(57)【要約】【課題】遮熱板の内周縁側がタービンインペラに接触するのを確実に防止した、ターボチャージャを提供する。【解決手段】回転軸１１に設けられたタービンインペラ１２と、タービンハウジング１３と、ベアリングハウジング１４と、タービンインペラ１２の背面１２ａに対向して設けられた円環状の遮熱板１５と、を備えたターボチャージャである。遮熱板１５は、その外周縁部２１がタービンハウジング１３とベアリングハウジング１４との間に保持され、外周縁部２１より内周側が、タービンインペラ１２に向かい続いて屈曲しあるいは湾曲してタービンインペラ１２から離間する方向に向かうとともに回転軸１１に向かうことで第１頂部２２を形成し、その後屈曲しあるいは湾曲した方向と反対の方向に屈曲しあるいは湾曲して回転軸１１側に向かうことで第２頂部２３を形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられたタービンインペラと、前記タービンインペラを収容するタービンハウジングと、ベアリングハウジングと、前記タービンインペラの背面に対向して設けられた円環状の遮熱板と、を備え、
前記遮熱板は、その外周縁部が前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの間に保持され、前記外周縁部より内周側が、前記タービンインペラに向かい続いて屈曲しあるいは湾曲して前記タービンインペラから離間する方向に向かうとともに前記回転軸に向かうことで第１頂部を形成し、その後前記屈曲しあるいは湾曲した方向と反対の方向に屈曲しあるいは湾曲して前記回転軸側に向かうことで第２頂部を形成していることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記第２頂部は、前記タービンインペラに設けられた、前記回転軸のバランスを修正するためのバランス修正部となる凹部を区画する段差部に対峙して、形成されていることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、舶用、自動車用等の内燃機関では、その排気エネルギーを利用して駆動させられ、内燃機関の給気圧力を高めて内燃機関の出力を増大させるターボチャージャ（過給機）が知られている。
【０００３】
ターボチャージャは、一般にベアリングハウジングを挟んで配置された圧縮機（コンプレッサ）とタービンとからなり、圧縮機はコンプレッサインペラを、タービンはタービンインペラをそれぞれ内蔵している。コンプレッサインペラとタービンインペラとは、ベアリングハウジングにて軸受で支持された回転軸（シャフト）によって互いに連結されている。これにより、エンジン等の内燃機関の排ガスでタービンインペラが回転駆動され、この回転力が回転軸によってコンプレッサインペラに伝達され、コンプレッサインペラで空気が圧縮されて、内燃機関への給気圧力が高められるようになっている。すなわち、過給されるようになっている。
【０００４】
このようなターボチャージャでは、タービンハウジング側が高熱になることから、冷却されることで比較的低温となっているベアリングハウジング側に熱が伝わるのを抑制するため、円環状の遮熱板が設けられている（例えば、特許文献１参照）。この遮熱板は、その外周縁部がタービンハウジングの取付面とベアリングハウジングの取付フランジとの間に保持されることで、ベアリングハウジングのタービンインペラ側に向く面に取り付けられる。また、この遮熱板は、通常は前記外周縁部より内周側がインペラに向かい、続いて屈曲しあるいは湾曲してインペラから離間する方向に向かうことで頂部を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１３５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記構造の遮熱板は、鋳造法だけでなく、プレス加工や絞り加工などの板金加工によっても作製される。このような板金加工で作製された遮熱板は、平板を屈曲あるいは湾曲させることで前記頂部を形成するため、該頂部に残留応力が生じる。この残留応力は、加熱されることによって開放されるため、ターボチャージャの運転時には、遮熱板はタービンハウジング側の熱を受けて前記頂部の残留応力を開放する。
ところが、このように頂部でその残留応力が開放されると、頂部の角度が拡がって遮熱板の内周縁側がタービンインペラ側に変位してしまい、タービンインペラに接触してしまうおそれが生じる。
【０００７】
このように残留応力が開放されることによって遮熱板がタービンインペラに接触するのを防止するため、例えば頂部の位置を変えることも考えられる。しかし、タービンインペラに対する頂部の位置やこれらの間隔（クリアランス）は、タービンハウジング側から回転軸側にガス（空気）が漏れたり、燃焼残渣物等の異物が流入するのを抑制するなどの理由で変更することができず、したがって遮熱板がタービンインペラに接触するのを確実に防止するのが困難であるのが現状である。
