JP2012246787A - ガイドベーンユニットの軸受構造、及び過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】ガイドベーンを安定的に配置し、且つ摺動抵抗を低減するガイドベーンユニットの軸受構造、及び過給機を提供する。
【解決手段】ガイドベーン１を予め配置してハウジング内に取り付けるガイドベーンユニット２を、対向面１３ａ，１３ｂによって分割された軸受リング１４と押えリング１５とで構成し、軸受リング１４と押えリング１５の間にガイドベーン１の軸２７を配置するガイドベーンユニット２の軸受構造であって、
ガイドベーンユニット２は、軸受リング１４の対向面１３ａに第一環状溝１６を形成して第一内側壁１８と第一外側壁１９を備え、第一内側壁１８と第一外側壁１９に、ガイドベーン１の軸２７を収納するＵ字状の軸受凹部３０，３１を配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガイドベーンユニットの軸受構造、及び過給機に関するものである。

一般に過給機は、タービンインペラとコンプレッサインペラを同一回転軸上に配置し、タービンインペラの回転駆動によってコンプレッサインペラを回転させ、内燃機関の性能向上を図るようにしている。

コンプレッサインペラはハウジング内に配置されており、ハウジングは、コンプレッサインペラの回転による遠心力の作用により、流路内に吸い込んだ吸気をディフューザ等へ送給し得るように構成されている。

コンプレッサインペラの上流側に位置するハウジングは、吸気が流れ込む円筒状の内部流路に複数の可変インレットガイドベーン（以下、ガイドベーンと記載する。）を設置し、吸気の流量が少ない場合等に、ガイドベーンの開度を調整してコンプレッサインペラの入射角への整流を行うことが考えられている（例えば、特許文献１−３参照）。

特開２００６−４６２２０号公報 特開２００４−１９０５５７号公報 特開２００４−１６２７１６号公報

しかしながら、ハウジングにガイドベーンを直接設置することが容易でないため、予めガイドベーンを配したガイドベーンユニットを構成し、ガイドベーンユニットをハウジングに取り付けてガイドベーンを設置することが考えられている。一方でガイドベーンユニットにガイドベーンを回動可能に配置することは容易でなく、又、ガイドベーンを安定的に配置することが困難であった。更にガイドベーンを単純に配置するとガイドベーンユニットとガイドベーンの軸との接触面積が大きくなり、摺動抵抗が大きくなるという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ガイドベーンを安定的に配置し、且つ摺動抵抗を低減するガイドベーンユニットの軸受構造、及び過給機を提供しようとするものである。

本発明のガイドベーンユニットの軸受構造は、ガイドベーンを予め配置してハウジング内に取り付けるガイドベーンユニットを、対向面によって分割された軸受リングと押えリングとで構成し、軸受リングと押えリングの間にガイドベーンの軸を配置するガイドベーンユニットの軸受構造であって、
前記ガイドベーンユニットは、軸受リングの対向面に第一環状溝を形成して第一内側壁と第一外側壁を備え、第一内側壁と第一外側壁に、ガイドベーンの軸を収納するＵ字状の軸受凹部を配置するものである。

本発明のガイドベーンユニットの軸受構造において、前記軸受リングの第一外側壁は、軸受凹部を第一外側壁の他の箇所より薄い肉厚にすることが好ましい。

本発明のガイドベーンユニットの軸受構造において、前記軸受リングの第一外側壁は、軸受凹部に、ガイドベーンの軸が接触する肉厚部分から外方へ向かって広がりを有する隙間形状を備えることが好ましい。

本発明のガイドベーンユニットの軸受構造において、前記ガイドベーンユニットは、押えリングの対向面に第二環状溝を形成して第二内側壁と第二外側壁を備え、第二内側壁及び第二外側壁に、軸受リングの軸受凹部と対応してガイドベーンの軸を挟み込む平坦面を備えることが好ましい。

本発明のガイドベーンユニットの軸受構造において、前記押えリングの第二内側壁に、ガイドベーンの軸に形成された突部が係合するように構成されることが好ましい。

本発明の過給機は、上記発明のガイドベーンユニットの軸受構造を備えたものである。

本発明のガイドベーンユニットの軸受構造、及び過給機によれば、Ｕ字状の軸受凹部にガイドベーンの軸を回動可能に配置すると共に、軸受リングの第一内側壁と第一外側壁の２箇所でガイドベーンの軸を支持するので、ガイドベーンを安定的に配置することができる。又、軸受リングの第一環状溝によりガイドベーンユニットとガイドベーンの軸との接触面積を減らすので、摺動抵抗を低減することができるという優れた効果を奏し得る。

