JPS6235526B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はターボチヤージヤ及び同様な高速度回
転機械を運転する方法に係り、またそれに用いら
れる準浮動軸受装置の独得な設計に係る。

ターボチヤージヤは良く知られており、一般に
単一または共通軸に取付けられたタービン車及び
圧縮器羽根車を用いている。タービン車及び圧縮
器はそれぞれのハウジング内に担持されており、
軸により高速度で回転される。

ターボチヤージヤ及び他の高速度回転機械の運
転構成要素は、低速度で運転される機械では生じ
ないような極端に大きい力と破壊的な振動とを受
ける。ターボチヤージヤの軸は典型的に
125000rpm及びそれ以上の速度で回転する。この
ような速度では過酷な破壊的振動が軸及び他の構
成要素の静的不平衡の結果として生ずる。従つて
このような高速度機械では浮動または準浮動軸受
を使用する必要がある。

米国特許第3043636号明細書にはターボチヤー
ジヤに於ける浮動軸受装置が記載されている。こ
の明細書に記載されている機械では、ターボチヤ
ージヤ軸は一端に半径方向フランジを有する一般
的に筒形構造の軸受内を回転可能であり、軸受
は、軸が回転可能に取付けられているハウジング
内に形成されたスリーブ状の構造内に担持されて
いる。例えば30psiの圧力下の潤滑油がターボチ
ヤージヤハウジング内に連続的に供給されて、軸
受と回転軸との間及び軸受とハウジングのスリー
ブ状構造との間に潤滑膜を形成する。理想的に
は、軸受はハウジング内を“浮動”し、また軸は
軸受内を“浮動”する。軸受自体は、油膜上を浮
動する能力との干渉なしに、回転及び軸線方向運
動から拘束されなければならない。油膜は、さも
なければ特に回転軸及びそれと共に回転可能に結
合されている要素の固有振動数またはその付近に
於て不安定性を生ずるであろう振動を減衰する。

浮動軸受の回転運動は、軸受のフランジ内の偏
心孔を通つて回転軸と平行に延びるドウエルピン
を用いることにより阻止され得る。ドウエルピン
の端部がハウジングにより捕えられるので、軸受
は回転し得ない。代替的に、特殊形状を有する軸
受フランジを受入れるポケツトがハウジングに形
成されていても良い。

浮動軸受の軸線方向運動は、ハウジング内に取
付けられている保持管により、またはシール板か
ら突出するボスにより制限されている。保持管は
浮動軸受の過大な長手方向往復を許す傾向があ
る。シール板上のボスは、それらが軸受フランジ
と密に接触しているならば、シール板ボスと軸受
フランジとの間の僅かな運動により大きな摩耗を
生じ軸受の軸線方向遊びの増大を惹起するので、
不満足である。

これまでに試みられてきた一つの解決策は、シ
ール板の突出ボスと軸受フランジとの間に鋼また
はテフロンのシムを挾むことである。このシムは
摩耗を減ずるが、部品間で積み重ねられる許容差
を増すという望ましくない影響を有する。即ち、
構成部品の各々の製造の際の許容差が累積される
ので、軸受従つてまた回転軸の最大可能な端部遊
びが大きくなる。

本発明は、高速度回転機械内で加圧された液状
潤滑剤の中に担持される浮動軸受の軸線方向運動
を拘束する方法に係る。通常のターボチヤージヤ
及び他の高速度機械と同様に、本発明は半径方向
フランジを有する浮動軸受内で回転可能な軸を用
いている。軸受はハウジング内に配置されてお
り、軸と軸受との間及び軸受とハウジングとの間
を流れる液状潤滑剤を供給されている。保持器
が、ハウジング内の軸受の軸線方向運動を拘束す
るため、ハウジングと軸受フランジとの間に作用
するように設けられている。本発明の改良によれ
ば、ばね座金が軸受フランジと保持器との間に挾
まれているので、軸受フランジからの半径方向変
位の際にばね座金が軸受に作用し、また保持器が
ばね座金に作用する。

本発明の目的は、独得な浮動軸受組立体を用い
るターボチヤージヤまたは他の高速度回転機械内
で浮動軸受の長手方向運動を拘束する独得な方法
を提供することである。

本発明の他の目的は、軸受が浮動している潤滑
油により得られる減衰効果と干渉することなく、
高速度回転機械内の浮動軸受を長手方向に拘束す
る方法を提供することである。

本発明の別の目的は、さもなければ本発明の新
規な浮動軸受組立体のばね偏倚力と反対方向に浮
動軸受に作用するであろうターボチヤージヤまた
は他の高速度機械内の加圧された液状潤滑油から
の力を逃すことである。

