JPWO2020144733A1 - 軸受装置及びこれを備えたターボチャージャ - Google Patents

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Abstract

軸受装置は、回転軸周りに回転可能に構成され、前記回転軸に交差する回転面を有する回転部と、前記回転面に対向する静止面を有する静止部と、を備え、前記回転面又は前記静止面の一方は、軸受油膜を形成するための軸受面部を有し、前記回転面は、第１内周側領域と、前記軸受面部よりも径方向外側にて前記静止面と対向し、前記第１内周側領域よりも疎油性が高い第１外周側領域と、を含む。

Description

本開示は、軸受装置及びこれを備えたターボチャージャに関する。
軸受油膜によって回転シャフトを回転可能に支持する軸受装置では、軸受油膜を形成する油の流失は軸受負荷の低減につながり得るため、このような油の流失を抑制するための工夫がなされている。
例えば、特許文献１には、回転シャフトと静止部材との間に潤滑液の膜が形成される流体動圧軸受において、この潤滑液の漏れを低減するため、回転シャフト及び静止部材の表面のうち、潤滑液の膜に隣接する部位に撥油膜を形成することが記載されている。
特許第４５５６６２１号公報
ところで、油膜でスラスト荷重を支持するスラスト軸受において、回転シャフトとともに回転する回転面（例えばスラストカラーの面）と、これに対向する静止面（例えば軸受プレートの面）との間で軸受油膜を形成する油が、遠心力により径方向外側へ流出すると（すなわち、サイドフローが生じると）、軸受装置の負荷能力が低下し得る。そこで、負荷能力の低下につながるサイドフローを軽減するために、軸受面の外周側に、回転面と静止面とで挟まれた空間（堰）を設けることがある。この空間を設けることにより、上述のサイドフローを低減できることが期待されるが、一方、このような空間を形成する場合、回転面と静止面とで挟まれる狭い隙間の面積が増大するため、この空間に油が存在していると、油と回転面との摩擦に起因する軸受損失が増大する可能性がある。
したがって、一般的に、軸受装置の負荷能力を高めることと、軸受損失を低減させることは両立は難しいと考えられる。この点、特許文献１には、軸受損失を低減させながら軸受装置の負荷能力を向上させることについて記載されていない。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、軸受損失の低減と、負荷能力の増大を両立可能な軸受装置及びこれを備えた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軸受装置は、
回転軸周りに回転可能に構成され、前記回転軸に交差する回転面を有する回転部と、
前記回転面に対向する静止面を有する静止部と、を備え、
前記回転面又は前記静止面の一方は、軸受油膜を形成するための軸受面部を有し、
前記回転面は、
第１内周側領域と、
前記軸受面部よりも径方向外側にて前記静止面と対向し、前記第１内周側領域よりも疎油性が高い第１外周側領域と、
を含む。
軸受装置の軸受面部において、回転面の回転につれて回転方向に流れる油量が多いほど、軸受の負荷能力が向上する。一方、回転面と油の摩擦による軸受損失は、油の速度勾配に比例する。
この点、上記（１）の構成では、回転面のうち、軸受面部よりも径方向外側にて静止面と対向する第１外周側領域の疎油性を、第１内周側領域よりも高くしている。これにより、第１外周側領域において、回転面近傍における油の速度が低減し、遠心力によるサイドフロー（油の漏れ）を低減することができるため、軸受面部で回転方向に流れる油量が維持されやすく、軸受の負荷能力を増大させることができるとともに、第１外周側領域において回転面近傍の油に回転面からのエネルギーが伝わりにくく、油の速度勾配を低減させることができるため、摩擦による軸受損失を低減させることができる。よって、上記（１）の構成によれば、軸受損失を低減しながら、軸受装置の負荷能力を増大させることができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記軸受装置は、
前記第１外周側領域の径方向範囲内の第１位置における前記回転面と前記静止面との間の間隙の大きさをＧ１とし、前記軸受面部の径方向範囲内の第２位置における前記回転面と前記静止面との間の間隙の大きさＧ２としたとき、Ｇ１≦Ｇ２を満たす。
