JP6288267B2 - 軸受構造、および、過給機 - Google Patents

Description

本発明は、シャフトの振動を抑えるオイルフィルムダンパを備える軸受構造、および、過給機に関する。

従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたシャフトが、ベアリングハウジングに回転自在に支持された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、シャフトを介してコンプレッサインペラを回転させる。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに送出する。

特許文献１には、シャフトを支持する転がり軸受が、オイルフィルムダンパの内側に支持された構成が記載されている。オイルフィルムダンパは、円筒形状であって、過給機のハウジングに形成された孔に嵌め込まれ、孔の内周面とオイルフィルムダンパの外周面との間には潤滑油の油膜が形成される。この油膜によってシャフトの振動が抑制される。

特開２０１４−０２０４６１号公報

ところで、オイルフィルムダンパには、外周面から内周面まで貫通し、転がり軸受に潤滑油を導く導油路が形成されている。潤滑油は、転がり軸受を潤滑した後、導油路よりも鉛直下方に形成された排油孔を介して、オイルフィルムダンパの外部に排出される。このとき、潤滑油が速やかに排出されずにオイルフィルムダンパ内に留まると、シャフトの回転の抵抗となってメカロスが増したり、潤滑油の流量が低下して冷却性能に影響が出ることから、オイルフィルムダンパの排油性の向上が希求されている。

本発明の目的は、排油性を向上することが可能となる軸受構造、および、過給機を提供することである。

本発明の第１の態様はシャフトを回転自在に支持する軸受構造であって、ハウジングに形成された軸受孔に収容され、円筒形状の本体部を有するオイルフィルムダンパと、オイルフィルムダンパの本体部内に保持され、前記シャフトの回転軸方向に離隔して対向配置される２つの軸受とを備える。オイルフィルムダンパは、２つの軸受の、互いに対向する対向面間に位置する。オイルフィルムダンパは、本体部の内周面から径方向内側に突出して２つの軸受の対向面のそれぞれに隣接する２つの突出部と、突出部から本体部の外周面まで貫通するとともに、本体部の外周から軸受まで潤滑油を導く導油路と、突出部のうち軸受に隣接する隣接面とは反対側に設けられ、隣接面からシャフトの回転軸方向に離隔するにつれて内径が漸増する傾斜面と、本体部のうち２つの突出部の間に設けられ、本体部内から外部に潤滑油を排出する排油孔と、を備え、前記突出部は、前記隣接面における径方向内側の端部に連続するとともに、前記隣接面を基準にして前記隣接面に隣接する前記軸受が位置する側とは反対側に曲率中心をもつ湾曲部、或いは、前記突出部において最も径方向内側に位置する内周面から前記隣接面に延在する面取り部を有し、前記湾曲部或いは面取り部に前記導油路が開口している。

導油路は、シャフトの回転軸方向に対し傾斜する方向に直線状に延在してもよい。

導油路は、傾斜面に対して平行に延在していてもよい。

突出部は、隣接面における径方向内側の端部に連続するとともに、隣接面を基準にして隣接面に隣接する軸受が位置する側とは反対側に曲率中心をもつ湾曲部を有し、湾曲部に導油路が開口していてもよい。

本発明の第２の態様は過給機であって、軸受孔が形成されたハウジングと、一端側にタービンインペラが設けられ、他端側にコンプレッサインペラが設けられたシャフトと、軸受孔に収容され、円筒形状の本体部を有するオイルフィルムダンパと、オイルフィルムダンパの本体部内に保持され、シャフトの回転軸方向に離隔して対向配置され、シャフトを回転自在に支持する２つの軸受とを備える。オイルフィルムダンパは、２つの軸受の、互いに対向する対向面間に位置する。オイルフィルムダンパは、本体部の内周面から径方向内側に突出して２つの軸受の対向面のそれぞれに隣接する２つの突出部と、突出部から本体部の外周面まで貫通するとともに、本体部の外周から軸受まで潤滑油を導く導油路と、突出部のうち軸受に隣接する隣接面とは反対側に設けられ、隣接面からシャフトの回転軸方向に離隔するにつれて内径が漸増する傾斜面と、本体部のうち２つの突出部の間に設けられ、本体部内から外部に潤滑油を排出する排油孔と、を備え、前記突出部は、前記隣接面における径方向内側の端部に連続するとともに、前記隣接面を基準にして前記隣接面に隣接する前記軸受が位置する側とは反対側に曲率中心をもつ湾曲部、或いは、前記突出部において最も径方向内側に位置する内周面から前記隣接面に延在する面取り部を有し、前記湾曲部或いは面取り部に前記導油路が開口している。

