JP6079057B2

JP6079057B2 - ターボチャージャー用転がり軸受装置

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Publication number: JP6079057B2
Application number: JP2012187487A
Authority: JP
Inventors: 岩田　孝; 孝岩田; 千晃齋藤; 早稲田　義孝; 義孝早稲田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: JP2014043919A

Description

本発明は、ターボチャージャー用転がり軸受装置に関する。

ターボチャージャーは、エンジンからの排気ガスによってタービンを回転させ、その回転によってコンプレッサを駆動し、エンジンへの吸気用の空気を圧縮する装置である。このようなターボチャージャーの回転軸は、転がり軸受により回転可能に支持されているが、回転数が非常に大きい（例えば毎分２０万回転）ので、転がり軸受を潤滑油により潤滑する必要がある。そこで、転がり軸受を保持する軸受ハウジングに給油孔を設けて潤滑油を流し込み、転がり軸受に給油する軸受装置がある。（例えば、特許文献１参照）

このようなターボチャージャー用転がり軸受装置において、図７に示すように、軸受ハウジング１１０の両端部には、ターボチャージャーの回転軸１０３を回転可能に支持するタービン側の第１の転がり軸受１２０と、コンプレッサ側の第２の転がり軸受１３０とがそれぞれ配設される。
また、軸受ハウジング１１０には、軸受空間内の第１の転がり軸受１２０の近傍に位置する部分に、潤滑油を第１の転がり軸受１２０に向けて噴出するジェット給油孔（ノズル孔）１０９が形成されている。そして、ジェット給油孔１０９から噴出される潤滑油によって、第１の転がり軸受１２０が潤滑され、焼き付きが防止される。

特開２００９−２６４５２６号公報

ところで、前記した従来のターボチャージャー用転がり軸受装置においては、軸受ハウジング１１０のジェット給油孔１０９から第１の転がり軸受１２０に向けて潤滑油が直接的に噴出される構造上、例えば、エンジンが高回転域にあるときの状態において、ジェット給油孔１０９から第１の転がり軸受１２０に向けて噴出される潤滑油の噴出量が過大となることが想定される。この場合には、第１の転がり軸受１２０における潤滑油の攪拌抵抗によるトルク損失が大きくなる恐れがある。

この発明の目的は、前記問題点に鑑み、転がり軸受における潤滑油の攪拌抵抗によるトルク損失を軽減することができるターボチャージャー用転がり軸受装置を提供することである。

前記課題を解決するために、この発明の請求項１に係るターボチャージャー用転がり軸受装置は、互いに軸方向に離れて配置され、ターボチャージャーの回転軸を回転自在に支持する一対の転がり軸受と、前記一対の軸受の外輪のそれぞれが軸方向の両端部内周面に嵌合される円筒状の軸受ハウジングと、を備え、前記軸受ハウジングは、前記ターボチャージャーの本体ケース内に装着され、前記軸受ハウジングの周囲と前記本体ケースの内周面との間の環状の隙間に潤滑油を満たしてオイルフィルムが形成され、前記転がり軸受には、その内外輪間に環状の軸受内部空間が形成され、前記潤滑油は、前記軸受ハウジングの周囲から前記軸受内部空間に流入して循環するターボチャージャー用転がり軸受装置であって、前記軸受ハウジングの軸方向の両端部又はいずれか一方の端部に配置され、前記軸受内部空間の開口部を塞ぐ円板状のシール部材をさらに備え、前記シール部材は、前記外輪の軸方向外側端面と前記軸受ハウジングの端部内周面との両方又はいずれか一方に固定される固定部と、この固定部から軸受の軸線に向かって延在し前記内輪の軸方向外側端面に径方向に重なって形成される円板部とを有し、前記円板部は、径方向において少なくとも前記開口部の内径側端部と軸方向に対向する位置で軸方向に貫通する流入部と、径方向において少なくとも前記開口部の外径側端部と軸方向に対向する位置で軸方向に貫通する排出孔と、を備えることを特徴とする。

請求項１のターボチャージャー用転がり軸受装置によれば、軸受ハウジングの周囲の潤滑油が、その軸方向の端部に固定されたシール部材により開口部から軸受内部空間への流入が制限される。また、このターボチャージャー用転がり軸受装置によれば、流入部から軸受内部空間に流入した潤滑油は、ターボチャージャーの回転軸が回転することにより、径方向外方へ移動して排出孔から排出されるので、転がり軸受における潤滑油の攪拌抵抗によるトルク損失を軽減することができる。

