JPH089452Y2 - ターボチャージャ用セラミック製アンギュラ玉軸受 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、自動車用エンジンなどのターボチャージ
ャ用セラミック製アンギュラ玉軸受に関する。

従来の技術および考案の課題 ターボチャージャ用の転がり軸受の保持器には、現
在、航空機用として実績のあるCr-Mo-Ni含有の鉄系材料
AMS6414にAgめっきを施したものが使用されている。そ
の理由は、耐熱性を有してしていること、高強度である
こと、Agめっきにより若干の自己潤滑性を有しているこ
とである。この保持器は、航空機のように定常的な回転
を行なう場合には耐焼付性能の点で十分使用可能であっ
た。しかし、ターボチャージャのように急速な回転の立
上り加速・減速が頻繁に生じる場合には、回転数の変化
や最高回転数に上限があり、問題となっていた。また、
密度が約8g/cm₃と大きいことにより、保持器のアンバラ
ンス、回転の立上りに大きなエネルギが必要であるため
の応答性の遅延などの問題があった。

ターボチャージャ用軸受として総玉軸受を使用するこ
とも考えられているが、総玉軸受の場合、玉と玉の接触
部では互いの玉が全く逆方向に運動するため、玉同志の
相対速度が保持器のある場合の保持器と玉の相対速度の
２倍になり、潤滑剤がなくなると摩耗が非常に大きくな
り、長時間の使用に適さない。

この考案の目的は、上記の問題を解決したターボチャ
ージャ用セラミック製軸受を提供することにある。

課題を解決するための手段 この考案によるターボチャージャ用セラミック製軸受
は、カウンタボアが設けられた耐熱鋼製の内輪、鋼製の
外輪、複数のセラミック製の玉および玉の保持器よりな
り、保持器が、主鎖にイミド結合を有する樹脂またはポ
リエーテルエーテルケトン樹脂を素材とした削り加工で
一体に形成された環状体であって、環状体に内周面から
外周面に抜ける複数の円筒状の穴が形成されて、玉を保
持するポケットとなされ、保持器のポケットの両端側に
ある環状部の外周面が外輪の内周面にそれぞれ案内さ
れ、保持器のピッチ円径が玉のピッチ円径より大きく、
保持器の環状部の外周面の表面粗度が1z以下にされてい
ることを特徴とするものである。

作用 ターボチャージャに組込まれる玉軸受においては、と
くにエンジンを高速回転状態から急停止させたときに、
玉軸受の構成部品の温度が急上昇し、タービン、回転軸
を介して排気熱の影響を強く受ける内輪の温度上昇がと
くに著しくなる。このため、内輪の硬度低下によって玉
軸受の寿命低下を生じやすい。この考案による玉軸受の
場合、内輪が耐熱鋼製であるため、温度上昇による硬度
低下が生じにくく、玉が耐熱性の高いセラミック製であ
って、保持器が主鎖にイミド結合を有する樹脂またはポ
リエーテルエーテルケトン樹脂という耐熱性エンジニア
リングプラスチック製であることと相まって、玉軸受全
体の耐熱性が向上する。保持器があるので、総玉軸受に
比べて、玉の相対速度が半分になり、玉がセラミック製
であることと相まって、玉の摩耗が小さく、耐久性が向
上する。玉を保持する保持器のポケットが円筒状の穴で
あるから、ポケットの内外周端に鋭角的なエッジが生じ
ることがなく、したがって、玉の慣性力による引っかか
りがなくなり、保持器の耐久性が向上する。玉がセラミ
ック製、保持器が耐熱性エンジニアリングプラスチック
製であるから、金属と金属の接触がなくなり、耐熱性エ
ンジニアリングプラスチックにはフッ素樹脂などの自己
潤滑性を有する材料を含有できるので、油膜切れが生じ
ても焼付が防止でき、その結果、玉と保持器の耐久性が
向上する。

このように、内輪が耐熱鋼製であること、玉がセラミ
ック製であること、保持器が主鎖にイミド結合を有する
樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂製であるこ
と、および保持器のポケットが円筒状の穴であることよ
り、耐熱性および耐久性が向上するという作用効果が奏
される。

