JP2013047551A - セミフロートベアリング及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】規制部材との取付け部分でのガタ、及び回転軸との摺動面での焼付きをともに抑制する。
【解決手段】規制部材26を介してハウジング16に取付けられる役割と、摺動面にてタービンシャフト14を受ける役割とを、外筒部材21及び内筒部材27,31といった2種類の部材によって担わせる。前者の役割を担う外筒部材21として、両内筒部材27,31よりも硬度の高い材料である鋼で形成されたものを用いる。鋼製タービンシャフト14とは異なる材料であって、外筒部材21よりも硬度の低い材料である銅系材料(黄銅)を用い、これを焼結することにより形成される多孔質体を、両内筒部材27,31として用いる。両内筒部材27,31は、外筒部材21に対し拡散接合により固定されてもよいし、圧入により固定されてもよい。
【選択図】図1
【解決手段】規制部材26を介してハウジング16に取付けられる役割と、摺動面にてタービンシャフト14を受ける役割とを、外筒部材21及び内筒部材27,31といった2種類の部材によって担わせる。前者の役割を担う外筒部材21として、両内筒部材27,31よりも硬度の高い材料である鋼で形成されたものを用いる。鋼製タービンシャフト14とは異なる材料であって、外筒部材21よりも硬度の低い材料である銅系材料(黄銅)を用い、これを焼結することにより形成される多孔質体を、両内筒部材27,31として用いる。両内筒部材27,31は、外筒部材21に対し拡散接合により固定されてもよいし、圧入により固定されてもよい。
【選択図】図1
Description
本発明は、ターボチャージャ等の高速回転機械に用いられる軸受として好適なセミフロートベアリング及びその製造方法に関するものである。
内燃機関のターボチャージャ等の高速回転機械に用いられる軸受として、滑り軸受の一種であるセミフロートベアリングが知られている。例えば、特許文献1には、ターボチャージャのタービンシャフトを回転軸としてハウジングに支持するセミフロートベアリングが記載されている。このセミフロートベアリングでは、円筒状をなすフローティングメタル(ブッシュ)が用いられ、これに上記タービンシャフトが挿通される。フローティングメタルは、タービンシャフトを受ける摺動面を内周面に有する。また、フローティングメタルは、規制部材(ピン)を介してハウジングに取付けられ、同フローティングメタルの軸線の周りでの回転を規制部材によって規制される。さらに、フローティングメタルの外部及び内部、すなわち、ハウジングとの間(外部)及びタービンシャフトとの間(内部)に潤滑油がそれぞれ供給されて潤滑が行なわれる。
ところで、セミフロートベアリングには、フローティングメタルの摺動面が焼付きにくいこと(耐焼付き性に優れること)が求められる。また、フローティングメタルにおける規制部材(ピン)との取付け部分が摩耗しにくく、フローティングメタルが規制部材(ピン)に対しがたつきにくいことも求められる。
この点、上記フローティングメタルが例えば鋼によって形成されると、鋼が硬度の高い材料であるため、規制部材(ピン)との取付け部分が摩耗しにくくガタを生じにくい。反面、高い耐焼付き性が得られにくい。これは、1つには、タービンシャフトとフローティングメタルとが同一又は類似の材料によって形成されていると、凝着摩耗による焼付きが起こりやすいことによる。タービンシャフトを含め多くの回転軸は鋼によって形成されていることから、鋼製のフローティングメタルでは焼付きが問題となる。また、潤滑油に異物が混入した場合に、異物が硬質のフローティングメタル及びタービンシャフトと干渉してこれらを傷付けやすい。このことも、摺動面の耐焼付き性を低下させる一因となる。
また、上記フローティングメタルが、黄銅や青銅(以下「黄銅等」という)によって形成されると、黄銅等がタービンシャフトとは異なる材料であることからタービンシャフトとの間で焼付きが起きにくい。また、黄銅等が上記鋼よりも硬度の低い材料であることから、潤滑油に異物が混入した場合に、異物がフローティングメタルに埋まりやすく、フローティングメタル及びタービンシャフトと干渉しにくい。フローティングメタル及びタービンシャフトが異物により傷付けられにくく、フローティングメタルが鋼によって形成される場合よりも摺動面の耐焼付き性が向上する。反面、フローティングメタルにおける規制部材(ピン)との取付け部分が摩耗しやすくガタを生じやすい。
こうした問題は、ターボチャージャに限らず、高速回転機械の軸受として用いられるセミフロートベアリングに共通して起こり得る。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、規制部材との取付け部分でのガタ、及び回転軸との摺動面での焼付きをともに抑制することのできるセミフロートベアリング及びその製造方法を提供することにある。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、規制部材との取付け部分でのガタ、及び回転軸との摺動面での焼付きをともに抑制することのできるセミフロートベアリング及びその製造方法を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、筒状をなし、規制部材を介してハウジングに取付けられて軸線周りの回転を前記規制部材により規制されるとともに回転軸が挿通され、前記ハウジングとの間に潤滑油が供給される外筒部材と、前記外筒部材に固定された状態で、同外筒部材及び前記回転軸間に配設され、前記回転軸を受ける摺動面を内周面に有し、前記回転軸との間に潤滑油が供給される内筒部材とを備え、前記内筒部材が前記回転軸とは異なる材料であって、前記外筒部材よりも硬度の低い材料で形成されていることを要旨とする。
請求項1に記載の発明は、筒状をなし、規制部材を介してハウジングに取付けられて軸線周りの回転を前記規制部材により規制されるとともに回転軸が挿通され、前記ハウジングとの間に潤滑油が供給される外筒部材と、前記外筒部材に固定された状態で、同外筒部材及び前記回転軸間に配設され、前記回転軸を受ける摺動面を内周面に有し、前記回転軸との間に潤滑油が供給される内筒部材とを備え、前記内筒部材が前記回転軸とは異なる材料であって、前記外筒部材よりも硬度の低い材料で形成されていることを要旨とする。
上記の構成によれば、外筒部材は、これとハウジングとの間に架け渡された規制部材により同ハウジングに取付けられて、軸線周りを回転することを規制される。外筒部材に挿通された回転軸は、外筒部材及び回転軸間に配設された内筒部材によって受けられ、同内筒部材の内周面(摺動面)上を摺動しながら回転する。この際、外筒部材とハウジングとの間に潤滑油が介在され、また、内筒部材と回転軸との間に潤滑油が介在されて、それぞれ潤滑が行なわれる。このように、規制部材を介してハウジングに取付けられる役割と、摺動面にて回転軸を受ける役割とが異なる部材によって担われる。
規制部材を介してハウジングに取付けられる役割を担う外筒部材は、内筒部材よりも硬度の高い材料で形成されていることから、規制部材との取付け部分が摩擦による摩耗を起こしにくく、規制部材との間にガタを生じにくい。また、摺動面にて回転軸を受ける役割を担う内筒部材は、回転軸とは異なる材料によって形成されていることから、回転軸との間で凝着摩耗による焼付きを生じにくい。さらに、内筒部材は、外筒部材よりも硬度の低い(柔らかい)材料で形成されていることから、潤滑油に混入した異物が内筒部材と回転軸との間の隙間を流れた場合には、異物が内筒部材に埋まりやすく、内筒部材及び回転軸と干渉しにくい。内筒部材及び回転軸が異物により傷付けられにくく、内筒部材が鋼によって形成される場合よりも摺動面の耐焼付き性が向上する。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記外筒部材は鋼により形成され、前記内筒部材は銅系材料により形成されていることを要旨とする。
