JP2017101599A - 過給機用の軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産コストの上昇を抑制しつつ、フローティングメタルと回転軸との間に形成される油膜の均一度を向上させる。
【解決手段】過給機のコンプレッサに連結された回転軸を円筒状のフローティングメタル２０によって回転自在に支持する軸受装置であって、フローティングメタル２０には、外周面から内周面にわたって貫通する給油孔２１が周方向に偶数個形成されており、偶数個の給油孔２１のうち半分が外周面から内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜し、残り半分が外周面から内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜するように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、過給機のコンプレッサに連結された回転軸を円筒状のフローティングメタルによって回転自在に支持する軸受装置に関する。

例えば特許文献１には、ターボチャージャの回転軸を回転自在に支持する軸受装置として、軸受ハウジングに収容された円筒状のフローティングメタルによって回転軸を支持する構成が開示されている。フローティングメタルには、外周面から内周面へと貫通する給油孔が、周方向に複数形成されている。そして、軸受ハウジングに形成された給油路からオイルが供給されると、給油孔を経由してフローティングメタルの内周面と回転軸の外周面との間にオイルが行き渡り、油膜が形成されることによって流体軸受として機能する。

特許文献１の軸受装置では、各給油孔が、フローティングメタルの軸方向における中心位置に形成されており、軸方向に直交する面に沿って真っ直ぐ延びている。つまり、軸方向における中心位置に関して、各給油孔は左右対称な形状となっている。このため、各給油孔から供給されたオイルが、軸方向において左右均等に広がり、フローティングメタルと回転軸との間に均一な油膜が形成可能となっている。

特開２００８−１９０４９８号公報

しかしながら、上述のように、給油孔が軸方向に直交する面（以下、「直交面」と称する）に沿って真っ直ぐ延びる設計とした場合、複数の給油孔のうち１つでも直交面から傾いていると、その傾いた給油孔の影響が相対的に大きくなり、軸方向における給油バランスが崩れやすい。その結果、油膜の均一度が低下することで油膜性能が悪化し、潤滑性や冷却性が低下したり、異音が発生するといった問題が生じるおそれがある。もちろん、給油孔の加工時における誤差管理を厳格化することでこのような問題は回避し得るが、そうすると、より精密な加工が可能な高価な工作機を用いる必要が生じたり、規格外となる製品が増えたりすることによって、生産コストの上昇を招来することとなる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、生産コストの上昇を抑制しつつ、フローティングメタルと回転軸との間に形成される油膜の均一度を向上させることを目的とする。

本発明は、過給機のコンプレッサに連結された回転軸を円筒状のフローティングメタルによって回転自在に支持する軸受装置であって、前記フローティングメタルには、外周面から内周面にわたって貫通する給油孔が周方向に偶数個形成されており、前記偶数個の給油孔のうち半分が前記外周面から前記内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜する第１給油孔であり、残り半分が前記外周面から前記内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜する第２給油孔であることを特徴とする。

本発明では、円筒状のフローティングメタルの外周面から内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜する第１給油孔と、外周面から内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜する第２給油孔とが同数形成されるので、軸方向における給油バランスを左右均等にすることができ、油膜の均一度を向上させることができる。また、もともとすべての給油孔が軸方向に直交する面（直交面）に対して傾斜するように構成されているため、その傾斜角度に誤差が生じたとしても、その誤差の影響度合いは、直交面に沿って真っ直ぐに給油孔を形成すべき場合と比べて低くなる。つまり、給油孔を直交面に対して傾斜させる構成を採用することによって、製造時に許容できる誤差を緩和することができ、生産コストの上昇を抑制することができる。以上のように、本発明によれば、生産コストの上昇を抑制しつつ、フローティングメタルと回転軸との間に形成される油膜の均一度を向上させることが可能となる。

本実施形態にかかるターボチャージャの構成を示す横断面図である。 フローティングメタルを軸方向から見たときの図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。 フローティングメタルの外周面の展開図である。

以下、本発明にかかる軸受装置をターボチャージャに適用した場合の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明にかかる軸受装置はターボチャージャに限らず、エンジンからの出力によってコンプレッサが回転するスーパーチャージャや、電力によりコンプレッサが回転する電動スーパーチャージャ等の過給機に適用することも可能である。また、コンプレッサが遠心式あるいは軸流式のいずれの場合においても、本発明にかかる軸受装置は適用可能である。

