WO2005057032A1 - ターボチャージャの軸受装置 - Google Patents

ターボチャージャの軸受装置 Download PDF

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sleeve
bearing device
peripheral surface
housing
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Takahiro Umekawa
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Jtekt Corporation
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers

Definitions

  • the present invention relates to a bearing device that rotatably supports a rotating shaft of a turbocharger of an automobile.
  • the turbocharger includes a rolling bearing (hereinafter, referred to as a bearing) that rotatably supports the rotating shaft inside the housing.
  • a rolling bearing hereinafter, referred to as a bearing
  • the operating environment for such bearings is extremely harsh, with ultra-high speed rotation, very large acceleration and deceleration, and extremely high temperatures, and good rotational accuracy is required. Therefore, it is indispensable to apply an appropriate preload to the bearing, and it is appropriate to apply a constant pressure preload to the bearing.
  • a spacer and a spring for applying the preload are installed between two bearings each having an outer ring and an inner ring.
  • the number of parts is large.
  • the number of assembling steps has increased.
  • two inner raceways are formed at both ends of a cylindrical body, and two inner races are formed.
  • a pair of outer races having an outer raceway facing the inner raceway are provided for the inner race, and a spring for applying a preload is provided between the outer races.
  • this turbocharger bearing device has a complicated shape in which the outer ring made of steel is matched to the shape inside the housing, and a portion for receiving a spring and an oil hole are provided. Therefore, it takes time and effort to manufacture, and the processing cost increases. In addition, since the outer ring is not sufficiently stopped against the housing, the bearing may not be properly arranged in the housing or the oil hole may be displaced.
  • the present invention provides a turbocharger bearing device that can be easily assembled, can easily arrange a bearing inside a housing, and can be manufactured at low cost.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention is a bearing device for a turbocharger that rotatably supports a rotating shaft of a turbocharger inside a nozzle housing, the fitting device being fitted to an outer peripheral surface of the rotating shaft, and having an outer peripheral surface near both ends.
  • a pair of outer races having a substantially cylindrical inner race having an inner raceway formed thereon and an outer raceway formed on an inner peripheral surface of the inner race surface opposed to the inner raceway so as to be attached to the housing so as to be spaced apart from each other in the axial direction of the rotation shaft;
  • a plurality of rolling elements rotatably arranged between each inner raceway of the inner race and the outer raceway of each outer race; and
  • a pair of sleeves facing each other in the axial direction, the pair of sleeves having an outer peripheral surface formed with an engagement portion for restricting relative rotation with respect to the housing and the outer ring;
  • Through the sleeve And is characterized in it to contain a spring for applying a preload to the bearings by biasing the outer ring axially outward of said rotary shaft.
  • a bearing unit including two bearings is configured by attaching two outer rings and a sleeve to one cylindrical inner ring, thereby reducing the number of assembling steps. . Further, the sleeve provided between the outer rings is engaged with the housing and the outer ring, whereby the relative rotation of the outer ring with respect to the housing is restricted.
  • a pair of sleeves separate from the outer ring are arranged so as to be sandwiched between the outer rings, and the spring is provided so as to be sandwiched between the two sleeves, so that the outer ring has a function of a spring receiver. It does not require a complicated shape to make it work. Therefore, the shape of the outer ring can be simplified.
  • the sleeve is made of a resin, and the sleeve and the outer ring are integrally formed.
  • an outer ring having a steel material strength is installed in advance in a part of a molding die, and resin is injected into the molding die.
  • the outer race and the sleeve are integrally formed, and these can be handled as one component. Therefore, when assembling the turbocharger bearing device, the number of components is reduced, and the number of assembling steps is reduced.
  • an axial direction of the rotation shaft of the sleeve is provided. It is preferable that a stepped portion cut out in an annular shape is formed on the inner peripheral side of the end portion on the inner side.
  • the length of the spring for applying the preload increases by the depth of the concave portion, and the spring constant force decreases. As a result, an appropriate preload can be applied to the bearing in a more stable state.
  • a labyrinth seal having a gap of 0.5 mm or less may be formed between the inner peripheral surface of the sleeve and the outer peripheral surface of the inner ring.
  • a concave portion forming a gap between the inner ring and the rotary shaft is formed in a required range in the axial direction.
  • the press-fitting to the rotating shaft is reduced, and it is possible to prevent the impression of the rotating shaft during press-fitting.
  • the inner diameter of the inner ring and the outer diameter of the rotating shaft should be adjusted so that the press input is smaller than the indentation load.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a turbocharger bearing device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a turbocharger incorporating a turbocharger bearing device.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the turbocharger bearing device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a turbocharger bearing device 1 according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view thereof.
  • FIG. 3 shows a schematic configuration of a turbocharger T in which the turbocharger bearing device 1 is incorporated.
  • the turbocharger T rotates the turbine 32 fixed to one end (the right side in FIG. 3) of the rotating shaft 31 by the exhaust gas flowing through the exhaust passage 30.
  • the rotation of the rotating shaft 31 is transmitted to an impeller 33 fixed to the other end of the rotating shaft 31 (the left side in FIG. 3), and the air sucked in the intake passage 37 by the impeller 33 is compressed. Is done.
  • air compressed together with fuel such as gasoline or light oil is sent into the cylinder chamber of the engine.
