JP4522929B2 - スプリング式クランプ・クリップ - Google Patents

Description

本発明は、個別に調整可能なガイドベーンを有する半径流排気ターボチャージャー・タービンに係る。これらのガイドベーンは、ハウジング内に取り付けられた各ガイドベーン・シャフトを介して、それぞれ調整可能であり、各ガイドベーン・シャフトは、ピボット支持されたレバーを介して、駆動される。

本発明は、ターボ装置のカイド機構に係る。この機構は回転可能に取り付けられたガイドベーン、及びガイドベーン・シャフトを互いに拘束するためのスプリング式クランプ・クリップを有している。また、本発明は、そのようなカイド機構を有する排気ターボチャージャーに係る。

排気タービンは、特に排気ターボチャージャーの中で、内燃機関と組み合わせて使用される。内燃機関からの排気ガスは、タービンホイールを駆動するための駆動媒体として使用される。タービンホイールは、シャフトを介して、コンプレッサのホイールに接続され、このコンプレッサのホイールを用いて、吸入エアが圧縮され、内燃機関に供給される。

固定式のフロー・カスケード（ノズルリング）の代わりに、可変タービン形状（ＶＴＣ：variable turbine geometries）を用いることが、昨今、一般的なプラクティスになって来ている。このケースでは、タービン・ガイドベーンの入射角度（incident angles）が、調整機構を用いて、それぞれの作用点に調整することができる。

原則として、ＶＴＧ装置は、ベアリング・ハウジング内でシャフト上に取り付けられた複数のガイドベーン、及びガイドベーンを回転させるための調整機構を備えている。ＶＴＧ装置については、例えば、ＥＰ−０ ２２６ ４４４ あるいはＤＥ−４３ ０９ ６３６ に記載されている。

排気タービンのガイドベーンは、運転中にかなりの高温まで加熱されるが、引っ掛かって動かなくなることがないように、適切なクリアランスを介してベアリング・ブッシュに装着する必要がある。径方向のガイドベーンの支持点における、このクリアランスが、時折、ガイドベーン・シャフトとベアリング・ブッシュの間のシール面で、振動フレッティングを引き起こすことがある。このようなフレッティングは、例えば、運転により生ずるベアリング・ハウジングの振動、あるいは、流れの力の変動によって、引き起こされることがある。

ＵＳ−５，４１５，２７２には、スプリング式クランプ・クリップを有する装置が、開示されている。このスプリング式クランプ・クリップは、一対の回転しないローラーシャフトの間に装着され、ローラ・コンベアの振動を減衰するように意図されている。
欧州特許出願公開第 ＥＰ−０ ２２６ ４４４ 号明細書 独国特許出願公開第 ＤＥ−４３ ０９ ６３６ 号明細書 米国特許第 ＵＳ−５，４１５，２７２号明細書

本発明の目的は、ガイドベーン・シャフトのベアリング装置を、接触点での磨耗が少なくなるように改良することにある。

この目的は、本発明のスプリング式クランプ・クリップにより実現される。

このスプリング式クランプ・クリップは、シャフトの間にクランプされ、それによって、シャフトの接触力が、特定の方向に増大して、ベアリング・ブッシュ内でのガイドベーン・シャフトの不安定な運動が抑えられるように構成される。そのような不安定な運動は、例えば、排気タービン内で、ハウジングの振動あるいは流れの力によって、引き起こされるものである。

二つのガイドベーン・シャフトの間に、スプリング式クランプ・クリップを装着することにより、接触点に、明確に定められた周方向の力が作用する。このことは、クランプ力及び変動する流れの力に起因する接触力が、常に正の値のまま保たれ、ハウジングの振動にも拘わらず、ガイドベーンがガイドブッシュ内に安定した状態で接触すると言う効果をもたらす。

本発明によれば、スプリング式クランプ・クリップは、一方では、運転中にガイドベーン・シャフトから脱落しないように、且つ他方では、ＶＴＧ装置を分解する必要なく取り付けることができるようにデザインされる。

