(57)【要約】      （修正有）【課題】異音の発生防止や運転効率の向上が図られるとともに、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用軸受機構を提供すること。【解決手段】ターボチャージャ用軸受機構１は、ロータシャフト１０、ボールベアリング２０、ハウジング３０を備える。ボールベアリング２０の内輪２１にロータシャフト１０が挿通されている。内輪２１とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間にオイルフィルムダンパ５０が形成され、内輪２１はオイルフィルムダンパ５０を介してロータシャフト１０と連れ回りする。内輪２１の軸方向Ｘの一方の端面２１ｃ又はカラー１３の内輪２１との対向面に、オイルフィルムダンパ５０から排出されたオイルを径方向外側に飛散させるオイル排出路１３１が設けられている。オイル排出路１３１は、径方向外側に向うにつれて軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れる溝からなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端にタービンインペラが取り付けられ、他端にコンプレッサインペラが取り付けられたロータシャフトと、
互いに相対的に回転可能に支持された内輪と外輪とを備えると共に、上記内輪に上記ロータシャフトが挿通されているボールベアリングと、
上記外輪を保持するリテーナと、
上記ロータシャフト、上記ボールベアリング及び上記リテーナを収納するハウジングと、
を備え、
上記内輪と上記ロータシャフトの外周面との間にはオイルが膜状に介在してオイルフィルムダンパが形成されるとともに、上記内輪が上記オイルフィルムダンパを介して、上記ロータシャフトの回転に伴って連れ回りするように構成されており、
上記内輪における軸方向の一方の端面、又は上記内輪と隣り合うように上記ロータシャフトに取り付けられたカラーにおける上記内輪との対向面には、上記オイルフィルムダンパから排出されたオイルを遠心力によって径方向外側に飛散させるオイル排出路が設けられており、
該オイル排出路は、径方向外側に向うにつれて、軸方向において上記オイルフィルムダンパから離れるように形成された溝又は貫通孔からなる、ターボチャージャ用軸受機構。
【請求項２】
一端にタービンインペラが取り付けられ、他端にコンプレッサインペラが取り付けられたロータシャフトと、
互いに相対的に回転可能に支持された内輪と外輪とを備えると共に、上記内輪に上記ロータシャフトが挿通されているボールベアリングと、
上記外輪を保持するリテーナと、
上記ロータシャフト、上記ボールベアリング及び上記リテーナを収納するハウジングと、
を備え、
上記内輪と上記ロータシャフトの外周面との間にはオイルが膜状に介在してオイルフィルムダンパが形成されるとともに、上記内輪が上記オイルフィルムダンパを介して、上記ロータシャフトの回転に伴って連れ回りするように構成されており、
上記内輪における軸方向の一方の端面、又は上記内輪と隣り合うように上記ロータシャフトに取り付けられたカラーにおける上記内輪に対向する対向面には、上記オイルフィルムダンパから排出されたオイルを遠心力によって径方向外側に飛散させるオイル排出路が設けられており、
上記外輪は、該外輪に当接するように上記ハウジングに形成された外輪当接部と、上記ハウジングに取り付けられたプレートとによって上記リテーナを介して軸方向に挟持されており、
上記外輪当接部及び上記プレートのうちの少なくとも一方には、上記ロータシャフト側の面に、径方向外側に向かうにつれて軸方向において上記オイルフィルムダンパから離れるように形成されたガイド面が形成されている、ターボチャージャ用軸受機構。
【請求項３】
上記外輪は、該外輪に当接するように上記ハウジングに形成された外輪当接部と、上記ハウジングに取り付けられたプレートとによって上記リテーナを介して軸方向に挟持されており、
上記外輪当接部及び上記プレートのうちの少なくとも一方には、上記ロータシャフト側の面に、径方向外側に向かうにつれて軸方向において上記オイルフィルムダンパから離れるように形成されたガイド面が形成されている、請求項１に記載のターボチャージャ用軸受機構。
【請求項４】
上記オイル排出路の径方向外側端部は、軸方向において、上記ガイド面の形成範囲内に位置している、請求項２又は３に記載のターボチャージャ用軸受機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ用軸受機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関には、内燃機関から排出された排気ガスのガス流を利用して、吸入空気を圧縮するターボチャージャが備えられたものがある。ターボチャージャは、ロータシャフトと、ロータシャフトの一端に設けられたタービンインペラと、ロータシャフトの他端に設けられたコンプレッサインペラとを備えており、ロータシャフトは軸受機構により軸受けされている。当該軸受機構は軸受ハウジング内に収納されている。そして、特許文献１には、かかる軸受機構として、ロータシャフトに取り付けられたボールベアリングと、ボールベアリングと軸受ハウジングとの間に潤滑油が充填されてなるオイルフィルムダンパとを有する軸受機構を備えたターボチャージャが開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示の構成では、ボールベアリングは環状の内輪及び外輪と、両者が互いに滑り回転するように両者の間に介在するボールとを有し、内輪の内側にロータシャフトが嵌装されている。これにより、ロータシャフトとその端部にそれぞれ設けられた両インペラとボールベアリングの内輪とが一体的に回転するように回転体アッシーを形成している。そして、ボールベアリングの外輪と軸受ハウジングとの間にはオイルが充填されてなるオイルフィルムダンパが形成されており、回転体アッシーの振動を抑制するダンピング効果を奏するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９２９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構成では、オイルフィルムダンパは、ボールベアリングの外輪と軸受ハウジングとの間に形成されている。したがって、オイルフィルムダンパの内側に位置する部品全体は、ロータシャフト及び両インペラに加えてボールベアリングを含んでいるため、オイルフィルムダンパ内側の部品全体の質量が比較的大きくなっている。また、ボールベアリングの外輪の外径は、その内輪の内径よりも充分大きいため、オイルフィルムダンパとボールベアリングの外輪との接触面積は比較的大きくなる。そのため、オイルフィルムダンパと外輪との間に生じる粘性力が大きくなりやすく、特に低温時にはかかる粘性の増大が顕著である。
