JPS6170137A

JPS6170137A - 気体軸受装置

Info

Publication number: JPS6170137A
Application number: JP19238784A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Katayama; 薫片山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1984-09-12
Publication date: 1986-04-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、気体軸受装置、例えば自動車用ターボチャー
ジャ、ガスタービン等に使用される気体軸受装置の改良
に関する。

（従来の技術）従来の気体軸受装置、特にターボ機械に使用される空気
軸受装置としては、例えば第２図に示すようなものがあ
る（「温情」第１５Ｓ第９号ｐ、５９５〜ｐ、６０１、
十合晋−著“日本における気体軸受実用化の現況”１９
７０年刊行、参照）。このものは膨張タービンに静圧空
気軸受装置を適用した例であり、図中１はタービンを、
２はコンプレッサのインペラをそれぞれ示し、これらの
タービン１とインペラ２とは共通回転軸であるシャフト
３により一体に結合されている。また、４はタービンハ
ウジングであり、５はコンプレッサハウジングを示し、
両ハウジング４．５はシャフト３が遊嵌されたセンタハ
ウジング６により係合されている。センタハウジング６
の内部には、シャフト３との間にわずかな間隙を形成す
るジャーナル軸受７と、インペラ２例のシャフト３端部
に配されるスラスト軸受８と、が嵌合、固定され°（お
り、これらの両軸受７．８にはそれぞれ絞り９．１０を
有する圧縮空気の給気孔１１．１２が形成されている。

また、１３はこれらの給気孔１１．１２に接続した給気
管であり、圧縮空気は供給源（図外）から給気管１３及
び給気孔１１．１２を通ってシャフト３であるいはイン
ペラ２と軸受７．８との間隙に供給される。そして、こ
れらの間隙に供給された圧縮空気は図外の排気管を介し
てハウジング４．５．６の外部に放出される。

したがって、該空気軸受装置は、圧縮空気（加圧空気）
を回転体との軸受面に供給することで、軸受部材から回
転体（特にシャフト３）を浮上させ、潤滑油による粘性
抵抗に比して極めて小さな摩擦抵抗下で該回転体を回転
自在に支持するものである。

（発明が解決すべき問題点）しかしながら、このような従来の空気軸受装置にあって
は、高温（例えば８００℃）の排気ガスにさらされるタ
ービン１から熱がシャフト３に伝達されシャフト３は高
温となるのに対して、外気にさらされるセンタハウジン
グ６及びこのハウジング６に固着されたジャーナル軸受
７は外気に熱が奪われてシャフト３に比較して低温とな
り、その結果、シャフト３との熱膨張差により上記シャ
フト３と軸受７との間隙が挟まり、高速回転時の振動等
によりシャフト３と軸受７とが摺接して、これらの摩耗
、焼付き、さらには、破損が生じるおそれがあった。

（発明の目的）そこで、本発明はシャフト内部に螺旋状の溝を形成し、
シャフト回転時該溝のポンプ作用によりシャフトを冷却
することにより、シャフトとハウジングとの間隙を初期
設定値に常に保持し、前記摩耗、焼付き、破損の忌れを
未然に防止することをその目的としている。

（問題点を解決すべき手段）本発明は、このような問題点を解決するためになされた
ものであって、インペラとタービンとを結合するシャフ
トがハウジング内に所定の間隙を有して挿入され、この
間隙に作動気体を充填して前記シャフトを回転自在に支
持する気体軸受装置において、前記シャフトを円筒体で
構成し、該円筒体の内部に螺旋状の溝を形成するととも
に、前記ハウジングの吸気入口と円筒体の中空部とを連
通させる吸気孔を前記インペラに形成し、かつ前記中空
部とハウジング外部とを連通させる排気孔を前記タービ
ン側のシャフトに形成したものである。

（作用）前記のような構成を有する本発明にあっては、シャフト
の高速回転時、螺旋状の溝のポンプ作用によって常温の
空気が吸気孔より吸い込まれて中空部内を通って排気孔
より排気されるため、シャフトがこの空気により冷却さ
れる。

