JP2017078435A - シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材の組み付けが容易なシール構造を提供する。【解決手段】第一部材２１、及び第一部材２１に対して同軸上に固定され、第一部材２１側の端部に縮径部２２ｂが形成された第二部材２２を具備するシャフト２０と、シャフト２０を回転可能に支持するベアリングハウジング１０と、縮径部２２ｂを外側から囲むようにして、シャフト２０とベアリングハウジング１０との間に配置され、ベアリングハウジング１０に圧入されたシールリング３０と、を具備した。【選択図】図３

Description

本発明は、軸部材とハウジングとの間のシール性を向上させるためのシール構造の技術に関する。

従来、軸部材とハウジングとの間のシール性を向上させるためのシール構造の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１には、タービンホイールとコンプレッサホイールとを連結するタービンシャフトと、タービンシャフトを支持する軸受ハウジングと、タービンシャフトに形成されたリング溝を外側から囲むように配置され、タービンシャフトと軸受ハウジングとの間をシールするシールリングと、シールリングと隣接するように軸受ハウジングの内周面に圧入されたシールリングストッパと、を具備するターボチャージャのシール構造が開示されている。

このように構成されたシール構造においては、シールリングによって、軸受ハウジング内の潤滑油がタービンホイール側やコンプレッサホイール側に漏れ出るのを抑制することができる。また、シールリングストッパによってシールリングの移動を規制することで、シール性能の低下を抑制することができる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、周方向の１箇所に合い口が形成された略Ｃ字状のシールリングが用いられている。このため、当該合い口を介して潤滑油が軸受ハウジングから漏れ出るおそれがある。

そこで、シール性能を向上させる（潤滑油の漏れ量を低減する）方法として、合い口が形成されていない円環状のシールリングを用いる方法が考えられる。しかしながら、このように合い口が形成されていないシールリングは、組み付ける際に径（外径及び内径）を変化させ難いため、タービンシャフトへの組み付けが困難である。

特開２００６−２２７９１号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、シール部材の組み付けが容易なシール構造を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、第一の部材、及び前記第一の部材に対して同軸上に固定され、前記第一の部材側の端部に縮径部が形成された第二の部材を具備する軸部材と、前記軸部材を回転可能に支持するハウジングと、前記縮径部を外側から囲むようにして、前記軸部材と前記ハウジングとの間に配置されたシール部材と、を具備したものである。

請求項２においては、前記縮径部は、前記第一の部材の、前記第二の部材側の端部に比べて径が小さくなるように形成されているものである。

請求項３においては、前記シール部材は、前記ハウジング又は前記軸部材のいずれか一方に対して圧入されているものである。

請求項４においては、前記第一の部材又は前記第二の部材のうちのいずれか一方には、雌ねじ部が形成され、前記第一の部材又は前記第二の部材のうちのいずれか他方には、前記雌ねじ部にねじ込まれる雄ねじ部が形成されているものである。

請求項５においては、前記シール構造は、ターボチャージャに適用されるものである。

請求項６においては、前記軸部材は、前記ハウジングの一側方においてタービンホイールと連結されると共に、前記ハウジングの他側方においてコンプレッサホイールと連結され、前記シール部材は、前記ハウジングのうち、前記タービンホイール側の端部又は前記コンプレッサホイール側の端部のうち少なくとも一方に配置されているものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、シール部材の組み付けが容易になる。

請求項２においては、シール性能を向上させることができる。

請求項３においては、シール性能を向上させることができる。

請求項４においては、第一の部材と第二の部材とを容易に固定することができる。

請求項５においては、ターボチャージャのシール性能を向上させることができる。

請求項６においては、ハウジングからタービンホイール側又はコンプレッサホイール側へと潤滑油が漏れ出すのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るシール構造を具備するターボチャージャの構成を示した側面断面図。 図１におけるＡ−Ａ断面図。 シール構造を示した側面断面図。 同じく、分解一部断面図。 図３におけるＢ−Ｂ断面図（正面断面図）。 変形例に係るシール構造を示した分解一部断面図。 同じく、正面断面図。

以下では、図中の矢印Ｕ、矢印Ｄ、矢印Ｆ、矢印Ｂ、矢印Ｌ及び矢印Ｒで示した方向を、それぞれ上方向、下方向、前方向、後方向、左方向及び右方向と定義して説明を行う。

まず、図１及び図２を用いて、ターボチャージャ１の概略構成について説明する。

ターボチャージャ１は、エンジンのシリンダに圧縮空気を送り込むものである。ターボチャージャ１は、主としてベアリングハウジング１０、シャフト２０、シールリング３０、コンプレッサホイール４０、タービンホイール５０、すべり軸受６０、スラストカラー７０、スラストベアリング８０及びシールリングカラー９０を具備する。