上記の構成によれば、外筒部材の材料である鋼は、内筒部材の材料である銅系材料よりも高い硬度を有する。また、内筒部材の材料である銅系材料は、一般的な回転軸の材料である鋼とは異なる材料であって、外筒部材の材料である鋼よりも低い硬度を有する。そのため、請求項2に記載の発明によるように、外筒部材として鋼によって形成されたものを用い、内筒部材として銅系材料によって形成されたものを用いることで、上記請求項1に記載の発明の効果が得られる。
上記の構成によれば、外筒部材の材料である鋼は、内筒部材の材料である銅系材料よりも高い硬度を有する。また、内筒部材の材料である銅系材料は、一般的な回転軸の材料である鋼とは異なる材料であって、外筒部材の材料である鋼よりも低い硬度を有する。そのため、請求項2に記載の発明によるように、外筒部材として鋼によって形成されたものを用い、内筒部材として銅系材料によって形成されたものを用いることで、上記請求項1に記載の発明の効果が得られる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記内筒部材は、金属粉末を焼結することにより形成される多孔質体からなることを要旨とする。
上記の構成によれば、金属粉末を焼結することにより形成される多孔質体からなる内筒部材は、その内部の気孔に潤滑油を含浸する。そして、内筒部材と回転軸との間の潤滑油が少なくなってきた場合、内筒部材に含浸されている潤滑油がしみ出してきて潤滑に供する。そのため、耐焼付き性がさらに向上する。
上記の構成によれば、金属粉末を焼結することにより形成される多孔質体からなる内筒部材は、その内部の気孔に潤滑油を含浸する。そして、内筒部材と回転軸との間の潤滑油が少なくなってきた場合、内筒部材に含浸されている潤滑油がしみ出してきて潤滑に供する。そのため、耐焼付き性がさらに向上する。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記内筒部材は2つ用いられ、互いに離間した状態で前記外筒部材に配設されていることを要旨とする。
ここで、上記請求項3に記載の発明によるように、内筒部材が、金属粉末を焼結することにより形成されるものである場合には、金属粉末が金型における筒状の成形空間に充填され、加圧成形された後、加熱される。この加圧が、筒状の成形空間の長手方向についての両側から行なわれると、長手方向の両端部で密度が高く中央部に近付くに従い密度が低くなる密度分布が生ずる。内筒部材が長くなるに従いこの密度の粗密の度合いが大きくなる。内筒部材が1つの場合には同内筒部材が長くなって、上記の現象が生じやすい。この点、請求項4に記載の発明では、2つの内筒部材が互いに離間した状態で外筒部材に配設されることから、各内筒部材は1つの場合よりも短くなり、密度分布が生じにくい。
ここで、上記請求項3に記載の発明によるように、内筒部材が、金属粉末を焼結することにより形成されるものである場合には、金属粉末が金型における筒状の成形空間に充填され、加圧成形された後、加熱される。この加圧が、筒状の成形空間の長手方向についての両側から行なわれると、長手方向の両端部で密度が高く中央部に近付くに従い密度が低くなる密度分布が生ずる。内筒部材が長くなるに従いこの密度の粗密の度合いが大きくなる。内筒部材が1つの場合には同内筒部材が長くなって、上記の現象が生じやすい。この点、請求項4に記載の発明では、2つの内筒部材が互いに離間した状態で外筒部材に配設されることから、各内筒部材は1つの場合よりも短くなり、密度分布が生じにくい。
なお、上記請求項1〜4のいずれか1つに記載の発明における内筒部材は、請求項5に記載の発明によるように、外筒部材に対し拡散接合により固定されてもよい。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1つに記載の発明において、前記内筒部材の内周面は周方向に径が変化する波状に形成されていることを要旨とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1つに記載の発明において、前記内筒部材の内周面は周方向に径が変化する波状に形成されていることを要旨とする。
上記の構成によれば、内筒部材の内周面が、周方向に径が変化する波状をなしていることから、周方向について回転軸との間の隙間に大小が生ずる。隙間の小さな箇所により、回転軸の回転に伴う振動が抑制される。また、潤滑油に異物が混入しても、その異物は隙間の大きな箇所を通じて排出されやすい。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記内筒部材の外周面又は前記外筒部材の内周面について、周方向へ互いに離れた複数箇所に突部が設けられ、前記内筒部材の内周面のうち径の小さな部分と前記突部とは、周方向に同一の位相となる箇所に設けられていることを要旨とする。
この場合、内筒部材の内周面において径の小さな部分は、周方向について突部と同じ位相となる箇所であって、突部の内方に位置することとなる。
請求項8に記載の発明は、筒状をなし、規制部材を介してハウジングに取付けられて軸線周りの回転を前記規制部材により規制されるとともに回転軸が挿通され、前記ハウジングとの間に潤滑油が供給される外筒部材と、前記外筒部材に固定された状態で、同外筒部材及び前記回転軸間の複数箇所に配設され、前記回転軸を受ける摺動面を各内周面に有し、前記回転軸との間に潤滑油が供給される複数の内筒部材とを備え、前記各内筒部材の外周面又は前記外筒部材の内周面について、周方向へ互いに離れた複数箇所に突部が設けられ、さらに、前記各内筒部材が前記回転軸とは異なる材料であって、前記外筒部材よりも硬度の低い材料で形成されているセミフロートベアリングを製造する方法であって、前記外筒部材よりも外径の大きな筒状の前駆体を用い、前記突部において前記前駆体と前記各内筒部材とが接触するように、前記各内筒部材を前記前駆体に圧入する工程と、全ての前記内筒部材の内周面を円筒面に同軸加工する工程と、前記前駆体について前記各内筒部材の圧入された箇所の外周面を、その外径が前記外筒部材の外径と同じになるように円筒面に加工する工程とを備えることを要旨とする。
請求項8に記載の発明は、筒状をなし、規制部材を介してハウジングに取付けられて軸線周りの回転を前記規制部材により規制されるとともに回転軸が挿通され、前記ハウジングとの間に潤滑油が供給される外筒部材と、前記外筒部材に固定された状態で、同外筒部材及び前記回転軸間の複数箇所に配設され、前記回転軸を受ける摺動面を各内周面に有し、前記回転軸との間に潤滑油が供給される複数の内筒部材とを備え、前記各内筒部材の外周面又は前記外筒部材の内周面について、周方向へ互いに離れた複数箇所に突部が設けられ、さらに、前記各内筒部材が前記回転軸とは異なる材料であって、前記外筒部材よりも硬度の低い材料で形成されているセミフロートベアリングを製造する方法であって、前記外筒部材よりも外径の大きな筒状の前駆体を用い、前記突部において前記前駆体と前記各内筒部材とが接触するように、前記各内筒部材を前記前駆体に圧入する工程と、全ての前記内筒部材の内周面を円筒面に同軸加工する工程と、前記前駆体について前記各内筒部材の圧入された箇所の外周面を、その外径が前記外筒部材の外径と同じになるように円筒面に加工する工程とを備えることを要旨とする。
