特許第6048195号(P6048195)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6048195
(24)【登録日】2016年12月2日
(45)【発行日】2016年12月21日
(54)【発明の名称】ターボチャージャ用軸受装置
(51)【国際特許分類】
   F02B 39/00 20060101AFI20161212BHJP
   F16C 19/16 20060101ALI20161212BHJP
   F16C 19/54 20060101ALI20161212BHJP
   F16C 33/66 20060101ALI20161212BHJP
   F02B 39/14 20060101ALI20161212BHJP
【FI】
   F02B39/00 J
   F16C19/16
   F16C19/54
   F16C33/66 Z
   F02B39/14 B
   F02B39/00 C
【請求項の数】2
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2013-28137(P2013-28137)
(22)【出願日】2013年2月15日
(65)【公開番号】特開2014-156822(P2014-156822A)
(43)【公開日】2014年8月28日
【審査請求日】2016年1月19日
(73)【特許権者】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】110000280
【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 千晃
【審査官】 津田 健嗣
(56)【参考文献】
【文献】 特開2010−133266(JP,A)
【文献】 実開昭61−47434(JP,U)
【文献】 実開昭62−35195(JP,U)
【文献】 実開平2−31354(JP,U)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02B 39/00
F02B 39/14
F16C 19/16
F16C 19/54
F16C 33/66
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケーシング内に設けられ水平な軸方向の中央下部にエンジンオイルの排出孔が形成されている円筒形状の外輪ハウジングと、
前記外輪ハウジングの軸方向両側部それぞれに取り付けられ、外輪、内輪及び転動体を備え前記外輪ハウジングの径方向内側にある回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、
前記内輪の相互間に介在し、前記内輪の相互間の間隔を保持する円筒状の内輪間座と、
前記外輪の相互間に介在し、前記外輪の相互間の間隔を保持する円筒状の外輪間座と、
を有し、
前記ケーシングの内周面と前記外輪ハウジングの外周面との間に供給されたエンジンオイルが、前記外輪ハウジングの軸方向の端面と前記ケーシング内の側壁面との間を経て前記転がり軸受内に供給され、前記転がり軸受を通過したエンジンオイルが、前記内輪間座と外輪間座との間の環状空間から前記排出孔を通じて排出されるターボチャージャ軸受装置であって、
前記外輪間座の内径が前記外輪の内径に比べて大きく、かつ、前記外輪間座の中心軸が前記外輪の中心軸に対して下方に偏心していることを特徴とするターボチャージャ用軸受装置。
【請求項2】
前記外輪ハウジングの内周面に、前記排出孔に向かうにしたがって下方へ傾斜するテーパ面を設けている請求項1記載のターボチャージャ用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ターボチャージャに用いられる軸受装置に関する。
【背景技術】
【0002】
高速回転する回転軸をケーシング内で支持するターボチャージャ用の軸受装置として、図4に示すように、ケーシング90内に設けられている円筒形状の外輪ハウジング91と、この外輪ハウジング91の軸方向両側部それぞれに取り付けられている転がり軸受92とを備え、これら転がり軸受92が、外輪ハウジング91の径方向内側にある回転軸99を回転自在に支持するものがある(特許文献1参照)。
【0003】
