圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機
【課題】簡略な構成によって、ガイドベーンの軸の一つに外部から回動軸を挿入し確実に接続し得、組立作業性向上を図り得る圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機を提供する。
【解決手段】ガイドベーン１９の軸２０の端面中心部に、該軸２０の直径方向へ延びる接続凸部３６を形成し、前記ガイドベーンの軸２０に形成した接続凸部３６に嵌合する接続凹部３９を前記回動軸４０の先端に設けることにより、嵌合手段６０を構成する。
【解決手段】ガイドベーン１９の軸２０の端面中心部に、該軸２０の直径方向へ延びる接続凸部３６を形成し、前記ガイドベーンの軸２０に形成した接続凸部３６に嵌合する接続凹部３９を前記回動軸４０の先端に設けることにより、嵌合手段６０を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンへの過給を行う過給機は、タービンインペラとコンプレッサインペラを同軸上に備え、エンジンの排気によりタービンインペラを回転させ、回転軸を介してコンプレッサインペラを回転させることにより、吸気を取り入れて圧縮し、得られた圧縮空気をエンジンに供給する遠心圧縮機（圧縮機）を備えている。
【０００３】
前述の如き過給機の圧縮機においては、該圧縮機に取り入れられる空気量が減少してくると、圧縮機の特性曲線がサージ線を越えてサージング領域に入るという特性がある。従って、前記サージ線を低流量側へ移動させてサージング領域を狭めることができれば、エンジンの運転範囲をワイドレンジとすることができて有益となる。
【０００４】
このため、従来、サージング領域に入るような低流量容量の運転状況下でも、サージング領域に入らないようにサージ線を低流量側へ移動させるようにした圧縮機として、コンプレッサインペラの入口上流側に可変ガイドベーン（ＶＩＧＶ：Variable Inlet Guide Vane＝以下、単にガイドベーンと略称する）を設けることにより、コンプレッサインペラに向かう空気に予旋回を与えて、圧縮機の流量特性を変化させるようにしたものが提案されており、この種の圧縮機としては、例えば、特許文献１、２が存在する。
【０００５】
特許文献１に記載の圧縮機では、コンプレッサインペラへ空気を導く空気入口管（ハウジング）内側の周方向に複数のガイドベーンを放射状に配置すると共に、各ガイドベーンの各軸をハウジングを貫通して外部に導き、該ハウジングの外部には前記各軸に対応した回転駆動装置を設け、該各回転駆動装置によって前記各軸を同時に回転させることにより各ガイドベーンの回動角度を一斉に調整するようにしている。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の圧縮機では、コンプレッサインペラへ空気を導くハウジング内側の周方向に複数のガイドベーンを放射状に配置し、該各ガイドベーンの各軸をハウジングの内部に設けた空間に導き、該空間内部におけるガイドベーンの各軸には軸と直交方向に延びるアームを取り付け、該アームの端部を他のアームを介してリングに接続している。各ガイドベーンの一つの軸に接続された回転軸がハウジングを貫通して外部に導かれており、前記回動軸を回動させると、前記アームと他のアームを介してリングが回転し、該リングが回転すると前記他のアームとアームを介して前記各軸が同時に回動し、各ガイドベーンの回動角度が一斉に調整されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０２３７９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１に記載の圧縮機においては、ガイドベーンの各軸をハウジングを貫通して外部に導き、該軸に対応して設けた回転駆動装置により各軸を別個に回転駆動するようにしているので、ハウジング内部の構成は比較的簡単となるものの、複数のガイドベーンの各軸に対応した回転駆動装置をハウジングの外部に複数配設する必要があるため、ハウジング外部の構造が複雑となり、且つガイドベーンの数に応じた複数の回転駆動装置が必要となることから大幅なコストアップにつながるという問題があった。又、ハウジングの外部に複数の回転駆動装置が設置されると、外部からの衝撃等を受けることにより回転駆動装置が損傷する可能性があった。更に、前記複数の回転駆動装置を同期して駆動するために制御が必要になるという問題もあった。
【０００９】
一方、前記特許文献２に記載の圧縮機では、ハウジングに設けた空間に、リングと、ガイドベーンの各軸とリングとを接続するためのアーム及び他のアームを備え、ガイドベーンの一つの軸をハウジングを貫通した回動軸によって回動するようにしているので、前記回動軸を回動させる一つの駆動装置を備えることで、全てのガイドベーンの回動角度を一斉に調整できる利点があり、ハウジング外部の構成を簡略化することができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献２では、ガイドベーンの各軸とリングとの間に備えるアーム及び他のアームを、狭い空間内部で接続する必要があり、組立作業が非常に困難であるという問題があった。又、軸とリングとの間の力の伝達を前記アーム及び他のアームを介して行う構成では、各部の製作精度のバラツキ等によって各ガイドベーンの回動に誤差を生じる可能性があった。更に又、特許文献２では特に説明されていないが、ガイドベーンの各軸はハウジングの空間を形成する内壁の孔を貫通し、この孔の軸受によって回動可能に支持する必要があるが、前記したように軸に予めアームが備えられている場合には、前記軸を内壁の孔に貫通させることができなくなる虞もあった。
【００１１】
上記したような組立性の問題を解消するには、前記ガイドベーンの各軸をハウジングを貫通して外部に突出して設け、ハウジングの外部に設けた回動リング機構によって前記各軸を一斉に回動させるようにしたものも考えられる。しかし、このようにハウジングの外部に回動リング機構を設けた場合には、圧縮機の外形形状が大型化する問題があると共に、外部からの衝撃等によって損傷する可能性が高まる。
【００１２】
従って、上記観点から、圧縮機のガイドベーンを一斉に回動するための機構はハウジング内部に設けられることが好ましいが、一斉回動のための機構をハウジング内に設けた場合には、組み立て等の作業性が非常に悪くなるという問題がある。特に、車載用のターボチャージャに備えられる圧縮機は、近年、小型・軽量化が進められており、このような小型の圧縮機においては、組み立ての作業性に優れた技術の出現が望まれている。
【００１３】
本発明は、斯かる実情に鑑み、簡略な構成によって、ガイドベーンの軸の一つに外部から回動軸を挿入し確実に接続し得、組立作業性向上を図り得る圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、内部に回転軸を中心としてコンプレッサインペラが回転自在に配設されたハウジングの内部に、ガイドベーンユニットを前記コンプレッサ入口側に嵌合するよう挿入して構成され、
該ガイドベーンユニットは、前記回転軸と交差する方向の対向面によって分割された軸受リングと押えリングとの間で、円周方向へ等間隔で且つ半径方向へ放射状に配設される複数のガイドベーンの軸を挟み込んで回動自在に支持し、前記軸受リングと押えリングの対向面の少なくとも一方に形成された環状溝にはリングギヤが配置され、且つ該リングギヤに噛合するピニオンが前記各ガイドベーンの軸に備えられ、
前記ハウジングには、該ハウジングの内部に挿入した前記ガイドベーンユニットのガイドベーンの軸の一つに外部から回動軸を挿入して接続するための軸孔が形成され、
前記各ガイドベーンの軸の端部に前記回動軸の先端を接続可能な嵌合手段を備えたことを特徴とする圧縮機の可変ガイドベーン装置にかかるものである。
【００１５】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１６】
複数あるガイドベーンのうちのどの軸が回動軸の取付部分に位置しても、該回動軸の先端を嵌合手段を介して前記軸に確実に接続可能となり、ガイドベーンを一斉に回動させるための機構をハウジング内部に設けた小型の圧縮機においても組立作業性が向上し、コスト面でも有利となる。
【００１７】
前記圧縮機の可変ガイドベーン装置においては、前記ガイドベーンの軸の端面中心部に、該軸の直径方向へ延びる接続凸部を形成し、前記ガイドベーンの軸に形成した接続凸部に嵌合する接続凹部を前記回動軸の先端に設けることにより、前記嵌合手段を構成することができ、このようにすると、製作の容易化と軽量化を図るためにガイドベーンを樹脂によって製作し、回動軸を鋼材等の金属で製作した場合、前記接続凸部が形成されるガイドベーンの軸の強度を確保しやすく、有効となる。因みに、仮に前記ガイドベーンの軸に接続凹部を形成するのでは、肉厚が薄くなる箇所が生じて、その部分の強度低下が懸念されるが、このような強度低下の問題は、前記接続凸部が形成されるガイドベーンの軸には生じない。
