(57)【要約】【課題】  ターボチャージャ用軸受装置において、温度上昇があってもアンギュラ玉軸受の玉にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止し、異常音の発生を防止ないし抑制する。【解決手段】  本発明のターボチャージャ用軸受装置１は、一対のアンギュラ玉軸受２ａ，２ｂを備え、この玉軸受２ａ，２ｂは、回転軸３２の軸方向に離れた一対の内輪軌道３ａ，３ａを有する回転軸側の内輪３と、内輪軌道３ａ，３ａに対向する外輪軌道４ａ，４ａを有するハウジング側の一対の外輪４，４と、内輪軌道３ａ，３ａと外輪軌道４ａ，４ａとの間にゼロ又は正すきまの状態で転動自在に介在する複数の玉５とを有する。  そして、一対の外輪４，４間に、回転軸３２よりも線膨張係数の小さい固体材料よりなる外輪間座７を介装することで、回転軸３２が温度上昇で熱膨張しても、アンギュラ玉軸受２ａ，２ｂのすきまが維持されるようにする。【選択図】      図１
2009203845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャの回転軸をハウジング内で回転自在に支持するターボチャージャ用軸受装置であって、
前記回転軸の軸方向に離れた一対の内輪軌道を有する回転軸側の内輪と、前記内輪軌道に対向する外輪軌道を有するハウジング側の一対の外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間にゼロ又は正すきまの状態で転動自在に介在する複数の玉とを有する一対のアンギュラ玉軸受と、
一対の前記外輪間に介装された、前記回転軸よりも線膨張係数の小さい固体材料よりなる外輪間座と、
を備えていることを特徴とするターボチャージャ用軸受装置。
【請求項２】
前記外輪を常に前記外輪間座側に押圧するための押圧部材が設けられている請求項１に記載のターボチャージャ用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のターボチャージャの回転軸を回転自在に支持するターボチャージャ用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のターボチャージャは、回転軸の一端側にタービンが取り付けられるとともに他端側にインペラが取り付けられ、回転軸の中間部がターボチャージャのハウジングの孔部に挿通されており、この中間部において、軸受装置により回転軸が回転可能に支持された構造になっている。
従来、かかるターボチャージャ用軸受装置として、単列のアンギュラ玉軸受を回転軸の軸方向両側にそれぞれ配置し、これらの間において、両アンギュラ玉軸受の外輪を軸方向両側に弾発付勢するコイルばねとスペーサとを設けたものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
すなわち、かかる従来のターボチャージャ用軸受装置では、回転軸の回転精度を高めたり、玉の自転滑りを防止したりするために、前記コイルばねのアキシャル荷重によって外輪に定圧予圧を付与するようになっている。
【特許文献１】特開平１１−１０１１２８号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５７７０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、外輪に定圧予圧を付与する従来のターボチャージャ用軸受装置では、自転軸を一定方向に向けた状態で各玉が自転しながら、内輪及び外輪軌道に沿って転動するため、その自転軸に対応する赤道回りの同じ部分だけが内輪及び外輪軌道に接触することになる。
従って、このような転動状態で、硬質の異物が混入した潤滑油が軸受装置に供給されると、その異物が玉の転動部分に噛み込み、玉の外周赤道付近を周回するバンド状の摩耗痕が生じることがあり、この摩耗痕によって異常音が発生するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑み、温度上昇があってもアンギュラ玉軸受の玉にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止して、異常音の発生を防止ないし抑制することができるターボチャージャ用軸受装置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】
