WO2020144733A1 - 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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WO2020144733A1
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bearing device
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rotating
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優也 小島
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三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to a bearing device and a turbocharger including the bearing device.
  • Patent Document 1 in a fluid dynamic bearing in which a film of a lubricating liquid is formed between a rotating shaft and a stationary member, in order to reduce the leakage of this lubricating liquid, the surface of the rotating shaft and the stationary member is It is described that an oil repellent film is formed at a portion adjacent to the lubricating liquid film.
  • a bearing oil film is formed between a rotating surface (for example, the surface of the thrust collar) that rotates with the rotating shaft and a stationary surface (for example, the surface of the bearing plate) that faces the rotating surface. If the generated oil flows radially outward due to centrifugal force (that is, if side flow occurs), the load capacity of the bearing device may decrease. Therefore, in order to reduce the side flow that leads to a decrease in load capacity, a space (weir) sandwiched between the rotating surface and the stationary surface may be provided on the outer peripheral side of the bearing surface.
  • Patent Document 1 does not describe improving the load capacity of the bearing device while reducing the bearing loss.
  • At least one embodiment of the present invention has an object to provide a bearing device that can reduce bearing loss and increase load capacity, and a turbocharger including the bearing device.
  • a bearing device is A rotating portion that is configured to be rotatable around a rotation axis and has a rotation surface that intersects the rotation axis, A stationary portion having a stationary surface facing the rotating surface, One of the rotating surface or the stationary surface has a bearing surface portion for forming a bearing oil film, The rotating surface is A first inner peripheral side region, A first outer peripheral side region that faces the stationary surface radially outside of the bearing surface portion and has a higher oleophobicity than the first inner peripheral side region; including.
  • the load capacity of the bearing improves.
  • the bearing loss due to the friction between the rotating surface and the oil is proportional to the velocity gradient of the oil.
  • the oleophobic property of the first outer peripheral side region of the rotating surface which faces the stationary surface radially outside the bearing surface portion, is made higher than that of the first inner peripheral side region. ing.
  • the speed of oil near the rotating surface is reduced, and side flow (oil leakage) due to centrifugal force can be reduced, so that the amount of oil flowing in the rotating direction is maintained on the bearing surface portion.
  • the load capacity of the bearing can be increased, and the energy from the rotating surface is less likely to be transmitted to the oil in the vicinity of the rotating surface in the first outer peripheral region, and the speed gradient of the oil can be reduced, which results in friction.
  • Bearing loss can be reduced. Therefore, according to the above configuration (1), it is possible to increase the load capacity of the bearing device while reducing the bearing loss.
  • the bearing device is The size of the gap between the rotating surface and the stationary surface at the first position within the radial range of the first outer peripheral region is G1, and the rotation at the second position within the radial range of the bearing surface portion. G1 ⁇ G2 is satisfied, where G2 is the size of the gap between the surface and the stationary surface.
  • the size G1 of the gap between the rotating surface and the stationary surface at the first position within the radial range of the first outer peripheral side region is set to be within the radial range of the bearing surface portion. Since the size of the gap at the two positions is set to G2 or less, it is possible to more reliably reduce the outflow of oil (the above-mentioned side flow) from the first outer peripheral side region to the outer side in the radial direction. Ability can be increased.
  • the first inner peripheral side region of the rotating surface is provided so as to be adjacent to the bearing oil film in the axial direction.
  • the first inner peripheral side region is provided so as to be adjacent to the bearing oil film in the axial direction, the highly oleophobic first region located radially outside the first inner peripheral side region is provided.
  • the first outer peripheral region can reduce the side flow of oil and can reduce the oil velocity gradient in the first outer peripheral region. Therefore, the load capacity of the bearing device can be increased while reducing the bearing loss.
  • the ratio of the area occupied by the portion having a lower oleophobicity than the first outer peripheral region is 75% or more.
  • the first outer peripheral region includes an oleophobic film provided on the surface of the rotating surface.
  • the configuration of the above (5) by providing the oleophobic film on the surface of the rotating surface, it is possible to impart the oleophobic property to the first outer peripheral side region. Therefore, as described in the above (1), The side flow can be reduced, and the velocity gradient of the oil in the first outer peripheral region can be reduced. Therefore, the load capacity of the bearing device can be increased while reducing the bearing loss.
