JP6696587B2 - 過給機 - Google Patents

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Description

本開示は、シャフトのスラスト荷重を受ける過給機に関する。
従来、シャフトが設けられた過給機が知られている。シャフトの一端には、タービンインペラが設けられる。シャフトの他端には、コンプレッサインペラが設けられる。過給機では、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラが回転する。タービンインペラが回転すると、シャフトを介してコンプレッサインペラが回転する。コンプレッサインペラの回転により昇圧された空気が、エンジンに送出される。
例えば、特許文献1に記載の過給機においては、シャフトを軸支する軸受部材として、セミフローティング軸受が設けられている。セミフローティング軸受は、本体部を備えている。本体部には、挿通孔が形成される。挿通孔には、シャフトが挿通される。挿通孔の内周面には、ラジアル軸受面が形成されている。ラジアル軸受面は、ラジアル荷重を受ける。本体部の両端面は、スラスト軸受面として機能している。スラスト軸受面は、シャフトからスラスト荷重を受ける。
特開2016−8600号公報
例えば、上記の特許文献1に記載された過給機をはじめとする回転機械の分野では、さらなる軸受性能の向上が望まれている。
本開示の目的は、軸受性能を向上することができる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、本開示の一態様に係る過給機は、軸受孔が形成されたハウジングと、軸受孔に挿通されたシャフトと、シャフトの一端側に設けられたインペラと、軸受孔とインペラとの間に配され、インペラの背面に対向するシール壁部と、シール壁部よりも径方向内側に位置する軸受壁部と、軸受壁部に形成され、シャフトが挿通される挿通孔と、を有するシール部材と、シャフトまたはシャフトに取り付けられた部材に設けられた第1対向面と、第1対向面にシャフトの一端側から対向する第1軸受部と、シャフトまたはシャフトに取り付けられた部材に設けられ、第1対向面および第1軸受部よりもシャフトの一端側であって、軸受孔と軸受壁部との間に位置する第2対向面と、軸受壁部に設けられ、第2対向面にシャフトの一端側から対向する第2軸受部と、第2対向面の径方向外側に設けられた空間と、を備える。
また、軸受壁部のうち挿通孔の中心よりも上方に形成され、第2軸受部からシャフトの一端側に窪み、軸受壁部の外周に開口する上側油保持部と、を備えてもよい。
また、軸受壁部のうち挿通孔の中心よりも下方に形成され、第2軸受部からシャフトの一端側に窪み、挿通孔の内周面に開口する下側油保持部と、を備えてもよい。
また、シャフトのうち、第1対向面と第2対向面との間に設けられた第3対向面と、シャフトが挿通され、第3対向面に対向する第3軸受部が一端面に設けられ、他端面に第1軸受部が設けられ、軸受孔に設けられた軸受部材と、を備えてもよい。
また、ハウジングに形成された取り付け孔と、軸受部材に形成され、取り付け孔に対してシャフトの径方向に対向するピン孔と、取り付け孔に固定され、先端側がピン孔に挿入されるピンと、を備えてもよい。

また、軸受部材よりもシャフトの一端側に取り付けられ、第2対向面が形成された回転部材と、回転部材に形成され、第2対向面に一端が開口し、他端が第2対向面よりもシャフトの他端側に開口する貫通孔と、を備えてもよい。
本開示によれば、軸受性能を向上することができる。
図1は、過給機の概略断面図である。 図2は、図1の一点鎖線部分の抽出図である。 図3は、図1の破線部分の抽出図である。 図4は、第2軸受部の一例を説明する図である。 図5は、合計隙間量を説明する図である。 図6は、第1変形例を説明する図である。 図7は、第2変形例を説明する図である。 図8Aは、第3変形例を説明する図である。図8Bは、第4変形例を説明する図である。 図9は、第5変形例を説明する図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について説明する。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、理解を容易とするための例示にすぎない。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、また本開示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、図に示す矢印L方向を過給機Cの左側として説明する。図1に示す矢印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を備える。過給機本体1は、ベアリングハウジング2(ハウジング)を備える。ベアリングハウジング2の左側には、締結機構3によってタービンハウジング4が連結される。ベアリングハウジング2の右側には、締結ボルト5によってコンプレッサハウジング6が連結される。過給機本体1は、ベアリングハウジング2、タービンハウジング4、コンプレッサハウジング6が一体化されて構成される。
ベアリングハウジング2には、軸受孔2aが形成されている。軸受孔2aは、過給機Cの左右方向に貫通する。軸受孔2aには、軸受部材7が収容される。ここでは、一例として、軸受部材7がセミフローティング軸受によって構成されている。シャフト8は、軸受部材7によって回転自在に軸支されている。シャフト8の左端部には、タービンインペラ9が設けられている。タービンインペラ9は、タービンハウジング4内に回転自在に収容されている。シャフト8の右端部には、コンプレッサインペラ10が設けられている。コンプレッサインペラ10は、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、吸気口11が形成されている。吸気口11は、過給機Cの右側に開口する。吸気口11は、不図示のエアクリーナに接続される。ディフューザ流路12は、ベアリングハウジング2およびコンプレッサハウジング6の対向面によって形成される。ディフューザ流路12は、シャフト8(コンプレッサインペラ10)の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路12の径方向内側は、コンプレッサインペラ10を介して吸気口11に連通している。ディフューザ流路12は、吸気口11から吸気された空気を昇圧する。
