JP2008082506A - 転がり軸受及びこれを用いた過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転に対応できると共に回転による摩擦トルクの低減が図れる転がり軸受を提供する。
【解決手段】外周に第一の軌道１１を有する内輪１と、内周に第二の軌道３１を有する外輪３と、これらの間に介在し内周に第三の軌道２１を有し外周に第四の軌道２２を有する中間輪２と、第一の軌道１１と第三の軌道２１との間に転動自在に介在している複数の第一の玉４と、第四の軌道２２と第二の軌道３１との間に転動自在に介在している複数の第二の玉５とを備えている。第二の玉５の直径ｄ２は、第一の玉４の直径ｄ１よりも小さい。
【選択図】 図１

Description

この発明は、転がり軸受及びこれを用いた過給機に関する。

自動車において、ターボチャージャーはエンジン性能をさらに引き出すことができることから広く使用されている。ターボチャージャーは、ハウジングと、このハウジング内に軸受を介して支持されたタービン軸とを備えており、従来、例えば特許文献１に示しているように、前記軸受は滑り軸受とされていた。しかし、ターボチャージャーに特有のターボラグによるレスポンスの悪さなどの回転特性を改善するため、特許文献２に示しているように、タービン軸を支持する軸受を転がり軸受とした構造が提案されている。

転がり軸受は、例えば潤滑条件などに基づいて回転数の上限値が定められており、その上限値以下で使用されている。
前記ターボチャージャーのタービン軸は、例えば１０万〜２０万ｒｐｍの回転数で高速回転する。したがって、従来の構造による転がり軸受は、この高速回転に対応しきれないため、例えば、潤滑油の粘度を下げたり、転動体をセラミックにしたりすることが考えられる。また、特許文献３に示しているように、転がり軸受の高速回転を可能とするために、径方向に転動体（玉）を二段とした転がり軸受がある。

特開平５−１４１２５９号公報 特開平１０−１９０４５号公報 特開平９−２７３５４７号公報

従来の転がり軸受において、転動体をセラミックとすれば回転の際の遠心力が小さくなり高速回転に対応できるが、製造コストが増大するという問題点がある。さらに、潤滑油の粘度を下げると転がり軸受の寿命が低下するおそれがあり、また、潤滑油の粘度を下げても、従来の転がり軸受はターボチャージャーのような高速回転には充分に対応できないという問題点がある。

また、特許文献３の図３に示している転がり軸受は、径方向内側から外側へ、内輪、内側の第一の玉、中間輪、外側の第二の玉、外輪が配設されており、内側の軸受部と外側の軸受部との二段構成を有している。これにより、高速回転軸用の軸受に好適なものとしている。しかし、この転がり軸受では、内側の軸受部と外側の軸受部とにおいて回転による摩擦トルクが発生する。このような転がり軸受を用いた機器、特にターボチャージャーにおいては、転がり軸受の回転抵抗を小さくすることにより回転レスポンスが向上するため、転がり軸受の摩擦トルクを低減できる構造が望ましい。

そこで、この発明は、高速回転に対応できると共に回転による摩擦トルクの低減が図れる転がり軸受、及びこの転がり軸受を有する過給機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するためのこの発明の転がり軸受は、外周に第一の軌道を有する内輪と、内周に第二の軌道を有する外輪と、これら内外輪の間に少なくとも一つ介在し内周に第三の軌道を有し外周に第四の軌道を有する中間輪と、前記中間輪の前記第三の軌道とこれに対向する軌道との間に転動自在に介在している複数の第一の玉と、前記中間輪の前記第四の軌道とこれに対向する軌道との間に転動自在に介在している複数の第二の玉とを備え、前記第二の玉の直径は前記第一の玉の直径よりも小さいものである。