上記（２）の構成によれば、第１外周側領域の径方向範囲内の第１位置における回転面と静止面との間の間隙の大きさＧ１を、軸受面部の径方向範囲内の第２位置における間隙の大きさＧ２以下に設定したので、第１外周側領域から径方向外側への油の流出（上述のサイドフロー）をより確実に低減させることができる、よって、軸受装置の負荷能力を増大させることができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記回転面の前記第１内周側領域は、軸方向において前記軸受油膜に隣接するように設けられる。
上記（３）の構成によれば、第１内周側領域は軸方向において軸受油膜に隣接するように設けられるので、第１内周側領域よりも径方向外側に位置する高疎油性の第１外周側領域により、上記（１）で述べたように、油のサイドフローを低減することができるとともに、第１外周側領域における油の速度勾配を低減させることができる。よって、軸受損失を低減しながら、軸受装置の負荷能力を増大させることができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記回転面の前記軸受面部又は前記回転面のうち前記軸受面部に対向する部分において、前記第１外周側領域よりも疎油性が低い部分が占める面積の割合は７５％以上である。
上記（４）の構成によれば、回転面のうち、軸受面部又は軸受面部に対向する部分の大部分は疎油性が比較的低いので、この領域においては、回転方向の油の流れが阻害されにくい。このため、軸受面部にて回転方向に流れる油量が確保され、軸受の負荷能力の低下を効果的に抑制することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記第１外周側領域は、前記回転面の表面に設けられた疎油性膜を含む。
上記（５）の構成によれば、回転面の表面に疎油性膜を設けることにより、第１外周側領域に疎油性を付与することができるので、上記（１）で述べたように、油のサイドフローを低減することができるとともに、第１外周側領域における油の速度勾配を低減させることができる。よって、軸受損失を低減しながら、軸受装置の負荷能力を増大させることができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記疎油性膜は、前記軸方向に突出する複数の第１凸部を有し、
前記複数の第１凸部のピッチＰ１と前記複数の第１凸部の高さｈ１の比Ｐ１／ｈ１は、１．０以上２．０以下である。
上記（６）の構成によれば、疎油性膜の表面に複数の第１凸部を形成し、該第１凸部のピッチＰ１と高さｈ１の比Ｐ１／ｈ１を１．０以上２．０以下に設定したので、サイドフローを効果的に低減することができるとともに、第１外周側領域における油の速度勾配を効果的に低減させることができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記疎油性膜のうち、前記複数の第１凸部が占める面積の割合は、１％以上２０％以下である。
上記（７）の構成によれば、疎油性膜のうち複数の第１凸部が占める面積の割合を１％以上２０％以下に設定したので、サイドフローをより効果的に低減することができるとともに、第１外周側領域における油の速度勾配をより効果的に低減させることができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記静止面は、
第２内周側領域と、
前記軸受面部よりも径方向外側にて前記回転面と対向し、前記第２内周側領域よりも親油性が高い第２外周側領域と、
を含む。
上記（８）の構成によれば、静止面のうち、軸受面部よりも径方向外側にて回転面と対向する第２外周側領域を親油性としたので、第２外周側領域には油が溜まりやすくなる。このように第２外周側領域に溜まった油は、軸受面部から径方向外側に流出しようとする油の流れを阻止する壁として機能する。このため、軸受面部において、回転方向に流れる油量が確保され、軸受の負荷能力の低下を効果的に抑制することができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記第２外周側領域は、前記軸方向に突出する複数の第２凸部を有し、
前記複数の第２凸部のピッチＰ２と前記複数の第２凸部の高さｈ２の比Ｐ２／ｈ２は、１．０以上２．０以下である。
上記（９）の構成によれば、第２外周側領域の表面に複数の第２凸部を形成し、該第２凸部のピッチＰ２と高さｈ２の比Ｐ２／ｈ２を１．０以上２．０以下に設定したので、第２外周側領域に親油性を付与することができる。よって、上記（８）で述べたように、軸受面部において、回転方向に流れる油量が確保され、軸受の負荷能力の低下を効果的に抑制することができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）の構成において、
