JP6250786B2 - テーパランド型スラスト軸受装置、及び、該軸受装置を備えるターボチャージャ - Google Patents

Description

本開示は、テーパランド型スラスト軸受装置、及び、該軸受装置を備えるターボチャージャに関する。

例えば自動車用のターボチャージャは、タービンとコンプレッサを備え、タービンのタービン動翼とコンプレッサのインペラがロータ軸を介して連結される。ロータ軸は、軸方向の荷重を支持するスラスト軸受によって回転可能に支持される。
例えば特許文献１に記載されたスラスト軸受は、テーパランド型スラスト軸受であり、ロータ軸に嵌合されるスラストカラーと、ロータ軸によって貫通されてスラストカラーと対向配置されるスラスト部材とを有している。スラスト部材には、スラストカラーと対向する環状の領域に、複数のテーパ面と複数のランド面が周方向に交互に設けられている。

一方、特許文献２には、ステップを有するすべり軸受の上面にディンプルを形成し、潤滑膜圧力を高くすることが記載されている。

特開２００９−１９７７７２号公報 特開２００８−９５９０３号公報

テーパランド型スラスト軸受では、周方向でのランド面の長さ、即ちランド面の面積や中心角を縮小することによりメカロス（機械損失）を低減させることができる。しかしながら、周方向でのランド面の長さを縮小するということは、ランド面の輪郭形状を変更するということであり、テーパ面の傾斜角度を僅かに変化させてテーパ面の周方向長さを拡大しなければならず、高い加工精度が必要である。このため、特にランド面の外径が小さい場合、ランド面の周方向長さを縮小することは困難である。

一方、特許文献２には、ステップを有するすべり軸受の上面にディンプルを形成することは記載されているが、テーパランド型のスラスト軸受装置においてランド面の周方向長さを縮小することによってメカロスが低減されることや、ランド面の周方向長さを縮小する方法についての記載はない。

そこで、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、ランド面の面積が小さくても、ランド面の輪郭形状を変更することなくランド面の面積が実質的に縮小され、機械効率に優れたテーパランド型スラスト軸受装置及び該軸受装置を備えるターボチャージャを提供することにある。

本発明の少なくとも一実施形態に係るテーパランド型スラスト軸受装置は、
回転軸と、
前記回転軸に嵌合された、第１スラスト部を有する鍔部と、
前記回転軸によって貫通される貫通孔、及び、該貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部の第１スラスト部と対向する第２スラスト部を有するスラスト部材とを備え、
前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち一方は、
前記回転軸の軸線に直交する面にそれぞれ平行であって、前記貫通孔の周方向に間隔を存して設けられた複数のランド面と、
前記複数のランド面間にそれぞれ設けられ、前記貫通孔の周方向にて一方の側のランド面の境界には段差を介して連なり、前記貫通孔の周方向にて他方の側のランド面の境界には連続的に連なるテーパ面と、
前記複数のランド面の各々に設けられた少なくとも1つの凹部とを有する。

この構成によれば、ランド面に少なくとも１つの凹部を設けることで、凹部が形成された領域において、第１スラスト部と第２スラスト部の間の軸受隙間が拡大され、ランド面の面積を実質的に縮小することができる。そして、ランド面の実質的な面積が縮小される結果、機械損失が低減され、機械効率が向上する。
一方、凹部を形成することは、ランド面の輪郭形状を変更して面積を縮小するよりも容易である。このため、この構成によれば、ランド面が小さくても、ランド面の実質的な面積を高精度にて縮小することができる。

幾つかの実施形態では、
前記複数のランド面は、３つ以上のランド面からなり、
前記複数のランド面の外周の直径は１５ｍｍ以下であり、
前記テーパ面の傾斜角度は１ｅ−５°以上１．０°以下の範囲に入っている。
この構成では、複数のランド面が３つ以上のランド面からなり、ランド面の外周の直径が１５ｍｍ以下であって、テーパ面の傾斜角度が１ｅ−５°以上１．０°以下であっても、少なくとも１つの凹部を形成することによって、ランド面の輪郭形状を変更することなく、ランド面の実質的な面積を容易に縮小することができる。

幾つかの実施形態では、前記少なくとも１つの凹部は複数の凹部からなる。
この構成によれば、複数の凹部によってランド面の実質的な面積を縮小しているので、凹部の数を調整することによって、ランド面の実質的な面積を高精度にて縮小することができる。

幾つかの実施形態では、
前記複数の凹部は、前記貫通孔の径方向に沿って配列された複数の第１凹部からなり、
前記複数のランド面の各々において、前記複数の第１凹部は、前記ランド面の境界から中心角にて１０％以上２０％以下の領域内に位置しており、
前記複数の第１凹部の各々は、０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さを有する。
この構成によれば、境界近傍の所定の領域内において径方向に配列された第１凹部が
０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さを有するので、第１凹部によってランド面の実質的な面積を確実に縮小することができる。

幾つかの実施形態では、
前記複数の凹部は、前記貫通孔の径方向及び周方向に沿って配列され、
前記複数の凹部のうち一部は、前記貫通孔の径方向に沿って配列された複数の第１凹部からなり、
前記複数のランド面の各々において、前記複数の第１凹部は、前記ランド面の境界から中心角にて１０％以上２０％以下の領域内に位置しており、
前記複数の第１凹部の各々は、０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さを有する。
この構成によれば、境界近傍の所定の領域内において径方向に配列された第１凹部が０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さを有するので、第１凹部によってランド面の実質的な面積を確実に縮小することができる。

