JP2584936Y2 - ターボチャージャー用玉軸受 - Google Patents
ターボチャージャー用玉軸受Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この考案に係るターボチャージャ
ー用玉軸受は、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ーに組み込み、インペラとタービン
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。
ー用玉軸受は、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ーに組み込み、インペラとタービン
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。
【0002】
【従来の技術】排気量を変えずにエンジンの出力を増大
させる為、この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ーが、広く使用され
ている。排気のエネルギは、排気通路の途中に設けたタ
ービンにより回収され、このタービンをその一端に固定
した回転軸を介して、給気通路の途中に設けたコンプレ
ッサのインペラに伝えられ、こ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なって数万乃
至は十数万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、この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ーが、広く使用され
ている。排気のエネルギは、排気通路の途中に設けたタ
ービンにより回収され、このタービンをその一端に固定
した回転軸を介して、給気通路の途中に設けたコンプレ
ッサのインペラに伝えられ、こ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なって数万乃
至は十数万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】ところで、上述の様なターボチャージャー
のレスポンス(アクセル操作に対する追従性)を向上さ
せる為、上記回転軸を転がり軸受により支承する事が、
近年広く行なわれる様になっている。図1は、この様な
回転軸の支持部の構造の1例を示している。ハウジング
1の内側には1対のアウタースペーサ2、2を緩く嵌合
させ、各アウタースペーサ2、2の内径面と回転軸3の
外径面との間に、それぞれアンギュラ型の玉軸受4、4
を設けている。各玉軸受4、4はそれぞれ、内径面に外
輪軌道5を有する外輪6と、外径面に内輪軌道7を有す
る内輪8と、上記外輪軌道5と内輪軌道7との間に転動
自在に設けた複数個の玉9、9と、これら複数個の玉
9、9を、これら玉9、9と同数のポケット13、13
により転動自在に保持する保持器10とから構成する。
そして、各玉軸受4、4の外輪6、6を上記アウタース
ペーサ2、2に内嵌固定し、内輪8、8を上記回転軸3
に外嵌固定する事により、この回転軸3を上記ハウジン
グ1の内側に、回転自在に支持している。上記1対の内
輪8、8同士の間隔は、インナースペーサ11により適
正に規制し、背面組み合わせされた1対のアンギュラ型
の玉軸受4、4には、圧縮ばね12により予圧を付与し
ている。
のレスポンス(アクセル操作に対する追従性)を向上さ
せる為、上記回転軸を転がり軸受により支承する事が、
近年広く行なわれる様になっている。図1は、この様な
回転軸の支持部の構造の1例を示している。ハウジング
1の内側には1対のアウタースペーサ2、2を緩く嵌合
させ、各アウタースペーサ2、2の内径面と回転軸3の
外径面との間に、それぞれアンギュラ型の玉軸受4、4
を設けている。各玉軸受4、4はそれぞれ、内径面に外
輪軌道5を有する外輪6と、外径面に内輪軌道7を有す
る内輪8と、上記外輪軌道5と内輪軌道7との間に転動
自在に設けた複数個の玉9、9と、これら複数個の玉
9、9を、これら玉9、9と同数のポケット13、13
により転動自在に保持する保持器10とから構成する。
そして、各玉軸受4、4の外輪6、6を上記アウタース
ペーサ2、2に内嵌固定し、内輪8、8を上記回転軸3
に外嵌固定する事により、この回転軸3を上記ハウジン
グ1の内側に、回転自在に支持している。上記1対の内
輪8、8同士の間隔は、インナースペーサ11により適
正に規制し、背面組み合わせされた1対のアンギュラ型
の玉軸受4、4には、圧縮ばね12により予圧を付与し
ている。
【0004】ところで、上述の様な構造により回転軸3
を支承する玉軸受4、4には、高度の耐熱性を要求され
る。特に、排気のエネルギを吸収する為のタービンを設
けた側の玉軸受4は、高温(最高950℃程度)の排気
の熱の影響を強く受ける為、要求される耐熱性能はより
高度なものとなる。この様な耐熱性に関する要求を満た
すべく、従来から、例えば米国特許第5028150号
明細書、特開平2−70923号公報に記載されている
様に、ターボチャージャー用玉軸受の構成各部材のう
ち、特に高温に曝される内輪を、M50等の耐熱材料に
より造る事が知られている。
を支承する玉軸受4、4には、高度の耐熱性を要求され
る。特に、排気のエネルギを吸収する為のタービンを設
けた側の玉軸受4は、高温(最高950℃程度)の排気
の熱の影響を強く受ける為、要求される耐熱性能はより
高度なものとなる。この様な耐熱性に関する要求を満た
すべく、従来から、例えば米国特許第5028150号