【００１８】
更に、前記圧縮機の可変ガイドベーン装置の組立方法としては、
前記各ガイドベーンに形成した羽根部に対する接続凸部の前記軸直径方向への向きを全てのガイドベーンで統一させると共に、該接続凸部の軸方向長さをその先端が前記軸受リングの外周から突出する長さに設定し、
前記ガイドベーンユニット組立時に、前記各ガイドベーンの接続凸部を嵌入可能な凹溝が形成された補助リングを前記軸受リングの外周に嵌装し、
前記各ガイドベーンの接続凸部を前記補助リングの凹溝に嵌入することにより、前記各ガイドベーンの羽根部の傾斜角度が調整されるようにすることができ、このようにすると、各ガイドベーンの羽根部が誤った傾斜角度で組み込まれてしまうことが避けられ、組立作業性を更に向上させる上で有効となる。
【００１９】
一方、本発明は、前記圧縮機の可変ガイドベーン装置を備えたことを特徴とする過給機にかかるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機によれば、簡略な構成によって、ガイドベーンの軸の一つに外部から回動軸を挿入し確実に接続し得、組立作業性向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例におけるガイドベーンを示す切断側面図、（ｂ）は（ａ）のガイドベーンをＩ−Ｉ方向から見た平面図である。
【図２】本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例の組み立て状態を説明するための切断側面図である。
【図３】本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例の組み立て完了状態を示す切断側面図である。
【図４】図３をＩＶ−ＩＶ方向から見た平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例におけるガイドベーンユニットを組み立てた状態を示す側面図、（ｂ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例における軸受リングを上方から見た斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例におけるリングギヤを示す正面図、（ｂ）は（ａ）のリングギヤをＶＩ−ＶＩ方向から見た断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例における波ワッシャを示す正面図、（ｂ）は（ａ）の波ワッシャをＶＩＩ−ＶＩＩ方向から見た側面図である。
【図８】本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例における止め輪を示す正面図である。
【図９】本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例における軸受リングの軸受凹部にガイドベーンを嵌合配置する状態を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の組立方法の実施例における軸受リングの軸受凹部にガイドベーンを、補助リングを用いて嵌合配置する状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の補助リングをＸｂ−Ｘｂ方向から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２３】
図１〜図９は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例であって、自動車等に搭載される過給機の圧縮機１は、図２〜図４に示す如く、ハウジング２の内部にコンプレッサインペラ３を回転自在に配設し、該コンプレッサインペラ３は、自動車用エンジンの排気によって回転する図示していないタービンインペラと同軸の回転軸４によって回転されるようになっている。前記ハウジング２の内側には、前記コンプレッサインペラ３の入口
側に延びた吸込口５と、該コンプレッサインペラ３によって速度が高められた空気の運動エネルギを圧力のエネルギに換えてハウジング２内部のスクロール６に導くディフューザ７が形成されている。
【００２４】
前記圧縮機１のハウジング２における前記コンプレッサインペラ３の入口側には、前記吸込口５を拡径することにより円筒状に形成した段部８を設けてあり、該段部８は切欠底面８ａと切欠内周面８ｂとからなる。一方、前記ハウジング２の内部には、前記段部８の切欠内周面８ｂに外面が嵌合し且つ内面に前記吸込口５の延長部５ａが形成されたガイドベーンユニット９を設け、可変ガイドベーン装置を構成してある。
【００２５】
前記ガイドベーンユニット９は、図５（ａ）に示す如く、前記回転軸４と直交する方向の対向面１０ａ，１０ｂによって分割された軸受リング１１と押えリング１２とを有している。前記軸受リング１１と押えリング１２の対向面１０ａ，１０ｂのそれぞれには、環状溝１３，１４（図２、図５（ｂ）参照）を形成してあり、該環状溝１３，１４によって、前記軸受リング１１と押えリング１２の対向面１０ａ，１０ｂにそれぞれ内側壁１５と外側壁１６が形成されている。
【００２６】
前記内側壁１５と外側壁１６の対向面１０ａ，１０ｂの部分には、図５に示す如く、複数の軸受凹部２１を形成し、該軸受凹部２１によって、図１に示すように羽根部１７とピニオン１８を備えたガイドベーン１９の軸２０，２０´を支持することにより、該ガイドベーン１９が軸受リング１１の円周方向へ等間隔で且つ半径方向へ放射状に配設されるようにしてある。図５の例では、軸受リング１１の対向面１０ａにガイドベーン１９の軸２０を収容できる深さのＵ字状の軸受凹部２１を形成した場合を示しており、前記軸受リング１１に形成した軸受凹部２１に対向する押えリング１２の対向面１０ｂは平坦面となっている。図１のガイドベーン１９の外側の軸２０は外側壁１６に形成した軸受凹部２１に嵌合し、ガイドベーン１９の内側の軸２０´は内側壁１５に形成した軸受凹部２１に嵌合しており、この時、前記ガイドベーン１９の内側の軸２０´には、内側壁１５を挟むことによってガイドベーン１９の軸方向への移動を拘束するための突部２０ａ´，２０ｂ´を備えている。尚、図５に示す例に代えて、前記Ｕ字状の軸受凹部２１を押えリング１２の対向面１０ｂに形成するようにしても良く、又、前記軸受リング１１の対向面１０ａと押えリング１２の対向面１０ｂの両方に半円形状の軸受凹部２１を形成するようにしても良い。
【００２７】
更に、前記軸受リング１１と押えリング１２の外側壁１６の対向面１０ａ，１０ｂには、互いに嵌合して前記軸受リング１１と押えリング１２の位置決めを行うための係合凸部２２と係合凹部２３を形成してある。図５（ｂ）に示す例では、前記軸受リング１１の外側壁１６の対向面１０ａの三箇所に係合凹部２３を形成すると共に、前記押えリング１２の外側壁１６の対向面１０ｂに前記係合凹部２３に嵌合する三個の係合凸部２２を形成し、該係合凸部２２と係合凹部２３とが互いに嵌合することによって、前記軸受リング１１と押えリング１２の周方向並びに回転軸４と直交する方向への移動が拘束されるようになっている。尚、図５に示す例に代えて、前記軸受リング１１の対向面１０ａに係合凸部２２を形成し、前記押えリング１２の対向面１０ｂに係合凹部２３を形成しても良い。
【００２８】
前記環状溝１３，１４の一方には、押付手段２４を介してリングギヤ２５を挿入するようになっている。図２及び図３に示す例では、Ｕ字状の軸受凹部２１を形成した軸受リング１１の環状溝１３の底部に、押付手段２４とリングギヤ２５を挿入している。ここで、Ｕ字状の軸受凹部２１を押えリング１２に形成した場合には、押えリング１２の環状溝１４に押付手段２４とリングギヤ２５を挿入すれば良く、又、前記軸受リング１１の対向面１０ａと押えリング１２の対向面１０ｂの両方に半円形状の軸受凹部２１を形成した場合には、前記環状溝１３，１４のいずれか一方に押付手段２４とリングギヤ２５を挿入すれば良い。
【００２９】
前記リングギヤ２５は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す如く、短い筒状体の端面にラック歯２５ａを形成したものであり、該リングギヤ２５のラック歯２５ａは前記軸受凹部２１に嵌合されたガイドベーン１９のピニオン１８と噛合するようになっている。図６のリングギヤ２５は全周に亘ってラック歯２５ａを形成した場合を示しているが、前記ガイドベーン１９のピニオン１８が噛合する部分のみにラック歯２５ａを形成しても良く、又、図１のガイドベーン１９の軸２０に形成したピニオン１８は、軸２０の周方向におけるガイドベーン１９が回動する範囲内のみに形成した、いわゆるセクターピニオンを示しているが、全周に歯を有する通常の円板状のピニオン１８としても良い。
【００３０】
