JPWO2015128978A1 - 浮動ブッシュ軸受装置、及び、該軸受装置を備えるターボチャージャ - Google Patents

浮動ブッシュ軸受装置、及び、該軸受装置を備えるターボチャージャ Download PDF

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Abstract

浮動ブッシュの外周面に全周に渡って周方向溝を設けながら、潤滑油による浮動ブッシュに対する押し付け力が確保されて振動が抑制される浮動ブッシュ軸受装置、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を目的とし、浮動ブッシュ軸受装置は、ケーシングの軸受孔内に回転可能に配置された回転軸と、回転軸を囲む浮動ブッシュと、軸受孔の内周面に開口する潤滑油の給油孔と、浮動ブッシュに形成され、浮動ブッシュの内周面と外周面の間をそれぞれ延び、浮動ブッシュの周方向に間隔を存して配列された複数の連通孔と、浮動ブッシュの外周面又は軸受孔の内周面に形成され、複数の連通孔の開口を通過するか又は複数の連通孔の開口と対向して、浮動ブッシュの外周面又は軸受孔の内周面の全周に渡って延在する周方向溝とを備え、周方向溝は、周方向位置に応じて異なる断面積を有する。

Description

本開示は、浮動ブッシュ軸受装置、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、径方向の荷重を支持するラジアル軸受によって回転可能に支持される。
例えば特許文献1に記載されたラジアル軸受は、浮動ブッシュ軸受であり、浮動ブッシュ軸受は、ロータ軸に隙間をもって嵌合される浮動ブッシュを有する。浮動ブッシュは、軸受孔内に配置され、軸受孔の内周面には油路(給油孔)が開口している。
浮動ブッシュは、該浮動ブッシュを径方向斜めに貫通する複数の潤滑油用連通孔を有し、給油孔を通じて軸受孔内に供給された潤滑油は、浮動ブッシュの潤滑油用連通孔を通じて浮動ブッシュの内側に流入する。なお、潤滑油用連通孔が開口する浮動ブッシュの外周面の中央域は凹面に形成されており、該凹面によって、浮動ブッシュの外周面には、全周に渡って幅が一定の周方向溝が形成されている。
特許第5337227号公報
特許文献1の浮動ブッシュ軸受では、浮動ブッシュの外周面に全周に渡って周方向溝を設けることで、各潤滑油連通孔に対し潤滑油が円滑に供給されるという効果が得られる。
ところで、浮動ブッシュ軸受では、軸受孔の内周面に開口した給油孔から潤滑油を浮動ブッシュに向けて供給することにより、浮動ブッシュの周方向にて潤滑油の静圧に分布を生じさせている。この潤滑油の静圧分布により、浮動ブッシュ及びロータ軸が径方向にて軸受孔の内周面に向かって一方向に押され、ロータ軸の不安定振動が抑制される。
この点に関し、浮動ブッシュの外周面に全周に渡って周方向溝を設けた場合、給油孔から供給された潤滑油が周方向溝を通じて分散され、周方向での潤滑油の静圧分布の差が小さくなり、押し付け力が弱くなってしまう。
そこで、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、浮動ブッシュの外周面に全周に渡って周方向溝を設けながら、潤滑油による浮動ブッシュに対する押し付け力が確保されて振動が抑制される浮動ブッシュ軸受装置、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浮動ブッシュ軸受装置は、
軸受孔を有するケーシングと、
前記軸受孔内に回転可能に配置された回転軸と、
前記軸受孔内に回転可能に配置され、前記回転軸を囲む浮動ブッシュと、
前記軸受孔の内周面に開口する潤滑油の給油孔と、
前記浮動ブッシュに形成され、前記浮動ブッシュの内周面と外周面の間をそれぞれ延び、前記浮動ブッシュの周方向に間隔を存して配列された複数の連通孔と、
前記浮動ブッシュの外周面又は前記軸受孔の内周面に形成され、前記複数の連通孔の開口を通過するか又は前記複数の連通孔の開口と対向して、前記浮動ブッシュの外周面又は前記軸受孔の内周面の全周に渡って延在する周方向溝とを備え、
前記周方向溝は、周方向位置に応じて異なる断面積を有する。
この構成によれば、周方向溝の断面積が、周方向位置に応じて異なっており、一つ以上の部分で断面積が相対的に小さくなっている。該一つ以上の部分の断面積が相対的に小さくなっていることによって、周方向溝内での潤滑油の流れが抑制され、給油孔の開口近傍における潤滑油の圧力低下が抑制される。この結果として、給油孔から供給される潤滑油によって浮動ブッシュを一方向に押し付けることができる。
一方、この構成によれば、断面積が相対的に狭くなった部分が存在する一方で、断面積が相対的に大きくなっている部分が存在する。この断面積が大きくなっている部分に潤滑油が一時的に蓄えられることで、断面積が小さい部分が存在していても、連通孔を通じて浮動ブッシュの内部に十分な量の潤滑油を供給することができる。
