JP2016011714A - スラスト軸受、および、過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】低速回転時および高速回転時のいずれの場合であっても、潤滑油をランド部に効率的に供給して、スラスト荷重を受ける性能を向上する。【解決手段】スラスト軸受１０は、シャフトが挿通される挿通孔２１が形成された軸受本体２０と、軸受本体に形成され、挿通孔にシャフトが挿通された状態でスラストカラー９に対面するスラスト面２２と、スラスト面においてシャフトの回転方向に互いに離隔して複数形成され、径方向内側から径方向外側に位置する外端部２３ｂに向かうにしたがって、スラストカラーに近接する方向に傾斜するテーパ部２３と、回転方向に隣り合う２つのテーパ部の間、および、テーパ部よりも径方向外側の双方に設けられ、テーパ部の外端部と面一もしくは外端部よりもスラストカラー側に位置する平面状のランド部２４と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、シャフトのスラスト荷重を受けるスラスト軸受、および、過給機に関する。

例えば、特許文献１に示すように、テーパランド型のスラスト軸受は、すべり軸受の一種である。テーパランド型のスラスト軸受のうち、スラスト荷重を受けるスラスト面には、スラスト面の周方向に交互に、ランド部とテーパ部が形成されており、ランド部に形成された油膜の圧力によってスラスト荷重を受ける。テーパランド型のスラスト軸受は、過給機のようなシャフトが回転する機械に設けられる。

スラスト面のランド部において油膜を形成する潤滑油は、シャフトが挿通される挿通孔からスラスト面に供給される。スラスト面に供給された潤滑油は、シャフトの回転に引っ張られてシャフトの回転方向に流動すると共に、遠心力によってシャフトの径方向外側に向かって流動する。

特表２００１−５２７６２７号公報

スラスト面における潤滑油の流動方向は、シャフトの回転数によって変化する。例えば、低速回転時では、潤滑油はシャフトの回転の影響が大きく、シャフトの径方向よりもシャフトの回転方向に沿う向きに流動する。この場合、テーパ部を流動する潤滑油の多くは、テーパ部に対してスラスト面の周方向に隣接するランド部に導かれ、油膜の圧力によってスラスト荷重を受けることが可能となる。

一方、高速回転時では、潤滑油は遠心力の影響が大きく、シャフトの回転方向よりもシャフトの径方向外側に沿う向きに流動する。この場合、テーパ部を流動する潤滑油の一部は、ランド部に導かれることなく、テーパ部から径方向外側に排出されてしまう。そのため、これらの潤滑油は、スラスト荷重を受ける性能に寄与しづらかった。

本発明の目的は、低速回転時および高速回転時のいずれの場合であっても、潤滑油をランド部に効率的に供給して、スラスト荷重を受ける性能を向上することが可能なスラスト軸受、および、過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のスラスト軸受は、シャフトに設けられたスラストカラーを介してシャフトのスラスト荷重を受けるスラスト軸受であって、シャフトが挿通される挿通孔が形成された軸受本体と、軸受本体に形成され、挿通孔にシャフトが挿通された状態でスラストカラーに対面するスラスト面と、スラスト面においてシャフトの回転方向に互いに離隔して複数形成され、径方向内側から径方向外側に位置する外端部に向かうにしたがって、スラストカラーに近接する方向に傾斜するテーパ部と、回転方向に隣り合う２つのテーパ部の間、および、テーパ部よりも径方向外側の双方に設けられ、テーパ部の外端部と面一もしくは外端部よりもスラストカラー側に位置する平面状のランド部と、を備えることを特徴とする。

