JP2005003187A - ターボチャージャ用回転支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増大を抑えつつ、高速運転時に異常摩耗等の損傷が発生する事を防止する。
【解決手段】保持器２３の内周面に、隣り合うポケット１５同士を連通する凹溝２５を設ける。ノズル２４から潤滑油を内輪１２の端部外周面に、矢印αに示す様に斜めに噴出する。この端部外周面で跳ね返った潤滑油は、矢印βで示す様に、玉１３を設けた内側空間２７内に取り込まれる。そして、この取り込まれた潤滑油の一部が、上記凹溝２５に捕集され、この凹溝２５から上記各ポケット１５内に供給される。この結果、上記課題を解決できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明のターボチャージャ用回転支持装置は、例えば自動車用エンジンの出力を向上させる為のターボチャージャに組み込み、インペラとタービンとを接続する回転軸を軸受ハウジングに対し、回転自在に支持する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの出力を排気量を変えずに増大させる為、エンジンに送り込む空気を排気のエネルギにより圧縮するターボチャージャが、広く使用されている。このターボチャージャは、排気のエネルギを、排気通路の途中に設けたタービンにより回収し、このタービンをその端部に固定した回転軸により、給気通路の途中に設けたコンプレッサのインペラを回転させる。このインペラは、エンジンの運転に伴って数万乃至は十数万ｍｉｎ^−１ （ｒ．ｐ．ｍ．）の速度で回転し、上記給気通路を通じてエンジンに送り込まれる空気を圧縮する。
【０００３】
図３〜４は、この様なターボチャージャの１例を示している。このターボチャージャは、排気流路１を流通する排気により、回転軸２の一端（図３の右端）に固定したタービン３を回転させる。この回転軸２の回転は、この回転軸２の他端（図３の左端）に固定したインペラ４に伝わり、このインペラ４が給気流路５内で回転する。この結果、この給気流路５の上流端開口から吸引された空気が圧縮されて、ガソリン、軽油等の燃料と共にエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。この様なターボチャージャの回転軸２は、数万〜十数万ｍｉｎ^−１ （ｒ．ｐ．ｍ．）もの高速で回転し、しかも、エンジンの運転状況に応じてその回転速度が頻繁に変化する。従って、上記回転軸２は、軸受ハウジング６に対し、小さな回転抵抗で支持し、しかも回転支持部の潤滑を十分に考慮する必要がある。
【０００４】
この為に従来から、上記軸受ハウジング６の内側に上記回転軸２を第一、第二の玉軸受７、８により、回転自在に支持している。これら第一、第二の玉軸受７、８はそれぞれ、図５に示す様なアンギュラ型玉軸受である。これら第一、第二の玉軸受７、８の構成は、基本的には同じである。但し、これら両玉軸受７、８のうち、高温の排気が流通する排気流路１に近く、温度上昇が著しい第一の玉軸受７の潤滑条件は、低温の空気が流通する給気流路５に近く、温度上昇がそれ程著しくはない、第二の玉軸受８に比べて厳しくなる。この為、上記第一の玉軸受７の潤滑を十分に行なって、この第一の玉軸受７に焼き付き等の損傷が発生するのを防止している。本発明は、この様な第一の玉軸受７の潤滑性能の向上を図るものである。就いては、以下の説明は、この第一の玉軸受７を中心に行なう。
【０００５】
