JP2002242937A - 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 - Google Patents
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Info
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- F16C2360/23—Gas turbine engines
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 使用する潤滑油の粘度が低かったり、量が少
ない場合でも、十分な潤滑性を確保して摩耗防止を図
る。 【解決手段】 保持器１４を、炭素繊維を含有したポリ
イミド樹脂により造る。完成後の保持器１４よりも少し
だけ大きな保持器素子を造った後、この保持器素子を、
２５０℃以上でポリアミド樹脂の融点以下の温度で加熱
処理する。この加熱処理に伴って上記保持器素子が少し
だけ収縮し、完成後の保持器１４の表面に、上記炭素繊
維の一部が露出する。この炭素繊維から離脱した炭素の
微粉末が、玉１３の転動面に付着して、この玉１３と相
手部材との接触部の潤滑を図る他、上記保持器１４の表
面に潤滑油を保持し易くして、上記課題を解決する。
ない場合でも、十分な潤滑性を確保して摩耗防止を図
る。 【解決手段】 保持器１４を、炭素繊維を含有したポリ
イミド樹脂により造る。完成後の保持器１４よりも少し
だけ大きな保持器素子を造った後、この保持器素子を、
２５０℃以上でポリアミド樹脂の融点以下の温度で加熱
処理する。この加熱処理に伴って上記保持器素子が少し
だけ収縮し、完成後の保持器１４の表面に、上記炭素繊
維の一部が露出する。この炭素繊維から離脱した炭素の
微粉末が、玉１３の転動面に付着して、この玉１３と相
手部材との接触部の潤滑を図る他、上記保持器１４の表
面に潤滑油を保持し易くして、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
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の回転支持部を構成す
る転がり軸受（主として玉軸受）の改良に関する。特に
本発明は、使用可能な潤滑油の種類を限定する事なく、
十分な耐久性並びに信頼性を得られるターボチャージャ
用回転支持装置の実現を図るものである。
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の回転支持部を構成す
る転がり軸受（主として玉軸受）の改良に関する。特に
本発明は、使用可能な潤滑油の種類を限定する事なく、
十分な耐久性並びに信頼性を得られるターボチャージャ
用回転支持装置の実現を図るものである。
【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 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 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、請求項に記載した転がり軸受
に相当する第一、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って、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、請求項に記載した転がり軸受
に相当する第一、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って、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られた、それぞれが請求
項に記載した転動体である、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られた、それぞれが請求
項に記載した転動体である、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（図１〜２の左端部）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
（図１〜２の右端部）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１７、１
７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（図１〜２の左端部）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
