(57)【要約】【解決手段】ターボ機械は、回転軸と、前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備える。前記排油流路は、前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、を含む。前記油案内流路部は、前記回転軸の回転方向に関して非対称の形状であり、前記回転方向における上流側の第１位置において最小流路断面積を有し、且つ、前記第１位置よりも下流側の第２位置において最大流路断面積を有する。
2016079781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
前記排油流路は、
前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
を含み、
前記油案内流路部は、前記回転軸の回転方向に関して非対称の形状であり、前記回転方向における上流側の第１位置において最小流路断面積を有し、且つ、前記第１位置よりも下流側の第２位置において最大流路断面積を有する
ことを特徴とするターボ機械。
【請求項２】
前記油案内流路部は、前記回転方向に沿って前記第１位置から前記第２位置に向かうにつれて前記流路断面積が増加することを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
前記回転軸の半径方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第１位置に比べて前記第２位置の方が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記油案内流路部の外周縁は、前記回転軸の軸中心からずれた位置に中心を有する円弧形状であることを特徴とする請求項３に記載のターボ機械。
【請求項５】
前記円弧形状の前記中心は、少なくとも、前記回転方向における前記油案内流路部の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に前記軸中心からずれた位置に存在することを特徴とする請求項４に記載のターボ機械。
【請求項６】
前記回転軸の軸方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第１位置に比べて前記第２位置の方が大きいことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項７】
前記回転方向における最上流位置における前記油案内流路部の流路断面積が、前記回転方向における最下流位置における前記油案内流路部の流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項８】
前記油案内流路部の外周縁の形状は、１本以上の曲線、複数本の直線、又は、１本以上の直線及び１本以上の曲線の複合形状によって形成されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項９】
前記スラスト軸受を収容する軸受ハウジングをさらに備え、
前記排油流路は、前記スラスト軸受の第１端面と、該第１端面に対向する前記軸受ハウジングの内壁面に形成された軸受溝とで囲まれる空間によって形成される第１排油流路を含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項１０】
前記スラスト軸受の第２端面と、該第２端面側に位置する前記スラストカラーの前記スラスト軸受との摺接面とは反対側の端面と、に対向して設けられるオイルディフレクタをさらに備え、
前記排油流路は、前記オイルディフレクタと前記スラストカラーと前記スラスト軸受とで囲まれる空間によって形成される第２排油流路を含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項１１】
前記回転軸とともに回転するように構成された羽根車と、
前記羽根車が設けられるとともに作動流体が流れる作動流体流路と、
前記作動流体流路と、前記スラスト軸受及び前記一対のスラストカラーが収容された軸受空間と、を隔てる隔壁と、をさらに備え、
前記排油流路は、少なくとも前記隔壁によって囲まれる空間により形成される第３排油流路を含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項１２】
回転軸と、
前記回転軸とともに回転するように構成された羽根車と、
前記羽根車が設けられるとともに作動流体が流れる作動流体流路と、
前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
前記作動流体流路と、前記スラスト軸受及び前記一対のスラストカラーが収容された軸受空間と、を隔てる隔壁と、
前記スラスト軸受の前記隔壁側において前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
前記隔壁は、前記軸受空間側の前記隔壁の表面から前記スラスト軸受に向かって突出するように設けられて前記回転軸の周方向に沿って延在する縁部を含み、
前記排油流路は、前記軸受空間側の前記隔壁の前記表面と前記縁部とによって囲まれる空間により形成されており、
前記縁部は、前記縁部の下方領域が切り欠かれており、上下非対称の形状となっていることを特徴とするターボ機械。
【請求項１３】
前記下方領域における前記縁部は、軸方向において前記スラスト軸受に近づくにつれて下方に向かう傾斜面を有することを特徴とする請求項１２に記載のターボ機械。
【請求項１４】
回転軸と、
前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
前記排油流路は、
前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
を含み、
前記油案内流路部の各位置における前記潤滑油の流速をＶとし、前記油案内流路部の各位置における流路断面積をＳとし、前記スラスト軸受への前記潤滑油の供給量をＱとしたとき、Ｖ×Ｓ＞Ｑの関係式を満たすことを特徴とするターボ機械。
【請求項１５】
前記ターボ機械は、前記回転軸の両側にそれぞれ設けられるタービンと圧縮機とを備える過給機であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スラスト軸受を有するターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、種々のターボ機械において、回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラー間にスラスト軸受を配置し、回転軸の軸方向に沿った荷重（スラスト荷重）をスラスト軸受に負担させるようにした構成が採用されている。スラスト軸受とスラストカラーとの間の摺接部には潤滑油が供給される。潤滑油は、スラスト軸受とスラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後、回転軸の周りに形成される排油流路を介して排出されるようになっている。
なお、排油流路として、例えば、スラスト軸受の一方の端面と軸受ハウジングの内壁面に形成された軸受溝とで囲まれる空間や、スラスト軸受の他方の端面とオイルディフレクタとで囲まれる空間や、少なくとも、作動流体流路と軸受空間とを隔てる隔壁によって囲まれる空間を挙げることができる。【０００３】
特許文献１には、スラスト軸受の他方の端面とオイルディフレクタとで囲まれる空間（排油流路）から潤滑油を排出するための排油口部の潤滑油による閉塞を防止するようにした過給機が開示されている。
この過給機では、オイルディフレクタの下部に形成する舌片を水平方向に対して傾斜させることで、スラスト軸受の他方の端面とオイルディフレクタとで囲まれる空間（排油流路）の排油口部の潤滑油による閉塞を防止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油の流れについて、ＣＦＤ解析を行った。その結果、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油は、排油流路内において、回転軸の回転方向に沿った旋回成分を有することが明らかになった。また、旋回成分を持つ潤滑油は、排油流路のうち排油口部の上方に位置する油案内流路部内において、油案内流路部の外周壁に押し付けられ、油案内流路部の外周壁に沿って排油口部に向かって流れることが分かった。【０００６】
このように、排油流路の油案内流路部内において、潤滑油は油案内流路部の外周壁に沿って流れるから、ターボ機械の低回転時（又は潤滑油の供給量が少ないとき）、油案内流路部の外周壁に沿って流れる潤滑油の気液境界面はスラストカラーの外周面よりも径方向外側に位置し、潤滑油とスラストカラー外周面との直接の接触が起こらない。
