(57)【要約】【課題】所望の摺動特性が得られやすい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、コンプレッサインペラ５１とタービンインペラ５２とを連結する回転軸５０に作用する軸方向のスラスト荷重ｆ１、ｆ２を支持する。スラスト軸受４は、コンプレッサインペラ５１側からのスラスト荷重ｆ１を支持する第一摺動面４０２を有する第一部材４０と、タービンインペラ５２側からのスラスト荷重ｆ２を支持する第二摺動面４１２を有する第二部材４１と、を備える。第一摺動面４０２を形成する材料と、第二摺動面４１２を形成する材料と、は異なる。【選択図】図２
2019032057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結する回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持し、
前記コンプレッサインペラ側からの前記スラスト荷重を支持する第一摺動面を有する第一部材と、
前記タービンインペラ側からの前記スラスト荷重を支持する第二摺動面を有する第二部材と、
を備え、
前記第一摺動面を形成する材料と、前記第二摺動面を形成する材料と、は異なるスラスト軸受。
【請求項２】
前記第一摺動面および前記第二摺動面のうち、より大きな前記スラスト荷重を支持する方の摺動面を高荷重側摺動面、他方の摺動面を低荷重側摺動面として、
前記高荷重側摺動面を形成する前記材料は、前記低荷重側摺動面を形成する前記材料よりも、硬度が高い請求項１に記載のスラスト軸受。
【請求項３】
前記高荷重側摺動面を形成する前記材料は、鉄を主成分とする鉄系材料であり、
前記低荷重側摺動面を形成する前記材料は、銅を主成分とする銅系材料である請求項２に記載のスラスト軸受。
【請求項４】
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を備えるターボチャージャであって、
前記第一摺動面および前記第二摺動面は、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合体して形成されたスラスト軸受が開示されている。第一板材は、鉄系材料製の基材と、銅系材料製の前側摺動材と、を備えている。第二板材は、鉄系材料製の基材と、銅系材料製の後側摺動材と、を備えている。前側摺動材、後側摺動材は、各々、回転軸に固定されたスラストカラーに摺接している。回転軸は、前側のタービンインペラと、後側のコンプレッサインペラと、を連結している。前側摺動材には、スラストカラーを介して、前側（タービンインペラ側）から、スラスト荷重が加わる。並びに、後側摺動材には、スラストカラーを介して、後側（コンプレッサインペラ側）から、スラスト荷重が加わる。
【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】
第一板材の前側摺動材に加わるスラスト荷重と、第二板材の後側摺動材に加わるスラスト荷重と、は必ずしも一致しない。このため、前側摺動材と後側摺動材とでは、要求される摺動特性が異なる。ところが、同文献記載のスラスト軸受の場合、前側摺動材、後側摺動材は、共に銅系材料製である。したがって、前側摺動材および後側摺動材のうち、少なくとも一方に関して、所望の摺動特性が得られないおそれがある。そこで、本発明は、所望の摺動特性が得られやすい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、コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結する回転軸に作用する軸方向のスラスト荷重を支持し、前記コンプレッサインペラ側からの前記スラスト荷重を支持する第一摺動面を有する第一部材と、前記タービンインペラ側からの前記スラスト荷重を支持する第二摺動面を有する第二部材と、を備え、前記第一摺動面を形成する材料と、前記第二摺動面を形成する材料と、は異な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、前記第一摺動面および前記第二摺動面は、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】
前述したように、コンプレッサインペラ側から回転軸に作用するスラスト荷重と、タービンインペラ側から回転軸に作用するスラスト荷重と、は必ずしも一致しない。この点、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、これら軸方向両側（コンプレッサインペラ側およびタービンインペラ側）から作用するスラスト荷重の大小関係に応じて、コンプレッサインペラ側の第一摺動面の材質と、タービンインペラ側の第二摺動面の材質と、を独立して設計することができる。このため、第一摺動面、第二摺動面の各々において、所望の摺動特性が得られやすい。
