(57)【要約】【課題】コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーと、スラスト軸受との半径方向面の接合部での片当たりの発生を低減して、該片当たりによるスラスト軸受の寿命低下を防止する排気ターボ過給機のスラスト軸受装置を提供する。【解決手段】排気ターボ過給機のスラスト軸受装置において、コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方に、半径方向面において他の部分よりも低剛性の低剛性形成部を設け、スラスト荷重の作動時に、前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーを前記低剛性形成部で局部的に変形せしめるように構成したことを特徴とする。【選択図】図１
2009197772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ターボ過給機の排気タービンとコンプレッサとの間に作用するスラスト荷重を、内周をタービン軸にそれぞれ固定されたタービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーを介して、前記２つのスラストカラーに挟持され外周を固定されたスラスト軸受で支承し、該スラスト軸受は、該スラスト軸受と前記タービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーとを半径方向面にて摺接させて、該スラスト荷重を支承するように構成された排気ターボ過給機のスラスト軸受装置において、
前記タービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーのいずれか一方または双方に、前記半径方向面において他の部分よりも低剛性の低剛性形成部を設け、前記スラスト荷重の作動時に、前記タービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーを前記低剛性形成部で局部的に変形せしめるように構成したことを特徴とする排気ターボ過給機のスラスト軸受装置。
【請求項２】
前記低剛性形成部は、前記タービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーのいずれか一方または双方の外周部に、一定深さのスリットを設けたことを特徴とする請求項１記載の排気ターボ過給機のスラスト軸受装置。
【請求項３】
前記スリットは、前記排気ターボ過給機の円周方向に沿って連続した帯状の溝に形成したことを特徴とする請求項２記載の排気ターボ過給機のスラスト軸受装置。
【請求項４】
前記スリットは、前記排気ターボ過給機の円周方向の複数個所に沿って、前記半径方向面と直角方向に設けた溝から構成したことを特徴とする請求項２記載の排気ターボ過給機のスラスト軸受装置。
【請求項５】
前記低剛性形成部は、前記タービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーのいずれか一方または双方に、前記半径方向面に沿う厚さが、内周側から順に複数の階段状に薄くなり外周部の厚さが最小になるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の排気ターボ過給機のスラスト軸受装置。
【請求項６】
前記低剛性形成部は、前記タービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーのいずれか一方または双方に、前記半径方向面に沿う厚さが、内周側から直線状に薄くなり、外周部の厚さが最小になるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の排気ターボ過給機のスラスト軸受装置。
【請求項７】
前記低剛性形成部は、前記タービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーのいずれか一方または双方に、該タービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーとタービン軸との接合部に、小半径の円形状の切欠きを設けたことを特徴とする請求項１記載の排気ターボ過給機のスラスト軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスにより駆動される排気ターボ過給機の排気タービンとコンプレッサとの間に作用するスラスト荷重を、スラスト軸受で支承するように構成された排気ターボ過給機のスラスト軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、一般的な排気ターボ過給機の主要部の軸線方向の断面図である。図６において、１は排気タービン、２はコンプレッサで、該排気タービン１とコンプレッサ２とはタービン軸３にて一体に結合されている。前記タービン軸３は中央よりの２箇所をジャーナル軸受４，４で軸受箱３に支承されている。
前記排気ターボ過給機においては、前記タービン軸３に、排気タービン１の軸方向力とコンプレッサ２の軸方向力との差であるスラスト荷重Ｓが図の右方（排気タービン１の方向）に向けて作用する。
【０００３】
このスラスト荷重Ｓは、内周をタービン軸３に固定されたコンプレッサ側スラストカラー５と、内周をタービン軸３に固定されたタービン側スラストカラー６にて受圧し、このスラスト荷重Ｓを、前記２つのスラストカラー５、６に挟持され外周を軸受箱３に固定されたスラスト軸受７で支承している。
そして、該スラスト荷重Ｓは、前記コンプレッサ側スラストカラー５とスラスト軸受７との半径方向面、及びタービン側スラストカラー６とスラスト軸受７との半径方向面にて、前記軸受箱３で支承している。１００ａは過給機の中心である。
【０００４】
