(57)【要約】【課題】高温環境での使用にも対応でき、しかも大きな設置スペースを必要としないスラスト軸受を提供する。また、動圧発生用のスパイラル溝を形成した場合の、圧力分布が形成される場合への対応も可能にした、スラスト軸受を提供する。【解決手段】回転軸２に設けられたスラストカラー３に対向して、回転軸２外挿される環状のスラスト軸受１である。スラストカラー３に対向して配置される軸受板４と、軸受板４の、スラストカラー３に対向する面と反対側の面に対向して配置されて、軸受板４を支持する支持板５とを備える。軸受板４と支持板５との間に、リング状ばね６、７が、回転軸２に外挿された状態で回転軸の周方向に沿って配置されている。【選択図】図１
2012077900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられたスラストカラーに対向して、該回転軸に外挿される環状のスラスト軸受であって、
前記スラストカラーに対向して配置される軸受板と、
前記軸受板の、前記スラストカラーに対向する面と反対側の面に対向して配置されて、該軸受板を支持する支持板とを備え、
前記軸受板と前記支持板との間に、リング状ばねが、前記回転軸に外挿された状態で該回転軸の周方向に沿って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】
前記軸受板の軸受面には、動圧発生用のスパイラル溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のスラスト軸受。
【請求項３】
前記軸受板と前記支持板との間には、前記回転軸の半径方向に前記リング状ばねが複数配置され、
前記リング状ばねは、相対的にばね剛性が高いリング状ばねと低いリング状ばねとの二種類を有し、
前記ばね剛性が高いリング状ばねは、前記回転軸側となる内周側とその反対の外周側とのうち、前記スパイラル溝によって発生する動圧が高い側に配置され、
前記ばね剛性が低いリング状ばねは、前記回転軸側となる内周側とその反対の外周側とのうち、前記スパイラル溝によって発生する動圧が低い側に配置されていることを特徴とする請求項２記載のスラスト軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラスト軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速回転体用の軸受として、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受が知られている。このようなスラスト軸受のうち、動圧効果を利用するスラスト動圧軸受では、例えば軸受面にスパイラル溝を形成し、スラストカラーと軸受面との間に空気層からなる潤滑膜を形成することで、該潤滑膜を介して回転軸を支持している。
【０００３】
ところで、このようなスラスト動圧軸受においては、回転軸の振動に伴ってスラストカラーが面振れしても、軸受面がこれに追従できるように板状の弾性体を用い、これによって軸受面（摺動面）がスラストカラーの面振れに追従できるようにした構造のものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２８８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記構造のスラスト軸受では、弾性体が板状のゴムからなっているため、この弾性体の高温耐久性が低くなっている。したがって、例えばターボチャージャーなどのように使用条件が高温環境となる場合には、弾性体を頻繁に交換する必要が生じるなど、メンテナンスの点で問題がある。また、一般にゴムや軟質樹脂は、ばね定数が直線的にならず、したがって回転軸側の振れに対して十分に追従できるとはいえなかった。
【０００６】
そこで、ゴム製の弾性体を例えばコイルばねに代えるといったことが考えられる。しかし、空気層からなる潤滑膜に対応可能なように十分に柔らかいコイルばねを形成するには、コイル径を大きくしたり、巻き数を多くしてコイルの長さ（高さ）を長く（高く）するなどの必要があり、全体が大きくなってしまう。ところが、軸受は通常狭小なスペースに配置されることから、大きなコイルばねを使用するとその分軸受も大きくなってしまい、スペース内に納まらなくなってしまうことがある。