幾つかの実施形態では、前記第１凹部の開口面積は、前記貫通孔の径方向にて内側から外側に向かって段階的に大きくなっている。
この構成によれば、径方向外側ほど第１凹部の開口面積が大きくなることで、ランド面の周方向長さが実質的に短縮される比率を、径方向位置によらずに一定にすることができる。

幾つかの実施形態では、前記複数の凹部の深さは、前記貫通孔の周方向に沿って段階的に変化している。
この構成によれば、凹部の深さが段階的に変化することで、ランド面によって形成される軸受隙間における潤滑油の圧力の分布を調整することができる。

幾つかの実施形態では、前記複数の凹部は、スパイラル状又はヘリングボーン状に配列されている。
この構成によれば、スパイラル状又はヘリングボーン状に配列された複数の凹部によって、ランド面によって形成される軸受隙間において、潤滑油をランド面の周方向に沿うように案内することができ、軸受隙間での潤滑油の圧力を効率的に高くすることができる。

幾つかの実施形態では、
前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち前記複数のランド面が形成された一方は、前記貫通孔の周方向にて前記ランド面の外周縁及び前記テーパ面の外周縁に沿って延在する環状面を更に有し、
前記ランド面の表面粗さは、前記環状面の表面粗さよりも大である。

貫通孔の径方向にて内側から外側に向かってテーパ面上に潤滑油が供給される場合、潤滑油は、ランド面によって形成される軸受隙間においても、径方向外側に向かって流出しようとする。潤滑油の流れ方向を周方向に沿わせることができれば、軸受隙間において潤滑油の圧力を高くすることができる。
この点、ランド面の表面粗さを環状面の表面粗さよりも大にした場合、環状面が滑らかであるため、ランド面上に比べ、環状面上に相対的に厚い境界層が形成される。このため、軸受隙間から径方向外側に向かって流出するとき、潤滑油の速さは、ランド面の外周縁を超えると遅くなり、これに対応して潤滑油の圧力が上昇する。この圧力差が障壁となることで、潤滑油が軸受隙間から径方向外側に向かって流出するのが抑制され、潤滑油を周方向に沿って流すことができる。

幾つかの実施形態では、
前記複数のランド面の各々には複数の微細穴が形成され、
前記複数の微細穴の各々は、前記少なくとも１つの凹部の深さの１／１０〜１／１００の深さを有する。

この構成によれば、凹部とは別に、凹部の深さの１／１０〜１／１００の深さを有する複数の微細穴を設けることで、ランド面の表面粗さを環状面の表面粗さよりも大きくすることができる。

幾つかの実施形態では、前記ランド面の複数の微細穴は、多孔質材の細孔によって形成され、
前記環状面は、前記多孔質材を覆う被覆材によって形成されている。
この構成によれば、環状面を形成する領域において、多孔質材を被覆材で覆うことで、ランド面よりも環状面の表面粗さを容易に小さくすることができる。

本発明の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、
上記した何れか１つのテーパランド型スラスト軸受装置と,
インペラを有する遠心式コンプレッサと、
タービン動翼を有するタービンとを備え、
前記回転軸を介して前記タービン翼と前記インペラが連結されている。

この構成では、テーパランド型スラスト軸受装置が優れた機械効率を有することから、タービン動翼のトルクが低損失でインペラに伝達される。この結果として、ターボチャージャも優れた機械効率を有する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ランド面の面積が小さくても、ランド面の輪郭形状を変更することなくランド面の面積が実質的に縮小され、機械効率に優れたテーパランド型スラスト軸受装置及び該軸受装置を備えるターボチャージャが提供される。

本発明の幾つかの実施形態に係るターボチャージャを概略的に示す縦断面図である。 駆動軸に対するスラスト軸受の取付構造を説明するための図である。 スラスト部材を概略的に示す平面図である。 図３中の領域ＩＶの拡大図である。 図３中の領域ＩＶを拡大して示す斜視図である。 図４中のＶＩ−ＶＩ線に沿う部分断面を展開して示す図である。 幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。 図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う部分断面を展開して示す図である。 幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。 図９中のＸ−Ｘ線に沿う部分断面を展開して示す図である。 幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。 図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分断面をそれぞれ展開して示す図である。 幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。 図１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う部分断面を示す図である。 幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。 幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。 幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。 幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。 幾つかの実施形態に係る凹部の形状を説明するための概略的な斜視図である。 幾つかの実施形態に係る凹部の形状を説明するための概略的な斜視図である。 幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。例えば、ある方向に沿っているという表現は、ある方向に対し厳密に平行な状態のみならず、必要に応じて、公差若しくはある程度の角度をもって傾斜している状態も表すものとする。また、略という表現は、公差の範囲での誤差、又は、通常行われる程度の変形を含んでいてもよいことを表すものとする。

図１は、本発明の幾つかの実施形態に係るターボチャージャを概略的に示す縦断面図である。ターボチャージャは、例えば、車両や船舶等の内燃機関に適用される。
ターボチャージャは、タービン１０と、遠心式のコンプレッサ１２とを有する。タービン１０は、タービンハウジング１４と、タービンハウジング１４内に回転可能に収容されたタービン動翼（タービンインペラ）１６とを有し、コンプレッサ１２は、コンプレッサハウジング１８と、コンプレッサハウジング１８に回転可能に収容されたインペラ（コンプレッサインペラ）２０とを有する。

タービンハウジング１４及びコンプレッサハウジング１８は、図示しない締結部材によって軸受ハウジング２２に対し固定され、タービン１０のタービン動翼１６とコンプレッサ１２のインペラ２０は、軸受ハウジング２２内を延びる駆動軸（タービンロータ）２４によって相互に連結されている。従って、タービン動翼１６、インペラ２０及び駆動軸２４は、同一の軸線２６上に配置されている。タービン１０のタービン動翼１６は、例えば、内燃機関から排出された排ガスによって回転させられ、これにより駆動軸２４を介してコンプレッサ１２のインペラ２０が回転させられる。コンプレッサ１２のインペラ２０の回転によって、内燃機関に供給される吸気が圧縮される。

