JP2017066950A - タービン用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】異音が発生しにくく、軽量で、冷却性能に優れたセミフローティング型のタービン用軸受の提供にある。【解決手段】ターボチャージャ１０のハウジングに形成されて潤滑油が充填された軸受室２０内でターボチャージャの回転軸１６を回転可能に支持する円筒状の軸受１８、６０を備えたセミフローティング型のタービン用軸受において、軸受１８、６０は、軸受１８、６０を貫通し、潤滑油が流通する軸受給油孔４６と、軸受１８、６０の内部を中空に形成した中空部４７、６２とを備え、軸受給油孔４６は中空部４７、６２に連通され、軸受給油孔４６と中空部４７、６２とは潤滑油の循環経路を形成していることを特徴とするタービン用軸受。【選択図】 図２

Description

この発明は、車両用ターボチャージャ等に用いられるタービン用軸受に関する。

例えば、特許文献１には、セミフローティング型のタービン用軸受を備える車両用過給機が開示されている。特許文献１に開示された車両用過給機は、コンプレッサインペラとタービンホイールを同軸上に一体的に連結する回転軸と、回転軸を支持するタービン用軸受と、タービン用軸受とを収容する軸受ハウジングとを備えている。タービン用軸受は、軸受ハウジングに回り止めピンを介して回転を規制された状態で連結されており、回転軸は、軸受ハウジングに対して回転可能となっている。

軸受ハウジングの内部にはオイルが充填されており、軸受ハウジングの内周面とタービン用軸受の外周面との間、及び、タービン用軸受の内周面と回転軸の外周面との間には油膜が形成されている。タービン用軸受は、油膜を介して回転軸を回転可能に支持している。

タービン用軸受には、フルフローティング型のタービン用軸受とセミフローティング型のタービン用軸受とが存在する。特許文献１に開示された車両用過給機では、車両用ターボチャージャの異音（ホワール音）低減の観点から、回転が規制されていて比較的異音が発生しにくいセミフローティング型のタービン用軸受が用いられている。

特開２０１５−４８７５６号公報

しかしながら、特許文献１の車両用過給機で用いられるセミフローティング型のタービン用軸受は、フルフローティング型のタービン用軸受と比較して、異音は発生しにくいものの、質量が大きく、冷却性能が劣るという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、異音が発生しにくく、軽量で、冷却性能に優れたセミフローティング型のタービン用軸受の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明はターボチャージャのハウジングに形成されて潤滑油が充填された軸受室内でターボチャージャの回転軸を回転可能に支持する円筒状の軸受を備えたセミフローティング型のタービン用軸受において、前記軸受は、前記軸受を貫通し、潤滑油が流通する軸受給油孔と、前記軸受の内部を中空に形成した中空部と、を備え、前記軸受給油孔は前記中空部に連通され、前記軸受給油孔と前記中空部とは潤滑油の循環経路を形成していることを特徴とする。

本発明によれば、軸受の内部に中空部が備えられるタービン用軸受は軽量であって、潤滑油の中で慣性力を低減でき、また、軸受給油孔と中空部とにより潤滑油の循環経路が形成されており、冷却性能に優れる。

また、上記のタービン用軸受において、前記軸受は、前記軸受の軸心方向の両端に形成された一対の円筒状の軸受部と、前記一対の軸受部を接続する円筒状の連結部と、を備え、前記連結部は前記中空部を備えても良い。
この場合、一対の軸受部を除く軸受の連結部に中空部が備えられるから、タービン用軸受は耐荷重性に優れる。

また、上記のタービン用軸受において、前記軸受は、前記軸心方向の端面を貫通し、潤滑油が流通する軸受排油孔を備え、前記軸受排油孔は前記中空部に連通され、前記軸受給油孔と前記中空部と前記軸受排油孔とは前記潤滑油の循環経路を形成しても良い。
この場合、軸受給油孔と中空部と軸受排油孔とにより潤滑油の循環経路が形成されており、タービン用軸受はさらに冷却性能に優れる。

本発明は、異音が発生しにくく、軽量で、冷却性能に優れたセミフローティング型のタービン用軸受を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るタービン用軸受を備えたターボチャージャを示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るタービン用軸受を備えたターボチャージャの一部を拡大して示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るタービン用軸受を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るタービン用軸受を示す縦断面図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るタービン用軸受について図面を参照して説明する。

