JPWO2016031013A1 - 軸受装置、及び回転機械 - Google Patents
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Abstract
軸線（Ｏ）回りに回転する回転軸（５）の径方向に突出して回転軸（５）とともに回転するフランジ部（１６）と、フランジ部（１６）と軸線（Ｏ）の方向に離間して配置され、回転軸（５）の外周面を囲い、回転軸（５）を支持するハウジング（４）に回転軸（５）に対して軸線（Ｏ）の方向に相対移動不能となるように設けられた静止ブッシュ（１３）と、軸線（Ｏ）の方向に挟まれるようにフランジ部（１６）と静止ブッシュ（１３）との間に配置されるとともに回転軸（５）の外周面を囲い、流体（ＯＩ）中に浮遊して回転軸（５）及びハウジング（４）に対して相対回転可能な回転ブッシュ（１０）と、を備える回転機械（１）である。回転ブッシュ（１０）は、軸線（Ｏ）の方向を向く面に、ランド面（２５）と、ランド面（２５）に連続するテーパ面（２６）とを有している。
Description
本発明は、軸受装置及びこれを備えた回転機械に関する。
地球環境保全の世界的な取り組みが進む中、例えば自動車のエンジン等の内燃機関における排気ガス・燃費に関する規制は強化の一途にある。過給機は、圧縮空気をエンジンに送り込むことで自然吸気に比べ排気量を低減することができる。このため、燃費改善、及びＣＯ２削減に非常に有効な機器である。
過給機では、エンジンの排気ガスによってタービンが回転駆動することで、同軸上の遠心圧縮機の羽根車を回転させる。羽根車の回転により圧縮された空気は、ディフューザで減速されることで昇圧され、スクロール流路を経てエンジンに供給される。過給機の駆動方法としては、排気ガスによって駆動される形態のみならず、例えば電動機による駆動や、変速機を介しての原動機による駆動等の種々の形態が知られている。
このような過給機は駆動部と遠心圧縮機の羽根車を連結する回転軸を有し、回転軸の軸受としては、例えば、すべり軸受けが用いられ、流体潤滑で使用される。軸受は、ラジアル荷重を受けるラジアル軸受（ジャーナル軸受）と、スラスト荷重を受けるスラスト軸受とから構成される。
過給機では、排ガス規制、及び高出力化に伴い高速回転が要求されるようになってきており、回転軸への荷重が増加する傾向にある。また、排気ガス駆動の過給機においては排気圧力が高くなると、回転軸への荷重が大きくなる傾向にある。これら回転軸への荷重の増大に伴い、回転軸における回転時の摩擦損失が増大し、軸受損失が大きくなり、過給機の性能を低下させるという問題がある。
ここで、特許文献１では、回転可能な回転軸の流体式スラスト軸受（アキシャル軸受）において、シャフトを内側に収容する非回転式の軸受ハウジングと、回転軸と一体で回転する軸受コームとの間に、自由に浮動するいわゆるフローティングディスクを有する構造が開示されている。フローティングディスクにより、軸受ハウジングと軸受コームとの間に生じる流体中の相対速度差を低減し、せん断応力を抑え摩擦抵抗の低減を図り、摩擦損失を低減している。
しかしながら、特許文献１の技術では、スラスト軸受のみにおける摩擦損失の低減を図ったものであり、ジャーナル軸受（ラジアル荷重を受けるすべり軸受け）も含む回転軸（シャフト）全体における軸受損失の低減については十分に図られていないという問題がある。
本発明は、回転軸の回転により生じる回転軸全体の軸受損失を低減することが可能な軸受装置、及びそれを備えた回転機械を提供する。
本発明の一態様に係る軸受装置は、軸線回りに回転する回転軸の径方向に突出して該回転軸とともに回転するフランジ部と、前記フランジ部と前記軸線の方向に離間して配置され、前記回転軸の外周面を囲い、該回転軸を支持するハウジングに前記回転軸に対して前記軸線の方向に相対移動不能となるように設けられた静止ブッシュと、前記フランジ部と前記静止ブッシュとの間に、これらフランジ部及び静止ブッシュによって前記軸線の方向から挟まれるように配置されるとともに前記回転軸の外周面を囲い、流体中に浮遊して前記回転軸及び前記ハウジングに対して相対回転可能な回転ブッシュと、を備え、前記回転ブッシュは、前記フランジ部及び前記静止ブッシュとそれぞれ相対する前記軸線の方向を向く面に、これらフランジ部及び静止ブッシュにおける前記軸線の方向を向く面に沿うランド面と、前記ランド面に連続し、前記回転軸の回転方向と反対方向に向かうに従って、前記軸線の方向に前記フランジ部及び前記静止ブッシュとの隙間が大きくなるように傾斜するテーパ面と、を有している。
この構成によれば、回転ブッシュが回転軸を囲って流体中に浮遊し、いわゆるフローティングディスクとしての役割を果たし、回転ブッシュの径方向内側を向く面がジャーナルパッド面として機能し、回転ブッシュ内周面と回転軸の外周面との間の流体により、回転軸からのラジアル方向の荷重を受けることができる。
また、フランジ部と静止ブッシュとの間に挟まれるようにして、流体中に浮遊して回転軸及びハウジングに対して相対回転可能な回転ブッシュが配置されている。このため、回転ブッシュの軸線方向を向く面が、フランジ部及び静止ブッシュにおける軸線方向を向く面に相対してスラストパッド面として機能し、回転ブッシュがスラスト方向の荷重をうけることができる。
