JP2002039191A - ターボチャージャ用回転支持装置 - Google Patents

ターボチャージャ用回転支持装置

Info

Publication number
JP2002039191A
JP2002039191A JP2000217661A JP2000217661A JP2002039191A JP 2002039191 A JP2002039191 A JP 2002039191A JP 2000217661 A JP2000217661 A JP 2000217661A JP 2000217661 A JP2000217661 A JP 2000217661A JP 2002039191 A JP2002039191 A JP 2002039191A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ball bearing
balls
ball
bearing
peripheral surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000217661A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Yakura
健二 矢倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2000217661A priority Critical patent/JP2002039191A/ja
Priority to EP01951892.7A priority patent/EP1302636B1/en
Priority to PCT/JP2001/006096 priority patent/WO2002006649A1/ja
Publication of JP2002039191A publication Critical patent/JP2002039191A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/62—Selection of substances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F01D25/162—Bearing supports
    • F01D25/164—Flexible supports; Vibration damping means associated with the bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F16C19/163—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls with angular contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • F16C19/546—Systems with spaced apart rolling bearings including at least one angular contact bearing
    • F16C19/547—Systems with spaced apart rolling bearings including at least one angular contact bearing with two angular contact rolling bearings
    • F16C19/548—Systems with spaced apart rolling bearings including at least one angular contact bearing with two angular contact rolling bearings in O-arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06—Ball or roller bearings
    • F16C25/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C25/083—Ball or roller bearings self-adjusting with resilient means acting axially on a race ring to preload the bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/32—Balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/04—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies
    • F16C27/045—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies with a fluid film, e.g. squeeze film damping

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト上昇を抑えつつ、優れた耐久性を有す
る構造を実現する。 【解決手段】 両端にインペラとタービンとを固定した
回転軸３を支持する第一、第二の玉軸受４、５のうち、
潤滑条件が厳しい、タービン側の第二の玉軸受５の耐久
性を向上させる。この為に、この第二の玉軸受５の接触