本発明の更に他の目的は、高速度回転機械内で
浮動軸受の長手方向運動を拘束し、また同時に軸
受の端部遊びを減じて軸受組立体構成要素の許容
差を極端に小さくする必要をなくすことである。

本発明の更に別の目的は、従来の長手方向拘束
システムのように密な嵌合特性を避けて、浮動軸
受組立体内で長手方向拘束を行うことである。

本発明の更に別の目的は、タービン車及び圧縮
器羽根車の双方で一層密な面クリアランスを許す
浮動軸受組立体内の長手方向拘束システムを提供
することである。即ち、従来の装置の許容差積み
重ね特性を避けるために、タービン車とそれに隣
接するハウジングの表面との間のクリアランス及
び圧縮器羽根車とそれに隣接するハウジング表面
との間のクリアランスが減ぜられ、それにより性
能が改善される。

本発明の更に他の目的は、浮動軸受組立体内の
端部遊びを増大させることなく、従来のシステム
及び方法と対照的に、一層大きな製造許容差を有
する部品を使用可能とすることによりターボチヤ
ージヤ部品の製造費用を節減することである。

一般に、典型的な実施態様では、本発明はハウ
ジング内を回転可能な軸を包囲するための浮動軸
受装置を用いており、浮動軸受装置は一端に環状
フランジを有する筒形部分を有する軸受ボデイ
と、それと一緒に配置された環状ばね偏倚機構例
えばばね座金と、軸線方向拘束機構例えばシール
板とを含んでおり、ばね偏倚機構は軸受ボデイフ
ランジと軸線方向拘束機構との間に挾まれてお
り、また軸線方向拘束機構は、ばね偏倚機構が軸
受ボデイに作用する位置からの半径方向変位の際
にばね偏倚機構に作用する。

本発明の上記の目的及びその典型的な実施態様
は以下の図面による説明から一層明らかになろ
う。

図面を通じて同様な要素には同様な参照符号が
付されている。参照符号１０を付されているのは
ターボチヤージヤの一部分である。ターボチヤー
ジヤ１０は、図示されているようにカラー及びラ
ンドを有し浮動軸受１４内に回転可能に取付けら
れている円筒状軸１２を用いている。浮動軸受１
４は、潤滑液の通過を許す半径方向流路１８を有
する筒形部分１６有するボデイである。軸受１４
は筒形部分１６の一端に半径方向環状フランジ２
０を有する。環状ばね座金２２は第２図に示され
ているように軸受フランジ２０と重なる内側部分
２４と、それを越えて延びる外側部分２６とを有
する。環状ボス３０を有する軸線方向拘束シール
板２８がスナツプリング保持器３４によりターボ
チヤージヤハウジング３２に取付けられている。
シール板２８のボス３０は、軸受ボデイ１４のフ
ランジ２０からの半径方向変位の際にばね座金２
２の外側部分２６と接触可能である。

ターボチヤージヤハウジング３２は通常のよう
に機械加工された金属構造であり、中空キヤビテ
イ３８を郭定するケーシング３６を含んでいる。
キヤビテイ３８内にハウジング３２は更に、軸受
１４の筒形部分１６を包囲するスリーブ状部材４
０を含んでいる。ハウジングスリーブ４０は、軸
受１４の筒形部分を包絡する湾曲した円筒状表面
４２を有する。ハウジングスリーブ４０は、軸受
フランジ２０の環状面４６と向い合うように配置
された横方向の半径面４４をも含んでいる。面取
り４８が、内方に湾曲したスリーブ表面４２とス
リーブの半径面４４との交わりに郭定されてい
る。面取り４８の目的は、後で実施例の作動の仕
方を説明する中で一層明らかになろう。

ハウジングのケーシング３６は、軸受フランジ
２０から半径方向に外方の配置された環状肩部５
０を有するものとして構成されている。ケーシン
グ３６は、肩部５０よりも直径の大きい他の肩部
５２と、保持環３４を受入れるため半径方向に延
びる溝５４をも郭定している。

半径方向に延びる潤滑油流入路５６がケーシン
グ３６の構造内に形成されており、また潤滑油フ
イツテイング（図示せず）を受入れるべくその半
径方向の最外端をテーパ状に形成されている。油
流入チユーブ５８が、軸受１４に潤滑油を供給す
るべく、流入路５６からハウジング３２のスリー
ブ４０の壁に延びている。

軸１２が軸受１４内で拘束回転するべく取付け
られている。圧縮器羽根車６０が軸１２の一端に
取付けられており、またタービン車６２が軸１２
の他端に取付けられている。軸１２、圧縮器羽根
車６０及びタービン車６２はすべて通常のターボ
チヤージヤに広く用いられている構造である。同
様に、圧縮器羽根車６０と環状シール板２８との
間のシール６４は市販品として入手可能な幾つか
の拘束シールの一つであつて良い。