例えば、タービンハウジング１４は、タービン動翼１６を収容する筒部（シュラウド部）２８と、筒部２８の軸受ハウジング２２側の部分を囲むスクロール部３０とからなる。スクロール部３０は、図示しない排ガスの入口を有するとともに、スロート部３２を介して筒部２８と連通している。軸受ハウジング２２と反対側の筒部２８の開口は、排ガスの出口を形成している。

軸受ハウジング２２側のタービンハウジング１４の開口には、軸受ハウジング２２の端壁３４が嵌合されている。端壁３４には、筒状のシール部３６が一体且つ同軸に設けられ、シール部３６は、端壁３４の中央を貫通するシール孔を形成している。タービン動翼１６側の駆動軸２４の端部はシール部３６内に配置され、駆動軸２４とシール部３６との間の隙間にはシールリング３８が配置されている。

端壁３４とタービン動翼１６の背面の間の環状の凹所には、環状のバックプレート４０が配置されている。バックプレート４０の外周部は、タービンハウジング１４と軸受ハウジング２２によって挟まれており、バックプレート４０の内周縁はシール部３６を囲んでいる。

軸受ハウジング２２の内部には、周壁４２と一体に軸受部４４が設けられ、軸受部４４には軸受孔が形成されている。軸受部４４の軸受孔内には、ラジアル軸受として、例えば２つの浮動ブッシュ４６が配置され、駆動軸２４の中央部は浮動ブッシュ４６を貫通した状態で、軸受部４４の軸受孔内に配置される。

コンプレッサ１２側の軸受部４４の端面には、軸線２６と直交する板形状のスラスト部材４８が固定され、スラスト部材４８の貫通孔を駆動軸２４は貫通している。駆動軸２４には、スラストカラー５０及びスラストスリーブ５２が嵌合されており、スラスト部材４８、スラストカラー５０及びスラストスリーブ５２はスラスト軸受装置を構成している。

ここで、軸受ハウジング２２の周壁４２には、給油ポート５４及び排油ポート５６が設けられ、軸受部４４及びスラスト部材４８には、ラジアル軸受及びスラスト軸受の軸受隙間に潤滑油を供給するための給油路が形成されている。一方、コンプレッサ１２の方向への潤滑油の飛散を防止するために、スラスト部材４８のコンプレッサ１２側の面を覆うように、オイルデフレクタ５８が設置されている。

コンプレッサ１２側の軸受ハウジング２２の開口には、中央にシール孔を有する蓋部材６０が嵌合され、蓋部材６０は、固定リング６２によって軸受ハウジングに２２に対し固定されている。スラストスリーブ５２は、蓋部材６０のシール孔を貫通しており、スラストスリーブ５２とシール孔との隙間には図示しないシールリングが配置される。

例えばコンプレッサハウジング１８、インペラ２０を収容する筒部（シュラウド部）６４と、筒部６４の軸受ハウジング２２側の部分を囲むスクロール部６６とからなる。スクロール部６６は、図示しない給気の出口を有するとともに、ディフューザ部６８を介して筒部６４と連通している。軸受ハウジング２２と反対側の筒部６４の開口は、吸気の入口を形成している。

図２は、駆動軸（回転軸）２４に対するスラスト軸受の取付構造を説明するための図である。
インペラ２０は、ハブ７０と、複数の翼７２とからなる。ハブ７０は、軸線２６の回りに回転対称な形状を有する。軸線２６に沿う方向にて、ハブ７０の一端側は吸気の入口側に位置し、ハブ７０の他端側はディフューザ部６８側に位置している。ハブ７０の外周面７４は他端側に向かって拡大するラッパ形状を有し、ハブ７０は他端側に蓋部材６０と対向する背面７６を有する。

ハブ７０には、軸線２６に沿ってハブ７０を貫通する取付孔７８が設けられており、取付孔７８はハブ７０の両端にて開口している。複数の翼７２は、ハブ７０の外周面７４に一体に取り付けられ、ハブ７０の周方向に所定の間隔をもって配列されている。幾つかの実施形態では、複数の翼７２には、フルブレード７２ａと、軸線２６に沿う方向にてフルブレード７２ａよりも短いスプリッタブレード７２ｂがあり、フルブレード７２ａとスプリッタブレード７２ｂが周方向に交互に配置される。

駆動軸２４は、互いに一体に形成された、軸部８０と、大径部８２と、中間部８４とを有する。軸部８０は、インペラ２０の取付孔７８の内部を延び、大径部８２は、インペラ２０から離間している。中間部８４は、軸部８０と大径部８２の間に位置している。中間部８４は大径部８２よりも小径であり、中間部８４と大径部８２との境界に段差部８６が形成されている。

インペラ２０の一端側に位置する軸部８０の先端側には雄ねじが形成され、雄ねじに締結部材８８としてのナットが螺合されている。締結部材８８は、インペラ２０の一端側に当接し、インペラ２０に対し、軸線２６に沿う方向にて段差部８６に向かう軸力を加える。

