(57)【要約】【課題】製造コストの上昇を抑えると共に、使用条件が厳しい玉軸受の潤滑性を向上させて、ターボチャージャの耐久性及び信頼性の向上を図ることができる良好なターボチャージャ用回転支持装置を提供する。【解決手段】ターボチャージャ用回転支持装置は、一端にタービンが固定されると共に他端にインペラが固定された回転軸を、軸受ハウジングの内側に回転自在に支持する為、内外輪１０，１２間に配置された複数個の玉１３をポケット１５内に転動自在に保持して外輪案内される円環状の保持器３３を備えた玉軸受３２を設け、該玉軸受３２の外部側方から内輪１２の外周面に向けて潤滑油を噴射供給するノズル２０を設けることにより、該玉軸受３２の潤滑を行う様に構成される。ノズル２０を設けた側の前記保持器３３の内周面に、該保持器３３の端面からポケット１５に連なる潤滑油誘導溝３５を各ポケット１５毎に設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端にタービンが固定されると共に他端にインペラが固定された回転軸を、軸受ハウジングの内側に回転自在に支持する為、内外輪間に配置された複数個の玉をポケット内に転動自在に保持して外輪案内される円環状の保持器を備えた玉軸受を設け、該玉軸受の外部側方から内輪の外周面に向けて潤滑油を噴射供給するノズルを設けることにより、該玉軸受の潤滑を行う様に構成したターボチャージャ用回転支持装置において、
前記ノズルを設けた側の前記保持器の内周面に、該保持器の端面からポケットに連なる潤滑油誘導溝を各ポケット毎に設けたことを特徴とするターボチャージャ用回転支持装置。
【請求項２】
前記潤滑油誘導溝が、前記ポケットの中心を通り回転方向とは逆方向側に軸方向から角度θだけ傾いた直線に沿って形成されると共に、前記角度θが、０≦θ≦４５゜の範囲に設定されることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用回転支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジン等に装着されるターボチャージャに組み込み、インペラとタービンとが接続された回転軸を軸受ハウジングに対して回転自在に支持する為のターボチャージャ用回転支持装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの出力を排気量を変えずに増大させる為、エンジンに送り込む空気を排気のエネルギーにより圧縮するターボチャージャが、広く使用されている。このターボチャージャは、排気のエネルギーを、排気通路の途中に設けたタービンにより回収し、このタービンをその端部に固定した回転軸により、給気通路の途中に設けたコンプレッサのインペラを回転させる。このインペラは、エンジンの運転に伴って数万〜十数万ｍｉｎ−１（ｒ．ｐ．ｍ．）の速度で回転し、上記供給通路を通じてエンジンに送り込まれる空気を圧縮する。
【０００３】
図４及び図５は、この様なターボチャージャ用回転支持装置の一例を示している。ターボチャージャ１００は、排気流路１を流通する排気により、回転軸２の一端（図４中、右端）に固定したタービン３を回転させる。この回転軸２の回転は、他端に固定したインペラ４に伝わり、該インペラ４が給気流路５内で回転する。
この結果、前記給気流路５の上流端開口から吸引された空気が圧縮されてガソリン、軽油等の燃料と共にエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。
【０００４】
この様なターボチャージャの回転軸２は、数万〜十数万ｍｉｎ−１（ｒ．ｐ．ｍ．）もの高速で回転し、しかも、エンジンの運転状況に応じてその回転速度が頻繁に変化する。
従って、上記回転軸２は、軸受ハウジング６に対し、小さな回転抵抗で支持し、しかも回転支持部の潤滑を十分に考慮する必要がある。
【０００５】
この為に従来から、上記軸受ハウジング６の内側に上記回転軸２を第１及び第２の玉軸受７，８により、回転自在に支持する回転支持装置を用いている。これら第１及び第２の玉軸受７，８は、それぞれ図６に示すように、内外輪１２，１０間に配置された複数個の玉１３をポケット１５内に回転自在に保持する外輪案内の保持器１４を備えたアンギュラ型玉軸受である。
【０００６】