明細書、特開平2−70923号公報に記載されている
様に、ターボチャージャー用玉軸受の構成各部材のう
ち、特に高温に曝される内輪を、M50等の耐熱材料に
より造る事が知られている。
【0005】一方、実開平2−54925号公報、同3
−88023号公報、特開平3−96716号公報、同
3−117722号公報、同3−188127号公報、
同4−29617号公報には、保持器10を、ポリイミ
ド樹脂、PTFE等の耐熱材料により造る事により、上
記保持器10の耐熱性向上を図る考案が記載されてい
る。又、特開平1−159419号公報に記載されてい
る様に、上記玉軸受4、4を構成する玉9、9を、セラ
ミック製とする事も、従来から知られている。この公報
に記載された玉軸受は、保持器を設けない、所謂総玉軸
受である。
−88023号公報、特開平3−96716号公報、同
3−117722号公報、同3−188127号公報、
同4−29617号公報には、保持器10を、ポリイミ
ド樹脂、PTFE等の耐熱材料により造る事により、上
記保持器10の耐熱性向上を図る考案が記載されてい
る。又、特開平1−159419号公報に記載されてい
る様に、上記玉軸受4、4を構成する玉9、9を、セラ
ミック製とする事も、従来から知られている。この公報
に記載された玉軸受は、保持器を設けない、所謂総玉軸
受である。
【0006】
【考案が解決しようとする課題】ところが、従来から知
られているターボチャージャー用玉軸受の場合、玉軸受
の構成部品の一部のみに就いて改良を施しただけで、構
成部品同士を互いに関連させての改良ではない。この
為、使用条件によっては耐熱性が不足し、十分な耐久性
を得られなかったり、或はターボチャージャーのレスポ
ンスを向上させられなかったりする場合が考えられる。
られているターボチャージャー用玉軸受の場合、玉軸受
の構成部品の一部のみに就いて改良を施しただけで、構
成部品同士を互いに関連させての改良ではない。この
為、使用条件によっては耐熱性が不足し、十分な耐久性
を得られなかったり、或はターボチャージャーのレスポ
ンスを向上させられなかったりする場合が考えられる。
【0007】特開昭60−208626号公報、特開平
1−220718〜9号公報には、耐熱性並びに耐腐食
性を有する外輪及び内輪と、セラミック製の転動体とを
組み合わせて成る、転がり軸受に関する考案が記載され
ている。但し、この考案は、溶融メッキ浴中でローラを
支持する為の転がり軸受を対象としている。この為、保
持器を備えていない等、そのままターボチャージャー用
玉軸受に適用出来るものではない。即ち、前記特開平1
−159419号公報に記載された玉軸受を含め、転動
体を保持する保持器を備えていない転がり軸受の場合に
は、軸の回転に伴なって隣り合う転動体同士が摩擦し合
う。この為、上記軸が回転する事に対する抵抗が大き
く、ターボチャージャーの回転軸を支持する場合には、
レスポンスを悪化させる等、好ましくない。
1−220718〜9号公報には、耐熱性並びに耐腐食
性を有する外輪及び内輪と、セラミック製の転動体とを
組み合わせて成る、転がり軸受に関する考案が記載され
ている。但し、この考案は、溶融メッキ浴中でローラを
支持する為の転がり軸受を対象としている。この為、保
持器を備えていない等、そのままターボチャージャー用
玉軸受に適用出来るものではない。即ち、前記特開平1
−159419号公報に記載された玉軸受を含め、転動
体を保持する保持器を備えていない転がり軸受の場合に
は、軸の回転に伴なって隣り合う転動体同士が摩擦し合
う。この為、上記軸が回転する事に対する抵抗が大き
く、ターボチャージャーの回転軸を支持する場合には、
レスポンスを悪化させる等、好ましくない。
【0008】一方、実開平2−54925号公報、発明
協会公開技報92−1545には、ターボチャージャー
用玉軸受の保持器を耐熱合成樹脂製とすると共に、この
保持器を外輪案内とする構造が記載されている。保持器
を比重の小さい合成樹脂により造れば、慣性質量の軽減
によりレスポンスを向上出来、この保持器を外輪案内と
すれば、ラジアル方向に亙る保持器の振れを防止して、
運転時に於ける振動防止を図れる。
協会公開技報92−1545には、ターボチャージャー
用玉軸受の保持器を耐熱合成樹脂製とすると共に、この
保持器を外輪案内とする構造が記載されている。保持器
を比重の小さい合成樹脂により造れば、慣性質量の軽減
によりレスポンスを向上出来、この保持器を外輪案内と
すれば、ラジアル方向に亙る保持器の振れを防止して、
運転時に於ける振動防止を図れる。
【0009】しかしながら、単に保持器を合成樹脂製と
すると共にこの保持器を外輪案内としただけでは、十分
に満足出来る性能を得られない。即ち、合成樹脂の線膨
張係数は、黄銅、鉄等の金属の線膨張係数に比べて大き
い。この為、合成樹脂製保持器の外径とこの合成樹脂製
保持器を案内する外輪内径面の直径との関係を適切に定
めないと、保持器が回転する事に対する抵抗が大きくな
ったり、或は保持器のがたつきが多くなったりする。例
えば、上記合成樹脂製保持器の外径寸法を外輪内径面の
直径に近くして、保持器外径面と外輪内径面との間の隙
間を小さくすると、ターボチャージャーの運転に伴なう
温度上昇に伴なって、上記保持器外径面と外輪内径面と
が著しく近接乃至は接触する。
すると共にこの保持器を外輪案内としただけでは、十分
に満足出来る性能を得られない。即ち、合成樹脂の線膨
張係数は、黄銅、鉄等の金属の線膨張係数に比べて大き
い。この為、合成樹脂製保持器の外径とこの合成樹脂製
保持器を案内する外輪内径面の直径との関係を適切に定
めないと、保持器が回転する事に対する抵抗が大きくな