幾つかの実施形態では、前記周方向溝は、前記浮動ブッシュの外周面に形成され、
前記周方向溝は、前記浮動ブッシュの周方向にて前記複数の連通孔の開口と位置がそれぞれ重なる複数の第1領域と、前記複数の第1領域間をそれぞれ延びる複数の第2領域とを有し、
前記複数の第1領域の各々の断面積は、前記複数の第2領域の各々の断面積よりも大きい。
この構成によれば、連通孔の開口と位置が重なる第1領域の断面積を、第1領域間を延びる第2領域の断面積よりも大きくすることで、第1領域に相対的に多量の潤滑油を蓄えることができる。つまり、連通孔近傍に十分な量の潤滑油を蓄えることができる。この結果として、連通孔を通じて浮動ブッシュの内部に十分な量の潤滑油を供給することができる。
幾つかの実施形態では、前記周方向溝は、前記軸受孔の内周面に形成され、
前記周方向溝は、前記軸受孔の周方向にて前記複数の連通孔の間隔に対応して設けられた複数の第1領域と、前記複数の第1領域間をそれぞれ延びる複数の第2領域とを有し、
前記複数の第1領域の各々の断面積は、前記複数の第2領域の各々の断面積よりも大きい。
この構成によれば、連通孔の周方向間隔に対応して設けられた第1領域の断面積を、第1領域間を延びる第2領域の断面積よりも大きくすることで、第1領域に相対的に多量の潤滑油を蓄えることができる。つまり、連通孔近傍に十分な量の潤滑油を蓄えることができる。この結果として、連通孔を通じて浮動ブッシュの内部に十分な量の潤滑油を供給することができる。
幾つかの実施形態では、前記複数の第1領域の各々の幅は前記複数の第2領域の各々の幅よりも大きい。
この構成によれば、第1領域の幅を第2領域の幅よりも大きくすることで、第1領域の断面積を第2領域の断面積よりも容易に大きくすることができる。
幾つかの実施形態では、前記複数の第1領域の各々の幅は前記複数の連通孔の各々の幅の0.9倍以上1.3倍以下の範囲に入っており、
前記複数の第1領域のうち少なくとも一つは、前記周方向溝の幅が最大幅となる部分を含み、
前記複数の第2領域の各々の幅は前記周方向溝の最大幅の0.2倍以上0.4倍以下の範囲に入っている。
この構成によれば、第1領域の幅が連通孔の各々の幅の0.9倍以上1.3倍以下の範囲であるため、第1領域に十分な量の潤滑油を蓄えることができる。
一方、第2領域の幅が周方向溝の最大幅の0.2倍以上0.4倍以下であるため、第2領域において、周方向での潤滑油の流れを確実に規制することができる。
幾つかの実施形態では、前記複数の第1領域は複数の凹部によってそれぞれ形成され、
前記複数の凹部の各々の開口形状は、円形、楕円形又は矩形のうちいずれか一つである。
この構成によれば、第1領域の開口形状が円形、楕円形又は矩形であるため、第1領域を容易に形成することができる。
幾つかの実施形態では、前記周方向溝の一の部分の断面積は、前記一の部分と180°反対側の他の部分の断面積と略等しい。
この構成によれば、周方向位置に応じて幅が変化する周方向溝を形成したことにより浮動ブッシュの重量バランスが崩れることが防止され、周方向溝を形成したことによる振動の発生を防止することができる。
幾つかの実施形態では、前記複数の第1領域の各々の深さは前記複数の第2領域の各々の深さよりも深い。
この構成によれば、第1領域の深さを第2領域の深さよりも大きくすることで、第1領域の断面積を第2領域の断面積よりも容易に大きくすることができる。
また、この構成によれば、第1領域の深さを第2領域に比べて相対的に深くすることで、連通孔に向かう潤滑油の流れを誘起し、より効果的に潤滑油を浮動ブッシュの内側に供給することができる。
幾つかの実施形態では、前記周方向溝の幅は略一定であり、
前記周方向溝の最大深さは、前記浮動ブッシュの外周面と前記軸受孔の内周面との間の半径方向隙間の50倍以下であり、
前記周方向溝の最小深さは、前記半径方向隙間の2倍以上3倍以下の範囲に入っている。
この構成によれば、周方向溝の最大深さを半径方向隙間の50倍以下に設定し、周方向溝の最小深さを半径方向隙間の2倍以上3倍以下の範囲に設定することで、連通孔に向かう潤滑油の流れを誘起し、より効果的に潤滑油を浮動ブッシュの内側に供給することができる。
幾つかの実施形態では、前記周方向溝において、前記浮動ブッシュの回転方向にて前記連通孔の下流側に連なる下流領域の断面積は、前記浮動ブッシュの周方向にて前記連通孔に近づくほど拡大している。
この構成によれば、下流領域の断面積が連通孔に近づくほど拡大しており、浮動ブッシュが停止しているときに給油孔から潤滑油が供給されると、潤滑油が下流領域から連通孔に流入し、これにより潤滑油によって浮動ブッシュに回転力が与えられる。従って、回転軸の回転開始時に潤滑油を供給すれば、潤滑油からの回転力によって浮動ブッシュの回転開始を補助することができる。