この構成によれば、少なくとも、内輪と中間輪との間、及び、中間輪と外輪との間のそれぞれに、複数の玉を有する軸受部が設けられた構成となる。つまり、内輪と外輪との間に複数段の軸受部が存在している転がり軸受となる。これにより、各軸受部ごとの回転数を合算した回転数で、内輪と外輪とを相対回転させることができる。したがって、高速回転に対応できる転がり軸受となる。さらに、第二の玉の直径は第一の玉の直径よりも小さいことから、第二の玉のある軸受部における摩擦トルクを従来よりも小さくでき、転がり軸受における摩擦トルクを低減できる。

また、この転がり軸受において、前記中間輪は、大径輪部と、この大径輪部から軸線に対して傾斜した傾斜輪部を介して設けられ当該大径輪部よりも小径とされた小径輪部とを有し、前記第三の軌道は前記大径輪部と前記傾斜輪部との境界部に形成され、前記第四の軌道は前記小径輪部と前記傾斜輪部との境界部に形成されているのが好ましい。

これによれば、中間輪の外周面において、大径輪部よりも小径の小径輪部と、傾斜輪部との境界部に第四の軌道が形成されているため、この第四の軌道に接触する第二の玉のピッチ径を、前記従来の中間輪が軸線と平行に延びる平行円筒形状であるもの（前記特許文献３の図３）よりも、小さくできるため、転がり軸受の径方向寸法を小さくすることができる。
さらに、従来の中間輪のように、大径部の内周側のみに軌道が形成され、小径部の外周側のみに軌道が形成されている場合（特許文献３の図４）、両軌道は隙間（空間部）が介在して離れた構成となるため、転がり軸受全体が軸線方向に長くなる。しかし、この発明では、傾斜輪部の内周面と外周面とにおいてもそれぞれ第三の軌道と第四の軌道とを形成しているため、これら第三と第四の軌道にそれぞれ接触している玉同士を、従来のものよりも、軸線方向に接近させた構成とできる。これにより、転がり軸受の軸線方向寸法を小さくすることができる。

また、この転がり軸受において、一対の対向している前記軌道とその間の前記玉とは斜接しているのが好ましい。
この場合、中間輪は玉を斜接させるために適した構造となる。すなわち、中間輪の外周において、第四の軌道を小径輪部と傾斜輪部との境界部に形成していることから、この第四の軌道の両側の肩部のうち、傾斜輪部の肩径は小径輪部の肩径よりも大きくなる。このため、この第四の軌道において、傾斜輪部の傾斜を利用して斜接軌道を形成することができる。また、第三の軌道を大径輪部と傾斜輪部との境界部に形成していることから、この第三の軌道の両側の肩部のうち、傾斜輪部の肩径は大径輪部の肩径よりも小さくなる。このため、この第三の軌道において、傾斜輪部の傾斜を利用して斜接軌道を形成することができる。したがって、内輪及び外輪では玉を斜接させるために一方の肩部側を肉厚とする必要があるが、中間輪では、玉を斜接させるために傾斜輪部を厚くする必要がない。これにより、中間輪の形状をシンプルにでき、製造が容易となる。

また、この転がり軸受において、前記中間輪において、前記第四の軌道の軌道径は前記第三の軌道の軌道径よりも小さいのが好ましい。
これにより、中間輪において、第四の軌道と接触する第二の玉を径方向内側寄りの位置に設けることができるため、転がり軸受の径方向寸法をより一層小さくすることができる。

また、この発明の過給機は、ハウジングと、このハウジング内に転がり軸受を介して支持され一端部にタービンを有したタービン軸とを備え、この転がり軸受が前記転がり軸受とされたものである。
これによれば、転がり軸受が高速回転に対応可能であるため、高速回転するタービン軸を安定して支持することができる。そして、転がり軸受における摩擦トルクを低減できるため、回転抵抗が小さくなりタービン軸の回転変動に対する回転レスポンスが向上する。

