JP2007071356A

JP2007071356A - ターボチャージャ用回転支持装置

Info

Publication number: JP2007071356A
Application number: JP2005261860A
Authority: JP
Inventors: Hisato Yamamoto; 寿人山本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】コストを抑えつつ、複列玉軸受ユニットに於ける各列の耐久性の差を小さくできる構造を実現する。
【解決手段】第一、第二の玉軸受７ａ、８ａを構成する各玉９、９に、正面組み合わせ型の接触角を付与する。運転時に回転軸２ａに、タービンからインペラに向けて加わるアキシアル荷重を、インペラ寄りの第二の玉軸受８ａを構成する玉９、９が支承する。温度の面から使用環境が厳しくなるタービン寄りの第一の玉軸受７ａを構成する玉９、９は、上記アキシアル荷重を支承しない。従って、この第一の玉軸受７ａを構成する玉９、９や内輪１３及び外輪１４の材料として、特に高価なものを使用しなくても、上記第一の玉軸受７ａの耐久性を確保し易くなる。
【選択図】図１

Description

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、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。

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min^-1 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。

図５〜６は、この様なターボチャージャの第１例として、特許文献１に記載されたものを示している。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５の右端）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５の左端）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。

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はそれぞれ、図７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。そして、この様な第一、第二の玉軸受７、８を構成する各玉９、９に、予圧と共に背面組み合わせ型（ＤＢ型）の接触角を付与している。

例えば、図５〜６に示した従来構造の第１例の場合には、上記第一、第二の玉軸受７、８を構成する外輪１０、１０同士の間に圧縮コイルばね１１を配置して、これら両外輪１０、１０に、互いに離れる方向の弾力を付与している。この構成により上記各玉９、９に、所謂定圧予圧により予圧を付与すると共に、ＤＢ型の接触角を付与している。これに対して、特許文献２には、図８に示す様に、複列玉軸受ユニットを構成すべく複列に配置された玉９、９に、所謂定位置予圧により予圧を付与すると共に、ＤＢ型の接触角を付与する構造が記載されている。何れの構造の場合でも、各列の玉９、９の転がり接触部には潤滑油（例えばエンジンオイル）を供給して、複列玉軸受ユニットの転がり疲れ寿命（耐久性）の確保を図っている。

上述の様に、上記第一、第二の玉軸受７、８の構成は基本的には同じであるが、これら両玉軸受７、８の使用環境は互いに異なる。具体的には、前記タービン３側に設けられる第一の玉軸受７の使用環境が、前記インペラ４側に設けられる第二の玉軸受８の使用環境よりも厳しくなる。この理由は、次の(1)(2)の２通りである。
(1) 前記排気流路１に近く、この排気流路１を流通する排気の熱により温度上昇する上記第一の玉軸受７の運転温度が、比較的低温の空気が流通する前記給気流路５に近い部分に設けられる上記第二の玉軸受８の運転温度よりも高くなる。
(2) 運転時に、上記タービン３から前記回転軸２に伝わるアキシアル荷重が、上記インペラ４からこの回転軸２に伝わるアキシアル荷重よりも大きい為、この回転軸２に上記タービン３から上記インペラ４に向くアキシアル荷重が加わるが、このアキシアル荷重を上記第一の玉軸受７が支承する。

これら２通りの理由により、上記第一の玉軸受７の使用環境が上記第二の玉軸受８の使用環境よりも厳しくなる為、これら両玉軸受７、８の仕様を同じとした場合には、第一の玉軸受７の耐久性が第二の玉軸受８の耐久性に比べて著しく劣る事になる。この為従来から、例えば上記特許文献２に記載されている如く、タービン側の第一の玉軸受を構成する金属材料に優れた耐熱性を有するものを使用する様にしている。この様な対策により、第一、第二の玉軸受の耐久性に差が生じる事を、或る程度抑えられる。但し、これら第一、第二の玉軸受の耐久性の差を十分に小さくする為には、上記第一の玉軸受を構成する為の金属材料として、相当に耐熱性を有するものを使用する必要があり、この第一の玉軸受の製造コストが嵩む事が避けられない。

特開２００５−３１８７号公報特開平２−７０９２３号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、コストを抑えつつ、複列玉軸受ユニットに於ける各列の耐久性の差を小さくでき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。

本発明のターボチャージャ用回転支持装置は、前述の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複列玉軸受ユニットを設けている。そして、この複列玉軸受ユニットは、上記軸受ハウジングの内周面の軸方向に離隔した２個所位置に設けた複列の外輪軌道と、上記回転軸の外周面の軸方向に離隔した２個所位置に設けた複列の内輪軌道との間に、各列毎に複数個の玉を転動自在に配置して成るものである。
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、上記各玉に、正面組み合わせ型（ＤＦ型）の接触角を付与している。

