用于增压器的压缩机壳体及其制造方法与流程

本发明涉及一种用于增压器的压缩机壳体及其制造方法。

背景技术：

在车辆的增压器——如涡轮增压器——中使用的压缩机(压缩装置)具有压缩机壳体，每个压缩机壳体构造成在其中容置有叶轮并且包括：进气口，该进气口引入空气朝向叶轮；压缩腔，该压缩腔沿周向方向形成在叶轮的周向外部以引入从叶轮排放的空气；以及护罩面，该护罩面面向叶轮。

在以上构造的压缩机中，叶轮叶片与压缩机壳体的护罩面之间的间隙设置成尽可能小，从而提高压缩机的压缩效率。然而，如果该间隙太小，在叶轮叶片由于例如振动、叶轮的旋转轴线的偏移等原因而接触到压缩机壳体的护罩面的情况下，则可能导致对叶轮的损坏。

为了克服上述问题，通常建议采用于形成有压缩机壳体的护罩面的部分处设置由比叶轮叶片更柔软的树脂等制成的滑座构件的结构(日本专利申请公开号9-170442)。据此，即使叶轮叶片由于振动、叶轮旋转轴线的偏移等原因而接触到压缩机壳体的护罩面，也仅仅是于形成有护罩面的部分处设置的滑座构件被切割，因此，不会导致对叶轮的损坏，并且叶轮叶片与压缩机壳体的护罩面之间的间隙保持为小的。

遗憾的是，在JP 9-170442 A中，滑座构件扩大至不面向叶轮的扩散器以将滑座构件固定至护罩。滑座构件采用螺钉构件经由于扩大的部分中形成的螺钉通孔以紧固的方式固定至压缩机壳体的主体(壳体本体)。因此，滑座构件的尺寸由于上述扩大的部分而增大。通常，有必要将比壳体本体使用的材料更贵的材料用于滑座构件，因此由于滑座构件的尺寸的增大而导致整个压缩机壳体的成本的增加。

由于JP 9-170442 A的构造，使用螺钉构件不仅导致部件数目的增加，还使得必须实施对于壳体本体中形成的螺钉孔的加工以及对于滑座构件中形成的螺钉通孔的加工。鉴于这一点，可能会增加生产成本。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述背景做出的，并且本发明提供用于增压器的压缩机壳体以及能够减少部件的数目并降低成本的压缩机壳体的生产方法。

根据本发明的一方面，本发明提供用于增压器的、包括以如下方式构造的壳体本体和滑座构件的压缩机壳体。壳体本体构造为在其中容置有叶轮并且具有沿着叶轮的外周位于环形内周面上的呈凹形形状的内周凹部。呈环形形状的滑座构件设置在内周凹部中，并且滑座构件的内周面具有面向叶轮的护罩面。壳体本体的特征如下。具体地，壳体本体包括扩散器面和连接部分，扩散器面以连续至护罩面的方式设置在护罩面的周向外部，连接部分设置在滑座构件的外周端部与壳体本体的扩散器面的内周端部之间的边界处，在该连接部分中，壳体本体与滑座构件通过摩擦搅拌焊接(FSW)而连接。

在上述压缩机壳体中，各连接部分可以设置在边界的一部分中，并且各连接部分的沿壳体本体的径向方向的中心可以定位在边界的周向外部。

根据本发明的另一方面，本发明提供上述用于增压器的压缩机壳体的生产方法。该生产方法包括组装步骤、摩擦搅拌焊接步骤以及切割步骤。在组装步骤中，滑座构件组装至壳体本体的内周凹部中。随后，在摩擦搅拌焊接步骤中，于滑座构件的外周端部与壳体本体的扩散器面的内周端部之间的边界处实施摩擦搅拌焊接，以设置各连接部分。随后，在切割步骤中，对滑座构件和壳体本体进行切割以设置护罩面和扩散器面。在切割步骤中，切割各连接部分的表面以使该表面平滑地连续至扩散器面和护罩面。

在压缩机壳体的生产方法中，在摩擦搅拌焊接步骤中，将摩擦搅拌焊接实施为当将旋转工具推压抵靠边界处的加工目标时使得旋转工具的中心定位在边界的周向外部。

在采用上述用于增压器的压缩机壳体的生产方法生产的用于增压器的压缩机壳体中，各连接部分设置在滑座构件的外周端部与壳体本体的扩散器面的内周端部之间的边界处。也就是说，壳体本体与滑座构件通过摩擦搅拌焊接而连接。因此，不必要提供具有待与固定构件——如螺钉构件— —接合的部分的滑座构件，因此促进滑座构件的尺寸的减小。具体地，采用可能相对昂贵的材料的滑座构件的尺寸的减小能够实现成本降低。通过摩擦搅拌焊接，不必要采用固定构件将壳体本体与滑座构件固定至彼此，因此减少部件的数目。

