铝合金制涡轮轴用螺母的制作方法

本发明涉及螺母的原料技术，详细而言，涉及通过将汽车用的排气涡轮式涡轮增压器中的涡轮轴使用的螺母设为轻量的铝合金原料，实现涡轮延迟的减轻、响应的提高并抑制噪声及振动的螺母的技术。

背景技术：

汽车用排气涡轮式涡轮增压器是根据飞机技术而转用作汽车的内燃机中使用的增压装置的技术，其中，飞机技术提高空气的密度而向燃烧室输送更多的氧，从而能够实现氧浓度低的高度飞行。就汽车用排气涡轮式涡轮增压器而言，从开发最初直至现在为止的期间经历很多变迁才达到现在的程度，开发最初的目的为输出的提高，在1973年最初在汽车上搭载了排气涡轮式涡轮增压器的bmw公司的2002涡轮发挥出约30％的输出提高效果而出现，在日本，之后，存在与dohc(双顶置凸轮轴)的组合、基于中间冷却器的进一步的高输出化、涡轮叶片的陶瓷化、涡轮轴采用滚珠轴承等各汽车制造商展开高输出竞争的时代背景。

涡轮增压器是高输出化不可或缺的手段，而且对于热效率的提高和排放的降低也有效。特别是在乘用车使用中要求高加速性能，因此以高响应化为目标的钛铝合金(ti-al系合金)、镁系合金(mg合金)以及树脂制的叶轮等也出现，提出了轻量且高强度的材料技术。

这样，与排气涡轮式涡轮增压器相关的技术逐渐提高，近年来的需求将目光指向化石燃料枯竭化的避免、废气对环境的影响、环境负荷降低等，适合于以欧洲为中心的小型柴油发动机、在日本推行的小排气量汽油发动机的、能够从低转速区域增压的排气涡轮式涡轮增压器的开发为当务之急。

通常，在排气涡轮式涡轮增压器中，超过800℃的高温的燃烧气体与排气侧叶轮接触，其热量通过涡轮轴加热至设置在与排气侧相反侧的端部的螺母，因此如果螺母松缓而脱落，则也可能会引起叶轮的破损、及涡轮增压器自身废弃的事态。因而，对于上述涡轮轴的端部使用的螺母而言，耐热性优异且即使在被加热成高温的条件下机械特性也难以降低是必要不可或缺的。另外，上述螺母如果在高转速区域失去动态平衡，则也会对性能造成较大影响，因此希望尽可能地实现轻量化。然而，关于螺母，在构成排气涡轮的构件之中可以说开发迟缓。

鉴于这样的问题，可想到如果设为比以往作为螺母的原料而使用于排气涡轮式涡轮增压器的不锈钢合金或铬系钢的比重小的铝合金制，则能够解决上述的轻量化的问题。但是，作为铝的问题点，存在耐热性的问题。铝的熔点为660℃而较低，再结晶温度也为200℃左右，蠕变为180℃左右，需要通过对于热量进行合金化来提高这些在高温度区域的机械性质。基于合金化的铝的技术开发在拉伸强度、硬度等方面已经作出较多的研究，开发出甚至不输给弹簧钢等高碳钢的结构。然而，螺纹通过相互保持阳螺纹与阴螺纹的弹性力而紧固，如果体积膨胀率因温度变化而不同，则无法作为螺纹发挥功能，并不是单单只要提高硬度或强度即可，而是作为螺合构件的螺母的功能在使用的温度范围内不降低且难以松缓的特性的螺母的材料的开发还比较迟缓的现状。

以往，为了解决这样的上述问题而从本发明人以外也提出了各种技术方案。例如，公开了发明名称为“耐烧结性优异的12％铬系钢螺母材料”的技术(参照专利文献1)。具体而言，是“为了实现蠕变及蠕变断裂强度优异且具有优异的耐烧结性的螺母材料，以重量比计来确定各金属元素的比例，具有与以往的12％cr系钢螺母材同样地蠕变及蠕变破断强度优异且具有与当前使用螺母材的5％cr系钢同等的优异的耐烧结特性的材料”这样的技术。然而，专利文献1所记载的技术并未解决作为本发明的课题的使用铝合金制的原料所带来的轻量化的课题。