  • the oleophobic film has a plurality of first protrusions protruding in the axial direction,
  • the ratio P1/h1 of the pitch P1 of the plurality of first protrusions and the height h1 of the plurality of first protrusions is 1.0 or more and 2.0 or less.
  • a plurality of first protrusions are formed on the surface of the oleophobic film, and the ratio P1/h1 of the pitch P1 of the first protrusions to the height h1 is 1.0 or more.2. Since it is set to 0 or less, the side flow can be effectively reduced, and the oil velocity gradient in the first outer peripheral region can be effectively reduced.
  • the ratio of the area occupied by the plurality of first convex portions is 1% or more and 20% or less.
  • the ratio of the area occupied by the plurality of first convex portions in the oleophobic film is set to 1% or more and 20% or less, the side flow can be reduced more effectively.
  • the velocity gradient of the oil in the first outer peripheral region can be reduced more effectively.
  • the stationary surface is A second inner peripheral side region, A second outer peripheral side region that faces the rotating surface radially outside of the bearing surface portion and has a higher lipophilicity than the second inner peripheral side region; including.
  • the second outer peripheral side region of the stationary surface which faces the rotating surface radially outside the bearing surface portion, is made lipophilic, so that the second outer peripheral side region is covered with oil. It becomes easy to collect.
  • the oil thus collected in the second outer peripheral region functions as a wall that blocks the flow of oil that tends to flow radially outward from the bearing surface portion. Therefore, the amount of oil flowing in the rotation direction is secured in the bearing surface portion, and the reduction in the load capacity of the bearing can be effectively suppressed.
  • the second outer peripheral region has a plurality of second protrusions protruding in the axial direction,
  • the ratio P2/h2 of the pitch P2 of the plurality of second protrusions and the height h2 of the plurality of second protrusions is 1.0 or more and 2.0 or less.
  • a plurality of second convex portions are formed on the surface of the second outer peripheral side region, and the ratio P2/h2 of the pitch P2 of the second convex portions and the height h2 is 1.0 or more. Since it is set to 2.0 or less, lipophilicity can be imparted to the second outer peripheral region. Therefore, as described in (8) above, the amount of oil flowing in the rotation direction is secured in the bearing surface portion, and the reduction in the load capacity of the bearing can be effectively suppressed.
  • the second outer peripheral region includes a lipophilic film provided on the surface of the stationary surface.
  • a turbocharger according to at least one embodiment of the present invention is The bearing device according to any one of (1) to (10) above, A rotating shaft rotatably supported by the bearing device; A compressor impeller and a turbine impeller provided on the rotating shaft, Equipped with.
  • the oleophobic property of the first outer peripheral region of the rotating surface, which faces the stationary surface radially outside the bearing surface portion, is higher than that of the first inner peripheral region.
  • the speed of oil near the rotating surface is reduced, and side flow (oil leakage) due to centrifugal force can be reduced, so that the amount of oil flowing in the rotating direction is maintained on the bearing surface portion.
  • the load capacity of the bearing can be increased, and the energy from the rotating surface is less likely to be transmitted to the oil in the vicinity of the rotating surface in the first outer peripheral region, and the speed gradient of the oil can be reduced, which results in friction. Bearing loss can be reduced. Therefore, according to the above configuration (11), it is possible to increase the load capacity of the bearing device while reducing the bearing loss.
  • a bearing device capable of both reducing bearing loss and increasing load capacity, and a turbocharger including the bearing device.
  • FIG. 3 is a partial enlarged view of the thrust bearing device shown in FIG. 2. It is an enlarged schematic diagram of the surface of the rotating surface of the thrust bearing device which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a turbocharger according to an embodiment.
  • a turbocharger 1 according to one embodiment includes a rotary shaft 2, a compressor impeller 4 provided at one end of the rotary shaft 2, and a turbine impeller 6 provided at the other end of the rotary shaft 2.
  • a radial bearing device 24 and a thrust bearing device 30 that rotatably support the rotary shaft 2 are provided.
  • the radial bearing device 24 and the thrust bearing device 30 (bearing device) are respectively located between the compressor impeller 4 and the turbine impeller 6 in the axial direction of the rotary shaft 2.
  • the turbocharger 1 includes a compressor housing 10 that surrounds the compressor impeller 4, a turbine housing 12 that surrounds the turbine impeller 6, and a bearing housing that is located between the compressor housing 10 and the turbine housing 12 in the axial direction of the rotary shaft 2. 14 and.