前記第２外周側領域は、前記静止面の表面に設けられた親油性膜を含む。
上記（１０）の構成によれば、静止面の表面に親油性膜を設けることにより、第２外周側領域に親油性を付与することができる。これにより、上記（８）で述べたように、軸受面部において、回転方向に流れる油量が確保され、軸受の負荷能力の低下を効果的に抑制することができる。
（１１）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（１）乃至（１０）の何れか一項に記載の軸受装置と、
前記軸受装置によって回転可能に支持される回転シャフトと、
前記回転シャフトに設けられるコンプレッサインペラ及びタービンインペラと、
を備える。
上記（１１）の構成では、回転面のうち、軸受面部よりも径方向外側にて静止面と対向する第１外周側領域の疎油性を、第１内周側領域よりも高くしている。これにより、第１外周側領域において、回転面近傍における油の速度が低減し、遠心力によるサイドフロー（油の漏れ）を低減することができるため、軸受面部で回転方向に流れる油量が維持されやすく、軸受の負荷能力を増大させることができるとともに、第１外周側領域において回転面近傍の油に回転面からのエネルギーが伝わりにくく、油の速度勾配を低減させることができるため、摩擦による軸受損失を低減させることができる。よって、上記（１１）の構成によれば、軸受損失を低減しながら、軸受装置の負荷能力を増大させることができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、軸受損失の低減と、負荷能力の増大を両立可能な軸受装置及びこれを備えたターボチャージャが提供される。
一実施形態に係るターボチャージャの概略断面図である。 図１に示すスラスト軸受装置（軸受装置）の軸方向に沿った概略断面図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置の構成を説明するための概略図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置の構成を説明するための概略図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置による作用を説明するための図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置による作用を説明するための図である。 図２に示すスラスト軸受装置の部分的な拡大図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置の回転面の表面の拡大模式図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置の回転面の表面の拡大模式図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置の回転面の表面の拡大模式図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置の静止面の表面の拡大模式図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置の静止面の表面の拡大模式図である。 一実施形態に係るスラスト軸受装置の静止面の表面の拡大模式図である。
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。
まず、図１を参照して、一実施形態に係る軸受装置を備えたターボチャージャについて説明する。図１は、一実施形態に係るターボチャージャの概略断面図である。同図に示すように、一実施形態に係るターボチャージャ１は、回転シャフト２と、回転シャフト２の一端部に設けられるコンプレッサインペラ４と、回転シャフト２の他端部に設けられるタービンインペラ６と、回転シャフト２を回転可能に支持するラジアル軸受装置２４及びスラスト軸受装置３０を備えている。ラジアル軸受装置２４及びスラスト軸受装置３０（軸受装置）は、それぞれ、回転シャフト２の軸方向において、コンプレッサインペラ４と、タービンインペラ６との間に位置している。
