(57)【要約】【課題】  ターボチャージャにおいて、転がり軸受要素と動圧軸受要素とを組み合わせた軸受によってタービン軸を支えさせることによって、回転始動時の立上り特性と高速回転特性との両方を向上させる。【解決手段】  タービン羽根２の回転をコンプレッサ羽根３に伝達するタービン軸１を軸受４，５で支えているターボチャージャにおいて、軸受４，５を、タービン軸１を支える動圧軸受要素４１，５１とその動圧軸受要素４１，５１の外周側でその動圧軸受要素４１，５１を支えている転がり軸受要素４５，５５とによって形成する。動圧軸受要素４１，５１を、転がり軸受要素４５，５５の内輪４６，５６と同一部材によって共用することができる。【選択図】        図１
2005163644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸を軸受で支えているターボチャージャにおいて、
上記軸受が、タービン軸を支える動圧軸受要素とその動圧軸受要素の外周側でその動圧軸受要素を支えている転がり軸受要素とによって形成されているターボチャージャ。
【請求項２】
上記動圧軸受要素の軸受本体が、上記転がり軸受要素の内輪と同一部材によって共用されている請求項１に記載したターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ、特に、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸が軸受で支えられているターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボチャージャのタービン軸はタービン側とコンプレッサ側との２箇所に配備された軸受で支えられていて、それらの軸受にはフローティングメタルを用いた滑り軸受や転がり軸受が用いられていた。
【０００３】
図５は従来のターボチャージャを概略で示した断面図であり、このターボチャージャでは、タービン羽根２の回転をコンプレッサ羽根３に伝達するタービン軸１を２箇所で支えているタービン側の軸受４とコンプレッサ側の軸受５との両方に転がり軸受が用いられている。また、このターボチャージャにおいて、タービン羽根２は、内燃機関から排出された高温（たとえば８００℃程度）の排気ガスＧ１が流通するタービンハウジング６に収容されていて、そのタービンハウジング６内に流入してきた排気ガスＧ１がタービン羽根２を回転させて出口６１より排出される。これに対し、コンプレッサ羽根３はコンプレッサハウジング７に収容されている。このコンプレッサ羽根３には、タービン軸１によってタービン羽根２の回転が伝達され、このコンプレッサ羽根３の回転により、入口７１からコンプレッサハウジング７内に吸い込まれたエアＡ１が圧縮されて、たとえばエンジンの燃焼室などに過給される。なお、タービン羽根２はタービン軸１の一端部に取り付けられ、コンプレッサ羽根３はタービン軸１の他端部に取り付けられている。
【０００４】
他方、従来より、回転軸とケーシングとの間に介在される高速回転用玉軸受として、径小の第１玉軸受と径大の第２玉軸受とを一体化したものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６２−１６８２５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、転がり軸受又は玉軸受は、調芯特性や回転始動時の立上り特性に優れているものの、高速回転特性では、一定の回転数を越える範囲で特性の低下が現れることが判っている。これに対し、高速回転特性に優れるものとして知られている動圧軸受は回転始動時の立上り特性が転がり軸受に比べて劣っている。そのため、図４で説明した従来のターボチャージャのように、軸受に転がり軸受４，５が用いられていると、タービン軸１の回転速度を高速化する場合に、転がり軸受４，５の耐用寿命に問題を生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は以上の状況に鑑みてなされたものであり、転がり軸受要素と動圧軸受要素とを組み合わせて回転始動時に要求される立上り特性と高速回転時に要求される高速回転特性との両方を充足させることができるようにした軸受によりタービン軸を支えるという構成を採用することによって、軸受の耐用寿命を改善することのできるターボチャージャを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、軸受として転がり軸受要素と動圧軸受要素とを組み合わせたものを用いるものでありながら、軸受の組込み工程が煩雑にならないターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るターボチャージャは、タービン羽根の回転をコンプレッサ羽根に伝達するタービン軸を軸受で支えているターボチャージャにおいて、上記軸受が、タービン軸を支える動圧軸受要素とその動圧軸受要素の外周側でその動圧軸受要素を支えている転がり軸受要素とによって形成されていることを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