本発明によれば、排油性を向上することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る過給機の概略断面図である。 図２（ａ）は図１における軸受構造を示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の破線内を示す図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るオイルフィルムダンパの斜視図である。 図４は、比較例を説明するための図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌを過給機Ｃの左側を示す方向とし、矢印Ｒを過給機Ｃの右側を示す方向として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備える。この過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の左側に締結機構３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の右側に締結ボルト５によって連結されるシールプレート６と、シールプレート６の右側に締結ボルト７によって連結されるコンプレッサハウジング８と、を有する。これらは一体化されている。

ベアリングハウジング２のタービンハウジング４近傍の外周面には、突起２ａが設けられている。突起２ａは、ベアリングハウジング２の径方向に突出している。また、タービンハウジング４のベアリングハウジング２近傍の外周面には、突起４ａが設けられている。突起４ａは、タービンハウジング４の径方向に突出している。ベアリングハウジング２とタービンハウジング４は、突起２ａ、４ａを締結機構３によってバンド締結して固定される。締結機構３は、突起２ａ、４ａを挟持するカップリング（例えばＧカップリング）で構成される。

ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの左右方向に貫通する軸受孔２ｂが形成されている。軸受孔２ｂには、軸受構造９が設けられている。軸受構造９は、シャフト１０を回転自在に支持する。シャフト１０の左端部（一端、一端側）にはタービンインペラ１１が一体的に固定されている。タービンインペラ１１は、タービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、シャフト１０の右端部（他端、他端側）にはコンプレッサインペラ１２が一体的に固定されている。コンプレッサインペラ１２は、コンプレッサハウジング８内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング８には吸気口１３が形成されている。吸気口１３は、過給機Ｃの右側に開口し、エアクリーナ（図示せず）に接続する。また、締結ボルト７によってシールプレート６とコンプレッサハウジング８が連結された状態では、シールプレート６とコンプレッサハウジング８の、互いに対向する対向面が、空気を昇圧するディフューザ流路１４を形成する。ディフューザ流路１４は、シャフト１０の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路１４は、径方向内側において、コンプレッサインペラ１２を介して吸気口１３に連通している。

また、コンプレッサハウジング８にはコンプレッサスクロール流路１５が設けられている。コンプレッサスクロール流路１５は環状に形成され、ディフューザ流路１４よりもシャフト１０の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路１５は、エンジンの吸気口（図示せず）に連通している。また、コンプレッサスクロール流路１５は、ディフューザ流路１４にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ１２が回転すると、空気は、吸気口１３からコンプレッサハウジング８内に吸引され、コンプレッサインペラ１２の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速され、ディフューザ流路１４およびコンプレッサスクロール流路１５で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれる。

タービンハウジング４には吐出口１６が形成されている。吐出口１６は、過給機Ｃの左側に開口し、排気ガス浄化装置（図示せず）に接続する。また、タービンハウジング４には、流路１７と、この流路１７よりもタービンインペラ１１の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路１８ａ、１８ｂとが設けられている。タービンスクロール流路１８ａ、１８ｂは、エンジンの排気マニホールド（図示せず）から排出される排気ガスが導かれるガス流入口（図示せず）に連通している。また、タービンスクロール流路１８ａ、１８ｂは、流路１７にも連通している。排気ガスは、したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１８ａ、１８ｂに導かれ、更に、流路１７およびタービンインペラ１１を介して吐出口１６に導かれる。この流通過程において、排気ガスはタービンインペラ１１を回転させる。

本実施形態の過給機Ｃは、２つのタービンスクロール流路１８ａ、１８ｂを有する。低速域においては、２つのタービンスクロール流路１８ａ、１８ｂのうちの一方にのみ排気ガスが流入する。これにより、タービンインペラ１１を回転させるために必要な排気ガスの圧力が確保される。

上記のタービンインペラ１１の回転力は、シャフト１０を介してコンプレッサインペラ１２に伝達され、これによりコンプレッサインペラ１２は回転する。空気は、このコンプレッサインペラ１２の回転力によって昇圧され、エンジンの吸気口に導かれる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、軸受構造９を説明するための説明図である。図２（ａ）は、図１における軸受構造９を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）の破線内を示す。また、図３は、オイルフィルムダンパ１９の斜視図である。図２（ａ）に示すように、軸受構造９においては、上記のベアリングハウジング２に形成された軸受孔２ｂにオイルフィルムダンパ１９が収容される。

