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技術 過給機の軸受構造

出願人 株式会社IHI
発明者 采浦寛有賀進
出願日 2000年4月11日 (20年0ヶ月経過) 出願番号 2000-109783
公開日 2001年10月26日 (18年6ヶ月経過) 公開番号 2001-295655
状態 特許登録済
技術分野 軸受の取付、その他 過給機 すべり軸受 軸受の取付、その他
主要キーワード 軸受スペーサ 中間速度 スラスト支持面 ラジアル力 減衰材料 別ライン フローティングメタル 軸方向間隔
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年10月26日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

タービンロータ軸及びコンプレッサインペラ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下げ汎用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軸受構造を提供する。

解決手段

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。軸受ユニットは、ロータ軸を支持するラジアル軸受を内蔵する中空円筒形軸受スリーブ13を有し、その端部にスラスト支持面13aが設けられる。軸受スリーブ13は、減衰性を有する減衰材料からなる。またベアリングハウジングは、スラスト支持面13aに平行なスラスト軸受取付面14bを有する。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、止まり嵌めで固定される。

概要

背景

内燃機関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、そのうち機関排気ガスを利用したガスタービン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。

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。

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。

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から常に潤滑油摺動部に供給されるようになっている。

概要

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下げ汎用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。

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。軸受ユニットは、ロータ軸を支持するラジアル軸受を内蔵する中空円筒形軸受スリーブ13を有し、その端部にスラスト支持面13aが設けられる。軸受スリーブ13は、減衰性を有する減衰材料からなる。またベアリングハウジングは、スラスト支持面13aに平行なスラスト軸受取付面14bを有する。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、止まり嵌めで固定される。

目的

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。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
4件

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請求項1

排気ガスタービンインペラ(1a)を回転駆動ロータ軸(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

前記軸受ユニット(12)は、ロータ軸(1b)を支持するラジアル軸受を内蔵する中空円筒形軸受スリーブ(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2に記載の過給機の軸受構造。

技術分野

0001

本発明は、過給機軸受構造に関する。

背景技術

0002

内燃機関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、そのうち機関排気ガスを利用したガスタービン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から常に潤滑油摺動部に供給されるようになっている。

発明が解決しようとする課題

0006

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下げ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。

課題を解決するための手段

0009

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。

0011

本発明の好ましい実施形態によれば、前記軸受ユニット(12)は、ロータ軸(1b)を支持するラジアル軸受を内蔵する中空円筒形軸受スリーブ(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る。

0012

この構成により、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。

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。

発明を実施するための最良の形態

0014

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。

発明の効果

0024

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

0025

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。

--

0026

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

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