JP7230172B2

JP7230172B2 - ターボチャージャ

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Publication number: JP7230172B2
Application number: JP2021501216A
Authority: JP
Inventors: 隆佐藤; 卓哉荒川; 貴也二江; 洋輔段本; 暁洋杉山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2039-02-21
Also published as: WO2020170376A1; US11719124B2; JPWO2020170376A1; DE112019006674T5; CN113423963A; CN113423963B; US20220120191A1

Description

本開示は、ターボチャージャに関する。

ターボチャージャは、回転軸を回転自在に支持する軸受を備えている。例えば、転動体によって回転軸を支持する転がり軸受が知られている。

転がり軸受は、軸受自体に減衰要素がないため、軸振動が生じる虞がある。軸振動を減衰させるために、軸受支持筒の外周面とハウジングの内周面との隙間に潤滑油を流入させて油膜を形成する構成が知られている。しかし、このような構成であっても、潤滑油の流出を抑制しなければ、軸振動を減衰させる油膜を十分に保持することができない。

この点、特許文献１には、油膜を保持するために、油膜が形成される隙間空間の径方向内側に位置する軸受支持筒に相当する部材（特許文献１では「軸受ハウジング」）の外周面に凹部を設けた構成が開示されている。

特開２００６－９０４０２号公報

しかしながら、特許文献１のように、軸受支持筒の外周面に凹部を設けた構成では、凹部によって軸受支持筒の剛性を確保することが困難な場合がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、軸受支持筒の剛性を確保しつつ、油膜を保持することが可能なターボチャージャを提供することを目的とする。

（１）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、
回転軸を回転自在に支持する少なくとも一つの転動体を含む転がり軸受と、
前記転がり軸受より径方向外側に位置し、前記転がり軸受を支持する軸受支持筒と、
前記軸受支持筒より径方向外側に位置し、前記軸受支持筒の外周を覆うハウジングと、
を備え、
前記軸受支持筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間が設けられ、
前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方は、前記隙間から前記潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含み、
前記油膜保持部は、前記軸受支持筒の前記外周面に設けられた凸部、或いは、前記ハウジングの前記内周面に設けられた凹部又は前記凸部である。

上記（１）の構成によれば、軸受支持筒の外周面には凹部を設けない構成にすることが可能となり、軸受支持筒の剛性を確保することができる。また、油膜保持部によって隙間から潤滑油が流出することが抑制されるため、油膜を保持することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記ハウジングの少なくとも一部が多孔質層であり、前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面に設けられた前記多孔質層が有する複数の孔のうち、前記隙間に開口する前記孔により形成される。

上記（２）の構成によれば、隙間に開口する孔に潤滑油が溜まり、ある程度の潤滑油が隙間から流出しても、それらの孔から潤滑油が出てくる。そのため、潤滑油の保持能力が向上する。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面において互いに間隔を空けて独立して設けられた複数の窪みを含む。

上記（３）の構成によれば、ハウジングに設けられた窪みに潤滑油が溜まり、ある程度の潤滑油が隙間から流出しても、窪みから潤滑油が出てくる。そのため、潤滑油の保持能力が向上する。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記凹部は、千鳥配置された複数の前記窪みを含む。

上記（４）の構成によれば、それぞれの窪みが隔壁を有し、かつハウジングの内周面に対する凹部の開口面積が増加するため、潤滑油の保持能力が向上する。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の構成において、前記凹部は、開口面積が異なる複数の前記窪みを含む。

上記（５）の構成によれば、窪みの数密度を高くすることができる。また、それぞれの窪みが隔壁を有し、かつハウジングの内周面に対する凹部の開口面積が増加するため、潤滑油の保持能力が向上する。

（６）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、複数の前記窪みは、それぞれ六角形状の隔壁を有し、複数の前記隔壁は、全体としてハニカム状の前記隔壁をなしている。

上記（６）の構成によれば、ハニカム状の隔壁により、潤滑油が流れにくくなり、かつハウジングの内周面に対する凹部の開口面積が増加するため、潤滑油の保持能力が向上する。

（７）幾つかの実施形態では、上記（３）乃至（６）の何れか一つの構成において、前記凹部は、開口縁に沿う平面に対して平行な断面における図心同士を結ぶ図心結線が径方向に対して交差する複数の前記窪みを含み、前記図心結線は、径方向外側に向かうに連れて前記回転軸の回転方向の下流側に向かう。

上記（７）の構成によれば、窪みの断面における図心結線が径方向に対して交差する方向を有するため、潤滑油の保持能力が向上する。また、軸受支持筒の回転に連れて周方向に流れる潤滑油を、凹部に入り込ませて留めることが可能となり、潤滑油の保持能力が向上する。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか一つの構成において、前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方に前記凸部が設けられ、前記凸部は、前記隙間を径方向において部分的に狭くする。