【０００８】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、遮熱板の内周縁側がタービンインペラに接触するのを確実に防止した、ターボチャージャを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のターボチャージャは、回転軸に設けられたタービンインペラと、前記タービンインペラを収容するタービンハウジングと、ベアリングハウジングと、前記タービンインペラの背面に対向して設けられた円環状の遮熱板と、を備え、
前記遮熱板は、その外周縁部が前記タービンハウジングと前記ベアリングハウジングとの間に保持され、前記外周縁部より内周側が、前記タービンインペラに向かい続いて屈曲しあるいは湾曲して前記タービンインペラから離間する方向に向かうとともに前記回転軸に向かうことで第１頂部を形成し、その後前記屈曲しあるいは湾曲した方向と反対の方向に屈曲しあるいは湾曲して前記回転軸側に向かうことで第２頂部を形成していることを特徴とする。
【００１０】
また、前記ターボチャージャにおいて、前記第２頂部は、前記タービンインペラに設けられた、前記回転軸のバランスを修正するためのバランス修正部となる凹部を区画する段差部に対峙して、形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のターボチャージャによれば、遮熱板が、第１頂部より内周側に、第１頂部が屈曲しあるいは湾曲した方向と反対の方向に屈曲しあるいは湾曲する第２頂部を形成しているので、第１頂部の開き角度を、従来の頂部に比べて小さくすることができる。すなわち、従来では、残留応力が開放されて頂部の角度が拡がっても遮熱板の内周縁側がタービンインペラに接触しないように、予め頂部（本発明の第１頂部）の開き角度を小さくしようとしても、その内周縁側がベアリングハウジングに干渉されてしまうため、十分に開き角度を小さくすることができなかった。
【００１２】
これに対して本発明では、前記の第２頂部を形成しているので、遮熱板の内周縁側がベアリングハウジングに干渉されるのを防止することができ、したがって第１頂部の開き角度を充分に小さくすることができる。よって、残留応力が開放されて第１頂部の角度が拡がった際にも、遮熱板の内周縁側がタービンインペラに接触しないようにすることができる。
また、加熱されることで第１頂部の残留応力が開放され、第１頂部の角度が拡がった際には、第２頂部もその残留応力が開放されるため、その角度が拡がる。その結果、遮熱板の内周縁側がタービンインペラから離間する方向に変位するため、該内周縁側がタービンインペラに接触することがより確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るターボチャージャの一実施形態の概略構成図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、遮熱板の変形例を示す要部側面図である。
【図４】遮熱板の別の変形例を示す図であり、外周縁部の拡大側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係るターボチャージャ（過給機）の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１５】
図１は、本発明に係るターボチャージャの一実施形態の概略構成図であり、図１において符号１０はターボチャージャである。このターボチャージャ１０は、回転軸１１、タービンインペラ１２、タービンハウジング１３、ベアリングハウジング１４、遮熱板１５等を備えて構成されている。なお、図１では、コンプレッサハウジングについては図示を省略している。
【００１６】
回転軸１１は、タービンインペラ１２を一端（図１中左端）に有しており、タービンインペラ１２は、タービンハウジング１３内に収容されている。本実施形態では、タービンインペラ１２は回転軸１１に一体的に形成されている。ただし、本発明はこれに限定されることなく、タービンインペラ１２を別に取り付ける構成であってもよい。
【００１７】
タービンインペラ１２は、回転軸１１の一端に連結されたタービンハブ１６と、タービンハブ１６の外周面に設けられた複数のタービンブレード１７とを有して構成されている。タービンブレード１７は、タービンハブ１６の軸方向に延び、かつ径方向外側に向かって延びて配設されたもので、タービンハブ１６の周方向に所定間隔をおいて配置されている。
【００１８】
また、図１の要部拡大図である図２に示すように、タービンインペラ１２の背面１２ａ（タービンハブ１６の背面）、すなわちベアリングハウジング１４側の面には、その外周部に部分的に凹部１６ａが形成されている。これにより、この凹部１６ａとこれより内周側との間には、段差部１６ｂが形成されている。
【００１９】
回転軸１１の他端（図１中右端）には、コンプレッサインペラ１８が連結されている。コンプレッサインペラ１８は、軸端ナット（図示せず）によって回転軸１１に固定されたもので、タービンインペラ１２と同様に、回転軸１１と一体に回転するように構成されている。このコンプレッサインペラ１８は、コンプレッサハウジング（図示せず）に収容されている。
【００２０】