図３に示すように、オイルフィルムダンパ１９は、円筒形状の本体部１９ａを有する。本体部１９ａの外周面１９ｂには突起１９ｃ、１９ｄが設けられている。突起１９ｃ、１９ｄは、本体部１９ａの径方向外側に向かって突出し、環状に形成されている。突起１９ｃ、１９ｄは、シャフト１０の回転軸方向（以下、単に軸方向と称す）における当該シャフト１０の両端側にそれぞれ設けられている。これら環状突起１９ｃ、１９ｄが、軸受孔２ｂの内周面と対向する。その結果、環状突起１９ｃ、１９ｄと軸受孔２ｂの内周面との間に油膜が形成され、この油膜によってシャフト１０の振動が抑制される。

図２（ａ）に示すように、２つの環状突起１９ｃ、１９ｄの間には、テーパ面１９ｅが形成されている。テーパ面１９ｅは軸方向に対して傾斜している。本体部１９ａのテーパ面１９ｅには導油路１９ｆが形成されている。導油路１９ｆはテーパ面１９ｅに垂直に延伸し、本体部１９ａの内部に連通している。

図２（ａ）に示すように、導油路１９ｆは、本体部１９ａの内部に収容された転がり軸受（以下、説明の便宜上、軸受と称する）２０に潤滑油を導く。軸受２０は、本体部１９ａの内部におけるシャフト１０の軸方向の両端側にそれぞれ１つずつ収容されている。２つの軸受２０は、軸方向に離隔して設けられ、外輪２０ａの面（対向面）２０ｅが、軸方向において互いに対向するように配置される。

軸受２０は、外輪２０ａと、外輪２０ａよりも小径の内輪２０ｂと、を有し、外輪２０ａと内輪２０ｂの間に挟まれた複数のボール２０ｃと、複数のボール２０ｃを保持する保持器２０ｄとを有する。各ボール２０ｃは、外輪２０ａ（内輪２０ｂ）の周方向に設けられ、保持器２０ｄによって保持されている。

外輪２０ａは、オイルフィルムダンパ１９に固定され、内輪２０ｂはシャフト１０と一体回転する。このとき、ボール２０ｃが転がることで、外輪２０ａおよび内輪２０ｂとの摩擦抵抗を抑え、外輪２０ａと内輪２０ｂの相対回転が可能となっている。こうして、シャフト１０は、転がり軸受２０によって回転自在に支持されている。

２つの内輪２０ｂの間には、規制部２１が配されている。規制部２１は環状（管状）に形成された部材である。規制部２１には、シャフト１０が挿通される。また、規制部２１における軸方向の両端は、それぞれ内輪２０ｂに当接している。規制部２１は、内輪２０ｂと一体に回転しつつ、２つの内輪２０ｂの近接方向の移動を規制する。

オイルフィルムダンパ１９の内周面１９ｇには、２つの突出部１９ｈ、１９ｈが形成されている。各突出部１９ｈは、オイルフィルムダンパ１９の径方向内側に突出し、環状に形成されている。２つの突出部１９ｈは、２つの軸受２０、２０における外輪２０ａ、２０ａの対向面２０ｅ、２０ｅ間に位置する。各突出部１９ｈは、近接する軸受２０の、外輪２０ａの対向面２０ｅに隣接する。

すなわち、２つの軸受２０、２０は、本体部１９ａの両端側のそれぞれから、本体部１９ａの内部に、突出部１９ｈに突き当たるまで嵌め込まれている。また、導油路１９ｆは、突出部１９ｈにおける径方向内側の先端から、当該突出部１９ｈを通じて、テーパ面１９ｅまで貫通している。

図２（ａ）に示すように、突出部１９ｈは、軸受２０と隣接する隣接面１９ｉと反対側に形成された傾斜面１９ｊを有する。傾斜面１９ｊの内径は、隣接面１９ｉから軸方向に離隔するにつれて漸増する。本実施形態では、傾斜面１９ｊは、シャフト１０の回転軸を含む断面において導油路１９ｆの延在方向に平行である。

図２（ｂ）に示すように、突出部１９ｈは、隣接面１９ｉにおける径方向内側の端部（内径側端部）１９ｋに連続するとともに、隣接面１９ｉを基準にして隣接面１９ｉに隣接する軸受２０が位置する側とは反対側に曲率中心をもつ湾曲部１９ｌを有する。導油路１９ｆは、湾曲部１９ｌに開口し、湾曲部１９ｌの曲率中心を通る。導油路１９ｆは、軸受２０における内輪２０ｂの外周面２０ｆに向かって潤滑油を噴出する。

