JP5264922B2 - 特にターボチャージャのためのスラスト軸受け - Google Patents

Description

本発明は、たとえば自動車の特にターボチャージャに用いることができるスラスト軸受けに関する。

一般的にターボチャージャは、内燃機関の作用効率を改善して、内燃機関の出力を高めるために用いられる。ターボチャージャのハウジング内で、軸が、縦軸線を中心に、たとえば２つのラジアル軸受けによって回動可能に支承されている。軸に、タービンホイールおよびコンプレッサホイールが配置されている。タービンホイールおよびコンプレサホイールに作用する流体の流れに基づいて、強い軸方向力が生じる。そのような軸方向力は、ラジアル軸受けによって適切に吸収できないので、通常、少なくとも１つの追加的なスラスト軸受けが設けられる。

一般的にターボチャージャの軸の軸受けに、極めて高い要求が課せられる。高い要求は、ターボチャージャが比較的高い温度にさらされることに起因する。なぜならばタービンホイールは、モータの高温の排ガスを介して駆動されるからである。さらにターボチャージャの軸は、極めて高い回転数、たとえば３０００００Ｕ／ｍｉｎまでの回転数に達する。これによってターボチャージャの回転部分は、極めて正確にバランスをとる必要があり、これによって振動発生ができるだけ小さく維持される。

従来技術から公知であるが、スラスト軸受けに用いられる製造方法では、軸受けのセグメントが、環状に延びる面の押込加工によって形成される。成形による材料硬化は、この箇所で問題となる。材料をより強く移動する必要がある場合、もしくはより多くの材料を側方に押し退ける必要がある場合、材料はより硬くなる。その結果として、比較的強い磨耗が、対応する押込加工金型で生じ、さらにより大きな力が押込加工に必要となる。

このような問題による制限は、従来甘受するしかなかった。したがって特定の材料および押込加工深さしか実現されなかった。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べたようなスラスト軸受けを改良することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載した構成を有するスラスト軸受けによって解決される。

本発明によれば、スラスト軸受けにおいて、正面および背面にそれぞれ単数または複数のセグメントが設けられており、セグメントは、反対側に位置する面で、相互に少なくとも部分的にずらして配置されている。

この場合のスラスト軸受けの利点によれば、反対側に位置する面におけるセグメントの少なくとも部分的にずらした配置構造によって、たとえばセグメントが直に反対側に配置されている従来技術の場合よりも僅かな材料を押し込めばよい。これによって材料は僅かにしか硬くならないので、セグメントを製作するための適切な押込加工金型に生じる摩耗が僅かである。さらに押込加工に際して必要な力が僅かであり、割合大きな押込加工深さを達成することができる。さらにスラスト軸受けを製造するために、従来慣用のスラスト軸受けで用いられる材料よりも小さな変形特性を有する材料を用いることもできる。別の利点によれば、セグメントの少なくとも一部でずらした配置構造によって、スラスト軸受けのデザインに関して多様性が得られる。

本発明の有利な形態および改良形は、従属請求項ならびに図面に関する説明から判る。

本発明の１つの形態によれば、セグメントは、スラスト軸受けのセグメント区分に配置されており、セグメント区分は、少なくとも部分的に、または完全に、スラスト軸受けの貫通開口を中心に環状に配置されている。セグメント区分は、凹部を形成しており、凹部に、スラスト軸受けを潤滑するための潤滑油が収容される。セグメントの形状は、楔状に形成することができ、選択的にセグメントは、表面で、追加的に少なくとも１つの傾斜部を有していてもよい。原則としてセグメントは、所定の機能または使用目的を満たすのに適切な形状を有することができる。

本発明による別の形態では、セグメントの全てまたは少なくとも一部は、完全に相互にずらして反対側に位置する面に配置されている。換言すると、反対側に位置するセグメントは、端部で、相互に周方向の位置が一致し、相互に重畳しない。その利点によれば、軸受けの片側で圧縮される材料を、反対側で直に押し出すことができ、これによって対応するセグメントが形成される。このようにすると変形のために移動される材料が僅かでよい。