幾つかの実施形態では、前記連通孔に連なる下流領域の底面は、前記外周面に対し傾斜した傾斜面によって形成され、
前記傾斜面は、前記浮動ブッシュの周方向にて前記連通孔に近づくほど前記周方向溝の深さが深くなるように傾斜している。
この構成によれば、連通孔に連なる下流領域の底面を傾斜面によって形成することで、下流領域の断面積を連通孔に向かって容易に拡大することができる。
幾つかの実施形態では、前記浮動ブッシュの内周面は、前記浮動ブッシュの軸線と直交する断面にてルーローの多角形形状を有する。
浮動ブッシュの内周面が断面にてルーローの多角形形状を有する場合、浮動ブッシュの内周面が断面にて真円形状を有する場合に比べて、振動安定性を高くすることができるとともに、軸受損失を少なくすることができる。
一方、浮動ブッシュの内周面が断面にてルーローの多角形形状を有する場合、浮動ブッシュの内周面が断面にて真円形状を有する場合に比べて、浮動ブッシュの内周面と回転軸の外周面との間の隙間が大きくなる。このため、浮動ブッシュの内周面と回転軸の外周面との隙間に、より多くの潤滑油を共有する必要がある。この点、浮動ブッシュの外周面に周方向位置に応じて断面積が異なる周方向溝を形成すれば、連通孔を通じて十分な量の潤滑油を浮動ブッシュの内周面と回転軸の外周面との隙間に供給することができる。
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、
上記した何れか一つの浮動ブッシュ軸受装置と、
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。
この構成によれば、浮動ブッシュ軸受装置の振動が抑制されることから、ターボチャージャは静音性に優れている。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、浮動ブッシュの外周面に全周に渡って周方向溝を設けながら、潤滑油による浮動ブッシュに対する押し付け力が確保されて振動が抑制される浮動ブッシュ軸受装置、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。 図1中のスラスト軸受装置及びラジアル軸受装置を拡大して概略的に示す図である。 図2中のIII−III線に沿う断面図である。 図3中の浮動ブッシュを概略的に示す斜視図である。 図4の浮動ブッシュの横断面を概略的に示す図である。 図4の浮動ブッシュの外周面を展開して概略的に示す図である。 幾つかの実施形態に係る浮動ブッシュの横断面を概略的に示す図である。 図7の浮動ブッシュの外周面を展開して概略的に示す図である。 幾つかの実施形態に係る浮動ブッシュの横断面を概略的に示す図である。 図9の浮動ブッシュの外周面を展開して概略的に示す図である。 幾つかの実施形態に係る浮動ブッシュの外周面を展開して概略的に示す図である。 幾つかの実施形態に係る浮動ブッシュの横断面を、駆動軸とともに概略的に示す図である。 幾つかの実施形態に係る軸受孔の内周面を展開して概略的に示す図である。
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、略や約という表現は、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(ケーシング)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45が形成されている。軸受部44の軸受孔45内には、ラジアル軸受装置として、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45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。
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。複数の翼72は、ハブ70の外周面74上に周方向に間隔をあけて配置されている。
駆動軸24はハブ70を貫通し、ハブ70の一端側に位置する駆動軸24の先端側には雌ねじが形成され、雌ねじに締結部材78としてのナットが螺合されている。締結部材78は、ハブ70の一端側に当接し、インペラ20に対し、軸線26に沿う方向にてタービン10側に向かって軸力を加える。
図2は、図1中のスラスト軸受装置及びラジアル軸受装置を拡大して概略的に示す図である。
駆動軸24は、軸受孔45内に配置された大径部80と、軸受孔45とインペラ20の間を延びる小径部82とを有し、大径部80と小径部82との境界に段差部84が形成されている。