角を５〜２５度とする。又、この第二の玉軸受５を構成
する各部材のうち、第二の内輪１３の外周面に設けた第
二の内輪軌道１２と、各第二の玉１４、１４の転動面と
のうちの少なくとも一方に、窒化層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明のターボチャージャ用
回転支持装置は、自動車用エンジンの出力を向上させる
為のターボチャージャに組み込み、インペラとタービン
とを接続する回転軸を軸受ハウジングに対し、回転自在
に支持する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの出力を排気量を変えずに増大
させる為、エンジンに送り込む空気を排気のエネルギに
より圧縮するターボチャージャが、広く使用されてい
る。このターボチャージャは、排気のエネルギを、排気
通路の途中に設けたタービンにより回収し、このタービ
ンをその端部に固定した回転軸により、給気通路の途中
に設けたコンプレッサのインペラを回転させる。このイ
ンペラは、エンジンの運転に伴って数万乃至は十数万mi
n-1 （r.p.m.）の速度で回転し、上記給気通路を通じて
エンジンに送り込まれる空気を圧縮する。
【０００３】ところで、上述の様なターボチャージャの
レスポンス（アクセル操作に対する追従性）を向上させ
る為、上記回転軸を玉軸受により支承する事が、近年広
く行なわれる様になっている。例えば、実用新案登録第
２５８４９３６号公報には、この様な目的でターボチャ
ージャの回転軸を玉軸受により支承した構造が記載され
ている。又、この公報に記載されたターボチャージャ用
玉軸受の場合、内輪及び保持器を、耐熱性を有する材料
により造り、更に、この保持器を外輪案内により回転自
在に支持している。この為、上記玉軸受に送り込む潤滑
油の温度を上昇させる事により、この潤滑油の粘度を低
下させる事ができると共に、上記保持器の高速回転に伴
う振動を抑える事ができる。更に、上記玉軸受の場合に
は、上記外輪の内周面と保持器の外周面との間の案内隙
間、並びに、この保持器を構成するポケットの内面と各
玉との間に形成される隙間、並びに、上記外輪の内周面
と保持器の外周面との表面粗さや真円度を所定の範囲に
規制している。この為、上記公報に記載された玉軸受に
よれば、この玉軸受内で潤滑油が滞留する量を少なくす
ると共に、この潤滑油の存在に起因する玉軸受の回転抵
抗を小さくできる。この結果、ターボチャージャを回転
させるのに要するトルクを小さくして、このターボチャ
ージャのレスポンス向上を図れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ターボチャージャ用回
転支持装置を構成する玉軸受は、運転速度が速い事と環
境温度が高い事とにより、潤滑性確保の面からは非常に
条件が厳しい。特に、排気の熱に曝されるタービン側に
設ける玉軸受の場合には、温度上昇が著しい為、潤滑条
件の厳しさがより一層顕著になる。その中でも、内輪の
外周面に形成した内輪軌道と、各玉の転動面との転がり
接触部分の潤滑性確保が一番厳しくなる。この理由は、
次の通りである。
【０００５】即ち、高温下で玉軸受を高速運転すると、
温度上昇に伴って粘度が低下した潤滑油は、遠心力に基
づいて径方向外方に振り飛ばされ、上記内輪軌道の表面
には僅かな潤滑油しか残らない。しかも、僅かに残った
潤滑油のうちの多くの部分も、上記内輪の温度上昇に伴
って蒸発する為、上記内輪軌道表面には極く僅かな潤滑
油しか残らない。この為、この内輪軌道と上記各玉の転
動面との転がり接触部で油膜切れを生じ、これら内輪軌
道や転動面に擦り傷や異常摩耗等の損傷が発生し易い。
そして、この様な損傷が発生した場合には、振動や騒音
が著しくなって、乗員に不快感を与えたり、上記玉軸受
の寿命が短くなると言った問題を発生する。
【０００６】この様な問題を解決する為に、ターボチャ
ージャ用回転支持装置に組み込む玉軸受を構成する、内
輪と外輪と複数の玉とのうちの全部又は一部をセラミッ
ク製とする事も考えられる。但し、セラミック製の軸受
構成部品は、軸受鋼等の硬質金属製の軸受構成部品に比
べ高価で、ターボチャージャ用回転支持装置のコストを
相当に上昇させる為、高価な高性能車用等、適用できる
場合が限られる。本発明のターボチャージャ用回転支持
装置は、この様な事情に鑑みて、コスト上昇を抑えつ
つ、タービン側に設ける玉軸受の内輪軌道と各玉の転動
面との損傷防止を図るべく発明したものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のターボチャージ
ャ用玉軸受は、従来から知られているターボチャージャ
用回転支持装置と同様に、その一端部にインペラを、そ
の他端部にタービンを、それぞれ固定した回転軸を、軸
受ハウジングの内側に回転自在に支持する為、この回転
軸の両端部と軸受ハウジングの内周面との間に１対の玉
軸受を設けている。
【０００８】特に、本発明のターボチャージャ用回転支
持装置に於いては、上記回転軸の一端部と上記軸受ハウ
ジングの内周面との間に設けた第一の玉軸受は、この回
転軸の一端部に外嵌固定した第一の内輪の外周面に形成
した第一の内輪軌道と上記軸受ハウジングに内嵌した第
一の外輪の内周面に形成した第一の外輪軌道との間に設
けた複数個の第一の玉に接触角を持たせたアンギュラ型
玉軸受である。
【０００９】又、上記回転軸の他端部と上記軸受ハウジ
ングの内周面との間に設けた第二の玉軸受は、この回転
軸の他端部に外嵌固定した、金属製である第二の内輪の
外周面に形成した第二の内輪軌道と上記軸受ハウジング