内輪が耐熱鋼製で、保持器が耐熱性エンジニアリング
プラスチック製であるため、保持器の慣性質量低減によ
って応答性が向上するとともに、潤滑油の粘度が低下す
ることによっても応答性が向上する。すなわち、まず、
耐熱性エンジニアリングプラスチックの密度が約1.5g/c
m₃で、金属の1/5以下であるため、保持器が軽量になっ
て、その慣性質量が小さくなり、急速な回転数の立上り
に対する応答性が向上する。さらに、内輪および保持器
が耐熱材料製であるため、玉軸受に供給する潤滑油の温
度を高くすることが可能になり、潤滑油の温度が高くな
ることによってその粘度が低くなり、玉および保持器の
回転に対する抵抗が小さくなって、応答性が向上する。
保持器が削り加工で一体に形成されているので、射出成
形のみのものに比べて、成形精度や表面粗度を向上させ
ることができ、保持器のポケットの両端側にある環状部
の外周面の表面粗度が1z以下であるから、保持器の回転
に要するトルクが小さくてすみ、応答性が向上する。耐
熱性エンジニアリングプラスチック製の保持器の密度が
金属の1/5以下であるため、金属製のものと同程度の精
度で保持器を製作しても、アンバランスを1/5にするこ
とができる。削り加工で一体に形成された保持器は、上
記のように、成形精度や表面粗度を向上させることがで
き、この点からもアンバランスを小さくすることができ
る。そして、保持器のアンバランスが小さくなることに
より、回転性能が向上し、応答性も向上する。

このように、内輪が耐熱鋼製であること、保持器が主
鎖にイミド結合を有する樹脂またはポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂製であること、および保持器が削り加工で
一体に形成されてその環状部の外周面の表面粗度が1z以
下であることより、応答性が向上するという作用効果が
奏される。

保持器の環状部の外周面が外輪の内周面にそれぞれ案
内されて、保持器のピッチ円径が玉のピッチ円径より大
きくなっているので、保持器の内周面が内輪の外周面か
ら外側に離れる。このため、保持器と玉との接触点（摺
動点）が保持器の内周面に近くなるとともに、保持器と
内輪との間、とくにカウンタボアが設けられた部分との
間に、比較的大きな空間が形成される。また、保持器の
ポケットが円筒状の穴であるから、保持器の玉との接触
点を除いて、保持器の内周側および外周側と玉との間に
比較的大きな空間が形成される。したがって、潤滑油
は、保持器と内輪との間の比較的大きな空間および保持
器の内周側と玉との間の比較的大きな空間を通って、軸
受外から保持器内に容易に流入し、保持器の外周側と玉
との間の比較的大きな空間を通って、保持器内から容易
に流出して、保持器の外周面と外輪の内周面との間に供
給され、軸受外に排出される。すなわち、潤滑油の保持
器内への流入、保持器内からの流出が容易になり、保持
器内に過剰の潤滑油が滞留することがなく、潤滑性が向
上する。

このように、内輪にカウンタボアが設けられているこ
と、保持器のポケットが円筒状の穴であること、および
保持器の環状部の外周面が外輪の内周面に案内されて保
持器のピッチ円径が玉のピッチ円径より大きくなってい
ることにより、潤滑性が向上するという作用効果が奏さ
れる。

上記のように潤滑性が向上することにより、玉軸受各
部の摩耗が低減されるとともに、焼付が防止され、この
点からも耐久性が向上する。

上記のように潤滑性が向上することにより、玉軸受に
供給する潤滑油の量を少なくすることができ、潤滑油の
温度を上昇させて、その粘度を低下させることができ、
これにより、前述のように、応答性が向上する。また、
上記のように保持器内に過剰の潤滑油が滞留することが
なくなることにより、潤滑油の攪拌抵抗によるトルク損
失が低減され、保持器の回転抵抗が大きくなることもな
くなって、応答性が向上する。すなわち、潤滑性が向上
することによっても、応答性が向上する。

実施例 以下、図面を参照して、この考案の実施例について説
明する。

図面は、自動車用エンジンのターボチャージャ用セラ
ミック製アンギュラ玉軸受を示し、この軸受は、内輪
（１）、外輪（２）、玉（３）および保持器（４）より
なる保持器付のものである。

内輪（１）および外輪（２）は、たとえばAISI-M50な
どの耐熱鋼製である。内輪（２）にはカウンタボア
（５）が形成されており、アンギュラ玉軸受を構成して
いる。外輪（２）には、カウンタボアは形成されていな
い。玉（３）は、窒化ケイ素などのセラミック製であ
る。保持器（４）は、たとえばポリアミドイミド樹脂、
ポリイミド樹脂などの主鎖にイミド結合を有する樹脂ま
たはポリエーテルエーテルケトン樹脂などの耐熱性エン
ジニアリングプラスチック製である。

