(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスでタービンインペラ（１ａ）を回転駆動しロータ軸（１ｂ）を介してコンプレッサインペラ（２）を回転駆動する過給機の軸受構造であって、前記ロータ軸の回転を支持する軸受ユニット（１２）と、該軸受ユニットを内側に固定する貫通孔（１４ａ）を有するベアリングハウジング（１４）とを備え、該貫通孔（１４ａ）に軸受ユニット（１２）が圧入され止まり嵌めで固定され、
前記軸受ユニット（１２）は、中空円筒形の軸受スリーブ（１３）を有し、かつその端部にスラスト支持面（１３ａ）が設けられ、前記ベアリングハウジング（１４）は、前記スラスト支持面（１３ａ）に平行なスラスト軸受取付面（１４ｂ）を有し、スラスト支持面（１３ａ）とスラスト軸受取付面（１４ｂ）とが軸方向に所定の間隔を隔てるように圧入され、
前記スラスト支持面（１３ａ）に取り付けられる第１のスラストベアリングと、前記スラスト軸受取付面（１４ｂ）に取り付けられる第２のスラストベアリングとで、回転するスラストカラーを軸方向に間に挟み、
該スラストカラーを介して第１および第２のスラストベアリングで前記ロータ軸を軸方向に支持する、ことを特徴とする過給機の軸受構造。
【請求項２】
前記軸受スリーブは、ロータ軸（１ｂ）を支持するラジアル軸受を内蔵する、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機の軸受構造。
【請求項３】
前記軸受スリーブ（１３）は、減衰性を有する減衰材料からなる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の過給機の軸受構造。
【請求項４】
前記第１のスラストベアリングにおける、前記スラストカラーと反対側の軸方向端面は、前記ベアリングハウジングと前記軸受ユニットのうち前記軸受ユニットにのみ受けられる、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の過給機の軸受構造。
【請求項５】
前記第１のスラストベアリングは、前記スラストカラーから軸方向のスラスト力を直接受け、前記第２のスラストベアリングは、前記スラストカラーから当該軸方向と逆向きである軸方向のスラスト力を直接受ける、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の過給機の軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機の軸受構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダに供給される空気或いは混合気をあらかじめ圧縮することを過給といい、その圧縮機を過給機（ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｒ）という。また、そのうち機関の排気ガスを利用したガスタービンに直結した過給機を排気タービン過給機、または略してターボ過給機（ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）という。なお、以下の説明において、特に必要な場合を除き、ターボ過給機を単に「過給機」と呼ぶ。
【０００３】
図３は、従来のターボ過給機の一例を示す全体構成図である。この図において、ターボ過給機は、タービンロータ軸１、コンプレッサインペラ２、ベアリングハウジング３、タービンハウジング４、コンプレッサハウジング５ａ、シールプレート５ｂ、等からなる。ベアリングハウジング３、タービンハウジング４、コンプレッサハウジング５ａ、及びシールプレート５ｂは図示の順序で互いに連結されている。また、タービンロータ軸１は、タービンインペラ１ａとロータ軸１ｂが溶接等で一体化されており、ベアリングハウジング３で回転支持され、コンプレッサインペラ２に同軸に連結されている。
この構成により、内燃機関の排気ガスでタービンインペラ１ａを回転駆動し、その回転力をロータ軸１ｂを介してコンプレッサインペラ２に伝達してこれを回転駆動し、空気（又は混合気）を圧縮して内燃機関に供給することにより内燃機関の性能を大幅に向上させることができる。
【０００４】
図３において、タービンインペラ１ａの回転は、２つのフローティングメタル６ａ，６ｂでラジアル方向を支持され、スラストカラー７を介してタービン側スラストベアリング８ａとコンプレッサ側スラストベアリング８ｂでスラスト方向を支持される。なお、この図で、９は油切り、６ｃは軸受スペーサ、１０は遮熱板、１１はシールリングである。
【０００５】
過給機の高性能化に伴い、タービンロータ軸１及びコンプレッサインペラ２は、数万〜数１０万ｍｉｎ-1の高速で回転する。そのため、フローティングメタル６ａ，６ｂ及びスラストカラー７は、固定部分と回転部分の中間速度で回転しながら、ラジアル力及びスラスト力を支持するようになっている。また、その回転時の摺動抵抗を低減するために、ベアリングハウジング３に設けられた油路３ａから常に潤滑油が摺動部に供給されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の過給機において、ベアリングハウジング３の中心部にフローティングメタル６ａ，６ｂを取り付ける貫通孔Ａを加工し、かつその貫通孔の端部にタービン側スラストベアリング８ａの受面Ｂを直接加工する必要がある。
