JP2005233248A - 過給機用転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速回転で連続運転した場合でもグリースの漏れがなく、寿命の長い過給機用転がり軸受を提供する。
【解決手段】 ゴム５ｂにより覆われた係止部５ａを有する密封部材（シールド板５）を、外輪２の端部の係止溝２ａに嵌め入れ、その内輪側端部５ｃと内輪１のシール溝１ａとの間に、すきま（距離ｙ）を形成する。また、シール溝１ａに対向するシールド板５側対向面の軸方向長さｘを、０．８ｍｍ以上とする。以上の構成により、過給機の高速回転に伴う係止溝２ａからのグリースの漏れが防止されるとともに、内輪１とこのシールド板５との間に、グリースの漏れを防止するラビリンスが形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高速での回転に対応した転がり軸受に関し、更に詳しくは、自動車用エンジン等に用いられる過給機の回転軸の支持に適したグリース封入型の転がり軸受に関する。

内燃機関（エンジン）を過給して出力の増加を図る手段として、過給機（ターボチャージャやスーパーチャージャ等）が用いられる。ターボチャージャは、エンジンの排気ガスで駆動されるタービンによってコンプレッサを駆動し、このコンプレッサで圧縮された空気によって過給を行なうものである。このターボチャージャの主軸は、高速で回転することが知られているが、その主軸の回転を支持する軸受には、高温環境下での高速回転に対応すべく、軸方向に離間して配置された２つの浮動ブッシュが使用されている（特許文献１あるいは非特許文献１等を参照）。

一方、自動車産業においては、エンジンのレスポンス向上と排出ガス抑制のために、電動モータを用いた過給機が開発されている。この電動機付き過給機としては、エンジンの運転状況に応じて、電動機の駆動により過給動作を付勢する電動アシストターボチャージャ（特許文献２等）や、タービンがなく電動機のみでコンプレッサを駆動する電動スーパーチャージャ（特許文献３，特許文献４等）が知られている。

これらの電動機付き過給機は、主軸の回転を支持する軸受の少なくとも一方は排気ガスの高温の影響を受けず、冷却する必要がないことから、従来の浮動ブッシュに代えて、この部位にグリースを封入した転がり軸受を配置することが検討されている。

従来のグリース封入型転がり軸受は、図４および図５の断面図示すように、グリース（図示省略）の保持と外部からの異物の混入を防ぐため、内輪１回転の場合、その外輪２の端部に設けられた係止溝２ｃあるいは２ｄに、密封部材（シールド板１５またはシール１６）の係止部１５ａ，１６ａが嵌め入れられた構造である。

特開平５−７１５３７号公報 特表２００１−５２７６１３号公報 特開２００２−３３９７５７号公報 特開２００３−３２２０２６号公報 五味努監修，「自動車工学全書４ ガソリンエンジン」，山海堂，１９８０年７月，ｐ．１６８

ところで、上述した電動機付き過給機も、従来の過給機同様の高速（５０，０００ｒｐｍ以上）で回転するため、一般的な密封部材を使用した転がり軸受では、寿命が著しく短くなってしまう場合があった。

具体的には、シール１６（接触形シール）は、内輪１の端部に設けられたシール溝１ｄに、そのリップ部１６ｃ接触しているため密閉性は良いが、内輪１との摩擦による発熱があり、高速回転する軸受には使用できない。また、シールド板１５は、内輪１と非接触なため高回転域での使用が可能であるが、密閉性に劣り、高速回転で連続運転した場合、係止溝２ｃと係止部１５ａの間からグリースが漏れ出てしまうという欠点があった。

本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、高速回転で連続運転した場合でもグリースの漏れがなく、寿命の長い過給機用転がり軸受を提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、同心状に配置された内輪と外輪との間に形成された環状空間内にグリースを封入し、前記外輪の軸方向端部に形成された係止溝に配設された密封部材により、この環状空間の開口を密封してなる過給機用転がり軸受において、前記密封部材は、少なくともその外輪側係止部がゴムで覆われ、かつ、その内輪側端部と前記内輪との間にはすきまが形成されているとともに、軸平行方向断面視における前記内輪に対向する密封部材側対向面の長さが、０．８ｍｍ以上であることを特徴とする。