ったり、或は保持器のがたつきが多くなったりする。例
えば、上記合成樹脂製保持器の外径寸法を外輪内径面の
直径に近くして、保持器外径面と外輪内径面との間の隙
間を小さくすると、ターボチャージャーの運転に伴なう
温度上昇に伴なって、上記保持器外径面と外輪内径面と
が著しく近接乃至は接触する。
【0010】上記外径面と内径面とが著しく近接した場
合には、玉9、9の設置部分に存在する潤滑油が外部に
排出されにくくなって、この設置部分に存在する潤滑油
の量が必要以上に多くなる。この結果、上記玉9、9に
よる潤滑油の撹拌抵抗が増大して、玉軸受の駆動抵抗が
増大し、この玉軸受を組み込んだターボチャージャーの
レスポンスが悪化する。更に、上記外径面と内径面とが
接触した場合には、上記保持器が回転する事に対する抵
抗が著しく大きくなり、ターボチャージャーのレスポン
スが著しく悪化するだけでなく、場合によっては玉軸受
が焼き付く恐れがある。
合には、玉9、9の設置部分に存在する潤滑油が外部に
排出されにくくなって、この設置部分に存在する潤滑油
の量が必要以上に多くなる。この結果、上記玉9、9に
よる潤滑油の撹拌抵抗が増大して、玉軸受の駆動抵抗が
増大し、この玉軸受を組み込んだターボチャージャーの
レスポンスが悪化する。更に、上記外径面と内径面とが
接触した場合には、上記保持器が回転する事に対する抵
抗が著しく大きくなり、ターボチャージャーのレスポン
スが著しく悪化するだけでなく、場合によっては玉軸受
が焼き付く恐れがある。
【0011】反対に、上記合成樹脂製保持器の外径寸法
を外輪内径面の直径に比べて小さくして、保持器外径面
と外輪内径面との間の隙間を大きくすると、運転時に振
動が生じ易くなる。即ち、上記合成樹脂製保持器の質量
は、周方向に亙って完全に均一にする事は難しく、僅か
とは言え、周方向に亙って質量がアンバランスになる事
が避けられない。この結果、上記隙間を大きくして、こ
の保持器のラジアル方向に亙る変位を自在とした場合、
ターボチャージャーの運転に伴なって保持器が高速回転
すると、この保持器が振動する。この様にして合成樹脂
製保持器がアンバランス振動すると、耳障りな騒音が発
生したり、著しい場合には保持器が摩耗、更には破損す
る可能性がある。本考案のターボチャージャー用玉軸受
は、上述の様な事情に鑑みて考案したものである。
を外輪内径面の直径に比べて小さくして、保持器外径面
と外輪内径面との間の隙間を大きくすると、運転時に振
動が生じ易くなる。即ち、上記合成樹脂製保持器の質量
は、周方向に亙って完全に均一にする事は難しく、僅か
とは言え、周方向に亙って質量がアンバランスになる事
が避けられない。この結果、上記隙間を大きくして、こ
の保持器のラジアル方向に亙る変位を自在とした場合、
ターボチャージャーの運転に伴なって保持器が高速回転
すると、この保持器が振動する。この様にして合成樹脂
製保持器がアンバランス振動すると、耳障りな騒音が発
生したり、著しい場合には保持器が摩耗、更には破損す
る可能性がある。本考案のターボチャージャー用玉軸受
は、上述の様な事情に鑑みて考案したものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本考案のターボチャージ
ャー用玉軸受は何れも、前述した従来のターボチャージ
ャー用玉軸受と同様に、内径面に外輪軌道を有し、ハウ
ジングの内側に支持される外輪と、外径面に内輪軌道を
有し、インペラとタービンとを接続する回転軸の中間部
外径面に外嵌固定される内輪と、上記外輪軌道と上記内
輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉と、こ
の複数個の玉と同数のポケットを有し、各ポケットの内
側に上記玉を1個ずつ転動自在に保持する保持器とを備
える。
ャー用玉軸受は何れも、前述した従来のターボチャージ
ャー用玉軸受と同様に、内径面に外輪軌道を有し、ハウ
ジングの内側に支持される外輪と、外径面に内輪軌道を
有し、インペラとタービンとを接続する回転軸の中間部
外径面に外嵌固定される内輪と、上記外輪軌道と上記内
輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉と、こ
の複数個の玉と同数のポケットを有し、各ポケットの内
側に上記玉を1個ずつ転動自在に保持する保持器とを備
える。
【0013】特に、本考案のターボチャージャー用玉軸
受のうち、請求項1に記載したものに於いては、上記外
輪と内輪とのうち、少なくとも内輪を耐熱金属製とし、
上記保持器を耐熱合成樹脂製とし、この保持器の外径面
と上記外輪の内径面とを近接させる事で、この保持器を
外輪案内により回転自在に支持している。これと共に、
上記外輪の内径面で上記保持器の外径面と対向する部分
の表面粗さを0.6Ra以下とし、上記保持器の外径面の
表面粗さを1.0Ra以下とし、保持器の内径面の表面粗
さを0.6Ra以下とし、上記外輪の内径面の真円度を
0.04以下とし、上記保持器の外径面の真円度を0.
04以下としている。
受のうち、請求項1に記載したものに於いては、上記外
輪と内輪とのうち、少なくとも内輪を耐熱金属製とし、
上記保持器を耐熱合成樹脂製とし、この保持器の外径面
と上記外輪の内径面とを近接させる事で、この保持器を
外輪案内により回転自在に支持している。これと共に、
上記外輪の内径面で上記保持器の外径面と対向する部分
の表面粗さを0.6Ra以下とし、上記保持器の外径面の
表面粗さを1.0Ra以下とし、保持器の内径面の表面粗
さを0.6Ra以下とし、上記外輪の内径面の真円度を
0.04以下とし、上記保持器の外径面の真円度を0.