前記押付手段２４は前記リングギヤ２５を前記ガイドベーン１９のピニオン１８に確実に噛合させるためのものであり、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す如く、環状に形成された波ワッシャ２６を用いることができる。該波ワッシャ２６は図７（ｂ）に示すように、周方向三箇所で突出又はへこむように波打った形状を有しており、これにより前記リングギヤ２５を三箇所で押してリングギヤ２５をガイドベーン１９のピニオン１８に噛合させるようになっている。尚、前記押付手段２４としては、前記波ワッシャ２６に代えて、コイルバネを用いることもできる。
【００３１】
前記軸受リング１１のコンプレッサインペラ側端面１１ａとハウジング２の段部８の切欠底面８ａには、図２及び図３に示す如く、ピン２８を挿入して前記ガイドベーンユニット９の軸受リング１１とハウジング２との周方向の位置決めを行うためのピン孔２９，３０を凹設してある。
【００３２】
前記ガイドベーンユニット９は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す如く、前記軸受リング１１と押えリング１２とに、互いに嵌合する前記係合凸部２２及び係合凹部２３を形成することにより、前記軸受リング１１と押えリング１２を組み立てた際に一体に保持しておくための仮止め手段を有している。該仮止め手段としては、前記係合凸部２２及び係合凹部２３がきつく嵌合されるように予め設計しておくことで機能させることができるが、前記係合凸部２２と係合凹部２３を少量の接着剤を用いて嵌合させるようにすることも可能である。更に、図５（ｂ）に示すように、前記軸受リング１１と押えリング１２の対向面１０ａ，１０ｂにピン孔３１（図の例では二個）を設けておき、該ピン孔３１にきつく嵌合するピン３２を挿入することによって、前記軸受リング１１と押えリング１２を一体に保持することができる。尚、前記仮止め手段は、組み立てられたガイドベーンユニット９をハウジング２の段部８に挿入する際に分解しないように保持しておくためのものであり、強度が要求されるものではない。
【００３３】
前記ハウジング２には、段部８に挿入した前記ガイドベーンユニット９を段部８内に固定しておくための固定手段３３が設けられる。図２及び図３に示す例では、前記段部８に挿入したガイドベーンユニット９の押えリング１２の開放側端面に対応する切欠内周面８ｂの位置に環状の係止溝３４を形成し、該係止溝３４に、図８に示す止め輪３５を縮めた状態で挿入し、開放してその弾撥力により係合させることで、該止め輪３５によって前記ガイドベーンユニット９を段部８から抜け出ないように固定している。前記固定手段３３としては、前記ガイドベーンユニット９が段部８から抜け出ないように固定ボルト等を用いてハウジング２に固定しても良い。
【００３４】
そして、本実施例の場合、前記ガイドベーン１９における外側の軸２０の端面中心部には、図１に示す如く、該軸２０の直径方向へ延びる接続凸部３６を形成してあり、前記ガイドベーン１９の軸２０，２０´を前記軸受リング１１の外側壁１６と内側壁１５の軸受凹部２１に嵌合させて前記ガイドベーンユニット９を組み立てた際に、前記接続凸部３６の先端が段部８の切欠内周面８ｂに接しない長さとなるようにしてある。図２及び図３に示す例では、前記段部８の切欠底面８ａに近い切欠内周面８ｂの位置には相互に緊密に嵌合する嵌合部３７が形成してあり、該嵌合部３７よりも開放端側の切欠内周面８ｂは前記嵌合部３７よりも径が大きくなっている。このため、前記切欠内周面８ｂとガイドベーンユニット９の外周面との間には隙間３８を有しており、従って、前記ガイドベーン１９の接続凸部３６の先端は前記隙間３８まで突出した長さとなっている。尚、前記ガイドベーン１９は接続凸部３６の先端がガイドベーンユニット９の外径内に収まる長さとしても良く、この場合には、前記隙間３８を設けることなく、切欠内周面８ｂとガイドベーンユニット９の外周面を緊密に嵌合させることができる。
【００３５】
前記ハウジング２の段部８にガイドベーンユニット９を挿入した際に前記ガイドベーン１９の一つの軸２０に対応する位置のハウジング２には、前記ガイドベーン１９の軸２０を回動させる回動軸４０を外部から挿入するための一つの軸孔４１を設けてある。前記回動軸４０の先端には、前記ガイドベーン１９の軸２０に形成した接続凸部３６に嵌合する接続凹部３９を設けてあり、該接続凸部３６と接続凹部３９とから、前記各ガイドベーン１９の軸２０の端部に前記回動軸４０の先端を接続可能な嵌合手段６０を構成してある。前記回動軸４０の他端には、図１〜図４に示す如く、アーム４２を介して作動ピン４３をクランク状に取り付けてあり、図示していないアクチュエータよって前記作動ピン４３を図４の矢印Ａ方向に押し引きして前記回動軸４０を回動させることにより、前記接続凹部３９と接続凸部３６を介して一つのガイドベーン１９の軸２０を回動させるようになっている。前記回動軸４０によって一つのガイドベーン１９の軸２０が回動すると、ピニオン１８を介してリングギヤ２５が回転し、該リングギヤ２５の回転によりピニオン１８を介して全てのガイドベーン１９が一斉に回動されるようになっている。
【００３６】
前記軸受リング１１、押えリング１２、リングギヤ２５及びガイドベーン１９からなる構成部材は、焼結金属、アルミダイカスト、樹脂等によって製作することができるが、このような構成部材はいずれも樹脂による一体成形が可能な形状になっており、該樹脂による一体成形によって製作した場合には、機械加工、溶接加工、仕上加工等を省略でき、ガイドベーンユニット９の製造工程の簡素化並びに低コスト化を図ることができると共に、軽量化を図れる利点があり、更には、過給機全体の製造工程の効率向上を図ることが可能となる。尚、前記ガイドベーン１９は、図１に示す如く、羽根部１７、ピニオン１８、突部２０ａ´，２０ｂ´接続凸部３６が軸２０，２０´に対して一体的に設けられ、樹脂による一体成形が可能となっている。又、各ガイドベーン１９の形状、寸法を互いに同一とせずに、異なる形状とすることも可能ではあるが、仮に、駆動機構としての回動軸４０に接続されるガイドベーン１９のみ異なる形状とした場合（例えば、前記回動軸４０に接続されるガイドベーン１９のみに接続凸部３６を設け、他のガイドベーン１９には接続凸部３６を設けないようにした場合）、ガイドベーンユニット９の組立時に、作業者は、ガイドベーン１９の配置に応じて形状の異なるガイドベーン１９を選択する必要があるため、作業者にとって手間になる。しかし、本実施例のように全てのガイドベーン１９の形状、寸法を同一とした場合は、上記のような手間が不要になり、ガイドベーンユニット９の組立作業性が向上し、ガイドベーンユニット９の製造工程、並びに過給機全体の製造工程の効率をより向上させることができ、好ましい。
【００３７】
更に、前記軸受リング１１及び押えリング１２と、ガイドベーン１９の少なくとも一方の構成部材を樹脂により製作すると、樹脂は自己潤滑性を有することから、ガイドベーン１９の軸２０，２０´を軸受凹部２１によって好適に軸支することができる。
【００３８】
次に、上記実施例の圧縮機を組み立てる手順について説明する。
【００３９】
先ず、前記ハウジング２の外部において、前記ガイドベーンユニット９の組み立てを行うことが可能となり、該ガイドベーンユニット９の組み立てに際して、図５（ｂ）、図９に示す如く、前記軸受リング１１を軸受凹部２１が上側を向いた状態になるように机上等に載置する。
【００４０】
この状態で、前記軸受リング１１の環状溝１３に、図７に示す波ワッシャ２６を挿入し、続いて、該波ワッシャ２６の上側にリングギヤ２５（図６参照）を挿入する。
【００４１】
次に、図９に示す如く、軸受リング１１の外側壁１６の対向面１０ａに形成した軸受凹部２１にガイドベーン１９の外側の軸２０が嵌合し、内側壁１５の対向面１０ａに形成した軸受凹部２１にガイドベーン１９の内側の軸２０´が嵌合するようにガイドベーン１９を配置し、この時、ガイドベーン１９のピニオン１８が前記リングギヤ２５のラック歯２５ａに噛合して、ガイドベーン１９の羽根部１７が所定の傾斜角度になるように調整する。続いて、図９における別の軸受凹部２１にも別のガイドベーン１９の軸２０，２０´を嵌合させて配置し、この時、別のガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度が前記ガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度と等しくなるように調整する。ここで、前記リングギヤ２５のラック歯２５ａとガイドベーン１９のピニオン１８との噛み合いは予め設定されているので、正しい位置にガイドベーン１９を配置すると、各ガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度は同じになり、万一、歯がずれて噛み合わされたときは、ガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度は大きく異なったものとなるので、誤って嵌合された時の間違いは比較的判明しやすくなっている。このようにして、全ての軸受凹部２１にガイドベーン１９を嵌合配置する。
【００４２】
