JP3110588B2 - 過給機のインペラ軸支持用転がり軸受 - Google Patents
過給機のインペラ軸支持用転がり軸受Info
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/303—Parts of ball or roller bearings of hybrid bearings, e.g. rolling bearings with steel races and ceramic rolling elements
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
- F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
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- F16C19/183—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Rolling Contact Bearings (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、過給機のインペラ軸
支持用転がり軸受装置に関する。
支持用転がり軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術における過給機の軸受装置に
おけるインペラ軸を支承する転がり軸受は、高速度回転
する回転軸の制振効果を高めるために、ハウジングの孔
部には、複列転がり軸受の外輪が油膜が形成される程度
の微小間隙をもって嵌着され、外輪とハウジングとの間
の油膜ダンパを形成する油が軸受潤滑用に兼用されてい
る。そして、転がり軸受の内輪には、インペラ軸が嵌着
され、インペラ軸の先端部は、圧縮室に突出し、圧縮機
のインペラが取付けられている。
おけるインペラ軸を支承する転がり軸受は、高速度回転
する回転軸の制振効果を高めるために、ハウジングの孔
部には、複列転がり軸受の外輪が油膜が形成される程度
の微小間隙をもって嵌着され、外輪とハウジングとの間
の油膜ダンパを形成する油が軸受潤滑用に兼用されてい
る。そして、転がり軸受の内輪には、インペラ軸が嵌着
され、インペラ軸の先端部は、圧縮室に突出し、圧縮機
のインペラが取付けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】遠心式スーパチャージ
ャやターボチャージャのインペラ軸に使用される軸受
は、最大回転速度８００００乃至１０００００rpm で使
用されており、特に内輪側は、増速歯車機構の発熱や排
気タービン側からの排気ガス熱により高温（遠心式スー
パチャージャ：１５０〜２００℃、ターボチャージャ：
２００〜２５０℃）にさらされる。
ャやターボチャージャのインペラ軸に使用される軸受
は、最大回転速度８００００乃至１０００００rpm で使
用されており、特に内輪側は、増速歯車機構の発熱や排
気タービン側からの排気ガス熱により高温（遠心式スー
パチャージャ：１５０〜２００℃、ターボチャージャ：
２００〜２５０℃）にさらされる。
【０００４】通常の転がり軸受は、軌道輪が軸受鋼（Ｊ
ＩＳ規格ＳＵＪ２）で形成されており、このような非常
に過酷な条件で使用されると、残留オーステナイトがマ
ルテンサイト変態によってマルテンサイト化して材料膨
張すると共に、硬さも低下して軸受寿命を低下を来す。
潤滑油も高温となって適正な潤滑効果が得られないの
で、短時間で焼付き等の不具合が生じている。この発明
は、高温状態下でも適正な潤滑効果が得られる遠心式ス
ーパチャージャやターボチャージャ等の過給機のインペ
ラ軸用の軸受装置を提供するものである。
ＩＳ規格ＳＵＪ２）で形成されており、このような非常
に過酷な条件で使用されると、残留オーステナイトがマ
ルテンサイト変態によってマルテンサイト化して材料膨
張すると共に、硬さも低下して軸受寿命を低下を来す。
潤滑油も高温となって適正な潤滑効果が得られないの
で、短時間で焼付き等の不具合が生じている。この発明
は、高温状態下でも適正な潤滑効果が得られる遠心式ス
ーパチャージャやターボチャージャ等の過給機のインペ
ラ軸用の軸受装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の過給機のイン
ペラ軸支持用転がり軸受装置は、ハウジング内に油膜を
介して取り付けられる複列のアンギュラ玉軸受がダンパ
としての該油膜の油で潤滑される過給機のインペラ軸支
持用転がり軸受装置において、転動体の材料がセラミッ
クスであり、内外輪共又は内輪は、焼入れ後、残留オー