しかし、ターボ機械の回転数上昇（又は潤滑油の供給量増加）に伴って、油案内流路部に存在する潤滑油が増加し、油案内流路部において気液境界面が径方向内側に移動し、潤滑油とスラストカラー外周面とが接触してしまうことがある。ここで、潤滑油は、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部の幅広い角度領域から飛散し、油案内流路部の外周壁に衝突した後に該外周壁によって排油口部に向かって案内されながら流れる。このため、特に油案内流路部の下流側の領域において潤滑油量が増加し、潤滑油とスラストカラー外周面とが接触してしまう傾向がある。潤滑油とスラストカラー外周面とが接触すると、スラストカラーが潤滑油を撹拌することになり、メカロスが発生してしまう。【０００７】
特許文献１には、潤滑油を排出するための排油口部の潤滑油による閉塞を防止するために、排油口部を形成するオイルディフレクタの舌部を水平方向に対して傾斜させたものであり、油案内流路部の形状を工夫したものではない。
このため、特許文献１では、潤滑油の撹拌ロスに伴うターボ機械の効率低下を抑制するための対策が十分に講じられているとは言えない。【０００８】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、潤滑油の撹拌ロスを抑制可能なターボ機械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】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るターボ機械は、
回転軸と、
前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
前記排油流路は、
前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
を含み、
前記油案内流路部は、前記回転軸の回転方向に関して非対称の形状であり、前記回転方向における上流側の第１位置において最小流路断面積を有し、且つ、前記第１位置よりも下流側の第２位置において最大流路断面積を有する
ことを特徴とする。【００１０】
上記（１）の構成では、油案内流路部が、回転方向における上流側の第１位置において最小流路断面積を有し、且つ、第１位置よりも下流側の第２位置において最大流路断面積を有するような非対称の形状を有する。このため、油案内流路部が回転軸の回転方向に関して対称な形状である場合に比べて排油性が向上し、油案内流路部の下流側の領域においても、潤滑油とスラストカラー外周面との接触が起こりにくい。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを抑制できる。
なお、幾つかの実施形態では、油案内流路部の「流路断面積」は、回転軸の半径方向に沿った油案内流路部の断面の面積を意味する。【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記油案内流路部は、前記回転方向に沿って前記第１位置から前記第２位置に向かうにつれて前記流路断面積が増加する。
上記（２）の構成によれば、油案内流路部の流路を回転方向における上流側の第１位置から下流側の第２位置に向かって拡大するようにしたので、潤滑油量が増加しやすい油案内流路部の下流側の領域において、潤滑油とスラストカラー外周面との接触を効果的に防止できる。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを一層抑制できる。【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記回転軸の半径方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第１位置に比べて前記第２位置の方が大きい。
上記（３）の構成では、油案内流路部の半径方向流路幅が一定ではなく、回転方向における上流側の第１位置の半径方向流路幅に比べて、下流側の第２位置の半径方向流路幅の方が大きくなっている。このため、油案内流路部の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすい。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを効果的に抑制できる。【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記油案内流路部の外周縁は、前記回転軸の軸中心からずれた位置に中心を有する円弧形状である。
上記（４）の構成によれば、例えば旋盤を用いた単純な加工により、油案内流路部の円弧形状の外周縁を形成することができる。したがって、上述の（３）の構成（回転方向における上流側の第１位置に比べて下流側の第２位置の半径方向流路幅の方が大きい構成）を実現するに当たり、加工性を向上させることでターボ機械の製造コストを低減できる。【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記円弧形状の前記中心は、少なくとも、前記回転方向における前記油案内流路部の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に前記軸中心からずれた位置に存在する。
上記（５）の構成によれば、油案内流路部は、回転軸の中心軸を通る鉛直平面よりも上流側において、半径方向流路幅が最も狭くなる箇所（スロート部）を有する。そして、油案内流路部は、スロート部から排油口部に向かって下流側に向かうにつれて半径方向流路幅が徐々に拡大するようになっている。このため、例えば旋盤を用いた単純な加工が可能であるにもかかわらず、油案内流路部の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を効果的に防止できる。よって、ターボ機械の加工性を損なうことなく、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを効果的に抑制できる。【００１５】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記回転軸の軸方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第１位置に比べて前記第２位置の方が大きい。
上記（６）の構成では、油案内流路部の軸方向流路幅が一定ではなく、回転方向における上流側の第１位置の軸方向流路幅に比べて、下流側の第２位置の軸方向流路幅の方が大きくなっている。このため、油案内流路部の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすい。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを効果的に抑制できる。【００１６】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記回転方向における最上流位置における前記油案内流路部の流路断面積が、前記回転方向における最下流位置における前記油案内流路部の流路断面積よりも小さい。
上記（７）の構成によれば、排油口部に到達した潤滑油が再び油案内流路部に流入してしまうことを抑制できる。よって、油案内流路部における潤滑油量を減らすことができ、油案内流路部内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすくなる。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを効果的に抑制できる。【００１７】
（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、
前記油案内流路部の外周縁の形状は、１本以上の曲線、複数本の直線、又は、１本以上の直線及び１本以上の曲線の複合形状によって形成される。【００１８】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記スラスト軸受を収容する軸受ハウジングをさらに備え、
前記排油流路は、前記スラスト軸受の第１端面と、該第１端面に対向する前記軸受ハウジングの内壁面に形成された軸受溝とで囲まれる空間によって形成される第１排油流路を含む。
上記（９）の構成によれば、スラスト軸受の第１端面と軸受ハウジングの軸受溝とで囲まれる空間によって形成される排油流路（第１排油流路）を、上記（１）乃至（８）で説明した構成としたので、第１排油流路からの排油性が向上し、第１排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすくなる。よって、第１排油流路内におけるスラストカラーによる潤滑油の撹拌を防止し、ターボ機械のメカロスを抑制できる。【００１９】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記スラスト軸受の第２端面と、該第２端面側に位置する前記スラストカラーの前記スラスト軸受との摺接面とは反対側の端面と、に対向して設けられるオイルディフレクタをさらに備え、
