JP2009264271A - ターボチャージャにおけるスラスト軸受機構 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単、かつコンパクトな構成で、スラストベアリングにおけるスラスト荷重を受ける面積を内部自律的に変更することができるターボチャージャにおけるスラスト軸受機構を提供する。
【解決手段】スラスト軸受機構Ｓは、ロータシャフト１０に一体回転可能に取り付けられるスラストカラー２０を有し、スラストカラー２０は第１及び第２壁部２２，２３を備える。スラスト軸受機構Ｓは、内周部が第１及び第２壁部２２，２３の間に位置するようにハウジングＨに固定された第１スラストベアリング２４を有するとともに、第２壁部２３よりコンプレッサ側に配設された第２スラストベアリング２５を有する。スラスト軸受機構Ｓは、第２スラストベアリング２５を第２壁部２３に向けてスライド移動させるスライドカム３０を有するとともに、排気圧力と吸入圧力との圧力差が所定値を超えるとスライドカム３０を駆動させるエアシリンダ３５を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ターボチャージャにおけるスラスト軸受機構に関する。

一般に、ターボチャージャは、車両エンジンの排気系に設けられるタービンと、車両エンジンの吸気系に設けられるコンプレッサとを備えている。タービンに設けられたタービンホイールと、コンプレッサに設けられたコンプレッサホイールとは、ロータシャフトによって一体回転可能に連結されている。また、このロータシャフトは、スラスト軸受によって軸方向への移動を規制可能に、センターハウジングに支持されている。一般に、スラスト軸受は、ロータシャフトに一体回転可能に取り付けられたスラストカラーと、センターハウジングに固定されたスラストベアリングとからなる。

このようなターボチャージャにおいて、例えば、コンプレッサ出口の圧縮空気圧力の増加よりも、タービン入口の排気ガス圧力が増加すると、その圧力差に起因してタービン側からコンプレッサ側への過大なスラスト荷重が発生し、スラストベアリングに過大なスラスト荷重が加わる。この過大なスラスト荷重を受けることとなるスラストベアリングの破損を防ぐためには、スラストカラーの外径を大きくし、スラストベアリングにおけるスラスト荷重を受ける面積を増大させる方法が一般的である。

しかし、この方法では、スラストカラーの外径が大きくなることで、スラストカラーのスラストベアリングへの接触面積が増大してしまい、ターボ回転の応答性が悪くなって（所謂、ターボラグが発生して）好ましくない。また、スラスト荷重の小さい時でも、スラストベアリングに外径の大きなスラストカラーが接触することとなるため、スラストベアリングとスラストカラーとの間の摩耗量の増大、及び温度上昇を招いてしまい、スラストベアリングの強度及び耐久性の低下や潤滑油の劣化という問題が発生して好ましくない。

よって、スラスト荷重の大きさに応じて、スラストベアリングにおけるスラスト荷重を受ける面積を変更可能にしたスラスト軸受機構が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１のスラスト軸受機構は、回転軸に取り付けられた円盤状のスラストカラーを有している。さらに、スラスト軸受機構は、スラストカラーに対峙してスラスト荷重を受けるようにケーシングに取り付けられた受圧部材を有している。この受圧部材は、環状に２分割されており、回転軸側の内側受圧部材と、この内側受圧部材より径方向外側の外側受圧部材とからなる。内側受圧部材はケーシングに直接支持されるとともに、外側受圧部材の背面はピストンを介してシリンダに接続されている。シリンダ内において、ピストンを挟む両シリンダ室には、タンク、ポンプ、切換弁を経てタンクから作動流体が供給されるようになっている。

そして、特許文献１のスラスト軸受機構において、スラスト荷重が小さい場合、切換弁によってタンクが一方のシリンダ室に接続されるとともに、一方のシリンダ室に作動流体が供給される。このため、外側受圧部材はケーシングに押し付けられ、スラスト荷重は内側受圧部材だけで受けられる。一方、スラスト荷重が大きくなると、切換弁によってタンクが他方のシリンダ室に接続されるとともに、他方のシリンダ室に作動流体が供給される。このため、ピストンの移動によって外側受圧部材がスラストカラーに向けて移動し、スラスト荷重が内側受圧部材だけでなく外側受圧部材でも受けられる。すなわち、スラスト荷重を受ける面積が増大する。
実開昭５９−１８５４１４号公報

