JP2014058936A

JP2014058936A - 軸受装置

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Publication number: JP2014058936A
Application number: JP2012205509A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iwata; 孝岩田; Chiaki Saito; 千晃齋藤; Yoshitaka Waseda; 義孝早稲田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP6074966B2

Abstract

【課題】転がり軸受を通過した油を環状空間で流れやすくすることができ、この油を効率良く排出させることが可能となる軸受装置を提供する。
【解決手段】ケーシング２の内周面５と外輪ハウジング１０の外周面１６との間に供給された油は、外輪ハウジング１０の端面１７とケーシング２内の側壁面６との間を経て転がり軸受２０内に供給され、転がり軸受２０を通過した油は、環状空間５０から排出孔１５を通じて排出される。外輪ハウジング１０の内周面１２は、外輪２２を取り付けるための取り付け面３１，３１と、取り付け面３１，３１の間に設けられ環状空間５０の外周面を構成する円筒面３２とを有している。この円筒面３２は、外輪２２の内径Ｂよりも大きな内径Ａを有している第一内周面３３，３３と、この第一内周面３３の内径Ａよりも大きな内径Ｃを有し環状空間５０を径方向外側へ拡大させている第二内周面３４とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばターボチャージャに用いられる軸受装置に関する。

高速回転する回転軸をケーシング内で支持するターボチャージャ用の軸受装置として、図４に示すように、ケーシング９０内に設けられている円筒形状の外輪ハウジング９１と、この外輪ハウジング９１の軸方向両側部それぞれに取り付けられている転がり軸受９２，９２とを備え、これら転がり軸受９２，９２が、外輪ハウジング９１の径方向内側にある回転軸９９を回転自在に支持するものがある（特許文献１参照）。

図４に示すターボチャージャでは、ケーシング９０に給油孔９６が設けられており、この給油孔９６から外輪ハウジング９１の外周面９１ａへと油が供給される。この油により、ケーシング９０の内周面９０ａと外輪ハウジング９１の外周面９１ａとの間に油膜（オイルフィルム）が形成され、軸受装置９７の振動がケーシング９０に伝わりにくくすることが可能となる。

また、ケーシング９０の内周面９０ａと外輪ハウジング９１の外周面９１ａとの間に供給された油は、この外輪ハウジング９１の軸方向の端面９８とケーシング９０内の側壁面９０ｂとの間を経て転がり軸受９２内に供給され、この油により転がり軸受９２を潤滑すると共に冷却することが可能となる。

特開２０１０−１３３２６６号公報

前記のとおり、ターボチャージャのケーシング９０側から供給された油は、転がり軸受９２を潤滑すると共に冷却するためにも機能するが、この潤滑及び冷却に要する油量を超える油が、転がり軸受９２内に供給された場合、この転がり軸受９２を通過した油が、回転軸９９の外周側に取り付けられているスペーサ９９ａと外輪ハウジング９１との間の環状空間１００で滞留し、高速で回転する転がり軸受９２における油の撹拌抵抗が大きくなる。この結果、回転軸９９の回転抵抗が大きくなり、ターボチャージャとしての機能を十分に発揮させることができなくなるおそれがある。

なお、外輪ハウジング９１の軸方向中央の一部には油の排出孔８９が形成されており、軸方向両側の転がり軸受９２，９２間に形成されている環状空間１００の過剰な油をこの排出孔８９を通じて軸受装置９７外へ排出可能であるが、油の供給量に比べて排出量が十分でない場合、環状空間１００で油が滞留してしまい、転がり軸受９２における油の撹拌抵抗が大きくなる。