コンプレッサハウジング6には、環状のコンプレッサスクロール流路13が設けられている。コンプレッサスクロール流路13は、ディフューザ流路12よりもシャフト8(コンプレッサインペラ10)の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路13は、不図示のエンジンの吸気口、および、ディフューザ流路12に連通している。コンプレッサインペラ10が回転すると、吸気口11からコンプレッサハウジング6内に空気が吸気される。吸気口11から吸気された空気は、コンプレッサインペラ10の翼間を流通する過程において、遠心力の作用により加圧加速される。また、空気は、ディフューザ流路12およびコンプレッサスクロール流路13で昇圧されて、エンジンの吸気口に導かれる。
タービンハウジング4には、吐出口14が形成されている。吐出口14は、過給機Cの左側に開口する。吐出口14は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。タービンハウジング4には、流路15が形成される。流路15よりもシャフト8(タービンインペラ9)の径方向外側には、環状のタービンスクロール流路16が設けられる。タービンスクロール流路16は、流路15、および、不図示のガス流入口に連通している。ガス流入口には、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。ガス流入口からタービンスクロール流路16に導かれた排気ガスは、流路15およびタービンインペラ9を介して吐出口14に導かれる。タービンインペラ9は、排気ガスの流通により回転する。タービンインペラ9の回転力は、シャフト8を介してコンプレッサインペラ10に伝達される。コンプレッサインペラ10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。
図2は、図1の一点鎖線部分の抽出図である。過給機Cは、軸受構造Aを備えている。軸受構造Aは、シャフト8のラジアル荷重およびスラスト荷重を受けるために設けられる。以下では、軸受構造Aについて詳述する。軸受部材7は、円筒状の本体部7aを備えている。本体部7aは、軸受孔2aに収容される。本体部7aの内周には、2つのラジアル軸受面7bが形成されている。2つのラジアル軸受面7bは、シャフト8の軸方向に互いに離隔している。軸受部材7の本体部7aには、シャフト8が挿通されている。シャフト8は、2つのラジアル軸受面7bによって回転自在に軸支されている。
本体部7aには、ピン孔7cが形成されている。ピン孔7cは、シャフト8の径方向に貫通する。ピン孔7cは、2つのラジアル軸受面7bの間に位置している。ベアリングハウジング2には、取り付け孔2bが形成されている。ピン孔7cは、取り付け孔2bに対してシャフト8の径方向に対向する。取り付け孔2bには、ピン17が取り付けられている。ピン17の先端側は、軸受部材7のピン孔7c内に進入している。軸受部材7は、ピン17によって、シャフト8の回転方向および軸方向の移動が規制されている。
本体部7aには、油孔7dが形成されている。油孔7dは、本体部7aを内周面から外周面まで貫通する。例えば、油孔7dの外周面側の開口は、ベアリングハウジング2に形成された油路2cの軸受孔2a側の開口に対向する。油路2cから軸受孔2aに供給された潤滑油の一部は、油孔7dを通って本体部7aの内周に導かれる。また、軸受孔2aに供給された潤滑油の残りの一部は、本体部7aの外周面と軸受孔2aの内周面との間に形成された間隙に供給される。
本体部7aの外周面には、2つのダンパ面7eが設けられている。2つのダンパ面7eは、シャフト8の軸方向に互いに離隔している。2つのダンパ面7eは、それぞれラジアル軸受面7bの径方向外側に位置している。ダンパ面7eは、本体部7aの外周面において、軸受孔2aの内周面との間隙が最も狭くなる部位である。本体部7aの外周面と軸受孔2aの内周面との間に形成された間隙に供給された潤滑油が、ダンパとして機能する。これにより、シャフト8の振動が抑制される。
シャフト8には、大径部8aが設けられる。大径部8aは、軸受孔2a内に位置する。例えば、大径部8aは、シャフト8のうち、軸受部材7の本体部7aに挿通される部位よりも、外径が大きい。大径部8aには、第1対向面8bが設けられている。第1対向面8bは、シャフト8の一端側(図2中右側、コンプレッサインペラ10側)に臨む。軸受部材7の本体部7aには、第1軸受部7fが設けられている。第1軸受部7fは、シャフト8の他端側(図2中左側、タービンインペラ9側)に臨む。第1軸受部7fは、本体部7aにおけるタービンハウジング4側の端面である。第1軸受部7fは、第1対向面8bに、シャフト8の一端側から対向する。つまり、軸受部材7の第1軸受部7fは、シャフト8の第1対向面8bと軸方向に対向する。
シャフト8の一端側(図2中右側、コンプレッサインペラ10側)には、小径部8cが設けられている。小径部8cは、軸受部材7の本体部7aに挿通される部位よりも外径が小さい。シャフト8には、本体部7aに挿通される部位と、小径部8cとの外径差により、段差部8dが形成される。
図3は、図1の破線部分の抽出図である。シャフト8の小径部8cには、回転部材20(シャフトに取り付けられた部材)が設けられている。回転部材20は、軸受部材7よりもシャフト8の一端側に位置している。回転部材20よりもシャフト8の一端側には、コンプレッサインペラ10が設けられている。回転部材20は、軸受部材7とコンプレッサインペラ10との間に挟持される。回転部材20は、円筒形状の本体20aを備えている。本体20aには、一端から他端まで貫通する挿入孔20bが形成されている。挿入孔20bには、シャフト8が挿通されている。本体20aの外周には、フランジ部20cおよび飛散部20dが形成されている。