ところが、特許文献１のスラスト軸受機構は、スラスト荷重の大きさに応じて切換弁を作動させる必要があるため、外部からスラスト荷重の大きさを監視し、切換弁を制御する切換弁作動指示装置を必要とし、さらに、ピストン室に作動流体を供給するためのタンク及びポンプを必要とする。このため、特許文献１のスラスト軸受機構は、その構成が複雑になるとともに大型であるという問題があった。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、簡単、かつコンパクトな構成で、スラストベアリングにおけるスラスト荷重を受ける面積を内部自律的に変更することができるターボチャージャにおけるスラスト軸受機構を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、タービンに設けられたタービンホイールと、コンプレッサに設けられたコンプレッサホイールとを一体回転可能に連結するロータシャフトがハウジングに支持されてなるターボチャージャにおけるスラスト軸受機構であって、前記ロータシャフトに一体回転可能に取り付けられるスラストカラーを有し、該スラストカラーは前記ロータシャフトの径方向に沿って外方へ突出する第１壁部、及び該第１壁部より前記コンプレッサ側に位置する第２壁部を備え、また、前記ロータシャフトを取り囲み、かつ内周部が前記第１壁部と第２壁部の間に位置するように前記ハウジングに固定された第１のスラストベアリングを有するとともに、前記ロータシャフトを取り囲むように前記第２壁部より前記コンプレッサ側に配設された第２のスラストベアリングを有しており、さらに、前記ロータシャフトの軸方向に沿って前記第２のスラストベアリングを前記第２壁部に向けてスライド移動させるスライド機構を有するとともに、前記タービンにおける排気圧力と前記コンプレッサにおける吸入圧力との圧力差が所定値を超えると、前記第２のスラストベアリングが前記第２壁部に向けてスライド移動するように前記スライド機構を駆動させるアクチュエータを有することを要旨とする。

これによれば、排気圧力と吸入圧力との圧力差が所定値未満のとき（スラスト荷重が小さいとき）は、スラスト荷重は第１壁部を介して第１のスラストベアリングだけで受承される。一方、圧力差が所定値を超え、スラスト荷重が過大となったときは、アクチュエータ及びスライド機構の駆動により第２のスラストベアリングを第２壁部に向けてスライド移動させ、スラスト荷重を第２壁部を介して第２のスラストベアリングでも受承することができる。すなわち、スラスト荷重が過大となったときは、第１及び第２のスラストベアリングでスラスト荷重を受承し、その受承する面積を増加させることができる。

そして、スラスト軸受機構は、排気圧力と吸入圧力の圧力差といったターボチャージャ内部で必ず発生する現象を利用して、スラストベアリングがスラスト荷重を受ける面積を変化（増減）させることができる。すなわち、本発明のターボチャージャは、圧力差に基づいて駆動するアクチュエータ、及び該アクチュエータの駆動によって駆動するスライド機構を設けるだけで、内部自律的にスラスト荷重を受ける面積を変化させることができる。したがって、背景技術のように、スラスト荷重の大きさに応じてスラスト荷重を受ける面積を変化させるために、切換弁をはじめ、スラスト荷重を外部から監視し、切換弁を作動させる切換弁作動指示装置、さらには、切換弁に作動流体を供給するためのタンク及びポンプを必要としない。加えて、アクチュエータは圧力差に基づいて駆動するため、切換弁、タンク、及びポンプを駆動させるような電力供給を一切必要とせず、配線や通電制御等の装置も必要としない。よって、本発明のターボチャージャのスラスト軸受機構は、簡単、かつコンパクトな構成で、スラストベアリングにおけるスラスト荷重を受ける面積を内部自律的に変更することができる。

また、前記第２壁部における前記ロータシャフトの径方向に沿った突出長さが前記第１壁部における前記突出長さより長く形成されていてもよい。これによれば、圧力差が所定値を超えたとき（スラスト荷重が過大となったとき）は、第２のスラストベアリングは突出長さの長い第２壁部、すなわち、第１壁部に比して第２のスラストベアリングへの接触面積が大きい第２壁部からスラスト荷重を受けることとなる。したがって、第２のスラストベアリングにおけるスラスト荷重を受ける面積を確実に増加させることができ、過大なスラスト荷重を確実に受承することができる。

また、前記スライド機構は、前記ロータシャフトに回転可能に支持されるとともに前記アクチュエータに連結され、かつ第１カム面を備えた第１カム体と、前記ロータシャフトの軸方向に沿ってスライド移動可能にロータシャフトに支持されるとともに前記第１カム面に係合可能な第２カム面を備える第２カム体とからなり、前記アクチュエータの駆動に伴い前記第１カム体が回転すると前記第１カム面と第２カム面の係合によって前記第２カム体が前記ロータシャフトの軸方向に沿って前記第２のスラストベアリングに向けてスライド移動するとともに、第１カム面と第２カム面の係合によって、第２カム体が第２スラストベアリングに向けてスライド移動した状態が維持されるように構成されていてもよい。

これによれば、第２カム体が第２のスラストベアリングに向けてスライド移動した後は、第１カム面と第２カム面の係合によって、第２カム体の第１カム体へ向けた移動規制（バックアップ）をする必要がなく、第２のスラストベアリングを第２壁部に向けてスライド移動させた状態に維持することができる。したがって、第２カム体のバックアップのために別部材を設ける必要がなく、簡単な構成で第２のスラストベアリングを第２壁部に向けてスライド移動させた状態を維持することができる。

