JP2005106108A

JP2005106108A - 転がり軸受装置

Info

Publication number: JP2005106108A
Application number: JP2003337492A
Authority: JP
Inventors: Hideto Yui; 秀人由井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】高速運転時にも保持器１４の外周面と外輪２３の内周面との摺接部に潤滑油を十分に供給して、異常摩耗等の損傷の発生を防止する。
【解決手段】外輪２３の反負荷側端部が内輪１２の負荷側端部よりも回転軸２の軸方向に沿う玉寄りに位置しており、軸受ハウジング２６は、外輪２３と接触しない部分である外輪２３の反負荷側端部側に給油孔２４を形成しており、給油孔２４を介して転がり軸受２２の玉１３若しくは保持器１４の外周面に向け潤滑油を吐出自在とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受装置に係り、特に自動車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転がり軸受や、燃料電池用の水蒸気圧送機等に好適に使用される転がり軸受装置に関する。

例えば、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ー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、排気のエネルギーを、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、前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。

図２〜３は、この様なターボチャージャの一例を示している。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２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２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、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され、しかも回転支持部の潤滑を十分に考慮する必要がある。

回転軸２は、第一、第二の玉軸受７、８により軸受ハウジング６の内側に回転自在に支持されている。即ち、第一、第二の玉軸受７、８は、軸受ハウジング６と回転軸２とを相対回転可能に支持するように、軸受ハウジング６と回転軸２との間に介装されている。これら第一、第二の玉軸受７、８はそれぞれ、図４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。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個ずつ円周方向に等間隔に保持されている。又、図示の例の場合には、内輪１２は、片側の肩部をなくした、所謂カウンタボアとしている。又、保持器１４は、その外周面を外輪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。

この様な第一の玉軸受７は、外輪１０を軸受ハウジング６の一端部に内嵌すると共に、内輪１２を回転軸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の他端部を軸受ハウジング６に対し、回転自在に支持している。又、前記第一、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同士の間に前記圧縮ばね１６を挟持している。従って、第一、第二の玉軸受７、８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。

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ない、第二の玉軸受８に比べて厳しくなる。この為、前記第一の玉軸受７の潤滑を十分に行って、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。

そこで、図３に示された従来の転がり軸受装置では、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、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、スクィーズフィルムダンパとして機能させた、ケーシング１８の内周面と軸受ハウジング６の外周面との間の隙間空間を通過して、外輪１０に隣接する押圧環１７に設けたノズル孔２０から、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潤滑油を噴出し、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、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。

また、上述する玉軸受において、外輪に給油孔を形成して、この給油孔から保持器の外周面に潤滑油を吐出させ、玉軸受の潤滑性能の向上を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。さらに、各種機械装置の回転支持部分に適用される、潤滑油が供給されるアンギュラ玉軸受において、外輪の反負荷側端部を、内輪の負荷側端部よりも、支持する軸の軸方向に沿う転動体寄りに位置して、余分な潤滑油を効率よく排出する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−５４４５１号公報（第３頁、第１図）特開２００１−１５３１４４号公報（第７頁、第６図）

図２乃至図４に示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、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、第一の玉軸受７を潤滑することなく、周囲に飛散してしまう。また、潤滑油の一部は、保持器１４と内輪１２との間に生じるエアカーテンの影響により、軸受内部に供給されない。

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、各玉１３、１３、外輪軌道９、内輪軌道１１、保持器１４の各ポケット１５の内面及び保持器１４の外径面等、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、極端な場合には異常磨耗や焼き付き等の損傷を発生する可能性がある。

