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JP5333602B2 - 軸受装置 - Google Patents

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JP5333602B2 JP2011540354A JP2011540354A JP5333602B2 JP 5333602 B2 JP5333602 B2 JP 5333602B2 JP 2011540354 A JP2011540354 A JP 2011540354A JP 2011540354 A JP2011540354 A JP 2011540354A JP 5333602 B2 JP5333602 B2 JP 5333602B2
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Description

本発明は、ベアリングハウジング内でロータ軸を支持するベアリング部を備えた軸受装置に関する。特にベアリング部を外周から内周に亘って貫通した油孔を有する軸受装置に関する。
この種の軸受装置を備えるターボチャージャの一例を図７に示す。図７では、タービン軸１０１の一端部にタービンブレード１０２が回転一体に設けられ、タービン軸１０１の他端部にコンプレッサのインペラ１０３が回転一体に設けられている。
タービン軸１０１は、ベアリングハウジング１０８内で、ベアリングホルダ１０７とボールベアリング１０５とからなるベアリング部によって回転自在に支持されている。ボールベアリング１０５，１０５は、ベアリングホルダ１０７の両端部内に嵌め込まれている。
ベアリングホルダ１０７は、略円筒形状をしており、ベアリングハウジング１０８内に所定の径方向隙間を確保して嵌め込まれている。ベアリングホルダ１０７の外周１０７１には、周方向に２つの溝部１０７３，１０７４が形成されており、これらの溝部１０７３，１０７４とベアリングハウジング１０８内のベアリングホルダ支持面１０８１とで環状油路が形成されている。
タービンブレード１０２側の溝部１０７４には、ベアリングホルダ１０７の内周に通じる潤滑油噴出孔（所謂オイルジェット）１０８５が形成されており、溝部１０７４内の潤滑油はこの潤滑油噴出孔１０８５を通じて、タービンブレード１０２側から熱影響を受け易い図中右側のボールベアリング１０５に向かって噴出され、このボールベアリング１０５を冷却するようになっている。
特許文献１〜３には、既述の潤滑油噴出孔を有する軸受装置を備えるターボチャージャが開示されている。
なお、特許文献４には、潤滑油噴出孔の記載はないが、潤滑油路の途中に円柱状空間からなる異物溜りが設けられ、この異物溜まりにより潤滑油中の異物を除去する技術が開示されている。
実開平２−７２３２９号公報 実開平６−１７３７号公報 特開２００８−５０４４８４号公報 実開平５−１４５２７号公報
ところで、軸受部を潤滑・冷却するための潤滑油には、加工時のバリや鋳砂等の異物が混入していることがある。この場合、ベアリング部を外周から内周に亘って貫通した油孔、例えば既述の潤滑油噴出孔（オイルジェット）、が潤滑油に混入した異物によって閉塞する可能性がある。潤滑油噴出孔が閉塞すると、ボールベアリングの温度が上昇し、ボールベアリング内で適切な油膜を維持できなくなるおそれがある。
また、ベアリング部がフローティングベアリング（セミフローティングベアリング又はフルフローティングベアリング）である場合は、上記油孔は、フローティングベアリングを外周から内周に亘って貫通し、ベアリングハウジング側から供給される潤滑油をタービン軸側へ供給する油路となる。この場合、上記油孔が閉塞すると、タービン軸とフローティングベアリングとの間で適切な油膜を維持できないおそれがある。
もちろん、専らターボチャージャのために目の細かいオイルフィルタを設置すれば、上記油孔が異物によって閉塞する可能性を低減することができる。しかし、そうすれば、部品点数が増加して、オイルフィルタを含めた装置の体格が大きくなってしまうなどの別の問題が生じる。
本発明は、かかる問題点に鑑みて創案されたものであり、オイルフィルタ等の別部品を設けることなく、ベアリング部を外周から内周に亘って貫通する油孔がオイル内に混入した異物によって閉塞される可能性を低減することができる軸受装置を提供することを目的とする。
本発明の軸受装置は、上記課題を解決するために、以下のように構成されている。
すなわち、本発明の軸受装置は、ベアリングハウジング内でロータ軸を支持するベアリング部と、前記ベアリングハウジングと前記ベアリング部との間で周方向に形成された環状油路と、前記ベアリング部の外周から内周に亘って貫通し、前記環状油路からオイルが供給されるように配設された油孔と、を備えるものを前提とし、前記環状油路と前記油孔との間に、前記ベアリング部と前記ベアリングハウジングとの隙間からなる異物規制隙間が形成されており、この異物規制隙間の径方向隙間の最大値が、前記油孔の内径の最小値より小さくなっていることを特徴とするものである。また、前記ベアリング部は、前記ベアリングハウジングとの間でオイルフィルムダンパを形成しながら同ベアリングハウジング内でロータ軸を支持するものである。また、前記油孔の流路面積と、前記異物規制隙間の下流側でオイルフィルムダンパを形成するオイルフィルムダンパ形成隙間の流路面積との和が、前記異物規制隙間の流路面積より小さい。
