JP6539507B2

JP6539507B2 - 軸受ユニット

Info

Publication number: JP6539507B2
Application number: JP2015117368A
Authority: JP
Inventors: 雅彦里田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: WO2016199818A1; JP2017002802A

Description

この発明は、エンジンに空気を過給する過給機のタービン軸の支持に用いられる軸受ユニットに関する。

過給機は、排気ガスの力でタービン軸を回して空気を過給することから、アクセルを踏み込む時期に対して実際の過給開始までに応答の遅れが発生する。この遅れは、一般にターボラグと呼ばれている。ターボラグは、運転者に違和感を与えるため、短くすることが好ましい。高性能指向のエンジンにおいては、すべり軸受よりも応答性に優れる転がり軸受ユニットによってタービン軸を支持することが行われている。

高速回転のタービン軸を高温な条件下で支持するためには、転がり軸受の冷却を兼ねた潤滑が重要である。従来、タービン軸を挿通するハウジングと、タービン軸をハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受と、ハウジングの外部から転がり軸受の軸受内部へ潤滑油を導く給油路とを備える軸受ユニットが存在している。給油路は、ハウジングの外部に設けられた潤滑油循環系の流路に連通する。ハウジングには、給油路の出口部となる給油穴部を加工し、その給油穴部から潤滑油を直に軸受内部へ吹き出すオイルジェット潤滑を行うことにより、軸受の潤滑を図っている（特許文献１）。

特開２０１１−２２０２４０号公報

しかしながら、軸受内部では転動体や保持器が高速で回転しており、給油穴部から吹き出た潤滑油が保持器に当たると、拡散して軸受内部に供給されにくくなると共に回転抵抗になる。そのため、給油穴部の位置や角度は細かく制限される。特許文献１のようにハウジングに給油穴部を加工する場合、ハウジングには、保持器内径付近まで径方向に突出した円環状突部を形成し、この円環状突部に給油穴部を保持器から避ける向きで形成するため、ハウジングの構造が複雑になり、加工も難しくなる。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、タービン軸を転がり軸受によって支持する軸受ユニットにおいて、ハウジングの簡素化を図りつつ、給油穴部からの潤滑油で軸受内部を効率よく潤滑することである。

上記の課題を達成するため、この発明は、タービン軸を挿通するハウジングと、前記タービン軸を前記ハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受と、前記ハウジングの外部から転がり軸受の軸受内部へ潤滑油を導く給油路とを備え、前記転がり軸受が、内側の軌道面と、外側の軌道面と、これら軌道面間に介在する複数の転動体と、これら転動体を保持する保持器とを有し、前記給油路が、前記軸受内部に対向する給油穴部を有する軸受ユニットにおいて、前記給油穴部が、前記転動体と径方向に対向する位置に開口している構成を採用したものである。

上記構成によれば、給油穴部が転動体と径方向に対向する位置に開口しているので、ハウジングに保持器内径付近まで給油穴部を加工するための突部を形成することが不要になり、ハウジングの内周において簡素化を図ることが可能となる。また、転動体と径方向に対向する位置に開口している給油穴部を採用すると、給油穴部からの潤滑油は、転動体や、その転動面が転がり接触する軌道面の近傍へ直接に供給されるので、保持器に当たって拡散しにくくなり、軸受内部を効率よく潤滑することが可能になる。ここでの「外側の軌道面」は径方向外側の軌道面のことであり、「内側の軌道面」は径方向内側の軌道面のことである。

