JP6704107B2 - スラストカラーおよびスラスト軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、スラストカラーおよびそれを備えたスラスト軸受装置に関する。

従来、高速で回転する回転軸を備える過給機等の回転機械は、回転軸の軸方向の荷重を支持するスラスト軸受を備えている。スラスト軸受は、軸方向のスラスト力を受けながら回転軸と一体に回転するスラストディスクと、このスラストディスクに対向して配置された固定側ディスクとを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１のスラスト軸受は、固定側ディスクを平坦面とし、スラストディスクの軸受面に潤滑油が供給される給油溝を設けたものである。特許文献１のスラスト軸受の軸受面には、平坦面が形成されたランド部と、給油溝からランド部へ向けて徐々に浅くなるテーパ部とが設けられている。

特開２０１３−１１３４１２号公報

特許文献１等に開示されるスラスト軸受において、潤滑油を給油溝に供給する潤滑油ポンプが一時的な停電等により停止した場合、給油溝への潤滑油の供給が停止してしまう。この場合、スラストディスクと固定側ディスクとの間に十分な量の潤滑油による油膜が保持されていないと、高速回転するスラストディスクと固定側ディスクとの摩擦により発生する摩擦熱によって焼き付き等の不具合が発生してしまう。特に、スラストディスクの外周側は、回転軸回りの周方向の移動速度が内周側よりも高くなるため、摩擦熱が発生し易い。
特許文献１のスラスト軸受は、給油溝が半径方向外向きに断面積を狭める形状となっている。そのため、外周側に十分な量の潤滑油が保持されず、各種の不具合が発生し易い。各種の不具合とは、例えば、ディスク同士の摩擦により発生する摩擦熱による焼き付きである。また、例えば、金属製のディスク同士の直接接触による焼き付きである。また、例えば、ディスク同士の接触によりディスクが摩耗することによる軸受寿命の劣化である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、潤滑油の供給が一時的に停止した場合であっても、高速に回転するスラストカラーとそれを支持する軸受部との間に十分な量の潤滑油が保持されないことにより発生する各種の不具合を低減させることを可能としたスラストカラーおよびそれを備えたスラスト軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の第１態様のスラストカラーは、軸線に沿って延びる回転軸と一体に回転方向に回転し、軸受部の支持面に隣接して配置される円環状であり、前記支持面と対向する対向面に形成されるとともに前記軸線の軸線方向に直交する径方向に延びる複数の給油溝と、前記給油溝の内周側端部に設けられるとともに潤滑油を該給油溝へ供給する供給部と、前記給油溝の外周側端部に設けられるとともに該外周側端部からの前記潤滑油の漏出を抑制する壁部と、を有し、前記給油溝が、前記内周側端部から前記外周側端部へ向けて断面積が漸次大きくなるように形成されている。

本発明の第１態様のスラストカラーによれば、径方向に延びる複数の給油溝の内周側端部に供給部から潤滑油が供給される。給油溝の内周側端部に供給された潤滑油は、回転軸の回転による遠心力の作用により給油溝に沿って外周側端部へ向けて移動する。外周側端部には潤滑油の漏出を抑制する壁部が設けられているため、外周側端部へ移動した潤滑油の適量がスラストカラーの対向面と軸受部の支持面との間に保持される。

また、内周側端部から外周側端部へ向けて断面積が漸次大きくなるように給油溝が形成されているため、スラストカラーの対向面の外周側に十分な量の潤滑油が保持される。そのため、潤滑油の供給が一時的に停止した場合であっても、高速に回転するスラストカラーとそれを支持する軸受部との間に発生する摩擦熱を低減させることができる。

本発明の第１態様のスラストカラーにおいては、前記給油溝が、前記径方向の各位置における前記軸線回りの周方向の流路幅を一定とし、前記径方向の内周側から外周側へ向けて流路深さが漸次深くなる形状となっていてもよい。
給油溝の周方向の流路幅を一定とすることにより、給油溝以外の領域を狭めることなくスラストカラーの対向面と軸受部の支持面との接触面積を十分に確保することができる。また、給油溝の流路深さを径方向の内周側から外周側へ向けて漸次深くすることにより、スラストカラーの対向面の外周側に十分な量の潤滑油が保持される。

本発明の第１態様のスラストカラーにおいては、前記給油溝が、前記径方向の各位置における流路深さを一定とし、前記径方向の内周側から外周側へ向けて前記軸線回りの周方向の流路幅が漸次広くなる形状となっていてもよい。
給油溝の径方向の各位置における流路深さを一定とすることにより、スラストカラーへの給油溝の形成を比較的容易に行うことができる。また、給油溝の周方向の流路幅を径方向の内周側から外周側へ向けて漸次広くすることにより、スラストカラーの対向面の外周側の給油溝に十分な量の潤滑油が保持される。