前記排油流路は、前記オイルディフレクタと前記スラストカラーと前記スラスト軸受とで囲まれる空間によって形成される第２排油流路を含む。
上記（１０）の構成によれば、スラスト軸受、スラストカラー及びオイルディフレクタとで囲まれる空間によって形成される排油流路（第２排油流路）を、上記（１）乃至（８）で説明した構成としたので、第２排油流路からの排油性が向上し、第２排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすくなる。よって、第２排油流路内におけるスラストカラーによる潤滑油の撹拌を防止し、ターボ機械のメカロスを抑制できる。【００２０】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、
前記回転軸とともに回転するように構成された羽根車と、
前記羽根車が設けられるとともに作動流体が流れる作動流体流路と、
前記作動流体流路と、前記スラスト軸受及び前記一対のスラストカラーが収容された軸受空間と、を隔てる隔壁と、をさらに備え、
前記排油流路は、少なくとも前記隔壁によって囲まれる空間により形成される第３排油流路を含む。
上記（１１）の構成によれば、作動流体流路と軸受空間とを隔てる隔壁によって囲まれる空間によって形成される排油流路（第３排油流路）を、上記（１）乃至（８）で説明した構成としたので、第３排油流路からの排油性が向上し、第３排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすくなる。よって、第３排油流路内におけるスラストカラーによる潤滑油の撹拌を防止し、ターボ機械のメカロスを抑制できる。【００２１】
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係るターボ機械は、
回転軸と、
前記回転軸とともに回転するように構成された羽根車と、
前記羽根車が設けられるとともに作動流体が流れる作動流体流路と、
前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
前記作動流体流路と、前記スラスト軸受及び前記一対のスラストカラーが収容された軸受空間と、を隔てる隔壁と、
前記スラスト軸受の前記隔壁側において前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
前記隔壁は、前記軸受空間側の前記隔壁の表面から前記スラスト軸受に向かって突出するように設けられて前記回転軸の周方向に沿って延在する縁部を含み、
前記排油流路は、前記軸受空間側の前記隔壁の前記表面と前記縁部とによって囲まれる空間により形成されており、
前記縁部は、前記縁部の下方領域が切り欠かれており、上下非対称の形状となっていることを特徴とする。【００２２】
上記（１２）の構成によれば、排油流路を形成する隔壁の縁部を、下方領域が切り欠かれた上下非対称の形状としたので、排油流路の下側領域を形成する排油口部からの潤滑油の排出が促進される。これにより、隔壁の縁部が上下対称である形状に比べて、排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触が起こりにくい。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを抑制できる。
なお、上記（１２）の構成は、上述の（１）乃至（１１）の何れかの構成と組み合わせてもよい。【００２３】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
前記下方領域における前記縁部は、軸方向において前記スラスト軸受に近づくにつれて下方に向かう傾斜面を有する。
上記（１３）の構成によれば、スラスト軸受に近づくにつれて下方に向かう傾斜面を隔壁の下方領域における縁部に設けたので、排油流路の下側領域を形成する排油口部からの潤滑油の排出がより一層促進される。よって、排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を効果的に防止し、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスをより一層抑制できる。【００２４】
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係るターボ機械は、
回転軸と、
前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
前記排油流路は、
前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
を含み、
前記油案内流路部の各位置における前記潤滑油の流速をＶとし、前記油案内流路部の各位置における流路断面積をＳとし、前記スラスト軸受への前記潤滑油の供給量をＱとしたとき、Ｖ×Ｓ＞Ｑの関係式を満たすことを特徴とする。【００２５】
上記（１４）の構成によれば、油案内流路部の各位置においてＶ×Ａ＞Ｑの関係式を満たすようにしたので、スラスト軸受から流量Ｑの潤滑油が油案内流路部に排出された場合であっても、油案内流路部を介して排油口部に滞りなく潤滑油を導くことができる。よって、油案内流路部の高い排油性により、排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止し、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを抑制できる。
なお、上記（１４）の構成は、上述の（１）乃至（１３）の何れかの構成と組み合わせてもよい。【００２６】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１４）の何れかの構成において、
前記ターボ機械は、前記回転軸の両側にそれぞれ設けられるタービンと圧縮機とを備える過給機である。
上記（１５）の構成によれば、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油を排油流路からスムーズに排出することができ、排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止することができる。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴う過給機（ターボ機械）のメカロスを抑制できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、排油流路の排油性が向上させることができ、潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止して、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態に係る過給機の概略構成図である。
【図２】一実施形態に係るターボ機械の内部構造を示す断面図である。
【図３】スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油の油案内流路部内における流れを示すＣＦＤ解析結果である。
【図４】油案内流路部内における潤滑油の分布について説明するための模式図であり、図４（ａ）はターボ機械の低回転時における潤滑油の分布を示しており、図４（ｂ）はターボ機械の高回転時における潤滑油の分布を示している。
【図５】実施形態に係るターボ機械における、回転軸の回転方向に沿った周方向位置と油案内流路部の流路断面積との関係を示すグラフである。
【図６】一実施形態に係る排油流路の油案内流路部の形状を示す断面図である。
【図７】一実施形態に係る第１排油流路を形成する軸受ハウジングの正面図である。
【図８】図７に示す軸受ハウジングの斜視図である。
【図９】一実施形態に係る第２排油流路を形成するオイルディフレクタの正面図である。
【図１０】図９に示すオイルディフレクタの斜視図である。
【図１１】一実施形態に係る第３排油流路を形成する隔壁（インサート）の斜視図である。
【図１２】一実施形態に係る油案内流路部の形状を示す断面図である。
【図１３】一実施形態に係る油案内流路部の形状を示す断面図である。
【図１４】一実施形態に係る第２排油流路を形成するオイルディフレクタの斜視図である。
【図１５】図１４のオイルディフレクタを備えたターボ機械の図１４中の第１位置（ｘ＝ｘ１）における断面図である。