（図１〜２の右端部）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１７、１
７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１９を設け、この軸受ハウジン
グ６並びに上記第一、第二の玉軸受７、８を、冷却及び
潤滑自在としている。即ち、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、上記給油通路１９の上
流端に設けたフィルタ２０により異物を除去されて、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
周面との間に設けた、円環状の隙間空間２１に送り込ま
れる。尚、この隙間空間２１は、上記軸受ハウジング６
とケーシング１８との嵌合を隙間嵌にする事により設け
ている。そして、この隙間空間２１を上記潤滑油で満た
す事により、上記軸受ハウジング６の外周面と上記ケー
シング１８の内周面との間に全周に亙って油膜（オイル
フィルム）を形成し、これらケーシング１８及び軸受ハ
ウジング６を冷却すると共に、上記回転軸２の回転に基
づく振動を減衰する、オイルフィルムダンパを構成して
いる。更に、上記隙間空間２１に送り込まれた潤滑油の
一部は、上記外輪１０に隣接する押圧環１７に設けたノ
ズル孔２２から、上記第一の玉軸受７を構成する内輪１
２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を冷却及び潤滑（オイルジェット潤滑）
する。この様にして第一の玉軸受７に送り込まれた潤滑
油は、この第一の玉軸受７の他、上記第二の玉軸受８も
冷却及び潤滑してから、排油口２３より排出される。
シング１８内に給油通路１９を設け、この軸受ハウジン
グ６並びに上記第一、第二の玉軸受７、８を、冷却及び
潤滑自在としている。即ち、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、上記給油通路１９の上
流端に設けたフィルタ２０により異物を除去されて、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
周面との間に設けた、円環状の隙間空間２１に送り込ま
れる。尚、この隙間空間２１は、上記軸受ハウジング６
とケーシング１８との嵌合を隙間嵌にする事により設け
ている。そして、この隙間空間２１を上記潤滑油で満た
す事により、上記軸受ハウジング６の外周面と上記ケー
シング１８の内周面との間に全周に亙って油膜（オイル
フィルム）を形成し、これらケーシング１８及び軸受ハ
ウジング６を冷却すると共に、上記回転軸２の回転に基
づく振動を減衰する、オイルフィルムダンパを構成して
いる。更に、上記隙間空間２１に送り込まれた潤滑油の
一部は、上記外輪１０に隣接する押圧環１７に設けたノ
ズル孔２２から、上記第一の玉軸受７を構成する内輪１
２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を冷却及び潤滑（オイルジェット潤滑）
する。この様にして第一の玉軸受７に送り込まれた潤滑
油は、この第一の玉軸受７の他、上記第二の玉軸受８も
冷却及び潤滑してから、排油口２３より排出される。
【０００８】尚、図示の例の場合、軸受ハウジング６の
内周面と第一、第二の玉軸受７、８の外周面との間に
も、それぞれ隙間空間２４、２４が存在している。そし
て、これら各隙間空間２４、２４にも上記潤滑油が満た
されており、上記回転軸２の回転に基づく振動の減衰を
図っている。又、図示は省略するが、軸受ハウジングと
ケーシングとを一体に形成する場合もある。この様な場
合は、少なくとも何れかの玉軸受の外周面と軸受ハウジ
ング（ケーシング）の内周面との間に隙間空間を設け、
この隙間空間を上述の様に潤滑油で満たす事により、回
転軸の回転に基づく振動の減衰を図る。又、この隙間空
間に送り込まれた潤滑油の一部を上記玉軸受に向けて送
り込む事により、この玉軸受の冷却及び潤滑を行なう。
内周面と第一、第二の玉軸受７、８の外周面との間に
も、それぞれ隙間空間２４、２４が存在している。そし
て、これら各隙間空間２４、２４にも上記潤滑油が満た
されており、上記回転軸２の回転に基づく振動の減衰を
図っている。又、図示は省略するが、軸受ハウジングと
ケーシングとを一体に形成する場合もある。この様な場
合は、少なくとも何れかの玉軸受の外周面と軸受ハウジ
ング（ケーシング）の内周面との間に隙間空間を設け、
この隙間空間を上述の様に潤滑油で満たす事により、回
転軸の回転に基づく振動の減衰を図る。又、この隙間空
間に送り込まれた潤滑油の一部を上記玉軸受に向けて送
り込む事により、この玉軸受の冷却及び潤滑を行なう。
【０００９】ところで、上述の様なターボチャージャ用