図4に示すターボチャージャでは、ケーシング90に給油孔96が設けられており、この給油孔96から外輪ハウジング91の外周面91aへとエンジンオイルの一部が供給される。このエンジンオイルにより、ケーシング90の内周面90aと外輪ハウジング91の外周面91aとの間に油膜(オイルフィルム)が形成され、軸受装置97の振動がケーシング90に伝わりにくくすることが可能となる。
【0004】
また、ケーシング90の内周面90aと外輪ハウジング91の外周面91aとの間に供給されたエンジンオイルは、図4の矢印で示すように、外輪ハウジング91の軸方向の端面98とケーシング90内の側壁面90bとの間を経て転がり軸受92内に供給され、このエンジンオイルにより転がり軸受92を潤滑すると共に冷却することが可能となる。
【0005】
回転軸99の外周側には、転がり軸受92の内輪92aの相互の間隔を保持するための内輪間座99aが取り付けられており、外輪ハウジング91の内周側には、外輪92bの相互の間隔を保持するための外輪間座91bが設けられている。そして、内輪間座99aと外輪間座91bの間には環状空間100が形成されている。ターボチャージャに使用される軸受装置は、径方向の寸法的な制約が大きく、例えば、外輪ハウジング91の直径は20mm程度であり、環状空間100の径方向の最小寸法は、1〜1.5mm程度と非常に狭いものとなっている。また、外輪ハウジング91の軸方向の中央下部にはエンジンオイルの排出孔89が形成されている。なお、内輪92aの環状空間100側端部の内径と内輪間座99aの内径とは、ほぼ等しくなっており、外輪92bの環状空間100側端部の内径と外輪間座91bの内径とは、ほぼ等しくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2010−133266号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
前記のとおり、ターボチャージャのケーシング90側から供給されたエンジンオイルは、転がり軸受92を潤滑すると共に冷却するためにも機能するが、この潤滑及び冷却に要する量を超えるエンジンオイルが、転がり軸受92内に供給された場合、この転がり軸受92を通過したエンジンオイルが、上述の如く、幅の狭い環状空間100で滞留し、高速で回転する転がり軸受92内におけるエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなる。この結果、軸受トルクが増大し、ターボチャージャとしての機能を十分に発揮させることができなくなるおそれがある。
【0008】
なお、軸方向両側の転がり軸受92間に形成されている環状空間100の過剰なエンジンオイルを、排出孔89を通じて軸受装置97外へ排出可能であるが、エンジンオイルの供給量に比べて排出量が十分でない場合、環状空間100でエンジンオイルが滞留してしまい、転がり軸受92内におけるエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなる。
【0009】
そこで、本発明は、環状空間にエンジンオイルが滞留して転がり軸受におけるエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなることに起因して軸受トルクが増大するのを抑制できる軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成する本発明は、ケーシング内に設けられ水平な軸方向の中央下部にエンジンオイルの排出孔が形成されている円筒形状の外輪ハウジングと、前記外輪ハウジングの軸方向両側部それぞれに取り付けられ、外輪、内輪及び転動体を備え前記外輪ハウジングの径方向内側にある回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、前記内輪の相互間に介在し、前記内輪の相互間の間隔を保持する円筒状の内輪間座と、前記外輪の相互間に介在し、前記外輪の相互間の間隔を保持する円筒状の外輪間座と、を有し、前記ケーシングの内周面と前記外輪ハウジングの外周面との間に供給されたエンジンオイルが、前記外輪ハウジングの軸方向の端面と前記ケーシング内の側壁面との間を経て前記転がり軸受内に供給され、前記転がり軸受を通過したエンジンオイルが、前記内輪間座と外輪間座との間の環状空間から前記排出孔を通じて排出されるターボチャージャ軸受装置であって、前記外輪間座の内径が前記外輪の内径に比べて大きく、かつ、前記外輪間座の中心軸が前記外輪の中心軸に対して下方に偏心していることを特徴とする。
