JP2002106569A - 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
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- 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
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- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/23—Gas turbine engines
- F16C2360/24—Turbochargers
Abstract
(57)【要約】
【課題】 運転時のぶれを抑え、且つ耐久性を向上させ
る。 【解決手段】 軸受ハウジング６に対して回転軸２を支
持する第一、第二の玉軸受７、８同士の間で、玉１３の
材質を変える。具体的には、タービン３側の第一の玉軸
受７の玉１３に比べて、インペラ４側の第二の玉軸受８
の玉１３の材質を、線膨張係数の大きなものにする。こ
の構成により、運転時に於ける上記第二の玉軸受８の接
触角を小さくし、この第二の玉軸受８の玉１３の転動面
が、外輪軌道及び内輪軌道の肩部に乗り上げるのを防止
して、上記課題を解決する。
る。 【解決手段】 軸受ハウジング６に対して回転軸２を支
持する第一、第二の玉軸受７、８同士の間で、玉１３の
材質を変える。具体的には、タービン３側の第一の玉軸
受７の玉１３に比べて、インペラ４側の第二の玉軸受８
の玉１３の材質を、線膨張係数の大きなものにする。こ
の構成により、運転時に於ける上記第二の玉軸受８の接
触角を小さくし、この第二の玉軸受８の玉１３の転動面
が、外輪軌道及び内輪軌道の肩部に乗り上げるのを防止
して、上記課題を解決する。
Description
【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、例えば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、タービンとイ
ンペラとを接続する回転軸をハウジングに対し、回転自
在に支持する為に利用する。
回転支持装置は、例えば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、タービンとイ
ンペラとを接続する回転軸をハウジングに対し、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。
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】図１〜２は、この様なターボチャージャの
１例を示している。このターボチャージャは、排気流路
１を流通する排気により、回転軸２の一端（図１の左
端）に固定したタービン３を回転させる。この回転軸２
の回転は、この回転軸２の他端（図１の右端）に固定し
たインペラ４に伝わり、このインペラ４が給気流路５内
で回転する。この結果、この給気流路５の上流端開口か
ら吸引された空気が圧縮されて、ガソリン、軽油等の燃
料と共にエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。この
様なターボチャージャの回転軸２は、数万〜十数万min
-1 （r.p.m.）もの高速で回転し、しかも、エンジンの
運転状況に応じてその回転速度が頻繁に変化する。従っ
て、上記回転軸２は、軸受ハウジング６に対し、小さな
回転抵抗で支持する必要がある。
１例を示している。このターボチャージャは、排気流路
１を流通する排気により、回転軸２の一端（図１の左
端）に固定したタービン３を回転させる。この回転軸２
の回転は、この回転軸２の他端（図１の右端）に固定し
たインペラ４に伝わり、このインペラ４が給気流路５内
で回転する。この結果、この給気流路５の上流端開口か
ら吸引された空気が圧縮されて、ガソリン、軽油等の燃
料と共にエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。この
様なターボチャージャの回転軸２は、数万〜十数万min
-1 （r.p.m.）もの高速で回転し、しかも、エンジンの
運転状況に応じてその回転速度が頻繁に変化する。従っ
て、上記回転軸２は、軸受ハウジング６に対し、小さな
回転抵抗で支持する必要がある。
【０００４】この為に従来から、上記軸受ハウジング６
の内側に上記回転軸２を、第一、第二の玉軸受７、８に
より、回転自在に支持している。これら第一、第二の玉
軸受７、８は、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７、８の構成は、基本的
には同じである。但し、これら両玉軸受７、８のうち、
高温の排気が流通する排気流路１に近く、温度上昇が著
しい第一の玉軸受７の潤滑条件は、低温の空気が流通す
る給気流路５に近く、温度上昇がそれ程著しくはない、
第二の玉軸受８に比べて厳しい。
の内側に上記回転軸２を、第一、第二の玉軸受７、８に
