(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直以外の方向の軸回りに回転する回転体とその外周に位置して前記回転体を支持する支持部材とを有し、
前記回転体と支持部材との間に転がり軸受を介装すると共に、該転がり軸受の外輪外周面と支持部材内周面との間に環状部材を介装し、
該環状部材の上部位置にその外周面に開口する細孔を形成し、
前記環状部材の内周面には、前記細孔と連通する環状溝を、その溝幅又は深さの少なくとも一方が上部側よりも下部側が小さくなるように形成し、
前記支持部材内には、前記細孔を介して環状溝に潤滑油を供給する潤滑油供給通路を設け、
前記環状部材の内周面と前記転がり軸受の外輪外周面との間に油膜層を介在させた、
ことを特徴とする高速回転体の制振支持装置。
【請求項２】
前記環状部材と転がり軸受との間に環状制振部材を介装し、前記環状部材の内周面と環状制振部材の外周面との間に前記油膜層を介在させると共に、前記環状制振部材の内周面に前記環状部材の環状溝と連通する第２の環状溝を形成し、該環状制振部材の内周面と転がり軸受の外周面との間に第２の油膜層を介在させたことを特徴とする請求項１記載の高速回転体の制振支持装置。
【請求項３】
前記潤滑油供給通路から分岐して転がり軸受の軸受部に潤滑油を導く分岐通路を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の高速回転体の制振支持装置。
【請求項４】
前記環状部材の内周面に設けられた環状溝は、環の中心を上方向へ偏心させて溝深さが下側に行くに従って徐々に浅くなるように形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の高速回転体の制振支持装置。
【請求項５】
請求項１に記載の高速回転体の制振支持装置の製造方法であって、
前記環状部材の内周面に環状溝を形成した後、環状部材の上部位置に潤滑油供給用の細孔を形成すると共に、その後環状部材を支持部材へ圧入して、油膜層が形成される環状部材の内周面を仕上げた後、転がり軸受を環状部材内に介装することを特徴とする高速回転体の制振支持装置の製造方法。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれか一つに記載の高速回転体の制振支持装置の製造方法であって、
前記環状部材の内周面に環状溝を形成した後、環状部材の上部位置に潤滑油供給用の細孔を形成すると共に、その後環状部材を支持部材へ圧入して、油膜層が形成される環状部材の内周面を仕上げた後、環状制振部材及び転がり軸受を環状部材内に介装することを特徴とする高速回転体の制振支持装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、転がり軸受を有する高速回転体を制振良く支持する装置及びその製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例えば、内燃機関のターボチャージャは、排気エネルギを利用してタービンロータを高速回転させ、該タービンロータにシャフトを介してコンプレッサインペラを連結し、コンプレッサインペラの過給作用により大量の吸気を機関に供給するものである。
【０００３】
かかるターボチャージャ等において、高速回転体を転がり軸受と共にスクイズ油膜層を介して支持する制振支持装置が提案されている（実開昭６３−３６６３０号公報等参照）。
これを図７に基づいて説明すると、排気が導かれるタービンロータ１には、シャフト２が同軸上に一体的に形成され、シャフト２は２つの転がり軸受４Ｃ，４Ｔを介して２つの筒状カラー部材３Ｃ，３Ｔに回転自在に支持される。各カラー部材３Ｃ，３Ｔはベアリングハウジング５にスクイズ油膜層Ａを介して浮遊支持され、このスクイズ油膜層Ａにより高速回転に伴い発生する転がり軸受の特有の振動を減衰するようになっている。
【０００４】
また、潤滑油が油道１５からノズル１４を介して転がり軸受４Ｃ，４Ｔの玉１１軸受部分へジェット潤滑される。
シャフト２には各転がり軸受４Ｃ，４Ｔの内輪６がスラストスペーサ７を介して嵌挿されるとともに、図示しないシャフト端部にはスラストスペーサ８を介してコンプレッサインペラが連結される。
【０００５】
