(57)【要約】【課題】摺動面に迅速に潤滑油を供給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、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４０２、４１２と、摺動面４０２、４１２に潤滑油Ｏを供給する油路４２と、油路４２に配置され、潤滑油Ｏを貯留可能な油溜まり部４３と、を備える。【選択図】図３
2019007541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持する摺動面と、
前記摺動面に潤滑油を供給する油路と、
前記油路に配置され、前記潤滑油を貯留可能な油溜まり部と、
を備えるスラスト軸受。
【請求項２】
第一部材と、
前記第一部材の前記軸方向隣りに配置される第二部材と、
を備え、
前記油路の少なくとも一部は、前記第一部材と前記第二部材との界面に配置される請求項１に記載のスラスト軸受。
【請求項３】
前記油溜まり部は、底部と、前記底部に前記潤滑油を貯留するための堰部と、を有する請求項１または請求項２に記載のスラスト軸受。
【請求項４】
前記油溜まり部は、前記油路の湾曲部に配置される請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスラスト軸受。
【請求項５】
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を備えるターボチャージャであって、
前記回転軸は、コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結し、
前記摺動面は、前記回転軸の外周面に取り付けられるスラストカラーに摺接す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】
特許文献１には、第一板材と第二板材とが重ね合わされて形成されたスラスト軸受が開示されている。第一板材、第二板材は、各々、スラストカラーに摺接する摺動面を備えている。摺動面には、油路を介して、潤滑油が供給される。同文献記載のスラスト軸受によると、第一板材と第二板材との界面を利用して、油路を確保することができる。このため、油路の加工が簡単である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−７７４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、同文献記載のスラスト軸受の油路は、上下方向（垂直方向）に直線状に延在している。このため、エンジン停止の際、油路内の潤滑油は、全量、重力により流下し、油路から流出してしまう。したがって、エンジン始動の際、スラスト軸受の油路および摺動面は、潤滑油がない、言わば「空」の状態である。よって、エンジン始動時には、まず、エンジン側の油路からスラスト軸受の油路に潤滑油が流動し、続いて、スラスト軸受の油路から摺動面に潤滑油が流動することにより、摺動面に潤滑油が供給されることになる。このため、エンジン始動時に、スラスト軸受の摺動面に迅速に潤滑油を供給することが困難である。そこで、本発明は、摺動面に迅速に潤滑油を供給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、回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持する摺動面と、前記摺動面に潤滑油を供給する油路と、前記油路に配置され、前記潤滑油を貯留可能な油溜まり部と、を備え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、上記スラスト軸受を備えるターボチャージャであって、前記回転軸は、コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結し、前記摺動面は、前記回転軸の外周面に取り付けられるスラストカラーに摺接することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のスラスト軸受およびターボチャージャによると、潤滑油の供給停止中（ターボチャージャの場合は、例えばエンジン停止中）に、油溜まり部に潤滑油を貯留することができる。このため、潤滑油の供給開始時（ターボチャージャの場合は、例えばエンジン始動時）に、潤滑油を迅速に摺動面に供給することができる。
【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の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のスラスト軸受の透過前面図である。
【図４】同スラスト軸受の分解斜視図である。
【図５】（Ａ）は、エンジン駆動中におけるスラスト軸受の油路の前面図である。（Ｂ）は、エンジン停止中におけるスラスト軸受の油路の前面図である。（Ｃ）は、エンジン始動時におけるスラスト軸受の油路の前面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、その他の実施形態（その１〜その３）のエンジン停止中におけるスラスト軸受の油路の前面図である。
【図７】その他の実施形態（その４）のターボチャージャのスラスト軸受の透過前面図である。
【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。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、スラスト軸受４の摺動対象物である。スラストカラー５３は、カラー本体５３０と、フランジ５３１と、を備えている。カラー本体５３０は、筒部５３０ａと、フランジ部５３０ｂと、を備えている。筒部５３０ａは、前後方向に延在する円筒状を呈している。フランジ部５３０ｂは、筒部５３０ａの後端から径方向外側に張り出している。フランジ５３１は、筒部５３０ａの前側に配置されている。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。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。
【００１４】
＜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、同スラスト軸受の分解斜視図を示す。図２に示すように、スラスト軸受４は、筒部５３０ａ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５３１と、後側のフランジ部５３０ｂと、の間に配置されている。スラスト軸受４は、第一部材４０と、第二部材４１と、油路４２と、油溜まり部４３と、を備えている。