フランジ部20cおよび飛散部20dは、本体20aの外周面から径方向外側に突出する部位である。フランジ部20cは、本体20aのうち、タービンインペラ9側の端部に設けられている。飛散部20dは、本体20aのうち、軸方向の一端と他端との距離が大凡等しい位置(軸方向の中央近傍)に設けられている。フランジ部20cと飛散部20dとは、シャフト8の軸方向に互いに離隔している。フランジ部20cの外径は、飛散部20dの外径よりも大きい。ただし、フランジ部20cの外径は、飛散部20dの外径以下でもよい。ここでは、フランジ部20cは、飛散部20dよりも、シャフト8の軸方向の厚み(肉厚)が僅かに大きい。ただし、フランジ部20cの厚みは、飛散部20dの厚み以下でもよい。
本体20aの外径は、飛散部20dを境にして先端側と基端側とで異なる。飛散部20dよりもコンプレッサインペラ10側(先端側)の外径は、飛散部20dよりもフランジ部20c側(基端側)の外径に比べて大きい。ただし、本体20aの外径は、飛散部20dを境にして先端側と基端側とで同じでもよい。また、飛散部20dよりもコンプレッサインペラ10側(先端側)の外径が、飛散部20dよりもフランジ部20c側(基端側)の外径に比べて小さくともよい。本体20aのうち、飛散部20dよりもコンプレッサインペラ10側(先端側)の外周面には、2つのシール溝20eが形成されている。
ベアリングハウジング2には、開口部2dが形成されている。開口部2dは、ベアリングハウジング2のうち、コンプレッサハウジング6が取り付けられる面に形成された穴である。開口部2dは、軸受孔2aとコンプレッサハウジング6との間に位置する。開口部2dの内径は、軸受孔2aの内径よりも大きい。ベアリングハウジング2には、軸受孔2aと開口部2dとの外径差により、当接面2eが形成される。当接面2eは、シャフト8の軸方向に大凡垂直な面である。
ベアリングハウジング2の開口部2dには、シール部材Sが設けられている。シール部材Sは、例えば、開口部2dに圧入により取り付けられる。ただし、シール部材Sは、ボルト等の取り付け部材や接着剤等により、開口部2dに取り付けられてもよい。シール部材Sは、区画壁部30を備えている。区画壁部30の平面形状は、円形である。シール部材Sは、区画壁部30の一方の平面を当接面2eに当接させている。区画壁部30は、径方向外側の一部が当接面2eに当接している。当接面2eに対向する区画壁部30の平面には、傾斜面30aが形成されている。傾斜面30aは、径方向内側ほど当接面2eから離隔する方向に傾斜している。当接面2eと区画壁部30との間には空間31が形成される。空間31は、軸受部材7の径方向外側において環状に延在し、シャフト8よりも下方が開放されている。
区画壁部30の中心には中央孔30bが形成されている。中央孔30bは、区画壁部30をシャフト8の軸方向に貫通する。中央孔30bには、シャフト8および回転部材20が挿通されている。中央孔30bの内周面には、回転部材20のフランジ部20cの外周面の一部が径方向に対向する。フランジ部20cの外周面と、中央孔30bの内周面との間には、僅かに隙間が形成されている。フランジ部20cのうち、シャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)が中央孔30b内に位置する。フランジ部20cのうち、シャフト8の他端側(タービンインペラ9側)が、中央孔30bよりも軸受部材7側に位置する。
シール部材Sは、シール壁部32を備えている。シール壁部32は、平面部32aを有する。平面部32aの平面形状は、円形である。シール壁部32は、区画壁部30とシャフト8の軸方向に離隔している。シール壁部32は、平面部32aを区画壁部30に対向させている。シール部材Sには、延在部33が設けられている。延在部33は、区画壁部30からシール壁部32まで延在する。延在部33は、区画壁部30およびシール壁部32の径方向外側の一部を接続している。
シール部材Sには、空間34が形成される。空間34は、区画壁部30、シール壁部32、延在部33に囲繞される。空間34は、区画壁部30とシール壁部32との間に形成されている。延在部33は、開口部2dの内周面に沿って周方向に延在する。ただし、延在部33には、シャフト8よりも下方に切り欠きが形成されている。したがって、空間34は、シャフト8よりも下方が開放されている。
シール壁部32の中心側には、軸受壁部35が設けられている。軸受壁部35は、シール壁部32のうち、区画壁部30よりもシャフト8の径方向内側に突出した部位である。軸受壁部35には、挿通孔35aが形成されている。挿通孔35aは、軸受壁部35をシャフト8の軸方向に貫通する。挿通孔35aには、シャフト8および回転部材20が挿通されている。挿通孔35aの内周面には、回転部材20のうち、飛散部20dよりも先端側の外周面が径方向に対向する。本体20aの外周面と、挿通孔35aの内周面との間には、僅かに隙間が形成されている。回転部材20の本体20aに形成された2つのシール溝20eは、挿通孔35a内に位置している。2つのシール溝20eには、環状のシールリングsrがそれぞれ設けられている。シールリングsrの外周面は、挿通孔35aの内周面に押し付けられている。シールリングsrの内周側は、シール溝20e内に進入している。ただし、シールリングsrの内周面と、シール溝20eの底部とは、シャフト8の径方向に離隔している。
回転部材20の飛散部20dには、第2対向面20fが設けられている。第2対向面20fは、本体20aの外周面から径方向に延在する環状の平面である。第2対向面20fは、シャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に臨む。つまり、第2対向面20fは、大径部8aに設けられた第1対向面8bと同一方向に臨んでいる(図2参照)。第2対向面20fは、第1対向面8b、および、軸受部材7の第1軸受部7fよりも、シャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に位置する。