駆動軸24の小径部82には、少なくとも1つの鍔部86が嵌合している。幾つかの実施形態では、小径部82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86(86a,86b)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86(86a,86b)と一体に形成されたスリーブ部88(88a,88b)をそれぞれ有し、スリーブ部88(88a,88b)は小径部82に嵌合されている。スリーブ部88aは、鍔部86aと鍔部86bの間に位置し、スリーブ部88bは、鍔部86b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84との間にて締結部材78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90は、小径部82によって貫通されており、貫通孔90の内周面と小径部82の外周面の間にはスリーブ部88aが配置されている。スラスト部材48は、貫通孔90の周囲に、軸線26に沿う方向にて鍔部86a,86bと対向して摺接するスラスト部92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92(92a,92b)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94が設けられており、給油孔94の出口は、貫通孔90の内周面に開口している。給油孔94の出口から流出した潤滑油が、スリーブ部88aの外周面と貫通孔90の内周面との隙間を通じて、スラスト部92(92a,92b)と鍔部86(86a,86b)の間に供給されるように構成されている。
コンプレッサ12側の浮動ブッシュ46は、スラストカラー50の鍔部86aと、環状の隔壁リング96との間に挟まれている。軸受孔45内には、鍔部86aと隔壁リング96との間に、浮動ブッシュ46のための軸受室98が区画されている。なお、軸受孔45内には、タービン10側の浮動ブッシュ46のための軸受室も区画されている。
図3は、図2中のIII−III線に沿う断面図である。
図3に示したように、浮動ブッシュ46及び駆動軸24の大径部(回転軸)80は、軸受室98内、即ち軸受孔45内に回転可能に同軸に配置され、浮動ブッシュ46が大径部80を囲んでいる。軸受孔45の内周面100には、給油路を形成する給油孔102が開口し、軸受室98内には、給油孔102を通じて、浮動ブッシュ46の径方向に沿って潤滑油が供給される。
幾つかの実施形態では、図3に示したように、軸受孔45の内周面100には、1つの給油孔102のみが軸受孔45の上部に開口しており、鉛直方向下方に向かって潤滑油が供給される。
また、幾つかの実施形態では、図3に示したように、内周面100には、内周面100に沿って円弧状に延びる凹部104が形成され、凹部104の底面に給油孔102が開口している。換言すれば、給油孔102の開口が、凹部104の存在によって内周面100の周方向に拡大されている。
図4は、浮動ブッシュ46を概略的に示す斜視図である。図5は浮動ブッシュ46の横断面を概略的に示す図である。図6は、浮動ブッシュ46の外周面を展開して概略的に示す図である。
浮動ブッシュ46は、本体部106と、複数の連通孔108と、周方向溝110とを有する。
本体部106は、円筒形状を有し、内周面112及び外周面114を有する。幾つかの実施形態では、内周面112及び外周面114は、横断面でみて真円形状を有する。つまり、本体部106の径方向での厚さは、周方向にて一定である。
複数の連通孔108は、それぞれ本体部106の内周面112と外周面114の間を延びており、本体部106の周方向に間隔をおいて配列されている。幾つかの実施形態では、複数の連通孔108は、本体部106の半径方向に延びているが、半径方向に沿っていればよく、半径方向に対し傾斜して延びていてもよい。
周方向溝110は、外周面114の周方向に全周に渡って延びており、複数の連通孔108の開口を通過している。そして、周方向溝110は、本体部106の周方向位置に応じて異なる断面積を有する。即ち、本体部106の周方向と直交する断面での周方向溝110の断面積は、本体部106の周方向位置に応じて異なっている。
この構成によれば、周方向溝110の断面積が、周方向位置に応じて異なっており、一つ以上の部分で断面積が相対的に小さくなっている。該一つ以上の部分の断面積が相対的に小さくなっていることによって、周方向溝110内での潤滑油の流れが抑制される。
図3中の複数の太線矢印Pは、潤滑油の静圧の分布を概略的に表しており、周方向溝110内での潤滑油の流れが抑制されることで、給油孔102の開口近傍における潤滑油の圧力低下が抑制される。この結果として、図3中に白抜き矢印Fで示したように、給油孔102から供給される潤滑油によって、浮動ブッシュ46及び駆動軸24を給油孔102と反対側に向かって一方向に押し付ける力が発生し、駆動軸24の不安定振動を防止することができる。
