JP2003003856A

JP2003003856A - ターボチャージャ用回転支持装置

Info

Publication number: JP2003003856A
Application number: JP2001190014A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yakura; 健二矢倉
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】回転軸を支持する玉軸受２５の損傷防止を図
り、優れた耐久性を有するターボチャージャ用回転支持
装置を実現する。【解決手段】上記玉軸受２５を構成する内輪１２の軸
方向に関する幅Ｗ₁₂を、同じく外輪１０の軸方向に関す
る幅Ｗ₁₀よりも大きく（Ｗ₁₂＞Ｗ₁₀）する。又、これと
共に、上記内輪１２の一端側の肩部をなくし、且つ、こ
の肩部をなくした内輪１２の一端部を上記外輪１０の一
端面よりも軸方向に突出させる。更には、上記玉軸受２
５を構成する各玉１３、１３をセラミック製とすると共
に、少なくともタービン側に設置する玉軸受２５の内輪
１２を、２５０〜３５０℃で焼き戻された、０．７〜
１．５重量％のSiを含む鉄系合金製とする。

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、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。特に本発明は、この回転軸
を支持する玉軸受の損傷防止を図る事により、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す
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。

【０００３】この様な本発明の対象となるターボチャー
ジャの１例を、本発明の実施の形態の１例を示す図１〜
３により説明する。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、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、例えば図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。

【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。

【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、円筒状の隙間空間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。

【０００８】そして、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。

【０００９】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。

【００１０】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２５０℃近くに上昇す
る可能性もある。

【００１１】

【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第一、第二の玉軸受７、８は、上
述の様に使用温度が高い事と運転速度が速い事とが相ま
って、潤滑性確保の面から非常に条件が厳しい。特に、
排気の熱に曝されるタービン３側に設ける第一の玉軸受
７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１２の外周面
に形成した内輪軌道１１と、各玉１３、１３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。

【００１２】即ち、高温下で上記第一、第二の玉軸受
７、８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１１の表面には僅かな潤滑油しか残
らなくなる可能性がある。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１２の温度上昇に伴っ
て蒸発する場合があり、上記内輪軌道１１表面には極く
僅かな潤滑油しか残らなくなる可能性がある。この為、
この内輪軌道１１と上記各玉１３、１３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１１や転
動面に異常摩耗等の損傷が発生し易くなる。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、上記第一、第二の玉軸
受７、８の寿命が短くなったりと言った問題を生じる可
能性がある。

【００１３】しかも、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、何れも上記第一、第二の玉軸受７、８の潤滑性確
保の面からは厳しい条件となる。特に、今後燃費向上を
目的として、更に粘度の低い潤滑油（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事が望まれる。

【００１４】又、上記第一、第二の玉軸受７、８は、フ
ィルタ２０により異物を除去された上記エンジンオイル
により潤滑される。この為、上記フィルタ２０の除去性
能の限界を越える様な、微小な塵芥や摩耗粉等の異物
が、上記第一、第二の玉軸受７、８に入り込む場合があ
り、この様な微小な異物の進入はこれら各玉軸受７、８
の転がり接触部に損傷を与える可能性がある。尚、この
様な微小な異物がこれら第一、第二の玉軸受７、８に入
り込む事を防止する為に、優れた除去性能を有するフィ
ルタ２０を設ける事が考えられる。しかしながら、ター
ボチャージャのケーシング１８内或はエンジンルーム内
等の限られた空間に設置する事や、コスト、更にはエン
ジンオイルの流通に対する抵抗を抑える事等を考慮する
と、除去性能の向上には限度がある。本発明は、この様
な事情に鑑みて、玉軸受の内輪軌道や各玉の転動面等の
損傷防止を図り、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すべく発明したものである。

【００１５】

【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、従来から広く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玉
軸受を1 対設けている。これら各玉軸受はそれぞれ、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。そして、上記各玉軸受に向けて潤滑油を送り込む事
により、これら各玉軸受の冷却及び潤滑を行なう様に構
成している。

【００１６】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、上記内輪の軸方向に関する幅を上記
外輪の軸方向に関する幅よりも大きくする。又、これと
共に、この内輪の一端側の肩部をなくし、且つ、この肩
部をなくした内輪の一端部を上記外輪の一端面よりも軸
方向に突出させる。更には、上記各玉をセラミック製と
すると共に、上記各玉軸受のうちの少なくとも上記ター
ビン側に設置した玉軸受の内輪を、２５０〜３５０℃で
焼き戻された、０．７〜１．５重量％のSi（珪素）を含
む鉄系合金製とする。