アンギュラ型転がり軸受４Ｃ，４Ｔは、各内輪６の転動面１３が互いに対向して傾斜する曲面に形成される一方、各外輪９の座に軌道溝１０が形成され、玉１１を介してラジアル荷重とスラスト荷重が共に支持される。各外輪９の間には各カラー部材３Ｃ，３Ｔを介してスプリング１５が介装され、このスプリング１５の付勢力により玉１１は常に転動面１３に押し付けられる一方、カラー部材３Ｃ，３Ｔにはベアリングハウジング５に係合するつば部１２が夫々形成され、このつば部１２を介してスラスト荷重が支持されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる従来の高速回転体の制振支持装置にあっては、ノズル１４から噴出されるジェットがスクイズ油膜Ａの余りの潤滑油を使用するようになっているので、高速で回転する転がり軸受４Ｃ，４Ｔの冷却に十分な潤滑油量を得ることができず、軸受寿命が短くなるといった問題点があった。
【０００７】
また、スクイズ油膜Ａを形成するダンパが円周上対称となるような構造を有するので、自重により軸心が偏心することにより、スクイズ油膜Ａの剛性が上がり、高速回転では十分な制振ができず振動や騒音が発生するといった問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであり、軸受寿命を向上させると共に、振動、騒音を防止した高速回転体の制振支持装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１の発明は、鉛直以外の方向の軸回りに回転する回転体とその外周に位置して前記回転体を支持する支持部材とを有し、前記回転体と支持部材との間に転がり軸受を介装すると共に、該転がり軸受の外輪外周面と支持部材内周面との間に環状部材を介装し、該環状部材の上部位置にその外周面に開口する細孔を形成し、前記環状部材の内周面には、前記細孔と連通する環状溝を、その溝幅又は深さの少なくとも一方が上部側よりも下部側が小さくなるように形成し、前記支持部材内には、前記細孔を介して環状溝に潤滑油を供給する潤滑油供給通路を設け、前記環状部材の内周面と前記転がり軸受の外輪外周面との間に油膜層を介在させた構成とする。
【０００９】
また、前記環状部材と転がり軸受との間に環状制振部材を介装し、前記環状部材の内周面と環状制振部材の外周面との間に前記油膜層を介在させると共に、前記環状制振部材の内周面に前記環状部材の環状溝と連通する第２の環状溝を形成し、該環状制振部材の内周面と転がり軸受の外周面との間に第２の油膜層を介在させるようにすることもできる。
【００１０】
また、前記潤滑油供給通路から分岐して転がり軸受の軸受部に潤滑油を導く分岐通路を備えるようにすることもできる。
また、前記環状部材の内周面に設けられた環状溝は、環の中心を上方向へ偏心させて溝深さが下側に行くに従って徐々に浅くなるように形成することもできる。
【００１１】
また、請求項５の発明は、高速回転体の制振支持装置の製造方法であって、前記環状部材の内周面に環状溝を形成した後、環状部材の上部位置に潤滑油供給用の細孔を形成すると共に、その後環状部材を支持部材へ圧入して、油膜層が形成される環状部材の内周面を仕上げた後、転がり軸受を環状部材内に介装する。
また、請求項６の発明は、高速回転体の制振支持装置の製造方法であって、前記環状部材の内周面に環状溝を形成した後、環状部材の上部位置に潤滑油供給用の細孔を形成すると共に、その後環状部材を支持部材へ圧入して、油膜層が形成される環状部材の内周面を仕上げた後、環状制振部材及び転がり軸受を環状部材内に介装する。
【００１２】
【作用】
かかる構成によれば、請求項１に記載の発明では、回転体の高速回転時には、細孔を介して環状溝に潤滑油を供給することにより、環状部材の内周面と転がり軸受の外輪外周面との間に油膜層が形成され、この油膜層により前記転がり軸受と回転体とが一体となり環状部材を介して支持部材に支持される。
【００１３】
この場合、前記油膜層のスクイズ油膜ダンパとして高速回転における軸受の振動を減衰する機能により回転体の振動を制振することができるのであるが、回転体は自重及び細孔からの潤滑油の噴射力により重力方向に偏心して回転しており、この偏心が大きくなる程スクイズ油膜ダンパの剛性は大きくなり、制振作用も小さくなる傾向がある。
【００１４】
そこで、環状溝を、溝幅又は深さの少なくとも一方が上部側よりも下部側が小さくなるように環状部材の内周面に形成することにより、負荷が大きい重力方向下側のスクイズ油膜ダンパの表面積を増大させて支持能力を増大させることができるので、回転体の偏心量が減少して制振効果を向上させることができ、以て、振動や騒音が発生するのを防止することができる。
【００１５】
また、前記環状部材と転がり軸受との間に環状制振部材を介装し、前記環状部材の内周面と環状制振部材の外周面との間に前記油膜層を介在させると共に、前記環状制振部材の内周面に前記環状部材の環状溝と連通する第２の環状溝を形成し、該環状制振部材の内周面と転がり軸受の外周面との間に第２の油膜層を介在させるように構成した場合には、弾性と内部減衰を有する高い制振性を持つ環状制振部材とスクイズ油膜ダンパとしての油膜層及び第２の油膜層により制振効果を向上させることができる。