本発明による別の形態では、セグメントの全てまたは少なくとも一部は、部分的に相互にずらして反対側に位置する面に配置されている。反対側に位置するセグメントは、少なくとも一方または両方の端部で重畳する。部分的な重畳は有利であり、セグメントの配置構造もしくはセグメントの構成において割合大きな構成自由度が所与される。

本発明の別の形態によれば、セグメントの全てまたは少なくとも一部は、相互に完全にずらしてスラスト軸受けの反対側に位置する面に配置されているので、反対側に位置するセグメントの端部の間にギャップが形成されている。この場合でも変形に際して僅かな材料だけを移動させればよい。

本発明の別の形態によれば、スラスト軸受けの貫通開口が、正面および／または背面に内側フランジを備えている。内側フランジは、セグメント区分から貫通開口に向かう潤滑油の通過を少なくとも抑制するか、または実質的に防止するので、潤滑油は、その代わりにスラスト軸受けを潤滑するために各セグメント区分に留まる。セグメントもしくはセグメント区分の押込加工深さが大きいほど、より多くの潤滑油をセグメント区分に収容することができる。

本発明による別の形態によれば、スラスト軸受けは、スラスト軸受けの正面および／または背面に油溜めを備えており、油溜めは、通路を介して、両面でセグメント区分と接続されており、たとえば溝を介して接続されている。通路の利点によれば、通路は、たとえば溝のフライス加工または押込加工によって極めて簡単に製作することができ、この場合溝は、たとえば穿孔と同様に、フライス加工のあとで簡単に屑を除去することができ、屑によって閉塞しない。押込加工では屑の除去は不要である。

本発明の別の形態によれば、セグメントは、たとえば押込加工によって製作される。押込加工の利点によれば、たとえば屑を除去する方法と比べて、セグメントを極めて簡単で極めて迅速に安価に製作することができる。

本発明の別の形態によれば、スラスト軸受けは、たとえばターボチャージャ用のスラスト軸受けとして設けられており、本発明によるスラスト軸受けは、セグメントを備えたスラスト軸受けを必要とする別の装置に用いることもできる。

以下に、図示した実施の形態に基づいて本発明を詳説する。

本発明のスラスト軸受けの１形態を示す断面斜視図である。 中心直径に沿って展開した、従来技術によるスラスト軸受けを示す概略図である。 中心直径に沿って展開した、本発明によるスラスト軸受けを示す概略図である。

全図において、同一もしくは機能的に同一の構成要素および装置には、特に付記していない限りは同じ符合を設けた。

図１には、本発明に基づくスラスト軸受け１０を断面斜視図で示した。スラスト軸受け１０は、ここではたとえば概ねフラットもしくはディスク状の構造を有している。

中央にスラスト軸受け１０は、貫通開口１２を備えており、貫通開口１２で、スラスト軸受け１０は、たとえば排ガスターボチャージャ（図示していない）の軸に被せ嵌めることができる。さらにスラスト軸受け１０は、正面および背面２２，２６に、有利には環状に延びるセグメント区分１４もしくはセグメント室を備えている。セグメント区分１４は、凹部１６として形成されている。

ここではセグメント１８が設けられており、セグメント１８は、セグメント区分１４に配置されている。セグメント１８は、それぞれ反対側２２，２６で、有利には少なくとも部分的にずらして配置されており、これについては図３に関して詳説する。セグメント１８は、たとえば楔形に形成されていて、貫通開口１２を中心に半径方向に配置されている。原則としてセグメント１８は、機能または使用目的に応じて、別の形状および配置構造を有していてもよく、ならびに任意の数で設けてもよい。ここではセグメント１８は、追加的な傾斜部を備えることができ、これについては図３に示した。