ベアリングハウジング１０は、後述するシャフト２０を回転可能に支持するものである。ベアリングハウジング１０は、略箱状に形成される。ベアリングハウジング１０は、第一ハウジング１０ａと、当該第一ハウジング１０ａの前部に固定される第二ハウジング１０ｂと、を具備する。ベアリングハウジング１０は、前後（第一ハウジング１０ａと第二ハウジング１０ｂ）に分割可能となるように構成される。ベアリングハウジング１０には、軸受部１１、第一開口部１２、第二開口部１３、供給油路１４及び排出油路１５が形成される。

軸受部１１は、後述するシャフト２０を間接的に回転可能に支持する部分である。軸受部１１は、軸線方向を前後方向に向けると共に、円形断面を有する孔である。軸受部１１は、ベアリングハウジング１０の内部に形成される。

第一開口部１２は、ベアリングハウジング１０（第一ハウジング１０ａ）の後端部に形成される孔である。第一開口部１２は、軸受部１１と同軸上に形成される。第一開口部１２は、円形断面を有するように形成される。当該第一開口部１２を介して、ベアリングハウジング１０の内部と外部（当該ベアリングハウジング１０の後方の空間）とが連通される。

第二開口部１３は、ベアリングハウジング１０（第二ハウジング１０ｂ）の前端部に形成される孔である。第二開口部１３は、軸受部１１と同軸上に形成される。第二開口部１３は、円形断面を有するように形成される。当該第二開口部１３を介して、ベアリングハウジング１０の内部と外部（当該ベアリングハウジング１０の前方の空間）とが連通される。

供給油路１４は、潤滑油を軸受部１１へと案内するものである。供給油路１４は、ベアリングハウジング１０の底面から上方に向かって形成される。供給油路１４の上端は、前後に分岐されて軸受部１１の前部及び後部にそれぞれ接続される。供給油路１４の下端は、図示せぬオイルポンプに接続される。図示せぬオイルパンに貯溜された潤滑油は、前記オイルポンプにより圧送され、供給油路１４を介して軸受部１１へと供給される。

排出油路１５は、潤滑油を軸受部１１から排出するものである。排出油路１５は、供給油路１４の左方において、ベアリングハウジング１０の底面から上方に向かって形成される。排出油路１５の上端は適宜に分岐されて軸受部１１の前端部、後端部及び前後中途部にそれぞれ接続される。排出油路１５の下端は、前記オイルパンに接続される。軸受部１１を潤滑した潤滑油は、排出油路１５を介して前記オイルパンへと戻される。

シャフト２０は、後述するコンプレッサホイール４０とタービンホイール５０とを連結するものである。シャフト２０は、適宜の金属材料によって形成される。シャフト２０は、その長手方向（軸線方向）を前後方向に向けて配置される。シャフト２０は、ベアリングハウジング１０の軸受部１１、第一開口部１２及び第二開口部１３に挿通される。シャフト２０は、第一部材２１と、当該第一部材２１の前部に固定される第二部材２２と、を具備する。シャフト２０は、前後（第一部材２１と第二部材２２）に分割可能となるように構成される。
なお、シャフト２０の詳細な構成については後述する。

シールリング３０は、シャフト２０と第二開口部１３との隙間からの潤滑油の流出を抑制するものである。シールリング３０は、適宜の金属材料によって形成される。シールリング３０は、切れ目（合い口）のない円環状に形成される。シールリング３０は、シャフト２０と第二開口部１３との間に配置される。具体的には、シールリング３０は、シャフト２０（第二部材２２）を外側から囲むようにして、第二開口部１３の内側に配置される。

コンプレッサホイール４０は、複数の羽根を有し、回転駆動されることによって空気を圧縮するものである。コンプレッサホイール４０は、ベアリングハウジング１０の後方において、シャフト２０の後端部に固定される。

タービンホイール５０は、複数の羽根を有し、エンジンからの排気を受けて回転することで駆動力を発生させるものである。タービンホイール５０は、ベアリングハウジング１０の前方において、シャフト２０の前端部に固定される。