に内嵌した第二の外輪の内周面に形成した第二の外輪軌
道との間に設けた、それぞれが金属製である複数個の第
二の玉に、上記第一の玉と逆方向に５〜２５度の接触角
を持たせたアンギュラ型玉軸受である。そして、上記第
二の内輪軌道と上記第二の玉の転動面とのうちの少なく
とも一方の面が窒化処理されている。尚、上記接触角が
５〜２５度の範囲内にあるのは、常温時の状態である。
【００１０】
【作用】上述の様に構成する本発明のターボチャージャ
用回転支持装置によれば、温度上昇が著しくなるタービ
ン側に設ける第二の玉軸受のうちで、特に潤滑条件が厳
しくなる、第二の内輪軌道と各第二の玉の転動面との接
触条件を改善して、コスト上昇を抑えつつ、これら第二
の内輪軌道と各第二の玉の転動面との損傷防止を図れ
る。
【００１１】即ち、上記第二の内輪軌道と上記第二の玉
の転動面とのうちの少なくとも一方の面を窒化処理して
いるので、当該部分の硬度が高くなり、擦り傷や異常摩
耗等の損傷が発生しにくくなる。又、第二の内輪軌道と
各第二の玉の転動面との接触部が、同種の金属同士の接
触ではなくなる為、この接触部で凝着が発生する事を防
止し、潤滑条件を良好にして、振動や騒音の発生を防止
できる。
【００１２】又、上記各第二の玉の接触角を５〜２５度
の範囲に規制したので、上記第二の玉軸受部分の温度上
昇を抑えて、潤滑油の蒸発を抑え、やはり潤滑条件を良
好にできる。即ち、アンギュラ型玉軸受である上記第二
の玉軸受の場合、上記各第二の玉の転動面と第二の内輪
軌道及び第二の外輪軌道との接触部で、この接触部に存
在する接触楕円がスピンする事に伴う滑りが発生する。
この様な滑りは、上記接触角が大きくなる程著しくな
り、その結果発生する摩擦熱に基づく温度上昇も著しく
なる。又、高速回転時には、玉に遠心力が働き、上記第
二の内輪軌道と玉との接触角が初期設定角度よりも大き
くなり、その結果、滑りが大きくなって温度上昇が著し
くなる。そこで、本発明のターボチャージャ用回転支持
装置の場合には、上記各第二の玉の接触角を２５度以下
に抑えて、上記第二の玉軸受の内部で発生する摩擦熱に
よる温度上昇を抑えている。逆に言えば、上記各第二の
玉の接触角が２５度を越えると、上記第二の玉軸受の温
度上昇が著しくなり、上記接触楕円部分の潤滑条件を良
好に保つ事が難しくなる。
【００１３】一方、上記接触角を小さくすると、上記第
二の玉軸受のラジアル隙間が小さくなる事に伴い、温度
上昇時に上記各第二の玉の転動面と第二の内輪軌道及び
第二の外輪軌道との接触部の当接圧が過大になり、焼き
付き等の重大な損傷が発生し易くなる。即ち、ターボチ
ャージャの運転時には、温度上昇に伴って上記各第二の
玉と第二の内輪及び第二の外輪とが膨張するが、この膨
張量は、各部材毎に異なる。即ち、回転軸を介して排気
の熱に曝され、しかも冷却されにくい上記第二の内輪の
熱膨張量が多くなるのに対して、この第二の内輪に比べ
て排気の熱が伝わりにくく、しかも潤滑油等により効率
良く冷却される軸受ハウジングに内嵌された第二の外輪
の熱膨張量は少なくなる。この結果、温度上昇に伴って
第二の内輪軌道と第二の外輪軌道との間隔が狭くなる上
に上記第二の玉の直径が大きくなり、上記ラジアル隙間
が喪失し、更にこのラジアル隙間が負になる事で上記接
触部の当接圧が過大になって、上述の様に焼き付等の重
大な損傷が発生し易くなる。そこで、本発明のターボチ
ャージャ用回転支持装置の場合には、上記各第二の玉の
接触角を５度以上確保して、温度上昇時にもラジアル隙
間を確保し、焼き付等の重大な損傷の発生を防止してい
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１〜３は、本発明の実施の形態
の１例を示している。尚、図１は、本発明の効果を確認
する為に使用した実験装置を示している。但し、この実
験装置は、実際のターボチャージャを模して構成したも
のであり、且つ、本発明の対象となる回転支持装置部分
の構成に関しては、実際に自動車の走行用エンジンに組
み込むターボチャージャの場合と同様である。よって、
図１に示した実験装置の構成を説明しつつ、本発明のタ
ーボチャージャ用回転支持装置に就いて説明する。
【００１５】回転支持装置１は、軸受ハウジング２の内
側に回転軸３を、それぞれがアンギュラ型玉軸受である
第一、第二の玉軸受４、５により、回転自在に支持して
成る。この回転軸３の一端（図１〜２の右端）にはイン
ペラ６を、他端（図１〜２の左端）にはタービン７を、
それぞれ固定して、このタービン７の回転を上記インペ
ラ６に伝達自在としている。このうちのタービン７は排
気通路８の途中に配置し、インペラ６は給気通路９の途
中に配置している。エンジンの運転時には、このエンジ
ンから吐出されて上記排気通路８を流通する排気によ
り、上記タービン７を駆動する。この様にして駆動され
たタービン７の回転は、上記回転軸３を介して上記イン
ペラ６に伝達される。
【００１６】上記回転支持装置１を構成する、上記第
一、第二の玉軸受４、５はそれぞれ、図３に示す様なア
ンギュラ型玉軸受である。これら第一、第二の玉軸受
４、５の構成は、基本的には同じである。即ち、本発明
は、第一の玉軸受４に比べて潤滑条件が厳しくなる第二
の玉軸受５の損傷防止を、コスト上昇を抑えつつ図るも
のである。第一の玉軸受４に関しては、あまり潤滑条件
が厳しくないので、一般的なアンギュラ型玉軸受を使用
しても良いし、勿論、上記第二の玉軸受５と同じ仕様の
ものを用いても良い。就いては、以下の説明は、この第
二の玉軸受５を中心に行なう。
【００１７】この第二の玉軸受５は、内周面に第二の外