ランド部のうち、２つのテーパ部の間の部位、および、テーパ部よりも径方向外側の部位は、面一であってもよい。

テーパ部の外端部は、ランド部と面一であってもよい。

テーパ部のうち、シャフトの回転方向後方側の後端部には、挿通孔から径方向外側に向かって延在する導油溝が隣接していてもよい。

導油溝は、径方向内側から径方向外側に向かって浅くなってもよい。

テーパ部のうち、シャフトの回転方向前方側には、回転方向前方側に向かうにつれスラストカラー側に位置し、周方向に隣接するランド部に連続する傾斜部が設けられていてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の過給機は、上記スラスト軸受を備えることを特徴とする。

本発明によれば、低速回転時および高速回転時のいずれの場合であっても、潤滑油をランド部に効率的に供給して、スラスト荷重を受ける性能を向上することが可能となる。

過給機の概略断面図である。 スラスト軸受を説明するための説明図である。 スラスト面における潤滑油の流れを説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備えて構成される。この過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の左側に締結機構３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の右側に締結ボルト５によって連結されるコンプレッサハウジング６と、が一体化されて形成されている。

ベアリングハウジング２のタービンハウジング４近傍の外周面には、ベアリングハウジング２の径方向に突出する突起２ａが設けられている。また、タービンハウジング４のベアリングハウジング２近傍の外周面には、タービンハウジング４の径方向に突出する突起４ａが設けられている。ベアリングハウジング２とタービンハウジング４は、突起２ａ、４ａを締結機構３によってバンド締結して固定される。締結機構３は、突起２ａ、４ａを挟持する締結バンド（Ｇカップリング）で構成される。

ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの左右方向に貫通する軸受孔２ｂが形成されており、この軸受孔２ｂに設けられたセミフローティングメタル７によって、シャフト８が回転自在に軸支されている。また、シャフト８にはセミフローティングメタル７より図１中、右側において外径が縮径しており、その外径差によって段差面８ａが形成されている。スラストカラー９は、シャフト８のコンプレッサハウジング６側の端部からシャフト８が挿通されて段差面８ａに当接しており、シャフト８と一体に回転する。スラストカラー９は、シャフト８の軸方向の両側から２つのスラスト軸受１０、１１によって挟まれており、シャフト８のスラスト荷重は、スラストカラー９を介してスラスト軸受１０、１１に作用する。

シャフト８の左端部にはタービンインペラ１２が一体的に固定されており、このタービンインペラ１２がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、シャフト８の右端部にはコンプレッサインペラ１３が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ１３がコンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６には、過給機Ｃの右側に開口するとともに不図示のエアクリーナに接続される吸気口１４が形成されている。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６とが連結された状態では、これら両ハウジング２、６の対向面によって、空気を昇圧するディフューザ流路１５が形成される。このディフューザ流路１５は、シャフト８（コンプレッサインペラ１３）の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ１３を介して吸気口１４に連通している。

また、コンプレッサハウジング６には、ディフューザ流路１５よりもシャフト８（コンプレッサインペラ１３）の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路１６が設けられている。コンプレッサスクロール流路１６は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路１５にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ１３が回転すると、吸気口１４からコンプレッサハウジング６内に空気が吸気されるとともに、当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ１３の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速され、ディフューザ流路１５およびコンプレッサスクロール流路１６で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

タービンハウジング４には、過給機Ｃの左側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１７が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１８と、この流路１８よりもシャフト８（タービンインペラ１２）の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路１９とが設けられている。タービンスクロール流路１９は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれる不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の流路１８にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１９に導かれた排気ガスは、流路１８およびタービンインペラ１２を介して吐出口１７に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ１２を回転させることとなる。そして、上記のタービンインペラ１２の回転力は、シャフト８を介してコンプレッサインペラ１３に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ１３の回転力によって、上記のとおりに、空気が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

図２は、スラスト軸受１０を説明するための説明図であり、図２（ａ）には、スラスト軸受１０をスラストカラー９側から捉えた正面図を示し、図２（ｂ）には、図２（ａ）におけるＩＩ（ｂ）−ＩＩ（ｂ）線断面を示し、図２（ｃ）には、図２（ａ）におけるＩＩ（ｃ）−ＩＩ（ｃ）線断面を示す。理解を容易とするため、図２（ｂ）、（ｃ）にスラストカラー９の一部断面を抽出して示す。