回転支持装置の運転時に前記タービン３は、最高で１０
００℃近くの排気に曝される。この為、前記回転軸２を
支持する第一、第二の玉軸受７、８、特にタービン３側
の第一の玉軸受７は、潤滑油による冷却が行なわれてい
ても、２００℃程度の高温となる場合がある。しかも、
エンジンの急停止時には、上記回転軸２の回転中にも拘
わらず、潤滑油が上記各玉軸受７、８に送り込まれなく
なる場合（ヒートソークバック）があり、この様な場合
に、上記第一の玉軸受７の温度が２００℃以上（２５０
℃近く）に上昇する可能性もある。
回転支持装置の運転時に前記タービン３は、最高で１０
００℃近くの排気に曝される。この為、前記回転軸２を
支持する第一、第二の玉軸受７、８、特にタービン３側
の第一の玉軸受７は、潤滑油による冷却が行なわれてい
ても、２００℃程度の高温となる場合がある。しかも、
エンジンの急停止時には、上記回転軸２の回転中にも拘
わらず、潤滑油が上記各玉軸受７、８に送り込まれなく
なる場合（ヒートソークバック）があり、この様な場合
に、上記第一の玉軸受７の温度が２００℃以上（２５０
℃近く）に上昇する可能性もある。
【００１０】この様な高温環境で使用する第一、第二の
玉軸受７、８を構成する保持器１４として、例えば実公
平８−９４５２号公報には、耐熱性の合成樹脂により造
られた保持器の発明が記載されている。この様な合成樹
脂は密度が小さい（ポリイミド樹脂の密度＝１．４×１
０3kg/m3程度）為、保持器を軽量にでき、この保持器及
び各玉に加わる荷重の低減化を図れる。この為、これら
保持器及び玉が破損しにくくなると共に、上記第一、第
二の玉軸受７、８の回転抵抗を低減できる。又、特開平
１０−９６４２６号公報には、繊維強化ポリアミド樹脂
により造った保持器に潤滑油を含浸させる事により、こ
の保持器を組み込んだ転がり軸受の潤滑性を向上させる
技術が記載されている。
玉軸受７、８を構成する保持器１４として、例えば実公
平８−９４５２号公報には、耐熱性の合成樹脂により造
られた保持器の発明が記載されている。この様な合成樹
脂は密度が小さい（ポリイミド樹脂の密度＝１．４×１
０3kg/m3程度）為、保持器を軽量にでき、この保持器及
び各玉に加わる荷重の低減化を図れる。この為、これら
保持器及び玉が破損しにくくなると共に、上記第一、第
二の玉軸受７、８の回転抵抗を低減できる。又、特開平
１０−９６４２６号公報には、繊維強化ポリアミド樹脂
により造った保持器に潤滑油を含浸させる事により、こ
の保持器を組み込んだ転がり軸受の潤滑性を向上させる
技術が記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】近年に於ける燃費向上
の為のエンジンの高効率化の流れを受けて、排気温度が
益々高くなる傾向がある一方、ターボチャージャの回転
支持部分の潤滑油として使用されるエンジンオイルの粘
度が低くなる傾向がある。この様な排気の高温化、潤滑
油の粘度低下は、何れも上記回転支持部分に組み込んだ
転がり軸受の潤滑性確保の面からは厳しいものであっ
て、上述した様な各公報に記載された従来技術では十分
に対応できなくなる可能性が生じている。
の為のエンジンの高効率化の流れを受けて、排気温度が
益々高くなる傾向がある一方、ターボチャージャの回転
支持部分の潤滑油として使用されるエンジンオイルの粘
度が低くなる傾向がある。この様な排気の高温化、潤滑
油の粘度低下は、何れも上記回転支持部分に組み込んだ
転がり軸受の潤滑性確保の面からは厳しいものであっ
て、上述した様な各公報に記載された従来技術では十分
に対応できなくなる可能性が生じている。
【００１２】特に、今後燃費向上を目的として、更に粘
度が低い潤滑油（エンジンオイル）が開発されて、自動
車ユーザーがこれを使用する事を考えた場合、（現在使
用されているエンジンオイルに比べて）より低い粘度の
潤滑油の使用環境下でも、十分な耐摩耗性及び潤滑性を
発揮できる技術の実現が望まれている。本発明のターボ
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は、この様な事情に鑑み
て発明したものである。
度が低い潤滑油（エンジンオイル）が開発されて、自動
車ユーザーがこれを使用する事を考えた場合、（現在使
用されているエンジンオイルに比べて）より低い粘度の
潤滑油の使用環境下でも、十分な耐摩耗性及び潤滑性を
発揮できる技術の実現が望まれている。本発明のターボ
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は、この様な事情に鑑み
て発明したものである。
【００１３】
【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のうち、請求項１に記載したター
