(57)【要約】【課題】潤滑構造の簡素化を図りつつ、高速回転時におけるシャフトの自励振動を抑制することが可能な回転機を提供する。【解決手段】回転機１０は、モータハウジング１２に転がり軸受１８を介して回転可能に支持されたシャフト２４と、シャフト２４とモータハウジング１２との間に配置され、シャフト２４の軸振れ時に粘弾性変形してシャフト２４の振動エネルギを吸収する軸振防止部材４０と、を備えている。また、軸振防止部材４０は、モータハウジング１２に固定された固定部４２と、固定部４２に保持され、シャフト２４の軸振れ時に弾性変形してシャフト２４の振動エネルギを吸収する粘弾性部４４と、を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１２）に転がり軸受（１８，１８ａ）を介して回転可能に支持されたシャフト（２４）と、
前記シャフトと前記ハウジングとの間に配置され、前記シャフトの軸振れ時に粘弾性変形して前記シャフトの振動エネルギを吸収する軸振防止部材（４０）と、
を備える回転機。
【請求項２】
前記軸振防止部材は、前記シャフトの先端と前記転がり軸受との間の軸方向位置に配置されている請求項１記載の回転機。
【請求項３】
前記軸振防止部材は、前記ハウジングに固定された固定部（４２）と、前記固定部に保持され、前記シャフトの軸振れ時に粘弾性変形して前記振動エネルギを吸収する粘弾性部（４４）と、を有している請求項１又は２記載の回転機。
【請求項４】
前記粘弾性部は、前記シャフトが貫通する貫通孔（５６）を有する環状部材である請求項３記載の回転機。
【請求項５】
前記粘弾性部は、前記シャフトが貫通する貫通孔（５６）を有する、周方向において一箇所以上で切れ目が設けられた環状部材である請求項３記載の回転機。
【請求項６】
前記シャフトの先端側に取り付けられた遠心式コンプレッサホイール（３６）を備える請求項１乃至５の何れか一項記載の回転機。
【請求項７】
前記転がり軸受に予圧を付与する予圧機構（３４）を備える請求項１乃至６の何れか一項記載の回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジングに転がり軸受を介して回転可能に支持されたシャフトを備える回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボチャージャーなどの高速回転に使用される回転機が知られている（例えば、特許文献１など）。この回転機は、ハウジングに回転可能に支持されたシャフトと、シャフトをハウジングに支持するための軸受と、を備えている。この軸受は、浮動ブッシュ型のすべり軸受である。この回転機によれば、浮動ブッシュ型のすべり軸受により、高速回転に伴うシャフトの自励振動を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３６７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、すべり軸受の構造では、潤滑油を循環させるオイル潤滑機構を設けることが必要であるので、その構造が複雑化してコストアップが招来する。一方、転がり軸受の構造では、グリス潤滑が実施されるので、その構造を簡素化することはできるが、高速回転時にシャフトの自励振動によって軸振れが発生して機械損が大きくなるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、潤滑構造の簡素化を図りつつ、高速回転時におけるシャフトの自励振動を抑制することが可能な回転機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】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明は、ハウジングに転がり軸受を介して回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトと前記ハウジングとの間に配置され、前記シャフトの軸振れ時に粘弾性変形して前記シャフトの振動エネルギを吸収する軸振防止部材と、を備える回転機である。
【０００７】
この構成によれば、シャフトをハウジングに支持するのに転がり軸受が用いられるので、潤滑構造の簡素化を図ることができる。また、そのハウジングに転がり軸受を介して支持されたシャフトの軸振れ時にシャフトとハウジングとの間に配置された軸振防止部材が粘弾性変形してそのシャフトの振動エネルギを吸収するので、その軸振れを抑制することができる。従って、潤滑構造の簡素化を図りつつ、高速回転時におけるシャフトの自励振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転機の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の回転機の要部の模式図である。