より、回転自在に支持している。これら第一、第二の玉
軸受７、８は、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７、８の構成は、基本的
には同じである。但し、これら両玉軸受７、８のうち、
高温の排気が流通する排気流路１に近く、温度上昇が著
しい第一の玉軸受７の潤滑条件は、低温の空気が流通す
る給気流路５に近く、温度上昇がそれ程著しくはない、
第二の玉軸受８に比べて厳しい。
【０００５】この様な第一、第二の玉軸受７、８は、内
周面に外輪軌道９を有する外輪１０と、外周面に内輪軌
道１１を有する内輪１２と、これら外輪軌道９と内輪軌
道１１との間に転動自在に設けた複数個の玉１３、１３
とを備える。又、これら各玉１３、１３は、円環状の保
持器１４に設けた複数のポケット１５内に、それぞれ１
個ずつ転動自在に保持している。又、図示の例の場合に
は、上記内輪１２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１４の外周面を、
上記外輪１０の内周面に近接対向させる事により、この
保持器１４の直径方向位置をこの外輪１０により規制す
る、外輪案内としている。
周面に外輪軌道９を有する外輪１０と、外周面に内輪軌
道１１を有する内輪１２と、これら外輪軌道９と内輪軌
道１１との間に転動自在に設けた複数個の玉１３、１３
とを備える。又、これら各玉１３、１３は、円環状の保
持器１４に設けた複数のポケット１５内に、それぞれ１
個ずつ転動自在に保持している。又、図示の例の場合に
は、上記内輪１２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１４の外周面を、
上記外輪１０の内周面に近接対向させる事により、この
保持器１４の直径方向位置をこの外輪１０により規制す
る、外輪案内としている。
【０００６】この様な第一、第二の玉軸受７、８のうち
の第一の玉軸受７は、上記外輪１０を前記軸受ハウジン
グ６の一端部に内嵌すると共に、上記内輪１２を上記回
転軸２の一端部に外嵌固定する事により、この回転軸２
の一端部を上記軸受ハウジング６に対し、回転自在に支
持している。一方、上記第二の玉軸受８は、外輪１０を
軸受ハウジング６の他端部に内嵌すると共に、内輪１２
を上記回転軸２の他端部に外嵌固定する事により、この
回転軸２の他端部を上記軸受ハウジング６に対し、回転
自在に支持している。又、上記第一、第二の玉軸受７、
８を構成する１対の外輪１０、１０には、圧縮ばね１６
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１０、１０の互いに対向する端面にそれぞ
れ押圧環１７、１７を突き合わせ、これら両押圧環１
７、１７同士の間に上記圧縮ばね１６を挟持している。
従って、上記第一、第二の玉軸受７、８は、互いに接触
角の方向を逆にした状態｛背面組み合せ（ＤＢ）型｝で
組み込まれている。
の第一の玉軸受７は、上記外輪１０を前記軸受ハウジン
グ６の一端部に内嵌すると共に、上記内輪１２を上記回
転軸２の一端部に外嵌固定する事により、この回転軸２
の一端部を上記軸受ハウジング６に対し、回転自在に支
持している。一方、上記第二の玉軸受８は、外輪１０を
軸受ハウジング６の他端部に内嵌すると共に、内輪１２
を上記回転軸２の他端部に外嵌固定する事により、この
回転軸２の他端部を上記軸受ハウジング６に対し、回転
自在に支持している。又、上記第一、第二の玉軸受７、
８を構成する１対の外輪１０、１０には、圧縮ばね１６
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１０、１０の互いに対向する端面にそれぞ
れ押圧環１７、１７を突き合わせ、これら両押圧環１
７、１７同士の間に上記圧縮ばね１６を挟持している。
従って、上記第一、第二の玉軸受７、８は、互いに接触
角の方向を逆にした状態｛背面組み合せ（ＤＢ）型｝で
組み込まれている。
【０００７】更に、上記軸受ハウジング６を納めたケー
シング１８内に給油通路を設けて、上記各玉軸受７、８
を潤滑自在としている。ターボチャージャを装着したエ
ンジンの運転時に潤滑油は、フィルタ１９により異物を
除去されてから、上記ケーシング１８の内周面と上記軸
受ハウジング６の外周面との間の隙間空間を通過して、
上記外輪１０に隣接する押圧環１７に設けたノズル孔２
０から、上記第一の玉軸受７を構成する内輪１２の外周
面に向け、径方向外方から斜めに噴出し、この第一の玉
軸受７を潤滑（オイルジェット潤滑）する。この様にし
て第一の玉軸受７に向けて噴出した潤滑油は、この第一
の玉軸受７の他、上記第二の玉軸受８も潤滑してから、
排油口２１より排出される。
シング１８内に給油通路を設けて、上記各玉軸受７、８
を潤滑自在としている。ターボチャージャを装着したエ
ンジンの運転時に潤滑油は、フィルタ１９により異物を
除去されてから、上記ケーシング１８の内周面と上記軸
受ハウジング６の外周面との間の隙間空間を通過して、
上記外輪１０に隣接する押圧環１７に設けたノズル孔２
０から、上記第一の玉軸受７を構成する内輪１２の外周
面に向け、径方向外方から斜めに噴出し、この第一の玉