この第一の玉軸受７は、内周面に外輪軌道９を有する外輪１０と、外周面に内輪軌道１１を有する内輪１２と、これら外輪軌道９と内輪軌道１１との間に転動自在に設けられた複数個の玉１３、１３とを備える。又、これら各玉１３、１３は、円環状の保持器１４に設けた複数のポケット１５内に、それぞれ１個ずつ転動自在に保持している。尚、上記保持器１４は、使用時に加わる遠心力に対する剛性を確保する為、保持器１４の軸方向に関して、ポケット１５の両側が塞がれた（冠型の様に一方が開口していない）、もみ抜き型のものを使用している。又、図示の例の場合には、上記内輪１２を、片側の肩部をなくした、所謂カウンタボアとしている。又、上記保持器１４の外周面を、上記外輪１０の内周面に近接対向させる事により、この保持器１４の直径方向位置をこの外輪１０により規制する、外輪案内としている。
【０００６】
この様な第一の玉軸受７は、上記外輪１０を前記軸受ハウジング６の一端部に内嵌すると共に、上記内輪１２を上記回転軸２の一端部に外嵌固定する事により、この回転軸２の一端部を上記軸受ハウジング６に対し、回転自在に支持している。又、上述した様に、同様の構成を有する上記第二の玉軸受８は、外輪１０を軸受ハウジング６の他端部に内嵌すると共に、内輪１２を上記回転軸２の他端部に外嵌固定する事により、この回転軸２の他端部を上記軸受ハウジング６に対し、回転自在に支持している。又、上記第一、第二の玉軸受７、８を構成する１対の外輪１０、１０には、圧縮ばね１６により互いに離れる方向の弾力を付与している。即ち、これら両外輪１０、１０の互いに対向する端面にそれぞれ押圧環１７、１７を突き合わせ、これら両押圧環１７、１７同士の間に上記圧縮ばね１６を挟持している。従って上記第一、第二の玉軸受７、８には、背面組み合わせ（ＤＢ）型の接触角が付与された状態となる。
【０００７】
更に、上記軸受ハウジング６を納めたケーシング１８内に給油通路を設けて、上記各玉軸受７、８を潤滑自在としている。ターボチャージャを装着したエンジンの運転時に潤滑油は、フィルタ１９により異物を除去されてから、上記ケーシング１８の内周面と上記軸受ハウジング６の外周面との間の隙間空間を通過して、上記外輪１０に隣接する押圧環１７に設けたノズル孔２０から、上記第一の玉軸受７を構成する内輪１２の外周面に向け、径方向外方から斜めに噴出し、この第一の玉軸受７を潤滑（オイルジェット潤滑）する。この様にして第一の玉軸受７に向けて噴出した潤滑油は、この第一の玉軸受７の他、上記第二の玉軸受８も潤滑してから、排油口２１から排出される。
【０００８】
上述した様な従来のターボチャージャ用回転支持装置の場合、ノズル孔２０から噴出した潤滑油が、必ずしも第一の玉軸受７の潤滑の為に有効に利用できない。即ち、上述した従来構造の場合には、上記ノズル孔２０からこの第一の玉軸受７を構成する内輪１２の端部外周面に向け噴出した潤滑油の多くの部分が、高速で回転しているこの内輪１２の外周面に跳ね飛ばされて、上記第一の玉軸受７を潤滑する事なく、周囲に飛散してしまう。
【０００９】
この結果、各玉１３、１３の転動面と、外輪軌道９、内輪軌道１１、各ポケット１５の内面との、転がり接触部又は滑り接触部に存在する潤滑油が不足する可能性がある。そして、不足した場合には、上記各ポケット１５の内面等、各部の摩耗が著しくなり、ターボチャージャ用回転支持装置の耐久性が損なわれるだけでなく、極端な場合には焼き付き等の損傷を発生する。
【００１０】
上述の様な事情に鑑みて、特許文献１に記載された構造では、玉軸受を構成する保持器を繊維強化ポリイミド樹脂により造り、バレル加工により、表面に存在する各部に、微小曲面を形成すると共に、上記保持器の内部に潤滑油を含浸させている。これにより、高速で十分な潤滑供給を行なえない場合にも、或る程度の潤滑性を確保して、上記玉軸受の耐久性の向上を図る様にしている。又、特許文献２に記載された構造では、玉軸受を構成する保持器の端部内周面に小径突部を設け、潤滑油が周囲に飛散する事を防止している。これにより、潤滑油の有効利用による、異常摩耗等の損傷の発生防止を図っている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−９６４２６号公報
【特許文献２】
