JP2000008153A - ターボチャージャのロータ支持構造 - Google Patents

ターボチャージャのロータ支持構造

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JP2000008153A
JP2000008153A JP10173424A JP17342498A JP2000008153A JP 2000008153 A JP2000008153 A JP 2000008153A JP 10173424 A JP10173424 A JP 10173424A JP 17342498 A JP17342498 A JP 17342498A JP 2000008153 A JP2000008153 A JP 2000008153A
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Kikuo Maeda
喜久男 前田
Takahiro Koremoto
隆浩 是本
雅康 ▲吉▼川
Masayasu Yoshikawa
Shintaro Nishi
晋太郎 西
利平 ▲吉▼川
Rihei Yoshikawa
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NTN Corp
Nihon Karoraizu Kogyo KK
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NTN Corp
Nihon Karoraizu Kogyo KK
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高硬度で、面荒れや偏摩耗による異音発生を
防止できるターボチャージャのロータ支持構造を提供す
る。 【解決手段】 ターボチャージャのロータ支持構造を構
成する転がり軸受10の起動輪2、3と転動体1との少
なくともいずれかは、表面層にFe−B、VC、TiC
の少なくともいずれかの化合物層1aを有する鋼よりな
っており、表層においてHv1400以上、内部におい
てHv700以上の高硬度を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボチャージャ
のロータ支持構造に関し、より特定的には、高温かつ著
しく硬い異物が混入するような過酷な環境で使用される
ターボチャージャのロータ支持構造に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】転がり軸受は、低トルク、高精度を長時
間維持しながらの回転を要求されるが、これらの初期性
能は軸受の製作精度で達成できる。一方、使用中に摩耗
や異物噛み込みが起こるような過酷な潤滑条件では、表
面損傷からの剥離が起こる場合は当然のこと、剥離が起
こらない場合でも外来異物(空気中の砂塵であるSiO
2 や機械部品の軸受取付部を加工する砥石であるAl2
3 などの、Hv1000を超える焼入鋼よりはるかに
高硬度の硬質異物)による転走面の荒れ(圧痕や小剥
離)、摩耗による精度の劣化が軸受の機能寿命を引き起
こす。
【0003】特に、ターボチャージャ用の軸受では、高
速で回転するため、この面荒れや摩耗、圧痕や摩耗によ
る軸受の精度劣化が著しい異音や共振音の発生源となる
恐れがあった。今後、さらに軸受の使用条件(高速化や
静粛性)が厳しくなるにつれ、面荒れに対する抵抗性が
必須になる。
【0004】現在のところ、この面荒れを防止するた
め、軌道輪と転動体との少なくともいずれかにフェライ
ト温度領域で窒化処理を施す技術が本願出願人によって
提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
今後さらに使用条件が厳しくなるとフェライト温度領域
で窒化処理を施しても、軌道輪もしくは転動体の硬度は
異物硬度に比べてまだ不十分であり、面荒れや偏摩耗に
よる異音発生を完全に防止できていない。
【0006】また、窒化処理は、フェライト温度領域で
の500〜600℃という高温処理のため、素地が軟化
してしまう。軸受では大きな接触応力で使用されるた
め、窒化部自体の強度の他、処理により素地が軟化する
と、かえって軸受強度が低下してしまう。そこで、素地
硬度を上げるために再焼入すると、今度は窒化部の硬度
が低下するという問題点があった。
【0007】したがって、この窒化処理では、使用条件
が厳しい状況になると硬質異物に対し硬化部が硬度的に
不十分であり、どうしても圧痕や傷による面荒れが生
じ、特に音響特性や偏摩耗発生による振動の増加が起き
てしまうという懸念が生じる。
【0008】それゆえ、本発明の目的は、高硬度で、面
荒れや偏摩耗による異音発生を防止できるターボチャー
ジャのロータ支持構造を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のターボチャージ
ャのロータ支持構造は、ターボチャージャのロータを転
がり軸受で回転自在に支持する支持構造であって、転が
り軸受の内外の軌道輪と転動体との少なくともいずれか
は表面層に化合物層を有し、その表面層の硬度がHv1