軸受壁部35には、環状の第2軸受部35bが設けられている。第2軸受部35bは、第2対向面20fに、シャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)から対向する。第2軸受部35bは、挿通孔35aよりもシャフト8の径方向外側に位置する。つまり、軸受壁部35には、挿通孔35aが形成される。挿通孔35aには、シャフト8が挿通される。軸受壁部35のうち、挿通孔35aよりもシャフト8の径方向外側には、第2軸受部35bが設けられる。軸受壁部35は、シール壁部32の平面部32aよりも区画壁部30側に突出している。したがって、第2軸受部35bは、シール壁部32の平面部32aよりも、区画壁部30側に位置する。第2軸受部35bおよび第2対向面20fの径方向外側には、空間34が位置する。第2対向面20fと第2軸受部35bとの間には、シャフト8の軸方向に隙間が形成される。第2対向面20fと第2軸受部35bとの間に形成される隙間は、空間34に連通している。
回転部材20のフランジ部20cには、第3対向面20gが設けられている。第3対向面20gは、大径部8aに設けられた第1対向面8bと、回転部材20(飛散部20d)に設けられた第2対向面20fとの間に設けられる。第3対向面20gは、挿入孔20bから径方向に延在する環状の平面である。第3対向面20gは、シャフト8の他端側(タービンインペラ9側)に臨む。つまり、第3対向面20gは、大径部8aに設けられた第1対向面8bに対向する方向に臨む(図2参照)。換言すれば、第3対向面20gは、第1対向面8bおよび第2対向面20fと反対方向に臨んでいる。第3対向面20gの内周側は、シャフト8の段差部8dに軸方向に接触している。第3対向面20gの外周側は、軸受部材7の本体部7aの外周面よりも径方向に突出している。
軸受部材7の本体部7aには、第3軸受部7gが設けられている。第3軸受部7gは、シャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に臨む。第3軸受部7gは、本体部7aにおけるコンプレッサインペラ10側の端面である。第3軸受部7gは、第3対向面20gに、シャフト8の他端側(タービンインペラ9側)から対向する。つまり、軸受部材7の第3軸受部7gは、回転部材20の第3対向面20gと軸方向に対向する。シャフト8が挿通される本体部7a(軸受部材7)の一端面には、第3対向面20gに対向する第3軸受部7gが設けられる。本体部7aの他端面には、第1対向面8bに対向する第1軸受部7fが設けられる。
図4は、第2軸受部35bの一例を説明する図である。図4に示す矢印の方向は、シャフト8の回転方向を示している。軸受壁部35に設けられる第2軸受部35bは、シャフト8の回転方向に環状に延在している。第2軸受部35bには、パッド40(図中ハッチングで示す)が複数(ここでは4つ)設けられている。ここでは、各パッド40が、シャフト8の回転方向に均等に離隔して配されている。
シャフト8の回転方向に隣り合う2つのパッド40の間には、テーパ面41が形成されている。テーパ面41は、パッド40よりも突出高さが低い部位である。テーパ面41の突出高さは、シャフト8の回転方向の後方側から前方側に向かって、連続的に高くなる。つまり、テーパ面41のうち、シャフト8の回転方向の後端部分では、隣接するパッド40との段差が最も大きい。テーパ面41のうち、シャフト8の回転方向の前端部分は、隣接するパッド40と面一となる。
第2軸受部35bには、上側油保持部42および下側油保持部43が2つずつ設けられている。上側油保持部42および下側油保持部43は、パッド40に隣接する。上側油保持部42および下側油保持部43は、いずれもテーパ面41に形成された溝である。上側油保持部42は、挿通孔35aの中心Oよりも上方に位置する2つのパッド40に対して、シャフト8の回転方向の前方側に隣接している。したがって、上側油保持部42は、軸受壁部35のうち、挿通孔35aの中心よりも上方に形成されている。
上側油保持部42は、第2軸受部35bからシャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に窪む。上側油保持部42は、第2軸受部35b(軸受壁部35)の外周に開口している。換言すれば、上側油保持部42は、径方向外側に向けて開口している。上側油保持部42には、シャフト8の径方向内側に底部42aが設けられている。上側油保持部42は、シャフト8の軸方向および径方向のいずれにも貫通していない。
下側油保持部43は、挿通孔35aの中心Oよりも下方に位置する2つのパッド40に対して、シャフト8の回転方向の前方側に隣接している。したがって、下側油保持部43は、軸受壁部35のうち、挿通孔35aの中心Oよりも下方に形成されている。下側油保持部43は、第2軸受部35bからシャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に窪む。下側油保持部43は、挿通孔35aの内周面に開口している。換言すれば、下側油保持部43は、径方向内側に向けて開口している。下側油保持部43は、シャフト8の径方向外側に底部43aが設けられている。下側油保持部43は、シャフト8の軸方向および径方向のいずれにも貫通していない。
図3に示すように、シール壁部32の平面部32aには、導油溝32bが形成されている。導油溝32bは、延在部33から軸受壁部35まで、シャフト8の径方向に延在する溝である。導油溝32bの幅(シャフト8の回転方向の幅)は、上側油保持部42の幅(シャフト8の回転方向の幅)よりも大きい。また、導油溝32bと上側油保持部42とは、シャフト8の回転方向の位置が一部重なっている。つまり、上側油保持部42の径方向外側に、導油溝32bが位置している。導油溝32bの内径側は、軸受壁部35の第2軸受部35bまで延在している。したがって、シール壁部32に形成された導油溝32bは、第2軸受部35bに形成された上側油保持部42に連通する。
なお、導油溝32bの数は限定されない。導油溝32bは、1つの上側油保持部42に対してのみ設けてもよいし、2つの上側油保持部42それぞれに設けてもよい。さらには、下側油保持部43の径方向外側に位置する導油溝32bを設けてもよい。また、導油溝32bの深さ、幅、形状は特に限定されるものではない。例えば、導油溝32bは、径方向内側から外側まで一定の幅でもよい。導油溝32bの幅は、径方向外側ほど広くなってもよい。