【０００６】
一方、回転体アッシーには少なからず必ず残留アンバランス（不釣合い）が存在することから、回転体アッシーの径方向における質量中心はロータシャフトの軸心（図心）からずれた位置に位置している。そのため、回転体アッシーが軸回転するときは、ロータシャフトの軸心からずれた質量中心を通る軸線を中心とする偏重心回転をしようとする。しかし、オイルフィルムダンパ内側の部品の（慣性）質量が大きく、上記粘性力が高い場合には、回転体アッシーは偏重心回転が阻害されて、図心に近い位置を中心に回転せざるを得なくなる。そして、ロータシャフトの両端に設けられた両インペラは片持ち梁の状態となっているため、かかる場合には、両インペラはロータシャフトの回転に伴って大きく振れ回ることとなる。これにより、回転初期に異音が発生したり、両インペラがハウジングに接触して破損したりするおそれがあり、これらは低温時にはより顕著となる。そして、両インペラの破損を防止するには、両インペラとハウジングとの間隙（チップクリアランス）を大きくする必要がある。しかし、チップクリアランスを大きくすると、ターボチャージャの運転効率の低下を招くこととなる。
【０００７】
このような異音の発生や運転効率の低下を防止するには、回転体アッシーの偏重心回転を阻害しないように、回転体アッシーの質量中心とロータシャフトの軸心とのずれが極めて小さくなるように、回転体アッシーの質量バランスを調整することが考えられる。しかし、かかる質量バランスの調整には高い精度が要求されることとなり、コスト高となる。
【０００８】
また、オイルフィルムダンパの内側と外側の部品間の共回りのために、ロータシャフトにねじ穴加工などをすると、回転体アッシーの質量バランスの調整に一層の手間がかかり、コスト高となる。また、ロータシャフトにねじ穴加工をすると、当該ねじ穴への応力集中によってロータシャフトの疲労強度の低下を招くおそれがある。この場合には、疲労強度の低下を補うために予めロータシャフトの径を大きくして十分な疲労強度を確保することが考えられる。しかしながら、ロータシャフトの径を大きくするとボールベアリングも大型化するため、オイルフィルムダンパとボールベアリングとの接触面積が大きくなり、両者の間に生じる粘性力が大きくなり、ターボチャージャの運転効率の低下を招くこととなる。また、ロータシャフトは高速回転するため、ロータシャフトに直接締結されたねじにはゆるみが生じやすいという問題もある。
【０００９】
また、オイルフィルムダンパから排出されるオイルがボールベアリングのボール部に付着すると、オイルフィルムダンパにおける排油性が阻害されたり、ボールベアリングにおけるフリクションが増加して運転効率が低下したりする。例えば、オイルフィルムダンパから排出されるオイルがボールベアリングのボール部に付着するのを抑制するために、オイルフィルムダンパのオイル排出部（スリンガ部）をボールベアリングから離隔させることが考えられる。そして、軸受ハウジンにおいて、オイル排出部を軸方向外側の遠方に位置させてオイル排出部とボールベアリングとを離隔させると、軸受ハウジングが軸方向に長くなって大型化してしまうため、車両やエンジンへの搭載性が低下する。一方、ボールベアリングを軸方向内側に位置させてオイル排出部とボールベアリングとを離隔させると、一対のボールベアリングが備えられる場合においては、一対のボールベアリング間の距離が短くなって、各インペラの振れ回りが大きくなる。これにより、チップクリアランスを大きく確保することが必要となり、運転効率の低下を招く。
【００１０】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、異音の発生防止や運転効率の維持が図られるとともに、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用軸受機構を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、一端にタービンインペラが取り付けられ、他端にコンプレッサインペラが取り付けられたロータシャフトと、
互いに相対的に回転可能に支持された内輪と外輪とを備えると共に、上記内輪に上記ロータシャフトが挿通されているボールベアリングと、
上記外輪を保持するリテーナと、
上記ロータシャフト、上記ボールベアリング及び上記リテーナを収納するハウジングと、
を備え、
上記内輪と上記ロータシャフトの外周面との間にはオイルが膜状に介在してオイルフィルムダンパが形成されるとともに、上記内輪が上記オイルフィルムダンパを介して、上記ロータシャフトの回転に伴って連れ回りするように構成されており、
上記内輪における軸方向の一方の端面、又は上記内輪と隣り合うように上記ロータシャフトに取り付けられたカラーにおける上記内輪に対向する対向面には、上記オイルフィルムダンパから排出されたオイルを遠心力によって径方向外側に飛散させるオイル排出路が設けられており、
該オイル排出路は、径方向外側に向うにつれて、軸方向において上記オイルフィルムダンパから離れるように形成された溝又は貫通孔からなる、ターボチャージャ用軸受機構にある。
【００１２】
本発明の他の態様は、一端にタービンインペラが取り付けられ、他端にコンプレッサインペラが取り付けられたロータシャフトと、
互いに相対的に回転可能に支持された内輪と外輪とを備えると共に、上記内輪に上記ロータシャフトが挿通されているボールベアリングと、
上記外輪を保持するリテーナと、
上記ロータシャフト、上記ボールベアリング及び上記リテーナを収納するハウジングと、
を備え、
上記内輪と上記ロータシャフトの外周面との間にはオイルが膜状に介在してオイルフィルムダンパが形成されるとともに、上記内輪が上記オイルフィルムダンパを介して、上記ロータシャフトの回転に伴って連れ回りするように構成されており、
上記内輪における軸方向の一方の端面、又は上記内輪と隣り合うように上記ロータシャフトに取り付けられたカラーにおける上記内輪に対向する対向面には、上記オイルフィルムダンパから排出されたオイルを遠心力によって径方向外側に飛散させるオイル排出路が設けられており、