尚、特許文献１(特表平８−５０２１１６号公報）には、軸受は変形及び任意の方向（６自由度）の変形が可能な軸受パッドを含み、該軸受パッドは流体膜圧力で自在に撓み、スラスト軸受は先細り状態での形成を均一にしている。
【特許文献１】特表平８−５０２１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる排気ターボ過給機のスラスト軸受７は、通常テーパーランド型軸受が採用されている。一方で、排気ターボ過給機の使用環境は、排気ガス規制によってＤＰＦ（ディーゼル、パチキュレート、フィルター）の採用が必須となっている。それに伴い排気タービン１の出口圧力が上昇し、圧力のバランスが変化して、スラスト荷重Ｓが増加する傾向にあり、これにより前記スラスト軸受７に掛かる荷重が増加し、スラスト軸受７の寿命が低下する傾向にある。
【０００６】
前記スラスト軸受７に掛かる荷重の増加によるスラスト軸受７の寿命の低下では、図７に示すようなスラスト荷重Ｓがコンプレッサ側スラストカラー５とスラスト軸受７との半径方向面５ｓに掛かる。
しかしながら、前記半径方向面５ｓがコンプレッサ側スラストカラー５とスラスト軸受７とで一致していない状態の場合には、半径方向面５ｓがＸ部で不一致の状態で、スラスト荷重Ｓを受けるため、該Ｘ部においてコンプレッサ側スラストカラー５とスラスト軸受７との間で片当たりが生じ、該片当たり部分のＸ部にて、焼損の発生をみる。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、タービン側スラストカラー及びコンプレッサ側スラストカラーと、スラスト軸受との半径方向面の接合部での片当たりの発生を低減して、該片当たりによるスラスト軸受の寿命低下を防止する排気ターボ過給機のスラスト軸受装置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】
【０００８】
本発明はかかる目的を達成するもので、排気ターボ過給機の排気タービンとコンプレッサとの間に作用するスラスト荷重を、内周をタービン軸にそれぞれ固定されたコンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーを介して、前記２つのスラストカラーに挟持され外周を固定されたスラスト軸受で支承し、該スラスト軸受は、該スラスト軸受と前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーとを半径方向面にて摺接させて、該スラスト荷重を支承するように構成された排気ターボ過給機のスラスト軸受装置において、
前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方に、前記半径方向面において他の部分よりも低剛性の低剛性形成部を設け、前記スラスト荷重の作動時に、前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーを前記低剛性形成部で局部的に変形せしめるように構成したことを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
かかる発明において、具体的には次のように構成する。
（１）前記低剛性形成部は、前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方の外周部に、一定深さのスリットを設ける（請求項２）。
ここで、前記スリットは、
ａ）前記スリットは、前記排気ターボ過給機の円周方向に沿って連続した帯状の溝に形成する（請求項３）。あるいは、
ｂ）前記スリットは、前記排気ターボ過給機の円周方向の複数個所に沿って、前記半径方向面と直角方向に設けた溝から構成する（請求項４）。
【００１０】
（２）前記低剛性形成部は、前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方に、前記半径方向面に沿う厚さが、内周側から順に複数の階段状に薄くなり外周部の厚さが最小になるように構成される（請求項５）。
（３）前記低剛性形成部は、前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方に、前記半径方向面に沿う厚さが、内周側から直線状に薄くなり、外周部の厚さが最小になるように構成される（請求項６）。
（４）前記低剛性形成部は、前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方に、該コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーとタービン軸との接合部に、小半径の円形状の切欠きを設ける（請求項７）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方に、半径方向面において他の部分よりも低剛性の低剛性形成部を設け、スラスト荷重の作動時に、コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーを前記低剛性形成部で局部的に変形せしめるように構成したので（請求項１）、
スラスト荷重の作動時において、スラストカラー及びスラスト軸受の半径方向面が一致してなくて片当たりが生じていても、スラスト荷重により、先ず剛性の小さい低剛性形成部が局部的に変形することによって、片当たりの部分が、かかる変形によって、スラスト荷重に対する受圧面積が拡大し、スラスト荷重への負荷容量が増加し、これにより軸受寿命が延長される。
また、前記のようにスラスト荷重に対する受圧面積が拡大することにより、該片当たり部の面積が大きくなり磨耗を低減できる。
【００１２】
また、前記低剛性形成部を、前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方の外周部に、一定深さのスリットを設け（請求項２）、さらに、該スリットを具体的には排気ターボ過給機の円周方向に沿って連続した帯状の溝に形成し（請求項３）、あるいは、該スリットを排気ターボ過給機の円周方向の複数個所に沿って、前記半径方向面と直角方向に設けた溝から構成すれば（請求項４）、