また、前記スライド機構は、前記第２のスラストベアリングと前記アクチュエータとを連結するリンク機構からなるものであってもよい。これによれば、簡単な構成で第２のスラストベアリングを第２壁部に向けてスライド移動させることができる。したがって、スライド機構を備えたスラスト軸受機構の構成をより簡単なものにすることができる。

本発明によれば、簡単、かつコンパクトな構成で、スラストベアリングにおけるスラスト荷重を受ける面積を内部自律的に変更することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を車両に搭載されるターボチャージャにおけるスラスト軸受機構に具体化した第１の実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。

図１に示すように、ターボチャージャ１１のハウジングＨは、センターハウジング１２と、このセンターハウジング１２の一端に連結されたタービンハウジング１３と、センターハウジング１２の他端にシールプレート１４を介して連結されたコンプレッサハウジング１５とからなる。そして、ターボチャージャ１１は、一端側にタービンＴを有し、他端にコンプレッサＣを有するとともに、タービンＴは自動車における内燃機関（図示略）の排気通路（図示略）に配設されるとともに、コンプレッサＣは内燃機関の吸気通路（図示略）に配設される。

センターハウジング１２には軸孔１２ａが貫設されるとともに、この軸孔１２ａ内にはロータシャフト１０が第１ラジアルベアリング１６ａ及び第２ラジアルベアリング１６ｂを介して回転可能に支持されている。なお、第１ラジアルベアリング１６ａは、ロータシャフト１０のタービンＴ側を回転可能に支持し、第２ラジアルベアリング１６ｂはロータシャフト１０のコンプレッサＣ側を回転可能に支持している。

ロータシャフト１０の一端にはタービンホイール１７が固定されるとともに、このタービンホイール１７はタービンハウジング１３内に配設されている。また、ロータシャフト１０の他端にはコンプレッサホイール１８が固定されるとともに、このコンプレッサホイール１８はコンプレッサハウジング１５内に配設されている。そして、タービンホイール１７とコンプレッサホイール１８とは、ロータシャフト１０によって連結されるとともに、タービンホイール１７、ロータシャフト１０及びコンプレッサホイール１８は、中心軸Ｌを回転中心にして一体回転可能になっている。

また、タービンハウジング１３には、タービンホイール１７の外周を囲むように延びるスクロール通路１３ａが形成されるとともに、タービンホイール１７の軸方向に延びる排出ポート１３ｂとが形成されている。スクロール通路１３ａは内燃機関の排気通路（図示略）と連通されており、内燃機関の燃焼室からの排気ガスがこの排気通路を介してスクロール通路１３ａに送り込まれる。そして、スクロール通路１３ａの排気ガスはこのタービンホイール１７に向けて吹きかけられる。これにより、タービンホイール１７が中心軸Ｌを中心に回転するようになる。その後、排気ガスは排出ポート１３ｂに排出されて、排気通路に戻される。

コンプレッサハウジング１５には、コンプレッサホイール１８の軸方向に延びる吸入ポート１５ｂと、コンプレッサホイール１８の外周を囲むように延びて内燃機関の吸気通路（図示略）と連通するコンプレッサ通路１５ａとが形成されている。そして、ロータシャフト１０の回転に伴って、コンプレッサホイール１８が中心軸Ｌを中心に回転すると、吸入空気が吸入ポート１５ｂ、及びコンプレッサ通路１５ａを介して内燃機関の吸気通路へ強制的に送り出される（過給される）ようになっている。

ターボチャージャ１１のハウジングＨには、スラスト荷重を受承してロータシャフト１０の中心軸Ｌに沿った方向（以下、軸方向とする）への移動を規制するスラスト軸受機構Ｓが設けられている。以下、スラスト軸受機構Ｓについて詳細に説明する。

まず、図２に示すように、ロータシャフト１０において、第２ラジアルベアリング１６ｂによって支持された部位は大径部をなし、この大径部よりコンプレッサＣ側は大径部より小径の小径部となっている。そして、ロータシャフト１０における大径部と小径部の間には、段差が形成されている。

さて、スラスト軸受機構Ｓは、ハウジングＨの一部たるシールプレート１４に形成された収容凹部１４ａ内に設けられている。収容凹部１４ａ内に位置するロータシャフト１０において、小径部には筒状をなすスラストカラー２０がロータシャフト１０と一体回転可能に取り付けられている。スラストカラー２０は、ロータシャフト１０の段差への当接によって大径部側への移動が規制されている。

スラストカラー２０は、円筒状をなす筒状基部２１を備えるとともに、筒状基部２１における軸方向の一端側（タービンＴ側）にロータシャフト１０の径方向に沿って外方へ円環状に突出する第１壁部２２を、軸方向の他端側（コンプレッサＣ側）にロータシャフト１０の径方向に沿って外方へ円環状に突出する第２壁部２３を一体に備える。スラストカラー２０において、第１壁部２２と第２壁部２３はロータシャフト１０の軸方向に間隔を空けて形成されている。また、ロータシャフト１０の径方向に沿った第１壁部２２の突出長さ（外径）は、第２壁部２３の突出長さ（外径）より短くなっている。