貫通孔Ａは、フローティングメタル６ａ，６ｂを直接支持する摺動面であるため、高い軸心精度（例えば±２〜３μｍ）と極めて優れた面粗さ（例えば２〜３μｍ）が要求される。また、タービン側スラストベアリング８ａの受面Ｂは、スラストカラー７を適切に回転させるために、優れた面粗さ（例えば２〜３μｍ）とコンプレッサ側スラストベアリング８ｂの取付け面Ｃまでの正確な軸方向間隔が要求される。
そのため、これらの高精度加工のために、ベアリングハウジング３の加工には高価な加工設備を必要とし、加工時間がかかり、かつ不良品の発生率が高い問題点があった。
【０００７】
また、前述のようにタービンロータ軸１及びコンプレッサインペラ２が高速回転するため、わずかなアンバランスにより過給機が１〜３ｋＨｚの高周波の振動を起こしやすい。この高周波振動は、剛性の高いベアリングハウジング３を介して直接外部に伝達され、異常音となりやすい問題点があった。
【０００８】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、タービンロータ軸及びコンプレッサインペラの高速回転を正確な位置で確実に支持でき、かつベアリングハウジングに要求される加工精度を下げて汎用の加工設備で短時間に高い歩留りで加工することができ、更にアンバランスにより発生する高周波振動を効果的に減衰することができる過給機の軸受構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、排気ガスでタービンインペラ（１ａ）を回転駆動しロータ軸（１ｂ）を介してコンプレッサインペラ（２）を回転駆動する過給機の軸受構造であって、前記ロータ軸の回転を支持する軸受ユニット（１２）と、該軸受ユニットを内側に固定する貫通孔（１４ａ）を有するベアリングハウジング（１４）とを備え、該貫通孔（１４ａ）に軸受ユニット（１２）が圧入され止まり嵌めで固定され、前記軸受ユニット（１２）は、中空円筒形の軸受スリーブ（１３）を有し、かつその端部にスラスト支持面（１３ａ）が設けられ、前記ベアリングハウジング（１４）は、前記スラスト支持面（１３ａ）に平行なスラスト軸受取付面（１４ｂ）を有し、スラスト支持面（１３ａ）とスラスト軸受取付面（１４ｂ）とが軸方向に所定の間隔を隔てるように圧入され、前記スラスト支持面（１３ａ）に取り付けられる第１のスラストベアリングと、前記スラスト軸受取付面（１４ｂ）に取り付けられる第２のスラストベアリングとで、回転するスラストカラーを軸方向に間に挟み、該スラストカラーを介して第１および第２のスラストベアリングで前記ロータ軸を軸方向に支持する、ことを特徴とする過給機の軸受構造が提供される。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、軸受ユニット（１２）とベアリングハウジング（１４）の間に多層構造が形成されため、この間での振動絶縁ができ、低振動化が図れる。また、軸受ユニット（１２）を貫通孔（１４ａ）に圧入して止まり嵌めで固定するので、貫通孔（１４ａ）の内面の面粗さを、止まり嵌めが可能な程度に粗くできる。従って、ベアリングハウジング側の挿入部の加工精度を下げて汎用の加工設備で短時間に高い歩留りで加工することができる。更に、ロータ軸の回転を支持する軸受部分を軸受ユニット（１２）として独立させたので、このユニットのみをオフラインで製造することが可能になる。従って、特に精度を有する軸受ユニットのみを別ライン又は別会社で製造・組立することができ、過給機組立ライン上での組立工程を削減することができる。
また、ベアリングハウジング（１４）の挿入部の加工を貫通孔（１４ａ）と単一のスラスト軸受取付面（１４ｂ）のみにでき、挿入部の加工を更に容易にすることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記軸受スリーブは、ロータ軸（１ｂ）を支持するラジアル軸受を内蔵する。
【００１３】
また、前記軸受スリーブ（１３）は、減衰性を有する減衰材料からなるのが好ましい。この構成により、軸受スリーブ（１３）に減衰性を有する減衰材料（例えば、可撓性のある発泡金属又はエンジニアリングプラスチック）を用いることにより、アンバランスにより発生する高周波振動を効果的に減衰させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図１は、本発明の軸受構造を備えた過給機の全体構成図である。この図において、この過給機は、図３と同一のターボ過給機であり、内燃機関の排気ガスでタービンインペラ１ａを回転駆動し、その回転力をロータ軸１ｂを介してコンプレッサインペラ２に伝達してこれを回転駆動し、空気（又は混合気）を圧縮して内燃機関に供給するようになっている。
【００１５】
