JPH06109026A - 高温用軸受構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シャフトを保持するセラミック製のスリーブ
をハウジングの熱変形に起因する外力から確実に保護す
る。 【構成】 第１のスリーブ２０の外周面に周方向に延び
る第１の凹部２１を形成するとともに、第１のスリーブ
２０の内周面に周方向に延びる第２の凹部２２を形成
し、第１の凹部２１の端部と第２の凹部２２の端部とを
軸方向に重ねることにより、第１のスリーブ２０に薄肉
部２３を形成し、第１のスリーブ２０を半径方向に弾性
変形可能にする。これにより、ハウジング１１の熱変形
を第１のスリーブ２０で吸収することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック製のスリー
ブを用いた高温用軸受構造に関し、とくにセラミック製
のスリーブをハウジングの熱変形による外力から確実に
保護するようにした高温用軸受構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車では、エンジン出力を高めるため
の手段の一つとしてターボチャージャが搭載される。タ
ーボチャージャは、ウエストゲートバルブの開度制御に
より、低速域では排気タービンの回転数を高くし、高速
域ではタービンに流入する排気ガス量を制御することに
より、タービンのオーバランを防止するようになってい
る。

【０００３】図７および図８は、従来のターボチャージ
ャにおけるウエストゲートバルブの近傍を示している。
図中、１はタービンハウジングを示し、２はタービンロ
ータを示している。タービンハウジング１には、エンジ
ンからの排気ガスをタービンロータ２をバイパスさせて
流すためのバイパス通路３が形成されている。バイパス
通路３には、金属製のウエストゲートバルブ４が配置さ
れている。

【０００４】ウエストゲートバルブ４は、シャフト５と
連結されており、シャフト５を軸心まわりに回動させる
ことにより、ウエストゲートバルブ４がバイパス通路３
を開閉するようになっている。シャフト５は、タービン
ハウジング１に設けられたブッシュ６に回動可能に保持
されている。

【０００５】ターボチャージャの軸受構造に関する先行
技術の一つとして、実開昭６２−１５２０３３号公報が
知られている。本公報の軸受装置では、排気通路壁とシ
ャフトとの間に熱膨張係数が小さいスリーブを介装し、
排気通路壁とスリーブとの間およびスリーブとシャフト
との間に、軸方向に相互に異なる位置に隙間が形成され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報の軸受装置にはつぎの問題が存在する。上記公報の軸
受装置では、隙間の形成によってハウジングとスリーブ
との嵌合面積が減少する。ハウジングの熱変形時には、
スリーブの嵌合面積は受圧面積として機能するので、受
圧面積が減少する分だけスリーブに局部的に大きな力が
作用する。

【０００７】スリーブとシャフトの焼付きを防止するた
めには、スリーブをセラミックから構成するのが望まれ
るが、上記のようにハウジングとスリーブとの嵌合面積
が減少する場合は、セラミック製のスリーブに過大な力
が作用することになる。セラミックは外力に対して脆い
ので、シャフトを保持するスリーブを単にセラミックに
すると、ハウジングの熱変形による外力によってスリー
ブが破損するおそれがあり、耐久信頼性の点で問題とな
る。

【０００８】本発明は、上記の問題に着目し、シャフト
を保持するセラミック製のスリーブをハウジングの熱変
形に起因する外力から確実に保護することが可能な高温
用軸受構造を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明に
係る高温用軸受構造は、金属製のハウジングに金属から
なる筒状の第１のスリーブを嵌合し、該第１のスリーブ
の内側にセラミックからなる筒状の第２のスリーブを嵌
合し、該第２のスリーブにシャフトを移動可能に挿通
し、前記第１のスリーブの外周面に周方向に延びる第１
の凹部を形成するとともに、前記第１のスリーブの内周
面に周方向に延びる第２の凹部を形成し、前記第１の凹
部の端部と第２の凹部の端部とを軸方向に重ねたものか
ら成る。