另外，公开了发明名称为“增压器”的技术(参照专利文献2)。具体而言，以“提供一种能够提高涡轮增压器叶轮与轴的紧固结构的可靠性并能够廉价地制造的增压器”为课题，其方案是“在轴的涡轮增压器侧设置对涡轮增压器叶轮进行支承的一方的轴端部，并形成将支承于该轴端部的涡轮增压器叶轮沿轴向定位的推力面，在涡轮增压器叶轮上形成将具有多个叶片的轮毂的中心部沿轴心方向贯通的中心孔，并具有从轮毂的外侧端面沿轴向凹陷设置的筒状的凹陷孔，中心孔的一端在该凹陷孔的底面中央部开口，轴的一方的轴端部插通于中心孔，在从中心孔突出的轴端部的阳螺纹部，将插入到凹陷孔的内部的螺母螺合而紧固固定”这样的技术。然而，专利文献2所记载的技术是避免燃烧气体直接与螺母接触而减轻热量的影响的技术，并不是解决使用铝合金制的原料所带来的轻量化的课题的技术。

另外，公开了发明名称为“涡轮增压器”的技术(参照专利文献3)。具体而言，以“提供一种能够降低旋转振动的涡轮增压器”为课题，其方案是“一种涡轮增压器，具备将涡轮增压器与压缩机连结的轴、具有将上述轴支承为能够转动的轴承部的轴承壳体、以及夹装于上述轴与上述轴承部之间的滑动轴承，其中，上述轴承部由铝系材料形成，上述轴由钢铁材料形成，上述滑动轴承由铜系材料形成”这样的技术。然而，专利文献3所记载的技术是高旋转的涡轮轴中使用的轴承的铝合金的材料，与本发明那样的涡轮轴用的螺母的条件不同，并未解决本发明的课题。

如以上所述，专利文献1至专利文献3所记载的技术可以说公开了与涡轮增压器相关的有效技术，但是如果这些技术能够使用铝合金，则伴随各自具有的功能，能够进一步期待基于轻量化的性能的提高的情况明确，将上述铝合金原料使用于螺母的轻量化的技术提案可以说是当务之急。

专利文献1：日本特开平7-258799号

专利文献2：日本特开2012―92815号

专利文献3：日本特开2013-209934号

专利文献4：日本专利第5477930号

技术实现要素：

本发明课题在于提供一种通过利用比重小的铝合金，实现轻量化，并且即使在高温化中也能得到必要的机械特性，特别是避免以温度变化为起因而螺母松缓的现象，通过与其他的构件组合而高响应化以及低噪声、低振动的效果高的螺母技术。

本发明采用如下的结构：一种为了在排气涡轮式涡轮增压器的涡轮轴上固定叶轮而使用的铝合金制的螺母，其中，其原料为铝合金制，该铝合金以重量比计由9.5％～11.5％的硅(si)、0.50％以下的铁(fe)、4.0％～5.0％的铜(cu)、0.3％以下的锰(mn)、0.40％～0.80％的镁(mg)、0.5％以下的锌(zn)、0.2％以下的钛(ti)、分别为0.10％以下且合计为0.15％以下的其他各成分、剩余部分的铝(al)组成。

另外，本发明也可以采用如下的结构：一种为了在排气涡轮式涡轮增压器的涡轮轴上固定叶轮而使用的铝合金制的螺母，其中，其原料为铝合金制，该铝合金以重量比计由10.0％～11.5％的硅(si)、0.50％以下的铁(fe)、2.0％～3.0％的铜(cu)、0.10％以下的锰(mn)、0.20％～0.50％的镁(mg)、0.10％以下的锌(zn)、0.10％以下的钛(ti)、分别为0.10％以下且合计为0.15％以下的其他各成分、剩余部分的铝(al)组成。

另外，本发明也可以采用如下的结构：形成为在所述铝合金制涡轮轴用螺母的外周部具有凹凸。

另外，本发明也可以采用如下的结构：在所述铝合金制涡轮轴用螺母的一端面具备螺合部，该螺合部能够供螺合紧固用具进行拧紧及拆卸。

另外，本发明也可以采用如下的结构：设有在内周部具有凹凸且与从一端面插入的所述螺合紧固用具的外形对应的孔形状。

另外，本发明也可以采用如下的结构：以如下状态紧固：基于与所述螺合紧固用具的外形对应的孔形状的工具插入深度在所述螺母与所述涡轮轴螺合的状态下，以所述涡轮轴的阳螺纹部不从所述螺母突出的关系构成排气涡轮。

