JP2014156822A

JP2014156822A - ターボチャージャ用軸受装置

Info

Publication number: JP2014156822A
Application number: JP2013028137A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Saito; 千晃齋藤
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: JP6048195B2

Abstract

【課題】環状空間にエンジンオイルが滞留して転がり軸受におけるエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなることによる軸受トルクの増大を抑制すること。
【解決手段】外輪ハウジング１０の内周側に、軸方向の両端面３５を外輪２２の端面２７に当接させることで転がり軸受２０の相互間の間隔を保持する円筒形状の外輪間座１３を備える。外輪間座１３の内径１３Ｒが外輪２２の内径２２Ｒに比べて大きく、かつ、外輪間座１３の中心軸１３Ａが外輪２２の中心軸２２Ａに対して下方に偏心している。
【選択図】図３

Description

本発明は、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とを備え、これら転がり軸受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へとエンジンオイルの一部が供給される。このエンジンオイルにより、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エンジンオイルは、図４の矢印で示すように、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、このエンジンオイルにより転がり軸受９２を潤滑すると共に冷却することが可能となる。

回転軸９９の外周側には、転がり軸受９２の内輪９２ａの相互の間隔を保持するための内輪間座９９ａが取り付けられており、外輪ハウジング９１の内周側には、外輪９２ｂの相互の間隔を保持するための外輪間座９１ｂが設けられている。そして、内輪間座９９ａと外輪間座９１ｂの間には環状空間１００が形成されている。ターボチャージャに使用される軸受装置は、径方向の寸法的な制約が大きく、例えば、外輪ハウジング９１の直径は２０ｍｍ程度であり、環状空間１００の径方向の最小寸法は、１〜１．５ｍｍ程度と非常に狭いものとなっている。また、外輪ハウジング９１の軸方向の中央下部にはエンジンオイルの排出孔８９が形成されている。なお、内輪９２ａの環状空間１００側端部の内径と内輪間座９９ａの内径とは、ほぼ等しくなっており、外輪９２ｂの環状空間１００側端部の内径と外輪間座９１ｂの内径とは、ほぼ等しくなっている。

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側から供給されたエンジンオイルは、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量を超えるエンジンオイルが、転がり軸受９２内に供給された場合、この転がり軸受９２を通過したエンジンオイルが、上述の如く、幅の狭い環状空間１００で滞留し、高速で回転する転がり軸受９２内におけるエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなる。この結果、軸受トルクが増大し、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、軸方向両側の転がり軸受９２間に形成されている環状空間１００の過剰なエンジンオイルを、排出孔８９を通じて軸受装置９７外へ排出可能であるが、エンジンオイルの供給量に比べて排出量が十分でない場合、環状空間１００でエンジンオイルが滞留してしまい、転がり軸受９２内におけるエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなる。

そこで、本発明は、環状空間にエンジンオイルが滞留して転がり軸受におけるエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなることに起因して軸受トルクが増大するのを抑制できる軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、ケーシング内に設けられ水平な軸方向の中央下部にエンジンオイル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前記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、前記内輪の相互間に介在し、前記内輪の相互間の間隔を保持する円筒状の内輪間座と、前記外輪の相互間に介在し、前記外輪の相互間の間隔を保持する円筒状の外輪間座と、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エンジンオイルが、前記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、前記転がり軸受を通過したエンジンオイルが、前記内輪間座と外輪間座との間の環状空間から前記排出孔を通じて排出されるターボチャージャ軸受装置であって、前記外輪間座の内径が前記外輪の内径に比べて大きく、かつ、前記外輪間座の中心軸が前記外輪の中心軸に対して下方に偏心していることを特徴とする。

本発明のターボチャージャ用軸受装置は、外輪間座の内径が外輪の内径に比べて大きく、かつ、外輪間座の中心軸が外輪の中心軸に対して下方に偏心している構成である。このため、外輪間座の内径と外輪の内径がほぼ等しく、これらの中心軸が一致している従来の軸受装置に比べて、外輪ハウジングと内輪間座との間に形成されている環状空間の径方向の最小寸法を、外輪ハウジング及び回転軸の下方部分において広くとることができる。これにより、外輪ハウジングに設けられている排出孔からエンジンオイルを充分に排出することができ、前記環状空間にエンジンオイルが滞留することに起因して転がり軸受内のエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのを抑制することができる。したがって、軸受トルクが増大するのを抑制することができる。

また、前記ターボチャージャ用軸受装置は、前記外輪ハウジングの内周面に、前記排出孔に向かうにしたがって下方へ傾斜するテーパ面を設けていることが好ましい。この場合、テーパ面に沿ってエンジンオイルが排出孔に流れ込みやすくなり、エンジンオイル排出性が向上する。その結果、転がり軸受内のエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのをより効果的に抑制することができ、軸受トルクが増大するのをより効果的に抑制することができる。