セミフロートベアリングの製造に際しては、内筒部材よりも硬度の高い材料によって形成され、かつ外筒部材よりも外径の大きな筒状の前駆体(外筒部材となる前の状態を示すもの)と、外筒部材よりも硬度の低い材料によって形成された複数の内筒部材とが用いられる。各内筒部材の外周面又は外筒部材の内周面について、周方向へ互いに離れた複数箇所には突部が設けられている。
そして、まず、各内筒部材が前駆体に圧入される。この際、突部において前駆体と各内筒部材とが接触し、この接触部分を通じ、各内筒部材において突部に対応する箇所には内方に向かう荷重が加わる。こうした荷重は、各内筒部材において突部に対応していない箇所、すなわち、前駆体から離れている箇所には加わらない、又は加わりにくい。
ここで、各内筒部材が前駆体よりも硬度の低い材料によって形成されている。そのため、上記の荷重により、各内筒部材において、突部を通じ前駆体に接触している箇所が圧入に際し内方へ変形する一方、接触していない箇所は、圧入に際し変形しない、又は変形しにくい。その結果、各内筒部材の内周面が、周方向に径の変化する波状となる。
次に、全ての内筒部材の波状の内周面が円筒面に同軸加工される。続いて、上記のように全ての内筒部材の同軸度が高められた状態で、前駆体について各内筒部材の圧入された箇所の外周面が、その外径が外筒部材の外径と同じになるように円筒面に加工される。この加工により前駆体の外径が小さくされることで、突部を通じ前駆体から各内筒部材に加わる、内方へ向かう荷重が小さくなる。一方、突部を通じ各内筒部材から前駆体に加わる、外方へ向かう荷重は変わらない。しかし、径が小さくなったとはいえ、前駆体は、各内筒部材よりも硬度の高い材料によって形成されていて変形しにくい。そのため、各内筒部材において、それまで抑えられていた応力が開放されたような状態が生じて同内筒部材が変形し、その内周面が周方向に波打ったような形状となる。
このようにして、外筒部材が形成されるとともに、その外筒部材に内筒部材が固定されることで、各内筒部材の内周面が周方向に径の変化する波状に形成されたセミフロートベアリングが得られる。
ここで、内筒部材の内周面を波状にする別の方法として、例えば、外筒部材の軸線に沿う方向についての両側に、円筒面からなる内周面を有する2つの内筒部材を固定し、その後に、内周面を波状に加工する方法が考えられる。この場合、外筒部材の軸線に沿う方向についての一方から他方に向けて、全ての内筒部材の内周面を波状に加工することは難しい。そのため、軸線に沿う方向についての両側から、各内筒部材の内周面を別々に波状に加工することになる。しかし、この場合には、両内筒部材の同軸度が高められた状態で両内筒部材の内周面を波状に加工することは難しい。
この点、請求項8に記載の発明では、上述したように、一旦、全ての内筒部材の同軸度を高めた状態で内周面を円筒面に加工し、その後に前駆体の外周面を円筒面に加工しているため、同軸度を確保したうえで全ての内筒部材の内周面を容易に波状にすることが可能となる。
そして、各内筒部材の内周面が波状となることで、周方向について各内筒部材と回転軸との間の隙間に大小が生ずる。隙間の小さな箇所により回転軸の振動が抑制される。また、潤滑油に異物が混入しても、その異物は隙間の大きな箇所を通じて排出されやすい。
(第1実施形態)
以下、本発明を、ターボチャージャの軸受として用いられるセミフロートベアリングに具体化した第1実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
以下、本発明を、ターボチャージャの軸受として用いられるセミフロートベアリングに具体化した第1実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
図1に示すように、ターボチャージャ11は、排気のエネルギにより回転されるタービンホイール12と、吸気を圧縮するコンプレッサホイール13と、タービンホイール12の回転をコンプレッサホイール13に伝達するタービンシャフト14とを備えている。このタービンシャフト14は特許請求の範囲における回転軸に該当するものであり、鋼によって形成されている。タービンホイール12及びコンプレッサホイール13は、タービンシャフト14に一体回転可能に設けられている。
ターボチャージャ11は軸受孔15を有するハウジング16を備えている。上記タービンシャフト14は、上記軸受孔15に配置され、セミフロートベアリング20によりハウジング16に回転可能に支持されている。セミフロートベアリング20は、外筒部材21と、2つの内筒部材27,31とを備えている。これらの外筒部材21と両内筒部材27,31との組合わせは、上述した特許文献1を含め一般的なセミフロートベアリングにおけるフローティングメタル(ブッシュ)に代わるものである。
図2〜図4に示すように、外筒部材21は、軸線L1に沿う方向(以下「軸線L1方向」という)についての両端が開放された円筒状をなしている。外筒部材21の内部空間は、軸線L1方向についての中間部分を構成する小径孔部22と、同軸線L1方向についての両側部分を構成する一対の大径孔部23とからなる。小径孔部22は、タービンシャフト14よりも大きな径を有し、各大径孔部23は小径孔部22よりも大きな径を有している(図2参照)。
外筒部材21の外周面であって、軸線L1方向についての中間部分には環状溝24が設けられており、同中間部分の外径は軸線L1方向についての両側部分の外径よりも小さくなっている。外筒部材21の軸線L1方向についての両側部の外周面は、軸受孔15よりも小径状に形成されている(図1参照)。
図1及び図2に示すように、外筒部材21は、ハウジング16の上記軸受孔15の内壁面から離間した状態で、規制部材26によりハウジング16に取付けられている。ここでは、規制部材26として棒状をなすものが用いられているが、棒状以外の形状をなすもの、例えば帯状をなすもの、長方形の板状をなすもの等が用いられてもよい。
規制部材26を用いた外筒部材21のハウジング16への取付けのために、外筒部材21には、その外周面において開口し、かつ同外筒部材21の径方向内方へ向けて延びる係合孔25(図2参照)が設けられている。係合孔25は、外筒部材21を貫通して、その内周面において開口するものであってもよいし、貫通しないものであってもよい。
規制部材26の一方(図1の下方)の端部はハウジング16に固定されている。規制部材26の他方(図1の上方)の端部は、外筒部材21の上記係合孔25に圧入されることにより、同外筒部材21に一体的に取付けられている。この規制部材26により、外筒部材21は、その軸線L1の周りを回転することを規制されるとともに、軸方向及び径方向へ変位することを規制される。
上記のように規制部材26を介してハウジング16に取付けられた外筒部材21では、その外周面と軸受孔15の内壁面との間に隙間を生じている。この隙間は、外筒部材21の軸線L1方向についての中間部分において両側部分よりも大きくなっている。この隙間には、潤滑油が供給されるようになっている。