請求項２に係るターボチャージャー用転がり軸受装置は、前記排出孔は、その外接円径が前記外輪の内径以上に設定されて形成されることを特徴とする。

請求項２のターボチャージャー用転がり軸受装置によれば、ターボチャージャーの回転軸が回転することにより、軸受内部空間の潤滑油が径方向外方へ移動して開口部の最外径端に対向して形成される排出孔から排出されるので、スムースに排出できて転がり軸受における潤滑油の攪拌抵抗によるトルク損失を軽減することができる。

請求項３に係るターボチャージャー用転がり軸受装置は、前記流入部は前記円板部の内径側が開口した溝又は孔形状の流入孔からなり、この溝又は流入孔の外接円径は、前記内輪の外径より大きく設定されることを特徴とする。

請求項３のターボチャージャー用転がり軸受装置によれば、開口部の最内径端に形成される溝又は流入孔から軸受内部空間に潤滑油が流入するので、潤滑油が不足しやすい内輪側が適正に潤滑される。また、このターボチャージャー用転がり軸受装置によれば、溝又は流入孔の大きさにより軸受内部空間への潤滑油の流入量を調整できる。

請求項４に係るターボチャージャー用転がり軸受装置は、前記流入部は前記円板部の内径端から帯状に全周に亘って形成され、前記流入部を除いた前記円板部の内径は、前記内輪の外径より大きく設定されることを特徴とする。

請求項４のターボチャージャー用転がり軸受装置によれば、開口部の最内径端に形成される流入部から軸受内部空間に潤滑油が流入するので、潤滑油が不足しやすい内輪側が適正に潤滑される。また、このターボチャージャー用転がり軸受装置によれば、流入部の大きさにより軸受内部空間への潤滑油の流入量を調整できる。また、このターボチャージャー用転がり軸受装置によれば、帯状の流入部が円板部の全周に亘って形成されるので、周方向にバランス良く潤滑される。

請求項５に係るターボチャージャー用転がり軸受装置は、前記流入部及び前記排出孔は、互いに周方向に異なる位置に設けられることを特徴とする。

請求項５のターボチャージャー用転がり軸受装置によれば、軸受内部空間に流入した潤滑油が直ぐに排出することなく、潤滑した後に排出されるので、軸受内部が適正に潤滑される。

本発明によれば、転がり軸受における潤滑油の攪拌抵抗によるトルク損失を軽減することができるターボチャージャー用転がり軸受装置を提供できる。

第１実施形態：本発明の一実施形態に係るターボチャージャー用転がり軸受装置を備えたターボチャージャーを示す断面図である。第１実施形態：図１のターボチャージャー用転がり軸受装置を拡大して示す断面図である。第１実施形態：図２の要部拡大図である。第１実施形態：図３のシール部材を矢印Ｙの方向から見た矢視図である。第２実施形態：本発明の一実施形態に係るターボチャージャー用転がり軸受装置を備えたターボチャージャーの要部拡大断面図である。第２実施形態：図５のシール部材を矢印Ｙ１の方向から見た矢視図である。従来のターボチャージャー用転がり軸受装置を示す断面図である。

以下、本発明のターボチャージャー用転がり軸受装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るターボチャージャー用転がり軸受装置１を備えたターボチャージャーＴを示す断面図である。ターボチャージャーＴは、排気流路４ａを流通する排気により、回転軸３の一端部（図１の右側）に固定されたタービンホイール４を回転させるようになっている。

回転軸３の回転は、回転軸３の他端部（図１の左側）に固定されたコンプレッサインペラ５に伝わり、コンプレッサインペラ５が吸気流路５ａ内で回転する。この結果、吸気流路５ａの上流側開口から吸引された空気が圧縮され、これにより、ガソリンや軽油等の燃料と共に圧縮された空気が、図示しないエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。

ターボチャージャーＴの回転軸３は、数万〜十数万回転／分もの高速で回転し、しかも、エンジンの回転状況に応じて回転速度が頻繁に変化する。そのため、回転軸３は、その回転損失を低減すべくターボチャージャー用転がり軸受装置１によって、ターボチャージャーＴの本体ケース２に対して小さな回転抵抗で支持されている。具体的には、本体ケース２には、軸受ハウジング組付部２ａが形成され、軸受ハウジング組付部２ａの内周面には、ターボチャージャー用転がり軸受装置１が組み付けられる。ターボチャージャー用転がり軸受装置１は、タービンホイール４とコンプレッサインペラ５との間において回転軸３の軸方向中間部を回転自在に支持している。