これら第１及び第２の玉軸受７，８の構成は、基本的には同じであるが、高温の排気が流通する排気流路１に近く、温度上昇が著しい第１の玉軸受７の潤滑条件は、低温の空気が流通する給気流路５に近く、温度上昇がそれ程著しくはない第２の玉軸受８に比べて厳しくなる。
この為、上記第１の玉軸受７の潤滑を十分に行って、この第１の玉軸受７に焼き付き等の損傷が発生するのを防止している。本発明は、この様な第１の玉軸受７の潤滑性能の向上を図るものである。就いては、以下の説明は、この第１の玉軸受７を中心に行う。
【０００７】
前記第１の玉軸受７は、内周面に外輪軌道９を有する外輪１０と、外周面に内輪軌道１１を有する内輪１２と、これら外輪軌道９と内輪軌道１１との間に転動自在に設けた複数個の玉１３とを備える。
これら玉１３は、円環状の保持器１４に設けた複数のポケット１５内に、それぞれ１個ずつ転動自在に保持されている。図示の例の場合には、上記内輪１２が、片側の肩部をなくした所謂カウンタボアとされている。又、上記保持器１４の外周面が、上記外輪１０の内周面に近接対向させられる事により、この保持器１４の直径方向位置がこの外輪１０により規制される外輪案内とされている。
【０００８】
前記第１の玉軸受７は、上記外輪１０を前記軸受ハウジング６の一端部に内嵌すると共に、上記内輪１２を上記回転軸２の一端部に外嵌固定する事により、この回転軸２の一端部を上記軸受ハウジング６に対し、回転自在に支持している。又、上述した様に、同様の構成を有する上記第２の玉軸受８は、外輪１０を軸受ハウジング６の他端部に内嵌すると共に、内輪１２を上記回転軸２の他端部に外嵌固定する事により、この回転軸２の他端部を上記軸受ハウジング６に対し、回転自在に支持している。
【０００９】
また、上記第１及び第２の玉軸受７，８を構成する一対の外輪１０，１０には、圧縮ばね１６により互いに離れる方向の弾力を付与している。即ち、これら両外輪１０，１０の互いに対向する端面にそれぞれ押圧環１７，１７を突き合わせ、これら両押圧環１７，１７同士の間に上記圧縮ばね１６を挟持している。従って、上記第１及び第２の玉軸受７，８には、背面組合せ（ＤＢ）型の接触角が付与された状態となる。
【００１０】
更に、上記軸受ハウジング６を納めたケーシング１８内に給油通路を設けて、上記各玉軸受７，８を潤滑自在としている。ターボチャージャを装着したエンジンの運転時に潤滑油は、フィルタ１９により異物を除去されてから、上記ケーシング１８の内周面と上記軸受ハウジング６の外周面との間の隙間空間を通過して、上記外輪１０に隣接する押圧環１７に設けたノズル孔２０から、上記第１の玉軸受７を構成する内輪１２の外周面に向け、径方向外方から斜めに噴出し、この第１の玉軸受７を潤滑（オイルジェット潤滑）する。
この様にして第１の玉軸受７に向けて噴出した潤滑油は、この第１の玉軸受７の他、上記第２の玉軸受８も潤滑してから、排油口２１から排出される。
【００１１】
しかしながら、上述した様なターボチャージャ用回転支持装置の場合、ノズル孔２０から噴出した潤滑油が、必ずしも第１の玉軸受７の潤滑の為に有効に利用できない。即ち、上述した従来構造の場合には、上記ノズル孔２０からこの第１の玉軸受７を構成する内輪１２の外周面に向け噴出した潤滑油の多くの部分が、高速で回転している該内輪１２の外周面に跳ね飛ばされて、上記第１の玉軸受７を潤滑する事なく、周囲に飛散してしまう。
【００１２】
この結果、各玉１３の転動面と、外輪軌道９及び内輪軌道１１、各ポケット１５の内面との転がり接触部又は滑り接触部に存在する潤滑油が不足する可能性がある。そして、不足した場合には、上記各ポケット１５の内面等、各部の摩耗が著しくなり、ターボチャージャ用回転支持装置の耐久性が損なわれるだけでなく、極端な場合には焼き付き等の損傷を発生する。
【００１３】
この様な不都合を解消する為に、例えば、高速で十分な潤滑油供給を行えない場合にも、十分な潤滑性を確保して耐久性向上を図るため、保持器を繊維強化ポリイミド樹脂製とし、バレル加工により表面に存在する角部に、微小曲面を形成すると共に内部に潤滑油を含浸させるものがある（例えば、特許文献１参照）。ところが、高温度及び高速の回転条件では、保持器に含浸させた潤滑油だけでは十分な潤滑が行えず、焼き付きや摩耗等の不具合を生じる可能性があった。
【００１４】
又、図６に示した玉軸受７の代わりに、図７に示すような玉軸受２２を使用したターボチャージャ用回転支持装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