また、シールプレート１４の収容凹部１４ａ内には、第１のスラストベアリングとしての略円盤状をなす第１スラストベアリング２４が配設されるとともに、この第１スラストベアリング２４はセンターハウジング１２とシールプレート１４によって固定されている。この第１スラストベアリング２４は、ロータシャフト１０を取り囲み、かつ内周部がスラストカラー２０の第１壁部２２と第２壁部２３の間に位置するようにセンターハウジング１２とシールプレート１４によって固定されている。

第１スラストベアリング２４の内周部において、第１壁部２２の内面に対向する部位は第１の受承面２４ａを形成し、この第１の受承面２４ａはロータシャフト１０のスラスト荷重を受承する。一方、第１スラストベアリング２４の内周部において、第２壁部２３の内面に対向する部位は第２の受承面２４ｂを形成し、この第２の受承面２４ｂはロータシャフト１０の反スラスト荷重を受承する。ロータシャフト１０の径方向に沿った突出長さが、第１壁部２２の方が第２壁部２３より短いため、第１スラストベアリング２４における第１の受承面２４ａの面積は第２の受承面２４ｂの面積より小さくなっている。

また、シールプレート１４の収容凹部１４ａ内において、スラストカラー２０の第２壁部２３よりコンプレッサＣ側には、第２のスラストベアリングとしての略円盤状をなす第２スラストベアリング２５が配設されている。第２スラストベアリング２５は、ロータシャフト１０の軸方向に沿ってスライド移動可能となるように収容凹部１４ａ内に収容されている。第２スラストベアリング２５の内周部において、第２壁部２３の外面（コンプレッサＣ側の面）に対向する部位は第３の受承面２５ａを形成し、この第３の受承面２５ａはロータシャフト１０のスラスト荷重を第２壁部２３から受承する。ロータシャフト１０の径方向に沿った突出長さが、第２壁部２３の方が第１壁部２２より長いため、第２スラストベアリング２５における第３の受承面２５ａの面積は、第１スラストベアリング２４における第１の受承面２４ａの面積より大きくなっている。

さらに、シールプレート１４の収容凹部１４ａ内において、第２スラストベアリング２５よりコンプレッサＣ側には、スライド機構としてのスライドカム３０が配設されている。スライドカム３０は、ロータシャフト１０に対し回転可能に装着された円筒状をなす第１カム体３１と、ロータシャフト１０に対し軸方向へスライド移動可能に装着された第２カム体３３とからなる。

第１カム体３１における第２カム体３３への対向面には、第１カム体３１の全周に亘って延びる第１カム面３２が形成されている。この第１カム面３２は、ロータシャフト１０の軸方向に直交するように第１カム体３１の周方向に沿って延びる第１係合面３２ａを複数備える。複数の第１係合面３２ａは、第１カム体３１の周方向に等間隔をおいて形成されている。また、第１カム面３２は、各第１係合面３２ａそれぞれに連続するように複数の第１スライド面３２ｂを備え、第１スライド面３２ｂそれぞれは第１係合面３２ａの延びる方向に対し斜めに延びるように形成されている。

さらに、第１カム面３２は、各第１スライド面３２ｂそれぞれに連続するように複数の第１被係合面３２ｃを備えるとともに第１被係合面３２ｃそれぞれはロータシャフト１０の軸方向に直交して第１カム体３１の周方向に沿って延びるように形成されている。すなわち、第１係合面３２ａと第１被係合面３２ｃとは、互いに平行をなすように延びるとともに、ロータシャフト１０の軸方向にずれた位置に配置されている。加えて、第１カム面３２は、各第１被係合面３２ｃそれぞれに連続するように複数の第１係止面３２ｄを備えるとともに各第１係止面３２ｄそれぞれは第１被係合面３２ｃの延びる方向に対し直交するように形成されている。

一方、第２カム体３３における第１カム体３１の対向面には、第２カム体３３の全周に亘って延びる第２カム面３４が形成されている。第２カム面３４は、ロータシャフト１０の軸方向に直交するように第２カム体３３の周方向に沿って延びる第２係合面３４ａを複数備える。複数の第２係合面３４ａは、第２カム体３３の周方向に等間隔をおいて形成されている。そして、第１カム体３１が回転せず、かつ第２カム体３３がスライド移動していない状態では、第２係合面３４ａは、第１カム体３１の第１被係合面３２ｃに対向配置されている。

また、第２カム面３４は、各第２係合面３４ａそれぞれに連続するように複数の第２スライド面３４ｂを備え、第２スライド面３４ｂそれぞれは第２係合面３４ａの延びる方向に対し斜めに延びるように形成されている。そして、第１カム体３１が回転せず、かつ第２カム体３３がスライド移動していない状態では、第２スライド面３４ｂは、第１カム体３１の第１スライド面３２ｂに対向配置されている。