図２は、図１のターボチャージャー用転がり軸受装置１を拡大して示す断面図である。ターボチャージャー用転がり軸受装置１は、互いに軸方向に離れて配置されて回転軸３を回転可能に支持する一対の第１の転がり軸受２０及び第２の転がり軸受３０と、各転がり軸受２０，３０を保持する軸受ハウジング１０と、一対の転がり軸受２０，３０の間に配置されるスペーサ部材４０とを備えている。

軸受ハウジング１０は、円筒状に形成され、その一端部内周面には、タービン側の第１の転がり軸受２０が嵌込まれるハウジング部１１が形成され、他端部内周面には、コンプレッサ側の第２の転がり軸受３０が嵌込まれるハウジング部１２が形成されている。

第１の転がり軸受２０は、内輪２１と、外輪２２と、内輪２１及び外輪２２の間の環状空間である軸受内部空間７に保持器２４によって保持された状態で転動可能に配設される複数の転動体（図では玉）２３とを備える。
また、第２の転がり軸受３０は、第１の転がり軸受２０と同一形状大きさに形成された内輪３１と、外輪３２と、内輪３１及び外輪３２の間の環状空間である軸受内部空間８に保持器３４によって保持された状態で転動可能に配設される複数の転動体３３とを備える。
そして、第１、第２の両転がり軸受２０，３０は、各内輪２１，３１の間にスペーサ部材４０が配設された状態で、各外輪２２，３２が軸受ハウジング１０のハウジング部１１，１２に嵌挿されて固定される。

軸受ハウジング１０の一端部には、軸方向断面が略Ｌ字形からなる円板状のシール部材６が固定されて、軸受内部空間７の軸方向外側の開口部７ａを塞いでいる。シール部材６は、軸受ハウジング１０の一端部内周面に嵌合されて外輪２２の軸方向外側端面に当接する円筒状の固定部６ａと、固定部６ａの軸方向内側端部から軸線５０に向かって延在する円板部６ｂとを有する。シール部材６の材料としては、例えば、防錆処理された冷延鋼板のＳＰＣＣが用いられる。

図１に示すように、本体ケース２には、送油ポンプ（図示省略）によって送油される潤滑油を導く給油路１７と、潤滑油を排出する排油路１９とが形成されている。給油路１７は、上流端が本体ケース２の外周面に開口していると共に、下流端が二股に分岐してそれぞれの油路１７ａが本体ケース２の内周面に開口している。排油路１９は、軸受ハウジング組付部２ａの軸方向中央部を貫通して形成されている。

図１及び図２に示すように、本体ケース２の内周面と軸受ハウジング１０の外周面との間には、環状の隙間１８が形成されており、給油路１７に供給された潤滑油は、隙間１８に送り込まれるようになっている。なお、隙間１８は、本体ケース２と軸受ハウジング１０とをすきま嵌めすることにより形成される。これにより、隙間１８を潤滑油で満たすことで、本体ケース２の内周面と軸受ハウジング１０の外周面との間に全周に亘って油膜（オイルフィルム）が形成され、軸受ハウジング１０の振動を本体ケース２に伝わり難くしている。このように、隙間１８に満たされた潤滑油によって、回転軸３の回転に基づく振動を減衰させるオイルフィルムダンパが形成されている。

軸受ハウジング１０の外周面の軸方向両側には、油路１７ａの開口部に対応させて、環状溝１５が周方向の全周に亘って形成されている。また、軸受ハウジング１０の外周面の軸方向中央部には、本体ケース２の排油路１９の開口部に対応させて、潤滑油を排出する排油路１９ａが形成されている。

軸受ハウジング１０の一端部端面の径方向には、第１の転がり軸受２０に対し潤滑油を供給する油路２５が形成されている。また、軸受ハウジング１０の他端部端面の径方向には、第２の転がり軸受３０に対し潤滑油を供給する油路２６が形成されている。

図３は、図２の要部拡大図である。図４は、図３のシール部材６を矢印Ｙの方向から見た矢視図である。図３及び図４に示すように、シール部材６の円板部６ｂは、その内径Ａが内輪２３の外径Ｂより小さく設定され、内輪２３の軸方向外側端面に径方向に重なって形成される。これにより、シール部材６は、軸受内部空間７の開口部７ａを塞いでいる。

円板部６ｂには、軸受ハウジング１０の周囲であるハウジング外部空間９から軸受内部空間７に潤滑油を取り込むための流入部である溝６ｄと、軸受内部空間７からハウジング外部空間９に潤滑油を排出する排出孔６ｃとを備える。

