(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端にタービン羽根が一体形成され他端にコンプレッサ羽根が装着されるタービン軸の中間領域を転がり軸受ユニットを介してハウジングの挿通孔に回転自在に支持した過給機であって、
前記挿通孔が、そのタービン室側開口から、タービン軸の軸方向中間領域の外周面を内輪とする転がり軸受ユニットが装着されてコンプレッサ羽根が非装着とされたタービン軸を組み込める形状に形成され、
前記タービン軸のタービン羽根側に、前記挿通孔のタービン室側開口の内周面との間に微小な対向隙間を形成する膨出部が形成され、
前記転がり軸受ユニットは、前記タービン軸の中間領域で軸方向に離れた２ヵ所にそれぞれ装着されるとともに転動体の転動する軌道を内周面に備えた外輪を備え、さらに該外輪の外周面に、環状のケースが一体に装着され、該ケースの外径が前記膨出部の外径と同じあるいは小さく設定されている転がり軸受と、
両転がり軸受の間に設けられて両転がり軸受の前記ケースを介して前記外輪を互いに引き離す方向に弾発付勢する付勢手段とを含む、ことを特徴とする過給機。
【請求項２】
一端にタービン羽根が一体形成され他端にコンプレッサ羽根が装着されるタービン軸の中間領域を転がり軸受ユニットを介してハウジングの挿通孔に回転自在に支持した過給機であって、
前記挿通孔が、そのタービン室側開口から、タービン軸の軸方向中間領域の外周面を内輪とする転がり軸受ユニットが装着されてコンプレッサ羽根が非装着とされたタービン軸を組み込める形状に形成され、
前記タービン軸のタービン羽根側に、前記挿通孔のタービン室側開口の内周面との間に微小な対向隙間を形成する膨出部が形成され、
前記転がり軸受ユニットは、前記タービン軸の中間領域で軸方向に離れた２ヵ所にそれぞれ装着されるとともに転動体の転動する軌道を内周面に備えた外輪を備え、さらに該外輪の外周面に、環状のケースが一体に装着され、該ケースの外径が前記膨出部の外径と同じあるいは小さく設定されている転がり軸受と、
両転がり軸受の間に設けられて両転がり軸受の前記ケースを介して前記外輪を互いに引き離す方向に弾発付勢する付勢手段と、
両転がり軸受の間に設けられて両外輪の軸方向変位量を規制するスペーサとを含む、ことを特徴とする過給機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の過給機を組み立てる方法であって、
タービン軸にタービン軸の軸方向中間領域の外周面を内輪とする転がり軸受ユニットを装着してコンプレッサ羽根を非装着とし、このタービン軸を前記挿通孔のタービン室側開口から組み込み、この挿通孔のコンプレッサ室側開口から突出するタービン軸の自由端にコンプレッサ羽根を装着する、ことを特徴とする過給機の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機および過給機の組立方法に関する。過給機は、例えばいわゆるターボチャージャやスーパーチャージャなどが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
過給機では、例えば１０万ｒｐｍ以上と高速で回転するタービン軸を、フローティングメタルなどのすべり軸受を用いてハウジングに支持させたり、あるいは、実公平２−４５４７７号公報に示されるように、２つのアンギュラ玉軸受を有する軸受ユニットを介してハウジングに支持させる形態が考えられている。
【０００３】
このように軸受ユニットを用いる場合では、すべり軸受を用いる場合に比べてタービン軸の回転特性に優れている。
【０００４】