【００１６】
また、前記細孔を介して環状溝に潤滑油を供給する潤滑油供給通路から分岐して転がり軸受の軸受部に潤滑油を導く分岐通路を備えるように構成した場合には、細孔により油膜層へ供給される潤滑油量が制限され、転がり軸受の軸受部に流速の速い潤滑油量を充分に供給できる。したがって、軸受寿命を大幅に向上させることができ、以て、オイルポンプの小型・軽量化を図ることができる。
【００１７】
また、前記環状部材の内周面に設けられた環状溝が、環の中心を上方向へ偏心させて溝深さが下側に行くに従って徐々に浅くなるように形成した場合には、負荷が大きい重力方向下側のスクイズ油膜ダンパの支持能力を、更に増大させることができる。したがって、自重等による回転体の偏心量が減少して制振効果を向上させることができ、以て、振動や騒音が発生するのを防止することができる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明では、環状部材の内周面に環状溝を形成した後、環状部材の上部位置に潤滑油供給用の細孔を形成すると共に、その後環状部材を支持部材へ圧入して、油膜層が形成される環状部材の内周面を仕上げた後、転がり軸受を環状部材内に介装することにより高速回転体の制振支持装置を製造することができる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明では、環状部材の内周面に環状溝を形成した後、環状部材の上部位置に潤滑油供給用の細孔を形成すると共に、その後環状部材を支持部材へ圧入して、油膜層が形成される環状部材の内周面を仕上げた後、環状制振部材及び転がり軸受を環状部材内に介装することにより高速回転体の制振支持装置を製造することができる。
【００２０】
これら請求項５及び６の発明によると、軸受周辺部分及び細孔部分への衝撃が防止されるので、寸法変化が生ぜず軸受の精度及び潤滑油の安定供給が保証される。
【００２１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
先ず、図１及び図２により、本発明の一実施例に係る高速回転体の制振支持装置を説明する。
即ち、図に示すものは、制振支持装置を高速発電機に応用したものであり、軸２３に発電子ロータ２１及びカラー２２を介装して成る回転体の該軸２３の外周には、転がり軸受２４が介装され前記軸２３を軸支し、一体となって高速回転するようになっている。
【００２２】
この転がり軸受２４は、内輪２４ａ、外輪２４ｂ及び玉２４ｃからなり、外輪２４ｂの外周には環状制振部材としての弾性及び内部減衰作用を有する円筒状のダンパ２５が介装され、更にダンパ２５の外周には環状部材２６が介装されており、該環状部材２６は、支持部材としてのハウジング２７内に圧入されている。また、図示しないオイルポンプにて圧送された潤滑油がハウジング２７内に形成された潤滑油供給通路としての油道２７ａより分岐通路２７ｂを通ってリテーナ２８へ供給されジェットノズル２８ａより転がり軸受２４に噴射される。このジェットノズル２８ａは、直径０．５ｍｍ程度の細孔で形成することにより、油道２７ａの油圧を高く設定し、噴出される潤滑油の噴射速度を上げることで、転がり軸受２４内部へ確実に潤滑油を供給することができるようになっている。
【００２３】
更に、潤滑油は油道２７ａから環状部材２６の上方位置に形成された直径０．５ｍｍ程度の細孔２６ａを通って環状部材２６内に供給される。
また、環状部材２６の内周部には、前記細孔２６ａと連通する環状溝２９が形成されている。上半部の環状溝２９ａは細孔２６ａが位置する側の上半円周に、下半部の環状溝２９ｂは下半円周に、夫々形成され、環状溝２９ａは溝幅が環状溝２９ｂよりも大きく形成されている。また、ダンパ２５の内周部には、前記環状溝２９ａ，２９ｂと連通する環状溝２５ａが形成されている。
【００２４】
環状部材２６はハウジング２７内に圧入され、該環状部材２６と転がり軸受２４との間にはダンパ２５が介装されているので、潤滑油が細孔２６ａより環状部材２６内に供給されることにより、環状溝２９ａ，２９ｂ，２５ａを介して環状部材内周面２６ｂとダンパ２５外周面との間には油膜層としての外側ダンパ油膜３０が、ダンパ２５内周面と転がり軸受外輪２４ｂとの間には、同じく油膜層としての内側ダンパ油膜３１が形成される。
【００２５】
これらは、何れもスクイズ油膜ダンパとして高速回転における軸受の振動を効果的に減衰する機能を果たす。