【図３】第１実施形態の回転機が備える軸振防止部材、ハウジング、及びシャフトの断面図である。
【図４】第１実施形態の回転機が備える軸振防止部材の斜視図である。
【図５】第１実施形態の回転機が備える軸振防止部材の上面図である。
【図６】図５に示す軸振防止部材のVI−VI断面図である。
【図７】第１実施形態の回転機が備える予圧機構の斜視図である。
【図８】第１実施形態の回転機が備える予圧機構の側面図である。
【図９】第１実施形態の回転機における回転数と機械損との関係を対比例のものと比較した図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る回転機が備える軸振防止部材の斜視図である。
【図１１】図１０に示す回転機が備える軸振防止部材の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る回転機の具体的な実施形態について、図１〜図１１を参照しつつ説明する。
【００１０】
［実施形態１］
第１実施形態の回転機１０は、例えば、車両に搭載される過給機などに使用される電動機などであって、バッテリなどから電力が供給されることで駆動力を発生するモータである。回転機１０は、例えば定格８万ｒｐｍ以上に回転し得るものである。回転機１０は、モータハウジング１２と、ステータ１４と、ロータ１６と、転がり軸受１８と、軸振防止部材４０と、を備えている。
【００１１】
モータハウジング１２は、ステータ１４、ロータ１６、転がり軸受１８、及び軸振防止部材４０を収容可能な収容部２０を有している。モータハウジング１２は、アルミニウムなどの金属により構成されている。
【００１２】
ステータ１４及びロータ１６は、モータハウジング１２の収容部２０内に収容される。ステータ１４は、ステータコアとステータコイルとを有している。ロータ１６は、中空孔２２が設けられた円筒状の回転体である。ロータ１６は、ステータコイルへの通電によりステータコアを通る磁束が発生することにより回転する。ステータ１４とロータ１６とは、径方向において所定の隙間を空けて配置されている。
【００１３】
ロータ１６には、シャフト２４が取り付け固定されている。シャフト２４は、ロータ１６の中空孔２２に挿入されている。シャフト２４のロータ１６への固定は、例えばシャフト２４の中空孔２２への圧入や嵌合などにより実現されている。シャフト２４は、ロータ１６の回転に伴って回転する軸部材である。シャフト２４は、クロムモリブデン鋼などにより構成されている。シャフト２４は、モータハウジング１２に転がり軸受１８を介して回転可能に支持されている。
【００１４】
転がり軸受１８は、モータハウジング１２の収容部２０に設けられた軸受収容部２６に収容されている。転がり軸受１８は、シャフト２４に対してロータ１６を挟んだ軸方向両側の位置に二箇所設けられている。以下、適宜、一方の転がり軸受１８を転がり軸受１８ａと、他方の転がり軸受１８を転がり軸受１８ｂと、それぞれ称す。また、適宜、転がり軸受１８ａが収容される軸受収容部２６を軸受収容部２６ａと、転がり軸受１８ｂが収容される軸受収容部２６を軸受収容部２６ｂと、それぞれ称す。
【００１５】
転がり軸受１８は、グリス潤滑軸受であって、例えば玉軸受やころ軸受などである。転がり軸受１８は、モータハウジング１２に固定される環状の軌道輪３０と、シャフト２４に固定される環状の軌道輪３１と、軌道輪３０と軌道輪３１との間に介在する転動体３２と、を有している。
【００１６】
回転機１０は、予圧機構３４を備えている。予圧機構３４は、転がり軸受１８に軸方向に沿った予圧を付与する機構であって、転がり軸受１８のガタツキを抑えてその剛性を高める機能を有する。予圧機構３４は、転がり軸受１８に対して軸方向に隣接して配置されており、例えばウェーブワッシャなどである。予圧機構３４は、例えば転がり軸受１８ｂに対して軸方向に隣接して設けられている。尚、予圧機構３４は、転がり軸受１８ａに対して軸方向に隣接して設けられていてもよい。
【００１７】
シャフト２４の一方の軸方向先端側（図１において右端側）には、遠心式コンプレッサホイール３６が取り付けられている。遠心式コンプレッサホイール３６は、二箇所の転がり軸受１８ａ，１８ｂのうち軸方向先端側の転がり軸受１８ａの配置位置よりも更に軸方向先端側に配置されている。遠心式コンプレッサホイール３６は、シャフト２４に固定され、複数の羽根が設けられたタービンホイールであって、タービンが駆動されることで空気を圧縮してエンジンに送り込むための部材である。