上記（８）の構成によれば、隙間が狭い部分を潤滑油が通過する場合に、ロマキン効果が強く働き、隙間を径方向に広げようとするバネとして作用する。これにより、軸心の保持能力が向上し、軸振動を低減することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、前記少なくとも一つの転動体は、第１軸方向位置において周方向に配列される複数の第１転動体と、前記第１軸方向位置とは異なる第２軸方向位置において前記周方向に配列される複数の第２転動体と、を含み、前記油膜保持部は、前記第１軸方向位置及び前記第２軸方向位置の中間位置から前記軸方向において等距離の位置にそれぞれ設けられる一対の前記凸部を含む。

上記（９）の構成によれば、転動体が配列される第１軸方向位置及び第２軸方向位置の中間位置から軸方向において等距離の一対の凸部の位置でロマキン効果が作用する。そのため、軸方向位置によって不釣り合いが発生することを抑制することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、前記ハウジングは、前記隙間に前記潤滑油を流入させるための流入口を有し、前記少なくとも一つの転動体及び一対の前記凸部は、前記流入口を挟んで対向する軸方向位置のそれぞれに設けられ、前記凸部は、前記少なくとも一つの転動体よりも前記流入口との軸方向距離が小さい位置に設けられる。

上記（１０）の構成によれば、凸部は、転動体よりも上流側に位置するため、ロマキン効果をより強く作用させることができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、一対の前記凸部と前記中間位置との軸方向距離は、前記第１転動体及び前記第２転動体と前記中間位置との軸方向距離よりも大きい。

上記（１１）の構成によれば、一対の凸部は、それぞれ第１転動体及び第２転動体よりも中間位置から離れた位置でロマキン効果を生じさせる。そのため、軸心の保持能力が向上する。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れか一つの構成において、前記ハウジングの前記内周面に前記凹部が設けられ、前記凹部は、周方向に沿って延びる溝を含む。

上記（１２）の構成によれば、溝に潤滑油が溜まり、ある程度の潤滑油が隙間から流出しても、溝から潤滑油が出てくる。また、周方向に沿って延びる溝は、軸方向と周方向に流れる潤滑油の流速方向の軸方向成分に交差するため、流路抵抗が増加し、潤滑油の保持能力が向上する。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れか一つの構成において、前記ハウジングの前記内周面に前記凹部が設けられ、前記凹部は、格子状の溝又はヘリングボーン状の溝を含む。

上記（１３）の構成によれば、溝に潤滑油が溜まり、ある程度の潤滑油が隙間から流出しても、溝から潤滑油が出てくる。また、上記形状の溝は、軸方向と周方向に流れる潤滑油の流速方向の軸方向成分又は周方向成分に交差するため、流路抵抗が増加し、潤滑油の保持能力が向上する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、軸受支持筒の剛性を確保しつつ、油膜を保持することが可能なターボチャージャが提供される。

本発明の一実施形態に係るターボチャージャの回転軸線に沿った概略断面図である。一実施形態に係るターボチャージャの回転軸線に沿った断面において、隙間の付近を拡大した拡大断面図である。一実施形態に係るターボチャージャの回転軸線に沿った断面において、隙間の付近を拡大した拡大断面図である。一実施形態に係るターボチャージャの凹部（窪み）を隙間側から見た場合の概略図である。一実施形態に係るターボチャージャの凹部（窪み）を隙間側から見た場合の概略図である。一実施形態に係るターボチャージャの凹部（窪み）を隙間側から見た場合の概略図である。一実施形態に係るターボチャージャの凹部（窪み）を隙間側から見た場合の概略図である。一実施形態に係るターボチャージャの回転軸線に垂直な断面（軸方向位置Ａ）において、隙間の付近を拡大した拡大断面図である。一実施形態に係るターボチャージャの回転軸線に垂直な断面（軸方向位置Ｂ）において、隙間の付近を拡大した拡大断面図である。一実施形態に係るターボチャージャの回転軸線に垂直な断面（軸方向位置Ｃ）において、隙間の付近を拡大した拡大断面図である。図心結線を説明するための図であり、一実施形態に係るターボチャージャの回転軸線に垂直な断面において、窪みを拡大した拡大断面図である。図６Ａにおける第１の図心を示す図である。図６Ａにおける第２の図心を示す図である。図６Ａにおける第３の図心を示す図である。一実施形態に係るターボチャージャの凹部（窪み）を隙間側から見た場合の斜視図である。一実施形態に係るターボチャージャの回転軸線に沿った断面において、隙間の付近を拡大した拡大断面図である。一実施形態に係るターボチャージャの回転軸線に沿った断面において、隙間の付近を拡大した拡大断面図である。一実施形態に係るターボチャージャの凹部（溝）を隙間側から見た場合の概略図である。一実施形態に係るターボチャージャの凹部（溝）を隙間側から見た場合の概略図である。一実施形態に係るターボチャージャの凹部（溝）を隙間側から見た場合の概略図である。一実施形態に係るターボチャージャの凹部（溝）を隙間側から見た場合の斜視図である。一実施形態に係るターボチャージャの撥油性コーティングの有無による潤滑油の速度分布の変化を示す概念図である。一実施形態に係るターボチャージャの撥油性コーティングの配置を隙間側から見た場合の概略図である。

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、実施形態として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、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」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。