本発明は、この様な不都合を解消すべく、玉軸受の潤滑状態を向上することができる転がり軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の前記目的は、以下の構成によって達成される。
（１）軸受ハウジングと、該軸受ハウジングの内側に回転自在に支持された回転軸と、前記軸受ハウジングと前記回転軸とを相対回転可能に支持するように前記軸受ハウジングと前記回転軸との間に介装されており、前記軸受ハウジングに内嵌された外輪と、前記回転軸に外嵌された内輪と、前記外輪及び前記内輪に形成された外輪軌道及び内輪軌道間に転動自在に設けた複数個の玉と、前記玉を円周方向に等間隔に保持する保持器とを有する転がり軸受とを備えるとともに、前記回転軸の回転を所定の仕事に変換する部材が前記回転軸に取り付けられた転がり軸受装置において、
前記転がり軸受のうち少なくとも一つの転がり軸受は、前記外輪の反負荷側端部が前記内輪の負荷側端部よりも前記回転軸の軸方向に沿う玉寄りに位置しており、
前記軸受ハウジングは、前記外輪と接触しない部分である前記外輪の反負荷側端部側に給油孔を形成しており、前記給油孔を介して前記転がり軸受の前記玉若しくは前記保持器の外周面に向け潤滑油を吐出自在としたことを特徴とする転がり軸受装置。
なお、本発明の前記回転軸の回転を所定の仕事に変換する部材は、本実施形態のターボチャージャの回転支持装置におけるインペラである。

上述の様に構成する本発明の転がり軸受装置の場合には、給油孔から吐出した潤滑油の大部分が、外輪若しくは内輪と玉との転がり接触部の潤滑に供される。この結果、前記給油孔から吐出した潤滑油を玉軸受の潤滑に有効利用して、玉軸受の潤滑状態を良好にできる。また、外輪の反負荷側端部が、内輪の負荷側端部よりも回転軸の軸方向に沿う玉寄りに位置しているので、排油空間を大きく確保することができ、軸受内部に供給された潤滑油が排出されやすく、また、軸受内の異物の除去及び発熱した軸受の温度を低下することができる。従って、本発明の転がり軸受装置は、使用条件が厳しい玉軸受の潤滑状態を良好にして、ターボチャージャのような、転がり軸受装置が適用される装置の耐久性及び信頼性の向上を図れる。

図１は、本発明の実施形態の１例を示している。ここで、転がり軸受装置に組み込む（前述の図２〜３に示した第一の玉軸受７に相当する）玉軸受２２を構成する外輪２３の負荷側端部が内輪１２の反負荷側端部よりも回転軸２の軸方向に沿う玉寄りに配置されており、押圧環１７に設けたノズル孔２０から、玉軸受２２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潤滑油を噴出している。尚、本発明の特徴は、転がり軸受装置に組み込む玉軸受２２を構成する外輪２３の反負荷側端部が、内輪１２の負荷側端部よりも回転軸２の軸方向に沿う玉寄りに位置しており、軸受ハウジング２６は、外輪２３と接触しない部分である外輪２３の反負荷側端部側に給油孔２４を形成しており、この給油孔２４を介して玉軸受２２の玉１３若しくは保持器１４の外周面に向け潤滑油を吐出する点にある。これにより、内輪１２若しくは外輪２３と玉１３の転がり接触部の潤滑状態を良好にするとともに、排油空間を大きく確保している。本発明の転がり軸受装置である、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、前述の図２〜３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り、給油孔２４に潤滑油を送り込む為の構造に就いても、図２〜３に示した、ノズル孔２０の油を供給する為の給油通路２５の一部を分岐して、軸受ハウジング２６の内周面にまで伸ばす事により、容易に実現できる。
そこで、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、本発明の特徴部分を中心に説明する。

本実施形態では、外輪２３の反負荷側端部は、内輪１２の負荷側端部よりも回転軸２の軸方向に沿う玉寄りに位置している。また、給油孔２４が、外輪２３と接触しない、即ち外輪２３の反負荷側端部側である軸受ハウジング２６の端部に、軸受ハウジング２６の外周面と内周面とを連通させる状態で形成されている。給油孔２４の上流端部である、軸受ハウジング２６の外周面側開口は、前述の図２〜３で示した給油通路２５に通じている。従って、給油孔２４には、フィルタ１９（図２参照）を通過した潤滑油が送り込み自在となっている。

また、分岐した本給油通路２５には、ケーシング１８の内周面と軸受ハウジング２６の外周面との間に凹溝空間２７が設置されており、潤滑油を通過させることによってスクィーズフィルムダンパ２８として機能させ、ターボチャージャにおける回転軸２の振動を減衰させている。なお、本実施形態では、凹溝空間２７は軸受ハウジング２６の外周面に形成され、給油孔２４と連通する凹部によって構成されている。