一方、この構成によれば、断面積が相対的に狭くなった部分が存在する一方で、断面積が相対的に大きくなっている部分が存在する。この断面積が大きくなっている部分に潤滑油が一時的に蓄えられ、油溜まりとして機能することで、断面積が小さい部分が存在していても、連通孔108を通じて浮動ブッシュ46の内部に十分な量の潤滑油を供給することができる。
そして、上述したターボチャージャは、浮動ブッシュ軸受装置の振動が抑制されていることから、静音性に優れている。
幾つかの実施形態では、凹部104を儲けて給油孔102の開口を拡大したことにより、より効果的に静圧分布を発生させることができる。
幾つかの実施形態では、図4〜図6に示したように、周方向溝110は、浮動ブッシュ46の周方向にて複数の連通孔108の開口と位置がそれぞれ重なる複数の第1領域110aと、複数の第1領域110a間をそれぞれ延びる複数の第2領域110bとを有する。そして、複数の第1領域110aの各々の断面積は、複数の第2領域110bの各々の断面積よりも大きい。即ち、周方向と直交する断面での各第1領域110aの断面積は、各第2領域110bよりも大きい。
この構成によれば、連通孔108の開口と位置が重なる第1領域110aの断面積を、第1領域110a間を延びる第2領域110bの断面積よりも大きくすることで、第1領域110aに相対的に多量の潤滑油を蓄えることができる。つまり、連通孔108近傍に十分な量の潤滑油を蓄えることができる。この結果として、連通孔108を通じて浮動ブッシュ46の内部に十分な量の潤滑油を効果的に供給することができる。
幾つかの実施形態では、図6に示したように、浮動ブッシュ46の軸線方向での複数の第1領域110aの各々の幅Waは複数の第2領域110bの各々の幅Wbよりも大きい。
この構成によれば、第1領域110aの幅を第2領域110bの幅よりも大きくすることで、第1領域110aの断面積を第2領域110bの断面積よりも容易に大きくすることができる。
幾つかの実施形態では、図6に示したように、複数の第1領域110aの各々の幅Waは複数の連通孔108の各々の幅Wcの0.9倍以上1.3倍以下の範囲に入っており、複数の第1領域110aのうち少なくとも一つは、浮動ブッシュ46の軸線方向にて周方向溝110の幅が最大幅Wmaxとなる部分を含み、浮動ブッシュ46の軸線方向において、複数の第2領域110bの各々の幅Wbは周方向溝110の最大幅Wmaxの0.2倍以上0.4倍以下の範囲に入っている。
この構成によれば、第1領域110aの幅Waが連通孔108の各々の幅Wcの0.9倍以上1.3倍以下の範囲であるため、連通孔108近傍の第1領域110aに十分な量の潤滑油を蓄えることができる。この結果として、連通孔108を通じて浮動ブッシュ46の内部に十分な量の潤滑油を効果的に供給することができる。
一方、第2領域110bの幅Wbが周方向溝110の最大幅Wmaxの0.2倍以上0.4倍以下であるため、第2領域110bにおいて、周方向での潤滑油の流れを確実に規制することができる。
幾つかの実施形態では、第1領域110aの幅Waは連通孔108の各々の幅Wcの約1.1倍であり、第2領域110bの幅Wbが周方向溝110の最大幅Wmaxの約1/3である。
この構成によれば、第1領域110aの幅Waが連通孔108の各々の幅Wcの約1.1倍であるため、第1領域110aに十分な量の潤滑油を蓄えることができる。一方、第2領域110bの幅Wbが周方向溝110の最大幅の約1/3であるため、第2領域110bにおいて、周方向での潤滑油の流れを確実に規制することができる。
幾つかの実施形態では、図4〜図6に示したように、複数の第1領域110aは、外周面114に形成された複数の凹部116によってそれぞれ形成され、外周面114における複数の凹部116の各々の開口形状は、円形である。複数の凹部116の各々の開口形状は、楕円形又は矩形であってもよい。
この構成によれば、第1領域110aの開口形状が円形、楕円形又は矩形であるため、第1領域110aを容易に形成することができる。複数の凹部116は、例えば、ショットブラスト、レーザ又はスタンプ(鋼球の押し付け)によって形成可能である。
幾つかの実施形態では、図4〜図6に示したように、浮動ブッシュ46の周方向にて一の領域における周方向溝110の断面積は、一の領域と180°反対側の他の領域における周方向溝110の断面積と略等しい。
この構成によれば、周方向位置に応じて幅が変化する周方向溝110を形成したことにより浮動ブッシュ46の重量バランスが崩れることが防止される。この結果、周方向溝110を形成したことによるアンバランスに起因した同期振動の発生を防止することができる。
幾つかの実施形態では、本体部106の外周面114には、周方向溝110のみが形成され、周方向溝110から本体部106の軸線方向端面まで延びる軸線方向溝は形成されていない。
