JP2017186964A - ターボチャージャ用軸受機構 - Google Patents

ターボチャージャ用軸受機構 Download PDF

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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、アンギュラ玉軸受２０、リテーナ６０、ハウジング３０を備える。アンギュラ玉軸受２０は２個備えられ、互いに相対的に回転可能に支持された内輪２１と外輪２２とを備えるとともに、内輪２１にロータシャフト１０が挿通されている。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、アンギュラ玉軸受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。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。そして、内輪２１は、オイルフィルムダンパ５０を介して、ロータシャフト１０の回転に伴って連れ回りするように構成されている。
【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アンギュラ玉軸受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（慣性）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、オイルフィルムダンパの内側と外側の部品間の共回りのために、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、
互いに相対的に回転可能に支持された内輪と外輪とを備えると共に、上記内輪に上記ロータシャフトが挿通されている２個のアンギュラ玉軸受と、
上記外輪を保持するリテーナと、
上記ロータシャフト、上記アンギュラ玉軸受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、上記オイルフィルムダンパを介して、上記ロータシャフトの回転に伴って連れ回りするように構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アンギュラ玉軸受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、アンギュラ玉軸受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（慣性）質量が比較的小さくなっている。また、アンギュラ玉軸受の内輪の内径は、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、アンギュラ玉軸受の内輪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、また、オイルフィルムダンパ内側の部品の（慣性）質量が比較的小さくなっているので、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。
そして、上記ターボチャージャ用軸受機構では、内輪が、オイルフィルムダンパを介して、ロータシャフトの回転に伴って連れ回りするように構成されている。具体的には、オイルフィルムダンパにおけるフリクション（すなわち、アンギュラ玉軸受の内輪とロータシャフトとの間のフリクション）は、アンギュラ玉軸受におけるフリクション（すなわち、内輪と外輪との間のフリクション）よりも大きい。そのため、ロータシャフトが回転すると、アンギュラ玉軸受において内輪と外輪との間に相対回転が生じて、オイルフィルムダンパにおける内輪とロータシャフトとの間の相対回転が抑制されるため、内輪がオイルフィルムダンパのみを介してロータシャフトの回転に伴って連れ回りすることができる。したがって、内輪をロータシャフトと連れ回りさせるために両者を係合させる機構を別途設ける必要がない。例えば、ロータシャフトと内輪とを係合させるためのねじ穴加工をロータシャフトに施したり、内輪の端部とオイルスリンガーとを係合させるための加工を内輪の端部に施したり、内輪の端部とカラーとを係合させるための加工を内輪の端部やカラーに施す必要がない。そのため、加工費用が不要となるとともに、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ことにより、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、アンギュラ玉軸受を小型化でき、オイルフィルムダンパとアンギュラ玉軸受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。
また、２個のアンギュラ玉軸受の内輪の内側にオイルフィルムダンパが形成される構成としたことによって上記作用効果を奏するとともに、ラジアル荷重と両方向のアキシャル荷重を支持することができるようになっている。そして、当該アンギュラ玉軸受を採用したことにより、ターボチャージャ用軸受機構の構成を簡略化することができ、低コスト化を図ることができる。