この発明によれば、内輪と外輪との間に、複数の玉を有する軸受部が複数段存在している構成となる。そして、各段の軸受部毎の回転数を合算した回転数で内輪と外輪とを相対回転させることができ、全体として高速回転に対応できる。さらに、第二の玉のある軸受部における摩擦トルクを小さくでき、転がり軸受における摩擦トルクを低減できる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の転がり軸受の実施の一形態を示す断面図である。この転がり軸受１０は、ハウジング４０内に形成された中心孔４３において回転軸４１を回転可能に支持するものである。このような転がり軸受１０が用いられる装置としては、図３に示しているように、例えば自動車エンジンのための過給機としてのターボチャージャーがある。この図３では、転がり軸受１０が軸線Ｃ方向に離れて二列設けられている。

図３において、このターボチャージャーは、ハウジング４０と、このハウジング４０内の中心孔４３に前記転がり軸受１０を介して支持されたタービン軸４１とを備えている。このタービン軸４１はその一端部にタービン４２を有している。転がり軸受１０はタービン軸４１を軸線Ｃ回りに回転可能に支持している。

図１において、この転がり軸受１０は、タービン軸４１に外嵌した単一の内輪１と、ハウジング４０の中心孔４３の内周面に固定された単一の外輪３と、内輪１と外輪３との間に介在した単一の中間輪２とを備えている。内輪１と中間輪２と外輪３とがこの順番で軸線方向に沿って位置ずれして配置されている。つまり、この転がり軸受１０は軸線方向に延びた軸線方向配置である。そして、内輪１と中間輪２との間の環状空間に転動自在に設けられた複数の第一の玉（転動体）４と、中間輪２と外輪３との間の環状空間に転動自在に設けられた複数の第二の玉（転動体）５とをさらに備えている。第一の玉４は保持器８によって軸線Ｃを中心とする一つの円上に沿って保持されており、第二の玉５は別の保持器９によって軸線Ｃを中心とする別の円上に沿って保持されている。

中間輪２の径方向内側にある第二の玉５の数は、中間輪２の径方向外側にある第一の玉４の数よりも多い。そして、第二の玉５の直径ｄ２は、第一の玉４の直径ｄ１よりも小さく設定されている（ｄ２＜ｄ１）。具体的には、例えば、外輪３の直径が２０ｍｍで内輪１の内径が６ｍｍの転がり軸受１０において、第二の玉５の数を１２個としその直径ｄ２を２．３８１ｍｍ（６／６４インチ）とし、第一の玉４の数を８個としその直径ｄ１を２．７７８ｍｍ（７／６４インチ）としている。

内輪１は環状部材であり、その内周面がタービン軸４１との嵌合面であり、その外周面に第一の玉４と接触する第一の軌道１１が形成されている。外輪３は環状部材であり、その外周面がハウジング４０の中心孔４３との嵌合面であり、その内周面に第二の玉５と接触する第二の軌道３１が形成されている。内輪１と外輪３との軸方向寸法は略同一である。

中間輪２は環状部材であり、軸方向寸法が内輪１及び外輪３よりも長くされている。中間輪２の内周面の一部に第一の玉４と接触する第三の軌道２１が形成されており、中間輪２の外周面の一部に第二の玉５と接触する第四の軌道２２が形成されている。中間輪２は、環状の大径輪部７と、この大径輪部７から傾斜輪部１５を介して設けられた環状の小径輪部６とを有している。小径輪部６は大径輪部７よりも外周面の直径について小さい。傾斜輪部１５は軸線Ｃに対して傾斜する方向に直線的に延びている。この中間輪２は縦断面において折れ曲がり形状である。そして、内輪１と中間輪２と外輪３とは軸線Ｃを中心として軸線方向に位置ずれはしているが、同心円状に配置されている。

そして、内輪１の径方向外方に第一の玉４が介在して大径輪部７が設けられている。この大径輪部７から軸線方向に傾斜輪部１５を介して小径輪部６が連続し、この小径輪部６の径方向外方に第二の玉５が介在して外輪３が設けられている。このように、小径輪部６は径方向の寸法が大径輪部７よりも小さくされており、この小径輪部６の外周側に第二の玉５を介して外輪３が設けられていることから、外輪３を小径にすることができる。したがって、転がり軸受１０の径方向の寸法を小さくすることができ、径方向に大きく突出する径方向配置となることを避けた構造となる。