【図１６】図１４のオイルディフレクタを備えたターボ機械の図１４中の第２位置（ｘ＝ｘ２）における断面図である。
【図１７】一実施形態に係るターボ機械の断面図である。
【図１８】図１７に示すターボ機械の隔壁（インサート）の正面図である。
【図１９】図１７に示すターボ機械の隔壁（インサート）の斜視図である。
【図２０】一実施形態に係るターボ機械の排油流路の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
最初に、本発明の実施形態に係るターボ機械の適用対象の一例として、図１を参照しながら、過給機について簡単に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る過給機の概略構成図である。
図１に示す過給機１は、内燃機関に吸気を強制的に送り込むための過給機であれば特に限定されず、例えば、自動車用の過給機であってもよいし、舶用の過給機であってもよい。
【００３２】
幾つかの実施形態では、図１に示すように、過給機１は、タービン２と、タービン２によって駆動されるコンプレッサ４とを備える。タービン２は、不図示の内燃機関からの排ガスＧによって駆動されるように構成される。一方、コンプレッサ４は、タービン２によって駆動され、内燃機関への吸気Ａを圧縮するように構成される。
【００３３】
タービン２は、回転軸１０と、回転軸１０と一体的に回転可能なタービンホイール３とを含む。こうして、高温・高圧の作動流体としての内燃機関からの排ガスが持つエネルギーがタービンホイール３によって回収されると、タービンホイール３及び回転軸１０が一体的に回転するようになっている。
また、タービン２の回転軸１０は、軸受８を介してハウジング６に支持されている。また、回転軸１０は、軸受８を挟んでタービン２に対して軸方向の反対側において、コンプレッサ４のコンプレッサホイール５に連結されている。一実施形態では、軸受８は、後述するスラスト軸受２０を含んでいる。
【００３４】
続いて、本発明の実施形態に係るターボ機械（例えば過給機１）の具体的構成について、図２〜図１１を参照しながら説明する。
図２は、一実施形態に係るターボ機械の内部構造を示す断面図である。図３は、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油の油案内流路部内における流れを示すＣＦＤ解析結果である。図４は、油案内流路部内における潤滑油の分布について説明するための模式図であり、図４（ａ）はターボ機械の低回転時における潤滑油の分布を示しており、図４（ｂ）はターボ機械の高回転時における潤滑油の分布を示している。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、回転軸の回転方向に沿った周方向位置と油案内流路部の流路断面積との関係を示すグラフである。なお、図５（ａ）〜図５（ｅ）において、ｘは回転軸の回転方向に沿った周方向位置であり、ｘ＝０は油案内流路部の上流側端の位置を示しており、ｘ＝Ｘｏｕｔは油案内流路部の下流側端の位置を示している。図６は、一実施形態に係る排油流路の油案内流路部の形状を示す断面図である。図７は、一実施形態に係る第１排油流路を形成する軸受ハウジングの正面図である。図８は、図７に示す軸受ハウジングの斜視図である。図９は、一実施形態に係る第２排油流路を形成するオイルディフレクタの正面図である。図１０は、図９に示すオイルディフレクタの斜視図である。図１１は、一実施形態に係る第３排油流路を形成する隔壁（インサート）の斜視図である。
【００３５】
図２に示すように、ターボ機械１００の回転軸１０は、軸受８を介してハウジング（軸受ハウジング）６に回転自在に支持されている。
幾つかの実施形態では、軸受８は、スラスト軸受２０及びラジアル軸受３０を含む。スラスト軸受２０は、インサート（隔壁）５０とハウジング６とによって挟み込まれた状態で、ハウジング６に固定される。スラスト軸受２０は、回転軸１０の外周に取り付けられた一対のスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の間の軸方向位置において、回転軸１０の周りに設けられる。スラストカラー１２Ａはスラスト軸受２０の第１端面２０Ａ側に位置し、スラストカラー１２Ｂはスラスト軸受２０の第２端面２０Ｂ側に位置する。
【００３６】
図２に示す例示的な実施形態では、スラストカラー（スラストリング）１２Ａは、スリーブ部１３と、スリーブ部１３の外周面から突出するようにスリーブ部１３の端部に設けられたつば部１４と、を含む。スラストカラー１２Ａのスリーブ部１３は、スラスト軸受２０に設けられた貫通孔に挿入される。また、スラストカラー１２Ａのつば部１４は、スラスト軸受２０の第１端面２０Ａと摺接するようになっている。
スラストカラー１２Ｂは、スリーブ部１５と、スリーブ部１５の外周面から突出するようにスリーブ部１５の端部に設けられたつば部１６と、を含む。スラストカラー１２Ｂのスリーブ部１５は、後述のオイルディフレクタ４０及びインサート（隔壁）５０に設けられた貫通孔に挿入される。また、スラストカラー１２Ｂのつば部１６は、スラスト軸受２０の第２端面２０Ｂと摺接するようになっている。
【００３７】
幾つかの実施形態では、軸受ハウジング６には、給油路７が設けられており、給油路７を介してスラスト軸受２０及びラジアル軸受３０に潤滑油が供給されるようになっている。スラスト軸受２０及びラジアル軸受３０は、それぞれ、給油路７に連通する給油孔２１，３１を有している。
これにより、スラスト軸受２０とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）との摺接部には、スラスト軸受２０の給油孔２１を介して、給油路７から潤滑油が供給されるようになっている。同様に、ラジアル軸受３０の回転軸１０との摺接部には、ラジアル軸受３０の給油孔３１を介して、給油路７から潤滑油が供給されるようになっている。
【００３８】
また、ターボ機械１００は、回転軸１０の周りに設けられ、スラスト軸受２０とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）との間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路２００を備える。
【００３９】
幾つかの実施形態では、排油流路２００は、スラスト軸受２０の第１端面２０Ａ側に位置する第１排油流路２１０、並びに、スラスト軸受２０の第２端面２０Ｂ側に位置する第２排油流路２２０又は第３排油流路２３０の少なくとも一つを含む。図２に示す実施形態では、排油流路２００は、第１排油流路２１０、第２排油流路２２０及び第３排油流路２３０を含んでいる。
第１排油流路２１０は、スラスト軸受２０を収容する軸受ハウジング６の内壁面に形成された軸受溝２１２と、スラスト軸受２０の第１端面２０Ａとで囲まれる空間によって形成される。
第２排油流路２２０は、オイルディフレクタ４０とスラストカラー１２Ｂとスラスト軸受２０の第２端面２０Ｂとで囲まれる空間によって形成される。なお、オイルディフレクタ４０は、スラスト軸受２０から排出される潤滑油を軸受ハウジング６の下方に位置する排油口９に向けて案内するための部材であり、一実施形態では板金加工によって形成される。オイルディフレクタ４０は、スラスト軸受２０の第２端面２０Ｂと、スラストカラー１２Ｂのつば部１６のスラスト軸受２０とは反対側の端面と、に対向して設けられる。また、オイルディフレクタ４０は、スラスト軸受２０の第２端面２０Ｂに対向するディスク部４２と、ディスク部４２の下方に位置してスラスト軸受２０側に向かってせり出す舌部４４と、を含んでいる。これにより、スラスト軸受２０の第２端面２０Ｂとスラストカラー１２Ｂとの摺接部から飛散した潤滑油をディスク部４２で受け止めて舌部４４に導き、舌部４４に沿って潤滑油を下方に流し、スラスト軸受２０の下方に設けられた開口２２と舌部４４との間を通して潤滑油を排出するようになっている。
第３排油流路２３０は、少なくともインサート５０によって囲まれる空間により形成される。なお、インサート５０は、回転軸１０とともに回転するように構成された羽根車１１０が設けられる作動流体流路と、軸受ハウジング６の内部の軸受空間と、を隔てる隔壁である。インサート５０によって、軸受空間から作動流体流路への潤滑油の流出が防止される。また、インサート５０は、オイルディフレクタ４０をスラスト軸受２０の第２端面２０Ｂに押し付けて、オイルディフレクタ４０を保持する役割も有する。
【００４０】
各排油流路２００（２１０，２２０，２３０）は、排油流路２００内の潤滑油を下方に排出するための排油口部２０２と、排油口部２０２よりも上方に設けられた油案内流路部２０４と、を含む。油案内流路部２０４は、スラスト軸受２０とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）との摺接部からの潤滑油を回転軸１０の周方向に案内し、排油口部２０２に導くように構成される。