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。 実施例１における、リテーナ及びアンギュラ玉軸受の斜視図。 実施例１における、カラーの斜視図。
上記リテーナは、上記ロータシャフトが挿通配置される貫通孔を有する円筒状をなしており、上記２個のアンギュラ玉軸受は、上記リテーナにおける軸方向の両端にそれぞれ位置することが好ましい。この場合には、２個のアンギュラ玉軸受によってリテーナの両端でロータシャフトが軸受けされるため、ロータシャフトの回転の安定性が向上する。
上記リテーナは、上記オイルフィルムダンパに向けてオイルを吐出して上記オイルフィルムダンパを流通するオイルを供給するオイル供給路を有することが好ましい。この場合は、オイル供給路から吐出されたオイルが内輪の内側のオイルフィルムダンパに積極的に注入されるクサビ効果が奏されるため、オイルフィルムダンパにおけるオイルの潤滑性が向上する。
上記内輪は、上記オイル供給路の吐出口に近い側の軸方向端部に、該内輪の内側角部を面取りしてなる内側面取り部を有することが好ましい。この場合は、オイル供給路から吐出されたオイルが内輪の内側のオイルフィルムダンパに注入されやすくなるため、上記クサビ効果によってオイルフィルムダンパにおけるオイルの潤滑性が一層向上する。
（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４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、アンギュラ玉軸受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。
アンギュラ玉軸受２０は、２個備えられ、互いに相対的に回転可能に支持された内輪２１と外輪２２とを備える。内輪２１にはロータシャフト１０が挿通されている。
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、アンギュラ玉軸受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。
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。
そして、内輪２１は、オイルフィルムダンパ５０を介して、ロータシャフト１０の回転に伴って連れ回りするように構成されている。
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が設けられている。図１、図３に示すように、リテーナ６０は略円筒状を成しており、その内側にロータシャフト１０が挿通配置されている。リテーナ６０の軸方向Ｘの両端にはそれぞれ凹部６８が形成されている。凹部６８は、アンギュラ玉軸受２０の外形に沿っており、図１、図３に示すように、アンギュラ玉軸受２０が嵌入されている。これにより、リテーナ６０に２個のアンギュラ玉軸受２０が保持されている。
アンギュラ玉軸受２０は、図２、図３に示すように、単列であって、内輪２１、外輪２２、回転子２３、保持器２４を有している。内輪２１及び外輪２２は環状を成している。内輪２１と外輪２２との間には、保持器２４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を介して相対的に回転可能に構成されている。そして、外輪２２は、アンギュラ玉軸受２０がリテーナ６０の凹部６８に嵌入されることによりリテーナ６０に固定されており、リテーナ６０を介してハウジング３０に固定されている。
図１に示すように、２個のアンギュラ玉軸受２０は軸方向Ｘにおいて互い反対向きに嵌入されている。すなわち、タービンインペラ１１側のアンギュラ玉軸受２０は、タービンインペラ１１側からリテーナ６０の中央に向かうアキシャル荷重を支持できるように構成されている。一方、図１、図２に示すように、コンプレッサインペラ１２側のアンギュラ玉軸受２０は、コンプレッサインペラ１２側からリテーナ６０の中央に向かうアキシャル荷重を支持できるように構成されている。これらにより、２個のアンギュラ玉軸受２０により、ラジアル荷重とともに、両方向のアキシャル荷重を支持できるようなっている。
図１、２に示すように、内輪２１及びリテーナ６０の内側には、ロータシャフト１０が挿通配置されている。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、コンプレッサインペラ１２とともに軸端ナット１４により小径部１０ｆに固定されている。
図１に示すように、ロータシャフト１０の一端１０ａには拡径部１１１が設けられている。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、タービンインペラ１１が接合されている。拡径部１１１には、オイルスリンガー８が形成されている。