さらに、第２カム面３４は、各第２スライド面３４ｂそれぞれに連続するように複数の第２被係合面３４ｃを備えるとともに第２被係合面３４ｃそれぞれはロータシャフト１０の軸方向に直交して第２カム体３３の周方向に沿って延びるように形成されている。すなわち、第２係合面３４ａと第２被係合面３４ｃとは、互いに平行をなすとともに、ロータシャフト１０の軸方向にずれた位置に配置されている。そして、第１カム体３１が回転せず、かつ第２カム体３３がスライド移動していない状態では、第２被係合面３４ｃは、第１カム体３１の第１係合面３２ａに対向配置されている。

加えて、第２カム面３４は、各第２被係合面３４ｃそれぞれに連続するように複数の第２係止面３４ｄを備えるとともに各第２係止面３４ｄそれぞれは第２被係合面３４ｃの延びる方向に対し直交するように形成されている。そして、第１カム体３１が回転せず、かつ第２カム体３３がスライド移動していない状態では、第２係止面３４ｄは、第１カム体３１の第１係止面３２ｄに係止している。

図３に示すように、上記構成のスライドカム３０において、第１カム体３１は、第１係合面３２ａが第２カム体３３の第２係合面３４ａに係合（当接）するまで回転可能になっている。そして、ロータシャフト１０の軸方向に沿った第１係合面３２ａから第１被係合面３２ｃまでの距離は、第１カム体３１が回転した際に、第２カム体３３がロータシャフト１０の軸方向に沿ってスライド移動可能な距離となっている。そして、この第２カム体３３がスライド移動可能な距離は、第２スラストベアリング２５と第２壁部２３の外面との間に形成される隙間の最大長さと同じになっている。

また、図２に示すように、シールプレート１４の収容凹部１４ａ内には、アクチュエータとしてのエアシリンダ３５が配設されている。エアシリンダ３５は、ピストンロッド３８の軸方向がロータシャフト１０の軸方向に直交するように縦置きの態様で収容凹部１４ａ内に配設されている。よって、エアシリンダ３５のピストンロッド３８は、エアシリンダ３５からスライドカム３０に向けて延び、スライドカム３０の第１カム体３１に連結されている。

エアシリンダ３５のボトム室３５ａには通路４１を介してスクロール通路１３ａが接続されるとともに、エアシリンダ３５のロッド室３５ｂには通路４２を介してコンプレッサ通路１５ａが接続されている。そして、エアシリンダ３５のボトム室３５ａには、タービンＴ（スクロール通路１３ａ）における排気ガスの排気圧力ＰＥが導入され、ロッド室３５ｂには、コンプレッサＣ（コンプレッサ通路１５ａ）における吸入空気の吸入圧力ＰＳが導入されている。

また、エアシリンダ３５のピストン３６はピストンロッド３８が連結されるとともに、エアシリンダ３５内に設けられた付勢バネ３７の付勢力によってピストンロッド３８をエアシリンダ３５内に没入させる方向に付勢されている。付勢バネ３７の付勢力（バネ荷重）は、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳの圧力差が所定値を超えたときにピストン３６がボトム室３５ａから受ける力より小さくなっている。このため、付勢バネ３７は、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳとの圧力差が所定値を超えると収縮するように設定されている。なお、付勢バネ３７の付勢力（バネ荷重）は、発生する圧力差の大きさに合わせて変更可能になっている。

上記構成のスラスト軸受機構Ｓにおいて、図示しないが、第１スラストベアリング２４と第１壁部２２及び第２壁部２３との接触面、第２スラストベアリング２５と第２壁部２３との接触面に潤滑油を供給する潤滑油供給機構が設けられている。

さて、上記構成のターボチャージャ１１において、スクロール通路１３ａにおける排気圧力ＰＥと、コンプレッサ通路１５ａにおける吸入圧力ＰＳとの圧力差が所定値未満にあり、タービンＴ側からコンプレッサＣ側へのスラスト荷重が小さいときは、図２に示すように、第１壁部２２は第１スラストベアリング２４に押し付けられる。すると、スラスト荷重は第１スラストベアリング２４の第１の受承面２４ａで受承される。このとき、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳの圧力差が所定値未満であるため、ピストンロッド３８は移動せず、第１カム体３１も回転しない。よって、第２カム体３３もスライド移動せず、第２スラストベアリング２５は第２壁部２３との間に間隔をおいて配設されている。

スクロール通路１３ａにおける排気圧力ＰＥが過大となり、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳとの圧力差が所定値を超え、タービンホイール１７からロータシャフト１０に作用するスラスト荷重が過大となると、図３に示すように、第１壁部２２は第１スラストベアリング２４に押し付けられる。すると、スラスト荷重は第１スラストベアリング２４の第１の受承面２４ａで受承される。

さらに、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳの圧力差が所定値を超えたため、ピストンロッド３８がエアシリンダ３５から伸張し、このピストンロッド３８の伸張によって第１カム体３１が矢印Ｙに示す方向へ正回転する。すると、第１カム体３１の第１係合面３２ａが第２カム体３３の第２スライド面３４ｂに沿って移動し、この第１カム体３１の回転により第２カム体３３が第２スラストベアリング２５に向けて押圧されるとともに、ロータシャフト１０の軸方向に沿ってスライド移動する。そして、第１カム体３１の第１係合面３２ａが、第２カム体３３の第２係合面３４ａに係合すると、第１カム体３１の回転及び第２カム体３３のスライド移動が停止する。