また、フローティングディスクとしての機能を有する回転ブッシュの効果として、回転ブッシュが回転軸に連れ回ることにより、回転軸と回転ブッシュとの間、フランジ部と回転ブッシュとの間での流体の速度勾配が小さくなる。よって、せん断応力による摩擦損失を低減することができる。
また、回転軸、及び回転ブッシュの回転によって回転方向に流速の生じた回転ブッシュを浮動させる流体がテーパ面をのぼり、ランド面に達する。ランド面はテーパ面に比べ、フランジ部及び静止ブッシュとの距離（隙間）が小さくなっているため、フランジ部及び静止ブッシュとの間に先細りの空間を形成しており、ランド面では流体の中にくさび膜圧力及びしぼり膜圧力が生じている。流体中のこの圧力により、静止ブッシュと回転ブッシュ、及び、フランジ部と回転ブッシュとが直接接触することなく、回転する回転軸に生じるスラスト方向の荷重を受ける軸受性能を向上させることができる。
また、フランジ部と静止ブッシュとの間に挟まれるようにして、流体中に浮遊して回転軸及びハウジングに対して相対回転可能な回転ブッシュが配置されている。このため、回転ブッシュの軸線方向を向く面が、フランジ部及び静止ブッシュにおける軸線方向を向く面に相対してスラストパッド面として機能し、回転ブッシュがスラスト方向の荷重をうけることができる。
また、フローティングディスクとしての機能を有する回転ブッシュの効果として、回転ブッシュが回転軸に連れ回ることにより、回転軸と回転ブッシュとの間、フランジ部と回転ブッシュとの間での流体の速度勾配が小さくなる。よって、せん断応力による摩擦損失を低減することができる。
また、回転軸、及び回転ブッシュの回転によって回転方向に流速の生じた回転ブッシュを浮動させる流体がテーパ面をのぼり、ランド面に達する。ランド面はテーパ面に比べ、フランジ部及び静止ブッシュとの距離（隙間）が小さくなっているため、フランジ部及び静止ブッシュとの間に先細りの空間を形成しており、ランド面では流体の中にくさび膜圧力及びしぼり膜圧力が生じている。流体中のこの圧力により、静止ブッシュと回転ブッシュ、及び、フランジ部と回転ブッシュとが直接接触することなく、回転する回転軸に生じるスラスト方向の荷重を受ける軸受性能を向上させることができる。
また、本発明の第二の態様に係る軸受装置では、上記第一の態様における前記静止ブッシュは、前記ハウジングと別部材であり、前記静止ブッシュと前記ハウジングとを固定する静止ブッシュ固定部をさらに備えていてもよい。
これにより、ハウジングの形状が単純化され、製造が容易になる。また、静止ブッシュは、荷重や摩擦等の力が加わり消耗・劣化しやすいため、保守点検又は修理交換時に静止ブッシュが別部品であると、点検や交換が容易である。
また、本発明の第三の態様に係る軸受装置では、上記第二の態様における前記静止ブッシュ固定部は、前記ハウジングと前記静止ブッシュと貫通する孔部に嵌入されたピンであってもよい。
ピンを静止ブッシュ固定部に用いることで、容易に静止ブッシュをハウジングに固定することができる。
本発明の第四の態様に係る軸受装置では、上記第三の態様における前記静止ブッシュ固定部には、前記径方向に貫通するように、前記流体を排出する排出孔が形成されていてもよい。
このような排出孔を設けることで、静止ブッシュに囲まれた回転軸の外周面と、静止ブッシュの内周面との間に流入した回転ブッシュを浮遊させる流体が径方向外側に排出され、汚れ等で不要となった流体の排出により、回転軸の回転時の撹拌損失、摩擦損失を低減することができる。また、静止ブッシュ固定部に排出孔を形成することで排出孔を容易に形成できる。また、排出孔の詰り等の不具合が生じた場合に、静止ブッシュ固定部を取り外せばよく、点検、交換がし易くなる。
また、本発明の第五の態様に係る軸受装置では、上記第二の態様における前記静止ブッシュ固定部は、前記ハウジングと前記静止ブッシュとの間に介在され、該静止ブッシュの前記軸線の方向の移動を規制し、前記径方向への移動を許容する支持部材であってもよい。
静止ブッシュは、回転軸の軸振動に追従して径方向に移動することがあるが、支持部材を静止ブッシュ固定部に用いることで、静止ブッシュの径方向への移動を許容できるので、回転軸の片当たりを抑止することができる。それと同時に、静止ブッシュの軸線方向の移動は規制されているため、静止ブッシュにおけるスラスト方向の軸受装置としての機能も担保されている。
また、本発明の第六の態様に係る軸受装置では、上記第五の態様における前記静止ブッシュ固定部が、弾性体であってもよい。
これにより、静止ブッシュが軸振動に対し追従し、回転軸の片当たりを抑制することができる。また、弾性体の弾性力により、回転軸を元の位置（軸振動が作用していない状態の初期位置）に戻す作用が働く。
本発明の第七の態様に係る軸受装置では、上記第一から第六のいずれかの態様における前記静止ブッシュには、前記径方向に貫通するように、前記流体を排出する排出孔が形成されていてもよい。
これにより、静止ブッシュに囲まれた回転軸の外周面と、静止ブッシュの内周面との間に流入した回転ブッシュを浮遊させる流体が径方向外側に排出され、汚れ等で不要となった流体の排出により、回転軸の回転時の撹拌損失、摩擦損失を低減することができる。