続いて、図５（ａ）に示すように、前記軸受リング１１の対向面１０ａの上部に前記押えリング１２の対向面１０ｂが対向するようにし、相互間に設けた係合凸部２２と係合凹部２３を嵌合させて対向面１０ａ，１０ｂを当接させることでガイドベーンユニット９を組み立てる。
【００４３】
前記ガイドベーンユニット９の組立時には、前記軸受リング１１と押えリング１２を一体に保持しておくための仮止め手段を介して組み立てる。例えば、図５（ｂ）に示すように、前記軸受リング１１と押えリング１２の対向面１０ａ，１０ｂに形成したピン孔３１にきつく嵌合するピン３２を挿入して組み立てることにより、軸受リング１１と押えリング１２を一体に保持する。又、前記軸受リング１１と押えリング１２に形成した係合凸部２２及び係合凹部２３がきつく嵌合されるように予め設計しておくことでも同様に一体に保持することができ、又、前記係合凸部２２と係合凹部２３を少量の接着剤を介して嵌合させることでも同様に軸受リング１１と押えリング１２を一体に保持することができる。
【００４４】
前記軸受リング１１と押えリング１２を組み立てた状態では、ガイドベーン１９のピニオン１８がリングギヤ２５を介して波ワッシャ２６を弾性変形させるように押す状態となり、これによってリングギヤ２５とピニオン１８の噛合はより確実に行われるようになる。
【００４５】
次に、図２に示すように、前記軸受リング１１のコンプレッサインペラ側端面１１ａに設けたピン孔３０にピン２８を挿入した後、前述の如く組み立てたガイドベーンユニット９を前記ハウジング２の段部８に挿入し、前記ピン２８をハウジング２の段部８の切欠底面８ａに設けたピン孔２９に合致させるように挿入して、段部８に設けた嵌合部３７に前記ガイドベーンユニット９を嵌合させる。この時、ピン２８によってハウジング２に対するガイドベーンユニット９の周方向の位置は規定され、同時に、前記一つのガイドベーン１９の羽根部１７の軸２０はハウジング２に形成した軸孔４１に一致する。
【００４６】
前記ハウジング２の段部８にガイドベーンユニット９を挿入した後、固定手段３３によってガイドベーンユニット９を段部８に固定する。図２の例では、前記段部８に挿入したガイドベーンユニット９の押えリング１２の開放側端面に対応する切欠内周面８ｂに形成した環状の係止溝３４に、図８に示す止め輪３５を縮めた状態で挿入し、開放してその弾撥力により係合させることで、該止め輪３５によって前記ガイドベーンユニット９を段部８から抜け出ないように固定する。
【００４７】
続いて、前記回動軸４０をハウジング２に設けた軸孔４１から挿入し、該回動軸４０の先端に設けた接続凹部３９を前記ガイドベーン１９の軸２０の接続凸部３６に嵌合させると、圧縮機１は組み立てられる。
【００４８】
ここで、前記各ガイドベーン１９の軸２０の端部に前記回動軸４０の先端を接続可能な嵌合手段６０を備えたことにより、複数あるガイドベーン１９のうちのどの軸２０が回動軸４０の取付部分に位置しても、該回動軸４０の先端を嵌合手段６０を介して前記軸２０に確実に接続可能となり、ガイドベーン１９を一斉に回動させるための機構をハウジング２内部に設けた小型の圧縮機１においても組立作業性が向上し、コスト面でも有利となる。
【００４９】
しかも、本実施例においては、前記ガイドベーン１９における外側の軸２０の端面中心部に、該軸２０の直径方向へ延びる接続凸部３６を形成し、前記ガイドベーン１９の軸２０に形成した接続凸部３６に嵌合する接続凹部３９を前記回動軸４０の先端に設けることにより、前記嵌合手段６０を構成してあるため、製作の容易化と軽量化を図るためにガイドベーン１９を樹脂によって製作し、回動軸４０を鋼材等の金属で製作した場合、前記接続凸部３６が形成されるガイドベーン１９の軸２０の強度を確保しやすく、有効となる。因みに、仮に前記ガイドベーン１９の軸２０に接続凹部３９を形成するのでは、肉厚が薄くなる箇所が生じて、その部分の強度低下が懸念されるが、このような強度低下の問題は、前記接続凸部３６が形成されるガイドベーン１９の軸２０には生じない。
【００５０】
こうして、簡略な構成によって、ガイドベーン１９の軸２０の一つに外部から回動軸４０を挿入し確実に接続し得、組立作業性向上を図り得る。しかも、前記圧縮機１を備えた過給機の組立作業性が向上することにより、過給機の生産量の増加及びコストの低減化が図れる。
【００５１】
更に、本実施例における圧縮機の可変ガイドベーン装置の場合、図１０（ａ）に示す如く、前記各ガイドベーン１９に形成した羽根部１７に対する接続凸部３６の前記軸２０直径方向への向きを全てのガイドベーン１９で統一させると共に、該接続凸部３６の軸２０方向長さをその先端が前記軸受リング１１の外周から所要量だけ突出する長さに設定し、図１０（ｂ）に示す如く、前記ガイドベーンユニット９組立時にのみ前記軸受リング１１の外周に嵌装され且つ前記各ガイドベーン１９の接続凸部３６を嵌入可能な凹溝６１ａが形成され前記ガイドベーンユニット９組立後には取り外される補助リング６１を利用し、該補助リング６１をガイドベーンユニット９組立時に前記軸受リング１１の外周に嵌装した状態で、前記各ガイドベーン１９の接続凸部３６を凹溝６１ａに嵌入することにより、前記各ガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度が等しく配置されるようにする組立方法を採用することができる。
【００５２】
図１０（ａ），（ｂ）に示す例では、前記各ガイドベーン１９に形成した羽根部１７が広がる面方向と、前記接続凸部３６の軸２０直径方向への向きとを一致させることにより、該接続凸部３６を前記補助リング６１の凹溝６１ａに嵌入した際、前記羽根部１７が全開となるように設定してある。但し、前記接続凸部３６の軸２０直径方向への向きを、例えば、９０°ずらし、前記各ガイドベーン１９に形成した羽根部１７が広がる面方向と直交する方向に一致させることも可能であり、この場合には、前記接続凸部３６を前記補助リング６１の凹溝６１ａに嵌入した際、前記羽根部１７が全閉となるように設定される形となる。尚、前記接続凸部３６の軸２０直径方向への向きは、前述の角度に限定されるものではなく、必要に応じて選定し得ることは言うまでもない。
【００５３】
図１０（ａ），（ｂ）に示す如く前記ガイドベーンユニット９組立時にのみ補助リング６１を用いて、該ガイドベーンユニット９組立後には補助リング６１を取り外すようにすると、各ガイドベーン１９の羽根部１７が誤った傾斜角度で組み込まれてしまうことが避けられ、組立作業性を更に向上させる上で有効となる。
【００５４】
尚、本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 圧縮機
２ ハウジング
３ コンプレッサインペラ
４ 回転軸
５ａ 延長部
９ ガイドベーンユニット
１０ａ 対向面
１０ｂ 対向面
１１ 軸受リング
１２ 押えリング
１３ 環状溝
１４ 環状溝
１７ 羽根部
１８ ピニオン
１９ ガイドベーン
２０ 軸
２０´ 軸
２１ 軸受凹部
２５ リングギヤ
２５ａ ラック歯
３６ 接続凸部
３９ 接続凹部
４０ 回動軸
４１ 軸孔
６０ 嵌合手段
６１ 補助リング
６１ａ 凹溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンへの過給を行う過給機は、タービンインペラとコンプレッサインペラを同軸上に備え、エンジンの排気によりタービンインペラを回転させ、回転軸を介してコンプレッサインペラを回転させることにより、吸気を取り入れて圧縮し、得られた圧縮空気をエンジンに供給する遠心圧縮機（圧縮機）を備えている。
【０００３】
前述の如き過給機の圧縮機においては、該圧縮機に取り入れられる空気量が減少してくると、圧縮機の特性曲線がサージ線を越えてサージング領域に入るという特性がある。従って、前記サージ線を低流量側へ移動させてサージング領域を狭めることができれば、エンジンの運転範囲をワイドレンジとすることができて有益となる。
【０００４】
このため、従来、サージング領域に入るような低流量容量の運転状況下でも、サージング領域に入らないようにサージ線を低流量側へ移動させるようにした圧縮機として、コンプレッサインペラの入口上流側に可変ガイドベーン（ＶＩＧＶ：Variable Inlet Guide Vane＝以下、単にガイドベーンと略称する）を設けることにより、コンプレッサインペラに向かう空気に予旋回を与えて、圧縮機の流量特性を変化させるようにしたものが提案されており、この種の圧縮機としては、例えば、特許文献１、２が存在する。
【０００５】