かかる構成を備える軸受装置によれば、異物規制隙間の径方向隙間の最大値が、油孔の内径の最小値より小さくなっていることから、異物規制隙間を通過できる異物は、油孔を通過する可能性が高くなる。これにより、油孔がオイルに混入している異物によって閉塞される可能性が低減する。また、専らこの軸受装置のためのオイルフィルタを設置することなく、上記油孔がオイルに混入している異物によって閉塞する可能性を低減できることから、オイルフィルタ設置による供給油量・油圧の低下を懸念することなく、オイルフィルムダンパを形成するために必要な油量・油圧を確保することができる。また、軸受装置に供給するオイルの油量・油圧を増加させなくても、油孔から吐出するオイルの必要油量や、上記オイルフィルムダンパ形成隙間に供給されるオイルの必要油量を容易に確保することができる。
前記ベアリング部は、例えば、前記ベアリングハウジング内に内嵌され、同ベアリングハウジングとの間でオイルフィルムダンパを形成するベアリングホルダと、このベアリングホルダ内でタービン軸を支持するボールベアリングとからなり、前記環状油路は、前記ベアリングハウジングと前記ベアリングホルダとの間で周方向に形成されており、前記油孔は、前記ベアリングホルダを外周から内周に亘って貫通し、前記環状油路から前記異物規制隙間を介してオイルが供給されるように配設され、前記ボールベアリング又は前記ボールベアリングの近傍に向かってオイルを噴出するオイル噴出孔である。
前記ベアリング部は、例えば、前記ベアリングハウジング内に軸線回りに回転不能に内嵌されたセミフローティングベアリングである。
前記ベアリング部は、例えば、前記ベアリングハウジング内に軸線回りに回転自在に内嵌されたフルフローティングベアリングである。
前記ベアリングハウジングには、前記環状油路内の異物を回収するために、同環状油路に連通する貫通孔が形成されていることが好ましい。
かかる構成を備える軸受装置によれば、異物規制隙間を通過することができなかったオイル中の異物は、上記環状油路から上記貫通孔に回収されてベアリングハウジングから排出される。これにより、異物が環状油路内に残存して異物規制隙間に噛み込む可能性を低減できる。
また、前記ベアリングハウジングには、前記環状油路内の異物を回収するために、同環状油路に連通する凹部が形成されていることが好ましい。
かかる構成を備える軸受装置によれば、異物規制隙間を通過することができなかったオイル中の異物は、環状油路から上記凹部に回収される。これにより、異物が環状油路内に残存して異物規制隙間に噛み込む可能性を低減できる。また、異物回収のために、貫通孔ではなく、凹部を採用したことにより、環状油路内での油圧低下が抑制される。これにより、オイルフィルムダンパ形成隙間での油圧を維持し易くなり、良好なオイルフィルムダンパを形成し易くなる。
また、前記ベアリングハウジングには、前記環状油路内の異物を回収するために、同環状油路の最下位置に連通する貫通孔が形成されていることが更に好ましい。
かかる構成を備える軸受装置によれば、異物規制隙間を通過することができなかったオイル中の異物、特にオイルに対して沈殿し易い異物は、環状油路の最下位置まで落下して上記貫通孔に回収されベアリングハウジングから排出される。これにより、異物が環状油路内に残存して異物規制隙間に噛み込む可能性を更に低減できる。
また、前記ベアリングハウジングには、前記環状油路内の異物を回収するために、同環状油路の最下位置に連通する凹部が形成されていることが更に好ましい。
かかる構成を備える軸受装置によれば、異物規制隙間を通過することができなかったオイル中の異物、特にオイルに対して沈殿し易い異物は、環状油路の最下位置まで落下して上記凹部に回収される。これにより、異物が環状油路内に残存して異物規制隙間に噛み込む可能性を更に低減できる。また、異物回収のために、貫通孔ではなく、凹部を採用したことにより、環状油路内での油圧低下が抑制される。これにより、オイルフィルムダンパ形成隙間での油圧を維持し易くなり、良好なオイルフィルムダンパを形成し易くなる。
本発明によれば、オイルフィルタ等の別部品を設けることなく、ベアリング部を外周から内周に亘って貫通する油孔がオイル内に混入した異物によって閉塞される可能性を低減することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る軸受装置を備えるターボチャージャの要部断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る軸受装置の断面図である。但し、ベアリングホルダは断面図示していない。 本発明の第１の実施の形態に係る軸受装置の断面図である。但し、ベアリングホルダは断面図示していない。異物回収部の変形例を説明する図でもある。 本発明の第２の実施の形態に係る軸受装置を備えるターボチャージャの要部断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る軸受装置を備えるターボチャージャの要部断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る軸受装置を備えるターボチャージャの要部断面図である。 従来例に係る軸受装置を備えるターボチャージャの要部断面図である。
［第１の実施形態］
−ターボチャージャの構成−