本発明の第八の態様に係る軸受装置では、上記第一から第七のいずれかの態様における前記回転軸の外周面と、該外周面と相対する前記静止ブッシュの内周面との前記径方向の距離の方が、前記回転軸の外周面と、該外周面に相対する前記回転ブッシュの内周面との前記径方向の距離に比べ、大きくなっていてもよい。
静止ブッシュの内周面と、これに相対して回転する回転軸の外周面との距離が大きくなり、この静止ブッシュ内周面と回転軸の外周面との間に流入した回転ブッシュを浮遊させる流体における径方向の速度勾配が緩やかになり、流体のせん断応力を低減して回転損失を低減することができる。
本発明の第九の態様に係る軸受装置では、上記第八の態様における前記回転軸は、前記静止ブッシュが配置された前記軸線の方向の領域に対応する部分で縮径していてもよい。
これにより、静止ブッシュの内周面と、これに相対して回転する回転軸の外周面との距離が大きくなり、この静止ブッシュの内周面と回転軸の外周面との間に流入した回転ブッシュを浮遊させる流体における径方向の速度勾配が緩やかになる。よって、流体のせん断応力を低減して回転損失を低減することができる。また、回転軸が小径化することにより、回転軸の慣性モーメントを低減し、回転軸の回転効率を向上させることができる。
本発明の第十の態様に係る軸受装置では、上記第八の態様における前記静止ブッシュには、前記回転軸の外周面に相対する内周面に、径方向内側から外側に向かって凹む凹部が前記回転軸の周方向にわたって形成され、前記凹部の底面と該底面に相対する前記回転軸の外周面との距離の方が、前記回転軸の外周面と該外周面に相対する前記回転ブッシュの内周面との距離に比べ、大きくなっていてもよい。
径方向における凹部の底面と回転軸との距離が、径方向における回転ブッシュと回転軸との距離に比べて大きくなっている。よって、静止ブッシュの内周面とこれに相対して回転する回転軸の外周面との間に流入した回転ブッシュを浮遊させる流体のせん断応力を低減することができ、回転損失を低減することができる。
本発明の第十一の態様に係る回転機械は、上記第一から第十のいずれかの態様における軸受装置と、前記軸受装置によって支持される回転軸とを備えている。
上述した軸受装置、及び回転機械によれば、回転ブッシュが、スラスト、及びラジアルの両方向から回転軸の荷重を受けることで、回転軸の回転により生じる回転軸全体の軸受損失を低減することができる。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の実施形態に係るターボチャージャ１（回転機械）について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、ターボチャージャ１は、回転可能な回転軸５と、回転軸５とともに回転する排気タービン２及び圧縮機３と、回転軸５を覆うハウジング４と、ハウジング４に設けられて回転軸５を支持する軸受装置８とを備えている。
このターボチャージャ１は、図示しないエンジンからの排気ガスＧにより排気タービン２が回転し、当該回転に伴って圧縮機３が圧縮した空気ＡＲをエンジンに供給する。
以下、本発明の実施形態に係るターボチャージャ１（回転機械）について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、ターボチャージャ１は、回転可能な回転軸５と、回転軸５とともに回転する排気タービン２及び圧縮機３と、回転軸５を覆うハウジング４と、ハウジング４に設けられて回転軸５を支持する軸受装置８とを備えている。
このターボチャージャ１は、図示しないエンジンからの排気ガスＧにより排気タービン２が回転し、当該回転に伴って圧縮機３が圧縮した空気ＡＲをエンジンに供給する。
回転軸５は、軸線Ｏを中心として回転可能となっている。
排気タービン２と圧縮機３とは回転軸５に一体的に結合され、回転軸５の一端に排気タービン２、他端に圧縮機３が配置される。
ハウジング４は、排気タービン２と圧縮機３との間で、回転軸５を外周側から覆って内部に収容するように配置され、回転軸５を支持している。
軸受装置８は、いわゆる流体式のすべり軸受けである。この軸受装置８は、排気タービン２と圧縮機３との間で、回転軸５周りに配置されたフランジ部１６、回転ブッシュ１０、静止ブッシュ１３とを備えている。
回転軸５及び軸受装置８の周囲には流体（ここでは潤滑油ＯＩ）が存在する。潤滑油ＯＩはハウジング４に形成されて回転軸５の外周側に開口する給油流路４ａを介して、ハウジング４の外側からハウジング４の内側の軸受装置８の周囲へ供給される。
フランジ部１６としては、第１フランジ部１６Ａと第２フランジ部１６Ｂとの二つが設けられている。
第１フランジ部１６Ａは、圧縮機３と排気タービン２との間における圧縮機３側で、回転軸５に外嵌して固定された筒状のスリーブ１５に形成されて、回転軸５の径方向外側に回転軸５から環状に突出している。ここで第１フランジ部１６Ａは、回転軸５に直接形成されていてもよい。
第１フランジ部１６Ａは、圧縮機３と排気タービン２との間における圧縮機３側で、回転軸５に外嵌して固定された筒状のスリーブ１５に形成されて、回転軸５の径方向外側に回転軸５から環状に突出している。ここで第１フランジ部１６Ａは、回転軸５に直接形成されていてもよい。
第２フランジ部１６Ｂは、圧縮機３と排気タービン２との間における排気タービン２側で、回転軸５の径方向外側に回転軸５から環状に突出するように回転軸５と一体に形成されている。ここで第２フランジ部１６Ｂは、第１フランジ部１６Ａと同様に、回転軸５に外嵌される筒状のスリーブに形成されていてもよい。