軸受７を潤滑（オイルジェット潤滑）する。この様にし
て第一の玉軸受７に向けて噴出した潤滑油は、この第一
の玉軸受７の他、上記第二の玉軸受８も潤滑してから、
排油口２１より排出される。
【０００８】上述した様なターボチャージャ用回転支持
装置の冷却を従来は、ケーシング１８内にウォータジャ
ケットを設ける事により行なっていた。即ち、このケー
シング１８内に設けたウォータジャケット内に冷却水を
流通させて、上記第一、第二の玉軸受７、８の温度上昇
を抑える様にしていた。従って、比較的低温の空気に曝
されるインペラ４側に設ける第二の玉軸受８は勿論、
（最高で１０００℃近くの）高温の排気に曝されるター
ビン３側に設ける第一の玉軸受７に就いても、温度上昇
は限られたものであった。
装置の冷却を従来は、ケーシング１８内にウォータジャ
ケットを設ける事により行なっていた。即ち、このケー
シング１８内に設けたウォータジャケット内に冷却水を
流通させて、上記第一、第二の玉軸受７、８の温度上昇
を抑える様にしていた。従って、比較的低温の空気に曝
されるインペラ４側に設ける第二の玉軸受８は勿論、
（最高で１０００℃近くの）高温の排気に曝されるター
ビン３側に設ける第一の玉軸受７に就いても、温度上昇
は限られたものであった。
【０００９】これに対して近年、上記ケーシング１８か
らウォータジャケットを省略する事によりコスト低減を
図ると共に、冷却水中に奪われる熱量を低減してエンジ
ンの熱効率を向上させる事を目的として、上記第一、第
二の玉軸受７、８の冷却を、潤滑油のみで行なう事が考
えられている。この様に潤滑油による冷却を行なう場合
には、上記第一、第二の玉軸受７、８を構成する外輪１
０、１０の外周面と上記ケーシング１８の内周面との間
に設けたオイルフィルムダンパを流れる潤滑油により、
上記各外輪１０、１０を冷却する。又、前記ノズル孔２
０から噴出する潤滑油によっても、上記第一、第二の玉
軸受７、８を冷却する。
らウォータジャケットを省略する事によりコスト低減を
図ると共に、冷却水中に奪われる熱量を低減してエンジ
ンの熱効率を向上させる事を目的として、上記第一、第
二の玉軸受７、８の冷却を、潤滑油のみで行なう事が考
えられている。この様に潤滑油による冷却を行なう場合
には、上記第一、第二の玉軸受７、８を構成する外輪１
０、１０の外周面と上記ケーシング１８の内周面との間
に設けたオイルフィルムダンパを流れる潤滑油により、
上記各外輪１０、１０を冷却する。又、前記ノズル孔２
０から噴出する潤滑油によっても、上記第一、第二の玉
軸受７、８を冷却する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】潤滑油により第一、第
二の玉軸受７、８を冷却する場合の冷却性能は、ウォー
タジャケットを設けて冷却水により冷却を行なう場合の
冷却性能に比べて劣る。この為、インペラ４側に設ける
第二の玉軸受８の温度に比べて、タービン３側に設ける
第一の玉軸受７の温度が相当に高くなる。この結果、従
来の様に第一、第二の玉軸受７、８の諸元を同じとした
場合には、次の様な機構によりターボチャージャの運転
時に騒音や振動が発生したり、或は回転支持装置の耐久
性が損なわれる事が、本発明者等の研究により分かっ
た。
二の玉軸受７、８を冷却する場合の冷却性能は、ウォー
タジャケットを設けて冷却水により冷却を行なう場合の
冷却性能に比べて劣る。この為、インペラ４側に設ける
第二の玉軸受８の温度に比べて、タービン３側に設ける
第一の玉軸受７の温度が相当に高くなる。この結果、従
来の様に第一、第二の玉軸受７、８の諸元を同じとした
場合には、次の様な機構によりターボチャージャの運転
時に騒音や振動が発生したり、或は回転支持装置の耐久
性が損なわれる事が、本発明者等の研究により分かっ
た。
【００１１】即ち、上記第一、第二の玉軸受７、８は、
何れもアンギュラ型で接触角αを持つが、この接触角α
は、これら各玉軸受７、８を構成する外輪１０、内輪１
２、玉１３、１３の寸法により微妙に変化する。即ち、
外輪１０の内周面に形成した外輪軌道９、及び内輪１２
の外周面に形成した内輪軌道１１の直径が同じであると
し、圧縮ばね１６等により常にアキシアル荷重を付与さ
れた状態で使用されると仮定した場合には、玉１３、１
３の直径が大きい程、上記接触角αは小さくなる。逆に
言えば、これら各玉１３、１３の直径が小さい場合に
は、この接触角αが大きくなる。
何れもアンギュラ型で接触角αを持つが、この接触角α
は、これら各玉軸受７、８を構成する外輪１０、内輪１
２、玉１３、１３の寸法により微妙に変化する。即ち、
外輪１０の内周面に形成した外輪軌道９、及び内輪１２
の外周面に形成した内輪軌道１１の直径が同じであると
し、圧縮ばね１６等により常にアキシアル荷重を付与さ
れた状態で使用されると仮定した場合には、玉１３、１
３の直径が大きい程、上記接触角αは小さくなる。逆に
言えば、これら各玉１３、１３の直径が小さい場合に
は、この接触角αが大きくなる。
【００１２】一方、接触角αが小さくなる事は、玉軸受
の内部隙間が小さくなる事を意味するが、この内部隙間
が０乃至は負になると、当該玉軸受に焼き付き等の重大