なお、上記規制部材26として、例えば、所定の機械的強度と可撓性とを有していて、所定以上の外力を受けたときに弾性的に撓むものが用いられてもよい。この場合、規制部材26は、外筒部材21の軸線L1方向についての中央部に設けられることが望ましい。こうすると、タービンシャフト14が振動したとき等には、規制部材26が、ハウジング16との取付け部分を支点として弾性的に揺れ動く。この揺れに追従して外筒部材21の軸線L1方向についての両端部分が径方向へ変位するようになる。このとき、弾性的に撓んだ規制部材26の弾性復元力によってタービンシャフト14の振動が減衰される。しかも、外筒部材21が、あたかもシーソーのように揺れ動くことに伴い、外筒部材21の軸線L1方向両端部分と軸受孔15の内壁面との隙間に存在する潤滑油によるスクイズ効果により、タービンシャフト14の振動が減衰されるとともに、タービンシャフト14からハウジング16に伝達される振動が減衰される。
潤滑油のスクイズ効果とは、外筒部材21の軸線L1方向両端部分が径方向に変位することにより、その外筒部材21と軸受孔15の内壁面との隙間が交互に拡大、縮小されることになって、その隙間に存在する潤滑油を軸線L1方向の一方へ押し出したり、その一方から引き込んだりするといったポンピング運動を起こすようになる。そして、このような潤滑油のポンピング運動によって振動を減衰する現象を発生することである。
外筒部材21と軸受孔15の内壁面との間に供給された潤滑油の一部を、同外筒部材21の内部空間へも供給するために、同外筒部材21には油孔(図示略)が径方向に貫通するように設けられている。
内筒部材27は、軸線L2に沿う方向(以下「軸線L2方向」という)についての両端が開放された円筒状をなしている。内筒部材27の外周面であって、コンプレッサホイール13側(図1の左側)の端部には鍔部28が一体形成されている。この鍔部28は、内筒部材27の外側の潤滑油が内筒部材27よりもコンプレッサホイール13側へ流れるのを妨げるためのものである。
内筒部材31は、軸線L3に沿う方向(以下「軸線L3方向」という)についての両端が開放された円筒状をなしている。内筒部材31の外周面には、上記内筒部材27とは異なり鍔部は設けられていない。
上記各内筒部材27,31の内周面は、タービンシャフト14よりも僅かに大径状の円筒面からなり、タービンシャフト14を受ける摺動面を構成している。
図2〜図4に示すように、両内筒部材27,31は、外筒部材21に対し、同外筒部材21の軸線L1方向に互いに離間した箇所(第1実施形態では両側部)に固定されている。内筒部材27において、鍔部28を除く部分の一部は、外筒部材21のコンプレッサホイール13側の大径孔部23に嵌合されている。内筒部材31の全体は、外筒部材21のタービンホイール12側の大径孔部23内に嵌合されている。
図2〜図4に示すように、両内筒部材27,31は、外筒部材21に対し、同外筒部材21の軸線L1方向に互いに離間した箇所(第1実施形態では両側部)に固定されている。内筒部材27において、鍔部28を除く部分の一部は、外筒部材21のコンプレッサホイール13側の大径孔部23に嵌合されている。内筒部材31の全体は、外筒部材21のタービンホイール12側の大径孔部23内に嵌合されている。
そして、上記外筒部材21及び両内筒部材27,31にタービンシャフト14が挿通されている。
なお、タービンシャフト14上であって、コンプレッサホイール13と内筒部材27との間には、同内筒部材27のコンプレッサホイール13側への移動を規制するスラストベアリング(図示略)が配置されている。
なお、タービンシャフト14上であって、コンプレッサホイール13と内筒部材27との間には、同内筒部材27のコンプレッサホイール13側への移動を規制するスラストベアリング(図示略)が配置されている。
さらに、第1実施形態では、外筒部材21が両内筒部材27,31よりも硬度の高い材料である鋼(例えば炭素鋼)を用いて形成されている。
両内筒部材27,31は、上記鋼製のタービンシャフト14とは異なる材料であって、外筒部材21よりも硬度の低い材料である銅系材料を用いて形成されている。銅系材料としては、黄銅(真鍮)、ホワイトメタル、砲金等を用いることができる。黄銅は、銅を主成分とする亜鉛との合金であり、ホワイトメタルは、スズ、鉛、銅、アンチモンを主成分とし、場合により、これに亜鉛が加わったものである。砲金は、銅とスズの合金である。ここでは、軸受材料として一般的である黄銅が用いられて各内筒部材27,31が形成されている。
両内筒部材27,31は、上記鋼製のタービンシャフト14とは異なる材料であって、外筒部材21よりも硬度の低い材料である銅系材料を用いて形成されている。銅系材料としては、黄銅(真鍮)、ホワイトメタル、砲金等を用いることができる。黄銅は、銅を主成分とする亜鉛との合金であり、ホワイトメタルは、スズ、鉛、銅、アンチモンを主成分とし、場合により、これに亜鉛が加わったものである。砲金は、銅とスズの合金である。ここでは、軸受材料として一般的である黄銅が用いられて各内筒部材27,31が形成されている。
また、両内筒部材27,31は、上述した金属(黄銅)の粉末を焼結することにより形成されたものであって、多孔質体となっている。そして、各内筒部材27,31は、外筒部材21に対し拡散接合によって固定されている。ここでの拡散接合は、2種類の金属によって形成された2種類の部材(外筒部材21及び内筒部材27,31)を互いに接触させて加圧及び加熱を行なうことによって、接触した部分において2種類の金属の原子が拡散することを利用して、外筒部材21と内筒部材27,31とを接合する手法である。
次に、上記のようにして構成された第1実施形態のセミフロートベアリング20の作用について説明する。
外筒部材21は、これとハウジング16との間に架け渡された規制部材26により同ハウジング16に取付けられて、軸線L1の周りを回転することを規制される。外筒部材21に挿通されたタービンシャフト14は、両内筒部材27,31によって受けられ、同内筒部材27,31の内周面(摺動面)上を摺動しながら回転する。この際、外筒部材21とハウジング16(軸受孔15の内壁面)との間には潤滑油が介在され、外筒部材21及び内筒部材27,31とタービンシャフト14との間には潤滑油が介在されて、潤滑が行なわれる。このように、セミフロートベアリング20では、規制部材26を介してハウジング16に取付けられる役割と、摺動面にてタービンシャフト14を受ける役割とが異なる部材によって担われる。
外筒部材21は、これとハウジング16との間に架け渡された規制部材26により同ハウジング16に取付けられて、軸線L1の周りを回転することを規制される。外筒部材21に挿通されたタービンシャフト14は、両内筒部材27,31によって受けられ、同内筒部材27,31の内周面(摺動面)上を摺動しながら回転する。この際、外筒部材21とハウジング16(軸受孔15の内壁面)との間には潤滑油が介在され、外筒部材21及び内筒部材27,31とタービンシャフト14との間には潤滑油が介在されて、潤滑が行なわれる。このように、セミフロートベアリング20では、規制部材26を介してハウジング16に取付けられる役割と、摺動面にてタービンシャフト14を受ける役割とが異なる部材によって担われる。
さらに、規制部材26を介してハウジング16に取付けられる役割を担う外筒部材21は、鋼によって形成されている。また、摺動面にてタービンシャフト14を受ける役割を担う両内筒部材27,31は、銅系材料(黄銅)によって形成されている。外筒部材21の材料である鋼は、内筒部材27,31の材料である銅系材料よりも高い硬度を有する。そのため、外筒部材21は両内筒部材27,31よりも高い剛性を発揮する。外筒部材21において規制部材26との取付け部分である係合孔25は、摩擦による摩耗を起こしにくく、規制部材26との間にガタを生じにくい。