【００１８】
遠心式コンプレッサホイール３６は、排気をタービンに導く流路及び圧縮空気をエンジンに送り込むための流路が形成されたコンプレッサハウジング３８に囲まれている。遠心式コンプレッサホイール３６及びコンプレッサハウジング３８は、アルミニウムなどの金属により構成されている。コンプレッサハウジング３８とモータハウジング１２とは、互いに固定されている。
【００１９】
回転機１０は、軸振防止部材４０を備えている。軸振防止部材４０は、シャフト２４の特に高速回転時における軸振れを抑制して防止する部材である。軸振防止部材４０は、モータハウジング１２に固定されている。軸振防止部材４０は、シャフト２４とモータハウジング１２との間に配置されており、シャフト２４の軸方向先端（より具体的には、遠心式コンプレッサホイール３６）と転がり軸受１８ａとの間の軸方向位置に配置されている。
【００２０】
軸振防止部材４０は、全体として円環状に形成された部材である。軸振防止部材４０は、固定部４２と、粘弾性部４４と、圧入部４６と、を有している。固定部４２及び圧入部４６は、例えばステンレス鋼により構成されている。粘弾性部４４は、粘性及び弾性を有する例えばグラファイトなどの充填材が配合されたフッ素樹脂により構成されている。尚、粘弾性部４４は、潤滑性も有する樹脂により構成されていることが好ましい。
【００２１】
固定部４２は、モータハウジング１２に固定される部材である。この固定部４２の固定は、モータハウジング１２への圧入や接着などにより実現される。固定部４２は、円盤状の底部５２と、円筒状の側壁部５４と、を有している。底部５２には、シャフト２４が貫通する貫通孔５０が形成されている。側壁部５４は、底部５２の周縁から軸方向に沿って延びている。貫通孔５０の径は、シャフト２４の外径に比して僅かに大きい。
【００２２】
粘弾性部４４は、固定部４２に保持される部材であって、シャフト２４の表面に接して、シャフト回転時にその表面に対して摺動することが可能である。粘弾性部４４は、シャフト２４の軸振れが生じたときにその軸振れに伴って粘弾性変形してその軸振れによる振動エネルギを吸収する。この粘弾性部４４の粘弾性変形量は、シャフト２４の軸振れ幅（すなわち、軸振れ量）が大きいほど大きくなる。粘弾性部４４のシャフト２４に対する摺動時における周速は、例えば２５ｍ／ｓ以上になることがある。軸振防止部材４０は、粘弾性部４４の粘弾性変形によりシャフト２４の軸振れを抑制して防止する。
【００２３】
粘弾性部４４は、円盤状・円環状に形成されている。粘弾性部４４は、シャフト２４が貫通する貫通孔５６を有している。粘弾性部４４の外径は、固定部４２への粘弾性部４４の組み付け前において固定部４２の側壁部５４の内径と同じ或いはその内径に比して僅かに大きい。また、粘弾性部４４の内径（具体的には、貫通孔５６の径）は、貫通孔５６へのシャフト２４の挿入前においてシャフト２４の外径に比して僅かに小さい。粘弾性部４４は、図３に示す如く、貫通孔５６にシャフト２４が挿入された状態においてその貫通孔５６周囲で粘弾性変形する。粘弾性部４４は、側壁部５４の内径側に嵌るように固定部４２に対して配置される。
【００２４】
圧入部４６は、シャフト２４が貫通する貫通孔５８と、軸方向に沿って延びる円筒状の側壁部６０と、を有する部材である。圧入部４６の側壁部６０の外径は、固定部４２への圧入部４６の組み付け前において固定部４２の側壁部５４の内径に比して僅かに大きい。側壁部６０の内径すなわち貫通孔５８の径は、シャフト２４の外径に比して大きい。圧入部４６は、粘弾性部４４が固定部４２の側壁部５４の内径側に配置された状態でその側壁部５４の内径側に圧入される。圧入部４６が固定部４２に圧入されると、粘弾性部４４の一部（具体的には、その外径側）が固定部４２の底部５２と圧入部の側壁部６０の軸方向端面との間で挟持されて保持される。粘弾性部４４は、その外径側が固定部４２に保持されながらその内径側において粘弾性変形する。
【００２５】
上記構造を有する回転機１０においては、ステータ１４のステータコイルが通電されると、電磁力の作用によってロータ１６がステータ１４に対して回転する。ロータ１６が回転すると、その回転に伴ってシャフト２４が転がり軸受１８により支持されつつ回転する。回転機１０は、例えば定格８万ｒｐｍ以上、１０万ｒｐｍ程度まで回転することができる。回転が転がり軸受１８により支持されつつ行われる回転機１０では、１０万ｒｐｍなどの高速回転時にシャフト２４の自励振動によって軸振れが発生するおそれがある。