輪軌道１０を有する第二の外輪１１と、外周面に第二の
内輪軌道１２を有する第二の内輪１３と、この第二の内
輪軌道１２と上記第二の外輪軌道１０との間に転動自在
に設けた複数個の第二の玉１４、１４とを備える。又、
これら各第二の玉１４、１４は、円環状の保持器１５に
設けた複数のポケット１６内に、それぞれ１個ずつ転動
自在に保持している。又、本例の場合には、上記第二の
内輪１３を、片側の肩部をなくした、所謂カウンタボア
としている。又、上記保持器１５の外周面を、上記第二
の外輪１１の内周面に近接対向させる事により、この保
持器１５の直径方向位置をこの第二の外輪１１により規
制する、外輪案内としている。
【００１８】この様な第二の玉軸受５は、上記第二の外
輪１１を前記軸受ハウジング２の端部に内嵌すると共
に、上記第二の内輪１３を上記回転軸３の他端部に外嵌
固定する事により、この回転軸３の他端部を上記軸受ハ
ウジング２に対し、回転自在に支持している。又、上述
した様に、同様の構成を有する上記第一の玉軸受４は、
第一の外輪１７を軸受ハウジング２の端部に内嵌すると
共に、第一の内輪１８を上記回転軸３の一端部に外嵌固
定する事により、この回転軸３の一端部を上記軸受ハウ
ジング２に対し、回転自在に支持している。又、上記第
一、第二の外輪１７、１１には、圧縮ばね１９により互
いに離れる方向の弾力を付与している。即ち、これら両
外輪１７、１１の互いに対向する端面にそれぞれ押圧環
２０、２０を突き合わせ、これら両押圧環２０、２０同
士の間に、上記圧縮ばね１９を挟持している。従って上
記第一、第二の玉軸受４、５には、背面組み合わせ（Ｄ
Ｂ）型の接触角が付与された状態となる。
【００１９】上述した様に、ターボチャージャ用の回転
支持装置１の基本構成自体は、従来から一般的に知られ
ている構造と同様である。図示の実験装置では、上記軸
受ハウジング２をターボチャージャを構成するケーシン
グ２１に内嵌固定する事により、上記回転軸３をこのケ
ーシング２１内に、回転自在に支持している。
【００２０】特に、本発明の回転支持装置１の場合に
は、コスト上昇を抑えつつ上記第二の玉軸受５の耐久性
を確保すべく、この第二の玉軸受５の仕様・諸元を、次
の様に規制している。先ず、この第二の玉軸受５を構成
する、上記第二の外輪１１と上記第二の内輪１３と前記
各第二の玉１４、１４とは、それぞれ鉄系の硬質金属
（ステンレス系のものを含む）としている。特に、上記
第二の内輪１３と上記各第二の玉１４、１４との一方又
は双方は、表面の窒化処理を可能な硬質金属製としてい
る。
【００２１】そして、上記各第二の玉１４、１４に付与
する接触角θを、５〜２５度の範囲に規制している。
又、上記第二の内輪１３の外周面に形成した前記第二の
内輪軌道１２と上記各第二の玉１４、１４の転動面との
うちの少なくとも一方の面を、窒化処理により硬化させ
ている。
【００２２】上述の様に構成する本発明のターボチャー
ジャ用の回転支持装置１によれば、温度上昇が著しくな
るタービン７側に設ける上記第二の玉軸受５のうちで、
特に潤滑条件が厳しくなる、上記第二の内輪軌道１２と
各第二の玉１４、１４の転動面との接触条件を改善し
て、コスト上昇を抑えつつ、これら第二の内輪軌道１２
と各第二の玉１４、１４の転動面との損傷防止を図れ
る。この理由に就いて、以下に説明する。
【００２３】先ず、上記第二の内輪軌道１２と上記各第
二の玉１４、１４の転動面とのうちの少なくとも一方の
面を窒化処理しているので、当該部分の硬度が高くな
り、擦り傷や異常摩耗等の損傷が発生しにくくなる。即
ち、窒化処理により表面硬度を高くした部分には傷や異
常摩耗等の損傷が発生しにくくなり、この面と転がり接
触する相手面も、この面の損傷に伴う損傷が発生しなく
なる為、やはり損傷されにくくなる。又、上記第二の内
輪軌道１２と上記各第二の玉１４、１４の転動面との接
触部が、同種の金属同士の接触ではなくなる為、この接
触部で凝着が発生する事を防止し、潤滑条件を良好にし
て、振動や騒音の発生を防止できる。即ち、周知の様
に、同種の金属同士を油膜を介する事なく接触させる
と、潤滑不良の場合に、凝着に伴う焼き付き等の損傷を
発生し易くなるが、一方の面に窒化処理層を形成する事
により、同種の金属同士の接触ではなくなる為、上記損
傷を防止できる。又、互いに接触する両面に窒化処理層
を形成した場合でも、窒化処理層が凝着しにくい為、や
はり上記損傷の発生を防止できる。
【００２４】又、上記各第二の玉１４、１４の接触角θ
を５〜２５度の範囲に規制したので、上記第二の玉軸受
５部分の温度上昇を抑えて、潤滑油の蒸発を抑え、やは
り潤滑条件を良好にできる。即ち、アンギュラ型玉軸受
である上記第二の玉軸受５の場合、上記各第二の玉１
４、１４の転動面と上記第二の内輪軌道１２及び前記第
二の外輪軌道１０との接触部で、この接触部に存在する
接触楕円がスピンする事に伴う滑りが発生する。即ち、
上記各第二の玉１４、１４が自転しつつ公転する事に伴
って上記接触楕円が、やはり自転しつつ公転する。そし
て、この接触楕円の長径方向が、上記各玉１４、１４が
１回公転する毎に１回自転するのに伴って、この接触楕
円部分で滑りが発生する。この様な滑りは、上記接触角
θが大きくなる程著しくなり、その結果発生する摩擦熱
に基づく温度上昇も著しくなる。又、高速回転時には、
上記各第二の玉１４、１４に遠心力が働き、上記第二の
内輪軌道１２とこれら各第二の玉１４、１４との接触角
が初期設定角度よりも大きくなり、その結果、滑りが大
きくなって、温度上昇がより著しくなる。
【００２５】そこで、本発明のターボチャージャ用の回
転支持装置１の場合には、上記各第二の玉１４、１４の