また、両内筒部材27,31の材料である銅系材料(黄銅)は、タービンシャフト14の材料である鋼とは異なる材料である。そのため、この銅系材料(黄銅)によって形成された両内筒部材27,31とタービンシャフト14との間では、凝着摩耗による焼付きが生じにくい。また、上記銅系材料(黄銅)は、外筒部材21の材料である鋼よりも低い硬度を有する材料である。そのため、潤滑油に混入した異物が内筒部材27,31とタービンシャフト14との間の隙間を流れた場合には、異物が内筒部材27,31に埋まりやすく、同内筒部材27,31及びタービンシャフト14と干渉しにくい。内筒部材27,31及びタービンシャフト14が異物により傷付けられにくく、内筒部材27,31が鋼によって形成される場合よりも摺動面の耐焼付き性が向上する。
特に、銅系材料(黄銅)の粉末を焼結することにより形成された多孔質体からなる各内筒部材27,31は、その内部の気孔に潤滑油を含浸する(しみ込ませる)。そして、各内筒部材27,31とタービンシャフト14との間の潤滑油が少なくなってきた場合、各内筒部材27,31に含浸されている潤滑油がしみ出してきて潤滑に供する。そのため、各内筒部材27,31の摺動面におけるタービンシャフト14に対する耐焼付き性がさらに向上する。
ここで、焼結による上記各内筒部材27,31の形成に際しては、銅系材料(黄銅)の粉末が金型における筒状の成形空間に充填され、加圧成形された後、加熱される。この加圧が、筒状の成形空間の長手方向についての両側から行なわれると、長手方向の両端部で密度が高く中央部に近付くに従い密度が低くなる密度分布が生ずる。内筒部材27,31が長くなるに従いこの密度の粗密の度合いが大きくなる。内筒部材が1つの場合には、軸線L1方向に長くなって、上記の現象が生じやすい。この点、第1実施形態では、2つの内筒部材27,31が、外筒部材21の軸線L1方向についての両側部に配設されることで、同方向に互いに離間させられることから、各内筒部材27,31は1つの場合よりも軸線L1方向に短くなり、密度分布を生じにくい。
また、各内筒部材27,31が軸線L1方向に短いことから、内筒部材が1つの場合に比べて、タービンシャフト14との摺動面の面積が小さくなる。そのため、各内筒部材27,31のタービンシャフト14との摩擦抵抗(フリクション)が小さくなり、燃費が向上する。
また、銅系材料(黄銅)は鋼よりも大きな線膨張係数(率)を有している。例えば、黄銅の線膨張係数は19×10^(-6)[1/K]であり、一般的な鋼の線膨張係数は11×10^(-6)[1/K]である。なお、「^ ()」はべき乗を表す。このことから、仮に、外筒部材21及び両内筒部材27,31がいずれも銅系材料で形成された場合、高温下では、外筒部材21及び両内筒部材27,31がタービンシャフト14よりも多く熱膨張し、両者の間の隙間が拡大し、タービンシャフト14が振動しやすくなる。この点、タービンシャフト14との摺動面を有する内筒部材27,31が銅系材料によって形成され、それらの内筒部材27,31の外側の外筒部材21が鋼によって形成されている第1実施形態では、外筒部材21が内筒部材27,31の膨張を規制する。そのため、高温下での使用でも内筒部材27,31の熱膨張が抑えられ、同内筒部材27,31とタービンシャフト14との間の隙間が拡大しにくく、タービンシャフト14の振動が抑制される。
以上詳述した第1実施形態によれば、次の効果が得られる。
(1) 規制部材26を介してハウジング16に取付けられる役割と、摺動面にてタービンシャフト14を受ける役割とを、外筒部材21及び内筒部材27,31といった2種類の部材によって担わせる。後者の役割を担う両内筒部材27,31を、タービンシャフト14とは異なる材料であって、前者の役割を担う外筒部材21よりも硬度の低い材料で形成している。
(1) 規制部材26を介してハウジング16に取付けられる役割と、摺動面にてタービンシャフト14を受ける役割とを、外筒部材21及び内筒部材27,31といった2種類の部材によって担わせる。後者の役割を担う両内筒部材27,31を、タービンシャフト14とは異なる材料であって、前者の役割を担う外筒部材21よりも硬度の低い材料で形成している。
そのため、外筒部材21により、規制部材26との取付け部分(係合孔25)でガタが生ずるのを抑制することができる。また、内筒部材27,31により、タービンシャフト14との摺動面で焼付きが起こるのを抑制することができる。
(2) 上記(1)に関連するが、各内筒部材27,31を外筒部材21よりも硬度の低い材料によって形成していることから、硬度の高い材料である鋼によって形成した場合よりも、切削等の機械加工がしやすくなるといった効果もある。
(3) 鋼は銅系材料(黄銅)よりも高い硬度を有する材料である。また、銅系材料は、鋼とは異なる材料であって、鋼よりも低い硬度を有する材料である。
そのため、外筒部材21として、鋼によって形成されたものを用い、各内筒部材27,31として銅系材料によって形成されたものを用いることで、規制部材26との取付け部分(係合孔25)でのガタを抑制しつつ、タービンシャフト14との摺動面での焼付きを抑制するといった、上記(1)の効果を有効に得ることができる。
そのため、外筒部材21として、鋼によって形成されたものを用い、各内筒部材27,31として銅系材料によって形成されたものを用いることで、規制部材26との取付け部分(係合孔25)でのガタを抑制しつつ、タービンシャフト14との摺動面での焼付きを抑制するといった、上記(1)の効果を有効に得ることができる。
また、内筒部材27,31の鋼製タービンシャフト14との摩擦係数は、同内筒部材27,31が銅系材料によって形成された場合に、鋼によって形成された場合よりも小さい。そのため、油膜が切れてタービンシャフト14が油膜を介さず内筒部材27,31に直接接触(メタルタッチ)した場合でも、ある程度は摩擦熱が発生しにくく、焼付きを抑制するうえで有利である。
さらに、上記(2)に関連するが、仮に、内筒部材27,31がセラミックを焼結することによって形成された場合には、セラミックが高い硬度を有する材料であることから、切削が難しい。焼結後に所望の形状に仕上げるのに長い加工時間を要する。この点、銅系材料(黄銅)は、セラミックに比べて硬度が低い。そのため、機械加工がしやすく、所望の形状に仕上げるのに要する時間は、セラミックの場合に比べて短くてすむ。
(4) 上記(3)に関連するが、タービンシャフト14が鋼によって形成されているターボチャージャ11にあって、セミフロートベアリング20においてタービンシャフト14との摺動面を有する各内筒部材27,31を銅系材料(黄銅)によって形成し、各内筒部材27,31の外側の外筒部材21を鋼によって形成している。
そのため、高温下で使用された場合でも、各内筒部材27,31が熱膨張するのを外筒部材21によって規制し、同内筒部材27,31とタービンシャフト14との間の隙間を拡大しにくくし、タービンシャフト14の振動を抑制することができる。
(5) 各内筒部材27,31として、銅系材料(黄銅)の粉末を焼結することにより形成された多孔質体からなるものを用いている。そのため、各内筒部材27,31に潤滑油を含浸させることができ、摺動面の耐焼付き性をさらに向上させることができる。
また、摺動面の耐焼付き性を高めるための手法の1つに、自己潤滑性を有する鉛を添加することがあるが、上記のように、各内筒部材27,31に含浸された潤滑油が潤滑に供するため、鉛を添加しなくてすむ。