すなわち、各排油流路２００（２１０，２２０，２３０）は、回転軸１０の周方向に沿った略環状流路であり、この略環状流路の下方領域が排油口部２０２であり、略環状流路の上方領域が油案内流路部２０４である。
【００４１】
本発明者らは、上記構成の排油流路２００内におけるスラスト軸受２０とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）との摺接部を潤滑した後の潤滑油の流れについて、ＣＦＤ解析を行った。
その結果、図３に示すように、スラスト軸受２０とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）との摺接部を潤滑した後の潤滑油は、排油流路２００内において、回転軸１０の回転方向に沿った旋回成分を有することが明らかになった。また、旋回成分を持つ潤滑油は、排油流路２００のうち排油口部２０２の上方に設けられる油案内流路部２０４内において、油案内流路部２０４の外周壁２０５に押し付けられ、油案内流路部２０４の外周壁２０５に沿って排油口部２０２に向かって流れることが分かった。
【００４２】
このように、排油流路２００の油案内流路部２０４内において潤滑油は油案内流路部２０４の外周壁２０５に沿って流れることから、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、ターボ機械１００の運転状態（又は潤滑油の供給量）に応じて、油案内流路部２０４内における潤滑油の分布は変化する。
具体的には、図４（ａ）に示すように、ターボ機械１００の低回転時（又は潤滑油の供給量が少ないとき）、油案内流路部２０４の外周壁２０５に沿って流れる潤滑油の気液境界面２０６はスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面よりも径方向外側に位置し、潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との直接の接触が起きにくい。
一方、ターボ機械１００の回転数上昇（又は潤滑油の供給量増加）に伴って、油案内流路部２０４に存在する潤滑油が増加すると、図４（ｂ）に示すように、油案内流路部２０４において気液境界面２０６が径方向内側に移動する。このため、潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面とが接触してしまう可能性がある。
なお、潤滑油は、スラスト軸受２０とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）との摺接部から、摺接部の外周縁の接線方向に沿って放射状に飛散し、油案内流路部２０４の外周壁２０５に衝突した後、外周壁２０５に沿って周方向に流れる。このため、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、油案内流路部２０４内における潤滑油量は上流側から下流側に向かって増大する傾向にあり、潤滑油の油膜厚さは油案内流路部２０４の上流側端（ｘ＝０の周方向位置）から下流側端（ｘ＝Ｘｏｕｔの周方向位置）に向かって増加する。よって、ターボ機械１００の高回転時において、潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との接触が起きやすいのは、油案内流路部２０４における下流側領域である。
但し、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したのは潤滑油の分布傾向を説明するための一例にすぎず、油案内流路部２０４の下方の排油口部２０２からの潤滑油の排油流量によっては図４（ａ）及び図４（ｂ）とは異なる潤滑油の分布となる場合があり得る。
【００４３】
幾つかの実施形態では、油案内流路部２０４内における潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との接触の可能性を低減するため、油案内流路部２０４は、回転軸１０の回転方向に関して非対称の形状になっている。具体的には、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示すように、油案内流路部２０４は、回転軸１０の回転方向における上流側の第１位置（ｘ＝ｘ１）において最小流路断面積Ｓｍｉｎを有し、且つ、第１位置よりも下流側の第２位置（ｘ＝ｘ２）において最大流路断面積Ｓｍａｘを有する。
これにより、油案内流路部２０４が回転軸１０の回転方向に関して対称な形状である場合に比べて排油性が向上し、油案内流路部２０４の下流側の領域においても、潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との接触が起こりにくくなる。よって、スラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）による潤滑油の撹拌に伴うターボ機械１００のメカロスを一層抑制できる。
【００４４】
幾つかの実施形態では、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示すように、油案内流路部２０４は、回転軸１０の回転方向に沿って第１位置（ｘ＝ｘ１）から第２位置（ｘ＝ｘ２）に向かうにつれて、流路断面積がＳｍｉｎからＳｍａｘまで増加する。
この場合、油案内流路部２０４の流路が上流側の第１位置（ｘ＝ｘ１）から下流側の第２位置（ｘ＝ｘ２）に向かって拡大するので、潤滑油量が増加しやすい油案内流路部２０４の下流側の領域において、潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との接触を効果的に防止できる。
【００４５】
また、幾つかの実施形態では、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示すように、回転方向における最上流位置（ｘ＝０）における油案内流路部２０４の流路断面積が、回転方向における最下流位置（ｘ＝Ｘｏｕｔ）における油案内流路部２０４の流路断面積よりも小さい。
これにより、排油口部２０２に到達した潤滑油が再び油案内流路部２０４に流入してしまうことを抑制できる。よって、油案内流路部２０４における潤滑油量を減らすことができ、油案内流路部２０４内における潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との接触を防止しやすくなる。
【００４６】
図５（ａ）及び（ｂ）に示す例示的な実施形態では、油案内流路部２０４の上流側端（ｘ＝０）から下流側端（ｘ＝Ｘｏｕｔ）まで、連続的に、油案内流路部２０４の流路断面積が単調増加している。また、油案内流路部２０４の流路断面積の変化は、図５（ａ）に示すように線形的であってもよいし、図５（ｂ）に示すように非線形的であってもよい。
また、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す例示的な実施形態では、油案内流路部２０４の流路断面積は、油案内流路部２０４の上流側端（ｘ＝０）から一旦減少し、油案内流路部２０４の途中の位置（ｘ＝ｘ１）において最小流路断面積Ｓｍｉｎになった後、増加傾向に転じて最終的には第２位置（ｘ＝ｘ２）において最大流路断面積Ｓｍａｘになる。なお、図５（ｃ）に示すように、第１位置から第２位置に向かう油案内流路部２０４の流路断面積の増加傾向は油案内流路部２０４の下流側端（ｘ＝Ｘｏｕｔ）まで継続してもよい。あるいは、図５（ｄ）に示すように、第１位置から第２位置に向かう油案内流路部２０４の流路断面積の増加傾向が、油案内流路部２０４の下流側端（ｘ＝Ｘｏｕｔ）の手前の第２位置（ｘ＝ｘ２＜Ｘｏｕｔ）において終了し、ｘ２≦ｘ≦Ｘｏｕｔの範囲では油案内流路部２０４の流路断面積が最大流路断面積Ｓｍａｘで一定に維持されてもよい。なお、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す例では、油案内流路部２０４の流路断面積の変化は非線形的であるが、油案内流路部２０４の流路断面積の変化は線形的であってもよい。
さらに、図５（ｅ）に示す例示的な実施形態では、油案内流路部２０４の上流側端（ｘ＝０）から第１位置（ｘ＝ｘ１）までの範囲では油案内流路部２０４の流路断面積は最小流路断面積Ｓｍｉｎで一定であるが、ｘ１≦ｘ≦ｘ２の範囲では、油案内流路部２０４の流路断面積は最大流路断面積Ｓｍａｘまで単調増加する。その後、油案内流路部２０４の流路断面積の増加傾向はなくなり、ｘ２＜ｘ≦Ｘｏｕｔの範囲では、油案内流路部２０４の流路断面積は最大流路断面積Ｓｍａｘで一定である。なお、図５（ｅ）に示す例では、油案内流路部２０４の流路断面積の変化は線形的であるが、油案内流路部２０４の流路断面積の変化は非線形的であってもよい。