すべり軸受６０は、シャフト２０を回転可能に支持するものである。すべり軸受６０は、略円筒状に形成される。すべり軸受６０は、ベアリングハウジング１０の軸受部１１の前端部及び後端部（供給油路１４と対向する部分）にそれぞれ配置される。当該すべり軸受６０にはシャフト２０が挿通される。

スラストカラー７０は、略円筒状に形成され、軸線方向を前後方向に向けて軸受部１１の後方に配置される。スラストカラー７０は、シャフト２０に対して相対回転不能となるように固定される。

スラストベアリング８０は、軸受部１１の後方においてベアリングハウジング１０と接するように配置される。スラストベアリング８０は、スラストカラー７０の前後中途部に外嵌される。このようにして、スラストベアリング８０は、スラストカラー７０を介してシャフト２０に加わる軸線方向の荷重を受けることができる。

シールリングカラー９０は、略円筒状に形成され、軸線方向を前後方向に向けてスラストカラー７０の後方に配置される。シールリングカラー９０は、第一開口部１２の内側において、シャフト２０に外嵌される。

以下では、ターボチャージャ１のシール構造について詳細に説明する。なお、シール構造とは、シャフト２０とベアリングハウジング１０との間のシール性を向上させるための構造であり、特に本実施形態では、第二開口部１３を介してタービンホイール５０側へと潤滑油が漏れ出すのを抑制するための構造を意味する。

まず、図１、図３及び図４を用いて、シャフト２０（第一部材２１及び第二部材２２）の詳細な構成について説明する。

第一部材２１は、シャフト２０の後端から前端部近傍までを形成するものである。第一部材２１は、その長手方向（軸線方向）を前後方向に向けた略円柱状に形成される。第一部材２１の後部（軸受部１１よりも後方の部分）は、前部に比べて若干径が小さくなるように形成される（図１参照）。第一部材２１には、主としてスリンガ２１ａ、第一拡径部２１ｂ及び雌ねじ部２１ｃが形成される。

スリンガ２１ａは、第一部材２１を拡径させて形成された部分である。スリンガ２１ａは、第一部材２１の前端部近傍（軸受部１１の前方）に形成される。回転するシャフト２０に付着した潤滑油は、当該シャフト２０の遠心力によってスリンガ２１ａから外周方向に向かって飛び散ることになる。これによって、潤滑油がシャフト２０を伝って第二開口部１３から前方（タービンホイール５０側）へと漏れ出すのを抑制することができる。

第一拡径部２１ｂは、第一部材２１を拡径させて形成された部分である。第一拡径部２１ｂは、スリンガ２１ａと所定の間隔を空けて、第一部材２１の前端に形成される。第一拡径部２１ｂの外径は、シールリング３０の外径よりも若干小さくなるように形成される。

雌ねじ部２１ｃは、第一部材２１の前端面に形成される。雌ねじ部２１ｃは、第一部材２１の中心（軸心）上に形成される。

第二部材２２は、シャフト２０の前端部を形成するものである。第二部材２２は、その長手方向（軸線方向）を前後方向に向けた略円柱状に形成される。第二部材２２には、主として第二拡径部２２ａ、縮径部２２ｂ及び雄ねじ部２２ｃが形成される。

第二拡径部２２ａは、第二部材２２を拡径させて形成された部分である。第二拡径部２２ａは、第二部材２２の前後中途部に形成される。第二拡径部２２ａの外径は、第一部材２１の第一拡径部２１ｂの外径と略同一となるように形成される。

縮径部２２ｂは、隣接する部分に比べて縮径するように形成された部分である。縮径部２２ｂは、第二部材２２の後端に、第二拡径部２２ａと隣接するように形成される。縮径部２２ｂの前後方向幅は、シールリング３０の前後方向幅と略同一となるように形成される。縮径部２２ｂの外径は、第二拡径部２２ａの外径よりも小さくなるように形成される。縮径部２２ｂの外径は、シールリング３０の内径よりも若干小さくなるように形成される。

雄ねじ部２２ｃは、第二部材２２の後端面に形成される。雄ねじ部２２ｃは、第二部材２２の中心（軸心）上に形成される。

次に、図３及び図４を用いて、上述の如く構成されたシャフト２０及びシールリング３０のベアリングハウジング１０への組み付け方について説明する。

まず、シールリング３０が、ベアリングハウジング１０の第二開口部１３に圧入される。これによって、シールリング３０の外周面が第二開口部１３の内周面に密着した状態で、シールリング３０がベアリングハウジング１０に固定される。