駆動軸２４の中間部８４には、少なくとも１つの鍔部９０が嵌合している。幾つかの実施形態では、中間部８４に直列に嵌合されたスラストカラー５０及びスラストスリーブ５２がそれぞれ鍔部９０（９０ａ，９０ｂ）を有する。
また、スラストカラー５０及びスラストスリーブ５２は、鍔部９０（９０ａ，９０ｂ）と一体に形成されたスリーブ部９２（９２ａ，９２ｂ）をそれぞれ有し、スリーブ部９２（９２ａ，９２ｂ）は中間部８４に嵌合されている。スリーブ部９２ａは、鍔部９０ａと鍔部９０ｂの間に位置し、スリーブ部９２ｂは、鍔部９０ｂとインペラ２０の間に配置されている。
スラストカラー５０及びスラストスリーブ５２は、インペラ２０の背面７６と段差部８６との間にて締結部材８８の軸力をもって挟まれており、駆動軸２４とともに回転するように構成されている。

スラスト部材４８の貫通孔９４は、中間部８４によって貫通されており、貫通孔９４の内周面と中間部８４の外周面の間にはスリーブ部９２ａが配置されている。スラスト部材４８は、貫通孔９４の周囲に、軸線２６に沿う方向にて鍔部９０ａ，９０ｂと対向して摺接するスラスト部９６を有する。幾つかの実施形態では、スラスト部材４８は、軸線２６に沿う方向にて両側にスラスト部９６（９６ａ，９６ｂ）を有する。

また、スラスト部材４８には、給油路を形成する給油孔９８が設けられており、給油孔９８の出口は、貫通孔９４の内周面に開口している。給油孔９８の出口から流出した潤滑油が、スリーブ部９２ａの外周面と貫通孔９４の内周面との隙間を通じて、スラスト部９６（９６ａ，９６ｂ）と鍔部９０（９０ａ，９０ｂ）の間に供給されるように構成されている。

図３は、スラスト部材４８を概略的に示す平面図である。図４は、図３中の領域ＩＶの拡大図である。図５は、図３中の領域ＩＶを拡大して示す斜視図である。図６は、図４中のＶＩ−ＶＩ線に沿う部分断面を展開して示す図である。
図３〜図６に示したように、スラスト部材４８のスラスト部９６は、貫通孔９４の周方向に交互に配置された複数のランド面１００と複数のテーパ面１０２とを有する。

複数のランド面１００は、駆動軸（回転軸）２４の軸線、即ち軸線２６に直交する面にそれぞれ平行であって、貫通孔９４の周方向に間隔を存して設けられている。各ランド面１００は、周方向両側に境界１０４，１０６を有し、境界１０４，１０６は、貫通孔９４の径方向に沿って延びている。各ランド面１００の輪郭形状はセクタ形状を有し、各ランド面１００は、軸線２６に直交する面に面一に配置されている。

複数のテーパ面１０２は、貫通孔９４の周方向にて複数のランド面１００間にそれぞれ設けられている。各テーパ面１０２は、貫通孔９４の周方向にて一方の側のランド面１００の境界１０６には段差１０８を介して連なり、貫通孔９４の周方向にて他方の側のランド面１００の境界１０４には連続的に連なっている。従って、テーパ面１０２の一方の境界１１０は、貫通孔９４の軸線方向にてランド面１００から離れている。各テーパ面１０２は、軸線２６の回りを螺旋状に延びており、軸線２６と直交する面に対し傾斜角度θｔにて傾斜している。

スラスト部９６と対向する鍔部９０の回転方向Ｒにて、境界１０４は、境界１０６に対し上流に位置している。鍔部９０は、潤滑油を介して複数のランド面１００と摺接するスラスト部１１２を有し、スラスト部１１２は、複数のランド面１００及び複数のテーパ面１０２と対向する環状の平坦面によって形成されている。

スラスト部１１２の平坦面は軸線２６と直交する面に平行であり、スラスト部１１２の平坦面とテーパ面１０２との間には、回転方向Ｒに沿って徐々に狭くなる先細りのくさび形状の空間が形成され、互いに平行なスラスト部１１２の平坦面とランド面１００との間には、くさび形状の空間に連なる軸受隙間Ｇが形成される。潤滑油は、鍔部９０の回転にともない、貫通孔９４の周方向にてくさび形状の空間を通じて境界１０４側から軸受隙間Ｇに流入する。
なお、鍔部９０のスラスト部１１２を形成する平坦面の外周縁の直径は、ランド面１００の外周縁の直径Ｄに略等しい。

複数のランド面１００の各々には、少なくとも1つの凹部１１４が設けられている。
この構成によれば、ランド面１００に少なくとも１つの凹部１１４を設けることで、凹部１１４が形成された領域において、スラスト部材４８のスラスト部９６と、該スラスト部９６と潤滑油を介して摺接する鍔部９０のスラスト部１１２の間の軸受隙間Ｇが拡大され、ランド面１００の面積又は周方向長さを実質的に縮小することができる。そして、ランド面１００の実質的な面積又は周方向長さが縮小される結果、スラスト軸受装置の機械損失が低減され、機械効率が向上する。

一方、凹部１１４を形成することは、ランド面１００の輪郭形状を変更して面積を縮小するよりも容易である。このため、この構成によれば、ランド面１００が小さくても、ランド面１００の実質的な面積を高精度にて縮小することができる。
なお、凹部１１４の形成方法は特に限定されることはなく、例えば、突起を有する型をランド面１００に押し付けたり、ランド面１００にレーザを照射することによって凹部１１４を形成することができる。

かくして、上述した構成では、スラスト軸受装置が優れた機械効率を有することから、タービン動翼１６のトルクが低損失でインペラ２０に伝達される。この結果として、ターボチャージャも優れた機械効率を有する。