  • the rotating shaft 31 of such a turbocharger T rotates at a high speed of tens of thousands of H times tens of thousands of times, and the rotation speed changes frequently according to the operating condition of the engine.
  • the turbocharger bearing device 1 provided in the housing supports the rotation shaft 31 with a small rotation resistance with respect to the housing H, so that loss due to rotation is reduced.
  • the turbocharger bearing device 1 is incorporated in a predetermined portion of a housing H of the turbocharger T.
  • a turbine 32 is attached to one end of the rotating shaft 31, and an impeller 33 is attached to the other end.
  • the turbocharger bearing device 1 moves halfway through the through hole of The part is rotatably supported.
  • the turbocharger bearing device 1 includes an inner ring 2, a pair of outer rings 3, a plurality of rolling elements 4 that are rotatably arranged between the two, and these rolling elements 4.
  • a pair of angular bearings (hereinafter referred to as bearings) A constituted by a retainer 5 for holding, and a pair of sleeves 6 interposed between two outer rings, and a pair of sleeves 6 interposed between the sleeves 6
  • a spring 7 for applying a preload to the bearing is provided.
  • a bearing unit including the two bearings A is configured.
  • the turbocharger bearing device 1 is configured as a bearing unit including two bearings A by attaching two outer rings 3 to one cylindrical inner ring 2.
  • the inner ring 2 is formed in a substantially cylindrical shape whose longitudinal direction is the axial direction of the rotating shaft 31 (hereinafter referred to as the axial direction), and the outer peripheral surfaces of both ends thereof have an anguilla type inner ring raceway 2a having a predetermined radius of curvature. Is formed.
  • the inner race 2 has an inner race end 2b outside the inner race 2a, and an inner race cylindrical portion 2c inside the inner race 2a.
  • the axis of the inner ring raceway 2a is directed diagonally.
  • the cylindrical portion 2c has a smaller thickness than the inner ring end 2b.
  • the inner ring 2 has a concave portion 8 on its inner peripheral surface that forms a gap between the left and right outer rings and the rotating shaft 31 in the axial direction.
  • the recess 8 reduces the contact area between the inner ring 2 and the rotating shaft 31, and prevents the formation of indentations when the turbocharger bearing device 1 is pressed into the rotating shaft 31.
  • the inner race 2 is formed by deep drawing a steel plate such as a cold-rolled steel plate to form an inner raceway 2a so as to have a predetermined radius of curvature, and then performs heat treatment including carburizing quenching, induction hardening, and the like. It is manufactured by
  • the two outer rings 3 are arranged at both ends of the inner ring 2 so as to be separated from each other in the axial direction.
  • the outer ring 3 has a width about one sixth of that of the inner ring 2, and the outer end face of the outer ring 3 and the outer end face of the inner ring 2 are on the same plane.
  • the outer ring 3 has an anguilla type outer ring track 3a facing the inner ring track 2a and having a predetermined radius of curvature, an outer ring end 3b outside the outer ring track 3a, and an outer ring cylindrical section 3c inside the outer ring track 3a. have.
  • the outer ring cylindrical portion 3c has a smaller thickness than the outer ring end 3b. Further, as shown in FIG.
  • a concave portion 10 that engages with the first engaging portion 9 of the sleeve 6 is formed inside the outer ring 3.
  • the recess 10 is formed to have a size that can be engaged with the first engagement portion 9.
  • the outer race 3 is subjected to heat treatment including carburizing and quenching, induction hardening, etc. after forming the outer raceway 3a so as to have a predetermined radius of curvature by deep drawing a steel plate such as a cold rolled steel plate. It is manufactured by
  • the plurality of rolling elements 4 are arranged so as to be freely rollable by a retainer 5 in an annular space 11 formed between the outer raceway 3a and the inner raceway 2a.
  • the rolling elements 4 are made of various steel materials such as stainless steel.
  • the retainer 5 is configured to partially surround the rolling element 4.
  • the retainer 5 varies depending on the intended use, but is made of various kinds of resin such as polyamide in addition to steel, and the type is not limited.
  • the two sleeves 6 oppose each other with a gap therebetween, and are arranged between the left and right outer rings 3.
  • the sleeve 6 has a cylindrical shape having the same diameter as the outer ring 3, and the outer peripheral surface of the sleeve 6 and the outer peripheral surface of the outer ring 3 are on the same surface.
  • a projecting first engaging portion 9 that engages with the concave portion 10 of the outer ring 3 is formed outside the outer peripheral surface of the sleeve 6, a projecting first engaging portion 9 that engages with the concave portion 10 of the outer ring 3 is formed.
  • the first engagement portion 9 prevents the sleeve 6 from rotating with respect to the outer ring 3 by engaging with the concave portion 10, and can withstand a rotation force applied to the outer ring 3. It has dimensions.
  • the shape of the first engagement portion 9 is not limited to a square shape, but may be any shape that protrudes, such as a semi-columnar shape.
  • the first engagement portion 9 may be formed in a concave shape, and the outer ring 3 may have a projection.
  • a first tapered surface 12 is formed on the outer peripheral surface of the sleeve 6.
  • a second tapered surface 13 is formed on the inner peripheral surface of the sleeve 6.