【００１５】
図３に示すように、第一部材４０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。図２〜図４に示すように、第一部材４０は、第一油溝４００と、二つの第一油孔４０１と、第一摺動面４０２と、を備えている。第一摺動面４０２は、本発明の「摺動面」の概念に含まれる。第一油溝４００は、第一部材４０の後面（第二部材４１側の面）に凹設されている。第一油溝４００は、蛇行しながら径方向に延在している。すなわち、第一油溝４００の途中には、湾曲部４００ａが形成されている。湾曲部４００ａは、前側から見てＳ字状に蛇行している。第一油孔４０１は、第一油溝４００の溝底に開設されている。第一油孔４０１は、前後方向に延在している。第一摺動面４０２は、第一部材４０の前面に配置されている。第一摺動面４０２は、前側のフランジ５３１の後面に、油膜を介して摺接している。第一油孔４０１は、第一摺動面４０２に開口している。
【００１６】
図３に示すように、第二部材４１は、前側から見て馬蹄状を呈している。図２〜図４に示すように、第二部材４１は、第一部材４０の後側隣りに並置されている。第二部材４１は、第一部材４０に、例えばピンなどにより、固定されている。第二部材４１の前面は、第一油溝４００を後側から封止している。第二部材４１は、給油孔４１０と、二つの第二油孔４１１と、第二摺動面４１２と、を備えている。第二摺動面４１２は、本発明の「摺動面」の概念に含まれる。給油孔４１０は、第二部材４１を前後方向に貫通している。給油孔４１０の後端（上流端）は、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａに連通している。給油孔４１０の前端（下流端）は、第一油溝４００に連なっている。第二油孔４１１は、第二部材４１を前後方向に貫通している。第二摺動面４１２は、第二部材４１の後面に配置されている。第二摺動面４１２は、後側のフランジ部５３０ｂの前面に、油膜を介して摺接している。第二油孔４１１は、第二摺動面４１２に開口している。
【００１７】
油路４２は、上流側から下流側に向かって、給油孔４１０と、第一油溝４００と、第一油孔４０１および第二油孔４１１と、を備えている。図２に示すように、油路４２を介して、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａから、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に、潤滑油Ｏが供給されている。
【００１８】
油溜まり部４３は、第一油溝４００の湾曲部４００ａに配置されている。油溜まり部４３は、底部４３０と、堰部４３１と、を備えている。底部４３０は、Ｓ字状の湾曲部４００ａのうち、下向きに膨出するＣ字状部分の外周縁に配置されている。堰部４３１は、Ｓ字状の湾曲部４００ａのうち、上向きに膨出するＣ字状部分の内周縁に配置されている。底部４３０は、堰部４３１の上流側に配置されている。底部４３０は、堰部４３１よりも高度が低い。
【００１９】
＜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。図５（Ａ）に、エンジン駆動中におけるスラスト軸受の油路の前面図を示す。図５（Ｂ）に、エンジン停止中におけるスラスト軸受の油路の前面図を示す。図５（Ｃ）に、エンジン始動時におけるスラスト軸受の油路の前面図を示す。なお、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、図３から油路４２を抽出したものである。
【００２０】
図２、図５（Ａ）に示すように、エンジン駆動中において、油路４２は、潤滑油Ｏにより満たされている。潤滑油Ｏは、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａ→給油孔４１０→第一油溝４００（油溜まり部４３含む）→二つの第一油孔４０１の順に流動し、第一摺動面４０２に供給される。並びに、潤滑油Ｏは、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａ→給油孔４１０→第一油溝４００（油溜まり部４３含む）→二つの第二油孔４１１の順に流動し、第二摺動面４１２に供給される。このように、エンジン駆動中（回転軸５０回転中）においては、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に形成される油膜を介して、スラスト軸受４は、回転軸５０に作用する前後方向のスラスト荷重を支持している。
【００２１】
図５（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）のエンジン駆動中からエンジンが停止すると、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａから油路４２に、潤滑油Ｏが供給されなくなる。このため、油路４２の潤滑油Ｏは、自重により油路４２から流れ落ちる。しかしながら、油路４２の潤滑油Ｏの全量が油路４２から流れ落ちる訳ではない。油路４２の湾曲部４００ａには、油溜まり部４３が配置されている。油溜まり部４３の底部４３０は、堰部４３１の上流側に配置されている。また、底部４３０は、堰部４３１よりも高度が低い。このため、油路４２の潤滑油Ｏの一部は、底部４３０に貯留される。このように、エンジン停止中（回転軸５０停止中）においては、潤滑油Ｏの一部が、油溜まり部４３に貯留されている。
【００２２】
図５（Ｃ）に示すように、図５（Ｂ）のエンジン停止中からエンジンが始動すると、ベアリングハウジング９０の油路９０１ａから油路４２に、潤滑油Ｏが供給され始める。まず、油路９０１ａに残留していた空気Ａ（図５（Ｃ）に一点鎖線矢印で示す）が、油路４２に流れ込む。空気Ａは、油溜まり部４３から、潤滑油Ｏを押し出す。押し出された潤滑油Ｏは、第一油孔４０１および第二油孔４１１を介して、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に供給される。このように、エンジン始動時（回転軸５０回転開始時）においては、油溜まり部４３の潤滑油Ｏが、迅速に第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に供給される。その後、空気Ａは油路４２から排出され、図５（Ａ）に示すように、油路４２は潤滑油Ｏにより満たされる。