図１、図２に示すように、ロータシャフト１０の大径部１０ｅと対向する位置にリテーナ６０及び２個のアンギュラ玉軸受２０が位置している。内輪２１の内径は、ロータシャフト１０の大径部１０ｅの外径よりも０．０５〜０．１ｍｍ程度大きくなっている。２個のアンギュラ玉軸受２０の間におけるリテーナ６０の内周面６５の内径は、ロータシャフト１０の大径部１０ｅの外径よりも０．２〜０．３ｍｍ程度以上大きくなっている。したがって、リテーナ６０の内周面６５とロータシャフト１０の大径部１０ｅの外周面１０ｃとの間の隙間Ｑは、内輪２１と外周面１０ｃとの間の隙間Ｐ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。
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、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、内側面取り部２１１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、隙間Ｐに到達することにより形成される。
図１、図２に示すように、オイル供給路６１は、リテーナ６０の鉛直方向の上部に凹状に形成されたオイル貯留部６２と、リテーナ６０の内側（すなわち、ロータシャフト１０が位置する貫通部）とを連通している。そして、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おり、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。オイル供給路６１の出口（オイル供給路６１におけるロータシャフト１０側の端部）は、オイル供給路６１を流通するオイルをオイルフィルムダンパ５０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。なお、リテーナ６０のオイル貯留部６２はハウジング３０の上側孔３１と連通しており、該上側孔３１を介してオイルが供給されるように構成されている。上側孔３１は栓６４により、閉じられている。なお、栓６４は着脱可能となっている。
図１、図２に示すように、リテーナ６０の内周面６５が直接ロータシャフト１０の外周面１０ｃに対向している。これにより、内周面６５に開口しているオイル供給路６１のオイル吐出口６１１から吐出されるオイルが、直接ロータシャフト１０の外周面１０ｃに吐出されて、クサビ効果によってオイルフィルムダンパ５０に積極的に供給される。
本例では、図１に示すように、オイル供給路６１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、２か所に設けられている。リテーナ６０の鉛直方向の下部には、アンギュラ玉軸受２０回りからオイルを排出するオイル排出路６３が形成されている。オイル排出路６３の下方には、ハウジング３０の下側孔３２及びハウジング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１に示すように、２か所のオイル供給路６１はいずれも、オイル貯留部６２からそれぞれのオイルフィルムダンパ５０に向かって直線状に形成されている。そして、図２に示すように、２か所のオイル供給路６１のうち、コンプレッサインペラ１２側のオイルフィルムダンパ５０に向かうオイル供給路６１において、そ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。そして、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。なお、タービンインペラ１１側のオイルフィルムダンパ５０に向かうオイル供給路６１も同様に形成されている。
図２に示すように、コンプレッサインペラ１２側のアンギュラ玉軸受２０において、内輪２１には、オイル供給路６１の吐出口６１１に近い側の軸方向Ｘの端部に、内輪２１の内側角部を面取りしてなる内側面取り部２１１が形成されている。内側面取り部２１１は内輪２１の内側角部の全域に形成されている。そして、内輪２１における吐出口６１１に近い側の軸方向Ｘの端面２１ｄと、当該アンギュラ玉軸受２０が配置される凹部６８の軸方向Ｘにおいて端面２１ｄと対向する壁面６８ａとの間には若干のクリアランスが設けられている。さらに、図２に示すように、凹部６８における内周面６５側の角部６８ｂは、径方向において、内輪２１の端面２１ｄよりも径方向内側に位置している。すなわち、角部６８ｂは、径方向において、内側面取り部２１１の外周端よりも径方向内側に位置している。そのため、上述のように、内輪２１の端面２１ｄと対向する壁面６８ａとの間には若干のクリアランスが設けられているが、吐出口６１１から吐出されたオイルは、内側面取り部２１１に沿ってオイルフィルムダンパ５０に積極的に供給される。なお、タービンインペラ１１側のアンギュラ玉軸受２０も同様に構成されている。