このスプリング式クランプ・クリップは、既存のターボ装置、例えば排気ターボチャージャーのタービン、に取り付けることが可能であり、それによって、簡単な方法で、ガイドベーン・ベアリングの将来の磨耗を減少させることができる。

更なる有利な効果は、従属クレームから得られる。

以下において、本発明について、図面を参照しながらより詳細に説明する。

図２は、本発明に基づき、スプリング式クランプ・クリップによって拘束されたガイドベーン・シャフトに作用する力を概略的に示している。

クランプ・クリップの力ＦＢは、スプリング式クランプ・クリップによって与えられ、周方向（排気タービンの周方向であって、カーブした破線により示されている）に作用する。この力ＦＢは、流れの力ＦＳ及びハウジングの振動Ｖにも拘わらず、正の接触力を生じさせる。即ち、ガイドベーン・シャフト２は，常に、ガイドブッシュ４内に接触しており、浮き上がることがない。

ガイドベーン・シャフトの中心点は、クランプ・クリップの力ＦＢによって周方向に変位して、そのガイドベーン・シャフトがベアリング・ブッシュに突き当たる。ガイドベーン・シャフトの接触点５は、クランプ・クリップの力ＦＢの存在により、異なる作用点の関数として、異なる流れの力ＦＳによって、ベアリング・ブッシュの輪郭に滑らかに沿って変位する。この効果は、ガイドベーン・シャフトおよび／またはベアリング・ブッシュの磨耗の減少をもたらす。その理由は、最大表面圧力の位置が、接触面となる輪郭に沿って広がるからである。材料は、断面内で、かなり小さな応力に曝される。このことは、ガイドベーン・ベアリングの使用寿命の増大、従って、ＶＴＧ装置全体の増大をもたらす。

このスプリング式クランプ・クリップは、明確に定められたクランプ・クリップの力を、シャフト・ベアリングに周方向に与える目的で、径方向の外側から、二つのガイドベーン・シャフトに取り付けられる。本発明に基づくクリップの端部形状の効果により、この組み立てステップのために、ＶＴＧ装置を分解する必要がない。その結果、組み立て作業が大幅に簡略化され、例えば、現場で直接的に、即ち取り付けられた状態のターボチャージャーに対して、行うことができる。このスプリング式クランプ・クリップはまた、径方向に内側から、ガイドベーンに押し込むことも可能である。

トップ側端部の領域に、スプリング式クランプ・クリップ１（図１の中で取り付けられた状態で示されている）は、シール領域１１を有している。このシール領域は、シャフトの輪郭に約１２０°までの角度で部分的に沿うように、加工されている。シャフトをこのように部分的に覆うことは、排気タービンの運転中に、特に、ガイドベーンの調整の際にガイドベーン・シャフトがそれ自身の軸の回りで回転したときに、スプリング式クランプ・クリップが脱落することを大きく防止する。ボトム側端部の領域においても同様に、このスプリング式クランプ・クリップは、シャフトの輪郭に部分的に沿うように加工された接触領域１２を有している。上記の二つの接触領域１１及び１２は、対応するシャフトの輪郭に沿って、同じ程度にまたは異なる程度に、加工することができる。

このスプリング式クランプ・クリップのボトム側端部は、ボトム側ガイドベーン・シャフトのシャフトの周囲に、スライド可能な状態で係合することができるような形状に作られている。この取り付けを助けることは、曲率部１３によって実現される。この曲率部１３は、スプリング式クランプ・クリップによる拘束の際に、このボトム側端部により（by）、シャフトに作用する力に対向するように伸びている。

換言すれば、スプリング式クランプ・クリップの端部の曲率部１３は、ボトム側接触領域１２の曲率部とは異なる向きに形成されている。

この図から分かるように、短い直線部分１４を、この曲率部に従って形成しても良い。この直線部分１４によって、取り付けの際に、スプリング式クランプ・クリップをシャフトの間に係合させることが、より容易になる。