幾つかの実施形態では、複数のランド面１００は、３つ以上のランド面１００からなり、複数のランド面１００の外周の直径Ｄは１５ｍｍ以下であり、テーパ面１０２の傾斜角θｔは１ｅ−５°（＝１×１０^−５°）以上１．０°以下の範囲に入っている。
この構成では、複数のランド面１００が３つ以上のランド面１００からなり、ランド面１００の外周の直径Ｄが１５ｍｍ以下であって、テーパ面１０２の傾斜角度θｔが１ｅ−５°以上１．０°以下であっても、少なくとも１つの凹部１１４を形成することによって、ランド面１００の輪郭形状を変更することなく、ランド面１００の実質的な面積を容易に縮小することができる。

幾つかの実施形態では、少なくとも１つの凹部１１４は複数の凹部１１４からなる。
この構成によれば、複数の凹部１１４によってランド面１００の実質的な面積を縮小しているので、凹部１１４の数を調整することによって、ランド面１００の実質的な面積を高精度にて縮小することができる。

幾つかの実施形態では、複数の凹部１１４は、貫通孔９４の径方向に沿って配列された複数の第１凹部１１４ａからなり、複数のランド面１００の各々において、複数の第１凹部１１４ａは、ランド面１００の境界１０４から中心角にて１０％以上２０％以下の領域内に位置している。すなわち、第１凹部１１４ａが形成されている領域の中心角θｃは、ランド面１００の中心角θａの１０％以上２０％以下の範囲内にある。そして、複数の第１凹部１１４ａの各々は、０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さｄｃを有する。
この構成によれば、境界１０４近傍の所定の領域内において径方向に配列された第１凹部１１４ａが０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さｄｃを有するので、第１凹部１１４ａによってランド面１００の実質的な面積を確実に縮小することができる。具体的には、第１凹部１１４ａによって、回転方向Ｒにてランド面１００の上流側にて実質的に面積を縮小することができる。

図７は、幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。図８は、図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う部分断面を展開して示す図である。
図７及び図８に示すように、幾つかの実施形態では、貫通孔９４の径方向に沿って配列された複数の第１凹部１１４ｂは、ランド面１００の境界１０６から中心角にて１０％以上２０％以下の領域内に位置している。すなわち、第１凹部１１４ｂが形成されている領域の中心角θｃは、ランド面１００の中心角θａの１０％以上２０％以下の範囲内にある。そして、複数の第１凹部１１４ｂの各々は、０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さｄｃを有する。

この構成によれば、境界１０６近傍の所定の領域内において径方向に配列された第１凹部１１４ｂが０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さｄｃを有するので、第１凹部１１４ｂによってランド面１００の実質的な面積を確実に縮小することができる。具体的には、第１凹部１１４ｂによって、回転方向Ｒにてランド面１００の下流側にて実質的に面積を縮小することができる。

図９及び図１１は、幾つかの実施形態に係る図４にそれぞれ相当する概略的な平面図である。図１０及び図１２は、図９中のＸ−Ｘ線及び図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分断面をそれぞれ展開して示す図である。

図９乃至図１２に示したように、幾つかの実施形態では、複数の凹部１１４は、貫通孔９４の径方向及び周方向に沿って配列されている。複数の凹部１１４のうち一部は、貫通孔９４の径方向に沿って配列された複数の第１凹部１１４ａ，１１４ｂからなり、複数のランド面１００の各々において、複数の第１凹部１１４ａ，１１４ｂは、ランド面１００の境界１０４，１０６から中心角にて１０％以上２０％以下の領域内に位置している。そして、複数の第１凹部１１４ａ，１１４ｂの各々は、０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さｄｃを有する。

この構成によれば、境界１０４，１０６近傍の所定の領域内において径方向に配列された第１凹部１１４ａ，１１４ｂが０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さｄｃを有するので、第１凹部１１４ａ，１１４ｂによってランド面１００の実質的な面積を確実に縮小することができる。

図９乃至図１２に示したように、幾つかの実施形態では、複数の凹部１１４の深さは、貫通孔９４の周方向に沿って段階的に変化している。
この構成によれば、凹部１１４の深さが段階的に変化することで、ランド面１００によって形成される軸受隙間Ｇにおける潤滑油の圧力の分布を調整することができる。なお、図９及び図１０では、回転方向Ｒにて下流に進むほど、凹部１１４の深さが浅くなっており、これとは逆に、図１１及び図１２では、回転方向Ｒにて下流に進むほど、凹部１１４の深さが深くなっている。

図１３は、幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。図１４は、１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う部分断面を示す図である。
図１３及び図１４に示したように、幾つかの実施形態では、スラスト部９６は、貫通孔９４の周方向にてランド面１００の外周縁及びテーパ面１０２の外周縁に沿って延在する環状面１１６を更に有する。環状面１１６は、複数のランド面１００と面一な平坦面によって形成され、ランド面１００の表面粗さは、環状面１１６の表面粗さよりも大である。

貫通孔９４の径方向にて内側から外側に向かってテーパ面１０２上に潤滑油が供給される場合、潤滑油は、遠心力により、ランド面１００によって形成される軸受隙間Ｇにおいても径方向外側に向かって流出しようとする。潤滑油の流れ方向を周方向に沿わせることができれば、軸受隙間Ｇにおいて潤滑油の圧力を高くすることができる。
この点、ランド面１００の表面粗さを環状面１１６の表面粗さよりも大にした場合、環状面１１６が滑らかであるため、ランド面１００上に比べ、環状面１１６上に相対的に厚い境界層が形成される。このため、軸受隙間Ｇから径方向外側に向かって流出するとき、潤滑油の径方向速さｕｒ１は、ランド面１００の外周縁を超えると径方向速さｕｒ２まで遅くなり、これに対応して潤滑油の圧力が上昇する。この圧力差が障壁となることで、潤滑油が軸受隙間Ｇから径方向外側に向かって流出するのが抑制され、潤滑油を周方向に沿って流すことができる。