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、コストを抑えつつ、複列玉軸受ユニットに於ける各列の耐久性の差を小さくできる。この理由は、各列の玉に付与する接触角の方向を正面組み合わせ型とする事により、運転時に回転軸に、タービンからインペラに向けて加わるアキシアル荷重を、インペラ寄りの列の玉が支承する為である。即ち、温度の面から使用環境が厳しくなるタービン寄りの列の玉は、上記アキシアル荷重を支承しない。従って、従来構造の様に、温度の面から使用環境が厳しくなるタービン寄りの列の玉がアキシアル荷重を支承する場合に比べて、このタービン寄りの列に関する玉や各軌道輪の材料として、特に高価なものを使用しなくても、このタービン寄りの列の耐久性を確保し易くなる。上記インペラ寄りの列は、温度の面から使用条件があまり厳しくはないので、上記アキシアル荷重を支承するにしても、玉や各軌道輪の材料として、特に高価なものを使用しなくても、耐久性を確保する事は十分に可能である。

図１は、本発明の実施例１を示している。尚、本発明の特徴は、両端部にタービン３とインペラ４（図５〜６参照）とを支持固定した回転軸２ａを軸受ハウジング６ａの内側に回転自在に支持する為の複列玉軸受ユニットの構造にある。各玉９、９の転がり接触部に潤滑油を供給する構造等を含めて、その他の部分の構造及び作用は、前述の図５〜６に示した従来構造と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、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。

本実施例の場合には、軸受ハウジング６ａの内径側に回転軸２ａを、第一、第二の玉軸受７ａ、８ａを組み合わせて成る複列玉軸受ユニットにより、回転自在に支持している。そして、これら両玉軸受７ａ、８ａを構成する玉９、９に定圧予圧により予圧を付与すると共に、正面組み合わせ型（ＤＦ型）の接触角を付与している。この為に本実施例の場合には、上記回転軸２ａの中間部に形成した大径部１２の両端部に存在する段差面に、上記両玉軸受７ａ、８ａを構成する内輪１３、１３の互いに対向する軸方向端面を突き当てている。一方、これら両玉軸受７ａ、８ａを構成する外輪１４、１４の互いに反対側の軸方向端面は、上記軸受ハウジング６ａの両端部内周面に形成した内向フランジ状の鍔部１５、１５の内側面（互いに対向する側面）に、当接若しくは対向させている。そして、何れか一方（インペラ４寄りで、図１の左方）の鍔部１５とこの鍔部１５の内側面に対向する外輪１４の軸方向端面との間に、予圧ばね１６を設けている。

上述の様に構成する本実施例の構造によれば、コストを抑えつつ、複列玉軸受ユニットを構成する各列、即ち、上記第一、第二の玉軸受７ａ、８ａの耐久性の差を小さくできる。この理由は、これら両玉軸受７ａ、８ａを構成する玉９、９に付与する接触角の方向を正面組み合わせ型とする事により、運転時に回転軸２ａに、タービン３からインペラ４（図５〜６参照）に向けて、図１の左向きに加わるアキシアル荷重を、インペラ寄りの列である、上記第二の玉軸受８ａを構成する玉９、９が支承する為である。

即ち、温度の面から使用環境が厳しくなるタービン寄りの列である、上記第一の玉軸受７ａを構成する玉９、９は、上記アキシアル荷重を支承しない。従って、従来構造の様に、温度の面から使用環境が厳しくなるタービン寄りの列である、上記第一の玉軸受７ａを構成する玉９、９がアキシアル荷重を支承する場合に比べて、この第一の玉軸受７ａを構成する玉９、９や内輪１３及び外輪１４の材料として、特に高価なものを使用しなくても、上記第一の玉軸受７ａの耐久性を確保し易くなる。上記インペラ寄りの列である上記第二の玉軸受８ａは、温度の面から使用条件があまり厳しくはないので、上記アキシアル荷重を支承するにしても、玉９、９や内輪１３及び外輪１４の材料として、特に高価なものを使用しなくても、耐久性を確保する事は十分に可能である。