接触角θを、常温時の状態で２５度以下に抑えて、上記
第二の玉軸受５の内部で発生する摩擦熱による温度上昇
を抑えている。逆に言えば、上記各第二の玉１４、１４
の接触角が、常温時の状態で２５度を越えると、上記接
触楕円部分で発生する滑りが著しくなって、上記第二の
玉軸受５の温度上昇が著しくなり、上記接触楕円部分の
潤滑条件を良好に保つ事が難しくなる。
【００２６】一方、上記接触角θを小さくすると、上記
第二の玉軸受５のラジアル隙間が小さくなる事に伴い、
温度上昇時に上記各第二の玉１４、１４の転動面と上記
第二の内輪軌道１２及び第二の外輪軌道１０との接触部
の当接圧が過大になり、焼き付き等の重大な損傷が発生
し易くなる。即ち、ターボチャージャの運転時には、温
度上昇に伴って上記各第二の玉１４、１４と前記第二の
内輪１３及び前記第二の外輪１１とが膨張するが、この
膨張量は、各部材１４、１３、１１毎に異なる。即ち、
前記回転軸３を介して、前記排気通路８内を流通する排
気の熱に曝され、しかも冷却されにくい上記第二の内輪
１３の熱膨張量は多くなる。これに対して、この第二の
内輪１３に比べて排気の熱が伝わりにくく、しかも潤滑
油等により効率良く冷却される軸受ハウジング２に内嵌
された上記第二の外輪１１の熱膨張量は少なくなる。
【００２７】この結果、温度上昇に伴って上記第二の内
輪軌道１２と上記第二の外輪軌道１０との間隔が狭くな
る上に上記各第二の玉１４、１４の直径が大きくなり、
上記ラジアル隙間が喪失する。図１〜３に示す様に、圧
縮ばね１９により第一、第二の玉軸受４、５に予圧付与
を行ない、しかもこれら両玉軸受４、５に接触角が存在
する場合（図３に示した接触角θが０でない場合）に
は、上記両軌道１２、１０同士の間隔が狭くなると共に
上記各第二の玉１４、１４の直径が大きくなると、上記
接触角θが小さくなる事により、上記熱膨張に伴う各部
の変位を吸収する。ところが、この接触角θが、常温時
でも小さい場合には、この様な熱膨張に伴う各部の変位
を吸収し切れずに、上記ラジアル隙間が喪失し更に負に
なってしまう。この結果、上記各第二の玉１４、１４の
転動面と上記第二の内輪軌道１２及び上記第二の外輪軌
道１０との接触部の当接圧が過大になって、前述の様に
焼き付等の重大な損傷が発生し易くなる。これに対し
て、本発明のターボチャージャ用の回転支持装置１の場
合には、上記各第二の玉１４、１４の接触角θを５度以
上確保している為、上記熱膨張に伴う各部の変位を吸収
する余裕を十分に確保できて、温度上昇時にもラジアル
隙間を確保し、焼き付等の重大な損傷の発生を防止でき
る。
【００２８】次に、図１〜２に示した実験装置のうち、
未だ説明していない部分の構成を説明すると共に、上記
接触角θの大きさが上記第二の玉軸受５の耐久性に及ぼ
す影響を知る為に行なった実験に就いて説明する。上記
実験装置のうち、前記回転軸３の一端部で前記インペラ
６を固定した部分に、１個の回転速度検出センサ２２と
１対の変位センサ２３、２３とを設けて、上記回転軸３
の回転速度と振動とを検出自在としている。尚、このう
ちの１対の変位センサ２３、２３は、上記回転軸３の回
転方向に関して位相が９０度ずれた部分に配置して、こ
の回転軸３のラジアル振動の検出を自在としている。
又、前記第一の外輪１７の一部外周面と前記第二の外輪
１１の一部外周面とには、それぞれ温度センサ２４、２
４を設置して、前記第一の玉軸受４及び上記第二の玉軸
受５の温度を測定自在としている。
【００２９】更に、前記ケーシング２１内に給油通路を
設けて、上記各玉軸受４、５を潤滑自在としている。実
験装置の運転時に潤滑油は、フィルタ２５により異物を
除去されてから、上記ケーシング２１の内周面と前記軸
受ハウジング２の外周面との間の隙間空間を通過して、
上記第二の外輪１１に隣接する押圧環２０に設けたノズ
ル孔２６から、上記第二の玉軸受５内に噴出し、この第
二の玉軸受５を、オイルジェット潤滑により潤滑する。
この様にして第二の玉軸受５に向けて噴出した潤滑油
は、この第二の玉軸受５の他、上記第一の玉軸受４も潤
滑してから、排油口２７から排出される。
【００３０】この様な実験装置を使用して、前記接触角
θが３度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３
０度の７通りの試料に就いて、損傷が発生するまでの時
間を測定した。この測定の為の実験では、前記タービン
７を５００℃の高温ガスで駆動し、前記回転軸３を１５
万min-1 （r.p.m.）で回転させた。又、前記圧縮ばね１
９により上記第一、第二の玉軸受４、５に、３０Ｎ
（３．０６kgf ）のアキシアル予圧を付与した。又、上
記ケーシング２１の周囲の温度（雰囲気温度）は１００
℃とした。尚、実験は、４００時間継続して行ない、４
００時間経過した時点で損傷が発生しなかったものを合
格とする一方、４００時間経過する以前に損傷が発生し
たものは、その時点で実験を中止した。又、実験の試料
として使用した第二の玉軸受５は、何れも、第二の外輪
１１、第二の内輪１３、第二の玉１４、１４をステンレ
ス系の軸受鋼製とし、このうちの第二の玉１４、１４の
転動面に窒化処理層を形成したものを使用した。
【００３１】この様な条件で行なった実験の結果を、図
４に示す。上記接触角θが３度のものは、７０時間経過
した時点で上記第二の玉軸受５が、焼き付きに基づいて
ロックした。又、上記接触角θが３０度のものは、１０
５時間経過した時点で、異常摩耗に基づく振動並びに騒
音が発生した。これに対して、上記接触角θが５〜２５
度の範囲内にあるものは、何れも損傷を発生する事な