特許文献１に記載の圧縮機では、コンプレッサインペラへ空気を導く空気入口管（ハウジング）内側の周方向に複数のガイドベーンを放射状に配置すると共に、各ガイドベーンの各軸をハウジングを貫通して外部に導き、該ハウジングの外部には前記各軸に対応した回転駆動装置を設け、該各回転駆動装置によって前記各軸を同時に回転させることにより各ガイドベーンの回動角度を一斉に調整するようにしている。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の圧縮機では、コンプレッサインペラへ空気を導くハウジング内側の周方向に複数のガイドベーンを放射状に配置し、該各ガイドベーンの各軸をハウジングの内部に設けた空間に導き、該空間内部におけるガイドベーンの各軸には軸と直交方向に延びるアームを取り付け、該アームの端部を他のアームを介してリングに接続している。各ガイドベーンの一つの軸に接続された回転軸がハウジングを貫通して外部に導かれており、前記回動軸を回動させると、前記アームと他のアームを介してリングが回転し、該リングが回転すると前記他のアームとアームを介して前記各軸が同時に回動し、各ガイドベーンの回動角度が一斉に調整されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０２３７９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１に記載の圧縮機においては、ガイドベーンの各軸をハウジングを貫通して外部に導き、該軸に対応して設けた回転駆動装置により各軸を別個に回転駆動するようにしているので、ハウジング内部の構成は比較的簡単となるものの、複数のガイドベーンの各軸に対応した回転駆動装置をハウジングの外部に複数配設する必要があるため、ハウジング外部の構造が複雑となり、且つガイドベーンの数に応じた複数の回転駆動装置が必要となることから大幅なコストアップにつながるという問題があった。又、ハウジングの外部に複数の回転駆動装置が設置されると、外部からの衝撃等を受けることにより回転駆動装置が損傷する可能性があった。更に、前記複数の回転駆動装置を同期して駆動するために制御が必要になるという問題もあった。
【０００９】
一方、前記特許文献２に記載の圧縮機では、ハウジングに設けた空間に、リングと、ガイドベーンの各軸とリングとを接続するためのアーム及び他のアームを備え、ガイドベーンの一つの軸をハウジングを貫通した回動軸によって回動するようにしているので、前記回動軸を回動させる一つの駆動装置を備えることで、全てのガイドベーンの回動角度を一斉に調整できる利点があり、ハウジング外部の構成を簡略化することができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献２では、ガイドベーンの各軸とリングとの間に備えるアーム及び他のアームを、狭い空間内部で接続する必要があり、組立作業が非常に困難であるという問題があった。又、軸とリングとの間の力の伝達を前記アーム及び他のアームを介して行う構成では、各部の製作精度のバラツキ等によって各ガイドベーンの回動に誤差を生じる可能性があった。更に又、特許文献２では特に説明されていないが、ガイドベーンの各軸はハウジングの空間を形成する内壁の孔を貫通し、この孔の軸受によって回動可能に支持する必要があるが、前記したように軸に予めアームが備えられている場合には、前記軸を内壁の孔に貫通させることができなくなる虞もあった。
【００１１】
上記したような組立性の問題を解消するには、前記ガイドベーンの各軸をハウジングを貫通して外部に突出して設け、ハウジングの外部に設けた回動リング機構によって前記各軸を一斉に回動させるようにしたものも考えられる。しかし、このようにハウジングの外部に回動リング機構を設けた場合には、圧縮機の外形形状が大型化する問題があると共に、外部からの衝撃等によって損傷する可能性が高まる。
【００１２】
従って、上記観点から、圧縮機のガイドベーンを一斉に回動するための機構はハウジング内部に設けられることが好ましいが、一斉回動のための機構をハウジング内に設けた場合には、組み立て等の作業性が非常に悪くなるという問題がある。特に、車載用のターボチャージャに備えられる圧縮機は、近年、小型・軽量化が進められており、このような小型の圧縮機においては、組み立ての作業性に優れた技術の出現が望まれている。
【００１３】
本発明は、斯かる実情に鑑み、簡略な構成によって、ガイドベーンの軸の一つに外部から回動軸を挿入し確実に接続し得、組立作業性向上を図り得る圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、内部に回転軸を中心としてコンプレッサインペラが回転自在に配設されたハウジングの内部に、ガイドベーンユニットを前記コンプレッサ入口側に嵌合するよう挿入して構成され、
該ガイドベーンユニットは、前記回転軸と交差する方向の対向面によって分割された軸受リングと押えリングとの間で、円周方向へ等間隔で且つ半径方向へ放射状に配設される複数のガイドベーンの軸を挟み込んで回動自在に支持し、前記軸受リングと押えリングの対向面の少なくとも一方に形成された環状溝にはリングギヤが配置され、且つ該リングギヤに噛合するピニオンが前記各ガイドベーンの軸に備えられ、
前記ハウジングには、該ハウジングの内部に挿入した前記ガイドベーンユニットのガイドベーンの軸の一つに外部から回動軸を挿入して接続するための軸孔が形成され、
前記各ガイドベーンの軸の端部に前記回動軸の先端を接続可能な嵌合手段を備えたことを特徴とする圧縮機の可変ガイドベーン装置にかかるものである。
【００１５】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１６】
複数あるガイドベーンのうちのどの軸が回動軸の取付部分に位置しても、該回動軸の先端を嵌合手段を介して前記軸に確実に接続可能となり、ガイドベーンを一斉に回動させるための機構をハウジング内部に設けた小型の圧縮機においても組立作業性が向上し、コスト面でも有利となる。
【００１７】
前記圧縮機の可変ガイドベーン装置においては、前記ガイドベーンの軸の端面中心部に、該軸の直径方向へ延びる接続凸部を形成し、前記ガイドベーンの軸に形成した接続凸部に嵌合する接続凹部を前記回動軸の先端に設けることにより、前記嵌合手段を構成することができ、このようにすると、製作の容易化と軽量化を図るためにガイドベーンを樹脂によって製作し、回動軸を鋼材等の金属で製作した場合、前記接続凸部が形成されるガイドベーンの軸の強度を確保しやすく、有効となる。因みに、仮に前記ガイドベーンの軸に接続凹部を形成するのでは、肉厚が薄くなる箇所が生じて、その部分の強度低下が懸念されるが、このような強度低下の問題は、前記接続凸部が形成されるガイドベーンの軸には生じない。
【００１８】
更に、前記圧縮機の可変ガイドベーン装置の組立方法としては、
前記各ガイドベーンに形成した羽根部に対する接続凸部の前記軸直径方向への向きを全てのガイドベーンで統一させると共に、該接続凸部の軸方向長さをその先端が前記軸受リングの外周から突出する長さに設定し、
前記ガイドベーンユニット組立時に、前記各ガイドベーンの接続凸部を嵌入可能な凹溝が形成された補助リングを前記軸受リングの外周に嵌装し、
前記各ガイドベーンの接続凸部を前記補助リングの凹溝に嵌入することにより、前記各ガイドベーンの羽根部の傾斜角度が調整されるようにすることができ、このようにすると、各ガイドベーンの羽根部が誤った傾斜角度で組み込まれてしまうことが避けられ、組立作業性を更に向上させる上で有効となる。
【００１９】
一方、本発明は、前記圧縮機の可変ガイドベーン装置を備えたことを特徴とする過給機にかかるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機によれば、簡略な構成によって、ガイドベーンの軸の一つに外部から回動軸を挿入し確実に接続し得、組立作業性向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例におけるガイドベーンを示す切断側面図、（ｂ）は（ａ）のガイドベーンをＩ−Ｉ方向から見た平面図である。
【図２】本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例の組み立て状態を説明するための切断側面図である。
【図３】本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例の組み立て完了状態を示す切断側面図である。
【図４】図３をＩＶ−ＩＶ方向から見た平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例におけるガイドベーンユニットを組み立てた状態を示す側面図、（ｂ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例における軸受リングを上方から見た斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例におけるリングギヤを示す正面図、（ｂ）は（ａ）のリングギヤをＶＩ−ＶＩ方向から見た断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例における波ワッシャを示す正面図、（ｂ）は（ａ）の波ワッシャをＶＩＩ−ＶＩＩ方向から見た側面図である。
【図８】本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例における止め輪を示す正面図である。