スラストカラー及びスラスト軸受の半径方向面が一致してなくて片当たりが生じていても、スラスト荷重により、先ず剛性の小さいスリットの形成部が局部的に変形することによって、かかる変形によって、スラスト荷重に対する受圧面積が拡大し、スラスト荷重への負荷容量が増加する。
【００１３】
また、前記低剛性形成部を、コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方に、半径方向面に沿う厚さが、内周側から順に複数の階段状に薄くなり外周部の厚さが最小になるように構成すれば（請求項５）、
スラストカラー及びスラスト軸受の半径方向面が一致してなくて、片当たりが生じていても、スラスト荷重により、先ず剛性の小さいスラストカラーの先端部が局部的に変形することによって、片当たりの部分が柔軟性を増して、結果としてスラスト荷重に対する受圧面積が拡大し、スラスト荷重への負荷容量が増加する。
【００１４】
また、前記低剛性形成部を、コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方に、半径方向面に沿う厚さが、内周側から直線状に薄くなり、外周部の厚さが最小になるように構成すれば（請求項６）、
スラストカラー及びスラスト軸受の半径方向面が一致してなくて、片当たりが生じていても、スラスト荷重により、先ず剛性の小さいスラストカラーの先端部が局部的に変形し、次いで厚さの厚い根元部が順に変形することとなって、従って片当たりの部分が柔軟性を増すこととなって、結果としてスラスト荷重に対する受圧面積が拡大し、スラスト荷重への負荷容量が増加する。
【００１５】
また、低剛性形成部を、前記コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーのいずれか一方または双方に、該コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーとタービン軸との接合部に、小半径の円形状の切欠きを設ければ（請求項７）、
スラスト荷重の作動時において、スラストカラー及びスラスト軸受の半径方向面が一致してなくて片当たりが生じていても、先ず剛性の小さい切欠き部を支点としてスラストカラー全体が変形し、従って片当たりの部分が、前記変形に沿って柔軟性を増して変形し、結果としてスラスト荷重に対する受圧面積が拡大し、スラスト荷重への負荷容量が増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図６は、本発明が適用される排気ターボ過給機の主要部の軸線方向の断面図である。
かかる排気ターボ過給機においては、タービン軸３に、排気タービン１の軸方向力とコンプレッサ２の軸方向力との差であるスラスト荷重Ｓが図の右方（排気タービン１の方向）に向けて作用している。
このスラスト荷重Ｓは、内周をタービン軸３に強固に固定されたコンプレッサ側スラストカラー５と、内周をタービン軸３に強固に固定されたタービン側スラストカラー６にて受圧し、このスラスト荷重Ｓを、前記２つのスラストカラー５、６に挟持され外周を軸受箱３に固定されたスラスト軸受７で支承している。
そして、該スラスト荷重Ｓは、前記コンプレッサ側スラストカラー５とスラスト軸受７との半径方向面、及びタービン側スラストカラー６とスラスト軸受７との半径方向面５ｓにて、前記軸受箱３で支承している。
本発明は、かかるスラスト荷重を受圧するスラスト軸受装置に関するものである。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の第１実施例に係るコンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーとスラスト軸受との接触部近傍の拡大断面図である。
図１において、スラスト軸受７は、該スラスト軸受７と前記コンプレッサ側スラストカラー５及びタービン側スラストカラー６とを半径方向面５ｓにて摺接させて、スラスト荷重Ｓを支承するように構成されている。
【００１９】
そして、前記コンプレッサ側スラストカラー５に、前記半径方向面５ｓにおいて他の部分よりも低剛性の低剛性形成部を設けている。
即ち、前記低剛性形成部は、前記内周をタービン軸３に強固に固定されたコンプレッサ側スラストカラー５の外周部に、一定深さのスリット８を設けている。前記スリット８は、前記排気ターボ過給機の円周方向に沿って連続した帯状の溝にて形成されている。
【００２０】
尚、図１に鎖線で示すように、前記スリット８は、コンプレッサ側スラストカラー５及びタービン側スラストカラー６のいずれか一方または双方に設けることができる。
【実施例２】
【００２１】
図１は本発明の第２実施例に係るコンプレッサ側スラストカラー５のタービン軸心に直角に見た側面図である。
この第２実施例においては、前記スリット８を、前記排気ターボ過給機の円周方向の複数個所に沿って、前記半径方向面５ｓと直角方向に設けた複数の溝(この例では１２個)から構成する。１００ａは排気ターボ過給機の軸心である。
尚、この第２実施例においても、前記スリット８を、コンプレッサ側スラストカラー５及びタービン側スラストカラー６のいずれか一方または双方に設けることができる。
【００２２】
かかる第１実施例及び第２実施例によれば、コンプレッサ側スラストカラー５及びタービン側スラストカラー６のいずれか一方または双方に、半径方向面５ｓにおいて他の部分よりも低剛性の低剛性形成部、即ちスリット８を設け、スラスト荷重Ｓの作動時に、コンプレッサ側スラストカラー５及びタービン側スラストカラー６を前記スリット８で局部的に変形せしめるように構成した、つまり前記一定深さのスリット８を、第１実施例のようにコンプレッサ側スラストカラー５及びタービン側スラストカラー６のいずれか一方または双方の外周部に円周方向に沿って連続した帯状の溝に形成し、あるいは、第２実施例のように該スリット８を円周方向の複数個所に沿って、前記半径方向面５ｓと直角方向に設けた溝から構成したので、