本発明は、ターボチャージャの回転軸をハウジング内で回転自在に支持するターボチャージャ用軸受装置であって、前記回転軸の軸方向に離れた一対の内輪軌道を有する回転軸側の内輪と、前記内輪軌道に対向する外輪軌道を有するハウジング側の一対の外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間にゼロ又は正すきまの状態で転動自在に介在する複数の玉とを有する一対のアンギュラ玉軸受と、一対の前記外輪間に介装された、前記回転軸よりも線膨張係数の小さい固体材料よりなる外輪間座と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、一対のアンギュラ玉軸受の複数の玉が、内輪軌道と外輪軌道との間にゼロ又は正すきまの状態で転動自在に介在しているので、外輪に定圧予圧を付与する場合とは異なり、それらの玉の自転軸が拘束されず、玉の自転軸が時間の経過とともに変動する。
このため、アンギュラ玉軸受の玉と内輪及び外輪軌道の間に供給される潤滑油に硬質の異物が混入していても、玉の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを極力防止することができ、かかる摩耗痕に伴う異常音の発生を防止ないし抑制することができる。
【０００８】
また、本発明によれば、外輪間に介装された外輪間座が、回転軸よりも線膨張係数の小さい固体材料よりなるので、高速回転に伴って高温となった回転軸や内輪の軸方向膨張量よりも外輪間座の軸方向膨張の方が小さい。従って、軸方向では内輪と外輪の距離が大きくなるため、回転軸と内輪の径方向の膨張が生じても軸受内部の正すきま（或いはゼロすきま）を確保できる。
このため、ターボチャージャの作動に伴って回転軸が温度上昇しても、アンギュラ玉軸受のすきまが適正に維持され、低温時だけでなく高温時においても、玉の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止することができる。
【０００９】
本発明において、更に、前記外輪を常に前記外輪間座側に押圧するための押圧部材が設けられていることが好ましい。
この場合、押圧部材が外輪を常に外輪間座側に押圧するので、外輪の軸方向位置が外輪間座の軸方向端面によって正確に位置決めされ、アンギュラ玉軸受のすきまをより正確に維持することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上の通り、本発明によれば、低温時だけでなく高温時においても、玉の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止することができるので、異常音の発生を防止ないし抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明のターボチャージャ用軸受装置１の一実施形態を示す断面図である。
図２は、そのターボチャージャ用軸受装置１が組み込まれたターボチャージャＴの概略構成を示す断面図である。
図２に示すように、本実施形態のターボチャージャＴは、排気流路３１を流通する排気により、回転軸３２の一端側（図２の右側）に固定したタービン３３を回転させるようになっている。
【００１２】
この回転軸３２の回転は、当該回転軸３２の他端側（図２の左側）に固定されたインペラ３４に伝わり、このインペラ３４が給気流路３５内で回転する。
この結果、給気流路３５の上流側開口から吸引された空気が圧縮され、これにより、ガソリンや軽油等の燃料とともに圧縮された空気が、図示しないエンジンのシリンダ室内に送り込まれる。
【００１３】
かかるターボチャージャＴの回転軸３２は、数万〜十数万（回／分）もの高速で回転し、しかも、エンジンの運転状況に応じて回転速度が頻繁に変化する。そのため、回転損失を低減すべくハウジング３６内に設けられたターボチャージャ用軸受装置１によって、回転軸３２をハウジング３６に対して小さな回転抵抗で支持している。
このターボチャージャ用軸受装置１は、ターボチャージャＴのハウジング３６内に設けられた円筒状の軸受支持部８を備え、この筒内部に組み込まれている。一端にタービン３３が取り付けられ他端にインペラ３４が取り付けられた回転軸３２は、その中間部において、当該軸受装置１によって回転自在に支持される。
【００１４】
図１に示すように、このターボチャージャ用軸受装置１は、上記軸受支持部８と、この軸受支持部８に同軸心状に挿通された回転軸３２の軸方向に離れて設けられた一対の玉軸受２ａ，２ｂ（第一の玉軸受２ａ及び第二の玉軸受２ｂ）と、この両玉軸受２ａ，２ｂの間に介在された円筒状の外輪間座７とを備えている。
