WO2015128958A1 - 遠心式コンプレッサ、該遠心式コンプレッサを備えるターボチャージャ及び該遠心式コンプレッサの製造方法 - Google Patents

Abstract

　取付孔の軸線方向にてスリーブ部とクランプ面とが離れていても、焼き嵌めされたインペラからスリーブ部に加えられる軸力が確保された遠心式コンプレッサ、該遠心式コンプレッサを備えるターボチャージャ及び該遠心式コンプレッサの製造方法を提供することを目的とし、ハブに形成された取付孔の内周面はクランプ面と拡径面を含み、スリーブ部の外周面は縮径面を含む。拡径面及び縮径面は、相互に当接するインペラ側当接部及びスリーブ側当接部をそれぞれ有し、取付孔の径方向における取付孔の軸線からスリーブ側当接部までの長さをｄとし、取付孔の軸線方向におけるスリーブ側当接部からクランプ面までの長さをＬとし、縮径面に対しスリーブ側当接部にて接する仮想的な円錐の母線とスリーブ部の軸線とが交差する角度をスリーブ傾斜角θｓとしたとき、次式：θｓ＜ａｔａｎ（ｄ／Ｌ）で示される関係が満たされている。

Description

遠心式コンプレッサ、該遠心式コンプレッサを備えるターボチャージャ及び該遠心式コンプレッサの製造方法

　本開示は、遠心式コンプレッサ、該遠心式コンプレッサを備えるターボチャージャ及び該遠心式コンプレッサの製造方法に関する。

　コンプレッサでは、例えば特許文献１に記載されているように、駆動軸（タービン軸）のスラスト力を受けるためのスラスト軸受が設けられる。スラスト軸受は、駆動軸に嵌合されるカラー（鍔部）を有し、該カラーは、インペラ（コンプレッサインペラ）によって、駆動軸に嵌合した他のカラー（スリーブ部）を介し、所定の軸力をもって駆動軸の段差部に向かって押される。

　駆動軸にインペラを固定する際には、特許文献１に記載されているように、焼き嵌めが用いられることがある。焼き嵌めでは、加熱されたインペラの取付孔に駆動軸が挿入され、インペラの温度が低下する過程で、インペラと駆動軸が係合部（クランプ面）で密着する。特許文献１では、駆動軸とインペラの係合部はインペラの背面側に位置している。

特許第４４３２６３８号公報

　焼き嵌めによりインペラを駆動軸に固定する場合、加熱されたインペラの温度が低下する過程でインペラが収縮する。この際、インペラのクランプ面が駆動軸の軸部に最初に密着し、その後、取付孔の軸線方向において、インペラがクランプ面を中心として更に収縮する。このようにクランプ面を中心としてインペラが更に収縮しても、取付孔の軸線方向でクランプ面とスリーブ部が隣接していれば、インペラからスリーブ部が離れることはない。

　これに対し、設計の都合上、取付孔の軸線方向にてクランプ面がスリーブ部から離れていることがある。このような場合、クランプ面を中心としてインペラが収縮すると、インペラからスリーブ部に加えられる軸力が低下してしまう。そして、軸力が低下すると、コンプレッサの作動時に振動が発生し、騒音が大きくなってしまう。

　そこで、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、取付孔の軸線方向にてスリーブ部とクランプ面とが離れていても、焼き嵌めされたインペラからスリーブ部に加えられる軸力が確保された遠心式コンプレッサ、該遠心式コンプレッサを備えるターボチャージャ及び該遠心式コンプレッサの製造方法を提供することにある。

　本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心式コンプレッサは、
　ハウジングと、
　前記ハウジング内に回転可能に配置され、取付孔を有するハブ及び該ハブと一体に設けられた複数の翼を有するインペラと、
　前記インペラの取付孔の内部を延びる軸部、前記インペラから離間した段差部、及び、前記軸部と前記段差部の間に位置する中間部を有する駆動軸と、
　前記軸部の先端側に螺合された締結部材と、
　前記中間部に嵌合された少なくとも１つの鍔部と、
　前記ハウジングに対し固定して配置され、前記駆動軸によって貫通される貫通孔及び前記貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部と当接するスラスト部を有するスラスト部材と、
　前記中間部に嵌合され、前記鍔部と前記インペラの間に配置されたスリーブ部と、を備える遠心式コンプレッサにおいて、
　前記取付孔の内周面は、焼き嵌めによって前記軸部に密着させられたクランプ面と、前記取付孔の軸線方向にて前記クランプ面から離れるほど内径が拡大する拡径面とを含み、
　前記スリーブ部の外周面は、前記取付孔の軸線方向にて前記クランプ面に近づくほど外径が縮小する縮径面を含み、
　前記拡径面及び前記縮径面は、相互に当接するインペラ側当接部及びスリーブ側当接部をそれぞれ有し、
　前記取付孔の径方向における前記取付孔の軸線から前記スリーブ側当接部までの長さをｄとし、
　前記取付孔の軸線方向における前記スリーブ側当接部から前記クランプ面までの長さをＬとし、
　前記縮径面に対し前記スリーブ側当接部にて接する仮想的な円錐の母線と前記スリーブ部の軸線とが交差する角度をスリーブ傾斜角θｓとしたとき、次式：
　θｓ＜ａｔａｎ（ｄ／Ｌ）
で示される関係が満たされている。