根据本发明的铝合金制涡轮轴用螺母，通过使原料为铝合金aa1、aa2，与以往的钢材、不锈钢系合金或者铬系合金等相比，比重小，例如相对于钢的7.8而铝为2.6，为约三分之一，发挥能够实现轻量化，降低以旋转轴为中心的惯性力，能够实现响应的提高、涡轮延迟的减少、以及振动和噪声的降低的优异效果。

另外，从构成排气涡轮的整体的比例来看，本发明的铝合金制涡轮轴用螺母仅为微小的大小，但是通过轻量化而使得旋转性能提高，防止在减速时即使关闭节气门也对剩余空气进行增压的情况，发挥能够减少从废气旁通阀的排气能量的释放引起的浪费这样的优异效果。

另外，根据本发明的铝合金制涡轮轴用螺母，向成为基础的铝添加的其他的组合物为硅或铁、铜、锰等，容易获得而能够减轻经济的负担，这一点与现有技术相比能发挥有利效果。

另外，根据本发明的铝合金制涡轮轴用螺母，根据与本发明人已经取得专利的技术(参照专利文献4)组合而产生的叠加效果，在与以往相比能够飞跃性地实现响应的提高、振动及噪声的减轻这上发挥极其有效的效果。

附图说明

图1是表示本发明的铝合金制涡轮轴用螺母的基本结构的结构说明图。

图2是说明使用本发明的铝合金制涡轮轴用螺母的排气涡轮的结构的结构说明图。

图3是说明本发明的铝合金制涡轮轴用螺母的使用状态的使用状态说明图。

具体实施方式

本发明的最大特征在于，在排气涡轮式涡轮增压器10用的涡轮轴31的端部使用的螺母2中利用比重小的铝合金而实现轻量化，能够实现排气涡轮30的旋转响应的提高、涡轮延迟的减少以及振动的抑制。以下，基于附图进行说明。但是，并不限定于这些附图或者表所记载的形状或者结构，能够在能得到作为本发明的技术思想的创作而发挥的效果的范围内进行变更。

图1示出本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1的整体结构。本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1是在涡轮轴31的轴承的端部使用的螺母2，其形状可以是图1的(a)所示那样的通常的六角螺母2，也可以设为图1的(b)所示那样的带有六角孔的螺母2。另外，可以设为图1的(c)所示那样的波形形状螺母2，也可以设为图1的(d)所示那样的带有波形孔的螺母2。此外，可以设为图1的(e)所示的外形为筒状且在表面没有凹凸，作为朝内径插入工具的工具插入孔h，在内径与外径之间的壁厚部分设有孔部的形状的螺母2。即，希望通过尽可能地消除突出形状并设为空气阻力少的形状而使噪声的产生减少。

如图1的(a)和图1的(c)所示的实施例那样，在采用从外周朝向外侧设置凹凸形状并利用工具将其拧紧的结构的情况下，在高旋转时可能会从外周的凹凸部产生噪声，但是能够减薄宽度方向的螺母2的厚度t，因此具有能实现轻量化的优点。需要说明的是，上述的外周凹凸形状设为从图1的(a)的六边形至在此以上的多边形(例如九边或十二边)，或者如图1的(c)和图1的(d)所示通过增大波形状的起伏的数目而减少每一个的凸凹引起的突出变化量的情况也有效。

另一方面，如图1的(b)及图1的(d)所示的实施例那样，在采用将凹凸形状设置为从内周面朝向中心的方向并用工具将其拧紧的结构的情况下，在轴向上需要工具插入深度k，因此存在螺母2的厚度t变厚而在整体上重量增加的可能性。但是，由于在外周能够去除凹凸部，因此具有能够消除噪声的产生原因这样的优点。即，在从图1的(a)至图1的(b)的形状中，无法实现噪声的减轻和轻量化这两者。