一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸに沿った概略断面図である。ターボチャージャ１００は、内燃機関に吸気を強制的に送り込むための過給機であれば特に限定されず、例えば、自動車用であってもよいし、舶用であってもよい。

図１に示すように、ターボチャージャ１００は、タービンロータ２と、タービンロータ２にシャフト４を介して連結されたインペラ６と、シャフト４を支持する転がり軸受８と、転がり軸受８を支持する軸受支持筒１０と、軸受支持筒１０の外周を覆うハウジング１２とを備える。

ターボチャージャ１００は、不図示のエンジンの排ガスによってタービンロータ２を回転駆動し、タービンロータ２と同軸に設けられたインペラ６の回転によって空気を圧縮してエンジンに供給するよう構成されている。

以下の説明では、タービンロータ２の軸方向を単に「軸方向」といい、タービンロータ２の径方向を単に「径方向」といい、タービンロータ２の周方向を単に「周方向」という。ターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸにより近い位置を「径方向内側」といい、ターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸからより離れた位置を「径方向外側」という。

転がり軸受８は、回転軸としてシャフト４を回転自在に支持する少なくとも一つの転動体１４を含む。図１では、転動体１４が球形状である場合を示している。しかし、転動体１４はローラ形状であってもよい。すなわち、転がり軸受８は、玉軸受であってもよいし、ころ軸受であってもよい。なお、本願において、転がり軸受８の外輪、内輪、保持器等の構成要素は図示省略している。しかし、軸受支持筒１０は、外輪を含む構成であってもよい。

少なくとも一つの転動体１４は、第１軸方向位置において周方向に配列される複数の第１転動体１４ａと、第１軸方向位置とは異なる第２軸方向位置において周方向に配列される複数の第２転動体１４ｂとを含む。軸受支持筒１０は、転がり軸受８より径方向外側に位置する。ハウジング１２は、軸受支持筒１０より径方向外側に位置する。

軸受支持筒１０の外周面とハウジング１２の内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間ｇが設けられている。隙間ｇは、軸受支持筒１０の外周面とハウジング１２の内周面との径方向の間隔に相当し、かつ周方向に沿って延在する空間である。ハウジング１２は、潤滑油を流入させるための流入口１６を有し、流入口１６から流入した潤滑油は隙間ｇにおいて油膜を形成する。

軸受支持筒１０の外周面とハウジング１２の内周面との少なくとも一方は、隙間ｇから潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含む。油膜保持部は、軸受支持筒１０の外周面に設けられた凸部３０、或いは、ハウジング１２の内周面に設けられた凹部２０又は凸部３０である。なお、凸部３０及び凹部２０の詳細については後述する。

かかる構成によれば、軸受支持筒１０の外周面には凹部２０を設けない構成にすることが可能となり、軸受支持筒１０の剛性を確保することができる。また、油膜保持部（凹部２０又は凸部３０）によって隙間ｇから潤滑油が流出することが抑制されるため、油膜を保持することができる。

なお、ハウジング１２は、軸受支持筒１０に比べて径方向の厚さが大きく設計される。そのため、ハウジング１２に凹部２０を設けた場合であっても、軸受支持筒１０の場合とは異なり、ハウジング１２の剛性を確保することができる。

図２は、一実施形態に係るターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸに沿った断面において、隙間ｇの付近を拡大した拡大断面図である。一実施形態では、図２に示すように、ハウジング１２の隙間ｇに面する部分が多孔質層１８であり、ハウジング１２の内周面に設けられた多孔質層１８が有する複数の孔のうち、隙間ｇに開口する孔により複数の凹部２０ａが形成されている。なお、図２では、ハウジング１２の内周面のうち隙間ｇに露出している部分のすべてが多孔質層１８となっている。しかし、多孔質層１８は、ハウジング１２の内周面のうち隙間ｇに露出している部分の一部であってもよい。

ここで、図２及び後述する図３、図８、図９において矢印で示すように、流入口１６から流入する潤滑油は、隙間ｇに到達し、隙間ｇにおいて軸方向に沿って流れる。潤滑油は、最終的には隙間ｇから流出する。しかし、軸振動を低減させるためには、潤滑油が隙間ｇから消失せずに油膜として保持されることが要求される。

この点、上記構成によれば、隙間ｇに開口する孔（凹部２０ａ）に潤滑油が溜まり、ある程度の潤滑油が隙間ｇから流出しても、それらの孔から潤滑油が出てくる。そのため、潤滑油の保持能力が向上する。

図３は、一実施形態に係るターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸに沿った断面において、隙間ｇの付近を拡大した拡大断面図である。図４Ａは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の凹部２０ｂ（窪み２１ａ）を隙間ｇ側から見た場合の概略図である。図４Ｂは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の凹部２０ｂ（窪み２１ｂ）を隙間ｇ側から見た場合の概略図である。図４Ｃは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の凹部２０ｂ（窪み２１ｃ、２１ｄ）を隙間ｇ側から見た場合の概略図である。図４Ｄは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の凹部２０ｂ（窪み２１ｅ）を隙間ｇ側から見た場合の概略図である。