その結果、第２カム体３３の第２スラストベアリング２５に向けたスライド移動により、第２スラストベアリング２５が第２カム体３３によって押圧され、第２スラストベアリング２５が第２壁部２３に向けてスライド移動するとともに、第２カム体３３によってコンプレッサＣ側へ移動しないように支持される。すると、第２スラストベアリング２５と第２壁部２３との間隔が狭くなり、スラスト荷重を受けた第２壁部２３が第２スラストベアリング２５に押し付られる。このため、過大なスラスト荷重が第２スラストベアリング２５の第３の受承面２５ａでも受承される。すなわち、過大なスラスト荷重が、第１スラストベアリング２４及び第２スラストベアリング２５の両方で受承され、スラスト荷重を受承する面積が増加する。

そして、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳの圧力差が所定値未満となり、スラスト荷重が小さくなると、付勢バネ３７の付勢力によってピストンロッド３８がエアシリンダ３５に没入し、第１カム体３１が矢印Ｙと反対方向へ逆回転する。すると、第２カム体３３も逆回転し、第２カム体３３による第２スラストベアリング２５の押圧が解除されるとともに、第２壁部２３による第２スラストベアリング２５への押し付けが解除され、スラスト荷重を受承する面積が減少する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）スラスト軸受機構Ｓとして、第１スラストベアリング２４及び第２スラストベアリング２５を設けるとともに、スラストカラー２０の第１壁部２２を第１スラストベアリング２４に対向配置させ、第２壁部２３を第２スラストベアリング２５に対向配置させた。さらに、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳとの圧力差が所定値を超えるとピストンロッド３８を伸張させるエアシリンダ３５を設けるとともに、ピストンロッド３８の伸張によって駆動するスライドカム３０を設けた。そして、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳとの圧力差が所定値未満のとき（スラスト荷重が小さいとき）は、第１スラストベアリング２４だけでスラスト荷重を受承するようにした。一方、圧力差が所定値を超え、スラスト荷重が過大となったときは、エアシリンダ３５及びスライドカム３０の駆動により第２スラストベアリング２５を第２壁部２３に向けてスライド移動させ、第２スラストベアリング２５でもスラスト荷重を受承するようにした。すなわち、スラスト荷重が過大となったときは、スラスト荷重を受ける面積を増加させるようにした。

したがって、スラスト軸受機構Ｓにおいて、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳの圧力差といったターボチャージャ１１内部で必ず発生する現象を利用して、スラスト荷重を受ける面積を変化させている。すなわち、本実施形態のターボチャージャ１１は、エアシリンダ３５及びスライドカム３０を設けるだけで、内部自律的にスラスト荷重を受ける面積を変化させることができる。したがって、背景技術のように、スラスト荷重の大きさに応じてスラスト荷重を受ける面積を変化させるために、切換弁、切換弁を作動させるための切換弁作動指示装置、さらには、タンク及びポンプを必要としないため、ターボチャージャ１１のスラスト軸受機構Ｓの構成を簡単、かつコンパクトにすることができる。その結果として、スラスト軸受機構Ｓを備えたターボチャージャ１１を軽量化して車両への搭載性を良好なものにすることができる。

（２）上記（１）に記載の作用効果を発揮するスラスト軸受機構Ｓにおいて、例えば、スラストカラー２０の第１壁部２２だけで過大なスラスト荷重を第１スラストベアリング２４に受承させるために第１壁部２２の外径を大きくする場合と比べて、第１壁部２２の外径を小さくすることができる。その結果、第１壁部の第１スラストベアリング２４への接触面積を小さくしてターボ回転の応答性を良好とすることができる。また、圧力差が所定値未満のとき（スラスト荷重の小さいとき）は、第１スラストベアリング２４に外径の小さな第１壁部２２が接触するだけであるため、第１スラストベアリング２４と第１壁部２２との摩耗による温度上昇を抑えることができる。

（３）ロータシャフト１０の径方向に沿った第１壁部２２の突出長さ（外径）は、第２壁部２３の突出長さ（外径）より短くなっている。このため、圧力差が所定値未満のとき（スラスト荷重が小さいとき）は、第１スラストベアリング２４は突出長さの短い第１壁部２２からスラスト荷重を受けることとなる。したがって、第１スラストベアリング２４と第１壁部２２との接触面積を可能な限り小さくすることで、スラスト荷重が小さいときであってもターボ回転の応答性を良好とすることができる。

（４）ロータシャフト１０の径方向に沿った第２壁部２３の突出長さ（外径）は、第１壁部２２の突出長さ（外径）より長くなっている。このため、圧力差が所定値を超えたとき（スラスト荷重が過大となったとき）は、第２スラストベアリング２５は突出長さの長い第２壁部２３からスラスト荷重を受けることとなる。したがって、スラスト荷重を受ける面積を確実に増加させることができ、過大なスラスト荷重を確実に受承することができる。