く、４００時間の実験を終了した。この様な実験の結果
から、上記接触角θを５〜２５度の範囲内に納めれば、
転がり接触部に損傷が発生する事を防止して、優れた耐
久性を有するターボチャージャ用回転支持装置を実現で
きる事が分かる。
【００３２】
【発明の効果】本発明のターボチャージャ用回転支持装
置は、以上に述べた通り構成され作用する為、コスト上
昇を最小限に抑えつつ、十分な耐久性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、ターボチャージ
ャを模した実験装置に組み込んだ状態で示す断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】玉軸受を取り出して示す断面図。
【図４】実験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 回転支持装置 ２ 軸受ハウジング ３ 回転軸 ４ 第一の玉軸受 ５ 第二の玉軸受 ６ インペラ ７ タービン ８ 排気通路 ９ 給気通路 １０ 第二の外輪軌道 １１ 第二の外輪 １２ 第二の内輪軌道 １３ 第二の内輪 １４ 第二の玉 １５ 保持器 １６ ポケット １７ 第一の外輪 １８ 第一の内輪 １９ 圧縮ばね ２０ 押圧環 ２１ ケーシング ２２ 回転速度検出センサ ２３ 変位センサ ２４ 温度センサ ２５ フィルタ ２６ ノズル孔 ２７ 排油口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 その一端部にインペラを、その他端部に
    タービンを、それぞれ固定した回転軸を、軸受ハウジン
    グの内側に回転自在に支持する為、この回転軸の両端部
    と軸受ハウジングの内周面との間に１対の玉軸受を設け
    たターボチャージャ用回転支持装置に於いて、上記回転
    軸の一端部側と上記軸受ハウジングの内周面との間に設
    けた第一の玉軸受は、この回転軸の一端部側に外嵌した
    第一の内輪の外周面に形成した第一の内輪軌道と上記軸
    受ハウジングに内嵌した第一の外輪の内周面に形成した
    第一の外輪軌道との間に設けた複数個の第一の玉に接触
    角を持たせたアンギュラ型玉軸受であり、上記回転軸の
    他端部側と上記軸受ハウジングの内周面との間に設けた
    第二の玉軸受は、この回転軸の他端部側に外嵌固定し
    た、金属製である第二の内輪の外周面に形成した第二の
    内輪軌道と上記軸受ハウジングに内嵌した第二の外輪の
    内周面に形成した第二の外輪軌道との間に設けた、それ
    ぞれが金属製である複数個の第二の玉に、上記第一の玉
    と逆方向に５〜２５度の接触角を持たせたアンギュラ型
    玉軸受であり、上記第二の内輪軌道と上記第二の玉の転
    動面とのうちの少なくとも一方の面が窒化処理されてい
    る事を特徴とするターボチャージャ用回転支持装置。
JP2000217661A 2000-07-18 2000-07-18 ターボチャージャ用回転支持装置 Pending JP2002039191A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000217661A JP2002039191A (ja) 2000-07-18 2000-07-18 ターボチャージャ用回転支持装置
EP01951892.7A EP1302636B1 (en) 2000-07-18 2001-07-13 Rotatably supporting device for turbocharger
PCT/JP2001/006096 WO2002006649A1 (en) 2000-07-18 2001-07-13 Rotatably supporting device for turbocharger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000217661A JP2002039191A (ja) 2000-07-18 2000-07-18 ターボチャージャ用回転支持装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002039191A true JP2002039191A (ja) 2002-02-06

Family

ID=18712735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000217661A Pending JP2002039191A (ja) 2000-07-18 2000-07-18 ターボチャージャ用回転支持装置

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1302636B1 (ja)
JP (1) JP2002039191A (ja)
WO (1) WO2002006649A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010129407A2 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Borgwarner Inc. Spring clip method for anti-rotation and thrust constraint of a rolling element bearing cartridge