静止ブッシュ１３は、フランジ部１６と軸線Ｏの方向に離間して配置されている。即ち、第１フランジ部１６Ａと第２フランジ部１６Ｂとの間に挟まれるようにして配置されている。この静止ブッシュ１３は、回転軸５の外周面を囲い、回転軸５に対して軸線Ｏの方向に相対移動不能にハウジング４に設けられている。
より具体的には、静止ブッシュ１３は、回転軸５の外周面を取り囲むように形成される円筒状の部材である。そして、回転軸５の外周面と静止ブッシュ１３の内周面との間には潤滑油ＯＩが存在する。ターボチャージャ１が運転を停止している状態では、これら回転軸５と静止ブッシュ１３とは接触しない状態に保持されるようになっている。
本実施形態では静止ブッシュ１３はハウジング４とは別部材である。静止ブッシュ１３の外周面がハウジング４と接しており、ピンや固定ねじである静止ブッシュ固定部１４が、ハウジング４と静止ブッシュ１３とを径方向全域にわたって貫通して形成された孔部１７に、ハウジング４側から静止ブッシュ１３へと嵌入（又は挿入）されて設けられている。このようにして、静止ブッシュ固定部１４によってハウジング４と静止ブッシュ１３とが固定されている。
静止ブッシュ固定部１４は、本実施形態では、静止ブッシュ１３における軸線Ｏ方向の中央位置に設けられている。
静止ブッシュ固定部１４は、本実施形態では、静止ブッシュ１３における軸線Ｏ方向の中央位置に設けられている。
ここで、静止ブッシュ固定部１４を設けず、静止ブッシュ１３はハウジング４とは一体に形成されていてもよい。
回転ブッシュ１０としては、第１回転ブッシュ１０Ａと第２回転ブッシュ１０Ｂとの二つが設けられている。
第１回転ブッシュ１０Ａは、第１フランジ部１６Ａに対して圧縮機３とは軸線Ｏの方向に反対側に配置され、かつ、静止ブッシュ１３に対して軸線Ｏの方向に圧縮機３側に配置されている。即ち、第１回転ブッシュ１０Ａは軸線Ｏの方向に挟まれるようにして、第１フランジ部１６と静止ブッシュ１３との間に配置されている。
第１回転ブッシュ１０Ａは、第１フランジ部１６Ａに対して圧縮機３とは軸線Ｏの方向に反対側に配置され、かつ、静止ブッシュ１３に対して軸線Ｏの方向に圧縮機３側に配置されている。即ち、第１回転ブッシュ１０Ａは軸線Ｏの方向に挟まれるようにして、第１フランジ部１６と静止ブッシュ１３との間に配置されている。
第１回転ブッシュ１０Ａは、回転軸５の外周面を取り囲むように形成される円筒状の部材であり、軸線Ｏの方向を向く一方の面はフランジ部１６における軸線Ｏの方向を向く面と相対している。また軸線Ｏの方向を向く他方の面は、静止ブッシュ１３における軸線Ｏ方向を向く面と相対している。
回転軸５の外周面と第１回転ブッシュ１０Ａの内周面との間、及び、第１回転ブッシュ１０Ａと静止ブッシュ１３との間、第１回転ブッシュ１０Ａと第１フランジ部１６Ａとの間には潤滑油ＯＩが存在し油膜が形成されている。回転軸５と回転ブッシュ１０とは接触せずに、回転ブッシュ１０は潤滑油ＯＩ中で浮遊し、自由に浮動する。
第１回転ブッシュ１０Ａには、径方向に貫通するとともに、ハウジング４の給油流路４ａに連通する給油孔１０ａが形成されている。
このようにして、回転ブッシュ１０の内周面は、回転軸５のジャーナル荷重を受けるジャーナルパッド面１８として機能する。また、第１フランジ部１６Ａ及び静止ブッシュ１３に相対する軸線Ｏ方向を向く面が、スラスト荷重を受けるスラストパッド面１９として機能する。
第２回転ブッシュ１０Ｂは、第１回転ブッシュ１０Ａと同様の構成を有し、回転軸５のジャーナル荷重及びスラスト荷重を受ける。第２回転ブッシュ１０Ｂは、静止ブッシュ１３に対し、第１回転ブッシュ１０Ａとは軸線Ｏの方向の反対側に配置されている。より具体的には、第２フランジ部１６Ｂに対して排気タービン２とは軸線Ｏの方向に反対側に配置され、かつ、静止ブッシュ１３に対して軸線Ｏの方向に排気タービン２側に配置されている。よって、第２回転ブッシュ１０Ｂは軸線Ｏ方向に挟まれるようにして、第２フランジ部１６Ｂと静止ブッシュ１３との間に配置されている。
軸受装置８における各構成要素の配置関係を整理すると、軸線Ｏの方向に第１フランジ部１６Ａと第２フランジ部１６Ｂとが離間して配置され、第１フランジ部１６Ａと第２フランジ部１６Ｂとの間に静止ブッシュ１３が配置されている。さらに、第１フランジ部１６と静止ブッシュ１３との間に第１回転ブッシュ１０Ａが、第２フランジ部１６Ｂと静止ブッシュ１３との間に第２回転ブッシュ１０Ｂが配置されている。
ここで、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図３を参照して、回転ブッシュ１０の詳細について説明する。
回転ブッシュ１０は、フランジ部１６及び静止ブッシュ１３とそれぞれ相対する軸線Ｏの方向を向く面であるスラストパッド面１９に、ランド面２５とテーパ面２６とを有している。
ランド面２５は、フランジ部１６及び静止ブッシュ１３における軸線Ｏの方向を向く面に沿う面、即ち、回転軸５の径方向に広がる面である。このランド面２５は、フランジ部１６及び静止ブッシュ１３における軸線Ｏの方向を向く面に完全に平行になっていなくともよい。