【００４７】
幾つかの実施形態では、図６に示すように、回転軸１０の半径方向における油案内流路部２０４の流路幅Ｗｒは、第１位置ｘ１に比べて第２位置ｘ２の方が大きい。
この場合、油案内流路部２０４の半径方向流路幅Ｗｒは一定ではなく、回転方向における上流側の第１位置ｘ＝ｘ１の半径方向流路幅Ｗｒ１に比べて、下流側の第２位置ｘ＝ｘ２の半径方向流路幅Ｗｒ２の方が大きくなっている。このため、油案内流路部２０４の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との接触を防止しやすい。
なお、図６に示す例示的な実施形態では、油案内流路部２０４の上流側端（ｘ＝０）と下流側端（ｘ＝Ｘｏｕｔ）との間に存在する第１位置ｘ＝ｘ１において、油案内流路部２０４の半径方向流路幅Ｗｒは最小値Ｗｒ１になる。また、油案内流路部２０４の下流側端（ｘ＝Ｘｏｕｔ）に存在する第２位置ｘ＝ｘ２において、油案内流路部２０４の半径方向流路幅Ｗｒは最大値Ｗｒ２になる。
【００４８】
幾つかの実施形態では、図６に示すように、油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）は、回転軸１０の軸中心Ｏからずれた位置に中心Ｏ’を有する円弧形状である。
この場合、例えば旋盤を用いた単純な加工により、油案内流路部２０４の円弧形状の外周縁（外周壁２０５）を形成することができる。したがって、油案内流路部２０４の上記構成（回転方向における上流側の第１位置ｘ１に比べて下流側の第２位置ｘ２の半径方向流路幅Ｗｒの方が大きい構成）を実現するに当たり、加工性を向上させることでターボ機械１００の製造コストを低減できる。
【００４９】
また、幾つかの実施形態では、図６に示すように、油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）の円弧中心Ｏ’は、少なくとも、回転軸１０の回転方向（図中の矢印方向）における油案内流路部２０４の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に回転軸１０の軸中心Ｏからずれた位置に存在する。すなわち、油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）の円弧中心Ｏ’の水平方向位置は、油案内流路部２０４の半径方向流路幅が回転方向上流側に比べて回転方向下流側が広がるように、回転軸１０の軸中心Ｏの水平方向位置に対してオフセットされている。
この場合、油案内流路部２０４は、回転軸１０の中心軸を通る鉛直平面よりも上流側において、半径方向流路幅Ｗｒが最も狭くなる箇所（スロート部）を有する。図６に示す例では、第１位置ｘ１において、半径方向流路幅Ｗｒが最も狭くなっている。そして、油案内流路部２０４は、スロート部（ｘ＝ｘ１）から排油口部２０２に向かって下流側に向かうにつれて半径方向流路幅Ｗｒが徐々に拡大するようになっている。このため、例えば旋盤を用いた単純な加工が可能であるにもかかわらず、油案内流路部２０４の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との接触を効果的に防止できる。
【００５０】
なお、図６に示す例示的な実施形態では、油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）の円弧中心Ｏ’は、水平方向だけでなく、鉛直方向においても、回転軸１０の軸中心Ｏに対して下方にオフセットされている。
【００５１】
幾つかの実施形態では、図６で示した油案内流路部２０４の構成は、スラスト軸受２０の第１端面２０Ａと軸受ハウジング６の軸受溝２１２とで囲まれる空間によって形成される排油流路２００（図２に示す第１排油流路２１０）に適用される。
具体的には、図７及び図８に示すように、第１排油流路２１０の油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）は、回転軸１０の軸中心Ｏからずれた位置に中心Ｏ’を有する円弧形状を有する。また、第１排油流路２１０の油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）の円弧中心Ｏ’は、少なくとも、回転軸１０の回転方向（図中の矢印方向）における油案内流路部２０４の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に回転軸１０の軸中心Ｏからずれた位置に存在する。なお、図７及び図８に示す例では、第１排油流路２１０の油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）の円弧中心Ｏ’は、水平方向だけでなく、鉛直方向においても、回転軸１０の軸中心Ｏに対して下方にオフセットされている。
【００５２】
幾つかの実施形態では、図６で示した油案内流路部２０４の構成は、スラスト軸受２０の第２端面２０Ｂ、スラストカラー１２Ｂ及びオイルディフレクタ４０とで囲まれる空間によって形成される排油流路２００（図２に示す第２排油流路２２０）に適用される。
具体的には、図９及び図１０に示すように、第２排油流路２２０の油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）は、回転軸１０の軸中心Ｏからずれた位置に中心Ｏ’を有する円弧形状を有する。また、第２排油流路２２０の油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）の円弧中心Ｏ’は、少なくとも、回転軸１０の回転方向（図中の矢印方向）における油案内流路部２０４の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に回転軸１０の軸中心Ｏからずれた位置に存在する。なお、図９及び図１０に示す例では、第２排油流路２２０の油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）の円弧中心Ｏ’は、水平方向だけでなく、鉛直方向においても、回転軸１０の軸中心Ｏに対して下方にオフセットされている。
【００５３】
幾つかの実施形態では、図６で示した油案内流路部２０４の構成は、作動流体流路と軸受空間とを隔てる隔壁（インサート）５０によって囲まれる空間によって形成される排油流路２００（図２に示す第３排油流路２３０）に適用される。
具体的には、図１１に示すように、第３排油流路２３０の油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）は、回転軸１０の軸中心Ｏからずれた位置に中心Ｏ’を有する円弧形状を有する。また、第２排油流路２２０の油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）の円弧中心Ｏ’は、少なくとも、回転軸１０の回転方向（図中の矢印方向）における油案内流路部２０４の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に回転軸１０の軸中心Ｏからずれた位置に存在する。なお、図１１に示す例では、第３排油流路２３０の油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）の円弧中心Ｏ’は、水平方向だけでなく、鉛直方向においても、回転軸１０の軸中心Ｏに対して下方にオフセットされている。
【００５４】
他の実施形態では、油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）は、図６に示す実施形態とは異なり、油案内流路部２０４の外周縁（外周壁２０５）は、回転軸１０の軸中心Ｏから水平方向にずれた位置に中心Ｏ’を有する円弧形状でなくてもよい。
図１２は、他の実施形態に係る油案内流路部の形状を示す断面図である。図１３は、さらに別の実施形態に係る油案内流路部の形状を示す断面図である。
図１２に示す実施形態では、油案内流路部２０４の外周壁２０５は、油案内流路部２０４の上流側端（ｘ＝ｘ０）において回転軸１０に向かって水平方向に突出する突出部２０８を有する。突出部２０８を除く油案内流路部２０４の外周壁２０５は回転軸１０の軸中心Ｏから下方にずれた位置に中心Ｏ’を有する円弧形状である。なお、突出部２０８の突出量は、突出部２０８の先端の上方の角部とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との間における油案内流路部２０４の径方向流路幅Ｗｒ１が最小となるように決定される。すなわち、油案内流路部２０４の入口側端（ｘ＝０）における油案内流路部２０４の径方向流路幅をＷｒ０とし、油案内流路部２０４の出口側端（ｘ＝Ｘｏｕｔ＝ｘ２）における油案内流路部２０４の径方向流路幅をＷｒｏｕｔ（＝Ｗｒ２）とし、回転軸１０の軸中心Ｏから鉛直上方に伸ばした直線に相当する周方向位置（ｘ＝ｘ３）における油案内流路部２０４の径方向流路幅をＷｒ３としたとき、Ｗｒ１＜Ｗｒ０＜Ｗｒ３＜Ｗｒｏｕｔ＝Ｗｒ２の関係式が成立する。このように、油案内流路部２０４の外周壁２０５に突出部２０８を設けることで、回転方向における最上流位置（ｘ＝０）における油案内流路部２０４の流路断面積が、回転方向における最下流位置（ｘ＝Ｘｏｕｔ）における油案内流路部２０４の流路断面積よりも小さくなる。これにより、排油口部２０２に到達した潤滑油が再び油案内流路部２０４に流入してしまうことを抑制できる。