【0011】
本発明のターボチャージャ用軸受装置は、外輪間座の内径が外輪の内径に比べて大きく、かつ、外輪間座の中心軸が外輪の中心軸に対して下方に偏心している構成である。このため、外輪間座の内径と外輪の内径がほぼ等しく、これらの中心軸が一致している従来の軸受装置に比べて、外輪ハウジングと内輪間座との間に形成されている環状空間の径方向の最小寸法を、外輪ハウジング及び回転軸の下方部分において広くとることができる。これにより、外輪ハウジングに設けられている排出孔からエンジンオイルを充分に排出することができ、前記環状空間にエンジンオイルが滞留することに起因して転がり軸受内のエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのを抑制することができる。したがって、軸受トルクが増大するのを抑制することができる。
【0012】
また、前記ターボチャージャ用軸受装置は、前記外輪ハウジングの内周面に、前記排出孔に向かうにしたがって下方へ傾斜するテーパ面を設けていることが好ましい。この場合、テーパ面に沿ってエンジンオイルが排出孔に流れ込みやすくなり、エンジンオイル排出性が向上する。その結果、転がり軸受内のエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのをより効果的に抑制することができ、軸受トルクが増大するのをより効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明の軸受装置によれば、環状空間にエンジンオイルが滞留することに起因して転がり軸受内におけるエンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのを抑制することができるので、軸受トルクが増大するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の軸受装置が組み込まれているターボチャージャの拡大縦断面図である。
図2】軸受装置の拡大縦断面図である。
図3】外輪間座と外輪の内径及び中心軸の関係を示す説明図である。
図4】従来の軸受装置の拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明のターボチャージャ用軸受装置1(以下、単に軸受装置1という)が組み込まれているターボチャージャTの縦断面図である。このターボチャージャTは、自動車用のものであって、ケーシング2と、このケーシング2内で高速回転する回転軸3とを備えている。回転軸3は、中心軸Lを水平方向に向けた状態で配置されており、その軸方向の一方側(図1の右側)の端部にはタービン53が、他方側(図1の左側)の端部にはインペラ54がそれぞれ取り付けられている。
【0016】
ケーシング2の軸方向一方側には排気流路51が設けられており、軸方向他方側には給気流路55が設けられている。排気流路51を流れる排気ガスによりタービン53が回転することで回転軸3は高速回転し、この回転軸3の回転力によってインペラ54は給気流路55内で回転する。そして、給気流路55の開口部から吸引された空気がインペラ54により圧縮され、この圧縮された空気が、ガソリンや軽エンジンオイル等の燃料と共に、図示しないエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。
【0017】
このようなターボチャージャTの回転軸3は、数万〜十数万(回/分)もの高速で回転し、しかも、エンジンの運転状況(回転数)に応じて回転速度が頻繁に変化することから、回転軸3の回転損失をできるだけ低減するのが好ましい。そこで、ケーシング2内に設けられている軸受装置1で回転軸3を支持することにより、回転軸3の回転抵抗を小さくしている。
【0018】
図2は軸受装置1の縦断面図である。この軸受装置1は、ケーシング2内に設けられ円筒形状である外輪ハウジング10と、この外輪ハウジング10の軸方向両側に取り付けられた一対の転がり軸受20とを備えている。これら転がり軸受20により、外輪ハウジング10の内部を挿通している回転軸3が回転自在に支持される。
【0019】