上記玉軸受２２では、内輪１２の外周面で反射して保持器２３の内周面に付着した潤滑油が高速回転時の遠心力等で吹き飛ばされないように、該保持器２３のノズル２０側の端部に、径方向内方に突出する小径突部２５を全周にわたって設けると共に、該小径突部２５の中央側を円すい凹面状の傾斜面２６としている。
【００１５】
即ち、上述の如く保持器２３を改良した玉軸受２２では、内輪１２の外周面で反射して保持器２３の内周面に付着した潤滑油が、高速回転時の遠心力の作用で、小径突部２５の傾斜面２６に沿って回転半径の大きなポケット側に向かって進むようになる。
そこで、前記保持器２３の内周面に付着した潤滑油を、上記各玉１３が存在する部分（内部空間２８の部分）の潤滑に有効に働かせることができ、潤滑性能の向上によって、ターボチャージャの寿命の向上や、更なる高回転化による過給性能の向上等を達成することができる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１０−９６４２６号公報
【特許文献２】
特開２００２−５４４４９号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記保持器２３は、小径突部２５を設けたことによって形状が複雑になると共に、基本構造が図６に示した保持器１４と大きく異なるため、新たに専用の成形用金型等を準備する必要が生じ、製造コストの上昇を招くという問題がある。
また、前記内輪１２の外周面で反射して上記保持器２３の内周面に付着した潤滑油は、高速回転時の遠心力の作用で、小径突部２５の傾斜面２６を回転半径が大きなポケット１５側に向かって進むようになるが、遠心力によって保持器２３の周方向に向かう速度成分も大きくなるため、無駄な周回運動によって潤滑油が昇温し、潤滑油による冷却性能が十分に発揮できなくなる虞もあった。
【００１８】
従って、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、製造コストの上昇を抑えると共に、使用条件が厳しい玉軸受の潤滑性を向上させて、ターボチャージャの耐久性及び信頼性の向上を図ることができる良好なターボチャージャ用回転支持装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、一端にタービンが固定されると共に他端にインペラが固定された回転軸を、軸受ハウジングの内側に回転自在に支持する為、内外輪間に配置された複数個の玉をポケット内に転動自在に保持して外輪案内される円環状の保持器を備えた玉軸受を設け、該玉軸受の外部側方から内輪の外周面に向けて潤滑油を噴射供給するノズルを設けることにより、該玉軸受の潤滑を行う様に構成したターボチャージャ用回転支持装置において、
前記ノズルを設けた側の前記保持器の内周面に、該保持器の端面からポケットに連なる潤滑油誘導溝を各ポケット毎に設けたことを特徴とするターボチャージャ用回転支持装置により達成される。
【００２０】
上記構成のターボチャージャ用回転支持装置によれば、ノズルから噴射されて内輪の外周面で跳ね返った潤滑油の多くの部分は、各玉が存在する部分や保持器の内周面に設けられた潤滑油誘導溝に取り込まれる。即ち、保持器の回転によって該保持器の内周面に付着した潤滑油に作用する遠心力は、該潤滑油を保持器の周方向に移動させて、最寄りの潤滑油誘導溝に速やかに落とす。
【００２１】
そして、周方向と交差している前記潤滑油誘導溝内に保持された潤滑油は、界面張力及び遠心力によって周方向に周回したり、剥離して飛散することが防止され、保持器の各ポケットに供給される。このポケット内に保持された潤滑油は、前記各玉の転動面に付着し、各ポケットの内面並びに内外輪軌道との接触面を潤滑することができる。
【００２２】
従って、保持器の内周面に付着した潤滑油は、保持器内周面上に滞留することもなく、潤滑油が滞留によって無駄に昇温することが無いため、供給先である各玉が存在する部分の潤滑及び冷却に有効に働かせることができ、潤滑性能及び冷却性能の向上によって、ターボチャージャの寿命の向上や、更なる高回転化による過給性能の向上等を達成することもできる。
【００２３】
又、前記保持器は、基本的に従来と同構造の保持器に潤滑油誘導溝を追加工するだけで良く、新たに専用の成形用金型等を準備せずとも製造することができるので、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００２４】