（ａ）は本発明のガイドベーンユニットの軸受構造を示す概念図であり、（ｂ）は軸受リングの軸受凹部、押えリングの平坦面を示す拡大概念図である。 （ａ）はガイドベーンユニットの断面図であり、（ｂ）はガイドベーンユニットの軸受部分を示す拡大断面図である。 過給機（圧縮機）を組み立てた状態を示す切断側面図である。 （ａ）は軸受リングを示す全体概念図であり、（ｂ）は軸受リングの対向面を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態例を図示例と共に説明する。

図１〜図４は本発明を実施する形態例である。

実施の形態例は、図３に示す如くガイドベーン１を配置するガイドベーンユニット２の軸受構造を説明するものであり、ガイドベーン１を配置するガイドベーンユニット２は、ハウジング３に設置されて過給機（圧縮機）４を構成している。

過給機４は、ハウジング３の内部にコンプレッサインペラ５を回転自在に配設しており、コンプレッサインペラ５は、自動車用エンジンの排気によって回転するタービンインペラ（図示せず）と同軸の回転軸６によって回転するようになっている。又、ハウジング３の内側には、コンプレッサインペラ５の外周部から前方に延びた吸込口７を形成すると共に、吸込口７に連なるようにディフューザ８を介してスクロール９を形成しており、コンプレッサインペラ５によって速度が高められた空気は、圧力に変換され、ディフューザ８からスクロール９へ導かれるようになっている。

又、過給機４のハウジング３には、コンプレッサインペラ５の前方内側に位置するように、吸込口７を拡径して円筒状に形成した段部１０を設け、段部１０には、ガイドベーン１を配置したガイドベーンユニット２を嵌入し、段部１０の内面とガイドベーンユニット２の一面との間に割りピン１１ａを配すると共に、段部１０の側面とガイドベーンユニット２の他面に止め輪１１ｂを配してガイドベーンユニット２を取り付けている。

ガイドベーンユニット２は、ハウジング３の吸込口７と連なるようにユニット開口１２を形成しており、ユニット開口１２は、軸方向中途位置の範囲において、図４に示す如く径方向断面が多角形（図４では７角形）であり且つ多角形の角部が曲面になっている。又、ガイドベーンユニット２は、図１に示す如く対向面１３ａ，１３ｂによって前後に分割された後側の軸受リング１４と前側の押えリング１５とで構成されている。

軸受リング１４の対向面１３ａには、図２に示す如く第一環状溝１６が形成されており、第一環状溝１６は、第一周囲底面１７と、ユニット開口１２側に位置する第一内側壁１８と、外周側に位置する第一外側壁１９とを形成している。又、押えリング１５の対向面１３ｂには、図２に示す如く第二環状溝２０が形成されており、第二環状溝２０は、第二周囲底面２１と、ユニット開口１２側に位置する第二内側壁２２と、外周側に位置する第二外側壁２３とを形成している。更に軸受リング１４の第一内側壁１８及び押えリング１５の第二内側壁２２は、ユニット開口１２の断面と同じように、径方向断面が多角形（図４では７角形）であり且つ多角形の角部が曲面になっている。更に又、軸受リング１４の第一外側壁１９及び押えリング１５の第二外側壁２３は、ガイドベーンユニット２の外周面と同じように、径方向断面が円形になっている。

又、軸受リング１４と押えリング１５の対向面１３ａ，１３ｂには、互いに嵌合して固着するための凹凸を備えている。凹凸は、図１（ａ）、図４（ａ）に示す如く軸受リング１４における第一外側壁１９の対向面１３ａに複数の係合凹部２４を備えていると共に、図１に示す如く押えリング１５における第二外側壁２３の対向面１３ｂに複数の係合凸部２５を備えており、夫々、塑性変形可能な金属、樹脂等の材質から構成されている。ここで係合凹部２４や係合凸部２５の個数は、軸受リング１４と押えリング１５の位置決めをして締結するものならば特に制限されるものではない。又、凹凸は、塑性変形により固着する係合凹部２４や係合凸部２５に限定されるものでなく、接着剤により固着する凹凸でも良いし、凹凸の代わりに割りピン等の締結手段を用いても良い。