したがって、シャフトと軸受とは略一定の温度差を保持
するので、シャフトと軸受との間隙は初期設定値に常に
保持されることになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るターボチャージャに適用した気体
軸受装置の一実施例を示す図である。なお、圧縮気体と
しては圧縮空気が用いられる。まず、構成から説明する
と、第１図において、２１は機関の排気ガスにより回転
駆動される排気タービン（羽根車）であり、２２は吸気
コンプレッサのホイール、すなわちインペラである。こ
れらのタービン２１とインペラ２２とは共通回転軸、す
なわちシャフト２３により結合されている。また、上記
タービン２１はタービンハウジング２４内に、インペラ
２２はコンプレッサハウジング５内に、それぞれ回転自
在にわずかな間隙を有して収容されており、これらの両
ハウジングｕ１２５を連結するセンタハウジングあ内に
は上記シャフト詔が遊嵌されている。センタハウジング
２６の両端部は円板状のスラスト軸受ｒ１２８によって
前記ハウジング２４，２５に結合され、該スラスト軸受
ｎ２２８の間には（センタハウジング２６の内部には）
略円筒状のジャーナル軸受２９が嵌合、固定されている
。また・該ジャーナル軸受２９およびスラスト軸受２７
．２８と上記シャフト２３との間には所定のく例えば１
０μ）間隙３０が形成されている。また、ジャーナル軸
受２９には絞り３１Ａを有する給気孔３１が複数個形成
されており、該軸受２９とシャフト２３との間の前記間
隙３０には、圧縮空気源（図外）に接続された給気管３
２より該給気孔３１を介して所定圧力の圧縮空気が供給
される。また、この給気管ｎは上記各スラスト軸受２７
．２８に形成した給気孔３３．３４にも連通しており、
圧縮空気はこれらの給気孔３３．３４を通って各スラス
ト軸受２７、詔とタービン２１、インペラ２２との間隙
にも所定圧力で供給される。なお、これらの気孔３１、
羽、３４にはそれぞれ絞り３］Ａ、３３Ａ、３４Ａが形
成されている。

３５は上記間隙３０に接続された軸受圧縮空気の排気管
である。

ここで、前記シャフト２３は円筒体で形成され、その中
空部３６内には外周に螺旋状の溝３７Ａが形成された棒
状体ｍが軸方向に延在して圧入。

固定されている。螺旋状の溝３７Ａは棒状体３７の成さ
れており、この溝３７Ａは、棒状休所がシャツ１−２３
と一体回転する時、空気を吸い込むポンプの作用を行う
。また、シャツ）２３はその一端がタービン２１の内端
面に固着され、その他端が円筒状部材羽のフランジ部３
８Ａの一端に固着されている。このフランジ部３８Ａの
他端は前記インペラｎの内端面に固着されており、円筒
状部材３８の円筒部３８Ｂはインペラ２２の中央部に嵌
入されている。したがって、円筒状部材３８内には吸気
孔３９が形成され、この吸気孔３９はその一端がインペ
ラ２２に、その他端が前記中空部あに、それぞれ開口し
ている。また、タービン２１側のシャツ）２３にはその
円周方向に複数個の排気孔４０が形成されており、この
排気孔４０はその一端が中空部３６に、その他端が前記
間隙３０に、それぞれ開口している。また、前記スラス
ト軸受ｒには排気孔４０から排気される空気を大気中に
放出する排出孔４１が形成されており、この排出孔４１
を介してタービンハウジング２４の外部と間隙３０とは
連通している。したがって、螺旋状の溝３７Ａ内に吸入
された空気は排気孔４０、間隙３０を介して排出孔４１
から大気中に放出される。