図１は、本実施形態にかかるターボチャージャの構成を示す横断面図である。ターボチャージャ１は、エンジン（図示省略）からの排気で回転駆動するタービン１１と、吸気を圧縮するコンプレッサ１２と、タービン１１とコンプレッサ１２とを連結する回転軸１３と、回転軸１３を回転自在にラジアル方向において支持する軸受装置１４と、これらの機械要素１１〜１４を収容するハウジング１５とを有する。なお、図示は省略しているが、回転軸１３をスラスト方向において支持するスラスト軸受やシール部材等も適宜設けられている。

ハウジング１５は、タービン１１を収容するタービンハウジング１６と、コンプレッサ１２を収容するコンプレッサハウジング１７と、軸受装置１４を収容する概ね円筒状の軸受ハウジング１８とからなる。軸受ハウジング１８は、ターボチャージャ１の中央部分に位置しており、その両側にタービンハウジング１６およびコンプレッサハウジング１７がそれぞれ取り付けられている。

軸受ハウジング１８の上部には、軸受装置１４にオイルを供給する給油路１８ａが形成されている。給油路１８ａの吐出口は、後述するフローティングメタル２０に対向する位置、より詳細にはフローティングメタル２０の軸方向における中央部に対向する位置に配置されている。また、軸受ハウジング１８の下部には、軸受装置１４に供給されたオイルを自重によって下方に排出するための排油路１８ｂが形成されている。

タービンハウジング１６には、タービン１１の径方向外側に、エンジンからの排気をタービン１１に供給するための環状の供給部１６ａが形成されるとともに、タービン１１の軸方向外側に、タービン１１の駆動に供した排気を排出するための円筒状の排出部１６ｂが形成されている。また、コンプレッサハウジング１７には、コンプレッサ１２の軸方向外側に、吸気をコンプレッサ１２に供給するための円筒状の供給部１７ａが形成されるとともに、コンプレッサ１２の径方向外側に、コンプレッサ１２により圧縮された吸気を排出するための環状の排出部１７ｂが形成されている。

以上のように構成されたターボチャージャ１では、供給部１６ａから供給されるエンジンからの排気によってタービン１１が回転させられると、この回転動作が回転軸１３を介してコンプレッサ１２に伝達され、コンプレッサ１２が回転する。その結果、供給部１７ａからコンプレッサ１２に吸気が取り込まれ、コンプレッサ１２の回転によって吸気が圧縮される。コンプレッサ１２で圧縮された吸気は、排出部１７ｂに吐き出され、最終的にエンジンに供給される。

軸受装置１４について説明する。軸受装置１４は、回転軸１３の両端部に配置された２つの円筒状のフローティングメタル２０によって構成されており、フローティングメタル２０の内部空間に挿入された回転軸１３をラジアル方向において支持するラジアル軸受である。なお、２つのフローティングメタル２０の構成は略同じであり、両方とも不図示の規制部材によって軸方向への移動が規制されている。

フローティングメタル２０には、外周面から内周面にわたって貫通する給油孔２１が周方向に複数形成されている。給油路１８ａから供給されたオイルは、軸受ハウジング１８の内周面とフローティングメタル２０の外周面との間の隙間に広がって油膜を形成するとともに、給油孔２１を回転軸１３に向かって流れ、フローティングメタル２０の内周面と回転軸１３の外周面との間の隙間に広がって油膜を形成する。

軸受ハウジング１８の内周面とフローティングメタル２０の外周面との間に油膜が形成されるとともに、フローティングメタル２０の内周面と回転軸１３の外周面との間に油膜が形成されることによって、回転軸１３の回転中にフローティングメタル２０が回転軸１３と軸受ハウジング１８との間でオイル中に浮いた状態となる。このため、軸受装置１４によって回転軸１３の振動が吸収されるとともに、軸受装置１４の潤滑および冷却が効率よく行われる。

図２は、フローティングメタル２０を軸方向から見たときの図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であり、図４は、フローティングメタル２０の外周面の展開図である。図２に示すように、複数の給油孔２１（２１ａ〜２１ｆ）は、周方向において６０度の等間隔で配置されており、全部で６個設けられている。給油孔２１の個数は６個に限定されないが、偶数個とする。

図３に示すように、給油孔２１ａは外周面から内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜しており、給油孔２１ｄは外周面から内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜している。さらに、給油孔２１ｃ、２１ｅも給油孔２１ａと同様に、外周面から内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜しており、給油孔２１ｂ、２１ｆも給油孔２１ｄと同様に、外周面から内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜している。

