JP5771919B2 - 転がり軸受を用いたターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受を用いたターボチャージャに関する。

圧縮機により密度を高めた空気を機関（エンジン）に供給することを過給（ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｉｎｇ）といい、このうち排気エネルギにより圧縮機の駆動仕事をまかなうものを排気タービン過給機（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）と呼ぶ。

排気タービン過給機は、一般的に、軸受ユニットを挟んで配置された圧縮機（コンプレッサ）とタービンからなり、圧縮機はコンプレッサインペラを、タービンはタービンインペラをそれぞれ内蔵する。コンプレッサインペラとタービンインペラは、軸受ユニットで支持された連結軸（シャフト）で互いに連結されており、エンジンの排ガスでタービンインペラを回転駆動し、この回転力を連結軸によりコンプレッサインペラに伝達し、コンプレッサインペラで空気を圧縮してエンジンに過給するようになっている。
以下、排気タービン過給機を単に「ターボチャージャ」と呼ぶ。

また、上述した連結軸を支持するために転がり軸受を用いたターボチャージャが、既に提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

特開平１０−２０５３４２号公報、「ボールベアリング式過給機軸受の潤滑構造」 特開２００８−１０６７４１号公報、「過給機」 特開２００９−７９６２８号公報、「転がり軸受装置及びこれを用いた過給機」

転がり軸受を用いたターボチャージャでは、転がり軸受を支持するダンパ部材が油膜（オイルフィルム）を介してハウジングに内挿され、ハウジングとダンパ部材の間に介在するオイルフィルムで回転軸の振動を抑制するようになっている。
またダンパ部材の軸方向移動を防止するために、ダンパ部材の軸方向端面に密着し、ハウジングに固定された蓋部材が用いられる。

上述した特許文献１，２のターボチャージャでは、蓋部材はダンパ部材の軸方向移動を防止する「ダンパ抑え機能」のみを有しており、潤滑油（オイル）が軸方向外方に流出するのを防止する「オイルシール機能」がなかった。
また、上述した特許文献３のターボチャージャでは、ダンパ抑え機能とオイルシール機能の両方を備えているが、オイルシール性能が低く、タービン側又はコンプレッサ側にオイルが漏れ出す可能性があった。

本発明は上述した従来の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ダンパ部材の軸方向移動を防止するダンパ抑え機能と、オイルが軸方向外方に流出するのを防止するオイルシール機能の両方を備え、かつオイルシール性能が高くタービン側又はコンプレッサ側へのオイルの漏れ出しを大幅に低減又は無くすことができ、さらに部品点数を減らし、組立てを簡易化できる転がり軸受を用いたターボチャージャを提供することにある。

本発明によれば、タービンインペラとコンプレッサインペラを連結する回転軸と、
該回転軸を支持する１対の転がり軸受と、
該転がり軸受を内側に支持し外面が油膜を介してハウジングに内嵌されたダンパ部材と、
前記ハウジングに固定された蓋部材とを備え、
前記蓋部材は、前記ダンパ部材の軸方向端面に密着するダンパ抑え部と、前記回転軸の表面に沿ってオイルが軸方向外方に流出するのを防止するオイルシール部とを有し、
前記ダンパ抑え部とオイルシール部は上部及び側面で一体に連結され、その間に軸方向に間隔を隔てたオイル分離空間を有し、該オイル分離空間は下方で軸方向内方に開放されており、
前記ダンパ抑え部は、転がり軸受の端面から間隔Ｇ１を隔て下方に延びかつ前記間隔Ｇ１がベアリングハウジング内の前記ダンパ部材が挿入される部分の下端部と前記軸方向に重ならない仕切り部を有し、該仕切り部は下方で軸方向内方に開放されている、ことを特徴とする転がり軸受を用いたターボチャージャが提供される。

本発明の実施形態によれば、前記仕切り部の中間部を前記回転軸が貫通しており、
前記オイルシール部は、その中間部を前記回転軸が貫通し、貫通部にシールリングを有している。

上記本発明の構成によれば、蓋部材がダンパ部材の軸方向端面に密着するダンパ抑え部と、回転軸の表面に沿ってオイルが軸方向外方に流出するのを防止するオイルシール部とを有するので、ダンパ抑え部でダンパ部材の軸方向移動を防止することができ、オイルシール部でオイルが軸方向外方に流出するのを防止することができる。

また、ダンパ抑え部とオイルシール部はその間に軸方向に間隔を隔てたオイル分離空間を有し、該オイル分離空間は下方で軸方向内方に開放されているので、オイル分離空間において回転軸の表面に沿って軸方向外方に流出するオイルを遠心力で回転軸から分離し、下方で軸方向内方に移動させることができ、タービン側又はコンプレッサ側へのオイルの漏れ出しを大幅に低減又は無くすことができる。

さらに、ダンパ抑え部とオイルシール部は上部及び側面で一体に連結された一体部品であり、ダンパ抑え部とオイルシール部を分離構造とした場合と比較して部品点数を減らし、組立てを簡易化できる。