また、さらに別の実施形態では、油案内流路部２０４の外周壁２０５は、１本以上の曲線、複数本の直線、又は、１本以上の直線及び１本以上の曲線の複合形状によって形成される。図１３に示す例示的な実施形態では、油案内流路部２０４の外周壁２０５は、回転軸の回転方向（図中の矢印方向）の上流側から順に、直線部２０５Ａ、直線部２０５Ｂ、曲線部２０５Ｃの複合形状によって形成されている。
【００５５】
また、幾つかの実施形態では、図６に示すように油案内流路部２０４の径方向流路幅に分布を持たせた構成に加えて又は替えて、油案内流路部２０４の軸方向流路幅に分布を持たせる。以下、図１４〜図１６を参照しながら、油案内流路部２０４の軸方向流路幅に分布を持たせた構成について説明する。
【００５６】
図１４は、一実施形態に係る第２排油流路を形成するオイルディフレクタの斜視図である。図１５は、図１４のオイルディフレクタを備えたターボ機械の図１４中の第１位置（ｘ＝ｘ１）における断面図である。図１６は、図１４のオイルディフレクタを備えたターボ機械の図１４中の第２位置（ｘ＝ｘ２）における断面図である。
【００５７】
幾つかの実施形態では、図１４に示すように、オイルディフレクタ４０の外周縁壁（第２排油流路２２０の油案内流路部２０４の外周壁２０５）の径方向内側における凹部４６の深さは、第１位置（ｘ＝ｘ１）に比べて第２位置（ｘ＝ｘ２）の方が大きい。
また、図１４にはオイルディフレクタ４０の凹部４６の深さに分布を持たせた例を示したが、第１排油流路２１０の油案内流路部２０４を形成する軸受ハウジング６の軸受溝２１２、および／または、第３排油流路２３０の油案内流路部２０４を形成する隔壁（インサート）５０の凹部５２の深さについても、第１位置（ｘ＝ｘ１）に比べて第２位置（ｘ＝ｘ２）の方が大きくなるような分布を持たせてもよい。
【００５８】
図１５及び図１６に示す例示的な実施形態では、同一径方向位置で比べたとき、第１排油流路２１０、第２排油流路２２０及び第３排油流路２３０の何れについても、油案内流路部２０４の軸方向流路幅は第１位置（ｘ＝ｘ１）に比べて第２位置（ｘ＝ｘ２）の方が大きい。
具体的には、図１５及び図１６に示すように、軸受ハウジング６の軸受溝２１２の深さが第１位置（ｘ＝ｘ１）に比べて第２位置（ｘ＝ｘ２）の方が大きくなっているため、第１排油流路２１０の油案内流路部２０４は、第１位置における軸方向幅Ｗ１１よりも第２位置におけるＷ１２の方が大きい。
また、図１５及び図１６に示すように、オイルディフレクタ４０の凹部の深さが第１位置（ｘ＝ｘ１）に比べて第２位置（ｘ＝ｘ２）の方が大きくなっているため、第２排油流路２２０の油案内流路部２０４は、第１位置における軸方向幅Ｗ２１よりも第２位置におけるＷ２２の方が大きい。
さらに、図１５及び図１６に示すように、隔壁（インサート）５０の凹部の深さが第１位置（ｘ＝ｘ１）に比べて第２位置（ｘ＝ｘ２）の方が大きくなっているため、第３排油流路２３０の油案内流路部２０４は、第１位置における軸方向幅Ｗ３１よりも第２位置におけるＷ３２の方が大きい。
なお、図１５及び図１６に示す例示的な実施形態では、第１排油流路２１０、第２排油流路２２０及び第３排油流路２３０のそれぞれについて、軸方向流路幅が第１位置（ｘ＝ｘ１）に比べて第２位置（ｘ＝ｘ２）の方が大きくなるような分布を油案内流路部２０４に持たせているが、少なくとも一つの排油流路２００（２１０，２２０，２３０）について油案内流路部２０４の軸方向流路幅を周方向において異ならせてもよい。
【００５９】
続けて、他の実施形態に係るターボ機械３００について説明する。
図１７は、一実施形態に係るターボ機械３００の断面図である。図１８は、図１７に示すターボ機械３００の隔壁（インサート）５０の正面図である。図１９は、図１７に示すターボ機械３００の隔壁（インサート）５０の斜視図である。
なお、図１７〜１９において、図２〜図１６と共通の箇所については同一の符号を付しており、図２〜図１６を参照しながら説明したターボ機械１００の構成は、以下で説明するターボ機械３００にも適用可能である。特に、図５〜図１６で説明した各排油流路２００（２１０，２２０，２３０）の具体的構成については、以下で説明するターボ機械３００の各排油流路２００にも適用可能である。
【００６０】
幾つかの実施形態では、図１７に示すように、作動流体流路と軸受空間とを隔てる隔壁（インサート）５０は、回転軸１０の周方向に沿って延在する縁部５４を含む。縁部５４は、軸受空間側の隔壁（インサート）５０の表面５０Ａからスラスト軸受２０に向かって突出するように設けられる。第３排油流路２３０は、軸受空間側の隔壁（インサート）５０の前記表面５０Ａと縁部５４とによって囲まれる空間により形成される。なお、軸受空間側の隔壁（インサート）５０の表面５０Ａは、図１７に示すように凹溝を有する非平坦面であってもよいし、ターボ機械３００の半径方向に沿った平坦面であってもよい。
【００６１】
幾つかの実施形態では、図１７〜図１９に示すように、ターボ機械３００の隔壁（インサート）５０の縁部５４は、下方領域が切り欠かれており、上下非対称の形状となっている。
このように、第３排油流路２３０を形成する隔壁（インサート）５０の縁部５４を、下方領域が切り欠かれた上下非対称の形状とすることで、第３排油流路２３０のうち下方領域を形成する排油口部２０２からの潤滑油の排出が促進される。これにより、隔壁（インサート）５０の縁部５４が上下対称である形状に比べて、第３排油流路２３０内における潤滑油とスラストカラー１２Ｂの外周面との接触が起こりにくい。
【００６２】
また、幾つかの実施形態では、図１７〜図１９に示すように、縁部５４は、縁部５４の切欠き領域（下方領域）において、傾斜面５６を有する。傾斜面５６は、ターボ機械３００の軸方向においてスラスト軸受２０に近づくにつれて下方に向かうように、前記軸方向に対して傾斜している。
このように、縁部５４の切欠き領域（下方領域）に傾斜面５６を設けることで、第３排油流路のうち下方領域を形成する排油口部２０２からの潤滑油の排出がより一層促進される。よって、第３排油流路２３０内における潤滑油とスラストカラー１２Ｂの外周面との接触を効果的に防止できる。
【００６３】
次に、他の実施形態に係るターボ機械４００について説明する。
図２０は、一実施形態に係るターボ機械４００の排油流路２００の構成を示す模式図である。なお、以下で説明するターボ機械４００は、排油流路２００の構成を除けば、上述したターボ機械１００及びターボ機械３００と同一であるから、ここでは排油流路２００の構成だけを説明する。ターボ機械１００及びターボ機械３００について説明した事項については、以下のターボ機械４００にも適用可能である。
【００６４】
ターボ機械４００は、回転軸１０の周りに設けられた排油流路２００（２１０，２２０，２３０）を備える。スラスト軸受２０とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）との間の摺接部を潤滑した後の潤滑油は、排油流路２００（２１０，２２０，２３０）を介して排出されるようになっている。排油流路２００（２１０，２２０，２３０）は、排油流路２００内の潤滑油を下方に排出するための排油口部２０２と、排油口部２０２よりも上方に設けられた油案内流路部２０４と、を含む。油案内流路部２０４は、スラスト軸受２０とスラストカラー１２との間の摺接部からの潤滑油を回転軸１０の周方向に案内して排油口部２０２に導くように構成されている。
【００６５】
幾つかの実施形態では、ターボ機械４００の排油流路２００（２１０，２２０，２３０）は、油案内流路部２０４の各位置における潤滑油の流速をＶ（図２０参照）とし、油案内流路部２０４の各位置における流路断面積をＳ（図２０参照）とし、スラスト軸受２０への潤滑油の供給量をＱとしたとき、Ｖ×Ｓ＞Ｑの関係式を満たすように構成される。ここで、流速Ｖはｍ／ｓの次元を有し、流路断面積Ｓはｍ２の次元を有し、潤滑油供給量Ｑはｍ３／ｓの次元を有する。潤滑油流速Ｖは、回転軸１０の周方向に沿った流速を意味する。流路断面積Ｓは、回転軸１０の半径方向に沿った油案内流路部２０４の断面の総面積（例えば排油流路２００が第１排油流路２１０、第２排油流路２２０、第３排油流路２３０を含む場合、各排油流路２００（２１０，２２０，２３０）の油案内流路部２０４の総断面積）を意味する。潤滑油供給量Ｑは、軸受ハウジング６の給油路７を介してスラスト軸受２０に供給される潤滑油の流量を意味する。
