JPH08254102A - タービンロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 セラミックロータ（２０）と、その軸部（２
６）に同軸に嵌合する金属シャフト（１０）とを有する
タービンロータであって、先端部（１５）の外周面（１
５ｔ）は先端に向かって肉薄に形成されていて、セラミ
ックロータの軸部（２６）と金属シャフトの凹部（１
２）との嵌合端（２９）が当該先端部（１５）の内周面
（１５ｓ）に位置する。先端部（１５）の厚さをｔ、長
さをａとしたときに、ａ／ｔが０．７〜２．５であり、
周壁の内径をＤ、先端部の外径をｄとしたときに、ｄ／
Ｄが１〜１．２である。 【効果】 応力が集中する嵌合端を肉薄である先端部の
内周面に位置することにより、応力集中を緩和すること
とした。セラミックロータの軸部にクラックが生じ難く
なり、また、セラミックロータと金属シャフトとの接合
強度が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、セラミックロータと
金属シャフトが嵌合したタービンロータに関する。ター
ビンロータは自動車エンジンのターボチャージャーに用
いられる。

【０００２】

【従来の技術】 自動車エンジンのターボチャージャー
は、タービンとエアコンプレッサとを有していて、排気
ガスでタービンを回し、そのタービンがエアコンプレッ
サを駆動して正規の量以上の空気をエンジンに供給する
ものである。空気の供給量が増加するところ、それに応
じて多量の燃料が燃焼するので、エンジンの出力が増加
する。タービン及びエアコンプレッサはいずれも翼部を
有していて、タービンとエアコンプレッサは同軸のシャ
フトで接続されている。タービンは、放射状の２以上の
翼部を有する。排気ガスは翼部を押してロータに回転力
を与える。そして、ガスがスムーズに排出できるように
翼部は周方向にねじれている。本発明のタービンロータ
は、このタービン及びシャフトに用いることができ、シ
ャフトの他方の端部にはエアコンプレッサ用のロータを
接合することができる。

【０００３】 ターボチャージャー用タービンとして用
いるロータは、エンジンからの高温の排気ガスに常時さ
らされていることから、耐熱性が要求される。また、容
易に回転するために軽量である必要がある。更に、高温
で遠心力に耐える機械強度が要求される。そこで、ロー
タの材料として、これらの仕様を満たすセラミックスが
研究されている。具体的には、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、サイ
アロン等のセラミックスが挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ロータの材料をセラミ
ックスとしたときには、金属シャフトとの接合、特に嵌
合による接合が問題となる。セラミックス部材と金属部
材とを嵌合したときには、嵌合端において、嵌合による
圧縮力により、セラミックロータに応力が集中し易く、
曲げやねじりに対して弱くなる。ここで、嵌合端とは、
セラミックス部材の表面と金属部材の表面とが嵌合によ
り接触しているところから接触しないところへの境界を
いう。特公昭５９−５１８９５号公報は、セラミックス
筒体と、このセラミックス筒体の外側に嵌合する金属筒
体との複合体を記載する。金属筒体の外周が先端に向か
って薄肉となるように形成されている。しかし、特公昭
５９−５１８９５号公報は、筒体が嵌合することを記載
するのみであって、タービンロータについての記載がな
い。また、嵌合端が肉薄の先端部の内周面に位置するこ
とについての記載がない。