また、第1軸受部7fおよび第3軸受部7gの形状も特に限定されるものではない。ここでは、第1軸受部7fおよび第3軸受部7gは、第2軸受部35bのパッド40およびテーパ面41を有するものとする。
次に、図2および図3を用いて、軸受構造Aの作用について説明する。図2に示すように、軸受部材7の本体部7aは、ピン17によって軸方向の移動が規制される。軸受部材7(本体部7a)は、大径部8aおよび回転部材20によって軸方向に挟まれている。図2中、左側のラジアル軸受面7bを潤滑した後の潤滑油の一部は、ラジアル軸受面7bから第1軸受部7f側に排出される。潤滑油は、シャフト8の回転による遠心力の作用で、第1軸受部7fの径方向内側から径方向外側に向かって排出される。潤滑油は、第1軸受部7fと第1対向面8bとの間に油膜を形成する。
図2中、右側のラジアル軸受面7bを潤滑した後の潤滑油の一部は、ラジアル軸受面7bから第3軸受部7g側に排出される。潤滑油は、シャフト8の回転による遠心力の作用で、第3軸受部7gの径方向内側から径方向外側に向かって排出される。潤滑油は、第3軸受部7gと第3対向面20gとの間に油膜を形成する。シャフト8は、図2中右側に移動すると、第1軸受部7fと第1対向面8bとの間の油膜圧力によって支持される。すなわち、第1軸受部7fは、シャフト8からスラスト荷重を受けるスラスト軸受として機能する。シャフト8は、図2中左側に移動すると、第3軸受部7gと第3対向面20gとの間の油膜圧力によって支持される。すなわち、第3軸受部7gは、シャフト8からスラスト荷重を受けるスラスト軸受として機能する。つまり、本体部7aの軸方向の両端面は、スラスト荷重を受けるスラスト軸受として機能する。
図3に示すように、第3軸受部7gと第3対向面20gとの隙間に導かれた潤滑油は、回転部材20の回転により、空間31に飛散する。空間31に飛散した潤滑油の一部は、空間31の下方からベアリングハウジング2の底部側に排出される。また、空間31に飛散した潤滑油の一部は、区画壁部30の中央孔30bと、回転部材20のフランジ部20cとの隙間から、コンプレッサインペラ10側に導かれる。
フランジ部20cよりもコンプレッサインペラ10側に導かれた潤滑油の一部は、回転部材20の回転により、空間34に飛散する。空間34に飛散した潤滑油の一部は、空間34の下方からベアリングハウジング2の底部側に排出される。空間34において、シャフト8よりも上方に飛散した潤滑油の一部は、シール壁部32の平面部32aに付着する。平面部32aに付着した潤滑油の一部は、重力により軸受壁部35に到達する。軸受壁部35に到達した潤滑油は、第2軸受部35bと第2対向面20fとの隙間に進入する。潤滑油は、第2軸受部35bと第2対向面20fとの間に油膜を形成する。シャフト8は、図2中右側に移動すると、第2軸受部35bと第2対向面20fとの間の油膜圧力によって支持される。すなわち、第2軸受部35bは、シャフト8からスラスト荷重を受けるスラスト軸受として機能する。
第2軸受部35bには、上側油保持部42が形成されている。上側油保持部42は、軸受壁部35の外周面に開口している。そのため、第2軸受部35bと第2対向面20fとの隙間に潤滑油が進入しやすい。上側油保持部42は、底部42aを備えている。上側油保持部42は、径方向に非貫通である。そのため、上側油保持部42に進入した潤滑油が、テーパ面41やパッド40に導かれやすい。また、上側油保持部42には、平面部32aに形成された導油溝32bが連通している。したがって、上側油保持部42に潤滑油が導かれやすい。
第2軸受部35bには、下側油保持部43が形成されている。下側油保持部43は、挿通孔35aに開口している。そのため、シャフト8の下方において、下側油保持部43に潤滑油が進入しやすい。下側油保持部43は、底部43aを備えている。下側油保持部43は、径方向に非貫通である。そのため、下側油保持部43に進入した潤滑油が、テーパ面41やパッド40に導かれやすい。挿通孔35a内には、シールリングsrが設けられている。シールリングsrにより、第2軸受部35bと第2対向面20fとの隙間に進入した潤滑油のコンプレッサインペラ10側への漏出が抑制される。
上記の過給機Cによれば、シャフト8がタービンインペラ9側からコンプレッサインペラ10側に移動した場合に、第1軸受部7fおよび第2軸受部35bがスラスト軸受として機能する。したがって、第1軸受部7fのみを設ける場合に比べて、スラスト容量が拡大し、軸受性能が向上する。
なお、第1軸受部7fと第1対向面8bとが軸方向に対向する面積は、第2軸受部35bと第2対向面20fとが軸方向に対向する面積と、同じでもよいし異なってもよい。また、第1対向面8bと第1軸受部7fとの隙間量と、第2対向面20fと第2軸受部35bとの隙間量との関係は、特に限定されない。
図5は、合計隙間量を説明する図である。ピン17により、軸受部材7の軸方向の移動が規制されている。ピン17の外周面と、ピン孔7cの内周面との間の隙間量は、L1とL2との合計となる。軸受部材7は、ピン17の外周面と、ピン孔7cの内周面との間の隙間量(L1+L2)の範囲内で、軸方向に移動する。また、シャフト8は、第1軸受部7fと第1対向面8bとの隙間(L3)、および、第3軸受部7gと第3対向面20gとの隙間(L4)の合計量(L3+L4)の範囲内で、軸受部材7に対して軸方向に移動する。つまり、シャフト8は、合計隙間量(L1+L2+L3+L4)の範囲内で、軸方向に移動する。
シャフト8が一端側(コンプレッサインペラ10側)に最大に移動した場合、第1対向面8bと第1軸受部7fとの隙間量(L3)は最小となる(第1最小隙間量)。また、第2軸受部35bと第2対向面20fとの隙間量(図3のL5参照)は、シャフト8の軸方向の位置によって変化する。シャフト8が一端側(コンプレッサインペラ10側)に最大に移動した場合、第2対向面20fと第2軸受部35bとの隙間量(L5)は最小となる(第2最小隙間量)。
第1最小隙間量(L3)と第2最小隙間量(L5)とが同程度であれば、第1軸受部7fおよび第2軸受部35bの双方がスラスト荷重を受ける。この場合、第1軸受部7fを径方向に拡大せずとも、スラスト容量を大きくすることができる。つまり、過給機Cの小型化を図りながらも、スラスト容量を大きくし、軸受性能を向上することができる。