図５Ａは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸに垂直な断面（軸方向位置Ａ）において、隙間ｇの付近を拡大した拡大断面図である。図５Ｂは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸに垂直な断面（軸方向位置Ｂ）において、隙間ｇの付近を拡大した拡大断面図である。図５Ｃは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸに垂直な断面（軸方向位置Ｃ）において、隙間ｇの付近を拡大した拡大断面図である。

幾つかの実施形態では、図３、図４Ａ～図４Ｄ、図５Ａ～図５Ｃに示すように、ハウジング１２の内周面に凹部２０ｂが設けられている。凹部２０ｂは、互いに間隔を空けて独立して設けられた複数の窪み２１を含む。

かかる構成によれば、ハウジング１２に設けられた窪み２１に潤滑油が溜まり、ある程度の潤滑油が隙間ｇから流出しても、凹部２０ｂの窪み２１から潤滑油が出てくる。そのため、潤滑油の保持能力が向上する。

幾つかの実施形態では、凹部２０ｂは、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄに示すように、ハウジング１２の内周面に千鳥配置された複数の窪み２１（２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）を含む。かかる構成によれば、それぞれの窪みが隔壁を有し、かつハウジング１２の内周面に対する凹部２０ｂの開口面積が増加するため、潤滑油の保持能力が向上する。開口面積は、隙間に面する開口の面積である。なお、凹部２０ｂは、図４Ａに示すように、周方向及び軸方向に等間隔で配置された複数の窪み２１ａを含んでいてもよい。

幾つかの実施形態では、凹部２０ｂは、図４Ｃに示すように、開口面積が異なる複数の窪み２１（２１ｃ、２１ｄ）を含んでいてもよい。図４Ｃでは、凹部２０ｂは、２パターンの開口面積を有する窪み２１ｃ、２１ｄを有している。しかし、凹部２０ｂに含まれる複数の窪み２１は、３パターン以上の開口面積を有していてもよいし、それぞれが異なる開口面積を有していてもよい。

かかる構成によれば、窪み２１の数密度を高くすることができる。また、それぞれの窪み２１が隔壁を有し、かつハウジング１２の内周面に対する凹部２０ｂの開口面積が増加するため、潤滑油の保持能力が向上する。

幾つかの実施形態では、凹部２０ｂは、図４Ｄに示すように、それぞれ六角形状の隔壁を有する複数の窪み２１（２１ｅ）を含んでいてもよい。これらの複数の窪み２１（２１ｅ）の複数の隔壁は、全体としてハニカム状の隔壁をなしている。この場合、ハニカム状の隔壁により、潤滑油が流れにくくなり、かつハウジング１２の内周面に対する凹部２０ｂの開口面積が増加するため、潤滑油の保持能力が向上する。

以下、図心結線ＡＸについて詳細に説明する。図心結線ＡＸは、窪み２１ｆの開口縁に沿う平面に対して平行な断面における窪み２１ｆの図心同士を結んだ線である。

図６Ａは、図心結線ＡＸを説明するための図であり、一実施形態に係るターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸに垂直な断面において、窪み２１ｆを拡大した拡大断面図である。図６Ｂは、図６Ａにおける第１の図心Ｃ１を示す図である。図６Ｃは、図６Ａにおける第２の図心Ｃ２を示す図である。図６Ｄは、図６Ａにおける第３の図心Ｃ３を示す図である。

図６Ａにおいて、窪み２１の開口縁に沿う断面における図心を第１の図心Ｃ１とする。また、窪み２１の開口縁に沿う平面に対して平行な２つの断面における図心を第２の図心Ｃ２、第３の図心Ｃ３とする。図６Ｂに示すように、第１の図心は、窪み２１の断面（円形状）における図心であり、図６Ｃに示すように、第２の図心Ｃ２は、窪み２１の断面（楕円形状）における図心であり、図６Ｄに示すように、窪み２１の断面（略矩形状）における図心である。

図心結線ＡＸは、少なくとも、これら３つの図心を通る結線である。すなわち、図心結線は、窪み２１において、窪み２１の開口縁に沿う平面に対して平行な複数の断面における窪み２１の断面形状の複数の図心を結ぶ線である。なお、図６Ａでは、図心結線ＡＸが直線となる場合を示しているが、図心結線ＡＸは曲線となる場合もある。

幾つかの実施形態では、凹部２０ｂは、図５Ａ～図５Ｃに示すように、図心結線ＡＸが径方向に対して交差するように窪んだ複数の窪み２１ｆを含んでいてもよい。この場合、窪み２１ｆの断面における図心結線ＡＸが径方向に対して交差する方向（交差角θ）を有するため、潤滑油の保持能力が向上する。

また、図５Ａ～図５Ｃに示すように、凹部２０ｂの窪み２１ｆの図心結線ＡＸは、径方向外側に向かうに連れて回転軸となるシャフト４の回転方向の下流側に向かう。この場合、軸受支持筒１０の回転に連れて周方向に流れる潤滑油を、凹部２０ｂに入り込ませて留めることが可能となり、潤滑油の保持能力が向上する。