特開２００２−５４４４９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載された構造では、玉軸受に焼き付き、摩耗等の不具合が生じる事を、必ずしも十分に防止できない可能性がある。即ち、保持器に含浸させた潤滑油のみでは、高温、高速回転の条件で使用される玉軸受の潤滑を必ずしも十分には行なえず、焼き付き等の不具合が生じる可能性がある。
一方、上記特許文献２に記載された構造では、小径突部を設ける分、保持器の形状が複雑となり、容積も増大して材料費が嵩む為、製造コストが増大する。又、各部の位置関係を厳密に規制しないと、小径突部が、ノズルから噴出する潤滑油の一部を跳ね返す可能性もある。この為、十分な潤滑性能を得る為には、各部の組み付け精度を厳密に規制する必要があり、その面からもコストが嵩む。
本発明のターボチャージャ用回転支持装置は、製造コストの増大を抑えつつ、異常摩耗等の不具合の発生を防止できる構造を実現すべく発明したものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のターボチャージャ用回転支持装置は、前述した従来から知られているターボチャージャ用回転支持装置と同様に、一端部にタービンを、他端部にインペラを、それぞれ固定した回転軸を、軸受ハウジングの内側に回転自在に支持する為、これら回転軸の外周面と軸受ハウジングの内周面との間に玉軸受を設けている。
そして、上記玉軸受は、外輪の内周面に形成した外輪軌道と、内輪の外周面に形成した内輪軌道との間に、円環状に形成された保持器の円周方向複数個所に設けたポケット内に保持された複数個の玉を、転動自在に配置して成る。
又、上記玉軸受の側方に設けたノズルから、この玉軸受に向け潤滑油を噴出させる事により、この玉軸受の潤滑を行なう様に構成している。
【００１４】
特に、本発明のターボチャージャ用回転支持装置に於いては、上記保持器の内周面に、隣り合うポケット同士を連通する凹溝を設けている。
又、上記ノズルから噴出した潤滑油を、上記内輪の外周面の一部に、この内輪の軸方向に関して外側から内側に向けて斜めに吹き付ける様にしている。
そして、上記内輪の外周面の一部で跳ね返った潤滑油を上記各玉が存在する内側空間部分に取り込み、この取り込まれた潤滑油の一部を上記凹溝内に捕集して、この凹溝から上記各ポケット内に供給自在としている。
【００１５】
【作用】
上述の様に構成する本発明のターボチャージャ用回転支持装置の場合には、内側空間部分に取り込まれた潤滑油の一部が、保持器の内周面に形成した凹溝内に捕集され、この凹溝から各ポケット内に確実に供給される。従って、各玉の転動面と、各ポケットの内面並びに外輪軌道及び内輪軌道との各接触面の潤滑状態を良好にする事ができる。この為、異常摩耗等の不具合の発生を防止できる。
又、上記凹溝を有する保持器が合成樹脂製の場合、この保持器を得る為に要する、射出成形用の金型の形状変更は最小限で済む。又、保持器が金属製の場合には、簡単な旋削加工により、上記凹溝を形成できる。しかも、何れの場合でも、保持器の材料費が嵩む事はない。更には、ノズルから潤滑油が吹き付けられる径路部分に、小径突部等、この径路の面積を狭くする部分が存在しない。この為、各部の組み付け精度を特に高くしなくても、必要部分に上記潤滑油を吹き付ける事ができる。この為、製造コストの増大を抑える事ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、ターボチャージャ用回転支持装置を構成する（前述の図３〜４に示した第一の玉軸受７に相当する）玉軸受２２を構成する保持器２３の形状を工夫する事により、（図３〜４に示したノズル孔２０に相当する）ノズル２４から噴出した潤滑油を、上記保持器２３の円周方向複数箇所に設けたポケット１５、１５内に効率良く供給して、上記玉軸受２２の潤滑状態を良好にする点にある。上記ターボチャージャ用回転支持装置の全体構成に就いては、上記図３〜４に示した構造を含み、従来から知られているものと同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００１７】