尚、かかる制振支持装置を形成するにあたっては、先ず、環状部材２６の内周面に環状溝２９を加工形成した後、環状部材２６の上部位置に潤滑油供給用の細孔２６ａを形成し、その後環状部材２６をハウジング２７内へ圧入して、油膜層が形成される環状部材２６の内周面を仕上げた後、ダンパ２５及び転がり軸受２４を環状部材２６内に介装することにより行われる。
【００２６】
次に、図１及び図２により本発明の作用を説明する。
一般に高速で回転する軸を軸支するＤＮ値〔転がり軸受の内径Ｄ（ｍｍ）と軸回転数Ｎ（ｒｐｍ）との積〕が１×１０6 を越える転がり軸受には、例えば、軸受寿命を３０００Ｈｒ程度保証するためには、通常軸受内輪外周速の２０％の流速の潤滑油を供給する必要があるため、ジェットノズルの径を細くし油道の油圧を上昇させる必要がある。
【００２７】
そこで、軸２３の高速回転時には、潤滑油をジェットノズル２８ａより噴出させ転がり軸受２４部に潤滑油を供給する一方、環状部材内周面２６ｂとダンパ２５外周面との間及び外輪２４ｂ外周面とダンパ２５内周面との間に細孔２６ａを介して潤滑油を供給することによりスクイズ油膜層３０，３１を形成するようにする。したがって、細孔２６ａによりスクイズ油膜層３０，３１へ供給される潤滑油量が制限され、転がり軸受２４部に流速の速い潤滑油量を充分に供給することができるので、軸受寿命を大幅に向上させることができ、オイルポンプの小型・軽量化を図ることができる。
【００２８】
尚、かかる潤滑油量を絞る他の方法として、オリフィスを油道内部へ打ち込む方法があるが、軸受周辺の精度のよい加工部へ打ち込みによる衝撃で寸法変化が生じ、供給油量が安定しない等の不都合が生じることになり好ましくない。
そこで、本実施例では、環状部材２６の内周面に環状溝２９を加工形成した後、環状部材２６の上部位置に潤滑油供給用の細孔２６ａを形成し、その後環状部材２６をハウジング２７内へ圧入して、油膜層が形成される環状部材２６の内周面を仕上げた後、ダンパ２５及び転がり軸受２４を環状部材２６内に介装することにより、転がり軸受２４周辺部分及び細孔２６ａ部分への衝撃が防止されるので、オリフィスを油道内部へ打ち込んだものに比し寸法変化が生ぜず軸受の精度及び潤滑油の安定供給が保証される。
【００２９】
また、軸２３が振動すると、内側ダンパ油膜３１により減衰された後、ダンパ２５に伝わって減衰される。そして、更に外側ダンパ油膜３０により減衰されてから環状部材２６を介してハウジング２７へ伝わるため、ハウジング２７から見た振動特性値は小さな値となり、高速発電機としては静粛な高速発電機を実現できるのであるが、軸２３は自重等により重力方向に偏心して回転しており、この偏心が大きくなる程スクイズ油膜ダンパの剛性は大きくなり、制振作用も小さくなる傾向がある。そこで、環状溝２９を、溝幅が細孔２６ａ側の上部よりも下部側が小さくなるように環状部材２６内周面に形成することにより、重力方向下側のスクイズ油膜ダンパ表面積を増大させて支持能力を増大させることができる。したがって、軸２３の偏心量が減少して制振効果を向上させることができ、以て、振動や騒音が発生するのを防止することができる。
【００３０】
次に、図３及び図４により他の実施例について説明する。
即ち、このものは、前記図１に示す実施例と基本的には同じものであるが、環状溝２９の溝幅を上半円周と下半円周で同じにすると共に、該環状溝２９の中心を細孔２６ａ方向へ偏心させた点で相違する。即ち、図４に示すように、環状溝２９の深さは、上部から下部に行くに従って徐々に浅くなり、下部位置では、スクイズ油膜層と環状溝２９とが面一になっている。したがって、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
これによると、環状溝２９を、該環状溝２９の中心を細孔２６ａ側の上部方向へ偏心させて下部側のスクイズ油膜層Ａの表面積を増加させるように形成することにより、負荷の大きい重力方向下側のスクイズ油膜層Ａの支持能力を増大させることができる。したがって、軸２３の偏心量が減少して制振効果を向上させることができ、以て、振動や騒音が発生するのを防止することができる。
【００３２】
また、環状溝２９の溝幅が同じであるため、前記図１のものに比し加工段取りが削減され、加工工数が低減される。
次に、図５及び図６により他の実施例について説明する。
即ち、このものは、前記図１に示す実施例と基本的には同じものであるが、環状溝２９の中心を細孔２６ａ方向へ偏心させた点で相違する。したがって、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
これによると、環状溝２９を、該環状溝２９の中心を細孔２６ａ側の上部方向へ偏心させて下部側のスクイズ油膜層Ａの表面積を増加させるように形成したので、前記図１に示す実施例の効果に加えて更に重力下側の支持能力を増大させることができる。したがって、軸２３の偏心量が減少して制振効果を更に向上させることができ、以て、振動や騒音が発生するのを一層防止することができる。
