JP2017223317A - 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、ハウジング３０を備える。ボールベアリング２０の内輪２１にロータシャフト１０が挿通されている。内輪２１の内周面２５とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間にオイルフィルムダンパ５０が形成され、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と連れ回り可能となっている。内輪２１の内周面２５とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間には、両者が摩耗することを抑制する摩耗抑制部材５５が設けられており、例えば、摩耗抑制部材５５は内輪２１に取り付けることができる。【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（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維持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、
上記内輪の内周面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るとともに、上記内輪が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可能に構成されており、
上記内輪の内周面と上記ロータシャフトの外周面との間には、両者が摩耗することを抑制する摩耗抑制部材が設けられている、ターボチャージャ用軸受機構にある。

上記一の態様の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、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、ボールベアリング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、ボールベアリングの内輪とロータシャフトとの間のフリクション）は、ボールベアリング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、ボールベアリング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、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。

さらに、内輪の内周面とロータシャフトの外周面との間には、両者の摩耗を抑制する摩耗抑制部材が設けられている。これにより、エンジンの運転開始時や冷間運転時においてオイルフィルムダンパへのオイル供給が十分でない場合や急加速させた場合に、ロータシャフトの回転に伴って両インペラの振れ回りが大きくなっても、摩耗抑制部材によりロータシャフトの外周面が内輪の内周面に直接接触することが抑制されて、両者が摩耗することが抑制される。また、万が一、ボールベアリングのボール部に異物が付着して内輪と外輪とが相対回転できなくなり、ロータシャフトがオイルフィルムダンパを介して内輪に対して相対的に回転することとなった場合に、摩耗抑制部材により内輪の内周面とロータシャフトの外周面との直接接触が防止されて、両者が摩耗することが抑制される。

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、ボールベアリング及び摩耗抑制部材の斜視図。 実施例１における、カラーの斜視図。 実施例２における、オイルフィルムダンパ近傍の拡大図。

上記摩耗抑制部材は、上記内輪及び上記ロータシャフトの少なくとも一方の形成材料と異なる材料からなることが好ましい。この場合には、ロータシャフトの外周面と内輪の内周面とが接触する場合に、両者が融着して再び引き離されて生じる凝着摩耗等を確実に抑制することができる。

上記摩耗抑制部材は、上記内輪及び上記ロータシャフトの一方に圧入されたブッシュからなることとすることができる。この場合には、摩耗抑制部材を簡易な構成で容易に取り付けすることができるため、組み付け作業性を向上させることができる。

上記摩耗抑制部材は、上記内輪の内周面又は上記ロータシャフトの外周面の一方を被覆しているコーティング材からなることとすることができる。この場合には、予め内輪の内周面又はロータシャフトの外周面の一方に摩耗抑制部材を形成しておくことにより、組み付け作業性を一層向上させることができる。また、摩耗抑制部材の厚さを薄くしやすいため、装置の大型化を抑制できる。

（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、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、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、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。
内輪２１の内周面２５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。
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可能に構成されている。

そして、内輪２１の内周面２５とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間には、両者が摩耗することを抑制する摩耗抑制部材５５が設けられている。本例では、後述するように、内輪２１に摩耗抑制部材５５が取り付けられている。

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、ボールベアリング２０の外輪２２に沿っており、図１、図３に示すように、ボールベアリング２０が嵌入されている。これにより、リテーナ６０に２個のボールベアリング２０が保持されている。

ボールベアリング２０は、本例では、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を有しており、アンギュラ玉軸受を形成している。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、ボールベアリング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に固定されている。そして、図１に示すように、外輪２２は、外輪２２に当接するようにハウジング３０に形成された外輪当接部３５と、ハウジング３０に取り付けられたプレート７０とによってリテーナ６０を介して軸方向Ｘに挟持されている。