テーパ面２６は、ランド面２５に連続し、回転軸５の回転方向Ｒと反対方向に向かうに従って、軸線Ｏの方向にフランジ部１６（又は静止ブッシュ１３）から離間するように傾斜する面である。即ち、テーパ面２６は、回転軸５の回転方向Ｒと反対方向に向かうに従って、軸線Ｏの方向にフランジ部１６及び静止ブッシュ１３との隙間が大きくなるように傾斜している。
ランド面２５とテーパ面２６とが回転軸５の周方向に交互に設けられていることで、回転ブッシュ１０のスラストパッド面１９は、軸線Ｏの方向に凹凸状に形成されている。そして、ランド面２５とフランジ部１６（又は静止ブッシュ１３）との間の隙間は小さく、テーパ面２６とフランジ部１６（又は静止ブッシュ１３）との間の隙間は大きくなっている。
ここで、本実施形態では、フランジ部１６に相対するスラストパッド面１９に形成されたテーパ面２６Ａ（２６）は、スラストパッド面１９における径方向内側に寄った位置に形成されている。即ち、テーパ面２６Ａは、スラストパッド面１９の径方向内側の端縁と、径方向の中途位置との間の領域に形成されている。
一方で、静止ブッシュ１３相対するスラストパッド面１９に形成されたテーパ面２６Ｂ（２６）は、スラストパッド面１９における径方向内側の端縁と、径方向外側の端縁との間の全域にわたって形成されている。
このようにして、テーパ面２６Ａよりもテーパ面２６Ｂの方が面積が大きくなっている。換言すると、ランド面２５の面積に対するテーパ面２６の面積の比が、フランジ部１６側よりも静止ブッシュ１３側で大きくなっている。
一方で、静止ブッシュ１３相対するスラストパッド面１９に形成されたテーパ面２６Ｂ（２６）は、スラストパッド面１９における径方向内側の端縁と、径方向外側の端縁との間の全域にわたって形成されている。
このようにして、テーパ面２６Ａよりもテーパ面２６Ｂの方が面積が大きくなっている。換言すると、ランド面２５の面積に対するテーパ面２６の面積の比が、フランジ部１６側よりも静止ブッシュ１３側で大きくなっている。
ここで、テーパ面２６Ａとテーパ面２６Ｂとは、面積が同じとなるように形成されていてもよい。
また、回転ブッシュ１０における軸線Ｏ方向を向く面（スラストパッド面１９）の両側に、このようなランド面２５、及びテーパ面２６が形成されていなくともよい。即ち、軸線Ｏ方向の一方側のスラストパッド面１９にのみにランド面２５、及びテーパ面２６が形成されていてもよい。
また、第１回転ブッシュ１０Ａ（又は第２回転ブッシュ１０Ｂ）のみに、ランド面２５、及びテーパ面２６が形成されていてもよい。
また、回転ブッシュ１０における軸線Ｏ方向を向く面（スラストパッド面１９）の両側に、このようなランド面２５、及びテーパ面２６が形成されていなくともよい。即ち、軸線Ｏ方向の一方側のスラストパッド面１９にのみにランド面２５、及びテーパ面２６が形成されていてもよい。
また、第１回転ブッシュ１０Ａ（又は第２回転ブッシュ１０Ｂ）のみに、ランド面２５、及びテーパ面２６が形成されていてもよい。
このようなターボチャージャ１によると、軸受装置８における回転ブッシュ１０が回転軸５を囲って潤滑油ＯＩ中に浮遊し、いわゆるフローティングディスクとしての役割を果たす。そして、回転ブッシュ１０の内周面と回転軸５の外周面との間の油膜により、回転軸に生じるラジアル方向の荷重を受けることができる。
また、フランジ部１６と静止ブッシュ１３との間に回転ブッシュ１０が配置されることで、回転ブッシュ１０がスラスト方向の荷重をうけることができる。
また、フローティングディスクとしての機能を有する回転ブッシュ１０の効果として、回転ブッシュ１０が回転軸５に連れ回ることにより、回転軸５に対して相対回転することにより、回転軸５と回転ブッシュ１０との間、フランジ部１６と回転ブッシュ１０との間での潤滑油ＯＩの速度勾配が小さくなる。この結果、せん断応力による摩擦損失を低減することができる。
また、静止ブッシュ１３がハウジング４とは別部材であることで、ハウジング４の形状が単純化され、ハウジング４の製造が容易になる。さらに、静止ブッシュ１３は、荷重や摩擦等の力が加わり消耗・劣化しやすいため、保守点検又は修理交換時に、静止ブッシュ１３が別部品であると、点検や交換が容易である。
また、回転軸５、及び回転ブッシュ１０の回転によって回転方向Ｒに流速の生じた潤滑油ＯＩが、テーパ面２６をのぼり、ランド面２５に達する。
ランド面２５はテーパ面２６に比べて、フランジ部１６及び静止ブッシュ１３との距離が狭くなっている。このため、フランジ部１６及び静止ブッシュ１３との間に先細りの空間を形成しており、ランド面２５では潤滑油ＯＩの中にくさび膜圧力及びしぼり膜圧力が生じている。
このような圧力により、静止ブッシュ１３と回転ブッシュ１０、及び、フランジ部１６と回転ブッシュ１０とが直接接触することなく、回転軸５のスラスト方向の荷重を受ける軸受性能を向上させることができる。
さらに、回転ブッシュ１０におけるスラストパッド面１９では、フランジ部１６側よりも静止ブッシュ１３側の方が、テーパ面２６の面積が大きくなっている。このため、静止ブッシュ１３とテーパ面２６Ｂとの間の方が、フランジ部１６とテーパ面２６Ａとの間よりも大きな圧力が生じることになり、静止ブッシュ１３とテーパ面２６Ｂとの接触を抑制することが可能となる。