図２（ａ）に示すように、２つの突出部１９ｈ、１９ｈの間には排油孔１９ｍが設けられている。図２（ａ）中、上側は鉛直上側、下側は鉛直下側に大凡一致しており、排油孔１９ｍは導油路１９ｆよりも鉛直下側に形成されている。潤滑油は、導油路１９ｆから軸受２０に給油され、その一部が、ボール２０ｃなどに当たって跳ね返り、排油孔１９ｍを介して、本体部１９ａ内から外部に排出される。

図４は、比較例を説明するための説明図であり、上述した実施形態における図２（ａ）に対応する部位の断面を示す。図４に示すように、比較例においては、突出部ｈが、一方の軸受２０から他方の軸受２０まで、軸方向に延在している。そのため、例えば、過給機の姿勢によっては、潤滑油が、導油路ｆから給油され、ボール２０ｃなどに当たって跳ね返った後、排油孔ｋに向かって流れにくくなり、排油性が低下してしまうおそれがある。

本実施形態では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、２つの突出部１９ｈ、１９ｈの間が離隔しており、それぞれの突出部１９ｈには傾斜面１９ｊが設けられている。そのため、潤滑油は、導油路１９ｆから給油され、ボール２０ｃなどに当たって跳ね返った後、突出部１９ｈの傾斜面１９ｊに導かれて、速やかに排油孔１９ｍから排出される。このように、軸受構造９においては排油性を向上することが可能となる。

また、導油路１９ｆは、軸方向に対し傾斜する方向に直線状に延在し、テーパ面１９ｅに対し垂直である。従って、１回の孔開け加工によって、導油路１９ｆを形成することが可能となり、加工コストを低減することができる。

また、導油路１９ｆは、傾斜面１９ｊに対して平行に延在している。従って、傾斜面１９ｊは、導油路１９ｆに沿って、強度を維持できるぎりぎりの厚さまで突出部１９ｈを削った形状とすることができる。即ち、軸方向における突出部１９ｈの厚さを、強度の許す限り薄くできる。そのため、排油のための空間をより大きく確保して排油性を向上するとともに、軽量化を図ることができる。また、シャフト１０の径方向外側に空間を極力大きく確保しているので、シャフト１０の回転に伴う潤滑油との摩擦抵抗を緩和することができる。その結果、軸受のメカニカルロスを低減することができる。

また、導油路１９ｆは、湾曲部１９ｌに開口していることから、拡散を抑えつつ、軸受２０の所定位置（例えば、本実施形態では、内輪２０ｂの外周面２０ｆ）に向けて集中的に潤滑油を噴出させることができる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本実施形態の変形例を説明するための説明図であり、上述した実施形態における図２（ａ）の破線内の部分に対応する断面を示す。図５（ａ）に示すように、第１変形例においては、上述した実施形態のような湾曲部１９ｌが設けられていない。また、突出部１９ｈは、最も径方向内側に位置する内周面としての最内径部１９ｎを有する。第１変形例の導油路２９ｆは、突出部１９ｈにおいて、隣接面１９ｉと最内径部１９ｎのそれぞれにまたがって開口している。

この場合も、上述した実施形態と同様に、拡散を抑えつつ、軸受２０の所定位置に向けて潤滑油を集中的に噴出させることができる。

図５（ｂ）に示すように、第２変形例においては、湾曲部１９ｌの代わりに面取り部３９ｌが設けられている。面取り部３９ｌは、シャフト１０の回転軸を含む断面（例えば、図５（ｂ）に示す断面）において、直線形状である。

面取り部３９ｌは、導油路３９ｆに対して垂直になっていない。換言すれば、導油路３９ｆは、面取り部３９ｌに対して垂直に延在していない。つまり、導油路３９ｆは、面取り部３９ｌの垂直方向に対して傾斜していてもよい。

上述した実施形態、第１変形例、第２変形例のいずれにおいても、テーパ面１９ｅに対して垂直な導油路１９ｆ、２９ｆ、３９ｆを形成することで、テーパ面１９ｅ側から孔開け加工を容易に遂行できる。また、軸受２０側の開口面（湾曲部１９ｌ、面取り部３９ｌなど）の傾斜を、軸受２０への潤滑油の供給態様に応じて、微調整してもよい。

上述した実施形態および変形例では、導油路１９ｆ、２９ｆ、３９ｆは、傾斜面１９ｊに対して平行に延在している場合について説明したが、傾斜面１９ｊに対して傾斜していてもよい。