シール板２８は環状構造であり、その外周はス
ナツプ保持環３４によりハウジング３２の肩部５
２と向いあつて保持されている。保持環３４はハ
ウジング３２内の溝５４の中に入つており、シー
ル板２８の長手方向運動を拘束している。シール
板２８の反対側の面上の環状ボス３０は環状ばね
座金２２の外側部分２６と接しており、ケーシン
グ３６の肩部５０に対する外側部分２６の運動を
拘束している。

第２図に最も良く示されているように、ばね座
金２２はその外側部分２６の外周に形成された円
弧状ギヤツプまたはノツチ６６として郭定された
開口を有する金属構造である。代替的に、開口は
ばね座金２２の外周の内側でばね座金２２の構造
を通して郭定されていても良い。ギヤツプ６６に
より形成される開口の機能はばね座金２２のフレ
キシビリテイを増すことである。開口の寸法及び
個数はターボチヤージヤ１０または他の高速度機
械の種々の実施例に応じて変更される。

ばね座金２２の外側部分２６は、第１図に示さ
れているように、肩部５０により受けられてい
る。ばね座金２２の外径は肩部５０の外径よりも
小さいので、ばね座金２２は軸受１４と共に湾曲
する際に肩部５０内に固着することはない。

ばね座金２２はシール板２８のボス３０により
所定の位置に保持されている。シール板２８がば
ね座金２２を僅かに曲げるのでばね座金２２の内
側部分２４は、ロータ２より生ずる通常の推力に
より生ずる軸受１４の軸線方向運動を阻止するの
に十分なだけ軸受１４のフランジ２４を押す。ば
ね座金２２により及ぼされる軸線方向の力は軸受
１４の僅かな軸線方向運動を阻止するのに十分な
摩擦力を生ずるほどには大きくない。ばね座金２
２により軸受１４のフランジ２０に及ぼされる力
は小さいので軸受１４は軸受１４の外面とハウジ
ングスリーブ４０の湾曲面４２との間の潤滑油の
膜の上に浮動する。

軸受１４の筒形部分１６の中心領域は環状油受
け６８により軸１２から隔てられている。しか
し、軸受１４の筒形部分１６上端に於ても、狭い
クリアランスが存在するので、潤滑油の膜は回転
軸１２と軸受１４の表面との間にも存在する。潤
滑油は圧力下に油流入路５６及び油流入チユーブ
５８を通して導入される。油はハウジングスリー
ブ４０内の半径方向開口を通過し、更に軸受１４
の筒形部分１６の壁内に郭定されている等間隔の
開口または流路１８を通つて間隙６８に入る。開
口１８は液状潤滑剤の流路としての役割をし、加
圧された油を凹み６８に自由に通す。

半径フランジ２０の外径は環状ばね座金２２の
内径よりも大きいので、ばね座金２２の内側部分
は半径フランジ２０に当つており、軸受１４の長
手方向運動を拘束する。

加圧された潤滑油の一部分はハウジング１４の
筒形部分１６の雌雄結合湾曲面とハウジングスリ
ーブ４０の内側湾曲面４２との間の膜に流れ、ま
たフランジ２０のスリーブ４０及び４６の半径方
向相互突合せ面４４を通過して流れる。前記のよ
うに、環状面取り４８がスリーブ表面４２及び４
４の交わりに郭定されており、軸受１４の筒形部
分１６及び半径フランジ２０の継目と向い合つて
いる。

面取り４８により軸受１４とスリーブ４０との
間に設けられている環状キヤビテイは軸受１４と
スリーブ４０との間からの流体の半径方向流れを
可能にする。これはばね座金２２の偏倚力と反対
方向に浮動軸受１４に作用する加圧された油から
の力を逃す役割をする。即ち、フランジ２０のス
リーブ４０及び４６の突合せ面４４の間にトラツ
プされた油はフランジ２０にもたれかかろうとし
て、第１図及び第３図に示されているように、軸
受１４を軸線方向に他方に押す。面取り４８はそ
の力を逃す役割をする環状溝を形成する。

軸線方向の力は更に、フランジ２０の構造を通
して郭定され軸線方向に軸１２からずれてそれに
対して平行に延びる少くとも１つの逃げ通路７０
を設けることにより逃される。それにより逃げ通
路７０は、スリーブ４０と軸受１４の筒形部分１
６との間のフランジ２０に向つて流れる油の膜に
対する容易に近接可能なベントとしての役割をす
る。