本実施形態のターボチャージャ１によると、軸受装置８における回転ブッシュ１０が、スラスト、及びラジアルの両方向から回転軸５の荷重を受けることで、回転軸５の回転によって生じる回転軸５の全体の軸受損失を低減することができる。
〔第二実施形態〕
以下、図４を参照して、本発明の第二実施形態のターボチャージャ３１（回転機械）について説明する。
第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、回転軸３５の形状が第一実施形態とは異なっている。
以下、図４を参照して、本発明の第二実施形態のターボチャージャ３１（回転機械）について説明する。
第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、回転軸３５の形状が第一実施形態とは異なっている。
回転軸３５は、静止ブッシュ１３が配置された軸線Ｏの方向の領域に対応する部分で縮径している。即ち、回転軸３５の外周面と、該外周面と相対する静止ブッシュ１３の内周面との径方向の距離の方が、回転軸の外周面と、該外周面に相対する回転ブッシュ１０の内周面との径方向の距離に比べて大きくなっている。これにより、静止ブッシュ１３と回転軸３５との間の隙間が大きくなっている。
さらに具体的には、回転軸３５は、回転ブッシュ１０と径方向に相対する位置に形成された大径外周面３６と、静止ブッシュ１３と径方向に相対する位置で大径外周面３６よりも小径に形成された小径外周面３７と、これら大径外周面３６と小径外周面３７とを接続する軸線Ｏの方向を向く段差面３８とを有している。
本実施形態のターボチャージャ３１によると、静止ブッシュ１３の内周面と、これに相対して回転する回転軸３５の外周面との距離が大きくなる。このため、静止ブッシュ１３の内周面と回転軸３５の外周面との間に流入した潤滑油ＯＩの油膜中の径方向の速度勾配が緩やかになり、潤滑油ＯＩのせん断応力を低減して軸受装置８での回転損失を低減することができる。
さらに、回転軸３５が一部で縮径して小径化することにより、回転軸３５の慣性モーメントを低減でき、回転軸３５の回転効率を向上させることができる。
〔第三実施形態〕
以下、図５を参照して、本発明の第三実施形態のターボチャージャ４１（回転機械）について説明する。
第一及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、軸受装置４８における静止ブッシュ４３の形状が第一及び第二実施形態とは異なっている。
以下、図５を参照して、本発明の第三実施形態のターボチャージャ４１（回転機械）について説明する。
第一及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、軸受装置４８における静止ブッシュ４３の形状が第一及び第二実施形態とは異なっている。
静止ブッシュ４３には、回転軸５の外周面に相対する内周面に、径方向内側から外側に向かって凹む凹部４４が回転軸５の周方向にわたって環状に形成されている。
これにより、凹部４４の底面４４ａ（径方向内側を向く面）と該底面４４ａに相対する回転軸５の外周面との距離の方が、回転軸５の外周面と該外周面に相対する回転ブッシュ１０の内周面との距離に比べて大きくなっている。
これにより、凹部４４の底面４４ａ（径方向内側を向く面）と該底面４４ａに相対する回転軸５の外周面との距離の方が、回転軸５の外周面と該外周面に相対する回転ブッシュ１０の内周面との距離に比べて大きくなっている。
本実施形態のターボチャージャ４１によると、径方向における凹部４４の底面４４ａと回転軸５との距離が、径方向における回転ブッシュ１０と回転軸５との距離に比べて大きくなっている。このため、静止ブッシュ４３の内周面と、これに相対する回転軸５の外周面との間に流入した潤滑油ＯＩのせん断応力を低減することができる。この結果、軸受装置４８における回転損失を低減することができる。
〔第四実施形態〕
以下、図６を参照して、本発明の第四実施形態のターボチャージャ５１（回転機械）について説明する。
第一から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、軸受装置５８における静止ブッシュ固定部５４が第一から第三実施形態とは異なっている。
以下、図６を参照して、本発明の第四実施形態のターボチャージャ５１（回転機械）について説明する。
第一から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、軸受装置５８における静止ブッシュ固定部５４が第一から第三実施形態とは異なっている。
静止ブッシュ固定部５４は、第一実施形態と同様にハウジング４及び静止ブッシュ１３に形成された孔部１７に嵌入されたピンであるが、このピンには、径方向に貫通するように、潤滑油ＯＩを静止ブッシュ１３及びハウジング４の外部に排出する排出孔５４ａが形成されている。即ち、ピンは中空筒状となっている。
この排出孔５４ａは、ターボチャージャ５１が設置された際に、下方に向かって延びるように形成されているとよい。
この排出孔５４ａは、ターボチャージャ５１が設置された際に、下方に向かって延びるように形成されているとよい。
本実施形態のターボチャージャ５１によると、静止ブッシュ１３に囲まれた回転軸５の外周面と、静止ブッシュ１３の内周面との間に流入した潤滑油ＯＩを、径方向外側に排出孔５４ａを通じて排出する。