例えば、より具体的な手段として、前記転がり軸受が、軸方向荷重を一方のみに受けるアンギュラ玉軸受になっており、前記給油穴部が、前記外側の軌道面から軸方向に反対の他方側へ外れた位置にのみ開口していることが挙げられる。
高速回転に好適な玉軸受は、玉からなる転動体の表面全域が転動面となる。従い、給油穴部が玉のどこかと径方向に対向する位置に開口していると、給油穴部から潤滑油を転動面へ直接供給することが可能である。また、軸方向荷重を一方のみに受けるアンギュラ玉軸受の場合、軌道面の幅を前記一方と軸方向に反対の他方側で小さく取ることが可能である。このため、転動体と径方向に対向する位置、かつ外側の軌道面から他方側に外れた位置においては、給油穴部の開口域を設定することが可能である。また、外側の軌道面から他方側に外れた位置にのみ給油穴部が開口していると、軸方向荷重の負荷時、転動面が給油穴部の穴縁に強く押し付けられる事態は発生せず、転動面や給油穴部の損傷を回避することができる。

また、別のより具体的な手段として、前記転がり軸受が、前記ハウジングに嵌合する外輪を有し、前記給油穴部が、前記外輪に形成されていることが挙げられる。
外輪は、前記外側の軌道面の少なくとも一部をもった軸受部品であり、給油穴部を内周に配置可能である。外輪に給油穴部を形成すると、外輪を径方向に受けるハウジングング箇所に給油路のハウジング側の出口部を形成し、給油穴部に連通させることができる。

好ましくは、前記外輪が、前記給油路のハウジング側の出口部と径方向に対向する位置で当該外輪の外周全周に亘って連なり、かつ前記給油穴部と周方向に交差するように形成された溝部を有するとよい。
給油路のハウジング側の出口部と、外輪側の給油穴部とが周方向にずれていても、当該出口部からの潤滑油は、溝部を介して給油穴部まで導かれる。このため、このような溝部を採用すると、外輪がハウジングに嵌合する際に、これら嵌合相手間の周方向の位相ずれを許容することができる。

さらに別のより具体的な手段として、前記ハウジングに嵌合する固定輪をさらに備え、前記転がり軸受が、前記ハウジングに嵌合する外輪を有し、前記固定輪が、前記外輪の側面に他方側から突き当る端面と、当該固定輪の内外周間に亘って当該端面から軸方向に窪んだ凹面とを有し、前記給油穴部が、前記凹面と前記外輪の側面とにより形成されていることが挙げられる。
前述のように軸方向荷重を一方のみに受けるアンギュラ玉軸受の場合、外輪幅を他方側で短くし、外輪の他方の側面を外側の軌道面に近づけることが可能である。そうすると、その外輪の側面を転動面と径方向に対向する位置に形成し、ここに他方側から突き当る端面をもった固定輪の配置空間を得ることができる。その固定輪の端面から固定輪の内外周間に亘って軸方向に窪んだ凹面があれば、その凹面及び外輪の側面によって給油穴部を形成することができる。従い、この具体的手段は、外輪に対する穴加工を避けたい場合に好適である。

好ましくは、前記固定輪が、前記端面に向かって小径な勾配をもった第１外周端部を有し、前記外輪が、前記側面に向かって小径な勾配をもった第２外周端部を有し、前記第１外周端部及び前記第２外周端部によって形成された溝状部が、前記給油路のハウジング側の出口部と径方向に対向する位置で全周に亘って連なるとよい。
固定輪の端面と外輪の側面を突き合せると、その端面に向かって小径な勾配の第１外周端部と、その側面に向かって小径な勾配の第２外周端部とが全周に亘って連なる溝状部を形成する。固定輪の凹面及び外輪の側面によって形成された給油穴部と、給油路のハウジング側の出口部とが周方向にずれていても、当該出口部からの潤滑油は、溝状部を介して給油穴部まで導かれる。このため、第１外周端部及び第２外周端部を採用すると、固定輪をハウジングに嵌合する際に、これら嵌合相手間の周方向の位相ずれを許容することができる。

さらに別のより具体的な手段として、前記外側の軌道面及び前記給油穴部が、前記ハウジングに形成されていることが挙げられる。
このようにすると、外輪が不要になり、部品点数を削減し、軸受ユニットの組立てを簡素化することができる。