図１に示す本実施形態のターボチャージャ１０は、車両用の過給機である。図１において、紙面上側がターボチャージャ１０の上側であり、紙面下側がターボチャージャ１０の下側である。

図１に示すように、ターボチャージャ１０は、タービンハウジング１１と、コンプレッサハウジング１２と、軸受ハウジング１３と、タービンホイール１４と、コンプレッサインペラ１５と、回転軸１６とを備える。

軸受ハウジング１３の中心部には、軸受室２０が設けられ、軸受室２０内にはタービン用軸受が収容される。タービン用軸受は、円筒状の軸受１８を備える。軸受室２０内で軸受１８は回転軸１６を回転可能に支持する。

軸受ハウジング１３は、潤滑油を軸受室２０に供給するハウジング給油孔２３を備える。また、軸受ハウジング１３は、後述するように軸受１８の回転を規制する回り止めピン２４が嵌挿されるピン孔２５を備える。

回転軸１６は外周面５３を備え、タービンハウジング１１側にロータ軸部３０と、コンプレッサハウジング１２側にインペラ嵌合部３１とを備える。ロータ軸部３０には、タービンホイール１４が装着され、インペラ嵌合部３１には、シーリングカラー３２を介してコンプレッサインペラ１５が装着されている。シーリングカラー３２の外周には、軸受ハウジング１３との間にリテーナ２８が嵌合されている。

ロータ軸部３０のスリンガー３３には、全周にわたって環状溝３４が形成されており、環状溝３４には、軸受ハウジング１３の内周面３５と密接するリング状のシールリング３６が嵌め込まれている。シーリングカラー３２の外周面３７には、全周にわたって環状溝３８が形成されており、環状溝３８には、リテーナ２８の内周面２９と密接するリング状のシールリング３９が嵌め込まれている。

タービンハウジング１１は、内部にタービンホイール１４を収容した状態で、ボルト（図示しない）を介して軸受ハウジング１３に締結される。コンプレッサハウジング１２は、内部にコンプレッサインペラ１５を収容した状態で、ボルト（図示しない）を介して軸受ハウジング１３に締結される。

軸受１８は、金属製（例えば銅合金製）のすべり軸受けであって耐摩耗性に優れ、セミフローティング型のタービン用軸受である。図２及び図３に示すように、軸受１８は円筒状であって、内周側に回転軸１６を収容し、回転軸１６を回転可能に支持する。

図３に示すように、軸受１８は、軸心Ｘ方向に沿ったタービンハウジング１１側の端部である円筒状の第１軸受部４０と、コンプレッサハウジング１２側の端部である円筒状の第２軸受部４１と、第１軸受部４０と第２軸受部４１とを連結する中間部としての円筒状の連結部４２とを備える。第１軸受部４０は外周面４３及び内周面５４を備え、第２軸受部４１は外周面４４及び内周面５５を備える。連結部４２は外周面４５及び内周面５６を備える。第１軸受部４０と第２軸受部４１は、本発明の軸受部である。

図２及び図３に示すように、連結部４２の外径は、第１軸受部４０及び第２軸受部４１の外径と比較して小さい。第１軸受部４０及び第２軸受部４１の外径は、軸受室２０の内径よりわずかに小さい。軸受１８は、軸受室２０に収容された状態で、第１軸受部４０の外周面４３及び第２軸受部４１の外周面４４と、軸受ハウジング１３の内周面３５との間にわずかな隙間Ｓ１が存在する。連結部４２の外周面４５と軸受ハウジング１３の内周面３５との間には、隙間Ｓ１と比較して大きな隙間Ｓ２が存在する。第１軸受部４０の内周面５４及び第２軸受部４１の内周面５５と、回転軸１６の外周面５３との間にわずかな隙間Ｓ３が存在する。連結部４２の内周面５６と回転軸１６の外周面５３との間には、隙間Ｓ３と比較して大きな隙間Ｓ４が存在する。

軸受１８の連結部４２の上部には、連結部４２を貫通し、内部に潤滑油が流通し、潤滑油を外周側から内周側に供給する軸受給油孔４６が設けられる。軸受１８は、軸受１８の内部を中空に形成した中空部４７を備える。中空部４７は、軸受１８の円筒状の壁の内部を軸心Ｘ方向全体に延び、第１軸受部４０と連結部４２と第２軸受部４１とにわたって形成される。軸受１８は、ロストワックス法による鋳造により成形されて、軸受１８の内部には中空部４７が設けられる。中空部４７は軸受給油孔４６と連通する。軸受給油孔４６及び中空部４７は、本発明の潤滑油の循環経路を形成する。

