(57)【要約】【課題】潤滑油がランド部からテーパ部に流入する際の急激な圧力低下を抑制可能なスラスト軸受およびターボチャージャを提供することを課題とする。【解決手段】スラスト軸受４は、油膜を介して相手側部材５３に摺接する摺動面４０ｆ、４０ｒを備え、回転軸５０に作用する軸方向のスラスト荷重を支持する。摺動面４０ｆ、４０ｒは、各々、複数のパッド部Ａを備える。複数のパッド部Ａは、各々、テーパ部Ｂとランド部Ｃとを備える。周方向に連なる一対のパッド部Ａ間において、上流側のパッド部Ａのテーパ部Ｂと、下流側のパッド部Ａのテーパ部Ｂと、の間には、一対のテーパ部Ｂ間に介在するランド部Ｃを迂回して、一対のテーパ部Ｂを連通させるバイパス部Ｈが配置されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油膜を介して相手側部材に摺接する摺動面を備え、回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持するスラスト軸受であって、
前記摺動面の周方向における、潤滑油の流動方向上流側を上流側、流動方向下流側を下流側として、
前記摺動面は、テーパ部と、前記テーパ部の前記下流側に連なるランド部と、を有する複数のパッド部を有し、
周方向に連なる一対の前記パッド部間において、前記上流側の前記パッド部の前記テーパ部と、前記下流側の前記パッド部の前記テーパ部と、の間には、一対の前記テーパ部間に介在する前記ランド部を迂回して、一対の前記テーパ部を連通させるバイパス部が配置されていることを特徴とするスラスト軸受。
【請求項２】
前記バイパス部の出口の開口面積は、前記バイパス部の入口の開口面積よりも、大きい請求項１に記載のスラスト軸受。
【請求項３】
前記バイパス部は、前記ランド部を径方向外側に迂回する請求項１または請求項２に記載のスラスト軸受。
【請求項４】
前記バイパス部の径方向外端は、前記パッド部の径方向外端よりも、径方向外側に配置される請求項３に記載のスラスト軸受。
【請求項５】
前記バイパス部の入口の前記上流側には、前記潤滑油を前記ランド部に案内するガイド部が配置される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスラスト軸受。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスラスト軸受を備えるターボチャージャであって、
前記相手側部材は、前記回転軸に配置されるスラストカラーであるターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持するスラスト軸受およびターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すように、スラスト軸受の摺動面は、油膜を介してスラストカラーに摺接している。スラスト軸受の摺動面には、複数のパッド部が、周方向に連なって形成されている。複数のパッド部は、各々、テーパ部とランド部とを備えている。潤滑油は、上流側から下流側に向かって、複数のパッド部を通過する。潤滑油がランド部を通過する際、所定の負荷容量（許容荷重）を有する油膜が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１１７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上流側のパッド部のランド部から下流側のパッド部のテーパ部に移行する際、スラスト軸受とスラストカラーとの間の隙間幅は、急激に拡張する。このため、潤滑油の流路断面積も急激に拡張する。したがって、ランド部からテーパ部に潤滑油が流入する際、潤滑油の圧力は急激に低下し、負圧が発生してしまう。前述したようにランド部には、所定の負荷容量を有する油膜が形成されている。