幾つかの実施形態では、複数のランド面１００の各々には複数の微細穴１１８が形成され、複数の微細穴１１８は、少なくとも１つの凹部１１４の深さ、又は、第１凹部１１４ａ，１１４ｂの深さｄｃの１／１０〜１／１００の深さを有する。
この構成によれば、凹部１１４とは別に、凹部１１４の深さ、又は、第１凹部１１４ａ，１１４ｂの深さｄｃの１／１０〜１／１００の深さを有する複数の微細穴１１８を設けることで、ランド面１００の表面粗さを環状面１１６の表面粗さよりも大きくすることができる。

図１５は、幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。
幾つかの実施形態では、ランド面１００の複数の微細穴１１８は、多孔質材の細孔によって形成され、環状面１１６は、図１５に示したように多孔質材を覆う被覆材１１６ａによって形成されている。多孔質材は例えば焼結材からなり、被覆材１１６ａは例えば樹脂からなる。
この構成によれば、環状面１１６を形成する領域において、多孔質材を被覆材１１６ａで覆うことで、ランド面１００よりも環状面１１６の表面粗さを小さくすることができる。

図１６は、幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。
図１６に示したように、幾つかの実施形態では、複数の凹部１１４は、貫通孔９４の周方向及び半径方向に沿って配列されている。例えば、複数の凹部１１４の各深さは０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲に入っており、複数の凹部１１４の総開口面積は、各ランド面１００の面積の１０％以上５０％以下の範囲に入っている。
この構成によれば、複数の凹部１１４を形成することで、複数の凹部１１４を含めた平均的な軸受隙間Ｇを拡大し、機械損失を低減することができる。なお、図１６では、凹部１１４は周方向に千鳥状又はジグザグ状に配列されているが、周方向に一列に配列されていてもよい。

図１７は、幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。
図１７に示したように、幾つかの実施形態では、複数の凹部１１４は、スパイラル状に配列されている。具体的には、複数の凹部１１４は、径方向外側に近づくほど径方向から徐々に逸れるようにそれぞれ延びる複数の列をなすように配列されている。各列は、径方向外側に近づくほど、回転方向Ｒにて上流に近づくように配列されている。例えば、複数の凹部１１４の各深さは０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲に入っており、複数の凹部１１４の総開口面積は、各ランド面１００の面積の１０％以上５０％以下の範囲に入っている。
この構成によれば、スパイラル状に配列された複数の凹部１１４によって、ランド面１００によって形成される軸受隙間Ｇにおいて、潤滑油をランド面１００の周方向に沿うように案内することができ、軸受隙間Ｇでの潤滑油の圧力を効率的に高くすることができる。

図１８は、幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。
図１８に示したように、幾つかの実施形態では、複数の凹部１１４は、へリングボーン状又はＶ字状に配列されている。例えば、複数の凹部１１４の各深さは０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲に入っており、複数の凹部１１４の総開口面積は、各ランド面１００の面積の１０％以上５０％以下の範囲に入っている。
この構成によれば、ヘリングボーン状又は回転方向Ｒにて上流に向かって開いたＶ字状に配列された複数の凹部１１４によって、ランド面１００によって形成される軸受隙間Ｇにおいて、潤滑油をランド面１００の周方向に沿うように案内することができ、軸受隙間Ｇでの潤滑油の圧力を効率的に高くすることができる。

図１９及び図２０は、幾つかの実施形態に係る凹部１１４の形状を説明するための概略的な斜視図である。
図１９では、凹部１１４の形状は、開口が円形の半球形状である。図２０では凹部１１４の形状は、開口が矩形状の直方体形状若しくは四角錘台形状である。凹部１１４の形状はこれらに限定されることはなく、凹部１１４は、開口が円形の円錐台形状であってもよく、凹部１１４の開口形状は長円形状や楕円形状であってもよく、凹部１１４は溝状であってもよい。

図２１は、幾つかの実施形態に係る図４に相当する概略的な平面図である。
図２１に示したように、幾つかの実施形態では、複数の第１凹部１１４ａの開口面積は、貫通孔９４の径方向内側から外側に向かって段階的に大きくなるように形成されている。
この構成によれば、径方向外側ほど第１凹部１１４ａの開口面積が大きくなることで、ランド面１００の周方向長さが実質的に短縮される比率を、径方向位置によらずに一定にすることができる。
幾つかの実施形態では、図７の第１凹部１１４ｂについても、貫通孔９４の径方向内側から外側に向かって段階的に大きくなるように形成される。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせ形態も含む。
例えば、図７、図９、図１１、図１６〜図１８及び図２１に示された幾つかの実施形態においても、図１３〜図１５に示した幾つかの実施形態のように、環状面１１６をもうけてもよい。
上述した幾つかの実施形態では、スリーブ部９２（９２ａ，９２ｂ）と鍔部９０（９０ａ，９０ｂ）が一体のスラストカラー５０及びスラストスリーブ５２が用いられていたが、スリーブ部９２と鍔部９０は別体であってもよい。駆動軸２４に鍔部９０が嵌合され、鍔部９０が駆動軸２４とともに回転可能に構成されていればよい。