溝６ｄは、径方向には開口部７ａの内径側端部に軸方向に対向する位置であって、周方向には同一形状からなる８個が等分配置され、径方向断面において円板部６ｂの内径側が開口して半円形状の溝に形成され、ハウジング外部空間９と軸受内部空間７とを連通して構成される。溝６ｄは、その外接円径Ｃが、内輪の外径Ｂより大きく設定されて形成される。

排出孔６ｃは、径方向には開口部７ａの外径側端部に軸方向に対向する位置であって、周方向には同一形状からなる８個が等分配置され、径方向断面において円形状に形成され、ハウジング外部空間９と軸受内部空間７とを連通して構成される。排出孔６ｃは、その外接円径Ｅが、外輪の内径Ｄ以上に設定されて形成される。

溝６ｄ及び排出孔６ｃは、互いに周方向に異なる位置に設けられている。これにより、ターボチャージャー用転がり軸受装置１では、軸受内部空間７に流入した潤滑油が直ぐに排出することなく、潤滑した後に排出されるので、軸受内部が適正に潤滑される。

本実施形態に係るターボチャージャー用転がり軸受装置１によれば、ターボチャージャーＴの作動時において、本体ケース２の給油路１７に供給される潤滑油は、油路１７ａ、隙間１８、及び油路２５を経た後、シール部材６の溝６ｄから軸受内部空間７に流入する。流入した潤滑油により、第１の転がり軸受２０が潤滑及び冷却される。この潤滑油は、排油路１９ａ及び排油路１９を経て排出される。そして、排出された潤滑油は、送油ポンプにより送油されて循環する。

これにより、ターボチャージャー用転がり軸受装置１では、油路２５からの潤滑油は、シール部材６により開口部７ａから軸受内部空間７への流入が制限されるので、第１の転がり軸受２０における潤滑油の攪拌抵抗によるトルク損失を軽減することができる。

また、ターボチャージャー用転がり軸受装置１では、開口部７ａの最内径端に形成される溝６ｄから軸受内部空間７に潤滑油が流入するので、潤滑油が不足しやすい内輪２１側が適正に潤滑される。

また、このターボチャージャー用転がり軸受装置１では、溝６ｄの配置や大きさ等により軸受内部空間７への潤滑油の流入量を調整できる。

また、ターボチャージャー用転がり軸受装置１では、回転軸３が回転することにより、軸受内部空間７の潤滑油が径方向外方へ移動して、開口部７ａの最外径端に対向して形成されるシール部材６の排出孔６ｃから図３に示す矢印Ｆの方向に排出されるので、スムースに排出できて転がり軸受における潤滑油の攪拌抵抗によるトルク損失を軽減することができる。

ここで、ターボチャージャー用転がり軸受装置１では、回転軸３が高速で回転して第１、第２の両転がり軸受２０，３０が高速回転する場合、軸受の冷却が必要になるので、保持器２４，３４が潤滑油を巻き込んで軸受内部空間７，８に流入させることにより、軸受を適正に潤滑している。

また、ターボチャージャー用転がり軸受装置１では、ターボチャージャーＴの作動時において、本体ケース２の給油路１７に供給される潤滑油は、油路１７ａ、隙間１８、及び油路２６を経た後、第１の転がり軸受２０に同様、第２の転がり軸受３０の開口部から軸受内部空間８に流入する。流入した潤滑油により、第２の転がり軸受３０が潤滑及び冷却される。この潤滑油は、排油路１９ａ及び排油路１９を経て排出される。そして、排出された潤滑油は、送油ポンプにより送油されて循環する。

なお、本発明は本実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施することができる。
本実施形態では、溝６ｄは、径方向断面において円板部６ｂの内径側が開口して半円形状の溝に形成されるとしたが、それに限るものではなく、例えば、円板部６ｂの内径側が開口していない孔形状の流入孔であっても良く、また、これらの溝及び孔の形状は、円や四角等であっても良い。

また、本実施形態では、溝６ｄ及び排出孔６ｃが周方向の８箇所に等配されるとしたが、それに限るものではなく、例えば、それぞれが２箇所、４箇所でも良く、ターボチャージャー用転がり軸受装置１の環境条件等により適宜決定すれば良い。

＜第２実施形態＞
第１実施形態におけるターボチャージャー用転がり軸受装置１では、軸受内部空間７に潤滑油を取り込むシール部材６の流入部が溝６ｄにより形成されるが、第２実施形態では、流入部６ｄ１が帯状に全周に亘って形成される構成の実施形態である。第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成の説明は、簡略化のため省略する。