本発明の軸受装置によれば、環状空間にエンジンオイルが滞留することに起因して転がり軸受内におけるエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのを抑制することができるので、軸受トルクが増大するのを抑制することができる。

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拡大縦断面図である。軸受装置の拡大縦断面図である。外輪間座と外輪の内径及び中心軸の関係を示す説明図である。従来の軸受装置の拡大縦断面図である。

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は本発明のターボチャージャ用軸受装置１（以下、単に軸受装置１という）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、自動車用のものであって、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、中心軸Ｌを水平方向に向けた状態で配置されており、その軸方向の一方側（図１の右側）の端部にはタービン５３が、他方側（図１の左側）の端部にはインペラ５４がそれぞれ取り付けられている。

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、ガソリンや軽エンジンオイル等の燃料と共に、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で回転軸３を支持することにより、回転軸３の回転抵抗を小さくしている。

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の軸方向両側に取り付けられた一対の転がり軸受２０とを備えている。これら転がり軸受２０により、外輪ハウジング１０の内部を挿通している回転軸３が回転自在に支持される。

軸受装置１は、ケーシング２の中央部に設けられた収容室４に収容されている。この収容室４は、ケーシング２の内周面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とによって区画される領域である。収容室４の内周面５は、回転軸３と同芯の円周面に形成されている。

また、ケーシング２には、収容室４の内周面５において開口する給油孔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の上部の二箇所に形成されており、この給油孔７を通じて、エンジンオイルが外輪ハウジング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の下部の軸方向中央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を通過したエンジンオイルを、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、軸方向両側の軸受保持部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の軸方向の中央下部に、エンジンオイルの排出孔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。
なお、外輪ハウジング１０は、ケーシング２内において、図示しない止定手段によって周方向の回転が制限されている。

また、外輪ハウジング１０の軸方向両側の端面１７は、収容室４を区画する前記側壁面６に、隙間を有して対向している。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。

本実施形態において各転がり軸受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、転動体としての複数の玉２４、及び各玉２４を一定間隔毎に保持する保持器２８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の軸方向両側に設けられた短筒状の軸受保持部１１の内周面３１に内嵌しており、内輪２３は回転軸３に外嵌している。

外輪ハウジング１０の本体部１９の内周側には、円筒形状の外輪間座１３が一体形成されている。図２においては、左右の軸受保持部１１の内周面３１どうしを結ぶ仮想面Ｃよりも径方向内側に位置する部分が、外輪間座１３として構成されている。この外輪間座１３の軸方向の両端部３３は、中央部に対して縮径されており、その軸方向外側の両端面３５が外輪２２の軸方向内側の端面２７に当接している。この外輪間座１３により左右の外輪２２の相互の間隔が保持されている。

また、一対の内輪２３の相互間には、円筒体からなる内輪間座９を介在しており、この内輪間座９内を回転軸３が挿通している。内輪間座９の両端面は内輪２３の軸方向内側の端面に当接しており、この内輪間座９により左右の内輪２３の相互間の間隔が保持されている。
この様にして、外輪間座１３及び内輪間座９により、転がり軸受２０相互間の間隔が保持される。また、外輪ハウジング１０と内輪間座９との間には、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から供給されたエンジンオイルにより、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に伝わりにくくなっている。
これら内周面５と外周面１６との間に供給されたエンジンオイルは、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、エンジンオイルは、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それぞれを通過したエンジンオイル（軸受空間Ｑを通過したエンジンオイル）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。

図３は、外輪間座１３の両端部３３の内径１３Ｒと外輪２２の内周面２６の内径２２Ｒとの関係、及び外輪間座１３の中心軸１３Ａと外輪２２の中心軸２２Ａとの位置関係を示す説明図である。図３に示すように、外輪間座１３の内径１３Ｒは、外輪２２の内径２２Ｒよりも大きくなるように設定されている。また、外輪間座１３の中心軸１３Ａは、外輪２２の中心軸２２Ａ、つまり回転軸３の中心軸Ｌに対して下方に偏心している。この偏心量Ｘは、外輪間座１３の前記内径１３Ｒと外輪２２の前記内径２２Ｒとの差のほぼ半分に設定されている。

軸受装置１の最上部においては、外輪間座１３の両端部３３の内周面と外輪２２の内周面２６とは、ほぼ面一となっている。そして、軸受装置１の上部から下部へ周方向に沿って向かうにしたがって、外輪間座１３の端面３５と外輪２２の端面２７との接触面積が漸次減少し、軸受装置１の最下部においてこの接触面積が最小となっている。なお、軸受装置１の最下部において外輪間座１３の両端部３３の内周面は、外輪２２の内周面２６より、上記内径差分だけ低い位置となっている。