上述した幾つかの実施形態では、スラスト部材４８が２つの鍔部９０（９０ａ，９０ｂ）によって挟まれ、スラスト部材４８の両側にスラスト部９６が形成されていたが、一方の側のみにスラスト部９６を設け、該スラスト部９６に一つの鍔部９０を対向配置してもよい。
上述した幾つかの実施形態では、固定されたスラスト部材４８のスラスト部（第２スラスト部）９６にランド面１００、テーパ面１０２及び凹部１１４が設けられ、可動の鍔部９０のスラスト部（第１スラスト部）１１２に環状の平坦面が設けられていたが、これとは逆に、固定されたスラスト部材４８のスラスト部９６に環状の平坦面を設け、可動の鍔部９０のスラスト部１１２にランド面１００、テーパ面１０２及び凹部１１４を設けてもよい。

上述した幾つかの実施形態では、軸部８０、大径部８２及び中間部８４は一体に形成されていたが、軸部８０及び中間部８４は、大径部８２とは別体のスタッドボルト等によって形成されていてもよい。また、段差部８６は、中間部８４に嵌合された止め輪等によって形成されていてもよい。
更に、遠心式コンプレッサは可変容量タイプであってもよい。

１０ タービン
１２ コンプレッサ
１４ タービンハウジング
１６ タービン動翼
１８ コンプレッサハウジング
２０ インペラ
２２ 軸受ハウジング
２４ 駆動軸（回転軸）
２６ 軸線
２８ 筒部
３０ スクロール部
３２ スロート部
３４ 端壁
３６ シール部
３８ シールリング
４０ バックプレート
４２ 周壁
４４ 軸受部
４６ 浮動ブッシュ
４８ スラスト部材
５０ スラストカラー
５２ スラストスリーブ
５４ 給油ポート
５６ 排油ポート
５８ オイルデフレクタ
６０ 蓋部材
６２ 固定リング
６４ 筒部
６６ スクロール部
６８ ディフューザ部
７０ ハブ
７２ 翼
７２ａ フルブレード
７２ｂ スプリッタブレード
７４ 外周面
７６ 背面
７８ 取付孔
８０ 軸部
８２ 大径部
８４ 中間部
８６ 段差部
８８ 締結部材
９０（９０ａ，９０ｂ） 鍔部
９２（９２ａ，９２ｂ） スリーブ部
９４ 貫通孔
９６（９６ａ，９６ｂ） スラスト部（第２スラスト部）
９８ 給油孔
１００ ランド面
１０２ テーパ面
１０４ 境界
１０６ 境界
１０８ 段差
１１０ 境界
１１２ スラスト部（第１スラスト部）
１１４ 凹部
１１４ａ 第１凹部
１１６ 環状面
１１６ａ 樹脂材
１１８ 微細穴

Claims (12)

