Turbine rotor and turbine rotor machining method

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、セラミック化したタービンロータ及びそのタービンロータの加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの性能向上を図るため、エンジン部品のセラミック化が進められている。 ターボ過給器に使用されるタービンロータもその例外でなく、実用化にも成功している。 タービンロータの翼を仕上げ加工する場合に回転中心を正確に合致させて両端を支持する手段としては、図７のａに示す如く、回転軸５及びボス部３の先端面中心に夫々センタ穴９．９を形成し、その各センタ穴９．９へ夫々機械側のセンタ１４．１４を嵌め入れて支持するか、タービンロータ側を前記とは逆に、
図７のｂに示す如くボス部３の先端面中心にテーパ状突起１５を設け、そのテーパ状突起１５を機械側のセンタ穴１６へ嵌め入れ支持する技術が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の支持手段は、金属製タービンロータに採用されている技術をそのままセラミック製タービンロータに応用したものであるから、
加工性の悪いセラミックではセラミック特有の不都合を生ずる。 即ちセラミック成形品に穴加工するのは容易ではなく、センタ穴を予め形成しておいて最後に仕上げ加工しても良いが、二度手間になって効率が悪くコストアップを招く。 又穴部分にクラックが生じやすく、その検出が困難であるから機械加工時に、或は製品として使用中に破壊する虞れがある。 一方テーパ状突起を設けた場合は、その先端が細いために加工工程で折れてしまって加工できなくなったり、加工後に切除しないで残しておき、組み立て工程などで欠けが生じたりすれば回転バランスが悪くなるし、そのテーパ状突起分慣性モーメントが増加するので好ましくなく、切除するとなればそれだけ余分な工程が増えることになる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、加工率を少なくして信頼性の高い支持を可能とするもので、タービンロータの出口側ボス部先端外周縁に、機械加工時のセンタ決め用の受け部として利用するテーパ面を研磨手段により形成し、又機械側には前記テーパ面に対応するテーパ面を備えたアタッチメントを設け、そのアタッチメントのテーパ面に前記タービンロータのテーパ面を支持して加工を行なうものであって、両テーパ面は、アタッチメントに形成するテーパ面の幅が、タービンロータに形成するテーパ面の幅より小さくし、アタッチメントに形成する全テーパ面がタービンロータに形成するテーパ面へ接触するように設定する。

【０００５】

【作用】タービンロータに対し、テーパ面を研磨手段により周設するだけであるから簡単に形成でき、研磨されたテーパ面の強度は高く破損の虞れはないし、研磨されたテーパ面をアタッチメントのテーパ面へ押し当てることにより簡単且つ確実にセンタ支持できる。

【０００６】

【実施例】本発明に係るタービンロータ及びタービンロータの加工方法を図面に基いて説明する。 図２において、１はセラミックで成形され、焼成を終えたタービンロータであり、放射方向へ複数枚の翼２．２・・が突出せられ、両端面に夫々ボス部３及び金属との嵌合軸４を備える。 ５はこのタービンロータに結合する金属製の回転軸であり、この回転軸５は段付き形状で、片端部にはタービンロータ１との結合部である嵌合穴６ａが開口したカップ状の嵌合部６に形成される。 前記タービンロータ１における出口側（ターボ過給器に組み込んだ場合、
排気ガスの出口側に位置する）のボス部３の外周には、
六角レンチに対応した六角部７が形成されている。 このようなタービンロータ１を、先ずハブにおける最大径部の周面Ｐ ₁と翼２の背面Ｐ ₂とを支持し、出口側のボス部３の先端外縁に、機械加工時のセンタ決め用の受け部として利用するテーパ面８を研磨手段により周設する。
次に周設されたテーパ面８とハブにおける最大径部の周面Ｐ ₁とを支持して金属との嵌合軸４を仕上げ加工する。