また、ターボチャージャ１は、コンプレッサインペラ４を囲うコンプレッサハウジング１０と、タービンインペラ６を囲うタービンハウジング１２と、回転シャフト２の軸方向において、コンプレッサハウジング１０とタービンハウジング１２との間に位置する軸受ハウジング１４と、を備えている。コンプレッサハウジング１０と軸受ハウジング１４、及び、タービンハウジング１２と軸受ハウジング１４は、それぞれ、ボルト（不図示）で締結されていてもよい。
コンプレッサハウジング１０は、軸方向におけるターボチャージャ１の一端部において軸方向外側に向かって開口する空気入口１６を有するとともに、コンプレッサインペラ４の径方向外側に位置する環状流路１８を形成している。
また、タービンハウジング１２は、軸方向におけるターボチャージャ１の他端部において軸方向外側に向かって開口する排ガス出口２０を有するとともに、タービンインペラ６の径方向外側に位置する環状流路２２を形成している。
ラジアル軸受装置２４及びスラスト軸受装置３０には、軸受ハウジング１４に形成された潤滑油供給路２６を介して、潤滑油が供給されるようになっている。ラジアル軸受装置２４及びスラスト軸受装置３０から漏出した潤滑油は、排油空間２７を通って、油排出口２８から排出されるようになっている。
上述の構成を有するターボチャージャ１は、例えば、以下のように動作する。
空気入口１６を介してコンプレッサインペラ４に空気が流入し、回転シャフト２とともに回転するコンプレッサインペラ４によってこの空気が圧縮される。このようにして生成した圧縮空気は、コンプレッサインペラ４の径方向外側に形成された環状流路１８を介してターボチャージャ１から一旦排出され、燃焼機関（不図示）に供給される。
燃焼機関では、上述の圧縮空気とともに燃料が燃焼され、この燃焼反応により燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、燃焼機関から排出される排ガスとして、タービンインペラ６の径方向外側に形成された環状流路２２を介してタービンインペラ６に流入する。このように流入した排ガスの流れによってタービンインペラ６に回転力が付与され、これにより回転シャフト２が駆動される。タービンで仕事を終えた排ガスは、排ガス出口２０を介して、ターボチャージャ１から排出されるようになっている。
本発明の幾つかの実施形態に係る軸受装置は、上述のスラスト軸受装置３０であってもよい。
次に、図１〜８Ｂを参照して、幾つかの実施形態に係る軸受装置について説明する。
図２は、図１に示すスラスト軸受装置３０（軸受装置）の軸方向に沿った概略断面図であり、図３及び図４は、スラスト軸受装置３０の構成を説明するための概略図である。また、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図であり、図４は図２のＩＶ−ＩＶ矢視図である。なお、図３及び図４では、回転シャフト２、軸受プレート３２及びスラストカラー３６のみを示している。また、図３及び図４における符号１０１，１０２，２０１，２０２の部分の斜線は、断面を示すものではなく、領域を示すものである。
図１及び図２に示すように、スラスト軸受装置３０は、回転シャフト２の回転軸Ｏ周りに回転可能なスラストカラー３６（回転部）と、静止部材としての軸受ハウジング１４に支持された軸受プレート３２（静止部）と、を含む。スラストカラー３６は、回転軸Ｏに交差する回転面８を有する。軸受プレート３２は、スラストカラー３６の回転面８に対向する静止面９を有する。回転面８及び静止面９は、典型的には、回転軸Ｏに直交する平面に沿って拡がっている。
軸受プレート３２の静止面９には、軸受油膜５０を形成するための軸受面部３１を有している。軸受油膜５０は、軸方向において、少なくとも回転面８と静止面９との間に形成される。図２及び図４に示すように、軸受面部３１は、平坦なランド部３３と、ランド部３３から軸方向に凹み、円周方向に沿った斜面を有するテーパ部３４と、を含むテーパランド軸受として機能する。軸受面部３１には、軸受プレート３２の内部に形成された油供給路３９（図１参照；図２〜６において不図示）を介して、潤滑油供給路２６から潤滑油が供給されるようになっており、軸受面部３１と、スラストカラー３６の回転面８との間に軸受油膜５０（図２参照）が形成されるようになっている。
なお、図示する実施形態では、静止部（図示する実施形態における軸受プレート３２）の静止面９に軸受面部３１が形成されているが、他の実施形態では、回転部の回転面８に軸受面部が形成されていてもよい。
また、軸受面部は、上述のテーパランド軸受に限定されない。例えば、軸受面部は、軸受油膜が形成される溝やポケットが静止面９又は回転面８に形成されたものであってもよい。