図５は、本発明の一実施形態に係るターボチャージャー用転がり軸受装置１を備えたターボチャージャーＴの要部拡大断面図である。図６は、図５のシール部材６を矢印Ｙ１の方向から見た矢視図である。図５及び図６に示すように、シール部材６の円板部６ｂは、その内径Ｃ１が内輪２３の外径Ｂより大きく設定されて形成される。これにより、シール部材６は、軸受内部空間７の開口部７ａを塞いでいる。

ターボチャージャー用転がり軸受装置１には、円板部６ｂの内径Ｃ１と内輪２３の外径Ｂとの間に帯状に全周に亘って流入部６ｄ１が形成される。このように、ターボチャージャー用転がり軸受装置１では、流入部６ｄ１が、シール部材６と内輪２３との間に環状の隙間を形成してハウジング外部空間９と軸受内部空間７とを連通し、ハウジング外部空間９の潤滑油を軸受内部空間７に取り込む。

本実施形態に係るターボチャージャー用転がり軸受装置１によれば、第１実施形態の作用効果に加え、流入部６ｄ１が開口部７ａの全周に亘って形成されるので、周方向にバランス良く潤滑される。

なお、第１、第２実施形態では、シール部材６が軸受ハウジング１０の一端部内周面に嵌合されるとしたが、それに限るものではなく、例えば、軸受ハウジング１０の一端部内周面又は／及び外輪２２の軸方向外側端面に接着して固定する構成に適用しても良い。

また、第１、第２実施形態では、シール部材６が軸受ハウジング１０の一端部に固定されるとしたが、それに限るものではなく、例えば、軸受ハウジング１０の他端部にも固定される構成、又は、軸受ハウジング１０の他端部のみに固定される構成に適用しても良い。

１：ターボチャージャー用転がり軸受装置、２：本体ケース、２ａ：軸受ハウジング組付部、３：回転軸、４：タービンホイール、４ａ：排気流路、５：コンプレッサインペラ、５ａ：吸気流路、６：シール部材、６ａ：固定部、６ｂ：円板部、６ｃ：溝（流入部）、６ｄ：排出孔、６ｄ１：流入部、７，８：軸受内部空間、７ａ：開口部、９：ハウジング外部空間、１０：軸受ハウジング、１１，１２：ハウジング部、１５：環状溝、１７：給油路、１７ａ：油路、１８：隙間、１９，１９ａ：排油路、２０：第１の転がり軸受、２１：内輪、２２：外輪、２３：転動体、２４：保持器、２５，２６：油路、３０：第２の転がり軸受、３１：内輪、３２：外輪、３３：転動体、３４：保持器、４０：スペーサ部材、５０：軸線、Ａ：シール部材の内径、Ｂ：内輪の外径、Ｃ：溝の外接円径、Ｃ１：シール部材の内径、Ｄ：外輪の内径、Ｅ：排出孔の外接円径、Ｔ：ターボチャージャー

Claims

互いに軸方向に離れて配置され、ターボチャージャーの回転軸を回転自在に支持する一対の転がり軸受と、
前記一対の軸受の外輪のそれぞれが軸方向の両端部内周面に嵌合される円筒状の軸受ハウジングと、を備え、
前記軸受ハウジングは、前記ターボチャージャーの本体ケース内に装着され、
前記軸受ハウジングの周囲と前記本体ケースの内周面との間の環状の隙間に潤滑油を満たしてオイルフィルムが形成され、
前記転がり軸受には、その内外輪間に環状の軸受内部空間が形成され、
前記潤滑油は、前記軸受ハウジングの周囲から前記軸受内部空間に流入して循環するターボチャージャー用転がり軸受装置であって、
前記軸受ハウジングの軸方向の両端部又はいずれか一方の端部に配置され、前記軸受内部空間の開口部を塞ぐ円板状のシール部材をさらに備え、
前記シール部材は、前記外輪の軸方向外側端面と前記軸受ハウジングの端部内周面との両方又はいずれか一方に固定される固定部と、この固定部から軸受の軸線に向かって延在し前記内輪の軸方向外側端面に径方向に重なって形成される円板部とを有し、
前記円板部は、径方向において少なくとも前記開口部の内径側端部と軸方向に対向する位置で軸方向に貫通する流入部と、径方向において少なくとも前記開口部の外径側端部と軸方向に対向する位置で軸方向に貫通する排出孔と、を備えることを特徴とするターボチャージャー用転がり軸受装置。
前記流入部は、軸方向に延在するとともに前記円板部の内径側に開口した溝、又は、軸方向に延在する孔形状の流入孔からなり、この溝又は流入孔の外接円径は、前記内輪の外径より大きく設定されることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャー用転がり軸受装置。
前記流入部及び前記排出孔は、互いに周方向に異なる位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載のターボチャージャー用転がり軸受装置。