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の軸受装置を含むターボチャージャの断面図である。図２は図１の要部拡大図である。
図１に示すように、タービン軸１（ロータ軸）の一端部には、タービンブレード２が回転一体に設けられ、タービン軸１の他端部には、コンプレッサのインペラ３が回転一体に設けられている。タービンブレード２は、タービンハウジング内の排気ガス流路に設置されており、排気ガス流路を流れる排気ガスによって回転される。インペラ３は、コンプレッサハウジング（不図示）内の新気流路に設置されている。インペラ３は、タービン軸１を介して伝達されるタービンブレード２の回転トルクによって回転され、新気を加圧しながら図示しない吸気サージタンクへ送り込む。
タービン軸１は、ベアリングハウジング８内で、ベアリングホルダ７および一対のボールベアリング５，５からなるベアリング部によって回転自在に支持されている。
上記ボールベアリング５，５は、回転軸に対して垂直な方向への荷重を支えるラジアル軸受であり、後述するベアリングホルダ７の両端部内に嵌め込まれている。なお、符号１１は、ボールベアリング５，５の内輪５１，５１間においてタービン軸１の外周に外嵌されたスリーブ１１であり、ボールベアリング５，５の内輪５１，５１間の距離を維持するために設けられている。
ベアリングホルダ７は、略円筒形状をしており、ベアリングハウジング８内に、回転不能に嵌め込まれている。すなわち、ベアリングホルダ７は、その円筒軸線回りに回転しないように、ベアリングハウジング８に対してピン６にて固定されている。但し、オイルフィルムダンパを形成するために、ベアリングホルダ７とベアリングハウジング８との間には所定の隙間が確保されており、この隙間の範囲内で径方向への移動が可能となっている。
また、図２に示すように、ベアリングホルダ７の外周７１には、周方向に沿って第１溝部７２、第２溝部７３および第３溝部７４が互いに間隔をおいて平行に形成されている。これらの溝部７２〜７４とベアリングハウジング８内に形成された、円筒状のベアリングホルダ支持面８９との間で環状油路が形成される。
第１溝部７２および第２溝部７３がベアリングホルダ支持面８９との間に形成する各環状油路には、後述する潤滑油供給路８１の分岐路８２，８２が連通しており、この分岐路８２，８２から潤滑油が供給される。これら第１溝部７２および第２溝部７３に供給された潤滑油は、タービン軸１の軸線方向両側に流れ出し、ベアリングホルダ７の外周７１とベアリングハウジング８のベアリングホルダ支持面８９との間に形成される略円環状の隙間空間９に供給される。隙間空間９に供給された潤滑油は、ベアリングホルダ７とベアリングハウジング８との間で振動を減衰するオイルフィルムダンパを形成する。
また、第１溝部７２および第２溝部７３からタービン軸１の軸線方向両側に供給される潤滑油は、第３溝部７４、ベアリングホルダ７の両端面７５，７５とその対向壁との隙間（不図示）、両ボールベアリング５，５、タービン軸１などにも供給される。
第３溝部７４は、既述の溝部７２〜７４の中で最もタービンブレード２側に設けられており、この第３溝部７４からベアリングホルダ７の内周７９に通じる潤滑油噴出孔（所謂オイルジェット）７６が形成されている。
上記潤滑油噴出孔７６は、ボールベアリング５又はボールベアリング５の近傍に向かって潤滑油を噴出し、ボールベアリング５を冷却するために設けられている。なお、図１において、潤滑油噴出孔７６は、ベアリングホルダ７の内周側の方が小径となった大小２段の異径孔となっている。
符号７８１は、ベアリングホルダ７の下部に形成され、ベアリングホルダの内周７９と外周７１を連通する潤滑油の排出口である。この排出口７８１は、ベアリングホルダ７内に流れ込んだ潤滑油を下方に排出するために設けられている。
ベアリングハウジング８は、タービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に連結されている。このベアリングハウジング８には、潤滑油を供給する油路である潤滑油供給路８１が形成されている。この潤滑油供給路８１は、下流側で２箇所に分岐しており、ベアリングホルダ７の第１溝部７２および第２溝部７３がベアリングホルダ支持面８９との間に形成する各環状油路に連通（後述する異物規制隙間、オイルフィルムダンパ形成隙間を介在することなく直接的に連通）している。
また、ベアリングハウジング８のベアリングホルダ支持面８９には、ベアリングホルダ７の第２溝部７３がベアリングホルダ支持面８９との間に形成する環状油路の最下位置に連通する異物回収部８７が設けられている。なお、異物回収部８７は、後述する異物規制隙間、オイルフィルムダンパ形成隙間を介在することなく上記環状油路に直接的に連通している。この異物回収部８７は、ベアリングホルダ７の第２溝部７３から沈殿した異物を回収するために設けられている。図面に例示する異物回収部８７は、ベアリングハウジング８のベアリングホルダ支持面８９の最下位置に形成され、ベアリングハウジング８の周壁８９１を貫通した貫通孔である。この異物回収部８７は、大径孔部８７１と、これより小径で大径孔部８７１の下方に連続して設けられた小径孔部８７２とからなる。大径孔部８７１は、好ましくは、第２溝部７３の溝幅寸法と同寸法又はその寸法より若干大きい内径を有する。但し、大径孔部８７１は、排出口７８１、第３溝部７４に連通しないものとすることが好ましい。また、小径孔部８７２の寸法については、良好なオイルフィルムダンパを形成するために、その開口面積はできるだけ小さい方が好ましい。なお、異物回収部８７は、環状油路に対して最下位置以外の位置で連通したものであってもよい。