【００２３】
＜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。図５（Ｂ）に示すように、本実施形態のスラスト軸受４およびターボチャージャ１によると、エンジン停止中に、油溜まり部４３に潤滑油Ｏを貯留することができる。このため、図５（Ｃ）に示すように、エンジン始動時に、潤滑油Ｏを迅速に第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に供給することができる。
【００２４】
図２、図４に示すように、スラスト軸受４は、重ね合わされた複数の部材（第一部材４０、第二部材４１）により、形成されている。このため、例えばプレス加工などにより、第一部材４０に、簡単に、第一油溝４００、第一油孔４０１を形成することができる。並びに、第二部材４１に、簡単に、給油孔４１０、第二油孔４１１を形成することができる。また、第一部材４０と第二部材４１との界面を利用して、第一油溝４００を、簡単に配置することができる。
【００２５】
図３に示すように、油溜まり部４３は、底部４３０と堰部４３１とを備えている。底部４３０は、堰部４３１の上流側に配置されている。また、底部４３０は、堰部４３１よりも高度が低い。このため、図５（Ｂ）に示すように、エンジン停止中に、油溜まり部４３から潤滑油Ｏが流出するのを、抑制することができる。
【００２６】
＜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。
【００２７】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に、その他の実施形態（その１〜その３）のエンジン停止中における、スラスト軸受の油路の前面図を示す。なお、図５（Ｂ）と対応する部位については、同じ符号で示す。
【００２８】
図６（Ａ）に示すように、油路４２に対して、支流状に油溜まり部４３を配置してもよい。始動時においては、空気Ａ（図５（Ｃ）参照）や潤滑油Ｏの圧力、エンジンの振動などにより、潤滑油Ｏが油溜まり部４３から流れ出す。
【００２９】
図６（Ｂ）に示すように、油路４２に対して、邪魔板状に複数の油溜まり部４３を配置してもよい。始動時においては、空気Ａ（図５（Ｃ）参照）や潤滑油Ｏの圧力、エンジンの振動などにより、潤滑油Ｏが複数の油溜まり部４３から流れ出す。
【００３０】
図６（Ｃ）に示すように、上流側の油孔（上流側の第一油孔４０１および第二油孔４１１）に対応して、油溜まり部４３を配置してもよい。並びに、下流側の油孔（下流側の第一油孔４０１および第二油孔４１１）に対応して、油溜まり部４３を配置してもよい。こうすると、始動時において、上流側の油孔のみならず、下流側の油孔にも、迅速に潤滑油Ｏを供給することができる。
【００３１】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、エンジン駆動中において、油溜まり部４３の潤滑油Ｏが流動しにくくてもよい。図５（Ａ）、図６（Ｃ）に示すように、エンジン駆動中において、油溜まり部４３の潤滑油Ｏが流動しやすくてもよい。油溜まり部４３は、潤滑油Ｏの供給停止中に、潤滑油Ｏを貯留可能であればよい。また、油溜まり部４３は、潤滑油Ｏの供給開始時に、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に、潤滑油Ｏを供給可能であればよい。
【００３２】
図７に、その他の実施形態（その４）のターボチャージャのスラスト軸受の透過前面図を示す。なお、図３と対応する部位については、同じ符号で示す。図７に示すように、円環状のスラスト軸受４として、本発明のスラスト軸受を具現化してもよい。また、図２に示す第一油孔４０１および第二油孔４１１は、配置しなくてもよい。スラスト軸受４の内周面４４まで第一油溝４００を延長すると共に、内周面４４と、スラストカラー５３の筒部５３０ａの外周面と、の隙間を介して、第一油溝４００から、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に、潤滑油Ｏを供給してもよい。
【００３３】
また、第一油溝４００の代わりに、第二部材４１の前面に第二油溝を凹設してもよい。そして、当該第二油溝を第一部材４０の後面により封止してもよい。また、第一部材４０の後面に第一油溝４００を、第二部材４１の前面に第二油溝を、各々凹設し、これらの油溝同士を合体させることにより、油路４２の少なくとも一部を形成してもよい。
【００３４】
油溜まり部４３の配置数、保油量（エンジン停止中における潤滑油Ｏの貯留量）、位置、形状等は特に限定しない。例えば、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２の下端よりも下側に、油溜まり部４３を配置してもよい。こうすると、エンジン停止中に、油溜まり部４３から潤滑油Ｏが流出しにくい。また、図２に点線Ｂで示すように、第一油溝４００の溝底面に、下向きに膨出するＣ字状の油溜まり部４３を凹設してもよい。スラスト軸受４を構成する部材（第一部材４０、第二部材４１）の数は特に限定しない。単一の部材、または三つ以上の部材により、スラスト軸受４を構成してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
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：第一部材、４１：第二部材、４２：油路、４３：油溜まり部、４４：内周面、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、４００：第一油溝、４００ａ：湾曲部、４０１：第一油孔、４０２：第一摺動面（摺動面）、４１０：給油孔、４１１：第二油孔、４１２：第二摺動面（摺動面）、４３０：底部、４３１：堰部、５３０：カラー本体、５３０ａ：筒部、５３０ｂ：フランジ部、５３１：フランジ、９０１ａ：油路、９０２ａ：軸受収容部、９０２ｂ：軸受収容部、Ａ：空気、Ｏ：潤滑油
【図１】
2019007541.tif 000003
【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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【図７】
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