テーパ部流入時に負圧が発生すると、全体として負荷容量が目減りする上、当該負圧により、ランド部から油膜形成用の潤滑油が引き込まれてしまうおそれがある。このため、ランド部の油膜の圧力が低下してしまうおそれがある。そこで、本発明は、潤滑油がランド部からテーパ部に流入する際の急激な圧力低下を抑制可能なスラスト軸受およびターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明のスラスト軸受は、油膜を介して相手側部材に摺接する摺動面を備え、回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持するスラスト軸受であって、前記摺動面の周方向における、潤滑油の流動方向上流側を上流側、流動方向下流側を下流側として、前記摺動面は、テーパ部と、前記テーパ部の前記下流側に連なるランド部と、を有する複数のパッド部を有し、周方向に連なる一対の前記パッド部間において、前記上流側の前記パッド部の前記テーパ部と、前記下流側の前記パッド部の前記テーパ部と、の間には、一対の前記テーパ部間に介在する前記ランド部を迂回して、一対の前記テーパ部を連通させるバイパス部が配置されていることを特徴とする。
【０００６】
また、上記課題を解決するため、本発明のターボチャージャは、前記スラスト軸受を備えるターボチャージャであって、前記相手側部材は、前記回転軸に配置されるスラストカラーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
バイパス部は、上流側のパッド部のランド部を迂回して、上流側のパッド部のテーパ部と、下流側のパッド部のテーパ部と、を連通している。上流側のテーパ部においては、潤滑油の昇圧が行われる。昇圧に伴い、上流側のテーパ部からバイパス部に、潤滑油の一部が漏出する。他方、上流側のパッド部のランド部と、下流側テーパ部と、の境界部においては、流路断面積の急激な拡張に伴い負圧が発生する。バイパス部から下流側のテーパ部に潤滑油（上流側のテーパ部からバイパス部に漏出した潤滑油）が流入することにより、当該負圧の少なくとも一部を補うことができる。よって、潤滑油がランド部からテーパ部に流入する際の急激な圧力低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のターボチャージャの一実施形態であるターボチャージャの軸方向断面図である。
【図２】図１の枠ＩＩ内の拡大図である。
【図３】本発明のスラスト軸受の一実施形態であるスラスト軸受の透過前面図である。
【図４】同スラスト軸受の斜視図である。
【図５】図５（Ａ）は、同スラスト軸受の前側の軸受側摺動面の展開図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ方向断面図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、その他の実施形態（その１〜その４）のスラスト軸受の前側の軸受側摺動面の部分展開図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明のスラスト軸受およびターボチャージャの実施の形態について説明する。
【００１０】
＜ターボチャージャの構成＞
まず、本実施形態のターボチャージャの構成について説明する。なお、以降の図において、前後方向は本発明の「軸方向」に対応している。図１に、本実施形態のターボチャージャの軸方向断面図を示す。図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、ジャーナル軸受３と、スラスト軸受４と、回転部５と、ベアリングハウジング９０と、コンプレッサハウジング９１と、タービンハウジング９２と、を備えている。
【００１１】