この結果、汚れ等で不要となった潤滑油ＯＩを軸受装置５８の外部に排出することができ、回転軸５の回転時の撹拌損失、摩擦損失を低減することができる。
また、静止ブッシュ固定部５４に排出孔５４ａを形成することで、排出孔５４ａを容易に形成できる。よって、排出孔５４ａの詰り等の不具合が生じた場合に、静止ブッシュ固定部５４を取り外せばよく、点検、交換がし易くなる。
〔第五実施形態〕
以下、図７を参照して、本発明の第五実施形態のターボチャージャ６１（回転機械）について説明する。
第一から第四実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、軸受装置６８における静止ブッシュ６３が第一から第四実施形態と異なっている。また、本実施形態では回転軸３５は、第二実施形態と同様に一部で縮径した形状をなしている。
以下、図７を参照して、本発明の第五実施形態のターボチャージャ６１（回転機械）について説明する。
第一から第四実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、軸受装置６８における静止ブッシュ６３が第一から第四実施形態と異なっている。また、本実施形態では回転軸３５は、第二実施形態と同様に一部で縮径した形状をなしている。
静止ブッシュ６３には、径方向に貫通するように潤滑油ＯＩを排出する排出孔６３ａが形成されている。本実施形態では、静止ブッシュ固定部１４を軸線Ｏの方向の両側から挟むようにして、一対の排出孔６３ａが形成されている。
またこの排出孔６３ａは、ターボチャージャ６１が設置された際に、下方に向かって延びるように形成されているとよい。
またこの排出孔６３ａは、ターボチャージャ６１が設置された際に、下方に向かって延びるように形成されているとよい。
本実施形態のターボチャージャ６１によると、静止ブッシュ６３に囲まれた回転軸３５の外周面と、静止ブッシュ６３の内周面との間に流入した潤滑油ＯＩを、排出孔６３ａを通じて径方向外側に排出することができる。この結果、汚れ等で不要となった潤滑油ＯＩの排出により、回転軸３５の回転時の撹拌損失、摩擦損失を低減することができる。
本実施形態では、排出孔６３ａを静止ブッシュ６３のみに形成したが、第四実施形態のように排出孔５４ａを形成した静止ブッシュ固定部５４を併用してもよい。
〔第六実施形態〕
以下、図８を参照して、本発明の第六実施形態のターボチャージャ７１（回転機械）について説明する。
第一から第五実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、軸受装置７８における静止ブッシュ固定部７４が第一から第五実施形態と異なっている。
以下、図８を参照して、本発明の第六実施形態のターボチャージャ７１（回転機械）について説明する。
第一から第五実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、軸受装置７８における静止ブッシュ固定部７４が第一から第五実施形態と異なっている。
静止ブッシュ固定部７４は、ハウジング４と静止ブッシュ７３との間に介在され、静止ブッシュ７３の軸線Ｏの方向の移動を規制しつつ、径方向への移動を許容する支持部材である。
本実施形態では、静止ブッシュ固定部７４は、樹脂等の弾性変形可能な材料よりなる弾性体であり、軸線Ｏを中心とした環状をなしている。また、静止ブッシュ７３における軸線Ｏの方向の両端部の位置にそれぞれ配されることで、軸線Ｏ方向に互いに離間して一対が設けられている。
本実施形態のターボチャージャ７１によると、静止ブッシュ固定部７４が弾性体であることで、静止ブッシュ７３が回転軸５の軸振動に対して追従し、回転軸５への静止ブッシュ７３の片当たりを抑制することができる。
また、弾性体の弾性力により、回転軸５を元の位置（軸振動が作用していない状態の初期位置）に戻す作用が働く。このため、軸受装置７８によって安定して回転軸５を支持しつつ、潤滑油ＯＩの油膜によって回転軸５のラジアル荷重を受けることができる。
ここで、静止ブッシュ固定部７４は、例えば板バネやコイルバネ等のバネ部材であってもよい。また単に弾性変形可能な金属、樹脂等の板状部材、環状部材であってもよい。
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
上述の実施形態を組み合わせた構成を採用してもよい。例えば、第二実施形態の回転軸３５と、第四実施形態の排出孔５４ａを併用してもよい。
上述の実施形態を組み合わせた構成を採用してもよい。例えば、第二実施形態の回転軸３５と、第四実施形態の排出孔５４ａを併用してもよい。
また、上述の実施形態では二つの回転ブッシュを設けた例を説明したが、回転ブッシュが一つのみであってもよい。また、回転ブッシュは三つ以上設けられていてもよく、この場合、軸線Ｏ方向に互いに離間して複数の静止ブッシュを設けてもよい。
上記した軸受装置、及び回転機械によれば、回転ブッシュが、スラスト、及びラジアルの両方向から回転軸の荷重を受けることで、回転軸の回転により生じる回転軸全体の軸受損失を低減することが可能である。
１ ターボチャージャ（回転機械）
２ 排気タービン
３ 圧縮機
４ ハウジング
４ａ 給油流路
５ 回転軸
８ 軸受装置
１０ 回転ブッシュ
１０Ａ 第１回転ブッシュ
１０Ｂ 第２回転ブッシュ
１０ａ 給油孔