なお、図５Ｂは、図５Ａの軸方向位置Ａよりも軸方向にずらした軸方向位置Ｂにおける断面を示し、図５Ｃは、図５Ｂの軸方向位置Ｂよりもさらに軸方向にずらした軸方向位置Ｃにおける断面を示している。図７は、一実施形態に係るターボチャージャ１００の凹部２０ｂ（窪み２１ｆ）を隙間ｇ側から見た場合の斜視図である。図５Ａ～図５Ｃに示す窪み２１ｆは、隙間ｇ側から見た場合には、図７に示すように、間隔を空けて互いに独立し、軸方向位置によって周方向位置が異なる。

一実施形態では、軸受支持筒１０の外周面とハウジング１２の内周面との少なくとも一方に凸部３０が設けられ、凸部３０は、隙間ｇを径方向において部分的に狭くする。図８は、一実施形態に係るターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸに沿った断面において、隙間ｇの付近を拡大した拡大断面図である。例えば、図８に示すように、軸受支持筒１０の外周面に凸部３０が設けられる。なお、凸部３０は、ハウジング１２の内周面に設けられてもよい。

かかる構成によれば、隙間ｇが狭い部分を潤滑油が通過する場合に、ロマキン効果が強く働く。ロマキン効果は、流路内において部分的に流路断面が狭くなっていると、その部分を流体が通過する際に、狭くなっている部分の流路断面をそれ以外の部分の流路断面に合わせようとする力が作用する効果である。図８において、両矢印３２で示すように、ロマキン効果は、凸部３０の位置において、隙間ｇを径方向に広げようとするバネとして作用する。これにより、軸心の保持能力が向上し、軸振動を低減することができる。

一実施形態では、図８に示すように、油膜保持部は、第１軸方向位置（位置Ｐ３）及び第２軸方向位置（位置Ｐ４）の中間位置（位置Ｐ_ｍ）から軸方向において等距離の位置（位置Ｐ１、Ｐ２）にそれぞれ設けられる一対の凸部３０を含む。例えば、図８において、位置Ｐ_ｍから位置Ｐ１までの軸方向距離Ｌ１と、位置Ｐ_ｍから位置Ｐ２までの軸方向距離Ｌ２とは同じ距離である。この場合、転動体１４が配列される第１軸方向位置及び第２軸方向位置の中間位置から軸方向において等距離の一対の凸部３０の位置でロマキン効果が作用する。そのため、軸方向位置によって不釣り合いが発生することを抑制することができる。

一実施形態では、図８に示すように、転動体１４（１４ａ、１４ｂ）及び一対の凸部３０は、流入口１６を挟んで対向する軸方向位置のそれぞれに設けられ、凸部３０は、少なくとも一つの転動体１４（１４ａ、１４ｂ）よりも流入口１６との軸方向距離が小さい位置に設けられる。例えば、図８において、流入口１６の軸方向位置（位置Ｐ_ｉｎ）から凸部３０（位置Ｐ１）までの軸方向距離Ｌ５は、流入口１６の軸方向位置（位置Ｐ_ｉｎ）から第１転動体１４ａの第１軸方向位置（位置Ｐ３）までの軸方向距離Ｌ７よりも小さい。同様に、流入口１６の軸方向位置（位置Ｐ_ｉｎ）から凸部３０（位置Ｐ２）までの軸方向距離Ｌ６は、流入口１６の軸方向位置（位置Ｐ_ｉｎ）から第２転動体１４ｂの第２軸方向位置（位置Ｐ４）までの軸方向距離Ｌ８よりも小さい。

この場合、一対の凸部３０は、転動体１４（１４ａ、１４ｂ）よりも上流側に位置するため、ロマキン効果をより強く作用させることができる。

ここで、図８に示す構成を変形し、一対の凸部３０と第１軸方向位置及び第２軸方向位置の中間位置との軸方向距離が、第１転動体１４ａ及び第２転動体１４ｂと第１軸方向位置及び第２軸方向位置の中間位置との軸方向距離よりも大きくなるように設計されてもよい。例えば、図８では、中間位置（位置Ｐ_ｍ）から凸部３０（位置Ｐ１）までの軸方向距離Ｌ１は、中間位置（位置Ｐ_ｍ）から第１転動体１４ａ（位置Ｐ３）までの軸方向距離Ｌ３よりも小さくなっている。同様に、中間位置（位置Ｐ_ｍ）から凸部３０（位置Ｐ２）までの軸方向距離Ｌ２は、中間位置（位置Ｐ_ｍ）から第２転動体１４ｂ（位置Ｐ４）までの軸方向距離Ｌ４よりも小さくなっている。これらの関係を変形し、軸方向距離Ｌ１が軸方向距離Ｌ３より大きくなるように設計され、軸方向距離Ｌ２が軸方向距離Ｌ４より大きくなるように設計されてもよい。

かかる構成によれば、一対の凸部３０は、それぞれ第１転動体１４ａ及び第２転動体１４ｂよりも中間位置から離れた位置でロマキン効果を生じさせる。そのため、軸心の保持能力が向上する。