上記外輪は、該外輪に当接するように上記ハウジングに形成された外輪当接部と、上記ハウジングに取り付けられたプレートとによって上記リテーナを介して軸方向に挟持されており、
上記外輪当接部及び上記プレートのうちの少なくとも一方には、上記ロータシャフト側の面に、径方向外側に向かうにつれて軸方向において上記オイルフィルムダンパから離れるように形成されたガイド面が形成されている、ターボチャージャ用軸受機構にある。
【発明の効果】
【００１３】
上記一の態様のターボチャージャ用軸受機構によれば、オイル排出路が径方向外側に向うにつれて、軸方向においてオイルフィルムダンパから離れるように形成されているため、オイルフィルムダンパから排出されたオイルは、遠心力によりオイル排出路に沿って、軸方向においてオイルフィルムダンパから離れる方向に飛散される。そのため、当該オイルの排油性が高まり、当該オイルがボールベアリングのボール部に付着することが防止される。これにより、当該ボールベアリングにおけるフリクションの増加を抑制することができる。さらに、オイルを径方向外側に飛散させるオイル排出部をボールベアリングから離隔させる必要がなくなるため、ターボチャージャ用軸受機構の軸方向の長さが過度に大きくなることを抑制でき、車両やエンジンへの搭載性の低下を防止できる。または、ボールベアリングを一対備える構成を採用した場合には、一対のボールベアリング間の距離を短くする必要がないため、各インペラの振れ回りの増加を防止することができる。その結果、チップクリアランスを大きくする必要がないため、運転効率を維持することができる。
【００１４】
上記他の態様のターボチャージャ用軸受機構によれば、上記外輪当接部及び上記プレートには、ロータシャフト側の面に径方向外側に向かうにつれて軸方向においてオイルフィルムダンパから離れるように形成されたガイド面が形成されている。遠心力によってオイル排出路から飛散されたオイルがガイド面に到達すると、該オイルはガイド面に沿って、軸方向においてオイルフィルムダンパから離れる方向に導かれる。そのため、上記一の態様のターボチャージャ用軸受機構と同様の作用効果を奏する。
【００１５】
上記一の態様及び上記他の態様のターボチャージャ用軸受機構によれば、オイルフィルムダンパがボールベアリングの内輪とロータシャフトとの間に形成されていることから、オイルフィルムダンパ内側の部品には、ボールベアリングやリテーナが含まれておらず、オイルフィルムダンパ内側の部品の（慣性）質量が比較的小さくなっている。また、ボールベアリングの内輪の内径は、その外輪の外径に比べて充分小さいため、オイルフィルムダンパとロータシャフトの外周面との接触面積が比較的小さくなっている。これらにより、ボールベアリングの内輪とロータシャフトの外周面との間に生じる粘性力を比較的小さくすることができる。
【００１６】
そして、上記粘性力を小さくできることにより、回転体アッシーが質量中心を中心に回転するのを阻害する力が低減されるため、また、オイルフィルムダンパ内側の部品の（慣性）質量が比較的小さくなっているので、回転体アッシーが偏重心回転しやすくなる。その結果、ロータシャフトの回転に際して、ロータシャフトの両端に設けられた両インペラが大きく振れ回ることが抑制されることから、異音の発生が防止されるとともに、各インペラとハウジングとのチップクリアランスが最適化されて運転効率の向上が図られる。また、上述の如く、回転体アッシーが偏重心回転しやすくなっていることから、回転体アッシーの質量バランスの調整にそれほど高い精度を要しないため、当該質量バランスの調整が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。
【００１７】
また、上述の如く、オイルフィルムダンパとロータシャフトの外周面との間に生じる粘性力を比較的小さくできることにより、回転体アッシーの回転レスポンスの向上が期待できるため、内燃機関の過渡性能の向上に寄与しうる。
【００１８】
さらに、低温時などのオイルの粘性が高くなりやすい場合には特に、上記粘性力を小さくできることにより、回転体アッシーに対するオイルダンピング効果を充分に発揮させることができる。
【００１９】
そして、上記一の態様及び上記他の態様のターボチャージャ用軸受機構では、内輪が、オイルフィルムダンパを介して、ロータシャフトの回転に伴って連れ回りするように構成されている。具体的には、オイルフィルムダンパにおけるフリクション（すなわち、ボールベアリングの内輪とロータシャフトとの間のフリクション）は、ボールベアリングにおけるフリクション（すなわち、内輪と外輪との間のフリクション）よりも大きい。そのため、ロータシャフトが回転すると、ボールベアリングにおいて内輪と外輪との間に相対回転が生じて、オイルフィルムダンパにおける内輪とロータシャフトとの間の相対回転が抑制されるため、内輪がオイルフィルムダンパのみを介してロータシャフトの回転に伴って連れ回りすることができる。したがって、内輪をロータシャフトと連れ回りさせるために両者を係合させる機構を別途設ける必要がない。例えば、ロータシャフトと内輪とを係合させるためのねじ穴加工をロータシャフトに施したり、内輪の端部とオイルスリンガーとを係合させるための加工を内輪の端部に施したり、内輪の端部とカラーとを係合させるための加工を内輪の端部やカラーに施す必要がない。そのため、加工費用が不要となるとともに、回転体アッシーの質量バランスの調整が容易となり、製造コストを低減できる。
【００２０】
また、ロータシャフトへのねじ穴加工が不要となることにより、ねじ穴加工を施す場合に比べてロータシャフトの疲労強度の向上が図られる。そして、当該疲労強度の向上が図られるため、ロータシャフトの径を大きくする必要がないことから、ボールベアリングを小型化でき、オイルフィルムダンパとボールベアリングとの接触面積を小さくできる。その結果、両者の間に生じる粘性力を小さくすることができ、ターボチャージャの運転効率の向上を図ることができる。また、ロータシャフトの高速回転によるねじのゆるみを考慮する必要がない。
【００２１】
本発明によれば、異音の発生防止や運転効率の向上が図られるとともに、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用軸受機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１における、ターボチャージャ用軸受機構の断面模式図。
【図２】図１における、コンプレッサインペラ側のオイルフィルムダンパ近傍の拡大図。
【図３】図１における、タービンインペラ側のオイルフィルムダンパ近傍の拡大図。