【０００７】
また、軸受面にスパイラル溝を形成して空気層からなる潤滑膜を形成した場合、例えばスパイラル溝がポンプイン形やポンプアウト形である場合には、軸受の内周側や外周側の圧力が反対の側の圧力より高くなる。したがって、このような圧力分布がある場合への対応も、必要になっている。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、高温環境での使用にも対応でき、しかも比較的小型であるため大きな設置スペースを必要としない、スラスト軸受を提供することを第１の目的としている。また、動圧発生用のスパイラル溝を形成した場合の、圧力分布が形成される場合への対応も可能にした、スラスト軸受を提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のスラスト軸受は、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して、該回転軸に外挿される環状のスラスト軸受であって、
前記スラストカラーに対向して配置される軸受板と、
前記軸受板の、前記スラストカラーに対向する面と反対側の面に対向して配置されて、該軸受板を支持する支持板とを備え、
前記軸受板と前記支持板との間に、リング状ばねが、前記回転軸に外挿された状態で該回転軸の周方向に沿って配置されていることを特徴としている。
【００１０】
このスラスト軸受によれば、軸受板と支持板との間に、リング状ばねが回転軸の周方向に沿って配置されているので、このリング状ばねの弾性変形効果により、回転軸の振動に伴うスラストカラーの面振れに対して、軸受板の軸受面がこれに良好に追従できるようになる。
また、リング状ばねは通常金属からなるコイルによって形成されているので、ゴムや樹脂に比べて高温耐久性が格段に高く、したがって、高温環境での使用にも十分対応可能になる。
また、リング状ばねは、その線径や巻き数、ピッチ（巻き間隔）、リングの外径や高さ等を適宜に設定することで、ばね剛性を所望の強度に形成することができる。したがって、全体の大きさを大きくすることなく、比較的小さい状態で、所望のばね剛性が発揮可能になる。よって、スラスト軸受全体が大きくなるのを抑えることができる。
さらに、リング状ばねは円環状（リング状）であるため、回転軸を中心にしてこれに外挿することで、回転軸の周方向に均一に配置することができる。
【００１１】
また、前記スラスト軸受において、前記軸受板の軸受面には、動圧発生用のスパイラル溝が形成されていてもよい。
軸受面に動圧発生用のスパイラル溝が形成されていると、スラスト軸受の内周側や外周側の圧力がその反対の側の圧力より高くなるといった圧力分布が生じる。すると、この圧力分布によって特に圧力が高い側で軸受側に変形が起こり易くなる。このような変形が起こると、スラストカラーの面振れに対して軸受板の軸受面が良好に追従できなくなる。
そこで、リング状ばねを例えば圧力が低くなる側に配置することで、圧力が高くなる側の剛性を相対的に高め、圧力が高い側での軸受側の変形を抑制することができる。
【００１２】
また、このスラスト軸受において、前記軸受板と前記支持板との間には、前記回転軸の半径方向に前記リング状ばねが複数配置され、
前記リング状ばねは、相対的にばね剛性が高いリング状ばねと低いリング状ばねとの二種類を有し、
前記ばね剛性が高いリング状ばねは、前記回転軸側となる内周側とその反対の外周側とのうち、前記スパイラル溝によって発生する動圧が高い側に配置され、
前記ばね剛性が低いリング状ばねは、前記回転軸側となる内周側とその反対の外周側とのうち、前記スパイラル溝によって発生する動圧が低い側に配置されているのが好ましい。
このようにすれば、動圧が高い側にばね剛性が高いリング状ばねを配置し、動圧が低い側にばね剛性が低いリング状ばねを配置しているので、スパイラル溝によって発生する空気層（潤滑膜）の圧力分布によって軸受板が大きく変形することがなく、したがって回転軸の振動に伴うスラストカラーの面振れに対して、軸受板の軸受面がより良好に追従できるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスラスト軸受にあっては、軸受板と支持板との間にリング状ばねを配置しているので、回転軸の振動に伴うスラストカラーの面振れに対して、軸受板の軸受面がこれに良好に追従できるようになり、したがって軸受としての機能を良好に発揮するものとなる。