また、本発明の軸受構造では、ロータ軸１ｂの回転を支持する軸受ユニット１２と、軸受ユニットを内側に固定する貫通孔１４ａを有するベアリングハウジング１４とを備える。更に、この図において軸受ユニット１２は、ベアリングハウジング１４の貫通孔１４ａに圧入され止まり嵌めで固定されている。
【００１６】
図２は、図１の主要部の部分分解図である。この図に示すように、軸受ユニット１２は、中空円筒形の軸受スリーブ１３と、軸受スリーブ１３の内部に組み込まれたラジアル軸受からなる。ラジアル軸受は、この例では、フローティングメタル６ａ，６ｂである。
【００１７】
ベアリングハウジング１４の貫通孔１４ａと軸受スリーブ１３の外径は、軸受ユニット１２を貫通孔１４ａに圧入し止まり嵌めで位置決めできる限りで、比較的粗い面に仕上げられている。この「止まり嵌め」の公差は、過給機の運転時に作用するスラスト力により位置ズレが生じない程度に大きく設定する。
一方、フローティングメタル６ａ，６ｂと接触する軸受スリーブ１３の支持面は、従来と同様に高い軸心精度（例えば±２〜３μｍ）と極めて優れた面粗さ（例えばＲａ２〜３μｍ）で製作する。この加工は、軸受スリーブ１３を単独で加工するため、汎用の加工設備（例えば汎用の旋盤等）で短時間に効率よく加工することができる。
【００１８】
また、図２に示すように、軸受スリーブ１３の端部には、スラスト支持面１３ａが設けられ、ベアリングハウジング１４には、スラスト支持面１３ａに平行なスラスト軸受取付面１４ｂが設けられる。スラスト支持面１３ａとスラスト軸受取付面１４ｂはそれぞれ軸線に垂直な平面であり、かつそれぞれ独立に加工する。
また、軸受スリーブ１３は、減衰性を有する減衰材料、例えば可撓性のある発泡金属、エンジニアリングプラスチック、或いはその他の減衰材料から製造するのがよい。
【００１９】
上述のように加工・製造したベアリングハウジング１４に、予めフローティングメタル６ａ，６ｂを組み込んだ軸受ユニット１２を図２に矢印で示すように、同軸に圧入し、スラスト支持面１３ａとスラスト軸受取付面１４ｂとが軸方向に所定の間隔を隔てるように位置決めする。その後、タービン側スラストベアリング８ａ、スラストカラー７、コンプレッサ側スラストベアリング８ｂ等を軸方向に組み付けることにより、図１に示す過給機を組み立てることができる。
【００２０】
上述した本発明の構成によれば、軸受ユニット１２とベアリングハウジング１４の間に多層構造が形成されため、この間での振動絶縁ができ、低振動化が図れる。更に軸受スリーブ１３に減衰性を有する減衰材料を用いることにより、アンバランスにより発生する高周波振動を効果的に減衰させることができる。
【００２１】
また、軸受ユニット１２を貫通孔１４ａに圧入して止まり嵌めで固定するので、貫通孔１４ａの内面の面粗さを、止まり嵌めが可能な程度に粗くできる。更に、ベアリングハウジング１４の挿入部の加工を貫通孔１４ａと単一のスラスト軸受取付面１４ｂのみにでき、挿入部の加工を更に容易にすることができる。従って、ベアリングハウジング側の挿入部の加工精度を下げて汎用の加工設備で短時間に高い歩留りで加工することができる。
【００２２】
更に、ロータ軸の回転を支持する軸受部分を軸受ユニット１２として独立させたので、このユニットのみをオフラインで製造することが可能になる。従って、特に精度を有する軸受ユニットのみを別ライン又は別会社で製造・組立することができ、過給機組立ライン上での組立工程を削減することができる。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明の過給機の軸受構造は、タービンロータ軸及びコンプレッサインペラの高速回転を正確な位置で確実に支持でき、かつベアリングハウジングに要求される加工精度を下げて汎用の加工設備で短時間に高い歩留りで加工することができ、更にアンバランスにより発生する高周波振動を効果的に減衰することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸受構造を備えた過給機の全体構成図である。
【図２】図１の主要部の部分分解図である。
【図３】従来のターボ過給機の一例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１  タービンロータ軸、１ａ  タービンインペラ、１ｂ  ロータ軸、
２  コンプレッサインペラ、３  ベアリングハウジング、３ａ  油路、
４  タービンハウジング、５ａ  コンプレッサハウジング、
５ｂ  シールプレート、６ａ，６ｂ  フローティングメタル、
６ｃ  軸受スペーサ、７  スラストカラー、
８ａ  タービン側スラストベアリング、
８ｂ  コンプレッサ側スラストベアリング、９  油切り、
１０  遮熱板、１１  シールリング、１２  軸受ユニット、
１３  軸受スリーブ、１３ａ  スラスト支持面、
１４  ベアリングハウジング、１４ａ  貫通孔、１４ｂ  スラスト軸受取付面
【図１】
0004407780.tif 000002
【図２】
0004407780.tif 000003
【図３】
0004407780.tif 000004