更に軸受リング１４と押えリング１５の間には、図２（ａ）に示す如くユニット開口１２の周方向に沿ってガイドベーン１の羽根部２６を配置するように、ガイドベーン１の軸２７を等間隔で放射状に備えている。又、軸受リング１４における第一外側壁１９と第一内側壁１８の対向面１３ａには、図１、図４に示す如くガイドベーン１の軸２７を収容し得る深さを有するように、半円状の底辺２８と、底辺の両端から対向面１３ａへ向かって延在する側辺２９とからなるＵ字状の軸受凹部３０，３１を形成している。更に又、押えリング１５における第二外側壁２３と第二内側壁２２の対向面１３ｂには、軸受リング１４の軸受凹部３０，３１と対応してガイドベーン１の軸２７を回動可能に挟み込む平滑な平坦面３２，３３を備えている。

ここで軸受リング１４の第一外側壁１９は、Ｕ字状の軸受凹部３０を第一外側壁１９の他の箇所より薄い肉厚にするように、Ｕ字状の軸受凹部３０に、ガイドベーン１の軸２７が接触する肉厚部分から斜め外方へ向かって広がりを有する隙間形状３４を備えている。更にＵ字状の軸受凹部３０を具体的に説明すると、Ｕ字状の軸受凹部３０は、図２（ｂ）、図４に示す如く内周側にガイドベーン１の軸２７が接触する接触面を形成すると共に、外周側に、Ｕ字状を拡張するように接触面から斜め外周側外方へ向かう隙間形状３４を備えている。又、軸受リング１４の第一内側壁１８は、Ｕ字状の軸受凹部３１を、第一内側壁１８の他の箇所と同じ肉厚にしている。ここで軸受リング１４の隙間形状３４は、特に限定されるものでなく、Ｕ字状の軸受凹部３０の肉厚を薄くするならば他の形状でも良い。なお軸受リング１４は、樹脂の射出成形や、焼結金属で成形されており、第一外側壁１９及び第一内側壁１８が数ｍｍの最低肉厚を有することから、予め薄い肉厚で成形することはできない。

押えリング１５の第二外側壁２３は、平坦面３２を、第二外側壁２３の他の箇所と同じ肉厚にしている。又、押えリング１５の第二内側壁２２は、平坦面３３を、第二内側壁２２の他の箇所と同じ肉厚にしている。更に又、押えリング１５は、軸受リング１４と同様に、樹脂の射出成形や、焼結金属で成形されている。

軸受リング１４における第一環状溝１６の第一周囲底面１７には、図２、図３に示す如く波ワッシャ等の押付手段３５を介してリングギヤ３６を配しており、リングギヤ３６は、ガイドベーン１の軸２７のピニオン３７に噛合している。更にガイドベーン１の軸２７の１つには、図３に示す如くハウジング３に形成された貫通孔３８を介して外部へ突出する回転軸３９を備えており、回転軸３９の他端には、アーム４０等を介してアクチュエータ（図示せず）が接続されており、アクチュエータからアーム４０、回転軸３９、１つのガイドベーン１、リングギヤ３６等を介して全てのガイドベーン１を回動させるようにしている。又、ガイドベーン１の軸２７には、羽根部２６の近傍に配置される突部４１と、羽根部２６から離間するように突部４１から所定の間隔を介して配置される突部４２とを備えている。そして押えリング１５の第二内側壁２２には、ガイドベーン１の軸２７における突部４１，４２が両側から係合しており、ガイドベーン１の軸方向への移動が拘束されている。ここで、軸受リング１４と押えリング１５の間に配置される第一環状溝１６，第二環状溝２０、Ｕ字状の軸受凹部３０,３１、平坦面３２,３３、押付手段３５、リングギヤ３６、ガイドベーン１の軸２７のピニオン３７、貫通孔３８、回転軸３９等は、アクチュエータによりアーム４０を介して複数のガイドベーンを回動可能にするガイドベーン１の駆動機構となっている。

以下本発明を実施する形態例の作用を説明する。

ガイドベーンユニット２を組み立てる際には、軸受リング１４の対向面１３ａを上方に向けるように軸受リング１４を配置し、軸受リング１４の第一環状溝１６に押付手段３５及びリングギヤ３６を配置し且つ第一外側壁１９と第一内側壁１８の軸受凹部３０，３１にガイドベーン１の軸２７を配置する。次に押えリング１５を上方に配して軸受リング１４と押えリング１５を係合凹部２４及び係合凸部２５により上下方向で締結する。そして、ガイドベーンユニット２をハウジング３に割りピン１１ａや止め輪１１ｂ等を介して取り付け、更にアクチュエータに接続し得るアーム４０等を配置し、車載用のターボチャージャ等に用いる過給機４を構成する。