ボチャージャ用転がり軸受の保持器は、ターボチャージ
ャの回転軸をハウジングの内側に回転自在に支持する為
の転がり軸受に組み込んで、この転がり軸受を構成する
複数の転動体を転動自在に保持する為、全体が円環状
で、これら各転動体を保持する為の複数のポケットを、
円周方向に亙り間欠的に設けている。そして、この様な
本発明の保持器は、補強材として炭素繊維を含有したポ
リイミド樹脂製で、２５０℃以上でこのポリイミド樹脂
の融点よりも低い温度で加熱処理されたものである。
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のうち、請求項１に記載したター
ボチャージャ用転がり軸受の保持器は、ターボチャージ
ャの回転軸をハウジングの内側に回転自在に支持する為
の転がり軸受に組み込んで、この転がり軸受を構成する
複数の転動体を転動自在に保持する為、全体が円環状
で、これら各転動体を保持する為の複数のポケットを、
円周方向に亙り間欠的に設けている。そして、この様な
本発明の保持器は、補強材として炭素繊維を含有したポ
リイミド樹脂製で、２５０℃以上でこのポリイミド樹脂
の融点よりも低い温度で加熱処理されたものである。
【００１４】又、請求項２に記載したターボチャージャ
用転がり軸受の保持器の製造方法は、上記請求項１に記
載したターボチャージャ用転がり軸受の保持器の製造方
法である。この製造方法では、先ず、補強材として炭素
繊維を含有したポリイミド樹脂により完成後の寸法より
も大きな形状を有する保持器素子を形成する。その後、
この保持器素子を空気雰囲気中で、ターボチャージャの
最高使用温度よりも高い温度である２５０℃以上で、上
記ポリイミド樹脂の融点よりも低い温度に加熱する事に
より、上記保持器素子の重量を０．０４〜５％減少させ
ると共に所望寸法を有する保持器とする。
用転がり軸受の保持器の製造方法は、上記請求項１に記
載したターボチャージャ用転がり軸受の保持器の製造方
法である。この製造方法では、先ず、補強材として炭素
繊維を含有したポリイミド樹脂により完成後の寸法より
も大きな形状を有する保持器素子を形成する。その後、
この保持器素子を空気雰囲気中で、ターボチャージャの
最高使用温度よりも高い温度である２５０℃以上で、上
記ポリイミド樹脂の融点よりも低い温度に加熱する事に
より、上記保持器素子の重量を０．０４〜５％減少させ
ると共に所望寸法を有する保持器とする。
【００１５】尚、上記空気雰囲気中での加熱温度として
好ましくは、３００℃以上で上記融点以下、より好まし
くは３１０〜３５０℃とする。又、好ましくは、加熱に
伴う重量減少分を、０．４〜５．０％とし、より好まし
くは、１．６〜４．５％とする。この場合に於いて、上
記重量及び寸法減少分と加熱時間とは、図４〜５に示す
様に比例するので、この加熱時間を変える事により、こ
の重量及び寸法減少分の調節を行なう。尚、上記図４
は、３３０℃でポリイミド樹脂製の保持器を加熱した場
合に於ける、加熱時間と重量減少分（＝熱処理前重量−
熱処理後重量）との関係を、図５は、同じ条件での加熱
時間と寸法減少分（＝熱処理前寸法−熱処理後寸法）と
の関係を、それぞれ示している。
好ましくは、３００℃以上で上記融点以下、より好まし
くは３１０〜３５０℃とする。又、好ましくは、加熱に
伴う重量減少分を、０．４〜５．０％とし、より好まし
くは、１．６〜４．５％とする。この場合に於いて、上
記重量及び寸法減少分と加熱時間とは、図４〜５に示す
様に比例するので、この加熱時間を変える事により、こ
の重量及び寸法減少分の調節を行なう。尚、上記図４
は、３３０℃でポリイミド樹脂製の保持器を加熱した場
合に於ける、加熱時間と重量減少分（＝熱処理前重量−
熱処理後重量）との関係を、図５は、同じ条件での加熱
時間と寸法減少分（＝熱処理前寸法−熱処理後寸法）と
の関係を、それぞれ示している。
【００１６】更に、請求項３に記載したターボチャージ
ャ用回転支持装置は、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、一端部にター
ビンを、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
の軸受ハウジングの内周面と上記回転軸の外周面との間
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円環状の保持器により保持さ
れた複数個の転動体を転動自在に配置して成る転がり軸
受を設けている。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、上記保持器を請求項１に記載し
た保持器としている。
ャ用回転支持装置は、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、一端部にター