つまり、６個の給油孔２１ａ〜２１ｆのうち、半分の３個の給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅが、外周面から内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜するものとなっており、本発明の「第１給油孔」に相当する。一方、残り半分の３個の給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆが、外周面から内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜するものとなっており、本発明の「第２給油孔」に相当する。

本実施形態では、第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅと第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆとが、周方向において交互に形成されている。また、第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅが軸方向に直交する面（直交面）に対して傾斜している傾斜角度と、第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆが直交面に対して傾斜している傾斜角度とは、略同じとされている。

図４に示すように、第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅの外周面側の開口２２（以下、「外側開口２２」と称する）は、フローティングメタル２０の軸方向における中心位置Ｃから距離ｄ１だけ一方側にずらして配置されている（外側開口２２の中心が、中心位置Ｃから距離ｄ１だけ一方側にずれている）。また、第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆの外側開口２２は、中心位置Ｃから距離ｄ１だけ他方側にずらして配置されている（外側開口２２の中心が、中心位置Ｃから距離ｄ１だけ他方側にずれている）。

上述のように配置されることで、給油孔２１ａ〜２１ｆの外側開口２２は、周方向に沿った千鳥配置となる。また、外側開口２２が千鳥配置されていることに伴って、第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅの内周面側の開口２３（以下、「内側開口２３」と称する）は、中心位置Ｃから距離ｄ１よりも大きい距離ｄ２だけ一方側にずれた位置となる（内側開口２３の中心が、中心位置Ｃから距離ｄ２だけ一方側にずれている）。また、第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆの内側開口２３は、中心位置Ｃから距離ｄ２だけ他方側にずれた位置となる（内側開口２３の中心が、中心位置Ｃから距離ｄ２だけ他方側にずれている）。

なお、距離ｄ１は、外側開口２２の半径よりも小さい距離とされており、これによって、外側開口２２は、フローティングメタル２０の中心位置Ｃと重複する範囲に形成されていることになる。また、距離ｄ２は、内側開口２３の半径よりも大きい距離とされており、これによって、内側開口２３は、フローティングメタル２０の中心位置Ｃと重複しない範囲に形成されていることになる。

（効果）
本実施形態の軸受装置１４では、円筒状のフローティングメタル２０の外周面から内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜する第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅと、外周面から内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜する第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆとが同数形成されるので、軸方向における給油バランスを左右均等にすることができ、油膜の均一度を向上させることができる。また、もともとすべての給油孔２１ａ〜２１ｆが軸方向に直交する面（直交面）に対して傾斜するように構成されているため、その傾斜角度に誤差が生じたとしても、その誤差の影響度合いは、直交面に沿って真っ直ぐに給油孔２１ａ〜２１ｆを形成すべき場合と比べて低くなる。つまり、給油孔２１ａ〜２１ｆを直交面に対して傾斜させる構成を採用することによって、製造時に許容できる誤差を緩和することができ、生産コストの上昇を抑制することができる。以上のように、本実施形態の軸受装置１４によれば、生産コストの上昇を抑制しつつ、フローティングメタル２０と回転軸１３との間に形成される油膜の均一度を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の軸受装置１４では、第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅと第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆとが周方向において交互に形成されている。このため、軸方向における給油バランスだけでなく、周方向における給油バランスも向上させることができ、油膜の均一度をより向上させることが可能となる。

ところで、本実施形態のように、軸受ハウジング１８に形成された給油路１８ａの吐出口が、フローティングメタル２０の軸方向における中央部に対向している場合、給油孔２１ａ〜２１ｆの外側開口２２を中心位置Ｃに配置すれば（外側開口２２の中心が中心位置Ｃに一致するように配置すれば）、給油路１８ａからのオイルが給油孔２１ａ〜２１ｆに最も流入しやすくなる。しかしながら、外側開口２２を中心位置Ｃに配置する場合には、製造時の誤差により外側開口２２が中心位置Ｃからずれてしまった際に、その影響度合いが大きく、軸方向における給油バランスの崩れが大きくなりやすい。