本発明の第２態様のスラストカラーは、軸線に沿って延びる回転軸と一体に回転方向に回転し、軸受部の支持面に隣接して配置される円環状であり、前記支持面と対向する対向面に形成されるとともに前記軸線の軸線方向に直交する径方向に延びる複数の給油溝と、前記給油溝の内周側端部に設けられるとともに潤滑油を該給油溝へ供給する供給部と、前記給油溝の外周側端部に設けられるとともに該外周側端部からの前記潤滑油の漏出を抑制する壁部と、前記回転方向の前側に前記給油溝に隣接して配置されるとともに前記径方向に延びる平坦面を形成するランド部と、前記給油溝から前記ランド部へ向けた傾斜面を形成するテーパ部と、を有し、前記ランド部の前記軸線回りの周方向の長さに対する前記テーパ部の前記周方向の長さを、前記径方向の内周側から外周側へ向けて漸次長くしたものである。

本発明の第２態様のスラストカラーによれば、径方向に延びる複数の給油溝の内周側端部に供給部から潤滑油が供給される。給油溝の内周側端部に供給された潤滑油は、回転軸の回転による遠心力の作用により給油溝に沿って外周側端部へ向けて移動する。外周側端部には潤滑油の漏出を抑制する壁部が設けられているため、外周側端部へ移動した潤滑油の適量がスラストカラーの対向面と軸受部の支持面との間に保持される。

また、ランド部の周方向の長さに対するテーパ部の周方向の長さを、径方向の内周側から外周側へ向けて漸次長くしている。そのため、ランド部よりも多くの潤滑油を保持可能なテーパ部の周方向の長さの比率が、内周側から外周側へ向けて漸次高くなる。これにより、スラストカラーの対向面の外周側におけるテーパ部の領域が広くなり、スラストカラーの対向面の外周側に十分な量の潤滑油が保持される。

本発明の第３態様のスラストカラーは、軸線に沿って延びる回転軸と一体に回転方向に回転し、軸受部の支持面に隣接して配置される円環状であり、前記支持面と対向する対向面に形成されるとともに前記軸線の軸線方向に直交する径方向に延びる複数の給油溝と、前記給油溝の内周側端部に設けられるとともに潤滑油を該給油溝へ供給する供給部と、前記給油溝の外周側端部に設けられるとともに該外周側端部からの前記潤滑油の漏出を抑制する壁部と、前記回転方向の前側に前記給油溝に隣接して配置されるとともに前記径方向に延びる平坦面を形成するランド部と、前記給油溝から前記ランド部へ向けた傾斜面を形成するテーパ部と、を有し、前記テーパ部が、前記給油溝に連結されるとともに前記軸線に直交する平面に対する前記給油溝から前記ランド部へ向けた傾斜角度が一定の第１傾斜面が形成された第１テーパ部と、前記第１傾斜面と前記ランド部とを連結するとともに前記軸線に直交する平面に対する前記給油溝から前記ランド部へ向けた傾斜角度が一定の第２傾斜面が形成された第２テーパ部と、を有し、前記軸線に直交する平面に対する前記第１傾斜面の傾斜角度よりも前記第２傾斜面の傾斜角度が大きい。

本発明の第３態様のスラストカラーによれば、径方向に延びる複数の給油溝の内周側端部に供給部から潤滑油が供給される。給油溝の内周側端部に供給された潤滑油は、回転軸の回転による遠心力の作用により給油溝に沿って外周側端部へ向けて移動する。外周側端部には潤滑油の漏出を抑制する壁部が設けられているため、外周側端部へ移動した潤滑油の適量がスラストカラーの対向面と軸受部の支持面との間に保持される。

また、給油溝に連結される第１テーパ部の第１傾斜面の傾斜角度よりも第１傾斜面とランド部とを連結する第２テーパ部の第２傾斜面の傾斜角度を大きくしている。そのため、給油溝からランド部へ一定の勾配の傾斜面を形成する場合に比べ、傾斜面が凹んだ形状となり、スラストカラーの対向面に十分な量の潤滑油が保持される。

本発明の一態様のスラスト軸受装置は、軸線に沿って延びる回転軸と一体に回転方向に回転する円環状のスラストカラーと、該スラストカラーに隣接して配置されるとともに該スラストカラーを支持する支持面が形成された軸受部と、を備え、前記スラストカラーが、前記支持面と対向する対向面に形成されるとともに前記軸線の軸線方向に直交する径方向に延びる複数の給油溝と、前記給油溝の内周側端部に設けられるとともに潤滑油を該給油溝へ供給する供給部と、前記給油溝の外周側端部に設けられるとともに該外周側端部からの前記潤滑油の漏出を抑制する第１壁部と、を有し、前記軸受部が、前記第１壁部の外周側に隣接して配置されるとともに前記支持面から突出するように前記軸線回りの周方向に壁状に形成され、前記支持面と前記第１壁部との間から排出される前記潤滑油の漏出を抑制する第２壁部を有する。