符号８４は、上記排出口７８１に連続するように、ベアリングハウジング８の周壁８９１の最下位置に形成された潤滑油の排出口である。この排出口８４も、ベアリングホルダ７内に流れ込んだ潤滑油を下方に排出するために設けられている。
符号８８は、ターボチャージャの排油口であり、上記排出口７８１，８４、その他の箇所から流れ出た潤滑油がこの排油口８８からターボチャージャの下方に排出される。
−ベアリングホルダの寸法−
つぎに、ベアリングホルダ７の寸法について図２を参照して説明する。ベアリングホルダ７の外周７１は、ベアリングハウジング８のベアリングホルダ支持面８９との間にオイルフィルムダンパを形成する隙間（以下「オイルフィルムダンパ形成隙間」ともいう。）を確保するようにその直径φＤが設定されたオイルフィルムダンパ形成部７７と、既述の第１溝部７２〜第３溝部７４と、後述する異物規制隙間形成部７０とが形成されている。
オイルフィルムダンパ形成部７７は、第１溝部７２よりインペラ３側と、第１溝部７２と第２溝部７３との間と、第３溝部７４よりタービンブレード２側とに形成されている。オイルフィルムダンパ形成部７７の直径φＤはベアリングハウジング８のベアリングホルダ支持面８９に対して径方向隙間の最大値（ベアリングホルダ支持面８９の内径とオイルフィルムダンパ形成部７７の外径との差）がＣ2となるように設定されている。ここで、径方向隙間の最大値Ｃ2は、例えば０．１ｍｍ程度とすることができる。
異物規制隙間形成部７０は、ベアリングホルダ７の外周７１の第２溝部７３と第３溝部７４との間に形成されている。この異物規制隙間形成部７０は、ベアリングハウジング８のベアリングホルダ支持面８９との隙間で、一定サイズ以上の異物を通さない異物規制隙間９１を形成する。この異物規制隙間９１の径方向隙間の最大値をＣ1で表す。
ところで、既述の各寸法Ｃ1、Ｃ2、Ｄと潤滑油噴出孔７６の内径の最小値ｄとは、次式１を満たしている。
Ｃ2＋ｄ2／２Ｄ ＜ Ｃ1 ＜ ｄ・・・（１）
この式１より次式２
Ｃ2＋ｄ2／２Ｄ ＜ Ｃ1・・・（２）
を取り出し、両辺にπＤ／２を掛けると、
Ｃ2πＤ／２＋πｄ2／４ ＜ Ｃ1πＤ／２・・・（３）
となる。
このうち、Ｃ2πＤ／２は、オイルフィルムダンパ形成部７７とベアリングホルダ支持面８９との間を通る潤滑油の流路面積である。πｄ2／４は、潤滑油噴出孔７６の流路面積である。Ｃ1πＤ／２は、異物規制隙間９１を通る潤滑油の流路面積である。
また、異物回収部８７の小径孔部８７２の内径φＺは、次式４を満たす。
Ｚ ＞ Ｃ1・・・（４）
例えば上記数式１〜４の条件を満たす寸法として、Ｃ1＝０．２ｍｍ、Ｃ2＝０．１ｍｍ、ｄ＝０．６、Ｄ＝２１、Ｚ＝１．５が一例として挙げられる。
以上のように各部の寸法が設定されたベアリングホルダ７およびベアリングハウジング８を有するターボチャージャにおいては、給油孔８６から一定の圧力以上（オイルフィルムダンパを形成するのに必要な圧力以上）で潤滑油が吐出供給されると、その潤滑油は潤滑油供給路８１、分岐路８２，８２を通じて、先ず、第１溝部７２および第２溝部７３に供給される。そして、これらの第１溝部７２および第２溝部７３を介して、第３溝部７４、隙間空間９等に潤滑油が供給され、これにより、オイルフィルムダンパが形成され、潤滑油噴出孔７６から潤滑油が噴出する。
このとき、異物規制隙間９１の径方向隙間の最大値Ｃ1と潤滑油噴出孔７６の内径の最小値ｄとの関係は既述の式１より、
Ｃ1 ＜ ｄ・・・（５）
となるので、異物規制隙間９１を通過可能な異物は、潤滑油噴出孔７６を通過する可能性が高い。したがって、潤滑油噴出孔７６が潤滑油中の異物により閉塞される可能性が低減する。
また、異物規制隙間９１を通過することができなかった異物は、第２溝部７３の下方に落下して異物回収部８７に回収される。異物回収部８７に回収された異物は、さらに異物回収部８７の小径孔部８７２から下方へ排出される。このため、第２溝部７３の下部に異物が堆積することがなく、第２溝部７３内に異物が残存して異物規制隙間９１に噛み込む可能性を低減できる。
また、潤滑油供給孔７６とこの潤滑油供給孔７６の入口より下流側となる隙間空間９Ａに供給される潤滑油は異物規制隙間９１を通過して供給される。しかし、既述の式３に示されるように、潤滑油供給孔７６の流路面積と上記隙間空間（オイルフィルムダンパ形成隙間）９Ａの流路面積との和が、異物規制隙間９１の流路面積より小さくなっている。このため、供給する潤滑油の油量・油圧を増加させることなく、潤滑油噴出孔７６から噴出する潤滑油の油量を従来例に係るターボチャージャ（図７参照）と同程度確保することができる。また、潤滑油噴出孔７６が設けられた第３溝部７４より下流側の隙間空間９Ａにも十分な油量を供給でき、当該隙間空間９Ａに良好なオイルフィルムダンパを形成することができる。
また、本実施形態に係る軸受装置によれば、専らターボチャージャのために目の細かいオイルフィルタを設置することなく、潤滑油噴出孔が異物によって閉塞する可能性を低減することができる。つまり、目の細かいオイルフィルタ等の別部品を設けると、ターボチャージャの体格の肥大化、部品点数の増加、オイルフィルムダンパの油圧低下などの問題を生じるが、本実施形態に係る軸受装置によれば、そのような問題を生じることなく、潤滑油噴出孔が異物によって閉塞する可能性を低減することができる。