尚、好ましくは前記潤滑油誘導溝が、前記ポケットの中心を通り回転方向とは逆方向側に軸方向から角度θだけ傾いた直線に沿って形成されると共に、前記角度θが、０≦θ≦４５゜の範囲に設定される。
【００２５】
この場合、潤滑油を前記潤滑油誘導溝に取り込み易くすることができる。即ち、回転軸の回転時には内輪が一体回転し、内輪の回転に伴って、軸受内の玉が内輪の外周面上を転動しながら公転し、この玉の公転に伴って、保持器が内輪よりも遅い回転速度で内輪と同方向に回転する。
従って、ノズルから噴射されて内輪の外周面に吹き付けられた潤滑油の多くの部分は、保持器内周面に対して回転方向とは逆方向側に傾いた直線に沿って跳ね返るので、保持器内周面に対して回転方向とは逆方向側に傾いて形成された前記潤滑油誘導溝には潤滑油を取り込み易くすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係るターボチャージャ用回転支持装置を詳細に説明する。
尚、本発明のターボチャージャ用回転支持装置は、一端にタービンが固定されると共に他端にインペラが固定された回転軸を回転自在に支持する為の玉軸受を改良したものであり、本発明が適用されるターボチャージャの構成及び上記改良点以外のターボチャージャ用回転支持装置の構成は、図４及び図５に示した従来構成と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係るターボチャージャ用回転支持装置を構成する玉軸受の部分断面図である。
図１に示した玉軸受３２は、図５に示したターボチャージャ用回転支持装置における玉軸受７に相当し、回転軸２のタービン３寄りの位置を回転自在に軸受ハウジング６に支承するものである。
【００２８】
前記玉軸受３２は、図１に示したように、内周面に外輪軌道９を有する外輪１０と、外周面に内輪軌道１１を有する内輪１２と、これら外輪軌道９と内輪軌道１１との間に転動自在に設けた複数個の玉１３とを備える。
これら玉１３は、円環状の保持器３３に設けた複数のポケット１５内に、それぞれ１個ずつ転動自在に保持されている。図示の例の場合には、上記内輪１２が、片側の肩部をなくした所謂カウンタボアとされている。又、上記保持器３３の外周面が、上記外輪１０の内周面に近接対向させられる事により、この保持器３３の直径方向位置がこの外輪１０により規制される外輪案内とされている。
【００２９】
そして、前記軸受ハウジング６内で外輪１０を押さえる押圧環１７に、玉軸受３２に潤滑油を供給するノズル２０が装備される点も従来と共通である。
前記ノズル２０は、図１に矢印αに示すように、内輪１２の外周面に向けて所定の角度で潤滑油を噴射供給する。そして、内輪１２の外周面で跳ね返った潤滑油が、矢印βで示すように、保持器３３の内周面に付着する。
【００３０】
前記保持器３３は、板厚が一定の円筒状の周壁に玉１３を収容するポケット１５を貫通形成した金属製或いは耐熱合成樹脂製のもみ抜き型であり、その内周面には、図２に示すように、各ポケット１５毎に潤滑油誘導溝３５が形成されている。
前記潤滑油誘導溝３５は、前記ノズル２０を設けた側の端面から玉１３を保持するポケット１５の内面に連なる直線状に形成されており、その横断面形状は例えば半円形又は矩形である。
【００３１】
即ち、上記玉軸受３２を組み込んだ本実施形態のターボチャージャ用回転支持装置によれば、ノズル２０から噴射されて内輪１２の外周面で跳ね返った潤滑油の多くの部分は、各玉１３が存在する部分や保持器３３の内周面に設けられた潤滑油誘導溝３５に取り込まれる。即ち、保持器３３の回転によって該保持器３３の内周面に付着した潤滑油に作用する遠心力は、該潤滑油を保持器３３の周方向に移動させて、最寄りの潤滑油誘導溝３５に速やかに落とす。
【００３２】
そして、周方向と交差している前記潤滑油誘導溝３５内に保持された潤滑油は、界面張力及び遠心力によって周方向に周回したり、剥離して飛散することが防止され、保持器３３の各ポケット１５に供給される。このポケット１５内に保持された潤滑油は、前記各玉１３の転動面に付着し、各ポケット１５の内面並びに内外輪軌道９，１１との接触面を潤滑することができる。
【００３３】