第1最小隙間量(L3)と第2最小隙間量(L5)とが異なる場合には、第1軸受部7fおよび第2軸受部35bに対するスラスト荷重の作用が異なる。例えば、第1最小隙間量(L3)が第2最小隙間量(L5)よりも小さい場合には、第2軸受部35bよりも第1軸受部7fに大きなスラスト荷重が作用する。換言すれば、第2最小隙間量(L5)が、合計隙間量(L1+L2+L3+L4)よりも大きい場合には、第2軸受部35bよりも第1軸受部7fに大きなスラスト荷重が作用する。
過給機Cの長期の稼働により、シャフト8の合計隙間量(L1+L2+L3+L4)が大きくなる場合がある。合計隙間量(L1+L2+L3+L4)が大きくなると、シャフト8の軸方向の移動範囲が大きくなる。初期の状態において、第1軸受部7fのみがスラスト軸受として機能するように、第2最小隙間量(L5)が、第1最小隙間量(L3)(合計隙間量(L1+L2+L3+L4))よりも大きく設定されたとする。この場合、当初は第1軸受部7fのみがスラスト軸受として機能する。その後、シャフト8の合計隙間量(L1+L2+L3+L4)が大きくなると、第2軸受部35bが追加的にスラスト軸受として機能する。また、第2軸受部35bのみがスラスト軸受として機能するように、第1最小隙間量(L3)が、第2最小隙間量(L5)よりも大きく設定されたとする。この場合、初期の状態では、第2軸受部35bのみがスラスト軸受として機能する。第1軸受部7fが追加的にスラスト軸受として機能する。以上のように、上記の各隙間量L1〜L5の関係は、用途に応じて設計すればよい。
図6は、第1変形例を説明する図である。第1変形例では、上記実施形態の回転部材20の本体20aのうち、フランジ部20cと飛散部20dの間の外周面は、挿通孔35aの内周面よりも径方向外側に位置する。本体20aに貫通孔20hが形成されている。回転部材20の本体20aおよび貫通孔20h以外の構成は、上記実施形態と同じである。回転部材20は、軸受部材7よりもシャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に設けられる。回転部材20には、フランジ部20cおよび飛散部20dが設けられている。飛散部20dには、第2対向面20fが設けられ、フランジ部20cには、第3対向面20gが設けられている。
貫通孔20hは、本体20aを第2対向面20fから第3対向面20gまで貫通する。つまり、貫通孔20hは、第2対向面20fに一端が開口し、他端が第2対向面20fよりも第3対向面20g側(シャフト8の他端側、タービンインペラ9側)に開口している。貫通孔20hは、第3対向面20g側の開口が、第2対向面20f側の開口よりも径方向内側に位置している。貫通孔20hの延長線上(コンプレッサインペラ10側)には、第2軸受部35bが位置している。貫通孔20hは、第3軸受部7gと第3対向面20gとの隙間から、第2軸受部35bに潤滑油を流出させる。貫通孔20hにより、第2軸受部35bに十分に潤滑油が供給される。なお、貫通孔20hは、フランジ部20cに1つのみ設けてもよい。また、貫通孔20hは、フランジ部20cに、シャフト8の回転方向に複数設けてもよい。
図7は、第2変形例を説明する図である。第2変形例では、飛散部20dに貫通孔20hAが形成されている。貫通孔20hA以外の構成は、上記実施形態と同じである。回転部材20は、軸受部材7よりもシャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に設けられる。回転部材20には、フランジ部20cおよび飛散部20dが設けられている。飛散部20dには、第2対向面20fが設けられ、フランジ部20cには、第3対向面20gが設けられている。飛散部20dには、貫通孔20hAが形成されている。
貫通孔20hAは、飛散部20dを一端側から他端側まで貫通する。つまり、貫通孔20hAは、第2対向面20fに一端が開口し、他端が第2対向面20fよりも第3対向面20g側(シャフト8の他端側、タービンインペラ9側)に開口している。貫通孔20hAのうち、第3対向面20g側の開口が、第2対向面20f側の開口よりも径方向内側に位置している。貫通孔20hAの延長線上(コンプレッサインペラ10側)には、第2軸受部35bが位置している。貫通孔20hAは、フランジ部20cと飛散部20dの間の空間から、第2軸受部35bに潤滑油を流出させる。貫通孔20hAにより、第2軸受部35bに十分に潤滑油が供給される。なお、貫通孔20hAは、飛散部20dに1つのみ設けてもよい。また、貫通孔20hAは、飛散部20dに、シャフト8の回転方向に複数設けてもよい。
図8Aは、第3変形例を説明する図である。図8Bは、第4変形例を説明する図である。第3変形例および第4変形例では、第2軸受部35bの平面形状が上記実施形態と異なる。図8Aに示す第3変形例の第2軸受部35bには、上側油保持部42および下側油保持部43に代えて、油保持部44が設けられている。油保持部44は、いずれもテーパ面41に形成された溝である。油保持部44は、各パッド40に対して、シャフト8の回転方向の前方側に隣接している。ここでは、4つの油保持部44が、シャフト8の回転方向に均等に離隔して設けられている。
油保持部44は、第2軸受部35bからシャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に窪む。油保持部44のうち、シャフト8の径方向外側が、第2軸受部35b(軸受壁部35)の外周に開口している。換言すれば、油保持部44は、径方向外側に向けて開口している。また、油保持部44のうち、シャフト8の径方向内側が、挿通孔35aに開口している。換言すれば、油保持部44は、径方向内側に向けて開口している。したがって、油保持部44は、第2軸受部35bにおいて、径方向に貫通している。
