JP2019011780A - スラスト軸受およびターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】油路を簡単に配置することができるスラスト軸受およびターボチャージャを提供することを課題とする。
【解決手段】スラスト軸受４は、第一摺動面４０２を有する第一部材４０と、第二摺動面４１２を有する第二部材４１と、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に潤滑油Ｏを供給する油路４２と、を備え、回転軸５０に作用する軸方向のスラスト荷重を支持する。油路４２は、第一部材４０と第二部材４１との境界に配置され、少なくとも軸方向を含む方向に延在する、第一区間４２０を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持するスラスト軸受およびターボチャージャに関する。

特許文献１には、二枚の板材が合体して形成されたスラスト軸受が開示されている。二枚の板材は、各々、摺動面を備えている。摺動面は、回転軸に固定されたスラストカラーに、摺接している。同文献記載のスラスト軸受によると、二枚の板材の境界に凹設された油溝を介して、摺動面に潤滑油を供給することができる。

特開２０１４−７７４９１号公報

同文献記載のスラスト軸受によると、二枚の板材間の油溝に、ベアリングハウジングの油路から、潤滑油を導入する必要がある。このため、二枚の板材のうち一方の板材には、給油孔が穿設されている。給油孔は、板材を軸方向（回転軸の軸方向）に貫通し、ベアリングハウジングの油路と、二枚の板材間の油溝と、を連通している。しかしながら、板材に給油孔を形成する加工は困難である。そこで、本発明は、油路を簡単に配置することができるスラスト軸受およびターボチャージャを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のスラスト軸受は、第一摺動面を有する第一部材と、第二摺動面を有する第二部材と、前記第一摺動面および前記第二摺動面に潤滑油を供給する油路と、を備え、回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持するスラスト軸受であって、前記油路は、前記第一部材と前記第二部材との境界に配置され、少なくとも前記軸方向を含む方向に延在する、第一区間を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明のターボチャージャは、前記スラスト軸受を備えるターボチャージャであって、前記回転軸は、コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結し、前記第一摺動面および前記第二摺動面は、前記回転軸の外周面に取り付けられるスラストカラーに摺接することを特徴とする。

本発明のスラスト軸受およびターボチャージャによると、第一部材と第二部材との境界を利用して、第一区間を配置することができる。このため、第一部材および第二部材のうち少なくとも一方に、敢えて、第一区間用の貫通孔を配置する必要がない。したがって、油路を簡単に配置することができる。

第一実施形態のターボチャージャの軸方向断面図である。 図１の枠ＩＩ内の拡大図である。 同ターボチャージャのスラスト軸受の透過前面図である。 同スラスト軸受の分解斜視図である。 第二実施形態のスラスト軸受の透過前面図である。 その他の実施形態のスラスト軸受の透過前面図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明のスラスト軸受およびターボチャージャの実施の形態について説明する。

［ターボチャージャの構成］
まず、本実施形態のターボチャージャの構成について説明する。なお、以降の図において、前後方向は本発明の「軸方向」（回転軸の軸方向）に対応している。図１に、本実施形態のターボチャージャの軸方向断面図を示す。図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、ジャーナル軸受３と、スラスト軸受４と、回転部５と、ベアリングハウジング９０と、コンプレッサハウジング９１と、タービンハウジング９２と、を備えている。

ベアリングハウジング９０の内部には、油路９０１ａ、９０１ｂと、軸受収容部９０２ａ、９０２ｂと、が形成されている。油路９０１ａ、９０１ｂには、潤滑油が流れている。前側または後側（軸方向）から見て、軸受収容部９０２ａは、ベアリングハウジング９０の径方向（回転軸５０を中心とする径方向）中心部に配置されている。軸受収容部９０２ｂは、軸受収容部９０２ａの前側に配置されている。