次に、第二部材２２の縮径部２２ｂが、シールリング３０に挿通される。またこの状態で、第二部材２２の雄ねじ部２２ｃが第一部材２１の雌ねじ部２１ｃにねじ込まれる。これによって、第一部材２１の前端面と第二部材２２の後端面とが当接した状態で、第一部材２１と第二部材２２とが固定される。またこの状態では、第一部材２１と第二部材２２は同軸上に位置することになる。

このようにして、図３に示すように、第一拡径部２１ｂ、第二拡径部２２ａ及び縮径部２２ｂによって、シャフト２０の周方向に亘る溝が形成され、当該溝にシールリング３０が収容されることになる。

上述の如く、シャフト２０を前後（第一部材２１と第二部材２２）に分割可能とすることによって、シールリング３０をシャフト２０の溝に収容する際に、当該シールリング３０の径（内径）を拡げる必要がなくなる。したがって、本実施形態の如く合い口のない円環状のシールリング３０であっても、容易に組み付けることができる。

円環状のシールリング３０を用いた場合、図５に示すように、シャフト２０の周方向全域に亘って切れ目（合い口）が無いため、当該切れ目を介して潤滑油が流通することがなく、シール性能を向上させることができる。

以上の如く、本実施形態に係るシール構造は、第一部材２１（第一の部材）、及び第一部材２１に対して同軸上に固定され、第一部材２１側の端部に縮径部２２ｂが形成された第二部材２２（第二の部材）を具備するシャフト２０（軸部材）と、シャフト２０を回転可能に支持するベアリングハウジング１０（ハウジング）と、縮径部２２ｂを外側から囲むようにして、シャフト２０とベアリングハウジング１０との間に配置されたシールリング３０（シール部材）と、を具備するものである。

このように構成することにより、シールリング３０の組み付けが容易になる。
すなわち、第一部材２１と第二部材２２とを分割した状態で、第二部材２２の縮径部２２ｂをシールリング３０に挿通することができるため、シールリング３０の径を拡げる必要がなくなる。これによって、径を拡げることが困難な合い口のない円環状のシールリング３０を容易に用いることが可能となる。また円環状のシールリング３０を用いた場合には、合い口からの潤滑油の漏れが無くなるため、シール性能を向上させることができる。

また、縮径部２２ｂは、第一部材２１の、第二部材２２側の端部（第一拡径部２１ｂ）に比べて径が小さくなるように形成されているものである。

このように構成することにより、シール性能を向上させることができる。
すなわち、第一拡径部２１ｂと縮径部２２ｂとの間で段差（外径の差）を形成することで、潤滑油を漏れ出し難くすることができる。

また、シールリング３０は、ベアリングハウジング１０に対して圧入されているものである。

このように構成することにより、シール性能を向上させることができる。
すなわち、シールリング３０とベアリングハウジング１０とを密着させることで、潤滑油を漏れ出し難くすることができる。

また、第一部材２１には、雌ねじ部２１ｃが形成され、第二部材２２には、雌ねじ部２１ｃにねじ込まれる雄ねじ部２２ｃが形成されているものである。

このように構成することにより、第一部材２１と第二部材２２とを容易に固定することができる。また、その他の固定方法（例えば、溶接や圧入等）に比べて第一部材２１と第二部材２２との位置合わせが容易になり、ひいては固定作業が容易になる。

また、前記シール構造は、ターボチャージャ１に適用されるものである。

このように構成することにより、ターボチャージャ１のシール性能を向上させることができる。

また、シャフト２０は、ベアリングハウジング１０の一側方においてタービンホイール５０と連結されると共に、ベアリングハウジング１０の他側方においてコンプレッサホイール４０と連結され、シールリング３０は、ベアリングハウジング１０のうち、タービンホイール５０側の端部に配置されているものである。

このように構成することにより、ベアリングハウジング１０からタービンホイール５０側へと潤滑油が漏れ出すのを抑制することができる。これによって、白煙の発生や潤滑油の減少等を抑制することができる。

なお、本実施形態に係る第一部材２１は、本発明に係る第一の部材の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る第二部材２２は、本発明に係る第二の部材の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るベアリングハウジング１０は、本発明に係るハウジングの実施の一形態である。
また、本実施形態に係るシールリング３０は、本発明に係るシール部材の実施の一形態である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、シール構造をターボチャージャ１に適用した例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、その他種々の装置に適用することが可能である。