この取り付けの手順について、図１を参照しながら説明する。

スプリング式クランプ・クリップは、先ず、トップ側シャフト２１に対して垂直に向けて、トップ側接触領域をシャフトに押し当てる（位置１’で示されている）。次いで、トップ側シャフトの中心（位置１’’）の回りの回転運動によって、矢印の方向に、ボトム側シャフトに向けて押す。それにより、ボトム側端部で、スプリング式クランプ・クリップが、第二のシャフト２２の上に押し付けられ、そのボトム側接触領域が、シャフト上の明確に定められた位置に噛み合う（太い輪郭線で示されている）。

スプリング式クランプ・クリップの弾性要素は、二つの接触領域１１及び１２の間に配置されている。これは、ここに示されている実施例の中の、二つの曲がり部分を含む。シャフト上に作用させるスプリングの力に対する要求に応じて、他の形態のスプリング要素を設けることも可能である。例えば、個別の円弧、あるいは、ラセン状スプリングなども可能である。

ここに示されている、二つのシャフトの間に押し込まれて装着されるスプリング式クランプ・クリップの代替え形態として、本発明に基づく磨耗を減少させる接触荷重状態を、二つのシャフトの上に押し付けられてこれらのシャフトを取り囲むスプリング式クランプ・クリップを用いて実現することも可能である。このケースでは、シール面は、シャフトに向けて内側に曲げられ、クランプ・クリップは、二つのシャフトを互いに引き離すように押す代わりに、二つのシャフトを周方向に互いに近付けるように押す。

それに加えて、本発明に基づくスプリング式クランプ・クリップは、単一のシャフトをハウジングの突出部、あるいは、回転しない状態で取り付けられたジャーナルに対して拘束するために使用することも可能である。

円周方向に配置された複数のシャフトを有する排気タービンのカイド機構へ適用する場合、互いに隣接する二つのシャフト、あるいは、それらの間に配置された一つまたはそれ以上のシャフトを有する二つのシャフトを、本発明に基づくスプリング式クランプ・クリップを用いて、互い拘束することができる。二つのシャフトに作用するクランプ・クリップ力の角度は、互い拘束されたシャフトの間の距離を介して、変えることができる。

シャフト上に作用するクランプ・クリップの力に起因する摩擦によって、スプリング式クランプ・クリップとガイドベーン・シャフトの間の接触界面において磨耗が生じる可能性がある。この接触界面における磨耗を防止するため、スプリング式クランプ・クリップに、耐磨耗コーティング（低い摩擦係数および／または低い磨耗を有するコーティング）を、少なくとも接触領域に、施すことができる。

もちろん、シャフト側に、スプリング式クランプ・クリップと接触する領域で、コーティングを施すことも可能である。あるいは、磨耗の無い中間層を、例えばキャップ（スプリング式クランプ・クリップまたはシャフトの上に滑らせて装着することができる）の形態で、スプリング式クランプ・クリップとシャフトの間に配置することも可能である。

図１は、本発明に基づき、二つのガイドベーン・シャフトの間に取り付けられた状態のスプリング式クランプ・クリップを示す。 図２は、ベアリング・ブッシュに取り付けられたガイドベーン・シャフトに作用する力の概略図を示す。

符号の説明

１・・・スプリング式クランプ・クリップ、１１，１２・・・接触領域、１３・・・取り付けを助ける曲率部、１４・・・端の延長部分、２１，２２・・・ガイドベーン・シャフト、３・・・ベアリング・ハウジング、４・・・シャフト・ベアリング・ブッシュ、５・・・ベアリング・ブッシュ内でのガイドベーン・シャフトの接触点、ＦＢ１，ＦＢ２・・・クランプ・クリップの力、ＦＳ・・・流れの力、Ｌ・・・クリップの幅、Ｍ・・・クリップの長さ、Ｖ・・・振動運動。

Claims (12)