例えば、外輪間座と外輪の内径及び中心軸が一致しており、外輪ハウジングの直径が２０．５ｍｍの従来の軸受装置では、内輪間座と外輪間座との間の径方向の寸法が全周に亘って１．３５ｍｍと非常に狭いものであった。
しかし、前記実施形態に係る軸受装置１によれば、その最下部において当該寸法を最大２．５０ｍｍ程度確保できる。

外輪間座１３の軸方向中央の内周面３４と外輪間座１３の両端面３３とは軸方向中央に向かうにしたがって内径が大きくなるテーパ面３６で連続させてある。
そして、図２に示すように、外輪ハウジング１０の中央の内周面３４の直下において排出孔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）における直径と中央の内周面３４の軸方向寸法とは同じである。上述のテーパ面３６は、当該排出孔１５の周辺においては排出孔１５に向かうにしたがって下方へ傾斜している。

上述の本実施形態に係る軸受装置１によれば、外輪間座１３の内径１３Ｒが外輪２２の内径２２Ｒに比べて大きく、かつ、外輪間座１３の中心軸１３Ａが外輪２２の中心軸２２Ａに対して下方に偏心している構成である。このため、外輪間座の内径と外輪の内径がほぼ等しく、これらの中心軸が一致している従来の軸受装置に比べて、外輪ハウジング１０と回転軸３との間に形成されている環状空間５０の径方向の最小寸法を、外輪ハウジング１０及び回転軸３の下方部分において広くとることができる。これにより、外輪ハウジング１０に設けられている排出孔１５からエンジンオイルを充分に排出することができ、外輪ハウジング１０と回転軸３との間の環状空間５０にエンジンオイルが滞留することに起因して、エンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのを抑制できる。この結果、軸受トルクが増大するのを抑制することができる。

なお、前記実施形態に係る軸受装置１においては、その上側部分において外輪間座１３と外輪２２の端面との当接面積が充分に確保される。このため、外輪２２相互間の軸方向の間隔を保持するという外輪間座１３の機能を損なうことなく、上記効果を奏することができる。
また、前記実施形態に係る軸受装置１は、外輪間座１３自体を偏心形状に形成する必要がないため、外輪間座１３を容易に製造するとこができる。

また、外輪ハウジング１０の内周面１２に、排出孔１５に向かうにしたがって下方へ傾斜するテーパ面３６を設けているため、テーパ面３６に沿ってエンジンオイルが排出孔１５に流れ込みやすくなり、エンジンオイル排出性が向上する。その結果、エンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのを更に効果的に抑制することができ、軸受トルクが増大するのをより効果的に抑制することができる。

なお、上述の実施形態では、外輪ハウジング１０と外輪間座１３とが一体形成されていたが、外輪ハウジング１０と外輪間座１３とは別体であってもよい。
また、軸受装置１の最上部において、外輪２５の内周面２６と外輪間座１３の両端部３３の内周面とは、必ずしも面一でなくてもよく、一対の外輪２５の相互の間隔を保持するのに必要な両者の端面の接触面積を確保することができる限りにおいて、外輪間座１３の両端部３３の内周面を、外輪２５の内周面２６よりも径方向外方に配置してもよい。

１：軸受装置（ターボチャージャ用軸受装置）、２：ケーシング、３：回転軸、５：ケーシングの内周面、６：ケーシング内の側壁面、９：内輪間座、１０：外輪ハウジング、１１：軸受保持部、１２：外輪ハウジングの内周面、１３：外輪間座、１３Ａ：外輪間座の中心軸、１３Ｒ：外輪間座の内径、１５：排出孔、１６：外輪ハウジングの外周面、１７：外輪ハウジングの軸方向の端面、２０：転がり軸受、２２：外輪、２２Ａ：外輪の中心軸、２２Ｒ：外輪の内径、２３：内輪、２４：玉（転動体）、２７：外輪の端面、３５：軸方向の両端面、３６：テーパ面、５０：環状空間

Claims

ケーシング内に設けられ水平な軸方向の中央下部にエンジンオイル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前記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、
前記内輪の相互間に介在し、前記内輪の相互間の間隔を保持する円筒状の内輪間座と、
前記外輪の相互間に介在し、前記外輪の相互間の間隔を保持する円筒状の外輪間座と、
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エンジンオイルが、前記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、前記転がり軸受を通過したエンジンオイルが、前記内輪間座と外輪間座との間の環状空間から前記排出孔を通じて排出されるターボチャージャ軸受装置であって、
前記外輪間座の内径が前記外輪の内径に比べて大きく、かつ、前記外輪間座の中心軸が前記外輪の中心軸に対して下方に偏心していることを特徴とするターボチャージャ用軸受装置。
前記外輪ハウジングの内周面に、前記排出孔に向かうにしたがって下方へ傾斜するテーパ面を設けている請求項１記載のターボチャージャ用軸受装置。