  • An oil hole 14 having a required diameter penetrates from the first tapered surface 12 to the second tapered surface 13 on the periphery of the sleeve 6. The outlet of the oil hole 14 on the second tapered surface is near the inner raceway 2a.
  • a notch-shaped second engagement portion 15 that engages with the pin member 35 is formed inside the outer peripheral surface of the sleeve 6.
  • the left and right second engagement portions 15, 15 are located at the same position in the circumferential direction of the sleeve 6, and are opposed to each other at a distance in the axial direction.
  • the second engaging portion 15 has a length K1, a width K2, and a depth K3 so that the pin member 35 of the housing H can be engaged between the left and right second engaging portions 15.
  • the distance M between the outer end surfaces of the left and right second engagement portions 15 is substantially the same as the width of the pin member 35 (the left-right direction in FIG. 1).
  • the shape of the second engagement portion 15 is not limited to a square shape, but may be any shape such as a semi-cylindrical shape or the like that can be engaged with the pin member. Further, the second engaging portion 15, the first engaging portion 9, and the oil hole 14 are arranged linearly in the axial direction on the outer peripheral surface of the sleeve 6.
  • An annular step 16 for receiving the spring 7 is formed on the inner peripheral surface of the left and right sleeves 6.
  • the step 16 is cut out so as to have a cylindrical shape slightly larger in diameter than the coiled spring 7. Further, the width P2 and the depth P3 of the step portion 16 are such that the spring 7 can be received.
  • a cylindrical space 17 is formed by the left and right steps 16, and the spring 7 is mounted in the cylindrical space 17.
  • the sleeve 6 formed as described above is molded with various resins.
  • the sleeve 6 can be formed into a required size by cutting after molding the resin by injection molding or compression molding. Further, when the sleeve 6 is made by injection molding of a thermoplastic resin, the man-hour for assembling is reduced by integrally forming the sleeve 6 and the outer ring 3.
  • an outer ring 3 is previously set in a molding die, resin is injected into a space defined by the outer ring 3 and the molding die, and a part is formed in which the outer ring 3 and the sleeve 6 are integrally formed. . In this case, the sleeve 6 and the outer ring 3 are treated as one part.
  • the resin one having high heat resistance and rigidity! And one having excellent oil resistance are employed.
  • engineering plastics and super engineering plastics may be mentioned, and polyamide, polyphenylene sulfide, polyether sulfone, fluorine resin, polyimide, polyamide imide, polybenzoimidazole and the like are preferable.
  • a thermoplastic resin such as polyamide or polyphenylene sulfide, but from the viewpoint of heat resistance, an imide resin is particularly preferable.
  • various metals such as stainless steel can be used as the material of the sleeve.
  • the spring 7 is a coil spring having a predetermined spring constant, and applies a preload by applying a force to the left and right angular bearings A, A via the sleeve 6.
  • an inner ring 2 is prepared, and one outer ring 3 (for example, the left side in FIG. 1) is attached to the inner ring 2, and one bearing A is assembled.
  • the sleeve 6 is assembled while the first engagement portion 9 of the one sleeve 6 is engaged with the concave portion 10 of the one outer ring 3 (not necessary in the case of integral molding).
  • the spring 7 is attached, the other sleeve 6 (for example, the right side in FIG. 1) is assembled, and the outer ring 3 is engaged with the first engagement portion 9 of the sleeve 6 while the concave portion 10 of the other outer ring 3 is engaged. Attach.
  • the retainer 5 and the rolling element 4 are inserted while pushing the other outer ring 3 inward in the axial direction. Thereafter, the other outer ring 3 is returned to a predetermined position by the spring 7. Therefore, the distance between the left and right sleeves 6 needs to be long enough to carry out the above assembly procedure.
  • the turbocharger bearing device 1 assembled in this manner is incorporated into a predetermined portion of the turbocharger T as follows (see FIG. 3). While the inner ring of the turbocharger bearing device 1 is fitted on the rotating shaft 31, the turbocharger bearing device 1 is fitted into the nosing H. Then, a pin member 35 having a required dimension provided at a substantially central portion of the housing H is engaged with the cylindrical space 18 formed by the second engaging portions 15 of the left and right sleeves 6. As a result, the turbocharger bearing device 1 is positioned, and the assembly is completed.
  • the turbocharger bearing device 1 can be treated as a bearing unit including two bearings A by combining two inner rings 2 with one inner ring 2, so that the number of parts at the time of assembling to the rotating shaft 31 is reduced. And the number of assembly steps is reduced. This simplifies the assembly work.
  • the engagement between the second engagement portion 15 and the pin member 35 regulates the rotation of the sleeve 6 with respect to the housing H and the moving force in the axial direction.
  • the first engagement portion The engagement of the recess 9 of the outer ring 3 with the recess 9 restricts the rotation of the outer ring 3 with respect to the sleeve 6. As a result, the outer ring 3 does not rotate with respect to the housing H. Also, the position of the bearing A with respect to the housing H can be easily determined.
  • the outer ring 3 has a complicated form for providing a function of a spring receiver. There is no need to do it. For this reason, the shape of the outer ring 3 can be simplified, and the general-purpose outer ring 3 can be diverted.
  • the concave portion 8 that forms a gap between the inner ring 2 and the rotating shaft 31 in a certain range in the axial direction is formed on the inner peripheral surface, the pressure input to the rotating shaft 31 is reduced. Therefore, indentation of the rotating shaft 31 at the time of press fitting can be prevented, and the rotating shaft 31 is not damaged.
