JP2016113937A - ターボチャージャ用軸受機構 - Google Patents

Abstract

【課題】異音の発生防止や運転効率の向上が図られるとともに、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用軸受機構を提供すること。【解決手段】ターボチャージャ用軸受機構１は、ロータシャフト１０、ボールベアリング２０を備える。ロータシャフト１０は一端１０ａにタービンインペラ１１が、他端１０ｂにコンプレッサインペラ１２が取り付けられる。ボールベアリング２０は内輪２１と外輪２２とを備え、内輪２１とロータシャフト１０との間にオイルフィルムダンパ５０が形成される。ロータシャフト１０には、内輪２１の軸方向端部２１ｂ、２１ｃに軸方向に対向する端部対向部８０が設けられ、軸方向端部２１ｂ、２１ｃ及び端部対向部８０の一方には、他方に向けて突出する突出部２４が形成されており、他方には、突出部２４が係合する係合部２５が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャ用軸受機構に関する。

従来、内燃機関には、内燃機関から排出された排気ガスのガス流を利用して、吸入空気を圧縮するターボチャージャが備えられたものがある。ターボチャージャは、ロータシャフトと、ロータシャフトの一端に設けられたタービンインペラと、ロータシャフトの他端に設けられたコンプレッサインペラとを備えており、ロータシャフトは軸受機構により軸受けされている。当該軸受機構は軸受ハウジング内に収納されている。そして、特許文献１には、かかる軸受機構として、ロータシャフトに取り付けられたボールベアリングと、ボールベアリングと軸受ハウジングとの間に潤滑油が充填されてなるオイルフィルムダンパとを有する軸受機構を備えたターボチャージャが開示されている。

特許文献１に開示の構成では、ボールベアリングは環状の内輪及び外輪と、両者が互いに滑り回転するように両者の間に介在するボールとを有し、内輪の内側にロータシャフトが嵌装されている。これにより、ロータシャフトとその端部にそれぞれ設けられた両インペラとボールベアリングの内輪とが一体的に回転するように回転体アッシーを形成している。そして、ボールベアリングの外輪と軸受ハウジングとの間にはオイルが充填されてなるオイルフィルムダンパが形成されており、回転体アッシーの振動を抑制するダンピング効果を奏するように構成されている。

特開２０１２−９２９３４号公報

上記構成では、オイルフィルムダンパは、ボールベアリングの外輪と軸受ハウジングとの間に形成されている。したがって、オイルフィルムダンパの内側に位置する部品全体は、ロータシャフト及び両インペラに加えてボールベアリングを含んでいるため、オイルフィルムダンパ内側の部品全体の質量が比較的大きくなっている。また、ボールベアリングの外輪の外径は、その内輪の内径よりも充分大きいため、オイルフィルムダンパとボールベアリングの外輪との接触面積は比較的大きくなる。そのため、オイルフィルムダンパと外輪との間に生じる粘性力が大きくなりやすく、特に低温時にはかかる粘性の増大が顕著である。

一方、回転体アッシーには少なからず必ず残留アンバランス（不釣合い）が存在することから、回転体アッシーの径方向における質量中心はロータシャフトの軸心（図心）からずれた位置に位置している。そのため、回転体アッシーが軸回転するときは、ロータシャフトの軸心からずれた質量中心を通る軸線を中心とする偏重心回転をしようとする。しかし、オイルフィルムダンパ内側の部品の質量が大きく、上記粘性力が高い場合には、回転体アッシーは偏重心回転が阻害されて、図心に近い位置を中心に回転せざるを得なくなる。そして、ロータシャフトの両端に設けられた両インペラは片持ち梁の状態となっているため、かかる場合には、両インペラはロータシャフトの回転に伴って大きく振れ回ることとなる。これにより、回転初期に異音が発生したり、両インペラがハウジングに接触して破損したりするおそれがあり、これらは低温時にはより顕著となる。そして、両インペラの破損を防止するには、両インペラとハウジングとの間隙（チップクリアランス）を大きくする必要がある。しかし、チップクリアランスを大きくすると、ターボチャージャの運転効率の低下を招くこととなる。

このような異音の発生や運転効率の低下を防止するには、回転体アッシーの偏重心回転を阻害しないように、回転体アッシーの質量中心とロータシャフトの軸心とのずれが極めて小さくなるように、回転体アッシーの質量バランスを調整することが考えられる。しかし、かかる質量バランスの調整には高い精度が要求されることとなり、コスト高となる。