本発明の一態様のスラスト軸受装置によれば、径方向に延びるスラストカラーの給油溝の内周側端部に供給部から潤滑油が供給される。給油溝の内周側端部に供給された潤滑油は、回転軸の回転による遠心力の作用により給油溝に沿って外周側端部へ向けて移動する。外周側端部には潤滑油の漏出を抑制する第１壁部が設けられているため、外周側端部へ移動した潤滑油の適量がスラストカラーの対向面と軸受部の支持面との間に保持される。

また、軸受部が、第１壁部の外周側に隣接して配置される第２壁部を有しているため、支持面と第１壁部との間から排出される潤滑油の漏出が抑制され、潤滑油の適量がスラストカラーの対向面と軸受部の支持面との間に保持される。

本発明によれば、潤滑油の供給が一時的に停止した場合であっても、高速に回転するスラストカラーとそれを支持する軸受部との間に発生する摩擦熱を低減させることを可能としたスラストカラーおよびそれを備えたスラスト軸受装置を提供することができる。

第１実施形態の過給機を示す部分縦断面図である。 図１に示すスラストカラーを遠心圧縮機側からみた側面図である。 図２に示すスラストカラーのI−I矢視断面図である。 図２のＢ部分を示すスラストカラーの部分拡大図である。 図４に示すスラストカラーのII―II矢視断面図である。 図１に示す軸受部をタービン側からみた側面図である。 図６に示す軸受部のIII−III矢視断面図である。 図１のＡ部分を示すスラスト軸受装置の部分縦断面図である。 第２実施形態のスラスト軸受装置が備えるスラストカラーの部分拡大図である。 第２実施形態のスラスト軸受装置の部分縦断面図である。 第３実施形態のスラスト軸受装置が備えるスラストカラーの部分拡大図である。 第４実施形態のスラスト軸受装置が備えるスラストカラーの周方向に沿った断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の過給機１００について図面を参照して説明する。
本実施形態の過給機１００は、船舶に用いられる舶用ディーゼル機関（内燃機関）に供給する気体（例えば、空気）を一定圧力（例えば、大気圧）以上に高めて、舶用ディーゼル機関の燃焼効率を高める装置である。

図１に示すように、本実施形態の過給機（回転機械）１００は、スラストカラー２０と軸受部３０を有するスラスト軸受装置１０と、軸線Ｘに沿って延びるロータ軸（回転軸）４０と、ロータ軸４０の一端に連結された遠心圧縮機５０と、ロータ軸４０の他端に連結されたタービン６０と、ジャーナル軸受装置７０と、を備える。
なお、図１においては、遠心圧縮機５０を収容するケーシングや、タービン６０を収容するケーシング等についての図示を省略している。

遠心圧縮機５０は、過給機１００の外部から流入する気体を羽根車５１により圧縮し、舶用ディーゼル機関を構成するシリンダライナ（図示略）の内部と連通する掃気トランク（図示略）に圧縮した気体（以下、圧縮気体という。）を供給する装置である。

タービン６０は、舶用ディーゼル機関から排出される排ガスによりタービン翼６１を軸線Ｘ回りに回転させ、その回転力をロータ軸４０に伝達する装置である。タービン６０により回転力を与えられたロータ軸４０は軸線Ｘ回りに回転する。ロータ軸４０の端部に連結された遠心圧縮機５０の羽根車５１は、ロータ軸４０とともに軸線Ｘ回りに回転し、舶用ディーゼル機関に圧縮気体を供給する。

舶用ディーゼル機関から排出される排ガスは、図１に矢印で示すように、タービン６０から遠心圧縮機５０へ向けた方向に沿ってタービン６０へ流入する。タービン６０に流入する排ガスにより、タービン６０には軸線Ｘに沿って遠心圧縮機５０へ向けた方向のスラスト力が与えられる。この遠心圧縮機５０へ向けたスラスト力は、タービン６０に連結されたロータ軸４０に伝達される。

スラスト軸受装置１０は、ロータ軸４０を支持する装置である。スラスト軸受装置１０は、軸線Ｘの軸線方向に沿って遠心圧縮機５０へ向けてロータ軸４０に作用するスラスト力に対する反力を発生させ、ロータ軸４０の軸線方向の位置を一定の位置に保持する。

ジャーナル軸受装置７０は、ロータ軸４０を支持する装置である。ジャーナル軸受装置７０は、軸線Ｘの軸線方向に直交する径方向に沿ってロータ軸４０に作用する力に対する反力を発生させ、ロータ軸４０を軸線Ｘ上に保持する。

本実施形態の過給機１００と舶用ディーゼル機関を備える船舶は、スラスト軸受装置１０等に潤滑油を循環させる潤滑油循環系統（図示略）を備えている。潤滑油循環系統は、電力により潤滑油を圧送する動力を発生させる潤滑油ポンプを有している。本実施形態の船舶においては、舶用ディーゼル機関の急停止等により潤滑油ポンプに供給される電力が遮断され、潤滑油ポンプによる潤滑油の圧送が急停止してしまう場合がある。
本実施形態のスラスト軸受装置１０は、潤滑油ポンプによる潤滑油の圧送が急停止してしまう場合であっても、高速に回転するスラストカラー２０とそれを支持する軸受部との間に発生する摩擦熱によって焼き付き等の不具合が発生することを抑制するものである。