WO2010129404A2 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Borgwarner Inc. Sliding clip method for anti-rotation and thrust constraint of a rolling element bearing cartridge
JP2011052714A (ja) * 2009-08-31 2011-03-17 Nsk Ltd 多列組合せアンギュラ玉軸受
WO2016063565A1 (ja) * 2014-10-24 2016-04-28 三菱重工業株式会社 ターボチャージャ
CN107132046A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 通用电器技术有限公司 用于监测轴颈组件中的轴承健康的系统和方法
US9810231B2 (en) 2012-05-15 2017-11-07 Honeywell International Inc. Turbocharger with journal bearing

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070283695A1 (en) * 2006-06-13 2007-12-13 Honeywell International, Inc. System and method for turbocharger early failure detection and avoidance
US9963998B2 (en) 2013-06-18 2018-05-08 Honeywell International Inc. Assembly with bearings and spacer
JP6250360B2 (ja) * 2013-10-22 2017-12-20 Ntn株式会社 ターボチャージャ用軸受装置、およびターボチャージャ用軸受装置の製造方法
CN105247172B (zh) * 2014-02-19 2016-12-07 三菱重工压缩机有限公司 旋转系统
US9695708B2 (en) 2015-04-12 2017-07-04 Honeywell International Inc. Turbocharger spring assembly
US10208623B2 (en) 2015-04-12 2019-02-19 Garrett Transportation I Inc. Turbocharger bearing assembly
US9976476B2 (en) 2015-04-12 2018-05-22 Honeywell International Inc. Turbocharger bearing assembly

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS639429U (ja) * 1986-07-03 1988-01-22
JPH086751B2 (ja) * 1988-10-21 1996-01-29 いすゞ自動車株式会社 回転機における軸受構造
US4932500A (en) * 1989-08-21 1990-06-12 Honeywell Inc. Lubrication insertion system
JP2747939B2 (ja) * 1990-08-22 1998-05-06 日本特殊陶業株式会社 過給機
JP2519390Y2 (ja) * 1990-12-25 1996-12-04 光洋精工株式会社 マストローラ用玉軸受
JP3110588B2 (ja) * 1993-05-24 2000-11-20 光洋精工株式会社 過給機のインペラ軸支持用転がり軸受
DE4334339A1 (de) * 1993-10-08 1995-04-13 Abb Management Ag Abgas-Turbolader
JPH11247863A (ja) * 1998-03-06 1999-09-14 Nippon Seiko Kk 多点接触玉軸受
JP2000120668A (ja) * 1998-10-19 2000-04-25 Nachi Fujikoshi Corp 電磁クラッチ用軸受

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102414420A (zh) * 2009-05-07 2012-04-11 博格华纳公司 用于滚动元件轴承套筒的抗转动及推力限制的滑动夹子方法
WO2010129407A2 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Borgwarner Inc. Spring clip method for anti-rotation and thrust constraint of a rolling element bearing cartridge
US9068598B2 (en) 2009-05-07 2015-06-30 Borgwarner Inc. Sliding clip method for anti-rotation and thrust constraint of a rolling element bearing cartridge
WO2010129404A3 (en) * 2009-05-07 2011-03-24 Borgwarner Inc. Sliding clip method for anti-rotation and thrust constraint of a rolling element bearing cartridge