上記ハウジング３６内の軸受支持部８に組み込まれた第一及び第二の玉軸受２ａ，２ｂは、いずれもアンギュラ玉軸受であって、両者の基本的構成はそれぞれ同じである。
【００１５】
第一の玉軸受２ａは、回転軸３２のタービン３３側（図１の右側）に配置され、第二の玉軸受２ｂは、回転軸３２のインペラ３４側（図１の左側）に配置されている。両玉軸受２ａ，２ｂは、それぞれ、外周に内輪軌道３ａを有する内輪３，３と、内周に外輪軌道４ａを有する外輪４，４と、これら内輪軌道３ａと外輪軌道４ａとの間に転動自在に配置された複数の玉５とを備えている。
内輪３は環状に形成されており、その外周に形成された内輪軌道３ａは所定の曲率半径を有するアンギュラ型の軌道であり、その軸線は斜め内側に向けられている。
【００１６】
また、外輪４も環状に形成されており、その内周には、内輪軌道３ａと対向して、所定の曲率半径を有するアンギュラ型の外輪軌道４ａが形成されている。そして、本実施形態のアンギュラ玉軸受２ａ，２ｂでは、その内輪３及び外輪４は、片側の肩部をなくしたいわゆるカウンタボアを有する断面形状とされている。
転動体としての上記玉５は、円環状の保持器６に設けられた複数のポケット６ａ内に、それぞれ１個ずつ転動自在に保持され、この保持器６により、内輪軌道３ａと外輪軌道４ａとの間に形成された環状空間内に、その周方向に沿って所定の間隔おきに配列されている。
【００１７】
本実施形態の軸受装置１では、各玉軸受２ａ，２ｂには定圧予圧が付与されておらず、複数の玉５は、内輪軌道３ａと外輪軌道４ａとの間にゼロすきまとなる状態、或いは、所定の適正な正すきまとなる状態で介在されている。
上記適正な正すきまとは、例えば回転軸３２の軸径が６ｍｍ（φ６）である場合、ラジアルすきまで５μｍ程度、アキシャルすきまで５μｍ程度であり、最大でも、ラジアルすきまで１５μｍ以下、アキシャルすきまで５０μｍ以下となるように、内輪３と外輪４の部材寸法が設定されている。
【００１８】
両玉軸受２ａ，２ｂのそれぞれの外輪４，４は、軸受支持部８に対する軸方向変位が許容されるように、前記軸受支持部８の両端部内周面に対して比較的ルーズに内嵌されている。
これに対して、両玉軸受２ａ，２ｂのそれぞれの内輪３，３は、回転軸３２に対する軸方向変位も規制された状態で当該回転軸３２の中間部に外嵌固定され、これにより、回転軸３２の軸方向中間部が、軸方向に離れた一対の玉軸受２ａ，２ｂによってハウジング３６の軸受支持部８に回転自在に支持されている。
【００１９】
前記外輪間座７は、軸受支持部８の内周面に内嵌されており、その軸方向両端縁が各外輪４，４に当接した状態において、両玉軸受２ａ，２ｂがゼロすきま或いは前記所定の正すきまとなるように、予め軸方向長さが寸法設定されている。
また、本実施形態の外輪間座７は、回転軸３２よりも線膨張係数が小さい例えばセラミック等の固体材料によって構成されている。かかる外輪間座７の構成材料としては、回転軸３２の構成材料が合金鋼（ＳＵＪ２又はＭ５０等）よりなる場合には、例えば、各種のセラミックス材料（Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ又はＡｌ2Ｏ3等）を採用することができる。
【００２０】
また、軸受支持部８の軸方向両端部には、断面コの字状の受け座８ａが形成されている。この各受け座８ａとこれに対向する各外輪４の間には、コイルばね９ａよりなる押圧部材９が介装されており、この押圧部材９の弾性力で外輪４を回転軸３２の中央よりに付勢することにより、外輪４を常に外輪間座７側に押圧して当接させるようにしている。
【００２１】
図２に示すように、上記軸受支持部８を収めたハウジング３６内には、給油通路３７が設けられ、この給油通路３７を通過する潤滑油で玉軸受２ａ，２ｂを潤滑するようになっている。
より詳しくは、潤滑油は、ターボチャージャＴを装着したエンジンの運転時に、給油通路３７の上流側から、上記ハウジング３６の内周面と軸受支持部８の外周面との間に存在する環状の隙間空間（図示せず）に送り込まれるようになっている。
【００２２】
なお、この隙間空間は、ハウジング３６と軸受支持部８とを隙間嵌めすることにより設けられている。
そして、上記隙間空間を潤滑油で満たすことにより、軸受支持部８の外周面とハウジング３６の内周面との間に全周にわたって油膜（オイルフィルム）を形成し、軸受支持部８の振動をハウジング３６に伝わり難くしている。このように、上記隙間空間に満たされた潤滑油によって、回転軸３２の回転に基づく振動を減衰させるオイルフィルムダンパが形成されている。
【００２３】