さらにスラスト軸受け１０の第１面２２に油溜め２０が設けられている。油溜め２０は、セグメント区分１４の上方に配置されていて、通路２４を介してセグメント室と接続されている。また選択的な形態では、通路２４は、追加的に貫通開口１２と接続されていることも考えられる。通路２４は、たとえばスラスト軸受け１０の第１面２２と第２面２６とを接続する。このようにしてセグメント区分１４の油供給は、スラスト軸受け１０の第１面２２および第２面２６で提供される。通路２４は、ここでは溝として形成することができ、この場合溝は、たとえばフライス加工または押込加工によって製作することができる。

さらにスラスト軸受け１０の貫通開口１２に内側フランジ２８が設けられており、内側フランジ２８は、各セグメント区分１４を画設する。内側フランジ２８は、潤滑油が各セグメント区分１４から抵抗なく軸用の貫通開口１２の空間に到達することのないように働く。

図２には、中心直径に沿って展開した状態で、従来技術よるスラスト軸受け１０を略示した。ここではスラスト軸受け１０は、２つの軸受けフランジ３２の間に配置されている。この場合スラスト軸受け１０は、第１面２２および第２面２６にそれぞれセグメント１８を備えており、セグメント１８は、たとえば追加的に傾斜部３４を備えている。

セグメント１８は、従来技術によれば対称的にそれぞれ反対側に位置するように配置されている。セグメント１８の間で軸受けフランジ３２とセグメント１８との間において凹部３８に、スラスト軸受け１０を潤滑するための油膜３６が存在する。従来技術によるスラスト軸受け１０は、欠点を有しており、その欠点によれば、セグメント１８を製作するための押込加工プロセスにおいて、スラスト軸受け１０の、それぞれ反対側の面２２，２６で、極めて多くの材料を押し退けるか、もしくは変形する必要がある。これによって材料の硬度が高まる。図２に示したように、材料をより強く移動させる必要があるか、もしくはより多くの材料を側方に押し込む必要がある場合、材料はより固くなる。その結果としてセグメント１８を製作するための適当な押込金型は強く磨耗する。さらに押込加工に際して極めて強い力が要求される。

これに対して図３には、本発明によるスラスト軸受け１０を略示しており、ここではスラスト軸受け１０は、たとえば図１に示したスラスト軸受け１０のような構造を有していてよい。しかしながら本発明は、図１に示した形態に制限されるのではなく、様々な構成のスラスト軸受けに多様に用いることができ、ここではセグメントは、軸受けの両側に設けられている。

軸受け１０は、図２と同様に、中心直径に沿って展開した状態で示した。図２に示したスラスト軸受け１０と同様に、図３に示したスラスト軸受け１０も、ターボチャージャのハウジング内で、２つの軸受けフランジ３２の間で軸３０上に配置されている。この場合スラスト軸受け１０の第１面２２に設けられたセグメント１８は、スラスト軸受け１０の第２面２６に設けられたセグメント１８に対して交互に、もしくはずらして配置されている。ここではスラスト軸受け１０を潤滑するための油膜は、セグメント１８の間で、たとえば各軸受けフランジ３２とセグメント１８との間において凹部３８に設けられている。

セグメント１８またはセグメント１８の少なくとも一部は、スラスト軸受け１０の両面２２，２６で正確にずらして配置することができるので、図３に示したように、反対側に位置するセグメント１８の間にギャップは生じない。換言すると、反対側に位置するセグメント１８は相互に重畳せず、端部１９の周方向の位置は一致する。

選択的にセグメント１８またはセグメント１８の少なくとも一部は、軸受け１０の反対側２２，２６で相互にずらして配置することもできるので、反対側に位置するセグメント１８の間にギャップ（図示していない）が形成される。この場合図３に示したセグメント１８は、たとえば幾分か離して配置されるので、反対側に位置するセグメント１８の端部の間にギャップが生じる。