【図９】本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例における軸受リングの軸受凹部にガイドベーンを嵌合配置する状態を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の組立方法の実施例における軸受リングの軸受凹部にガイドベーンを、補助リングを用いて嵌合配置する状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の補助リングをＸｂ−Ｘｂ方向から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２３】
図１〜図９は本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置の実施例であって、自動車等に搭載される過給機の圧縮機１は、図２〜図４に示す如く、ハウジング２の内部にコンプレッサインペラ３を回転自在に配設し、該コンプレッサインペラ３は、自動車用エンジンの排気によって回転する図示していないタービンインペラと同軸の回転軸４によって回転されるようになっている。前記ハウジング２の内側には、前記コンプレッサインペラ３の入口
側に延びた吸込口５と、該コンプレッサインペラ３によって速度が高められた空気の運動エネルギを圧力のエネルギに換えてハウジング２内部のスクロール６に導くディフューザ７が形成されている。
【００２４】
前記圧縮機１のハウジング２における前記コンプレッサインペラ３の入口側には、前記吸込口５を拡径することにより円筒状に形成した段部８を設けてあり、該段部８は切欠底面８ａと切欠内周面８ｂとからなる。一方、前記ハウジング２の内部には、前記段部８の切欠内周面８ｂに外面が嵌合し且つ内面に前記吸込口５の延長部５ａが形成されたガイドベーンユニット９を設け、可変ガイドベーン装置を構成してある。
【００２５】
前記ガイドベーンユニット９は、図５（ａ）に示す如く、前記回転軸４と直交する方向の対向面１０ａ，１０ｂによって分割された軸受リング１１と押えリング１２とを有している。前記軸受リング１１と押えリング１２の対向面１０ａ，１０ｂのそれぞれには、環状溝１３，１４（図２、図５（ｂ）参照）を形成してあり、該環状溝１３，１４によって、前記軸受リング１１と押えリング１２の対向面１０ａ，１０ｂにそれぞれ内側壁１５と外側壁１６が形成されている。
【００２６】
前記内側壁１５と外側壁１６の対向面１０ａ，１０ｂの部分には、図５に示す如く、複数の軸受凹部２１を形成し、該軸受凹部２１によって、図１に示すように羽根部１７とピニオン１８を備えたガイドベーン１９の軸２０，２０´を支持することにより、該ガイドベーン１９が軸受リング１１の円周方向へ等間隔で且つ半径方向へ放射状に配設されるようにしてある。図５の例では、軸受リング１１の対向面１０ａにガイドベーン１９の軸２０を収容できる深さのＵ字状の軸受凹部２１を形成した場合を示しており、前記軸受リング１１に形成した軸受凹部２１に対向する押えリング１２の対向面１０ｂは平坦面となっている。図１のガイドベーン１９の外側の軸２０は外側壁１６に形成した軸受凹部２１に嵌合し、ガイドベーン１９の内側の軸２０´は内側壁１５に形成した軸受凹部２１に嵌合しており、この時、前記ガイドベーン１９の内側の軸２０´には、内側壁１５を挟むことによってガイドベーン１９の軸方向への移動を拘束するための突部２０ａ´，２０ｂ´を備えている。尚、図５に示す例に代えて、前記Ｕ字状の軸受凹部２１を押えリング１２の対向面１０ｂに形成するようにしても良く、又、前記軸受リング１１の対向面１０ａと押えリング１２の対向面１０ｂの両方に半円形状の軸受凹部２１を形成するようにしても良い。
【００２７】
更に、前記軸受リング１１と押えリング１２の外側壁１６の対向面１０ａ，１０ｂには、互いに嵌合して前記軸受リング１１と押えリング１２の位置決めを行うための係合凸部２２と係合凹部２３を形成してある。図５（ｂ）に示す例では、前記軸受リング１１の外側壁１６の対向面１０ａの三箇所に係合凹部２３を形成すると共に、前記押えリング１２の外側壁１６の対向面１０ｂに前記係合凹部２３に嵌合する三個の係合凸部２２を形成し、該係合凸部２２と係合凹部２３とが互いに嵌合することによって、前記軸受リング１１と押えリング１２の周方向並びに回転軸４と直交する方向への移動が拘束されるようになっている。尚、図５に示す例に代えて、前記軸受リング１１の対向面１０ａに係合凸部２２を形成し、前記押えリング１２の対向面１０ｂに係合凹部２３を形成しても良い。
【００２８】
前記環状溝１３，１４の一方には、押付手段２４を介してリングギヤ２５を挿入するようになっている。図２及び図３に示す例では、Ｕ字状の軸受凹部２１を形成した軸受リング１１の環状溝１３の底部に、押付手段２４とリングギヤ２５を挿入している。ここで、Ｕ字状の軸受凹部２１を押えリング１２に形成した場合には、押えリング１２の環状溝１４に押付手段２４とリングギヤ２５を挿入すれば良く、又、前記軸受リング１１の対向面１０ａと押えリング１２の対向面１０ｂの両方に半円形状の軸受凹部２１を形成した場合には、前記環状溝１３，１４のいずれか一方に押付手段２４とリングギヤ２５を挿入すれば良い。
【００２９】
前記リングギヤ２５は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す如く、短い筒状体の端面にラック歯２５ａを形成したものであり、該リングギヤ２５のラック歯２５ａは前記軸受凹部２１に嵌合されたガイドベーン１９のピニオン１８と噛合するようになっている。図６のリングギヤ２５は全周に亘ってラック歯２５ａを形成した場合を示しているが、前記ガイドベーン１９のピニオン１８が噛合する部分のみにラック歯２５ａを形成しても良く、又、図１のガイドベーン１９の軸２０に形成したピニオン１８は、軸２０の周方向におけるガイドベーン１９が回動する範囲内のみに形成した、いわゆるセクターピニオンを示しているが、全周に歯を有する通常の円板状のピニオン１８としても良い。
【００３０】
前記押付手段２４は前記リングギヤ２５を前記ガイドベーン１９のピニオン１８に確実に噛合させるためのものであり、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す如く、環状に形成された波ワッシャ２６を用いることができる。該波ワッシャ２６は図７（ｂ）に示すように、周方向三箇所で突出又はへこむように波打った形状を有しており、これにより前記リングギヤ２５を三箇所で押してリングギヤ２５をガイドベーン１９のピニオン１８に噛合させるようになっている。尚、前記押付手段２４としては、前記波ワッシャ２６に代えて、コイルバネを用いることもできる。
【００３１】
前記軸受リング１１のコンプレッサインペラ側端面１１ａとハウジング２の段部８の切欠底面８ａには、図２及び図３に示す如く、ピン２８を挿入して前記ガイドベーンユニット９の軸受リング１１とハウジング２との周方向の位置決めを行うためのピン孔２９，３０を凹設してある。
【００３２】
前記ガイドベーンユニット９は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す如く、前記軸受リング１１と押えリング１２とに、互いに嵌合する前記係合凸部２２及び係合凹部２３を形成することにより、前記軸受リング１１と押えリング１２を組み立てた際に一体に保持しておくための仮止め手段を有している。該仮止め手段としては、前記係合凸部２２及び係合凹部２３がきつく嵌合されるように予め設計しておくことで機能させることができるが、前記係合凸部２２と係合凹部２３を少量の接着剤を用いて嵌合させるようにすることも可能である。更に、図５（ｂ）に示すように、前記軸受リング１１と押えリング１２の対向面１０ａ，１０ｂにピン孔３１（図の例では二個）を設けておき、該ピン孔３１にきつく嵌合するピン３２を挿入することによって、前記軸受リング１１と押えリング１２を一体に保持することができる。尚、前記仮止め手段は、組み立てられたガイドベーンユニット９をハウジング２の段部８に挿入する際に分解しないように保持しておくためのものであり、強度が要求されるものではない。
【００３３】
前記ハウジング２には、段部８に挿入した前記ガイドベーンユニット９を段部８内に固定しておくための固定手段３３が設けられる。図２及び図３に示す例では、前記段部８に挿入したガイドベーンユニット９の押えリング１２の開放側端面に対応する切欠内周面８ｂの位置に環状の係止溝３４を形成し、該係止溝３４に、図８に示す止め輪３５を縮めた状態で挿入し、開放してその弾撥力により係合させることで、該止め輪３５によって前記ガイドベーンユニット９を段部８から抜け出ないように固定している。前記固定手段３３としては、前記ガイドベーンユニット９が段部８から抜け出ないように固定ボルト等を用いてハウジング２に固定しても良い。
【００３４】