そして、環状の第三の軌道２１は大径輪部７の内周面と傾斜輪部１５の内周面との境界部に形成されており、環状の第四の軌道２２は小径輪部６の外周面と傾斜輪部１５の外周面との境界部に形成されている。さらにこの中間輪２において、第四の軌道２２に接触している第二の玉５のピッチ径Ｄ３は、第三の軌道２１に接触している第一の玉４のピッチ径Ｄ４よりも大きい（Ｄ３＞Ｄ４）。なお、第一の玉４のピッチ径Ｄ４とは各第一の玉４の中心を通る円の直径であり、第二の玉５のピッチ径Ｄ３とは各第二の玉５の中心を通る円の直径である。

さらに、第一の玉４は、一対の対向している第一の軌道１１及び第三の軌道２１に対して斜接（アンギュラコンタクト）しており、第二の玉５は、一対の対向している第四の軌道２２及び第二の軌道３１に対して斜接（アンギュラコンタクト）している。その接触角θ１，θ２は同じであり、図１において例えば１５°と設定されている。これにより、この転がり軸受１０は、径方向の荷重（径方向荷重）の他に、軸線方向からの荷重（軸方向荷重）を受けることができ、さらに、軸方向のダンパー性能を有した構造となる。

そして、この中間輪２は玉４，５を斜接させるために適した構造である。すなわち、中間輪２の外周面において、第四の軌道２２を小径輪部６と傾斜輪部１５との境界部に形成していることから、この第四の軌道２２の両側の肩部のうち、傾斜輪部１５の肩径は小径輪部６の肩径よりも大きくなる。このため、この第四の軌道２２において、傾斜輪部１５の傾斜を利用して斜接軌道を形成することができる。また、中間輪２の内周面において、第三の軌道２１を大径輪部７と傾斜輪部１５との境界部に形成していることから、この第三の軌道２１の両側の肩部のうち、傾斜輪部１５の肩径は大径輪部７の肩径よりも小さくなる。このため、第三の軌道２１において、傾斜輪部１５の傾斜を利用して斜接軌道を形成することができる。なお、内輪１及び外輪３では、玉４，５を斜接させるために一方の肩部側を肉厚とする必要があるが、このように中間輪２では、玉４，５を斜接させるために傾斜輪部を厚くする必要がない。これにより、中間輪２の構造がシンプルとなり、また、厚さが一定である円筒を塑性変形させ、これに軌道２１，２２を形成することで中間輪２を簡単に製造することもできる。

また、この中間輪２において、前記のとおり小径輪部６を大径輪部７よりも小径としているが、さらに、小径輪部６側の第四の軌道２２の軌道径Ｄ２を、大径輪部７の第三の軌道２１の軌道径Ｄ１よりも小さくしている（Ｄ２＜Ｄ１）。なお、第四の軌道２２の軌道径Ｄ２は、軌道２２の最小径部の直径とし、第三の軌道２１の軌道径Ｄ１は、軌道Ｄ１の最大径部の直径としている。

以上の構成により、内輪１と中間輪２との間において、一対の対向している第一の軌道１１と第三の軌道２１との間に複数の第一玉４が転動自在として介在しており、中間輪２と外輪３との間において、一対の対向している第二の軌道２２と第四の軌道３１との間に複数の第二の玉５が転動自在として介在している。これにより、この転がり軸受１０は、タービン軸４１に外嵌した内輪１とハウジング部４０に固定された外輪３との間に、複数段（二段）の軸受部Ａ，Ｂを備えている構造となる。すなわち、この転がり軸受１０は、内輪１と複数の第一の玉４と中間輪２とによって、この中間輪２が外輪と見立てられた第一軸受部Ａが構成され、中間輪２と複数の第二の玉５と外輪３とによって、この中間輪２が内輪と見立てられた第二軸受部Ｂが構成されたものとなる。