【００１７】又、より好ましくは、上記玉軸受を構成す
る各玉を転動自在に保持する円環状の保持器の外周面の
うちの少なくとも両端部外周面を、上記外輪の内周面に
近接対向させる事により、この保持器の直径方向位置を
この外輪により規制する外輪案内とする。

【００１８】

【作用】上述の様に構成する本発明のターボチャージャ
用回転支持装置の場合には、この回転支持装置を構成す
る玉軸受の損傷防止を図れる。即ち、この玉軸受を構成
する内輪の軸方向に関する幅を、同じく外輪の軸方向に
関する幅よりも大きくしている為、この内輪の外周面の
表面積を大きくできる。この為、潤滑油（エンジンオイ
ル）の粘度に拘らず、上記玉軸受に送り込まれたこの潤
滑油が上記内輪の外周面に十分に付着し、この内輪の外
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
部で油膜切れが生じる事を防止できる。しかも、上記内
輪の外周面の表面積が大きくなる分、上記潤滑油により
冷却される部分の面積が増大する為、上記内輪の過度の
温度上昇を抑制できて、この温度上昇に伴う上記潤滑油
の蒸発を低減できる。この結果、上記内輪軌道と各玉の
転動面に、擦り傷や異常摩耗等の損傷が発生しにくくな
り、上記玉軸受の耐久性を確保し易くなる。

【００１９】又、上記内輪は、一端側の肩部をなくすと
共に、この肩部をなくした一端部を上記外輪の一端面よ
りも軸方向に突出させている為、上記内輪軌道と上記各
玉の転動面との転がり接触部に潤滑油を取り込み易くで
きる。即ち、この内輪の肩部をなくす事により、この肩
部が潤滑油の流通の妨げとなる事を防止できる。より具
体的には、上記内輪の外周面のうちの、上記外輪の一端
面よりも軸方向に突出したこの内輪の一端部から、上記
内輪軌道で上記転がり接触部が形成されるこの内輪軌道
の軸方向中央部に至るまでの部分を、この中央部に向か
う程外径が大きくなるテーパ面、或は、この内輪軌道の
中央部とほぼ同じ外径を有する（ストレート状の）円筒
面とする事により、この内輪の外周面を通じて上記転が
り接触部に上記潤滑油が行き渡り易くできる。しかも、
上記内輪が高速回転すると、この内輪外周面の周囲の空
気が円周方向に渦を巻きつつ径方向外方に広がる流れを
惹起する為、上記各玉を転動自在に保持する保持器の各
ポケット内に上記潤滑油が、上記空気の流れに基づいて
送り込まれ易くなる。この結果、上記内輪の中央部に潤
滑油が送り込まれ易くなる事と相まって、上記各ポケッ
トの内面と上記各玉の転動面との接触部の潤滑も確保し
易くなり、これら各ポケットの内面の摩耗の低減化によ
る上記保持器の耐久性向上も図れる。

【００２０】更には、上記各玉をセラミック製とすると
共に、少なくともタービン側の玉軸受の内輪を、２５０
〜３５０℃で焼き戻された、０．７〜１．５重量％のSi
（珪素）を含む鉄系合金製としている為、高温状態で運
転した場合でも、これら各玉及び内輪の硬度を十分に確
保できる。即ち、上記内輪に焼き戻し軟化抵抗性の大き
いSiを適量含ませると共に、この内輪の焼き戻し温度を
上記玉軸受の運転温度よりも十分高い温度とする事によ
り、高温状態でもこの内輪の硬度を低下しにくくしてい
る。そして上記各玉も、温度上昇に拘らず硬度が低下し
ないセラミック製とする事により、潤滑油に微小な塵芥
や摩耗粉等の異物が含まれている場合でも、これら各玉
の転動面や上記内輪軌道を損傷しにくくできる。

【００２１】尚、上記Siが０．７重量％未満の場合に
は、焼き戻しによる上記内輪の軟化が無視できなくな
り、この内輪の硬度を十分に確保できなくなる可能性が
ある。一方、上記Siが１．５重量％を超える場合には、
この内輪を構成する鉄系合金に含まれる他の元素との含
有バランスが悪くなり、この内輪の耐久性が低下する可
能性がある。又、上記焼き戻し温度が２５０℃未満の場
合には、運転時の温度上昇に伴って、上記内輪の硬度が
低下する可能性がある。一方、上記焼き戻し温度が３５
０℃を超える場合には、焼き戻し後に上記内輪に十分な
硬度を確保する事が難しくなる。