【図４】実施例１における、リテーナ及びボールベアリングの斜視図。
【図５】実施例１における、カラーの斜視図。
【図６】変形例１における、コンプレッサ側のオイルフィルムダンパ近傍の拡大図。
【図７】変形例２における、コンプレッサ側のオイルフィルムダンパ近傍の拡大図。
【図８】変形例２における、カラーの斜視図。
【図９】変形例３における、ターボチャージャ用軸受機構の断面模式図。
【図１０】変形例４における、ターボチャージャ用軸受機構の断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
上記一の態様におけるターボチャージャ用軸受機構において、上記外輪は、該外輪に当接するように上記ハウジングに形成された外輪当接部と、上記ハウジングに取り付けられたプレートとによって上記リテーナを介して軸方向に挟持されており、上記外輪当接部又は上記プレートの少なくとも一方には、上記ロータシャフト側の面に、径方向外側に向かうにつれて軸方向において上記オイルフィルムダンパから離れるように形成されたガイド面が形成されていることが好ましい。この場合は、上述の如く、径方向外側に向うにつれて軸方向においてオイルフィルムダンパから離れるように形成されたオイル排出路と、上記ガイド面とによる相乗効果によって、ボールベアリングにおけるフリクションの増加の抑制効果と、運転効率の向上効果とを一層奏することができる。
【００２４】
上記オイル排出路の径方向外側端部は、軸方向において、上記ガイド面の形成範囲内に位置していることが好ましい。この場合には、遠心力によってオイル排出路から飛散したオイルがガイド面に到達すると、該オイルはガイド面に沿って、軸方向においてボールベアリングから離れる方向に確実に導かれることとなり、ボールベアリングにおけるフリクションの増加の抑制効果と、運転効率の向上効果とをより一層奏することができる。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
実施例に係るターボチャージャ用軸受機構１につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例のターボチャージャ用軸受機構１は、図１に示すように、ロータシャフト１０と、ボールベアリング２０と、リテーナ６０と、ハウジング３０とを備える。
ロータシャフト１０は、一端１０ａにタービンインペラ１１が取り付けられ、他端１０ｂにコンプレッサインペラ１２が取り付けられている。
ボールベアリング２０は、２個備えられ、互いに相対的に回転可能に支持された内輪２１と外輪２２とを備える。内輪２１にはロータシャフト１０が挿通されている。
リテーナ６０は、外輪２２を保持している。
ハウジング３０は、ロータシャフト１０、ボールベアリング２０、及びリテーナ６０を収納して、軸受ハウジングを構成している。
内輪２１とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの間にはオイルが膜状に介在してオイルフィルムダンパ５０が形成されている。
内輪２１は、オイルフィルムダンパ５０を介して、ロータシャフト１０の回転に伴って連れ回りするように構成されている。
【００２６】
そして、内輪２１における軸方向の一方の端面２１ｃ（図３、図４参照）、又は、内輪２１に隣り合うようにロータシャフト１０に取り付けられたカラー１３における内輪２１との対向面１３ａ（図２、図５参照）には、オイルフィルムダンパ５０から排出されたオイルを遠心力によって径方向外側に飛散させるオイル排出路１３１、２１７が設けられている。
オイル排出路１３１、２１７は、図２、図３及び図５に示すように、径方向外側に向うにつれて、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れるように形成された溝からなっている。
【００２７】
以下、本例のターボチャージャ用軸受機構１につき、詳述する。
図１に示すように、ロータシャフト１０の一端１０ａには、タービンインペラ１１が一体的に設けられている。タービンインペラ１１はタービンハウジング３３内に収納されている。一方、ロータシャフト１０の他端１０ｂは、カラー１３及びコンプレッサインペラ１２に挿通されており、これらは軸端ナット１４によって抜け及び回転止めされている。そして、コンプレッサインペラ１２はコンプレッサハウジング３４に収納されている。タービンハウジング３３とコンプレッサハウジング３４との間には、ロータシャフト１０の軸受ハウジングとしてのハウジング３０が設けられている。
【００２８】
図１に示すように、ハウジング３０内には、リテーナ６０が設けられている。図１、図４に示すように、リテーナ６０は略円筒状を成しており、その内側にロータシャフト１０が挿通配置されている。リテーナ６０の軸方向Ｘの両端にはそれぞれ凹部６８が形成されている。凹部６８は、ボールベアリング２０の外輪２２に沿っており、図１、図４に示すように、ボールベアリング２０が嵌入されている。これにより、リテーナ６０に２個のボールベアリング２０が保持されている。
【００２９】
ボールベアリング２０は、本例では、図２、図３に示すように、単列であって、内輪２１、外輪２２、回転子２３、保持器２４を有しており、アンギュラ玉軸受を形成している。内輪２１及び外輪２２は環状を成している。内輪２１と外輪２２との間には、保持器２４を介してボール状の回転子２３が介設されている。これにより、内輪２１と外輪２２とは回転子２３を介して相対的に回転可能に構成されている。そして、外輪２２は、ボールベアリング２０がリテーナ６０の凹部６８に嵌入されることによりリテーナ６０に固定されている。そして、図１に示すように、外輪２２は、外輪２２に当接するようにハウジング３０に形成された外輪当接部３５と、ハウジング３０に取り付けられたプレート７０とによってリテーナ６０を介して軸方向Ｘに挟持されている。
【００３０】
図１に示すように、ボールベアリング２０は２個備えられており、軸方向Ｘにおいて互いに反対向きに嵌入されている。すなわち、タービンインペラ１１側のボールベアリング２０は、タービンインペラ１１側からコンプレッサインペラ１２側に向かうアキシャル荷重を支持できるように構成されている。一方、図１、図２に示すように、コンプレッサインペラ１２側のボールベアリング２０は、コンプレッサインペラ１２側からタービンインペラ１１側に向かうアキシャル荷重を支持できるように構成されている。これらにより、２個のボールベアリング２０により、ラジアル荷重とともに、両方向のアキシャル荷重を支持できるようなっている。