04以下としている。
【0014】更に、請求項3に記載したターボチャージ
ャー用玉軸受に於いては、上記保持器を耐熱合成樹脂製
とし、この保持器の外径面を上記外輪の内径面に近接さ
せて、上記保持器を外輪案内により回転自在に支持して
いる。そして、常温時に於ける保持器の外径面と外輪の
内径面との間の案内隙間の寸法を、上記保持器の外径寸
法の1%以上、3.5%以下としている。
ャー用玉軸受に於いては、上記保持器を耐熱合成樹脂製
とし、この保持器の外径面を上記外輪の内径面に近接さ
せて、上記保持器を外輪案内により回転自在に支持して
いる。そして、常温時に於ける保持器の外径面と外輪の
内径面との間の案内隙間の寸法を、上記保持器の外径寸
法の1%以上、3.5%以下としている。
【0015】
【作用】上述の様に構成される本考案のターボチャージ
ャー用玉軸受は、構成部品同士を互いに関連させつつ改
良を加えている為、十分な耐久性を保持しつつ、ターボ
チャージャーのレスポンスを向上させる事が出来る。
ャー用玉軸受は、構成部品同士を互いに関連させつつ改
良を加えている為、十分な耐久性を保持しつつ、ターボ
チャージャーのレスポンスを向上させる事が出来る。
【0016】先ず、請求項1に記載したターボチャージ
ャー用玉軸受の場合、内輪を耐熱金属製とし、保持器を
耐熱合成樹脂製としたので、保持器の慣性質量低減によ
りレスポンス向上を図れる他、潤滑油の粘度を低下する
事でもレスポンス向上を図れる。即ち、内輪及び保持器
を耐熱材料により造る事により、玉軸受に送り込む潤滑
油の温度を上昇させる事が可能となる。潤滑油の温度が
上昇すれば、その分、この潤滑油の粘度が低下し、玉並
びに保持器が回転する事に対する抵抗が小さくなって、
上記レスポンスが向上する。又、外輪の内径面の真円
度、並びにこの内径面で上記保持器の外径面と対向する
部分の表面粗さ、並びに上記保持器の外径面の真円度、
並びにこの外径面の表面粗さを規制する事により、これ
ら両面同士の摺動抵抗を抑えて、やはりレスポンスの向
上を図れる。
ャー用玉軸受の場合、内輪を耐熱金属製とし、保持器を
耐熱合成樹脂製としたので、保持器の慣性質量低減によ
りレスポンス向上を図れる他、潤滑油の粘度を低下する
事でもレスポンス向上を図れる。即ち、内輪及び保持器
を耐熱材料により造る事により、玉軸受に送り込む潤滑
油の温度を上昇させる事が可能となる。潤滑油の温度が
上昇すれば、その分、この潤滑油の粘度が低下し、玉並
びに保持器が回転する事に対する抵抗が小さくなって、
上記レスポンスが向上する。又、外輪の内径面の真円
度、並びにこの内径面で上記保持器の外径面と対向する
部分の表面粗さ、並びに上記保持器の外径面の真円度、
並びにこの外径面の表面粗さを規制する事により、これ
ら両面同士の摺動抵抗を抑えて、やはりレスポンスの向
上を図れる。
【0017】又、請求項3に記載したターボチャージャ
ー用玉軸受の場合も、保持器が耐熱合成樹脂の為、上記
効果を得られる。更に、請求項3に記載したターボチャ
ージャー用玉軸受の場合、上記効果に加えて、保持器の
振動を抑えつつ、レスポンスの向上と保持器の耐久性確
保、並びに玉軸受の焼き付き防止を図れる。即ち、保持
器の外径面と外輪の内径面との間の案内隙間の寸法を、
保持器の外径寸法の1%以上としたので、温度上昇時に
も上記外径面と内径面とが、著しく近接したり接触した
りする事がなくなる。この結果、玉設置部分に過剰量の
潤滑油が滞留する事がなくなり、玉の撹拌抵抗が大きく
ならず、且つ、保持器の回転抵抗が大きくなる事もなく
なって、ターボチャージャーのレスポンス向上を図れ
る。又、上記案内隙間の寸法を保持器の外径寸法の3.
5%以下に抑えたので、保持器がラジアル方向に亙って
大きく変位する事がなく、この保持器がアンバランス振
動を起こし難くなる。
ー用玉軸受の場合も、保持器が耐熱合成樹脂の為、上記
効果を得られる。更に、請求項3に記載したターボチャ
ージャー用玉軸受の場合、上記効果に加えて、保持器の
振動を抑えつつ、レスポンスの向上と保持器の耐久性確
保、並びに玉軸受の焼き付き防止を図れる。即ち、保持
器の外径面と外輪の内径面との間の案内隙間の寸法を、
保持器の外径寸法の1%以上としたので、温度上昇時に
も上記外径面と内径面とが、著しく近接したり接触した
りする事がなくなる。この結果、玉設置部分に過剰量の
潤滑油が滞留する事がなくなり、玉の撹拌抵抗が大きく
ならず、且つ、保持器の回転抵抗が大きくなる事もなく
なって、ターボチャージャーのレスポンス向上を図れ
る。又、上記案内隙間の寸法を保持器の外径寸法の3.