また、図２等に示すように、軸方向において、軸受プレート３２を挟んでスラストカラー３６の反対側にスラストカラー３８が設けられていてもよく、軸受プレート３２とスラストカラー３８との間にも、軸受油膜が形成されるようになっていてもよい。
図２及び図３に示すように、回転面８（図示する実施形態では、スラストカラー３６が有する面）は、第１内周側領域１０１と、軸受面部３１よりも径方向外側にて静止面９と対向し、第１内周側領域１０１よりも疎油性が高い第１外周側領域１０２と、を含む。
本明細書における「疎油性」又は「親油性」等の油に対する濡れ性は、例えば、基準となる試料油を用いて計測したときの接触角の大小関係によって評価し得るものである。接触角が大きいほど疎油性が高い（即ち親油性が低い、又は、油に対する濡れ性が低い）ことを示し、接触角が小さいほど疎油性が低い（即ち親油性が高い、又は、油に対する濡れ性が高い）ことを示す。上述の基準となる試料油は、例えば、標準的な潤滑油、又は、エンジンオイル等であってもよい。
ここで、図５Ａ及び図５Ｂは、幾つかの実施形態に係るスラスト軸受装置３０による作用を説明するための図である。図５Ａ、図５Ｂにおいて、Ｄ１〜Ｄ３は、軸方向における油の速度分布を示す。なお、図５Ａ，図５Ｂにおいて、軸受油膜は図示を省略している。
回転面８に上述の第１外周側領域１０２（第１内周側領域１０１に比べて疎水性が高い領域）を設けない場合、軸方向における油の速度分布は、例えば図５Ａ、図５ＢのＤ１のように、回転面８において速度ｕ１、かつ、静止面９において速度ゼロの線形の分布（速度勾配）を有する。ここで、回転面８における油の速度ｕ１は、回転面８の回転速度に対応する値である。
これに対し、上述の実施形態では、回転面８に上述の第１外周側領域１０２を設け、回転面８のうち、軸受面部３１よりも径方向外側にて静止面９と対向する第１外周側領域１０２の疎油性を、第１内周側領域１０１よりも高くしている。これにより、軸方向における油の速度分布は、例えば図５ＡのＤ２のように、回転面８における速度がｕ１に比べて著しく低減し、軸方向における回転面８と静止面９との間で速度が最大となるような曲線状の分布となる。このように、第１外周側領域１０２において、回転面８近傍における油の速度が低減し、遠心力によるサイドフロー（油の漏れ）を低減することができるため、軸受面部３１で回転方向に流れる油量が維持されやすく、軸受の負荷能力を増大させることができる。
また、上述の実施形態では、回転面８に上述の第１外周側領域１０２を設け、回転面８のうち、軸受面部３１よりも径方向外側にて静止面９と対向する第１外周側領域１０２の疎油性を、第１内周側領域１０１よりも高くしている。これにより、軸方向における油の速度分布は、例えば図５ＢのＤ３のように、回転面８において速度ｕ２（ただしｕ２はｕ１よりも小さい）、かつ、静止面９において速度ゼロの線形の分布（速度勾配）を有し、軸方向の全領域において、油の速度はＤ１の場合よりも小さい。このように、疎油性の比較的高い第１外周側領域１０２を設けることにより、第１外周側領域１０２において回転面８近傍の油に回転面８からのエネルギーが伝わりにくく、油の速度勾配を低減させることができる。回転面８の表面における摩擦は油の速度勾配に比例するので、上述の速度勾配の低減により摩擦が低減するため、この摩擦による軸受損失を低減することができる。
したがって、上述の実施形態によれば、回転面８に、軸受面部３１よりも径方向外側にて静止面９と対向し、第１内周側領域１０１よりも疎油性が高い第１外周側領域１０２を設けたので、軸受損失を低減しながら、スラスト軸受装置３０の負荷能力を増大させることができる。
幾つかの実施形態では、図２に示すように、回転面８の第１内周側領域１０１は、軸方向において軸受油膜５０に隣接するように設けられる。
この場合、上述したように、第１内周側領域１０１よりも径方向外側に位置する高疎油性の第１外周側領域１０２により、油のサイドフローを低減することができるとともに、第１外周側領域１０２における油の速度勾配を低減させることができる。よって、軸受損失を低減しながら、スラスト軸受装置３０の負荷能力を増大させることができる。
なお、図２〜図４等に示す実施形態では、回転面８の第１内周側領域１０１が軸方向において軸受面部３１と完全に重なっており、回転面８の第１外周側領域１０２の全体が、軸受面部３１よりも径方向外側に位置する例を示したが、本発明はこのような実施形態に限定されない。例えば、第１外周側領域１０２のうち、内径側の一部が、径方向において軸受面部３１と重なるように設けられ、この第１外周側領域１０２よりも径方向内側に第１内周側領域１０１が設けられていてもよい。