そして、本実施例の場合、前記ガイドベーン１９における外側の軸２０の端面中心部には、図１に示す如く、該軸２０の直径方向へ延びる接続凸部３６を形成してあり、前記ガイドベーン１９の軸２０，２０´を前記軸受リング１１の外側壁１６と内側壁１５の軸受凹部２１に嵌合させて前記ガイドベーンユニット９を組み立てた際に、前記接続凸部３６の先端が段部８の切欠内周面８ｂに接しない長さとなるようにしてある。図２及び図３に示す例では、前記段部８の切欠底面８ａに近い切欠内周面８ｂの位置には相互に緊密に嵌合する嵌合部３７が形成してあり、該嵌合部３７よりも開放端側の切欠内周面８ｂは前記嵌合部３７よりも径が大きくなっている。このため、前記切欠内周面８ｂとガイドベーンユニット９の外周面との間には隙間３８を有しており、従って、前記ガイドベーン１９の接続凸部３６の先端は前記隙間３８まで突出した長さとなっている。尚、前記ガイドベーン１９は接続凸部３６の先端がガイドベーンユニット９の外径内に収まる長さとしても良く、この場合には、前記隙間３８を設けることなく、切欠内周面８ｂとガイドベーンユニット９の外周面を緊密に嵌合させることができる。
【００３５】
前記ハウジング２の段部８にガイドベーンユニット９を挿入した際に前記ガイドベーン１９の一つの軸２０に対応する位置のハウジング２には、前記ガイドベーン１９の軸２０を回動させる回動軸４０を外部から挿入するための一つの軸孔４１を設けてある。前記回動軸４０の先端には、前記ガイドベーン１９の軸２０に形成した接続凸部３６に嵌合する接続凹部３９を設けてあり、該接続凸部３６と接続凹部３９とから、前記各ガイドベーン１９の軸２０の端部に前記回動軸４０の先端を接続可能な嵌合手段６０を構成してある。前記回動軸４０の他端には、図１〜図４に示す如く、アーム４２を介して作動ピン４３をクランク状に取り付けてあり、図示していないアクチュエータよって前記作動ピン４３を図４の矢印Ａ方向に押し引きして前記回動軸４０を回動させることにより、前記接続凹部３９と接続凸部３６を介して一つのガイドベーン１９の軸２０を回動させるようになっている。前記回動軸４０によって一つのガイドベーン１９の軸２０が回動すると、ピニオン１８を介してリングギヤ２５が回転し、該リングギヤ２５の回転によりピニオン１８を介して全てのガイドベーン１９が一斉に回動されるようになっている。
【００３６】
前記軸受リング１１、押えリング１２、リングギヤ２５及びガイドベーン１９からなる構成部材は、焼結金属、アルミダイカスト、樹脂等によって製作することができるが、このような構成部材はいずれも樹脂による一体成形が可能な形状になっており、該樹脂による一体成形によって製作した場合には、機械加工、溶接加工、仕上加工等を省略でき、ガイドベーンユニット９の製造工程の簡素化並びに低コスト化を図ることができると共に、軽量化を図れる利点があり、更には、過給機全体の製造工程の効率向上を図ることが可能となる。尚、前記ガイドベーン１９は、図１に示す如く、羽根部１７、ピニオン１８、突部２０ａ´，２０ｂ´接続凸部３６が軸２０，２０´に対して一体的に設けられ、樹脂による一体成形が可能となっている。又、各ガイドベーン１９の形状、寸法を互いに同一とせずに、異なる形状とすることも可能ではあるが、仮に、駆動機構としての回動軸４０に接続されるガイドベーン１９のみ異なる形状とした場合（例えば、前記回動軸４０に接続されるガイドベーン１９のみに接続凸部３６を設け、他のガイドベーン１９には接続凸部３６を設けないようにした場合）、ガイドベーンユニット９の組立時に、作業者は、ガイドベーン１９の配置に応じて形状の異なるガイドベーン１９を選択する必要があるため、作業者にとって手間になる。しかし、本実施例のように全てのガイドベーン１９の形状、寸法を同一とした場合は、上記のような手間が不要になり、ガイドベーンユニット９の組立作業性が向上し、ガイドベーンユニット９の製造工程、並びに過給機全体の製造工程の効率をより向上させることができ、好ましい。
【００３７】
更に、前記軸受リング１１及び押えリング１２と、ガイドベーン１９の少なくとも一方の構成部材を樹脂により製作すると、樹脂は自己潤滑性を有することから、ガイドベーン１９の軸２０，２０´を軸受凹部２１によって好適に軸支することができる。
【００３８】
次に、上記実施例の圧縮機を組み立てる手順について説明する。
【００３９】
先ず、前記ハウジング２の外部において、前記ガイドベーンユニット９の組み立てを行うことが可能となり、該ガイドベーンユニット９の組み立てに際して、図５（ｂ）、図９に示す如く、前記軸受リング１１を軸受凹部２１が上側を向いた状態になるように机上等に載置する。
【００４０】
この状態で、前記軸受リング１１の環状溝１３に、図７に示す波ワッシャ２６を挿入し、続いて、該波ワッシャ２６の上側にリングギヤ２５（図６参照）を挿入する。
【００４１】
次に、図９に示す如く、軸受リング１１の外側壁１６の対向面１０ａに形成した軸受凹部２１にガイドベーン１９の外側の軸２０が嵌合し、内側壁１５の対向面１０ａに形成した軸受凹部２１にガイドベーン１９の内側の軸２０´が嵌合するようにガイドベーン１９を配置し、この時、ガイドベーン１９のピニオン１８が前記リングギヤ２５のラック歯２５ａに噛合して、ガイドベーン１９の羽根部１７が所定の傾斜角度になるように調整する。続いて、図９における別の軸受凹部２１にも別のガイドベーン１９の軸２０，２０´を嵌合させて配置し、この時、別のガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度が前記ガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度と等しくなるように調整する。ここで、前記リングギヤ２５のラック歯２５ａとガイドベーン１９のピニオン１８との噛み合いは予め設定されているので、正しい位置にガイドベーン１９を配置すると、各ガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度は同じになり、万一、歯がずれて噛み合わされたときは、ガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度は大きく異なったものとなるので、誤って嵌合された時の間違いは比較的判明しやすくなっている。このようにして、全ての軸受凹部２１にガイドベーン１９を嵌合配置する。
【００４２】
続いて、図５（ａ）に示すように、前記軸受リング１１の対向面１０ａの上部に前記押えリング１２の対向面１０ｂが対向するようにし、相互間に設けた係合凸部２２と係合凹部２３を嵌合させて対向面１０ａ，１０ｂを当接させることでガイドベーンユニット９を組み立てる。
【００４３】
前記ガイドベーンユニット９の組立時には、前記軸受リング１１と押えリング１２を一体に保持しておくための仮止め手段を介して組み立てる。例えば、図５（ｂ）に示すように、前記軸受リング１１と押えリング１２の対向面１０ａ，１０ｂに形成したピン孔３１にきつく嵌合するピン３２を挿入して組み立てることにより、軸受リング１１と押えリング１２を一体に保持する。又、前記軸受リング１１と押えリング１２に形成した係合凸部２２及び係合凹部２３がきつく嵌合されるように予め設計しておくことでも同様に一体に保持することができ、又、前記係合凸部２２と係合凹部２３を少量の接着剤を介して嵌合させることでも同様に軸受リング１１と押えリング１２を一体に保持することができる。
【００４４】
前記軸受リング１１と押えリング１２を組み立てた状態では、ガイドベーン１９のピニオン１８がリングギヤ２５を介して波ワッシャ２６を弾性変形させるように押す状態となり、これによってリングギヤ２５とピニオン１８の噛合はより確実に行われるようになる。
【００４５】
次に、図２に示すように、前記軸受リング１１のコンプレッサインペラ側端面１１ａに設けたピン孔３０にピン２８を挿入した後、前述の如く組み立てたガイドベーンユニット９を前記ハウジング２の段部８に挿入し、前記ピン２８をハウジング２の段部８の切欠底面８ａに設けたピン孔２９に合致させるように挿入して、段部８に設けた嵌合部３７に前記ガイドベーンユニット９を嵌合させる。この時、ピン２８によってハウジング２に対するガイドベーンユニット９の周方向の位置は規定され、同時に、前記一つのガイドベーン１９の羽根部１７の軸２０はハウジング２に形成した軸孔４１に一致する。
【００４６】
前記ハウジング２の段部８にガイドベーンユニット９を挿入した後、固定手段３３によってガイドベーンユニット９を段部８に固定する。図２の例では、前記段部８に挿入したガイドベーンユニット９の押えリング１２の開放側端面に対応する切欠内周面８ｂに形成した環状の係止溝３４に、図８に示す止め輪３５を縮めた状態で挿入し、開放してその弾撥力により係合させることで、該止め輪３５によって前記ガイドベーンユニット９を段部８から抜け出ないように固定する。
【００４７】
続いて、前記回動軸４０をハウジング２に設けた軸孔４１から挿入し、該回動軸４０の先端に設けた接続凹部３９を前記ガイドベーン１９の軸２０の接続凸部３６に嵌合させると、圧縮機１は組み立てられる。
【００４８】