軸受装置1は、ケーシング2の中央部に設けられた収容室4に収容されている。この収容室4は、ケーシング2の内周面5と、この内周面5の軸方向両側からそれぞれ径方向内側に延びる円環状の側壁面6とによって区画される領域である。収容室4の内周面5は、回転軸3と同芯の円周面に形成されている。
【0020】
また、ケーシング2には、収容室4の内周面5において開口する給油孔7及び排油孔8が形成されている。給油孔7は、ケーシング2の上部の二箇所に形成されており、この給油孔7を通じて、エンジンオイルが外輪ハウジング10の外周面16とケーシング2の内周面5との間に供給される。排油孔8は、ケーシング2の下部の軸方向中央部に形成されており、収容室4内に設けられている軸受装置1を通過したエンジンオイルを、この排油孔8を通じて外部へと排出する。
【0021】
外輪ハウジング10は、軸方向両側の軸受保持部11及びその間の本体部19を含み、これらが一体として構成されている円筒形状の部材である。そして、外輪ハウジング10の軸方向の中央下部に、エンジンオイルの排出孔15が形成されている。排出孔15は、ケーシング2の排油孔8と連続する配置となる。
なお、外輪ハウジング10は、ケーシング2内において、図示しない止定手段によって周方向の回転が制限されている。
【0022】
また、外輪ハウジング10の軸方向両側の端面17は、収容室4を区画する前記側壁面6に、隙間を有して対向している。なお、外輪ハウジング10の軸方向の端面17と、ケーシング2の側壁面6との間には微小の隙間が形成されるが、図2では、説明を容易とするためにこの隙間を大きくして表現している。
【0023】
本実施形態において各転がり軸受20はアンギュラ玉軸受である。転がり軸受20それぞれは、外輪22、内輪23、転動体としての複数の玉24、及び各玉24を一定間隔毎に保持する保持器28を有している。玉24はセラミック製である。
外輪22は、外輪ハウジング10の軸方向両側に設けられた短筒状の軸受保持部11の内周面31に内嵌しており、内輪23は回転軸3に外嵌している。
【0024】
外輪ハウジング10の本体部19の内周側には、円筒形状の外輪間座13が一体形成されている。図2においては、左右の軸受保持部11の内周面31どうしを結ぶ仮想面Cよりも径方向内側に位置する部分が、外輪間座13として構成されている。この外輪間座13の軸方向の両端部33は、中央部に対して縮径されており、その軸方向外側の両端面35が外輪22の軸方向内側の端面27に当接している。この外輪間座13により左右の外輪22の相互の間隔が保持されている。
【0025】
また、一対の内輪23の相互間には、円筒体からなる内輪間座9を介在しており、この内輪間座9内を回転軸3が挿通している。内輪間座9の両端面は内輪23の軸方向内側の端面に当接しており、この内輪間座9により左右の内輪23の相互間の間隔が保持されている。
この様にして、外輪間座13及び内輪間座9により、転がり軸受20相互間の間隔が保持される。また、外輪ハウジング10と内輪間座9との間には、環状空間50が形成されている。
【0026】
そして、本実施形態では、前記給油孔7から供給されたエンジンオイルにより、ケーシング2の内周面5と外輪ハウジング10の外周面16との間に油膜(オイルフィルム)が形成され、軸受装置1の振動がケーシング2に伝わりにくくなっている。
これら内周面5と外周面16との間に供給されたエンジンオイルは、軸方向両側それぞれにおいて、外輪ハウジング10の軸方向の端面17とケーシング2内の側壁面6との間を経て、転がり軸受20内に供給される。つまり、エンジンオイルは、外輪22と内輪23との間の環状の軸受空間Qに供給される。そして、転がり軸受20それぞれを通過したエンジンオイル(軸受空間Qを通過したエンジンオイル)は、前記環状空間50を流れ、さらに、この環状空間50から排出孔15及び排油孔8を通じて外部へ排出される。
【0027】
図3は、外輪間座13の両端部33の内径13Rと外輪22の内周面26の内径22Rとの関係、及び外輪間座13の中心軸13Aと外輪22の中心軸22Aとの位置関係を示す説明図である。図3に示すように、外輪間座13の内径13Rは、外輪22の内径22Rよりも大きくなるように設定されている。また、外輪間座13の中心軸13Aは、外輪22の中心軸22A、つまり回転軸3の中心軸Lに対して下方に偏心している。この偏心量Xは、外輪間座13の前記内径13Rと外輪22の前記内径22Rとの差のほぼ半分に設定されている。
【0028】