ベアリングハウジング１４は、ラジアル軸受１９を有しており、該ラジアル軸受１９によって回転軸１１を回転可能に支持している。ラジアル軸受１９は、タービン側とコンプレッサ側の軸受メタルであり、好ましくは中空円筒形のフローティングメタル、又はセミフローティングメタルである。また、回転軸１１は、スラスト軸受２０によって軸方向に移動しないように支持されている。スラスト軸受２０は、回転軸１１と共に回転する円板状の１対のスラストカラー２０ａと、これらスラストカラー２０ａ、２０ａ間に把持されてベアリングハウジング１４に固定されたスラストベアリング２０ｂと、からなっている。
【００２１】
このような構成によってターボチャージャ１０は、エンジン（内燃機関）の排ガスでタービンインペラ１２を回転駆動し、この回転力を回転軸１１を介してコンプレッサインペラ１８に伝達し、コンプレッサインペラ１８で空気を圧縮してエンジンに過給するようになっている。
【００２２】
また、タービンハウジング１３とベアリングハウジング１４との間には、遮熱板１５が配設されている。遮熱板１５は円環板状のもので、本実施形態ではプレス加工や絞り加工などの板金加工によって形成されている。この遮熱板１５は、図１、図２に示すように鍔状の外周縁部２１がタービンハウジング１３のシール面（取付面）１３ａとベアリングハウジング１４の取付フランジ１４ａとの間に挟持されたことにより、タービンインペラ１２の回転軸１１側を外挿した状態でタービンハウジング１３とベアリングハウジング１４との間に取り付けられている。すなわち、タービンインペラ１２の背面１２ａ（タービンハブ１６の背面）に対向して配置されている。
【００２３】
この遮熱板１５には、前記外周縁部２１より内周側にかけて、図２に示すように第１頂部２２、第２頂部２３が形成されている。第１頂部２２は、タービンハウジング１３のシール面１３ａとベアリングハウジング１４の取付フランジ１４ａとの間に挟持された外周縁部２１の内周側が、これらの間から引き出された後、タービンインペラ１２に向かい、続いて屈曲しあるいは湾曲してタービンインペラ１２から離間する方向に向かうとともに回転軸１１に向かうことで、形成された角部である。
【００２４】
この第１頂部２２は、従来の遮熱板に形成されている頂部と概ね同じ位置に形成されたもので、タービンインペラ１２に対して所定のクリアランスで近接して配置され、これによってタービンハウジング１３側から回転軸１１側にガス（空気）が漏れたり、燃焼残渣物等の異物が流入するのが抑制されている。
また、本実施形態では、第１頂部２２はその開き角度θ１が、従来の頂部の開き角度に比べて充分に小さくされている。例えば、従来の頂部の開き角度は９０°〜１００°程度であるのに対し、本実施形態の第１頂部２２の開き角度θ１は、７０°〜８５°程度とされている。
【００２５】
ここで、この第１頂部２２は前述したようにプレス加工や絞り加工によって形成されているため、内側は圧縮力が作用し、外側は引張力が作用している。そのため、この第１頂部２２には残留応力が生じており、後述するように運転時に加熱されることでこの残留応力開放されることにより、前記開き角度θ１が拡がるようになっている。
【００２６】
第２頂部２３は、第１頂部２２より（遮熱板１５の）内周側がタービンインペラ１２から離間する方向に向かうとともに回転軸１１に向かった後、前記第１頂部２２が屈曲しあるいは湾曲した方向と反対の方向に屈曲して回転軸１１側に向かうことで、形成された角部である。この第２頂部２３は、第１頂部２２の開き角度θ１が小さく形成されたことにより、この第１頂部２２の内周側に位置する内周縁部２４が、ベアリングハウジング１４のタービンインペラ１２に対向する面１４ｂに当接し干渉されるのを防ぐためのものである。すなわち、内周縁部２４がベアリングハウジング１４の前記面１４ｂにもタービンインペラ１２にも接触することなく、したがってこれらに干渉されないように、設けられたものである。
【００２７】
したがって、この第２頂部２３の開き角度θ２は、第１頂部２２の開き角度θ１に応じて適宜に設定される。具体的には、この第２頂部２３より（遮熱板１５の）内周側が、回転軸１１の中心軸に対してほぼ直交するように、前記開き角度θ２が設定されている。
また、本実施形態では、第２頂部２３は前記タービンインペラ１２の、バランス修正部となる前記凹部１６ａを区画する段差部１６ｂに対峙して、形成されている。すなわち、第２頂部２３は、段差部１６ｂまたはその近傍位置に対向して配置されている。
【００２８】
さらに、本実施形態では、遮熱板１５の内周縁部２４は、ベアリングハウジング１４のタービンインペラ１２に対向する面１４ｂの、タービン側開口部１４ｃの近傍に形成された段部２５の外周面上に当接している。これによって遮熱板１５は、ベアリングハウジング１４のタービンインペラ１２に対向する面１４ｂとの間に、中空の断熱部２６を形成している。
【００２９】
このような構成のもとに遮熱板１５は、運転時に高熱となるタービンハウジング１３側から、冷却されることで比較的低温となるベアリングハウジング１４側に熱が伝わるのを、抑制するようになっている。
【００３０】
タービン側開口部１４ｃは、ベアリングハウジング１４に形成されたタービン軸１２を収容、保持するための内部孔（図示せず）の、タービンハウジング１３側に開口した部位である。