因此，如图1的(e)所示的形状那样，如果是减薄螺母的厚度t并在内径与外径之间的同一节距圆上距中心等角地设置多个插入孔的结构，则能够使工具插入深度k与为了通过螺合将涡轮轴31的阳螺纹部紧固而需要的阴螺纹部s以相同厚度构成，并且在表面不需要上述那样的凹凸，因此也能够防止由上述形状产生的噪声。在采用了上述结构的情况下，虽然附图未示出，但是需要专用工具的螺合紧固用具70。但是，只要针对套筒扳手或转矩扳手准备专用配件即可，利用已有的工具便能够加以应对。需要说明的是，本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1的形状并不限定为图1所示的形状，只要是在上述外周以及端面消除或减少凹凸的结构即可。

本发明的铝合金的涡轮轴用螺母1具有基于上述说明的形状的技术特征和下述所示的确定了作为铝合金aa1、aa2的原料的技术特征，特别是最大特征在于能够利用在现有技术中在排气涡轮30的高温环境下无法使用的铝合金。并且，防止由于加热状态下的机械特性的变化而导致螺母2的松缓的情况至关重要。因此，首先使用表1至表5来说明上述铝合金aa1、aa2的组成及高温化下使用时的机械特性。

以往，就排气涡轮式涡轮增压器10的涡轮轴31的螺母2的原料而言，利用了以钢为基础而添加了镍和铬的合金(cr-ni系)、或者铬系合金(cr钢)或不锈钢系合金(ni-cr)、进而为钛合金(ti系)等的多种合金，也开发了机械特性极其优异的合金，例如提出了waspaloy(注册商标)、镍铬铁耐热耐蚀合金(注册商标)那样耐腐蚀性、耐热性、耐氧化成及耐蠕变性等的高温特性优异的原料。除此之外，也可以考虑将海恩斯合金(haynesalloy)、镍钴系合金、cu-ni系合金等、飞机等中使用的高价的原料中的一部分作为排气涡轮式涡轮增压器10的涡轮轴31用的螺母2加以利用。

然而，这些合金由于以比重大的镍或铬等为基础，因此可以说是难以轻量化的原料，另外，造价高，可以说是不适合于抑制成本这样的本发明的课题的解决的原料。需要说明的是，虽然钛为铝的2倍的比重4.5，但是比强度高而可以制作得较薄，因此作为绝对重量而能够实现轻量化，也具有耐热性、强度，目前在竞技车辆那样的特殊的排气涡轮式涡轮增压器10的螺母2或涡轮轴31中也被使用。但是，钛也为高价，因此成本的问题增大。因此，在本发明中，利用成本方面的负担少的铝合金，关于其组成如下述那样进行说明。

图2是说明使用本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1的排气涡轮30的结构的结构说明图。如图2所示，示出排气涡轮30由排气侧叶轮32、进气侧叶轮33、涡轮轴31、一体型的浮动金属轴承20构成的情况。

排气涡轮30是将排气侧叶轮32和进气侧叶轮33在涡轮轴31的两端配置并固定的旋转体。

排气侧叶轮32是用于将废气的能量作为旋转运动来吸收的叶轮，经由涡轮轴31向设置于相反侧的端部的进气侧叶轮33传递。为了高效地吸收上述废气的动作流体并使其向旋转运动变化，而将多个叶片成型为适合于增压的形状，另外，在汽油发动机中，由于存在废气的温度超过1000℃的情况，因此需要能耐受上述温度的原料。需要说明的是，以往将陶瓷原料或者钛合金等使用于一部分的竞技车辆等，不过陶瓷虽然耐热性优异，但是容易发生破裂等，钛合金制的造价高而具有成本方面的问题。因此，在本发明中，目的是通过在轴承中使用铝合金来提高旋转体的惯性力引起的增压的响应，因此对于在同一轴芯上旋转的排气侧叶轮32来说，尽可能地实现轻量化的情况有效。

进气侧叶轮33是用于通过从排气侧叶轮32经由涡轮轴31传递的驱动力，利用从大气中流入的自然的空气的压力和气流的速度而旋转的构件，且是用于向缸内压入空气的叶轮。需要说明的是，由于涡轮达到接近于20万转，因此有时在叶轮的叶片的前端附近成为超过音速的程度的圆周速度，需要在所使用的温度区域具备针对因空气阻力而被加热的耐热性、针对空气阻力的机械强度以及强度。