1. 回転可能に取り付けられたガイドベーン・シャフト（２１，２２）上に配置された複数のガイドベーンを備えたターボ装置のガイド機構であって、
   各二つのガイドベーン・シャフト（２１，２２）は、スプリング式クランプ・クリップ（１）により拘束され、
   このスプリング式クランプ・クリップ（１）は、各ガイドベーン・シャフト（２１，２２）を受け入れるために、それぞれシャフト接触領域（１１，１２）を有し、
   その拘束の間、弾性的に変形可能な前記スプリング式クランプ・クリップは、前記二つの接触領域の中で、前記拘束されるガイドベーン・シャフトに向けて、反対方向の二つの力（ＦＢ１，ＦＢ２）を発生させること、
   を特徴とするガイド機構。
2. 回転可能に取り付けられたガイドベーン・シャフト（２１，２２）上に配置された少なくとも一つのガイドベーンを備えたターボ装置のカイド機構であって、
   前記ガイドベーン・シャフト（２１，２２）は、スプリング式クランプ・クリップ（１）により、ハウジング部分に対して拘束され、
   このスプリング式クランプ・クリップ（１）は、前記ガイドベーン・シャフト（２１，２２）を受け入れるために、シャフト接触領域を有し、且つ、前記ハウジング部分を受け入れるため、ハウジング接触領域を有し、
   その拘束の間、弾性的に変形可能な前記スプリング式クランプ・クリップは、前記二つの接触領域の中で、反対方向の二つの力を発生させ、その一方は前記拘束されるガイドベーン・シャフトの方向に作用し、且つ、他の一方は前記ハウジング部分の方向に作用すること、
   を特徴とするガイド機構。
3. 下記特徴を有する請求項１または２に記載のカイド機構：
   前記二つの接触領域（１１，１２）は、反対方向にカーブするようにデザインされている。
4. 下記特徴を有する請求項１から３の何れか１項に記載のカイド機構：
   前記スプリング式クランプ・クリップ（１）および／または前記ガイドベーン・シャフト（２１，２２）には、耐磨耗コーティングが設けられ、および／または、耐磨耗コーティングが、スプリング式クランプ・クリップ（１）とガイドベーン・シャフト（２１，２２）の間に設けられている。
5. 下記特徴を有する請求項４に記載のカイド機構：
   前記接触領域は、耐磨耗コーティングで被覆されている。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のカイド機構によって特徴付けられる排気ターボチャージャー。
7. 互いに平行に且つ互いに間隔を開けて配置された二つのシャフト（２１，２２）を互いに拘束するためのスプリング式クランプ・クリップ（１）であって、
   前記スプリング式クランプ・クリップ（１）は、各シャフト（２１，２２）を受け入れるために、それぞれシャフト接触領域（１１，１２）有し、
   その拘束の間、弾性的に変形可能な前記スプリング式クランプ・クリップは、前記二つの接触領域の中で、拘束される前記シャフトに向けて、反対方向の二つの力（ＦＢ１，ＦＢ２）を発生させること、
   を特徴とするスプリング式クランプ・クリップ。
8. 下記特徴を有する請求項７に記載のスプリング式クランプ・クリップ：
   前記二つのシャフト接触領域（１１，１２）は、反対方向にカーブするようにデザインされている。
9. 下記特徴を有する請求項７に記載のスプリング式クランプ・クリップ：
   前記二つのシャフト接触領域（１２）の少なくとも一方の周囲の領域で、前記スプリング式クランプ・クリップは、互い拘束される二つのシャフトの間に前記スプリング式クランプ・クリップを取り付けるための手段（１３，１４）を備えている。
10. 下記特徴を有する請求項９に記載のスプリング式クランプ・クリップ：
    前記スプリング式クランプ・クリップを取り付けるための前記手段は、取り付けを助ける領域（１３，１４）を備え、
    この領域は、前記スプリング式クランプ・クリップの拘束の間に、このシャフト接触領域内に発生する前記力（ＦＢ２）に対して反対方向に向いた曲率部（１３）を備えている。
11. 下記特徴を有する請求項７に記載のスプリング式クランプ・クリップ：
    前記接触領域は、耐磨耗コーティングで被覆されている。
12. 互いに平行に且つ互いに間隔を開けて取り付けられた二つのシャフト（２１，２２）を備えたシャフト・ベアリング装置であって、
    前記二つのシャフトは、請求項７から１１のいずれか１項の記載のスプリング式クランプ・クリップ（１）によって互い拘束されていること、を特徴とするシャフト・ベアリング装置。
    
    
    
    

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