400以上、表面層より内側の硬度がHv700以上で
ある。
【0010】本願発明者は鋭意検討した結果、B、V、
Ti等の元素を軸受転走面に拡散させて表層に硼化物や
炭化物などの化合物層を形成することで、表層をHv1
400以上、内部をHv700以上と高硬度にできるこ
とを見出した。
【0011】これにより、表面層を外来異物よりも高硬
度にできるため、面荒れや偏摩耗による異音の発生を防
止することができるとともに、軸受強度が高く転動寿命
に優れた転がり軸受を有するターボチャージャのロータ
支持構造を得ることができる。
【0012】また、表面層は少なくとも5μmの厚みを
有していることが好ましい。これにより、ターボチャー
ジャのロータ支持構造の転がり軸受に必要な表面層と素
地との密着性、加工精度および量産性を確保することが
できる。
【0013】また、化合物層は、Fe−B、VC、Ti
Cよりなる群より選ばれる1種以上を含む材質よりなっ
ていることが好ましい。
【0014】これにより、Hv1400以上の表面層の
硬度およびHv700以上の内部硬度を実現することが
できる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。
【0016】図1は本発明の一実施の形態におけるター
ボチャージャの構造を示す概略断面図であり、図2はそ
のターボチャージャのロータ支持構造を構成する転がり
軸受の構成を示す概略断面図である。
【0017】主に図1を参照して、ターボチャージャの
ロータ支持構造を構成する転がり軸受10は、シャフト
11を回転自在に支持する役割をなしている。このシャ
フト11はターボチャージャのタービン12とコンプレ
ッサ13との回転を接続する役割をなしている。
【0018】主に図2を参照して、転がり軸受10は、
シャフトなどのロータ側に固定される略円筒形状の内輪
2と、ケーシングなどのステータ側に支持される略円筒
形状の外輪3と、その内外の軌道輪2、3間に配置され
た転動体(たとえば玉)1と、その転動体1を保持する
ための保持器4とを有している。内外の軌道輪2、3の
双方には、カウンタボア5、6が設けられ、それによっ
て潤滑油の流れが良好とされ耐焼付性が向上されてい
る。
【0019】本実施の形態では、内外の軌道輪2、3お
よび転動体1の少なくともいずれかは、表面層にFe−
B、VC、TiCよりなる群より選ばれる1種以上の化
合物層を有する鋼よりなっている。ここでは、転動体1
が、たとえばM50製の鋼よりなり、かつその表面層に
Fe−B、VC、TiC等の化合物層1aを有する場合
を示している。これにより、転動体1の表面層はHv1
400以上、表面層の内部はHv700以上の硬度を各
々有している。
【0020】なお、Fe−B、VC、TiCなどの化合
物層1aは転動体1ではなく、内外の軌道輪2、3の表
面に形成されていてもよく、また内外の軌道輪2、3と
転動体1との双方の表面に形成されていてもよい。
【0021】また、転動体1は玉に限定されるものでは
ない。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例について、準高速度鋼
であるM50製の鋼球を用いた場合について説明する。
【0023】まずM50製の鋼球の表面に、Bを拡散さ
せて表層部にFe−B(Fe2 B)層を形成したもの
と、Vを拡散させVC化合物層を形成したものと、Ti
を拡散させTiC化合物層を形成したものとを準備し
た。なお、この拡散は、M50製の鋼球を鉄板製のケー
ス内に粉末材(B、V、Tiなどの粉末)とともに充填
し、加熱・保持する、いわゆる粉末パック法により行な
った。この粉末パック法における処理温度および処理時
間を表1に示す。この場合、たとえばFe−Bにおいて
は、B量、処理温度、処理時間をコントロールすること
で、FeB、Fe2Bの2層化を防ぎ、Fe2 B単層と
した。
【0024】この粉末パック法は固体粉末中での加熱拡
散処理であるため、この拡散処理後、一旦徐冷し、再度
熱処理して素地硬度を高めた。
【0025】粉末パック法における処理後の皮膜厚さお
よび硬度と、再焼入後の硬度とを表1に示す。なお、比
較例としてM50製の鋼球に従来例の軟窒化処理を施し
た場合の条件および表層材質も併せて表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】表1の結果より、本発明例では、どの処理
でも硬化層(硬質皮膜)が20μm程度形成され、それ
ぞれHv1400〜2200と高硬度であるが、素地が
軟化しており、そのままでは軸受部位としては使用でき
ない。これを再度適切な条件で焼入すると、素地硬度は
軸受として適用できる硬度(Hv700以上)に回復
し、硬化部の硬度低下もほとんどなかった。また本発明
例の再焼入後の硬化層の硬度は比較例の硬度に比較して
も格段に高くなった。
【0028】この後、硬化層を残すように、これらの鋼
球を直径で約5〜10μm研磨・ラッピングし、製品と
した。これを軸受に組込み、鋼球径2.8mmで内径φ
7のアンギュラ玉軸受とした。そして、Al2 3 (粒
径20μm以下)を50ppm含む油(油温80℃)を