5%以下に抑えたので、保持器がラジアル方向に亙って
大きく変位する事がなく、この保持器がアンバランス振
動を起こし難くなる。
【0018】
【実施例】図2(A)〜(C)は、本考案のターボチャ
ージャー用玉軸受の形状の3例を示している。何れの場
合も、内径面に外輪軌道5を有する外輪6と、外径面に
内輪軌道7を有する内輪8と、上記外輪軌道5と上記内
輪軌道7との間に転動自在に設けた、セラミック又は軸
受鋼製で複数個の玉9と、この複数個の玉9と同数のポ
ケット13を有し、各ポケット13の内側に上記玉9を
1個ずつ転動自在に保持する保持器10とを備える。
ージャー用玉軸受の形状の3例を示している。何れの場
合も、内径面に外輪軌道5を有する外輪6と、外径面に
内輪軌道7を有する内輪8と、上記外輪軌道5と上記内
輪軌道7との間に転動自在に設けた、セラミック又は軸
受鋼製で複数個の玉9と、この複数個の玉9と同数のポ
ケット13を有し、各ポケット13の内側に上記玉9を
1個ずつ転動自在に保持する保持器10とを備える。
【0019】図2に示した3種類の玉軸受のうち、
(A)は外輪軌道5が深溝型で内輪軌道7が片側のみ開
いたもの、(B)は外輪軌道5及び内輪軌道7がそれぞ
れ反対側に開いたもの、(C)は内輪軌道7が深溝型で
外輪軌道5が片側のみ開いたものである。但し、何れの
構造の場合も、玉9は外輪軌道5及び内輪軌道7に、接
触角を持って接触している。そして、ターボチャージャ
ーを構成する回転軸3(図1参照)の外周面とハウジン
グ1に支持されたアウタースペーサ2、2の内周面(図
1参照)との間への組み付け時には、アンギュラ型とし
て使用する。
(A)は外輪軌道5が深溝型で内輪軌道7が片側のみ開
いたもの、(B)は外輪軌道5及び内輪軌道7がそれぞ
れ反対側に開いたもの、(C)は内輪軌道7が深溝型で
外輪軌道5が片側のみ開いたものである。但し、何れの
構造の場合も、玉9は外輪軌道5及び内輪軌道7に、接
触角を持って接触している。そして、ターボチャージャ
ーを構成する回転軸3(図1参照)の外周面とハウジン
グ1に支持されたアウタースペーサ2、2の内周面(図
1参照)との間への組み付け時には、アンギュラ型とし
て使用する。
【0020】上記外輪6と内輪8との少なくとも内輪
8、好ましくは両部材6、8は、M50、或はSUS4
40C、SUS420C等の耐熱性ステンレス鋼、モリ
ブデン鋼等の耐熱金属により造る。又、上記保持器10
は、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(P
PS)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポ
リエーテルイミド(PEI)樹脂、ポリアミドイミド
(PAI)樹脂、ポリエーテルケトン(PEEK)樹脂
等、使用可能温度が150℃以上の耐熱合成樹脂により
造る。
8、好ましくは両部材6、8は、M50、或はSUS4
40C、SUS420C等の耐熱性ステンレス鋼、モリ
ブデン鋼等の耐熱金属により造る。又、上記保持器10
は、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(P
PS)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポ
リエーテルイミド(PEI)樹脂、ポリアミドイミド
(PAI)樹脂、ポリエーテルケトン(PEEK)樹脂
等、使用可能温度が150℃以上の耐熱合成樹脂により
造る。
【0021】上述の様に、少なくとも内輪8を耐熱金属
製とし、保持器10を耐熱合成樹脂製とした本考案のタ
ーボチャージャー用玉軸受は、玉軸受全体として十分な
耐熱性を持つ為、使用時に高温の排気に曝されても、十
分な耐久性を発揮する。従って、使用時に特に高温に曝
されるタービン側に設けた場合でも、長期間に亙って安
定した軸受性能を得られる。
製とし、保持器10を耐熱合成樹脂製とした本考案のタ
ーボチャージャー用玉軸受は、玉軸受全体として十分な
耐熱性を持つ為、使用時に高温の排気に曝されても、十
分な耐久性を発揮する。従って、使用時に特に高温に曝
されるタービン側に設けた場合でも、長期間に亙って安
定した軸受性能を得られる。
【0022】即ち、ターボチャージャーに組み込まれる
玉軸受は、エンジンを高速回転させた状態から直ちに停
止させると、上記玉軸受の構成部品の温度が急上昇す
る。特に、タービン、回転軸3を介して排気熱の影響を
強く受ける内輪8の温度上昇が著しくなる。この様な場
合、内輪8の硬度低下によって玉軸受の寿命低下を生じ
易いが、本考案のターボチャージャー用玉軸受の場合、
少なくとも内輪8を耐熱金属により造っている為、上記
硬度低下が生じにくく、長期間に亙って安定した性能を
得られる。
玉軸受は、エンジンを高速回転させた状態から直ちに停
止させると、上記玉軸受の構成部品の温度が急上昇す
る。特に、タービン、回転軸3を介して排気熱の影響を
強く受ける内輪8の温度上昇が著しくなる。この様な場
合、内輪8の硬度低下によって玉軸受の寿命低下を生じ
易いが、本考案のターボチャージャー用玉軸受の場合、
少なくとも内輪8を耐熱金属により造っている為、上記
硬度低下が生じにくく、長期間に亙って安定した性能を
得られる。
【0023】尚、ターボチャージャーを組み込んだ自動
車には、イグニッションスイッチを切った後、直ちには
エンジンを停止させず、一定時間アイドリングを行なわ
せた後、自動的にエンジンを停止させる、所謂アフター
アイドリング装置を組み込む場合がある。この様なアフ
ターアイドリング装置を組み込んだ自動車のターボチャ
ージャー用玉軸受の場合、上記外輪6及び内輪8を、通
常の軸受鋼により造っても、十分な耐久性を確保出来
る。
車には、イグニッションスイッチを切った後、直ちには