この発明は、上記構成の採用により、過給機のタービン軸を転がり軸受によって支持する軸受ユニットにおいて、ハウジングの簡素化を図りつつ、給油穴部からの潤滑油で軸受内部を効率よく潤滑することができる。

過給機に組み込まれたこの発明の第１実施形態に係る軸受ユニットの転がり軸受付近を示す断面図図１の軸受ユニットの全体を示す断面図この発明の第２実施形態に係る軸受ユニットの転がり軸受付近を示す断面図この発明の第３実施形態に係る軸受ユニットを示す断面図

以下、この発明に係る実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１、図２に示す第１実施形態の軸受ユニットは、タービン軸１００を挿通するハウジング１と、タービン軸１００をハウジング１に対して回転自在に支持する一対の転がり軸受２と、ハウジング１の外部から転がり軸受２の軸受内部へ潤滑油を導く給油路３と、間座４とを備え、過給機ケーシング１１０の内部に配置される。以下では、転がり軸受２の中心軸に沿った方向を「軸方向」と呼び、軸方向に直角な方向を「径方向」と呼び、転がり軸受２の中心軸上に中心を置いた円周方向を「周方向」と呼ぶ。転がり軸受２の中心軸は、タービン軸１００の中心軸に相当する。

過給機ケーシング１１０は、ハウジング１を保持する中間ケーシング部１１１と、タービンインペラ１０１を収めたタービンケーシング部１１２と、コンプレッサインペラ１０２を収めたコンプレッサケーシング部１１３とを有する。タービン軸１００は、タービンインペラ１０１及びコンプレッサインペラ１０２と一体化され、これらインペラ１０１，１０２の回転軸となる。

タービンケーシング部１１２には、車両のエンジンから排出された排気ガスが取り入れられる。コンプレッサケーシング部１１３には、空気が取り入れられる。タービンインペラ１０１は、タービンケーシング部１１２内に導入される排気ガスにより回転する。タービン軸１００は、タービンインペラ１０１から伝達された回転力によって回転する。タービン軸１００と一体に回転するコンプレッサインペラ１０２は、コンプレッサケーシング部１１３内に導入される空気を圧縮する。圧縮された空気は、コンプレッサケーシング部１１３から外部へ出て、エンジンのシリンダへ供給される。

中間ケーシング部１１１には、エンジンオイルを潤滑油として循環させる潤滑油循環系が設けられている。潤滑油循環系は、過給機ケーシング１１０の外部から潤滑油をハウジング１の外周上まで導く供給流路１１４と、ハウジング１内から流出した潤滑油を過給機ケーシング１１０の外部へ排出する回収流路１１５とを有する。

ハウジング１の外周には、供給流路１１４の出口部１１６に連通する周溝部５が形成されている。周溝部５の溝壁外径面は、中間ケーシング部１１１の内周に嵌合する。周溝部５は、給油路３のハウジング１側の入口部６と周方向に交差している。入口部６と、この入口部６に連通する給油路３のハウジング１側の出口部７とは、ハウジング１の内外周間を径方向に貫通する単純な孔加工によって一連に形成されている。

転がり軸受２は、内輪８と、外輪９と、複数の転動体１０と、これら転動体１０を保持する保持器１１とを有する。内輪８の外周には、内側の軌道面１２が形成されている。外輪９の内周には、外側の軌道面１３が形成されている。転動体１０は、内側の軌道面１２及び外側の軌道面１３間に介在し、これら軌道面１２，１３に転がり接触する。保持器１１は、転動体１０を収容するポケット部１４を有し、転動体１０間の周方向間隔を所定に保つ。

ハウジング１の内周には、外輪９を径方向に受ける嵌め合い面１５と、外輪９の一方の側面１６を軸方向に受ける肩部１７と、肩部１７の内径から軸方向に連なる円筒状部１８とが同心に形成されている。嵌め合い面１５及び肩部１７は、それぞれハウジング１の軸方向両側に形成されている。円筒状部１８の内径は、保持器１１の外径よりも大径に設定されている。