　焼き嵌めによりインペラを駆動軸に取り付ける際、インペラが収縮してクランプ面が軸部に密着した後、インペラの背面側は収縮中心位置に向かって収縮する。収縮中心位置からみたスリーブ側当接部の方向は、ｄ／Ｌの逆正接で表すことができる。スリーブ傾斜角θｓがｄ／Ｌの逆正接以上である場合、インペラの拡径面がスリーブ側当接部から離れるように収縮し、インペラからスリーブ部に加えられる軸力が低下してしまう。
　これに対し、上述した実施形態の構成では、スリーブ傾斜角θｓよりもｄ／Ｌの逆正接が大きい。このため、インペラの拡径面がスリーブ側当接部に密着するように収縮し、インペラからスリーブ部に加えられる軸力を増大させることができる。この結果として、遠心式コンプレッサの作動時、振動及び騒音の発生が抑制される。

　幾つかの実施形態では、前記インペラは、前記取付孔の軸線に対し略直交する第１位置決め面を有し、前記スリーブ部及び前記駆動軸のうち一方は、前記取付孔の軸線に対し略直交し且つ前記焼き嵌めの際に前記第１位置決め面に対し当接可能な第２位置決め面を有する。

　取付孔の内周面に拡径面を形成し、スリーブ部の外周面に縮径面を形成した場合、インペラの取付孔に軸部を挿入したときに、挿入条件によっては、拡径面が縮径面によって押し広げられ、インペラに対する駆動軸の挿入量が設計よりも大きくなる恐れがある。
　これに対し上述した実施形態の構成では、インペラの取付孔に軸部を挿入したときに、第１位置決め面が第２位置決め面に対し当接することで、インペラの取付孔に対する駆動軸の挿入量が設計よりも大きくなることを防止することができる。

　幾つかの実施形態では、前記スリーブ傾斜角θｓは３０°以上である。
　スリーブ傾斜角θｓが３０°以上であれば、インペラ側当接部からスリーブ側当接部に対し、駆動軸の軸線方向にて十分な大きさの軸力を作用させることができる。

　幾つかの実施形態では、前記ａｔａｎ（ｄ／Ｌ）と前記スリーブ傾斜角θｓの差は２０°以下である。
　ｄ／Ｌの逆正接とスリーブ傾斜角θｓの差が２０°以下であれば、インペラの背面側が収縮したときに、インペラ側当接部とスリーブ側当接部の間の接触圧が過大になることが防止される。この結果として、インペラやスリーブ部に対し過大な応力が作用することが防止される。

　幾つかの実施形態では、前記拡径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが一定の雌テーパ面からなり、前記縮径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが一定の雄テーパ面からなる。
　この構成によれば、拡径面及び縮径面が雌テーパ面及び雄テーパ面からそれぞれなるので、加工が容易である。

　幾つかの実施形態では、前記拡径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが一定の雌テーパ面からなり、前記縮径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが変化する湾曲面からなる。
　この構成では、拡径面が雌テーパ面からなり、縮径面が湾曲面からなり、スリーブ側当接部が湾曲面の一部によって構成される。このため、インペラ側当接部とスリーブ側当接部との間の接触面圧が局所的に高くなることが防止され、インペラが円滑に収縮することができる。この結果、インペラに局所的な応力が作用することが防止され、インペラの耐久性が向上する。

　幾つかの実施形態では、前記拡径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが変化する湾曲面からなり、前記縮径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが一定の雄テーパ面からなる。
　この構成では、拡径面が湾曲面からなり、縮径面が雄テーパ面からなり、インペラ側当接部が湾曲面の一部によって構成される。このため、インペラ側当接部とスリーブ側当接部との間の接触面圧が局所的に高くなることが防止され、インペラが円滑に収縮することができる。この結果、インペラに局所的な応力が作用することが防止され、インペラの耐久性が向上する。

　本発明の少なくとも１つの実施形態に係るターボチャージャは、上記した何れかの遠心式コンプレッサと、前記駆動軸に固定されたタービン動翼を有するタービンとを備える。
　この構成によれば、遠心式コンプレッサにおいて、インペラの収縮を利用してインペラからスリーブ部に加わる軸力が確保されるので、ターボチャージャの作動時に振動や騒音の発生が抑制される。

　本発明の少なくとも１つの実施形態に係る遠心式コンプレッサの製造方法は、
　ハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に配置され、取付孔を有するハブ及び該ハブと一体に設けられた複数の翼を有するインペラと、前記インペラの取付孔の内部を延びる軸部、前記インペラから離間した段差部、及び、前記軸部と前記段差部の間に位置する中間部を有する駆動軸と、前記軸部の先端側に螺合された締結部材と、前記中間部に嵌合された少なくとも１つの鍔部と、前記ハウジングに対し固定して配置され、前記駆動軸によって貫通される貫通孔及び前記貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部と当接するスラスト部を有するスラスト部材と、前記中間部に嵌合され、前記鍔部と前記インペラの間に配置されたスリーブ部と、を備え、前記取付孔の内周面は、焼き嵌めによって前記軸部に密着させられたクランプ面と、前記取付孔の軸線方向にて前記クランプ面から離れるほど内径が拡大する拡径面とを含み、前記スリーブ部の外周面は、前記取付孔の軸線方向にて前記クランプ面に近づくほど外径が縮小する縮径面を含み、前記拡径面及び前記縮径面は、相互に当接するインペラ側当接部及びスリーブ側当接部をそれぞれ有し、前記取付孔の径方向における前記取付孔の軸線から前記スリーブ側当接部までの長さをｄとし、前記取付孔の軸線方向における前記スリーブ側当接部から前記クランプ面までの長さをＬとし、前記縮径面に対し前記スリーブ側当接部にて接する仮想的な円錐の母線と前記スリーブ部の軸線とが交差する角度をスリーブ傾斜角θｓとしたとき、次式：θｓ＜ａｔａｎ（ｄ／Ｌ）で示される関係が満たされている、遠心式コンプレッサの製造方法であって、
　前記スラスト部材の前記貫通孔、前記鍔部及び前記スリーブ部に前記駆動軸を挿入する第１挿入工程と、
　前記インペラを加熱する加熱工程と、
　前記第１挿入工程の後、前記加熱工程で加熱された前記インペラの取付孔に前記軸部を挿入する第２挿入工程と、
　前記第２挿入工程の後、前記軸部の先端側に締結部材を螺合する締結工程と
を備える。