なお、凸部３０、流入口１６、転動体１４等の軸方向位置とは、それらの軸方向幅における中間位置を意味する。また、図８に示す例では、流入口１６の軸方向位置（位置Ｐ_ｉｎ）と、第１軸方向位置（位置Ｐ３）及び第２軸方向位置（位置Ｐ４）の中間位置（位置Ｐ_ｍ）とは、同じ軸方向位置である。そのため、軸方向距離Ｌ１と軸方向距離Ｌ５は同じであり、軸方向距離Ｌ２と軸方向距離Ｌ６は同じである。同様に、軸方向距離Ｌ３と軸方向距離Ｌ７は同じであり、軸方向距離Ｌ４と軸方向距離Ｌ８は同じである。しかし、これらの位置及び距離は同じである場合に限られない。

図９は、一実施形態に係るターボチャージャ１００の回転軸線ＣＸに沿った断面において、隙間ｇの付近を拡大した拡大断面図である。図１０Ａは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の凹部２０ｃ（溝２２ａ）を隙間ｇ側から見た場合の概略図である。図１０Ｂは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の凹部２０ｃ（溝２２ｂ）を隙間ｇ側から見た場合の概略図である。図１０Ｃは、一実施形態に係るターボチャージャ１００の凹部２０ｃ（溝２２ｃ）を隙間ｇ側から見た場合の概略図である。図１１は、一実施形態に係るターボチャージャ１００の凹部２０ｃ（溝２２ｄ）を隙間ｇ側から見た場合の斜視図である。

幾つかの実施形態では、図９～図１１に示すように、ハウジング１２の内周面に凹部２０ｃが設けられ、凹部２０ｃは溝２２を含む。かかる構成によれば、溝２２に潤滑油が溜まり、ある程度の潤滑油が隙間ｇから流出しても、溝２２から潤滑油が出てくる。なお、図１０Ａ～図１０Ｃにおいて、点線で示す領域は、径方向に沿って流入する潤滑油を周方向に拡散するために周方向に延在するように構成された流入口１６の延在部を示している。

凹部２０ｃは、例えば、図１０Ａに示すように、周方向に沿って延びる溝２２ａを含む。この場合、周方向に沿って延びる溝２２ａは、流入口１６から軸方向と周方向に流れる潤滑油の流速方向の軸方向成分に交差するため、流路抵抗が増加し、潤滑油の保持能力が向上する。

凹部２０ｃは、例えば、図１０Ｂに示すように、格子状の溝２２ｂを含んでいてもよいし、図１０Ｃに示すように、ヘリングボーン状の溝２２ｃを含んでいてもよい。この場合、凹部２０ｃの溝２２ｂ、２２ｃは、流入口１６から軸方向と周方向に流れる潤滑油の流速方向の軸方向成分又は周方向成分に交差するため、流路抵抗が増加し、潤滑油の保持能力が向上する。

凹部２０ｃは、例えば、図１１に示すように、その開口縁に沿う平面に平行な断面における図心を結ぶ図心結線ＡＸが径方向に対して交差する溝２２ｄを含んでいてもよい。この場合、溝２２ｄの断面における図心結線ＡＸが径方向に対して交差する方向（交差角θ）を有するため、潤滑油の保持能力が向上する。凹部２０ｃの溝２２ｄにおいて、図心結線ＡＸは、径方向外側に向かうに連れて、回転軸となるシャフト４の回転方向の下流側に向かうことが好ましい。この場合、軸受支持筒１０の回転に連れて周方向に流れる潤滑油を凹部２０ｃに入り込ませて留めることが可能となり、潤滑油の保持能力が向上する。

上述した実施形態では、凹部２０又は凸部３０である油膜保持部について説明した。しかし、油膜保持部は、上述した構成に限られない。例えば、油膜保持部は、ハウジング１２の内周面と軸受支持筒１０の外周面との少なくとも一方に撥油性コーティングを不連続に配置した構成であってもよい。以下、その具体例を説明する。

図１２は、一実施形態に係るターボチャージャ１００の撥油性コーティングの有無による潤滑油の速度分布の変化を示す概念図である。この概念図は、ハウジング１２の内周面に撥油性コーティング部２３と非撥油性コーティング部２４とを設けた場合に、それらの境界を通過する潤滑油の流速が変化する様子を示している。

使用状態において、軸受支持筒１０は、シャフト４の回転に連れてゆっくりと回転するのに対し、ハウジング１２は静止状態である。そのような状態において、隙間ｇを流れる潤滑油は、撥油性コーティング部２３の軸方向位置を通過した後に、非撥油性コーティング部２４の軸方向位置を通過する。

その場合、径方向におけるせん断流量差による圧力が発生し、図１２に示すように、撥油性コーティング部２３の付近を通過する際の流速分布ｖ１は台形状となり、非撥油性コーティング部２４の付近を通過する際の流速分布ｖ２は、三角形状となる。

これは、撥油性コーティング部２３の表面上では潤滑油がすべりによって速度が大きくなるのに対し、非撥油性コーティング部２４の表面上では潤滑油がすべりにくいため速度が小さくなっていくことを意味する。なお、図１３に示す例では、非撥油性コーティング部２４の表面上での速度をゼロとして流速分布ｖ２を三角形状としているが、流速分布ｖ２は、流速分布ｖ１に比べて上底が短い台形状であってもよい。