本発明によるターボチャージャの全体構成図である。 図１の主要部拡大図である。 本発明による蓋部材の断面の斜視図である。 本発明によるターボチャージャの別の全体構成図である。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるターボチャージャの全体構成図である。
この図において、本発明のターボチャージャ１０は、回転軸１２、コンプレッサインペラ１４、およびハウジングを備える。ハウジングは、この例では、ベアリングハウジング１６、タービンハウジング１８、及びコンプレッサハウジング２０からなる。
なお、この例において、回転軸１２のコンプレッサ側には中空円筒形の軸スリーブ１３が液密に嵌めこまれており、一体的に回転するようになっている。以下、特に区別しない限り、軸スリーブ１３を含めて回転軸１２と呼ぶ。

回転軸１２は、タービンインペラ１１を一端（図で左端）に有する。この例において、タービンインペラ１１は回転軸１２に一体的に形成されているが、本発明はこれに限定されず、タービンインペラ１１を別に取り付ける構成であってもよい。

コンプレッサインペラ１４は、回転軸１２の他端（図で右端）に軸端ナット１５により一体で回転するように連結されている。
なお、回転軸１２とコンプレッサインペラ１４の連結の形態は、この例に限定されず、軸端ナット１５を使用しない形態であってもよい。

ベアリングハウジング１６は、回転軸１２を１対の転がり軸受１７で回転可能に支持する。

タービンハウジング１８は、タービンインペラ１１を回転可能に囲み、かつベアリングハウジング１６に連結されている。

コンプレッサハウジング２０は、コンプレッサインペラ１４を回転可能に囲み、かつベアリングハウジング１６に連結されている

上述した構成により、エンジンの排ガスでタービンインペラ１１を回転駆動し、この回転力を回転軸１２を介してコンプレッサインペラ１４に伝達し、コンプレッサインペラ１４で空気を圧縮してエンジンに過給することができる。

また図１において、本発明のターボチャージャ１０は、さらに、モータロータ２２およびモータステータ２４を備える。
モータロータ２２は、電動機の回転子であり、モータステータ２４は、電動機の固定子である。モータロータ２２とモータステータ２４によりブラシレスの交流電動機が構成される。

図２は、図１の主要部拡大図であり、図３は本発明による蓋部材の断面の斜視図である。なお、図３では、蓋部材を半分に切断して示している。

図２に示すように、本発明のターボチャージャ１０は、ダンパ部材３２と蓋部材３４を備える。

ダンパ部材３２は、全体として中空円筒形の部材であり、１対の転がり軸受１７を内側に支持し、外面が油膜を介してハウジング（この例ではベアリングハウジング１６）に内嵌されている。
転がり軸受１７は、この例ではボールベアリングであるが、その他の形式の転がり軸受であってもよい。

蓋部材３４は、ハウジング（この例ではベアリングハウジング１６）にボルト３１等で固定されている。
図２及び図３に示すように、蓋部材３４は、ダンパ抑え部３５とオイルシール部３６とからなり、ダンパ抑え部３５とオイルシール部３６は上部及び側面で一体に連結されている。

ダンパ抑え部３５は、ダンパ部材３２の軸方向端面（この例ではコンプレッサ側端面）に密着し、ダンパ部材３２の軸方向移動を防止するようになっている。
また、ダンパ抑え部３５は、転がり軸受１７の端面（この例では右端面）から間隔Ｇ１を隔て下方に延びる仕切り部３５ａを有する。この仕切り部３５ａは下方で軸方向内方に開放されており、その中間部を回転軸１２（及び軸スリーブ１３）が貫通している。

上述した構成により、転がり軸受１７の端面（この例では右端面）から流出したオイルがオイル分離空間３７に流入するのを防止し、上述した間隔Ｇ１を介して仕切り部３５ａの下方に流下させ、軸方向内方に流出することができる。

図２及び図３に示すように、ダンパ抑え部３５とオイルシール部３６はその間に軸方向に間隔を隔てたオイル分離空間３７を有する。オイル分離空間３７は下方で軸方向内方に開放されている。
この構成により、オイルがオイル分離空間３７に流入した場合でも、回転軸１２（又は軸スリーブ１３）の表面に沿って軸方向外方に流出するオイルを遠心力で回転軸１２から分離し、下方で軸方向内方に移動させることができる。

また、図２において、上述したオイル分離空間３７に位置する軸スリーブ１３の外周に、凹溝１３ｂが設けられている。この構成により、軸スリーブ１３の表面に沿うオイルの移動を凹溝１３ｂで防止し、オイルを遠心力で回転軸１２から容易に分離できるようになっている。

オイルシール部３６は、その中間部を回転軸１２（又は軸スリーブ１３）が貫通し、その貫通部にシールリング３８を有している。
シールリング３８は、この例では２連のスナップリングであり、オイルシール部３６の貫通孔内面３６ａに外方に付勢して取り付けられている。