連結部４２の下部には、回り止めピン２４が嵌挿される軸受ピン孔４８が軸受給油孔４６と対応する位置に貫設される。回り止めピン２４が軸受ハウジング１３のピン孔２５と連結部４２の軸受ピン孔４８とに嵌挿されて、軸受１８は軸受ハウジング１３に対して回り止めされる。軸受１８は、回り止めピン２４により、軸心Ｘ方向の移動と、軸心Ｘを中心とする回転とが規制されている。

軸受１８は、軸心Ｘ方向のタービンハウジング１１側の端面である第１軸端面４９に第１排油孔５０と、コンプレッサハウジング１２側の端面である第２軸端面５１に第２排油孔５２とを備える。第１排油孔５０と第２排油孔５２は、夫々、軸受給油孔４６から遠い位置にある第１軸端面４９の下部と第２軸端面５１の下部を貫通して絞り形状が付加されて設けられ、内部に潤滑油が流通する。中空部４７は第１排油孔５０と第２排油孔５２とに夫々連通される。第１軸端面４９及び第２軸端面５１は、本発明の端面である。第１排油孔５０及び第２排油孔５２は、本発明の軸受排油孔である。第１排油孔５０及び第２排油孔５２は、本発明の潤滑油の循環経路を形成する。

以上の構成を有するターボチャージャ１０の軸受１８の作用について以下説明する。
潤滑油は、ハウジング給油孔２３から軸受ハウジング１３の内周側の軸受室２０に供給されて、軸受室２０の内部を流通する。潤滑油は、ハウジング給油孔２３から軸受ハウジング１３の内周面３５と連結部４２の外周面４５との間の隙間Ｓ２を流れ、軸受１８の軸受給油孔４６を介して回転軸１６に供給される。そして、潤滑油は軸受ハウジング１３の内周側の軸受室２０に充填される。したがって、軸受１８は、潤滑油の中で、軸受ハウジング１３の内周面３５と回転軸１６の外周面５３との間において浮いている。

第１軸受部４０の外周面４３と第２軸受部４１の外周面４４と、軸受ハウジング１３の内周面３５との隙間Ｓ１及び第１軸受部４０の内周面５４と第２軸受部４１の内周面５５と、回転軸１６の外周面５３との隙間Ｓ３に潤滑油により油膜が形成されており、回転軸１６及び軸受１８が潤滑される。

また、潤滑油は、軸受給油孔４６を介して中空部４７にも流通する。潤滑油は、軸受１８の軸受給油孔４６から軸心Ｘ方向に沿ってタービンハウジング１１側及びコンプレッサハウジング１２側の両方向に流れる。中空部４７において、潤滑油は、第１軸端面４９及び第２軸端面５１に向かって、かつ、重力により下方向に向かって流れる。そして、潤滑油は、第１軸端面４９の下部の第１排油孔５０及び第２軸端面５１の下部の第２排油孔５２を介して軸受１８の内周側から外側に排出される。したがって、軸受給油孔４６と中空部４７と、第１排油孔５０及び第２排油孔５２とは、潤滑油の循環経路を形成する。

本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）軸受１８は軸受１８の内部に円筒状の中空である中空部４７を備える。したがって、軸受１８は軽量である。よって、軸受１８は潤滑油の中で慣性力を低減できる。

（２）軸受１８は軸受１８の内部に中空部４７を備え、中空部４７は軸受給油孔４６と連通し、第１軸端面４９及び第２軸端面５１の下部に第１排油孔５０及び第２排油孔５２を備える。軸受ハウジング１３のハウジング給油孔２３から軸受給油孔４６を介して軸受１８の内周側に供給された潤滑油の一部は、中空部４７の内部を流通し、第１排油孔５０及び第２排油孔５２から軸受１８の外側に排出される。したがって、軸受給油孔４６と中空部４７と第１排油孔５０及び第２排油孔５２とは、潤滑油の循環経路を形成する。よって、潤滑油により回転軸１６との摩擦熱により温度が上昇した軸受１８を冷却することができ、軸受１８は冷却性能に優れる。