そこで、本発明は、環状空間に油が滞留して転がり軸受における油の撹拌抵抗が大きくなるのを防ぐために、転がり軸受を通過した油を環状空間で流れやすくすることができ、この油を効率良く排出させることが可能となる軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、ケーシング内に設けられ軸方向中央の一部に油の排出孔が形成されている円筒形状の外輪ハウジングと、前記外輪ハウジングの軸方向両側部それぞれに取り付けられ、外輪、内輪及び転動体を備え当該外輪ハウジングの径方向内側にある回転軸を回転自在に支持する転がり軸受とを有し、前記ケーシングの内周面と前記外輪ハウジングの外周面との間に供給された油が、当該外輪ハウジングの軸方向の端面と前記ケーシング内の側壁面との間を経て前記転がり軸受内に供給され、この転がり軸受を通過した油が、軸方向両側の前記転がり軸受間に形成されている環状空間から前記排出孔を通じて排出される軸受装置であって、前記外輪ハウジングの内周面は、前記外輪を取り付けるために軸方向両側部に設けられている環状の取り付け面と、これら取り付け面の間に設けられ前記環状空間の外周面を構成する円筒面とを有し、前記円筒面は、前記外輪の内径よりも大きな内径を有している軸方向両側の第一内周面と、この第一内周面の内径よりも大きな内径を有し前記環状空間を径方向外側へ拡大させている軸方向中央側の第二内周面とを有することを特徴とする。

本発明によれば、第一内周面は、外輪の内径よりも大きな内径を有しているため、転がり軸受の内輪と外輪との間の軸受空間よりも、環状空間を径方向外側へ拡大させ、さらに、第二内周面は、第一内周面の内径よりも大きな内径を有しており、環状空間を更に径方向外側へ拡大させている。このように、環状空間を径方向外側へ段階的に拡大させることで、環状空間における油の流路断面を大きくさせ、転がり軸受を通過した油を環状空間で流れやすくすることができ、この油を効率良く排出孔から排出させることが可能となる。

また、前記第二内周面は、軸方向中央に位置していると共に前記排出孔が開口している円筒底面と、この円筒底面と軸方向両側の前記第一内周面とを繋げているテーパ面とを有しているのが好ましい。
この場合、転がり軸受内から環状空間に流れた油を、第一内周面側からテーパ面に沿って円筒底面側へと導き、さらに、この円筒底面で開口している排出孔へと導くことができ、この排出孔の取り入れ口から油を取り入れやすくすることができる。このため、油が排出口から排出されやすくなり、油が環状空間に滞留し難くすることが可能となる。

また、前記第一内周面の内径は、前記取り付け面の内径よりも小さいのが好ましい。
この場合、第一内周面の径方向の位置を、転がり軸受の外輪の内周面と、取り付け面との間にすることができ、転がり軸受内の油を段階的に環状空間の広くなる領域（第二内周面側の領域）へと導き、油を環状空間で流れやすくすることができる。

また、前記第一内周面及び前記第二内周面は、前記回転軸の外周面又は前記回転軸の径方向外側に設けられている円筒体の外周面と対面しているのが好ましい。
この場合、回転軸の外周面又は円筒体の外周面と第一内周面との間には、油の流れを阻害する部分が存在せず、また、回転軸の外周面又は円筒体の外周面と第二内周面との間には、油の流れを阻害する部分が存在せず、油が環状空間の一部で滞留するのを防止することができる。

本発明によれば、軸方向両側の転がり軸受間に形成されている環状空間を、径方向外側へ段階的に拡大させることで、環状空間における油の流路断面を大きくさせ、転がり軸受を通過した油を環状空間で流れやすくすることができ、この油を効率良く排出孔から排出させることが可能となる。この結果、転がり軸受における油の撹拌抵抗が大きくなるのを防ぐことができ、回転軸の回転性能を高めることが可能となる。

本発明の軸受装置が組み込まれているターボチャージャの縦断面図である。軸受装置の縦断面図である。軸受装置の一部を拡大した断面図である。従来の軸受装置の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の軸受装置１が組み込まれているターボチャージャＴの縦断面図である。このターボチャージャＴは、ケーシング２と、このケーシング２内で高速回転する回転軸３とを備えている。回転軸３は、軸方向一方側（図１の右側）の端部に設けられているタービン５３と、軸方向他方側（図１の左側）の端部に設けられているインペラ５４とを有している。