【００３１】
図１、２に示すように、内輪２１及びリテーナ６０の内側には、ロータシャフト１０が挿通配置されている。ロータシャフト１０は、一端１０ａ側に大径部１０ｅを有し、他端１０ｂ側に小径部１０ｆを有する。小径部１０ｆは大径部１０ｅの直径よりも小さい直径を有しており、大径部１０ｅと小径部１０ｆとの間には、段差部１０ｇが形成されている。コンプレッサインペラ１２は小径部１０ｆに設けられており、コンプレッサインペラ１２と段差部１０ｇとの間には環状部材としてのカラー１３が設けられている。カラー１３は、コンプレッサインペラ１２とともに軸端ナット１４により小径部１０ｆに固定されている。
【００３２】
図１に示すように、ロータシャフト１０の一端１０ａには拡径部１１１が設けられている。拡径部１１１はロータシャフト１０の一端１０ａに溶接されて固定されている。拡径部１１１には、タービンインペラ１１が接合されている。拡径部１１１には、オイルスリンガー８が形成されている。なお、拡径部１１１をロータシャフト１０と一体的に形成するとともに、拡径部１１１にタービンインペラ１１を溶接により接合してもよい。
【００３３】
図１、図２に示すように、ロータシャフト１０の大径部１０ｅと対向する位置にリテーナ６０及び２個のボールベアリング２０が位置している。内輪２１の内径は、ロータシャフト１０の大径部１０ｅの外径よりも０．０５〜０．１ｍｍ程度大きくなっている。２個のボールベアリング２０の間におけるリテーナ６０の内周面６５の内径は、ロータシャフト１０の大径部１０ｅの外径よりも０．２〜０．３ｍｍ程度以上大きくなっている。したがって、リテーナ６０の内周面６５とロータシャフト１０の大径部１０ｅの外周面１０ｃとの間の隙間Ｑは、内輪２１と外周面１０ｃとの間の隙間Ｐの２倍以上となっている。両間隙Ｐ、Ｑは、内輪２１の中心とロータシャフト１０の中心とを合わせた静止状態において、周方向に一定の大きさとなっている。
【００３４】
内輪２１とロータシャフト１０との間に形成された隙間Ｐにはオイルが膜状に介在して、オイルフィルムダンパ５０がそれぞれ形成されている。図２に示すように、オイルフィルムダンパ５０は、リテーナ６０に形成されたオイル供給路６１から供給されたオイルが、内側面取り部２１１を介して内輪２１とロータシャフト１０との間に入り込んで、隙間Ｐに到達することにより形成される。
【００３５】
図１、図２に示すように、オイル供給路６１は、リテーナ６０の鉛直方向の上部に凹状に形成されたオイル貯留部６２と、リテーナ６０の内側（すなわち、ロータシャフト１０が位置する貫通部）とを連通している。そして、本例では、オイル供給路６１はリテーナ６０を直線状に貫通しており、ロータシャフト１０に近づくほどオイルフィルムダンパ５０に近づくように傾斜して形成されている。オイル供給路６１の出口（オイル供給路６１におけるロータシャフト１０側の端部）は、オイル供給路６１を流通するオイルをオイルフィルムダンパ５０に向けて吐出するように開口したオイル吐出口６１１を形成している。なお、リテーナ６０のオイル貯留部６２はハウジング３０の上側孔３１と連通しており、該上側孔３１を介してオイルが供給されるように構成されている。上側孔３１は栓６４により、閉じられている。なお、栓６４は着脱可能となっている。
【００３６】
図１、図２に示すように、リテーナ６０の内周面６５が直接ロータシャフト１０の外周面１０ｃに対向している。これにより、内周面６５に開口しているオイル供給路６１のオイル吐出口６１１から吐出されるオイルが、直接ロータシャフト１０の外周面１０ｃに吐出されて、クサビ効果によってオイルフィルムダンパ５０に積極的に供給される。
【００３７】
本例では、図１に示すように、オイル供給路６１は、軸方向Ｘの両端に形成されたオイルフィルムダンパ５０のそれぞれにオイルを供給するように、２か所に設けられている。リテーナ６０の鉛直方向の下部には、ボールベアリング２０回りからオイルを排出するオイル排出路６３が形成されている。オイル排出路６３の下方には、ハウジング３０の下側孔３２及びハウジング３０の外部に開口するオイル排出口６３ｂが形成されている。なお、２か所のオイル供給路６１の間に、軸方向Ｘに垂直に延びる補助オイル供給路を形成してもよい。
【００３８】
図１に示すように、２か所のオイル供給路６１はいずれも、オイル貯留部６２からそれぞれのオイルフィルムダンパ５０に向かって直線状に形成されている。そして、図２に示すように、２か所のオイル供給路６１のうち、コンプレッサインペラ１２側のオイルフィルムダンパ５０に向かうオイル供給路６１において、その貫通方向に平行な仮想線である中心線Ｌは直線状となっている。そして、中心線Ｌはロータシャフト１０の軸心１０ｄに対して傾斜している。中心線Ｌと軸心１０ｄとのなす角αは４５°以下とすることが好ましく、３０°以下とすることがより好ましく、本例では、αは３０°である。なお、タービンインペラ１１側のオイルフィルムダンパ５０に向かうオイル供給路６１も同様に形成されている。
【００３９】
図２に示すように、コンプレッサインペラ１２側のボールベアリング２０において、内輪２１には、オイル供給路６１の吐出口６１１に近い側の軸方向Ｘの端部に、内輪２１の内側角部を面取りしてなる内側面取り部２１１が形成されている。内側面取り部２１１は内輪２１の内側角部の全域に形成されている。そして、内輪２１における吐出口６１１に近い側の軸方向Ｘの端面２１ｄと、当該ボールベアリング２０が配置される凹部６８の軸方向Ｘにおいて端面２１ｄと対向する壁面６８ａとの間には若干のクリアランスが設けられている。さらに、図２に示すように、凹部６８における内周面６５側の角部６８ｂは、径方向において、内輪２１の端面２１ｄよりも径方向内側に位置している。すなわち、角部６８ｂは、径方向において、内側面取り部２１１の外周端よりも径方向内側に位置している。そのため、上述のように、内輪２１の端面２１ｄと対向する壁面６８ａとの間には若干のクリアランスが設けられているが、吐出口６１１から吐出されたオイルは、内側面取り部２１１に沿ってオイルフィルムダンパ５０に積極的に供給される。なお、タービンインペラ１１側のボールベアリング２０も同様に構成されている。
【００４０】