金属製或は耐熱合成樹脂製で、もみ抜き型である、上記保持器２３の内周面の軸方向（図１〜２の左右方向）中間部に、円周方向に隣り合う上記各ポケット１５、１５同士を連通する凹溝２５、２５を、これら各ポケット１５、１５部分を除き、全周に亙って設けている。即ち、上記保持器２３の内周面のうち、円周方向に隣り合う上記各ポケット１５、１５の間部分２６、２６の軸方向中間部に、これら各ポケット１５、１５同士を繋ぐ様に、径方向外方に凹んだ上記各凹溝２５、２５を、それぞれ設けている。これら各凹溝２５、２５は、断面形状を円弧形としている。
【００１８】
尚、上記各凹溝２５、２５の断面形状は、三角形や四角形等の形状としても良いが、上記保持器２３の強度確保を考慮して、応力集中が小さい円弧形とする事が好ましい。又、これら各凹溝２５、２５の大きさ（潤滑油を保持可能な体積）は、特に限定しないが、各玉１３の転動面と、上記各ポケット１５、１５の内面並びに外輪軌道９及び内輪軌道１１との各接触面の潤滑に必要と考えられる量の潤滑油を確保できる大きさとする事が好ましい。この様に、上記各凹溝２５、２５により、上記各接触面の潤滑に必要な量の潤滑油を捕集し更に確保できれば、後述する様に、ターボチャージャの運転時に、潤滑油が飛散した場合でも、上記玉軸受２２に焼き付き等の損傷が発生する事を防げる。
【００１９】
又、本例の場合に上記各凹溝２５、２５は、上記保持器２３の内周面に旋削加工等の機械加工を施す事により形成している。言い換えれば、上記保持器２３は、例えば、前述の図５に示した様な従来の保持器１４に、上記各凹溝２５、２５を形成する為の追加加工を施す事により造っている。尚、これら各凹溝２５、２５を形成する位置は、本例の様な軸方向中央部に限らず、軸方向のどちらかに偏っていても構わない。要は、上記各ポケット１５、１５同士が連通されていれば良い。但し、上記各凹溝２５、２５を軸方向中央部に形成する方が、上記各ポケット１５、１５内に入り込む潤滑油が軸方向に偏らずに広範囲に広がり易くなる為、好ましい。尚、上記保持器２３が合成樹脂製の場合、上記各凹溝２５、２５を、この保持器２３を射出成形するのと同時に形成する事が、この保持器２３の加工コストを抑える面から好ましい。この場合でも、成形用の金型の改良は僅かで済む為、コスト上昇を低く抑えられる。又、何れの場合でも、保持器２３の容積が従来構造の場合に比べて嵩む事はなく、材料費も低く抑えられる。
【００２０】
一方、前記ノズル２４は、上記玉軸受２２の側方の径方向外寄り部分に設けられており、内輪１２の端部外周面で上記保持器２３の一端部（図１の左端部）に対向する部分に径方向外方から、上記内輪の軸方向に関して外側から内側に向けて斜めに、図１に矢印αで示す様に潤滑油を吹き付ける。上記保持器２３の端部内周面には、小径突部等、この潤滑油吹き付けの為の径路を狭くする部分が存在しないので、上記矢印α方向の吹き付けは、効果的に行なえる。又、上記内輪１２の外周面は平滑面である為、上述の様にして、この内輪１２の端部外周面に斜めに吹き付けられた潤滑油は、この端部外周面部分で跳ね返って、図１に矢印βで示す様に、上記保持器２３の一端部よりも上記各玉１３が存在する部分に寄った、内側空間２７内に取り込まれる。そして、この内側空間２７内に取り込まれた潤滑油が上記保持器２３の内周面に付着し、更にこの内周面に付着した潤滑油のうちの多くの部分が、上記各凹溝２５、２５内に捕集される。更にこの様に各凹溝２５、２５内に捕集された潤滑油は、これら各凹溝２５、２５内を上記保持器２３の円周方向に流れて、ほぼその全量が、上記各ポケット１５、１５内に供給される。
【００２１】