撥油性コーティング部２３と非撥油性コーティング部２４との境界近傍位置Ｐ５では、速度が不連続となるために圧力が発生し、潤滑油の流れに対して、せきの役割を果たす。そのため、流れ詰まりが発生し、潤滑油の流速が低下する。このように、撥油性コーティング部２３と非撥油性コーティング部２４とを交互に配置することにより油膜保持部が形成され、潤滑油の保持性が向上する。

図１３は、一実施形態に係るターボチャージャ１００の撥油性コーティングの配置を隙間ｇ側から見た場合の概略図である。一実施形態では、図１３に示すように、撥油性コーティング部２３と非撥油性コーティング部２４とがハウジング１２の内周面に千鳥配置されている。具体的には、軸方向及び周方向に撥油性コーティング部２３と非撥油性コーティング部２４とが交互に配置されている。かかる構成によれば、潤滑油が隙間ｇにおいて周方向及び軸方向に流れにくくなり、潤滑油の保持性が向上する。

また、図１３において、隙間ｇから軸方向に潤滑油が流出する流出口となり軸方向位置には、周方向に沿って撥油性コーティング部２３が設けられる。かかる構成によれば、流出口の付近に潤滑油が溜まりやすくなり、潤滑油の保持性が向上する。

撥油性コーティング部２３と非撥油性コーティング部２４との配置は、千鳥配置に限られない。例えば、撥油性コーティング部２３と非撥油性コーティング部２４とが、軸方向又は周方向に交互に配置されてもよい。また、撥油性コーティング部２３と非撥油性コーティング２４とを配置する構成は、上述した凹部２０や凸部３０等を設けた構成と組み合わせてもよい。

撥油性コーティング部２３と非撥油性コーティング部２４とを交互に配置した構成ではなく、親油性コーティング部と非親油性コーティング部とを交互に配置した構成がハウジング１２の内周面と軸受支持筒１０の外周面との少なくとも一方に適用されてもよい。また、撥油性コーティング部２３を設けた部分と撥油性コーティング部２３を設けていない部分とを交互に配置した構成が適用されてもよい。親油性コーティング部を設けた部分と親油性コーティング部を設けていない部分とを交互に配置した構成が適用されてもよい。

すなわち、油膜保持部は、コーティングによって隙間ｇを流れる潤滑油の速度に変化を生じさせ、潤滑油の流れに対して、せきの役割を果たす構成であればよい。なお、本願において撥油性、親油性等の用語は、その部材（例えばハウジング１２や軸受支持筒１０）の大部分を占める基本的な材質（すなわちコーティング処理を行う前の材質）を基準として、より撥油性、親油性等が高いことを意味する。

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形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

２タービンロータ
４シャフト
６インペラ
８軸受
１０軸受支持筒
１２ハウジング
１４，１４ａ，１４ｂ転動体
１６流入口
１８多孔質層
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ凹部
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ溝
２３撥油性コーティング部
２３撥油性コーティング
２４非撥油性コーティング
２４非撥油性コーティング部
３０凸部
３２両矢印
１００ターボチャージャ
ＡＸ図心結線
ＣＸ回転軸線
ｇ隙間
ｖ１，ｖ２流速分布

