくはバランス肉盛り部の何れか若しくは両者からなる回転バランス修正部と、
　を設けてなるタービンロータであって、
　前記バランス修正部の周方向に設けた領域が、該周方向領域の内縁側（バランスカット最小径BCmin）が、ロータ軸のホイール取り付け側の最大径より大きく、
　該周方向領域の外縁側（バランスカット最大径BCmax）が、タービンホイールのスカラップ径Ｓより小であって、且つ「ホイール背面からハブ表面までの板厚ｔが１．７５ｔ≧ｗ」（ｗ：周方向領域（バランスカット）の半径方向幅）になる位置に前記領域を設定したことを特徴とするタービンロータ。
　タービンホイール背面のバランス修正部がバランスカット部である場合に、バランスカット最大径BCmax位置におけるカット深さDpを、「Dp＜「BCmax位置におけるホイール背面からハブ表面までの板厚ｔ－Dp」」になるようにバランスカット部を設定した請求項１記載のタービンロータ。
　ハブ面に沿って複数立設してなるインペラを有するタービンホイールを備えた請求項１記載のタービンロータにおいて、
　前記インペラのハブ側の縁線を画定する円弧状に形成されるハブ面と、
　前記タービンホイール背面側より前記ハブ面に向かって弧状に形成されたスカラップのＲ部と、を備え、
　前記Ｒ部とハブ面との接続点位置が、バランスカットの最大径BCmax位置より外径側で、
　且つ前記R部とハブ面との接続点位置におけるスカラップ部の板厚ｔが、カット深さDpの１．８倍以上であることを特徴とするタービンロータ。
　前記バランスカット部をエンドミル加工を含む機械加工により形成した請求項１又は２記載のタービンロータ。
　前記バランス修正部を形成する周方向領域が、円弧領域である請求項１記載のタービンロータ。
　前記バランス修正部をバランスカットとともに、ホイール背面の翼根部にＴｉＡｌを肉盛りして形成した請求項１記載のタービンロータ。
　請求項１乃至６いずれか１項記載のタービンロータを備えたことを特徴とするターボチャージャ。