また、ボールベアリングの取付のために、ロータシャフトにねじ穴加工などをすると、回転体アッシーの質量バランスの調整に一層の手間がかかり、コスト高となる。また、ロータシャフトにねじ穴加工をすると、当該ねじ穴への応力集中によってロータシャフトの疲労強度の低下を招くおそれがある。この場合には、疲労強度の低下を補うために予めロータシャフトの径を大きくして十分な疲労強度を確保することが考えられる。しかしながら、ロータシャフトの径を大きくするとボールベアリングも大型化するため、オイルフィルムダンパとボールベアリングとの接触面積が大きくなり、両者の間に生じる粘性力が大きくなり、ターボチャージャの運転効率の低下を招くこととなる。また、ロータシャフトは高速回転するため、ロータシャフトに直接締結されたねじにはゆるみが生じやすいという問題もある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、異音の発生防止や運転効率の向上が図られるとともに、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用軸受機構を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、一端にタービンインペラが取り付けられ、他端にコンプレッサインペラが取り付けられたロータシャフトと、
互いに回転可能に支持された内輪と外輪とを備えるボールベアリングと、
上記外輪を保持するリテーナと、
上記ロータシャフト、上記ボールベアリング、上記係合部材及び上記リテーナを収納するハウジングと、
を備え、
上記内輪と上記ロータシャフトの外周面との間にはオイルが膜状に介在してオイルフィルムダンパが形成され、
上記内輪は、上記ロータシャフトの軸方向に沿って延びる筒状に形成され、
上記ロータシャフトには、上記内輪の軸方向端部に軸方向に対向する端部対向部が設けられ、
上記軸方向端部及び上記端部対向部の一方には、他方に向けて突出する突出部が形成されており、上記軸方向端部及び上記端部対向部の他方には、該突出部が係合する係合部が形成されていることを特徴とするターボチャージャ用軸受機構にある。

上記ターボチャージャ用軸受機構によれば、オイルフィルムダンパがボールベアリングの内輪とロータシャフトとの間に形成されていることから、オイルフィルムダンパ内側の部品には、ボールベアリングにおける内輪以外の部分やリテーナが含まれておらず、オイルフィルムダンパ内側の部品の質量が比較的小さくなっている。また、ボールベアリングの内輪の内径は、その外輪の外径に比べて充分小さいため、オイルフィルムダンパとロータシャフトの外周面との接触面積が比較的小さくなっている。これらにより、オイルフィルムダンパとロータシャフトの外周面との間に生じる粘性力を比較的小さくすることができる。

そして、上記粘性力を小さくできることにより、回転体アッシーが質量中心を中心に回転するのを阻害する力が低減されるため、回転体アッシーが偏重心回転しやすくなる。その結果、ロータシャフトの回転に際して、ロータシャフトの両端に設けられた両インペラが大きく振れ回ることが抑制されることから、異音の発生が防止されるとともに、各インペラとハウジングとのチップクリアランスが最適化されて運転効率の向上が図られる。また、上述の如く、回転体アッシーが偏重心回転しやすくなっていることから、回転体アッシーの質量バランスの調整にそれほど高い精度を要しないため、当該質量バランスの調整が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。

また、上述の如く、オイルフィルムダンパとロータシャフトの外周面との間に生じる粘性力を比較的小さくできることにより、回転体アッシーの回転レスポンスの向上が期待できるため、内燃機関の過渡性能の向上に寄与しうる。

さらに、低温時などのオイルの粘性が高くなりやすい場合には特に、上記粘性力を小さくできることにより、回転体アッシーに対するオイルダンピング効果を充分に発揮させることができる。

また、内輪の軸方向端部と、ロータシャフトに設けられた端部対向部とが突出部及び係合部を介して係合されていることにより、ロータシャフトの回転に伴って内輪が連れ回りする。そして、端部対向部と軸方向端部とは軸方向に対向しているため、突出部と係合部とは軸方向に係合することとなっている。これにより、軸方向に交差する方向にねじなどをロータシャフトに取り付けることなく、内輪をロータシャフトに係合させることができる。そのため、ロータシャフトにねじ穴加工などを施す必要がないことから、回転体アッシーの質量バランスの調整が容易となり、製造コストを低減できる。

また、ロータシャフトへのねじ穴加工が不要となるため、ねじ穴加工を施す場合に比べてロータシャフトの疲労強度の向上が図られる。そして、当該疲労強度の向上が図られるため、ロータシャフトの径を大きくする必要がないことから、ボールベアリングを小型化でき、オイルフィルムダンパとボールベアリングとの接触面積を小さくできる。その結果、両者の間に生じる粘性力を小さくすることができ、ターボチャージャの運転効率の向上を図ることができる。また、ロータシャフトの高速回転によるねじのゆるみを考慮する必要がない。