第３図及び第４図の実施例は多くの点で第１図
及び第２図の実施例と同様であり、対応する構造
要素には同一の参照符号が付されている。第１図
及び第２図の実施例に対する第３図及び第４図の
実施例の一つの重要な相違点は、軸受１４のフラ
ンジ２０を通して郭定される逃げ通路７０の代り
に逃げ溝７２が軸受フランジ２０の半径面４６と
向い合うハウジングスリーブ４０の端部の半径面
４４に郭定されていることである。逃げ溝７２は
面４４に郭定された半径方向に延びる溝であり、
第４図に示されているようにＶ字形横断面を有す
る。

潤滑油の流路は、第１図及び第２図の実施例の
ように長手方向通路７０を通じて形成される代り
に、スリーブ４０とフランジ２０との間から半径
方向に形成されている。両実施例では、その結
果、さもなければばね座金２２と反対方向に作用
して第１図及び第３図で見て左方に軸受１４を押
そうとする加圧された油からの力が逃される。

第１図及び第２図に示されている実施例及び第
３図及び第４図に示されている代替的な実施例で
は、軸受１４の筒形部分１６の遠隔端７４は面取
りされている。

第１図及び第２図の実施例では、端部７４は７
６に於て何れも半径方向に内方に面取りされてお
り、７８に於て半径方向に外方に面取りされてい
る。第３図及び第４図の実施例では、半径方向に
内方の面取り７６は省略されている。

軸受１４はフランジ２０から遠隔の端部７４で
面取りされており、加圧された潤滑油の通過を可
能にしている。遠隔端７４に於ける通過を可能に
することにより、潤滑油がスリーブ４０の突合せ
面４４及び４６とフランジ２０との間に流路を求
めようとする傾向は少い。反対方向の流れを可能
にすることにより、フランジ２０及びスリーブ４
０を離そうとする力は消滅せしめられる。

第１図及び第２図の実施例並びに第３図及び第
４図の実施例により、ハウジング３２内の加圧さ
れた液状潤滑剤の中に回転軸１２を担持する浮動
または準浮動軸受１４の運動を軸線方向に拘束す
るための方法及び装置が提供される。軸線方向拘
束は何れの実施例に於ても、以上に説明したよう
にばね座金２２を用いて浮動軸受１４に回転軸１
２の軸線方向推力に抗するばね偏倚力を与えるこ
とにより実現されている。軸受１４は、フランジ
２０内の孔を通つてハウジング３２に取付けられ
ている通常のドウエルピン８０によりハウジング
３２に対して相対的な回転運動から拘束されてい
る。また、ここに示されている本発明の実施例で
は、ばね座金２２のばね偏倚力と反対方向に浮動
軸受１４に作用しようとする加圧された油からの
力が逃されている。

以上の開示に基いて種々の変形が可能であるこ
とは当業者により理解されよう。このような変形
は特許請求の範囲に記載されてい本発明の範囲内
に属するものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図はターボチヤージヤに用いられている本
発明による浮動軸受組立体の側断面図である。第
２図は第１図の線−に沿う横断面図である。
第３図は本発明の他の実施例の側断面図である。
第４図は第３図の線−に沿う底部断面図であ
る。 １０……ターボチヤージヤ、１２……軸、１４
……浮動軸受、１６……筒形部分、１８……通
路、２０……環状フランジ、２２……ばね座金、
２４……内側部分、２６……外側部分、２８……
シール板、３０……環状ボス、３２……ハウジン
グ、３４……スナツプリング保持器、３６……ケ
ーシング、３８……中空キヤビテイ、４０……ス
リーブ状部材、４２……湾曲円筒面、４４……半
径面、４６……環状面、４８……面取り、５０，
５２……環状肩部、５４……溝、５６……流入
路、５８……油流入チユーブ、６０……圧縮器羽
根車、６２……タービン車、６４……シール、６
６……ギヤツプ、６８……環状油受、７０……逃
げ通路、７２……逃げ溝、７４……遠隔端。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ハウジング３２と、環状フランジ２０を有す
   る筒形の部材にしてその外周部にて前記ハウジン
   グにより軸受式に支持されその内部に高速にて回
   転する軸を支持するスリーブ４０と、前記ハウジ
   ングと前記スリーブとの間及び前記スリーブと前
   記軸の間に潤滑油を供給する手段１８，５８と、
   前記スリーブの前記環状フランジに作用して前記
   ハウジングに対する前記スリーブの軸線方向の移
   動を制限する保持手段とを有する浮動軸受装置に
   して、前記保持手段は外周部にて前記ハウジング
   の一部と該ハウジングに装着されたシール板２８
   の間に締結され該外周部より半径方向内側に隔た
   つた内周部にて前記スリーブの前記環状フランジ
   に軸線方向に係合する実質的に円環板状のばね座
   金２２を含んでいることを特徴とする浮動軸受装
   置。