図8Bに示す第4変形例の第2軸受部35bには、パッド45(図中ハッチングで示す)およびテーパ面46が設けられている。また、第4変形例の第2軸受部35bにも、第3変形例の油保持部44が形成されている。パッド45は、第2軸受部35bの外周縁の近傍に設けられている。パッド45は、第2軸受部35bの全周に亘って延在している。パッド45の径方向内側には、テーパ面46が設けられている。テーパ面46は、パッド45よりも突出高さが低い部位である。テーパ面46は、第2軸受部35bの全周に亘って延在している。テーパ面46の突出高さは、シャフト8の径方向内側から外側に向かって連続的に高くなる。つまり、テーパ面46のうち、シャフト8の径方向内側の端部では、パッド45との段差が最も大きい。テーパ面46のうち、シャフト8の径方向外側の端部は、パッド45と面一となる。油保持部44は、パッド45の外周縁から、テーパ面46の内周縁まで径方向に延在している。上記の第3変形例および第4変形例の第2軸受部35bによっても、上記実施形態と同様の作用効果が実現される。
図9は、第5変形例を説明する図である。第5変形例では、上記実施形態のシール部材Sに代えて、シール部材SSが設けられている。ここでは、上記実施形態と同じ構成については、上記と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。シール部材SSは、ディフレクタ50を備える。ディフレクタ50は、上記実施形態のシール部材Sのうち、区画壁部30と形状が近似している(図3参照)。ディフレクタ50は、一方の平面を当接面2eに当接させている。ディフレクタ50は、径方向外側の一部がボルトにより当接面2eに固定されている。ただし、ディフレクタ50は、圧入や接着剤等、他の方法で開口部2dに取り付けられてもよい。ディフレクタ50のうち、当接面2eに対向する平面には、傾斜面50aが設けられている。傾斜面50aは、外径側から内径側に向かうほど、シャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に位置する。
ディフレクタ50のうち、傾斜面50aよりも内径側には、軸受壁部51が設けられている。軸受壁部51には、挿通孔51aが形成されている。挿通孔51aは、軸受壁部51をシャフト8の軸方向に貫通する。挿通孔51aには、シャフト8および回転部材20が挿通されている。
なお、第5変形例では、回転部材20の本体20aが、シャフト8の軸方向に2つに分割されている。本体20aは、フランジ部20cが設けられた部材と、飛散部20dが設けられた部材とに2分割されている。軸受壁部51は、フランジ部20cよりもシャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に位置している。軸受壁部51は、フランジ部20cの外周面よりも、シャフト8の径方向内側まで延在している。したがって、軸受壁部51は、フランジ部20cに対して、シャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)から軸方向に対向する。
第5変形例では、回転部材20のフランジ部20cに、第2対向面20fが設けられている。第2対向面20fは、本体20aの外周面から径方向に延在する環状の平面である。第2対向面20fは、シャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)に臨む。
軸受壁部51には、環状の第2軸受部51bが設けられている。第2軸受部51bは、第2対向面20fに、シャフト8の一端側(コンプレッサインペラ10側)から対向する部位である。第2軸受部51bは、挿通孔51aよりもシャフト8の径方向外側に位置する。つまり、軸受壁部51には、シャフト8が挿通される挿通孔51aが形成される。軸受壁部51には、挿通孔51aよりもシャフト8の径方向外側に第2軸受部51bが設けられる。第2軸受部51bの平面形状は、第2軸受部35bと同じである(図4参照)。第2軸受部51bおよび第2対向面20fの径方向外側には、空間31が位置する。第2対向面20fと第2軸受部51bとの間には、シャフト8の軸方向に隙間が形成される。第2対向面20fと第2軸受部51bとの間に形成される隙間は、空間31に連通している。
なお、回転部材20のフランジ部20cには、第3対向面20gが設けられている。第3対向面20gは、シャフト8の他端側(タービンインペラ9側)に臨む。つまり、第3対向面20gは、第2対向面20fと反対方向に臨んでいる。第3対向面20gは、軸受部材7に設けられた第3軸受部7gに軸方向に対向する。
また、シール部材SSは、シールプレート52を備えている。シールプレート52は、上記のシール壁部32、延在部33および軸受壁部35が一体に形成されたものである。シールプレート52は、開口部2dに圧入により取り付けられる。ただし、シールプレート52は、ボルト等の取り付け部材や接着剤等、他の方法で開口部2dに取り付けられてもよい。軸受壁部51とシールプレート52との間には、空間34が形成される。シールプレート52の中心側は、飛散部20dの外周面よりも径方向内側に突出している。
シールプレート52には、シール収容孔52aが形成されている。シール収容孔52aは、シールプレート52をシャフト8の軸方向に貫通する。シール収容孔52aには、シャフト8および回転部材20が挿通されている。回転部材20の本体20aに形成された2つのシール溝20eは、シール収容孔52a内に位置している。2つのシール溝20eには、環状のシールリングsrがそれぞれ設けられている。
第5変形例では、第3軸受部7gと第3対向面20gとの隙間に導かれた潤滑油は、回転部材20の回転により、空間31に飛散する。空間31に飛散した潤滑油の一部は、空間31の下方からベアリングハウジング2の底部側に排出される。また、空間31に飛散した潤滑油の一部は、ディフレクタ50に付着する。ディフレクタ50に付着した潤滑油の一部は、重力により軸受壁部51に到達する。軸受壁部51に到達した潤滑油は、第2軸受部51bと第2対向面20fとの隙間に進入する。潤滑油は、第2軸受部51bと第2対向面20fとの間に油膜を形成する。シャフト8は、図9中右側に移動すると、第2軸受部51bと第2対向面20fとの間の油膜圧力によって支持される。すなわち、第2軸受部51bは、シャフト8からスラスト荷重を受けるスラスト軸受として機能する。
第2軸受部51bと第2対向面20fとの隙間に進入した潤滑油の一部は、飛散部20d側に排出される。飛散部20d側に排出された潤滑油は、回転部材20の回転により、空間34に飛散する。空間34に飛散した潤滑油は、空間34の下方からベアリングハウジング2の底部側に排出される。