そこで、本実施形態のように、給油孔２１ａ〜２１ｆの外側開口２２が、周方向に沿って千鳥配置となるように、フローティングメタル２０の軸方向における中心位置Ｃから交互にずらして配置することにより、外側開口２２の位置に誤差が生じたとしても、その影響度合いを、外側開口２２を中心位置Ｃに配置すべき場合よりも小さくすることができる。したがって、外側開口２２の位置に関しても、製造時に許容できる誤差を緩和することが可能となる。

とは言え、給油孔２１ａ〜２１ｆを千鳥配置した結果、外側開口２２が中心位置Ｃから大きく外れてしまい、給油路１８ａの吐出口と外側開口２２とが対向しなくなると、給油孔２１ａ〜２１ｆにオイルが流入しにくくなるおそれがある。そこで、本実施形態のように、外側開口２２を中心位置Ｃと重複する範囲に形成することによって、外側開口２２の少なくとも一部を給油路１８ａの吐出口に確実に対向させることができ、許容誤差の緩和とオイルの供給性能とのバランスを好適に両立させることができる。

さらに、本実施形態では、外周面から内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜する第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅの外側開口２２が中心位置Ｃよりも一方側に配置され、外周面から内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜する第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆの外側開口２２が中心位置Ｃよりも他方側に配置されている。このため、第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅの内側開口２３は外側開口２２よりもさらに一方側に配置され、第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆの内側開口２３は外側開口２２よりもさらに他方側に配置されることになる。したがって、内側開口２３の位置に関しても、製造時に許容できる誤差を緩和することが可能となる。

［他の実施形態］
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅと第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆとを周方向において交互に形成するものとしたが、必ずしもこのように構成しなくともよい。例えば、給油孔２１ａ〜２１ｃを外周面から内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜する第１給油孔とし、給油孔２１ｄ〜２１ｆを外周面から内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜する第２給油孔とすることも可能である。

また、上記実施形態では、給油孔２１ａ〜２１ｆの外側開口２２を周方向に沿って千鳥配置するものとしたが、千鳥配置することは必須ではない。例えば、すべての給油孔２１ａ〜２１ｆの外側開口２２を中心位置Ｃに配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、給油孔２１ａ〜２１ｆの外側開口２２が中心位置Ｃと重複する範囲に形成されているものとしたが、外側開口２２を中心位置Ｃから完全に外れた範囲に形成することも可能である。

また、上記実施形態では、外周面から内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜する第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅの外側開口２２が中心位置Ｃよりも一方側に配置され、外周面から内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜する第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆの外側開口２２が中心位置Ｃよりも他方側に配置されているものとした。しかしながら、第１給油孔２１ａ、２１ｃ、２１ｅの外側開口２２を中心位置Ｃよりも他方側に配置し、第２給油孔２１ｂ、２１ｄ、２１ｆの外側開口２２を中心位置Ｃよりも一方側に配置することも可能である。

１：ターボチャージャ（過給機）
１２：コンプレッサ
１３：回転軸
１４：軸受装置
２０：フローティングメタル
２１：給油孔
２１ａ、２１ｃ、２１ｅ：第１給油孔
２１ｂ、２１ｄ、２１ｆ：第２給油孔
２２：外側開口（外周面側の開口）
２３：内側開口（内周面側の開口）
Ｃ：中心位置

Claims (5)

1. 過給機のコンプレッサに連結された回転軸を円筒状のフローティングメタルによって回転自在に支持する軸受装置であって、
   前記フローティングメタルには、外周面から内周面にわたって貫通する給油孔が周方向に偶数個形成されており、
   前記偶数個の給油孔のうち半分が前記外周面から前記内周面に向かって軸方向の一方側に傾斜する第１給油孔であり、残り半分が前記外周面から前記内周面に向かって軸方向の他方側に傾斜する第２給油孔であることを特徴とする過給機用の軸受装置。
2. 前記第１給油孔と前記第２給油孔とが周方向において交互に形成されている請求項１に記載の過給機用の軸受装置。
3. 前記偶数個の給油孔の前記外周面側の開口が、周方向に沿って千鳥配置となるように、前記フローティングメタルの軸方向における中心位置から交互にずらして配置されている請求項２に記載の過給機用の軸受装置。
4. 前記開口が、前記中心位置と重複する範囲に形成されている請求項３に記載の過給機用の軸受装置。
5. 前記第１給油孔の前記開口が前記中心位置よりも前記一方側に配置され、前記第２給油孔の前記開口が前記中心位置よりも前記他方側に配置されている請求項３または４に記載の過給機用の軸受装置。

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