ジャーナル軸受３は、円筒状を呈している。ジャーナル軸受３は、軸受収容部９０２ａに収容されている。スラスト軸受４は、軸受収容部９０２ｂに収容されている。スラスト軸受４については、後で詳しく説明する。コンプレッサハウジング９１は、ベアリングハウジング９０の前側に配置されている。タービンハウジング９２は、ベアリングハウジング９０の後側に配置されている。

回転部５は、ベアリングハウジング９０に対して、回転可能である。回転部５は、回転軸５０と、コンプレッサインペラ５１と、タービンインペラ５２と、スラストカラー５３と、カラーターボシールリング５４と、を備えている。回転軸５０は、ベアリングハウジング９０を前後方向に貫通している。回転軸５０は、ジャーナル軸受３により、径方向外側から、回転可能に支持されている。図２に、図１の枠ＩＩ内の拡大図を示す。図２に示すように、スラストカラー５３は、回転軸５０の外周面に配置されている。スラストカラー５３は、スラスト軸受４の摺動対象物である。スラストカラー５３は、カラー本体５３０と、フランジ５３１と、を備えている。カラー本体５３０は、筒部５３０ａと、フランジ部５３０ｂと、を備えている。筒部５３０ａは、前後方向に延在する円筒状を呈している。フランジ部５３０ｂは、筒部５３０ａの後端から径方向外側に張り出している。フランジ５３１は、筒部５３０ａの前側に配置されている。スラストカラー５３は、スラスト軸受４により、前後方向から、回転可能に支持されている。図１に示すように、カラーターボシールリング５４は、回転軸５０の外周面に配置されている。カラーターボシールリング５４は、スラストカラー５３の前側に配置されている。コンプレッサインペラ５１は、回転軸５０の前端に取り付けられている。タービンインペラ５２は、回転軸５０の後端に連なっている。すなわち、回転軸５０は、コンプレッサインペラ５１とタービンインペラ５２とを連結している。

［スラスト軸受の構成］
次に、本実施形態のスラスト軸受の構成について説明する。図３に、本実施形態のスラスト軸受の透過前面図を示す。図４に、同スラスト軸受の分解斜視図を示す。図２に示すように、スラスト軸受４は、筒部５３０ａの径方向外側に環装されている。スラスト軸受４は、前側のフランジ５３１と、後側のフランジ部５３０ｂと、の間に配置されている。スラスト軸受４は、第一部材４０と、第二部材４１と、油路４２と、を備えている。

図３に示すように、第一部材４０は、前側から見て馬蹄状（下向きに開口するＣ字状）を呈している。図２〜図４に示すように、第一部材４０は、第一油溝４００と、第一摺動面４０２と、第一凹部４０３と、を備えている。第一凹部４０３は、第一部材４０の後面（第二部材４１側の面）に凹設されている。第一油溝４００は、第一凹部４０３の底面に凹設されている。第一摺動面４０２は、第一部材４０の前面に配置されている。第一摺動面４０２は、前側のフランジ５３１の後面に、油膜を介して摺接している。第一摺動面４０２は、三つの第一パッド部Ｐ１を備えている。三つの第一パッド部Ｐ１は、周方向（回転軸５０を中心とする周方向。すなわち、第一摺動面４０２における潤滑油Ｏの流動方向。あるいは、回転軸５０の回転方向（図３における時計回り方向））に並んで配置されている。第一パッド部Ｐ１は、第一テーパ部Ｔ１と、第一ランド部Ｌ１と、を備えている。第一テーパ部Ｔ１は、潤滑油Ｏの流動方向上流側（回転方向後側）から下流側（回転方向前側）に向かって前後方向の高度が高くなる、傾斜面状を呈している。第一ランド部Ｌ１は、第一テーパ部Ｔ１の下流側に連なっている。第一ランド部Ｌ１は、前後方向の高度が一定の、平面状を呈している。