保持器（４）は、もみ抜き型で、削り加工により一体
に形成された環状体よりなる。保持器（４）の環状体に
は、内周面から外周面に抜ける複数の円筒状の穴が形成
されて、これらが玉（３）を保持するポケット（６）と
なっている。保持器（４）は、高速回転でのアンバラン
スなどによるみそ摺り運動や振動を軽減するため、外輪
案内とされ、ポケット（６）の両端側の環状部（4a）の
外周面が外輪（２）の内周面にそれぞれ案内されてい
る。保持器（４）が外輪案内であるため、保持器（４）
のピッチ円（C1）が玉（３）のピッチ円（C2）より外側
（外輪（２）側）に位置している。すなわち、保持器
（４）のピッチ円径が玉（３）のピッチ円径より大きく
なっている。保持器（４）の環状部（4a）の外周の案内
面は、外輪（２）との摺接時の面精度不良に起因する油
膜切れによる焼付を防ぐため、10点平均粗さで1.0z以下
に加工されている。このような案内面精度の確保、およ
び肉厚アンバランスによる高速回転時の破壊を防止する
ため、保持器（４）は削り加工により高精度に製作され
ている。

上記の玉軸受は、内輪（１）、外輪（２）、玉（３）
および保持器（４）が耐熱材料製であるから、耐熱性が
高く、使用時にとくに高温に晒されるターボチャージャ
のタービン側に設けられた場合でも、長期間にわたって
安定した性能が発揮される。

玉（３）を保持する保持器（４）のポケット（６）が
円筒状の穴であるから、ポケット（６）の内周端（6a）
および外周端（6b）に鋭角的なエッジが生じることがな
く、したがって、玉（３）の慣性力による引っかかりが
なくなり、保持器（４）の耐久性が向上する。

保持器（４）が外輪案内であって、保持器（４）のピ
ッチ円径が玉（３）のピッチ円径より大きくなっている
ので、保持器（４）の内周面が内輪（１）の外周面から
外側に離れる。このため、保持器（４）と玉（３）との
接触点（摺動点）（Ａ）が保持器（４）の内周面に近く
なるとともに、保持器（４）と内輪（１）との間、とく
にカウンタボア（５）が設けられた部分との間に、保持
器（４）内部へ潤滑油を流入させるための比較的大きな
空間が形成される。また、保持器（４）のポケット
（６）が、玉（３）の凸状球面に対応する凹状球面では
なく、円筒状の穴であるから、上記接触点（４）を除い
て、保持器（４）の内周側および外周側と玉（３）との
間に潤滑油の流入、流出のための比較的大きな空間が形
成される。このため、潤滑油の保持器（４）内への流
入、保持器（４）内からの流出が容易になり、保持器
（４）内に過剰の潤滑油が滞留することがなく、潤滑性
が向上する。

考案の効果 この考案によるターボチャージャ用セラミック製アン
ギュラ玉軸受によれば、上述のように、耐熱性および耐
久性、応答性、ならびに潤滑性がともに向上し、潤滑性
が向上することによって耐久性および応答性がさらに向
上する。そして、耐熱性および耐久性が向上することに
より、使用時にとくに高温に晒されるターボチャージャ
のタービン側に設けられた場合でも、長期間にわたって
安定した性能が発揮される。

【図面の簡単な説明】

図面は、この考案の実施例を示すターボチャージャ用セ
ラミック製アンギュラ玉軸受の縦断面図である。 （１）……内輪、（２）……外輪、（３）……玉、
（４）……保持器、（4a）……環状部、（５）……カウ
ンタボア、（６）……ポケット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−149409（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−190121（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−61539（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−70929（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−59218（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−7420（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】カウンタボア（５）が設けられた耐熱鋼製
   の内輪（１）、鋼製の外輪（２）、複数のセラミック製
   の玉（３）および玉（３）の保持器（４）よりなり、保
   持器（４）が、主鎖にイミド結合を有する樹脂またはポ
   リエーテルエーテルケトン樹脂を素材とした削り加工で
   一体に形成された環状体であって、環状体に内周面から
   外周面に抜ける複数の円筒状の穴が形成されて、玉
   （３）を保持するポケット（６）となされ、保持器
   （４）のポケット（６）の両端側にある環状部（4a）の
   外周面が外輪（２）の内周面にそれぞれ案内され、保持
   器（４）のピッチ円径が玉（３）のピッチ円径より大き
   く、保持器（４）の環状部（4a）の外周面の表面粗度が
   1z以下にされていることを特徴とするターボチャージャ
   用セラミック製アンギュラ玉軸受。