この様にして本例のターボチャージャ用回転支持装置の場合には、上記各玉１３の転動面と、これら各ポケット１５、１５の内面並びに外輪、内輪両軌道９、１１との各転がり接触部の潤滑状態を良好にする事ができる。この為、異常摩耗等の不具合の発生を防止できる。即ち、ターボチャージャの運転時に上記各凹溝２５、２５を設けた保持器２３は、上記各玉１３の公転に伴って高速で回転する為、上記矢印βの様に上記内側空間２７内に取り込まれた潤滑油は、上記保持器２３の内周面に沿って広がる。そして、この様にして保持器２３の内周面に広がった潤滑油の一部が、上記各凹溝２５、２５内に、表面張力及び遠心力により捕集される。そして、これら各凹溝２５、２５内に保持された潤滑油は、上記各ポケット１５、１５内に確実に供給され、これら各ポケット１５、１５内に保持された上記各玉１３の転動面に付着する。この様にしてこれら各玉１３の転動面に付着した潤滑油は、この転動面と、上記各ポケット１５、１５の内面並びに外輪、内輪両軌道９、１１との各接触面を潤滑する。この結果、これら各接触面の潤滑状態を良好にする事ができ、異常摩耗等の不具合の発生を防止できる。
又、上記各凹溝２５、２５を有する保持器２３の製造コストの増大は、前述の様に低く抑える事ができる。更に、各部の組み付け精度を特に厳密にする必要がないので、組み付けの為のコストも、低く抑えられる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のターボチャージャ用回転支持装置は、以上に述べた通り構成し作用する為、コスト上昇を抑えつつ、使用条件が厳しい玉軸受の潤滑性を良好にして、ターボチャージャの耐久性及び信頼性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、玉軸受の部分断面図。
【図２】保持器の一部を内径側から見た図。
【図３】ターボチャージャの全体構成を示す断面図。
【図４】ターボチャージャ用支持装置を示す、図３のＡ部拡大図。
【図５】従来のターボチャージャ用支持装置に組み込んでいた玉軸受の断面図。
【符号の説明】
１ 排気流路
２ 回転軸
３ タービン
４ インペラ
５ 給気流路
６ 軸受ハウジング
７ 第一の玉軸受
８ 第二の玉軸受
９ 外輪軌道
１０ 外輪
１１ 内輪軌道
１２ 内輪
１３ 玉
１４ 保持器
１５ ポケット
１６ 圧縮ばね
１７ 押圧環
１８ ケーシング
１９ フィルタ
２０ ノズル孔
２１ 排油口
２２ 玉軸受
２３ 保持器
２４ ノズル
２５ 凹溝
２６ 間部分
２７ 内側空間

Claims (2)

1. 一端部にタービンを、他端部にインペラを、それぞれ固定した回転軸を、軸受ハウジングの内側に回転自在に支持する為、これら回転軸の外周面と軸受ハウジングの内周面との間に玉軸受を設けており、この玉軸受は、外輪の内周面に形成した外輪軌道と内輪の外周面に形成した内輪軌道との間に、円環状に形成された保持器の円周方向複数個所に設けたポケット内に保持された複数個の玉を、転動自在に配置して成り、上記玉軸受の側方に設けたノズルからこの玉軸受に向け潤滑油を噴出させる事により、この玉軸受の潤滑を行なう様に構成したターボチャージャ用回転支持装置に於いて、上記保持器の内周面に、隣り合うポケット同士を連通する凹溝を設けると共に、上記ノズルから噴出した潤滑油を上記内輪の外周面の一部に、この内輪の軸方向に関して外側から内側に向けて斜めに吹き付け、この内輪の外周面の一部で跳ね返った潤滑油を上記各玉が存在する内側空間部分に取り込み、この取り込まれた潤滑油の一部を上記凹溝内に捕集して、この凹溝から上記各ポケット内に供給自在とした事を特徴とするターボチャージャ用回転支持装置。
2. 保持器が、金属製或は耐熱合成樹脂製のもみ抜き型である、請求項１に記載したターボチャージャ用回転支持装置

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