このように構成された転がり軸受１０によれば、タービン軸４１が所定回転数で回転することにより、内輪１が外輪３に対して前記所定回転数で回転している状態となる。この回転が生じた状態では、前記所定回転数は、二段とされた第一と第二の軸受部Ａ，Ｂによって分配される。すなわち、内輪１はタービン軸４１と共に一体回転するが、中間輪２ではこの内輪２に遅れて（減速されて）供回りする。これにより、一段ごとの軸受部における回転数が前記所定回転数よりも小さくなる。具体的に説明すると、タービン軸４１が例えば２０万ｒｐｍで回転していると、このタービン軸４１側（内側）の第一軸受部Ａは１６万ｒｐｍで回転し、ハウジング４０側（外側）の第二軸受部Ｂは第一軸受部Ａよりも低回転である４万ｒｐｍで回転することとなる。そして、多段とされた軸受部Ａ，Ｂのそれぞれに分配された回転速度は、タービン軸４１（内輪１）の回転速度の変化に応じて自動的に変速される。この際、外輪３側の第二軸受部Ｂが内輪１側の第一軸受部Ａよりも低速回転とされ、軸受部Ａ，Ｂそれぞれの回転速度は所定の比率で分配される。

さらに、第二の玉５の直径ｄ２は、第一の玉４の直径ｄ１よりも小さいことから、第二の玉５のある第二軸受部Ｂにおける摩擦トルクを従来よりも小さくでき、転がり軸受１０における摩擦トルクを低減できる。図５は、この発明の転がり軸受１０による摩擦トルクの低減を説明するグラフである。この図は、図１に示した形態の転がり軸受１０において、第一軸受部Ａと第二軸受部Ｂとにおける摩擦トルクを表したシミュレーション結果である。図５は、外輪３に対する内輪１の回転数を２００，０００ｒｐｍとし、中間輪２の回転数（横軸）を変化させた場合での第一軸受部Ａと第二軸受部Ｂとにおける摩擦トルク（縦軸）を示している。実施例として、外輪３の直径を２０ｍｍとし、内輪１の内径を６ｍｍとし、第一の玉４の数を８個としその直径ｄ１を２．７７８ｍｍ（７／６４インチ）とし、第二の玉５の数を１２個としその直径ｄ２を２．３８１ｍｍ（６／６４インチ）としている。玉４，５はセラミック製であり、接触角はいずれも１５°である。第一の玉４のピッチ径Ｄ４は１１ｍｍであり、第二の玉５のピッチ径Ｄ３は１５ｍｍである。そして、転がり軸受１０に径方向荷重として６０Ｎを作用させている。

図５において、破線（矢印ａ）は第一の玉と第二の玉とを同径（２．７７８ｍｍ）とした比較例の転がり軸受の場合であり、径方向外側の第二軸受部Ｂの摩擦トルクを示している。なお、この比較例は第一と第二との玉とを同径とした以外は実施例と同じである。実線（矢印ｂ）は実施例における第二軸受部Ｂの摩擦トルクを示している。なお、一点鎖線（矢印ｃ）は比較例と実施例との第一軸受部Ａの摩擦トルクを示している。図５に示しているように、特に使用領域である６０，０００ｒｐｍから２００，０００ｒｐｍの広範囲において、実施例では比較例よりも第二軸受部Ｂにおける摩擦トルクが小さくなっている。つまり、第二の玉５の直径ｄ２を第一の玉４の直径ｄ１よりも小さくすることにより、第二の玉５を有する第二軸受部Ｂでの摩擦トルクを小さくすることができる。

また、この発明の転がり軸受において、第二の玉５の直径ｄ２は第一の玉４の直径ｄ１よりも小さいが、第二の玉５の数は第一の玉４の数よりも多いため、第二の玉５を有する第二軸受部Ｂでの外力（軸方向力、径方向力）に対する負荷容量が小さくなることを防ぐことができる。