ベアリングハウジング９０の内部には、油路９０１ａ、９０１ｂと、軸受収容部９０２ａ、９０２ｂと、が形成されている。油路９０１ａ、９０１ｂには、潤滑油が流れている。前側または後側から見て、軸受収容部９０２ａは、ベアリングハウジング９０の径方向中心部に配置されている。軸受収容部９０２ｂは、軸受収容部９０２ａの前側に配置されている。
【００１２】
ジャーナル軸受３は、円筒状を呈している。ジャーナル軸受３は、軸受収容部９０２ａに収容されている。スラスト軸受４は、軸受収容部９０２ｂに収容されている。スラスト軸受４については、後で詳しく説明する。コンプレッサハウジング９１は、ベアリングハウジング９０の前側に配置されている。タービンハウジング９２は、ベアリングハウジング９０の後側に配置されている。
【００１３】
回転部５は、ベアリングハウジング９０に対して、回転可能である。回転部５は、回転軸５０と、コンプレッサインペラ５１と、タービンインペラ５２と、スラストカラー５３と、カラーターボシールリング５４と、を備えている。
【００１４】
回転軸５０は、ベアリングハウジング９０を前後方向に貫通している。回転軸５０は、ジャーナル軸受３により、径方向外側から、回転可能に支持されている。図２に、図１の枠ＩＩ内の拡大図を示す。図２に示すように、スラストカラー５３は、回転軸５０の外周面に配置されている。スラストカラー５３は、筒部５３０と、前後一対のフランジ部５３１ｆ、５３１ｒと、を備えている。筒部５３０は、前後方向に延在する円筒状を呈している。前側のフランジ部５３１ｆは、筒部５３０の前端から径方向外側に張り出している。フランジ部５３１ｆの後面には、軸側摺動面５３２ｆが配置されている。後側のフランジ部５３１ｒは、筒部５３０の後端から径方向外側に張り出している。フランジ部５３１ｒの前面には、軸側摺動面５３２ｒが配置されている。スラストカラー５３は、スラスト軸受４により、前後方向から、回転可能に支持されている。
【００１５】
図１に示すように、カラーターボシールリング５４は、回転軸５０の外周面に配置されている。カラーターボシールリング５４は、スラストカラー５３の前側に配置されている。コンプレッサインペラ５１は、回転軸５０の前端に取り付けられている。タービンインペラ５２は、回転軸５０の後端に連なっている。すなわち、回転軸５０は、コンプレッサインペラ５１とタービンインペラ５２とを連結している。
【００１６】
＜スラスト軸受の構成＞
次に、本実施形態のスラスト軸受の構成について説明する。図３に、本実施形態のスラスト軸受の透過前面図を示す。図４に、同スラスト軸受の斜視図を示す。図２〜図４に示すように、スラスト軸受４は、筒部５３０の径方向外側に環装されている。スラスト軸受４は、前側のフランジ部５３１ｆと、後側のフランジ部５３１ｒと、の間に配置されている。スラスト軸受４は、前側から見て馬蹄状（下向きに開口するＣ字状）を呈している。
【００１７】
スラスト軸受４は、摺動部４０と、非摺動部４１と、油路４２と、を備えている。摺動部４０の前面には、軸受側摺動面４０ｆが配置されている。軸受側摺動面４０ｆは、前側の軸側摺動面５３２ｆに、油膜を介して摺接している。摺動部４０の後面には、軸受側摺動面４０ｒが配置されている。軸受側摺動面４０ｒは、後側の軸側摺動面５３２ｒに、油膜を介して摺接している。軸受側摺動面４０ｆ、４０ｒは、本発明の「摺動面」の概念に含まれる。軸受側摺動面４０ｆ、４０ｒについては、後で詳しく説明する。
【００１８】
非摺動部４１は、摺動部４０の径方向外側に配置されている。非摺動部４１は、スラストカラー５３に摺接していない。油路４２は、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａと、軸受側摺動面４０ｆ、４０ｒと、を繋いでいる。油路４２を介して、潤滑油は、油路９０１ａから軸受側摺動面４０ｆ、４０ｒに供給される。
【００１９】
＜軸受側摺動面の構成＞