な損傷が発生し易くなる。又、ターボチャージャ用回転
支持装置を構成する上記第一、第二の玉軸受７、８の構
成各部材のうち、排気の熱の影響を受けて高温となる回
転軸２に外嵌した内輪１２並びにこの内輪１２の周囲に
配置した玉１３、１３の温度は、潤滑油による冷却作用
を受ける外輪１０の温度に比べて高くなる。従って、エ
ンジンの運転に伴う温度上昇によって上記第一、第二の
玉軸受７、８の接触角は、常温時の状態に比べて小さく
なる。これらの事を考慮した場合にこれら各玉軸受７、
８の諸元は、最も温度が上昇した場合でも接触角αが正
の値となる様に規制する必要がある。
の内部隙間が小さくなる事を意味するが、この内部隙間
が０乃至は負になると、当該玉軸受に焼き付き等の重大
な損傷が発生し易くなる。又、ターボチャージャ用回転
支持装置を構成する上記第一、第二の玉軸受７、８の構
成各部材のうち、排気の熱の影響を受けて高温となる回
転軸２に外嵌した内輪１２並びにこの内輪１２の周囲に
配置した玉１３、１３の温度は、潤滑油による冷却作用
を受ける外輪１０の温度に比べて高くなる。従って、エ
ンジンの運転に伴う温度上昇によって上記第一、第二の
玉軸受７、８の接触角は、常温時の状態に比べて小さく
なる。これらの事を考慮した場合にこれら各玉軸受７、
８の諸元は、最も温度が上昇した場合でも接触角αが正
の値となる様に規制する必要がある。
【００１３】従って、前述した様に、ターボチャージャ
用回転支持装置の冷却を、ウォータジャケットを廃止し
て潤滑油のみで行なう様にした場合には、上記第一、第
二の玉軸受７、８の常温時での接触角αを十分に大きく
し、温度上昇時にもこの接触角αの値が正のままに保た
れて、上記各玉軸受７、８の内部隙間が正のままに保た
れる様にしなければならない。これに対して、温度上昇
が著しい、タービン３側に設ける第一の玉軸受７の内部
隙間を確保できる程度の接触角αを有する玉軸受を、そ
のまま温度上昇が限られている第二の玉軸受８として使
用すると、この第二の玉軸受８に関しては、温度上昇
時、即ち、使用時にも接触角αが大きいままとなる。
用回転支持装置の冷却を、ウォータジャケットを廃止し
て潤滑油のみで行なう様にした場合には、上記第一、第
二の玉軸受７、８の常温時での接触角αを十分に大きく
し、温度上昇時にもこの接触角αの値が正のままに保た
れて、上記各玉軸受７、８の内部隙間が正のままに保た
れる様にしなければならない。これに対して、温度上昇
が著しい、タービン３側に設ける第一の玉軸受７の内部
隙間を確保できる程度の接触角αを有する玉軸受を、そ
のまま温度上昇が限られている第二の玉軸受８として使
用すると、この第二の玉軸受８に関しては、温度上昇
時、即ち、使用時にも接触角αが大きいままとなる。
【００１４】この様に第二の玉軸受８の接触角αが使用
時にも大きいままであると、この第二の玉軸受８を構成
する玉１３、１３の転動面が、外輪軌道９及び内輪軌道
１１の肩部に乗り上げ易くなる。そして、乗り上げた場
合には、上記第二の玉軸受８の構成各部材同士の位置関
係が不正規になって、この第二の玉軸受８を構成する保
持器１４や図示しないシールを損傷する可能性がある。
又、上記各玉１３、１３の転動面にエッジロードが加わ
って、この転動面の転がり疲れ寿命を著しく低下させ
る。
時にも大きいままであると、この第二の玉軸受８を構成
する玉１３、１３の転動面が、外輪軌道９及び内輪軌道
１１の肩部に乗り上げ易くなる。そして、乗り上げた場
合には、上記第二の玉軸受８の構成各部材同士の位置関
係が不正規になって、この第二の玉軸受８を構成する保
持器１４や図示しないシールを損傷する可能性がある。
又、上記各玉１３、１３の転動面にエッジロードが加わ
って、この転動面の転がり疲れ寿命を著しく低下させ
る。
【００１５】上述の様な不都合の原因となる、上記各玉
１３、１３の肩部への乗り上げは、上記第二の玉軸受８
に関する上記外輪軌道９及び内輪軌道１１の肩部の高さ
の値を大きくする事により防止できるが、内輪１２の内
径が１０mm程度である上記第二の玉軸受８で、上記肩部
の高さの値を十分に大きくする事は難しい。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、タービン側に設ける第一の玉軸受７とインペラ側に
設ける第二の玉軸受８の温度上昇の差異に拘らず、この
第二の玉軸受８を構成する玉１３、１３の転動面が外輪
軌道９及び内輪軌道１１の肩部に乗り上げるのを防止す
べく発明したものである。
１３、１３の肩部への乗り上げは、上記第二の玉軸受８
に関する上記外輪軌道９及び内輪軌道１１の肩部の高さ
の値を大きくする事により防止できるが、内輪１２の内
径が１０mm程度である上記第二の玉軸受８で、上記肩部
の高さの値を十分に大きくする事は難しい。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、タービン側に設ける第一の玉軸受７とインペラ側に
設ける第二の玉軸受８の温度上昇の差異に拘らず、この
第二の玉軸受８を構成する玉１３、１３の転動面が外輪
軌道９及び内輪軌道１１の肩部に乗り上げるのを防止す