給油路３は、転がり軸受２の軸受内部に対向する給油穴部１９を有する。給油穴部１９は、外輪９に形成されている。なお、転がり軸受２の軸受内部は、内側の軌道面１２及び外側の軌道面１３に転がり接触する転動体１０の自転及び公転空間のことをいう。

間座４は、タービン軸１００を挿通可能な中空状であって、一対の転がり軸受２，２の内輪８，８を軸方向に受けて両内輪８，８間の軸方向距離を決める環状部品になっている。

転がり軸受２は、保持器１１に保持された複数の転動体１０を内輪８及び外輪９間に配置して内輪８及び外輪９を分離できない状態とした非分離形になっている。このため、外輪９がハウジング１の嵌め合い面１５に嵌着されることにより、転がり軸受２がハウジング１と一体化される。転がり軸受２はハウジング１の両端に設けられてタービン軸１００を両端で回転自在に支持している。

また、転がり軸受２は、ころ軸受よりも高速回転性に優れる玉軸受になっている。玉からなる転動体１０の表面全域が転動面になっている。

また、転がり軸受２は、軸方向荷重を一方のみに受けるアンギュラ玉軸受になっている。このため、ハウジング１には、軸方向に関して図中右向きの荷重Ｆｒのみを受ける転がり軸受２と、図中左向きの荷重Ｆｌのみを受ける転がり軸受２とが取り付けられている。

外輪９は、外側の軌道面１３の一方側に比して軌道面１３の他方側の肩高さを低くした肩おとし外輪になっている。このため、外側の軌道面１３の幅は、転動体１０に対して他方側となる領域で少なく配分されており、非分離形を実現可能な程度に留められている。

また、外輪９は、給油路３のハウジング１側の出口部７と径方向に対向する位置で当該外輪９の外周全周に亘って連なり、かつ給油穴部１９と周方向に交差するように形成された溝部２０を有する。外輪９がハウジング１の嵌め合い面１５に嵌合する際、外輪９の一方の側面１６がハウジング１の肩部１７に軸方向に突き当ると、溝部２０は、出口部７と径方向に対向する。

供給流路１１４の出口部１１６から流出した潤滑油は、ハウジング１の周溝部５ないし給油路３のハウジング１側の入口部６に入り、さらに給油路３のハウジング１側の出口部７から流出して外輪９の溝部２０ないし給油穴部１９に入り、そして、給油穴部１９から転がり軸受２の軸受内部に流出する。このように軸受内部に供給された潤滑油は、ハウジング１に形成された排油穴２１やハウジング１の内周端からハウジング１の外部へ流出し、回収流路１１５に至る。

給油穴部１９は、転動体１０の転動面と径方向に対向する位置に開口している。このため、給油穴部１９から流出した潤滑油は、転動体１０の転動面や軌道面１２，１３近傍へ直接に供給され易くなり、保持器１１（特に環状部）に当たって拡散しにくくなる。

また、給油穴部１９は、外側の軌道面１３の肩高さを低くした位置にのみ開口している。このため、図中左側の転がり軸受２が一方の荷重Ｆｒを受けるとき、又は、図中右側の転がり軸受２が一方の荷重Ｆｌを受けるとき、転動体１０は、外側の軌道面１３の肩高さを高くした側に押付けられるので、軸方向に隣接する給油穴部１９の穴縁に強く押し付けられる事態は発生しない。

なお、給油穴部１９は、転動体１０と径方向に対向する領域内に限って開口している。これは、給油穴部１９から出た潤滑油が保持器１１の環状部にかかって軸受外部側へ拡散することを避けるためである。

給油穴部１９は、外輪９の内外周間を径方向に貫通する単純な孔加工によって一連に形成されている。

また、給油穴部１９は、周方向の複数個所に均等配置で形成されている。これら給油穴部１９等の数、周方向の配置間隔、開口断面積等は、転動体１０に対して径方向から直接に潤滑油を供給可能であることを満足する限り、所要の潤滑及び冷却性能に応じて適宜に決定すればよい。