図7は、幾つかの実施形態に係る浮動ブッシュ120の横断面を概略的に示す図である。図8は、浮動ブッシュ120の外周面114を展開して概略的に示す図である。
幾つかの実施形態では、図7及び図8に示したように、浮動ブッシュ120の本体部106の外周面114に、周方向溝110に代えて周方向溝122が形成されている。周方向溝122は、複数の連通孔108の開口を通過して外周面114の全周に渡って延びている。浮動ブッシュ120の半径方向での周方向溝122の深さは、周方向位置に応じて異なっている。
具体的には、周方向溝122は、浮動ブッシュ122の周方向にて複数の連通孔108の開口と位置がそれぞれ重なる複数の第1領域122aと、複数の第1領域122a間をそれぞれ延びる複数の第2領域122bとを有する。そして、複数の第1領域122aの各々の深さDaは、複数の第2領域122bの各々の深さDbよりも深い。
この構成によれば、第1領域122aの深さDaを第2領域122bの深さDbよりも深くすることで、第1領域122aの断面積を第2領域122bの断面積よりも容易に大きくすることができる。
また、この構成によれば、第1領域122aの深さDaを第2領域122bの深さDbに比べて相対的に深くすることで、図7中に太線矢印uで示したように、連通孔108に向かう潤滑油の流れを誘起し、より効果的に潤滑油を浮動ブッシュ120の内側に供給することができる。
幾つかの実施形態では、浮動ブッシュ120の軸線方向での周方向溝122の幅Wgは略一定であり、浮動ブッシュ120の径方向での周方向溝122の最大深さDmaxは、浮動ブッシュ120の外周面114と軸受孔45の内周面100との間の半径方向隙間Gの50倍以下であり、浮動ブッシュ120の径方向での周方向溝122の最小深さDminは、半径方向隙間Gの2倍以上3倍以下の範囲に入っている。
この構成によれば、最大深さDmaxを半径方向隙間Gの50倍以下に設定し、最小深さDminを半径方向隙間Gの2倍以上3倍以下の範囲に設定することで、連通孔108に向かう潤滑油の流れを誘起し、より効果的に潤滑油を浮動ブッシュ120の内側に供給することができる。
幾つかの実施形態では、図7に示したように、浮動ブッシュ120の径方向での周方向溝122の深さは、浮動ブッシュ120の周方向位置に応じて連続的又は波状に変化する。この構成によれば、連通孔108に対し潤滑油が円滑に流入し、より効果的に潤滑油を浮動ブッシュ120の内側に供給することができる。
図9は、幾つかの実施形態に係る浮動ブッシュ130の横断面を概略的に示す図である。図10は、浮動ブッシュ130の外周面114を展開して概略的に示す図である。
幾つかの実施形態では、図9及び図10に示したように、浮動ブッシュ130の本体部106の外周面114に、周方向溝110に代えて周方向溝132が形成されている。周方向溝132は、複数の連通孔108の開口を通過して外周面114の全周に渡って延びている。周方向溝132においては、浮動ブッシュ130の回転方向Rにて連通孔108の下流側に連なる下流領域132cの断面積は、浮動ブッシュ130の周方向にて連通孔108に近づくほど拡大している。
この構成によれば、下流領域132cの断面積が連通孔108に近づくほど拡大しており、浮動ブッシュ130が停止しているときに給油孔102から潤滑油が供給されると、図9中に太線矢印uで示したように、下流領域132cから連通孔108に流入する。下流領域132cから連通孔108に潤滑油が供給されると、潤滑油によって浮動ブッシュ46に回転力が与えられる。従って、駆動軸24の回転開始時に潤滑油を供給すれば、潤滑油からの回転力によって浮動ブッシュ46の回転開始を補助することができる。
幾つかの実施形態では、図9に示したように、周方向溝132において連通孔108に連なる下流領域132cの底面は、外周面114に対し傾斜した傾斜面132dによって形成され、傾斜面132dは、浮動ブッシュ46の周方向にて連通孔108に近づくほど周方向溝132の深さが深くなるように傾斜している。
この構成によれば、連通孔108に連なる下流領域132cの底面を傾斜面132dによって形成することで、下流領域132cの断面積を連通孔108に向かって容易に拡大することができる。
幾つかの実施形態では、下流領域132cの幅は、周方向にて連通孔108に近づくほど狭くなっている。
図11は、幾つかの実施形態に係る浮動ブッシュ140の外周面114を展開して概略的に示す図である。浮動ブッシュ140では、本体部106の外周面114に、周方向溝110に代えて周方向溝142が形成されている。浮動ブッシュ140の軸線方向での周方向溝142の幅は、周方向に連続的に変化しており、第1領域142aの幅は第2領域142bの幅よりも大きい。
図12は、幾つかの実施形態に係る浮動ブッシュ150の横断面を、駆動軸24とともに概略的に示している。