图3示出从本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1旋转以前向排气涡轮式涡轮增压器10使用的状态。图3所示的情况是在一般的排气式增压装置中利用了本发明的状态，但是没有特别限定为这种记载，排气涡轮式涡轮增压器10整体中的位置及比例等是例示性的。以下，说明本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1使用的一般的排气涡轮式涡轮增压器10的构成整体的各部的构件。

浮动金属20是圆筒状的滑动轴承，且是维持内外周的与轴以及轴承壳体40的间隙地相接且旋转自如的浮动轴承。另外，通过内外周的油膜而阻尼效果高，相对速度也低，可以说适合于高速轴承。

涡轮增压器壳体50是将排气侧叶轮32包裹且由废气的导入部分及喷出部分构成的部件，发挥使来自发动机的废气加速并向决定的排气侧叶轮32引导的作用。上述涡轮增压器壳体50为了直接引导废气而始终曝露在高温下，通常使用具有耐热性、散热性及难以热膨胀等特性的铸铁制的结构。

轴承壳体40处于涡轮增压器壳体50与压缩机壳体60的中心，具备涡轮轴31的轴承，具有将所述两壳体结合并支承的功能。对于本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1的结构，例示了采用进气侧和排气侧一体化的一个浮动金属轴承20由轴承壳体40进行轴支承的结构的情况。

压缩机壳体60将进气侧叶轮33包裹，由空气的吸入部分及喷出部分构成，具有引导空气并将由进气侧叶轮33施加的动压转换成静压的功能。

在轴承中以往使用的白合金在耐烧结性、顺应性等方面优异，可以说是最佳的原料，但是具有当曝露于高温下时作为轴承的原料而限度降低的问题，也在开发取而代之的铜铅合金或铅青铜合金，也出现了在高温下机械特性的降低极小的原料。然而，上述合金需要镀敷处理，不得不解决制造过程增加且成本增大这样的问题，在作为上述轴承的原料而推进铝合金的研究开发的过程中，本发明人根据在高温下的作为螺合构件的伸长率及线膨胀系数等的关系，发现了即使在高温下也表现出难以松缓的特性的铝合金。以下对上述的混合进行说明。

通过含有硅(si)而抑制由热引起的膨胀，实现耐磨损性的提高，期望含有率为9.5wt％至11.5wt％的范围以内，更优选为10.0wt％至11.5wt％的范围以内。

为了防止烧结防止而含有铁(fe)。但是，当铁的含量增加时，则会使强度降低。期望含有率为0.5wt％以下。

为了提高强度而含有铜(cu)。另外，通过还加入镍而能够进一步提高强度。期望含有率为2.0wt％～5.0wt％范围以内，优选为2.0wt％～3.0wt％或4.0wt％～5.0wt％的任一范围以内。

锰(mn)能够保持铝的耐蚀性不变而提高强度，通过含有镁(mg)进一步提高其强度。期望含有率为0.3wt％以下的范围以内，更优选为0.1wt％以下。

通过含有镁(mg)而能够提高强度和耐蚀性。但是，仅是进行冷加工会由于老化而强度下降，因此进行稳定化处理。特别是在高温下使用的排气涡轮式涡轮增压器10中，存在应力腐蚀破裂的问题，因此需要软质材料的庇护。此外，当以一定的含有比含有镁(mg)和硅(si)时，有助于热处理的时效硬化。期望含有率为0.2wt％～0.8wt％的范围以内，优选为0.2wt％～0.5wt％或0.4wt％～0.8wt％的任一范围以内。

锌(zn)与镁(mg)一起含有，通过热处理而成为铝合金中强度最高的合金。期望含有率为0.5wt％以下，更优选为0.1wt％以下。

钛(ti)能够实现晶粒微细化、机械性质提高，或者在al-cu系合金等中能够实现收缩裂纹防止。但是，当含量过多时，产生熔融金属粘性增加的问题。期望含有率为0.2wt％以下的范围以内，更优选为0.1wt％以下。