上記構成とすると、タービン軸の回転始動時には、動圧軸受要素の軸受負荷が転がり軸受要素のそれよりも大きいために、動圧軸受要素がタービン軸及び転がり軸受要素の内輪と共回りした後、タービン軸の回転速度が増大するにつれてタービン軸が動圧軸受要素によるポンピング作用で潤滑剤に動圧が発生し、非接触で回転し始める。そして、タービン軸の回転速度が増大して高速回転し、動圧軸受要素の軸受負荷が転がり軸受要素のそれよりも小さくなると、それに伴ってタービン軸が動圧軸受要素に非接触で回転を続行し、動圧軸受要素や転がり軸受要素の内輪は回転を停止するか、あるいは、タービン軸よりも低速で回転するようになる。したがって、回転始動時には、回転始動時の立上り特性に優れている転がり軸受要素の特性が生かされる一方で動圧軸受要素に無理な負荷の加わることが抑制され、高速回転時には、高速回転特性に優れている動圧軸受要素の特性が生かされる一方で転がり軸受要素に無理な負荷の加わることが抑制される。このことにより、軸受の耐用寿命が改善される。
【００１１】
本発明では、上記動圧軸受要素の軸受本体が、上記転がり軸受要素の内輪と同一部材によって共用されている、という構成を採用することが可能である（請求項２）。
【００１２】
この手段によれば、動圧軸受要素と転がり軸受要素とを個別に組み込む必要がなくなり、転がり軸受要素を組み込むだけで動圧軸受要素も組み込まれたことになるので、軸受として転がり軸受要素と動圧軸受要素とを組み合わせたものを用いるものでありながら、軸受の組込み工程を、図４で説明した従来のターボチャージャに転がり軸受を組み込む工程と同等の作業効率で行うことができるようになる。その上、軸受として転がり軸受要素と動圧軸受要素とを組み合わせたものを用いるものでありながら、軸受の大きさが転がり軸受要素単独と同等になって軸受のコンパクトが図られるという利点もある。
【００１３】
また、本発明によれば、転がり軸受要素によって発揮される優れた調芯作用によって動圧軸受要素が調芯されるという利点もある。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、転がり軸受要素と動圧軸受要素とを組み合わせた軸受の作用によって、回転始動時の立上り特性と高速回転特性との両方が充足されるようになるので、軸受の耐用寿命が改善されたターボチャージャを提供することが可能になる。また、動圧軸受要素を転がり軸受要素の内輪と同一部材によって共用したものでは、軸受の組込み工程が煩雑にならず、従来のターボチャージャの軸受を組み込む工程と同等の組込み作業効率を確保することが可能になるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るターボチャージャを概略で示した断面図であり、図２は、図１のＰ部拡大図である。図３は、本発明の他の実施形態に係るターボチャージャを概略で示した断面図であり、図４は、図３のＱ部拡大図である。
【００１６】
図１に示した第１の実施形態のターボチャージャでは、タービン羽根２の回転をコンプレッサ羽根３に伝達するタービン軸１の２箇所が軸受４，５でそれぞれ支えられている点で、図５で説明したものと同様であるけれども、それらの軸受が、動圧軸受要素４１，５１と転がり軸受要素４５，５５とを組み合わせて構成されている点で図４で説明したものと異なっている。
【００１７】
タービン側の軸受４の動圧軸受要素４１は、図２にも示すように、タービン軸１の周囲にタービン軸１の回転時に動圧を発生させるための作動流体を保持する隙間Ｓを形成するスリーブ４２を備えていると共に、タービン軸１の外周面に形成されたラジアル動圧溝４３を備えている。尚、動圧軸受要素４１とスリーブ４２とは事実上同一物であるが、一般的用語として動圧軸受要素４１という文言を使用し、具体的用語としてスリーブ４２という文言を使用する（以下の動圧軸受要素５１についても同様）。
【００１８】
前記ラジアル動圧溝４３は、たとえばＶ字状又はヘリングボーン状に形成されている。なお、ラジアル動圧溝４３はスリーブ４２の内周面に形成されていてもよい。このスリーブである動圧軸受要素４１では、タービン軸１の回転が停止しているときにはタービン軸１がその重量によって作動流体に沈み込んで軸受本体４２に線接触又は面接触している。これに対し、タービン軸１が回転しているときには、ラジアル動圧溝４３のポンピング作用で作動流体が動圧を発生してタービン軸１とスリーブ４２との間に作動流体膜が保持されるようになり、そのためにタービン軸１がスリーブ４２に非接触で回転する。
【００１９】
また、タービン側の軸受４の転がり軸受要素４５は、動圧軸受要素４１の軸受本体４２に圧入などの手段で固着されてその動圧軸受要素４１の外周側に配備された内輪４６と、転動体４７と、外輪４８とを備えていて、転がり軸受要素４５に本来備わっている調芯作用を発揮するようになっている。
【００２０】
コンプレッサ側の軸受５についても同様で、５１は動圧軸受要素、５２は動圧軸受要素５１のスリーブ、５３はラジアル動圧溝、５６は転がり軸受要素５５の内輪、５７は転動体、５８は転がり軸受要素５５の外輪である。
【００２１】
なお、軸受４，５が配備されている軸受室８には動圧軸受要素４１，５１の作動流体が保持されていて、この作動流体が転がり軸受要素４５，５５の潤滑剤として用いられることもある。
【００２２】