スラスト軸受１０は、所謂テーパランド型のすべり軸受であって、図２（ａ）に示すように、スラスト軸受１０の軸受本体２０には、挿通孔２１が形成されている。挿通孔２１は、シャフト８が挿通される孔であって、軸受本体２０をシャフト８の軸方向に貫通する。

また、軸受本体２０にはスラスト面２２が形成されている。スラスト面２２は、挿通孔２１にシャフト８が挿通された状態で、スラストカラー９に対面する。

スラスト面２２には、テーパ部２３とランド部２４が形成されている。テーパ部２３は、スラスト面２２においてシャフト８の回転方向（図２（ａ）中、矢印ａで示す方向）に互いに離隔して複数（ここでは、３つ）形成される。

テーパ部２３は、図２（ｂ）に示すように、径方向内側に位置する内端部２３ａから、径方向外側に位置する外端部２３ｂに向かうにしたがって、スラストカラー９に近接する方向に傾斜する傾斜面である。すなわち、テーパ部２３は、内端部２３ａから外端部２３ｂに向かって面高さが高くなっている。面高さは、軸受本体２０からスラストカラー９側への突出高さである。

また、テーパ部２３は、図２（ｃ）に示すように、スラスト面２２の周方向（シャフト８の回転方向）に亘って、スラストカラー９との距離（面高さ）が大凡一定となる平坦部２３ｃを有している。

テーパ部２３のうち、シャフト８の回転方向前方側（図２（ｃ）中、左側）には、回転方向前方側に向かうにつれスラストカラー９側に位置し、周方向に隣接するランド部２４に連続する傾斜部２３ｄが設けられている。

テーパ部２３のうち、シャフト８の回転方向後方側（図２（ｃ）中、右側）の後端部２３ｅには、挿通孔２１から径方向外側に向かって延在する導油溝２５が隣接している。導油溝２５は、スラスト面２２（シャフト８）の径方向内側から径方向外側に向かって浅くなる。

ランド部２４は、シャフト８の回転方向に隣り合う２つのテーパ部２３の間に形成されるとともに、テーパ部２３よりも径方向外側にも形成される平面状の部位である。図２では、ランド部２４のうち、隣り合う２つのテーパ部２３の間に形成される部位を、領域Ａ、テーパ部２３よりも径方向外側に形成される部位を、領域Ｂとして示す。

ランド部２４は、シャフト８の軸方向に対して垂直方向に延在しており、テーパ部２３の外端部２３ｂと面一となっている。すなわち、ランド部２４の面高さは、テーパ部２３の外端部２３ｂと等しい。

また、図２（ａ）に示すように、ランド部２４のうち、２つのテーパ部２３の間に形成される部位である領域Ａは、テーパ部２３よりも径方向外側に形成される部位である領域Ｂと面一である。

そして、テーパ部２３およびランド部２４では、シャフト８を介して挿通孔２１から供給された潤滑油を受けて油膜が形成される。スラスト軸受１０は、テーパ部２３およびランド部２４に形成された油膜の圧力によって、シャフト８に設けられたスラストカラー９を介してシャフト８のスラスト荷重を受ける。

図３は、スラスト面２２における潤滑油の流れを説明するための説明図であり、図３（ａ）には、シャフト８の低速回転時でのスラスト面２２における潤滑油の流れ方向の一例を矢印で示し、図３（ｂ）には、シャフト８の高速回転時でのスラスト面２２における潤滑油の流れ方向の一例を矢印で示す。

図３（ａ）に示すように、低速回転時では、潤滑油は、シャフト８の回転（回転方向を矢印ａで示す）の影響が大きく、シャフト８の径方向よりもシャフト８の回転方向に沿う向きに流動する。その結果、テーパ部２３を流動する潤滑油の多くは、テーパ部２３に対してスラスト面２２の周方向に隣接するランド部２４の領域Ａに導かれ、油膜の圧力によってスラスト荷重を受けることが可能となる。