Claims

回転軸を回転自在に支持する少なくとも一つの転動体を含む転がり軸受と、
前記転がり軸受より径方向外側に位置し、前記転がり軸受を支持する軸受支持筒と、
前記軸受支持筒より径方向外側に位置し、前記軸受支持筒の外周を覆うハウジングと、
を備え、
前記軸受支持筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間が設けられ、
前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方は、前記隙間から前記潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含み、
前記油膜保持部は、前記ハウジングの前記内周面に設けられた凹部であり、
前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面において周方向及び軸方向に互いに間隔を空けて独立して設けられた複数の窪みを含む
ターボチャージャ。
回転軸を回転自在に支持する少なくとも一つの転動体を含む転がり軸受と、
前記転がり軸受より径方向外側に位置し、前記転がり軸受を支持する軸受支持筒と、
前記軸受支持筒より径方向外側に位置し、前記軸受支持筒の外周を覆うハウジングと、
を備え、
前記軸受支持筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間が設けられ、
前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方は、前記隙間から前記潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含み、
前記油膜保持部は、前記ハウジングの前記内周面に設けられた凹部であり、
前記ハウジングの少なくとも一部が多孔質層であり、
前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面に設けられた前記多孔質層が有する複数の孔のうち、前記隙間に開口する前記孔により形成される
ターボチャージャ。
前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面において互いに間隔を空けて独立して設けられた複数の窪みを含む
請求項２に記載のターボチャージャ。
回転軸を回転自在に支持する少なくとも一つの転動体を含む転がり軸受と、
前記転がり軸受より径方向外側に位置し、前記転がり軸受を支持する軸受支持筒と、
前記軸受支持筒より径方向外側に位置し、前記軸受支持筒の外周を覆うハウジングと、
を備え、
前記軸受支持筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間が設けられ、
前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方は、前記隙間から前記潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含み、
前記油膜保持部は、前記ハウジングの前記内周面に設けられた凹部であり、
前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面において互いに間隔を空けて独立して設けられた複数の窪みを含み、
前記凹部は、千鳥配置された複数の前記窪みを含む
ターボチャージャ。
回転軸を回転自在に支持する少なくとも一つの転動体を含む転がり軸受と、
前記転がり軸受より径方向外側に位置し、前記転がり軸受を支持する軸受支持筒と、
前記軸受支持筒より径方向外側に位置し、前記軸受支持筒の外周を覆うハウジングと、
を備え、
前記軸受支持筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間が設けられ、
前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方は、前記隙間から前記潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含み、
前記油膜保持部は、前記ハウジングの前記内周面に設けられた凹部であり、
前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面において互いに間隔を空けて独立して設けられた複数の窪みを含み、
前記凹部は、開口面積が異なる複数の前記窪みを含む
ターボチャージャ。
回転軸を回転自在に支持する少なくとも一つの転動体を含む転がり軸受と、
前記転がり軸受より径方向外側に位置し、前記転がり軸受を支持する軸受支持筒と、
前記軸受支持筒より径方向外側に位置し、前記軸受支持筒の外周を覆うハウジングと、
を備え、
前記軸受支持筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間が設けられ、
前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方は、前記隙間から前記潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含み、
前記油膜保持部は、前記ハウジングの前記内周面に設けられた凹部であり、
前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面において互いに間隔を空けて独立して設けられた複数の窪みを含み、
複数の前記窪みは、それぞれ六角形状の隔壁を有し、
複数の前記隔壁は、全体としてハニカム状の前記隔壁をなしている
ターボチャージャ。
回転軸を回転自在に支持する少なくとも一つの転動体を含む転がり軸受と、
前記転がり軸受より径方向外側に位置し、前記転がり軸受を支持する軸受支持筒と、
前記軸受支持筒より径方向外側に位置し、前記軸受支持筒の外周を覆うハウジングと、
を備え、
前記軸受支持筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間が設けられ、
前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方は、前記隙間から前記潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含み、
前記油膜保持部は、前記ハウジングの前記内周面に設けられた凹部であり、
前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面において互いに間隔を空けて独立して設けられた複数の窪みを含み、
前記凹部は、開口縁に沿う平面に対して平行な断面における図心同士を結ぶ図心結線が径方向に対して交差する複数の前記窪みを含み、
前記図心結線は、径方向外側に向かうに連れて前記回転軸の回転方向の下流側に向かう
ターボチャージャ。
回転軸を回転自在に支持するように構成された転がり軸受と、
前記転がり軸受より径方向外側に位置し、前記転がり軸受を支持する軸受支持筒と、
前記軸受支持筒より径方向外側に位置し、前記軸受支持筒の外周を覆うハウジングと、
を備え、
前記軸受支持筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間が設けられ、
前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方は、前記隙間から前記潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含み、
前記転がり軸受は、
第１軸方向位置に第１転動体列が形成されるように、該第１軸方向位置において周方向に配列される複数の第１転動体と、
前記第１軸方向位置とは異なる第２軸方向位置に第２転動体列が形成されるように、該第２軸方向位置において前記周方向に配列される複数の第２転動体と、
を含み、
前記ハウジングは、前記隙間に前記潤滑油を流入させるための流入口を有し、
前記流入口は、前記第１軸方向位置および前記第２軸方向位置の間の一の軸方向位置のみにおいて前記隙間に開口し、
前記油膜保持部は、前記軸受支持筒の前記外周面または前記ハウジングの前記内周面に設けられる第１凸部及び第２凸部であり、
前記第１凸部は、前記流入口が開口する前記一の軸方向位置と前記第１軸方向位置との間に設けられ、
前記第２凸部は、前記一の軸方向位置と前記第２軸方向位置との間に設けられるターボチャージャ。
前記第１凸部および前記第２凸部の各々は、前記隙間を径方向において部分的に狭くする
請求項８に記載のターボチャージャ。
前記第１凸部および前記第２凸部は、前記第１軸方向位置及び前記第２軸方向位置の中間位置から軸方向において等距離の位置にそれぞれ設けられる
請求項９に記載のターボチャージャ。
回転軸を回転自在に支持する少なくとも一つの転動体を含む転がり軸受と、
前記転がり軸受より径方向外側に位置し、前記転がり軸受を支持する軸受支持筒と、
前記軸受支持筒より径方向外側に位置し、前記軸受支持筒の外周を覆うハウジングと、
を備え、
前記軸受支持筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間には、潤滑油の流入による油膜を形成するための隙間が設けられ、
前記軸受支持筒の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との少なくとも一方は、前記隙間から前記潤滑油が流出することを抑制するための油膜保持部を含み、
前記油膜保持部は、前記ハウジングの前記内周面に設けられた凹部であり、
前記凹部は、前記ハウジングの前記内周面において互いに間隔を空けて独立して設けられた複数の窪みを含み、
前記凹部は、格子状の溝又はヘリングボーン状の溝を含む
ターボチャージャ。