　この構成によれば、第２挿入工程の後、インペラが収縮してクランプ面が軸部に密着した後、インペラの背面側は収縮中心位置に向かって収縮する。収縮中心位置からみたスリーブ側当接部の方向は、ｄ／Ｌの逆正接で表すことができる。スリーブ傾斜角θｓがｄ／Ｌの逆正接以上である場合、インペラの拡径面がスリーブ側当接部から離れるように収縮し、インペラからスリーブ部に加えられる軸力が低下してしまう。
　これに対し、上述した実施形態の構成では、スリーブ傾斜角θｓよりもｄ／Ｌの逆正接が大きい。このため、インペラの拡径面がスリーブ側当接部に密着するように収縮し、インペラからスリーブ部に加えられる軸力を増大させることができる。この結果として、遠心式コンプレッサの作動時、振動及び騒音の発生が抑制される。

　幾つかの実施形態では、前記インペラは、前記取付孔の軸線に対し略直交する第１位置決め面を有し、前記スリーブ部及び前記駆動軸のうち一方は、前記駆動軸の軸線に対し略直交する第２位置決め面を有し、前記第２挿入工程において、前記第１位置決め面に対し前記第２位置決め面が当接させられる。

　取付孔の内周面に拡径面を形成し、スリーブ部の外周面に縮径面を形成した場合、拡径面に縮径面を挿入したときに、拡径面が縮径面によって押し広げられ、駆動軸の挿入量が設計よりも大きくなる恐れがある。
　上述した実施形態の構成では、インペラに第１位置決め面が設けられ、スリーブ部及び駆動軸のうち一方に第２位置決め面が設けられている。第１位置決め面及び第２位置決め面は取付孔の軸線と直交し且つ相互に当接可能であり、第１位置決め面と第２位置決め面とが当接することで、インペラの取付孔に対する駆動軸の挿入量が設計よりも大きくなることを防止することができる。

　幾つかの実施形態では、前記加熱工程の後、前記インペラの温度が環境温度まで低下する前に前記締結工程が行われる。
　この構成によれば、インペラの温度が環境温度まで低下するよりも前に締結工程を行うことで、遠心式コンプレッサを大量生産可能である。

　本発明の少なくとも一実施形態によれば、取付孔の軸線方向にてスリーブ部とクランプ面とが離れていても、焼き嵌めされたインペラからスリーブ部に加えられる軸力が確保された遠心式コンプレッサ、該遠心式コンプレッサを備えるターボチャージャ及び該遠心式コンプレッサの製造方法が提供される。

本発明の幾つかの実施形態に係るターボチャージャを概略的に示す縦断面図である。 駆動軸に対するコンプレッサのインペラの固定構造を説明するための図である。 インペラとスラストスリーブを概略的に示す斜視図である。 図２中の領域ＩＶの拡大図である。 幾つかの実施形態に係るコンプレッサの製造方法に含まれる、駆動軸に対するインペラの固定方法の手順を概略的に示すフローチャートである。 幾つかの実施形態に係るコンプレッサの図４に対応する拡大図である。 幾つかの実施形態に係るコンプレッサの図４に対応する拡大図である。 幾つかの実施形態に係るコンプレッサの図４に対応する拡大図である。 幾つかの実施形態に係るコンプレッサの図４に対応する拡大図である。 幾つかの実施形態に係るコンプレッサの図４に対応する拡大図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。例えば、ある方向に沿っているという表現は、ある方向に対し厳密に平行な状態のみならず、必要に応じて、公差若しくはある程度の角度をもって傾斜している状態も表すものとする。また、略という表現は、公差の範囲での誤差、又は、通常行われる程度の変形を含んでいてもよいことを表すものとする。

　図１は、本発明の幾つかの実施形態に係るターボチャージャを概略的に示す縦断面図である。ターボチャージャは、例えば、車両や船舶等の内燃機関に適用される。
　ターボチャージャは、タービン１０と、遠心式のコンプレッサ１２とを有する。タービン１０は、タービンハウジング１４と、タービンハウジング１４内に回転可能に収容されたタービン動翼（タービンインペラ）１６とを有し、コンプレッサ１２は、コンプレッサハウジング１８と、コンプレッサハウジング１８に回転可能に収容されたインペラ（コンプレッサインペラ）２０とを有する。