この時、ガイドベーン１の軸２７は、軸受リング１４の軸受凹部３０，３１と押えリング１５の平坦面３２，３３との間に挟み込まれると同時に第一内側壁１８と第一外側壁１９の２箇所で支持されており、過給機４の駆動時に流体力でガイドベーン１が傾く方向に力が作用した場合であっても、ガイドベーン１の軸２７を安定的に保持して摺動性を維持する。

而して、このように実施の形態例によれば、Ｕ字状の軸受凹部３０，３１にガイドベーン１の軸２７を回動可能に配置すると共に、軸受リング１４の第一内側壁１８と第一外側壁１９の２箇所でガイドベーン１の軸２７を支持するので、ガイドベーン１を安定的に配置することができる。又、軸受リング１４の第一環状溝１６によりガイドベーンユニット２とガイドベーン１の軸２７との接触面積を減らすので、摺動抵抗を低減することができる。

実施の形態例において、軸受リング１４の第一外側壁１９は、軸受凹部３０を第一外側壁１９の他の箇所より薄い肉厚にするので、第一外側壁１９とガイドベーン１の軸２７との接触面積を減らし、摺動抵抗を一層低減することができる。

実施の形態例において、軸受リング１４の第一外側壁１９は、軸受凹部３０に、ガイドベーン１の軸２７が接触する肉厚部分から外方へ向かって広がりを有する隙間形状３４を備えるので、第一外側壁１９とガイドベーン１の軸２７との接触面積を減らし、摺動抵抗を一層低減することができる。

実施の形態例において、ガイドベーンユニット２は、押えリング１５の対向面１３ｂに第二環状溝２０を形成して第二内側壁２２と第二外側壁２３を備え、第二内側壁２２及び第二外側壁２３に、軸受リング１４の軸受凹部３０，３１と対応してガイドベーン１の軸２７を挟み込む平坦面３２，３３を備えるので、ガイドベーン１を安定的に配置することができる。

実施の形態例において、押えリング１５の第二内側壁２２に、ガイドベーン１の軸２７に形成された突部４１，４２が係合するので、ガイドベーン１の軸方向への移動を拘束し、ガイドベーン１を安定的に配置することができる。

尚、本発明のガイドベーンユニットの軸受構造、及び過給機は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ガイドベーン
２ ガイドベーンユニット
３ ハウジング
１３ａ 対向面
１３ｂ 対向面
１４ 軸受リング
１５ 押えリング
１６ 第一環状溝
１８ 第一内側壁
１９ 第一外側壁
２０ 第二環状溝
２１ 第二周囲底面
２２ 第二内側壁
２３ 第二外側壁
２７ 軸
３０ 軸受凹部
３１ 軸受凹部
３２ 平坦面
３３ 平坦面
３４ 隙間形状
４１ 突部
４２ 突部

Claims (6)

1. ガイドベーンを予め配置してハウジング内に取り付けるガイドベーンユニットを、対向面によって分割された軸受リングと押えリングとで構成し、軸受リングと押えリングの間にガイドベーンの軸を配置するガイドベーンユニットの軸受構造であって、
   前記ガイドベーンユニットは、軸受リングの対向面に第一環状溝を形成して第一内側壁と第一外側壁を備え、第一内側壁と第一外側壁に、ガイドベーンの軸を収納するＵ字状の軸受凹部を配置したことを特徴とするガイドベーンユニットの軸受構造。
2. 前記軸受リングの第一外側壁は、軸受凹部を第一外側壁の他の箇所より薄い肉厚にしたことを特徴とする請求項１に記載のガイドベーンユニットの軸受構造。
3. 前記軸受リングの第一外側壁は、軸受凹部に、ガイドベーンの軸が接触する肉厚部分から外方へ向かって広がりを有する隙間形状を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガイドベーンユニットの軸受構造。
4. 前記ガイドベーンユニットは、押えリングの対向面に第二環状溝を形成して第二内側壁と第二外側壁を備え、第二内側壁及び第二外側壁に、軸受リングの軸受凹部と対応してガイドベーンの軸を挟み込む平坦面を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガイドベーンユニットの軸受構造。
5. 前記押えリングの第二内側壁に、ガイドベーンの軸に形成された突部が係合するように構成されたことを特徴とする請求項４に記載のガイドベーンユニットの軸受構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のガイドベーンユニットの軸受構造を備えたことを特徴とする過給機。

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