【００２２】又、より好ましい構造である、上記保持器
の外周面のうちの少なくとも両端部外周面を、上記外輪
の内周面に近接対向させる事により、この保持器の直径
方向位置をこの外輪により規制する外輪案内とした場合
には、この保持器の耐久性をより確保し易くなる。即
ち、上記保持器の外周面のうちの少なくとも両端部外周
面を上記外輪の内周面と対向する案内面とする事によ
り、例えば保持器の一端部外周面のみを案内面とする場
合に比べて、この保持器の案内面と上記外輪の内周面と
の接触（摺接）面積を大きくする事ができる。この結
果、これら保持器と外輪との案内面同士の接触面圧の低
減を図れ、この保持器の案内面が摩耗しにくくなる。

【００２３】

【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、本発明の特徴は、ターボチャ
ージャ用回転支持装置に組み込む玉軸受２５（図３参
照）の構造を工夫する事により、この回転支持装置の耐
久性の向上を図る点にある。このターボチャージャ用回
転支持装置の全体構成に就いては、前述の本発明の対象
となる転がり軸受装置の１例としてこの図１〜３を使用
して説明した通りであるから、重複する説明は省略若し
くは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明す
る。

【００２４】本例のターボチャージャ用回転支持装置を
構成する上記玉軸受２５（図１〜２に示す、第一、第二
の玉軸受７、８に相当）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
に設けられた複数個の玉１３とを備える。又、これら各
玉１３は、もみ抜き保持器等の円環状の保持器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、本例の場合、上記内輪１２の軸
方向に関する幅Ｗ₁₂を上記外輪１０の軸方向に関する幅
Ｗ₁₀よりも大きく（Ｗ₁₂＞Ｗ₁₀）している。そして、上
記内輪１２を、一端側（図３の右端側）の肩部をなくし
た所謂カウンタボアとすると共に、この肩部をなくした
この内輪１２の一端部（図３の右端部）を上記外輪１０
の一端面よりも軸方向に突出させている。又、上記保持
器１４の外周面のうちの少なくとも両端部外周面を、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。

【００２５】更に本例の場合、上記外輪１０及び内輪１
２を、耐熱性を有する鉄系合金により構成している。特
に、これら外輪１０及び内輪１２のうちの少なくとも内
輪１２を、０．７〜１．５重量％のSiを含み、２５０〜
３５０℃の高温焼き戻しにより焼き戻された鉄系合金と
している。尚、必要に応じて、表面に浸炭窒化処理を施
しても良い。又、上記各玉１３は、セラミック製として
いる。この様なセラミックとしては、窒化珪素（Si₃ Ｎ
₄ ）の粉末に焼結助材を１５重量％以下含有させ、５０
気圧以上で加圧焼結したものが好ましいが、８００ＭPa
を越える曲げ強度を得られるのであれば、常圧焼結のも
のでも良い。又、この様な窒化珪素以外でも、炭化珪
素、ジルコニア、アルミナ、或は、これらを複合させた
複合セラミック等を使用しても良い。尚、この様な内輪
１２と各玉１３、１３とを有する上記玉軸受２５は、前
述の図１〜２に示すターボチャージャ用回転支持装置を
構成する第一、第二の玉軸受７、８のうちの、少なくと
もタービン３側に設置した第一の玉軸受７として使用す
る。

【００２６】上述の様に構成する玉軸受２５を組み込ん
だ、本発明のターボチャージャ用回転支持装置の場合に
は、この玉軸受２５が損傷しにくくなる事による耐久性
向上を図れる。即ち、この玉軸受２５を構成する内輪１
２の軸方向に関する幅Ｗ₁₂を、同じく外輪１０の軸方向
に関する幅Ｗ₁₀よりも大きくしている為、この内輪１２
の外周面の表面積を大きくできる。この為、潤滑油（エ
ンジンオイル）の粘度に拘らず、上記玉軸受２５に送り
込まれたこの潤滑油が上記内輪１２の外周面に十分に付
着し、この内輪１２の外周面に形成した内輪軌道１１と
各玉１３、１３の転動面との転がり接触部で油膜切れが
生じる事を防止できる。しかも、上記内輪１２の外周面
の表面積が大きくなる分、上記潤滑油により冷却される
部分の面積が増大する為、上記内輪１２の過度の温度上
昇を抑制できて、この温度上昇に伴う上記潤滑油の蒸発
を低減できる。この結果、上記内輪軌道１１と各玉１
３、１３の転動面に擦り傷や異常摩耗等の損傷が発生し
にくくなり、上記玉軸受２５の耐久性を確保し易くな
る。