図２、図４に示すように、第二部材４１は、前側から見て馬蹄状を呈している。第二部材４１は、第一部材４０の後側隣りに並置されている。また、第二部材４１は、第一部材４０の第一凹部４０３に収容されている。第二部材４１は、第一部材４０に、例えばピンなどにより、固定されている。第二部材４１の前面は、第一油溝４００を後側から封止している。第二部材４１は、第二摺動面４１２と、切欠部４１４と、を備えている。切欠部４１４は、第二部材４１の外周面の上端部に配置されている。切欠部４１４は、下側（径方向内側）に凹むＣ字状を呈している。切欠部４１４は、第二部材４１を前後方向に貫通している。第二摺動面４１２は、第二部材４１の後面に配置されている。第二摺動面４１２は、後側のフランジ部５３０ｂの前面に、油膜を介して摺接している。第二摺動面４１２の構成は、第一摺動面４０２の構成と、同様である。すなわち、第二摺動面４１２は、三つの第二パッド部Ｐ２を備えている。第二パッド部Ｐ２は、第二テーパ部Ｔ２と、第二ランド部Ｌ２と、を備えている。

油路４２は、上流側から下流側に向かって、第一区間４２０と、第二区間４２１と、第一油孔４０１および第二油孔４１１と、を備えている。図２に示すように、油路４２を介して、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａから、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に、潤滑油Ｏが供給されている。

第一区間４２０は、第一部材４０と第二部材４１との境界（軸方向および周方向に延在する境界）に配置されている。具体的には、第一区間４２０は、第一凹部４０３の内周面と、切欠部４１４と、が合体することにより、区画されている。第一区間４２０は、前後方向に、第二部材４１の前後方向厚み分だけ、延在している。第一区間４２０の入口（上流端）は、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａに連なっている。

第二区間４２１は、第一部材４０と第二部材４１との境界（径方向および周方向に延在する境界）に配置されている。第二区間４２１は、第一油溝４００と、第二部材４１の前面（第一部材４０側の面）と、が合体することにより、区画されている。第二区間４２１は、直線部４２１ａと、曲線部４２１ｂと、を備えている。直線部４２１ａは、上下方向（径方向）に延在している。曲線部４２１ｂは、直線部４２１ａの下端（径方向内端）から、上流側に延在している。

第一油孔４０１は、第一部材４０に、二つ配置されている。第一油孔４０１は、前後方向に延在している。第一油孔４０１は、第二区間４２１と、第一摺動面４０２と、を連結している。二つの第一油孔４０１の出口（下流端）のうち、一方は、上流側から１番目の第一パッド部Ｐ１の第一テーパ部Ｔ１の、上流端付近に開口している。二つの第一油孔４０１の出口のうち、他方は、上流側から二番目の第一パッド部Ｐ１の第一テーパ部Ｔ１の、上流端付近に開口している。

［スラスト軸受の動き］
次に、本実施形態のスラスト軸受の動きについて説明する。前述したように、油路４２は、上流側から下流側に向かって、第一区間４２０と、第二区間４２１と、第一油孔４０１および第二油孔４１１と、を備えている。図２に示すように、エンジン駆動時においては、油路４２を介して、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａから、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に、潤滑油Ｏが供給される。回転軸５０およびスラストカラー５３は回転している。このため、潤滑油Ｏは、スラストカラー５３の回転方向に沿って、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２を流動する。

第一摺動面４０２において、潤滑油Ｏは、第一テーパ部Ｔ１とフランジ５３１との隙間を流動する際に昇圧され、第一ランド部Ｌ１とフランジ５３１との隙間に所定の圧力の油膜を形成する。同様に、第二摺動面４１２において、潤滑油Ｏは、第二テーパ部Ｔ２とフランジ部５３０ｂとの隙間を流動する際に昇圧され、第二ランド部Ｌ２とフランジ部５３０ｂとの隙間に所定の圧力の油膜を形成する。これらの油膜により、スラスト軸受４は、スラストカラー５３すなわち回転軸５０を、回転可能に支持している。