図２に示すように、コンプレッサインペラ１２側において、オイルフィルムダンパ５０に供給されたオイルは、オイルフィルムダンパ５０におけるコンプレッサインペラ１２側の端部５２から排出され、カラー１３に形成されたオイル排出溝１３１を介してロータシャフト１０の径方向外側に飛散される。これにより、オイルフィルムダンパ５０から積極的にオイルが排出されることとなる。オイル排出溝１３１は、図４に示すように、カラー１３におけるアンギュラ玉軸受２０との対向部を凹状に切り欠いて形成されている。本例では、４個のオイル排出溝１３１が、カラー１３の直径方向に沿うとともに周方向に等間隔に形成されている。なお、コンプレッサインペラ１２側において、カラー１３におけるオイル排出溝１３１に替えて、カラー１３に対向するアンギュラ玉軸受２０の内輪２１の軸方向端部２１ｂにオイル排出溝１３１と同様のオイル排出溝を形成してもよい。
一方、タービンインペラ１１側では、図示しないが、オイルフィルムダンパ５０に供給されたオイルは、オイルフィルムダンパ５０におけるタービンインペラ１１側の端部から排出され、内輪２１に形成されたオイル排出溝２１９（図１、図３参照）を介してロータシャフト１０の径方向外側に飛散される。これにより、オイルフィルムダンパ５０から積極的にオイルが排出されることとなる。オイル排出溝２１９は、図３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を凹状に切り欠いて形成されている。本例では、４個のオイル排出溝２１９が、内輪２１の直径方向に沿うとともに周方向に等間隔に形成されている。なお、内輪２１におけるオイル排出溝２１９に替えて、内輪２１に対向する拡径部１１１にオイル排出溝２１９と同様のオイル排出溝を形成してもよい。
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、図３に示すように、リテーナ６０の両端に上述の如く互いに逆向きにアンギュラ玉軸受２０を嵌入する。そして、アンギュラ玉軸受２０を取り付けたリテーナ６０をハウジング３０に挿入する。図１に示すように、タービンインペラ１１側のアンギュラ玉軸受２０の外輪２２はリテーナ６０の先端６６よりも軸方向Ｘに若干突出しており、外輪２２がハウジング３０の底部３５に当接した状態となる。コンプレッサインペラ１２側のアンギュラ玉軸受２０の外輪２２もリテーナ６０の先端６７よりも軸方向Ｘに若干突出しており、プレート７０がボルト７１でハウジング３０に取り付けられることにより、外輪２２がプレート７０に当接した状態となる。これにより、２個のアンギュラ玉軸受２０及びリテーナ６０がプレート７０とハウジング３０で挟み込まれ、位置決めされて固定される。
その後、タービンインペラ１１が取り付けられたロータシャフト１０を、タービンハウジング３３側からハウジング３０に挿入する。そして、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。
図２に示すように、コンプレッサインペラ１２側のアンギュラ玉軸受２０において、外輪２２がリテーナ６０の先端６７よりも軸方向Ｘに若干突出しているため、内輪２１とカラー１３との間には若干のクリアランスが設けられている。同様に、図１に示すように、タービンインペラ１１側のアンギュラ玉軸受２０においても、外輪２２がリテーナ６０の先端６６よりも軸方向Ｘに若干突出しているため、内輪２１と拡径部１１１との間に若干のクリアランスが設けられている。そして、上述のごとく、両方のアンギュラ玉軸受２０において、内輪２１における吐出口６１１に近い側の軸方向Ｘの端面２１ｄと、当該アンギュラ玉軸受２０が配置される凹部６８における端面２１ｄに対向する壁面６８ａとの間にも若干のクリアランスが設けられている。
上述のように２個のアンギュラ玉軸受２０の内輪２１に対して、それぞれ上記クリアランスが設けられていることにより、両内輪２１がスラスト方向に若干動くことができる。そのため、２個のアンギュラ玉軸受２０がアキシャル荷重を確実に支持することができるようになっている。
次に本例のターボチャージャ用軸受機構１の作用効果を詳述する。
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がアンギュラ玉軸受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とからなり、オイルフィルムダンパ５０内側の部品にアンギュラ玉軸受２０（内輪２１、外輪２２、回転子２３、保持器２４等）は含まれていない。そのため、オイルフィルムダンパ５０内側の部品の（慣性）質量が比較的小さくなっている。また、アンギュラ玉軸受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、内輪２１とロータシャフト１０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ので、また、オイルフィルムダンパ５０内側の部品の（慣性）質量が比較的小さくなっているので、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。