【００２６】
これに対して、回転機１０は、上記の如く、軸振防止部材４０を備えている。この軸振防止部材４０は、シャフト２４とモータハウジング１２との間に配置されて、シャフト２４の軸方向先端（より具体的には、遠心式コンプレッサホイール３６）と転がり軸受１８ａとの間の軸方向位置に配置されている。軸振防止部材４０は、固定部４２にてモータハウジング１２に固定された状態で、粘弾性部４４にてシャフト２４の表面に接してそのシャフト２４の軸振れ時に粘弾性変形してそのシャフト２４の振動エネルギを吸収する。
【００２７】
シャフト２４の軸振れ幅が大きいほど、粘弾性部４４の粘弾性変形量が大きくなるので、シャフト２４の軸振れによる振動エネルギが確実に吸収される。このため、シャフト２４の高速回転時に軸振れが生じても、そのシャフト２４の自励振動を確実に抑制して軸振れを抑制することができ、これにより、回転機１０の機械損を小さく抑えることができる。
【００２８】
本実施形態の回転機１０と同様に転がり軸受１８が設けられる一方で、その回転機１０と異なり軸振防止部材４０が設けられていない対比例の回転機では、図９に示す如く、回転数（すなわち、回転速度）ｒｐｍが８万ｒｐｍ以上になると、その回転数ｒｐｍの増加に伴ってシャフト２４の自励振動によって機械損が飛躍的に増大してしまう。これに対して、本実施形態の回転機１０によれば、回転数ｒｐｍが８万ｒｐｍ以上になっても、シャフト２４の自励振動が抑えられるので、機械損の飛躍的な増大を抑えることができる。例えば、回転数ｒｐｍが１０万ｒｐｍであるとき、上記の対比例の回転機の構造に比べて、機械損を約１／２に低減することができる。
【００２９】
また、転がり軸受１８は、グリス潤滑軸受である。このため、ロータ１６及びシャフト２４をモータハウジング１２に支持するのに必要な潤滑構造として、潤滑油を循環させるオイル潤滑機構などの複雑な機構を設けることは不要であるので、その潤滑構造の簡素化を図ることができる。
【００３０】
従って、本実施形態の回転機１０によれば、潤滑構造の簡素化を図りつつ、高速回転時におけるシャフトの自励振動を抑制することができる。このため、回転機１０のコストダウンや組み立ての容易化を図ることができると共に、転がり軸受１８に起因した高速回転時における回転効率の低下を抑えることができる。
【００３１】
本実施形態において、軸振防止部材４０は、全体として円環状に形成された部材であって、円筒状の固定部４２にてモータハウジング１２に固定されつつ、円環状の粘弾性部４４にてシャフト２４の表面に接してそのシャフト２４の軸振れ時に粘弾性変形する。かかる構造においては、粘弾性部４４がシャフト２４の全周に亘って接するので、シャフト２４が何れの方位に向けて軸振れしようとしても、その軸振れを確実に抑制することができる。
【００３２】
更に、本実施形態において、シャフト２４の一方の軸方向先端には、遠心式コンプレッサホイール３６が取り付けられている。この遠心式コンプレッサホイール３６が作動すると、シャフト２４の軸方向先端側に軸振れが生じ易くなるおそれがある。これに対して、本実施形態の回転機１０においては、軸振防止部材４０が上記の如くシャフト２４の軸方向先端（より具体的には、遠心式コンプレッサホイール３６）と転がり軸受１８ａとの間の軸方向位置に配置されているので、その軸振れを確実に抑制することができる。
【００３３】
以上、詳述したように、回転機１０は、モータハウジング１２に転がり軸受１８を介して回転可能に支持されたシャフト２４と、シャフト２４とモータハウジング１２との間に配置され、シャフト２４の軸振れ時に粘弾性変形してシャフト２４の振動エネルギを吸収する軸振防止部材４０と、を備えている。
【００３４】
この構成によれば、シャフト２４をモータハウジング１２に支持するのに転がり軸受１８を用いるので、潤滑構造の簡素化を図ることができる。また、そのモータハウジング１２に転がり軸受１８を介して支持されたシャフト２４の軸振れを、シャフト２４とモータハウジング１２との間に配置された軸振防止部材４０の粘弾性変形により抑制することができる。従って、潤滑構造の簡素化を図りつつ、高速回転時におけるシャフト２４の自励振動を抑制することができる。
【００３５】
回転機１０において、軸振防止部材４０は、シャフト２４の先端と転がり軸受１８ａとの間の軸方向位置に配置されている。この構成によれば、シャフト２４の軸振れを確実に抑制することができる。
【００３６】
