JP2014043920A

JP2014043920A - ターボチャージャー用転がり軸受装置

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Publication number: JP2014043920A
Application number: JP2012187488A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iwata; 孝岩田; Chiaki Saito; 千晃齋藤; Yoshitaka Waseda; 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: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: JP6079058B2

Abstract

【課題】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。
【解決手段】第１の転がり軸受２０は、軸受内部空間７に配置される転動体２３を保持する円筒状の保持器２４を有し、軸受ハウジング１０の一端部に配置され、軸受内部空間７の開口部の一部を塞ぐ円板状のシール部材６をさらに備え、シール部材６は、外輪２２の軸方向外側端面及び軸受ハウジング１０の一端部内周面に固定される固定部６ａと、固定部６ａから軸受の軸線５０に向かって延在する円板部６ｂとを有し、シール部材６の内径Ａは、保持器２４の外径Ｂ以上に設定される。
【選択図】図２

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４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は、潤滑油が満たされ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、前記転がり軸受は、前記軸受内部空間に配置される転動体を保持する円筒状の保持器を有し、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の一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する円板部とを有し、前記シール部材の内径は、前記保持器の外径以上に設定され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、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、保持器の外径とシール部材との間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、前記シール部材は、外径から内径に向かうにしたがって軸方向の外方となるように傾斜し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、シール部材が傾斜しているので、軸受ハウジングの外径側からの潤滑油を軸方向に転がり軸受とは反対側へ導き、軸受内部空間への流入をさらに制限する。これにより、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さらに軽減することができる。

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。

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。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。図２の要部拡大図である。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。

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の一部を塞いでいる。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。円板部６ｂは、外径から内径に向かうにしたがって軸方向の外方となるように傾斜して形成される。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。軸受ハウジング１０に嵌合されたシール部材６の内径Ａは、第１の転がり軸受２０の保持器２４の外径Ｂ以上に設定されている。

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１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、第１の転がり軸受２０の開口部から軸受内部空間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、油路２５からの潤滑油は、シール部材６が傾斜しているので、軸方向に第１の転がり軸受２０とは反対側へ導き、軸受内部空間７への流入がさらに制限されるので、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さらに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、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、保持器２４の外径とシール部材６との間から図３に示す矢印Ｃの方向に排出されるので、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。

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１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、シール部材６の円板部６ｂが外径から内径に向かうにしたがって軸方向の外方となるように傾斜して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の側面が外輪２２の軸方向外側端面に当接して軸線５０に直交する構成に適用しても良い。

また、本実施形態では、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、本実施形態では、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、７，８：軸受内部空間、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：排油路、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、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は、潤滑油が満たされ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、
前記転がり軸受は、前記軸受内部空間に配置される転動体を保持する円筒状の保持器を有し、
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の一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する円板部とを有し、
前記シール部材の内径は、前記保持器の外径以上に設定され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。
前記シール部材は、外径から内径に向かうにしたがって軸方向の外方となるように傾斜して形成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。