ビンを、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
の軸受ハウジングの内周面と上記回転軸の外周面との間
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円環状の保持器により保持さ
れた複数個の転動体を転動自在に配置して成る転がり軸
受を設けている。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、上記保持器を請求項１に記載し
た保持器としている。
【００１７】尚、上記保持器に転動自在に保持して上記
転がり軸受を構成する転動体（玉）の性状に就いては特
に限定しないが、優れた耐熱性を有し、表面が硬い転動
体を使用する事が好ましい。例えば、使用温度が高くて
も硬度低下が少ない、Ｍ５０等の耐熱鋼製の転動体が、
好ましく使用できる。又、このＭ５０やその他の合金鋼
製の転動体の表面に硬質皮膜処理を施したり、或はこの
転動体に窒化処理を施して、表面硬度をＨｖ８００以上
としたもの等は、好ましく使用できる。更には、窒化珪
素（ Si3Ｎ4 ）等のセラミック製の転動体も、優れた耐
熱性と高い表面硬度とを有する事から、好ましく使用で
きる。
転がり軸受を構成する転動体（玉）の性状に就いては特
に限定しないが、優れた耐熱性を有し、表面が硬い転動
体を使用する事が好ましい。例えば、使用温度が高くて
も硬度低下が少ない、Ｍ５０等の耐熱鋼製の転動体が、
好ましく使用できる。又、このＭ５０やその他の合金鋼
製の転動体の表面に硬質皮膜処理を施したり、或はこの
転動体に窒化処理を施して、表面硬度をＨｖ８００以上
としたもの等は、好ましく使用できる。更には、窒化珪
素（ Si3Ｎ4 ）等のセラミック製の転動体も、優れた耐
熱性と高い表面硬度とを有する事から、好ましく使用で
きる。
【００１８】
【作用】補強材として炭素繊維を含有したポリイミド樹
脂により完成後の寸法よりも大きな形状に造られた保持
器素子を加熱して重量を減少させる事により造られた保
持器の表面には、上記炭素繊維の一部が露出する。ター
ボチャージャの運転時には、この炭素繊維から離脱した
炭素の微粉末が転動体の転動面に付着して、この転動体
と相手部材との接触部を潤滑する。又、上記炭素繊維の
一部が上記保持器の表面に露出する事により、この保持
器の表面性状が粗くなって、この保持器の表面に潤滑油
が付着し易くなる。この結果、粘度の低い潤滑油を使用
した場合でも、十分な潤滑性を確保できる。
脂により完成後の寸法よりも大きな形状に造られた保持
器素子を加熱して重量を減少させる事により造られた保
持器の表面には、上記炭素繊維の一部が露出する。ター
ボチャージャの運転時には、この炭素繊維から離脱した
炭素の微粉末が転動体の転動面に付着して、この転動体
と相手部材との接触部を潤滑する。又、上記炭素繊維の
一部が上記保持器の表面に露出する事により、この保持
器の表面性状が粗くなって、この保持器の表面に潤滑油
が付着し易くなる。この結果、粘度の低い潤滑油を使用
した場合でも、十分な潤滑性を確保できる。
【００１９】尚、請求項２に記載した保持器の製造方法
で、加熱処理に伴う重量減少分を０．０４％以上とした
理由は、加熱処理後の保持器の表面に上記炭素繊維を、
確実に露出させる為である。この炭素繊維の露出量は、
上記加熱処理に基づく重量減少分が多い程多くなる為、
この重量減少分を、好ましくは０．４％以上、より好ま
しくは１．６重量％以上とする。但し、重量減少に伴っ
て保持器の靱性が低下する為、この重量減少を過大にす
る事はできない。上記加熱処理に伴う重量減少分が５．
０％を越えると、上記保持器の靱性が極端に低下する
為、この重量減少分の最大値を５．０％とする。更に好
ましくは、余裕を持たせて、重量減少分の最大値を４．
５％に抑える。
で、加熱処理に伴う重量減少分を０．０４％以上とした
理由は、加熱処理後の保持器の表面に上記炭素繊維を、
確実に露出させる為である。この炭素繊維の露出量は、
上記加熱処理に基づく重量減少分が多い程多くなる為、
この重量減少分を、好ましくは０．４％以上、より好ま
しくは１．６重量％以上とする。但し、重量減少に伴っ
て保持器の靱性が低下する為、この重量減少を過大にす
る事はできない。上記加熱処理に伴う重量減少分が５．
０％を越えると、上記保持器の靱性が極端に低下する
為、この重量減少分の最大値を５．０％とする。更に好
ましくは、余裕を持たせて、重量減少分の最大値を４．
５％に抑える。
【００２０】
【実施例】本発明の効果を確認する為に行なった実験に
就いて説明する。実験は、前述の図３に示した様な構造
を有する玉軸受を使用して行なった。内輪１２の内径は
７mm、幅は５．５mm、外輪１０の外径は１７mm、幅は５