【０００５】 特公平３−３５２６５号公報は、セラミ
ックス部材と金属部材とが嵌合により結合する結合体を
記載する。そして、金属部材の溝に対応する周壁部分の
内周面に嵌合端が位置することにより、この応力集中を
緩和することを目的とする。この結合体は、図４に示す
ように、ターボチャージャーに用いるタービンロータで
あってもよい。図４で、タービンロータ３０は、セラミ
ックロータ３２と、セラミックロータ３２の軸部３４に
同軸に嵌合する金属シャフト３６を有する。金属シャフ
ト３６の周壁３７の外周面にはシールリング溝３８及び
オイルスリンガ溝３９が形成されている。そして、特公
平３−３５２６５号公報は、これらの溝３８、３９の何
れかに対応する周壁３７の内周面に嵌合端３５が位置す
る旨を記載する。図４では、溝３８に対応する周壁３７
の内周面に嵌合端が位置する。図４では、嵌合端は、セ
ラミックロータ３２の軸部３４の周面と、金属シャフト
３６の周壁３７の内周面とが互いに接触するところから
接触しないところへの境界を意味する。

【０００６】 しかし、この構造では、溝３８、３９の
位置が嵌合端３５により定まるため、溝３８、３９は嵌
合後に機械加工により設ける必要があった。そして、機
械加工のときの負荷により、セラミックロータ３２の軸
部３４が破断するおそれがあった。また、金属シャフト
の周壁３７には溝３８、３９より軸方向に先端側の肉厚
の部分に応力が集中することがあり、この金属シャフト
の肉厚部に対応するセラミックロータ３２の軸部３４に
クラックが生じるときがあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、嵌
合端の位置を溝に対応する周壁部分の内周面ではなく、
周壁の先端部の内周面に位置することとした。そして、
先端部の外周面を先端に向かって肉薄として、応力集中
を緩和することとした。即ち、本発明によれば、ハブ部
（２２）と、当該ハブ部に接続する放射状の翼部（２
４）と、当該ハブ部に同軸に接続して軸方向に凸形状に
形成される軸部（２６）と当該ハブ部に同軸に接続して
当該ハブ部に対して当該軸部の反対側に形成されるボス
部とが一体的に形成されたセラミックロータ（２０）
と、当該セラミックロータの当該軸部（２６）に同軸に
嵌合する金属シャフト（１０）とを有するタービンロー
タであって、当該金属シャフト（１０）は端部（１１）
を有していて、当該端部（１１）には、当該セラミック
ロータ（２０）の当該軸部（２６）を挿入するための凹
部（１２）が形成されていて、また、当該金属シャフト
の当該端部は当該凹部（１２）を形成するための周壁
（１４）を有していて、当該周壁（１４）は先端部（１
５）を有していて、当該先端部（１５）の外周面（１５
ｔ）は先端に向かって肉薄に形成されていて、当該セラ
ミックロータの当該軸部（２６）と当該金属シャフトの
当該凹部（１２）との嵌合端（２９）が当該先端部（１
５）の内周面（１５ｓ）に位置することを特徴とするタ
ービンロータが提供される。

【０００８】 本発明において、先端部（１５）の厚さ
の平均をｔ、当該先端部（１５）の外周面（１５ｔ）の
軸方向の長さをａとしたときに、ａ／ｔが０．７〜２．
５であり、当該金属シャフト（１０）の当該周壁（１
４）の内周面（１４ｓ）は円筒形状を有していて、当該
周壁の内径の平均をＤとして、当該先端部の外径の平均
をｄとしたときに、ｄ／Ｄが１〜１．２であることが好
ましい。この範囲のときに、先端部（１５）に接するセ
ラミックロータ（２０）の軸部（２５）の部分の応力集
中が特に緩和されるからである。ａ／ｔが１〜２である
ことが更に好ましい。当該周壁（１４）には、外周面の
先端に段差（１５ａ）が径方向に形成されていて、その
段差より先端方向に先端部（１５）が形成されているこ
とが好ましい。この形状のときに、先端部を形成し易い
からである。