ところで、上記公報の過給機では、ハウジングの挿通孔に対してタービン室側からタービン軸を挿入しておいて、挿通孔に対してコンプレッサ室側開口から軸受ユニットを組み込みつつ、タービン軸に対して遊嵌状態で外嵌する。この後、タービン軸の自由端側にメカシールスペーサならびにコンプレッサ羽根を装着する。この後、挿通孔のコンプレッサ室側開口に抜け止め板をねじ止め装着する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の過給機では、上述しているように、タービン軸、転がり軸受ユニットをばらばらで組み込まなければならないなど、組立作業がきわめて面倒であることが指摘される。このような形態であるがゆえに、挿通孔にタービン軸や転がり軸受ユニットを組み込んだと状態で全体のバランス調整をしなければならないので、バランスが悪いときには、組み込んだものを取り外して、バランス調整をし直してから再度組み込むといったことを行わなければならなくなることや、分解時に内輪を圧入していることなどから軸、転がり軸受等に傷をつけてしまうことなど、組立効率が非常に悪いものとなっている。このようなことから生産性が悪いなど、製造コストの高騰を余儀なくされている。
【０００６】
したがって、本発明は、タービン軸を２つの転がり軸受を有する軸受ユニットを介してハウジングに支持させる形態の過給機において、組立作業を簡単に行える構造とすること及びその組立方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の過給機は、一端にタービン羽根が一体形成され他端にコンプレッサ羽根が装着されるタービン軸の中間領域を転がり軸受ユニットを介してハウジングの挿通孔に回転自在に支持した過給機であって、前記挿通孔が、そのタービン室側開口から、タービン軸の軸方向中間領域の外周面を内輪とする転がり軸受ユニットが装着されてコンプレッサ羽根が非装着とされたタービン軸を組み込める形状に形成され、前記タービン軸のタービン羽根側に、前記挿通孔のタービン室側開口の内周面との間に微小な対向隙間を形成する膨出部が形成され、前記転がり軸受ユニットは、前記タービン軸の中間領域で軸方向に離れた２ヵ所にそれぞれ装着されるとともに転動体の転動する軌道を内周面に備えた外輪を備え、さらに該外輪の外周面に、環状のケースが一体に装着され、該ケースの外径が前記膨出部の外径と同じあるいは小さく設定されている転がり軸受と、両転がり軸受の間に設けられて両転がり軸受の前記ケースを介して前記外輪を互いに引き離す方向に弾発付勢する付勢手段とを含む。
【０００８】
本発明の第２の過給機は、一端にタービン羽根が一体形成され他端にコンプレッサ羽根が装着されるタービン軸の中間領域を転がり軸受ユニットを介してハウジングの挿通孔に回転自在に支持した過給機であって、前記挿通孔が、そのタービン室側開口から、タービン軸の軸方向中間領域の外周面を内輪とする転がり軸受ユニットが装着されてコンプレッサ羽根が非装着とされたタービン軸を組み込める形状に形成され、前記タービン軸のタービン羽根側に、前記挿通孔のタービン室側開口の内周面との間に微小な対向隙間を形成する膨出部が形成され、前記転がり軸受ユニットは、前記タービン軸の中間領域で軸方向に離れた２ヵ所にそれぞれ装着されるとともに転動体の転動する軌道を内周面に備えた外輪を備え、さらに該外輪の外周面に、環状のケースが一体に装着され、該ケースの外径が前記膨出部の外径と同じあるいは小さく設定されている転がり軸受と、両転がり軸受の間に設けられて両転がり軸受の前記ケースを介して前記外輪を互いに引き離す方向に弾発付勢する付勢手段と、両転がり軸受の間に設けられて両外輪の軸方向変位量を規制するスペーサとを含む。
【００１０】
本発明の過給機の組立方法は、上記第１，第２の過給機の構成において、タービン軸にタービン軸の軸方向中間領域の外周面を内輪とする転がり軸受ユニットを装着してコンプレッサ羽根を非装着とし、このタービン軸を前記挿通孔のタービン室側開口から組み込み、この挿通孔のコンプレッサ室側開口から突出するタービン軸の自由端にコンプレッサ羽根を装着する。
【００１１】