【００３４】
なお、以上の実施例では、本発明に係る高速回転体の制振支持装置について、高速発電機に応用したものについて説明してきたが、これに限定されるものではなく、ターボチャージャーやタービンエンジン等に適用することができることは当然である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、環状溝を、溝幅又は深さの少なくとも一方が上部側よりも下部側が小さくなるように環状部材の内周面に形成することにより、負荷が大きい重力方向下側のスクイズ油膜ダンパの表面積を増大させて支持能力を増大させることができるので、回転体の偏心量が減少して制振効果を向上させることができ、以て、振動や騒音が発生するのを防止することができる。
【００３６】
また、請求項２に記載の発明によれば、環状部材と転がり軸受との間に環状制振部材を介装し、前記環状部材の内周面と環状制振部材の外周面との間に前記油膜層を介在させると共に、前記環状制振部材の内周面に前記環状部材の環状溝と連通する第２の環状溝を形成し、該環状制振部材の内周面と転がり軸受の外周面との間に第２の油膜層を介在させるように構成したので、弾性と内部減衰を有する高い制振性を持つ環状制振部材とスクイズ油膜ダンパとしての油膜層及び第２の油膜層により制振効果を更に向上させることができる。
【００３７】
また、請求項３に記載の発明によれば、細孔を介して環状溝に潤滑油を供給する潤滑油供給通路から分岐して転がり軸受の軸受部に潤滑油を導く分岐通路を備えるように構成したので、細孔により油膜層へ供給される潤滑油量が制限され、転がり軸受の軸受部に流速の速い潤滑油量を充分に供給して軸受寿命を大幅に向上させることができ、以て、オイルポンプの小型・軽量化を図ることができる。
【００３８】
また、請求項４に記載の発明によれば、環状部材の内周面に設けられた環状溝は、環の中心を上方向へ偏心させて溝深さが下側に行くに従って徐々に浅くなるように形成したので、負荷が大きい重力方向下側のスクイズ油膜ダンパの支持能力を、更に増大させることができ、自重等による回転体の偏心量が減少して制振効果を更に向上させることができる。
【００３９】
また、請求項５又は６に記載の発明によると、環状部材の内周面に環状溝を形成した後、環状部材の上部位置に潤滑油供給用の細孔を形成すると共に、その後環状部材を支持部材へ圧入して、油膜層が形成される環状部材の内周面を仕上げた後、環状制振部材（介在させる場合）、転がり軸受を環状部材内に介装することにより高速回転体の制振支持装置を製造するように構成したので、軸受周辺部分及び細孔部分への衝撃が防止され、寸法変化が生ぜず軸受の精度及び潤滑油の安定供給が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る高速回転体の制振支持装置を示す断面図。
【図２】  （ａ）は図１の環状部材部分を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図３】  他の実施例に係る高速回転体の制振支持装置を示す断面図。
【図４】  （ａ）は図３の環状部材部分を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】  他の実施例に係る高速回転体の制振支持装置を示す断面図。
【図６】  （ａ）は図５の環状部材部分を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図７】  従来の高速回転体の制振支持装置を示す断面図。
【符号の説明】
２１    発電子ロータ
２２    カラー
２３    軸
２４    転がり軸受
２４ａ  内輪
２４ｂ  外輪
２４ｃ  玉
２５    ダンパ
２６    環状部材
２６ａ  細孔
２６ｂ  環状部材内周面
２７    ハウジング（支持部材）
２７ａ  油道（潤滑油供給通路）
２７ｂ  分岐通路
２８    リテーナ
２８ａ  ジェットノズル
２９    環状溝
３０    外側ダンパ油膜
３１    内側ダンパ油膜
【図１】
0003639322.tif 000002
【図２】
0003639322.tif 000003
【図３】
0003639322.tif 000004
【図４】
0003639322.tif 000005
【図５】
0003639322.tif 000006
【図６】
0003639322.tif 000007
【図７】
0003639322.tif 000008