一方、図３（ｂ）に示すように、高速回転時では、潤滑油は、遠心力の影響が大きく、シャフト８の回転方向（矢印ａで示す）よりもシャフト８の径方向外側に沿う向きに流動する。この場合、従来のスラスト軸受では、テーパ部を流動する潤滑油の一部はランド部に導かれることなく、テーパ部から径方向外側に排出されてしまう。

本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、テーパ部２３の径方向外側にランド部２４の領域Ｂが形成されていることから、高速回転時、潤滑油はテーパ部２３およびランド部２４の領域Ｂに油膜を形成し、油膜の圧力によってスラスト荷重を受けることが可能となる。

このように、スラスト軸受１０は、シャフト８の回転数によらず、高速回転時および低速回転時のいずれの場合であっても、ランド部２４に油膜を形成して、シャフト８のスラスト荷重を受けることが可能となる。そのため、従来に比べ、潤滑油を効率的にランド部２４に供給することができ、ランド部２４の単位面積当たりに受けられるスラスト荷重による圧力を向上することが可能となる。

その結果、スラスト軸受１０に要求される、スラスト荷重の耐荷重を満たしつつ、ランド部２４の面積を縮小し、潤滑油のせん断抵抗によるメカロスを低減することが可能となる。また、換言すれば、ランド部２４の面積を拡大することなく、許容されるスラスト荷重の耐荷重を向上することが可能となる。

上述した実施形態では、ランド部２４は、テーパ部２３の外端部２３ｂと面一となっている場合について説明したが、ランド部２４が、外端部２３ｂよりもスラストカラー９側に位置してもよい。ただし、ランド部２４がテーパ部２３の外端部２３ｂと面一となっている場合、テーパ部２３からランド部２４の領域Ｂに潤滑油が導かれ易く、ランド部２４の領域Ｂに油膜が効率的に形成される。

また、上述した実施形態では、ランド部２４のうち、２つのテーパ部２３の間の部位である領域Ａ、および、テーパ部２３よりも径方向外側の部位である領域Ｂが、面一である場合について説明した。しかし、ランド部２４の領域Ａおよび領域Ｂは面一でなく、例えば、領域Ｂの方が面高さを低くしてもよい。この場合、領域Ａおよび領域Ｂの面高さの差を相殺するように、スラストカラー９側に段差を形成するとよい。ただし、領域Ａと領域Ｂが面一であれば、面加工の工数を減らして作業性を向上することができる。

また、上述した実施形態では、テーパ部２３の後端部２３ｅに導油溝２５が隣接している場合について説明したが、導油溝２５は必須の構成ではない。ただし、導油溝２５を設けることで、挿通孔２１からテーパ部２３に潤滑油が流入しやすくなり、テーパ部２３およびランド部２４の潤滑油不足を抑制することが可能となる。

また、上述した実施形態では、導油溝２５は、スラスト面２２の径方向内側から径方向外側に向かって浅くなる場合について説明したが、例えば、スラスト面２２の径方向に亘って深さが一定であってもよい。ただし、導油溝２５を、スラスト面２２の径方向内側から径方向外側に向かって浅くする構成により、導油溝２５を流通する潤滑油がテーパ部２３に流入しやすくなる。

また、上述した実施形態では、テーパ部２３のうち、シャフト８の回転方向前方側に傾斜部２３ｄが設けられている場合について説明したが、傾斜部２３ｄは必須の構成ではない。ただし、傾斜部２３ｄを設けることで、潤滑油は、テーパ部２３からランド部２４の領域Ａへ流入し易くなり、ランド部２４の領域Ａに油膜が効率的に形成される。