以下、本実施形態のスラスト軸受装置１０について、詳細に説明する。
図１に示すように、スラスト軸受装置１０は、遠心圧縮機５０へ向けた軸線方向のスラスト力が作用するロータ軸４０と一体に回転方向Ｒｄ（図２参照）に回転する円環状のスラストカラー２０と、スラストカラー２０の遠心圧縮機５０側に隣接して配置される軸受部３０と、を備える。軸受部３０は、過給機１００に固定された状態で設置されている。

スラストカラー２０は、図２（図１に示すスラストカラー２０を遠心圧縮機５０側からみた側面図）および図３（図２に示すスラストカラー２０のI−I矢視断面図）に示すように、軸受部３０の支持面３０ａと対向する対向面２０ａに、給油溝２１と、供給溝２２（供給部）と、外周壁２３（第１壁部）と、ランド部２４と、テーパ部２５とが形成された円環状の部材である。
スラストカラー２０の材料としては、例えば、焼き入れ処理を行ったＳＣＭ４１５等のクロムモリブデン鋼を用いることができる。

図２に示すように、スラストカラー２０に設けられる対向面２０ａには、給油溝２１，テーパ部２５，ランド部２４を一組とした複数組（図２に示す例では４５°間隔で８組）が、軸線Ｘ回りの周方向に沿って連続的に配置されている。各組においては、給油溝２１，テーパ部２５，ランド部２４が、ロータ軸４０の回転方向Ｒｄの前側から後側へ向けた軸線Ｘ回りの周方向に沿って、給油溝２１，テーパ部２５，ランド部２４の順に配置されている。給油溝２１，テーパ部２５，ランド部２４の順に配置しているのは、スラストカラー２０の回転方向Ｒｄへの回転に伴って、給油溝２１に供給された潤滑油が、テーパ部２５において、給油溝２１からランド部２４へ向けて導かれるようにするためである。

給油溝２１は、軸線Ｘの軸線方向に直交する径方向に延びるように形成されており、スラストカラー２０の対向面２０ａの８箇所に放射状に形成されている。
図３に示すように、給油溝２１は、軸線Ｘに直交する径方向の内周側端部から外周側端部へ向けて軸線Ｘと平行な方向の流路深さＤｐが一定の勾配で漸次深くなるように形成されている。

図４（図２のＢ部分を示すスラストカラー２０の部分拡大図）に示すように、給油溝２１は、径方向の各位置における周方向の流路幅Ｗを一定とした形状となっている。給油溝２１は、流路幅Ｗが一定である一方で内周側端部から外周側端部へ向けて流路深さＤｐが漸次深くなるように形成されている。そのため、給油溝２１は、内周側端部から外周側端部へ向けて断面積が漸次大きくなる形状となっている。

供給溝２２は、軸線Ｘ回りの周方向に沿って無端状に形成される溝であり、複数の給油溝２１の内周側端部のそれぞれに連結されている。後述するように、供給溝２２には、軸受部３０から潤滑油が供給されるようになっている。給油溝２１の内周側端部に設けられた供給溝２２は、軸受部３０から供給された潤滑油を複数の給油溝２１の内周側端部のそれぞれへ供給する。

外周壁２３は、スラストカラー２０の対向面２０ａの外周側端部に設けられるとともに外周側端部からの潤滑油の漏出を抑制する部材である。外周壁２３は、スラストカラー２０の対向面２０ａにおいて、軸線Ｘ回りの周方向の全周に渡って無端状に形成されている。

ランド部２４は、図５（図４に示すスラストカラーのII−II矢視断面図）に示すように、回転方向Ｒｄの前側に給油溝２１に隣接して配置されるとともに径方向に延びる平坦面２４ａを形成するものである。

テーパ部２５は、図５に示すように、給油溝２１からランド部２４へ向けた傾斜面２５ａを形成するものである。図５に示すように、軸線Ｘに直交する平面（ランド部２４の平坦面２４ａと平行な平面）に対する傾斜面２５ａの傾斜角度θは、給油溝２１からランド部２４へ向けた周方向の各位置で一定となっている。

図４に示すように、ランド部２４の周方向の長さＬ１に対するテーパ部２５の周方向の長さＬ２は、径方向の各位置で一定となっている。すなわち、図４に示すランド部２４およびテーパ部２５は、径方向の位置に拘わらずＬ２／Ｌ１の値が一定となっている。本実施形態のスラストカラー２０は、図４に示す軸線Ｘからの距離がＲ１となる径方向の位置におけるＬ２／Ｌ１の値と、距離がＲ２となる径方向の位置におけるＬ２／Ｌ１の値とが一致する。
このようにすることで、平坦面２４ａの領域に対するテーパ部２５の領域の比率を径方向の位置にかかわらず一定とし、スラストカラー２０の対向面２０ａと軸受部３０の支持面３０ａとの接触面積を十分に確保することができる。