べく発明したものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明のターボチャージ
ャ用回転支持装置は何れも、前述した従来から知られて
いるターボチャージャ用回転支持装置と同様に、その一
端部にタービンを、その他端部にインペラを、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、これら回転軸の外周面と軸受ハウジングの
内周面との間に、外輪の内周面に形成した外輪軌道と内
輪の外周面に形成した内輪軌道との間に複数個の玉を転
動自在に配置して成る玉軸受を１対、上記一端部側と上
記他端部側とに振り分けて設けている。
ャ用回転支持装置は何れも、前述した従来から知られて
いるターボチャージャ用回転支持装置と同様に、その一
端部にタービンを、その他端部にインペラを、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、これら回転軸の外周面と軸受ハウジングの
内周面との間に、外輪の内周面に形成した外輪軌道と内
輪の外周面に形成した内輪軌道との間に複数個の玉を転
動自在に配置して成る玉軸受を１対、上記一端部側と上
記他端部側とに振り分けて設けている。
【００１７】特に、請求項１に記載したターボチャージ
ャ用回転支持装置に於いては、上記一端部側の玉軸受
（図１〜２の第一の玉軸受７）を構成する玉の線膨張係
数に比べて、上記他端部側（図１〜２の第二の玉軸受
８）の玉軸受を構成する玉の線膨張係数を大きくしてい
る。又、請求項２に記載したターボチャージャ用回転支
持装置に於いては、常温時の状態で、上記一端部側の玉
軸受の接触角に比べて、上記他端部側の玉軸受の接触角
を小さくしている。
ャ用回転支持装置に於いては、上記一端部側の玉軸受
（図１〜２の第一の玉軸受７）を構成する玉の線膨張係
数に比べて、上記他端部側（図１〜２の第二の玉軸受
８）の玉軸受を構成する玉の線膨張係数を大きくしてい
る。又、請求項２に記載したターボチャージャ用回転支
持装置に於いては、常温時の状態で、上記一端部側の玉
軸受の接触角に比べて、上記他端部側の玉軸受の接触角
を小さくしている。
【００１８】
【作用】上述の様に構成する本発明のターボチャージャ
用回転支持装置は、何れの場合でも、運転時に他端側の
玉軸受の接触角を小さくできる。先ず、請求項１に記載
したターボチャージャ用回転支持装置の場合には、上記
他端側の玉軸受を構成する玉の線膨張係数が大きく、運
転時の温度上昇によりこの玉の外径が大きくなるので、
この玉軸受の接触角が小さくなる傾向が著しくなる。
又、請求項２に記載したターボチャージャ用回転支持装
置の場合には、上記他端側の玉軸受の接触角を元々小さ
くしているので、運転時の接触角も小さい。この為、何
れの場合でも、上記他端側の玉軸受を構成する玉の転動
面が、外輪軌道及び内輪軌道の肩部に乗り上げにくくな
る。
用回転支持装置は、何れの場合でも、運転時に他端側の
玉軸受の接触角を小さくできる。先ず、請求項１に記載
したターボチャージャ用回転支持装置の場合には、上記
他端側の玉軸受を構成する玉の線膨張係数が大きく、運
転時の温度上昇によりこの玉の外径が大きくなるので、
この玉軸受の接触角が小さくなる傾向が著しくなる。
又、請求項２に記載したターボチャージャ用回転支持装
置の場合には、上記他端側の玉軸受の接触角を元々小さ
くしているので、運転時の接触角も小さい。この為、何
れの場合でも、上記他端側の玉軸受を構成する玉の転動
面が、外輪軌道及び内輪軌道の肩部に乗り上げにくくな
る。
【００１９】
【実施例】請求項１に係る発明に就いて、本発明者が行
なった試算、並びに、請求項１に係る発明の効果を確認
する為、本発明者が行なった実験に就いて説明する。
尚、本発明のターボチャージャ用回転支持装置の基本構
造は、前述の図１〜２に示した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である。本発明の
特徴は、上記図１〜２に示した様な構造で、タービン３
側に設ける第一の玉軸受７の諸元とインペラ４側に設け
る第二の玉軸受８の諸元とを変えて、この第二の玉軸受
８を構成する玉１３、１３の転動面が外輪軌道９及び内
輪軌道１１に乗り上げるのを防止する点にある。そこ
で、上記試算並びに実験は、上記第一、第二の玉軸受
７、８の諸元が上記ターボチャージャ用回転支持装置の
挙動に及ぼす影響を知る事を主眼として行なった。
なった試算、並びに、請求項１に係る発明の効果を確認
する為、本発明者が行なった実験に就いて説明する。
尚、本発明のターボチャージャ用回転支持装置の基本構
造は、前述の図１〜２に示した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である。本発明の
特徴は、上記図１〜２に示した様な構造で、タービン３
側に設ける第一の玉軸受７の諸元とインペラ４側に設け
る第二の玉軸受８の諸元とを変えて、この第二の玉軸受
８を構成する玉１３、１３の転動面が外輪軌道９及び内
輪軌道１１に乗り上げるのを防止する点にある。そこ
で、上記試算並びに実験は、上記第一、第二の玉軸受
７、８の諸元が上記ターボチャージャ用回転支持装置の