ステナイトの大部分をマルテンサイト変態する温度で焼
戻しをする熱処理が施された軸受鋼で形成されていると
共に、各列の内輪が軸方向端面同士で突き合わせられて
定位置予圧で配置されている。
ペラ軸支持用転がり軸受装置は、ハウジング内に油膜を
介して取り付けられる複列のアンギュラ玉軸受がダンパ
としての該油膜の油で潤滑される過給機のインペラ軸支
持用転がり軸受装置において、転動体の材料がセラミッ
クスであり、内外輪共又は内輪は、焼入れ後、残留オー
ステナイトの大部分をマルテンサイト変態する温度で焼
戻しをする熱処理が施された軸受鋼で形成されていると
共に、各列の内輪が軸方向端面同士で突き合わせられて
定位置予圧で配置されている。
【０００６】
【作用】上記のような材料で構成された複列のアンギュ
ラ玉軸受においては、内外輪共又は内輪に対して残留オ
ーステナイトの大部分がマルテンサイト変態によってマ
ルテンサイト化する耐熱処理が施されているので、高温
排気ガスや歯車機構からの発熱に対しても寸法変化、硬
度低下が発生しない。それにより、軸受の予圧が安定
し、適正な転動体の接触角が維持される。
ラ玉軸受においては、内外輪共又は内輪に対して残留オ
ーステナイトの大部分がマルテンサイト変態によってマ
ルテンサイト化する耐熱処理が施されているので、高温
排気ガスや歯車機構からの発熱に対しても寸法変化、硬
度低下が発生しない。それにより、軸受の予圧が安定
し、適正な転動体の接触角が維持される。
【０００７】
【実施例】この発明の実施例における遠心式スーパチャ
ージャやターボチャージャ等の過給機のインペラ軸支持
用転がり軸受装置を図面に従って説明する。図１におい
て、過給機のハウジング10には、端部の軸受部を設ける
孔部11が形成され、孔部11に隣接して入力側（左側）に
は、増速歯車機構20があり、出力側（右側）には、図示
しない圧縮室がある。
ージャやターボチャージャ等の過給機のインペラ軸支持
用転がり軸受装置を図面に従って説明する。図１におい
て、過給機のハウジング10には、端部の軸受部を設ける
孔部11が形成され、孔部11に隣接して入力側（左側）に
は、増速歯車機構20があり、出力側（右側）には、図示
しない圧縮室がある。
【０００８】ハウジング10の孔部11に装着されたインペ
ラ軸支持用のアンギュラ玉軸受Ａは、複列外向きアンギ
ュラ玉軸受であり、共通の外輪１と、隣接した２個の内
輪２，２と２列の玉３，３とから構成されており、ハウ
ジング10とインペラ軸13との間に定位置予圧で配置され
ている。
ラ軸支持用のアンギュラ玉軸受Ａは、複列外向きアンギ
ュラ玉軸受であり、共通の外輪１と、隣接した２個の内
輪２，２と２列の玉３，３とから構成されており、ハウ
ジング10とインペラ軸13との間に定位置予圧で配置され
ている。
【０００９】ハウジング10の孔部11には、アンギュラ玉
軸受Ａの外輪１が油膜が形成される程度の微小間隙をも
って嵌着され、微小間隙の端（圧縮室側）には、Ｏリン
グ12が嵌着されている。アンギュラ玉軸受の内輪２に
は、インペラ軸13が嵌着され、インペラ軸13の先端部
は、圧縮室に突出し、圧縮機のインペラ14が取付けられ
ている。アンギュラ玉軸受の圧縮室側には、外輪１・イ
ンペラ軸13間のシール15が設けられている。
軸受Ａの外輪１が油膜が形成される程度の微小間隙をも
って嵌着され、微小間隙の端（圧縮室側）には、Ｏリン
グ12が嵌着されている。アンギュラ玉軸受の内輪２に
は、インペラ軸13が嵌着され、インペラ軸13の先端部
は、圧縮室に突出し、圧縮機のインペラ14が取付けられ
ている。アンギュラ玉軸受の圧縮室側には、外輪１・イ
ンペラ軸13間のシール15が設けられている。
【００１０】軸受の外輪１の外周面には、円周方向に複
数の冷却油用円周溝４，４‥が形成され、中央部及び圧
縮室側の冷却油用円周溝４から外輪１の内周面中央部及
び圧縮室側玉列近傍に油孔５，５が貫通していると共
に、ハウジング10には、外輪１の外周面に向って開口し
た潤滑油供給孔16が穿設されている。
数の冷却油用円周溝４，４‥が形成され、中央部及び圧
縮室側の冷却油用円周溝４から外輪１の内周面中央部及
び圧縮室側玉列近傍に油孔５，５が貫通していると共
に、ハウジング10には、外輪１の外周面に向って開口し
た潤滑油供給孔16が穿設されている。
【００１１】外輪１及び内輪２の材料は、高炭素クロム
軸受鋼（例えばＳＵＪ２）であり、玉３の材料は、セラ
ミックス（例えばＳi３Ｎ４ ）である。保持器6は、ポ
リアミド樹脂製であり、外輪案内とされている。
軸受鋼（例えばＳＵＪ２）であり、玉３の材料は、セラ
ミックス（例えばＳi３Ｎ４ ）である。保持器6は、ポ
リアミド樹脂製であり、外輪案内とされている。