図１のターボチャージャにおいて、タービン軸１の回転始動時には、動圧軸受要素４１，５１の軸受負荷が転がり軸受要素４５，５５のそれよりも大きいために、動圧軸受要素４１，５１であるスリーブ４２，５２がタービン軸１及び転がり軸受要素４５，５５の内輪４６，５６と共回りした後、タービン軸１の回転速度が増大するにつれてタービン軸１が動圧軸受要素４１，５１のスリーブ４２，５２に非接触で回転し始める。そして、タービン軸１の回転速度が増大して高速回転し、動圧軸受要素４１，５１の軸受負荷が転がり軸受要素４５，５５のそれよりも小さくなると、それに伴ってタービン軸１が動圧軸受要素４１，５１のスリーブ４２，５２に非接触で回転を続行し、動圧軸受要素４１，５１や転がり軸受要素４５，５５の内輪４６，５６は回転を停止するか、あるいは、タービン軸１よりも低速で回転するようになる。したがって、回転始動時には、回転始動時の立上り特性に優れている転がり軸受要素４５，５５の特性が生かされる一方で動圧軸受要素４１，５１に無理な負荷の加わることが抑制され、高速回転時には、高速回転特性に優れている動圧軸受要素４１，５１の特性が生かされる一方で転がり軸受要素４５，５５に無理な負荷の加わることが抑制されるようになり、それによって軸受４，５の耐用寿命が改善される。
【００２３】
この実施形態のターボチャージャにおいて、軸受４，５は、動圧軸受要素４１，５１と転がり軸受要素５１，５５とをあらかじめ嵌合させてユニット化しておき、そのユニットをタービン軸１に取り付けるという組付け工程を経て組み付けるようにすると、組付け工程が煩雑にならない。
【００２４】
図３に示した第２の実施形態のターボチャージャは、動圧軸受要素４１，５１のスリーブ４２，５２が転がり軸受要素４５，５５の内輪４６，５６と同一部材によって共用されている点が、図１で説明した実施形態と異なっている。
【００２５】
この構成であれば、タービン軸１の回転始動時には、スリーブ４２，５２が内輪４６，５６と同一部材によって共用されている動圧軸受要素４１，５１の軸受負荷が転がり軸受要素４５，５５のそれよりも大きいために、図１で説明したところと同様に、動圧軸受要素４１，５１のスリーブ４２，５２がタービン軸１と共回りした後、タービン軸１の回転速度が増大するにつれてタービン軸１が動圧軸受要素４１，５１のスリーブ４２，５２  （内輪４６，５６）に非接触で回転し始める。そして、タービン軸１の回転速度が増大して高速回転し、動圧軸受要素４１，５１の軸受負荷が転がり軸受要素４５，５５のそれよりも小さくなると、それに伴ってタービン軸１が動圧軸受要素４１，５１のスリーブ４２，５２（内輪４６，５６）に非接触で回転を続行し、動圧軸受要素４１，５１（内輪４６，５６）は回転を停止するか、あるいは、タービン軸１よりも低速で回転するようになる。したがって、回転始動時には、回転始動時の立上り特性に優れている転がり軸受要素４５，５５の特性が生かされる一方で動圧軸受要素４１，５１に無理な負荷の加わることが抑制され、高速回転時には、高速回転特性に優れている動圧軸受要素４１，５１の特性が生かされる一方で転がり軸受要素４５，５５に無理な負荷の加わることが抑制されるようになり、それによって軸受４，５の耐用寿命が改善される。
【００２６】
この実施形態のターボチャージャにおいて、軸受４，５は、動圧軸受要素４１，５１のスリーブ４２，５２が転がり軸受要素４５，５５の内輪４６，５６と同一部材によって共用されているために、転がり軸受要素４５，５５を組み込むだけで動圧軸受要素４１，５１も組み込まれたことになるので、軸受の組込み工程を、図４で説明した従来のターボチャージャに転がり軸受を組み込む工程と同等の作業効率で行うことができるようになる。
【００２７】
ところで、動圧軸受要素４１，５１はタービン軸１に対する取付角度に高精度が要求され、その取付角度が傾斜していると動圧軸受要素４１，５１の本来の機能が十分に発揮されなくなる。しかし、図１又は図２のそれぞれの実施形態では、転がり軸受要素４５，５５によって発揮される優れた調芯作用により動圧軸受要素４１，５１も調芯されるようになって、動圧軸受要素４１，５１に要求される取付精度が容易に確保される。特に図２の実施形態では調芯機能を持つ転がり軸受要素４５，５５の内輪４６，５６と同一部材によって動圧軸受要素４１，５１の軸受本体４２，５２が共用されているためにこの作用が顕著に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るターボチャージャを概略で示した断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のターボチャージャの断面を示す図１のＰ部拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るターボチャージャを概略で示した断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のターボチャージャの断面を示す図２のＱ部拡大図である。
【図５】従来のターボチャージャを概略で示した断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  タービン軸
２  タービン羽根
３  コンプレッサ羽根
４，５  軸受
４１，５１  動圧軸受要素
４５，５５  転がり軸受要素
【図１】
2005163644.tif 000003
【図２】
2005163644.tif 000004
【図３】
2005163644.tif 000005
【図４】
2005163644.tif 000006
【図５】
2005163644.tif 000007