また、上述した実施形態では、テーパ部２３は、周方向に亘って面高さが大凡一定となる平坦部２３ｃを有する場合について説明したが、テーパ部２３の部位が、回転方向後方側から前方側に向かって、スラストカラー９との隙間が小さくなるように傾斜していてもよい。ただし、平坦部２３ｃを設けることで、テーパ部の形状が複雑化せず、生産性を向上することが可能となる。

また、上述した実施形態では、タービンインペラ１２側のスラスト軸受１０について説明したが、上述したスラスト軸受１０の構成を、コンプレッサインペラ１３側のスラスト軸受１１に適用してもよいし、セミフローティングメタル７の端面でスラスト荷重を受ける場合、セミフローティングメタル７の端面に適用してもよい。

また、上述した実施形態では、２つのスラスト軸受１０、１１でスラストカラー９を挟み込む構成について説明したが、１つのスラスト軸受を、スラストカラーで挟み込み、１つのスラスト軸受の両面が、それぞれスラストカラーからのスラスト荷重を受ける構成であってもよい。

また、上述した実施形態では、スラスト面２２にテーパ部２３が３つ形成される場合について説明したが、テーパ部２３の数は複数であればよい。

また、上述した実施形態では、コンプレッサインペラ１３側から見て、シャフト８が時計回り（右回り）に回転する場合について説明したが、スラスト軸受１０の構成を、コンプレッサインペラ１３側から見て、シャフト８が反時計回り（左回り）に回転する過給機Ｃに適用してもよい。

また、上述した実施形態では、過給機Ｃに搭載されるスラスト軸受１０について説明したが、スラスト軸受１０の構成を、他の装置に搭載されるスラスト軸受に適用してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、シャフトのスラスト荷重を受けるスラスト軸受、および、過給機に利用することができる。

Ｃ 過給機
８ シャフト
９ スラストカラー
１０ スラスト軸受
２０ 軸受本体
２１ 挿通孔
２２ スラスト面
２３ テーパ部
２３ｂ 外端部
２３ｄ 傾斜部
２３ｅ 後端部
２４ ランド部
２５ 導油溝

Claims (7)

1. シャフトに設けられたスラストカラーを介して該シャフトのスラスト荷重を受けるスラスト軸受であって、
   前記シャフトが挿通される挿通孔が形成された軸受本体と、
   前記軸受本体に形成され、前記挿通孔に前記シャフトが挿通された状態で前記スラストカラーに対面するスラスト面と、
   前記スラスト面において前記シャフトの回転方向に互いに離隔して複数形成され、径方向内側から径方向外側に位置する外端部に向かうにしたがって、前記スラストカラーに近接する方向に傾斜するテーパ部と、
   前記回転方向に隣り合う２つの前記テーパ部の間、および、該テーパ部よりも前記径方向外側の双方に設けられ、該テーパ部の前記外端部と面一もしくは該外端部よりも前記スラストカラー側に位置する平面状のランド部と、
   を備えたことを特徴とするスラスト軸受。
2. 前記ランド部のうち、前記２つのテーパ部の間の部位、および、該テーパ部よりも前記径方向外側の部位は、面一であることを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受。
3. 前記テーパ部の前記外端部は、前記ランド部と面一であることを特徴とする請求項１または２に記載のスラスト軸受。
4. 前記テーパ部のうち、前記シャフトの回転方向後方側の後端部には、前記挿通孔から前記径方向外側に向かって延在する導油溝が隣接していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスラスト軸受。
5. 前記導油溝は、前記径方向内側から前記径方向外側に向かって浅くなることを特徴とする請求項４に記載のスラスト軸受。
6. 前記テーパ部のうち、前記シャフトの回転方向前方側には、該回転方向前方側に向かうにつれ前記スラストカラー側に位置し、周方向に隣接する前記ランド部に連続する傾斜部が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスラスト軸受。
7. 前記請求項１から６のいずれか１項に記載のスラスト軸受を備えた過給機。

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