  • an oil film damper for damping vibration based on the rotation of the rotating shaft 31 is configured. Then, a part of the lubricating oil sent into the gap passes through the oil hole 14 and is jetted toward the outer peripheral surface of the inner ring 2 to cool and lubricate the angular bearings A, A (oil jet lubrication).
  • the turbo since the number of constituent members when assembling the charger bearing device 1 is reduced, the number of assembling steps can be further reduced.
  • the sleeve 6 has low-cost and low-temperature specifications, use resin.
  • the sleeve 6 has good accuracy and high-temperature specifications, use metal.
  • the step portion 16 is formed in the sleeve 6, the dimension of the spring 7 for applying the preload by the width P2 + P2 between the step portions 16 becomes longer. As a result, the spring constant is reduced, and an appropriate preload can be applied to the angular bearing A.
  • FIG. 4 shows a turbocharger bearing device 1 according to a second embodiment of the present invention.
  • the difference between the turbocharger bearing device 1 of the present embodiment and that of the first embodiment is that the oil hole 14 is eliminated because of grease lubrication and the inner peripheral surface of the sleeve 6 and the outer peripheral surface of the inner ring 2 A labyrinth seal 20 is formed between them.
  • the oil hole 14 is eliminated, and the inner and outer peripheral surfaces of the sleeve 6 are formed flat, and the inner peripheral surface of the sleeve 6 is close to the outer peripheral surface of the inner ring 2, and a distance of 0.5 mm or less is provided therebetween.
  • a lower gap S is formed.
  • a seal member 21 for sealing grease on the side surface of the outer ring 3 is provided. The reason why the gap S is set to 0.5 mm or less is that the labyrinth seal 20 cannot be formed with the gap S exceeding 0.5 mm.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the shape of the sleeve 6 and the dimensions of the first engaging portion 9, the second engaging portion 15, and the step portion 16 may be changed.
  • the concave portion 8 formed on the inner peripheral surface of the inner ring 2 may be narrowed. Or may be separated.
  • the oil hole 14 may be formed at a position where the linear force connecting the first engagement portion 9 and the second engagement portion 15 is also released.

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Abstract