【００１０】

【作用】このように構成された高温用軸受構造において
は、第１のスリーブが金属から構成され、第２のスリー
ブがセラミックから構成される。金属からなる第１のス
リーブには、第１の凹部と第２の凹部が軸方向に重なる
ように形成されているので、第１のスリーブには局部的
に薄肉部が形成され、第１のスリーブは半径方向に弾性
変形可能となる。

【００１１】そのため、金属製のハウジングが高温によ
って熱変形しても、ハウジングの変形量を第１のスリー
ブの弾性変形によって吸収することが可能となる。した
がって、セラミックから構成される第２のスリーブには
過大な力が作用しなくなり、第２のスリーブは外力によ
る破壊から確実に保護される。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明に係る高温用軸受構造の望ま
しい実施例を、図面を参照して説明する。

【００１３】第１実施例 図１ないし図３は、本発明の第１実施例を示しており、
とくにターボチャージャのウエストゲートバルブの開度
制御機構に適用した場合を示している。図中、１１はタ
ーボチャージャのタービンハウジングを示している。タ
ービンハウジング１１は、金属から構成されている。タ
ービンハウジング１１に形成された排気ガス通路１２に
は、タービンロータ１３が配置されている。

【００１４】タービンハウジング１１の一方の側面に
は、フランジ１４が取付けられている。タービンハウジ
ング１１の上流側には、タービンロータ１３をバイパス
するバイパス通路１５が形成されている。バイパス通路
１５には、セラミックからなる円筒管１６が配置されて
いる。円筒管１６の外周面には、周方向に延びるシール
溝１７が形成されている。シール溝１７には、シールリ
ングとしてのピストンリング１８が装着されている。ピ
ストンリング１８は、バイパス通路１５の内壁面に密着
しており、円筒管１６の中空部がバイパス通路１５とし
て機能するようになっている。

【００１５】タービンハウジング１１には、タービンロ
ータ１３の軸方向と平行に延びる壁部１１ａが形成され
ている。壁部１１ａには、タービンハウジング１１の外
とバイパス通路１５とを貫通する取付穴１９が形成され
ている。取付穴１９には、金属製の第１のスリーブ２０
が嵌合されている。第１のスリーブ２０は円筒状に形成
されている。第１のスリーブ２０の外周面には、図１に
示すように、周方向に延びる第１の凹部２１が形成され
ている。第１の凹部２１は、第１のスリーブ２０の軸方
向中央部から第１のスリーブ２０の端部近傍まで延びて
いる。

【００１６】第１のスリーブ２０は、本実施例では取付
穴１９に圧入されており、これによって第１のスリーブ
２０はタービンハウジング１１に固定される。なお、第
１のスリーブ２０と取付穴１９との嵌合をすきま嵌めと
し、第１のスリーブ２０をタービンハウジング１１に溶
接によって固定する構造としてもよい。

【００１７】第１のスリーブ２０の内周面には、周方向
に延びる第２の凹部２２が形成されている。第２の凹部
２２は、第１のスリーブ２０の端部にそれぞれ位置して
いる。第１の凹部２１の端部と第２の凹部２２の端部
は、第１のスリーブ２０の軸方向に重なっている。これ
により、第１のスリーブ２０には薄肉部２３が形成され
ている。薄肉部２３は、半径方向に弾性変形しやすくな
っている。

【００１８】第１のスリーブ２０の内周面には、セラミ
ックからなる第２のスリーブ２４が嵌合されている。第
２のスリーブ２４の軸心Ｂは、図３に示すように、第１
のスリーブ２０の軸心Ａに対して距離Ｓだけ偏心してい
る。第２のスリーブ２４は、上述した円筒管１６から壁
部１１ａに向って延びている。本実施例では、円筒管１
６と第２のスリーブ２４は一体成形によって製作されて
いる。第２のスリーブ２４の線膨張率は、第１のスリー
ブ２０の１／２〜１／４程度になっている。第２のスリ
ーブ２４の内周面には、シャフト２５が挿通されてい
る。第１のスリーブ２０と第２のスリーブ２４との嵌合
部は、ろう付けされている。