次に、本実施形態のスラスト軸受の軸受側摺動面の構成について説明する。前後一対の軸受側摺動面４０ｆ、４０ｒの構成は同じである。以下、代表して、前側の軸受側摺動面４０ｆの構成について説明する。
【００２０】
図５（Ａ）に、本実施形態のスラスト軸受の前側の軸受側摺動面の展開図を示す。図５（Ｂ）に、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ方向断面図を示す。図５（Ａ）、図５（Ｂ）の角度は、図３に示すように、回転軸５０の軸心Ｇ周りの中心角である。軸受側摺動面４０ｆの周方向（軸心Ｇを中心とする周方向）における、潤滑油の流動方向上流側を「上流側」、流動方向下流側を「下流側」とする。中心角は、真下位置を０°として、上流側から下流側に向かって、図３における時計回り方向に進角する。
【００２１】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、軸受側摺動面４０ｆは、三つのパッド部Ａを備えている。三つのパッド部Ａは、周方向に並んで配置されている。パッド部Ａは、テーパ部Ｂと、ランド部Ｃと、昇圧側境界部Ｄと、を備えている。周方向に隣り合う一対のパッド部Ａの境界には、降圧側境界部Ｅが配置されている。ランド部Ｃの径方向外側には、バイパス部Ｈが配置されている。
【００２２】
テーパ部Ｂは、上流側（回転軸５０の回転方向後側）から下流側（回転軸５０の回転方向前側）に向かって高度（詳しくは、前後方向の高度。以下同じ。）が高くなる、平面状を呈している。テーパ部Ｂの上流部には、油路４２が開口している。
【００２３】
ランド部Ｃは、テーパ部Ｂの下流側に連なっている。ランド部Ｃは、高度が一定の平面状を呈している。昇圧側境界部Ｄは、上流側のテーパ部Ｂと、下流側のランド部Ｃと、の間に配置されている。昇圧側境界部Ｄは、径方向に延在する直線状を呈している。降圧側境界部Ｅは、上流側のランド部Ｃと、下流側のテーパ部Ｂと、の間に配置されている。降圧側境界部Ｅは、径方向に延在する直線状を呈している。
【００２４】
バイパス部Ｈは、上流側のテーパ部Ｂと、下流側のテーパ部Ｂと、の間に配置されている。バイパス部Ｈは、一対のテーパ部Ｂ間に介在するランド部Ｃの径方向外側に並置されている。バイパス部Ｈは、当該ランド部Ｃを迂回して、一対のテーパ部Ｂを連通している。バイパス部Ｈは、後側に向かって凹む溝状を呈している。バイパス部Ｈの溝底の高度は、ランド部Ｃの高度よりも、低い。バイパス部Ｈの入口ｈ１は、上流側のテーパ部Ｂの下流部に開口している。バイパス部Ｈの出口ｈ２は、下流側のテーパ部Ｂの上流部に開口している。
【００２５】
＜スラスト軸受の動き＞
次に、本実施形態のスラスト軸受の動きについて説明する。ターボチャージャ１駆動時において、図２、図３に示すように、潤滑油は、油路９０１ａを介して、油路４２に流入する。油路４２の出口は、前後一対の軸受側摺動面４０ｆ、４０ｒ各々の、三つのパッド部Ａに分岐して開口している。当該出口を介して、潤滑油は、パッド部Ａの上流部（テーパ部Ｂの上流部）に供給される。
【００２６】
テーパ部Ｂに供給された潤滑油は、回転軸５０の回転に伴い径方向外側かつ下流側に流動する。潤滑油は、テーパ部Ｂを、径方向に拡がりながら、かつ高度を上げながら、上流側から下流側に向かって流動する。当該流動により、潤滑油の圧力は高くなる。昇圧された潤滑油は、昇圧側境界部Ｄを介して、ランド部Ｃに流入する。ランド部Ｃに流入した潤滑油は、ランド部Ｃを上流側から下流側に向かって流動する。この際、潤滑油は、所定の圧力の油膜を形成する。当該油膜により、軸受側摺動面４０ｆ、４０ｒは、軸側摺動面５３２ｆ、５３２ｒを回転可能に支持している。ランド部Ｃを通過した潤滑油の一部は、降圧側境界部Ｅを介して、下流側のテーパ部Ｂに流入する。ランド部Ｃを通過した潤滑油の残部は、軸受側摺動面４０ｆ、４０ｒから流出する。流出した潤滑油は、図１に示す油路９０１ｂを介して、ベアリングハウジング９０の外部に排出される。