如前所述，根据本发明，能够提供用于增压器的压缩机壳体以及能够减少部件的数目并降低成本的压缩机壳体的生产方法。

附图说明

下文将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相似的附图标记表示相似的元件，并且其中：

图1为包括本发明的实施方式1中的用于增压器的压缩机壳体的涡轮增压器的截面图，并且为沿着图4的线I-I截取的截面图；

图2为实施方式1中的压缩机壳体的护罩面的附近区域的放大的截面图，并且为图1的部分放大的截面图；

图3为实施方式1中的压缩机壳体的护罩面的附近区域的放大的截面图，并且为沿图4的线III-III截取的截面图；

图4为从实施方式1中的扩散器面观察时的压缩机壳体的一部分的平面图；

图5为从实施方式1中的扩散器面观察时的连接部分的放大的平面图；

图6为示出在实施方式1中的壳体本体与滑座构件即将组装之前的状态的示意性截面图；

图7为示出通过将实施方式1中的壳体本体与滑座构件组装而形成的子组件的示意性截面图；

图8为边界的放大的截面图以及实施方式1中的旋转工具的示意图；以及

图9为示出紧随实施方式1中的摩擦搅拌焊接步骤之后的状态的放大的截面图。

具体实施方式

作为本发明的一个示例，将参照图1至图9描述根据实施方式1的用于增压器的压缩机壳体以及该压缩机壳体的生产方法。如图1中所示，该实施方式的用于增压器的压缩机壳体1包括壳体本体20和滑座构件30。

壳体本体20构造成在其中容置有叶轮10，并且壳体本体20包括沿着叶轮10的外周位于环形内周面上的呈凹形形状的内周凹部21。滑座构件30为设置在壳体本体20内周凹部21中的环形构件，并且滑座构件30的内周面形成面向叶轮10的护罩面31。

壳体本体20包括以连续至护罩面31的方式形成在护罩面31的周向外部的扩散器面24。如图1、图2、图4和图5中所示，连接部分4形成在滑座构件30的外周端部与壳体本体20的扩散器面24的内周端部之间的边界101处(参见图3)，壳体本体20与滑座构件30在连接部分4处通过摩擦搅拌焊接连接。随后将对摩擦搅拌焊接进行描述。

如图1所示，压缩机壳体1形成于车辆的涡轮增压器(增压器)中使用的压缩机(压缩装置)的外壳。壳体本体20是由例如铝的重力铸造而制成，并且如图1所示，壳体本体20包括进气口11、进气通道12和压缩腔13。进气口11和进气通道12是由呈圆筒形形状的圆筒形部分23形成。压缩腔13沿周向方向形成在叶轮10的周向外部，并且压缩腔13构造成用于引入从叶轮10排放的空气。

内周凹部21以对应于滑座构件30的外周的方式形成在壳体本体20的内周面上。内周凹部21包括：第一圆柱形凹部210，第一圆柱形凹部210以对应于随后描述的滑座构件30中的圆柱形滑座构件本体310的方式形成为凹形形状；以及第二圆柱形凹部220，第二圆柱形凹部220以对应于滑座构件30的扩大直径部分311的方式形成为设置在第一凹部210的进一步的周向外部的凹形形状。这种构造使得滑座构件30能够安装在内周凹部21中。

滑座构件30可以由可弹性变形的热塑性构件形成。例如，滑座构件30由热塑性聚酰亚胺树脂形成。热塑性聚酰亚胺树脂的一个示例包括例如由三井化学公司(Mitsui Chemicals,Inc.)制造的Aurum(注册 商标)。滑座构件30的形成材料不局限于此，并且例如也可采用杜邦(DuPont)制造的Vespel(注册商标)的TP系列等。

如图4所示，滑座构件30形成为环形形状，并且滑座构件30的整个内周以面向叶轮10(图1)的方式形成护罩面31。如图1至图3所示，滑座构件30包括：呈圆筒形形状的滑座构件本体310；以及扩大直径部分311，其直径在滑座构件本体310中的与进气口11相反的一侧上沿径向向外扩大。扩大直径部分311形成在滑座构件30的整个周长上。滑座构件30设置在内周凹部21中，使得滑座构件本体310定位在内周凹部21的第一凹部210中，并且扩大直径部分311定位在第二凹部220中。