上述のような第１実施形態によれば、給油穴部１９が転動体１０と径方向に対向する位置に開口しているので、ハウジング１に保持器１１の内径付近まで給油穴部を加工するための突部を形成することが不要になり、ハウジング１の内周において簡素化を図ることが可能となる。このようにハウジング１の構造を簡素化すると、加工費、材料費等の低減にも有利である。例えば、第１実施形態は、ハウジング１には、図中左右の肩部１７，１７間に亘って内径変化を設定せずに済み、単純な円筒状部１８にすることができる。

また、第１実施形態によれば、給油穴部１９が転動体１０と径方向に対向する位置に開口しているので、給油穴部１９からの潤滑油が転動体１０や軌道面１２，１３の近傍へ直接に供給され、転動体１０の表面や軌道面１２，１３に到達する前に保持器１１に当たって拡散しにくくなる。このため、第１実施形態は、転がり軸受２の軸受内部を効率よく潤滑することができる。潤滑効率を高めると、軸受内部に供給する潤滑油量の削減が可能になり、ひいては、潤滑油中に含まれる硬質な異物の軸受内部への侵入量も減らすことが可能になり、転がり軸受２の寿命延長にもなる。なお、転動体１０の転動面と給油穴部１９が径方向に対向しているので、特に転がり接触部を効率よく潤滑することができる。

また、第１実施形態によれば、転がり軸受２が軸方向荷重を一方のみに受けるアンギュラ玉軸受になっており、給油穴部１９が外側の軌道面１３の肩高さを低くした位置にのみ開口しているので、軸方向の荷重Ｆｒ又はＦｌの負荷時、転動体１０が給油穴部１２の穴縁に強く押し付けられる事態が発生しない。このため、第１実施形態は、給油穴部１９から潤滑油を転動体１０へ直接供給することができると共に、転動体１０や給油穴部１９の損傷を回避することができる。

また、第１実施形態によれば、転がり軸受２がハウジング１に嵌合する外輪９を有し、給油穴部１９が外輪９に形成されているので、外輪９を径方向に受けるハウジング１の内周側に給油路３のハウジング１側の出口部７を形成し、給油穴部１９に連通させることができる。

また、第１実施形態によれば、給油路３のハウジング１側の出口部７と径方向に対向する位置で外輪９の外周全周に亘って連なり、かつ給油穴部１９と周方向に交差するように形成された溝部２０を外輪９が有するので、ハウジング１側の出口部７と、外輪９側の給油穴部１９とが周方向にずれていても、出口部７からの潤滑油は、溝部２０を介して給油穴部１９まで導かれる。このため、第１実施形態は、外輪９をハウジング１に嵌合する際に、外輪９及びハウジング１間の周方向の位相ずれを許容することができる。

第２実施形態を図３に基づいて説明する。以下、第１実施形態との相違点を述べるに留める。

図３に示すように、第２実施形態は、ハウジング１に嵌合する固定輪３０をさらに備える。固定輪３０は、外輪３１の他方の側面３２に他方側から突き当る端面３３と、固定輪３０の内外周間に亘って端面３３から軸方向に窪んだ凹面３４と、端面３３に向かって小径な勾配をもった第１外周端部３５とを有する。

外輪３１は、側面３２に向かって小径な勾配をもった第２外周端部３６を有する。外輪３１は、第１実施形態に比して、外輪幅の寸法を他方側で詰めたものとなっている。

外輪３１がハウジング１の肩部１７に突き当るまで嵌め合い面１５に嵌合すると、外輪３１の側面３２は、転動体１０と径方向に対向する位置に配置される。さらに、固定輪３０がハウジング１の嵌め合い面１５に嵌合し、その端面３３が外輪３１の側面３２に突き当ると、凹面３４及び側面３２によって給油穴部３７が形成され、さらに、第１外周端部３５及び第２外周端部３６によって、給油路のハウジング１側の出口部７と径方向に対向する位置で全周に亘って連なる溝状部３８が形成される。溝状部３８は、端面３３と側面３２の合わせ目を溝底にもち、給油穴部３７と周方向に交差している。