すなわち、密封部材の係止部（外輪側端部近傍）をゴムで覆うことによって、このゴムが外輪の係止溝に密着し、高速回転に伴う係止溝からのグリースの漏れを防止することができる。また、軸平行方向断面視における密封部材側対向面の長さを、０．８ｍｍ以上とすることにより、内輪とこの密封部材との間に、グリースの漏れを防止するのに十分なラビリンスが形成される。従って、本発明の過給機用転がり軸受は、高速回転での使用においても、長期に渡り良好な潤滑が維持される。

なお、軸平行方向断面視における密封部材側対向面の長さが、０．８ｍｍ未満の場合は、５０，０００ｒｐｍ以上に及ぶ高速回転によって、密封部材の内輪側端部と前記内輪との間のすきまからグリースが漏出する可能性がある。

また、本発明の過給機用転がり軸受における前記密封部材の内輪側端面と前記内輪との間の径方向すきまは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍとすることが好ましい（請求項２）。このすきまが、０．１ｍｍ未満あるいは０．３ｍｍを越える場合は、十分なラビリンス効果を得られない恐れがある。

なお、本発明における「密封部材」とは、シールおよびシールド板の両者を包含する。

以上のように、本発明の過給機用転がり軸受によれば、高速回転で連続運転した場合でもグリースの漏れがなく、寿命の長い過給機用転がり軸受とすることができる。

以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、電動機付き過給機の構造を示す模式的断面図である。また、図２は、本発明の第１実施形態における過給機用転がり軸受の構造を示す軸方向断面図である。

本発明の過給機用転がり軸受Ｂ，Ｂが使用される電動機付き過給機は、タービンがなく電動機のみでコンプレッサを駆動する電動スーパーチャージャである。この電動スーパーチャージャのシャフト２３の両端側には、コンプレッサインペラ２６を備えるコンプレッサ部と電動モータ部が形成されており、コンプレッサインペラ２６の回転により、圧縮した空気をエンジンに供給している。また、このシャフト２３は、２つの転がり軸受Ｂ，Ｂにより、回転自在に支持されている。なお、図中の符号２１はモータハウジング、２２はコンプレッサハウジング、２４はモータのステータ、２５はモータのロータである。

本実施形態における過給機用転がり軸受Ｂ，Ｂの基本的な構成は、図２（Ａ）に示すように、従来のアンギュラ玉軸受と同様であり、外周面に軌道溝を有する内輪１と、内周面に軌道溝を有する外輪２と、これら内輪１と外輪２の間に形成される環状空間Ｓ内に配置された複数のボール３と、これらボール３を周方向に所定の間隔で保持する保持器４とからなる。また、この環状空間Ｓの中にはボール３，保持器４とともにグリース（図示省略）が封入されている。なお、ボール３の材料には、セラミックスが好適に使用される。

本実施形態における過給機用転がり軸受の特徴は、環状空間Ｓを密封する密封部材（シールド板５）の係止部５ａが、ゴム５ｂで覆われている点である。このシールド板５は、前記係止部５ａを、外輪２の端部に形成された係止溝２ａに嵌め入れて固定されている。

また、このシールド板５の内輪側端部５ｃと内輪１のシール溝１ａとの間には、すきま（距離：ｙ＝約０．２ｍｍ）が形成されているとともに、このシールド板５の端部５ｃは、シール溝１ａに平行になるように折り曲げて形成されており、図２（Ａ）のように軸平行方向から見た場合、シール溝１ａに対向するシールド板５側対向面の軸方向長さｘは、０．８ｍｍ以上になっている。

以上の構成によって、本実施形態における過給機用転がり軸受は、ゴム５ｂが係止溝２ａに密着し、過給機の高速回転に伴う係止溝２ａからのグリースの漏れを防止することができる。また、シールド板５側対向面の長さｘを、０．８ｍｍ以上としたことにより、内輪１とこのシールド板５との間に、グリースの漏れを防止するのに十分なラビリンスが形成される。従って、本実施形態における過給機用転がり軸受は、高速回転での使用においても、長期に渡り良好な潤滑を維持することができる。