また、高温環境での使用にも十分対応することができ、しかも比較的小型に形成できるため、大きな設置スペースを必要とせず、したがって省スペース化が可能なものとなる。
さらに、圧力分布が形成される場合への対応も可能なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明に係るスラスト軸受の一実施形態の概略構成を示す側断面図、（ｂ）は変形例を示す要部断面図である。
【図２】（ａ）は軸受板の内面側を示す平面図、（ｂ）は軸受板の側面図、（ｃ）は支持板の内面側を示す平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は軸受面を示す平面図であり、（ａ）はポンプイン形、（ｂ）はポンプアウト形、（ｃ）はヘリングボーン形を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）はリング状ばねの概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は要部を示す正面図である。
【図５】（ａ）は横断面がＣ形のリング状板ばねを示す斜視図、（ｂ）は横断面がＶ形のリング状板ばねを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のスラスト軸受を詳しく説明する。
図１（ａ）、図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明のスラスト軸受の一実施形態を示す図であり、図１（ａ）はスラスト軸受の側断面図、図２（ａ）は軸受板の内面側を示す平面図、（ｂ）は軸受板の側面図、（ｃ）は支持板の内面側を示す平面図である。これらの図において符号１はスラスト軸受、４は軸受板、５は支持板である。スラスト軸受１は、例えばターボチャージャーやターボ圧縮機のロータ軸のような、主に横方向（水平方向）に配置される回転軸２に外挿されて配置されたものである。なお、本発明のスラスト軸受は、このように水平方向に配置される回転軸に適用されるだけでなく、縦方向（鉛直方向）に配置される回転軸にも適用することができる。
【００１６】
スラスト軸受１は、回転軸２に固定された円板状のスラストカラー３に対向して配置された円環状（円筒状）のものである。なお、図１（ａ）ではスラストカラー３の一方の側にのみスラスト軸受１を示しているが、スラストカラー３の両方の側に、それぞれ同一構成のスラスト軸受１を配設してもよい。
【００１７】
このスラスト軸受１は、本実施形態では、スラストカラー３に対向して配置される軸受板４と、この軸受板４の、前記スラストカラー３に対向する面と反対側の面に対向して配置された支持板５と、これら軸受板４と支持板５との間に配置された二種類のリング状ばね６、７と、を備えて構成されたものである。また、このスラスト軸受１は、ターボチャージャー等の本機（図示せず）に固定されて設けられたケーシング８内に配置され、図示しないボルトで固定されてケーシング８内に保持されている。
【００１８】
軸受板４は、図１（ａ）、図２（ａ）、（ｂ）に示すように回転軸２を挿通するための貫通孔４ａを有した円環板状のもので、スラストカラー３に対向する面を軸受面４ｂとしたものである。この軸受面４ｂには、図３（ａ）に示すように動圧発生用のスパイラル溝９が形成されている。スパイラル溝９は、本実施形態では公知のポンプイン形のもので、多数の螺旋形溝９ａを周方向に沿って等間隔に配置したものである。これら螺旋形溝９ａは、軸受面４ｂの外周端から、前記貫通孔４ａの周囲に設けられた円環状のランド９ｂにまで延びて形成されている。ランド９ｂは、螺旋形溝９ａの底面に対して相対的に高い位置（外側の位置）に外面を有したものである。なお、螺旋形溝９ａ、９ａ間もランド（図示せず）となっている。
【００１９】