エンジンを停止させず、一定時間アイドリングを行なわ
せた後、自動的にエンジンを停止させる、所謂アフター
アイドリング装置を組み込む場合がある。この様なアフ
ターアイドリング装置を組み込んだ自動車のターボチャ
ージャー用玉軸受の場合、上記外輪6及び内輪8を、通
常の軸受鋼により造っても、十分な耐久性を確保出来
る。
【0024】又、保持器10も耐熱合成樹脂により造っ
ている為、この保持器10が変形する事はなく、保持器
10の変形に伴なって玉9が転動しにくくなる事がな
い。更に、合成樹脂製保持器は、鉄、砲金等の金属製保
持器に比べて軽量である為、回転に要するトルクを低く
出来る。従って、ターボチャージャーの様な高温条件下
に於いても、耐熱合成樹脂製保持器を用いた玉軸受は、
回転軸3の回転に要するトルクを低くする事が可能とな
る。
ている為、この保持器10が変形する事はなく、保持器
10の変形に伴なって玉9が転動しにくくなる事がな
い。更に、合成樹脂製保持器は、鉄、砲金等の金属製保
持器に比べて軽量である為、回転に要するトルクを低く
出来る。従って、ターボチャージャーの様な高温条件下
に於いても、耐熱合成樹脂製保持器を用いた玉軸受は、
回転軸3の回転に要するトルクを低くする事が可能とな
る。
【0025】又、上記保持器10の外径面と外輪6の内
径面とは互いに近接させる事により、この保持器10が
外輪6に案内されつつ回転する、所謂外輪案内により保
持器10を支持している。そして、上記外輪6の内径面
で上記保持器10の外径面と対向する部分の表面粗さ
を、好ましくは0.6Ra以下とし、上記保持器10の外
径面の表面粗さを1.0Ra以下とし、保持器10の内径
面の表面粗さを0.6Ra以下とする。一方、上記外輪6
の内径面の真円度を好ましくは0.04以下とし、上記
保持器10の外径面の真円度を0.04以下とする。
径面とは互いに近接させる事により、この保持器10が
外輪6に案内されつつ回転する、所謂外輪案内により保
持器10を支持している。そして、上記外輪6の内径面
で上記保持器10の外径面と対向する部分の表面粗さ
を、好ましくは0.6Ra以下とし、上記保持器10の外
径面の表面粗さを1.0Ra以下とし、保持器10の内径
面の表面粗さを0.6Ra以下とする。一方、上記外輪6
の内径面の真円度を好ましくは0.04以下とし、上記
保持器10の外径面の真円度を0.04以下とする。
【0026】又、上記外輪6の内径面と保持器10の外
径面との間に形成され、潤滑油が流通する隙間14の常
温時に於ける厚さ寸法t14(=外輪6の内径寸法−保持
器10の外径寸法)を、好ましくは玉9の外径寸法Dの
2%以上15%以下とする。又、各ポケット13の内径
面と各玉9の外面との間に形成され、潤滑油が流通する
隙間15の常温時に於ける厚さ寸法t15(=ポケット1
3の内径寸法−玉9の外径寸法D)を、好ましくは上記
外径寸法Dの2%以上15%以下とする。更に、上記隙
間14の厚さ寸法t14は、玉9の外径寸法Dとの関係か
ら規制する他、保持器10の外径寸法Rとの関係からも
規制する。即ち、上記厚さ寸法t14を、上記保持器10
の外径寸法Rの1%以上、3.5%以下(0.01R≦
t14≦0.035R)としている。
径面との間に形成され、潤滑油が流通する隙間14の常
温時に於ける厚さ寸法t14(=外輪6の内径寸法−保持
器10の外径寸法)を、好ましくは玉9の外径寸法Dの
2%以上15%以下とする。又、各ポケット13の内径
面と各玉9の外面との間に形成され、潤滑油が流通する
隙間15の常温時に於ける厚さ寸法t15(=ポケット1
3の内径寸法−玉9の外径寸法D)を、好ましくは上記
外径寸法Dの2%以上15%以下とする。更に、上記隙
間14の厚さ寸法t14は、玉9の外径寸法Dとの関係か
ら規制する他、保持器10の外径寸法Rとの関係からも
規制する。即ち、上記厚さ寸法t14を、上記保持器10
の外径寸法Rの1%以上、3.5%以下(0.01R≦
t14≦0.035R)としている。
【0027】この様に、保持器10を外輪案内とした
り、各部の表面粗さを規制したり、更には隙間14、1
5の寸法を規制するのは、内輪8が回転する為に要する
トルクを小さく抑え、ターボチャージャーのレスポンス
を向上させる為である。即ち、ターボチャージャーに組
み込まれた玉軸受を潤滑する場合、前記内輪8の外径面
に向けて潤滑油を送り込む(吹き付ける)。内輪8の外
径面に付着した潤滑油は、次いで遠心力によりこの外径
面から離れ、ポケット13の内径面と各玉9の外面との
間に形成された隙間15を通って、上記外輪6の内径面
に達する。この様に外輪6の内径面に達した潤滑油は、
次いでこの内径面と保持器10の外径面との間に形成さ
れた隙間14を通じて排出される。
り、各部の表面粗さを規制したり、更には隙間14、1
5の寸法を規制するのは、内輪8が回転する為に要する
トルクを小さく抑え、ターボチャージャーのレスポンス
を向上させる為である。即ち、ターボチャージャーに組
み込まれた玉軸受を潤滑する場合、前記内輪8の外径面
に向けて潤滑油を送り込む(吹き付ける)。内輪8の外
径面に付着した潤滑油は、次いで遠心力によりこの外径
面から離れ、ポケット13の内径面と各玉9の外面との
間に形成された隙間15を通って、上記外輪6の内径面
に達する。この様に外輪6の内径面に達した潤滑油は、
次いでこの内径面と保持器10の外径面との間に形成さ
れた隙間14を通じて排出される。
【0028】この様な潤滑油の供給排出を効率良く行な
わせる為には、内輪8の外径面が露出している事、並び
に上記各隙間15、14が潤滑油が流れる事に対して大
きな抵抗とならない様に、十分な断面積を有する事が必
要である。この為、保持器10の案内を外輪案内とし
て、この保持器10の内径面と内輪8の外径面との間に
比較的大きな空間16が形成される様にすると共に、上