【０００９】 金属シャフト（１０）の当該端部（１
１）は、室温から４５０℃までの平均熱膨張率が６〜８
×１０^ー6／℃であり、かつ、４５０℃×２００時間での
クリープ強度が５００ＭＰａ以上である材料から構成さ
れていることが好ましい。熱膨張率が低い材料は、広い
温度範囲に渡って接合強度が保持できるからである。ま
た、高温で機械強度を保持する材料が所望されるとこ
ろ、４５０℃のクリープ強度がそのパラメータとして設
定された。また４５０℃は自動車用ターボチャージャー
におけるローター金属シャフト部の最高使用温度であ
る。この条件を満たす材料としては、具体的には、鉄基
合金系γ析出硬化型超耐熱合金（Ｉｎｃｏｌｏｙ９０
３、９０９、ＨＲＡ９２９、９２９Ｃ等）が挙げられ
る。ここで、クリープ強度は、ＪＩＳ Ｚ２２７１、Ｚ
２２７２に準拠する。当該金属シャフト（１０）は、当
該端部（１１）に接合するシャフト部を有していて、当
該金属シャフト（１０）の当該端部（１１）は、時効硬
化型合金から構成されていて、当該端部は、ＨRC硬度が
３５〜４５になるように時効硬化処理をして、次いで、
当該シャフト部に接合することが好ましい。ＨRC硬度
は、ＪＩＳ Ｚ２２４５に準拠する。

【００１０】 当該金属シャフト（１０）は、当該端部
に接合するシャフト部（１８ａ、１８ｂ）を有してい
て、当該シャフト部は、ＨRC硬度が３５〜４５になるよ
うに焼き入れ及び焼き戻しを行い、次いで、当該端部に
接合することが好ましい。当該シャフト部の材料として
はニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ）、アルミニ
ウムクロムモリブデン鋼（ＳＡＣＭ）等の構造用合金
鋼、あるいはＳＵＨ等の耐熱鋼が好ましい。先端部（１
５）の内周面の角部（１５ｂ）はテーパ又は面取りされ
ていることが好ましい。

【００１１】

【実施例】 図１は、本発明のタービンロータを説明す
るための断面図である。図２は、本発明のタービンロー
タを説明するための正面図であり、一部が断面となって
いる。そして、図１は、図２のＡを拡大したものであ
る。図３は、先端部を説明するための断面図であり、図
１のＢを拡大したものである。本発明のタービンロータ
は、セラミックロータ２０と金属シャフト１０とが接合
したものである。セラミックロータ２０は、ハブ部２２
と、ハブ部２２に接続する放射状の翼部２４と、ハブ部
２２に同軸に接続して軸方向に凸形状に形成される軸部
２６と、ハブ部２２に同軸に接続してハブ部に対して軸
部２６と反対側に形成されるボス部２８とを有する。

【００１２】 翼部２４はほぼ径方向に放射形状を有し
ていて、ガスがスムーズに排出できるように周方向にね
じれている。ボス部２８の周面には、多数の溝が軸方向
に規則的に形成される。そして、ハブ部２２、翼部２
４、軸部２６及びボス部２８は一体的に形成される。一
体的な形成としては、例えば、セラミックス粉末、有機
バインダー等を含有する坏土を射出成形により所望形状
の成形体に成形し、有機バインダーを除去するために成
形体を加熱する脱脂を行い、次いで、成形体を焼結す
る。また、脱脂工程の後で焼結工程の前に、等方加圧成
形を行うことが好ましい。

【００１３】 金属シャフト１０は、シャフト部１８
ａ、１８ｂ及び二つの端部１１、１９を有する。端部１
１にはセラミックロータ２０が嵌合する。一方、端部１
９には、エアコンプレッサ用のロータ（図示していな
い。）が接合することができる。金属シャフト１０の端
部１１には、セラミックロータ２０の軸部２６を挿入す
るための凹部１２が形成されている。この凹部１２は周
壁１４に囲まれている。周壁１４の内周面１４ｓは円筒
形状である。セラミックロータ２０の軸部２６に金属シ
ャフト１０の凹部１２が同軸に嵌合する。嵌合には、圧
入、焼きばめ、ロウ付け等あるいはこれらを組み合わせ
た方法が含まれる。圧入のときには、金属シャフト１０
の周壁１４の内周面１４ｓの直径は、セラミックロータ
２０の軸部２６の外径より若干大きい。