  • the compressor housing 10 and the bearing housing 14, and the turbine housing 12 and the bearing housing 14 may be fastened with bolts (not shown), respectively.
  • the compressor housing 10 has an air inlet 16 that opens outward in the axial direction at one end of the turbocharger 1 in the axial direction, and forms an annular flow path 18 that is located radially outward of the compressor impeller 4. Further, the turbine housing 12 has an exhaust gas outlet 20 that opens toward the outside in the axial direction at the other end of the turbocharger 1 in the axial direction, and forms an annular flow path 22 that is located outside in the radial direction of the turbine impeller 6. ing.
  • the lubricating oil is supplied to the radial bearing device 24 and the thrust bearing device 30 via a lubricating oil supply passage 26 formed in the bearing housing 14. Lubricating oil that has leaked from the radial bearing device 24 and the thrust bearing device 30 passes through the oil discharge space 27 and is discharged from the oil discharge port 28.
  • the turbocharger 1 having the above configuration operates as follows, for example. Air flows into the compressor impeller 4 through the air inlet 16 and is compressed by the compressor impeller 4 that rotates together with the rotary shaft 2. The compressed air generated in this way is temporarily discharged from the turbocharger 1 via the annular flow path 18 formed on the radially outer side of the compressor impeller 4 and supplied to the combustion engine (not shown).
  • the bearing device according to some embodiments of the present invention may be the thrust bearing device 30 described above.
  • FIGS. 1 to 8B are schematic cross-sectional views along the axial direction of the thrust bearing device 30 (bearing device) shown in FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are schematic diagrams for explaining the configuration of the thrust bearing device 30.
  • .. 3 is a view on arrow III-III in FIG. 2
  • FIG. 4 is a view on arrow IV-IV in FIG. 3 and 4, only the rotary shaft 2, the bearing plate 32, and the thrust collar 36 are shown.
  • the hatched portions of the reference numerals 101, 102, 201 and 202 in FIGS. 3 and 4 do not show the cross section but the regions.
  • a thrust bearing device 30 includes a thrust collar 36 (rotating portion) rotatable around a rotation axis O of a rotating shaft 2 and a bearing plate supported by a bearing housing 14 as a stationary member. 32 (stationary part).
  • the thrust collar 36 has a rotation surface 8 that intersects the rotation axis O.
  • the bearing plate 32 has a stationary surface 9 facing the rotating surface 8 of the thrust collar 36.
  • the rotating surface 8 and the stationary surface 9 typically extend along a plane orthogonal to the rotation axis O.
  • the stationary surface 9 of the bearing plate 32 has a bearing surface portion 31 for forming the bearing oil film 50.
  • the bearing oil film 50 is formed at least between the rotating surface 8 and the stationary surface 9 in the axial direction.
  • the bearing surface portion 31 includes a flat land portion 33 and a taper portion 34 which is recessed in the axial direction from the land portion 33 and has a tapered surface 34 along the circumferential direction. Function as.
  • Lubricating oil is supplied to the bearing surface portion 31 from the lubricating oil supply passage 26 via an oil supply passage 39 (see FIG. 1; not shown in FIGS. 2 to 6) formed inside the bearing plate 32.
  • the bearing oil film 50 (see FIG. 2) is formed between the bearing surface portion 31 and the rotating surface 8 of the thrust collar 36.
  • the bearing surface portion 31 is formed on the stationary surface 9 of the stationary portion (the bearing plate 32 in the illustrated embodiment), but in other embodiments, the bearing surface portion 31 is formed on the rotating surface 8 of the rotating portion. May be formed.
  • the bearing surface is not limited to the taper land bearing described above.
  • the bearing surface portion may have a groove or pocket in which a bearing oil film is formed on the stationary surface 9 or the rotating surface 8.
  • a thrust collar 38 may be provided on the opposite side of the thrust collar 36 with the bearing plate 32 interposed therebetween in the axial direction, and also between the bearing plate 32 and the thrust collar 38.
  • the bearing oil film may be formed.
  • the rotating surface 8 (in the illustrated embodiment, the surface of the thrust collar 36) has a stationary surface outside the first inner peripheral side region 101 and the bearing surface portion 31 in the radial direction. 9 and a first outer peripheral side region 102 having a higher oleophobicity than the first inner peripheral side region 101.