また、本実施形態においては、第二部材２２に縮径部２２ｂ（シールリング３０によって外側から囲まれる部分）を形成するものとしたが、第一部材２１に形成することも、第一部材２１と第二部材２２の両方に形成することも可能である。なお、この場合、第一部材２１及び第二部材２２のうち縮径部２２ｂが形成された部材が、本発明に係る第二の部材に対応する。

また、本実施形態においては、シールリング３０をベアリングハウジング１０の第二開口部１３に対して圧入するものとしたが、シャフト２０（縮径部２２ｂ）に対して圧入する構成とすることも可能である。

また、本実施形態においては、第一部材２１と第二部材２２とを雌ねじ部２１ｃ及び雄ねじ部２２ｃによって互いに固定するものとしたが、その他の方法（例えば、圧入、溶接等）によって固定することも可能である。

また、第一部材２１と第二部材２２とを、互いに異なる種類の金属材料で形成することも可能である。例えば、第一部材２１を鉄系の金属材料、第二部材２２をアルミニウム系の金属材料でそれぞれ形成することも可能である。このように、高温になるタービンホイール５０に近い部分を、放熱性の高いアルミニウム形の金属材料を用いて形成することで、シャフト２０の温度上昇を抑制することができる。

また、本実施形態においては、ベアリングハウジング１０のタービンホイール５０側の端部（第二開口部１３）にシールリング３０を配置し、当該タービンホイール５０側への潤滑油の漏れを抑制するものとしたが、シールリング３０をベアリングハウジング１０のコンプレッサホイール４０側の端部（第一開口部１２）に配置することも可能である。この場合、例えばシールリングカラー９０を前後に分割可能に構成し、当該シールリングカラー９０を外側から囲むようにシールリング３０を配置することも可能である。

また、本実施形態においては、切れ目（合い口）のない円環状のシールリング３０を用いるものとしたが、例えば合い口のある略Ｃ字状のシールリングを用いる構成とすることも可能である。図６及び図７には、切れ目（合い口１３１）のある略Ｃ字状のシールリング１３０を用いた変形例を図示している。

図６及び図７に示した変形例では、ベアリングハウジング１０の第二開口部１３の上部に、突起部１３ａを形成している。突起部１３ａは、シールリング１３０が第二開口部１３に圧入された際に、合い口１３１と係合する（図７参照）。突起部１３ａを合い口１３１に係合させることで、シールリング１３０の回転を規制すること（回り止め）ができる。また、当該突起部１３ａによってシールリング１３０の合い口１３１の隙間が埋められるため、当該合い口１３１から漏れる潤滑油の量を低減することができる。すなわち、シール性能を向上させることができる。

１ ターボチャージャ
１０ ベアリングハウジング
２０ シャフト
２１ 第一部材
２１ｂ 第一拡径部
２１ｃ 雌ねじ部
２２ 第二部材
２２ａ 第二拡径部
２２ｂ 縮径部
２２ｃ 雄ねじ部
３０ シールリング
４０ コンプレッサホイール
５０ タービンホイール

Claims (6)

1. 第一の部材、及び前記第一の部材に対して同軸上に固定され、前記第一の部材側の端部に縮径部が形成された第二の部材を具備する軸部材と、
   前記軸部材を回転可能に支持するハウジングと、
   前記縮径部を外側から囲むようにして、前記軸部材と前記ハウジングとの間に配置されたシール部材と、
   を具備するシール構造。
2. 前記縮径部は、
   前記第一の部材の、前記第二の部材側の端部に比べて径が小さくなるように形成されている、
   請求項１に記載のシール構造。
3. 前記シール部材は、
   前記ハウジング又は前記軸部材のいずれか一方に対して圧入されている、
   請求項１に記載のシール構造。
4. 前記第一の部材又は前記第二の部材のうちのいずれか一方には、
   雌ねじ部が形成され、
   前記第一の部材又は前記第二の部材のうちのいずれか他方には、
   前記雌ねじ部にねじ込まれる雄ねじ部が形成されている、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のシール構造。
5. 前記シール構造は、
   ターボチャージャに適用される、
   請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のシール構造。
6. 前記軸部材は、
   前記ハウジングの一側方においてタービンホイールと連結されると共に、前記ハウジングの他側方においてコンプレッサホイールと連結され、
   前記シール部材は、
   前記ハウジングのうち、前記タービンホイール側の端部又は前記コンプレッサホイール側の端部のうち少なくとも一方に配置されている、
   請求項５に記載のシール構造。

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