ここで、前記各ガイドベーン１９の軸２０の端部に前記回動軸４０の先端を接続可能な嵌合手段６０を備えたことにより、複数あるガイドベーン１９のうちのどの軸２０が回動軸４０の取付部分に位置しても、該回動軸４０の先端を嵌合手段６０を介して前記軸２０に確実に接続可能となり、ガイドベーン１９を一斉に回動させるための機構をハウジング２内部に設けた小型の圧縮機１においても組立作業性が向上し、コスト面でも有利となる。
【００４９】
しかも、本実施例においては、前記ガイドベーン１９における外側の軸２０の端面中心部に、該軸２０の直径方向へ延びる接続凸部３６を形成し、前記ガイドベーン１９の軸２０に形成した接続凸部３６に嵌合する接続凹部３９を前記回動軸４０の先端に設けることにより、前記嵌合手段６０を構成してあるため、製作の容易化と軽量化を図るためにガイドベーン１９を樹脂によって製作し、回動軸４０を鋼材等の金属で製作した場合、前記接続凸部３６が形成されるガイドベーン１９の軸２０の強度を確保しやすく、有効となる。因みに、仮に前記ガイドベーン１９の軸２０に接続凹部３９を形成するのでは、肉厚が薄くなる箇所が生じて、その部分の強度低下が懸念されるが、このような強度低下の問題は、前記接続凸部３６が形成されるガイドベーン１９の軸２０には生じない。
【００５０】
こうして、簡略な構成によって、ガイドベーン１９の軸２０の一つに外部から回動軸４０を挿入し確実に接続し得、組立作業性向上を図り得る。しかも、前記圧縮機１を備えた過給機の組立作業性が向上することにより、過給機の生産量の増加及びコストの低減化が図れる。
【００５１】
更に、本実施例における圧縮機の可変ガイドベーン装置の場合、図１０（ａ）に示す如く、前記各ガイドベーン１９に形成した羽根部１７に対する接続凸部３６の前記軸２０直径方向への向きを全てのガイドベーン１９で統一させると共に、該接続凸部３６の軸２０方向長さをその先端が前記軸受リング１１の外周から所要量だけ突出する長さに設定し、図１０（ｂ）に示す如く、前記ガイドベーンユニット９組立時にのみ前記軸受リング１１の外周に嵌装され且つ前記各ガイドベーン１９の接続凸部３６を嵌入可能な凹溝６１ａが形成され前記ガイドベーンユニット９組立後には取り外される補助リング６１を利用し、該補助リング６１をガイドベーンユニット９組立時に前記軸受リング１１の外周に嵌装した状態で、前記各ガイドベーン１９の接続凸部３６を凹溝６１ａに嵌入することにより、前記各ガイドベーン１９の羽根部１７の傾斜角度が等しく配置されるようにする組立方法を採用することができる。
【００５２】
図１０（ａ），（ｂ）に示す例では、前記各ガイドベーン１９に形成した羽根部１７が広がる面方向と、前記接続凸部３６の軸２０直径方向への向きとを一致させることにより、該接続凸部３６を前記補助リング６１の凹溝６１ａに嵌入した際、前記羽根部１７が全開となるように設定してある。但し、前記接続凸部３６の軸２０直径方向への向きを、例えば、９０°ずらし、前記各ガイドベーン１９に形成した羽根部１７が広がる面方向と直交する方向に一致させることも可能であり、この場合には、前記接続凸部３６を前記補助リング６１の凹溝６１ａに嵌入した際、前記羽根部１７が全閉となるように設定される形となる。尚、前記接続凸部３６の軸２０直径方向への向きは、前述の角度に限定されるものではなく、必要に応じて選定し得ることは言うまでもない。
【００５３】
図１０（ａ），（ｂ）に示す如く前記ガイドベーンユニット９組立時にのみ補助リング６１を用いて、該ガイドベーンユニット９組立後には補助リング６１を取り外すようにすると、各ガイドベーン１９の羽根部１７が誤った傾斜角度で組み込まれてしまうことが避けられ、組立作業性を更に向上させる上で有効となる。
【００５４】
尚、本発明の圧縮機の可変ガイドベーン装置及びその組立方法並びに過給機は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 圧縮機
２ ハウジング
３ コンプレッサインペラ
４ 回転軸
５ａ 延長部
９ ガイドベーンユニット
１０ａ 対向面
１０ｂ 対向面
１１ 軸受リング
１２ 押えリング
１３ 環状溝
１４ 環状溝
１７ 羽根部
１８ ピニオン
１９ ガイドベーン
２０ 軸
２０´ 軸
２１ 軸受凹部
２５ リングギヤ
２５ａ ラック歯
３６ 接続凸部
３９ 接続凹部
４０ 回動軸
４１ 軸孔
６０ 嵌合手段
６１ 補助リング
６１ａ 凹溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に回転軸を中心としてコンプレッサインペラが回転自在に配設されたハウジングの内部に、ガイドベーンユニットを前記コンプレッサ入口側に嵌合するよう挿入して構成され、
該ガイドベーンユニットは、前記回転軸と交差する方向の対向面によって分割された軸受リングと押えリングとの間で、円周方向へ等間隔で且つ半径方向へ放射状に配設される複数のガイドベーンの軸を挟み込んで回動自在に支持し、前記軸受リングと押えリングの対向面の少なくとも一方に形成された環状溝にはリングギヤが配置され、且つ該リングギヤに噛合するピニオンが前記各ガイドベーンの軸に備えられ、
前記ハウジングには、該ハウジングの内部に挿入した前記ガイドベーンユニットのガイドベーンの軸の一つに外部から回動軸を挿入して接続するための軸孔が形成され、
前記各ガイドベーンの軸の端部に前記回動軸の先端を接続可能な嵌合手段を備えたことを特徴とする圧縮機の可変ガイドベーン装置。
【請求項２】
前記ガイドベーンの軸の端面中心部に、該軸の直径方向へ延びる接続凸部を形成し、前記ガイドベーンの軸に形成した接続凸部に嵌合する接続凹部を前記回動軸の先端に設けることにより、前記嵌合手段を構成した請求項１記載の圧縮機の可変ガイドベーン装置。
【請求項３】
請求項２記載の圧縮機の可変ガイドベーン装置の組立方法であって、
前記各ガイドベーンに形成した羽根部に対する接続凸部の前記軸直径方向への向きを全てのガイドベーンで統一させると共に、該接続凸部の軸方向長さをその先端が前記軸受リングの外周から突出する長さに設定し、
前記ガイドベーンユニット組立時に、前記各ガイドベーンの接続凸部を嵌入可能な凹溝が形成された補助リングを前記軸受リングの外周に嵌装し、
前記各ガイドベーンの接続凸部を前記補助リングの凹溝に嵌入することにより、前記各ガイドベーンの羽根部の傾斜角度が調整されるようにしたことを特徴とする圧縮機の可変ガイドベーン装置の組立方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の圧縮機の可変ガイドベーン装置を備えたことを特徴とする過給機。
【請求項１】
内部に回転軸を中心としてコンプレッサインペラが回転自在に配設されたハウジングの内部に、ガイドベーンユニットを前記コンプレッサ入口側に嵌合するよう挿入して構成され、
該ガイドベーンユニットは、前記回転軸と交差する方向の対向面によって分割された軸受リングと押えリングとの間で、円周方向へ等間隔で且つ半径方向へ放射状に配設される複数のガイドベーンの軸を挟み込んで回動自在に支持し、前記軸受リングと押えリングの対向面の少なくとも一方に形成された環状溝にはリングギヤが配置され、且つ該リングギヤに噛合するピニオンが前記各ガイドベーンの軸に備えられ、
前記ハウジングには、該ハウジングの内部に挿入した前記ガイドベーンユニットのガイドベーンの軸の一つに外部から回動軸を挿入して接続するための軸孔が形成され、
前記各ガイドベーンの軸の端部に前記回動軸の先端を接続可能な嵌合手段を備えたことを特徴とする圧縮機の可変ガイドベーン装置。
【請求項２】
前記ガイドベーンの軸の端面中心部に、該軸の直径方向へ延びる接続凸部を形成し、前記ガイドベーンの軸に形成した接続凸部に嵌合する接続凹部を前記回動軸の先端に設けることにより、前記嵌合手段を構成した請求項１記載の圧縮機の可変ガイドベーン装置。
【請求項３】
請求項２記載の圧縮機の可変ガイドベーン装置の組立方法であって、
前記各ガイドベーンに形成した羽根部に対する接続凸部の前記軸直径方向への向きを全てのガイドベーンで統一させると共に、該接続凸部の軸方向長さをその先端が前記軸受リングの外周から突出する長さに設定し、
前記ガイドベーンユニット組立時に、前記各ガイドベーンの接続凸部を嵌入可能な凹溝が形成された補助リングを前記軸受リングの外周に嵌装し、
前記各ガイドベーンの接続凸部を前記補助リングの凹溝に嵌入することにより、前記各ガイドベーンの羽根部の傾斜角度が調整されるようにしたことを特徴とする圧縮機の可変ガイドベーン装置の組立方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の圧縮機の可変ガイドベーン装置を備えたことを特徴とする過給機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１９２８７（Ｐ２０１３−１９２８７Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１８３０（Ｐ２０１１−１５１８３０）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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