本発明によれば、異音の発生防止や運転効率の向上が図られるとともに、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用軸受機構を提供できる。

実施例１における、ターボチャージャ用軸受機構の断面模式図。 図１における、オイルフィルムダンパ近傍の拡大図。 図１における、III-III線位置での断面一部拡大図。 図２における、IV-IV線位置での断面一部拡大図。 実施例１における、内輪の軸方向端部の斜視図。 実施例２における、オイルフィルムダンパ近傍の拡大図。 実施例２における、環状部材の斜視図。 実施例３における、ターボチャージャ用軸受機構の断面模式図。 実施例３における、環状部材の斜視図。 実施例３における、IV-IV線位置相当での断面一部拡大図。 実施例３における、内輪の軸方向端部の斜視図。

上記端部対向部は、タービンインペラ側の軸方向端部に対向するタービン側端部対向部と、コンプレッサインペラ側の軸方向端部に対向するコンプレッサ側端部対向部とからなり、上記タービン側端部対向部は、上記ロータシャフトの上記タービンインペラとの接合部に形成され、上記コンプレッサ側端部対向部は、上記コンプレッサインペラ側のカラーに形成されることとすることができる。この場合には、端部対向部を設けるために別途の部材を要しないことから、製造コストの低減が図られる。

ロータシャフトとタービンインペラとの接合部及び上記カラーの少なくとも一方には、上記オイルフィルムダンパから流出したオイルを径方向外側に飛散させるように凹状に形成された複数のオイルスリンガーが設けられており、上記突出部は上記複数のオイルスリンガーの一部に係合して、該オイルスリンガーの一部が上記係合部を構成することとすることができる。この場合には、オイルスリンガーを上記係合部として利用することができるため、別途の部材や加工を施す必要がなく、製造コストの低減を図ることができる。

上記ロータシャフトは、上記タービンシャフト側に形成された大径部と、上記コンプレッサインペラ側に形成されるとともに、上記大径部の直径よりも小さい直径を有する小径部と、上記大径部と上記小径部との間に形成される段差部とを有し、該段差部と上記コンプレッサインペラ側のカラーとの間には上記小径部が挿通された環状部材が挟持されており、該環状部材に上記コンプレッサ側に位置する上記端部対向部が形成されていることとすることができる。この場合は、上記環状部材をカラーとは別に設けることにより、突出部又は係合部を形成するための加工が容易となるとともに、簡易な構成で突出部又は係合部を形成することができるため、製造コストの低減を図ることができる。

（実施例１）
実施例に係るターボチャージャ用軸受機構１につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例のターボチャージャ用軸受機構１は、図１に示すように、ロータシャフト１０と、ボールベアリング２０と、リテーナ６０と、ハウジング３０とを備える。
ロータシャフト１０は、一端１０ａにタービンインペラ１１が取り付けられ、他端１０ｂにコンプレッサインペラ１２が取り付けられている。
ボールベアリング２０は、互いに回転可能に支持された内輪２１と外輪２２とを備える。
リテーナ６０は外輪２２を保持している。
ハウジング３０は、ロータシャフト１０、ボールベアリング２０、及びリテーナ６０を収納して、軸受ハウジングを構成している。
そして、内輪２１とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間にはオイルが膜状に介在してオイルフィルムダンパ５０が形成されている。

さらに、内輪２１は、ロータシャフト１０の軸方向Ｘに沿って延びる筒状に形成されている。
ロータシャフト１０には、内輪２１の軸方向端部２１ｂ、２１ｃに軸方向Ｘに対向する端部対向部８０が設けられている。
そして、軸方向端部２１ｂ、２１ｃ及び端部対向部８０の一方には、他方に向けて突出する突出部２４が形成されており、他方には、突出部２４が係合する係合部２５が形成されている。

以下、本例のターボチャージャ用軸受機構１につき、詳述する。
図１に示すように、ロータシャフト１０の一端１０ａには、タービンインペラ１１が一体的に設けられている。タービンインペラ１１はタービンハウジング３３内に収納されている。一方、ロータシャフト１０の他端１０ｂは、カラー１３及びコンプレッサインペラ１２に挿通されており、これらは軸端ナット１４によって抜け及び回転止めされている。そして、コンプレッサインペラ１２はコンプレッサハウジング３４に収納されている。タービンハウジング３３とコンプレッサハウジング３４との間には、ロータシャフト１０の軸受ハウジングとしてのハウジング３０が設けられている。

図１に示すように、ハウジング３０内には、リテーナ６０を介して、ロータシャフト１０を軸受けするボールベアリング２０が保持されている。リテーナ６０には、ボールベアリング２０回りにオイルを供給するためのオイル供給路６１と、ボールベアリング２０回りからオイルを排出するオイル排出路６３とが形成されている。