【００１４】 周壁１４はその先端に肉薄である先端部
１５を有する。そして、先端部１５の外周面１５ｔが先
端に向かって肉薄である。周壁１４の外周面１４ｔに
は、段差１５ａが径方向に形成されていて、その段差１
５ａより先端方向には先端部１５が肉薄である。図１で
は、外周面１５ｔが軸方向に平行であるが、外周面１５
ｔが軸方向に平行である必要はない。また、図１では、
段差１５ａが径方向に平行であるが、径方向に平行であ
る必要はない。

【００１５】 先端部１５が肉薄とは、先端部１５の径
方向の厚さの平均ｔが、先端部１５ではない周壁１４の
径方向の厚さより小さいということをいう。先端部の厚
さは先端部のどこでも一定である必要はなく、厚さが変
化してもよい。例えば、先端部の外周面がテーパされて
いてもよい。図１では、先端部１５の外径ｄは、周壁１
４の外径より小さい。周壁１４の外径を定めるには、周
壁１４の外周面１４ｔに設けられた溝１６、１７におけ
る外径は考慮しない。

【００１６】 セラミックロータ２０の軸部２６と金属
シャフト１０の凹部１２との嵌合端２９が先端部１５の
内周面１５ｓに位置する。ここで、嵌合端とは、セラミ
ックロータ１０の軸部１２の周面と、金属シャフト２０
の周壁１４の内周面１４ｓとが互いに接触するところか
ら接触しないところへの境界を意味する。先端部１５の
内周面１５ｓの角部１５ｂは丸く面取りされている。こ
れにより、角部１５ｂにおける応力集中を防止すること
ができる。図１では、軸部２６の外周面２６ｓとハブ部
２２の外周面とが接続する接続部２５では、外周面の曲
率が変わっていて、微少な突起となっている。しかし、
このような突起が形成される必要はない。図１では、軸
部２６の外周面２６ｓは、ハブ部２２と接続する近傍で
テーパされている。そして、このテーパの曲率は、先端
部１５の角部１５ｂの曲率より大きい。

【００１７】 図１では、先端部１５の外周面１５ｔの
延長上に接続部２６が位置している。しかし、本発明で
は、接続部２６が外周面１５ｔの延長上に位置する必要
はなく、外周面１５ｔより径方向に外側に位置してもよ
いし、径方向に内側に位置してもよい。周壁１４の外周
面１４ｔには、シールリング溝１６及びオイルスリンガ
溝１７が形成されている。何れの溝１６、１７も外周面
１４ｔの全周にわたって設けられている。図１では、溝
１６、１７の断面はそれぞれ長方形形状、半円形状を有
する。しかし、溝１６、１７の形状は特に限定されるも
のではなく、溝の作用をするものであればどのような形
状でもよい。

【００１８】 図５は、本発明のタービンロータの先端
部を拡大した断面図である。先端部４５の外周面４５ｔ
は、軸方向と平行ではなく、先端に向かってテーパして
いる。また、段差４５ａは軸方向と垂直に形成されてお
らず、段差４５ａと外周面４５ｔがなす角度は、９０度
より大きく、１７０度より小さく形成されている。嵌合
端４９は、先端部４５の内周面４５ｓに位置する。図６
は、本発明のタービンロータの先端部を拡大した断面図
である。先端部５５の外周面５５ｔは、軸方向と平行で
はなく、先端に向かってテーパしている。また、図６で
は、段差が形成されていない。周壁５４の外周面５４ｔ
から先端部５５の外周面５５が連続する。周壁５４の外
周面５４ｔと先端部５５の外周面５５とがなす角度は、
１３５〜１７５度が好ましく、１５０〜１７５度が更に
好ましい。嵌合端５９は、先端部５５の内周面５５ｓに
位置する。