回転機１０において、軸振防止部材４０は、モータハウジング１２に固定された固定部４２と、固定部４２に保持され、シャフト２４の軸振れ時に粘弾性変形してシャフト２４の振動エネルギを吸収する粘弾性部４４と、を有している。
【００３７】
この構成によれば、シャフト２４が軸振れしたときに軸振防止部材４０の粘弾性部４４が粘弾性変形してシャフト２４の振動エネルギを吸収するので、シャフト２４の軸振れを抑制することができる。
【００３８】
回転機１０において、粘弾性部４４は、シャフト２４が貫通する貫通孔５６を有する環状部材である。この構成によれば、粘弾性部４４がシャフト２４の全周に亘って接するので、シャフト２４の全方位への軸振れを確実に抑制することができる。
【００３９】
回転機１０は、シャフト２４の先端側に取り付けられた遠心式コンプレッサホイール３６を備えている。この構成によれば、遠心式コンプレッサホイール３６の作動によりそのコンプレッサホイール３６が取り付けられたシャフト２４の先端側に軸振れが生じ易くなるおそれがあるが、軸振防止部材４０によりその軸振れを確実に抑制することができる。
【００４０】
更に、回転機１０は、転がり軸受１８に予圧を付与する予圧機構３４を備えている。この構成によれば、転がり軸受１８に予圧機構３４により予圧を付与することができるので、この予圧により転がり軸受１８のガタツキを抑えてその剛性を高め、シャフト２４の軸振れを抑制することができる。
【００４１】
［実施形態２］
ところで、上記の第１実施形態においては、回転機１０が軸振防止部材４０を備え、その軸振防止部材４０がシャフト２４の軸振れ時に粘弾性変形してシャフト２４の振動エネルギを吸収する粘弾性部４４を有し、その粘弾性部４４がシャフト２４が貫通する貫通孔５６を有する環状部材である。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図１０及び図１１に示す如く、回転機１０が軸振防止部材１００を備え、その軸振防止部材１００が、固定部４２及び圧入部４６を有すると共に、シャフト２４の軸振れを防止するために粘弾性変形する粘弾性部１０２を有し、その粘弾性部１０２が、シャフト２４が貫通する貫通孔５６を有する、周方向において一箇所以上（図１０及び図１１においては四箇所）で切れ目１０４が設けられた環状部材であってもよい。
【００４２】
この第２実施形態において、粘弾性部１０２は、シャフト２４の表面に接して、シャフト２４の軸振れ時に粘弾性変形してそのシャフト２４の振動エネルギを吸収する。粘弾性部１０２は、粘弾性部４４と同様に、円環状に形成されている一方、粘弾性部４４と異なり、周方向において一箇所以上の切れ目１０４が設けられた部材である。かかる変形例においても、軸振防止部材１００の粘弾性部１０２から軸振れするシャフト２４に対してその軸振れを抑制する力を付与することができるので、その粘弾性部１０２によりシャフト２４の高速回転時における自励振動を抑制して軸振れを抑制することができる。
【００４３】
［変形形態］
上記の第１及び第２実施形態においては、二箇所の転がり軸受１８ａ，１８ｂのうちの、遠心式コンプレッサホイール３６が取り付けられたシャフト２４の一方の軸方向先端側に配置された転がり軸受１８ａと、その遠心式コンプレッサホイール３６との間の軸方向位置に軸振防止部材４０を配置することとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、更に、遠心式コンプレッサホイール３６が取り付けられていないシャフト２４の他方の軸方向先端側（すなわち、軸方向後端側）に配置された転がり軸受１８ｂと、そのシャフト２４の軸方向後端との間の軸方向位置にも軸振防止部材を配置することとしてもよい。
【００４４】
更に、上記の第１及び第２実施形態においては、回転機１０を、車両に搭載される過給機などに使用されるものとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、他の回転機に適用されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０・・・回転機、１２・・・モータハウジング、１６・・・ロータ、１８，１８ａ，１８ｂ・・・転がり軸受、２４・・・シャフト、３４・・・予圧機構、３６・・・遠心式コンプレッサホイール、４０，１００・・・軸振防止部材、４２・・・固定部、４４，１０２・・・粘弾性部、５６・・・貫通孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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