300cc/minで供給しながら、この軸受を600
00rpmの回転数で回転させ、高速回転試験を行なっ
た。その後の鋼球の荒れ状況および軸受音響を調べた。
このとき、鋼球表面硬度を従来例の軟窒化処理で高めた
もの、および無処理のものも併せて試験した。それらの
結果を表2に示す。
【0029】
【表2】
【0030】表2の結果より、本発明例の3種類のもの
はいずれも試験後の表面の荒れが少なく、音響源となる
軸受振動の増加が少ないが、比較例の軟窒化処理品およ
び無処理品はいずれも表面の荒れおよび振動の増加が大
きかった。
【0031】また本発明例の鋼球を組込んだ軸受にて耐
久試験を行なったところ、通常の使用条件では硬質皮膜
が剥がれたり、割れる現象は見られず、実用域での耐久
性を確認することができた。
【0032】また表1中には処理時間を変えて硬質皮膜
の厚さを変えた場合の硬質皮膜の特性を示しているが、
厚さによる硬度特性の違いはあまりなかった。しかし、
あまり薄いと膜厚の均一性が悪く、厚いと密着性や割れ
(クラック)が発生し、加工や転動時に損傷が出る場合
があることや、処理に長時間を要する問題がある。最適
の硬質皮膜の厚さは軸受への適用を考慮すると研磨加工
後で5〜20μmと考えられる。
【0033】なお、たとえば軸受鋼球の場合、化合物層
を有する表面層を5〜50μmの厚さに形成できるよう
管理すれば、処理後の研磨またはラッピング加工でこの
表面層を残したまま容易に所定の寸法に仕上げることが
可能となる。
【0034】なお、本実施例においては、転がり軸受の
鋼球に硬質皮膜を形成した場合について説明したが、内
輪および外輪の軌道輪に硬質皮膜が形成されても上記と
同様の効果が得られる。
【0035】また本実施例においては、拡散処理方法と
して、固体拡散法である粉末パック法について説明した
が、これ以外に溶融塩浴法や流動層法などの他の拡散法
が用いられてもよい。
【0036】また本実施例では、M50製の鋼を用いた
が、これに限られず、本発明は一般的な軸受用鋼に広く
適用することができる。
【0037】今回開示された実施の形態および実施例は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のターボチ
ャージャのロータ支持構造では、B、V、Tiを軸受転
走面に拡散させて、表層に外来異物よりも高硬度の硼化
物や炭化物を形成して、表層をHv1400以上および
内部をHv700以上としているため、面荒れや偏摩耗
による異音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるターボチャージ
ャの構造を示す概略断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態におけるターボチャージ
ャのロータ支持構造を構成する転がり軸受の構成を示す
概略断面図である。
【符号の説明】
1 転動体 1a 化合物層 2 内輪 3 外輪 4 保持器 5、6 カウンタボア 10 転がり軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16C 33/64 F16C 33/64 (72)発明者 是本 隆浩 静岡県磐田市東貝塚1578番地 エヌティエ ヌ株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼川 雅康 滋賀県甲賀郡甲西町大池町8番地 日本カ ロライズ工業株式会社内 (72)発明者 西 晋太郎 滋賀県甲賀郡甲西町大池町8番地 日本カ ロライズ工業株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼川 利平 滋賀県甲賀郡甲西町大池町8番地 日本カ ロライズ工業株式会社内 Fターム(参考) 3J101 AA01 AA32 AA62 BA10 BA70 DA03 EA05 EA80 FA31 GA60

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターボチャージャのロータを転がり軸受
    で回転自在に支持する支持構造であって、 前記転がり軸受の内外の軌道輪と転動体との少なくとも
    いずれかは、表面層に化合物層を有し、前記表面層の硬
    度がHv1400以上、前記表面層より内側の硬度はH
    v700以上である、ターボチャージャのロータ支持構
    造。
  2. 【請求項2】 前記表面層は少なくとも5μmの厚みを
    有している、請求項1に記載のターボチャージャのロー
    タ支持構造。
  3. 【請求項3】 前記化合物層は、Fe−B、VC、Ti
    Cよりなる群より選ばれる1種以上を含む材質よりなっ
    ている、請求項1に記載のターボチャージャのロータ支
    持構造。
JP10173424A 1998-06-19 1998-06-19 ターボチャージャのロータ支持構造 Withdrawn JP2000008153A (ja)

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Effective date: 20050906