挙動に及ぼす影響を知る事を主眼として行なった。
【００２０】先ず、試算並びに実験の条件は、次の通り
である。 第一、第二の玉軸受７、８の寸法 外輪１０の外径 ： １７mm 内輪１２の内径 ： ７mm 外輪１０の幅 ： ５mm（タービン３側の第一の玉軸受７） ６mm（インペラ４側の第二の玉軸受８） 内輪１２の幅 ： ５．５mm（タービン３側の第一の玉軸受７） ６．５mm（インペラ４側の第二の玉軸受８） 玉１３の直径 ： ２．７７８mm（７／６４インチ） 内輪軌道１１の底部の直径 ： ９．４mm 第一、第二の玉軸受７、８の材質 外輪１０及び内輪１２ ： 何れの場合も耐熱鋼 玉１３（比較の為の従来例の場合） ： 何れも窒化珪素（ Si3Ｏ4 ） 玉１３（本発明の場合） ： タービン３側の第一の玉軸受７＝窒化珪素 ： インペラ４側の第二の玉軸受８＝Ｍ５０（耐熱 鋼） タービン３側の第一の玉軸受７の外輪１０の温度 ： ２６０℃ インペラ４側の第二の玉軸受８の外輪１０の温度 ： ２００℃ 冷却条件 ： 冷却水を使用しない潤滑油のみによる冷却
である。 第一、第二の玉軸受７、８の寸法 外輪１０の外径 ： １７mm 内輪１２の内径 ： ７mm 外輪１０の幅 ： ５mm（タービン３側の第一の玉軸受７） ６mm（インペラ４側の第二の玉軸受８） 内輪１２の幅 ： ５．５mm（タービン３側の第一の玉軸受７） ６．５mm（インペラ４側の第二の玉軸受８） 玉１３の直径 ： ２．７７８mm（７／６４インチ） 内輪軌道１１の底部の直径 ： ９．４mm 第一、第二の玉軸受７、８の材質 外輪１０及び内輪１２ ： 何れの場合も耐熱鋼 玉１３（比較の為の従来例の場合） ： 何れも窒化珪素（ Si3Ｏ4 ） 玉１３（本発明の場合） ： タービン３側の第一の玉軸受７＝窒化珪素 ： インペラ４側の第二の玉軸受８＝Ｍ５０（耐熱 鋼） タービン３側の第一の玉軸受７の外輪１０の温度 ： ２６０℃ インペラ４側の第二の玉軸受８の外輪１０の温度 ： ２００℃ 冷却条件 ： 冷却水を使用しない潤滑油のみによる冷却
【００２１】上記の条件で、上記第一、第二の玉軸受
７、８の温度をを常温（２０℃）から上昇させた場合に
於ける、これら各軸受７、８に組み込んだ玉１３、１３
の熱膨張量を算出したところ、図４に示す様になった。
尚、窒化珪素の線膨張係数は３．２×１０-6［Ｋ-1］と
し、Ｍ５０の線膨張係数は１０．６×１０-6［Ｋ-1］と
して計算した。この様な線膨張量の変化を示す図４か
ら、玉１３の材質を窒化珪素からＭ５０に変える事で、
この玉１３の外径が、２００℃の段階で約４μｍ大きく
なる事が分かる。前述した通り、玉１３の外径が大きく
なる事は、玉軸受の接触角を小さくできる事に繋がるの
で、上記インペラ４側の第二の玉軸受８を構成する玉１
３を窒化珪素からＭ５０に変える事により、ターボチャ
ージャの運転時にこの第二の玉軸受８の接触角を小さく
できる事が分かる。そして、接触角が小さくなる事は、
前述した通り、玉１３の転動面が外輪軌道９及び内輪軌
道１１の肩部に乗り上げるのを防止する事に繋がり、上
記第二の玉軸受８部分で振動が発生するのを防止すると
共に、この第二の玉軸受８の寿命が著しく低下するのを
防止できる事に繋がる。
７、８の温度をを常温（２０℃）から上昇させた場合に
於ける、これら各軸受７、８に組み込んだ玉１３、１３
の熱膨張量を算出したところ、図４に示す様になった。
尚、窒化珪素の線膨張係数は３．２×１０-6［Ｋ-1］と
し、Ｍ５０の線膨張係数は１０．６×１０-6［Ｋ-1］と
して計算した。この様な線膨張量の変化を示す図４か
ら、玉１３の材質を窒化珪素からＭ５０に変える事で、
この玉１３の外径が、２００℃の段階で約４μｍ大きく
なる事が分かる。前述した通り、玉１３の外径が大きく
なる事は、玉軸受の接触角を小さくできる事に繋がるの
で、上記インペラ４側の第二の玉軸受８を構成する玉１
３を窒化珪素からＭ５０に変える事により、ターボチャ
ージャの運転時にこの第二の玉軸受８の接触角を小さく
できる事が分かる。そして、接触角が小さくなる事は、
前述した通り、玉１３の転動面が外輪軌道９及び内輪軌
道１１の肩部に乗り上げるのを防止する事に繋がり、上
記第二の玉軸受８部分で振動が発生するのを防止すると
共に、この第二の玉軸受８の寿命が著しく低下するのを
防止できる事に繋がる。
【００２２】そこで、上述の様に、タービン３側の第一
の玉軸受７を構成する玉１３を窒化珪素製とし、インペ
ラ４側の第二の玉軸受８を構成する玉１３をＭ５０製と
した場合に、この第二の玉軸受８部分の振動が抑えら
れ、この第二の玉軸受８の耐久性を確保できる事を確認
する為の実験を行なった。尚、実験では、図１に示した
構造を有するターボチャージャの排気流路１に高温空気
を流通させて回転軸２を、回転計２２により回転数を計
測しつつ回転させた。そして、２０万回転後に上記第
一、第二の玉軸受７、８を分解して、玉１３が外輪軌道
９及び内輪軌道１１の肩部に乗り上げた痕跡があるか否
か、又、シール部で異常接触が発生したか否かを、目視
により確認した。この結果、本発明の実施例の場合に
は、玉１３が外輪軌道９及び内輪軌道１１の肩部に乗り
上げた痕跡も、シール部で異常接触が発生した痕跡も、