【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】その他の実施形態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、鉄系材料製であって、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、鉄系材料製であって、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、を備えている。
【００１５】
図３、図４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。第一部材４０は、銅系材料製である。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。第一油孔４０１は、第一摺動面４０２に開口している。第一摺動面４０２は、三つの第一パッド部Ｐ１を備えている。三つの第一パッド部Ｐ１は、周方向（回転軸５０を中心とする周方向。すなわち、第一摺動面４０２における潤滑油Ｏの流動方向。あるいは、回転軸５０の回転方向（図３における時計回り方向））に並んで配置されている。第一パッド部Ｐ１は、第一テーパ部Ｔ１と、第一ランド部Ｌ１と、を備えている。第一テーパ部Ｔ１は、潤滑油Ｏの流動方向上流側（回転方向後側）から下流側（回転方向前側）に向かって前後方向の高度が高くなる、傾斜面状を呈している。第一ランド部Ｌ１は、第一テーパ部Ｔ１の下流側に連なっている。第一ランド部Ｌ１は、前後方向の高度が一定の、平面状を呈している。
【００１６】
図４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。第二部材４１は、鉄系材料製である。すなわち、第一部材４０の材質と、第二部材４１の材質と、は相違している。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、締結具（ピン、ボルトなど）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。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。第二油孔４１１は、第二摺動面４１２に開口している。第二摺動面４１２の構成は、第一摺動面４０２の構成と、同様である。すなわち、第二摺動面４１２は、三つの第二パッド部Ｐ２を備えている。第二パッド部Ｐ２は、第二テーパ部Ｔ２と、第二ランド部Ｌ２と、を備えている。
【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。エンジン駆動中においては、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。潤滑油Ｏは、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２に、油膜を形成している。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。並びに、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。
【００１８】
＜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１に示すように、回転軸５０は、前側のコンプレッサインペラ５１と、後側のタービンインペラ５２と、を連結している。図２に示すように、回転軸５０には、前側からスラスト荷重ｆ１が、後側からスラスト荷重ｆ２が、各々作用する。スラスト荷重ｆ１は、フランジ５３１を、第一部材４０の第一摺動面４０２に、押し付ける。また、スラスト荷重ｆ２は、フランジ部５３０ｂを、第二部材４１の第二摺動面４１２に、押し付ける。
【００１９】
ここで、スラスト荷重ｆ１とスラスト荷重ｆ２とは必ずしも一致しない。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の場合は、エンジン駆動中の大半の期間に亘って、ｆ１＜ｆ２の関係が成立している。第一摺動面４０２は本発明の「低荷重側摺動面」に、第二摺動面４１２は本発明の「高荷重側摺動面」に、各々対応している。
【００２０】
ｆ１＜ｆ２の場合、高荷重側の第二摺動面４１２には、高い耐摩耗性、つまり高い硬度が要求される。一方、低荷重側の第一摺動面４０２には、低い摩擦係数が要求される。このように、スラスト荷重ｆ１、ｆ２の大小関係に対応して、第一摺動面４０２、第二摺動面４１２に要求される摺動特性は異なる。