幾つかの実施形態では、図12に示したように、浮動ブッシュ150の内周面152は、浮動ブッシュ150の軸線と直交する断面にてルーローの多角形形状を有する。
浮動ブッシュ150の内周面152が断面にてルーローの多角形形状を有する場合、浮動ブッシュ150の内周面152が断面にて真円形状を有する場合に比べて、振動安定性を高くすることができるとともに、軸受損失を少なくすることができる。
一方、浮動ブッシュ150の内周面152が断面にてルーローの多角形形状を有する場合、浮動ブッシュ150の内周面152が断面にて真円形状を有する場合に比べて、浮動ブッシュ150の内周面152と駆動軸24の外周面との間の隙間が大きくなる。このため、浮動ブッシュ150の内周面152と駆動軸24の外周面との隙間に、より多くの潤滑油を共有する必要がある。この点、浮動ブッシュ150の外周面114に周方向位置に応じて断面積が異なる周方向溝110を形成すれば、連通孔108を通じて十分な量の潤滑油を浮動ブッシュ150の内周面152と駆動軸24の外周面との隙間に供給することができる。
なお、ルーローの多角形は、等幅図形の一種である。幾つかの実施形態では、ルーローの多角形は、3つの包絡線によって形成されたルーローの三角形である。本体部106の内周面112において、連通孔108は、大径部80の外周面と本体部106の内周面112との間の径方向隙間が最大となる領域、すなわち、ルーローの多角形の頂点に相当する領域にて開口している。図12では、3つの連通孔108が本体部106に設けられている。
図13は、幾つかの実施形態に係る軸受孔45の内周面100を展開して概略的に示している。
幾つかの実施形態では、浮動ブッシュ46の外周面114に代えて、図13に示したように、軸受孔45の内周面100において、連通孔108と対向する位置に、周方向溝160が全周に渡って形成されている。軸受孔45の周方向と直交する断面での周方向溝160の断面積は、周方向位置に応じて異なっている。
この構成によっても、周方向溝110の場合と同様に、駆動軸24の不安定振動を防止することができるとともに、浮動ブッシュの内部に十分な量の潤滑油を供給することができる。
幾つかの実施形態では、周方向溝160は、給油孔102の開口、又は、凹部104を通過して延びている。
幾つかの実施形態では、周方向溝160は、複数の連通孔108の周方向間隔に対応する間隔で設けられた複数の第1領域160aと、複数の第1領域160a間を延びる第2領域160bとを有する。
幾つかの実施形態では、複数の第1領域160aは、複数の凹部162によってそれぞれ形成される。複数の凹部162の開口形状は円形、楕円形または矩形のいずれかからなる。
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。実施形態の組み合わせの可能性は、本願の出願当初の請求の範囲、又は、本願が優先権主張を伴う場合にはその基礎出願における出願当初の請求の範囲の組み合わせによっても開示される。
例えば、図13の周方向溝160は、周方向溝110に対応する形状を有していたが、軸受孔45の内周面100に、周方向溝122や周方向溝142に対応する形状の周方向溝を形成してもよい。
また、上述した幾つかの実施形態では、周方向溝の断面積、幅及び深さが、周方向にて周期的に変化していたが、周方向位置に応じて断面積が異なってさえいれば、ランダムに変化していてもよい。
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(ケーシング)
24 駆動軸
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
74 外周面
76 背面
78 締結部材
80 大径部(回転軸)
82 小径部
84 段差部
86(86a,86b) 鍔部
88(88a,88b) スリーブ部
90 貫通孔
92(92a,92b) スラスト部
94 給油孔
96 隔壁リング
98 軸受室
100 内周面
102 給油孔
104 凹部
106 本体部
108 連通孔
110 周方向溝
110a 第1領域
110b 第2領域
112 内周面
114 外周面
116 凹部

Claims (13)

  1. 軸受孔を有するケーシングと、
    前記軸受孔内に回転可能に配置された回転軸と、
    前記軸受孔内に回転可能に配置され、前記回転軸を囲む浮動ブッシュと、
    前記軸受孔の内周面に開口する潤滑油の給油孔と、
    前記浮動ブッシュに形成され、前記浮動ブッシュの内周面と外周面の間をそれぞれ延び、前記浮動ブッシュの周方向に間隔を存して配列された複数の連通孔と、
    前記浮動ブッシュの外周面又は前記軸受孔の内周面に形成され、前記複数の連通孔の開口を通過するか又は前記複数の連通孔の開口と対向して、前記浮動ブッシュの外周面又は前記軸受孔の内周面の全周に渡って延在する周方向溝とを備え、