オイル供給路６１は、図２に示すように、ロータシャフト１０に近づくほどオイルフィルムダンパ５０に近づくように傾斜して形成されている。本例では、オイル供給路６１はリテーナ６０を直線状に貫通している。したがって、オイル供給路６１の中心を通り、リテーナ６０におけるオイル供給路６１の貫通方向に平行な仮想線である中心線Ｌは直線状となっている。オイル供給路６１の出口（オイル供給路６１における内輪２１側の端部）は、オイル供給路６１を流通するオイルを内輪２１に向けて吐出するように開口したオイル吐出口６１１を形成している。本例では、軸方向Ｘの両端に形成されたオイルフィルムダンパ５０のそれぞれにオイルを供給するように、オイル供給路６１が２か所に設けられている。オイル排出路６３はハウジング３０の鉛直方向の下側に形成されており、オイル排出路６３の下方にはハウジング３０の外部に開口するオイル排出口６３ｂが形成されている。なお、２か所のオイル供給路６１の間に、軸方向Ｘに垂直に延びる補助オイル供給路を形成してもよい。

図２に示すように、オイル供給路６１の中心線Ｌはロータシャフト１０の軸心１０ｄに対して傾斜している。中心線Ｌと軸心１０ｄとのなす角αは４５°以下とすることが好ましく、３０°以下とすることがより好ましく、本例では、αは３０°である。

ボールベアリング２０は、図１に示すように、内輪２１と外輪２２とを有している。内輪２１は略円筒形を成している。内輪２１の軸方向Ｘにおける両端部領域には、ロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間にオイルフィルムダンパ５０を形成するダンパ形成部２１１が形成されている。本例では、ダンパ形成部２１１の内径は、ロータシャフト１０の外径よりも０．０５〜０．１ｍｍ程度大きくなっている。

軸方向Ｘにおける内輪２１の中央領域２１２は、ダンパ形成部２１１の内径よりも大きい内径を有している。本例では、中央領域２１２の内径は、ロータシャフト１０の外径よりも０．２ｍｍ程度以上大きくなっている。したがって、中央領域２１２における内輪２１とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間の隙間Ｑは、ダンパ形成部２１１とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間の隙間Ｐ（すなわち、オイルフィルムダンパ５０の厚さ）の２倍以上となっている。両間隙Ｐ、Ｑは、内輪２１の中心とロータシャフト１０の中心とを合わせた静止状態において、周方向に一定の大きさとなっている。

図２に示すように、吐出口対向部２１３は、オイル吐出口６１１から吐出されるオイルの吐出方向に対向する位置に形成されており、ダンパ形成部２１１と中央領域２１２との間に位置している。本例では、吐出口対向部２１３は中心線Ｌと直交している。

吐出口対向部２１３には、オイル流通孔２１４が形成されている。オイル流通孔２１４は、図２に示すように、ロータシャフト１０の軸心１０ｄ及びオイル供給路６１の中心線Ｌを含む断面において、オイル供給路６１の中心線Ｌに平行に形成されている。本例では、オイル流通孔２１４の開口幅ｄ２は、オイル吐出口６１１の直径ｄ１よりも大きくなっている。オイル流通孔２１４は複数形成され、周方向に等間隔に配列しており、本例では、４個のオイル流通孔２１４が周方向に等間隔に配列している。

図２に示すように、内輪２１には、軸方向Ｘにおいて、ダンパ形成部２１１と吐出口対向部２１３との間に、ロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間にオイルを貯留するオイル貯留部５１を形成する貯留部形成部２１６が形成されている。貯留部形成部２１６はダンパ形成部２１１よりも拡径されており、ダンパ形成部２１１側の壁面２１６ａは、ロータシャフト１０の軸心１０ｄ及び中心線Ｌを含む断面において、中心線Ｌに平行に形成されている。オイル流通孔２１４を介して供給されたオイルは、オイル貯留部５１を通じてオイルフィルムダンパ５０に供給されることとなる。

図２に示すように、内輪２１におけるコンプレッサインペラ１２側の軸方向端部２１ｂには、軸方向Ｘに突出する突出部２４が形成されている。図５に示すように、突出部２４は、直径方向に一対設けられている。図３に示すように、突出部２４の周方向の幅は、後述の係合部２５の周方向の幅よりも若干狭くなっている。図１に示すように、内輪２１におけるタービンインペラ１１側の軸方向端部２１ｃにも、コンプレッサインペラ１２側と同様に軸方向Ｘに突出する突出部２４が形成されている。