1. 回転軸と、
   前記回転軸に嵌合された、第１スラスト部を有する鍔部と、
   前記回転軸によって貫通される貫通孔、及び、該貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部の第１スラスト部と対向する第２スラスト部を有するスラスト部材とを備え、
   前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち一方は、
   前記回転軸の軸線に直交する面にそれぞれ平行であって、前記貫通孔の周方向に間隔を存して設けられた複数のランド面と、
   前記複数のランド面間にそれぞれ設けられ、前記貫通孔の周方向にて一方の側のランド面の境界には段差を介して連なり、前記貫通孔の周方向にて他方の側のランド面の境界には連続的に連なるテーパ面と、
   前記複数のランド面の各々に設けられた少なくとも１つの凹部とを有し、
   前記少なくとも１つの凹部は複数の凹部からなり、
   前記複数の凹部は、前記貫通孔の径方向に沿って配列された複数の第１凹部からなり、
   前記複数のランド面の各々において、前記複数の第１凹部は、前記ランド面の境界から中心角にて１０％以上２０％以下の領域内に位置しており、
   前記複数の第１凹部の各々は、０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さを有するとともに、
   前記第１凹部の開口面積は、前記貫通孔の径方向にて内側から外側に向かって段階的に大きくなっている
   ことを特徴とするテーパランド型スラスト軸受装置。
2. 回転軸と、
   前記回転軸に嵌合された、第１スラスト部を有する鍔部と、
   前記回転軸によって貫通される貫通孔、及び、該貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部の第１スラスト部と対向する第２スラスト部を有するスラスト部材とを備え、
   前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち一方は、
   前記回転軸の軸線に直交する面にそれぞれ平行であって、前記貫通孔の周方向に間隔を存して設けられた複数のランド面と、
   前記複数のランド面間にそれぞれ設けられ、前記貫通孔の周方向にて一方の側のランド面の境界には段差を介して連なり、前記貫通孔の周方向にて他方の側のランド面の境界には連続的に連なるテーパ面と、
   前記複数のランド面の各々に設けられた少なくとも１つの凹部とを有し、
   前記少なくとも１つの凹部は複数の凹部からなり、
   前記複数の凹部は、前記貫通孔の径方向及び周方向に沿って配列され、
   前記複数の凹部のうち一部は、前記貫通孔の径方向に沿って配列された複数の第１凹部からなり、
   前記複数のランド面の各々において、前記複数の第１凹部は、前記ランド面の境界から中心角にて１０％以上２０％以下の領域内に位置しており、
   前記複数の第１凹部の各々は、０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さを有するとともに、
   前記第１凹部の開口面積は、前記貫通孔の径方向にて内側から外側に向かって段階的に大きくなっている
   ことを特徴とするテーパランド型スラスト軸受装置。
3. 回転軸と、
   前記回転軸に嵌合された、第１スラスト部を有する鍔部と、
   前記回転軸によって貫通される貫通孔、及び、該貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部の第１スラスト部と対向する第２スラスト部を有するスラスト部材とを備え、
   前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち一方は、
   前記回転軸の軸線に直交する面にそれぞれ平行であって、前記貫通孔の周方向に間隔を存して設けられた複数のランド面と、
   前記複数のランド面間にそれぞれ設けられ、前記貫通孔の周方向にて一方の側のランド面の境界には段差を介して連なり、前記貫通孔の周方向にて他方の側のランド面の境界には連続的に連なるテーパ面と、
   前記複数のランド面の各々に設けられた少なくとも１つの凹部とを有し、
   前記少なくとも１つの凹部は複数の凹部からなり、
   前記複数の凹部は、前記貫通孔の径方向及び周方向に沿って配列され、
   前記複数の凹部のうち一部は、前記貫通孔の径方向に沿って配列された複数の第１凹部からなり、
   前記複数のランド面の各々において、前記複数の第１凹部は、前記ランド面の境界から中心角にて１０％以上２０％以下の領域内に位置しており、
   前記複数の第１凹部の各々は、０．００１ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲の深さを有するとともに、
   前記複数の凹部の深さは、前記貫通孔の周方向に沿って段階的に変化している
   ことを特徴とするテーパランド型スラスト軸受装置。
4. 回転軸と、
   前記回転軸に嵌合された、第１スラスト部を有する鍔部と、
   前記回転軸によって貫通される貫通孔、及び、該貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部の第１スラスト部と対向する第２スラスト部を有するスラスト部材とを備え、
   前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち一方は、
   前記回転軸の軸線に直交する面にそれぞれ平行であって、前記貫通孔の周方向に間隔を存して設けられた複数のランド面と、
   前記複数のランド面間にそれぞれ設けられ、前記貫通孔の周方向にて一方の側のランド面の境界には段差を介して連なり、前記貫通孔の周方向にて他方の側のランド面の境界には連続的に連なるテーパ面と、
   前記複数のランド面の各々に設けられた少なくとも１つの凹部とを有し、
   前記回転軸に嵌合されるスラストカラーであって、前記鍔部と、前記鍔部と一体に形成されたスリーブ部と、を有するスラストカラーを更に備え、
   前記スラスト部材は、前記貫通孔の内周面に開口する給油孔を更に有し、
   前記給油孔から流出した潤滑油が、前記スラストカラーの前記スリーブ部の外周面と前記貫通孔の内周面との隙間を通じて、前記第１スラスト部と前記第２スラスト部の間に供給されるように構成され、
   前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち一方は、前記貫通孔の周方向にて前記ランド面の外周縁及び前記テーパ面の外周縁に沿って延在する環状面を更に有し、
   前記ランド面の表面粗さは、前記環状面の表面粗さよりも大である
   ことを特徴とするテーパランド型スラスト軸受装置。
5. 回転軸と、
   前記回転軸に嵌合された、第１スラスト部を有する鍔部と、
   前記回転軸によって貫通される貫通孔、及び、該貫通孔の周囲に設けられて前記鍔部の第１スラスト部と対向する第２スラスト部を有するスラスト部材とを備え、
   前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち一方は、
   前記回転軸の軸線に直交する面にそれぞれ平行であって、前記貫通孔の周方向に間隔を存して設けられた複数のランド面と、
   前記複数のランド面間にそれぞれ設けられ、前記貫通孔の周方向にて一方の側のランド面の境界には段差を介して連なり、前記貫通孔の周方向にて他方の側のランド面の境界には連続的に連なるテーパ面と、
   前記複数のランド面の各々に設けられた少なくとも１つの凹部とを有し、
   前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち一方は、前記貫通孔の周方向にて前記ランド面の外周縁及び前記テーパ面の外周縁に沿って延在する環状面を更に有し、
   前記ランド面の表面粗さは、前記環状面の表面粗さよりも大であり、
   前記複数のランド面の各々には複数の微細穴が形成され、
   前記複数の微細穴の各々は、前記少なくとも１つの凹部の深さの１／１０〜１／１００の深さを有するとともに、
   前記ランド面の複数の微細穴は、多孔質材の細孔によって形成され、
   前記環状面は、前記多孔質材を覆う被覆材によって形成されている
   ことを特徴とするテーパランド型スラスト軸受装置。
6. 前記複数のランド面は、３つ以上のランド面からなり、
   前記複数のランド面の外周の直径は１５ｍｍ以下であり、
   前記テーパ面の傾斜角度は１ｅ−５°以上１．０°以下の範囲に入っている
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のテーパランド型スラスト軸受装置。
7. 前記少なくとも１つの凹部は複数の凹部からなる
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載のテーパランド型スラスト軸受装置。
8. 前記複数の凹部は、スパイラル状又はヘリングボーン状に配列されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３又は７の何れか一項に記載のテーパランド型スラスト軸受装置。
9. 前記第１スラスト部及び前記第２スラスト部のうち一方は、前記貫通孔の周方向にて前記ランド面の外周縁及び前記テーパ面の外周縁に沿って延在する環状面を更に有し、
   前記ランド面の表面粗さは、前記環状面の表面粗さよりも大である
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のテーパランド型スラスト軸受装置。
10. 前記複数のランド面の各々には複数の微細穴が形成され、
    前記複数の微細穴の各々は、前記少なくとも１つの凹部の深さの１／１０〜１／１００の深さを有する
    ことを特徴とする請求項４又は９に記載のテーパランド型スラスト軸受装置。
11. 前記ランド面の複数の微細穴は、多孔質材の細孔によって形成され、
    前記環状面は、前記多孔質材を覆う被覆材によって形成されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のテーパランド型スラスト軸受装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載のテーパランド型スラスト軸受装置と、
    インペラを有する遠心式コンプレッサと、
    タービン動翼を有するタービンとを備え、
    前記回転軸を介して前記タービン動翼と前記インペラが連結されている
    ことを特徴とするターボチャージャ。