(6) 内筒部材27,31として、それぞれ焼結によって形成されたものを2つ用い、これらを外筒部材21の軸線L1方向についての両側部に配設し、両内筒部材27,31を同方向へ互いに離間させている。
そのため、各内筒部材27,31の軸線L1方向についての長さを短くすることができる。内筒部材を1つの部材によって構成する場合に比べ、軸線L1方向についての両端部で密度が高く、同両端部から離れるほど密度が低くなるといった密度分布を生じにくくすることができる。
(7) 上記(6)の構成を採用したことにより、内筒部材を1つの部材によって構成する場合に比べ、タービンシャフト14との摺動面の面積を小さくし、内筒部材27,31のタービンシャフト14との摩擦抵抗(フリクション)を小さくして、燃費向上を図ることが可能となる。
(第2実施形態)
次に、本発明を具体化した第2実施形態について、図5〜図7を参照して説明する。
第2実施形態では、図5(A)及び図6(B)に示すように、内筒部材27として、外周面27Oの周方向へ互いに離れた複数箇所(3箇所)に突部29が設けられたものが用いられている。図5(B)及び図6(B)に示すように、内筒部材31として、外周面31Oの周方向へ互いに離れた複数箇所(3箇所)に突部32が設けられたものが用いられている。いずれの突部29,32も、内筒部材27,31の外周面27O,31O上に等角度毎に設けられている。各突部29,32は、径方向外方へ膨らみ、図6(A)に示す外筒部材21の大径孔部23の内周面と略同じ曲率の湾曲面を有している。
次に、本発明を具体化した第2実施形態について、図5〜図7を参照して説明する。
第2実施形態では、図5(A)及び図6(B)に示すように、内筒部材27として、外周面27Oの周方向へ互いに離れた複数箇所(3箇所)に突部29が設けられたものが用いられている。図5(B)及び図6(B)に示すように、内筒部材31として、外周面31Oの周方向へ互いに離れた複数箇所(3箇所)に突部32が設けられたものが用いられている。いずれの突部29,32も、内筒部材27,31の外周面27O,31O上に等角度毎に設けられている。各突部29,32は、径方向外方へ膨らみ、図6(A)に示す外筒部材21の大径孔部23の内周面と略同じ曲率の湾曲面を有している。
また、図7に示すように、各内筒部材27,31の内周面27I,31Iが周方向に径(半径r1,r2)の変化する波状に形成されている。内周面27I,31Iにおいて径の小さな部分(半径r1の部分)は、周方向について突部29,32と同じ位相となる箇所であって、突部29,32の内方に位置している。
各内周面27I,31Iを上記のような波状とするために、上記各内筒部材27,31は、上記拡散接合に代えて、各突部29,32において外筒部材21の大径孔部23内に圧入固定されている。
この圧入の際、突部29,32の湾曲面が大径孔部23の内周面に接触する。この接触部分を通じ、内筒部材27,31において突部29,32に対応する箇所(突部29,32が設けられている箇所)には、図7において矢印で示すように、内方に向かう荷重が加わる。こうした荷重は、内筒部材27,31において突部29,32に対応していない箇所(突部29,32が設けられていない箇所)、すなわち、大径孔部23の内周面から離れている箇所には加わらない、又は加わりにくい。
ここで、内筒部材27,31が外筒部材21よりも硬度の低い材料によって形成されている。そのため、上記の荷重により、内筒部材27,31において、突部29,32を通じて外筒部材21(大径孔部23の内周面)に接触している箇所が、圧入に際し内方へ変形する一方、接触していない箇所は、圧入に際し変形しない、又は変形しにくい。その結果、内筒部材27,31の内周面27I,31Iが、上述したような周方向に径(半径r1,r2)の変化する波状となる。
上記以外の構成は第1実施形態と同様である。そのため、第1実施形態と同様の要素については、同一の符号を付すことで重複する説明を省略する。
この第2実施形態のセミフロートベアリング20では、内筒部材27,31の内周面27I,31Iが、周方向に径(半径r1,r2)の変化する波状をなしていることから、周方向について内周面27I,31Iとタービンシャフト14との間の隙間に大小が生ずる。隙間の小さな箇所(径の小さな箇所)により、タービンシャフト14の振動(自励振動)が抑制される。自励振動は、タービンシャフト14の軸線が軸受孔15内で旋回運動するものである。また、潤滑油に異物が混入しても、その異物は隙間の大きな箇所(径の大きな箇所での隙間)を通じて排出されやすい。
この第2実施形態のセミフロートベアリング20では、内筒部材27,31の内周面27I,31Iが、周方向に径(半径r1,r2)の変化する波状をなしていることから、周方向について内周面27I,31Iとタービンシャフト14との間の隙間に大小が生ずる。隙間の小さな箇所(径の小さな箇所)により、タービンシャフト14の振動(自励振動)が抑制される。自励振動は、タービンシャフト14の軸線が軸受孔15内で旋回運動するものである。また、潤滑油に異物が混入しても、その異物は隙間の大きな箇所(径の大きな箇所での隙間)を通じて排出されやすい。
従って、第2実施形態によると、上述した第1実施形態での(1)〜(7)と同様の効果が得られるほか、次の効果が得られる。
(8) 各内筒部材27,31の内周面27I,31Iを、周方向に径(半径r1,r2)の変化する波状に形成している。
(8) 各内筒部材27,31の内周面27I,31Iを、周方向に径(半径r1,r2)の変化する波状に形成している。
そのため、タービンシャフト14の回転に伴う振動(自励振動)を抑制しつつ、異物の排出性能を高めることができる。
(9) 各内筒部材27,31として、外周面27O,31Oの周方向へ互いに離れた複数箇所に突部29,32が設けられたものを用い、各突部29,32において外筒部材21の大径孔部23に圧入するようにしている。
(9) 各内筒部材27,31として、外周面27O,31Oの周方向へ互いに離れた複数箇所に突部29,32が設けられたものを用い、各突部29,32において外筒部材21の大径孔部23に圧入するようにしている。
そのため、この圧入により、各内筒部材27,31を外筒部材21に固定することができる。また、上記各内筒部材27,31固定のための圧入を行なうだけで、内周面27I,31Iを、周方向に径(半径r1,r2)が変化し、かつ、同内周面27I,31Iのうち径の小さな部分(半径r1の部分)と突部29とが、周方向に同一の位相となる波状に形成することができる。内周面27I,31Iを波状にするために、各内筒部材27,31に対し切削加工等の機械加工を行なわなくてもすむ。
(第3実施形態)
次に、本発明を具体化した第3実施形態について、図8〜図11を参照して説明する。
第3実施形態では、図11(A),(B)に示すように、各内筒部材27,31の内周面27I,31Iが周方向に径(半径r)の変化する波状に形成されている。この内周面27I,31Iは、第2実施形態における各内周面27I,31Iとは、波状であるという点では共通しているが、若干異なっている。
次に、本発明を具体化した第3実施形態について、図8〜図11を参照して説明する。
第3実施形態では、図11(A),(B)に示すように、各内筒部材27,31の内周面27I,31Iが周方向に径(半径r)の変化する波状に形成されている。この内周面27I,31Iは、第2実施形態における各内周面27I,31Iとは、波状であるという点では共通しているが、若干異なっている。