【００１９】 以下、本発明を実験例に基づいて更に詳
細に説明するが、本発明はこれらの実験例に限定される
ものではない。 （実験例１）図１〜３に示すタービンロータを作成し
た。まず、セラミックロータ２０の作成方法を説明す
る。平均粒径が１．０μｍの窒化珪素粉末１００重量
部、ＳｒＯ₂２重量部、ＭｇＯ３重量部、ＣｅＯ₂３重量
部を調合した。この調合粉末１００重量部に対して、２
０重量部の有機バインダーを添加した。有機バインダー
は、融点が６２℃であって、パラフィンワックスが主成
分であった。この混合物を用いて、射出成形で、翼径が
６５ｍｍのセラミックロータ２０を成形した。

【００２０】 この成形体を活性アルミナを主成分とす
る無機粉末に完全に埋没させて脱脂した。脱脂工程の加
熱スケジュールは、まず、室温から６０℃まで、１時間
当たり１℃で昇温し、６０℃で３０時間保持した。次い
で、６０℃から１８０℃まで１時間当たり２℃で昇温
し、１８０℃で２０時間、保持した。最後に、１８０℃
から４５０℃まで１時間当たり３℃で昇温し、４５０℃
で１０時間保持し、次いで、４５０℃から室温まで、炉
冷した。脱脂体を窒素雰囲気中で、１７００℃に１時間
保持し、焼結した。焼結したロータの軸部２６を、＃２
７０のメタルボンドダイヤモンド砥石により研削加工し
た後、グリーンカーバイド砥石により仕上げ加工した。
仕上げ後の軸部外径は、１２．００３〜１２．００８ｍ
ｍとなるようにした。また、軸部の表面粗さＲａは０．
１〜０．８μｍ、真円度は０．００６μｍ以下、円筒度
は０．０１２μｍ以下となるように、砥石の種類、番砥
及び加工条件を調整した。軸部の先端部はＣ１及びＲ
１．５ｍｍよりなる面取りを施した。

【００２１】 次に、金属シャフト１０の作製方法を説
明する。直径が１８ｍｍである低熱膨張耐熱合金（日立
金属（株）、製品名ＨＲＡ９２９）の丸棒を長さ２０ｍ
ｍに切断し、次いで、直径１８ｍｍで長さが１５ｍｍの
丸棒に加工した。また、直径が１２ｍｍの構造用合金鋼
（ＳＮＣＭ４３９）を冷間鍛造によりシャフト部１８
ａ、１８ｂ及び端部１９に成形した。このＨＲＡ９２９
丸棒及びＳＮＣＭ４３９丸棒を摩擦圧接により、同軸に
接合した。この接合体を電気炉にて、７８０℃で６時
間、次いで、６８０℃で８時間の熱処理を施し、ＨＲＡ
９２９の部分を析出硬化させ、ＨRC硬度が３８〜４５と
なるようにした。次いで、この接合体を旋盤にて、ＨＲ
Ａ丸棒１８ａの端部１１に凹部１２を形成し、また、周
壁１４の先端の外周部を研削して先端部を形成した。凹
部１２における周壁１４の内周面１４ｓについては、内
径Ｄが１１．９２３±０．０２ｍｍ、表面粗さＲａが
０．１〜０．８μｍ、真円度が０．０２０μｍ以下とな
るように加工した。ＳＮＣＭ４３９丸棒は、シャフト部
１８ａの外径が９．５ｍｍに加工した。

【００２２】 セラミックロータ２０と金属シャフト１
０を圧入装置に取り付け、セラミックロータ２０の軸部
２６を金属シャフト１０の凹部１２に圧入して接合し
た。圧入部の締代としては、軸部２６の外径が、周壁１
４の内周面１４ｓの内径より５０〜１３０μｍ大きくな
るようにした。セラミックロータ２０と金属シャフト１
０との接合体を旋盤に取り付け、金属シャフト１０を粗
加工した後、研削盤にて仕上げ加工した。金属シャフト
１０については、周壁１４の外周面１４ｔにシールリン
グ用の溝１６及びオイルスリング用の溝１７を設けた。
更に、セラミックロータ２０については、翼部２４の先
端のシュラウド部、チップ部を仕上げ加工した。