【００２７】又、上記内輪１２は、一端側の肩部をなく
すと共に、この肩部をなくした一端部を上記外輪１０の
一端面よりも軸方向に突出させている為、上記内輪軌道
１１と上記各玉１３、１３の転動面との転がり接触部に
潤滑油を取り込み易くできる。即ち、この内輪１２の肩
部をなくす事により、この肩部が潤滑油の流通の妨げと
なる事を防止できる。より具体的には、上記内輪１２の
外周面のうちの、上記外輪１０の一端面よりも軸方向に
突出したこの内輪１２の一端部から上記内輪軌道１１で
上記転がり接触部が形成されるこの内輪軌道１１の軸方
向中心部に至るまでの部分を、この中心部に向かう程外
径が大きくなるテーパ面部２６としている為、このテー
パ面部２６を通じて上記転がり接触部に上記潤滑油が行
き渡り易くなる。しかも、上記内輪１２が高速回転する
と、この内輪１２外周面の周囲の空気が円周方向に渦を
巻きつつ径方向外方に広がる流れとなる為、上記各玉１
３、１３を転動自在に保持する保持器１４の各ポケット
１５内に上記潤滑油が、上記空気の流れに基づいて振り
飛ばされ易くなる。この結果、上記転がり接触部に潤滑
油が行き渡り易くなり、上記各玉１３、１３の転動面に
潤滑油が付着し易くなる事と相まって、上記各ポケット
１５の内面と上記各玉１３、１３の転動面との接触部の
潤滑も確保し易くなり、これら各ポケット１５の内面の
摩耗の低減化による上記保持器１４の耐久性向上も図れ
る。尚、図示は省略するが、上記テーパ面部２６に代え
てこの部分を、上記内輪軌道１１の中心部とほぼ同じ外
径を有する（ストレート状の）円筒面としても良い。

【００２８】更には、上記各玉１３、１３をセラミック
製とすると共に、少なくともタービン側の玉軸受２５で
ある第一の玉軸受７（図１〜２参照）の内輪１２を、２
５０〜３５０℃で焼き戻された、０．７〜１．５重量％
のSi（珪素）を含む鉄系合金製としている為、高温状態
で運転した場合でも、これら各玉１３、１３及び内輪１
２の硬度を十分に確保できる。即ち、上記内輪１２に焼
き戻し軟化抵抗性の大きいSiを適量含ませると共に、こ
の内輪１２の焼き戻し温度を上記玉軸受２５（第一の玉
軸受７）の運転温度よりも十分高い温度とする事によ
り、高温状態でもこの内輪１２の硬度を低下しにくくし
ている。そして上記各玉１３、１３も、温度上昇に拘ら
ず硬度が低下しにくいセラミック製とする事により、潤
滑油に微小な塵芥や摩耗粉等の異物が含まれている場合
でも、これら各玉１３、１３の転動面や上記内輪軌道１
１を損傷しにくくできる。

【００２９】尚、上記Siが０．７重量％未満の場合に
は、焼き戻しによる上記内輪１２の軟化が無視できなく
なり、この内輪１２の硬度を十分に確保できなくなる可
能性がある。一方、上記Siが１．５重量％を超える場合
には、この内輪１２を構成する鉄系合金に含まれる他の
元素との含有バランスが悪くなり、この内輪１２の耐久
性が低下する可能性がある。又、上記焼き戻し温度が２
５０℃未満の場合には、運転時の温度上昇に伴って、上
記内輪１２の硬度が低下する可能性がある。一方、上記
焼き戻し温度が３５０℃を超える場合には、焼き戻し後
に上記内輪１２に十分な硬度を確保する事が難しくな
る。

【００３０】更に本例の場合は、上記保持器１４の外周
面のうちの少なくとも両端部外周面を、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
ている為、この保持器１４の耐久性をより確保し易くな
る。即ち、上記保持器１４の外周面のうちの少なくとも
両端部外周面を上記外輪１０の内周面と対向する案内面
とする事により、例えば保持器１４の一端部外周面のみ
を案内面とする場合に比べ、この保持器１４の案内面と
上記外輪１０の内周面との接触（摺接）面積を大きくす
る事ができる。この結果、これら保持器１４と外輪１０
との案内面同士の接触面圧の低減を図れ、この保持器１
４の案内面を摩耗しにくくなる。