第3実施形態の第2実施形態との大きな相違点は、各内筒部材27,31に波状の内周面27I,31Iを形成する方法にある。次に、この波状の内周面27I,31Iを形成する方法を中心に、セミフロートベアリング20を製造する方法について説明する。この製造方法は、(I)圧入工程、(II)内周面加工工程、及び(III )外周面加工工程を備えている。
また、この製造方法の実施に当たっては、図8及び図9に示すように、外筒部材21の前駆体35(外筒部材21となる前の状態を示すもの)と、両内筒部材27,31とが準備される。前駆体35には、小径孔部22及び2つの大径孔部23が設けられているが、環状溝24は設けられていない。前駆体35の軸線L1方向についての両側部分の外径は、外筒部材21の対応する部分での外径よりも大きくなっている。前駆体35の外周面35Oは、外径が均一な円筒面に形成されている。
両内筒部材27,31としては、第2実施形態と同様、外周面27O,31Oの周方向へ互いに離間した複数箇所(3箇所)に突部29,32の設けられたものが準備される。いずれの内筒部材27,31についても、複数の突部29,32は等角度毎に設けられている。各突部29,32は、径方向外方へ膨らみ、大径孔部23の内周面と略同じ曲率の湾曲面を有している。
(I)圧入工程
圧入工程では、図10(A),(B)に示すように、各内筒部材27,31が、各突部29,32において前駆体35の大径孔部23内に圧入される。この圧入の際、突部29,32の湾曲面が大径孔部23の内周面に接触する。この接触部分を通じ、内筒部材27,31において突部29,32に対応する箇所(突部29,32の設けられた箇所)には、図10(B)において矢印で示すように、内方に向かう荷重が加わる。こうした荷重は、内筒部材27,31において突部29,32に対応していない箇所(突部29,32の設けられていない箇所)、すなわち、大径孔部23の内周面から離れている箇所には加わらない、又は加わりにくい。
圧入工程では、図10(A),(B)に示すように、各内筒部材27,31が、各突部29,32において前駆体35の大径孔部23内に圧入される。この圧入の際、突部29,32の湾曲面が大径孔部23の内周面に接触する。この接触部分を通じ、内筒部材27,31において突部29,32に対応する箇所(突部29,32の設けられた箇所)には、図10(B)において矢印で示すように、内方に向かう荷重が加わる。こうした荷重は、内筒部材27,31において突部29,32に対応していない箇所(突部29,32の設けられていない箇所)、すなわち、大径孔部23の内周面から離れている箇所には加わらない、又は加わりにくい。
ここで、内筒部材27,31が前駆体35よりも硬度の低い材料によって形成されている。そのため、上記の荷重により、内筒部材27,31において、突部29,32を通じ前駆体35(大径孔部23の内周面)に接触している箇所が圧入に際し内方へ変形する一方、接触していない箇所は、圧入に際し変形しない、又は変形しにくい。その結果、内筒部材27,31の内周面27I,31Iが、周方向に径(半径r)の変化し、かつ、同内周面27I,31Iのうち径(半径r)の小さな部分と突部29とが、周方向に同一の位相となる波状に形成される。この波状の内周面27I,31Iにおいて、半径rの小さな部分は、周方向について突部29,32と同じ位相となる箇所であって、突部29,32の内方に位置する。
(II)内周面加工工程
内周面加工工程では、全ての内筒部材27,31を対象とし、それらの内周面27I,31Iを含む内周部分(図10(A),(B)において塗り潰されている箇所)に対し、切削工具等による同軸加工が一度で行なわれる。この加工により、少なくとも径(半径r)の小さな箇所が削り取られる等して、各内筒部材27,31の内部空間が拡張される。その結果、同軸度が高められた状態で両内筒部材27,31の内周面27I,31Iが円筒面に形成される。
内周面加工工程では、全ての内筒部材27,31を対象とし、それらの内周面27I,31Iを含む内周部分(図10(A),(B)において塗り潰されている箇所)に対し、切削工具等による同軸加工が一度で行なわれる。この加工により、少なくとも径(半径r)の小さな箇所が削り取られる等して、各内筒部材27,31の内部空間が拡張される。その結果、同軸度が高められた状態で両内筒部材27,31の内周面27I,31Iが円筒面に形成される。
(III )外周面加工工程
外周面加工工程では、図11(A),(B)に示すように、前駆体35について、少なくとも内筒部材27,31の圧入された箇所の外周面35Oが、その外径が外筒部材21の外径と同じになるように円筒面に加工される。この工程では、上記加工に加え、軸線L1方向についての中間部分に対し切削加工等が施されることにより、環状溝24が併せて形成される。
外周面加工工程では、図11(A),(B)に示すように、前駆体35について、少なくとも内筒部材27,31の圧入された箇所の外周面35Oが、その外径が外筒部材21の外径と同じになるように円筒面に加工される。この工程では、上記加工に加え、軸線L1方向についての中間部分に対し切削加工等が施されることにより、環状溝24が併せて形成される。
上記の加工により、前駆体35の外径が小さくなることで、図11(B)において矢印で示すように、突部29,32を通じ前駆体35から各内筒部材27,31に加わる、内方へ向かう荷重が小さくなる。一方、突部29,32を通じ各内筒部材27,31から前駆体35に加わる、外方へ向かう荷重(図示略)は変わらない。しかし、径が小さくなったとはいえ、前駆体35は各内筒部材27,31よりも硬度の高い材料によって形成されていて変形しにくい。そのため、各内筒部材27,31において、それまで抑えられていた応力が開放されたような状態が生じて、同内筒部材27,31が図11(B)に示すように変形し、その内周面27I,31Iが周方向に波打ったような形状となる。
このようにして、外筒部材21が形成されるとともに、その外筒部材21に内筒部材27,31が固定されることで、各内筒部材27,31の内周面27I,31Iが周方向に径(半径r)の変化する波状に形成されたセミフロートベアリング20が得られる。
ここで、両内筒部材27,31の内周面27I,31Iを波状にする別の方法として、例えば、外筒部材21の軸線L1方向についての両側部分に、円筒面からなる内周面27I,31Iを有する2つの内筒部材27,31を固定し、その後に、内周面27I,31Iを波状に加工することが考えられる。この場合、軸線L1方向についての一方から他方に向けて、全ての内筒部材27,31の内周面27I,31Iを、切削工具等により波状に加工することは難しい。そのため、軸線L1方向についての両側から、各内筒部材27,31の内周面27I,31Iを別々に波状に加工することになる。しかし、この場合には、同軸度が高められた状態で両内筒部材27,31の内周面27I,31Iを波状に加工することは難しい。
この点、第3実施形態では、上述したように、内周面27I,31Iを波状にする外周面加工工程が行なわれる前に、同軸度を高めつつ同内周面27I,31Iを円筒面に加工する内周面加工工程が行なわれる。そのため、外周面加工工程では同軸度が確保されたうえで両内周面27I,31Iが容易に波状にされる。