記各隙間15、14の寸法を規制した。
わせる為には、内輪8の外径面が露出している事、並び
に上記各隙間15、14が潤滑油が流れる事に対して大
きな抵抗とならない様に、十分な断面積を有する事が必
要である。この為、保持器10の案内を外輪案内とし
て、この保持器10の内径面と内輪8の外径面との間に
比較的大きな空間16が形成される様にすると共に、上
記各隙間15、14の寸法を規制した。
【0029】又、保持器10を構成する合成樹脂の線膨
張率は、外輪6を構成する鉄系合金の線膨張率よりも大
きい為、上記隙間14の厚さ寸法t14は、ターボチャー
ジャーの使用に伴なう温度上昇により次第に小さくな
る。本考案者の行なった実験によると、保持器10が鉄
系合金製であった場合には、温度上昇に伴なって上記厚
さ寸法t14が、図3に破線aで示す様に変化し、保持器
10が黄銅製であった場合には同じく鎖線bで示す様に
変化した。これに対して、保持器を耐熱合成樹脂製とし
た場合には、上記厚さ寸法t14が、同図に実線cで示す
様に変化した。この図3は、横軸に温度変化量を表わ
し、竪軸に、上記厚さ寸法t14の変化量を、前記保持器
10の外径寸法Rに対する割合(%)で表わしている。
ターボチャージャーの使用時と停止時との温度差は20
0℃程度になるので、図3から明らかな通り、使用時に
上記隙間14を確保する為には、この隙間14の厚さ寸
法t14を、上記保持器10の外径寸法Rの1%以上とす
る必要がある。
張率は、外輪6を構成する鉄系合金の線膨張率よりも大
きい為、上記隙間14の厚さ寸法t14は、ターボチャー
ジャーの使用に伴なう温度上昇により次第に小さくな
る。本考案者の行なった実験によると、保持器10が鉄
系合金製であった場合には、温度上昇に伴なって上記厚
さ寸法t14が、図3に破線aで示す様に変化し、保持器
10が黄銅製であった場合には同じく鎖線bで示す様に
変化した。これに対して、保持器を耐熱合成樹脂製とし
た場合には、上記厚さ寸法t14が、同図に実線cで示す
様に変化した。この図3は、横軸に温度変化量を表わ
し、竪軸に、上記厚さ寸法t14の変化量を、前記保持器
10の外径寸法Rに対する割合(%)で表わしている。
ターボチャージャーの使用時と停止時との温度差は20
0℃程度になるので、図3から明らかな通り、使用時に
上記隙間14を確保する為には、この隙間14の厚さ寸
法t14を、上記保持器10の外径寸法Rの1%以上とす
る必要がある。
【0030】一方、上記厚さ寸法t14の最大値は、ター
ボチャージャーの運転時に、上記保持器10のアンバラ
ンス振動を抑える面から規制する。即ち、本考案者が上
記隙間14の厚さ寸法t14の、保持器10の外径寸法R
に対する割合を種々変えて行なった実験によると、図4
に示す様に、厚さ寸法t14が大きくなるに従って、ター
ボチャージャーの運転に伴なって発生する騒音が徐々に
大きくなる事が確認された。そして、上記割合が3.5
%を越えると、騒音が急激に増大した。又、同図に×印
で示す様に、上記割合が0.5%、0.75%程度の場
合には、ターボチャージャーの運転に伴なって、焼き付
きが発生した。又、△印で示した様に、上記割合が0.
8%程度の場合には、保持器10に著しい摩耗が生じ
た。更に、○印で示した様に、上記割合が1.0%程度
あると、特に問題を生じなかった。
ボチャージャーの運転時に、上記保持器10のアンバラ
ンス振動を抑える面から規制する。即ち、本考案者が上
記隙間14の厚さ寸法t14の、保持器10の外径寸法R
に対する割合を種々変えて行なった実験によると、図4
に示す様に、厚さ寸法t14が大きくなるに従って、ター
ボチャージャーの運転に伴なって発生する騒音が徐々に
大きくなる事が確認された。そして、上記割合が3.5
%を越えると、騒音が急激に増大した。又、同図に×印
で示す様に、上記割合が0.5%、0.75%程度の場
合には、ターボチャージャーの運転に伴なって、焼き付
きが発生した。又、△印で示した様に、上記割合が0.
8%程度の場合には、保持器10に著しい摩耗が生じ
た。更に、○印で示した様に、上記割合が1.0%程度
あると、特に問題を生じなかった。
【0031】これら図3〜4の記載から明らかな通り、
上記厚さ寸法t14を、保持器10の外径寸法Rの1%以
上、3.5%以下とすれば、ターボチャージャーの運転
に伴なう温度上昇時にも、上記保持器10の外径面と外
輪6の内径面とが、著しく近接したり接触したりする事
がなくなる。この結果、玉9設置部分に過剰量の潤滑油
が滞留する事がなくなり、玉9の撹拌抵抗が大きくなら
ず、且つ、保持器10の回転抵抗が大きくなる事もなく
なって、ターボチャージャーのレスポンス向上を図れ
る。同時に、保持器10がラジアル方向に亙って大きく
変位する事がなく、この保持器10がアンバランス振動
を起こし難くなる。
上記厚さ寸法t14を、保持器10の外径寸法Rの1%以
上、3.5%以下とすれば、ターボチャージャーの運転
に伴なう温度上昇時にも、上記保持器10の外径面と外
輪6の内径面とが、著しく近接したり接触したりする事
がなくなる。この結果、玉9設置部分に過剰量の潤滑油
が滞留する事がなくなり、玉9の撹拌抵抗が大きくなら
ず、且つ、保持器10の回転抵抗が大きくなる事もなく
なって、ターボチャージャーのレスポンス向上を図れ
る。同時に、保持器10がラジアル方向に亙って大きく
変位する事がなく、この保持器10がアンバランス振動
を起こし難くなる。
【0032】尚、潤滑油の流通性を向上させる為には、
各隙間15、14部分に存在する潤滑油の温度を上昇さ
せる事が効果がある。これに対して、本考案のターボチ
ャージャー用玉軸受の場合、保持器10が耐熱合成樹脂
製である(外輪6、内輪8、玉9は、少なくとも軸受鋼
若しくはそれ以上の耐熱性を有する金属材若しくはセラ
ミックにより造られている為、或る程度の耐熱性は確保