また、軸スリーブ１３の外面には、前記２連のスナップリングを収納する円周溝１３ａが設けられ、この円周溝１３ａにスナップリングを嵌めた後に、貫通孔内面３６ａに軸スリーブ１３を挿入することにより、スナップリングをオイルシール部３６の貫通孔内面３６ａに外方に付勢して取り付けるようになっている。

なお、シールリング３８はスナップリングに限定されず、オイルシールやラビリンスシールであってもよい。

この構成により、オイルシール部３６により、オイル分離空間３７を通してオイルがオイルシール部３６に流入した場合でも、回転軸１２（又は軸スリーブ１３）の表面に沿ってオイルが軸方向外方に流出するシールリング３８で防止することができる。

図４は、本発明によるターボチャージャの別の全体構成図であり、通常の過給機に本発明を適用した場合の構成図である。
すなわち、本発明の適用対象は、電動機付過給機（モータロータ２２とモータステータ２４を備えるもの）には限定されず、電動機を備えていない通常の過給機を含む。
また、上述した電動機付過給機の場合、オイルシール部３６の外面形状は先細りになっているが、これはモータの巻き線部分の空間を確保するためであり、通常の過給機の場合は、そのような形状にする必要が無いので、図４のようになっている。
その他の構成は、図１〜図３と同様である。

上述した本発明の構成によれば、蓋部材３４がダンパ部材３２の軸方向端面に密着するダンパ抑え部３５と、回転軸１２の表面に沿ってオイルが軸方向外方に流出するのを防止するオイルシール部３６とを有するので、ダンパ抑え部３５でダンパ部材３２の軸方向移動を防止することができ、オイルシール部３６でオイルが軸方向外方に流出するのを防止することができる。

特に、仕切り部３５ａにより、転がり軸受１７の端面（この例では右端面）から流出したオイルがオイル分離空間３７に流入するのを防止し、オイルの大部分を上述した間隔Ｇ１を介して仕切り部３５ａの下方に流下させ、軸方向内方に流出することができる。
また、仕切り部３５ａを通してオイルがオイル分離空間３７に流入した場合でも、回転軸１２（又は軸スリーブ１３）の表面に沿って軸方向外方に流出するオイルを遠心力で回転軸１２から分離し、下方で軸方向内方に移動させることができる。
さらに、オイルシール部３６により、オイル分離空間３７を通してオイルがオイルシール部３６に流入した場合でも、回転軸１２（又は軸スリーブ１３）の表面に沿ってオイルが軸方向外方に流出するのシールリング３８で防止することができる。

従って本発明の構成により、タービン側又はコンプレッサ側へのオイルの漏れ出しを、間隔Ｇ１、オイル分離空間３７及びシールリング３８の３段階のシール機構により、大幅に低減又は無くすことができる。

さらに、ダンパ抑え部３５とオイルシール部３６は上部及び側面で一体に連結された一体部品であり、ダンパ抑え部３５とオイルシール部３６を分離構造とした場合と比較して部品点数を減らし、組立てを簡易化できる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１０ ターボチャージャ、１１ タービンインペラ、
１２ 回転軸、１３ 軸スリーブ、１３ａ 円周溝、１３ｂ 凹溝、
１４ コンプレッサインペラ、１５ 軸端ナット、
１６ ベアリングハウジング、１７ 転がり軸受、
１８ タービンハウジング、２０ コンプレッサハウジング、
２２ モータロータ、２４ モータステータ、
３１ ボルト、３２ ダンパ部材、３４ 蓋部材、
３５ ダンパ抑え部、３５ａ 仕切り部、
３６ オイルシール部、３６ａ 貫通孔内面、
３７ オイル分離空間、３８ シールリング

Claims (2)

1. タービンインペラとコンプレッサインペラを連結する回転軸と、
   該回転軸を支持する１対の転がり軸受と、
   該転がり軸受を内側に支持し外面が油膜を介してハウジングに内嵌されたダンパ部材と、
   前記ハウジングに固定された蓋部材とを備え、
   前記蓋部材は、前記ダンパ部材の軸方向端面に密着するダンパ抑え部と、前記回転軸の表面に沿ってオイルが軸方向外方に流出するのを防止するオイルシール部とを有し、
   前記ダンパ抑え部とオイルシール部は上部及び側面で一体に連結され、その間に軸方向に間隔を隔てたオイル分離空間を有し、該オイル分離空間は下方で軸方向内方に開放されており、
   前記ダンパ抑え部は、転がり軸受の端面から間隔Ｇ１を隔て下方に延びかつ前記間隔Ｇ１がベアリングハウジング内の前記ダンパ部材が挿入される部分の下端部と前記軸方向に重ならない仕切り部を有し、該仕切り部は下方で軸方向内方に開放されている、ことを特徴とする転がり軸受を用いたターボチャージャ。
2. 前記仕切り部の中間部を前記回転軸が貫通しており、
   前記オイルシール部は、その中間部を前記回転軸が貫通し、貫通部にシールリングを有している、ことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受を用いたターボチャージャ。