次に、本実施形態のスラスト軸受装置１０が備える軸受部３０について説明する。
軸受部３０は、図６（図１に示す軸受部３０をタービン側からみた側面図）および図７（図６に示す軸受部３０のIII−III矢視断面図）に示すように、スラストカラー２０の対向面２０ａを支持する支持面３０ａが形成された円環状の部材である。
軸受部３０の材料としては、例えば、対向面２０ａ部分にＣＡＣ６０３等の鉛青銅鋳物を用い、その他の部分にＳ２５Ｃ等の機械構造用炭素鋼を用いることができる。

軸受部３０の支持面３０ａには、供給溝３１と、堰（第２壁部）３２が形成されている。また、軸受部３０は、軸受部３０の外周面に形成される外周溝３３と、外周溝３３と供給溝３１とを連通させる複数の給油穴３４と、を有する。

供給溝３１は、給油穴３４から供給される潤滑油を保持するとともに対向して配置されるスラストカラー２０の供給溝２２に潤滑油を供給するものである。図６に示すように、供給溝３１は、軸線Ｘ回りに無端状に形成される溝である。

堰３２は、軸受部３０に設けられスラストカラー２０を支持する支持面３０ａから突出するように形成される壁状の部材であり、軸線Ｘ回りの周方向に無端状に形成されるものである。
図８（図１のＡ部分を示すスラスト軸受装置１０の部分縦断面図）に示すように、堰３２は、スラストカラー２０の外周壁２３の外周側に隣接して配置され、支持面３０ａと外周壁２３の間から排出される潤滑油の漏出を抑制するものである。

外周溝３３は、軸受部３０の外周面に、軸線Ｘ回りの周方向に沿って無端状に形成される溝である。外周溝３３には、潤滑油ポンプ（図示略）により圧送される潤滑油が供給されるようになっている。外周溝３３に供給された潤滑油は、外周溝３３に連通した給油穴３４の外周側端部から給油穴３４へ流入する。

給油穴３４は、図６および図７に示すように、軸受部３０の内部に形成されるとともに軸線Ｘに直交する径方向に延びるように形成された穴である。給油穴３４は、軸線Ｘ回りの周方向に４５°間隔で８箇所に放射状に設けられている。なお、ここでは、給油穴３４を４５°間隔で８箇所に設けるものとしたが、６０°間隔で６箇所等、任意の間隔で設けるようにしてもよい。

給油穴３４は、外周側端部が外周溝３３に連通しているため、外周溝３３に保持された潤滑油が潤滑油ポンプによる圧送により供給される。また、給油穴３４は、内周側端部が供給溝３１に連通しているため、潤滑油ポンプによる圧送により、供給溝３１へ潤滑油を供給する。

次に、図８を参照して、本実施形態のスラスト軸受装置１０における潤滑油の循環系統について説明する。図８に示す矢印は、潤滑油が流通する流通方向を示すものである。
図８に示すように、潤滑油ポンプによる圧送により外周溝３３に供給された潤滑油は、給油穴３４の外周側端部から給油穴３４の内部へ流入し、給油穴３４の内周側端部から供給溝３１へ排出される。

供給溝３１に排出された潤滑油は、供給溝３１と対向する位置に配置されるスラストカラー２０の供給溝２２へ供給される。供給溝２２へ供給された潤滑油は、供給溝２２と連通する給油溝２１へ供給される。
給油溝２１へ供給された潤滑油は、スラストカラー２０の軸線Ｘ回りの回転による遠心力によって給油溝２１の内周側端部から外周側端部へ向けて移動する。

外周壁２３により、給油溝２１の外周側端部へ移動した潤滑油のスラストカラー２０の外部への漏出が抑制され、適量の潤滑油がスラストカラー２０の対向面２０ａと軸受部３０の支持面３０ａとの間に保持された状態となる。

これにより、潤滑油ポンプが一時的な停電等により停止した場合であっても、対向面２０ａと支持面３０ａとの間にこれらの直接接触を防止可能な適正な厚さの油膜が保持された状態となる。そのため、スラストカラー２０と軸受部３０との間に過度な摩擦熱が発生せずに、円滑に軸受部３０によるスラストカラー２０の支持が行われる。

また、スラストカラー２０の外周壁２３の外周側に隣接して堰３２が配置されているため、外周壁２３の軸受部３０側の先端部と支持面３０ａとの間から流出する潤滑油の外部への漏出が抑制される。これにより、潤滑油ポンプが一時的な停電等により停止した場合に、適量の潤滑油がスラストカラー２０の対向面２０ａと軸受部３０の支持面３０ａとの間に保持される状態を、より確実に維持することができる。
ここで、外周壁２３と堰３２との間の距離は、ロータ軸４０に振動が発生した際に、これらが接触しない距離とするのが望ましい。