さらに、この転がり軸受１０の中間輪２において、大径輪部７よりも径が小さい小径輪部６と傾斜輪部１５との境界部の外周面に第四の軌道２２が形成された構造である。これにより、第四の軌道２２に接触する第二の玉５が径方向内側寄りの位置に設けられるため、転がり軸受１０の径方向寸法を小さくすることができる。つまり、外輪３の外周面の直径を小さくすることができる。さらに、図１に示している中間輪２において、第四の軌道２２の軌道径Ｄ２が第三の軌道２１の軌道径Ｄ１よりも小さいことから、第四の軌道２２と接触する第二の玉５を、さらに径方向内側寄りの位置に設けることができ、径方向寸法をより一層小さくできる。これにより、図３において、この転がり軸受１０を収容して固定しているハウジング４０の中心孔４３の内径を小さくすることができる。この結果、例えば冷却水ジャケットや転がり軸受１０に潤滑剤を供給するための流路などの他のものをハウジング４０内に設けるのが容易となる。

また、この転がり軸受１０の中間輪２において、大径輪部７と傾斜輪部１５との境界部の内周面に第三の軌道２１が形成され、小径輪部６と傾斜輪部１５との境界部の外周面に第四の軌道２２が形成された構造であるため、転がり軸受の軸線方向寸法を小さくすることができる。
これを図４により説明すると、二点鎖線で示している中間輪５２のように、大径部５７の内周側のみに軌道を形成し、小径部５６の外周側のみに軌道を形成している比較例の場合では、両軌道に接触する玉５４，５５の間の軸方向の距離Ｑが大きくなり、転がり軸受全体が軸線方向に長くなる。しかし、この発明では、実線で示しているように傾斜輪部１５の内周面と外周面とにおいてもそれぞれ第三の軌道２１と第四の軌道２２とが形成されているため、これら第三と第四の軌道２１，２２にそれぞれ接触している玉４，５の間の軸方向の距離Ｐを、前記比較例の距離Ｑよりも小さくすることができる（Ｐ＜Ｑ）。つまり、玉４，５を中間輪２の傾斜輪部１５を挟んで軸線方向に接近させた配置とできることから、転がり軸受１０の軸線方向寸法を小さくすることができる。

さらに、図１において、傾斜輪部１５の内周面の一部と外周面の一部とにそれぞれ第三の軌道２１と第四の軌道２２とを形成し、第四の軌道２２に接触している第二の玉５のピッチ径Ｄ３は、第三の軌道２１に接触している第一の玉４のピッチ径Ｄ４よりも大きいため、第一と第二の玉４，５同士を軸線方向に接近させた状態とできる。これにより転がり軸受１０の軸線方向寸法をさらに小さくすることができる。したがって、転がり軸受１０の軸線方向の収容スペースを小さくでき、隣に他の部品を設けるのが容易となる。

またこの発明の転がり軸受１０は、内外輪１，３の間に少なくとも一つの中間輪２が介在しており、これら内輪１と中間輪２と外輪３とにおいて、一対の対向している軌道間のそれぞれに転動自在に介在している複数の玉を備えたものであればよく、図２に示しているように、内外輪１，３の間に二個の中間輪２ａ，２ｂが介在したものであってもよい。この場合、内輪１と第一の中間輪２ａと第二の中間輪２ｂと外輪３とがこの順番で軸線方向に沿って位置ずれして配置されている。そして、内輪１と第一の中間輪２ａとの間の環状空間に複数の第一の玉４５が転動自在に設けられ、第一の中間輪２ａと第二の中間輪２ｂとの間の環状空間に複数の第二の玉４６が転動自在に設けられ、第二の中間輪２と外輪３との間の環状空間に複数の第三の玉４７が転動自在に設けられている。