第5変形例では、第2軸受部51bが、上記実施形態の第2軸受部35bよりも、シールリングsrから離隔している。第2軸受部51bをスラスト軸受として機能させるためには、第2軸受部51bへの潤滑油の供給が必須である。潤滑油の供給が要求される第2軸受部51bが、シールリングsrから離隔して配されるので、上記実施形態に比べて、コンプレッサインペラ10側への潤滑油の漏出抑制効果が高い。
また、第5変形例において、飛散部20dに、第1変形例の貫通孔20hが設けられる。貫通孔20hにより、第2軸受部51bに十分な潤滑油が供給される。第2軸受部51bに供給される潤滑油が増加しても、コンプレッサインペラ10側に潤滑油が漏出しにくい。第5変形例において、貫通孔20hは必須の構成ではない。飛散部20dに貫通孔20hが設けられずともよい。なお、第5変形例では、回転部材20の組み付け工程上、ディフレクタ50とシールプレート52とを分離させる必要がある。したがって、上記実施形態では、第5変形例に比べて、部品点数を削減することができるといった利点がある。
以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示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技術的範囲に属するものと了解される。
上記実施形態および各変形例では、軸受部材7にラジアル軸受面7bおよび第1軸受部7f、第3軸受部7gが設けられている。つまり、軸受部材7は、ラジアル荷重とスラスト荷重とを1つの部材で受ける。ただし、第1軸受部7fまたは第3軸受部7gが設けられる部材と、ラジアル軸受面7bが設けられる部材とを別部材としてもよい。
また、上記実施形態および各変形例では、過給機Cに軸受構造Aが設けられる場合について説明した。しかし、軸受構造Aは、過給機Cに限らず、種々の回転機械に適用可能である。スラスト荷重が作用する方向が一方向のみの回転機械では、上記の第3軸受部7gは必須の構成ではない。
また、上記実施形態および各変形例では、シャフト8に取り付けられた回転部材20に第2対向面20fおよび第3対向面20gが設けられている。しかし、第2対向面20fおよび第3対向面20gのいずれか一方または双方は、シャフト8を加工することで、シャフト8に一体に形成されてもよい。
また、上記実施形態および各変形例では、シャフト8の大径部8aに第1対向面8bが設けられている。しかし、シャフト8のうち、軸受部材7よりも他端側(タービンインペラ9側)に、シャフト8と別体の部材を取り付けてもよい。シャフト8と別体の部材に、第1対向面8bが形成されてもよい。
2:ベアリングハウジング(ハウジング) 2b:取り付け孔 7:軸受部材 7c:ピン孔 7f:第1軸受部 7g:第3軸受部 8:シャフト 8b:第1対向面 17:ピン 20:回転部材(シャフトに取り付けられた部材) 20f:第2対向面 20g:第3対向面 20h、20hA:貫通孔 35、51:軸受壁部 35a、51a:挿通孔 35b、51b:第2軸受部 42:上側油保持部 43:下側油保持部 A:軸受構造 C:過給機

Claims (7)

  1. 軸受孔が形成されたハウジングと、
    前記軸受孔に挿通されたシャフトと、
    前記シャフトの一端側に設けられたインペラと、
    前記軸受孔と前記インペラとの間に配され、前記インペラの背面に対向するシール壁部と、前記シール壁部よりも径方向内側に位置する軸受壁部と、前記軸受壁部に形成され、前記シャフトが挿通される挿通孔と、を有するシール部材と、
    前記シャフトまたは前記シャフトに取り付けられた部材に設けられた第1対向面と、
    前記第1対向面に前記シャフトの一端側から対向する第1軸受部と、
    前記シャフトまたは前記シャフトに取り付けられた部材に設けられ、前記第1対向面および前記第1軸受部よりも前記シャフトの一端側であって、前記軸受孔と前記軸受壁部との間に位置する第2対向面と、
    前記軸受壁部に設けられ、前記第2対向面に前記シャフトの一端側から対向する第2軸受部と、
    前記第2対向面の径方向外側に設けられた空間と、
    を備える過給機
  2. 前記シャフトが一端側に最大に移動した場合の前記第1対向面と前記第1軸受部との隙間量である第1最小隙間量は、前記シャフトが一端側に最大に移動した場合の前記第2対向面と前記第2軸受部との隙間量である第2最小隙間量と異なる請求項1に記載の過給機
  3. 前記軸受壁部のうち前記挿通孔の中心よりも上方に形成され、前記第2軸受部から前記シャフトの一端側に窪み、前記軸受壁部の外周に開口する上側油保持部を備える請求項1または2に記載の過給機
  4. 前記軸受壁部のうち前記挿通孔の中心よりも下方に形成され、前記第2軸受部から前記シャフトの一端側に窪み、前記挿通孔の内周面に開口する下側油保持部を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の過給機
  5. 前記シャフトのうち、前記第1対向面と前記第2対向面との間に設けられた第3対向面と、
    前記シャフトが挿通され、前記第3対向面に対向する第3軸受部が一端面に設けられ、他端面に前記第1軸受部が設けられ、前記軸受孔に設けられた軸受部材と、
    を備える請求項1から4のいずれか1項に記載の過給機
  6. 前記ハウジングに形成された取り付け孔と、
    前記軸受部材に形成され、前記取り付け孔に対して前記シャフトの径方向に対向するピン孔と、
    前記取り付け孔に固定され、先端側が前記ピン孔に挿入されるピンと、
    を備える請求項5に記載の過給機
  7. 前記軸受部材よりも前記シャフトの一端側に取り付けられ、前記第2対向面が形成された回転部材と、
    前記回転部材に形成され、前記第2対向面に一端が開口し、他端が前記第2対向面よりも前記シャフトの他端側に開口する貫通孔と、
    を備える請求項5または6に記載の過給機。
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