本発明の第１の軸受ユニットは、上記第１〜第３の過給機に用いるもので、タービン軸の中間領域で軸方向に離れた２カ所にそれぞれ装着されかつタービン軸を内輪とするとともに外輪外径が前記膨出部の外径と同じあるいは小さく設定されている転がり軸受と、両転がり軸受の間に設けられて両転がり軸受の外輪を互いに引き離す方向に弾発付勢する付勢手段とを含む。
【００１２】
本発明の第２の軸受ユニットは、上記第１〜第３の過給機に用いるもので、タービン軸の中間領域で軸方向に離れた２カ所にそれぞれ装着されかつタービン軸を内輪とするとともに外輪外径が前記膨出部の外径と同じあるいは小さく設定されている転がり軸受と、両転がり軸受の間に設けられて両転がり軸受の外輪を互いに引き離す方向に弾発付勢する付勢手段と、両転がり軸受の間に設けられて両外輪の軸方向変位量を規制する間座とを含む。
【００１３】
以上のような本発明の過給機または過給機の組立方法では、挿通孔のタービン室側開口から、軸受ユニットを外装してコンプレッサ羽根を非装着としたタービン軸を、組み込めるようになるから、組み立てが従来例に比べて簡単かつ迅速に行えるようになる。このため、挿通孔に対してタービン軸を組み込む前に、外部でタービン軸に軸受ユニットやコンプレッサ羽根などを装着した状態で、バランス調整を行えるようになり、バランス調整もきわめて簡単かつ迅速に行えるようになる。
【００１４】
また、本発明の過給機の軸受ユニットでは、内輪を用いないので、その分について、タービン軸の外径を大きくするか、あるいは軸受ユニットの外径を小さくすることが可能になり、前者の場合では、タービン軸の剛性アップが図れ、また、後者の場合では、小型化に貢献できるようになる。
【００１５】
【発明の実施形態】
本発明の詳細を図１ないし図７に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１６】
図１ないし図５は本発明の一実施形態にかかり、図１は、過給機の要部の断面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図、図３は、タービン軸に対する軸受ユニットの装着手順を示す説明図、図４は、ハウジングに対するタービン軸の装着手順を示す説明図、図５は、ハウジングに装着したタービン軸に対するコンプレッサ羽根の装着手順を示す説明図である。
【００１７】
図中、１はハウジング、２はタービン軸である。タービン軸２の一端にはタービン羽根３が一体形成されており、タービン軸２の他端にはコンプレッサ羽根４が装着されている。ハウジング１には、タービン室５とコンプレッサ室６とを連通する挿通孔７が設けられており、この挿通孔７にタービン軸２の中間領域が軸受ユニット８を介して回転自在に支持されている。
【００１８】
挿通孔７は、タービン室５側に拡径する周溝９が設けられている点を除き、軸方向ほぼ面一に形成されている。
【００１９】
タービン軸２のタービン羽根３側には、挿通孔７のタービン室側開口の内周面との間で微小な対向隙間を形成する膨出部１０が設けられており、タービン軸２において軸受ユニット８が装着される領域の軸方向両端には若干大径となるカウンタボア１１，１１が設けられている。そして、膨出部１０には、油切り溝１２が形成されており、この油切り溝１２は、軸受ユニット８に対して供給される潤滑油を挿通孔７の周溝９側へ跳ね飛ばしてタービン室５側への漏洩を防止するものである。また、膨出部１０には、Ｃ字形状のシールリング１４が遊嵌される周溝１３が設けられている。このシールリング１４は、周溝１３に対して軸方向の遊びを持ちかつ溝底から浮いた状態になっており、シールリング１４の外周面が前述の挿通孔７のタービン室側開口の内周面に対して圧接されて、理想的には非回転となってすべり接触が生じないように設計されている。つまり、膨出部１０の外周面と挿通孔７の内周面との対向隙間や、周溝１３の内壁面および溝底とシールリング１４との間の対向隙間でもっていわゆるラビリンスと呼ばれる非接触密封部が形成されるようになっている。