図２に示すように、コンプレッサインペラ１２側において、オイルフィルムダンパ５０に供給されたオイルは、オイルフィルムダンパ５０におけるコンプレッサインペラ１２側の端部５２から排出され、カラー１３に形成されたオイル排出路１３１を介してロータシャフト１０の径方向外側に飛散される。オイル排出路１３１は、図５に示すように、カラー１３における内輪２１との対向部１３ａを凹状に切り欠いて形成された溝からなっている。そして、オイル排出路１３１は、図２に示すように、径方向外側に向うにつれて、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れるように形成されている。すなわち、オイル排出路１３１は、径方向外側程深くなっている。これにより、オイル排出路１３１の底面１３２は径方向外側に向うにつれてコンプレッサインペラ１２に近づくように傾斜したテーパー面となっている。本例では、４個のオイル排出路１３１が、カラー１３の直径方向に沿うとともに周方向に等間隔に形成されている。なお、コンプレッサインペラ１２側において、カラー１３におけるオイル排出路１３１に替えて、カラー１３に対向するボールベアリング２０の内輪２１の軸方向端部２１ｂに、径方向外側に向うにつれて、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れるように形成されて、径方向外側程、浅い溝状に形成されたオイル排出路を形成してもよい。
【００４１】
そして、図１、図２に示すように、プレート７０には、ロータシャフト１０側の面に、径方向外側に向かうにつれて軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れるように形成されたガイド面７２が形成されている。図２に示すように、オイル排出路１３１の径方向外側端部１３３は、軸方向Ｘにおいて、ガイド面７２の形成範囲７２ａ内に位置している。
【００４２】
一方、タービンインペラ１１側では、図３、図４に示すように、オイルフィルムダンパ５０に供給されたオイルは、オイルフィルムダンパ５０におけるタービンインペラ１１側の端部から排出され、内輪２１に形成されたオイル排出路２１５（図３、図４参照）を介してロータシャフト１０の径方向外側に飛散される。オイル排出路２１５は、図４に示すように、内輪２１におけるタービンインペラ１１側の軸方向端部２１ｃを凹状に切り欠いて形成され溝からなっている。そして、オイル排出路２１５は、図３に示すように、径方向外側に向うにつれて、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れるように形成されている。すなわち、オイル排出路２１５は、径方向外側程浅くなっている。これにより、オイル排出路２１５の底面２１６は径方向外側に向うにつれてタービンインペラ１１に近づくように傾斜したテーパー面となっている。本例では、４個のオイル排出路２１５が、内輪２１の直径方向に沿うとともに周方向に等間隔に形成されている。なお、内輪２１におけるオイル排出路２１５に替えて、内輪２１に対向する拡径部１１１に、径方向外側に向うにつれて、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れるように形成されて、径方向外側程、深い溝状に形成されたオイル排出路を形成してもよい。
【００４３】
そして、図１、図３に示すように、外輪当接部３５には、ロータシャフト１０側の面に、径方向外側に向かうにつれて軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れるように形成されたガイド面３６が形成されている。図３に示すように、オイル排出路２１５の径方向外側端部２１７は、軸方向Ｘにおいて、ガイド面３６の形成範囲３６ａ内に位置している。
【００４４】
ロータシャフト１０は以下のようにハウジング３０に組み付けられる。まず、図３に示すように、リテーナ６０の両端に上述の如く互いに逆向きにボールベアリング２０を嵌入する。そして、ボールベアリング２０を取り付けたリテーナ６０をハウジング３０に挿入する。図１に示すように、タービンインペラ１１側のボールベアリング２０の外輪２２はリテーナ６０の先端６６よりも軸方向Ｘに若干突出しており、外輪２２がハウジング３０の底部である外輪当接部３５に当接した状態となる。コンプレッサインペラ１２側のボールベアリング２０の外輪２２もリテーナ６０の先端６７よりも軸方向Ｘに若干突出しており、プレート７０がボルト７１でハウジング３０に取り付けられることにより、外輪２２がプレート７０に当接した状態となる。これにより、２個のボールベアリング２０及びリテーナ６０がプレート７０とハウジング３０で挟み込まれ、位置決めされて固定される。
【００４５】
その後、タービンインペラ１１が取り付けられたロータシャフト１０を、タービンハウジング３３側からハウジング３０に挿入する。そして、カラー１３及びコンプレッサインペラ１２を軸端ナット１４で締め付け固定する。
【００４６】
図２に示すように、コンプレッサインペラ１２側のボールベアリング２０において、外輪２２がリテーナ６０の先端６７よりも軸方向Ｘに若干突出しているため、内輪２１とカラー１３との間には若干のクリアランスが設けられている。同様に、図１に示すように、タービンインペラ１１側のボールベアリング２０においても、外輪２２がリテーナ６０の先端６６よりも軸方向Ｘに若干突出しているため、内輪２１と拡径部１１１との間に若干のクリアランスが設けられている。そして、上述のごとく、両方のボールベアリング２０において、内輪２１における吐出口６１１に近い側の軸方向Ｘの端面２１ｄと、当該ボールベアリング２０が配置される凹部６８における端面２１ｄに対向する壁面６８ａとの間にも若干のクリアランスが設けられている。
【００４７】
上述のように２個のボールベアリング２０の内輪２１に対して、それぞれ上記クリアランスが設けられていることにより、両内輪２１がスラスト方向に若干動くことができる。そのため、２個のボールベアリング２０がアキシャル荷重を確実に支持することができるようになっている。
【００４８】
次に本例のターボチャージャ用軸受機構１の作用効果を詳述する。