なお、潤滑油ポンプが正常に稼働している場合は、潤滑油ポンプによる圧送により、堰３２と外周壁２３との間を通過した潤滑油が外部へ漏出する。外部へ漏出した潤滑油は、潤滑油系統（図示略）を経由して再び潤滑油ポンプへ導かれる。

以上説明した本実施形態のスラスト軸受装置１０が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態のスラスト軸受装置１０によれば、径方向に延びるスラストカラー２０の給油溝２１の内周側端部に供給溝２２から潤滑油が供給される。給油溝２１の内周側端部に供給された潤滑油は、ロータ軸４０の回転による遠心力の作用により給油溝２１に沿って外周側端部へ向けて移動する。外周側端部には潤滑油の漏出を抑制する外周壁２３が設けられているため、外周側端部へ移動した潤滑油の適量がスラストカラー２０の対向面２０ａと軸受部３０の支持面３０ａとの間に保持される。

また、内周側端部から外周側端部へ向けて断面積が漸次大きくなるように給油溝２１が形成されているため、スラストカラー２０の対向面の外周側に十分な量の潤滑油が保持される。そのため、潤滑油の供給が一時的に停止した場合であっても、高速に回転するスラストカラー２０とそれを支持する軸受部３０との間に発生する摩擦熱を低減させることができる。

本実施形態のスラスト軸受装置１０においては、給油溝２１が、径方向の各位置における周方向の流路幅Ｗを一定とし、径方向の内周側から外周側へ向けて流路深さＤｐが漸次深くなる形状となっている。
給油溝２１の周方向の流路幅Ｗを一定とすることにより、給油溝２１以外の領域を狭めることなくスラストカラー２０の対向面２０ａと軸受部３０の支持面３０ａとの接触面積を十分に確保することができる。また、給油溝２１の流路深さＤｐを径方向の内周側から外周側へ向けて漸次深くすることにより、スラストカラー２０の対向面２０ａの外周側に十分な量の潤滑油が保持される。

また、本実施形態のスラスト軸受装置１０においては、軸受部３０が、スラストカラー２０の外周壁２３の外周側に隣接して配置される堰３２を有している。そのため、支持面３０ａと外周壁２３との間から排出される潤滑油の漏出が抑制され、潤滑油の適量がスラストカラー２０の対向面２０ａと軸受部３０の支持面３０ａとの間に保持される。

〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態のスラスト軸受装置１０Ａについて説明する。
本実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態のスラスト軸受装置１０と同様であるものとする。

第１実施形態のスラスト軸受装置１０は、給油溝２１が、径方向の各位置における周方向の流路幅Ｗを一定とし、径方向の内周側から外周側へ向けて流路深さＤｐが漸次深くなる形状となっている。
それに対して、本実施形態のスラスト軸受装置１０Ａは、給油溝２１Ａが、径方向の各位置における流路深さＤｐを一定とし、径方向の内周側から外周側へ向けて周方向の流路幅Ｗが漸次広くなる形状となっている。

図９は、第２実施形態のスラスト軸受装置１０Ａが備えるスラストカラー２０Ａの部分拡大図である。図９は、図２と同様に、スラストカラー２０Ａを遠心圧縮機５０側からみた側面図となっている。

図９に示すように、本実施形態のスラスト軸受装置１０Ａは、給油溝２１Ａが、径方向の内周側から外周側へ向けて周方向の流路幅Ｗが漸次広くなる形状となっている。それに対して、図９に比較例として示す第１実施形態の給油溝２１は、径方向の各位置で周方向の流路幅Ｗが一定となっている。

一方、図１０に示すように、本実施形態のスラスト軸受装置１０Ａは、給油溝２１Ａが、径方向の各位置における流路深さＤｐを一定とした形状となっている。そのため、給油溝２１Ａは、内周側端部から外周側端部へ向けて断面積が漸次大きくなる形状となっている。

本実施形態のスラスト軸受装置１０Ａによれば、給油溝２１Ａの径方向の各位置における流路深さＤｐを一定とすることにより、スラストカラー２０Ａへの給油溝２１Ａの形成を比較的容易に行うことができる。また、給油溝２１Ａの周方向の流路幅Ｗを径方向の内周側から外周側へ向けて漸次広くすることにより、スラストカラー２０Ａの対向面２０ａの外周側の給油溝２１Ａに十分な量の潤滑油が保持される。

〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態のスラスト軸受装置について説明する。
本実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態のスラスト軸受装置１０と同様であるものとする。

第１実施形態のスラスト軸受装置１０は、ランド部２４の周方向の長さＬ１に対するテーパ部２５の周方向の長さＬ２を、径方向の各位置で一定とするものであった。
それに対して本実施形態のスラスト軸受装置は、ランド部２４Ａの周方向の長さＬ１に対するテーパ部２５Ａの周方向の長さＬ２を、径方向の内周側から外周側へ向けて漸次長くするものである。