　タービンハウジング１４及びコンプレッサハウジング１８は、図示しない締結部材によって軸受ハウジング２２に対し固定され、タービン１０のタービン動翼１６とコンプレッサ１２のインペラ２０は、軸受ハウジング２２内を延びる駆動軸（タービンロータ）２４によって相互に連結されている。従って、タービン動翼１６、インペラ２０及び駆動軸２４は、同一の軸線２６上に配置されている。タービン１０のタービン動翼１６は、例えば、内燃機関から排出された排ガスによって回転させられ、これにより駆動軸２４を介してコンプレッサ１２のインペラ２０が回転させられる。コンプレッサ１２のインペラ２０の回転によって、内燃機関に供給される吸気が圧縮される。

　例えば、タービンハウジング１４は、タービン動翼１６を収容する筒部（シュラウド部）２８と、筒部２８の軸受ハウジング２２側の部分を囲むスクロール部３０とからなる。スクロール部３０は、図示しない排ガスの入口を有するとともに、スロート部３２を介して筒部２８と連通している。軸受ハウジング２２と反対側の筒部２８の開口は、排ガスの出口を形成している。

　軸受ハウジング２２側のタービンハウジング１４の開口には、軸受ハウジング２２の端壁３４が嵌合されている。端壁３４には、筒状のシール部３６が一体且つ同軸に設けられ、シール部３６は、端壁３４の中央を貫通するシール孔を形成している。タービン動翼１６側の駆動軸２４の端部はシール部３６内に配置され、駆動軸２４とシール部３６との間の隙間にはシールリング３８が配置されている。

　端壁３４とタービン動翼１６の背面の間の環状の凹所には、環状のバックプレート４０が配置されている。バックプレート４０の外周部は、タービンハウジング１４と軸受ハウジング２２によって挟まれており、バックプレート４０の内周縁はシール部３６を囲んでいる。

　軸受ハウジング２２の内部には、周壁４２と一体に軸受部４４が設けられ、軸受部４４には軸受孔が形成されている。軸受部４４の軸受孔内には、ラジアル軸受として、例えば２つの浮動ブッシュ４６が配置され、駆動軸２４の中央部は浮動ブッシュ４６を貫通した状態で、軸受部４４の軸受孔内に配置される。

　コンプレッサ１２側の軸受部４４の端面には、軸線２６と直交する板形状のスラスト部材４８が固定され、スラスト部材４８の貫通孔を駆動軸２４は貫通している。駆動軸２４には、スラストカラー５０及びスラストスリーブ５２が嵌合されており、スラスト部材４８、スラストカラー５０及びスラストスリーブ５２はスラスト軸受を構成している。

　ここで、軸受ハウジング２２の周壁４２には、給油ポート５４及び排油ポート５６が設けられ、軸受部４４及びスラスト部材４８には、ラジアル軸受及びスラスト軸受の軸受隙間に潤滑油を供給するための給油路が形成されている。一方、コンプレッサ１２の方向への潤滑油の飛散を防止するために、スラスト部材４８のコンプレッサ１２側の面を覆うように、オイルデフレクタ５８が設置されている。

　コンプレッサ１２側の軸受ハウジング２２の開口には、中央にシール孔を有する蓋部材６０が嵌合され、蓋部材６０は、固定リング６２によって軸受ハウジングに２２に対し固定されている。スラストスリーブ５２は、蓋部材６０のシール孔を貫通しており、スラストスリーブ５２とシール孔との隙間には図示しないシールリングが配置される。

　例えばコンプレッサハウジング１８、インペラ２０を収容する筒部（シュラウド部）６４と、筒部６４の軸受ハウジング２２側の部分を囲むスクロール部６６とからなる。スクロール部６６は、図示しない給気の出口を有するとともに、ディフューザ部６８を介して筒部６４と連通している。軸受ハウジング２２と反対側の筒部６４の開口は、吸気の入口を形成している。

　図２は、駆動軸２４に対するコンプレッサ１２のインペラ２０の固定構造を説明するための図である。
　インペラ２０は、ハブ７０と、複数の翼７２とからなる。ハブ７０は、軸線２６の回りに回転対称な形状を有する。軸線２６に沿う方向にて、ハブ７０の一端側は吸気の入口側に位置し、ハブ７０の他端側はディフューザ部６８側に位置している。ハブ７０の外周面７４は他端側に向かって拡大するラッパ形状を有し、ハブ７０は他端側に蓋部材６０と対向する背面７６を有する。

　ハブ７０には、軸線２６に沿ってハブ７０を貫通する取付孔７８が設けられており、取付孔７８はハブ７０の両端にて開口している。複数の翼７２は、ハブ７０の外周面７４に一体に取り付けられ、ハブ７０の周方向に所定の間隔をもって配列されている。幾つかの実施形態では、複数の翼７２には、フルブレード７２ａと、軸線２６に沿う方向にてフルブレード７２ａよりも短いスプリッタブレード７２ｂがあり、フルブレード７２ａとスプリッタブレード７２ｂが周方向に交互に配置される。

　駆動軸２４は、互いに一体に形成された、軸部８０と、大径部８２と、中間部８４とを有する。軸部８０は、インペラ２０の取付孔７８の内部を延び、大径部８２は、インペラ２０から離間している。中間部８４は、軸部８０と大径部８２の間に位置している。中間部８４は大径部８２よりも小径であり、中間部８４と大径部８２との境界に段差部８６が形成されている。

　インペラ２０の一端側に位置する軸部８０の先端側には雌ねじが形成され、雌ねじに締結部材８８としてのナットが螺合されている。締結部材８８は、インペラ２０の一端側に当接し、インペラ２０に対し、軸線２６に沿う方向にて段差部８６に向かう軸力を加える。