【００１２】そして、内輪２は、焼入れ後、軸受使用状
態の温度より高い温度で焼戻しが行われ、例えば軸受使
用状態の温度１００〜１５０℃、１５０〜２００℃、２
００〜２５０℃の夫々に対する焼戻し温度は、２１０〜
２３０℃、２５０〜２７０℃、２９５〜３１０℃であ
る。これにより、残留オーステナイトは、大部分がマル
テンサイト変態によってマルテンサイト化し、寸法変化
の安定化が施されている。上記の熱処理に加えて表面層
に炭素及び窒素を同時に拡散させるように加熱し、変態
点以上の適当な温度から急冷却硬化をする熱処理が行わ
れてもよい。これにより焼戻しによる表面硬度の低下が
抑えられ、軸受寿命の延長が図られる。
態の温度より高い温度で焼戻しが行われ、例えば軸受使
用状態の温度１００〜１５０℃、１５０〜２００℃、２
００〜２５０℃の夫々に対する焼戻し温度は、２１０〜
２３０℃、２５０〜２７０℃、２９５〜３１０℃であ
る。これにより、残留オーステナイトは、大部分がマル
テンサイト変態によってマルテンサイト化し、寸法変化
の安定化が施されている。上記の熱処理に加えて表面層
に炭素及び窒素を同時に拡散させるように加熱し、変態
点以上の適当な温度から急冷却硬化をする熱処理が行わ
れてもよい。これにより焼戻しによる表面硬度の低下が
抑えられ、軸受寿命の延長が図られる。
【００１３】過給機において、原動機により増速歯車機
構20を介してインペラ軸13、即ちインペラ14が高速回転
駆動され、空気が圧縮され、その高圧空気が圧縮機の吐
出口からエンジンシリンダ、又はキャブレターに供給さ
れる。
構20を介してインペラ軸13、即ちインペラ14が高速回転
駆動され、空気が圧縮され、その高圧空気が圧縮機の吐
出口からエンジンシリンダ、又はキャブレターに供給さ
れる。
【００１４】上記の高速回転において、潤滑油供給孔16
からアンギュラ玉軸受Ａの外輪１の油溝４に向って噴出
された潤滑油は、ハウジング10の孔部11の内周面と複列
のアンギュラ玉軸受Ａの外輪１の外周面との間隙に流
れ、その間隙は、増速歯車機構側で開放され、インペラ
14側でＯリング12で閉塞されているので、一部は、左側
において噴出して増速歯車機構の潤滑に供せられるが、
他は、ハウジング10の孔部11の内周面と転がり軸受Ａの
外輪１の外周面との間隙でダンパ用の油膜を形成しなが
ら中央部の円周溝４へと流れ込み、更に油孔５を介して
複列転がり軸受の潤滑に供せられる。
からアンギュラ玉軸受Ａの外輪１の油溝４に向って噴出
された潤滑油は、ハウジング10の孔部11の内周面と複列
のアンギュラ玉軸受Ａの外輪１の外周面との間隙に流
れ、その間隙は、増速歯車機構側で開放され、インペラ
14側でＯリング12で閉塞されているので、一部は、左側
において噴出して増速歯車機構の潤滑に供せられるが、
他は、ハウジング10の孔部11の内周面と転がり軸受Ａの
外輪１の外周面との間隙でダンパ用の油膜を形成しなが
ら中央部の円周溝４へと流れ込み、更に油孔５を介して
複列転がり軸受の潤滑に供せられる。
【００１５】供給潤滑油による油膜は、ハウジング10の
孔部11の内周面とアンギュラ玉軸受Ａの外輪１の外周面
との間隙の軸線方向略全域で形成されるので、インペラ
14の高速回転による空気流の脈動や増速機等で生じるイ
ンペラ軸13の振動を十分に抑制する。
孔部11の内周面とアンギュラ玉軸受Ａの外輪１の外周面
との間隙の軸線方向略全域で形成されるので、インペラ
14の高速回転による空気流の脈動や増速機等で生じるイ
ンペラ軸13の振動を十分に抑制する。
【００１６】上記のインペラ軸13の高速回転において、
上記のような材料で構成されたアンギュラ玉軸受Ａは、
玉３がセラミックス製であることにより、セラミックス
の特性上、潤滑特性が向上し、低熱伝導率のため内輪側
から外輪側への熱の伝導は抑止されると共に、異種材料
である軌道輪（１，２）と玉３との間の凝着現象は防止
される。
上記のような材料で構成されたアンギュラ玉軸受Ａは、
玉３がセラミックス製であることにより、セラミックス
の特性上、潤滑特性が向上し、低熱伝導率のため内輪側
から外輪側への熱の伝導は抑止されると共に、異種材料
である軌道輪（１，２）と玉３との間の凝着現象は防止
される。
【００１７】又、保持器６は、セラミックスよりも更に
１／１０程度の熱伝導率を有するポリアミド樹脂で成形
されている。従って、内輪側からの熱の伝導は更に抑止
されるので、潤滑油の温度昇上が防止され、延いては、
適正な潤滑性能が維持される。潤滑油量が少ない場合で
も、ポリアミド樹脂は自己潤滑性を有するので軸受の潤
滑を維持できる。
１／１０程度の熱伝導率を有するポリアミド樹脂で成形
されている。従って、内輪側からの熱の伝導は更に抑止
されるので、潤滑油の温度昇上が防止され、延いては、