スラスト荷重Ｓの作動時において、スラストカラー６及びスラスト軸受７の半径方向面５ｓが一致してなくて片当たりが生じていても、スラスト荷重Ｓにより、先ず剛性の小さいスリット８が局部的に変形することによって、片当たりの部分がかかる変形によって、スラスト荷重Ｓに対する受圧面積が拡大し、スラスト荷重Ｓへの負荷容量が増加し、これにより軸受寿命が延長される。
また、前記のようにスラスト荷重Ｓに対する受圧面積が拡大することにより、該片当たり部の面積が大きくなり磨耗を低減できる。
【実施例３】
【００２３】
図３は本発明の第３実施例に係る図１対応図である。
この第３実施例においては、前記低剛性形成部を、前記コンプレッサ側スラストカラー５を、前記半径方向面５ｓに沿う厚さが、内周側から順に複数の階段状５ａに薄くなり、外周部の厚さ５ｂが最小になるような階段状スラストカラー５に構成される。
尚、この第３実施例においても、前記階段状スラストカラー５を、コンプレッサ側スラストカラー５及びタービン側スラストカラー６のいずれか一方または双方に設けることができる。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００２４】
かかる第３実施例によれば、スラストカラー５及びスラスト軸受７の半径方向面５ｓが一致してなくて片当たりが生じていても、スラスト荷重Ｓにより、先ず剛性の小さいスラストカラーの先端部５ｂが局部的に変形することによって、片当たりの部分が柔軟性を増して、結果としてスラスト荷重Ｓに対する受圧面積が拡大し、スラスト荷重Ｓへの負荷容量が増加する。
【実施例４】
【００２５】
図４は本発明の第４実施例に係る図１対応図である。
この第４実施例においては、コンプレッサ側スラストカラー５に、半径方向面５ｓに沿う厚さが、タービン軸３に固定される内周側から直線状５ｃに薄くなり、外周部の厚さ５ｄが最小になるような直線状スラストカラー５に構成する。
尚、この第４実施例においても、前記直線状スラストカラー５を、コンプレッサ側スラストカラー５及びタービン側スラストカラー６のいずれか一方または双方に設けることができる。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００２６】
かかる第４実施例によれば、スラストカラー５及びスラスト軸受７の半径方向面５ｓが一致してなくて、片当たりが生じていても、スラスト荷重Ｓにより、先ず剛性の小さいスラストカラーの先端部５ｄが局部的に変形し、次いで厚さの厚い根元部が順に変形することとなって、従って片当たりの部分が柔軟性を増すこととなって、結果としてスラスト荷重Ｓに対する受圧面積が拡大し、スラスト荷重への負荷容量が増加する。
【実施例５】
【００２７】
図５は本発明の第５実施例に係る図１対応図である。
この第５実施例においては、コンプレッサ側スラストカラー５を、該コンプレッサ側スラストカラー５とタービン軸３との接合部に、小半径の円形状の切欠き５ｅを形成している。
尚、この第５実施例においても、前記切欠き５ｅを備えたスラストカラーを、コンプレッサ側スラストカラー５及びタービン側スラストカラー６のいずれか一方または双方に設けることができる。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００２８】
かかる第４実施例によれば、スラスト荷重Ｓの作動時において、スラストカラー５及びスラスト軸受７の半径方向面５ｓが一致してなくて片当たりが生じていても、先ず剛性の小さい切欠き部５ｅを支点としてスラストカラー５全体が５ｆのように変形し、従って片当たりの部分が、前記変形５ｆに沿って柔軟性を増して変形し、結果としてスラスト荷重Ｓに対する受圧面積が拡大し、スラスト荷重Ｓへの負荷容量が増加する。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、コンプレッサ側スラストカラー及びタービン側スラストカラーと、スラスト軸受との半径方向面の接合部での片当たりの発生を低減して、該片当たりによるスラスト軸受の寿命低下を防止する排気ターボ過給機のスラスト軸受装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例に係るタービン側スラストカラー及びタービン側スラストカラーとスラスト軸受との接触部近傍の拡大断面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るタービン側スラストカラーのタービン軸心に直角に見た側面図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る図１対応図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る図１対応図である。
【図５】本発明の第５実施例に係る図１対応図である。
【図６】本発明が適用される排気ターボ過給機の主要部の軸線方向の断面図である。
【図７】従来技術を示す図１対応図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    排気タービン
２    コンプレッサ
３    タービン軸
５    コンプレッサ側スラストカラー
５ｓ  半径方向面
５ｅ  切欠き
６    タービン側スラストカラー
７    スラスト軸受
８    スリット
Ｓ    スラスト荷重
【図１】
2009197772.tif 000003
【図２】
2009197772.tif 000004
【図３】
2009197772.tif 000005
【図４】
2009197772.tif 000006
【図５】
2009197772.tif 000007
【図６】
2009197772.tif 000008
【図７】
2009197772.tif 000009