　駆動軸２４の中間部８４には、少なくとも１つの鍔部９０が嵌合している。幾つかの実施形態では、中間部８４に直列に嵌合されたスラストカラー５０及びスラストスリーブ５２がそれぞれ鍔部９０を有する。
　また、スラストスリーブ５２は、中間部８４に嵌合されたスリーブ部９２を有し、スリーブ部９２は、鍔部９０とインペラ２０の間に配置されている。

　スラスト部材４８の貫通孔は、中間部８４によって貫通されており、スラスト部材４８は、貫通孔の周囲に、軸線２６に沿う方向にて鍔部９０と対向して当接するスラスト部９４を有する。幾つかの実施形態では、スラスト部材４８が、軸線２６に沿う方向にて両側にスラスト部９４を有する。

　取付孔７８の内周面は、クランプ面９６及び拡径面９８を含む。クランプ面９６は、焼き嵌めによって軸部８０に密着させられている。具体的には、ハブ７０の取付孔７８において、軸線２６に沿う方向で一部の領域の内径を小さく形成することにより、該領域の内周面がクランプ面９６を構成する。幾つかの実施形態では、軸線２６に沿う方向で一部の領域にて、軸部８０の外径を部分的に拡大することによって、該領域に対向する取付孔７８の領域がクランプ面を構成する。

　図３は、インペラ２０とスラストスリーブ５２を概略的に示す斜視図である。図４は、図２中の領域ＩＶの拡大図である。
　図２及び図３に示したように、拡径面９８は、軸線２６に沿う方向にて、即ち取付孔７８の軸線方向にて、クランプ面９６よりもスラストスリーブ５２側に位置し、クランプ面９６から離れるほど拡大する内径を有する。幾つかの実施形態では、拡径面９８は雌テーパ面９８ａからなる。

　拡径面９８に対応して、スラストスリーブ５２のスリーブ部９２の外周面は、インペラ２０側に、取付孔７８の軸線方向にてクランプ面９６に近づくほど外径が縮小する縮径面１００を含む。幾つかの実施形態では、縮径面１００は、雄テーパ面１００ａからなる。
　拡径面９８及び縮径面１００は、相互に当接するインペラ側当接部１０２及びスリーブ側当接部１０４をそれぞれ有する。

　ここで、取付孔７８の径方向における取付孔７８の軸線からスリーブ側当接部１０４までの長さをｄとし、取付孔７８の軸線方向におけるスリーブ側当接部１０４からクランプ面までの長さをＬとし、縮径面１００に対しスリーブ側当接部１０４にて接する仮想的な円錐の母線Ｇと、軸線２６、即ちスリーブ部９２の軸線とが交差する角度をスリーブ傾斜角θｓとしたとき、次式：
　θｓ＜ａｔａｎ（ｄ／Ｌ）・・・（１）
で示される関係が満たされている。式（１）中、ａｔａｎは逆正接（アークタンジェント）を表す。

　幾つかの実施形態では、インペラ側当接部１０２及びスリーブ側当接部１０４は面（接触面）によって形成され、この場合、長さｄ及び長さＬの基点となるスリーブ側当接部１０４の位置Ｐは、取付孔７８の径方向及び軸線方向にて接触面の中心に設定される。

　図５は、上述したコンプレッサ１２の製造方法のうち、駆動軸２４に対するインペラ２０の固定方法の手順を概略的に示すフローチャートである。
　インペラ２０の固定方法は、第１挿入工程Ｓ１０、加熱工程Ｓ１２、第２挿入工程Ｓ１４、締結工程Ｓ１６及び冷却工程Ｓ１８を有する。

　第１挿入工程Ｓ１０では、スラスト部材４８の貫通孔、鍔部９０及びスリーブ部９２等に駆動軸２４が挿入される。すなわち、駆動軸２４に対しインペラ２０を固定する前に嵌合すべき部品に駆動軸２４が挿入される。
　加熱工程Ｓ１２では、インペラ２０が所定の温度まで加熱される。これによりインペラ２０は熱膨張し、取付孔７８の内径が拡大される。

　第２挿入工程Ｓ１４は第１挿入工程Ｓ１０の後に行われる。第２挿入工程Ｓ１４では、加熱工程Ｓ１２で加熱されたインペラ２０の取付孔７８に軸部８０が挿入される。
　締結工程Ｓ１６は第２挿入工程Ｓ１４の後に行われる。締結工程Ｓ１６では、軸部８０の先端側に締結部材８８が螺合される。締結部材８８を螺合することによって、インペラ２０に対し、段差部８６に向かう方向の軸力が加えられる。

　冷却工程Ｓ１８は第２挿入工程Ｓ１４の後に行われる。冷却工程Ｓ１８では、インペラ２０が環境温度まで強制冷却又は自然冷却される。インペラ２０の冷却過程で取付孔７８の内径が縮小し、クランプ面９６が軸部８０に密着する。これにより駆動軸２４に対しインペラ２０が固定される。

　上述したコンプレッサ１２及びコンプレッサ１２の製造方法によれば、焼き嵌めによりインペラ２０を駆動軸２４に取り付ける際、インペラ２０が収縮してクランプ面９６が軸部８０に密着した後、インペラ２０の背面７６側は収縮中心位置Ｏ（図４参照）に向かって収縮する。収縮中心位置Ｏからみたスリーブ側当接部１０４（位置Ｐ）の方向、即ち軸線２６を基準とした方位角（以下、インペラ傾斜角θｉともいう）は、ｄ／Ｌの逆正接で表すことができる。