【００２７】
＜作用効果＞
次に、本実施形態のスラスト軸受およびターボチャージャの作用効果について説明する。仮に、図５（Ａ）に示すバイパス部Ｈが配置されていない場合を想定する。この場合、上流側のパッド部Ａのランド部Ｃから下流側のパッド部Ａのテーパ部Ｂに移行する際、軸受側摺動面４０ｆと軸側摺動面５３２ｆとの間の隙間幅Ｆ（図５（Ｂ）参照）は、急激に拡張する。このため、潤滑油の流路断面積も急激に拡張する。したがって、ランド部Ｃからテーパ部Ｂに潤滑油が流入する際、潤滑油の圧力は急激に低下し、負圧が発生してしまう。ここで、ランド部Ｃには、所定の負荷容量を有する油膜が形成されている。テーパ部Ｂ流入時に負圧が発生すると、当該負圧により、ランド部Ｃから油膜形成用の潤滑油が引き込まれてしまうおそれがある。このため、ランド部Ｃの油膜の圧力が低下してしまうおそれがある。
【００２８】
この点、軸受側摺動面４０ｆには、バイパス部Ｈが配置されている。バイパス部Ｈは、ランド部Ｃを迂回して、上流側のテーパ部Ｂと、下流側のテーパ部Ｂと、を連通している。上流側のテーパ部Ｂにおいては、潤滑油の昇圧が行われる。昇圧に伴い、上流側のテーパ部Ｂからバイパス部Ｈに、潤滑油の一部が漏出する。他方、降圧側境界部Ｅにおいては、流路断面積の急激な拡張に伴い負圧が発生する。バイパス部Ｈから下流側のテーパ部Ｂに潤滑油（上流側のテーパ部Ｂからバイパス部Ｈに漏出した潤滑油）が流入することにより、当該負圧の少なくとも一部を補うことができる。よって、潤滑油がランド部Ｃからテーパ部Ｂに流入する際の急激な圧力低下を抑制することができる。
【００２９】
また、バイパス部Ｈを通過する油量を調整する（例えば、バイパス部Ｈの流路断面積（バイパス部Ｈの流路方向に対して直交する方向の断面積）を調整する）ことにより、潤滑油がランド部Ｃからテーパ部Ｂに流入する際の、圧力変化を調整することができる。例えば、バイパス部Ｈを通過する油量を多くする（例えば、バイパス部Ｈの流路断面積を広くする）と、潤滑油の圧力を徐変させることができる。反対に、バイパス部Ｈを通過する油量を少なくする（例えば、バイパス部Ｈの流路断面積を狭くする）と、潤滑油の圧力を急変させることができる。
【００３０】
また、バイパス部Ｈは、ランド部Ｃを径方向外側に迂回している。このため、潤滑油に作用する遠心力が大きい場合であっても、上流側のテーパ部Ｂからバイパス部Ｈの入口ｈ１に潤滑油が流入しやすい。
【００３１】
また、上流側のテーパ部Ｂからバイパス部Ｈに流入する潤滑油（以下、「調圧用潤滑油」と称す。）の量が多すぎる場合、言い換えると上流側のテーパ部Ｂからランド部Ｃに流入する潤滑油（以下、「油膜用潤滑油」と称す。）の量が少なすぎる場合、ランド部Ｃに所望の負荷容量を有する油膜を形成することが困難になる。この点、本実施形態のスラスト軸受４の場合、図３に示すように、前側から見て、バイパス部Ｈの径方向外端ｈ３は、パッド部Ａの径方向外端ａ１よりも、径方向外側に配置されている。すなわち、前側から見て、複数のパッド部Ａの径方向外端ａ１が連なる円に対して、バイパス部Ｈの少なくとも一部は、径方向外側に突出している。このため、当該円内にバイパス部Ｈの全部に含まれる場合と比較して、調圧用潤滑油の量が過度に多くなるのを抑制することができる。言い換えると、油膜用潤滑油の量が過度に減少するのを、抑制することができる。したがって、ランド部Ｃに所望の負荷容量を有する油膜を形成することができる。
【００３２】
＜その他＞
以上、本発明のスラスト軸受およびターボチャージャの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００３３】