【００２３】（実験例２〜２０）実験例１と同一のセラ
ミックロータ及び金属シャフトを作製した。ただし、金
属シャフト１０の端部１１の先端部１５のサイズのみを
変化させた。 （実験例２１〜２５）実験例１と同一のセラミックロー
タを作製した。しかし、金属シャフトについては、実験
例１〜２０と異なって、先端部を形成しなかった。即
ち、壁部１４の外表面１４ｓは軸方向と平行であり、こ
の外表面１４ｓが壁部１４の端面に連続した。

【００２４】（評価方法）得られたタービンロータを組
み込んだターボチャージャ組立体を排気量２０００ｃｃ
のガソリンエンジンに取り付けた。そして、エンジンダ
イナモ装置を用いて、タービン回転数が１２万ｒｐｍ
で、ターボチャージャ組立体のタービン入口における排
気ガス温度が９５０℃となるように、エンジンの運転条
件を設定して、２００時間連続して運転した。運転終了
後タービンロータを取り外し、外観を確認した。タービ
ンロータを電気炉にて５００℃で５分間加熱した。次い
で、電気炉より取り出し、セラミックロータと金属シャ
フトの嵌合部分に圧縮空気を吹き付けて、１分間に１０
０℃になるまで冷却した。１サイクルがこの加熱及び冷
却からなり、このサイクルを３００回繰り返した。

【００２５】熱サイクル試験の終了後に回転曲げ試験を
行った。タービンロータのシャフト部１８ａ、１８ｂを
治具にて固定し、オートグラフにてセラミックロータ２
０のボス部２８の先端に一定の荷重を加えながら、１．
５ｒｐｍでセラミックロータ２０を３６０度回転させ
た。荷重は６０ｋｇｆより始めて、２０ｋｇｆ毎荷重を
増加していき、セラミックロータ２０の軸部２６が破損
するまで試験を行った。試験結果を表１にまとめる。

【００２６】

【表１】

【００２７】実験例１１と実験例１６とでは、ｄ／Ｄは
ほぼ一定である。しかし、ａ／ｔは２．００及び２．５
５と異なる。従って、ａ／ｔは、２以下が好ましい。ま
た、比較例に相当する実験例２１〜２５では、熱サイク
ル試験を行った後、外観を調べたところ、１体のタービ
ンロータの周壁１４の外周面１４ｔに割れが認められ
た。異常がなかった４体について回転曲げ試験にて曲げ
強度を評価した。

【００２８】

【発明の効果】 本発明によれば、嵌合端に応力が集中
し難くなるので、セラミックロータの軸部にクラックが
生じ難くなり、また、セラミックロータと金属シャフト
との接合強度が増加する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のタービンロータの部分の断面図であ
る。図２のＡの拡大である。