図１に示すように、ロータシャフト１０は、一端１０ａ側に大径部１０ｅを有し、他端１０ｂ側に小径部１０ｆを有する。小径部１０ｆは大径部１０ｅの直径よりも小さい直径を有しており、大径部１０ｅと小径部１０ｆとの間には、段差部１０ｇが形成されている。コンプレッサインペラ１２は小径部１０ｆに設けられており、コンプレッサインペラ１２と段差部１０ｇとの間には環状部材としてのカラー１３が設けられている。カラー１３は環状をなしており、軸端ナット１４により小径部１０ｆに固定されている。図２に示すように、カラー１３は軸方向端部２１ｂに対向する端部対向部８０（コンプレッサ側端部対向部８０ｂ）を備えている。本例では、端部対向部８０には、図２、図３に示すように、端部対向部８０を湾状に切り欠いてなるオイルスリンガー８が、周方向に等間隔に複数形成されている。そして、複数のオイルスリンガー８のうち、互いに直径方向に位置する一対のオイルスリンガー８に一対の突出部２４がそれぞれ係合している。すなわち、突出部２４が係合するオイルスリンガー８が係合部２５を形成している。

図１に示すように、ロータシャフト１０とタービンインペラ１１とは、ロータシャフト１０の一端１０ａに設けられた拡径部１１１を介して接合されている。拡径部１１１はロータシャフト１０の一端１０ａに溶接されて固定されている。拡径部１１１には、カラー１３と同様に、内輪２１の軸方向端部２１ｃに対向する端部対向部８０（タービン側端部対向部８０ａ）が形成されている。本例では、タービン側端部対向部８０ａにはオイルスリンガー８が周方向全体に環状に形成されている。図４に示すように、オイルスリンガー８には径方向外側に立設された立壁部８１が設けられている。立壁部８１は直径方向に一対形成されている。立壁部８１は第１立壁８１ａと第２立壁８１ｂとからなる。第１立壁８１ａと第２立壁８１ｂとは軸方向Ｘ（図１参照）に平行であるとともに、突出部２４の周方向の幅と略同一の距離だけ周方向に離隔している。そして、第１立壁８１ａと第２立壁８１ｂとの間に突出部２４が嵌合しており、立壁部８１が係合部２５を形成している。

上述のように、内輪２１の軸方向端部２１ｂ、２１ｃに形成された突出部２４が、カラー１３及び拡径部１１１に形成された係合部２５にそれぞれ係合することにより、内輪２１はロータシャフト１０の回転に伴って連れ回りする。

ボールベアリング２０の外輪２２は環状を成している。図１に示すように、外輪２２は２個備えられており、内輪２１の軸方向Ｘにおける両端部近傍の領域における外周面（ロータシャフト１０に面する面と反対側の面）に対向するようにそれぞれ配設されている。そして、内輪２１と外輪２２との間には、図示しない保持器を介してボール状の回転子２３が介設されている。これにより、内輪２１と外輪２２とは回転子２３を介して互いに回転可能に構成されて、ボールベアリング２０を形成している。外輪２２は、リテーナ６０を介してハウジング３０に固定されており、ロータシャフト１０がボールベアリング２０を介して、ハウジング３０に軸受けされている。

内輪２１の両端部近傍の領域における内輪２１とロータシャフト１０との間に形成された隙間Ｐにはオイルが膜状に介在して、オイルフィルムダンパ５０がそれぞれ形成されている。図２に示すように、内輪２１のオイル流通孔２１４が、オイル吐出口６１１に対向している状態において、オイルフィルムダンパ５０は、リテーナ６０に形成されたオイル供給路６１から供給されたオイルがオイル流通孔２１４を介して、内輪２１とロータシャフト１０との間に入り込んで、オイル貯留部５１を通じて隙間Ｐに到達することにより形成される。

図２に示すように、内輪２１には、ダンパ形成部２１１における貯留部形成部２１６と反対側に、オイルフィルムダンパ５０に供給されたオイルを排出するオイル排出部５２を形成する排出部形成部２１８が形成されている。本例では、排出部形成部２１８は、内輪２１の軸方向Ｘの両端部において、ロータシャフト１０の外周面１０ｃから離隔することにより、排出部形成部２１８と外周面１０ｃとの間を通じて、オイルフィルムダンパ５０からオイルを排出させるオイル排出部５２を形成している。