本例のターボチャージャ用軸受機構１によれば、オイル排出路１３１、２１５が径方向外側に向うにつれて、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れるように形成されているため、オイルフィルムダンパ５０から排出されたオイルは、遠心力によりオイル排出路１３１、２１５に沿って、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れる方向に飛散される。そのため、当該オイルの排油性が高まり、当該オイルがボールベアリング２０のボール２３に付着することが防止される。これにより、ボールベアリング２０におけるフリクションの増加を抑制することができる。さらに、オイルを径方向外側に飛散させるオイル排出部１３１、２１５をボールベアリング２０から離隔させる必要がなくなるため、ターボチャージャ用軸受機構１の軸方向Ｘの長さが過度に大きくなることを抑制でき、車両やエンジンへの搭載性の低下を防止できる。また、本例のターボチャージャ用軸受機構１では、ボールベアリング２０を一対備える構成を採用しているが、上記構成を有することにより、一対のボールベアリング２０間の距離を短くする必要がないため、各インペラ１１、１２の振れ回りが大きくなることを抑制できる。その結果、チップクリアランスを大きくする必要がないため、運転効率を維持することができる。
【００４９】
また、本例のターボチャージャ用軸受機構１によれば、外輪当接部３５及びプレート７０には、ロータシャフト１０側の面に、径方向外側に向かうにつれて軸方向においてオイルフィルムダンパ５０から離れるように形成されたガイド面７２、３６が形成されている。これにより、オイル排出路１３１、２１５から飛散されたオイルがガイド面７２、３６に到達すると、該オイルはガイド面７２、３６に沿って、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れる方向に導かれる。これにより、オイル排出路１３１、２１５と、ガイド面７２、３６とによる相乗効果によって、ボールベアリング２０におけるフリクションの増加の抑制効果と、運転効率の向上効果とを一層奏することができる。
【００５０】
本例のターボチャージャ用軸受機構１によれば、オイルフィルムダンパ５０がボールベアリング２０の内輪２１とロータシャフト１０との間（隙間Ｐ）に形成されているため、オイルフィルムダンパ５０内側の部品はロータシャフト１０とロータシャフト１０に取り付けられたタービンインペラ１１及びコンプレッサインペラ１２とからなり、オイルフィルムダンパ５０内側の部品にボールベアリング２０（内輪２１、外輪２２、回転子２３、保持器２４等）は含まれていない。そのため、オイルフィルムダンパ５０内側の部品の（慣性）質量が比較的小さくなっている。また、ボールベアリング２０の内輪２１の内径は、外輪２２の外径に比べて充分小さいため、オイルフィルムダンパ５０とロータシャフト１０の外周面１０ｃとの接触面積が比較的小さくなっている。これらにより、内輪２１とロータシャフト１０との間に生じる粘性力を比較的小さくできる。
【００５１】
そして、上記粘性力を小さくできることにより、オイルフィルムダンパ５０内側の部品により構成される回転体アッシー１００が質量中心を中心に回転するのを阻害する力が低減されるので、また、オイルフィルムダンパ５０内側の部品の（慣性）質量が比較的小さくなっているので、小さいエネルギーでも回転体アッシー１００が偏重心回転しやすくなる。その結果、ロータシャフト１０の回転に際して、ロータシャフト１０の両端にそれぞれ設けられた両インペラ１１、１２が大きく振れ回ることが抑制される。その結果、異音の発生が防止されるとともに、各インペラ１１、１２とそれぞれのハウジング３３、３４とのチップクリアランスを大きくとる必要がないため、運転効率の向上を図ることができる。また、コンプレッサハウジング３４にアブレーダブルシールが備えられる場合には、コンプレッサインペラ１２が当該アブレーダブルシールに対して過度に接触することが防止されるため、コンプレッサインペラ１２の破損やアブレーダブルシールの過度な摩耗が防止される。また、上述の如く、回転体アッシー１００が偏重心回転しやすくなっていることから、回転体アッシー１００の質量バランスの調整にそれほど高い精度を要しないため、当該質量バランスの調整が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。
【００５２】
また、上述の如く、オイルフィルムダンパ５０と回転体アッシー１００との間に生じる粘性力を比較的小さくできることにより、回転体アッシー１００の回転レスポンスの向上が期待できるため、内燃機関の過渡性能の向上に寄与しうる。
【００５３】
さらに、低温時などのオイルの粘性が高くなりやすい場合には特に、上記粘性力を小さくできることにより、回転体アッシー１００に対するオイルダンピング効果を有効に奏することができる。
【００５４】
そして、内輪２１が、オイルフィルムダンパ５０を介して、ロータシャフト１０の回転に伴って連れ回りするように構成されている。具体的には、オイルフィルムダンパ５０におけるフリクション（すなわち、内輪２１とロータシャフト１０との間のフリクション）は、ボールベアリング２０におけるフリクション（すなわち、内輪２１と外輪２２との間のフリクション）よりも大きい。そのため、ロータシャフト１０が回転すると、ボールベアリング２０において内輪２１と外輪２２との間に相対回転が生じて、オイルフィルムダンパ５０における内輪２１とロータシャフト１０との間に相対回転が抑制されるため、内輪２１がオイルフィルムダンパ５０のみを介してロータシャフト１０の回転に伴って連れ回りすることができる。したがって、内輪２１をロータシャフト１０と連れ回りさせるために両者を係合させる機構を別途設ける必要がない。例えば、ロータシャフト１０と内輪２１とを係合させるためのねじ穴加工をロータシャフト１０に施したり、内輪２１の端部とオイルスリンガー８とを係合させるための加工を内輪２１の端部に施したり、内輪２１の端部とカラー１３とを係合させるための加工を内輪２１の端部やカラー１３に施す必要がない。そのため、加工費用が不要となるとともに、回転体アッシー１００の質量バランスの調整が容易となり、製造コストを低減できる。
【００５５】
また、ロータシャフト１０へのねじ穴加工が不要となるため、ねじ穴加工を施す場合に比べてロータシャフト１０の疲労強度の向上が図られる。そして、当該疲労強度の向上が図られるため、ロータシャフト１０の径を大きくする必要がないことから、ボールベアリング２０を小型化でき、オイルフィルムダンパ５０とボールベアリング２０との接触面積を小さくできる。その結果、両者の間に生じる粘性力を小さくすることができ、ターボチャージャ１の運転効率の向上を図ることができる。また、ロータシャフト１０の高速回転によるねじのゆるみを考慮する必要がない。
【００５６】
また、本例では、ターボチャージャ用軸受機構１において、オイル排出路１３１、２１５の径方向外側端部１３３、２１７は、軸方向Ｘにおいて、ガイド面７２、３６の形成範囲７２ａ、３６ａ内に位置している。これにより、遠心力によってオイル排出路１３１、２１５から飛散したオイルはガイド面７２、３６に到達しやすくなり、軸方向Ｘにおいてボールベアリング２０から離れる方向に確実に導かれることとなり、ボールベアリング２０におけるフリクションの増加の抑制効果と、運転効率の向上効果とをより一層奏することができる。