【図２】 本発明のタービンロータの正面図であり、一
部が断面図になっている。

【図３】 本発明のタービンロータの先端部の断面図で
ある。図１のＢの拡大である。

【図４】 従来のタービンロータの断面図である

【図５】 本発明のタービンロータの先端部の断面図で
ある。

【図６】 本発明のタービンロータの先端部の断面図で
ある。

【符号の説明】

１０・・・金属シャフト、１１・・・端部、１２・・・凹部、１
４・・・周壁、１４ｓ・・・内周面、１４ｔ・・・外周面、１５・
・・先端部、１５ａ・・・段差、１５ｂ・・・角部、１５ｓ・・・
内周面、１５ｔ・・・外周面、１６・・・シールリング溝、１
７・・・オイルスリンガ溝、１８ａ・・・シャフト部、１８ｂ
・・・シャフト部、１９・・・端部、２０・・・セラミックロー
タ、２２・・・ハブ部、２４・・・翼部、２６・・・軸部、２８・
・・ボス部、２９・・・嵌合端、３０・・・タービンロータ、３
２・・・セラミックロータ、３４・・・軸部、３５・・・嵌合
端、３６・・・金属シャフト、３７・・・周壁、３８・・・シー
ルリング溝、３９・・・オイルスリンガ溝、４５・・・先端
部、４５ａ・・・段差、４５ｂ・・・角部、４５ｓ・・・内周
面、４５ｔ・・・外周面、４６・・・軸部、４９・・・嵌合端、
５５・・・先端部、５５ａ・・・段差、５５ｂ・・・角部、５５
ｓ・・・内周面、５５ｔ・・・外周面、５６・・・軸部、５９・・・
嵌合端

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハブ部と、当該ハブ部に接続する放射状
   の翼部と、当該ハブ部に同軸に接続して軸方向に凸形状
   に形成される軸部と、当該ハブ部に同軸に接続して当該
   ハブ部に対して当該軸部の反対側に形成されるボス部と
   が一体的に形成されたセラミックロータと、 当該セラミックロータの当該軸部に同軸に嵌合する金属
   シャフトとを有するタービンロータであって、 当該金属シャフトは端部を有していて、当該端部には当
   該セラミックロータの当該軸部を挿入するための凹部が
   形成されていて、また、当該金属シャフトの当該端部は
   当該凹部を形成するための周壁を有していて、 当該周壁は先端部を有していて、当該先端部の外周面は
   先端に向かって肉薄に形成されていて、当該セラミック
   ロータの当該軸部と当該金属シャフトの当該凹部との嵌
   合端が当該先端部の内周面に位置することを特徴とする
   タービンロータ。
2. 【請求項２】 当該先端部の厚さの平均をｔ、当該先端
   部の外周面の軸方向の長さをａとしたときに、ａ／ｔが
   ０．７〜２．５であり、当該金属シャフトの当該周壁の
   内周面は円筒形状を有していて、当該周壁の内径の平均
   をＤとして、当該先端部の外径の平均をｄとしたとき
   に、ｄ／Ｄが１〜１．２である請求項１に記載のタービ
   ンロータ。
3. 【請求項３】 ａ／ｔが１〜２である請求項２に記載の
   タービンロータ。
4. 【請求項４】 当該周壁には、外周面の先端に段差が径
   方向に形成されていて、その段差より先端方向に先端部
   が形成されている請求項１〜３の何れかに記載のタービ
   ンロータ。
5. 【請求項５】 当該金属シャフトの当該端部は、室温か
   ら４５０℃までの平均熱膨張率が６〜８×１０^ー6／℃で
   あり、かつ、４５０℃、２００時間でのクリープ強度が
   ５００ＭＰａ以上である材料から構成されている上記請
   求項の何れかに記載のタービンロータ。
6. 【請求項６】 当該金属シャフトは、当該端部に接合す
   るシャフト部を有していて、当該金属シャフトの当該端
   部は、時効硬化型合金から構成されていて、当該端部
   は、ＨRC硬度が３５〜４５になるように時効硬化処理を
   して、次いで、当該シャフト部に接合する上記請求項の
   何れかに記載のタービンロータ。
7. 【請求項７】 当該金属シャフトは、当該端部に接合す
   るシャフト部を有していて、当該シャフト部は、ＨRC硬
   度が３５〜４５になるように焼き入れ及び焼き戻しを行
   い、次いで、当該端部に接合する上記請求項の何れかに
   記載のタービンロータ。
8. 【請求項８】 当該先端部の内周面の角部はテーパ又は
   面取りされている上記請求項の何れかに記載のタービン
   ロータ。