【００２１】
この点、第一摺動面４０２は、銅系材料により形成されている。並びに、第二摺動面４１２は、鉄系材料により形成されている。鉄系材料は、銅系材料よりも、硬度が高い。このため、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、第二摺動面４１２の硬度を高くすることができる。したがって、第二摺動面４１２の耐摩耗性を高くすることができる。並びに、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、第一摺動面４０２の硬度を低くすることができる。したがって、第一摺動面４０２の摩擦係数を低くすることができる。
【００２２】
このように、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、コンプレッサインペラ５１側の第一摺動面４０２の材質と、タービンインペラ５２側の第二摺動面４１２の材質と、を第一摺動面４０２、第二摺動面４１２の摺動特性に応じて、独立して設計することができる。このため、第一摺動面４０２、第二摺動面４１２の各々において、所望の摺動特性が得られやすい。
【００２３】
なお、第一摺動面４０２、第二摺動面４１２の摺動特性としては、例えば、硬度、耐摩耗性、耐焼付き性、耐疲労性、なじみ性（うねりやミスアライメントによる片当たりを、塑性変形や軽微な摩耗により、摺動対象物（フランジ５３１、フランジ部５３０ｂ）の形状に倣う性質）、耐摩耗性、耐腐食性、耐キャビテーションエロージョン性（潤滑油Ｏ中に発生したキャビテーションにより損傷しにくい性質）、異物埋収性（潤滑油Ｏ中の異物を埋収できる性質）などが挙げられる。
【００２４】
ところで、第一部材４０の表面を、第一摺動面４０２と同材質の第一摺動膜で、被覆することにより、第一部材４０に第一摺動面４０２を形成することも可能である。しかしながら、この場合、第一部材４０に対する第一摺動膜の接着方法、第一部材４０と第一摺動膜との熱膨張率差などに起因して、第一部材４０から第一摺動膜が剥離してしまうおそれがある。また、図３に示すように、第一摺動面４０２には、油膜の膜圧を上げるために、第一パッド部Ｐ１が形成されている。前述したように、第一テーパ部Ｔ１は傾斜面状を、第一ランド部Ｌ１は平面状を、各々呈している。第一摺動面４０２が第一摺動膜製の場合、第一テーパ部Ｔ１の傾斜角度や平面度（凹凸の少なさ）、第一ランド部Ｌ１の平面度などが狂ってしまうおそれがある。よって、第一パッド部Ｐ１に、所望の形状を設定することが困難である。また、第一摺動面４０２には、第一油孔４０１が開口している。第一摺動面４０２が第一摺動膜製の場合、第一摺動膜が、第一油孔４０１の少なくとも一部を、塞いでしまうおそれがある。
【００２５】
この点、本実施形態の第一部材４０は、第一摺動面４０２を含む一体物である。すなわち、第一部材４０と第一摺動面４０２とは一体に形成されている。このため、第一部材４０から第一摺動面４０２が脱落するおそれがない。また、第一摺動面４０２の第一パッド部Ｐ１に、所望の形状を簡単に設定することができる。すなわち、第一パッド部Ｐ１の形状精度が高い。また、第一油孔４０１が閉塞しにくい。第二部材４１、び第二摺動面４１２（第二パッド部Ｐ２）、第二油孔４１１についても、同様である。
【００２６】
また、互いに材料が異なる第一部材４０と第二部材４１とは、締結具（ピン、ボルトなど）により連結されている。このため、第一部材４０と第二部材４１とが接着されている場合と比較して、第一部材４０を形成する材料と、第二部材４１を形成する材料と、の熱膨張率差が大きい場合であっても、第一部材４０と第二部材４１との間の相対的な位置ズレを吸収しやすい。
【００２７】
また、図２、図４に示すように、スラスト軸受４は、第一部材４０と第二部材４１とが重ね合わされて、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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
スラスト荷重ｆ１とスラスト荷重ｆ２との大小関係は特に限定しない。ｆ１＞ｆ２であってもよい。この場合は、第一摺動面４０２は本発明の「高荷重側摺動面」に、第二摺動面４１２は本発明の「低荷重側摺動面」に、各々対応する。また、第一摺動面４０２が鉄系材料により、第二摺動面４１２が銅系材料により、各々形成される。
【００３０】