そして、オイル排出部５２に対向する位置にはオイル排出部５２から排出されたオイルをロータシャフト１０の径方向外側に飛散させるように凹状に形成されたオイルスリンガー８が設けられている。本例では、図１に示すように、オイルスリンガー８はコンプレッサインペラ１２側に設けられるカラー１３及びタービンインペラ１４の拡径部１１１にそれぞれ形成されている。図２及び図４に示すように、オイルスリンガー８は、カラー１３のボールベアリング２０側の端部１３ａを湾状に切り欠いて、周方向に等間隔に複数形成されている。同様に、拡径部１１１においても、オイルスリンガー８が複数形成されている。

ロータシャフト１０は以下のようにハウジング３０に組み付けられる。まず、ボールベアリング２０の内輪２１をリテーナ６０の内側に挿入する。そして、リテーナ６０の軸方向Ｘの両端側からリテーナ６０に回転子２３及び外輪２２をそれぞれ組み付けて、ボールベアリング２０を形成させる。その後、ボールベアリング２０及びリテーナ６０をハウジング３０に挿入して、プレート７０及びボルト７１でハウジング３０に挟み込むようにして固定する。その後、タービンインペラ１１とロータシャフト１０とをハウジング３０に挿入して、内輪２１のタービンインペラ１１側の突出部２４と拡径部１１１に形成された係合部２５とを係合させる。そして、コンプレッサインペラ１２側の突出部２４とカラー１３に形成された係合部２５とを係合させた状態で、カラー１３及びコンプレッサインペラ１２を軸端ナット１４で締め付け固定する。

本例のターボチャージャ用軸受機構１によれば、オイルフィルムダンパ５０がボールベアリング２０の内輪２１とロータシャフト１０との間（隙間Ｐ）に形成されているため、オイルフィルムダンパ５０内側の部品はロータシャフト１０とロータシャフト１０に取り付けられたタービンインペラ１１及びコンプレッサインペラ１２と、ロータシャフト１０と連れ回りする内輪２１とからなり、オイルフィルムダンパ５０内側の部品にボールベアリング２０における内輪２１以外の部分（外輪２２、回転子２３、保持器等）は含まれてない。そのため、オイルフィルムダンパ５０内側の部品の質量が比較的小さくなっている。また、ボールベアリング２０の内輪２１の内径は、外輪２２の外径に比べて充分小さいため、オイルフィルムダンパ５０とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの接触面積が比較的小さくなっている。これらにより、オイルフィルムダンパ５０とオイルフィルムダンパ５０内側の部品との間に生じる粘性力を比較的小さくできる。

そして、上記粘性力を小さくできることにより、オイルフィルムダンパ５０内側の部品により構成される回転体アッシー１００が質量中心を中心に回転するのを阻害する力が低減されるため、小さいエネルギーでも回転体アッシー１００が偏重心回転しやすくなる。その結果、ロータシャフト１０の回転に際して、ロータシャフト１０の両端にそれぞれ設けられた両インペラ１１、１２が大きく振れ回ることが抑制される。その結果、異音の発生が防止されるとともに、各インペラ１１、１２とそれぞれのハウジング３３、３４とのチップクリアランスを大きくとる必要がないため、運転効率の向上を図ることができる。また、コンプレッサハウジング３４にアブレーダブルシールが備えられる場合には、コンプレッサインペラ１２が当該アブレーダブルシールに対して過度に接触することが防止されるため、コンプレッサインペラ１２の破損やアブレーダブルシールの過度な摩耗が防止される。また、上述の如く、回転体アッシー１００が偏重心回転しやすくなっていることから、回転体アッシー１００の質量バランスの調整にそれほど高い精度を要しないため、当該質量バランスの調整が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。

また、上述の如く、オイルフィルムダンパ５０と回転体アッシー１００との間に生じる粘性力を比較的小さくできることにより、回転体アッシー１００の回転レスポンスの向上が期待できるため、内燃機関の過渡性能の向上に寄与しうる。

さらに、低温時などのオイルの粘性が高くなりやすい場合には特に、上記粘性力を小さくできることにより、回転体アッシー１００に対するオイルダンピング効果を有効に奏することができる。

また、内輪２１の軸方向端部２１ｂ、２１ｃと、ロータシャフト１０に設けられた端部対向部８０とが突出部２４及び係合部２５を介して係合されていることにより、ロータシャフト１０の回転に伴って内輪２１が連れ回りする。そして、端部対向部８０と軸方向端部２１ｂ、２１ｃとは軸方向Ｘに対向しているため、突出部２４と係合部２５とは軸方向Ｘに係合することとなっている。そのため、軸方向Ｘに交差する方向にねじなどをロータシャフト１０に取り付けることなく、内輪２１をロータシャフト１０に係合させることができる。そのため、ロータシャフト１０にねじ穴加工などを施す必要がないことから、回転体アッシー１００の質量バランスの調整が容易となり、製造コストを低減できる。