また、第１内周側領域１０１よりも径方向内側に、他の領域（例えば、第１外周側領域１０２よりも疎油性が高い領域）が設けられていてもよい。
図６は、図２に示すスラスト軸受装置３０の部分的な拡大図である。
幾つかの実施形態では、スラスト軸受装置３０は、第１外周側領域１０２の径方向範囲Ｒ１内の第１位置ｒ１における回転面８と静止面９との間の間隙の大きさをＧ１とし、軸受面部３１の径方向範囲Ｒ２内の第２位置ｒ２（図６のｒ２ａ、ｒ２ｂ）における回転面８と静止面９との間の間隙の大きさＧ２（図６のＧ２ａ、Ｇ２ｂ）としたとき、Ｇ１≦Ｇ２を満たす。なお、図６におけるｒ２ａは、軸受面部３１のうちランド部３３の位置における第２位置であり、図６におけるｒ２ｂは、軸受面部３１のうちテーパ部３４の位置における第２位置である。
また、幾つかの実施形態では、上述の径方向範囲Ｒ１内の全ての第１位置ｒ１における上述の間隙の大きさＧ１、及び、上述の径方向範囲Ｒ２内の全ての第２位置ｒ２における上述の間隙の大きさＧ２は、Ｇ１≦Ｇ２を満たしていてもよい。
このように、第１外周側領域１０２の径方向範囲Ｒ１内の第１位置ｒ１における回転面８と静止面９との間の間隙の大きさＧ１を、軸受面部３１の径方向範囲Ｒ２内の第２位置ｒ２における間隙の大きさＧ２以下に設定したので、第１外周側領域１０２から径方向外側への油の流出（上述のサイドフロー）をより確実に低減させることができる、よって、スラスト軸受装置３０の負荷能力を増大させることができる。
静止面９側に軸受面部３１が設けられる幾つかの実施形態（図２等参照）では、回転面８のうち軸受面部３１に対向する部分において、第１外周側領域１０２よりも疎油性が低い部分が占める面積の割合は７５％以上又は９０％以上であってもよい。なお、図示する実施形態では、回転面８のうち軸受面部３１に対向する部分は、第１内周側領域１０１と重なる。
回転面８側に軸受面部３１が設けられる幾つかの実施形態（不図示）では、回転面８の軸受面部３１において、第１外周側領域１０２よりも疎油性が低い部分が占める面積の割合は７５％以上又は９０％以上であってもよい。
このように、回転面８のうち、軸受面部３１又は軸受面部３１に対向する部分の大部分の疎油性を比較的低くすることにより、この領域においては、回転方向の油の流れが阻害されにくい。このため、軸受面部３１にて回転方向に流れる油量が確保され、軸受の負荷能力の低下を効果的に抑制することができる。
図７、図８Ａ及び図８Ｂは、幾つかの実施形態に係るスラスト軸受装置３０の回転面８の表面の拡大模式図である。図７及び図８Ｂは回転面８の断面図であり、図８Ａは回転面８を径方向視した図である。
幾つかの実施形態では、例えば図７及び図８Ａ，図８Ｂに示すように、第１外周側領域１０２は、回転面８の表面に設けられた疎油性膜４０を含む。
このように、回転面８の表面に疎油性膜を設けることにより、第１外周側領域１０２に疎油性を付与することができるので、回転面８と静止面９との間からの油のサイドフローを低減することができるとともに、第１外周側領域１０２における油の速度勾配を低減させることができる。よって、軸受損失を低減しながら、スラスト軸受装置３０の負荷能力を増大させることができる。
疎油性膜４０の材料として、例えば、フッ素系樹脂等のフッ素系コーティング剤を用いることができる。
回転面８が金属で構成されている場合、回転面８の表面に直接疎油性膜４０を形成してもよいし、あるいは、回転面８の表面を酸化剤で処理して酸化膜を形成した後、該酸化膜の表面に疎油性膜４０を形成するようにしてもよい。
図７に示す例示的な実施形態では、疎油性膜４０は、平坦な表面を有する。
図８Ａ、図８Ｂに示す例示的な実施形態では、疎油性膜４０は、平坦部４１と、平坦部４１から軸方向に突出する複数の第１凸部４２と、を有する。そして、複数の第１凸部４２のピッチＰ１（図８Ａ，図８Ｂ参照）と複数の第１凸部４２の高さｈ１（図８Ｂ参照）の比Ｐ１／ｈ１は、１．０以上２．０以下である。
一般に、表面に対する油の接触角が比較的大きい場合（例えば９０度以上）、該表面に凹凸を設けると、油が凹部に入り込むことで、見かけ上の接触角が大きくなるため、該表面の疎油性が大きくなる。この点、上述の実施形態では、疎油性膜４０の表面に複数の第１凸部４２を形成し、該第１凸部４２のピッチＰ１と高さｈ１の比Ｐ１／ｈ１を１．０以上２．０以下に設定したので、複数の第１凸部４２に囲まれる平坦部４１に油が入り込みやすくなり、第１外周側領域１０２における油の見かけ上の接触角が大きくなる。このため、疎油性膜４０を設けた第１外周側領域１０２の疎油性をより高くして、上述のサイドフローを効果的に低減することができるとともに、第１外周側領域１０２における油の速度勾配を効果的に低減させることができる。