図１に示すように、ボールベアリング２０は２個備えられており、軸方向Ｘにおいて互いに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側のボールベアリング２０は、タービンインペラ１１側からコンプレッサインペラ１２側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側のボールベアリング２０は、コンプレッサインペラ１２側からタービンインペラ１１側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個のボールベアリング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、図２に示すように、内輪２１の内側には、摩耗抑制部材５５が設けられている。本例では、図３に示すように、摩耗抑制部材５５は筒状を成したブッシュからなる。摩耗抑制部材５５の外径は、内輪２１の内径とほぼ一致している。そして、図２、図３に示すように、摩耗抑制部材５５は、内輪２１の内側に嵌入されている。摩耗抑制部材５５の軸方向Ｘの長さは、内輪２１の軸方向Ｘの長さと同一であることが好ましい。そして、摩耗抑制部材５５は、内輪２１及びロータシャフト１０の両方の形成材料と異なる材料からなっている。本例では、内輪２１は鉄合金からなり、後述のロータシャフト１０はクロム鋼やモリブデン鋼等からなり、摩耗抑制部材５５は青銅、黄銅などの銅系合金からなっている。なお、摩耗抑制部材５５は、例えば、ポリイミド樹脂などの樹脂材料からなっていてもよい。

図１、２に示すように、摩耗抑制部材５５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、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。なお、拡径部１１１をロータシャフト１０と一体的に形成するとともに、拡径部１１１にタービンインペラ１１を溶接により接合してもよい。

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個のボールベアリング２０が位置している。内輪２１に圧入された摩耗抑制部材５５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個のボールベアリング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、摩耗抑制部材５５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。

摩耗抑制部材５５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を介して摩耗抑制部材５５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、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、２か所のオイル供給路６１のうち、図２に示すように、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側のボールベアリング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、当該ボールベアリング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側のボールベアリング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におけるボールベアリング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に対向するボールベアリング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、ボールベアリング２０における内輪２１の内側に摩耗抑制部材５５を圧入し、リテーナ６０の両端に上述の如く互いに逆向きにボールベアリング２０を嵌入する。そして、ボールベアリング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側のボールベアリング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の底部である外輪当接部３５に当接した状態となる。コンプレッサインペラ１２側のボールベアリング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個のボールベアリング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側のボールベアリング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側のボールベアリング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、両方のボールベアリング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、当該ボールベアリング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個のボールベアリング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個のボールベアリング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（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、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、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可能に構成されている。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、ボールベアリング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、ボールベアリング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、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。

さらに、内輪２１の内周面２５とロータシャフト１０の外表面１０ｃとの間には、両者の摩耗を抑制する摩耗抑制部材５５が設けられている。これにより、エンジンの運転開始時や冷間運転時においてオイルフィルムダンパ５０へのオイル供給が十分でない場合や急加速させた場合に、ロータシャフト１０の回転に伴って両インペラ１１、１２の振れ回りが大きくなっても、摩耗抑制部材５５によりロータシャフト１０の外表面１０ｃが内輪２１に直接接触することが防止されて、ロータシャフト１０の外表面１０ｃ及び内輪２１の両者が摩耗することが抑制される。また、万が一、ボールベアリング２０の回転子２３に異物が付着して内輪２１と外輪２２とが相対回転できなくなり、ロータシャフト１０がオイルフィルムダンパ５０を介して内輪２１に対して相対的に回転することとなった場合に、摩耗抑制部材５５により内輪２１の内周面２５とロータシャフト１０の外表面１０ｃとの直接接触が防止されて、両者が摩耗することが抑制される。

また、本例では、摩耗抑制部材５５は、ロータシャフト１０の形成材料と異なる材料からなっている。これにより、ロータシャフト１０の外周面１０ｃと内輪２１の内周面２５とが接触することにより両者が融着して再び引き離されて生じる凝着摩耗を確実に抑制することができる。