ケーシング２の軸方向一方側には排気流路５１が設けられており、軸方向他方側には給気流路５５が設けられている。排気流路５１を流れる排気ガスによりタービン５３が回転することで回転軸３は高速回転し、この回転軸３の回転力によってインペラ５４は給気流路５５内で回転する。そして、給気流路５５の開口部から吸引された空気がインペラ５４により圧縮され、この圧縮された空気が、ガソリンや軽油等の燃料と共に、図示しないエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。

このようなターボチャージャＴの回転軸３は、数万〜十数万（回／分）もの高速で回転し、しかも、エンジンの運転状況（回転数）に応じて回転速度が頻繁に変化することから、回転軸３の回転損失をできるだけ低減するのが好ましい。そこで、ケーシング２内に設けられている軸受装置１が、この回転軸３を小さな回転抵抗となるようにして支持している。

図２は軸受装置１の縦断面図である。この軸受装置１は、ケーシング２内に設けられ円筒形状である外輪ハウジング１０と、この外輪ハウジング１０の軸方向両側部１１，１１それぞれに取り付けられている転がり軸受２０，２０とを備えている。これら転がり軸受２０，２０により、外輪ハウジング１０の径方向内側にある回転軸３が回転自在に支持される。

ターボチャージャＴのケーシング２は、中央に軸受装置１を収容する収容室４が形成されている。つまり、ケーシング２内には、内周面５と、この内周面５の軸方向両側からそれぞれ径方向内側に延びる円環状の側壁面６，６とが形成されており、これら内周面５及び側壁面６，６によって囲まれる領域が、前記収容室４となる。

また、このケーシング２には、内周面５において開口する給油孔７，７及び排油孔８が形成されている。給油孔７は、ケーシング２の上部に形成されており、この給油孔７を通じて、油（潤滑油）が外輪ハウジング１０の外周面１６とケーシング２の内周面５との間に供給される。排油孔８は、ケーシング２の下部に形成されており、収容室４内に設けられている軸受装置１を通過した油を、この排油孔８を通じて外部へと排出する。

外輪ハウジング１０は、円筒形状である軸方向両側部１１，１１及びその間の本体部１９を含み、これらが一体として構成されている円筒形状の部材である。そして、外輪ハウジング１０の軸方向中央の一部（下部）に、油の排出孔１５が形成されている。排出孔１５は、ケーシング２の排油孔８と連続する配置となる。
外輪ハウジング１０の軸方向寸法は、ケーシング２の側壁面６，６間の軸方向寸法よりも僅かに小さく、外輪ハウジング１０は、ケーシング２内において、周方向の回転は制限されているが、軸方向の一方側及び他方側については微小寸法だけ移動可能となる。

また、外輪ハウジング１０の軸方向両側の端面１７，１７は、ケーシング２内の軸方向両側に設けられている側壁面６，６に、隙間を有して対向する対向面となる。なお、外輪ハウジング１０の軸方向の端面１７と、ケーシング２の側壁面６との間には微小の隙間が形成されるが、図２では、説明を容易とするためにこの隙間を大きくして表現している。

また、外輪ハウジング１０がケーシング２内を軸方向一方側（図２の右側）に移動した際に、外輪ハウジング１０の軸方向一方側の端面１７は、このケーシング２内の側壁面６（図２では右側の側壁面６）に対して軸方向から接触することがある。この端面１７は、外輪２２の軸方向外側の側面２５よりも軸方向外側（図２の右側）に位置している。
また、これと同様に、外輪ハウジング１０がケーシング２内を軸方向他方側（図２の左側）に移動した際に、外輪ハウジング１０の軸方向他方側の端面１７は、このケーシング２内の側壁面６（図２では左側の側壁面６）に対して軸方向から接触することがある。この端面１７は、外輪２２の軸方向外側の側面２５よりも軸方向外側（図２の左側）に位置している。