  • the wettability with respect to oil such as “oleophobic” or “lipophilic” in the present specification can be evaluated, for example, by the magnitude relationship of the contact angle when measured using a reference sample oil.
  • the larger the contact angle the higher the oleophobicity (that is, the lower lipophilicity or the lower the wettability to oil), and the smaller the contact angle, the lower the lipophilicity (that is, the higher the lipophilicity or the wettability to oil). High)).
  • the reference sample oil may be, for example, a standard lubricating oil, an engine oil, or the like.
  • FIGS. 5A and 5B are views for explaining the operation of the thrust bearing device 30 according to some embodiments.
  • D1 to D3 indicate the velocity distribution of oil in the axial direction.
  • the bearing oil film is not shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the oil velocity distribution in the axial direction is, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B.
  • D1 the oil velocity distribution in the axial direction
  • it has a linear distribution (velocity gradient) of velocity u1 on the rotating surface 8 and zero velocity on the stationary surface 9.
  • the speed u1 of the oil on the rotating surface 8 is a value corresponding to the rotating speed of the rotating surface 8.
  • the above-described first outer peripheral region 102 is provided on the rotating surface 8, and the first outer periphery of the rotating surface 8 that faces the stationary surface 9 radially outside the bearing surface portion 31.
  • the oleophobic property of the side region 102 is made higher than that of the first inner peripheral side region 101.
  • the speed of oil near the rotating surface 8 is reduced, and the side flow (oil leakage) due to centrifugal force can be reduced, so that the bearing surface portion 31 flows in the rotational direction.
  • the amount of oil is easily maintained, and the load capacity of the bearing can be increased.
  • the first outer peripheral side region 102 is provided on the rotating surface 8, and the first outer peripheral side region of the rotating surface 8 that faces the stationary surface 9 radially outside the bearing surface portion 31.
  • the oleophobic property of 102 is made higher than that of the first inner circumferential side region 101.
  • the velocity distribution of the oil in the axial direction is a linear distribution (velocity u2 on the rotating surface 8 (where u2 is smaller than u1) and zero velocity on the stationary surface 9 as shown by D3 in FIG. 5B).
  • the velocity of the oil is smaller than that of D1 in the entire axial region.
  • the first outer peripheral region 102 having a relatively high oleophobicity
  • energy from the rotating surface 8 is less likely to be transmitted to the oil in the vicinity of the rotating surface 8 in the first outer peripheral region 102, and the velocity gradient of the oil is reduced. Can be reduced. Since the friction on the surface of the rotating surface 8 is proportional to the velocity gradient of the oil, the reduction of the velocity gradient described above reduces the friction, so that the bearing loss due to this friction can be reduced.
  • the first inner peripheral side region 101 of the rotating surface 8 is provided so as to be adjacent to the bearing oil film 50 in the axial direction.
  • the oil-side flow can be reduced and the first outer circumference can be reduced by the highly oleophobic first outer circumference side area 102 located radially outward of the first inner circumference side area 101.
  • the oil velocity gradient in the side region 102 can be reduced. Therefore, the load capacity of the thrust bearing device 30 can be increased while reducing the bearing loss.
  • the first inner peripheral side region 101 of the rotating surface 8 completely overlaps the bearing surface portion 31 in the axial direction, and the first outer peripheral side region 102 of the rotating surface 8 is
  • a part of the first outer peripheral side region 102 on the inner diameter side is provided so as to overlap the bearing surface portion 31 in the radial direction, and the first inner peripheral side region is radially inward of the first outer peripheral side region 102.
  • 101 may be provided.
  • another region for example, a region having a higher oleophobicity than the first outer peripheral region 102 may be provided radially inward of the first inner peripheral region 101.
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of the thrust bearing device 30 shown in FIG.
  • the size of the gap between the rotating surface 8 and the stationary surface 9 at the first position r1 in the radial range R1 of the first outer peripheral region 102 is G1
  • G2 (G2a, G2b in FIG. 6) of the gap between the rotating surface 8 and the stationary surface 9 at the second position r2 (r2a, r2b in FIG. 6) within the radial range R2 of the bearing surface portion 31 is set.
  • G1 ⁇ G2 is satisfied.