上記隙間空間に送り込まれた潤滑油の一部は、軸受支持部８と外輪間座７を共に径方向に貫通する一対の供給孔１０から、回転軸３２における両玉軸受２ａ，２ｂ間の部分に向けて供給される。
そして、外輪間座７の内部に供給された潤滑油は、両玉軸受２ａ，２ｂの内輪３と外輪４の間に入り込んで各玉５の転動部分を潤滑し、この潤滑が終わった後に排油口３９より排出される。
【００２４】
以上の構成を有するターボチャージャ用軸受装置１によれば、一対のアンギュラ玉軸受２ａ，２ｂの複数の玉５が、内輪軌道３ａと外輪軌道４ａとの間にゼロ又は正すきまの状態で介在しているので、外輪４に定圧予圧を付与する場合とは異なり、それらの玉５の自転軸が拘束されず、自転時に生じるジャイロ力によって玉５の自転軸が時間の経過とともに変動する。
【００２５】
この結果、アンギュラ玉軸受２ａ，２ｂの玉５と内輪及び外輪軌道３ａ，４ａの間に供給される潤滑油に硬質の異物が混入していても、玉５の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを極力防止することができ、かかる摩耗痕に伴う異常音の発生を防止ないし抑制することができる。
【００２６】
また、本実施形態のターボチャージャ用軸受装置１によれば、外輪４，４間に介装された外輪間座７が、回転軸３２よりも線膨張係数の小さい固体材料よりなるので、高速回転に伴って高温となった回転軸３２や内輪３の軸方向膨張量よりも外輪間座７の軸方向膨張の方が小さい。従って、軸方向では内輪３と外輪４の距離が大きくなるため、回転軸３２と内輪３の径方向の膨張が生じても軸受内部のすきま（正すきま又はゼロすきま）が確保される。
【００２７】
また、押圧部材９が外輪４を常に外輪間座７側へ押圧しているので、外輪４の軸方向位置が外輪間座７の軸方向端面によって正確に位置決めされる。
このため、ターボチャージャＴの作動に伴って回転軸３２が温度上昇しても、アンギュラ玉軸受２ａ，２ｂのすきまが適正に維持され、低温時だけでなく高温時においても、玉５の外周面にバンド状の摩耗痕が発生するのを防止することができる。
【００２８】
図３は、ターボチャージャ軸受装置１の変形例を示す断面図である。
この変形例（図３）に係る軸受装置１が上記実施形態（図１）の軸受装置１と異なる点は、外輪４を常に外輪間座７側に押圧する押圧部材９が、弾性力によって外輪４を押圧するコイルばね９ａではなく、熱膨張によって外輪４を押圧するリング部材９ｂよりなる点にある。
このリング部材９ｂは、例えば、回転軸３２やハウジング３６よりも線膨張係数の大きい樹脂材料や金属材料によって構成することができ、具体的な材料としては、アルミニウムを採用することができる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態では、一対の外輪４，４の双方を外輪間座７の軸方向端面に当接させた構造になっているが、一方の外輪４のみの軸方向移動を許容して外輪間座７に当接させ、他方の外輪４については、軸受支持部８に軸方向に移動しないように内嵌してもよい。もっとも、ターボチャージャＴでは、特にタービン３３側の熱膨張が激しいので、少なくとも、そのタービン３３側の外輪４に本発明を適用することが好ましい。
【００３０】
また、上記実施形態では、各玉軸受２ａ，２ｂの内輪３，３が軸方向に離れた構造になっているが、これらの内輪３，３を一つの内輪筒体で構成することにしてもよい。
更に、保持器６の形式としては、図１に示すようなもみ抜き型だけなく、例えば波型のものを採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ターボチャージャ用軸受装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】上記軸受装置を有するターボチャージャの概略構成を示す断面図である。
【図３】ターボチャージャ用軸受装置の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    ターボチャージャ用軸受装置
２ａ  第一の玉軸受
２ｂ  第二の玉軸受
３    内輪
３ａ  内輪軌道
４    外輪
４ａ  外輪軌道
５    玉
６    保持器
７    外輪間座
８    軸受支持部
９    押圧部材
９ａ  コイルばね
９ｂ  リング部材
１０    供給孔
３２    回転軸
３３    タービン
３４    インペラ
３６    ハウジング
Ｔ    ターボチャージャ
【図１】
2009203845.tif 000003
【図２】
2009203845.tif 000004
【図３】
2009203845.tif 000005