　ターボチャージャの回転軸の中途部をハウジング内で回転自在に支持するターボチャージャ用軸受装置である。内輪軌道が形成されたほぼ円筒状の内輪の両端部に、外輪軌道が形成された一対の外輪等を設けることで、２つのアンギュラ軸受が構成された軸受ユニットとする。これにより、組み付け工数が減少し、組み付け作業が簡易となる。また、外輪の間に形成された隙間に一対のスリーブを設け、当該スリーブの外周面にハウジング及び外輪に対する相対回転を規制する係合部を形成する。これにより、ハウジング内で軸受を簡単に配置することができる。

Description

明 細 書
ターボチャージャの軸受装置
技術分野
[0001] 本発明は、自動車のターボチャージャの回転軸を回転自在に支持する軸受装置に 関する。
背景技術
[0002] 昨今、省燃費、低排出ガスの自動車が求められており、そのためにターボチャージ ャを搭載する自動車が増加している。このターボチャージャは、その回転軸をハウジ ングの内部で回転自在に支持する転がり軸受（以下軸受と 、う）を備えて 、る。このよ うな軸受の使用環境は、超高速回転、非常に大きい加速及び減速、超高温と非常に 過酷であり、なおかつ良好な回転精度が必要である。従って、軸受に適正な予圧を 付与することが不可欠であるため、軸受に定圧予圧を付与することが適している。定 圧予圧を付与するため、スぺーサ一と予圧を付与するためのばねとが、外輪と内輪と をそれぞれ備えた二つの軸受の間に組み込まれていた力 この場合、部品点数が多 くなることから組み立て工数が多くなつていた。
[0003] 組み立て工数を減少させために、実用新案登録公報第 2577011号公報に記載さ れたターボチャージャ用軸受装置では、 2つの内輪軌道が筒状体の両端部に形成さ れ、 2つの内輪が互いに一体化され、上記内輪軌道に対向する外輪軌道を有する外 輪が上記内輪に対し一対設けられ、さらにこの外輪の間に予圧を付与するためのば ねが設けられている。
[0004] しかしながら、このターボチャージャ用軸受装置は、鋼材からなる外輪がハウジング の内側の形状に合わせられ、かつ、ばねを受ける部分や油孔が備えられたた複雑な 形状となっている。そのため、製作の手間がかかり、加工コストが嵩んでしまう。また、 外輪の回り止めがハウジングに対して充分にされていないため、軸受がハウジング内 で適正に配置されな ヽことや、油孔がずれてしまうことがある。
本発明は、このような実情に鑑み、組み立て作業が簡易で、軸受をハウジングの内 部で簡単に配置することができ、低コストで製造できるターボチャージャの軸受装置 を提供することを目的とする。
発明の開示
[0005] 本発明は、ターボチャージャの回転軸をノヽウジングの内部で回転自在に支持する ターボチャージャ用軸受装置であって、前記回転軸の外周面に嵌合し、両端部近傍 の外周面に内輪軌道が形成された実質的に円筒状の内輪と、前記回転軸の軸方向 に互いに離して前記ハウジングに取り付けられ、内周面に前記内輪軌道に対向する 外輪軌道が形成された一対の外輪と、前記内輪の各内輪軌道と各外輪の外輪軌道 との間に転動自在に配置された複数の転動体と、互いに隙間を設けつつ前記両外 輪の間に挟まれ、前記回転軸の軸方向で互いに対向する一対のスリーブであって、 外周面に前記ハウジング及び前記外輪に対する相対回転を規制する係合部が形成 されている一対のスリーブと、この両スリーブの間に挟まれ、各スリーブを介して前記 外輪を前記回転軸の軸方向外方に付勢して軸受に予圧を付与するばねとを含むこ とを特徴とするものである。
[0006] 上記ターボチャージャ軸受装置によれば、二つの外輪やスリーブが 1つの円筒状 の内輪に取り付けられていることで、 2つの軸受を含む軸受ユニットが構成され、これ により組み付け工数が減少する。また、外輪の間に設けたスリーブとハウジング及び 当該外輪とが係合することにより、ハウジングに対する外輪の相対回転が規制される 。また、外輪とは別体の一対のスリーブが両外輪の間に挟まれるようにして配置され、 ばねが両スリーブ間に挟まれるように設けられているので、外輪は、ばね受けの機能 を持たせるための複雑な形状を必要としない。従って、外輪の形状が簡単となること 力 汎用品の転用が可能となる。
[0007] また、上記ターボチャージャ軸受装置において、前記スリーブが榭脂からなり、当該 スリーブと外輪とがー体的に構成されていることが好ましい。例えば、成形金型の一 部に、鋼材力もなる外輪を予め設置しておき、この成形金型に榭脂を注入する。この ようにすることで、外輪とスリーブとが一体的に構成され、これらを 1つの部品として扱 うことができる。従って、ターボチャージャ軸受装置を組み立てる際における構成部 品の数が減り、組み立て工数が減少する。
[0008] また、上記ターボチャージャ軸受装置において、前記スリーブの前記回転軸の軸方 向内側の端部内周側に、環状に切り欠かれた段差部が形成されていることが好まし い。この場合、予圧を付与するばねの長さが凹部の深さ分だけ大きくなり、ばね定数 力 、さくなる。これにより、適正な予圧をより安定した状態で軸受に付与することがで きる。
[0009] さらに、上記ターボチャージャ軸受装置において、前記スリーブの内周面と内輪外 周面との間で、隙間が 0. 5mm以下のラビリンスシールが構成されていてもよい。これ により、グリース潤滑とした場合、転動体の内側にシール部材を設ける必要がないの で、ターボチャージャ軸受装置を安価に製作することができる。
[0010] また、上記ターボチャージャ軸受装置において、前記内輪の内周面に、軸方向の 所要範囲で前記回転軸との間に隙間を構成する凹部が形成されていることが好まし い。これにより、回転軸への圧入力が小さくなり、圧入の際における回転軸の圧痕発 生を防止することができる。この場合、圧入力が圧痕発生荷重よりも小さくなるように 内輪の内径と回転軸の外径を調製すればょ 、。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本発明にかかるターボチャージャ軸受装置の第一実施形態を示す断面図であ る。