また、上述した実施形態においては、導油路１９ｆは、湾曲部１９ｌの曲率中心を通る場合について説明したが、湾曲部１９ｌの曲率中心を通らずともよい。この場合、実施形態、第１変形例、第２変形例と同様、拡散を抑えつつ、軸受２０の所定位置に向けて潤滑油を集中的に噴出させることができる。

また、上述した第２変形例においては、導油路３９ｆは、面取り部３９ｌに対して垂直に延在していない場合について説明したが、面取り部３９ｌに対して垂直に延在していてもよい。この場合、上述した実施形態と同様、拡散を抑えつつ、軸受２０の所定位置に向けて潤滑油を集中的に噴出させることができる。

また、上述した第１変形例では、湾曲部１９ｌや面取り部３９ｌを設けず、導油路２９ｆは、突出部１９ｈのうち、隣接面１９ｉと最内径部１９ｎの両方に開口する場合について説明した。しかし、導油路２９ｆは、隣接面１９ｉと最内径部１９ｎのいずれか一方にのみ開口していてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、シャフトの振動を抑えるオイルフィルムダンパを備える軸受構造、および、過給機に利用することができる。

Claims (4)

1. シャフトを回転自在に支持する軸受構造であって、
   ハウジングに形成された軸受孔に収容され、円筒形状の本体部を有するオイルフィルムダンパと、
   前記オイルフィルムダンパの前記本体部内に保持され、前記シャフトの回転軸方向に離隔して対向配置される２つの軸受と
   を備え、
   前記オイルフィルムダンパは、
   前記２つの軸受の、互いに対向する対向面間に位置し、
   前記オイルフィルムダンパは、
   前記本体部の内周面から径方向内側に突出して前記２つの軸受の対向面のそれぞれに隣接する２つの突出部と、
   前記突出部から前記本体部の外周面まで貫通するとともに、前記本体部の外周から前記軸受まで潤滑油を導く導油路と、
   前記突出部のうち前記軸受に隣接する隣接面とは反対側に設けられ、前記隣接面から前記シャフトの回転軸方向に離隔するにつれて内径が漸増する傾斜面と、
   前記本体部のうち２つの前記突出部の間に設けられ、前記本体部内から外部に潤滑油を排出する排油孔と、を備え、
   前記突出部は、前記隣接面における径方向内側の端部に連続するとともに、前記隣接面を基準にして前記隣接面に隣接する前記軸受が位置する側とは反対側に曲率中心をもつ湾曲部、或いは、前記突出部において最も径方向内側に位置する内周面から前記隣接面に延在する面取り部を有し、
   前記湾曲部或いは面取り部に前記導油路が開口していることを特徴とする軸受構造。
2. 前記導油路は、前記シャフトの回転軸方向に対し傾斜する方向に直線状に延在することを特徴とする請求項１に記載の軸受構造。
3. 前記導油路は、前記傾斜面に対して平行に延在していることを特徴とする請求項２に記載の軸受構造。
4. 過給機であって、
   軸受孔が形成されたハウジングと、
   一端側にタービンインペラが設けられ、他端側にコンプレッサインペラが設けられたシャフトと、
   前記軸受孔に収容され、円筒形状の本体部を有するオイルフィルムダンパと、
   前記オイルフィルムダンパの前記本体部内に保持され、前記シャフトの回転軸方向に離隔して対向配置され、前記シャフトを回転自在に支持する２つの軸受と
   を備え、
   前記オイルフィルムダンパは、
   前記２つの軸受の、互いに対向する対向面間に位置し、
   前記オイルフィルムダンパは、
   前記本体部の内周面から径方向内側に突出して前記２つの軸受の対向面のそれぞれに隣接する２つの突出部と、
   前記突出部から前記本体部の外周面まで貫通するとともに、前記本体部の外周から前記軸受まで潤滑油を導く導油路と、
   前記突出部のうち前記軸受に隣接する隣接面とは反対側に設けられ、前記隣接面から前記シャフトの回転軸方向に離隔するにつれて内径が漸増する傾斜面と、
   前記本体部のうち２つの前記突出部の間に設けられ、前記本体部内から外部に潤滑油を排出する排油孔と、
   を備え、
   前記突出部は、前記隣接面における径方向内側の端部に連続するとともに、前記隣接面を基準にして前記隣接面に隣接する前記軸受が位置する側とは反対側に曲率中心をもつ湾曲部、或いは、前記突出部において最も径方向内側に位置する内周面から前記隣接面に延在する面取り部を有し、
   前記湾曲部或いは面取り部に前記導油路が開口していることを特徴とする過給機。

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