図２は、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、内周面両端部に外輪軌道１７、１７を形成した一体型の外輪１４ａと、それぞれの外周面に内輪軌道１８を形成した１対の内輪１３ａ、１３ａとにより構成した複列玉軸受ユニットにより、軸受ハウジング６（図５〜６参照）の内径側に回転軸２を回転自在に支持する様にしている。各列の外輪軌道１７、１７と内輪軌道１８、１８との間にそれぞれ複数個ずつ配置した玉９、９には、定位置予圧により予圧を付与すると共に、正面組み合わせ型の接触角を付与している。この為に本実施例の場合には、上記両内輪１３ａ、１３ａを上記回転軸２に締り嵌めにより外嵌固定している。この回転軸２に対するこれら両内輪１３ａ、１３ａの固定位置は、上記両外輪軌道１７、１７同士の軸方向距離と上記両内輪軌道１８、１８同士の軸方向距離とを、付与する予圧及び接触角が適切な値となる様に規制する事で、上記各玉９、９を組み込む以前に位置決めしている。この為、これら各玉９、９を、上記各列の外輪軌道１７、１７と内輪軌道１８、１８との間に組み込んだ状態で、これら各玉９、９には適切な予圧及び接触角が付与される。勿論、アキシアル隙間が存在する（予圧を付与しない）構造を採用した場合には、アキシアル荷重が負荷された状態で、上記各玉９、９に適切な接触角が付与される。
この様な本実施例の場合も、上述した実施例１の場合と同様に、コストを抑えつつ、複列玉軸受ユニットを構成する各列の耐久性の差を小さくできる。各列の耐久性の差を小さくできる事は、一部の耐久性を過剰にする事を防止して、低コストで耐久性を確保できる事に繋がる。

図３は、本発明の実施例３を示している。本実施例の場合には、外周面両端部に内輪軌道１８、１８を形成した一体型の内輪１３ｂと、それぞれの内周面に外輪軌道１７を形成した１対の外輪１４ｂ、１４ｂとで構成した複列玉軸受ユニットにより、軸受ハウジング６（図５〜６参照）の内径側に回転軸２を回転自在に支持する様にしている。各列の外輪軌道１７、１７と内輪軌道１８、１８との間にそれぞれ複数個ずつ配置した玉９、９には、定位置予圧により予圧を付与すると共に、正面組み合わせ型の接触角を付与している。この為に本実施例の場合には、上記両外輪１４ｂ、１４ｂを上記軸受ハウジング６に、締り嵌めにより、或いは、これら外輪１４ｂ、１４ｂの外径側に振動抑制の為のオイルフィルムダンパ等を配置する場合には隙間嵌めにより、内嵌固定している。例えば、上述した実施例２と同様に、上記両外輪軌道１７、１７同士の軸方向距離と上記両内輪軌道１８、１８同士の軸方向距離とを、付与する予圧及び接触角が適切な値となる様に規制し、上記両外輪１４ｂ、１４ｂを上記軸受ハウジング６に締り嵌めにより固定すれば、これら両外輪１４ｂ、１４ｂを、互いに対向する端面同士を密着させた状態で組み込める。これに対し、隙間嵌めによる場合には、上記両外輪１４ｂ、１４ｂの互いに対向する端面同士の密着状態を維持する為に、これら両外輪１４ｂ、１４ｂを軸方向両側から固定する様な、定位置或いは定圧予圧構造等を採用する必要がある。
この様な本実施例の場合も、前述した実施例１の場合と同様に、コストを抑えつつ、複列玉軸受ユニットを構成する各列の耐久性の差を小さくできる。

図４は、本発明の実施例４を示している。本実施例の場合には、１対の外輪１４ｂ、１４ｂを保持筒１９に締り嵌めにより内嵌固定し、この保持筒１９を軸受ハウジング６（図５〜６参照）に内嵌固定する様にしている。この様な構造の場合、各玉９、９への予圧付与作業を容易に行なえる。
この様な本実施例の場合も、前述した実施例１の場合と同様に、コストを抑えつつ、複列玉軸受ユニットを構成する各列の耐久性の差を小さくできる。

本発明の実施例１を示す要部断面図。同実施例２を示す要部断面図。同実施例３を示す要部断面図。同実施例４を示す要部断面図。従来構造の第１例を示す、回転支持装置を備えたターボチャージャの断面図。図５のＡ部拡大図。一方の列の玉軸受を取り出して示す拡大断面図。従来構造の第２例を示す要部断面図。

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、６ａ軸受ハウジング
７、７ａ第一の玉軸受
８、８ａ第二の玉軸受
９玉
１０外輪
１１圧縮コイルばね
１２大径部
１３、１３ａ、１３ｂ内輪
１４、１４ａ、１４ｂ外輪
１５鍔部
１６予圧ばね
１７外輪軌道
１８内輪軌道
１９保持筒

Claims

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複列玉軸受ユニットを設けており、この複列玉軸受ユニットは、上記軸受ハウジングの内周面の軸方向に離隔した２個所位置に設けた複列の外輪軌道と、上記回転軸の外周面の軸方向に離隔した２個所位置に設けた複列の内輪軌道との間に、各列毎に複数個の玉を転動自在に配置して成るものであるターボチャージャ用回転支持装置に於いて、これら各玉に、正面組み合わせ型の接触角を付与した事を特徴とするターボチャージャ用回転支持装置。