なお、複数の第１凸部４２は、例えば図８Ａに示すように格子状に配列されてもよいし、千鳥状に配列されていてもよく、あるいは、不規則に配列されていてもよい。
また、幾つかの実施形態では、複数の第１凸部４２のピッチＰ１の平均Ｐ１＿ａｖｅと複数の第１凸部４２の高さの平均ｈ１＿ａｖｅとの比Ｐ１＿ａｖｅ／ｈ１＿ａｖｅが、１．０以上２．０以下であってもよい。
幾つかの実施形態では、疎油性膜４０のうち、複数の第１凸部４２が占める面積の割合（すなわち、疎油性膜４０を軸方向に視たとき（図８Ａ参照）の全面積のうち、複数の第１凸部４２が占める面積の割合）は、１％以上２０％以下である。
このように、疎油性膜４０のうち複数の第１凸部４２が占める面積の割合を１％以上２０％以下とすることにより、上述の油のサイドフローをより効果的に低減することができるとともに、第１外周側領域１０２における油の速度勾配をより効果的に低減させることができる。
幾つかの実施形態では、例えば図２及び図４に示すように、静止面９（図示する実施形態では、軸受プレート３２が有する面）は、第２内周側領域２０１と、軸受面部３１よりも径方向外側にて回転面８と対向し、第２内周側領域２０１よりも親油性が高い第２外周側領域２０２と、を含む。
このように、静止面９のうち、軸受面部３１よりも径方向外側にて回転面８と対向する第２外周側領域２０２を親油性としたので、第２外周側領域２０２において静止面９上に油が溜まりやすくなる。このように第２外周側領域２０２に溜まった油は、軸受面部３１から径方向外側に流出しようとする油の流れを阻止する壁として機能する。このため、軸受面部３１において、回転方向に流れる油量が確保され、軸受の負荷能力の低下を効果的に抑制することができる。
図９Ａ、図９Ｂ及び図１０は、幾つかの実施形態に係る静止面９の表面の拡大模式図である。図９Ａは静止面９を径方向視した図であり、図９Ｂ及び図１０は静止面９の断面図である。
幾つかの実施形態では、例えば図９Ａ，図９Ｂに示すように、第２外周側領域２０２は、平坦部４５と、平坦部４５から軸方向に突出する複数の第２凸部４６と、を有する。そして、複数の第２凸部４６のピッチＰ（図９Ａ，図９Ｂ参照）２と複数の第２凸部４６の高さｈ２（図９Ｂ参照）の比Ｐ２／ｈ２は、１．０以上２．０以下である。
一般に、表面に対する油の接触角が比較的小さい場合（例えば９０度未満）、該表面が凹凸を有していると、油が凹部に入り込むことで、見かけ上の接触角が小さくなるため、該表面の親油性が大きくなる。この点、上述の実施形態では、第２外周側領域２０２の表面に複数の第２凸部４６を形成し、該第２凸部４６のピッチＰ２と高さｈ２の比Ｐ２／ｈ２を１．０以上２．０以下に設定したので、複数の第２凸部４６に囲まれる平坦部４５に油が入り込みやすくなり、第２外周側領域２０２における油の見かけ上の接触角が小さくなるため、第２外周側領域２０２に親油性を付与することができる。よって、軸受面部３１において、回転方向に流れる油量が確保され、軸受の負荷能力の低下を効果的に抑制することができる。
なお、複数の第２凸部４６は、例えば図９Ａに示すように格子状に配列されてもよいし、千鳥状に配列されていてもよく、あるいは、不規則に配列されていてもよい。
また、幾つかの実施形態では、複数の第２凸部４６のピッチＰ２の平均Ｐ２＿ａｖｅと複数の第２凸部４６の高さの平均ｈ２＿ａｖｅとの比Ｐ２＿ａｖｅ／ｈ２＿ａｖｅが、１．０以上２．０以下であってもよい。
幾つかの実施形態では、例えば図１０に示すように、第２外周側領域２０２は、静止面９の表面に設けられた親油性膜５２を含んでいてもよい。親油性膜５２は、例えば図１０に示すように、平坦な表面を有していてもよい。あるいは、静止面９の表面に設けられた親油性膜５２に、例えば図９Ａ，図９Ｂに示すような平坦部４５及び第２凸部４６が形成されていてもよい。
このように、静止面９の表面に親油性膜５２を設けることにより、第２外周側領域２０２に親油性を付与することができる。これにより、軸受面部３１において、回転方向に流れる油量が確保され、軸受の負荷能力の低下を効果的に抑制することができる。
親油性膜の材料として、例えば、シリコンオイル含有コーティング剤等を用いることができる。