適正な潤滑性能が維持される。潤滑油量が少ない場合で
も、ポリアミド樹脂は自己潤滑性を有するので軸受の潤
滑を維持できる。
【００１８】更に、内輪２に対して耐熱処理が施されて
いるので、高温排気ガスや歯車機構からの発熱に対して
も内輪の寸法変化、硬度低下が発生しない。それによ
り、軸受の予圧が安定し、適正な転動体の接触角が維持
され得ることになり、焼付きの発生が防止され得て、軸
受寿命の延長が図られる。
いるので、高温排気ガスや歯車機構からの発熱に対して
も内輪の寸法変化、硬度低下が発生しない。それによ
り、軸受の予圧が安定し、適正な転動体の接触角が維持
され得ることになり、焼付きの発生が防止され得て、軸
受寿命の延長が図られる。
【００１９】上記の実施例においては、内輪２のみに軸
受使用状態の温度より高い温度で焼戻し処理をした軸受
鋼を使用しているが、外輪１もこの熱処理を施した軸受
鋼で成形してもよい。しかし、コスト及び高い焼戻し温
度による硬さの低下を考慮した場合、外輪１は、この発
明の構成により昇温を低く抑えられるので、通常の熱処
理を施した軸受鋼の使用が望ましい。
受使用状態の温度より高い温度で焼戻し処理をした軸受
鋼を使用しているが、外輪１もこの熱処理を施した軸受
鋼で成形してもよい。しかし、コスト及び高い焼戻し温
度による硬さの低下を考慮した場合、外輪１は、この発
明の構成により昇温を低く抑えられるので、通常の熱処
理を施した軸受鋼の使用が望ましい。
【００２０】
【発明の効果】この発明の過給機のインペラ軸支持用軸
受装置においは、アンギュラ玉軸受の玉がセラミックス
で形成されていることにより次のような効果が奏され
る。 （ａ）セラミックスの特性上、潤滑特性が向上し、少量
の潤滑油でも十分である。従って、撹拌抵抗が少なくな
り、軸受の回転トルクが小さくなると共に昇温も抑止さ
れる。又、セラミックス製の転動体は、軽量、且つ硬い
ので遠心力が小さくなり、回転トルクを小さくすること
ができると共に、軌道面との接触域も小さいので、発熱
も少ない。
受装置においは、アンギュラ玉軸受の玉がセラミックス
で形成されていることにより次のような効果が奏され
る。 （ａ）セラミックスの特性上、潤滑特性が向上し、少量
の潤滑油でも十分である。従って、撹拌抵抗が少なくな
り、軸受の回転トルクが小さくなると共に昇温も抑止さ
れる。又、セラミックス製の転動体は、軽量、且つ硬い
ので遠心力が小さくなり、回転トルクを小さくすること
ができると共に、軌道面との接触域も小さいので、発熱
も少ない。
【００２１】（ｂ）セラミックスは、熱伝導率が低いの
で、内輪側の熱が外輪側に伝導され難い。その結果、歯
車機構からの熱や高温排気ガスの熱の熱伝導による軸受
寿命の低下が防止されると共に、外輪の温度上昇が抑止
されるので、油膜ダンパの油の温度上昇も抑止されて油
の潤滑性能が十分に維持される。 （ｃ）高炭素クロム軸受鋼製である軌道輪に対し、転動
体は、セラミックス製、即ち異種材料製であるので、両
者間の凝着現象が防止される。
で、内輪側の熱が外輪側に伝導され難い。その結果、歯
車機構からの熱や高温排気ガスの熱の熱伝導による軸受
寿命の低下が防止されると共に、外輪の温度上昇が抑止
されるので、油膜ダンパの油の温度上昇も抑止されて油
の潤滑性能が十分に維持される。 （ｃ）高炭素クロム軸受鋼製である軌道輪に対し、転動
体は、セラミックス製、即ち異種材料製であるので、両
者間の凝着現象が防止される。
【００２２】（ｄ）内外輪共又は内輪に対して、焼入れ
後、残留オーステナイトの大部分がマルテンサイト変態
によってマルテンサイト化する耐熱処理が施されている
ので、高価な耐熱鋼でない通常の軸受用鋼を用いても、
高温排気ガスや歯車機構からの発熱に対して寸法変化、
硬度低下が発生しない。それにより、軸受の予圧が安定
し、適正な転動体の接触角が維持され、焼付きの発生を
防止し得るので、軸受の寿命が低下しない。
後、残留オーステナイトの大部分がマルテンサイト変態
によってマルテンサイト化する耐熱処理が施されている
ので、高価な耐熱鋼でない通常の軸受用鋼を用いても、
高温排気ガスや歯車機構からの発熱に対して寸法変化、
硬度低下が発生しない。それにより、軸受の予圧が安定
し、適正な転動体の接触角が維持され、焼付きの発生を
防止し得るので、軸受の寿命が低下しない。
【００２３】更に、このことは、複列のアンギュラ玉軸
受における各列の内輪が軸方向端面同士で突き合わせら
れて定位置予圧で配置されていることが内輪の材料の選
択と相俟って、強化される。又、加工の困難性や、常温
での析出炭化物等の影響による寿命の短縮傾向や、セラ
ミック材の転動体に対し損傷を与える過剰硬度等のＭ５
０鋼のような耐熱鋼に生じる問題も生じない。