される。)為、玉軸受に供給する潤滑油の量を少なく出
来て、この潤滑油による冷却作用を抑え、上記潤滑油の
温度を十分に上昇させ、この潤滑油の粘度を低下させる
事が可能となる。又、上述の様に、玉軸受に送り込む潤
滑油の量を少なく抑えて、潤滑油の撹拌抵抗によるトル
ク損失を低く出来る為、より低トルクで回転する、レス
ポンスの良いターボチャージャーを実現出来る。
各隙間15、14部分に存在する潤滑油の温度を上昇さ
せる事が効果がある。これに対して、本考案のターボチ
ャージャー用玉軸受の場合、保持器10が耐熱合成樹脂
製である(外輪6、内輪8、玉9は、少なくとも軸受鋼
若しくはそれ以上の耐熱性を有する金属材若しくはセラ
ミックにより造られている為、或る程度の耐熱性は確保
される。)為、玉軸受に供給する潤滑油の量を少なく出
来て、この潤滑油による冷却作用を抑え、上記潤滑油の
温度を十分に上昇させ、この潤滑油の粘度を低下させる
事が可能となる。又、上述の様に、玉軸受に送り込む潤
滑油の量を少なく抑えて、潤滑油の撹拌抵抗によるトル
ク損失を低く出来る為、より低トルクで回転する、レス
ポンスの良いターボチャージャーを実現出来る。
【0033】又、上記外輪6の内径面と、上記保持器1
0の外径面と、保持器10の内径面との表面粗さを前述
の様に規制する事により、上記潤滑油が一層円滑に流れ
る様にして、過剰量の潤滑油によるレスポンス悪化をも
防止出来る。更に、上記外輪6の内径面並びに保持器1
0の外径面の真円度を前述の様に規制する事により、保
持器10が外輪6の内側で回転する事に対する抵抗を小
さくして、この保持器10の回転を円滑にし、前記内輪
8を回転させる為に要するトルクの低減を図り、やはり
レスポンスの向上を図れる。
0の外径面と、保持器10の内径面との表面粗さを前述
の様に規制する事により、上記潤滑油が一層円滑に流れ
る様にして、過剰量の潤滑油によるレスポンス悪化をも
防止出来る。更に、上記外輪6の内径面並びに保持器1
0の外径面の真円度を前述の様に規制する事により、保
持器10が外輪6の内側で回転する事に対する抵抗を小
さくして、この保持器10の回転を円滑にし、前記内輪
8を回転させる為に要するトルクの低減を図り、やはり
レスポンスの向上を図れる。
【0034】
【考案の効果】本考案のターボチャージャー用玉軸受
は、以上に述べた通り構成され作用する為、十分な耐久
性を保持して、長期間に亙り安定した性能を維持しつ
つ、ターボチャージャーのレスポンス向上を図れる。
は、以上に述べた通り構成され作用する為、十分な耐久
性を保持して、長期間に亙り安定した性能を維持しつ
つ、ターボチャージャーのレスポンス向上を図れる。
【図1】ターボチャージャー用玉軸受の使用状態の1例
を示す部分断面図。
を示す部分断面図。
【図2】ターボチャージャー用玉軸受の形状の3例を示
す部分断面図。
す部分断面図。
【図3】保持器外径面と外輪内径面との間の隙間の厚さ
寸法と温度変化と保持器の材質との関係を示す線図。
寸法と温度変化と保持器の材質との関係を示す線図。
【図4】上記隙間の厚さ寸法と発生する騒音の程度との
関係を示す線図。
関係を示す線図。
1 ハウジング 2 アウタースぺーサ 3 回転軸 4 玉軸受 5 外輪軌道 6 外輪 7 内輪軌道 8 内輪 9 玉 10 保持器 11 インナースぺーサ 12 圧縮ばね 13 ポケット 14 隙間 15 隙間 16 空間
Claims (3)
- 【請求項1】 内径面に外輪軌道を有し、ハウジングの
内側に支持される外輪と、外径面に内輪軌道を有し、イ
ンペラとタービンとを接続する回転軸の中間部外径面に
外嵌固定される内輪と、上記外輪軌道と上記内輪軌道と
の間に転動自在に設けられた複数個の玉と、この複数個
の玉と同数のポケットを有し、各ポケットの内側に上記
玉を1個ずつ転動自在に保持する保持器とを備えたター
ボチャージャー用玉軸受に於いて、上記外輪と内輪との
うち、少なくとも内輪を耐熱金属製とし、上記保持器を
耐熱合成樹脂製とし、この保持器の外径面と上記外輪の
内径面とを近接させる事で、この保持器を外輪案内によ
り回転自在に支持すると共に、上記外輪の内径面で上記
保持器の外径面と対向する部分の表面粗さを0.6Ra以
下とし、上記保持器の外径面の表面粗さを1.0Ra以下
とし、保持器の内径面の表面粗さを0.6Ra以下とし、
上記外輪の内径面の真円度を0.04以下とし、上記保
持器の外径面の真円度を0.04以下とした事を特徴と
するターボチャージャー用玉軸受。 - 【請求項2】 外輪の内径面と保持器の外径面との間に
形成され、潤滑油が流通する隙間の常温時に於ける厚さ
寸法を、玉の外径寸法の2%以上15%以下とし、各ポ
ケットの内径面と各玉の外面との間に形成され、潤滑油
が流通する隙間の常温時に於ける厚さ寸法を、玉の外径
寸法の2%以上15%以下とした、請求項1に記載のタ
ーボチャージャー用玉軸受。 - 【請求項3】 内径面に外輪軌道を有し、ハウジングの
内側に支持される外輪と、外径面に内輪軌道を有し、イ
ンペラとタービンとを接続する回転軸の中間部外径面に
外嵌固定される内輪と、上記外輪軌道と上記内輪軌道と
の間に転動自在に設けられた複数個の玉と、この複数個
の玉と同数のポケットを有し、各ポケットの内側に上記
玉を1個ずつ転動自在に保持する保持器とを備えたター
ボチャージャー用玉軸受に於いて、上記保持器は耐熱合
成樹脂製であり、この保持器の外径面は上記外輪の内径
面に近接して、上記保持器が外輪案内により回転自在に
支持されるものであり、常温時に於ける保持器の外径面
と外輪の内径面との間の案内隙間の寸法が、上記保持器
の外径寸法の1%以上、3.5%以下である事を特徴と
するターボチャージャー用玉軸受。
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