【００１９】なお、第２のスリーブ２４の軸心Ｂを第１
のスリーブ２０の軸心Ａに対して偏心させているのは、
取付穴１９の直径を極力小とするためであり、これによ
ってタービンハウジング１１と第１のスリーブ２０との
嵌合部からの排気ガス漏れを最小に抑えることが可能と
なる。

【００２０】第２のスリーブ２４に挿通されたシャフト
２５の一端には、円筒管１６内に配置されたウエストゲ
ートバルブ２６が連結されている。シャフト２５および
ウエストゲートバルブ２６はセラミックから構成されて
いる。本実施例では、シャフト２５とウエストゲートバ
ルブ２６は一体化されている。なお、シャフト２５は金
属製であってもよい。

【００２１】シャフト２５の他端には、レバー２７が取
付けられている。レバー２７は、図示されないリンク機
構と連結されており、シャフト２５を中心に揺動可能と
なっている。レバー２７の揺動運動はシャフト２５を介
してウエストゲートバルブ２６に伝達され、ウエストゲ
ートバルブ２６の開度調整により、バイパス通路を流れ
る排気ガスの流量が制御されるようになっている。

【００２２】つぎに、第１実施例における作用について
説明する。エンジンが起動されると、排気ガス通路１２
を流れる排気ガスによってタービンロータ１３が回転
し、過給が行われる。エンジンの運転中には、排気ガス
通路１２を流れる排気ガスによってタービンハウジング
１１が加熱され、タービンハウジング１１が熱変形を起
す。

【００２３】タービンハウジング１１の熱変形による外
力は、第１のスリーブ２０に作用するが、第１のスリー
ブ２０は薄肉部２３によって半径方向に弾性変形可能と
なっているので、タービンハウジング１１の熱変形は第
１のスリーブ２０の半径方向の弾性変形によって吸収す
ることが可能となる。そのため、第１のスリーブ２０と
嵌合される第２のスリーブ２４には過大な力が作用しな
くなり、セラミックから構成される第２のスリーブ２４
は、タービンハウジング１１の熱変形による外力から確
実に保護される。

【００２４】ウエストゲートバルブ２６およびこのウエ
ストゲートバルブ２６が配置される円筒管１６が共にセ
ラミックから構成されるので、高温の排気ガスによるウ
エストゲートバルブ２６と円筒管１６の熱変形が著しく
小に抑えられる。したがって、ウエストゲートバルブ２
６の閉弁時におけるウエストゲートバルブ２６と円筒管
１６の着座面との密閉度が向上し、バイパス通路１５に
おける排気ガス漏れが極めて小に抑えられる。

【００２５】また、円筒管１６の外周面にはシールリン
グとしてのピストンリング１８が装着されているので、
タービンハウジング１１の熱変形はピストンリング１８
の半径方向の弾性変形によって吸収することが可能とな
る。これにより、セラミックからなる円筒管１６もター
ビンハウジング１１の熱変形による外力から確実に保護
される。

【００２６】本実施例では、第１の凹部２１を第１のス
リーブ２０の軸方向中央部から第１のスリーブ２０の端
部近傍まで延ばし、第２の凹部２２を第１のスリーブ２
０の端部に位置させるようにしているが、図４に示すよ
うに、第１の凹部２１を第１のスリーブ２０の端部に配
置し、第２の凹部２２を第１のスリーブ２０の軸方向中
央部から第１のスリーブ２０の端部近傍まで延びる構成
としても、上述と同様な効果が得られる。