【００２０】
軸受ユニット８は、２つの内輪なしの深溝型玉軸受２０Ａ，２０Ｂと、２つのケース２１Ａ，２１Ｂと、コイルバネ２２と、断面ほぼＣ字形状の環体からなるスペーサ２３とを備えている。深溝型玉軸受２０Ａ，２０Ｂは、タービン軸２の軸方向中間領域の外周面を内輪とするもので、外輪２４Ａ，２４Ｂ、複数の玉２５Ａ，２５Ｂ、保持器２６Ａ，２６Ｂとを備えている。２つのケース２１Ａ，２１Ｂの軸方向ほぼ半分の領域の内周には径方向外向きに大径となる拡径部２７Ａ，２７Ｂが設けられており、この拡径部２７Ａ，２７Ｂの内周に前述の深溝型玉軸受２０Ａ，２０Ｂが内嵌装着される。また、ケース２１Ａ，２１Ｂの軸方向ほぼ中央には径方向内向きに突出する鍔部２８Ａ，２８Ｂが設けられており、これらの鍔部２８Ａ，２８Ｂの間にコイルバネ２２が圧縮した状態で介装されている。このコイルバネ２２の復元力により両外輪２４Ａ，２４Ｂが互いに引き離される方向に弾発付勢されることにより、玉２５Ａ，２５Ｂが外輪２４Ａ，２４Ｂの軌道溝およびタービン軸２の軌道溝に対して斜接するようになっている。このときの玉２５Ａ，２５Ｂの接触角は、例えば１５゜±５゜となるようにラジアル隙間が管理される。スペーサ２３は、タービン軸２に対して径方向から嵌着されて２つのケース２１Ａ，２１Ｂの間に介装され、図２に示すように、ハウジング１の挿通孔７に設けてある断面半円形の溝２９に対してピン３０により回り止めされているとともに軸方向で位置決めされている。
【００２１】
そして、挿通孔７に対して軸受ユニット８を組み込んだ状態では、ケース２１Ａ，２１Ｂの外周面と挿通孔７の内周面との間にオイルフィルムダンパを構成する微小な対向隙間が形成される。つまり、この対向隙間には、ハウジング１に設けられる給油路３１を介して潤滑油が供給されるようになっており、この潤滑油がタービン軸２の振動を減衰するダンパとして機能する。また、前述の潤滑油は、ケース２１Ａ，２１Ｂに設けてある小孔３２，３２から二つの深溝型玉軸受２０Ａ，２０Ｂへ供給されて潤滑と冷却をした後、ハウジング１に設けてある排出路３３から排出される。
【００２２】
次に、上述した過給機の組み立て手順を説明する。
【００２３】
まず、タービン軸２に対して軸受ユニット８を装着する。つまり、図３（ａ）に示すように、保持器２６Ａのポケットに玉２５Ａを組み込み、図３（ｂ）に示すように、これらの外周に深溝型玉軸受２０Ａの外輪２４Ａを軸方向一方から装着し、この外輪２４Ａに対して、ケース２１Ａ、コイルバネ２２、ケース２１Ｂ、深溝型玉軸受２０Ｂの外輪２４Ｂ、保持器２６Ｂを順次嵌め、保持器２６Ｂの各ポケット（図示、符号省略）に対して玉２５Ｂを収納し、これらの外周に、図３（ｂ）に示すように、外輪２４Ｂを装着し、図３（ｃ）に示すように、この外輪２４Ｂに対してケース２１Ｂを装着する。この後、図３（ｄ）、（ｅ）に示すように、２つのケース２１Ａ，２１Ｂの間の領域からタービン軸２の径方向外方からスペーサ２３を装着する。
【００２４】
このようにして、タービン軸２に軸受ユニット８を装着した後、タービン軸２の自由端側に、メカシールスペーサ１５ならびにコンプレッサ羽根４を装着した状態で、タービン軸２の予備バランス調整を行う。
【００２５】
この予備バランス調整が済むと、一旦、タービン軸２から油切り環体１５およびコンプレッサ羽根４を取り外し、挿通孔７に対して組み込む。つまり、図４に示すように、挿通孔７のタービン室５側開口からタービン軸２を差し入れてから、スペーサ２３と挿通孔７の溝２９とにピン３０を挿入し、タービン軸２とハウジング１とを固定する。次に、図５に示すように、コンプレッサ室６側において、挿通孔７から突出しているタービン軸２の自由端側にメカシールスペーサ１５ならびにコンプレッサ羽根４を嵌め合わせて、ナット３４で固定するとともに、止め板１６，１７をハウジング１に対してねじ止めする。そして、最後に、タービン軸２をハウジング１に組み込んだ状態で最終のバランス調整を行い、完成させる。