上述のように、第２実施形態によれば、固定輪３０の凹面３４及び外輪３１の側面３２によって給油穴部３７が形成されるので、外輪３１に対する穴加工を避けることができる。

また、第２実施形態によれば、給油路のハウジング１側の出口部７と径方向に対向する位置で全周に亘って連なる溝状部３８を有するので、出口部７と給油穴部３７とが周方向にずれていても、出口部７からの潤滑油は、溝状部３８を介して給油穴部３７まで導かれる。このため、第２実施形態は、固定輪３０をハウジング１に嵌合する際に、固定輪３０及びハウジング１間の周方向の位相ずれを許容することができる。

第３実施形態を図４に基づいて説明する。
第３実施形態のハウジング４０には、外側の軌道面４１と、給油穴部４２とが形成されている。

給油穴部４２は、ハウジング４０の内外周間を径方向に貫通する単純な孔加工によって一連に形成されている。すなわち、第３実施形態の給油路は、給油穴部４２からなり、第１実施形態に比して、さらに簡素化されている。

転がり軸受４３は、ハウジング４０に形成された外側の軌道面４１を用いて構成されており、ハウジング４０に取り付ける外輪をもたない。このため、第３実施形態は、第１実施形態に比して部品点数を削減し、軸受ユニットの組立てを簡素化することができる。

また、第３実施形態は、さらに部品点数を削減するため、間座を省略し、一方の荷重Ｆｒのみを受ける転がり軸受４３の内輪４４と、一方の荷重Ｆｌのみを受ける転がり軸受４３の内輪４４とは、互いの対向側面で軸方向に突き合うように配置されている。

今回開示された各実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，４０ハウジング
２，４３転がり軸受
３給油路
７給油路のハウジング側の出口部
８，４４内輪
９，３１外輪
１０転動体
１１保持器
１２内側の軌道面
１３，４１外側の軌道面
１４ポケット部
１８円筒状部
１９，４２給油穴部
２０溝部
３０固定輪
３２外輪の他方の側面
３３端面
３４凹面
３５第１外周端部
３６第２外周端部
３７給油穴部
３８溝状部
１００タービン軸
Ｆｒ，Ｆｌ荷重

Claims

タービン軸を挿通するハウジングと、前記タービン軸を前記ハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受と、前記ハウジングの外部から転がり軸受の軸受内部へ潤滑油を導く給油路とを備え、
前記転がり軸受が、内側の軌道面と、外側の軌道面と、これら軌道面間に介在する複数の転動体と、これら転動体を保持する保持器とを有し、
前記給油路が、前記軸受内部に対向する給油穴部を有する軸受ユニットにおいて、
前記給油穴部が、前記転動体と径方向に対向する位置に開口しており、
前記転がり軸受が、軸方向荷重を一方のみに受けるアンギュラ玉軸受になっており、
前記給油穴部が、前記外側の軌道面の肩高さを低くした位置にのみ開口しており、
前記ハウジングに嵌合する固定輪をさらに備え、
前記転がり軸受が、前記ハウジングに嵌合する外輪を有し、
前記固定輪が、前記外輪の側面に他方側から突き当る端面と、当該固定輪の内外周間に亘って当該端面から軸方向に窪んだ凹面とを有し、
前記給油穴部が、前記凹面と前記外輪の側面とにより形成されており、
前記固定輪が、前記端面に向かって小径な勾配をもった第１外周端部を有し、
前記外輪が、前記側面に向かって小径な勾配をもった第２外周端部を有し、
前記第１外周端部及び前記第２外周端部によって形成された溝状部が、前記給油路のハウジング側の出口部と径方向に対向する位置で全周に亘って連なることを特徴とする軸受ユニット。