選択的な別の形態では、セグメント１８またはセグメント１８の少なくとも一部は、端部１９で、部分的もしくは少なくとも僅かに互いに重畳し、これについては図３に例示して、極端に簡素化して波線で示唆した。

図２および図３に示した両方のスラスト軸受け１０の比較から明確であるが、セグメント１８をずらした本発明による配置構造によって、成形される材料の占める割合は極めて小さい。これによって材料硬化は本発明では僅かであり、この場合従来技術に対して僅かな力で高い変形部を形成することができる。

スラスト軸受け１０の使用もしくは製作プロセスにおいて、ずらした配置構造の製作による欠点は全く生じない。なぜならばこの場合スラスト軸受け１０の第１面２２と第２面との間で実質的に相互作用が存在しないからである。したがって構造に関して広い自由度が存在し、このことはデザインおよび材料に関係し、製作プロセスにおいて不都合な点が生じることはない。

通常、スラスト軸受け１０の材料は、たとえば適切な変形、ならびにたとえばフェールセーフ特性および乾式滑動のような観点にしたがって選択される。本発明によれば、以前では使用されなかった、または使用できなかった材料を用いることもできる。なぜならば材料の変形性が、従来技術による軸受けでは十分ではなかったからである。

本発明は、有利な形態に関して説明したが、本発明はこれに制限されるものではなく、多様な変形が可能である。前述の形態は、相互に組み合わせることができ、特に個々の特徴を組み合わせることができる。

特にセグメントの配置構造に関する構成は、相互に組み合わせることができる。したがってセグメントの一部は、たとえば部分的に重畳して、セグメントの別一部は、完全に相互にずらして配置してもよい。ここでは選択的または追加的に、セグメントが完全にずらして配置されている場合、反対側に位置するセグメントの間にギャップを設けてもよい。さらにスラスト軸受けは、ターボチャージャ用に設けるだけでなく、セグメントを有するスラスト軸受けが用いられる多種多様な別の仕様および技術分野に用いることもできる。図１に示したスラスト軸受けの形態は、単にスラスト軸受けを構成する多くの形態の一例でしかない。

Claims (6)

1. スラスト軸受け（１０）において、
   スラスト軸受け（１０）は、正面（２２）および背面（２６）ならびに中央に配置された貫通開口を備えるディスク状の形状を有し、スラスト軸受け（１０）は、正面（２２）および背面（２６）にそれぞれ少なくとも１つまたは複数のセグメント（１８）を備えており、セグメント（１８）はそれぞれ、凹部として形成された、貫通開口を中心に環状に延在する１つのセグメント区分（１４）に配置されており、
   該セグメント（１８）はそれぞれ、反対側に位置する正面（２２）および背面（２６）で、周方向に完全に相互にずらして配置されており、反対側に位置するセグメント（１８）に対して、セグメント（１８）の端部（１９）の周方向の位置は、相互に一致するか、またはセグメント（１８）の端部（１９）の間にそれぞれギャップが与えられていることを特徴とする、スラスト軸受け。
2. 貫通開口（１２）が、スラスト軸受け（１０）の正面（２２）および／または背面（２６）に貫通開口（１２）を中心に環状に延びる１つの内側フランジ（２８）を備えており、該内側フランジ（２８）は、セグメント区分（１４）から貫通開口（１２）に向かう潤滑油の通過を少なくとも抑制する、請求項１記載のスラスト軸受け。
3. 当該スラスト軸受けは、正面（２２）および／または背面（２６）に少なくとも１つの油溜め（２０）を備えており、油溜め（２０）は、溝（２４）として形成された通路を介して、正面（２２）および背面（２６）でセグメント区分（１４）と接続されている、請求項１または２記載のスラスト軸受け。
4. セグメント（１８）は、押込加工によって製作されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のスラスト軸受け。
5. 当該スラスト軸受けは、ターボチャージャ用のスラスト軸受けとして設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のスラスト軸受け。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載の少なくとも１つのスラスト軸受けを備えたターボチャージャ。

Images