そして、上記のようにして得られたセミフロートベアリング20がターボチャージャの軸受として用いられた場合には、周方向について、内筒部材27,31の内周面27I,31Iとタービンシャフト14との間の隙間に大小が生ずる。隙間の小さな箇所によりタービンシャフト14の振動(自励振動)が抑制される。また、潤滑油に異物が混入しても、その異物は、隙間の大きな箇所を通じて排出されやすい。
また、両内周面27I,31Iの同軸度が高められていることから、同軸度が低い(軸線L2,L3間のずれが許容範囲を越えている)場合に起こり得る現象、すなわち、タービンシャフト14の捩れ、撓み、あるいは位置ずれ等が起きて回転抵抗や騒音等が発生する現象が起こりにくい。
従って、第3実施形態によると、上述した(1)〜(7)と同様の効果が得られるほか、次の効果が得られる。
(10) セミフロートベアリング20の製造に当たり、(I)圧入工程、(II)内周面加工工程及び(III )外周面加工工程を順に実施している。そのため、両内筒部材27,31の同軸度を確保したうえで、それらの内周面27I,31Iを波状にすることができ、タービンシャフト14の回転に伴う振動(自励振動)を抑制しつつ、異物の排出性能を高めるといった、上記(8)と同様の効果を得ることができる。
(10) セミフロートベアリング20の製造に当たり、(I)圧入工程、(II)内周面加工工程及び(III )外周面加工工程を順に実施している。そのため、両内筒部材27,31の同軸度を確保したうえで、それらの内周面27I,31Iを波状にすることができ、タービンシャフト14の回転に伴う振動(自励振動)を抑制しつつ、異物の排出性能を高めるといった、上記(8)と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・第1及び第2実施形態において内筒部材27,31の数は、1又は3以上であってもよい。また、第3実施形態において、内筒部材27,31の数は3以上であってもよい。
・第1及び第2実施形態において内筒部材27,31の数は、1又は3以上であってもよい。また、第3実施形態において、内筒部材27,31の数は3以上であってもよい。
・内筒部材27,31の材料として、上述した銅系材料のほかにも、アルミ合金等のアルミ系材料が用いられてもよい。
・第2及び第3実施形態において、突部29,32は、各内筒部材27,31の外周面27O,31Oに代えて、外筒部材21又は前駆体35における大径孔部23の内周面の周方向へ互いに離れた複数箇所に設けられてもよい。
・第2及び第3実施形態において、突部29,32は、各内筒部材27,31の外周面27O,31Oに代えて、外筒部材21又は前駆体35における大径孔部23の内周面の周方向へ互いに離れた複数箇所に設けられてもよい。
この場合にも、セミフロートベアリング20の製造に際し、突部29,32において外筒部材21又は前駆体35と各内筒部材27,31とが接触するように各内筒部材27,31が、外筒部材21又は前駆体35の大径孔部23内に圧入される。この圧入により、上記第2及び第3実施形態と同様にして、内筒部材27,31の内周面27I,31Iが、周方向に径の変化し、かつ、同内周面27I,31Iのうち径の小さな部分と突部29,32とが、周方向に同一の位相となる波状に形成される。
・第2及び第3実施形態では、内筒部材27における突部29、及び内筒部材31における突部32が、2又は3以上設けられてもよい。また、複数の突部29,32は、必ずしも等角度毎に設けられなくてもよい。これらの変更は、突部29,32が、上記のように外筒部材21又は前駆体35に設けられる場合についても同様に可能である。
・外筒部材21は、複数の規制部材26によってハウジング16に取付けられてもよい。
・上記実施形態では、規制部材26は、外筒部材21の係合孔25に圧入されることで同外筒部材21に固定されたが、これとは異なる構造で固定されてもよい。
・上記実施形態では、規制部材26は、外筒部材21の係合孔25に圧入されることで同外筒部材21に固定されたが、これとは異なる構造で固定されてもよい。
・本発明のセミフロートベアリングは、ターボチャージャの軸受に限らず、その他の高速回転機械の軸受に適用することもできる。
14…タービンシャフト(回転軸)、16…ハウジング、20…セミフロートベアリング、21…外筒部材、26…規制部材、27,31…内筒部材、27I,31I…内周面、27O,31O,35O…外周面、29,32…突部、35…前駆体、L1,L2,L3…軸線、r,r1,r2…半径(径)。
Claims (8)
- 筒状をなし、規制部材を介してハウジングに取付けられて軸線周りの回転を前記規制部材により規制されるとともに回転軸が挿通され、前記ハウジングとの間に潤滑油が供給される外筒部材と、
前記外筒部材に固定された状態で、同外筒部材及び前記回転軸間に配設され、前記回転軸を受ける摺動面を内周面に有し、前記回転軸との間に潤滑油が供給される内筒部材と
を備え、前記内筒部材が前記回転軸とは異なる材料であって、前記外筒部材よりも硬度の低い材料で形成されていることを特徴とするセミフロートベアリング。 - 前記外筒部材は鋼により形成され、前記内筒部材は銅系材料により形成されている請求項1に記載のセミフロートベアリング。
- 前記内筒部材は、金属粉末を焼結することにより形成される多孔質体からなる請求項1又は2に記載のセミフロートベアリング。
- 前記内筒部材は2つ用いられ、互いに離間した状態で前記外筒部材に配設されている請求項3に記載のセミフロートベアリング。
- 前記内筒部材は、前記外筒部材に対し拡散接合により固定されている請求項1〜4のいずれか1つに記載のセミフロートベアリング。
- 前記内筒部材の内周面は周方向に径が変化する波状に形成されている請求項1〜5のいずれか1つに記載のセミフロートベアリング。
- 前記内筒部材の外周面又は前記外筒部材の内周面について、周方向へ互いに離れた複数箇所に突部が設けられ、
前記内筒部材の内周面のうち径の小さな部分と前記突部とは、周方向に同一の位相となる箇所に設けられている請求項6に記載のセミフロートベアリング。 - 筒状をなし、規制部材を介してハウジングに取付けられて軸線周りの回転を前記規制部材により規制されるとともに回転軸が挿通され、前記ハウジングとの間に潤滑油が供給される外筒部材と、
前記外筒部材に固定された状態で、同外筒部材及び前記回転軸間の複数箇所に配設され、前記回転軸を受ける摺動面を各内周面に有し、前記回転軸との間に潤滑油が供給される複数の内筒部材と
を備え、前記各内筒部材の外周面又は前記外筒部材の内周面について、周方向へ互いに離れた複数箇所に突部が設けられ、さらに、前記各内筒部材が前記回転軸とは異なる材料であって、前記外筒部材よりも硬度の低い材料で形成されているセミフロートベアリングを製造する方法であって、
前記外筒部材よりも外径の大きな筒状の前駆体を用い、前記突部において前記前駆体と前記各内筒部材とが接触するように、前記各内筒部材を前記前駆体に圧入する工程と、
全ての前記内筒部材の内周面を円筒面に同軸加工する工程と、
前記前駆体について前記各内筒部材の圧入された箇所の外周面を、その外径が前記外筒部材の外径と同じになるように円筒面に加工する工程と
を備えることを特徴とするセミフロートベアリングの製造方法。
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- 2011-08-29 JP JP2011186218A patent/JP2013047551A/ja not_active Withdrawn
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