また、本実施形態に係る軸受装置によれば、潤滑油噴出孔７６に近い位置（ベアリングホルダ７の全長範囲内）に異物規制隙間９１が設けられているので、例えば、ベアリングハウジング８内の潤滑油供給路８１など、潤滑油噴出孔７６に比較的近い場所で発生する切粉等の異物が潤滑油噴出孔７６へ侵入することも抑制することができる。
また、本実施形態に係る軸受装置によれば、潤滑油噴出孔の孔径を大きくすることなく、潤滑油噴出孔が異物によって閉塞する可能性を低減することができる。つまり、潤滑油噴出孔の孔径を大きくした場合、潤滑油噴出孔から噴出する潤滑油の勢いを維持するために、上流側のオイル供給装置（オイルポンプ）の能力（供給油量・油圧）を高めることが必要となるが、そうすると、軸受部における油量が増大し、オイルの攪拌抵抗も増大する。その結果、ターボチャージャの駆動レスポンスが悪化するおそれがある。また、上流側のオイル供給装置の能力を高めると、オイルが新気流路や排気ガス流路へ漏出するおそれが生じる。しかし、本実施形態に係る軸受装置によればオイル供給装置の能力を高めることなく、潤滑油噴出孔が異物によって閉塞する可能性を低減することができるので、オイル供給装置の能力を高めることに伴う上記問題は発生しない。
−異物回収部の変形例−
既述の異物回収部８７は、ベアリングハウジング８の周壁８９１を貫通して、第２溝部７３内と、圧力解放領域（大気圧に近い領域）である廃油空間８０とを連通している。このため、第２溝部７３内の圧力が低下し、良好なオイルフィルムダンパを維持できなくなることも考えられる。第２溝部７３内およびオイルフィルムダンパ形成隙間内の油圧を維持するためには、上流側のオイル供給装置（オイルポンプ）の能力（供給油量・油圧）を高めなければならない。
しかし、図３に示すように、異物回収部８７Ａを圧力解放領域と直接連通しない有底タイプの凹部とすることで、第２溝部７３内の圧力は維持される。なお、この異物回収部８７Ａもベアリングハウジング８において第２溝部７３がベアリングホルダ支持面８９との間に形成する環状油路の最下位置に連通（異物規制隙間、オイルフィルムダンパ形成隙間を介在することなく直接的に連通）する位置に設けられており、ベアリングハウジング８のベアリングホルダ支持面８９の最下位置に設けられている。また、この異物回収部８７Ａも、排出口７８１、第３溝部７４に連通しないようにすることが好ましい。なお、異物回収部８７Ａは、環状油路に対して最下位置以外の位置で連通したものであってもよい。
［第２の実施形態］
つぎに第２の実施形態について図４に基づいて説明する。なお、第１の実施形態における構成と同様のものについては同符号を付して説明を省略する。
本実施形態におけるターボチャージャが備える軸受装置は、タービン軸１をベアリングハウジング８Ａ内で支持する軸受部として、セミフローティングベアリング５Ａを採用したものである。
セミフローティングベアリング５Ａは、略円筒形状をしており、ベアリングハウジング８Ａ内に回転不能に嵌め込まれている。すなわち、セミフローティングベアリング５Ａは、その円筒軸線回りに回転しないように、ベアリングハウジング８Ａに対してピン６にて固定されている。但し、セミフローティングベアリング５Ａとベアリングハウジング８Ａとの間でオイルフィルムダンパを形成するために、セミフローティングベアリング５Ａとベアリングハウジング８Ａとの間には所定の隙間が確保されており、この隙間の範囲内でセミフローティングベアリング５Ａは径方向への移動が可能となっている。
また、セミフローティングベアリング５Ａの外周５３には、周方向に沿って第１溝部５４および第２溝部５５が互いに間隔をあけて形成されている。これらの溝部５４，５５とベアリングハウジング８Ａ内の円筒状のベアリング支持面８９Ａとの間で環状油路が形成される。この環状油路はベアリングハウジング８Ａ内に設けられた潤滑油供給路８１に連通（異物規制隙間、オイルフィルムダンパ形成隙間を介在することなく直接的に連通）しており、この潤滑油供給路８１から潤滑油が直接供給されるようになっている。この第１溝部５４に供給された潤滑油は、タービン軸１の軸線方向両側に流れ出し、セミフローティングベアリング５Ａの外周５３とベアリングハウジング８Ａのベアリング支持面８９Ａとの間に形成される略円環状の隙間空間９Ｂに供給される。隙間空間９Ｂに供給された潤滑油は、セミフローティングベアリング５Ａとベアリングハウジング８Ａとの間で振動を減衰するオイルフィルムダンパを形成する。
また、隙間空間９Ｂに供給される潤滑油は、第２溝部５５、セミフローティングベアリング５Ａの両端面とその対向面との隙間（不図示）、タービン軸１などにも供給される。
第２溝部５５は、第１溝部５４よりもタービンブレード２側に設けられており、この第２溝部５５からセミフロートベアリング５Ａの内周５７に通じる油孔５８が形成されている。この油孔５８は、第２溝部５５に供給された潤滑油をセミフローティングベアリング５Ａの内周５７側に供給する油路として機能する。セミフローティングベアリング５Ａの内周５７側に供給された潤滑油は、セミフローティングベアリング５Ａの内周５７とタービン軸１との間に供給されオイルフィルムダンパおよび潤滑油膜を形成する。