そして、内輪２１が、オイルフィルムダンパ５０を介して、ロータシャフト１０の回転に伴って連れ回りするように構成されている。具体的には、オイルフィルムダンパ５０におけるフリクション（すなわち、内輪２１とロータシャフト１０との間のフリクション）は、アンギュラ玉軸受２０におけるフリクション（すなわち、内輪２１と外輪２２との間のフリクション）よりも大きい。そのため、ロータシャフト１０が回転すると、アンギュラ玉軸受２０において内輪２１と外輪２２との間に相対回転が生じて、オイルフィルムダンパ５０における内輪２１とロータシャフト１０との間に相対回転が抑制されるため、内輪２１がオイルフィルムダンパ５０のみを介してロータシャフト１０の回転に伴って連れ回りすることができる。したがって、内輪２１をロータシャフト１０と連れ回りさせるために両者を係合させる機構を別途設ける必要がない。例えば、ロータシャフト１０と内輪２１とを係合させるためのねじ穴加工をロータシャフト１０に施したり、内輪２１の端部とオイルスリンガー８とを係合させるための加工を内輪２１の端部に施したり、内輪２１の端部とカラー１３とを係合させるための加工を内輪２１の端部やカラー１３に施す必要がない。そのため、加工費用が不要となるとともに、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、アンギュラ玉軸受２０を小型化でき、オイルフィルムダンパ５０とアンギュラ玉軸受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、２個のアンギュラ玉軸受２０により、ラジアル荷重と両方向のアキシャル荷重を支持することができる。そのため、ロータシャフト１０の軸受として２個のアンギュラ玉軸受２０を採用したことにより、ターボチャージャ用軸受機構１の構成を簡略化することができ、低コスト化が図られている。また、アンギュラ玉軸受２０は組み付けが容易であるため、組み付け作業性の向上に寄与する。
また、本例では、リテーナ６０は、ロータシャフト１０が挿通配置される貫通孔を有する円筒状をなしており、２個のアンギュラ玉軸受２０は、リテーナ６０の軸方向Ｘの両端にそれぞれ位置している。これにより、２個のアンギュラ玉軸受２０によってリテーナ６０の両端でロータシャフト１０が軸受けされるため、ロータシャフト１０の回転の安定性が向上する。
また、本例では、リテーナ６０は、オイルフィルムダンパ５０に向けてオイルを吐出してオイルフィルムダンパ５０を流通するオイルを供給するオイル供給路６１を有する。これにより、オイル供給路６１から吐出されたオイルが内輪２１の内側のオイルフィルムダンパ５０に積極的に注入されるクサビ効果が奏されるため、オイルフィルムダンパ５０におけるオイルの潤滑性が向上する。
また、本例では、内輪２１は、オイル供給路６１の吐出口６１１に近い側の軸方向Ｘの端部に、内輪２１の内側角部を面取りしてなる内側面取り部２１１を有する。これによりは、オイル供給路６１から吐出されたオイルが内輪２１の内側のオイルフィルムダンパ５０に注入されやすくなるため、上記クサビ効果によってオイルフィルムダンパ５０におけるオイルの潤滑性が一層向上する。
以上のように、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。
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
２０ アンギュラ玉軸受
２１ 内輪
２１１ 内側面取り部
２２ 外輪
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

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、
    互いに相対的に回転可能に支持された内輪と外輪とを備えると共に、上記内輪に上記ロータシャフトが挿通されている２個のアンギュラ玉軸受と、
    上記外輪を保持するリテーナと、
    上記ロータシャフト、上記アンギュラ玉軸受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、上記オイルフィルムダンパを介して、上記ロータシャフトの回転に伴って連れ回りするように構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. 上記リテーナは、上記ロータシャフトが挿通配置される貫通孔を有する円筒状をなしており、上記２個のアンギュラ玉軸受は、上記リテーナにおける軸方向の両端にそれぞれ位置する、請求項１に記載のターボチャージャ用軸受機構。
  3. 上記リテーナは、上記オイルフィルムダンパに向けてオイルを吐出して上記オイルフィルムダンパを流通するオイルを供給するオイル供給路を有する、請求項１又は２に記載のターボチャージャ用軸受機構。
  4. 上記内輪は、上記オイル供給路の吐出口に近い側の軸方向端部に、該内輪の内側角部を面取りしてなる内側面取り部を有する、請求項３に記載のターボチャージャ用軸受機構。
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