　ここで、もしスリーブ傾斜角θｓが、ｄ／Ｌの逆正接、即ちインペラ傾斜角θｉ以上である場合、インペラ２０の拡径面９８がスリーブ側当接部１０４から離れるように収縮し、インペラ２０からスリーブ部９２に加えられる軸力が低下してしまう。
　そこで、上述したコンプレッサ１２では、スリーブ傾斜角θｓよりも、ｄ／Ｌの逆正接即ちインペラ傾斜角θｉが大きくなるように設定される。この設定によれば、クランプ面９６の密着後、インペラ２０の拡径面９８がスリーブ側当接部１０４に密着するように更に収縮し、インペラ２０からスリーブ部９２に加えられる軸力を増大させることができる。

　幾つかの実施形態では、拡径面９８は、取付孔７８の軸線に対する傾きが一定の雌テーパ面９８ａからなり、縮径面１００は、取付孔７８の軸線に対する傾きが一定の雄テーパ面からなる。この構成によれば、拡径面９８及び縮径面１００がテーパ面からなるので、加工が容易である。

　幾つかの実施形態では、雌テーパ面９８ａ及び雄テーパ面１００ａのテーパ角、即ちスリーブ傾斜角θｓは４５°に設定され、長さｄが長さＬより長くなるように設定される。この構成によれば、簡単な構成にて、上記式（１）を満足させることができる。具体的には、長さｄの変化量（収縮量）Δｄが長さＬの変化量（収縮量）ΔＬよりも大きく、スリーブ傾斜角θｓが４５°であれば、インペラ２０の冷却後もスリーブ側当接部１０４からインペラ側当接部１０２が離れることはない。

　図６は、幾つかの実施形態に係るコンプレッサ１２の図４に対応する拡大図である。
　幾つかの実施形態では、図６に示したように、インペラ２０は、取付孔７８の軸線に対し略直交する第１位置決め面１０６を有し、スリーブ部９２は、取付孔７８の軸線に対し略直交し且つ焼き嵌めの際に第１位置決め面１０６に対し当接可能な第２位置決め面１０８を有する。

　取付孔７８の内周面に拡径面９８を形成し、スリーブ部９２の外周面に縮径面１００を形成した場合、第２挿入工程Ｓ１４にてインペラ２０の取付孔７８に駆動軸２４の軸部８０を挿入したときに、挿入条件によっては、拡径面９８が縮径面１００によって押し広げられ、インペラ２０に対する駆動軸２４の挿入量が設計よりも大きくなる恐れがある。
　これに対し上述した実施形態の構成では、インペラ２０の取付孔７８に軸部８０を挿入したときに、第１位置決め面１０６が第２位置決め面１０８に当接することで、インペラ２０の取付孔７８に対する駆動軸２４の挿入量が設計よりも大きくなることを防止することができる。

　幾つかの実施形態では、図６に示したように、取付孔７８の内部に環状の第１位置決め面１０６が形成され、スリーブ部９２の先端に環状の第２位置決め面１０８が形成される。第１位置決め面１０６は、拡径面９８の小径端に連なり、第２位置決め面１０８は、縮径面１００の小径端に連なっている。この構成によれば、簡単な構成にて、第１位置決め面１０６と第２位置決め面１０８を設けることができる。

　図７は、幾つかの実施形態に係るコンプレッサ１２の図４に対応する拡大図である。
　幾つかの実施形態では、図７に示したように、インペラ２０の背面７６の一部に環状の第１位置決め面１１０が形成され、スリーブ部９２から径方向外側に張り出した鍔部に環状の第２位置決め面１１２が形成される。第１位置決め面１１０は、拡径面９８の大径端に連なり、第２位置決め面１１２は、縮径面１００の大径端に連なっている。この構成によれば、簡単な構成にて、第１位置決め面１１０と第２位置決め面１１２を設けることができる。

　図８は、幾つかの実施形態に係るコンプレッサ１２の図４に対応する拡大図である。
　幾つかの実施形態では、図８に示したように、取付孔７８の内部に環状の第１位置決め面１１４が形成され、駆動軸２４に第２位置決め面１１６が形成されている。第１位置決め面１１４及び第２位置決め面１１６は、スリーブ部９２の先端から離れた位置にある。この構成によれば、簡単な構成にて、第１位置決め面１１４と第２位置決め面１１６を設けることができる。

　図９は、幾つかの実施形態に係るコンプレッサ１２の図４に対応する拡大図である。
　幾つかの実施形態では、図９に示したように、拡径面９８は、取付孔７８の軸線に対する傾きが一定の雌テーパ面９８ａからなり、縮径面１００は、取付孔７８の軸線に対する傾きが変化する湾曲面１００ｂからなる
　この構成では、拡径面９８が雌テーパ面９８ａからなり、縮径面１００が湾曲面１００ｂからなり、スリーブ側当接部１０４が湾曲面１００ｂの一部によって構成される。このため、インペラ側当接部１０２とスリーブ側当接部１０４との間の接触面圧が局所的に高くなることが防止され、インペラ２０が円滑に収縮することができる。この結果、インペラ２０に局所的な応力が作用することが防止され、インペラ２０の耐久性が向上する。