在挤压扩大直径部分311的外周面接触第二凹部220的内周面时，滑座构件30挤压装配在内周凹部21中。滑座构件本体310的外径小于第一凹部210的内径，并且滑座构件本体310的外周面不接触第一凹部210的内周面。

如图4所示，如果沿轴向方向X从扩散器面24来观察压缩机壳体1，则壳体本体20与滑座构件30之间的边界101，也就是扩散器面24与护罩面31之间的边界101形成为圆形形状。各连接部分4形成在边界101的一部分中。如图2和图5所示，各连接部分4的中心定位在边界101的周向外部。连接部分4的中心表示连接部分4的沿压缩机壳体1的径向方向的中心。具体地，参照边界101，连接部分4具有朝向壳体本体20(扩散器面24侧：周向外侧)突出的尺寸b，尺寸b大于朝向滑座构件30(内周侧)突出的尺寸。

在该实施方式中，如图4所示，连接部分4形成于呈圆形形状的边界101的四个位置处。连接部分4以相等的间隔布置。连接部分4的数目不局限于一个特定的数目。连接部分4可以布置为围绕边界101的整个周长。

如图1所示，如果通过使用压缩机壳体1来构造涡轮增压器，则叶轮10的轴承壳体或背板的端面70定位在与壳体本体20的进气口11相反的一侧上。于端面70与壳体本体20的扩散器面24之间形成有被用作从叶轮10延伸至压缩腔13的流体通道的扩散器14。

如图1所示，叶轮10设置在壳体本体20的滑座构件30的内周面(护罩面31)侧上并围绕旋转轴15以可旋转的方式固定。叶轮10包括 毂16和多个叶片17，多个叶片17以从毂16的外周面突出的方式沿周向方向布置。多个叶片17布置为面向滑座构件30的护罩面31。

如图1所示，在包括本实施方式的用于增压器的压缩机壳体1的压缩机中，通过叶轮10的旋转而从进气口11经过进气通道12吸入的空气被叶轮10的叶片17加速输送至扩散器14。空气在扩散器14中被加压并被输送至压缩腔13。

下文将描述该实施方式的压缩机壳体1的生产方法。如图6和图7中所示，在该生产方法中，分别如下地实施将滑座构件30组装至壳体本体20的内周凹部21中的组装步骤以及随后的摩擦搅拌焊接步骤和切割步骤。如图8和图9中所示，在摩擦搅拌焊接步骤中，于滑座构件30的外周端部与壳体本体20的扩散器面24的内周端部之间的边界101处实施摩擦搅拌焊接。通过这种焊接形成连接部分4。

在摩擦搅拌焊接步骤之后的切割步骤中，将滑座构件30和壳体本体20进行切割以形成如图2中所示的护罩面31和扩散器面24。在切割步骤中，伴随着护罩面31和扩散器面24的形成对各连接部分4的表面进行切割，从而将此表面加工为平滑地连续至扩散器面24和护罩面31。

在上述切割步骤之前的阶段中，滑座构件30不具有护罩面31(参见图1至图3)，并且如图6至图9所示，内周面32以横穿整个轴向方向X的方式均匀地形成。如图7中所示，具有这种形状的滑座构件30在组装步骤中被装配至壳体本体20的内周凹部21中，从而生产在其中壳体本体20与滑座构件30彼此组装的子组件100。

在组装步骤中，滑座构件30的扩大直径部分311的外周面压入内周凹部21中，同时扩大直径部分311的外周面挤压成接触壳体本体20的内周凹部21中的第二凹部220的内周面。具体地，壳体本体20的扩散器面24的内周端部与滑座构件30的外周端部彼此接触。此接触部分为边界101，并且在摩擦搅拌焊接步骤中，各连接部分4以延伸通过边界101的方式形成。

摩擦搅拌焊接(FSW)以下述方式实施：将于其自身的轴线上以高速旋转的旋转工具5推压抵靠滑座构件30与壳体本体20之间的边界101的附近区域(加工目标)，并且使旋转工具5沿边界101移动，从而将滑座构件30与壳体本体20焊接。如图8所示，旋转工具5包括呈圆 柱形形状的肩部51，以及具有较小的直径并从肩部51的前端面突出的圆柱形探头52。