【００２６】
以上説明したように、ハウジング１の挿通孔７に対して、予め軸受ユニット８を装着したタービン軸２を一方向から差し入れて、タービン軸２に残りの付属部品を装着するだけで、組み立てが完了するので、従来例に比べて、きわめて簡単にかつ手際よく組み立てることができる。しかも、タービン軸２を挿通孔７に組み込む前に、外部でタービン軸２に軸受ユニット８や付属部品を装着した状態で予備バランス調整することができるから、最終のバランス調整をきわめて迅速かつ簡単に行うことができるようになる。なお、予備バランス調整は省略することができる。これらの結果、組立効率を向上できて製造コストの低減に貢献できるようになる。この他、軸受ユニット８の深溝型玉軸受２０Ａ，２０Ｂを内輪なし構造としているから、深溝型玉軸受２０Ａ，２０Ｂの外径寸法を従来と同じに設定した場合には、タービン軸２の軸方向中間領域の外径寸法を従来のものに比べて大径とすることができ、剛性を向上させることができる。
【００２７】
ところで、上述した実施形態では、軸受ユニット８の深溝型玉軸受２０Ａ，２０Ｂを内輪なしとしているので、タービン軸２との間での熱膨張によるしめしろ変化を無視できるようになり、タービン軸２をセラミックスで形成できるようになる。これにより、軽量化が達成できるので、高速回転での立ち上がり応答性が良好となるなどの効果をもたらす。これに関連して、タービン軸２に装着するメカシールスペーサ１５をセラミックスで形成するとともに、コンプレッサ羽根４やナット３４を耐熱性合成樹脂などで形成することができる。つまり、タービン軸２をセラミックス製とすることで、温度上昇および熱伝導を抑制できるようになるから、前述したような素材を選定できるようになる。このため、これらすべての組み立て構造の軽量化も達成できるようになるので、回転特性の一層の向上に貢献できるようになる。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００２９】
（１）  上記実施形態では、例えば自動車エンジンの過給機を例に挙げているが、過給機の形態は特に限定されない。
【００３０】
（２）  上記実施形態において、膨出部１０と挿通孔７のタービン室側開口との間に設けられる対向隙間および膨出部１０の周溝１３とシールリング１４との間の径方向隙間を、挿通孔７と軸受ユニット８との間に設けてあるオイルフィルムダンパ用の対向隙間よりも大きく設定するのが好ましい。この場合、仮に、タービン軸２の回転振れが大きくなったときでも、膨出部１０が挿通孔７に対して衝突したり、シールリング１４が膨出部１０の周溝１３の底に対して衝突したりすることを回避できるようになる。但し、軸受ユニット８のケース２１Ａ，２１Ｂと挿通孔７の内周面とが衝突する可能性が残るものの、ここにはオイルフィルムダンパが存在していて前記衝突が直接的に行われないから、回転損失がほとんど発生せずに済む。これにより、タービン軸２の回転特性を可及的に高めることができる。
【００３１】
（３）  図６に示すように、ハウジング１において挿通孔７のタービン室側開口を、大径とし、この大径部分に、ハウジング１と同一素材（例えば焼結金属など）の環状板３５を圧入などにより固定するようにしてもよい。この場合、環状板３５の内径寸法およびタービン軸２の膨出部１０の外径寸法を、挿通孔７の内径寸法よりも小さく設定することが可能になる。このように膨出部１０の外径寸法を小さくできれば、この膨出部１０の周溝１３と、シールリング１４とが摺接するような状況でも、すべり部分の周速を遅くできるので、耐焼き付き性を向上できるようになる。
【００３２】