　図１０は、幾つかの実施形態に係るコンプレッサ１２の図４に対応する拡大図である。
　幾つかの実施形態では、図１０に示したように、拡径面９８は、取付孔７８の軸線に対する傾きが変化する湾曲面９８ｂからなり、縮径面１００は、取付孔７８の軸線に対する傾きが一定の雄テーパ面１００ａからなる。
　この構成では、拡径面９８が湾曲面９８ｂからなり、縮径面１００が雄テーパ面からなり、インペラ側当接部１０２が湾曲面９８ｂの一部によって構成される。このため、インペラ側当接部１０２とスリーブ側当接部１０４との間の接触面圧が局所的に高くなることが防止され、インペラ２０が円滑に収縮することができる。この結果、インペラ２０に局所的な応力が作用することが防止され、インペラ２０の耐久性が向上する。

　幾つかの実施形態では、スリーブ傾斜角θｓは３０°以上である。スリーブ傾斜角θｓが３０°以上であれば、インペラ側当接部１０２からスリーブ側当接部１０４に対し、軸線２６に沿う方向、即ち駆動軸２４の軸線方向にて十分な大きさの軸力を作用させることができる。

　幾つかの実施形態では、ｄ／Ｌの逆正接即ちインペラ傾斜角θiとスリーブ傾斜角θｓの差は２０°以下である。ｄ／Ｌの逆正接とスリーブ傾斜角θｓの差が２０°以下であれば、インペラ２０の背面７６側が収縮したときに、インペラ側当接部１０２とスリーブ側当接部１０４の間の接触圧が過大になることが防止される。この結果として、インペラ２０やスリーブ部９２に対し過大な応力が作用することが防止される。
　幾つかの実施形態では、ｄ／Ｌの逆正接即ちインペラ傾斜角θiは９０°未満である。

　幾つかの実施形態では、加熱工程Ｓ１２の後、インペラ２０の温度が環境温度まで低下する前に締結工程Ｓ１６が行われる。
　この構成によれば、インペラ２０の温度が環境温度まで低下するよりも前に締結工程Ｓ１６を行うことで、コンプレッサ１２を大量生産することができる。

　本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせ形態も含む。
　例えば、上述した幾つかの実施形態では、スリーブ部９２と鍔部９０が一体のスラストスリーブ５２が用いられていたが、スリーブ部９２と鍔部９０は別体であってもよい。更に、スリーブ部９２を構成する部品は、スラストスリーブ５２に限定されることはなく、駆動軸２４に嵌合されるとともにインペラ２０に当接し、軸力を段差部８６に向けて伝達するものであればよい。

　上述した幾つかの実施形態では、軸部８０、大径部８２及び中間部８４は一体に形成されていたが、軸部８０及び中間部８４は、大径部８２とは別体のスタッドボルト等によって形成されていてもよい。また、段差部８６は、中間部８４に嵌合された止め輪等によって形成されていてもよい。
　上述した幾つかの実施形態では、インペラ２０の温度が環境温度まで低下するよりも前に締結工程Ｓ１６が行われていたが、インペラ２０の温度が環境温度に低下した後に、締結部材８８を増し締めする増し締め工程を更に設けてもよい。
　更に、遠心式コンプレッサは可変容量タイプであってもよい。

１０　　　タービン
１２　　　コンプレッサ
１４　　　タービンハウジング
１６　　　タービン動翼
１８　　　コンプレッサハウジング
２０　　　インペラ
２２　　　軸受ハウジング
２４　　　駆動軸
２６　　　軸線
２８　　　筒部
３０　　　スクロール部
３２　　　スロート部
３４　　　端壁
３６　　　シール部
３８　　　シールリング
４０　　　バックプレート
４２　　　周壁
４４　　　軸受部
４６　　　浮動ブッシュ
４８　　　スラスト部材
５０　　　スラストカラー
５２　　　スラストスリーブ
５４　　　給油ポート
５６　　　排油ポート
５８　　　オイルデフレクタ
６０　　　蓋部材
６２　　　固定リング
６４　　　筒部
６６　　　スクロール部
６８　　　ディフューザ部
７０　　　ハブ
７２　　　翼
７２ａ　　フルブレード
７２ｂ　　スプリッタブレード
７４　　　外周面
７６　　　背面
７８　　　取付孔
８０　　　軸部
８２　　　大径部
８４　　　中間部
８６　　　段差部
８８　　　締結部材
９０　　　鍔部
９２　　　スリーブ部
９４　　　スラスト部
９６　　　クランプ面
９８　　　拡径面
９８ａ　　雌テーパ面
９８ｂ　　湾曲面
１００　　縮径面
１００ａ　雄テーパ面
１００ｂ　湾曲面
１０２　　インペラ側当接部
１０４　　スリーブ側当接部
１０６，１１０，１１４　　第１位置決め面                  
１０８，１１２，１１６　　第２位置決め面
 

Claims (11)