何れも見られなかった。これに対して、比較の為の従来
例の場合には、玉１３が外輪軌道９及び内輪軌道１１の
肩部に乗り上げた痕跡、並びに、シール部で異常接触が
発生した痕跡の何れもが見られた。
の玉軸受７を構成する玉１３を窒化珪素製とし、インペ
ラ４側の第二の玉軸受８を構成する玉１３をＭ５０製と
した場合に、この第二の玉軸受８部分の振動が抑えら
れ、この第二の玉軸受８の耐久性を確保できる事を確認
する為の実験を行なった。尚、実験では、図１に示した
構造を有するターボチャージャの排気流路１に高温空気
を流通させて回転軸２を、回転計２２により回転数を計
測しつつ回転させた。そして、２０万回転後に上記第
一、第二の玉軸受７、８を分解して、玉１３が外輪軌道
９及び内輪軌道１１の肩部に乗り上げた痕跡があるか否
か、又、シール部で異常接触が発生したか否かを、目視
により確認した。この結果、本発明の実施例の場合に
は、玉１３が外輪軌道９及び内輪軌道１１の肩部に乗り
上げた痕跡も、シール部で異常接触が発生した痕跡も、
何れも見られなかった。これに対して、比較の為の従来
例の場合には、玉１３が外輪軌道９及び内輪軌道１１の
肩部に乗り上げた痕跡、並びに、シール部で異常接触が
発生した痕跡の何れもが見られた。
【００２３】又、上記回転軸２の他端部でインペラ４を
固定した部分のラジアル変位を、回転方向の位相を９０
度ずらせて配置した変位センサ２３ａ、２３ｂにより計
測し、その計測値から上記回転軸２のラジアル方向のぶ
れを求め、図５に示したリサージュ線図に表した。この
図５に示したリサージュ線図のうち、（Ａ）は本発明の
実施例の場合を、（Ｂ）は比較の為の従来例の場合を、
それぞれ表している。この図５の（Ａ）（Ｂ）を比較す
れば明らかな通り、本発明によれば、上記第二の玉軸受
８部分の振動が抑えられる（ぶれの振幅を小さくでき
る）。
固定した部分のラジアル変位を、回転方向の位相を９０
度ずらせて配置した変位センサ２３ａ、２３ｂにより計
測し、その計測値から上記回転軸２のラジアル方向のぶ
れを求め、図５に示したリサージュ線図に表した。この
図５に示したリサージュ線図のうち、（Ａ）は本発明の
実施例の場合を、（Ｂ）は比較の為の従来例の場合を、
それぞれ表している。この図５の（Ａ）（Ｂ）を比較す
れば明らかな通り、本発明によれば、上記第二の玉軸受
８部分の振動が抑えられる（ぶれの振幅を小さくでき
る）。
【００２４】尚、上述の説明から明らかな通り、第一、
第二の玉軸受７、８を構成する玉１３の材質を同じとし
た場合でも、常温時の状態で、第一の玉軸受７の接触角
に比べて、第二の玉軸受８の接触角を小さくすれば、こ
の第二の玉軸受８部分の振動を抑えると共に、この第二
の玉軸受８の耐久性を確保できる。
第二の玉軸受７、８を構成する玉１３の材質を同じとし
た場合でも、常温時の状態で、第一の玉軸受７の接触角
に比べて、第二の玉軸受８の接触角を小さくすれば、こ
の第二の玉軸受８部分の振動を抑えると共に、この第二
の玉軸受８の耐久性を確保できる。
【００２５】
【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成され作
用するので、運転時に於ける振動や騒音を低く抑える事
ができ、しかも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。
用するので、運転時に於ける振動や騒音を低く抑える事
ができ、しかも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。
【図１】ターボチャージャの全体構成を示す断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】玉軸受を取り出して示す拡大断面図。
【図４】玉の材質が温度上昇に伴う熱膨張量に及ぼす影
響を示す線図。
響を示す線図。
【図５】本発明の効果を確認する為に行なった実験の結
果を示すリサージュ線図。
果を示すリサージュ線図。
１ 排気流路 ２ 回転軸 ３ タービン ４ インペラ ５ 給気流路 ６ 軸受ハウジング ７ 第一の玉軸受 ８ 第二の玉軸受 ９ 外輪軌道 １０ 外輪 １１ 内輪軌道 １２ 内輪 １３ 玉 １４ 保持器 １５ ポケット １６ 圧縮ばね １７ 押圧環 １８ ケーシング １９ フィルタ ２０ ノズル孔 ２１ 排油口 ２２ 回転計 ２３ａ、２３ｂ 変位センサ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G005 EA16 FA11 FA12 FA13 FA41 GB55 JA12 JA17 JA40 KA00 KA02 3J012 AB02 AB07 BB03 BB05 CB03 DB07 DB11 FB10 HB02 3J101 AA12 AA32 AA42 AA54 AA62 BA10 CA07 EA02 EA44 FA01 FA31 FA41 GA01 GA29
Claims (2)
- 【請求項１】 その一端部にタービンを、その他端部に
インペラを、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、これら回転軸の外周