［作用効果］
次に、本実施形態のスラスト軸受およびターボチャージャの作用効果について説明する。図２、図４に示すように、本実施形態のスラスト軸受４によると、第一部材４０と第二部材４１との境界（軸方向および周方向に延在する境界）を利用して、第一区間４２０を配置することができる。このため、第一部材４０および第二部材４１のうち少なくとも一方に、敢えて、第一区間４２０用の貫通孔（例えば給油孔）を配置する必要がない。したがって、第一区間４２０延いては油路４２を簡単に配置することができる。また、第一区間４２０の位置、形状、大きさ、配置数等の自由度が高くなる。

また、図４に示すように、第一部材４０は、第一凹部４０３を備えている。並びに、第二部材４１は、第一凹部４０３に収容されている。第一区間４２０は、第一凹部４０３の内周面と、第二部材４１の外周面の切欠部４１４と、の間に配置されている。このように、本実施形態のスラスト軸受４によると、第一凹部４０３の内周面と、第二部材４１の外周面と、の形状の相違を利用して、第一区間４２０を配置することができる。このため、例えばプレス加工や切削加工などにより第一部材４０に第一凹部４０３を配置するだけで、第一区間４２０を配置することができる。

また、図２、図４に示すように、本実施形態のスラスト軸受４によると、第一部材４０と第二部材４１との境界（径方向および周方向に延在する境界）を利用して、簡単に第二区間４２１を配置することができる。また、第二区間４２１の位置、形状、大きさ、配置数等の自由度が高くなる。

また、図２に示すように、第一部材４０には第一油孔４０１が、第二部材４１には第二油孔４１１が、各々配置されている。このため、本実施形態のスラスト軸受４によると、スラスト軸受４の内周面４４と、スラストカラー５３の筒部５３０ａの外周面と、の隙間を経由しない油路４２を設定することができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態のスラスト軸受およびターボチャージャと、第一実施形態のスラスト軸受およびターボチャージャとの相違点は、全ての第一パッド部に対して、個別に第一油孔が配置されている点である。並びに、全ての第二パッド部に対して、個別に第二油孔が配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。

図５に、本実施形態のスラスト軸受の透過前面図を示す。なお、図３と対応する部位については、同じ符号で示す。図５に示すように、第一部材４０には、三つの第一パッド部Ｐ１が配置されている。三つの第一パッド部Ｐ１には、各々、第一油孔４０１が開口している。第二区間４２１の曲線部４２１ｂは、直線部４２１ａの下端（径方向内端）から、上流側および下流側に延在している。曲線部４２１ｂは、全ての第一油孔４０１に連通している。第二部材の第二パッド部についても同様である。

本実施形態のスラスト軸受およびターボチャージャと、第一実施形態のスラスト軸受およびターボチャージャとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態のスラスト軸受４によると、第二区間４２１が、複数の第一油孔４０１に対応して分岐している。このため、第一摺動面４０２の全ての第一パッド部Ｐ１の第一テーパ部Ｔ１に、個別に潤滑油を供給することができる。したがって、全ての第一パッド部Ｐ１の第一ランド部Ｌ１に、確実に油膜を形成することができる。第二摺動面についても同様である。なお、本実施形態のスラスト軸受４のように、第二部材４１の外周面に平面部４１５を配置することにより、平面部４１５と第一凹部４０３の内周面との間に第一区間４２０を配置してもよい。

＜その他＞
以上、本発明のスラスト軸受およびターボチャージャの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

図６に、その他の実施形態のスラスト軸受の透過前面図を示す。なお、図３と対応する部位については、同じ符号で示す。図６に示すように、内周面４４は無端環状であってもよい。この場合、第二区間４２１の直線部４２１ａを内周面４４に開口させてもよい。すなわち、内周面４４とスラストカラー５３との隙間（図２参照）を介して、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に潤滑油Ｏを供給してもよい。

第一区間４２０の位置、形状、大きさ、配置数等は特に限定しない。第一区間４２０は、第一部材４０と第二部材４１との形状差を利用して、第一部材４０と第二部材４１との境界に、配置されていればよい。図４に示す切欠部４１４は、第一部材４０および第二部材４１のうち、少なくとも一方に配置されていればよい。第一区間４２０は、軸方向（前後方向）を含む方向に延在していればよい。例えば、第一区間４２０は、軸方向のみ、軸方向および周方向、軸方向および径方向、軸方向および周方向および径方向に延在していてもよい。