（５）第１壁部２２と第２壁部２３を、ロータシャフト１０の軸方向に並設し、第１壁部２２に対向するように第１スラストベアリング２４を設けるとともに、第２壁部２３に対向するように第２スラストベアリング２５を設けた。したがって、過大なスラスト荷重を受ける構成は、ロータシャフト１０の軸方向に沿って並ぶように設けられている。したがって、過大なスラスト荷重を受けるために、スラストカラー２０の壁部の外径を大きくする場合に比して、スラストカラー２０の周速度を低くすることができる。

（６）スライドカム３０は、第１カム体３１の第１係合面３２ａが、第２カム体３３の第２係合面３４ａに係合すると第２カム体３３の第１カム体３１へ向けたスライド移動が規制されるようになっている。このため、第２カム体３３が第２スラストベアリング２５に向けてスライド移動した後は、第２カム体３３の第１カム体３１へ向けた移動規制（バックアップ）をする必要がなく、スライドカム３０そのもので第２スラストベアリング２５を第２壁部２３に向けてスライド移動させた状態に維持することができる。したがって、第２カム体３３のバックアップのために別部材を設ける必要がなく、簡単な構成で第２スラストベアリング２５を第２壁部２３に向けてスライド移動させた状態を維持することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を車両に搭載されるターボチャージャにおけるスラスト軸受機構に具体化した第２の実施形態を図４及び図５にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態のスライド機構を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図４に示すように、シールプレート１４の外部にはエアシリンダ３５が配設されるとともに、このエアシリンダ３５はピストンロッド３８がロータシャフト１０の軸方向へ延びるように配置されている。エアシリンダ３５のピストンロッド３８の先端には、第１リンク５０の一端が第１支軸５１によって連結されるとともに、第１リンク５０の他端には第２リンク５２の一端が回動軸５３によって連結されている。さらに、第２リンク５２の他端は、第２スラストベアリング２５に第２支軸５４によって連結されている。すなわち、エアシリンダ３５のピストンロッド３８と第２スラストベアリング２５とは、第１リンク５０、第１支軸５１、第２リンク５２、回動軸５３、及び第２支軸５４よりなるリンク機構Ｒによって連結されている。そして、リンク機構Ｒは、エアシリンダ３５（ピストンロッド３８）の駆動によって第２スラストベアリング２５を第２壁部２３に向けてスライド移動させるスライド機構を構成している。なお、回動軸５３は、シールプレート１４の収容凹部１４ａ内に架設されており、リンク機構Ｒは、回動軸５３を回動中心として回動するようになっている。

そして、第２の実施形態では、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳとの圧力差が所定値未満にあり、スラスト荷重が小さいときは、第１の実施形態と同様に、スラスト荷重は第１スラストベアリング２４の第１の受承面２４ａで受承される。

排気圧力ＰＥが過大となり、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳとの圧力差が所定値を超え、タービンＴ側からコンプレッサＣ側に向けて作用するスラスト荷重が過大となると、スラスト荷重は第１スラストベアリング２４の第１の受承面２４ａで受承される。さらに、図５に示すように、ピストンロッド３８がエアシリンダ３５から伸張し、このピストンロッド３８の伸張によってリンク機構Ｒが回動軸５３を回動中心として回動する。すると、第２リンク５２が第２スラストベアリング２５に向けて押圧され、第２スラストベアリング２５が第２壁部２３に向けてスライド移動する。すると、過大なスラスト荷重が第２スラストベアリング２５の第３の受承面２５ａでも受承される。すなわち、過大なスラスト荷重が、第１スラストベアリング２４及び第２スラストベアリング２５の両方で受承され、スラスト荷重を受承する面積が増加する。

一方、排気圧力ＰＥと吸入圧力ＰＳの圧力差が所定値未満となり、スラスト荷重が小さくなると、付勢バネ３７の付勢力によってピストンロッド３８がエアシリンダ３５に没入し、リンク機構Ｒが第２スラストベアリング２５から離れるように回動する。すると、第２リンク５２による第２スラストベアリング２５の押圧が解除されるとともに、第２壁部２３による第２スラストベアリング２５への押し付けが解除され、スラスト荷重を受承する面積が減少する。

したがって、第２の実施形態よれば、第１の実施形態に記載の（１）〜（５）に記載の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（７）第２スラストベアリング２５を第２壁部２３に向けてスライド移動させるスライド機構として、リンク機構Ｒを採用した。このため、簡単な構成で第２スラストベアリング２５を第２壁部２３に向けてスライド移動させることができる。

なお、各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 各実施形態において、ロータシャフト１０の径方向に沿った第１壁部２２と第２壁部２３の突出長さを同じにしてもよい。