１３ 静止ブッシュ
１４ 静止ブッシュ固定部
１５ スリーブ
１６ フランジ部
１６Ａ 第１フランジ部
１６Ｂ 第２フランジ部
１７ 孔部
１８ ジャーナルパッド面
１９ スラストパッド面
Ｏ 軸線
ＯＩ 潤滑油（流体）
Ｇ 排気ガス
ＡＲ 空気
２５ ランド面
２６（２６Ａ、２６Ｂ） テーパ面
Ｒ 回転方向
３１ ターボチャージャ（回転機械）
３５ 回転軸
３６ 大径外周面
３７ 小径外周面
３８ 段差面
４１ ターボチャージャ（回転機械）
４３ 静止ブッシュ
４４ 凹部
４４ａ 底面
４８ 軸受装置
５１ ターボチャージャ（回転機械）
５４ 静止ブッシュ固定部
５４ａ 排出孔
５８ 軸受装置
６１ ターボチャージャ（回転機械）
６３ 静止ブッシュ
６３ａ 排出孔
６８ 軸受装置
７１ ターボチャージャ（回転機械）
７３ 静止ブッシュ
７４ 静止ブッシュ固定部
７８ 軸受装置
２ 排気タービン
３ 圧縮機
４ ハウジング
４ａ 給油流路
５ 回転軸
８ 軸受装置
１０ 回転ブッシュ
１０Ａ 第１回転ブッシュ
１０Ｂ 第２回転ブッシュ
１０ａ 給油孔
１３ 静止ブッシュ
１４ 静止ブッシュ固定部
１５ スリーブ
１６ フランジ部
１６Ａ 第１フランジ部
１６Ｂ 第２フランジ部
１７ 孔部
１８ ジャーナルパッド面
１９ スラストパッド面
Ｏ 軸線
ＯＩ 潤滑油（流体）
Ｇ 排気ガス
ＡＲ 空気
２５ ランド面
２６（２６Ａ、２６Ｂ） テーパ面
Ｒ 回転方向
３１ ターボチャージャ（回転機械）
３５ 回転軸
３６ 大径外周面
３７ 小径外周面
３８ 段差面
４１ ターボチャージャ（回転機械）
４３ 静止ブッシュ
４４ 凹部
４４ａ 底面
４８ 軸受装置
５１ ターボチャージャ（回転機械）
５４ 静止ブッシュ固定部
５４ａ 排出孔
５８ 軸受装置
６１ ターボチャージャ（回転機械）
６３ 静止ブッシュ
６３ａ 排出孔
６８ 軸受装置
７１ ターボチャージャ（回転機械）
７３ 静止ブッシュ
７４ 静止ブッシュ固定部
７８ 軸受装置
Claims (11)
- 軸線回りに回転する回転軸の径方向に突出して該回転軸とともに回転するフランジ部と、
前記フランジ部と前記軸線の方向に離間して配置され、前記回転軸の外周面を囲い、該回転軸を支持するハウジングに前記回転軸に対して前記軸線の方向に相対移動不能となるように設けられた静止ブッシュと、
前記フランジ部と前記静止ブッシュとの間に、これらフランジ部及び静止ブッシュによって前記軸線の方向から挟まれるように配置されるとともに前記回転軸の外周面を囲い、流体中に浮遊して前記回転軸及び前記ハウジングに対して相対回転可能な回転ブッシュと、
を備え、
前記回転ブッシュは、
前記フランジ部及び前記静止ブッシュとそれぞれ相対する前記軸線の方向を向く面に、これらフランジ部及び静止ブッシュにおける前記軸線の方向を向く面に沿うランド面と、
前記ランド面に連続し、前記回転軸の回転方向と反対方向に向かうに従って、前記軸線の方向に前記フランジ部及び前記静止ブッシュとの隙間が大きくなるように傾斜するテーパ面と、
を有する軸受装置。 - 前記静止ブッシュは、前記ハウジングと別部材であり、
前記静止ブッシュと前記ハウジングとを固定する静止ブッシュ固定部をさらに備える請求項１に記載の軸受装置。 - 前記静止ブッシュ固定部は、前記ハウジングと前記静止ブッシュとを貫通する孔部に嵌入されたピンである請求項２に記載の軸受装置。
- 前記静止ブッシュ固定部には、前記径方向に貫通するように、前記流体を排出する排出孔が形成されている請求項３に記載の軸受装置。
- 前記静止ブッシュ固定部は、前記ハウジングと前記静止ブッシュとの間に介在され、該静止ブッシュの前記軸線の方向の移動を規制し、前記径方向への移動を許容する支持部材である請求項２に記載の軸受装置。
- 前記静止ブッシュ固定部は、弾性体である請求項５に記載の軸受装置。
- 前記静止ブッシュには、前記径方向に貫通するように、前記流体を排出する排出孔が形成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の軸受装置。
- 前記回転軸の外周面と、該外周面と相対する前記静止ブッシュの内周面との前記径方向の距離の方が、前記回転軸の外周面と、該外周面に相対する前記回転ブッシュの内周面との前記径方向の距離に比べ、大きくなっている請求項１から７のいずれか一項に記載の軸受装置。
- 前記回転軸は、前記静止ブッシュが配置された前記軸線の方向の領域に対応する部分で縮径している請求項８に記載の軸受装置。
- 前記静止ブッシュには、前記回転軸の外周面に相対する内周面に、径方向内側から外側に向かって凹む凹部が前記回転軸の周方向にわたって形成され、
前記凹部の底面と該底面に相対する前記回転軸の外周面との距離の方が、前記回転軸の外周面と該外周面に相対する前記回転ブッシュの内周面との距離に比べ、大きくなっている請求項８に記載の軸受装置。 - 請求項１から１０のいずれか一項に記載の軸受装置と、
前記軸受装置によって支持される回転軸と、
を備える回転機械。
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|---|---|---|---|
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