mmとした。又、これら内輪１２及び外輪１０は、耐熱鋼
製とし、表面を浸炭窒化処理により硬化させた。更に、
玉１３、１３は、窒化珪素を加圧焼結して成るセラミッ
クボールとした。更に、保持器１４は、下記の構造を有
する熱可塑性ポリイミド樹脂（三井化学工業株式会社製
の、商品名「オーラム」、融点：約３８０℃）を使用し
た。又、この熱可塑性ポリイミド樹脂中に、炭素繊維を
３０重量％混入した。尚、この炭素繊維の含有量は、例
えば１０〜５０重量％、好ましくは２０〜４０重量％の
範囲で、設計的配慮により決定する。含有量が過少の場
合には十分な潤滑性を得にくくなり、反対に過剰の場合
には保持器の強度確保が難しくなる。
就いて説明する。実験は、前述の図３に示した様な構造
を有する玉軸受を使用して行なった。内輪１２の内径は
７mm、幅は５．５mm、外輪１０の外径は１７mm、幅は５
mmとした。又、これら内輪１２及び外輪１０は、耐熱鋼
製とし、表面を浸炭窒化処理により硬化させた。更に、
玉１３、１３は、窒化珪素を加圧焼結して成るセラミッ
クボールとした。更に、保持器１４は、下記の構造を有
する熱可塑性ポリイミド樹脂（三井化学工業株式会社製
の、商品名「オーラム」、融点：約３８０℃）を使用し
た。又、この熱可塑性ポリイミド樹脂中に、炭素繊維を
３０重量％混入した。尚、この炭素繊維の含有量は、例
えば１０〜５０重量％、好ましくは２０〜４０重量％の
範囲で、設計的配慮により決定する。含有量が過少の場
合には十分な潤滑性を得にくくなり、反対に過剰の場合
には保持器の強度確保が難しくなる。
【化１】
【００２１】この様な材料を射出成形、更に一部に加熱
処理を施す事により、図３に示す様なもみ抜き型の保持
器１４を得た。即ち、この加熱処理を施していない（加
熱時間＝０）試料と、３３０℃で２時間加熱処理した試
料と、３３０℃で２４時間加熱処理した試料と、３３０
℃で１０５時間加熱処理した試料と、３３０℃で３００
時間加熱処理した試料との、全部で５種類の試料を造っ
た。これら５種類の試料のうち、加熱処理していない試
料の表面は、図６（Ａ）に示す様に比較的凹凸が小さい
のに対して、加熱処理を施した試料に就いては、同図
（Ｂ）の様に比較的大きな凹凸が存在した。尚、図６
は、縦方向（面方向）の倍率を２０００倍、横方向（厚
さ方向）の倍率を５０倍としている。又、上記加熱処理
後の計量並びに計測によって、加熱時間と重量並びに寸
法の減少分とは、前述の図４〜５に示す様に比例する事
が確認できた。
処理を施す事により、図３に示す様なもみ抜き型の保持
器１４を得た。即ち、この加熱処理を施していない（加
熱時間＝０）試料と、３３０℃で２時間加熱処理した試
料と、３３０℃で２４時間加熱処理した試料と、３３０
℃で１０５時間加熱処理した試料と、３３０℃で３００
時間加熱処理した試料との、全部で５種類の試料を造っ
た。これら５種類の試料のうち、加熱処理していない試
料の表面は、図６（Ａ）に示す様に比較的凹凸が小さい
のに対して、加熱処理を施した試料に就いては、同図
（Ｂ）の様に比較的大きな凹凸が存在した。尚、図６
は、縦方向（面方向）の倍率を２０００倍、横方向（厚
さ方向）の倍率を５０倍としている。又、上記加熱処理
後の計量並びに計測によって、加熱時間と重量並びに寸
法の減少分とは、前述の図４〜５に示す様に比例する事
が確認できた。
【００２２】これら５種類の試料を、前述の図１〜２に
示す様なターボチャージャ用回転支持装置と同様の構造
を有する試験装置に組み付け、下記の条件で耐久試験を
行なった。 タービン３を駆動する高温ガスの温度 ： ３００〜５
００℃（昇降の繰り返し） 回転軸２の回転速度 ： １６万〜２０万min-1 （昇降
の繰り返し） 保持器１４を組み付けた第一の玉軸受７の温度 ： ２
００〜２５０℃（給油量の調整によりこの温度範囲内に
維持） 給油量 ： ０．３〜０．５Ｌ／min 圧縮ばね１６によるアキシアル予圧荷重 ： １９．６
Ｎ（２kgf ） ラジアル荷重 ： 上記回転軸２のアンバランスによる
ものとして、各種方向に付与、但し、各条件毎に１０分
間ずつ安定 試験継続時間 ： １２時間
示す様なターボチャージャ用回転支持装置と同様の構造
を有する試験装置に組み付け、下記の条件で耐久試験を
行なった。 タービン３を駆動する高温ガスの温度 ： ３００〜５
００℃（昇降の繰り返し） 回転軸２の回転速度 ： １６万〜２０万min-1 （昇降
の繰り返し） 保持器１４を組み付けた第一の玉軸受７の温度 ： ２
００〜２５０℃（給油量の調整によりこの温度範囲内に
維持） 給油量 ： ０．３〜０．５Ｌ／min 圧縮ばね１６によるアキシアル予圧荷重 ： １９．６
Ｎ（２kgf ） ラジアル荷重 ： 上記回転軸２のアンバランスによる
ものとして、各種方向に付与、但し、各条件毎に１０分