[図 2]図 1の平面図である。
[図 3]ターボチャージャ軸受装置が組み込まれたターボチャージャの概略構成を示す 断面図である
[図 4]ターボチャージャ軸受装置の第二実施形態を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
図 1は、本発明にかかるターボチャージャ軸受装置 1の一実施形態を示す断面図 である。図 2は、その平面図である。図 3は、ターボチャージャ軸受装置 1が組み込ま れたターボチャージャ Tの概略構成を示している。このターボチャージャ Tは、排気流 路 30を流通する排気により、回転軸 31の一端（図 3の右側）に固定したタービン 32を 回転させる。回転軸 31の回転は、当該回転軸 31の他端（図 3の左側）に固定された インペラ 33に伝わり、このインペラ 33により吸気流路 37内で吸引された空気が圧縮 される。これにより、ガソリン、軽油等の燃料とともに圧縮された空気が、エンジンのシ リンダ室内に送り込まれる。このようなターボチャージャ Tの回転軸 31は、数万一" H数 万回 Z分もの高速で回転し、し力もエンジンの運転状況に応じて回転速度が頻繁に 変化する。そのため、ハウジング H内に設けられたターボチャージャ軸受装置 1が、 ハウジング Hに対して回転軸 31を小さな回転抵抗で支持することで、回転による損 失が低減されている。
[0013] このターボチャージャ軸受装置 1は、ターボチャージャ Tのハウジング Hの所定箇所 に組み込まれている。回転軸 31の一端にはタービン 32が取り付けられ、他端にはィ ンペラ 33が取り付けられており、上記ターボチャージャ軸受装置 1が、ノ、ウジング Hの 貫通孔に対して当該回転軸 31の中途部を回転自在に支持している。
ターボチャージャ軸受装置 1は、図 1及び図 2に示すように、内輪 2と、一対の外輪 3 と、両者の間に転動自在に配置される複数の転動体 4と、これら転動体 4を保持する ための保持器 5とにより構成される一対のアンギユラ軸受（以下軸受という) Aと、両外 輪の間に介装されて 、る一対のスリーブ 6と、スリーブ 6の間に介装され軸受に予圧 を付与するばね 7とを備えている。このようにして、 2つの軸受 Aを含む軸受ユニットが 構成されている。
[0014] 次に、ターボチャージャ軸受装置 1の各構成部材について詳細に説明する。ターボ チャージャ軸受装置 1は、 1つの円筒状の内輪 2に 2つの外輪 3を取り付けることで、 2 つの軸受 Aを含む軸受ユニットとして構成されたものである。
内輪 2は、回転軸 31の軸方向（以下軸方向という）を長手方向とするほぼ円筒状に 形成されており、その両端部の外周面には所定の曲率半径を有するアンギユラ型の 内輪軌道 2aが形成されている。内輪 2は、内輪軌道 2aより外側の内輪端部 2bと、内 輪軌道 2aより内側の内輪円筒部 2cとを有している。内輪軌道 2aの軸線は、斜め方 向に向力つている。また、円筒部 2cは、内輪端部 2bよりも薄い厚みを有している。内 輪 2は、その内周面に、軸方向で左右の外輪にわたって回転軸 31との間に隙間を構 成する凹部 8を有している。この凹部 8により、内輪 2と回転軸 31との接触面積が小さ くなり、ターボチャージャ軸受装置 1を回転軸 31に圧入する際の圧痕発生が防止さ れている。 [0015] 内輪 2は、例えば、冷間圧延鋼板などの鋼板を深絞り加工して所定の曲率半径とな るように内輪軌道 2aを形成した後、浸炭焼入れ、高周波焼入れなどを含む熱処理を 行うことにより製造される。
2つの外輪 3は、軸方向で互いに離れるように内輪 2の両端部に配置されて 、る。 外輪 3は、内輪 2の六分の一位の幅を有し、外輪 3の外側の端面と内輪 2の外側の端 面とが、同じ面にある。さらに、外輪 3は、内輪軌道 2aと対向しかつ所定の曲率半径 を有するアンギユラ型の外輪軌道 3aと、外輪軌道 3aより外側の外輪端部 3bと、外輪 軌道 3aより内側の外輪円筒部 3cとを有している。外輪円筒部 3cは、外輪端部 3bより も薄い厚みを有している。また、図 2に示すように、外輪 3の内側には、スリーブ 6の第 一係合部 9に係合する凹部 10が形成されている。この凹部 10は、第一係合部 9に係 合できる寸法で形成されている。なお、外輪 3は、例えば、冷間圧延鋼板などの鋼板 を深絞り加工して所定の曲率半径となるように外輪軌道 3aを形成した後、浸炭焼入 れ、高周波焼入れなどを含む熱処理を行うことにより製造される。
[0016] 複数の転動体 4は、外輪軌道 3aと内輪軌道 2aとの間に形成される環状空間 11で、 保持器 5によって転動自在に配置されている。なお、転動体 4は、ステンレス等、各種 の鋼材を素材として製作されるものである。保持器 5は、転動体 4を部分的に囲むよう に構成されている。なお、保持器 5は、使用の用途により異なるものであるが、鋼材の 他に、ポリアミド等の各種の榭脂を素材として製作され、その形式は限定されるもので はない。
[0017] 二つのスリーブ 6は、互いに隙間を設けて対向し、かつ、左右の外輪 3の間に配置 されている。スリーブ 6は、外輪 3と同じ直径の円筒状を呈しており、スリーブ 6の外周 面と外輪 3の外周面とが、同じ面にある。スリーブ 6の外周面の外側には、外輪 3の凹 部 10と係合する突起状の第一係合部 9が形成されている。第一係合部 9は、凹部 10 に係合することで、スリーブ 6が外輪 3に対して回らないようにするものであり、外輪 3 に回転の力が加わった際に、耐えることができる寸法を有している。なお、第一係合 部 9の形状は、角張った形状に限られるものではなく半円柱状等、突出している形状 であればよい。なお、第一係合部 9が凹部状に形成され、外輪 3が突起部を有するよ うにしてもよい。 [0018] スリーブ 6の外周面に、第一テーパー面 12が形成されている。さらに、スリーブ 6の 内周面に、第二テーパー面 13が形成されている。所要径を有する油孔 14が、スリー ブ 6の周上で第一テーパー面 12のから第二テーパー面 13に向けて貫通している。 また、第二テーパー面における油孔 14の出口が、内輪軌道 2aの近傍にある。