軸方向両側の転がり軸受２０，２０は、同じ構造であり、本実施形態の転がり軸受２０はアンギュラ玉軸受である。転がり軸受２０それぞれは、外輪２２、内輪２３及び転動体としての玉２４を有している。玉２４はセラミック製である。
外輪２２は、外輪ハウジング１０の軸方向両側部１１，１１それぞれに嵌め入れられており、内輪２３は回転軸３に外嵌している。軸方向両側の内輪２３，２３の間には円筒体からなるスペーサ９が設けられており、スペーサ９内を回転軸３が挿通している。スペーサ９により左右の内輪２３，２３は軸方向の位置決めがされる。また、外輪ハウジング１０とスペーサ９（回転軸３）との間であって、軸方向両側の転がり軸受２０，２０の間には、環状空間５０が形成されている。

そして、本実施形態では、前記給油孔７，７から供給された油により、ケーシング２の内周面５と外輪ハウジング１０の外周面１６との間に油膜（オイルフィルム）が形成され、軸受装置１の振動がケーシング２に伝わりにくくしている。
そして、これら内周面５と外周面１６との間に供給された油は、軸方向両側それぞれにおいて、外輪ハウジング１０の軸方向の端面１７とケーシング２内の側壁面６との間を経て、転がり軸受２０内に供給される。つまり、油は、外輪２２と内輪２３との間の環状の軸受空間Ｑに供給される。そして、転がり軸受２０，２０それぞれを通過した油（軸受空間Ｑを通過した油）は、前記環状空間５０を流れ、さらに、この環状空間５０から排出孔１５及び排油孔８を通じて外部へ排出される。

外輪ハウジング１０の内周面形状について説明する。外輪ハウジング１０の内周面１２は、軸方向両側部１１，１１に設けられている環状の取り付け面３１，３１と、これら取り付け面３１，３１の間に設けられている円筒面３２とを有している。取り付け面３１は、外輪２２を取り付けるための部分であり、この取り付け面３１に外輪２２は圧入により取り付けられている。

図３は、前記軸受装置１の一部を拡大した断面図である。円筒面３２は、環状空間５０の外周面を構成する面であり、この円筒面３２は、軸方向両側の第一内周面３３，３３と、軸方向中央側の第二内周面３４とを有している。第一内周面３３は、外輪ハウジング１０の中心線Ｌを中心とする直線状の円筒面からなり、外輪２２の内径Ｂよりも大きな内径Ａを有している（Ａ＞Ｂ）。なお、外輪２２の内径Ｂは、外輪２２の肩部２２ａにおける内径である。このように第一内周面３３は、外輪２２の内径Ｂよりも大きな内径Ａを有しており、内輪２３と外輪２２との間の軸受空間Ｑよりも、環状空間５０を径方向外側へ拡大させている。

なお、第一内周面３３の内径Ａは、取り付け面３１の内径Ｄよりも小さい。この構成により、取り付け面３１と第一内周面３３との間には、外輪２２を軸方向から当接させる面２８が形成され、この面２８により、外輪２２の軸方向の位置決めが行われる。

また、第二内周面３４は、この第一内周面３３の内径Ａよりも大きな内径（Ｃ）を有している面であり、この第二内周面３４により、環状空間５０を径方向外側へ更に拡大させている。また、本実施形態では、第二内周面３４は、軸方向中央に位置している円筒底面３５と、この円筒底面３５の軸方向両側に設けられているテーパ面３６，３６とを有している。

円筒底面３５は、外輪ハウジング１０の中心線Ｌを中心とする直線状の円筒面からなり、円筒底面３５の内径Ｃは、第一内周面３３の直径Ａよりも大きく（Ｃ＞Ａ）、円筒面３２の範囲で内径が最大となる部分である。
そして、図２に示すように、この円筒底面３５の一部（下部）において排出孔１５が開口している。排出孔１５は断面円形であり、その開口（取り入れ口）における直径と円筒底面３５の軸方向寸法とは同じである。