図１１は、本実施形態のスラスト軸受装置が備えるスラストカラー２０Ｂの部分拡大図である。
図１１に示すように、ランド部２４Ａの周方向の長さＬ１は径方向の各位置で一定となっている。一方で、テーパ部２５Ａの周方向の長さＬ２は、径方向の内周側から外周側へ向けて漸次長くなっている。

すなわち、図１１に示すランド部２４Ａおよびテーパ部２５Ａは、径方向の内周側から外周側へ向けてＬ２／Ｌ１の値が漸次大きくなる形状となっている。本実施形態のスラストカラー２０Ｂは、図１１に示す軸線Ｘからの距離がＲ１となる径方向の位置におけるＬ２／Ｌ１の値よりも、距離がＲ２となる径方向の位置におけるＬ２／Ｌ１の値とが大きくなる。
このようにすることで、スラストカラー２０Ｂの対向面の外周側におけるテーパ部２５Ａの領域が広くなり、十分な量の潤滑油が保持される。

〔第４実施形態〕
次に本発明の第４実施形態のスラスト軸受装置について説明する。
本実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態のスラスト軸受装置１０と同様であるものとする。

第１実施形態のスラスト軸受装置１０は、テーパ部２５が、給油溝２１からランド部２４へ向けた傾斜面２５ａを形成するものであり、傾斜面２５ａの傾斜角度θを一定とするものであった。
それに対して本実施形態のスラスト軸受装置は、テーパ部２５Ｂの傾斜面の傾斜角度を２段階で異ならせるものである。

図１２は、スラストカラーの周方向に沿った断面図である。図１２に示す断面図は、第１実施形態の図４に示すスラストカラーのII−II矢視断面図と同位置の断面を示す図である。

図１２に示すように、本実施形態のスラスト軸受装置は、テーパ部２５Ｂが、給油溝２１の連結される第１傾斜面２６ａが形成された第１テーパ部２６と、第１傾斜面２６ａとランド部２４とを連結する第２傾斜面２７ａが形成された第２テーパ部２７と、を有する。
図１２に示すように、軸線Ｘに直交する平面に対する第１傾斜面２６ａの傾斜角度θ１よりも第２傾斜面２７ａの傾斜角度θ２が大きいものである。

本実施形態のスラスト軸受装置によれば、給油溝２１に連結される第１テーパ部２６の第１傾斜面２６ａの傾斜角度θ１よりも第１傾斜面２６ａとランド部２４とを連結する第２テーパ部２７の第２傾斜面２７ａの傾斜角度θ２を大きくしている。そのため、給油溝２１からランド部２４へ一定の勾配の傾斜面を形成する第１実施形態の例に比べ、傾斜面が凹んだ形状となり、スラストカラー２０Ｃの対向面に十分な量の潤滑油が保持される。

〔他の実施形態〕
第１実施形態において、給油溝２１は、軸線Ｘに直交する径方向の内周側端部から外周側端部へ向けて流路深さＤｐが一定の勾配で漸次深くなるように形成されているものとしたが、他の態様であってもよい。
例えば、径方向の内周側端部から外周側端部へ向けて流路深さＤｐが一定でない任意の勾配で漸次深くなるように形成されていてもよい。

第１実施形態において、給油溝２１は、軸線Ｘに直交する径方向の内周側端部から外周側端部へ向けて流路幅Ｗを一定としたものであったが、他の態様であってもよい。例えば、給油溝２１は、径方向の内周側端部から外周側端部へ向けて流路幅Ｗを漸次拡大する形状であってもよい。

第２実施形態において、給油溝２１Ａは、軸線Ｘに直交する径方向の内周側端部から外周側端部へ向けて流路深さＤｐを一定としたものであったが、他の態様であってもよい。例えば、給油溝２１Ａは、径方向の内周側端部から外周側端部へ向けて流路深さＤｐを漸次深くする形状であってもよい。

第４実施形態は、第１実施形態の変形例であるものとしたが、第２実施形態のスラストカラーが備えるテーパ部や、第３実施形態のスラストカラーが備えるテーパ部の形状として、第４実施形態のスラストカラーが備えるテーパ部の形状を採用してもよい。

１０，１０Ａ スラスト軸受装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ スラストカラー
２０ａ 対向面
２１，２１Ａ 給油溝
２２ 供給溝（供給部）
２３ 外周壁（第１壁部）
２４，２４Ａ ランド部
２５，２５Ａ，２５Ｂ テーパ部
２５ａ 傾斜面
２６ 第１テーパ部
２６ａ 第１傾斜面
２７ 第２テーパ部
２７ａ 第２傾斜面
３０ 軸受部
３０ａ 支持面
３１ 供給溝
３２ 堰（第２壁部）
３３ 外周溝
３４ 給油穴
４０ ロータ軸（回転軸）
５０ 遠心圧縮機
６０ タービン
７０ ジャーナル軸受装置
１００ 過給機
Ｄｐ 流路深さ
Ｒｄ 回転方向
Ｗ 流路幅
Ｘ 軸線