このような構成によってスパイラル溝９（螺旋形溝９ａ）は、スラストカラー３に対して軸受面４ｂが相対的に回転した際（実際にはスラストカラー３が回転する）、軸受面４ｂの外周側から螺旋形溝９ａに沿って内周側に空気を引き込み、これによってスラストカラー３と軸受面４ｂとの間に空気層からなる潤滑膜を形成するようになっている。また、スパイラル溝９（螺旋形溝９ａ）によって引き込まれた空気は、ランド９ｂに衝突することでその流れが遮られ、動圧が保持されるため、特に軸受板４の内周側で圧力が高くなるようになっている。すなわち、スパイラル溝９（螺旋形溝９ａ）によって形成される空気層（潤滑膜）は、軸受面４ｂの外周側に比べ、内周側で高くなるような圧力分布を有するものとなっている。
【００２０】
また、この軸受板４には、図１（ａ）、図２（ａ）、（ｂ）に示すように前記軸受面４ｂと反対の側の面、すなわち内面の周辺部に、複数（本実施形態では４つ）の係合凸部１５が形成されている。これら係合凸部１５は、軸受板４の周方向において等間隔で配置されたもので、後述する支持板５の切欠に係合するものである。
【００２１】
図１（ａ）、図２（ｃ）に示すように支持板５は、回転軸２を挿通するための貫通孔５ａを有した円環板状（略円筒状）のもので、軸受板４における軸受面４ｂと反対側の面（内面）に対向して配置されたものである。この支持板５は、前記ケーシング８に図示しないボルトで固定されており、これによってケーシング８内に固定された状態で保持されている。
【００２２】
また、この支持板５には、軸受板４に対向する側の面（内面）に、その周方向に沿って二つの溝１０、１１が形成されている。これら溝１０、１１は、貫通孔５ａを中心にして同心円状に形成配置された平面視円環状のもので、本実施形態では内周側の溝１０の方が、外周側の溝１１に比べて深く形成されている。
また、外周側の溝１１の外側には、複数（本実施形態では４つ）の切欠１６が形成されている。これら切欠１６は、支持板５の周方向において等間隔で配置されたもので、図１（ａ）に示すように前記係合凸部１５に係合（嵌合）したものである。なお、これら切欠１６については、支持板５をその内面側から外面側にまで切り欠いたものでなく、内面側の一部を切り欠いてなる切欠凹部としてもよい。
【００２３】
このような構成のもとに係合凸部１５と切欠１６とは、支持板５に対して軸受板４がその周方向に相対的に回転するのを防止する、回り止め機構を構成している。
なお、切欠１６の幅は係合凸部１５の周方向における幅より少し大きく形成されており、これによって切欠１６に係合凸部１５が係合した際、係合凸部１５は支持板５に対してその周方向に僅かな隙間を形成している。これにより、回り止め機構は、支持板５に対して軸受板４が相対的に僅かに回転するのを許容するようになっている。
【００２４】
内周側の溝１０内には、回転軸２を外挿した状態でリング状ばね６が配置され、外周側の溝１１内には、回転軸２を外挿した状態でリング状ばね７が配置されている。これらリング状ばね６、７は円環状（リング状）であるため、回転軸２を中心にして該回転軸２に外挿することで、回転軸２の周方向に均一に配置することができる。また、これらリング状ばね６、７は、軸受板４に当接して配置されており、これによって支持板５は、リング状ばね６、７を介して軸受板４を支持したものとなっている。したがって、リング状ばね６、７は回転軸２の周方向に均一に配置されているので、支持板５は、これらリング状ばね６、７を介することで、軸受板４をその周方向において均一に支持するようになっている。
【００２５】
ここで、支持板５は前記ケーシング８内に配置されて該ケーシングに固定部材を介して固定されている。また、軸受板４は、支持板５とともに前記ケーシング８内に配置されている。ただし、前述したように軸受板４は、前記回り止め機構によって僅かな回転が許容された状態で、支持板５に固定されている。したがってこの軸受板４は、スラストカラー３の面振れに追従できるだけの自由度を持って、ケーシング８内に固定的に保持されたものとなっている。
【００２６】