通过混合上述的各金属，如果在高温下的螺母2中也利用比重小的铝合金，则能够构成轻量的排气涡轮30，可以说能够消除上述追随性的问题、热传导等的较多的问题点。

但是，由于铝(al)的熔点为约660℃、再结晶温度为约200℃而较低、而且使蠕变反应在180℃下发生等，作为在可能会曝露在直至200℃附近的高温下的排气涡轮式涡轮增压器10的涡轮轴31安装了叶轮的基础上将其固定于轴承壳体40的螺母2，认为无法使用铝合金。然而，近年来的排气涡轮式涡轮增压器10具备中间冷却器或独立的润滑机构、或者冷却装置等，温度范围的高温侧变低，涡轮轴31由于润滑油的性能的提高而温度不会如以往那样上升，最高也就150℃左右，螺母2不会上升至发生蠕变的温度，即使是强度及硬度等机械特性容易受到热量的影响的铝合金，只要具备200℃附近的必要的机械特性就能够应对。

因此，本发明人对将上述各个问题全部消除的铝合金制涡轮轴用螺母1的原料进行研究，作为即使在200℃附近也能实现作为螺母2的机械特性，特别是解决螺合部的松缓或粘合这样的问题，并且除此之外硬度及伸长率等不会老化等的耐久性高的原料，完成了本发明的铝合金aa1、aa2。

关于本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1的原料使用的合金的组合物的混合，使用表1及表2进行说明。所述表1示出向铝混合的其他的合金元素的混合关系，表2为了进行比较而示出以往使用的不锈钢合金之中耐热性特别优异的材料。此外，在为不锈钢制时重量增大，因此为了进行比较而也示出与作为轻量的原料具有代表性的黄铜相关的组成。

[表1]

[表2]

表1是表示向基础的金属混合的各种金属的比率的表，将本发明的技术方案1或者2的发明分别从上方起依次作为铝合金aa1、aa2而示出，在其下方示出以往使用于涡轮轴31的原料，能够进行比较。表2将从以往的不锈钢系中选择三种代表性的材料，从黄铜系中选择一种代表性的材料进行表示。将所述表1与表2进行比较而明确可知组成及混合的差异。

使用表3及表4说明本发明的铝合金aa1、aa2的机械特性。表3是调查了本发明的铝合金的材料特性的表，表4是调查了利用不锈钢系及黄铜系的原料时的机械特性的表。作为调查对象的材料是将挤压材料在室温下进行调质(t6处理)后的材料。调查项目为拉伸强度(mpa)、0.2％屈服强度(mpa)、伸长率(％)以及硬度(hrb)，示出分别进行调查的结果。

[表3]

[表4]

在高温下使用的涡轮轴31的紧固用螺母2产生加热引起的热膨胀与发动机停止后的冷却的反复为起因的金属疲劳，因此不仅要求耐热性，而且也要求耐蠕变特性、耐腐蚀性等的高机械特性。特别是阳螺纹与阴螺纹的紧固的原理是形成不会由于直至屈服点的伸长率或膨胀而松缓的状态的原理，因此不是仅拉伸强度或硬度表现出高值即可。

作为在高温下使用的排气涡轮式涡轮增压器10用的螺母2的原料，存在比不锈钢合金优异的被称为高耐热材料的镍铬铁耐热耐蚀合金(注册商标)等。但是，如上所述造价高，在利用方面存在费用负担增大的问题。另外，钛也是耐热性优异的材料，但是与上述镍铬铁耐热耐蚀合金同样造价高，另外，钛也可以说是温度引起的屈服点不稳定，伸长率少而突然断裂的金属，虽然能够作为耐热性能提高用的添加来使用，但是原封不动的话不能说是适合于涡轮轴31用的紧固螺母2。在这样的现状之中，具有可以利用耐热性及耐腐蚀性优异的不锈钢合金的sus304及sus316等这样的现状。

sus304是别称18cr-8ni或者18铬不锈钢的不锈钢材中作为耐热钢而最广普及的钢种之一，由于耐腐蚀性、焊接性等机械性质良好而周知。另外，sus316l是通过对于奥氏体系不锈钢之中耐腐蚀性特别良好的sus316降低碳量使之稍微柔软而提高了加工性的钢材，都能用于耐热螺栓或耐热螺母2。但是，比重为7.8，与铝相比重了近3倍。