  • r2a in FIG. 6 is the second position at the position of the land portion 33 of the bearing surface portion 31
  • r2b in FIG. 6 is the second position at the position of the tapered portion 34 of the bearing surface portion 31.
  • the size G2 of the gap may satisfy G1 ⁇ G2.
  • the size G1 of the gap between the rotating surface 8 and the stationary surface 9 at the first position r1 within the radial range R1 of the first outer peripheral region 102 is within the radial range R2 of the bearing surface portion 31. Since the size of the gap at the second position r2 is set to be equal to or smaller than G2, the outflow of oil (the above-mentioned side flow) from the first outer peripheral side region 102 to the radially outer side can be more reliably reduced. The load capacity of the bearing device 30 can be increased.
  • the oleophobic property is lower in the portion of the rotating surface 8 facing the bearing surface portion 31 than the first outer peripheral side region 102.
  • the ratio of the area occupied by the portion may be 75% or more, or 90% or more.
  • the portion of the rotating surface 8 that faces the bearing surface portion 31 overlaps the first inner circumferential side region 101.
  • the ratio of the area occupied by the portion having lower oleophobicity than the first outer peripheral side region 102 is It may be 75% or more or 90% or more.
  • FIG. 7, FIG. 8A and FIG. 8B are enlarged schematic views of the surface of the rotating surface 8 of the thrust bearing device 30 according to some embodiments. 7 and 8B are cross-sectional views of the rotary surface 8, and FIG. 8A is a view of the rotary surface 8 as viewed in the radial direction.
  • the first outer peripheral region 102 includes the oleophobic film 40 provided on the surface of the rotating surface 8.
  • the oleophobic film As described above, by providing the oleophobic film on the surface of the rotating surface 8, it is possible to impart the oleophobic property to the first outer peripheral side region 102, so that the side of the oil from between the rotating surface 8 and the stationary surface 9 is provided. The flow can be reduced, and the oil velocity gradient in the first outer peripheral region 102 can be reduced. Therefore, the load capacity of the thrust bearing device 30 can be increased while reducing the bearing loss.
  • the material of the oleophobic film 40 for example, a fluorine-based coating agent such as a fluorine-based resin can be used.
  • a fluorine-based coating agent such as a fluorine-based resin
  • the rotating surface 8 is made of metal
  • the oleophobic film 40 may be directly formed on the surface of the rotating surface 8, or the surface of the rotating surface 8 may be treated with an oxidizing agent to form an oxide film. After that, the oleophobic film 40 may be formed on the surface of the oxide film.
  • the oleophobic membrane 40 has a flat surface.
  • the oleophobic film 40 has a flat portion 41 and a plurality of first convex portions 42 that project from the flat portion 41 in the axial direction.
  • the ratio P1/h1 between the pitch P1 of the plurality of first protrusions 42 (see FIGS. 8A and 8B) and the height h1 of the plurality of first protrusions 42 (see FIG. 8B) is 1.0 or more.2. It is 0 or less.
  • the contact angle of oil with respect to the surface is relatively large (for example, 90 degrees or more)
  • the oil enters the recesses, and the apparent contact angle becomes large. Oiliness increases.
  • the plurality of first convex portions 42 are formed on the surface of the oleophobic film 40, and the ratio P1/h1 of the pitch P1 and the height h1 of the first convex portions 42 is 1.0 or more. Since it is set to 2.0 or less, the oil easily enters the flat portion 41 surrounded by the plurality of first convex portions 42, and the apparent contact angle of the oil in the first outer peripheral region 102 increases.
  • the lipophobic property of the first outer peripheral region 102 provided with the oleophobic film 40 can be made higher to effectively reduce the above-mentioned side flow, and the velocity of the oil in the first outer peripheral region 102 can be reduced.
  • the gradient can be effectively reduced.
  • the plurality of first protrusions 42 may be arranged in a grid pattern as shown in FIG. 8A, may be arranged in a staggered pattern, or may be arranged irregularly.
  • the ratio P1_ave/h1_ave between the average P1_ave of the pitches P1 of the plurality of first convex portions 42 and the average h1_ave of the heights of the plurality of first convex portions 42 is 1.0 or more and 2. It may be 0 or less.
  • the ratio of the area occupied by the plurality of first protrusions 42 in the oleophobic film 40 is 1% or more and 20% or less.