Claims (5)

1. 軸線に沿って延びる回転軸と一体に回転方向に回転し、軸受部の支持面に隣接して配置される円環状のスラストカラーであって、
   前記支持面と対向する対向面に形成されるとともに前記軸線の軸線方向に直交する径方向に延びる複数の給油溝と、
   前記給油溝の内周側端部に設けられるとともに潤滑油を該給油溝へ供給する供給部と、
   前記給油溝の外周側端部に設けられるとともに該外周側端部からの前記潤滑油の漏出を抑制する壁部と、を有し、
   前記給油溝が、前記径方向の各位置における前記軸線回りの周方向の流路幅を一定とし、前記径方向の内周側から外周側へ向けて流路深さが漸次深くなる形状となっているスラストカラー。
2. 軸線に沿って延びる回転軸と一体に回転方向に回転し、軸受部の支持面に隣接して配置される円環状のスラストカラーであって、
   前記支持面と対向する対向面に形成されるとともに前記軸線の軸線方向に直交する径方向に延びる複数の給油溝と、
   前記給油溝の内周側端部に設けられるとともに潤滑油を該給油溝へ供給する供給部と、
   前記給油溝の外周側端部に設けられるとともに該外周側端部からの前記潤滑油の漏出を抑制する壁部と、を有し、
   前記給油溝が、前記径方向の各位置における流路深さを一定とし、前記径方向の内周側から外周側へ向けて前記軸線回りの周方向の流路幅が漸次広くなる形状となっているスラストカラー。
3. 軸線に沿って延びる回転軸と一体に回転方向に回転し、軸受部の支持面に隣接して配置される円環状のスラストカラーであって、
   前記支持面と対向する対向面に形成されるとともに前記軸線の軸線方向に直交する径方向に延びる複数の給油溝と、
   前記給油溝の内周側端部に設けられるとともに潤滑油を該給油溝へ供給する供給部と、
   前記給油溝の外周側端部に設けられるとともに該外周側端部からの前記潤滑油の漏出を抑制する壁部と、
   前記回転方向の前側に前記給油溝に隣接して配置されるとともに前記径方向に延びる平坦面を形成するランド部と、
   前記給油溝から前記ランド部へ向けた傾斜面を形成するテーパ部と、を有し、
   前記ランド部の前記軸線回りの周方向の長さに対する前記テーパ部の前記周方向の長さを、前記径方向の内周側から外周側へ向けて漸次長くしたスラストカラー。
4. 軸線に沿って延びる回転軸と一体に回転方向に回転し、軸受部の支持面に隣接して配置される円環状のスラストカラーであって、
   前記支持面と対向する対向面に形成されるとともに前記軸線の軸線方向に直交する径方向に延びる複数の給油溝と、
   前記給油溝の内周側端部に設けられるとともに潤滑油を該給油溝へ供給する供給部と、
   前記給油溝の外周側端部に設けられるとともに該外周側端部からの前記潤滑油の漏出を抑制する壁部と、
   前記回転方向の前側に前記給油溝に隣接して配置されるとともに前記径方向に延びる平坦面を形成するランド部と、
   前記給油溝から前記ランド部へ向けた傾斜面を形成するテーパ部と、を有し、
   前記テーパ部が、
   前記給油溝に連結されるとともに前記軸線に直交する平面に対する前記給油溝から前記ランド部へ向けた傾斜角度が一定の第１傾斜面が形成された第１テーパ部と、前記第１傾斜面と前記ランド部とを連結するとともに前記軸線に直交する平面に対する前記給油溝から前記ランド部へ向けた傾斜角度が一定の第２傾斜面が形成された第２テーパ部と、を有し、
   前記軸線に直交する平面に対する前記第１傾斜面の傾斜角度よりも前記第２傾斜面の傾斜角度が大きいスラストカラー。
5. 軸線に沿って延びる回転軸と一体に回転方向に回転する円環状のスラストカラーと、
   該スラストカラーに隣接して配置されるとともに該スラストカラーを支持する支持面が形成された軸受部と、を備え、
   前記スラストカラーが、
   前記支持面と対向する対向面に形成されるとともに前記軸線の軸線方向に直交する径方向に延びる複数の給油溝と、
   前記給油溝の内周側端部に設けられるとともに潤滑油を該給油溝へ供給する供給部と、
   前記給油溝の外周側端部に設けられるとともに該外周側端部からの前記潤滑油の漏出を抑制する第１壁部と、を有し、
   前記軸受部が、
   前記第１壁部の外周側に隣接して配置されるとともに前記支持面から突出するように前記軸線回りの周方向に壁状に形成され、前記支持面と前記第１壁部との間から排出される前記潤滑油の漏出を抑制する第２壁部を有するスラスト軸受装置。

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