当如图8的箭头F所示地将以高速旋转的旋转工具5推压抵靠加工目标时产生的摩擦热引起滑座构件30和壳体本体20的材料(例如，聚酰亚胺树脂和铝合金)中的塑性流动。具体地，滑座构件30和壳体本体20的材料被推压入加工目标中的预定的深度中的探头52搅拌并流出至表面。同时，滑座构件30和壳体本体20的流动的材料被肩部51的前端面推动和搅拌。因此，塑性流动的材料彼此混合并且随后固化，从而形成连接部分4，滑座构件30与壳体本体20于连接部分4处连接至彼此。

在摩擦搅拌焊接步骤中，以使得被推压抵靠加工目标的旋转工具5的中心定位在边界101的周向外部的方式来实施摩擦搅拌焊接。此构造使得能够将各连接部分4的中心定位在边界101的周向外部。这意味着摩擦搅拌焊接之前的源于壳体本体20的部分与摩擦搅拌焊接之前的源于滑座构件30的部分相比在更宽的范围内被摩擦搅拌焊接。如图9中所示，摩擦搅拌焊接步骤中生产的连接部分4的表面不处于平滑的状态。

在切割步骤中，在子组件100中，对从滑座构件30的内周面32至壳体本体20的扩散器面24的区域进行切割以形成如图2中所示的护罩面31，并且对连接部分4的表面也进行切割。连接部分4的表面被抛光成连续至扩散器面24和护罩面31的平滑表面。如图1所示，以这种方式生产了在其中滑座构件30固定至壳体本体20的压缩机壳体1。

下文将描述该实施方式的操作和效果。在前述的用于增压器的压缩机壳体1中，于滑座构件30的外周端部与壳体本体20的扩散器面24的内周端部之间的边界101处形成有连接部分4。也就是说，壳体本体20与滑座构件30通过摩擦搅拌焊接连接。因此，不必要提供具有待与固定构件——如螺钉构件——接合的部分的滑座构件30，因此促进滑座构件30的尺寸的减小。也就是说，其材料可能相对昂贵的滑座构件30的尺寸的减小能够实现成本降低。在摩擦搅拌焊接中，滑座构件30中需要搅拌边缘，但是此搅拌边缘能够足够小于用于与固定构件进行接合的部分的宽度。这种摩擦搅拌焊接消除了用于将壳体本体20与滑座构件30固定至彼此的固定构件，因此减少了部件的数目。

如前所述，摩擦搅拌焊接利用旋转工具5与加工目标之间的摩擦热，但是所需的能量小于例如用于纳米多孔结构的激光焊接中所需的能量。因此，能够充分抑制生产成本。切割步骤中，连接部分4的表面的平滑化可以与护罩面31和扩散器面24的形成一起实施，因此，能够抑制生产成本。

连接部分4的中心定位在边界101的周向外部。这种构造使得能够进一步促进滑座构件30的尺寸的减小。具体地，在实施摩擦搅拌焊接的情况下，连接部分4也设置在部分滑座构件30处，并且因此必须将连接部分4形成在不面向叶轮10的位置处。因此，需要确保用于在滑座构件30的外周端部处形成连接部分4的所谓的搅拌边缘。将这种搅拌边缘设置成尽可能小能够使滑座构件30的外径最小化。同时，各连接部分4的宽度(连接部分4的沿压缩机壳体1的径向方向的尺寸)取决于旋转工具5的直径，因此，要求旋转工具5需要具有适中的直径，否则难以适当地实施摩擦搅拌焊接。

为了处理这种情况，构造成将各连接部分4的中心定位在边界101的周向外部，以确保各连接部分4的宽度并减小滑座构件30的搅拌边缘。通过这种构造，能够进一步减小滑座构件30的尺寸，从而生产具有较低成本的压缩机壳体1。

为了容易地实现上述构造，在前述生产方法中的摩擦搅拌焊接步骤中，将摩擦搅拌焊接实施为使得被推压抵靠加工目标的旋转工具5的中心定位在边界101的周向外部。这意味着壳体本体20的材料(例如铝合金)的一部分与滑座构件30的材料(例如聚酰亚胺树脂)的一部分相比在更宽的范围内进行摩擦搅拌焊接，从而降低滑座构件30的相对昂贵的材料的成本。

如前所述，在该实施方式中，能够提供用于增压器的压缩机壳体，以及能够减少部件的数目并降低成本的压缩机壳体的生产方法。