また、エンジン駆動中に、スラスト荷重ｆ１とスラスト荷重ｆ２との大小関係が逆転してもよい。この場合は、エンジン駆動中における、ｆ１＞ｆ２が成立する期間と、ｆ１＜ｆ２が成立する期間と、の長短により、高荷重側摺動面を選定してもよい。例えば、ｆ１＞ｆ２が成立する期間が、ｆ１＜ｆ２が成立する期間よりも、長い場合は、第一摺動面４０２を高荷重側摺動面とすればよい。反対に、ｆ１＞ｆ２が成立する期間が、ｆ２＜ｆ１が成立する期間よりも、短い場合は、第二摺動面４１２を高荷重側摺動面とすればよい。また、第一摺動面４０２および第二摺動面４１２のうち、より最大荷重値（スラスト荷重ｆ１、スラスト荷重ｆ２の最大値）が高い方の摺動面を、高荷重側摺動面としてもよい。
【００３１】
図５に、その他の実施形態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５に示すように、第一部材４０は、部材本体４０ａと、第一摺動部４０ｂと、を備えている。部材本体４０ａは、鉄系材料製であって、大径の円環状を呈している。第一摺動部４０ｂは、銅系材料製であって、小径の円環状を呈している。第一摺動部４０ｂは、部材本体４０ａの開口（前後方向に貫通している）に収容されている。第一摺動部４０ｂは、第一摺動面４０２を備えている。第一摺動部４０ｂは、第一部材４０の前後方向全長に亘って配置されている。このように、第一部材４０および第二部材４１のうち、少なくとも一方を、複数の部材で構成してもよい。また、第一部材４０のうち、第一摺動面４０２を有する部分だけを、所望の材料により形成してもよい。また、スラスト軸受４の内周面４４を無端環状としてもよい。また、第一油溝４００を内周面４４に開口させてもよい。
【００３２】
銅系材料の種類は特に限定しない。Ｃｕ（銅）を主成分とする材料であればよい。例えば、銅合金（Ｃｕを含む合金であって、当該合金を構成する金属のうちＣｕの含有割合が最も高い合金）であってもよい。銅系材料としては、例えば、黄銅、黄銅系合金などが挙げられる。
【００３３】
鉄系材料の種類は特に限定しない。Ｆｅ（鉄）を主成分とする材料であればよい。例えば、鉄合金（Ｆｅを含む合金であって、当該合金を構成する金属のうちＦｅの含有割合が最も高い合金）であってもよい。鉄系材料としては、例えば、冷間圧延鋼（ＳＰＣＣ）などが挙げられる。
【００３４】
スラストカラー５３を形成する材料は特に限定しない。図２に示すｆ１＜ｆ２の場合は、第二摺動面（高荷重側摺動面）４１２に摺接するフランジ部５３０ｂを、鉄系材料である高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２（熱処理あり））で形成してもよい。並びに、第一摺動面（低荷重側摺動面）４０２に摺接するフランジ５３１を、鉄系材料であるクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４３５（熱処理なし））で形成してもよい。反対に、図２に示すｆ１＞ｆ２の場合は、第二摺動面（低荷重側摺動面）４１２に摺接するフランジ部５３０ｂを、クロムモリブデン鋼で形成してもよい。並びに、第一摺動面（高荷重側摺動面）４０２に摺接するフランジ５３１を、高炭素クロム軸受鋼で形成してもよい。このように、高荷重側摺動面に摺接する摺動面を高硬度の材料で、低荷重側摺動面に摺接する摺動面を低硬度の材料で、各々形成してもよい。
【００３５】
第一摺動面４０２、第二摺動面４１２を、固体潤滑剤（ＭｏＳ２（二硫化モリブデン）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、フッ素樹脂など）製、Ｓｎ製、鉛合金製、アルミニウム合金製としてもよい。また、第一摺動面４０２、第二摺動面４１２を、外部に表出する表層（オーバレイ）と、当該表層の裏側に配置される裏層（ライニング）と、を有する複層構成としてもよい。この場合、表層の材質と、裏層の材質と、を相違させてもよい。
【００３６】
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。
【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：第一部材、４０ａ：部材本体、４０ｂ：第一摺動部、４１：第二部材、４２：油路、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、４０１：第一油孔、４０２：第一摺動面、４１０：給油孔、４１１：第二油孔、４１２：第二摺動面、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、Ｌ１：第一ランド部、Ｌ２：第二ランド部、Ｏ：潤滑油、Ｐ１：第一パッド部、Ｐ２：第二パッド部、Ｔ１：第一テーパ部、Ｔ２：第二テーパ部、ｆ１：スラスト荷重、ｆ２：スラスト荷重
【図１】
2019032057.tif 000003
【図２】
2019032057.tif 000004
【図３】
2019032057.tif 000005
【図４】
2019032057.tif 000006
【図５】
2019032057.tif 000007