従って、保持器３３の内周面に付着した潤滑油は、保持器内周面上に滞留することもなく、潤滑油が滞留によって無駄に昇温することが無いため、供給先である各玉１３が存在する部分（内部空間３６の部分）の潤滑及び冷却に有効に働かせることができ、潤滑性能及び冷却性能の向上によって、ターボチャージャの寿命の向上や、更なる高回転化による過給性能の向上等を達成することもできる。
【００３４】
更に、前記保持器３３は、基本的に従来の保持器１４と同構造の保持器に潤滑油誘導溝３５を追加工するだけで良く、新たに専用の成形用金型等を準備せずとも製造することができるので、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００３５】
又、潤滑油誘導溝３５が、図３に示したように、前記ポケット１５の中心を通り回転方向とは逆方向側に軸方向から角度θだけ傾いた直線３９に沿って形成されると共に、前記角度θが、０≦θ≦４５゜の範囲に設定されることにより、ノズル２０から噴射された潤滑油を該潤滑油誘導溝３５に取り込み易くすることができる。
【００３６】
即ち、回転軸２の回転時には内輪１２が一体回転し、内輪１２の回転に伴って、軸受内の玉１３が内輪１２の内輪軌道１１上を転動しながら公転し、この玉１３の公転に伴って、保持器３３が内輪１２よりも遅い回転速度で内輪１２と同方向に回転する。
【００３７】
そこで、前記ノズル２０から噴射されて内輪１２の外周面に吹き付けられた潤滑油の多くの部分は、保持器内周面に対して回転方向とは逆方向側に傾いた直線３９に沿って跳ね返るので、該直線３９に沿って形成された前記潤滑油誘導溝３５には潤滑油を取り込み易くすることができ、内部空間３６の潤滑及び冷却を更に向上させることができる。
【００３８】
尚、本発明のターボチャージャ用回転支持装置における回転軸、玉軸受、保持器及び潤滑油誘導溝等の構成は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の形態を採りうることは云うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、本発明のターボチャージャ用回転支持装置によれば、ノズルから噴射されて内輪の外周面で跳ね返った潤滑油の多くの部分は、各玉が存在する部分や保持器の内周面に設けられた潤滑油誘導溝に取り込まれる。即ち、保持器の回転によって該保持器の内周面に付着した潤滑油に作用する遠心力は、該潤滑油を保持器の周方向に移動させて、最寄りの潤滑油誘導溝に速やかに落とす。
【００４０】
そして、周方向と交差している前記潤滑油誘導溝内に保持された潤滑油は、界面張力及び遠心力によって周方向に周回したり、剥離して飛散することが防止され、保持器の各ポケットに供給される。このポケット内に保持された潤滑油は、前記各玉の転動面に付着し、各ポケットの内面並びに内外輪軌道との接触面を潤滑することができる。
【００４１】
従って、保持器の内周面に付着した潤滑油は、保持器内周面上に滞留することもなく、潤滑油が滞留によって無駄に昇温することが無いため、供給先である各玉が存在する部分の潤滑及び冷却に有効に働かせることができ、潤滑性能及び冷却性能の向上によって、ターボチャージャの寿命の向上や、更なる高回転化による過給性能の向上等を達成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るターボチャージャ用回転支持装置を構成する玉軸受の部分断面図である。
【図２】図１に示した保持器内周面の展開図である。
【図３】図２に示した潤滑油誘導溝の他の実施形態を示す保持器内周面の展開図である。
【図４】ターボチャージャの全体構成を示す縦断面図である。
【図５】図４のＡ部拡大図である。
【図６】図５に示したターボチャージャ用回転支持装置に使用されている玉軸受の拡大断面図である。
【図７】従来の別のターボチャージャ用回転支持装置に使用されている玉軸受の部分断面図である。
【符号の説明】
２  回転軸
３  タービン
４  インペラ
１０  外輪
１２  内輪
１３  玉
２０  ノズル
３２  玉軸受
３３  保持器
３５  潤滑油誘導溝
３６  内部空間
１００  ターボチャージャ
【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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