このタービン側開口部１４ｃ内には、ベアリングハウジング１４とタービンインペラ１２の端部（タービン軸１１側の端部）との間に、これらの間をシールする円環状のシールリング２７が挿入されている。これにより、第１頂部２２とタービンインペラ１２との間を通ってきた燃焼残渣物等の異物などが、ベアリングハウジング１４内に流入することが防止されている。
【００３１】
このような構成のターボチャージャ１０にあっては、遮熱板１５が、第１頂部２２より（遮熱板１５の）内周側に第２頂部２３を形成しているので、第１頂部２２の開き角度θ１を従来の頂部に比べて小さくすることができる。すなわち、第２頂部２３を形成し、これによって遮熱板１５の内周縁部２４がベアリングハウジングに干渉されるのを防止しているため、第１頂部２２の開き角度θ１を充分に小さくすることができる。
そして、このように開き角度θ１を小さくすることにより、ターボチャージャ１０の運転時に遮熱板１５が加熱されて第１頂部２２の残留応力が開放され、第１頂部１１の開き角度θ１が拡がっても、遮熱板１５の内周縁部２４がタービンインペラ１２に接触しないようにすることができる。よって、遮熱板１５の内周縁部２４がタービンインペラ１２に接触することを確実に防止することができる。
【００３２】
また、加熱されることで第１頂部２２の残留応力が開放され、第１頂部２２の開き角度θ１が拡がった際には、第２頂部２３もその残留応力が開放されるため、その開き角度θ２が拡がる。その結果、遮熱板１５の内周縁部２４がタービンインペラ１２から離間する方向に変位する。よって、該内周縁部２４がタービンインペラ１２に接触することをより確実に防止することができる。
【００３３】
また、第２頂部２３を、タービンインペラ１２の、バランス修正部となる前記凹部１６ａを区画する段差部１６ｂに対峙させて形成しているので、第１頂部２２と第２頂部２３との間隔を充分に確保することができ、したがって第２頂部２３より（遮熱板１５の）内周側とタービンインペラ１２との間隔を充分に確保し、内周縁部２４がタービンインペラ１２に接触してしまうことをより確実に防止することができる。
【００３４】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
例えば、遮熱板１５の形状については、図１、図２に示した形状に限定されることなく、第１頂部と第２頂部とを有していれば、種々の形状が採用可能である。
【００３５】
図３（ａ）、（ｂ）は、遮熱板の変形例を示す要部（半部）側面図である。
図３（ａ）に示す遮熱板１５ａが図１、図２に示した遮熱板１５と異なるところは、図３（ａ）に示す遮熱板１５ａでは、その内周縁部２４に、ベアリングハウジング１４側に屈曲しあるいは湾曲する第３頂部２８を有している点である。このようにタービンインペラ１２から離間する方向に延びる第３頂部２８を有していることにより、ターボチャージャ１０の運転時に各頂部の残留応力が開放された際に、遮熱板１５ａの内周縁部２４がタービンインペラ１２に接触してしまうことをより確実に防止することができる。
【００３６】
図３（ｂ）に示す遮熱板１５ｂが図１、図２に示した遮熱板１５と異なるところは、遮熱板１５では第２頂部２３が屈曲して形成されているのに対し、図３（ｂ）に示す遮熱板１５ｂでは、第２頂部２３ｂが湾曲して形成されている点である。このように第２頂部２３ｂを湾曲させて形成することにより、屈曲させて第２頂部２３を形成する場合に比べ、板金加工を容易にすることができる。
【００３７】
また、遮熱板１５の形状については、例えばその外周縁部２１についても変更することができる。
図４（ａ）は、遮熱板の別の変形例を示す図であり、外周縁部の拡大側断面図である。この遮熱板の外周縁部２１が図１、図２に示した遮熱板１５と異なるところは、凸条部２９を形成している点である。凸条部２９は、鍔状の外周縁部２１の周方向に沿ってその全周に形成されたものである。このような凸条部２９は、図４（ｂ）に示すようにタービンハウジング１３のシール面１３ａとベアリングハウジング１４の取付フランジ１４ａとの間に外周縁部２１が挟持された際、図示しない締結部材の締結力によって凹み、外周縁部２１はほぼ平板状となる。これにより、突条部２９はメタルシールガスケットとして機能し、タービンハウジング１３のシール面１３ａとベアリングハウジング１４の取付フランジ１４ａとの間からのガス漏れを良好に防止するものとなる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ターボチャージャ、１１…回転軸、１２…タービンインペラ、１２ａ…背面、１３…タービンハウジング、１４…ベアリングハウジング、１５、１５ａ、１５ｂ…遮熱板、１６…タービンハブ、１６ａ…凹部、１６ｂ…段差部、２１…外周縁部、２２…第１頂部、２３、２３ｂ…第２頂部、２４…内周縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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