但是，在不锈钢系中由于热膨胀率高，因此存在当加热时因膨胀而容易产生松缓的问题。另外，作为在高温下螺纹松缓的原因，认为螺栓轴向力的降低和螺纹面摩擦的降低是主要因素，通常，当通过温度循环等而反复膨胀、收缩时，产生微观性的膨胀、应力松弛(表面粗糙度等级)，轴向力容易降低，在高温下的环境中可能会产生松缓，现状是也利用锁固剂等化学品。

另外，根据材料的组合有时会引起粘附现象而导致螺纹面的摩擦变得牢固，因此，螺母2的原料根据涡轮轴31的直径、长度及原料而选择对应的原料的情况至关重要，通常使阳螺纹与阴螺纹的原料相同。

将本发明的铝合金aa1、aa2的加热状态下的机械特性示于表5。

[表5]

需要说明的是，表5是在将表1所示的铝合金aa1、aa2组成的合金调查了表2那样的机械性质之后，通过如下的步骤，调查了在从常温至超过使用温度范围的高热下的范围内经过规定时间后的机械性质的变化的结果。具体而言，在固溶处理后，对于人工时效硬化处理的材料不积极地进行冷间加工，在调质(t6(jis标准))之后，以150℃或200℃加热100小时，之后边返回室温边放置，在拉伸试验片加工后通过拉伸试验器的加热器再次加热为150℃或200℃，实施了拉伸试验等。

根据上述的机械性质的测定结果，表5示出即使在150℃及200℃的加热状态下，排气涡轮式涡轮增压器10的涡轮轴31的螺母2也能够利用本发明的铝合金aa1、aa2的情况。即，当使用比重与以往的不锈钢系合金相比为1/3左右的铝合金aa1、aa2时，发挥轻量化、响应的提高、涡轮延迟的减轻、自励信号的产生的抑制、以及噪音产生的防止这样的效果。

在铝合金aa1中，在t6调质后加热至200℃的状态下的机械特性为，拉伸强度从426n/mm²降低为219n/mm²，在150℃下降低为359n/mm²，在硬度试验中以布氏硬度计从79(hrb)降低为60(hrb)(200℃)，但是伸长率从11％增加为16％，由此近似于黄铜(c3604)的常温下的机械特性(拉伸强度420n/mm²、伸长率25％、线膨胀系数20.5×10^-6)，具备作为螺纹的机械特性。

在铝合金aa2中，在t6调质后加热至200℃的状态下的机械特性为，拉伸强度从458n/mm²降低为259n/mm²，在150℃下降低为393n/mm²，在硬度试验中以布氏硬度计从85(hrb)变为71(hrb)(200℃)、86(150℃)而变化少，伸长率从8％增加到15％(200℃)，在150℃下伸长率不变化而表现为15％。因而，铝合金aa2与铝合金aa1相比，可以说是更近似于以往作为代表性的原料而使用的黄铜(c3604)的常温下的机械特性，另外，该黄铜(c3604)在100℃加热状态下，拉伸强度为314n/mm²、在200℃下为310n/mm²而未观察到较大的变化，但是在400℃下急剧降低为196n/mm²的特性等表现出与本发明的铝合金aa2极其相近的特性。

调质是设想产品在150℃及200℃下使用了100小时的状态而进行的，在t6处理后进行了硬度及拉伸强度测定。需要说明的是，上述t6处理是为了提高铝合金的机械性质、强度、硬度及机械加工性而将人工地进行了析出时效的处理组合的热处理，进行固溶、淬火、回火。

线膨胀系数是螺母2的设计上所需的材料的特性，表现出沿特定的方向伸缩的伸缩率，与伴随着体积的变化而膨胀的热膨胀系数不同，根据形状而系数变化。在本发明中，阳螺纹与阴螺纹的紧固关系这样的螺合方向的膨胀成为问题，但是铝合金aa1、aa2的线膨胀系数分别成为22.2×10^-6/℃和20.8×10^-6/℃，表现出与现有产品的代表性的黄铜(c3604)制的螺母2近似的线膨胀系数，因此热影响引起的螺母2的松缓表现出与以往的黄铜制的螺母2同样。但是，上述数值考虑了与作为以往使用的黄铜制等的螺母2的对象的涡轮轴31对应的膨胀特性，如果涡轮轴31的原料变化，则只要对应于该原料而分开使用铝合金aa1和铝合金aa2即可。