そして、この様にして、給油孔２４に送り込まれた潤滑油は、給油孔２４の下流端部である、軸受ハウジング２６の内周面側開口から、前記玉１３，１３若しくは保持器１４の外周面に向け吐出される。ここで、軸受ハウジング２６の内周面側開口は、回転軸２の軸方向において、外輪２３の反負荷側端部と内輪１２の負荷側端部との間に位置している。

本実施形態によれば、上述の様に構成するターボチャージャ用回転支持装置の場合には、エアカーテンの影響を受けることなく、給油孔２４から吐出した潤滑油の大部分が、直接、外輪軌道９若しくは内輪軌道１１と玉１３の間の転がり接触部の潤滑に供される。この結果、前記給油孔２４から吐出した潤滑油が、保持器１４の外径面と外輪２３の内径面間、若しくは保持器１４と玉１３間の潤滑にも有効利用され、玉軸受２２の潤滑状態を良好にできる。また、軸受ハウジング２６に給油孔２４を設けて、玉軸受２２を潤滑する構成としたので、外輪２３に孔を加工する必要がない。これにより、玉軸受２２の潤滑状態を良好にできると同時に、玉軸受２２の変形の可能性を少なくして高い回転振れ精度を保つことが可能である。

さらに、外輪２３の反負荷側端部を除去しているので、排油空間が非常に大きくなり、軸受内部に供給された潤滑油が排出されやすく、玉軸受２２内の異物の除去、若しくは発熱した玉軸受２２の温度を低減する効果としても有効である。

ここで、軸受ハウジング２６に形成した給油孔２４の直径はφ０．５〜２．０ｍｍ、好ましくはφ０．８〜１．５ｍｍが望ましく、給油孔２４の数は１〜４個、好ましくは１〜２個が望ましいが、本発明の範囲では特に限定されない。
また、回転軸２の軸方向位置として、外輪２３の反負荷側端部は、玉１３の中心位置及び内輪１２の反負荷側端部の間に位置していれば良く、給油孔２４は外輪２３の反負荷側端部及び内輪１２の負荷側端部の間に位置していれば良い。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
本発明を実施する場合に、玉軸受２２のうちで玉１３と内輪１２の空間に潤滑油を噴出するためのノズル孔２０は必須ではないが、設けることが好ましい（図１参照。）。

また、本実施形態では、自動車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まれ、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て回転自在に支持する転がり軸受装置について説明したが、電動モータをアシストとして設置したターボチャージャ、電動モータのみで駆動されるコンプレッサや燃料電池用の水蒸気圧送機等に適用される転がり軸受装置においても有効である。

本発明の実施形態の１例を示す、玉軸受の部分断面図である。ターボチャージャの全体構成を示す断面図である。ターボチャージャ用支持装置を示す、図２のＡ部拡大図である。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である。

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外輪
２４給油孔
２５給油通路
２６軸受ハウジング
２７凹溝空間
２８スクィーズフィルムダンパ

Claims

軸受ハウジングと、該軸受ハウジングの内側に回転自在に支持された回転軸と、前記軸受ハウジングと前記回転軸とを相対回転可能に支持するように前記軸受ハウジングと前記回転軸との間に介装されており、前記軸受ハウジングに内嵌された外輪と、前記回転軸に外嵌された内輪と、前記外輪及び前記内輪に形成された外輪軌道及び内輪軌道間に転動自在に設けた複数個の玉と、前記玉を円周方向に等間隔に保持する保持器とを有する転がり軸受とを備えるとともに、前記回転軸の回転を所定の仕事に変換する部材が前記回転軸に取り付けられた転がり軸受装置において、
前記転がり軸受のうち少なくとも一つの転がり軸受は、前記外輪の反負荷側端部が前記内輪の負荷側端部よりも前記回転軸の軸方向に沿う玉寄りに位置しており、
前記軸受ハウジングは、前記外輪と接触しない部分である前記外輪の反負荷側端部側に給油孔を形成しており、前記給油孔を介して前記転がり軸受の前記玉若しくは前記保持器の外周面に向け潤滑油を吐出自在としたことを特徴とする転がり軸受装置。