○ 各実施形態において、エアシリンダ３５のボトム室３５ａは通路４１を介して排出ポート１３ｂ（タービンＴ）に接続されていてもよく、エアシリンダ３５のロッド室３５ｂは通路４２を介して吸入ポート１５ｂ（コンプレッサＣ）に接続されていてもよい。

○ 第１の実施形態において、図６に示すように、第１カム体３１が回転せず（シールプレート１４に固定され）、第２カム体３３がエアシリンダ３５のピストンロッド３８により回転しながら移動する構造であってもよい。

○ 第１の実施形態において、過大なスラスト荷重が発生したとき、スライドカム３０における第２カム体３３で第２壁部２３からのスラスト荷重を受承するようにしてもよい。すなわち、第２スラストベアリング２５を削除してもよく、この場合、第２カム体３３が第２のスラストベアリングとなる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記アクチュエータは、前記圧力差に基づいて位置決めされるピストン及び該ピストンに連結されたピストンロッドを備えたエアシリンダであって、前記ピストンロッドに前記スライド機構が連結されるとともに前記ピストンロッドは前記ピストンを介した付勢バネによって没入方向へ付勢され、前記付勢バネによってピストンを付勢する力は、前記所定値を超えたときの圧力差によってピストンが受ける力より小さくなっている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のターボチャージャにおけるスラスト軸受機構。

第１の実施形態におけるターボチャージャを示す断面図。 第１の実施形態におけるスラスト軸受機構を示す部分拡大断面図。 スラスト軸受機構によってスラスト荷重を受承する状態を示す拡大断面図。 第２の実施形態におけるスラスト軸受機構を示す部分拡大断面図。 スラスト軸受機構によってスラスト荷重を受承する状態を示す拡大断面図。 別の実施形態におけるターボチャージャを示す断面図。

符号の説明

Ｃ…コンプレッサ、Ｈ…ハウジング、Ｒ…リンク機構、Ｓ…スラスト軸受機構、Ｔ…タービン、ＰＥ…排気圧力、ＰＳ…吸入圧力、１０…ロータシャフト、１１…ターボチャージャ、１７…タービンホイール、１８…コンプレッサホイール、２０…スラストカラー、２２…第１壁部、２３…第２壁部、２４…第１のスラストベアリングとしての第１スラストベアリング、２５…第２のスラストベアリングとしての第２スラストベアリング、３０…スライド機構としてのスライドカム、３１…第１カム体、３２…第１カム面、３３…第２カム体、３４…第２カム面、３５…アクチュエータとしてのエアシリンダ。

Claims (4)

1. タービンに設けられたタービンホイールと、コンプレッサに設けられたコンプレッサホイールとを一体回転可能に連結するロータシャフトがハウジングに支持されてなるターボチャージャにおけるスラスト軸受機構であって、
   前記ロータシャフトに一体回転可能に取り付けられるスラストカラーを有し、該スラストカラーは前記ロータシャフトの径方向に沿って外方へ突出する第１壁部、及び該第１壁部より前記コンプレッサ側に位置する第２壁部を備え、
   また、前記ロータシャフトを取り囲み、かつ内周部が前記第１壁部と第２壁部の間に位置するように前記ハウジングに固定された第１のスラストベアリングを有するとともに、前記ロータシャフトを取り囲むように前記第２壁部より前記コンプレッサ側に配設された第２のスラストベアリングを有しており、
   さらに、前記ロータシャフトの軸方向に沿って前記第２のスラストベアリングを前記第２壁部に向けてスライド移動させるスライド機構を有するとともに、前記タービンにおける排気圧力と前記コンプレッサにおける吸入圧力との圧力差が所定値を超えると、前記第２のスラストベアリングが前記第２壁部に向けてスライド移動するように前記スライド機構を駆動させるアクチュエータを有することを特徴とするターボチャージャにおけるスラスト軸受機構。
2. 前記第２壁部における前記ロータシャフトの径方向に沿った突出長さが前記第１壁部における前記突出長さより長く形成されている請求項１に記載のターボチャージャにおけるスラスト軸受機構。
3. 前記スライド機構は、前記ロータシャフトに回転可能に支持されるとともに前記アクチュエータに連結され、かつ第１カム面を備えた第１カム体と、前記ロータシャフトの軸方向に沿ってスライド移動可能にロータシャフトに支持されるとともに前記第１カム面に係合可能な第２カム面を備える第２カム体とからなり、前記アクチュエータの駆動に伴い前記第１カム体が回転すると前記第１カム面と第２カム面の係合によって前記第２カム体が前記ロータシャフトの軸方向に沿って前記第２のスラストベアリングに向けてスライド移動するとともに、第１カム面と第２カム面の係合によって、第２カム体が第２のスラストベアリングに向けてスライド移動した状態が維持されるように構成されている請求項１又は請求項２に記載のターボチャージャにおけるスラスト軸受機構。
4. 前記スライド機構は、前記第２のスラストベアリングと前記アクチュエータとを連結するリンク機構からなる請求項１又は請求項２に記載のターボチャージャにおけるスラスト軸受機構。

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