セミフローティングベアリング５Ａの外周５３は、ベアリングハウジング８Ａのベアリング支持面８９Ａとの間でオイルフィルムダンパを形成する隙間（以下「オイルフィルムダンパ形成隙間」ともいう。）を確保するようにその直径が設定されたオイルフィルムダンパ形成部５９と、既述の溝部５４，５５と、異物規制隙間形成部５０とが形成されている。オイルフィルムダンパ形成部５９は、第１溝部５４よりインペラ３側と、第２溝部５５よりタービンブレード２側とに形成されている。
また、異物規制隙間形成部５０は、第１溝部５４と第２溝部５５との間に形成されており、ベアリングハウジング８Ａのベアリング支持面８９Ａとの隙間で、一定サイズ以上の異物を通さない異物規制隙間９１を形成する。
また、第１の実施形態と同様に、本実施形態におけるベアリングハウジング８Ａのベアリング支持面８９Ａにも、セミフローティングベアリング５Ａの第１溝部５４がベアリング支持面８９Ａとの間に形成する環状油路の最下位置に連通（異物規制隙間、オイルフィルムダンパ形成隙間を介在することなく直接的に連通）する異物回収部８７が設けられている。異物回収部８７は図示するように貫通孔からなるものであってもよいし、既述の凹部からなる異物回収部８７Ａ（図３参照）であってもよい。また、異物回収部８７又は８７Ａは、環状油路に対して最下位置以外の位置で連通したものであってもよい。
また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様にセミフローティングベアリング５Ａの各部の寸法が設定されている。すなわち、異物規制隙間９１の径方向隙間の最大値が油孔５８の内径の最小値より小さく設定されている。これにより潤滑油中の異物で油孔５８が閉塞される可能性が低減する。
また、油孔５８の流路面積と油孔５８の入口より下流側の隙間空間９Ｂ（ベアリング支持面８９Ａとセミフローティングベアリング５Ａの外周との隙間空間）の流路面積との和が、異物規制隙間９１の流路面積より小さくなっている。このため、供給する潤滑油の油量・油圧を増加させることなく、油孔５８を通じてタービン軸１側へ供給する油量を十分に確保することができる。また、油孔５８が設けられた第２溝部５５より下流側の隙間空間９Ｂにも十分な油量を供給でき、当該隙間空間９Ｂに良好なオイルフィルムダンパを形成することができる。
［第３の実施形態］
つぎに第３の実施形態について図５に基づいて説明する。なお、第１の実施形態における構成と同様のものについては同符号を付して説明を省略する。
本実施形態におけるターボチャージャが備える軸受装置は、タービン軸１をベアリングハウジング８Ｂ内で支持する軸受部として、フルフローティングベアリング５Ｂを採用したものである。
フルフローティングベアリング５Ｂは、略円筒形状をしており、ベアリングハウジング８Ｂ内に回転自在に嵌め込まれている。また、オイルフィルムダンパおよび潤滑油膜を形成するために、フルフローティングベアリング５Ｂとベアリングハウジング８Ｂとの間には所定の隙間が確保されており、この隙間の範囲内で径方向への移動が可能となっている。
符号９２は、タービン軸１のスラスト力を回転しつつ受けるスラストベアリングであり、符号９３はタービン軸１に回転一体に外嵌され、スラストベアリング９２に対して軸線方向に係合したリング部材である。また、符号９４は、ベアリングハウジング８Ｂ内に固定された規制部材である。フルフローティングベアリング５Ｂは上記リング部材９３と規制部材９４とによって軸線方向への移動が所定範囲に限定されている。
また、フルフローティングベアリング５Ｂの外周５３Ａには、周方向に沿って第１溝部５４Ａ、第２溝部５４Ｂ、第３溝部５５Ａおよび第４溝部５５Ｂが互いに間隔をあけて形成されている。これらの溝部５４Ａ，５４Ｂ，５５Ａ，５５Ｂとベアリングハウジング８Ｂ内の円筒状のベアリング支持面８９Ｂとの間で環状油路が形成される。第１溝部５４Ａおよび第２溝部５４Ｂがベアリング支持面８９Ｂとの間に形成する各環状油路にはベアリングハウジング８Ｂ内に設けられた潤滑油供給路８１の分岐路８２，８２が連通（異物規制隙間、オイルフィルムダンパ形成隙間を介在することなく直接的に連通）しており、この分岐路８２，８２からそれぞれ潤滑油が直接供給されるようになっている。これらの第１溝部５４Ａおよび第２溝部５４Ｂに供給された潤滑油は、タービン軸１の軸線方向両側に流れ出し、フルフローティングベアリング５Ｂの外周５３Ａとベアリング支持面８９Ｂとの間に供給される。隙間空間９Ｃに供給された潤滑油は、フルフローティングベアリング５Ｂとベアリングハウジング８Ｂとの間で振動を減衰するオイルフィルムダンパを形成する。
また、隙間空間９Ｃに供給される潤滑油は、第３溝部５５Ａ、第４溝部５５Ｂ、フルフローティングベアリング５Ｂの両端面、タービン軸１などにも供給される。
第３溝部５５Ａおよび第４溝部５５Ｂは、第１溝部５４Ａおよび第２溝部５４Ｂの軸線方向両外側に設けられており、これらの第３溝部５５Ａおよび第４溝部５５Ｂ（フルフローティングベアリング５Ｂの外周５３Ａ）からフルフローティングベアリング５Ｂの内周５７Ａに亘ってそれぞれ油孔５８Ａが貫通して設けられている。
これらの油孔５８Ａは、第３溝部５５Ａ，第４溝部５５Ｂに供給された潤滑油をフルフローティングベアリング５Ｂの内周５７Ａ側に供給するための油路として機能する。フルフローティングベアリング５Ｂの内周５７Ａ側に供給された潤滑油は、フルフローティングベアリング５Ｂの内周５７Ａとタービン軸１との間に供給されオイルフィルムダンパおよび潤滑油膜を形成する。