そして、第一の中間輪２ａの径方向内外において、第二の玉４６の直径ｄ２は第一の玉４５の直径ｄ１よりも小さく（ｄ２＜ｄ１）、さらに、第二の中間輪２ｂの径方向内外において、第三の玉４７の直径ｄ３は第二の玉４６の直径ｄ２よりも小さい（ｄ３＜ｄ２）。つまり、（第１の玉４５の直径ｄ１）＞（第２の玉４６の直径ｄ２）＞（第３の玉４７の直径ｄ３）の関係となる。

なお、これら中間輪２ａ，２ｂのそれぞれは前記実施の形態（図１）の中間輪２と同じ構成であり、中間輪２ａ，２ｂはそれぞれ、環状の大径輪部７と、この大径輪部７から傾斜輪部１５を介して設けられた環状の小径輪部６とを有している。そして、中間輪２ａ，２ｂはそれぞれ、大径輪部７の内周面と傾斜輪部１５の内周面との境界部に第三の軌道２１が形成されており、小径輪部６の外周面と傾斜輪部１５の外周面との境界部に第四の軌道２２が形成されている。

この転がり軸受１０は、タービン軸４１に外嵌した内輪１とハウジング部４０に固定された外輪３との間に、三段の軸受部Ｅ，Ｆ，Ｇを備えている構成となる。すなわち、この転がり軸受１０は、内輪１と複数の第一の玉４５と第一の中間輪２ａとによって、この第一の中間輪２ａが外輪と見立てられた第一軸受部Ｅが構成され、第一の中間輪２ａと複数の第二の玉４６と第二の中間輪２ｂとによって、この第一の中間輪２ａが内輪と見立てられかつ第二の中間輪２ｂが外輪と見立てられた第二軸受部Ｆが構成され、この第二の中間輪２ｂと複数の第三の玉４７と外輪３とによって、この第二の中間輪２ｂが内輪と見立てられた第三軸受部Ｇが構成されたものとなる。そして、この構成により、転がり軸受１０全体の回転数が、軸受部Ｅ，Ｆ，Ｇのそれぞれに分配され、より高速化に対応できる転がり軸受１０を得ることができる。

以上の各実施の形態の転がり軸受１０によれば、各段の軸受部ごとの回転数を合算した回転数で、内輪１は外輪３に対して回転することができる。これにより、転がり軸受１０全体として高速回転に対応できるものを得ることができる。このように、この転がり軸受１０は、全体としての許容回転数が高まるため、回転するタービン軸４１を大きな安全率でもって支持することができ、タービン軸４１が高速回転しても安定して支持することができる。
また、この発明の転がり軸受１０において、使用される材質は従来知られているものとできるが、特に、玉、中間輪を軽量であるセラミックとすることによって、さらに高速回転する軸を支持できる構造となる。

さらに、各軸受部において全体の回転数が分配され、また、軸受部における摩擦トルクを低減できることから、高速回転に起因する温度上昇についても低減できる。このため、温度変化による軸受部の寸法変化についても小さく抑えることができる。また、各軸受部における回転数が低減され、摩擦トルクが低減されることによって、転がり軸受１０における潤滑剤に関しても有利な効果が得られる。すなわち、温度上昇が低減されることから、耐熱性については従来よりも弱くて安価な潤滑油とすることができる。また、従来よりも地球環境保全に優れた植物性油や生分解油の使用が可能となる。

また、多段とされた軸受部のそれぞれにおいて回転数が分配され低減されることから、各軸受部での回転抵抗が減少し、さらに、各軸受部における摩擦トルクが低減されることから、転がり軸受１０全体として低トルク化が可能となる。したがって、このような転がり軸受１０が用いられたターボチャージャーにおいては、転がり軸受１０部分における回転抵抗が下がるため回転レスポンスが良くなり、回転数が急激に高まる立ち上がり特性が向上し、ターボラグをより一層効果的に抑えることができる。