【００３１】

【実施例】次に、本発明の効果を確認する為に、本発明
者が行なった実験に就いて説明する。この実験は、下記
の表１に示す寸法の玉軸受（比較品１、本発明品１〜
６）を、前述の図１〜２に示したターボチャージャ用回
転支持装置にそれぞれ組み込み、これら各玉軸受の保持
器の摩耗の有無を調べた。

【表１】

【００３２】尚、上記表１で本発明品とは、本発明に属
する玉軸受であり、同じく比較品とは、本発明からは外
れる玉軸受である。又、この表１中寸法欄に記載した各
部の寸法は、それぞれ図３に示す様に、ａは外輪１０の
外径からピッチ円直径を減じた値の１／２であり、ｂは
ピッチ円直径から内輪１２の内径を減じた値の１／２で
ある。又、同じくｃはピッチ円直径から内輪１２の一端
外周縁の外径を減じた値の１／２であり、ｄは玉１３の
外径であり、ｅは内輪１２の一端部の外輪１０端面から
の突出量（Ｗ₁₂−Ｗ₁₀）である。又、上記各玉軸受を構
成する内輪１２は、３４０℃で焼き戻された、１．０重
量％のSiを含む鉄系合金製のものとし、同じく保持器１
４は、射出成形により造られた熱可塑性ポリイミド樹脂
製のものとし、同じく各玉１３は、窒化珪素（Si₃ Ｎ
₄ ）製のものとした。

【００３３】そして、上記ターボチャージャ用回転支持
装置を以下の条件で運転し、運転開始から２４時間後の
各玉軸受の保持器の摩耗の有無を、目視により判定し
た。回転速度：１８万min^-1 第一の玉軸受７の温度：２４５℃（１８万min^-1 で
回転時）第一、第二の玉軸受７、８の軸方向予圧：２５Ｎ

【００３４】尚、上記回転支持装置の運転は、エンジン
の排出ガスとほぼ同様の温度に加熱した圧縮空気を、排
気給路１に送り込む事により行なった。又、上記回転速
度は、インペラ４に対向する位置に設けた回転速度検出
センサ２７により検出した。又、上記第一、第二の玉軸
受７、８の温度は、これら各玉軸受７、８の外輪１０、
１０の外周面に設けた温度センサ（熱電対）２８、２８
により検出した。

【００３５】実験の結果を、下記の表２に示す。この表
２から明らかな様に、本発明品１〜６の保持器は何れ
も、従来の保持器（比較品１）に比べて、摩耗を抑える
事ができる。

【表２】

【００３６】

【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損傷防止を図る事に
より、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。この結果、ターボチャージャの性
能向上や信頼性の確保に寄与できる。

【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。

【符号の説明】

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２５玉軸受２６テーパ面部２７回転速度検出センサ２８温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G005 EA16 FA14 FA31 GB55 JA17 JA40 3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA62 BA10 BA53 BA55 BA70 CA32 DA03 EA02 EA42 EA43 EA44 EA67 FA06 GA21 GA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
複数個の玉を転動自在に配置して成る玉軸受を1 対設
け、これら各玉軸受に向けて潤滑油を送り込む事によ
り、これら各玉軸受の冷却及び潤滑を行なう様に構成し
たターボチャージャ用回転支持装置に於いて、上記内輪
の軸方向に関する幅を上記外輪の軸方向に関する幅より
も大きくすると共に、この内輪の一端側の肩部をなく
し、且つ、この肩部をなくした内輪の一端部を上記外輪
の一端面よりも軸方向に突出させ、更に、上記各玉をセ
ラミック製とすると共に、上記各玉軸受のうちの少なく
とも上記タービン側に設置した玉軸受の内輪を、２５０
〜３５０℃で焼き戻された、０．７〜１．５重量％のSi
を含む鉄系合金製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。
【請求項２】玉軸受を構成する各玉を転動自在に保持
する円環状の保持器の外周面のうちの少なくとも両端部
外周面を、同じく玉軸受を構成する外輪の内周面に近接
対向させる事により、この保持器の直径方向位置をこの
外輪により規制する外輪案内とした、請求項１に記載し
たターボチャージャ用回転支持装置。