フルフローティングベアリング５Ｂの外周５３Ａは、ベアリングハウジング８Ｂのベアリング支持面８９Ｂとの間でオイルフィルムダンパを形成する隙間（以下「オイルフィルムダンパ形成隙間」ともいう。）を確保するようにその直径が設定されたオイルフィルムダンパ形成部５９Ａと、既述の溝部５４Ａ，５４Ｂ，５５Ａ，５５Ｂと、異物規制隙間形成部５０Ａとが形成されている。オイルフィルムダンパ形成部５９Ａは、第３溝部５５Ａよりインペラ３側と、第４溝部５５Ｂよりタービンブレード２側と、第１溝部５４Ａと第２溝部５４Ｂの間と、に形成されている。
また、異物規制隙間形成部５０Ａは、第１溝部５４Ａと第３溝部５５Ａとの間、および、第２溝部５４Ｂと第４溝部５５Ｂとの間に形成されている。これら異物規制隙間形成部５０Ａは、ベアリング支持面８９Ｂとの隙間により、一定サイズ以上の異物を通さない異物規制隙間９１を形成する。
また、第１の実施形態と同様に、本実施形態におけるベアリングハウジング８Ｂのベアリング支持面８９Ｂにも、フルフローティングベアリング５Ｂの第１溝部５４Ａおよび第２溝部５４Ｂがベアリング支持面８９Ｂとの間に形成する各環状油路の最下位置に連通（異物規制隙間、オイルフィルムダンパ形成隙間を介在することなく直接的に連通）する異物回収部８７がそれぞれ設けられている。異物回収部８７は、図示するように貫通孔からなるものであってもよいし、既述の凹部からなる異物回収部８７Ａ（図３参照）であってもよい。また、異物回収部８７又は８７Ａは、環状油路に対して最下位置以外の位置で連通したものであってもよい。
また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様にフルフローティングベアリング５Ｂの各部の寸法が設定されている。すなわち、異物規制隙間９１の径方向隙間の最大値が油孔５８Ａの内径の最小値より小さく設定されている。これにより潤滑油中の異物で油孔５８Ａが閉塞される可能性が低減する。
また、油孔５８Ａの流路面積と油孔５８Ａの入口より下流側の隙間空間９Ｃ（ベアリング支持面８９Ｂとフルフローティングベアリング５Ｂの外周との隙間空間）の流路面積との和が、異物規制隙間９１の流路面積より小さくなっている。このため、供給する潤滑油の油量・油圧を増加させることなく、油孔５８Ａを通じてタービン軸１側へ供給する油量を十分に確保することができる。また、油孔５８Ａが設けられた第３溝部５５Ａ、第４溝部５５Ｂより下流側の隙間空間９Ｃにも十分な油量を供給でき、当該隙間空間９Ｃに良好なオイルフィルムダンパを形成することができる。
［第４の実施形態］
つぎに第４の実施形態について図６に基づいて説明する。なお、第１の実施形態における構成と同様のものについては同符号を付して説明を省略する。
本実施形態におけるターボチャージャが備える軸受装置は、第１の実施の形態におけるベアリングホルダ７において、第２溝部５５が省略され、潤滑油供給路８１の分岐路８２は、第３溝部７４とベアリングホルダ支持面８９との間に形成される環状油路に連通（オイルフィルムダンパ形成隙間を介在することなく直接的に連通）している。
また、第３溝部７４は、タービン軸１の軸線を中心として傾斜したテーパ状の底面７４ｂを有している。本実施形態では、タービンブレード２側からインペラ３側に向かってタービン軸１の軸線を中心に縮径した底面７４ｂとなっている。
本実施形態では、一定サイズ以上の異物を通さない異物規制隙間９１Ａは、潤滑油噴出孔７６の入口輪郭のうち最もロータ１の軸線に近い部分７６１を周方向に通過する外周線Ｌ１と、ベアリングホルダ支持面８９との間の径方向隙間で形成される。
そして、オイルフィルムダンパ形成部７７と円形の上記外周線Ｌ１との半径差をＣ3とすれば、異物規制隙間９１Ａの径方向隙間の最大値は、Ｃ2＋Ｃ3となり、このＣ2＋Ｃ3は次式６を満たす。
Ｃ2＋Ｃ3 ＜ ｄ・・・（６）
すなわち、異物規制隙間９１Ａの径方向隙間の最大値Ｃ2＋Ｃ3は、潤滑油噴出孔７６の内径の最小値ｄより小さくなっている。
また、潤滑油供給路８１の分岐路８２の下流端は、後述する領域Ｓ内で第３溝部とベアリングホルダ支持面８９との間で形成される環状油路に対して開口している。上記領域Ｓは、異物規制隙間９１の径方向隙間より大きい径方向隙間からなる環状油路の片側の領域であり、本実施形態では、異物規制隙間９１より軸線方向コンプレッサ３側の領域である。
また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、異物回収部８７がベアリングホルダ支持面８９に設けられており、この異物回収部８７は、第３溝部７４がベアリングホルダ支持面８９との間に形成する環状油路の最下位置に連通（オイルフィルムダンパ形成隙間を介在することなく連通）している。異物回収部８７は図示するように貫通孔からなるものであってもよいし、既述の凹部からなる異物回収部８７Ａ（図３参照）であってもよい。また、異物回収部８７又は８７Ａは、環状油路に対して最下位置以外の位置で連通したものであってもよい。
以上のように構成されたベアリングホルダ７Ａを有するターボチャージャにおいては、給油孔８６から一定の圧力以上（オイルフィルムダンパを形成するのに必要な圧力以上）で潤滑油が吐出供給されると、その潤滑油は潤滑油供給路８１、分岐路８２，８２を通じて、第１溝部７２および第３溝部７４に供給される。そして、これらの第１溝部７２および第３溝部７４を介して、隙間空間９等に潤滑油が供給され、これにより、オイルフィルムダンパが形成される。また、第３溝部７４内の潤滑油は、潤滑油噴出孔７６からボールベアリング５に向けて噴出する。