リング状ばね６、７は、本実施形態では図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、金属からなるコイルの両端が連結されたことでリング状に形成されたもの、すなわち、所定長さの１本のコイルバネがリング状に丸められ、そのコイルバネの両端が連結されることにより、円形、つまりリング状に形成されたものである。そして、このようなリング状ばね６、７は、本実施形態では図４（ｄ）中矢印で示す方向に荷重を受け、この荷重の大きさに応じて図４（ｄ）中二点鎖線で示すようにつぶれ、弾性変形するようになっている。また、その際にリング状ばね６、７は、そのばね定数が良好な直線性を示すようになっている。
【００２７】
したがって、このようなリング状ばね６、７は、その線径や巻き数、ピッチ（巻き間隔）、さらには図４（ｂ）、（ｃ）に示すリングの外径や高さ等を適宜に設定することで、ばね剛性を所望の強度に形成することができるようになっている。本実施形態では、ばね剛性の違いを視認し易くするため、リング状ばね６の高さをリング状ばね７の高さより大きくし、また、リング状ばね６の外径をリング状ばね７の外径より小さくし、さらに必要に応じて他の条件をばね６、７間で適宜に変えることにより、リング状ばね６のばね剛性を、リング状ばね７のばね剛性より高くしている。
【００２８】
したがって、本実施形態では、ばね剛性が相対的に高いリング状ばね６を、前記スパイラル溝９によって形成される空気層（潤滑膜）の圧力（動圧）が高くなる内周側に配置し、ばね剛性が相対的に低いリング状ばね６を、前記圧力（動圧）が低くなる外周側に配置している。
【００２９】
次に、このような構成からなるスラスト軸受１の作用について説明する。
図１に示す回転軸２が高速で回転すると、スラストカラー３と軸受板４の軸受面４ｂとの間に、スパイラル溝９で発生させられる動圧によって空気層（潤滑膜）が形成され、これによってスラスト軸受１は、形成された空気層を介してスラストカラー３を支持するようになる。
【００３０】
また、回転軸２は、外部環境の影響や運転状態などによってその回転が僅かながらぶれて振動することがあり、その場合にはこれに固定されているスラストカラー３も僅かながら振動し、面振れする。その際、本実施形態のスラスト軸受１にあっては、軸受板４と支持板５との間にリング状ばね６、７が回転軸２の周方向に沿って配置されているので、これらリング状ばね６、７の弾性変形効果により、回転軸２の振動に伴うスラストカラー３の面振れに対して、軸受板４の軸受面４ｂがこれに良好に追従できるようになる。
【００３１】
また、特に動圧が高い内周側にばね剛性が高いリング状ばね６を配置し、動圧が低い外周側にばね剛性が低いリング状ばね７を配置しているので、スパイラル溝９によって発生する空気層（潤滑膜）の圧力分布によって軸受板４が大きく変形することがなくなる。したがって、回転軸２の振動に伴うスラストカラー３の面振れに対して、軸受板４の軸受面４ｂがより良好に追従できるようになる。
【００３２】
よって、本実施形態のスラスト軸受１によれば、軸受板４と支持板５との間にリング状ばね６、７を配置したことにより、スラストカラー３の面振れに対して軸受面４ｂが良好に追従できるようにしたので、軸受としての機能を良好に発揮することができる。
特に、スパイラル溝９によって発生する空気層（潤滑膜）に圧力分布がある場合にも、これに対応して異なるばね剛性のリング状ばね６、７を配置したことにより、スラストカラー３の面振れに対して軸受面４ｂが良好に追従し、軸受としての機能を良好に発揮することができる。
【００３３】
また、リング状ばね６、７は金属からなるコイルによって形成されているので、ゴムや樹脂に比べて高温耐久性が格段に高く、したがって高温環境での使用にも十分対応することができる。
また、リング状ばね６、７は、その線径や巻き数、ピッチ（巻き間隔）、リングの外径や高さ等を適宜に設定することで、ばね剛性を所望の強度に形成することができる。したがって、全体の大きさを大きくすることなく、比較的小さい状態で、所望のばね剛性が発揮可能になる。よって、スラスト軸受全体が大きくなるのを抑えることができ、これにより、このスラスト軸受１の設置場所の省スペース化を図ることができる。
【００３４】
さらに、リング状ばね６、７は円環状（リング状）であるため、回転軸２を中心にしてこれに外挿することで、回転軸２の周方向に均一に配置することができる。したがって、支持板５はこのようなリング状ばね６、７を介して軸受板４をその周方向において均一に支持することができ、これによって  スラストカラー３の面振れに対して軸受面４ｂを良好に追従させることができる。