また、ロータシャフト１０へのねじ穴加工が不要となるため、ねじ穴加工を施す場合に比べてロータシャフト１０の疲労強度の向上が図られる。そして、当該疲労強度の向上が図られるため、ロータシャフト１０の径を大きくする必要がないことから、ボールベアリング２０を小型化でき、オイルフィルムダンパ５０とボールベアリング２０との接触面積を小さくできる。その結果、両者の間に生じる粘性力を小さくすることができ、ターボチャージャ１の運転効率の向上を図ることができる。また、ロータシャフト１０の高速回転によるねじのゆるみを考慮する必要がない。

また、本例では、端部対向部８０は、タービンインペラ１１側の軸方向端部２１ｃに対向するタービン側端部対向部８０ａと、コンプレッサインペラ１２側の軸方向端部２１ｂに対向するコンプレッサ側端部対向部８０ｂとからなる。そして、タービン側端部対向部８０ａは、ロータシャフト１０のタービンインペラ１１との接合部である拡径部１１１に形成される。コンプレッサ側端部対向部８０ｂは、コンプレッサインペラ１２側のカラー１３に形成されている。これにより、端部対向部８０を設けるために別途の部材を要しないことから、製造コストの低減が図られる。

また、本例では、拡径部１１１及びカラー１３には、オイルフィルムダンパ５０から流出したオイルを径方向外側に飛散させるように凹状に形成された複数のオイルスリンガー８が設けられており、突出部２４は複数のオイルスリンガー８の一部に係合して、オイルスリンガー８の一部が係合部２５を構成している。これにより、オイルスリンガー８を係合部２５として利用することができるため、別途の部材や加工を施す必要がなく、製造コストの低減を図ることができる。

本例では、端部対向部８０には、凹状に形成された複数のオイルスリンガー８が形成されており、突出部２４は複数のオイルスリンガー８の一部に係合して、当該オイルスリンガー８の一部が係合部２５を構成している。これにより、オイルスリンガー８を係合部２５として利用することができるため、別途の部材や加工を施す必要がなく、製造コストの低減を図ることができる。

本例では、突出部２４及び係合部２５はコンプレッサインペラ１２側及びタービンインペラ１１側の両方に設けることとしたが、これに限らず、コンプレッサインペラ１２側及びタービンインペラ１１側のうち一方に設けることとしてもよい。この場合には、両方に設ける場合に比べて製造コストの低減を図ることができる。また、突出部２４及び係合部２５は一か所に設けることとしてもよいが、本例のように直径方向に一対、すなわち二か所に設けることが好ましい。回転体アッシー１００の質量バランスの調整が容易となるからである。したがって、突出部２４及び係合部２５はコンプレッサインペラ１２側及びタービンインペラ１１側の一方において直径方向に一対設けることが最も好ましい。

本例によれば、異音の発生防止や運転効率の向上が図られるとともに、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用軸受機構１を提供できる。

（実施例２）
本例のターボチャージャ用軸受機構１では、環状部材として実施例１におけるカラー１３（図１参照）に替えて、図６、図７に示すように、環状部材１３１を採用している。そして、図６に示すように、実施例１と同様に、ロータシャフト１０は、タービンシャフト１１側に形成された大径部１０ｅと、コンプレッサインペラ１２側に形成されるとともに、大径部１０ｅの直径よりも小さい直径を有する小径部１０ｆと、大径部１０ｅと小径部１０ｆとの間に形成される段差部１０ｇとを有する。そして、環状部材１３１には小径部１０ｆが挿通されるとともに、小径部１０ｆに焼嵌めされたカラー１３と段差部１０ｇとによって挟持されている。環状部材１３１には端部対向部８０において、図７に示すように、外縁１３１ａから内側に向かって、凹状の係合部２５が直径方向に一対形成されている。なお、その他、実施例１と同等の構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。

本例のターボチャージャ用軸受機構１によれば、環状部材１３１をカラー１３とは別に設けることにより、係合部２５を形成するための加工が容易となるとともに簡易な構成で係合部２５を形成することができるため、製造コストの低減を図ることができる。なお、本例の場合においても、カラー１３に係合部２５を形成することによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同等の作用効果を奏する。

（実施例３）
本例のターボチャージャ用軸受機構１では、実施例１における突出部２４及び係合部２５（図１〜図４参照）に替えて、図８〜図１０に示す突出部２４０及び係合部２５０を備える。図８に示すように、コンプレッサインペラ１２側に設けられる突出部２４０は、環状部材１３２に形成されている。環状部材１３２は、実施例２における環状部材１３１（図６参照）と同様に、カラー１３と段差部１０ｆとによって挟持されている。図９に示すように、環状部材１３２には、突出部２４０が直径方向に一対形成されている。突出部２４０は、環状部材１３２の外縁１３２ａから径方向外側に突出するとともに、図８に示すように、内輪２１側に向けて屈曲されている。