【００５７】
本例では、オイル排出路１３１、２１５の底面１３２、２１６はいずれも、軸方向Ｘの断面においてテーパー面となっているが、これに替えて、湾曲面であってもよい。例えば、図６に示す変形例１のように、オイル排出路１３１の底面１３２を、オイルフィルムダンパ５０側に若干膨らむように湾曲する湾曲面とすることができる。この場合は、オイル排出路１３１はオイルフィルムダンパ５０から排出されるオイルを一層コンプレッサインペラ１２側に飛散させやすくなるため、ボールベアリング２０におけるフリクションの増加の抑制効果の向上が期待できる。
【００５８】
また、本例では、ガイド面７２、３６はいずれも、軸方向Ｘの断面においてテーパー面となっているが、これに替えて、湾曲面であってもよい。例えば、図６に示す変形例１のように、ガイド面７２を、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０側に若干窪むように湾曲する湾曲面とすることができる。この場合は、ガイド面７２はオイルフィルムダンパ５０から排出されるオイルを一層コンプレッサインペラ１２側に導きやすくなるため、排油性が向上し、ボールベアリング２０におけるフリクションの増加の抑制効果の向上が期待できる。
【００５９】
また、本例では、リテーナ６０は、ロータシャフト１０が挿通配置される貫通孔を有する円筒状をなしており、２個のボールベアリング２０は、リテーナ６０の軸方向Ｘの両端にそれぞれ位置している。これにより、２個のボールベアリング２０によってリテーナ６０の両端でロータシャフト１０が軸受けされるため、ロータシャフト１０の回転の安定性が向上する。
【００６０】
また、本例では、リテーナ６０は、オイルフィルムダンパ５０に向けてオイルを吐出してオイルフィルムダンパ５０を流通するオイルを供給するオイル供給路６１を有する。これにより、オイル供給路６１から吐出されたオイルが内輪２１の内側のオイルフィルムダンパ５０に積極的に注入されるクサビ効果が奏されるため、オイルフィルムダンパ５０におけるオイルの潤滑性が向上する。
【００６１】
また、本例では、内輪２１は、オイル供給路６１の吐出口６１１に近い側の軸方向Ｘの端部に、内輪２１の内側角部を面取りしてなる内側面取り部２１１を有する。これによりは、オイル供給路６１から吐出されたオイルが内輪２１の内側のオイルフィルムダンパ５０に注入されやすくなるため、上記クサビ効果によってオイルフィルムダンパ５０におけるオイルの潤滑性が一層向上する。
【００６２】
以上のように、本例によれば、異音の発生防止や運転効率の向上が図られるとともに、製造コストの低減が図られるターボチャージャ用軸受機構１を提供できる。
【００６３】
なお、本例では、ボールベアリング２０は２個備えられていることとしたが、これに替えて、本例におけるそれぞれの内輪２１が互いに連結してなる筒状の内輪を備え、当該内輪がリテーナ６０の内側に挿通されて配置されているとともに、本例と同様の外輪２２が備えられており、リテーナ６０の軸方向Ｘ両端にオイルフィルムダンパ５０が形成された構成を採用してもよい。この場合においても本例と同等の作用効果を奏する。
【００６４】
本例では、カラー１３に形成されたオイル排出路１３１は、凹状の溝からなることとしたがこれに替えて、図７及び図８に示す変形例２のように、貫通孔からなるオイル供給路１３１としてもよい。この場合も、実施例１と同等の作用効果を奏する。
【００６５】
また、本例では、オイル排出路１３１、２１７とガイド面７２、３６とを備える構成としたが、これに替えて、図９に示す変形例３のように、オイル排出路１３１、２１７を備えるが、ガイド面７２、３６を備えない構成としてもよい。この場合には、ガイド面７２、３６を備えることによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同等の作用効果を奏する。
【００６６】
また、図１０に示す変形例４のように、オイル排出路１３１、２１７に替えて、軸方向Ｘに垂直に延びる溝からなるオイル排出路１３９、２１９を備え、実施例１と同一のガイド面７２、３６を備える構成としてもよい。当該変形例４においても、オイル排出路１３９、２１９の径方向外側端部は、軸方向Ｘにおいて、ガイド面７２、３６の形成範囲内に位置している。
【００６７】
当該変形例４の場合には、オイルフィルムダンパ５０から排出されたオイルは、遠心力によりオイル排出路１３１、２１５に沿って径方向外側に飛散された後、ガイド面７２、３６により、軸方向Ｘにおいてオイルフィルムダンパ５０から離れる方向に導かれる。そのため、当該オイルの排油性が高まり、当該オイルがボールベアリング２０のボール２３に付着することが防止される。これにより、ボールベアリング２０におけるフリクションの増加を抑制することができる。さらに、遠心力によりオイルを径方向外側に飛散させるオイル排出部１３１、２１５をボールベアリング２０から離隔させる必要がなくなるため、ターボチャージャ用軸受機構１の軸方向Ｘの長さが過度に大きくなることを抑制でき、車両やエンジンへの搭載性の低下を防止できる。また、一対のボールベアリング２０間の距離を短くする必要がないため、各インペラ１１、１２の振れ回りの増加を防止することができる。その結果、チップクリアランスを大きくする必要がないため、運転効率を維持することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  ターボチャージャ用軸受機構
１０  ロータシャフト
１０ｃ  外周面
１００  回転体アッシー
１１  タービンインペラ
１２  コンプレッサインペラ
１３  カラー
１３１、２１５  オイル排出路
２０  ボールベアリング
２１  内輪
２１１  内側面取り部
２２  外輪
３０  ハウジング
３６、７２  ガイド面
５０  オイルフィルムダンパ
６０  リテーナ
【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】
2017207044.tif 000009
【図８】
2017207044.tif 000010
【図９】
2017207044.tif 000011
【図１０】
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