    前記周方向溝は、周方向位置に応じて異なる断面積を有する
    ことを特徴とする浮動ブッシュ軸受装置。
  2. 前記周方向溝は、前記浮動ブッシュの外周面に形成され、
    前記周方向溝は、前記浮動ブッシュの周方向にて前記複数の連通孔の開口と位置がそれぞれ重なる複数の第1領域と、前記複数の第1領域間をそれぞれ延びる複数の第2領域とを有し、
    前記複数の第1領域の各々の断面積は、前記複数の第2領域の各々の断面積よりも大きい
    ことを特徴とする請求項1に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  3. 前記周方向溝は、前記軸受孔の内周面に形成され、
    前記周方向溝は、前記軸受孔の周方向にて前記複数の連通孔の間隔に対応して設けられた複数の第1領域と、前記複数の第1領域間をそれぞれ延びる複数の第2領域とを有し、
    前記複数の第1領域の各々の断面積は、前記複数の第2領域の各々の断面積よりも大きい
    ことを特徴とする請求項1に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  4. 前記複数の第1領域の各々の幅は前記複数の第2領域の各々の幅よりも大きい
    ことを特徴とする請求項2又は3に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  5. 前記複数の第1領域の各々の幅は前記複数の連通孔の各々の幅の0.9倍以上1.3倍以下の範囲に入っており、
    前記複数の第1領域のうち少なくとも一つは、前記周方向溝の幅が最大幅となる部分を含み、
    前記複数の第2領域の各々の幅は前記周方向溝の最大幅の0.2倍以上0.4倍以下の範囲に入っている
    ことを特徴とする請求項4に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  6. 前記複数の第1領域は複数の凹部によってそれぞれ形成され、
    前記複数の凹部の各々の開口形状は、円形、楕円形又は矩形のうちいずれか一つである
    ことを特徴とする請求項2乃至5の何れか一項に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  7. 前記周方向溝の一の部分の断面積は、前記一の部分と180°反対側の他の部分の断面積と略等しい
    ことを特徴とする請求項2乃至6の何れか一項に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  8. 前記複数の第1領域の各々の深さは前記複数の第2領域の各々の深さよりも深い
    ことを特徴とする請求項2乃至7の何れか一項に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  9. 前記周方向溝の幅は略一定であり、
    前記周方向溝の最大深さは、前記浮動ブッシュの外周面と前記軸受孔の内周面との間の半径方向隙間の50倍以下であり、
    前記周方向溝の最小深さは、前記半径方向隙間の2倍以上3倍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8の何れか一項に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  10. 前記周方向溝において、前記浮動ブッシュの回転方向にて前記連通孔の下流側に連なる下流領域の断面積は、前記浮動ブッシュの周方向にて前記連通孔に近づくほど拡大していることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  11. 前記連通孔に連なる下流領域の底面は、前記外周面に対し傾斜した傾斜面によって形成され、
    前記傾斜面は、前記浮動ブッシュの周方向にて前記連通孔に近づくほど前記周方向溝の深さが深くなるように傾斜している
    ことを特徴とする請求項10に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  12. 前記浮動ブッシュの内周面は、前記浮動ブッシュの軸線と直交する断面にてルーローの多角形形状を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至11の何れか一項に記載の浮動ブッシュ軸受装置。
  13. 請求項1乃至12の何れか一項に記載の浮動ブッシュ軸受装置と、
    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
    ことを特徴とするターボチャージャ。
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