図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に、その他の実施形態（その１〜その４）のスラスト軸受の前側の軸受側摺動面の部分展開図を示す。なお、図５（Ａ）と対応する部位については、同じ符号で示す。図６（Ａ）に示すように、バイパス部Ｈの出口ｈ２の開口面積を、バイパス部Ｈの入口ｈ１の開口面積よりも、大きくしてもよい。こうすると、出口ｈ２が広くなるため、潤滑油がランド部Ｃからテーパ部Ｂに流入する際の急激な圧力低下を抑制することができる。他方、入口ｈ１が狭くなるため、バイパス部Ｈに流入する潤滑油の量が過度に多くなるのを抑制することができる。
【００３４】
図６（Ｂ）に示すように、前側から見て、バイパス部Ｈの径方向外端ｈ３が、パッド部Ａの径方向外端ａ１と、径方向同位置に配置されていてもよい。こうすると、軸受側摺動面４０ｆ、４０ｒの面積を小さくすることができる。図６（Ｃ）に示すように、上流側のテーパ部Ｂにガイド部ｂ１を配置してもよい。ガイド部ｂ１は、ランド部Ｃと同じ高度の平面状を呈している。ガイド部ｂ１は、バイパス部Ｈの入口ｈ１の上流側かつ径方向同位置に配置されている。ガイド部ｂ１により、潤滑油の流動方向を、昇圧側境界部Ｄに向くように（入口ｈ１に向かないように）、案内することができる。このため、バイパス部Ｈに流入する潤滑油の量が過度に多くなるのを抑制することができる。図６（Ｄ）に示すように、パッド部Ａの径方向内側にスペースが確保できる場合は、パッド部Ａの径方向内側にバイパス部Ｈを配置してもよい。
【００３５】
バイパス部Ｈの形状は特に限定しない。例えば、溝状や孔状でもよい。バイパス部Ｈの流路断面形状は特に限定しない。四角形状、Ｃ字状、Ｖ字状、Ｕ字状などであってもよい。バイパス部Ｈの溝底に、流路の延在方向に沿って、高度差（傾斜）を設定してもよい。例えば、入口ｈ１から出口ｈ２に向かって溝が深くなるように（流路断面積が広くなるように）、高度差を設定してもよい。バイパス部Ｈを非摺動部４１に配置してもよい。
【００３６】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すテーパ部Ｂは、周方向に亘って高度が一定（傾斜していない）の平坦部を有していてもよい。平坦部を降圧側境界部Ｅの下流側に配置し、当該平坦部に油路４２の出口を開設してもよい。図３に示すスラスト軸受４の形状は特に限定しない。スラスト軸受４は馬蹄状でなくてもよい。例えば、スラスト軸受４は無端環状であってもよい。油路４２の出口の位置、配置数は、特に限定しない。油路４２の出口がスラスト軸受４の内周面に開口していてもよい。スラスト軸受４の用途は特に限定しない。ターボチャージャ１から独立してスラスト軸受４を用いてもよい。例えば、スラスト軸受４をスラストワシャとして具現化してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１：ターボチャージャ、３：ジャーナル軸受、４：スラスト軸受、５：回転部、４０：摺動部、４０ｆ：軸受側摺動面（摺動面）、４０ｒ：軸受側摺動面（摺動面）、４１：非摺動部、４２：油路、５０：回転軸、５１：コンプレッサインペラ、５２：タービンインペラ、５３：スラストカラー、５４：カラーターボシールリング、９０：ベアリングハウジング、９１：コンプレッサハウジング、９２：タービンハウジング、５３０：筒部、５３１ｆ：フランジ部、５３１ｒ：フランジ部、５３２ｆ：軸側摺動面、５３２ｒ：軸側摺動面、９０１ａ：油路、９０１ｂ：油路、９０２ａ：軸受収容部、９０２ｂ：軸受収容部、Ａ：パッド部、Ｂ：テーパ部、Ｃ：ランド部、Ｄ：昇圧側境界部、Ｅ：降圧側境界部、Ｈ：バイパス部、Ｆ：隙間幅、Ｇ：軸心、ａ１：径方向外端、ｂ１：ガイド部、ｈ１：入口、ｈ２：出口、ｈ３：径方向外端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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