間ずつ安定 試験継続時間 ： １２時間
【００２３】この様な条件で行なった実験の結果を図７
に示す。この図７の縦軸は、上記耐久試験後に於ける、
上記各試料（保持器１４）のポケット１５の内面の摩耗
量を、横軸は、上記加熱処理時間を、それぞれ表してい
る。この様な図７から明らかな通り、上記加熱処理を少
し（２時間）でも行ない、少し（０．０４％）でも重量
を減少させれば、加熱処理を施さない場合に比べて上記
ポケット１５の内面の摩耗量を著しく減少させる事がで
きる。又、上記加熱処理時間を２４時間程度に伸ばし、
重量の減少分を０．４％程度にすれば、上記耐久試験後
に於ける摩耗量を１０μｍ程度と、十分に小さくでき
る。更に、上記加熱処理時間を１０５時間以上に伸ば
し、重量の減少分を１．６％以上にすれば、上記耐久試
験後にも上記ポケット１５の内面が殆ど摩耗しない。
に示す。この図７の縦軸は、上記耐久試験後に於ける、
上記各試料（保持器１４）のポケット１５の内面の摩耗
量を、横軸は、上記加熱処理時間を、それぞれ表してい
る。この様な図７から明らかな通り、上記加熱処理を少
し（２時間）でも行ない、少し（０．０４％）でも重量
を減少させれば、加熱処理を施さない場合に比べて上記
ポケット１５の内面の摩耗量を著しく減少させる事がで
きる。又、上記加熱処理時間を２４時間程度に伸ばし、
重量の減少分を０．４％程度にすれば、上記耐久試験後
に於ける摩耗量を１０μｍ程度と、十分に小さくでき
る。更に、上記加熱処理時間を１０５時間以上に伸ば
し、重量の減少分を１．６％以上にすれば、上記耐久試
験後にも上記ポケット１５の内面が殆ど摩耗しない。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成し作用
する為、回転軸を支持する玉軸受の回転抵抗の低減を図
りつつ、この玉軸受の潤滑性能の向上を図れる。特に、
この玉軸受に供給する潤滑油の粘度を低くしたり量を少
なくしても、この玉軸受の構成部材の摩耗を防止でき
る。この為、低振動で優れた応答特性並びに信頼性を有
するターボチャージャ用回転支持装置を実現できる。
する為、回転軸を支持する玉軸受の回転抵抗の低減を図
りつつ、この玉軸受の潤滑性能の向上を図れる。特に、
この玉軸受に供給する潤滑油の粘度を低くしたり量を少
なくしても、この玉軸受の構成部材の摩耗を防止でき
る。この為、低振動で優れた応答特性並びに信頼性を有
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】玉軸受のみを取り出して示す断面図。
【図４】保持器素子に対する加熱処理時間と重量減少分
との関係を示す線図。
との関係を示す線図。
【図５】保持器素子に対する加熱処理時間と寸法減少分
との関係を示す線図。
との関係を示す線図。
【図６】熱処理の前後に於ける保持器の表面粗さの違い
を説明する為の粗さ線図。
を説明する為の粗さ線図。
【図７】耐久試験の結果を示す線図及び耐久試験後の表
面形状を示す粗さ線図。
面形状を示す粗さ線図。
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 給油通路 ２０ フィルタ ２１ 隙間空間 ２２ ノズル孔 ２３ 排油口 ２４ 隙間空間
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ２９Ｌ 31:04 Ｂ２９Ｌ 31:04 Ｆターム(参考） 3G005 FA30 FA31 GB51 GD14 GD18 JA12 JA17 JA40 KA01 3J101 AA03 AA32 AA42 AA54 AA62 BA50 CA13 DA20 EA34 FA31 FA32 GA21 4F203 AA40 AB11 AB18 AB25 AH14 AR06 AR15 DA14 DB01 DC01
Claims (3)
- 【請求項１】 ターボチャージャの回転軸をハウジング
の内側に回転自在に支持する為の転がり軸受に組み込ん
で、この転がり軸受を構成する複数の転動体を転動自在
に保持する為、全体が円環状でこれら各転動体を保持す
る為の複数のポケットを円周方向に亙り間欠的に設けた
保持器であって、補強材として炭素繊維を含有したポリ
イミド樹脂製で、２５０℃以上でこのポリイミド樹脂の
融点よりも低い温度で加熱処理されたターボチャージャ
用転がり軸受の保持器。 - 【請求項２】 請求項１に記載したターボチャージャ用
転がり軸受の保持器の製造方法であって、補強材として
炭素繊維を含有したポリイミド樹脂により完成後の寸法
よりも大きな形状を有する保持器素子を形成した後、こ
の保持器素子を空気雰囲気中で、２５０℃以上で上記ポ
リイミド樹脂の融点よりも低い温度に加熱する事によ
り、上記保持器素子の重量を０．０４〜５％減少させる