  • the above-mentioned oil side flow can be more effectively reduced.
  • the velocity gradient of the oil in the first outer peripheral region 102 can be reduced more effectively.
  • the stationary surface 9 in the illustrated embodiment, the surface of the bearing plate 32
  • the stationary surface 9 includes the second inner circumferential side region 201 and the bearing surface portion 31. Also includes a second outer peripheral side region 202 that faces the rotating surface 8 on the radially outer side and has a higher lipophilicity than the second inner peripheral side region 201.
  • the second outer peripheral area 202 facing the rotating surface 8 on the radial outer side of the bearing surface portion 31 is made lipophilic. It becomes easy for oil to accumulate in the.
  • the oil thus collected in the second outer peripheral region 202 functions as a wall that blocks the flow of oil that tends to flow radially outward from the bearing surface portion 31. Therefore, the amount of oil flowing in the rotation direction is secured in the bearing surface portion 31, and the reduction in the load capacity of the bearing can be effectively suppressed.
  • FIGS. 9A, 9B, and 10 are enlarged schematic views of the surface of the stationary surface 9 according to some embodiments.
  • 9A is a view of the stationary surface 9 as viewed in the radial direction
  • FIGS. 9B and 10 are cross-sectional views of the stationary surface 9.
  • the second outer peripheral side region 202 includes a flat portion 45 and a plurality of second convex portions 46 axially protruding from the flat portion 45.
  • the ratio P2/h2 between the pitch P of the plurality of second protrusions 46 (see FIGS. 9A and 9B) 2 and the height h2 of the plurality of second protrusions 46 (see FIG. 9B) is 1.0 or more 2 It is less than or equal to 0.0.
  • the contact angle of oil with respect to the surface is relatively small (for example, less than 90 degrees)
  • the surface has irregularities, the oil enters the recesses, so that the apparent contact angle becomes small.
  • the surface becomes more lipophilic.
  • the plurality of second convex portions 46 are formed on the surface of the second outer peripheral region 202, and the ratio P2/h2 of the pitch P2 of the second convex portions 46 and the height h2 is 1.
  • the oil Since it is set to 0 or more and 2.0 or less, the oil easily enters the flat portion 45 surrounded by the plurality of second convex portions 46, and the apparent contact angle of the oil in the second outer peripheral side region 202 becomes small, Lipophilicity can be imparted to the second outer peripheral region 202. Therefore, the amount of oil flowing in the rotation direction is secured in the bearing surface portion 31, and the reduction in the load capacity of the bearing can be effectively suppressed.
  • the plurality of second convex portions 46 may be arranged in a grid pattern as shown in FIG. 9A, may be arranged in a staggered pattern, or may be arranged irregularly.
  • the ratio P2_ave/h2_ave between the average P2_ave of the pitches P2 of the plurality of second convex portions 46 and the average h2_ave of the heights of the plurality of second convex portions 46 is 1.0 or more and 2. It may be 0 or less.
  • the second outer peripheral area 202 may include a lipophilic film 52 provided on the surface of the stationary surface 9.
  • the lipophilic film 52 may have a flat surface, for example, as shown in FIG.
  • the lipophilic film 52 provided on the surface of the stationary surface 9 may be provided with the flat portion 45 and the second convex portion 46 as shown in FIGS. 9A and 9B, for example.
  • the lipophilic film 52 by providing the lipophilic film 52 on the surface of the stationary surface 9, it is possible to impart lipophilicity to the second outer peripheral region 202.
  • the amount of oil flowing in the rotation direction is secured in the bearing surface portion 31, and the reduction in the load capacity of the bearing can be effectively suppressed.
  • a coating agent containing silicon oil can be used.
  • an oleophilic film may be directly formed on the surface of the stationary surface 9, or after the surface of the stationary surface 9 is treated with an oxidizing agent to form an oxide film.
  • a lipophilic film may be formed on the surface of the oxide film.
  • expressions representing shapes such as a quadrangle and a cylinder are not limited to shapes such as a quadrangle and a cylinder in a geometrically strict sense, and are within a range in which the same effect can be obtained. A shape including an uneven portion and a chamfered portion is also shown. Further, in this specification, the expressions “comprising”, “including”, or “having” one element are not exclusive expressions excluding the existence of other elements.

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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

軸受装置及びこれを備えたターボチャージャ
　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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