第二区間４２１は、第一部材４０と第二部材４１との境界に配置されていればよい。図４に示す第一油溝４００は、第一部材４０および第二部材４１のうち、少なくとも一方に配置されていればよい。第二区間４２１は、径方向または周方向を含む方向に延在していればよい。例えば、第二区間４２１は、径方向のみ、周方向のみ、径方向および周方向に延在していてもよい。第二区間４２１は、第一部材４０または第二部材４１に配置されていてもよい。この場合、第二区間４２１は、径方向や周方向に延在する孔状であってもよい。

１：ターボチャージャ、３：ジャーナル軸受、４：スラスト軸受、５：回転部、４０：第一部材、４１：第二部材、４２：油路、４４：内周面、５０：回転軸、５１：コンプレッサインペラ、５２：タービンインペラ、５３：スラストカラー、５４：カラーターボシールリング、９０：ベアリングハウジング、９１：コンプレッサハウジング、９２：タービンハウジング、４００：第一油溝、４０１：第一油孔、４０２：第一摺動面、４０３：第一凹部、４１１：第二油孔、４１２：第二摺動面、４１４：切欠部、４１５：平面部、４２０：第一区間、４２１：第二区間、４２１ａ：直線部、４２１ｂ：曲線部、５３０：カラー本体、５３０ａ：筒部、５３０ｂ：フランジ部、５３１：フランジ、９０１ａ：油路、９０２ａ：軸受収容部、９０２ｂ：軸受収容部、Ｌ１：第一ランド部、Ｌ２：第二ランド部、Ｏ：潤滑油、Ｐ１：第一パッド部、Ｐ２：第二パッド部、Ｔ１：第一テーパ部、Ｔ２：第二テーパ部

Claims (5)

1. 第一摺動面を有する第一部材と、
   第二摺動面を有する第二部材と、
   前記第一摺動面および前記第二摺動面に潤滑油を供給する油路と、
   を備え、回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持するスラスト軸受であって、
   前記油路は、前記第一部材と前記第二部材との境界に配置され、少なくとも前記軸方向を含む方向に延在する、第一区間を有することを特徴とするスラスト軸受。
2. 前記第一部材は、第一凹部を有し、
   前記第二部材は、前記第一凹部に収容され、
   前記第一区間は、前記第一凹部の内周面と、前記第二部材の外周面と、の間に配置される請求項１に記載のスラスト軸受。
3. 前記油路は、
   前記第一区間に連なり、前記第一部材と前記第二部材との前記境界に配置され、少なくとも径方向を含む方向に延在する第二区間と、
   前記第二区間に連なり、前記第一摺動面に開口する第一油孔と、
   前記第二区間に連なり、前記第二摺動面に開口する第二油孔と、
   を有する請求項１または請求項２に記載のスラスト軸受。
4. 前記第一摺動面は、第一テーパ部と、前記第一テーパ部の下流側に連なる第一ランド部と、を有し、周方向に並んで配置される複数の第一パッド部を有し、
   前記第一油孔は、複数配置され、
   複数の前記第一油孔の出口は、各々、前記第一テーパ部に開口し、
   前記第二摺動面は、第二テーパ部と、前記第二テーパ部の下流側に連なる第二ランド部と、を有し、周方向に並んで配置される複数の第二パッド部を有し、
   前記第二油孔は、複数配置され、
   複数の前記第二油孔の出口は、各々、前記第二テーパ部に開口する請求項３に記載のスラスト軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスラスト軸受を備えるターボチャージャであって、
   前記回転軸は、コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結し、
   前記第一摺動面および前記第二摺動面は、前記回転軸の外周面に取り付けられるスラストカラーに摺接するターボチャージャ。

Images