（４）  図７は、参考例としての実施形態にかかり、図１と同様、過給機の要部を拡大した図である。この実施形態では、軸受ユニット８の構成が上記実施形態と異なる。この実施形態での軸受ユニット８は、内・外輪付きの深溝型玉軸受２０Ａ，２０Ｂを用いて、これらを単一のケース２１に装着するとともに、両深溝型玉軸受２０Ａ，２０Ｂの内輪の間隔を規定するための間座４０を装着し、上記実施形態でのスペーサ２３を省略した構造としている。この場合、タービン軸２の軸方向中間領域の外径寸法を上記実施形態に比べて小径とする必要があるが、従来品に比べるとほぼ同等となるので、強度については何も問題ない。
【００３３】
（５）  上記図３の実施形態では、一方の玉軸受を組み立ててから、他方の玉軸受を組み込てるようにしているが、その代わりに、保持器２６Ａ，２６Ｂ、外輪２４Ａ，２４Ｂ、ケース２１Ａ，２１Ｂ、コイルバネ２２を先に組み込んでおき、外輪２４Ａ，２４Ｂ、ケース２１Ａ，２１Ｂをコイルバネ２２を縮めて中央に寄せた状態で、保持器２６Ａ，２６Ｂに玉２５Ａ，２５Ｂを同時に組み込んだ後、コイルバネ２２の付勢力で外輪２４Ａ，２４Ｂ、ケース２１Ａ，２１Ｂを外側へ広げて軸受ユニットを完成させるようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１ないし３の発明にかかる過給機および過給機の組立方法では、ハウジングの挿通孔のタービン室側開口から、軸受ユニットを外装して一体化したタービン軸を、ワンタッチで組み込めるよう工夫しているから、従来例に比べて作業を簡単かつ迅速に行えるようになる。このような組み立て作業が行えるので、ハウジングの挿通孔に対してタービン軸を組み込む前に、外部でタービン軸に軸受ユニットやコンプレッサ羽根などを装着した状態で、バランス調整を行えるようになり、バランス調整もきわめて簡単かつ迅速に行えるようになる。このようなことから、結果的に、本発明によれば、過給機の生産性の向上ならびに製造コストの低減に大きく貢献できるようになる。
【００３５】
また、本発明にかかる過給機の軸受ユニットでは、内輪を用いない構成としているから、その分について、タービン軸の外径を大きくするか、あるいは軸受ユニットの外径を小さくすることが可能となり、前者の場合では、タービン軸の剛性アップを図ることができ、また、後者の場合では、小型化に貢献できるようになるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の過給機の要部の断面図
【図２】  図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】  同実施形態のタービン軸に対する軸受ユニットの装着手順を示す説明図
【図４】  同実施形態でのハウジングに対するタービン軸の装着手順を示す説明図
【図５】  同実施形態でのハウジングに装着したタービン軸に対するコンプレッサ羽根の装着手順を示す説明図
【図６】  本発明の他の実施形態で、図１に対応する要部の拡大図
【図７】  参考例の実施形態で、図１に対応する図
【符号の説明】
１      ハウジング
２      タービン軸
３      タービン羽根
４      コンプレッサ羽根
５      タービン室
６      コンプレッサ室
７      ハウジングの挿通孔
８      軸受ユニット
１０      タービン軸の膨出部
２０Ａ，２０Ｂ      軸受ユニットの深溝型玉軸受
２１Ａ，２１Ｂ      軸受ユニットのケース
２２      軸受ユニットのコイルバネ
２４Ａ，２４Ｂ      深溝型玉軸受の外輪
２５Ａ，２５Ｂ      深溝型玉軸受の玉
２６Ａ，２６Ｂ      深溝型玉軸受の保持器
【図１】
0004004115.tif 000002
【図２】
0004004115.tif 000003
【図３】
0004004115.tif 000004
【図４】
0004004115.tif 000005
【図５】
0004004115.tif 000006
【図６】
0004004115.tif 000007
【図７】
0004004115.tif 000008