【０００７】更に前記回転軸５の嵌合穴６ａへ、前記嵌合面を仕上げ加工した金属との嵌合軸４を嵌合させて両者を結合し、タービンロータ１のハブにおける最大径部の周面Ｐ ₁とテーパ面８とを支持し、回転軸５の他端面部にセンタ穴９を設ける。

【０００８】このようにして形成された軸付きタービンロータは、工作機械における一方の支持部に設けたアタッチメント１１のテーパ面１０及び工作機械のもう一方の支持部に設けたセンタ１４により夫々ロータ側のテーパ面８とセンタ穴９を支持し、翼２の外縁、及び金属軸のジャーナル軸１２とコンプレッサ軸となる回転軸５の外周、及びねじ部１７と嵌合部６の外周を仕上げ加工すると共に、嵌合部６の周囲に凹溝１３を形成することができる。

【０００９】このようにして完成された軸付きタービンロータのジャーナル部１２を支持し、各部の振れをチェックしたところ何等異常は認められなかった。 前記アタッチメントのテーパ面は、タービンロータのテーパ面と回転摩擦によって摩耗するので、アタッチメントに形成するテーパ面がタービンロータに形成するテーパ面に一部でも当接しない部分があればそこに段が形成されてしまい、製品の同軸度や振れに影響を与えるので好ましくない。 そこでテーパ面１１の幅Ｌ ₁がテーパ面８の幅Ｌ
₂より小さくて、幅Ｌ ₁が幅Ｌ ₂内に納まり、タービンロータに形成するテーパ面８の総てが、アタッチメント１１に形成するテーパ面１０に接触するように設定する（図３）。

【００１０】以上本発明のタービンロータは、ボス部先端外周面をテーパ状に研磨するだけで精度の高い加工基準面を形成できるので、センタ穴を設けるのと比べて容易である。 又テーパ状突起のように、加工工程で附加加重を受けても折れることなく、又切除する手間を要しないので加工スピードの向上に繋る。

【００１１】本実施例に示したタービンロータのボス部は先端まで同じ太さであるが、これを図４に示す如く先端部のみ細径部１８にして六角レンチを嵌めやすくしたり、図５の如くスパナで掴持できるようにボス部３の周囲に対向して二つの平面部１９．１９を形成したりできる。 更に図６に示す如くボス部３の先端を六角ボルト頭状部２０に形成し、その六角ボルト頭状部２０の先端に直接テーパ面８を形成することもできる。 尚テーパの角度θは２０度〜５０度の範囲で設定するのが望ましい。
本実施例は、本発明に係るタービンロータの加工方法の一例を示したものであって、本発明は当然この実施例に限定されるものでなく、実施例以外の幾多の変更実施が可能であることは言うまでもない。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、タービンロータの出口側ボス部先端外縁にテーパ面が周設されているので、機械加工時にはそのテーパ面を利用して正確にセンタ支持でき、又そのテーパ面は研磨手段により周設するだけであるから形成は簡単であり、クラックや欠けなどの心配もなく信頼性に富む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタービンロータの加工方法を示す説明図である。

【図２】タービンロータと回転軸との結合工程を示す説明図である。

【図３】本発明に係るタービンロータの支持状態を示す説明図である。

【図４】タービンロータの変更例を示す説明図である。

【図５】タービンロータの変更例を示す説明図である。

【図６】タービンロータの変更例を示す説明図である。

【図７】従来例の説明図である

【符号の説明】

１・・タービンロータ、２・・翼、３・・ボス部、４・
・嵌合軸、５・・回転軸、６・・嵌合部、６ａ・・嵌合穴、７・・六角部、８・・テーパ面、９・・センタ穴、
１０・・テーパ面、１１・・アタッチメント、１２・・
ジャーナル部、１３・・凹溝、１４・・センタ、１５・
・テーパ状突起、１６・・センタ穴、１７・・ねじ部、
１８・・細径部、、１９・・平面部、２０・・六角ボルト頭状部、Ｐ ₁・・ハブにおける最大径部の周面、Ｐ ₂
・・翼の背面。