また、図８、図１０に示すように、拡径部１１１には、タービンインペラ１１側に設けられる突出部２４０が形成されている。当該突出部２４０は、内輪２１に向けてリブ状に延びるように、直径方向に一対形成されている。

また、図１１に示すように、内輪２１の軸方向端部２１ｂには、凹状に形成された係合部２５０が形成されている。係合部２５０は直径方向に一対形成されている。なお、内輪２１の軸方向端部２１ｃにも同様に係合部２５０が直径方向に一対形成されている。そして、図８に示すように、環状部材１３２及び拡径部１１１に形成された突出部２４０がそれぞれ、係合部２５０に係合することとなる。これにより、ロータシャフト１０の軸回転に伴って、内輪２１が連れ回りすることとなる。その他、実施例１と同等の構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。本例のターボチャージャ用軸受機構１においても、実施例２の場合と同等の作用効果を奏する。

なお、本例では、図８に示すように、内輪２１の軸方向端部２１ｂ、２１ｃの両方に係合部２５０を設けたが、軸方向端部２１ｂ、２１ｃのいずれか一方に係合部２５０（図１１参照）を形成するとともに、他方に実施例１の場合の突出部２４（図５参照）を形成することとしてもよい。この場合には、係合部２５０（図１１参照）に係合する突出部２４０が形成された環状部材１３２（図９参照）又は拡径部１１１（図１０参照）と、突出部２４が係合する係合部２５（図１参照）がそれぞれ形成されることとする。これらの場合においても、上述の作用効果を奏する。

１ ターボチャージャ用軸受機構
１０ ロータシャフト
１０ｃ 外周面
１００ 回転体アッシー
１１ タービンインペラ
１２ コンプレッサインペラ
１３ カラー
１３１、１３２ 環状部材
２０ ボールベアリング
２１ 内輪
２１ｂ、２１ｃ 軸方向端部
２２ 外輪
２４、２４０ 突出部
２５、２５０ 係合部
３０ ハウジング
５０ オイルフィルムダンパ
６０ リテーナ
８ オイルスリンガー
８０ 端部対向部

Claims (4)

1. 一端にタービンインペラが取り付けられ、他端にコンプレッサインペラが取り付けられたロータシャフトと、
   互いに回転可能に支持された内輪と外輪とを備えるボールベアリングと、
   上記外輪を保持するリテーナと、
   上記ロータシャフト、上記ボールベアリング、上記係合部材及び上記リテーナを収納するハウジングと、
   を備え、
   上記内輪と上記ロータシャフトの外周面との間にはオイルが膜状に介在してオイルフィルムダンパが形成され、
   上記内輪は、上記ロータシャフトの軸方向に沿って延びる筒状に形成され、
   上記ロータシャフトには、上記内輪の軸方向端部に軸方向に対向する端部対向部が設けられ、
   上記軸方向端部及び上記端部対向部の一方には、他方に向けて突出する突出部が形成されており、上記軸方向端部及び上記端部対向部の他方には、該突出部が係合する係合部が形成されていることを特徴とするターボチャージャ用軸受機構。
2. 上記端部対向部は、タービンインペラ側の軸方向端部に対向するタービン側端部対向部と、コンプレッサインペラ側の軸方向端部に対向するコンプレッサ側端部対向部とからなり、上記タービン側端部対向部は、上記ロータシャフトの上記タービンインペラとの接合部に形成され、上記コンプレッサ側端部対向部は、上記コンプレッサインペラ側のカラーに形成されることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用軸受機構。
3. 上記接合部及び上記カラーの少なくとも一方には、上記オイルフィルムダンパから流出したオイルを径方向外側に飛散させるように凹状に形成された複数のオイルスリンガーが設けられており、上記突出部は上記複数のオイルスリンガーの一部に係合して、該オイルスリンガーの一部が上記係合部を構成することを特徴とする請求項２に記載のターボチャージャ用軸受機構。
4. 上記ロータシャフトは、上記タービンシャフト側に形成された大径部と、上記コンプレッサインペラ側に形成されるとともに、上記大径部の直径よりも小さい直径を有する小径部と、上記大径部と上記小径部との間に形成される段差部とを有し、該段差部と上記コンプレッサインペラ側のカラーとの間には上記小径部が挿通された環状部材が挟持されており、該環状部材に上記コンプレッサ側に位置する上記端部対向部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用軸受機構。

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