[0019] さらに、スリーブ 6の外周面の内側には、ピン部材 35と係合する切り欠き状の第二 係合部 15が形成されている。左右の第二係合部 15、 15は、スリーブ 6の周方向にお いて同じ位置にあり、かつ、軸方向で離れて互いに対向している。第二係合部 15は 、左右の第二係合部 15の間にハウジング Hのピン部材 35が係合できるように、長さ K1と、幅 K2と、深さ K3を有している。また、左右の第二係合部 15の外端面間の距 離 Mが、ピン部材 35の幅（図 1左右方向）と実質的に同じとなっている。なお、第二係 合部 15の形状は、角張った形状に限られるものではなく半円柱状等に剖り抜いた形 状など、ピン部材が係合できるような形状であればよい。また、この第二係合部 15と 第一係合部 9と油孔 14とは、スリーブ 6の外周面上で軸方向において直線状に並ん でいる。
[0020] 左右のスリーブ 6の内周面には、ばね 7を受け止めるための環状の段差部 16が形 成されている。段差部 16は、コイル状のばね 7よりも若干大きい直径の円筒状となる ように切り欠かれている。また、段差部 16の幅 P2及び深さ P3は、ばね 7を受け止める ことができるような寸法となっている。左右のスリーブ 6を互いに対向させた状態で、 左右の段差部 16によって筒状空間 17が形成され、ばね 7が筒状空間 17に装着され ている。
[0021] 以上のように形成されたスリーブ 6は、各種の榭脂で成形される。スリーブ 6は、榭脂 を射出成形や圧縮成型などで成形した後、切削加工により所要寸法に仕上げること もできる。また、熱可塑性榭脂を射出成形してスリーブ 6をつくる場合、スリーブ 6と外 輪 3とを一体的に構成することで、組み立て工数が減らされる。例えば、成形金型内 に予め外輪 3を設置しておき、外輪 3と成形金型とで構成された空間に榭脂を注入し 、外輪 3とスリーブ 6がー体に構成された部品をつくる。この場合、スリーブ 6及び外輪 3が、一部品として扱われる。
[0022] なお、榭脂には、耐熱性や剛性が大き!、ものや、耐油性に優れたものが採用される 。例えば、エンプラやスーパーエンプラが挙げられ、ポリアミド、ポリフエ-レンサルフ アイド、ポリエーテルサルフォン、フッ素系榭脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリべンゾ イミダゾールなどが好適である。成形性や原料費、性能の面からは、ポリアミドやポリ フエ-レンサルファイドなどの熱可塑性榭脂を用いるのがよいが、耐熱性の面からは イミド系の樹脂が特によい。また、スリーブの素材としてステンレス等の各種の金属を 使用することちできる。
[0023] ばね 7は、所定のばね定数を有するコイルばねであり、スリーブ 6を介して左右のァ ンギユラ軸受 A, Aに弹発カを加えることで、予圧を付与している。
ターボチャージャ軸受装置 1を組み立てる手順としては、まず、内輪 2を準備し、こ の内輪 2に一方 (例えば図 1の左側）の外輪 3を取り付けて一方の軸受 Aを組む。そし て、一方の外輪 3の凹部 10に一方のスリーブ 6の第一係合部 9を係合させつつ（一体 成形の場合には不要）当該スリーブ 6を組み付ける。次に、ばね 7を装着し、他方 (例 えば図 1の右側）のスリーブ 6を組み、このスリーブ 6の第一係合部 9に他方の外輪 3 の凹部 10を係合させつつ当該外輪 3を取り付ける。次に、この他方の外輪 3を軸方 向内側へ押しながら保持器 5及び転動体 4を挿入する。その後、ばね 7の弹発力で 他方の外輪 3を所定の位置に戻す。従って、左右のスリーブ 6間の距離は、上記組み 立て手順が実施できるようなに十分長くとる必要がある。
[0024] このようにして組み立てられたターボチャージャ軸受装置 1は、ターボチャージャ T の所定箇所に次のようにして組み込まれる（図 3参照)。ターボチャージャ軸受装置 1 の内輪を回転軸 31に嵌合しつつ、当該ターボチャージャ軸受装置 1をノヽウジング H に嵌挿する。そして、左右各スリーブ 6の第二係合部 15で形成された筒状空間 18に ハウジング Hのほぼ中央部に設けられた所要寸法を有するピン部材 35を係合させる 。これにより、ターボチャージャ軸受装置 1が位置決めされ、組み込みが完了する。
[0025] ターボチャージャ軸受装置 1は、 1つの内輪 2に 2つの外輪 3が組み合わされて、 2 つの軸受 Aを含む軸受ユニットとして扱うことができるので、回転軸 31への組み付け 作業時における部品点数が減り、組み付け工数が減少する。これにより、組み付け作 業が簡易となる。また、第二係合部 15とピン部材 35とが係合することで、ハウジング Hに対するスリーブ 6の回転及び軸方向の移動力 規制される。さらに、第一係合部 9と外輪 3の凹部 10とが係合することで、スリーブ 6に対する外輪 3の回転が、規制さ れる。これにより、外輪 3が、ハウジング Hに対して回らない。また、ハウジング Hに対 する軸受 Aの位置を簡単に決めることができる。
[0026] さらに、左右のスリーブ 6力 外輪 3の間に配置され、左右のスリーブ 6の間にばね 7 が設けられているので、ばね受けの機能を持たせるための複雑な形態を外輪 3に施 す必要がなくなる。このため、外輪 3の形状を簡単にでき、汎用の外輪 3を転用するこ とがでさる。