1. 　ハウジングと、
   　前記ハウジング内に回転可能に配置され、取付孔を有するハブ及び該ハブと一体に設けられた複数の翼を有するインペラと、
   　前記インペラの取付孔の内部を延びる軸部、前記インペラから離間した段差部、及び、前記軸部と前記段差部の間に位置する中間部を有する駆動軸と、
   　前記軸部の先端側に螺合された締結部材と、
   　前記中間部に嵌合された少なくとも１つの鍔部と、
   　前記ハウジングに対し固定して配置され、前記駆動軸によって貫通される貫通孔及び前記貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部と当接するスラスト部を有するスラスト部材と、
   　前記中間部に嵌合され、前記鍔部と前記インペラの間に配置されたスリーブ部と、
   を備える遠心式コンプレッサにおいて、
   　前記取付孔の内周面は、焼き嵌めによって前記軸部に密着させられたクランプ面と、前記取付孔の軸線方向にて前記クランプ面から離れるほど内径が拡大する拡径面とを含み、
   　前記スリーブ部の外周面は、前記取付孔の軸線方向にて前記クランプ面に近づくほど外径が縮小する縮径面を含み、
   　前記拡径面及び前記縮径面は、相互に当接するインペラ側当接部及びスリーブ側当接部をそれぞれ有し、
   　前記取付孔の径方向における前記取付孔の軸線から前記スリーブ側当接部までの長さをｄとし、
   　前記取付孔の軸線方向における前記スリーブ側当接部から前記クランプ面までの長さをＬとし、
   　前記縮径面に対し前記スリーブ側当接部にて接する仮想的な円錐の母線と前記スリーブ部の軸線とが交差する角度をスリーブ傾斜角θｓとしたとき、次式：
   　θｓ＜ａｔａｎ（ｄ／Ｌ）
   で示される関係が満たされている
   ことを特徴とする遠心式コンプレッサ。
2. 　前記インペラは、前記取付孔の軸線に対し略直交する第１位置決め面を有し、
   　前記スリーブ部及び前記駆動軸のうち一方は、前記取付孔の軸線に対し略直交し且つ前記焼き嵌めの際に前記第１位置決め面に対し当接可能な第２位置決め面を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心式コンプレッサ。
3. 　前記スリーブ傾斜角θｓは３０°以上である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心式コンプレッサ。
4. 　前記ａｔａｎ（ｄ／Ｌ）と前記スリーブ傾斜角θｓの差は２０°以下である
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の遠心式コンプレッサ。
5. 　前記拡径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが一定の雌テーパ面からなり、
   　前記縮径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが一定の雄テーパ面からなる
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の遠心式コンプレッサ。
6. 　前記拡径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが一定の雌テーパ面からなり、
   　前記縮径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが変化する湾曲面からなる
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の遠心式コンプレッサ。
7. 　前記拡径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが変化する湾曲面からなり、
   　前記縮径面は、前記取付孔の軸線に対する傾きが一定の雄テーパ面からなる
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の遠心式コンプレッサ。
8. 　請求項１乃至７の何れか一項に記載の遠心式コンプレッサと、
   　前記駆動軸に固定されたタービン動翼を有するタービンと
   を備えることを特徴とするターボチャージャ。
9. 　ハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に配置され、取付孔を有するハブ及び該ハブと一体に設けられた複数の翼を有するインペラと、前記インペラの取付孔の内部を延びる軸部、前記インペラから離間した段差部、及び、前記軸部と前記段差部の間に位置する中間部を有する駆動軸と、前記軸部の先端側に螺合された締結部材と、前記中間部に嵌合された少なくとも１つの鍔部と、前記ハウジングに対し固定して配置され、前記駆動軸によって貫通される貫通孔及び前記貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部と当接するスラスト部を有するスラスト部材と、前記中間部に嵌合され、前記鍔部と前記インペラの間に配置されたスリーブ部と、を備え、前記取付孔の内周面は、焼き嵌めによって前記軸部に密着させられたクランプ面と、前記取付孔の軸線方向にて前記クランプ面から離れるほど内径が拡大する拡径面とを含み、前記スリーブ部の外周面は、前記取付孔の軸線方向にて前記クランプ面に近づくほど外径が縮小する縮径面を含み、前記拡径面及び前記縮径面は、相互に当接するインペラ側当接部及びスリーブ側当接部をそれぞれ有し、前記取付孔の径方向における前記取付孔の軸線から前記スリーブ側当接部までの長さをｄとし、前記取付孔の軸線方向における前記スリーブ側当接部から前記クランプ面までの長さをＬとし、前記縮径面に対し前記スリーブ側当接部にて接する仮想的な円錐の母線と前記スリーブ部の軸線とが交差する角度をスリーブ傾斜角θｓとしたとき、次式：θｓ＜ａｔａｎ（ｄ／Ｌ）で示される関係が満たされている、遠心式コンプレッサの製造方法であって、
   　前記スラスト部材の前記貫通孔、前記鍔部及び前記スリーブ部に前記駆動軸を挿入する第１挿入工程と、
   　前記インペラを加熱する加熱工程と、
   　前記第１挿入工程の後、前記加熱工程で加熱された前記インペラの取付孔に前記軸部を挿入する第２挿入工程と、
   　前記第２挿入工程の後、前記軸部の先端側に締結部材を螺合する締結工程と
   を備えることを特徴とする遠心式コンプレッサの製造方法。
10. 　前記インペラは、前記取付孔の軸線に対し略直交する第１位置決め面を有し、
    　前記スリーブ部及び前記駆動軸のうち一方は、前記駆動軸の軸線に対し略直交する第２位置決め面を有し、
    　前記第２挿入工程において、前記第１位置決め面に対し前記第２位置決め面が当接させられる
    ことを特徴とする請求項９に記載の遠心式コンプレッサの製造方法。
11. 　前記加熱工程の後、前記インペラの温度が環境温度まで低下する前に前記締結工程が行われることを特徴とする請求項９又は１０に記載の遠心式コンプレッサの製造方法。

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