静止面９が金属で構成されている場合、静止面９の表面に直接親油性膜を形成してもよいし、あるいは、静止面９の表面を酸化剤で処理して酸化膜を形成した後、該酸化膜の表面に親油性膜を形成するようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、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。
本明細書において、「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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。
１ ターボチャージャ
２ 回転シャフト
４ コンプレッサインペラ
６ タービンインペラ
８ 回転面
９ 静止面
１０ コンプレッサハウジング
１２ タービンハウジング
１４ 軸受ハウジング
１６ 空気入口
１８ 環状流路
２０ 排ガス出口
２２ 環状流路
２４ ラジアル軸受装置
２６ 潤滑油供給路
２７ 排油空間
２８ 油排出口
３０ スラスト軸受装置
３１ 軸受面部
３２ 軸受プレート
３３ ランド部
３４ テーパ部
３６ スラストカラー
３８ スラストカラー
３９ 油供給路
４０ 疎油性膜
４１ 平坦部
４２ 第１凸部
４５ 平坦部
４６ 第２凸部
５０ 軸受油膜
５２ 親油性膜
１０１ 第１内周側領域
１０２ 第１外周側領域
２０１ 第２内周側領域
２０２ 第２外周側領域
Ｏ 回転軸
Ｐ ピッチ
Ｒ１ 径方向範囲
Ｒ２ 径方向範囲
ｈ 高さ
ｒ１ 第１位置
ｒ２ 第２位置

Claims (11)

  1. 回転軸周りに回転可能に構成され、前記回転軸に交差する回転面を有する回転部と、
    前記回転面に対向する静止面を有する静止部と、を備え、
    前記回転面又は前記静止面の一方は、軸受油膜を形成するための軸受面部を有し、
    前記回転面は、
    第１内周側領域と、
    前記軸受面部よりも径方向外側にて前記静止面と対向し、前記第１内周側領域よりも疎油性が高い第１外周側領域と、
    を含む
    軸受装置。
  2. 前記第１外周側領域の径方向範囲内の第１位置における前記回転面と前記静止面との間の間隙の大きさをＧ１とし、前記軸受面部の径方向範囲内の第２位置における前記回転面と前記静止面との間の間隙の大きさＧ２としたとき、Ｇ１≦Ｇ２を満たす
    請求項１に記載の軸受装置。
  3. 前記回転面の前記第１内周側領域は、軸方向において前記軸受油膜に隣接するように設けられる
    請求項１又は２に記載の軸受装置。
  4. 前記回転面の前記軸受面部又は前記回転面のうち前記軸受面部に対向する部分において、前記第１外周側領域よりも疎油性が低い部分が占める面積の割合は７５％以上である
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の軸受装置。
  5. 前記第１外周側領域は、前記回転面の表面に設けられた疎油性膜を含む
    請求項１乃至４の何れか一項に記載の軸受装置。
  6. 前記疎油性膜は、前記軸方向に突出する複数の第１凸部を有し、
    前記複数の第１凸部のピッチＰ１と前記複数の第１凸部の高さｈ１の比Ｐ１／ｈ１は、１．０以上２．０以下である
    請求項５に記載の軸受装置。
  7. 前記疎油性膜のうち、前記複数の第１凸部が占める面積の割合は、１％以上２０％以下である
    請求項６に記載の軸受装置。
  8. 前記静止面は、
    第２内周側領域と、
    前記軸受面部よりも径方向外側にて前記回転面と対向し、前記第２内周側領域よりも親油性が高い第２外周側領域と、
    を含む
    請求項１乃至７の何れか一項に記載の軸受装置。
  9. 前記第２外周側領域は、前記軸方向に突出する複数の第２凸部を有し、
    前記複数の第２凸部のピッチＰ２と前記複数の第２凸部の高さｈ２の比Ｐ２／ｈ２は、１．０以上２．０以下である
    請求項８に記載の軸受装置。
  10. 前記第２外周側領域は、前記静止面の表面に設けられた親油性膜を含む
    請求項８又は９に記載の軸受装置。
  11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の軸受装置と、
    前記軸受装置によって回転可能に支持される回転シャフトと、
    前記回転シャフトに設けられるコンプレッサインペラ及びタービンインペラと、
    を備えることを特徴とするターボチャージャ。
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