受における各列の内輪が軸方向端面同士で突き合わせら
れて定位置予圧で配置されていることが内輪の材料の選
択と相俟って、強化される。又、加工の困難性や、常温
での析出炭化物等の影響による寿命の短縮傾向や、セラ
ミック材の転動体に対し損傷を与える過剰硬度等のＭ５
０鋼のような耐熱鋼に生じる問題も生じない。
【図１】この発明の実施例における過給機のインペラ軸
支持用転がり軸受装置の断面図である。
支持用転がり軸受装置の断面図である。
Ａ アンギュラ玉軸受 １ 外輪 ２ 内輪 ３ 玉 ４ 冷却油用円周溝 ５ 油孔 ６ 保持器 10 ハウジング 11 孔部 12 Ｏリング 13 インペラ軸 14 インペラ 15 シール 16 潤滑油供給孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−159419（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−70923（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−22839（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 39/00
Claims (1)
- 【請求項１】 ハウジング内に油膜を介して取り付けら
れる複列のアンギュラ玉軸受がダンパとしての該油膜の
油で潤滑される過給機のインペラ軸支持用転がり軸受装
置において、転動体の材料がセラミックスであり、内外
輪共又は内輪は、焼入れ後、残留オーステナイトの大部
分をマルテンサイト変態する温度で焼戻しをする熱処理
が施された軸受鋼で形成されていると共に、各列の内輪
が軸方向端面同士で突き合わせられて定位置予圧で配置
されている過給機のインペラ軸支持用転がり軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05142500A JP3110588B2 (ja) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | 過給機のインペラ軸支持用転がり軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05142500A JP3110588B2 (ja) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | 過給機のインペラ軸支持用転がり軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06330761A JPH06330761A (ja) | 1994-11-29 |
| JP3110588B2 true JP3110588B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=15316789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05142500A Expired - Fee Related JP3110588B2 (ja) | 1993-05-24 | 1993-05-24 | 過給機のインペラ軸支持用転がり軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3110588B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999001676A1 (fr) * | 1997-07-01 | 1999-01-14 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Bague de roulement en resine synthetique, procede de fabrication de cette bague et roulement a rouleaux |
| JP2002039191A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-02-06 | Nsk Ltd | ターボチャージャ用回転支持装置 |
| JP2002129969A (ja) * | 2000-10-25 | 2002-05-09 | Nsk Ltd | ターボチャージャ用回転支持装置 |
| CN100441833C (zh) * | 2005-09-01 | 2008-12-10 | 黄若 | 混合陶瓷球轴承涡轮增压器 |
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