図３において、軸方向両側のテーパ面３６それぞれは、外輪ハウジング１０の軸方向中央側から軸方向両側へ向かうにつれて直径が小さくなる傾斜面であり、円筒底面３５と軸方向両側の第一内周面３３，３３それぞれとを繋げている面である。このため、テーパ面３６の小径部の直径は第一内周面３３の直径Ａと同じであり、テーパ面３６の大径部の直径は円筒底面３５の直径Ｃと同じである。

以上、本実施形態に係る軸受装置１によれば、前記のとおり、ケーシング２の内周面５と外輪ハウジング１０の外周面１６との間に供給された油は、軸方向両側それぞれにおいて、外輪ハウジング１０の軸方向の端面１７とケーシング２内の側壁面６との間を経て、転がり軸受２０内に供給される。そして、転がり軸受２０，２０それぞれを通過した油は、環状空間５０を流れ、さらに、この環状空間５０から排出孔１５及び排油孔８を通じて外部へ排出される。

そこで、外輪ハウジング１０とスペーサ９との間であって、軸方向両側の転がり軸受２０，２０の間に形成される環状空間５０に着目して説明する。本実施形態に係る軸受装置１によれば、外輪ハウジング１０の内周面のうち、第一内周面３３は、外輪２２の内径Ｂよりも大きな内径Ａを有しているため、内輪２３と外輪２２との間の軸受空間Ｑよりも、環状空間５０を径方向外側へ拡大させることができる。さらに、第二内周面３４は、第一内周面３３の内径Ａよりも大きな内径（Ｃ）を有しているため、環状空間５０を更に径方向外側へ拡大させることができる。

このように、環状空間５０を段階的に拡大させることで、環状空間５０における油の流路断面を徐々に大きくさせることができる。このため、転がり軸受２０を通過した油を環状空間５０で流れやすくすることができ、この油を効率良く排出孔１５から排出させることが可能となる。この結果、環状空間５０に油が滞留するのを防ぎ、転がり軸受２０における油の撹拌抵抗が大きくなるのを防止することが可能となる。したがって、回転軸３の回転抵抗が大きくなるのを防ぐことができ、ターボチャージャとしての機能を十分に発揮させることが可能となる。

また、図２に示すように、第一内周面３３は、スペーサ９の外周面と対面しており、また、第二内周面３４も、スペーサ９の外周面と対面している。つまり、スペーサ９の外周面と第一内周面３３との間には、油の流れを阻害する部分が存在せず、油の流れを阻害しない空洞の空間が形成されている。また、スペーサ９の外周面と第二内周面３４との間には、油の流れを阻害する部分が存在せず、油の流れを阻害しない空洞の空間が形成されている。このため、油が環状空間５０の一部で滞留するのを防止することができる。
なお、本実施形態ではスペーサ９が設けられているが、スペーサ９が省略されている場合、第一内周面３３及び第二内周面３４は、回転軸３の外周面と対面する。

さらに、図３に示すように、第二内周面３４は、内径が最大である軸方向中央の円筒底面３５と、この円筒底面３５と軸方向両側の第一内周面３３，３３それぞれとを繋げているテーパ面３６，３６とを有している。このため、転がり軸受２０内から環状空間５０に流れた油を、第一内周面３３側からテーパ面３６に沿って円筒底面３５側へと導くことができる。

そして、この円筒底面３５には、油を外部へ排出するための排出孔１５（図２参照）が形成されており、この排出孔１５の開口（取り入れ口）から見ると、この開口は、テーパ面３６と連続している。このため、円筒底面３５側へと流れてきた油は、排出孔１５へと導かれ、この排出孔１５の取り入れ口から油を取り入れやすくすることができる。つまり、油が環状空間５０に滞留し難くすることが可能となる。

また、本実施形態では、第一内周面３３の内径Ａは、取り付け面３１の内径Ｄよりも小さい。このため、第一内周面３３の径方向の位置を、転がり軸受２０の外輪２２の内周面２６と、取り付け面３１との間にすることができ、転がり軸受２０内の油を段階的に環状空間５０の広くなる領域（第二内周面３４側の領域）へと導き、油を環状空間５０で流れやすくすることができる。