また、内輪 2の内周面には、軸方向の一定範囲で回転軸 31との間に隙間を構成す る凹部 8が形成されているので、回転軸 31への圧入力が小さくなる。そのため、圧入 の際の回転軸 31の圧痕発生を防止することができ、当該回転軸 31が傷つけられな い。
[0027] また、油孔 14が、内輪軌道 2aの近傍に配置されているので、良好な潤滑効果を得 ることができる。さらに、スリーブ 6とハウジング Hとが、第二係合部 15で位置決めされ るので、ハウジング Hの給油通路 36 (図 3)とスリーブ 6の油孔 14との位置ずれが生じ ない。なお、ハウジング H内には、給油通路 36が、設けられており、給油によって上 記アンギユラ軸受 Aを冷却するとともに潤滑自在としている。即ち、ターボチャージャ Tを装着したエンジンの運転時に潤滑油は、上記給油通路 36の上流端に設けたフィ ルタにより異物を除去されて、ハウジング Hの内周面とスリーブ 6及び外輪 3の外周面 との間に設けた円筒状の隙間に送り込まれる。なお、この隙間は、ハウジング Hや外 輪 3などを隙間嵌にすることにより形成されている。そして、この隙間を潤滑油で満た すことにより、スリーブ 6及び外輪 3の外周面とハウジング Hの内周面との間に全周に 亙って油膜 (オイルフィルム）が形成され、ハウジング Hやアンギユラ軸受 A, Aを冷却 することができる。また、回転軸 31の回転に基づく振動を減衰するオイルフィルムダ ンパが構成されている。そして、隙間に送り込まれた潤滑油の一部は、油孔 14を通り 、内輪 2の外周面に向けて噴出し、アンギユラ軸受 A, Aを冷却及び潤滑 (オイルジェ ット潤滑)する。
[0028] また、スリーブ 6の成形素材に榭脂を使用することで、複雑な形状でも安価に製作 できる。特にスリーブ 6と外輪 3と合わせた状態で一体的に構成した場合には、ターボ チャージャ軸受装置 1を組み立てる際の構成部材の数量が減るので、組み立て工数 をより減少させることができる。また、スリーブ 6が、低コストかつ低温仕様とされる場合 には榭脂を使用し、その一方で、良好な精度、高温仕様とされる場合には金属を使 用する。また、スリーブ 6には段差部 16が形成されているので、段差部 16間の幅 P2 + P2だけ予圧を付与するばね 7の寸法が長くなる。これにより、ばね定数が小さくな り、適正な予圧をアンギユラ軸受 Aに付与することができる。
[0029] 図 4は、本発明の第二実施形態に力かるターボチャージャ軸受装置 1を示している 。本実施形態のターボチャージャ軸受装置 1が第一実施形態の場合と異なる点は、 グリース潤滑とされているために油孔 14が廃止され、スリーブ 6の内周面と内輪 2の 外周面との間にラビリンスシール 20が構成されている点である。
本実施形態では、油孔 14が廃止されているとともに、スリーブ 6の内外周面がフラッ トに形成され、スリーブ 6の内周面が内輪 2の外周面に近接し、その間に 0. 5mm以 下の隙間 Sが形成されている。それとともに、外輪 3の側面でグリースをシールするた めのシール部材 21が備えられている。隙間 Sを 0. 5mm以下としたのは、 0. 5mmを 超える隙間 Sではラビリンスシール 20を構成することができな 、からである。これによ り、グリース潤滑の場合、左右のアンギユラ軸受 A, Aの内側にシール部材 21を設け る必要がないのでターボチャージャ軸受装置 1を安価に製作することができる。
[0030] なお、本発明は、前記した各実施の形態に限定されるものではない。例えば、スリ ーブ 6の形状や第一係合部 9、第二係合部 15、段差部 16の寸法を変更してもよぐ 内輪 2の内周面に形成された凹部 8を狭めることや区切るようにしてもよい。また、油 孔 14が、第一係合部 9と第二係合部 15とを結ぶ線上力も外れたところに形成されて いてもよい。

Claims

請求の範囲
[1] ターボチャージャの回転軸をノヽウジング内で回転自在に支持するターボチャージャ 用軸受装置であって、
前記回転軸の外周面に嵌合し、両端部近傍の外周面に内輪軌道が形成された実 質的に円筒状の内輪と、
前記回転軸の軸方向に互いに離して前記ハウジングに取り付けられ、内周面に前 記内輪軌道に対向する外輪軌道が形成された一対の外輪と、
前記内輪の各内輪軌道と、前記各外輪の外輪軌道との間に転動自在に配置され た複数の転動体と、
互いに隙間を設けつつ前記両外輪の間に配置され、前記回転軸の軸方向で互い に対向する一対のスリーブであって、外周面に前記ハウジング及び外輪に対する相 対回転を規制する係合部が形成されている一対のスリーブと、
この両スリーブの間に配置され、各スリーブを介して前記外輪を前記回転軸の軸方 向外方に付勢して軸受に予圧を付与するばねとを含むことを特徴とするターボチヤ ージャの軸受装置。
[2] 前記スリーブが、榭脂からなり、当該スリーブと前記外輪とが、一体的に構成されて
V、る請求項 1に記載のターボチャージャの軸受装置。
[3] 前記スリーブの前記回転軸の軸方向内側の端部内周側に、環状に切り欠かれた段 差部が形成されている請求項 1又は 2に記載のターボチャージャの軸受装置。
[4] 前記スリーブの内周面と前記内輪の外周面との間で、隙間が 0. 5mm以下のラビリ ンスシールが構成されている請求項 1一 3のいずれかに記載のターボチャージャの 軸受装置。
[5] 前記内輪の内周面に、軸方向の所要範囲で前記回転軸との間に隙間を構成する 凹部が形成されている請求項 1一 4のいずれかに記載のターボチャージャの軸受装 置。
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