また、本例では、摩耗抑制部材５５は、内輪２１に圧入されたブッシュからなる。これにより、摩耗抑制部材５５を簡易な構成で容易に取り付けすることができるため、組み付け作業性を向上させることができる。なお、摩耗抑制部材５５をロータシャフト１０に圧入されたブッシュからなることとしてもよい。この場合も、本例と同様の作用効果を奏する。

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個のボールベアリング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個のボールベアリング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。

なお、本例では、ボールベアリング２０は２個備えられていることとしたが、これに替えて、本例におけるそれぞれの内輪２１が互いに連結してなる筒状の内輪を備え、当該内輪がリテーナ６０の内側に挿通されて配置されているとともに、本例と同様の外輪２２が備えられており、リテーナ６０の軸方向Ｘ両端にオイルフィルムダンパ５０が形成された構成を採用してもよい。この場合においても本例と同等の作用効果を奏する。

（実施例２）
本例では、ブッシュからなる摩耗抑制部材５５（図１参照）に替えて、図５に示すように、内輪２１の内周面２５を被覆するコーティング材からなる摩耗抑制部材５５０を採用してもよい。本例では、摩耗抑制部材５５０は、内輪２１の内周面２５に固体潤滑処理を施して形成されている。固体潤滑処理は、二硫化モリブデン、黒鉛（グラファイト）、フッ素樹脂（四フッ化エチレン等）、二硫化タングステン、金属酸化物などの固体潤滑剤を所定の有機樹脂に分散させて得られた溶液を塗布して乾燥させることにより行うことができる。なお、固体潤滑処理は、複数種類の固体潤滑剤を所定の有機樹脂に分散させたものを用いて行ってもよい。

本例のターボチャージャ用軸受機構１によっても、摩耗抑制部材５５がブッシュからな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。さらに、本例では、摩耗抑制部材５５０が、内輪２１の内周面２５を被覆しているコーティング材からなるため、予め内輪２１の内周面２５に摩耗抑制部材を形成しておくことにより、組み付け作業性を一層向上させることができる。また、摩耗抑制部材５５０の厚さを薄くしやすいため、装置の大型化を抑制できる。なお、内輪２１の内周面２５を被覆するコーティング材からなる摩耗抑制部材５５０に替えて、ロータシャフト１０の外周面１０ｃを被覆するコーティング材からなる摩耗抑制部材を採用してもよい。これらの場合も、本例と同等の作用効果を奏する。

また、本例では、摩耗抑制部材５５０は、固体潤滑処理により形成されている。これにより、摩耗抑制部材５５０の寿命が長く、耐荷重が大きく、摩擦係数が高く、耐食性が良く、使用温度範囲が広く、オイルによる汚染に強いという効果を奏する。また、摩耗抑制部材５５０は内輪２１の内周面２５又はロータシャフト１０の外周面１０ｃに金属メッキを施すことにより形成してもよい。この場合には、摩耗抑制部材５５０を安価に形成することができる。

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
１３１、２１９ オイル排出路
２０ ボールベアリング
２１ 内輪
２１１ 内側面取り部
２２ 外輪
２５ 内周面
３０ ハウジング
５０ オイルフィルムダンパ
５５、５５０ 摩耗抑制部材
６０ リテーナ

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、
   上記内輪の内周面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るとともに、上記内輪が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可能に構成されており、
   上記内輪の内周面と上記ロータシャフトの外周面との間には、両者が摩耗することを抑制する摩耗抑制部材が設けられている、ターボチャージャ用軸受機構。
2. 上記摩耗抑制部材は、上記内輪及び上記ロータシャフトの少なくとも一方の形成材料と異なる材料からなる、請求項１に記載のターボチャージャ用軸受機構。
3. 上記摩耗抑制部材は、上記内輪及び上記ロータシャフトの一方に圧入されたブッシュからなる、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. 上記摩耗抑制部材は、上記内輪の内周面又は上記ロータシャフトの外周面の一方を被覆しているコーティング材からなる、請求項１又は２に記載のターボチャージャ用軸受機構。

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