また、本実施形態では、回転軸３の径方向外側に円筒体からなるスペーサ９が設けられている。このスペーサ９の内周面は、軸方向沿って直径（内径）が一定である円筒面であるが、外周面は、軸方向に沿って直径（外径）が変化する円筒面である。つまり、図３に示すように、外周面は、軸方向両側の第一環状面４５と、この第一環状面４５よりも直径が大きい軸方向中央側の第二環状面４６と、第二環状面４６と第一環状面４５とを繋げているテーパ外周面４７とを有している。

第一環状面４５の外径は、内輪２３の小径側の部分における外周面の外径Ｅと、同じ又は僅かに小さく設定されている。これに対して、第二環状面４６の外径Ｆは、内輪２３の小径側の部分における外周面の外径Ｅよりも大きく設定されている。第二環状面４６の外径Ｆを大きくすることで、スペーサ９の強度を確保している。そして、転がり軸受２０を通過した油がスムーズにスペーサ９の外周面に沿って流れるように、前記のように設定された第一環状面４５、及び、テーパ外周面４７が形成されている。

また、内輪２３の小径側の部分における外周面の外径Ｅが、スペーサ９の外周面の直径よりも大きい場合、又は、これら直径が同じである場合、前記のようなテーパ外周面を形成しないで、外周面の直径が軸方向に沿って同じである直線状のスペーサとすることができる。

また、本発明の軸受装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。例えば、前記実施形態では、第一内周面３３の内径Ａは、取り付け面３１の内径Ｄよりも小さい場合について説明したが、（図示しないが）内径Ｄを内径Ａと同じにしてもよい。

１：軸受装置２：ケーシング３：回転軸５：内周面６：側壁面１０：外輪ハウジング１１：外輪ハウジングの軸方向側部１２：内周面１５：排出孔１６：外周面１７：端面２０：転がり軸受２２：外輪２３：内輪２４：玉（転動体）２６：外輪の内周面３１：取り付け面３２：円筒面３３：第一内周面３４：第二内周面３５：円筒底面３６：テーパ面５０：環状空間Ａ：第一内周面の内径Ｂ：外輪の内径Ｃ：第二内周面の内径Ｄ：取り付け面の内径Ｑ軸受空間

Claims

ケーシング内に設けられ軸方向中央の一部に油の排出孔が形成されている円筒形状の外輪ハウジングと、
前記外輪ハウジングの軸方向両側部それぞれに取り付けられ、外輪、内輪及び転動体を備え当該外輪ハウジングの径方向内側にある回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、
を有し、
前記ケーシングの内周面と前記外輪ハウジングの外周面との間に供給された油が、当該外輪ハウジングの軸方向の端面と前記ケーシング内の側壁面との間を経て前記転がり軸受内に供給され、この転がり軸受を通過した油が、軸方向両側の前記転がり軸受間に形成されている環状空間から前記排出孔を通じて排出される軸受装置であって、
前記外輪ハウジングの内周面は、前記外輪を取り付けるために軸方向両側部に設けられている環状の取り付け面と、これら取り付け面の間に設けられ前記環状空間の外周面を構成する円筒面と、を有し、
前記円筒面は、前記外輪の内径よりも大きな内径を有している軸方向両側の第一内周面と、この第一内周面の内径よりも大きな内径を有し前記環状空間を径方向外側へ拡大させている軸方向中央側の第二内周面と、を有することを特徴とする軸受装置。
前記第二内周面は、軸方向中央に位置していると共に前記排出孔が開口している円筒底面と、この円筒底面と軸方向両側の前記第一内周面とを繋げているテーパ面とを有している請求項１に記載の軸受装置。
前記第一内周面の内径は、前記取り付け面の内径よりも小さい請求項１又は２に記載の軸受装置。
前記第一内周面及び前記第二内周面は、前記回転軸の外周面又は前記回転軸の径方向外側に設けられている円筒体の外周面と対面している請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受装置。