と共に所望寸法を有する保持器とするターボチャージャ
用転がり軸受の保持器の製造方法。 - 【請求項３】 一端部にタービンを、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、この軸受ハウジングの内周面
と上記回転軸の外周面との間に、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
円環状の保持器により保持された複数個の転動体を転動
自在に配置して成る転がり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、上記保持器を請求項１に記
載した保持器と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 |
|---|---|---|---|
| JP2001040030A JP2002242937A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001040030A JP2002242937A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002242937A true JP2002242937A (ja) | 2002-08-28 |
Family
ID=18902712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001040030A Pending JP2002242937A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002242937A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090129716A1 (en) * | 2006-06-30 | 2009-05-21 | Ntn Corporation | Heat-Resistant, Oil Resistant Rolling Bearing and Rolling Bearing for Use in a Compressor of a Refrigerating Machine |
| US9695708B2 (en) | 2015-04-12 | 2017-07-04 | Honeywell International Inc. | Turbocharger spring assembly |
| US9963998B2 (en) | 2013-06-18 | 2018-05-08 | Honeywell International Inc. | Assembly with bearings and spacer |
| US9976476B2 (en) | 2015-04-12 | 2018-05-22 | Honeywell International Inc. | Turbocharger bearing assembly |
| US10208623B2 (en) | 2015-04-12 | 2019-02-19 | Garrett Transportation I Inc. | Turbocharger bearing assembly |
| US20190178292A1 (en) * | 2016-07-15 | 2019-06-13 | Ihi Corporation | Seal structure and turbocharger |
| US10753367B2 (en) | 2015-12-01 | 2020-08-25 | Ihi Corporation | Mounting structure and turbocharger |
-
2001
- 2001-02-16 JP JP2001040030A patent/JP2002242937A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090129716A1 (en) * | 2006-06-30 | 2009-05-21 | Ntn Corporation | Heat-Resistant, Oil Resistant Rolling Bearing and Rolling Bearing for Use in a Compressor of a Refrigerating Machine |
| US9963998B2 (en) | 2013-06-18 | 2018-05-08 | Honeywell International Inc. | Assembly with bearings and spacer |
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