关于硬度，为了防止松缓而在阳螺纹与阴螺纹的接触面处的摩擦阻力具有差异的情况可以说难以松缓，只要与涡轮轴31的阳螺纹部的硬度对应而分开使用铝合金aa1和铝合金aa1即可。在本发明中，铝合金aa1为79hrb，铝合金aa2为85hrb，虽然在200℃下能观察到硬度稍微降低，但是在aa1中具有70hrb，在aa2中具有71hrb这样的硬度，可知与常温下的不锈钢或黄铜相比也能维持充分的性能。

需要说明的是，对于温度上升引起的螺母的松缓也进行了试验。通过转矩扳手以规定转矩拧紧后，使温度上升，在一定时间后为了掌握螺母2的松缓状态而利用转矩扳手进行了测定。关于上述试验基本上几乎没有变化，因此未记载，不过在200℃以下在涡轮轴31夹持有叶轮的状态下不会松缓。

本发明人在修改表面粗糙度、正圆度等各种加工条件的过程中，经历了即便使高精度的正圆度特性、表面粗糙度特性提高也难以抑制来自涡轮增压器的噪声的产生、即成为该造成的原因的振动的产生的过程，在通过使轴承孔26的内表面的正圆度稍微变化为多边形的位置难道就不能够抑制振动的产生吗这样的构思下，使正圆度进行各种变化而对振动、噪声产生的有无反复进行实验，完成了能够减轻振动的产生的技术“低振动型浮动金属轴承”(参照专利文献4)(以下，称为“低振动滑动轴承”)，通过设为使用了本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1的铝合金aa1、aa2原料的低振动滑动轴承，能够叠加地发挥由相互的技术产生的效果。

即，上述低振动滑动轴承的发明在从低转速区域至高旋转区域能得到高定心效果和抑制杂音的产生的效果，但是上述发明效果是从旋转的开始产生的效果，因此通过构成旋转体的部件之一的螺母2的轻量化，也能实现排气涡轮30整体的轻量化，能够实现涡轮延迟的抑制、响应的提高、自激振动、杂音等噪声的产生的抑制。

因此，优选采用如下的结构：在本发明的铝合金制涡轮轴用螺母1的轴承孔26的表面，距轴心等角等距离地具备多个流体润滑条件不同的区域，在轴承孔26的表面使间隙稍微变化，在油流路内形成朝向轴芯方向的大致凸状的狭窄的膜状的流路，由此产生油压变化。

此外，上述流体润滑条件不同的区域设为以将朝向轴芯的大致凸状的狭窄的膜状的流路与朝向外周方向的大致凹状的宽广的膜状的流路平滑地连结的方式使间隙变化的区域的情况也有效。

作为上述结构的效果的定心性(自定心功能)如根据雷诺方程式产生的压力的分布那样，当将正圆度稍微不同的部分配置于等角位置的同一圆周缘部时，因旋转而产生的压力变化始终以相同大小在同一圆周上等间隔地产生，因此由于其压力差而在涡轮轴31始终产生朝向中心的力，即使旋转速度低，其定心效果也与旋转大致同时地产生。因此，如果涡轮增压器和旋转的轴承的重量能够轻量化，则能够解决本发明的课题，能够提供响应的提高、涡轮延迟的减轻、自激振动的抑制、及以振动为起因的噪声的产生的降低的排气涡轮式涡轮增压器10。

产业上的可利用性

根据本发明的铝合金制涡轮轴用螺母，排气涡轮式涡轮增压器的排气涡轮30的旋转速度的上升提前，其结果是，能够实现涡轮延迟的减轻及响应的提高，由于旋转体的力矩的减少而能够实现自激振动的抑制和噪声的产生的减轻，特别是容易适应于降低尺寸化推进的小型排气涡轮式涡轮增压器，可想到在今后的日本的汽车产业中产业上的可利用性高。

附图标记说明：

1铝合金制涡轮轴用螺母

2螺母

10排气涡轮式涡轮增压器

20浮动金属轴承

26轴承孔

30排气涡轮

31涡轮轴

32排气侧叶轮

33进气侧叶轮

40轴承壳体

50涡轮增压器壳体

60压缩机壳体

70螺合紧固用具

aa1铝合金

aa2铝合金

h工具插入孔

k工具插入深度

s阴螺纹部

t螺母的厚度