さらに、軸受部が多段であることから、転がり軸受１０に予圧を付与する際、軸受部のそれぞれにおいての予圧の調整が可能となる。このため、転がり軸受１０全体としての予圧について細かくかつ精度良く調整することができる。
また、図１と図２とに示しているように、各保持器は環状であり、その断面において、軸線方向の一端部から他端部へ向かって傾斜している構造である。つまり図１について説明すると、保持器８，９のそれぞれは大径部１３ａと小径部１３ｂとこれらを軸方向で繋いでいる傾斜部１３ｃとを有しており、傾斜部１３ｃは中間輪２の傾斜輪部１５と同様に傾斜している。これにより、玉４，５が転動することで、この保持器８，９が各玉４，５の周辺の空気を攪拌し、冷却効果を高めることができる。

また、この発明の転がり軸受１０は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであっても良く、図示しないが、図１や図２の中間輪２を折れ曲がり形状としないで、軸線Ｃに平行な短円筒形状としてもよい。さらに、第一の玉４と第二の玉５とを軸線方向に位置ずれした配置としないで、第一の玉４と第二の玉５とを軸線Ｃに直交する面上に沿って配置してもよい。また、この発明の転がり軸受は、外輪３が回転する構成であってもよい。
また、中間輪を三個以上としてもよい。この場合、各軸受部における回転数がさらに低減され、より高速化に対応できる転がり軸受を得ることができる。そして、径方向内側から外側へ複数段が配設された各軸受部の玉のうち、最も径方向内側にある玉の直径が最も大きく、径方向外側へ向かうにつれて玉の直径が小さくなり、最も径方向外側にある玉の直径が最も小さい構造としている。

この発明の転がり軸受の実施の一形態を示す断面図である。 この発明の転がり軸受の他の実施の形態を示す断面図である。 図１の転がり軸受が用いられている過給機を示す断面図である。 この発明の中間輪を説明する説明図である。 この発明の転がり軸受による摩擦トルクの低減を説明するグラフである。

符号の説明

１ 内輪
２，２ａ，２ｂ 中間輪
３ 外輪
４ 第一の玉
５ 第二の玉
６ 小径輪部
７ 大径輪部
１０ 転がり軸受
１１ 第一の軌道
１５ 傾斜輪部
２１ 第三の軌道
２２ 第四の軌道
３１ 第二の軌道
４０ ハウジング
４１ タービン軸（回転軸）
４２ タービン
４３ 中心孔
４５ 第一の玉
４６ 第二の玉
４７ 第三の玉
Ｃ 軸線
ｄ１ 直径
ｄ２ 直径

Claims (5)

1. 外周に第一の軌道を有する内輪と、
   内周に第二の軌道を有する外輪と、
   これら内外輪の間に少なくとも一つ介在し内周に第三の軌道を有し外周に第四の軌道を有する中間輪と、
   前記中間輪の前記第三の軌道とこれに対向する軌道との間に転動自在に介在している複数の第一の玉と、
   前記中間輪の前記第四の軌道とこれに対向する軌道との間に転動自在に介在している複数の第二の玉と、を備え、
   前記第二の玉の直径は前記第一の玉の直径よりも小さいことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記中間輪は、大径輪部と、この大径輪部から軸線に対して傾斜した傾斜輪部を介して設けられ当該大径輪部よりも小径とされた小径輪部と、を有し、
   前記第三の軌道は前記大径輪部と前記傾斜輪部との境界部に形成され、前記第四の軌道は前記小径輪部と前記傾斜輪部との境界部に形成されている請求項１に記載の転がり軸受。
3. 一対の対向している前記軌道とその間の前記玉とは斜接している請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記中間輪において、前記第四の軌道の軌道径は前記第三の軌道の軌道径よりも小さい請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受。
5. ハウジングと、このハウジング内に転がり軸受を介して支持され一端部にタービンを有したタービン軸と、を備え、この転がり軸受が請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受であることを特徴とする過給機。

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