このとき、既述の式６より、異物規制隙間９１Ａの径方向隙間の最大値Ｃ2＋Ｃ3は潤滑油噴出孔７６の内径の最小値ｄより小さいことから、異物規制隙間９１Ａを通過可能な異物は、潤滑油噴出孔７６を通過する可能性が高い。したがって、潤滑油噴出孔７６が潤滑油中の異物により閉塞される可能性が低減する。
また、異物規制隙間９１Ａを通過することができなかった異物は、第３溝部７４の下方に落下して異物回収部８７に回収される。異物回収部８７に回収された異物は、さらに異物回収部８７の小径孔部８７２から下方へ排出される。
以上に説明した実施形態では本発明の軸受装置をターボチャージャに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明の軸受装置の適用範囲は、ターボチャージャに限定されず、その他の種類の回転機にも適用可能である。
本発明は、例えば、ベアリングハウジングとの間でオイルフィルムダンパを形成し、タービン軸をベアリングハウジング内で支持するベアリング部を備える軸受装置に適用可能である。
Ｌ１ 外周線
Ｓ 領域内
１ タービン軸（ロータ軸）
５ ボールベアリング（ベアリング部）
５Ａ セミフローティングベアリング
５Ｂ フルフローティングベアリング
７，７Ａ ベアリングホルダ（ベアリング部）
８ ベアリングハウジング
８７ 異物回収部（異物を回収するための貫通孔）
８７Ａ 異物回収部（異物を回収するための凹部）
５４，５５，７２，７３，７４ 溝部（環状油路）
５８ 油孔
７４ 第３溝部
７４ｂ 底面
７６ 潤滑油噴出孔（油孔）
８１ 潤滑油供給路（オイル供給路）
８２ 分岐路（オイル供給路）
９１、９１Ａ 異物規制隙間
７６１ 入口輪郭のうち最もロータの軸線に近い部分

Claims (8)

  1. ベアリングハウジング内でロータ軸を支持するベアリング部と、
    前記ベアリングハウジングと前記ベアリング部との間で周方向に形成された環状油路と、
    前記ベアリング部の外周から内周に亘って貫通し、前記環状油路からオイルが供給されるように配設された油孔と、
    を備える軸受装置において、
    前記環状油路と前記油孔との間に、前記ベアリング部と前記ベアリングハウジングとの隙間からなる異物規制隙間が形成されており、
    この異物規制隙間の径方向隙間の最大値が、前記油孔の内径の最小値より小さくなっており、
    前記ベアリング部は、前記ベアリングハウジングとの間でオイルフィルムダンパを形成しながら同ベアリングハウジング内でロータ軸を支持するものであり、
    前記油孔の流路面積と、前記異物規制隙間の下流側でオイルフィルムダンパを形成するオイルフィルムダンパ形成隙間の流路面積との和が、前記異物規制隙間の流路面積より小さいことを特徴とする軸受装置。
  2. 請求項１に記載の軸受装置において、
    前記ベアリング部は、前記ベアリングハウジング内に内嵌され、同ベアリングハウジングとの間でオイルフィルムダンパを形成するベアリングホルダと、このベアリングホルダ内でロータ軸を支持するボールベアリングとからなり、
    前記環状油路は、前記ベアリングハウジングと前記ベアリングホルダとの間で周方向に形成されており、
    前記油孔は、前記ベアリングホルダを外周から内周に亘って貫通し、前記環状油路から前記異物規制隙間を介してオイルが供給されるように配設され、前記ボールベアリング又は前記ボールベアリングの近傍に向かってオイルを噴出するオイル噴出孔である、ことを特徴とする軸受装置。
  3. 請求項１に記載の軸受装置において、
    前記ベアリング部は、前記ベアリングハウジング内に軸線回りに回転不能に内嵌されたセミフローティングベアリングであることを特徴とする軸受装置。
  4. 請求項１に記載の軸受装置において、
    前記ベアリング部は、前記ベアリングハウジング内に軸線回りに回転自在に内嵌されたフルフローティングベアリングであることを特徴とする軸受装置。
  5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の軸受装置において、
    前記ベアリングハウジングには、前記環状油路内の異物を回収するために、同環状油路に連通する貫通孔が形成されていることを特徴とする軸受装置。
  6. 請求項１〜４の何れか１項に記載の軸受装置において、
    前記ベアリングハウジングには、前記環状油路内の異物を回収するために、同環状油路に連通する凹部が形成されていることを特徴とする軸受装置。
  7. 請求項１〜４の何れか１項に記載の軸受装置において、
    前記ベアリングハウジングには、前記環状油路内の異物を回収するために、同環状油路の最下位置に連通する貫通孔が形成されていることを特徴とする軸受装置。
  8. 請求項１〜４の何れか１項に記載の軸受装置において、
    前記ベアリングハウジングには、前記環状油路内の異物を回収するために、同環状油路の最下位置に連通する凹部が形成されていることを特徴とする軸受装置。
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