面と軸受ハウジングの内周面との間に、外輪の内周面に
形成した外輪軌道と内輪の外周面に形成した内輪軌道と
の間に複数個の玉を転動自在に配置して成る玉軸受を１
対、上記一端部側と上記他端部側とに振り分けて設けた
ターボチャージャ用回転支持装置に於いて、上記一端部
側の玉軸受を構成する玉の線膨張係数に比べて、上記他
端部側の玉軸受を構成する玉の線膨張係数を大きくした
事を特徴とするターボチャージャ用回転支持装置。 - 【請求項２】 その一端部にタービンを、その他端部に
インペラを、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、これら回転軸の外周
面と軸受ハウジングの内周面との間に、外輪の内周面に
形成した外輪軌道と内輪の外周面に形成した内輪軌道と
の間に複数個の玉を転動自在に配置して成る玉軸受を１
対、上記一端部側と上記他端部側とに振り分けて設けた
ターボチャージャ用回転支持装置に於いて、常温時の状
態で、上記一端部側の玉軸受の接触角に比べて、上記他
端部側の玉軸受の接触角を小さくした事を特徴とするタ
ーボチャージャ用回転支持装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000294201A JP2002106569A (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | ターボチャージャ用回転支持装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000294201A JP2002106569A (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | ターボチャージャ用回転支持装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002106569A true JP2002106569A (ja) | 2002-04-10 |
| JP2002106569A5 JP2002106569A5 (ja) | 2005-11-17 |
Family
ID=18776851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000294201A Pending JP2002106569A (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | ターボチャージャ用回転支持装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002106569A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1905979A2 (en) | 2006-09-29 | 2008-04-02 | JTEKT Corporation | Turbocharger |
| CN102418569A (zh) * | 2011-08-19 | 2012-04-18 | 中国兵器工业集团第七○研究所 | 可拆分的基于双单列轴承构成的整体式球轴承涡轮增压器 |
| JP2019504251A (ja) * | 2015-12-04 | 2019-02-14 | ボーグワーナー インコーポレーテッド | ターボチャージャーのための非対称ボールベアリングシステム |
-
2000
- 2000-09-27 JP JP2000294201A patent/JP2002106569A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1905979A2 (en) | 2006-09-29 | 2008-04-02 | JTEKT Corporation | Turbocharger |
| US8308431B2 (en) | 2006-09-29 | 2012-11-13 | Jtekt Corporation | Turbocharger |
| CN102418569A (zh) * | 2011-08-19 | 2012-04-18 | 中国兵器工业集团第七○研究所 | 可拆分的基于双单列轴承构成的整体式球轴承涡轮增压器 |
| CN102418569B (zh) * | 2011-08-19 | 2015-03-04 | 中国兵器工业集团第七○研究所 | 可拆分的基于双单列轴承构成的整体式球轴承涡轮增压器 |
| JP2019504251A (ja) * | 2015-12-04 | 2019-02-14 | ボーグワーナー インコーポレーテッド | ターボチャージャーのための非対称ボールベアリングシステム |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080318 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080519 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080924 |