軸受装置1の最上部においては、外輪間座13の両端部33の内周面と外輪22の内周面26とは、ほぼ面一となっている。そして、軸受装置1の上部から下部へ周方向に沿って向かうにしたがって、外輪間座13の端面35と外輪22の端面27との接触面積が漸次減少し、軸受装置1の最下部においてこの接触面積が最小となっている。なお、軸受装置1の最下部において外輪間座13の両端部33の内周面は、外輪22の内周面26より、上記内径差分だけ低い位置となっている。
【0029】
例えば、外輪間座と外輪の内径及び中心軸が一致しており、外輪ハウジングの直径が20.5mmの従来の軸受装置では、内輪間座と外輪間座との間の径方向の寸法が全周に亘って1.35mmと非常に狭いものであった。
しかし、前記実施形態に係る軸受装置1によれば、その最下部において当該寸法を最大2.50mm程度確保できる。
【0030】
外輪間座13の軸方向中央の内周面34と外輪間座13の両端面33とは軸方向中央に向かうにしたがって内径が大きくなるテーパ面36で連続させてある。
そして、図2に示すように、外輪ハウジング10の中央の内周面34の直下において排出孔15が開口している。排出孔15は断面円形であり、その開口(取り入れ口)における直径と中央の内周面34の軸方向寸法とは同じである。上述のテーパ面36は、当該排出孔15の周辺においては排出孔15に向かうにしたがって下方へ傾斜している。
【0031】
上述の本実施形態に係る軸受装置1によれば、外輪間座13の内径13Rが外輪22の内径22Rに比べて大きく、かつ、外輪間座13の中心軸13Aが外輪22の中心軸22Aに対して下方に偏心している構成である。このため、外輪間座の内径と外輪の内径がほぼ等しく、これらの中心軸が一致している従来の軸受装置に比べて、外輪ハウジング10と回転軸3との間に形成されている環状空間50の径方向の最小寸法を、外輪ハウジング10及び回転軸3の下方部分において広くとることができる。これにより、外輪ハウジング10に設けられている排出孔15からエンジンオイルを充分に排出することができ、外輪ハウジング10と回転軸3との間の環状空間50にエンジンオイルが滞留することに起因して、エンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのを抑制できる。この結果、軸受トルクが増大するのを抑制することができる。
【0032】
なお、前記実施形態に係る軸受装置1においては、その上側部分において外輪間座13と外輪22の端面との当接面積が充分に確保される。このため、外輪22相互間の軸方向の間隔を保持するという外輪間座13の機能を損なうことなく、上記効果を奏することができる。
また、前記実施形態に係る軸受装置1は、外輪間座13自体を偏心形状に形成する必要がないため、外輪間座13を容易に製造するとこができる。
【0033】
また、外輪ハウジング10の内周面12に、排出孔15に向かうにしたがって下方へ傾斜するテーパ面36を設けているため、テーパ面36に沿ってエンジンオイルが排出孔15に流れ込みやすくなり、エンジンオイル排出性が向上する。その結果、エンジンオイルの撹拌抵抗が大きくなるのを更に効果的に抑制することができ、軸受トルクが増大するのをより効果的に抑制することができる。
【0034】
なお、上述の実施形態では、外輪ハウジング10と外輪間座13とが一体形成されていたが、外輪ハウジング10と外輪間座13とは別体であってもよい。
また、軸受装置1の最上部において、外輪25の内周面26と外輪間座13の両端部33の内周面とは、必ずしも面一でなくてもよく、一対の外輪25の相互の間隔を保持するのに必要な両者の端面の接触面積を確保することができる限りにおいて、外輪間座13の両端部33の内周面を、外輪25の内周面26よりも径方向外方に配置してもよい。
【符号の説明】
【0035】
1:軸受装置(ターボチャージャ用軸受装置)、2:ケーシング、3:回転軸、5:ケーシングの内周面、6:ケーシング内の側壁面、9:内輪間座、10:外輪ハウジング、11:軸受保持部、12:外輪ハウジングの内周面、13:外輪間座、13A:外輪間座の中心軸、13R:外輪間座の内径、15:排出孔、16:外輪ハウジングの外周面、17:外輪ハウジングの軸方向の端面、20:転がり軸受、22:外輪、22A:外輪の中心軸、22R:外輪の内径、23:内輪、24:玉(転動体)、27:外輪の端面、35:軸方向の両端面、36:テーパ面、50:環状空間
図1
図2
図3
図4