【００３５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では軸受板４の軸受面４ｂにスパイラル溝９が形成され、これによって大きな圧力分布を有する動圧を発生させる場合について説明したが、このような大きな圧力分布を形成しない場合にも本発明を適用することができる。
【００３６】
また、前記実施形態では、係合凸部１５と切欠１６とによって回り止め機構を形成したが、これら係合凸部１５と切欠１６とに代えて、図１（ｂ）に示すように軸受板４及び支持板５にそれぞれ取付穴１７を形成しておき、これら取付穴１７、１７間にピンを差し込むことで、支持板５に対して軸受板４が相対的に回転するのを防止するようにしてもよい。その場合、ピン１８はこれら取付穴１７、１７の一方に固定しておき、他方に挿脱可能に差し入れるようにする。また、この場合にも、ピン１８は取付穴１７、１７の他方に対して、クリアランスを有して嵌合するようにしておき、これによって軸受板４は僅かな回転が許容された状態で、支持板５に固定されるようにする。
【００３７】
また、前記実施形態では、スパイラル溝９として、図３（ａ）に示した公知のポンプイン形を採用したが、図３（ｂ）に示すような螺旋形溝１２ａを形成した公知のポンプアウト形や、図３（ｃ）に示すような公知のヘリングボーン形を採用することもできる。その際、図３（ｂ）に示したポンプアウト形の場合には、外周側で圧力が高くなるため、これに対応すべく、特にばね剛性が相対的に高いリング状ばねを外周側に、ばね剛性が相対的に低いリング状ばねを内周側に配設することで、スラストカラー３の面振れに対して軸受面４ｂを良好に追従させることができる。
【００３８】
また、図３（ｃ）に示したようにポンプイン形の螺旋形溝９ａを外周側に形成し、ポンプアウト形の螺旋形溝１２ａを内周側に形成し、これらの間にランド１３を形成したヘリングボーン形の場合には、ランド１３に対応する位置で最も圧力（動圧）が高くなる。したがって、例えばこのランド１３に対応する位置にばね剛性の高いリング状ばねを配置し、ポンプイン形の螺旋形溝９ａが形成された外周側、及びポンプアウト形の螺旋形溝１２ａが形成された内周側には、それぞればね剛性の高いリング状ばねを配置するようにしてもよい。
【００３９】
すなわち、本発明では、軸受板４と支持板５との間に配置するリング状ばねについては、２本に限定されることなく、３本以上でもよく、１本でもよい。１本のみを用いる場合としては、例えばスパイラル溝によって動圧が発生させられる場合に、圧力（動圧）が低くなる側にリング状ばねを配置する。これにより、圧力が高くなる側の剛性を相対的に高め、圧力が高い側での軸受側の変形を抑制することができる。
【００４０】
また、前記実施形態では、図１に示したようにリング状ばね６の高さをリング状ばね７の高さより大きくすることなどにより、リング状ばね６のばね剛性をリング状ばね７のばね剛性より高くしたが、リング状ばねは、前述したようにその線径や巻き数、ピッチ（巻き間隔）、リングの外径や高さ等を適宜に設定することで、ばね剛性を所望の強度に形成することができる。したがって、例えばリングの高さを同じにし、他の条件を変えることにより、リング状ばね６のばね剛性とリング状ばね７のばね剛性とを異ならせるようにしてもよい。
【００４１】
また、図４（ａ）〜（ｄ）に示したリング状ばねに代えて、例えば図５（ａ）に示すような横断面がＣ形のリング状板ばねや、図５（ｂ）に示すような横断面がＶ形のリング状板ばねを用いることもできる。
また、皿ばねや波ばねを組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…スラスト軸受、２…回転軸、３…スラストカラー、４…軸受板、５…支持板、６、７…リング状ばね、９…スパイラル溝、１５…係合凸部、１６…切欠
【図１】
2012077900.tif 000003
【図２】
2012077900.tif 000004
【図３】
2012077900.tif 000005
【図４】
2012077900.tif 000006
【図５】
2012077900.tif 000007