【００２７】第２実施例 図５は、本発明の第２実施例を示している。第２実施例
が第１実施例と異なるところは、第１のスリーブおよび
第２のスリーブの形状のみであり、その他の部分は第１
実施例に準じるので、準じる部分に第１実施例と同一の
符号を付すことにより準じる部分の説明を省略し、異な
る部分についてのみ説明する。後述する他の実施例も同
様とする。

【００２８】第１のスリーブ２０の軸心Ａと第２のスリ
ーブ２４の軸心Ｂとを偏心させていたが、本実施例では
軸心Ａと軸心Ｂは一致している。したがって、第１のス
リーブ２０の全周にわたって薄肉部２３を形成すること
ができ、第１のスリーブ２０は全方向からの外力に対し
て半径方向に弾性変形することが可能となる。

【００２９】第１実施例では、第２のスリーブ２４は円
筒管１６と一体成形されたものを用いたが、本実施例で
は第２のスリーブ２４を単独で用いている。したがっ
て、この場合はターボチャージャのウエストゲートバル
ブ２６に限らず、高温で使用されるバタフライ弁等の開
閉機構に適用することが可能となる。

【００３０】第３実施例 図６は、本発明の第３実施例を示している。第１実施例
および第２実施例は、いずれもシャフト２５を回動させ
る構造であったが、本実施例ではシャフト２５が軸方向
に移動するようになっている。したがって、本実施例は
エンジンの吸気バルブや排気バルブのように軸方向に運
動するポペット弁にも適用可能となり、この場合はシャ
フトとしてのバルブステムが第２のスリーブ２４によっ
て摺動可能に保持される。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、つぎの効果が得られ
る。

【００３２】（１）金属製の第１のスリーブの内側にセ
ラミックからなる第２のスリーブを嵌合し、この第２の
スリーブにシャフトを移動可能に挿通し、第１のスリー
ブの外周面に周方向に延びる第１の凹部を形成するとと
もに、第１のスリーブの内周面に周方向に延びる第２の
凹部を形成し、第１の凹部の端部と第２の凹部の端部と
を軸方向に重ねるようにしたので、第１のスリーブに薄
肉部を形成することができ、第１のスリーブを半径方向
に弾性変形させることが可能となる。したがって、セラ
ミックから構成される第２のスリーブをハウジングの熱
変形による外力から確実に保護することができ、高温下
での軸受の耐久信頼性を高めることができる。

【００３３】（２）シャフトが挿通される第２のスリー
ブはセラミックから構成されるので、シャフトが金属製
であってもシャフトと第２のスリーブの焼付きを解消す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る高温用軸受構造の要
部拡大断面図である。

【図２】図１の高温用軸受構造が採用されるターボチャ
ージャのタービンハウジング近傍の断面図である。

【図３】図２を矢印Ｆ方向からみた平面図である。

【図４】図１の高温用軸受構造の変形例を示す要部拡大
断面図である。

【図５】本発明の第２実施例に係る高温用軸受構造の要
部拡大断面図である。

【図６】本発明の第３実施例に係る高温軸受構造の要部
拡大断面図である。

【図７】従来の高温用軸受構造の一例を示す断面図であ
る。

【図８】図７を矢印Ｇ方向からみた側面図である。

【符号の説明】

１１ ハウジングとしてのタービンハウジング ２０ 第１のスリーブ ２１ 第１の凹部 ２２ 第２の凹部 ２３ 薄肉部 ２４ 第２のスリーブ ２５ シャフト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製のハウジングに金属からなる筒状
   の第１のスリーブを嵌合し、該第１のスリーブの内側に
   セラミックからなる筒状の第２のスリーブを嵌合し、該
   第２のスリーブにシャフトを移動可能に挿通し、前記第
   １のスリーブの外周面に周方向に延びる第１の凹部を形
   成するとともに、前記第１のスリーブの内周面に周方向
   に延びる第２の凹部を形成し、前記第１の凹部の端部と
   第２の凹部の端部とを軸方向に重ねたことを特徴とする
   高温用軸受構造。