（３）第１排油孔５０と第２排油孔５２は、夫々、第１軸端面４９の下部と第２軸端面５１の下部を貫通して絞り形状が付加されて設けられ、内部に潤滑油が流通する。したがって、ターボチャージャ１０の各種使用状況における潤滑油の量が最適化される。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態は、軸受の中空部を有底状に形成した例である。本実施形態では、第１の実施形態と同じ要素については、第１の実施形態の説明を援用し共通の符号を用いて説明する。

図４に示すように、軸受６０は円筒状であって、軸受６０の内部に中空部６２を備える。中空部６２は軸受給油孔４６に連通され、軸受６０の連結部４２のみに形成されており、第１軸受部４０及び第２軸受部４１には形成されていない。潤滑油は、軸受６０の軸受給油孔４６から中空部６２を軸心Ｘ方向に沿ってタービンハウジング１１側及びコンプレッサハウジング１２側の両方向に流れる。潤滑油は中空部６２の内部を流通し、そして、軸受給油孔４６に戻り、軸受給油孔４６を介して軸受１８の内周側に排出される。したがって、軸受給油孔４６及び中空部６２は、潤滑油の循環経路を形成する。

本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（４）軸受６０は連結部４２に中空部６２を備える。有効軸受部である第１軸受部４０及び第２軸受部４１は中空ではなく、したがって、軸受として軸受６０は耐荷重性に優れる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

○ 上記の実施形態では、中空部は円筒状としたが、この限りでない。軸受の内部に中空状に設ければ良く、軸受給油孔から軸心方向に沿ったらせん状に延びるように設けても良い。この場合、循環経路が長くなるため、潤滑油によって軸受が十分に冷却され、軸受はより冷却性能に優れる。

○ 上記の実施形態では、中空部は、軸受をロストワックス法による鋳造により形成することにより軸受の内部に設けるとしたが、この限りでない。中空部を軸受の内部に設ければ良く、２本の筒を軸心方向に沿って接続することにより軸受を形成し、軸受の内部に中空部を設けても良い。

○ 上記の実施形態では、第１排油孔と第２排油孔には、夫々、絞り形状が付加されるとしたが、この限りでない。第１排油孔と第２排油孔のうち少なくとも一方に絞り形状が付加されていれば良く、第１排油孔のみに絞り形状が付加されていても良い。

○ 上記の実施形態では、タービン用軸受を車両用ターボチャージャに用いる例について説明したが、この限りでない。タービン用軸受として利用できればよく、例えば、船舶用ターボチャージャのタービン用軸受として用いても良い。また、発電所において設置されている発電タービンのタービン用軸受として用いても良い。

１０ ターボチャージャ
１３ 軸受ハウジング（ハウジングとしての）
１６ 回転軸
１８、６０ 軸受
２０ 軸受室
４０ 第１軸受部（軸受部としての）
４１ 第２軸受部（軸受部としての）
４２ 連結部
４６ 軸受給油孔
４７、６２ 中空部
４９ 第１軸端面（端面としての）
５１ 第２軸端面（端面としての）
５０ 第１排油孔（軸受排油孔としての）
５２ 第２排油孔（軸受排油孔としての）

Claims (3)

1. ターボチャージャのハウジングに形成されて潤滑油が充填された軸受室内でターボチャージャの回転軸を回転可能に支持する円筒状の軸受を備えたセミフローティング型のタービン用軸受において、
   前記軸受は、前記軸受を貫通し、潤滑油が流通する軸受給油孔と、
   前記軸受の内部を中空に形成した中空部と、を備え、
   前記軸受給油孔は前記中空部に連通され、
   前記軸受給油孔と前記中空部とは潤滑油の循環経路を形成していることを特徴とするタービン用軸受。
2. 前記軸受は、前記軸受の軸心方向の両端に形成された一対の円筒状の軸受部と、前記一対の軸受部を接続する円筒状の連結部と、を備え、
   前記連結部は前記中空部を備えることを特徴とする請求項１記載のタービン用軸受。
3. 前記軸受は、前記軸受の軸心方向の端面を貫通し、潤滑油が流通する軸受排油孔を備え、
   前記軸受排油孔は前記中空部に連通され、
   前記軸受給油孔と前記中空部と前記軸受排油孔とは前記潤滑油の循環経路を形成していることを特徴とする請求項１記載のタービン用軸受。

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