WO2010129407A3 (en) * 2009-05-07 2011-03-24 Borgwarner Inc. Spring clip method for anti-rotation and thrust constraint of a rolling element bearing cartridge
CN102414421A (zh) * 2009-05-07 2012-04-11 博格华纳公司 用于滚动元件轴承套筒的抗转动及推力限制的弹簧夹子方法
WO2010129404A2 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Borgwarner Inc. Sliding clip method for anti-rotation and thrust constraint of a rolling element bearing cartridge
US9068473B2 (en) 2009-05-07 2015-06-30 Borgwarner Inc. Spring clip method for anti-rotation and thrust constraint of a rolling element bearing cartridge
JP2011052714A (ja) * 2009-08-31 2011-03-17 Nsk Ltd 多列組合せアンギュラ玉軸受
US9810231B2 (en) 2012-05-15 2017-11-07 Honeywell International Inc. Turbocharger with journal bearing
JP2016084738A (ja) * 2014-10-24 2016-05-19 三菱重工業株式会社 ターボチャージャ
WO2016063565A1 (ja) * 2014-10-24 2016-04-28 三菱重工業株式会社 ターボチャージャ
US10151344B2 (en) 2014-10-24 2018-12-11 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Turbocharger
CN107132046A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 通用电器技术有限公司 用于监测轴颈组件中的轴承健康的系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002006649A1 (en) 2002-01-24
EP1302636B1 (en) 2014-11-19
EP1302636A4 (en) 2006-02-08
EP1302636A1 (en) 2003-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5522667A (en) Ball bearing for turbocharger
US6877901B2 (en) Bearing system for high-speed rotating machinery
JP5071150B2 (ja) ターボチャージャ用軸受装置
US7677041B2 (en) Bearing systems for high-speed rotating machinery
JP2002039191A (ja) ターボチャージャ用回転支持装置
KR100649976B1 (ko) 저비용 볼 베어링을 갖춘 터보 과급기 로터
JP2009203846A (ja) ターボチャージャ用軸受装置
JP2007071356A (ja) ターボチャージャ用回転支持装置
JP2002129969A (ja) ターボチャージャ用回転支持装置
JP2005256893A (ja) ターボチャージャ用転がり軸受
US20050058378A1 (en) Bearing cup rotational lock assembly
JP2002242937A (ja) ターボチャージャ用転がり軸受の保持器とその製造方法及びターボチャージャ用回転支持装置
JP2002054450A (ja) ターボチャージャ用回転支持装置
JP2003003856A (ja) ターボチャージャ用回転支持装置
JP2002106569A (ja) ターボチャージャ用回転支持装置
JP2002129968A (ja) ターボチャージャ用回転支持装置
JP2018028377A (ja) ターボチャージャー用玉軸受ユニット
JP2009203845A (ja) ターボチャージャ用軸受装置
JP5024114B2 (ja) ターボチャージャ用軸受装置
JP2004183781A (ja) ターボチャージャ用回転支持装置
JPH06330761A (ja) 過給機のインペラ軸支持用転がり軸受
JP6539507B2 (ja) 軸受ユニット
JP2002250345A (ja) ターボチャージャ用転がり軸受の保持器とターボチャージャ用回転支持装置
JP2587897Y2 (ja) 転がり軸受
JP2002098158A (ja) ターボチャージャ用回転支持装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050928

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080415

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080812