次に作用を説明する。

ターボチャージャは、機関からの高温（約８００℃）の
排気ガスによりタービン２１が回転駆動されると、この
タービン２１とシャフト詔で連結されたインペラ２２も
一体に回転して吸入外気を圧縮して機関に供給する。こ
の場合、シャフト２３の外周面の間隙３０及びタービン
２１、インペラ２２との間隙には、給気管３２より各給
気孔３１．３３．３４を通って所定圧力の圧縮空気が供
給される。その結果、タービン２１、インペラ２２及び
シャフト２３からなる回転体は各軸受面より浮上して極
めて低摩擦下に高速で回転する。また、上記各間隙（３
０等）は軸受としての負荷能力を増大するために例えば
１０μ程度にまで微小に形成されている。

このとき、排気ガスの熱は一方ではタービン２１からシ
ャフト２３に伝達され、シャフト詔は高温となる。他方
ではこの熱はタービンハウジング２４、スラスト軸受部
からセンタハウジング冗およびジャーナル軸受２９に伝
達されるが、センタハウジング託は直接外気にさらされ
ているため、該ハウジング２６および軸受２９の温度は
シャフト羽のそれに比較して低温となる。したがって、
シャフト２３と軸受２９とには温度差が発生する。しか
しながら、この実施例にあっては、シャフト詔に中空部
３６を形成し、中空部３６に螺旋状の溝３７Ａが形成さ
れた棒状体３７を圧入するとともに中空部あとコンプレ
ッサハウジング２５の入口とを連通ずる吸気孔３９をイ
ンペラｎ内に形成し、さらにシャフト詔のタービン側に
排気孔４０を形成したため、シャフト２３の高速回転時
、螺旋状の溝３７Ａがポンプ作用をしてコンプレッサハ
ウジング２５の吸気入口から常温の空気が吸気孔３９を
介して吸い込まれ、この空気は溝３７Ａ内を通って排気
孔４０および排出孔４１を介して外気に放出される。こ
の場合、コンプレッサハウジング２５内に流入する吸気
の流入方向に向かつて吸気孔３９がインペラ２２に形成
されているため、空気の吸入作用が効果的に行われる。

したがって、この常温の空気によってシャフト２３が冷
却される。さらに、このときＷ旋状の溝３７Ａがフィン
として作用するので、冷却表面積が増大しシャフト２３
は一層冷却されることになる。すなわち、この実施例に
あっては、例えば従来の水冷方式等の装置に比較して極
めて簡単な構成で軸受２９とシャフト２３とは略一定の
温度差を保持することができる。この結果、シャフト２
３と軸受２９との熱変位量は略同等となり、これらの間
隙３０とは初期設定値１０９に常に保持される。よって
、シャフト２３と軸受２９との固体接触による摩耗、焼
付きを防止することができる。なお、この発明はシャフ
トを円筒体で形成したため、圧縮空気を用いる静圧型気
体軸受装置に限らす動圧型気体軸受装置にも適用できる
。

（効果）以上説明してきたように、本発明によれば極めて簡単な
構成で充填される間隙を常に初期Ｉ設定値に保持でき、回転軸と軸受部との固体接触による
これらの摩耗、焼付き、さらには軸受装置自体の破損を
完全に防止できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る気体軸受装置の一実施例を示すそ
の断面図、第２図は従来の気体軸受装置を示すその断面
図である。２１−・・・−タービン、２２−・−・−インペラ、２３−・・・−シャフト、房、２５．２６−−−・・ハウジング、３０−−・−間
隙、３６−・・−中空部、３７Ａ・・・−螺旋状の溝、３９−・・吸気孔、４０−一・−排気孔。

Claims

【特許請求の範囲】インペラとタービンとを結合するシャフトがハウジング内に所定の間隙を有して挿入され、この間
隙に作動気体を充填して前記シャフトを回転自在に支持
する気体軸受装置において、前記シャフトを円筒体で構
成し、該円筒体の内部に螺旋状の溝を形成するとともに
、前記ハウジングの吸気入口と円筒体の中空部とを連通
する吸気孔を前記インペラに形成し、且つ前記中空部と
ハウジングの外部とを連通する排気孔を前記シャフトの
タービン側に形成したことを特徴とする気体軸受装置。