【００６６】
このように、油案内流路部２０４の各位置においてＶ×Ｓ＞Ｑの関係式を満たすようにすれば、スラスト軸受２０から流量Ｑの潤滑油が油案内流路部２０４に排出された場合であっても、油案内流路部２０４を介して排油口部２０２に滞りなく潤滑油を導くことができる。よって、油案内流路部２０４の高い排油性により、排油流路２００（２１０，２２０，２３０）内における潤滑油とスラストカラー１２（１２Ａ，１２Ｂ）の外周面との接触を防止することができる。
【００６７】
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。
【００６８】
また、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。
例えば、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。
一方、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。
【符号の説明】
【００６９】
１  過給機
２  タービン
３  タービンホイール
４  コンプレッサ
５  コンプレッサホイール
６  ハウジング
６  軸受ハウジング
７  給油路
８  軸受
９  排油口
１０  回転軸
１２，１２Ａ，１２Ｂ  スラストカラー
１３，１５  スリーブ部
１４，１６  つば部
２０  スラスト軸受
２０Ａ  第１端面
２０Ｂ  第２端面
２１，３１  給油孔
２２  開口
３０  ラジアル軸受
４０  オイルディフレクタ
４２  ディスク部
４４  舌部
４６  凹部
５０  インサート
５０Ａ  表面
５２  凹部
５４  縁部
５６  傾斜面
１００，３００，４００  ターボ機械
１１０  羽根車
２００  排油流路
２０２  排油口部
２０４  油案内流路部
２０５  外周壁
２０５Ａ，２０５Ｂ  直線部
２０５Ｃ  曲線部
２０６  気液境界面
２０８  突出部
２１０  第１排油流路
２１２  軸受溝
２２０  第２排油流路
２３０  第３排油流路
【図１】
2016079781.tif 000003
【図２】
2016079781.tif 000004
【図３】
2016079781.tif 000005
【図４】
2016079781.tif 000006
【図５】
2016079781.tif 000007
【図６】
2016079781.tif 000008
【図７】
2016079781.tif 000009
【図８】
2016079781.tif 000010
【図９】
2016079781.tif 000011
【図１０】
2016079781.tif 000012
【図１１】
2016079781.tif 000013
【図１２】
2016079781.tif 000014
【図１３】
2016079781.tif 000015
【図１４】
2016079781.tif 000016
【図１５】
2016079781.tif 000017
【図１６】
2016079781.tif 000018
【図１７】
2016079781.tif 000019
【図１８】
2016079781.tif 000020
【図１９】
2016079781.tif 000021
【図２０】
2016079781.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月15日(2015.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
前記回転軸の周りに略環状に設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための環状流路と、を備え、
前記環状流路は、
前記環状流路の下方領域を形成するとともに前記環状流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
前記環状流路の上方領域を形成するように前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
を含み、
前記環状流路の前記上方領域を形成する前記油案内流路部は、前記回転軸の回転方向に関して非対称の形状であり、前記回転方向における上流側の第１位置において最小流路断面積を有し、且つ、前記第１位置よりも下流側の第２位置において最大流路断面積を有する
ことを特徴とするターボ機械。
【請求項２】
前記油案内流路部は、前記回転方向に沿って前記第１位置から前記第２位置に向かうにつれて前記流路断面積が増加することを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
前記回転軸の半径方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第１位置に比べて前記第２位置の方が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記油案内流路部の外周縁は、前記回転軸の軸中心からずれた位置に中心を有する円弧形状であることを特徴とする請求項３に記載のターボ機械。
【請求項５】
前記円弧形状の前記中心は、少なくとも、前記回転方向における前記油案内流路部の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に前記軸中心からずれた位置に存在することを特徴とする請求項４に記載のターボ機械。
【請求項６】
前記回転軸の軸方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第１位置に比べて前記第２位置の方が大きいことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項７】
前記回転方向における最上流位置における前記油案内流路部の流路断面積が、前記回転方向における最下流位置における前記油案内流路部の流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項８】
前記油案内流路部の外周縁の形状は、１本以上の曲線、複数本の直線、又は、１本以上の直線及び１本以上の曲線の複合形状によって形成されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項９】
前記スラスト軸受を収容する軸受ハウジングをさらに備え、
前記環状流路は、前記スラスト軸受の第１端面と、該第１端面に対向する前記軸受ハウジングの内壁面に形成された軸受溝とで囲まれる空間によって形成される第１排油流路を含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項１０】
前記スラスト軸受の第２端面と、該第２端面側に位置する前記スラストカラーの前記スラスト軸受との摺接面とは反対側の端面と、に対向して設けられるオイルディフレクタをさらに備え、
前記環状流路は、前記オイルディフレクタと前記スラストカラーと前記スラスト軸受とで囲まれる空間によって形成される第２排油流路を含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項１１】
前記回転軸とともに回転するように構成された羽根車と、
前記羽根車が設けられるとともに作動流体が流れる作動流体流路と、
前記作動流体流路と、前記スラスト軸受及び前記一対のスラストカラーが収容された軸受空間と、を隔てる隔壁と、をさらに備え、
前記環状流路は、少なくとも前記隔壁によって囲まれる空間により形成される第３排油流路を含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
回転軸と、
前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
前記排油流路は、
前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
を含み、
前記油案内流路部の各位置における前記潤滑油の流速をＶとし、前記油案内流路部の各位置における流路断面積をＳとし、前記スラスト軸受への前記潤滑油の供給量をＱとしたとき、Ｖ×Ｓ＞Ｑの関係式を満たすことを特徴とするターボ機械。
【請求項１５】
前記ターボ機械は、前記回転軸の両側にそれぞれ設けられるタービンと圧縮機とを備える過給機であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載のターボ機械。
【国際調査報告】
2016079781.tif 000023
2016079781.tif 000024
2016079781.tif 000025
2016079781.tif 000026