なお、シールド板５の形状は、前記の実施形態に限定されるものではない。例えば、図２（Ｂ）や図２（Ｃ）のように、係止部や内輪側端部を変更しても、同様の効果を奏する形状の設計が可能である。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図３は、本発明の第２実施形態における過給機用転がり軸受の構造を示す軸方向断面図である。なお、この過給機用転がり軸受が使用される電動機付き過給機（図１）の構成は、第１実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

本実施形態における過給機用転がり軸受が、第１実施形態と異なる点は、密封部材が芯金６ａとゴム６ｂとからなるシール６として形成されている点である。

このシール６は、前記シールド板５と同様、ゴム６ｂにより覆われた係止部６ａを、外輪２の端部の係止溝２ｂに嵌め入れて固定されており、その内輪側端部６ｃと内輪１のシール溝１ｂとの間には、すきま（距離ｙ＝約０．２ｍｍ）が形成されている。また、図３（Ａ）のように軸平行方向から見た場合、シール溝１ｂに対向するシール６側対向面の軸方向長さｘは、０．８ｍｍ以上になっている。

以上の構成によって、本実施形態における過給機用転がり軸受は、過給機の高速回転に伴う係止溝２ｂからのグリースの漏れが防止されるとともに、内輪１とこのシール６との間に、グリースの漏れを防止するラビリンスが形成される。従って、本実施形態における過給機用転がり軸受も、長期に渡り良好な潤滑を維持することができる。

なお、シール６の形状も、前記の実施形態に限定されるものではない。例えば、図３（Ｂ）のようにゴム部の厚みを変更したり、図３（Ｃ）のようにラビリンスを延長するリップを形成しても、同様の効果を奏する形状の設計が可能である。

また、本発明の過給機用転がり軸受に使用されるゴム（５ａ，５ｂ）の種類は、特に限定されるものではないが、適用温度範囲の広いアクリルゴム，フッ素ゴム等が好適である。その他にも、ニトリルゴムやシリコンゴム等を使用しても良い。

電動機付き過給機の構造を示す模式的断面図である。 （Ａ）本発明の第１実施形態にかかる過給機用転がり軸受の密封構造を示す断面図である。 （Ｂ），（Ｃ）第１実施形態の過給機用転がり軸受に用いられる密封部材（シールド板５）の変形例である。 （Ａ）本発明の第２実施形態にかかる過給機用転がり軸受の密封構造を示す断面図である。 （Ｂ），（Ｃ） 第２実施形態の過給機用転がり軸受に用いられる密封部材（シール６）の変形例である。 従来の転がり軸受における密封構造を示す断面図である。 従来の転がり軸受における別の密封構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 内輪
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ シール溝
２ 外輪
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 係止溝
３ ボール
４ 保持器
５ シールド板（密封部材）
５ａ 係止部
５ｂ ゴム
５ｃ 端部
６ シール（密封部材）
６ａ 係止部
６ｂ ゴム
６ｃ 端部
６ｄ 芯金
１５ シールド板（密封部材）
１５ａ 係止部
１５ｂ 端部
１６ シール（密封部材）
１６ａ 係止部
１６ｂ ゴム
１６ｃ リップ部
１６ｄ 芯金
２１ モータハウジング
２２ コンプレッサハウジング
２３ シャフト
２４ ステータ
２５ ロータ
２６ コンプレッサインペラ
Ｂ 転がり軸受

Claims (2)

1. 同心状に配置された内輪と外輪との間に形成された環状空間内にグリースを封入し、前記外輪の軸方向端部に形成された係止溝に配設された密封部材により、この環状空間の開口を密封してなる過給機用転がり軸受において、
   前記密封部材は、少なくともその外輪側係止部がゴムで覆われ、かつ、その内輪側端部と前記内輪との間にはすきまが形成されているとともに、軸平行方向断面視における前記内輪に対向する密封部材側対向面の長さが、０．８ｍｍ以上であることを特徴とする過給機用転がり軸受。
2. 前記密封部材の内輪側端面と前記内輪との間の径方向すきまが、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の過給機用転がり軸受。
   

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