(57)【要約】【課題】（１）スラスト軸受の小型化を図り且つ負荷容量を一定以上に確保して回転機械を保守する。（２）スラスト軸受の設計検証を短時間かつ小労力で詳細に行う。【解決手段】ケーシングと、タービン軸の一端にタービンインペラが設けられると共に他端にコンプレッサインペラが設けられた回動部と、前記タービン軸に固定された荷重伝達部材６と前記タービン軸が挿通されると共にケーシングに固定されて荷重伝達部材６に近接対向するスラストベアリング１６とが設けられ、荷重伝達部材６とスラストベアリング１６との間に油膜を形成して該油膜圧力で前記回動部のスラスト荷重を受けるスラスト軸受１４が構成されると共に前記回動部を前記ケーシングに対して回動自在に支持する軸受部とを備える回転機械であって、スラストベアリング１６は荷重伝達部材６とスラストベアリング１６との距離Ｌを測定する位置センサ１７を備えることを特徴とする。【選択図】図５
2009216036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
タービン軸の一端にタービンインペラが設けられると共に他端にコンプレッサインペラが設けられた回動部と、
前記タービン軸に固定された荷重伝達部材と前記タービン軸が挿通されると共にケーシングに固定されて前記荷重伝達部材に近接対向するスラストベアリングとが設けられ、前記荷重伝達部材と前記スラストベアリングとの間に油膜を形成して該油膜圧力で前記回動部のスラスト荷重を受けるスラスト軸受が構成されると共に前記回動部を前記ケーシングに対して回動自在に支持する軸受部と、を備える回転機械であって、
前記スラストベアリングは、前記荷重伝達部材と前記スラストベアリングとの間の距離を測定する位置センサを備えることを特徴とする回転機械。
【請求項２】
前記スラストベアリングに前記荷重伝達部材と摺動する摺動部が複数形成され、
前記スラストベアリングは、該摺動部に挟まれるように形成され、前記油膜を形成したオイルを回収する油溝に前記位置センサを備えることを特徴とする請求項１記載の回転機械。
【請求項３】
前記スラストベアリングは、温度センサを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の回転機械。
【請求項４】
前記スラストベアリングは、前記温度センサを前記位置センサの近傍に備えることを特徴とする請求項３記載の回転機械。
【請求項５】
前記スラストベアリングは、該スラストベアリングの歪みを計測する歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の回転機械。
【請求項６】
回転機械に用いられ、タービン軸が挿通されると共に該タービン軸に固定された荷重伝達部材及び前記タービン軸が挿通されると共にケーシングに固定されて前記スラストベアリングに近接対向するスラストベアリングが設けられ、前記荷重伝達部材と前記スラストベアリングとの間に油膜を形成して該油膜圧力で前記タービン軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受の設計検証方法であって、
基準となるスラスト軸受及び検証対象となるスラスト軸受のそれぞれのスラストベアリングに予め位置センサと熱電対と歪みゲージとを設けて、前記荷重伝達部材と前記スラストベアリングとの距離と、前記スラストベアリングの温度と、前記スラストベアリングのタービン軸径方向の歪みから求められた前記スラスト荷重とに基づいて、前記検証対象となるスラスト軸受の負荷容量について検証することを特徴とするスラスト軸受の設計検証方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械及びスラスト軸受の設計検証方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転機械において、タービン軸の軸方向に生じたスラスト荷重を受けるスラスト軸受が用いられている。例えば、下記特許文献１に記載の回転機械は、略円盤形状で貫通孔が形成されたスラストベアリングが軸受ハウジングの端面にねじ等で固定されて、両端にフランジが形成された略円筒形状のスラストカラーにタービン軸を挿通させると共にこのスラストカラーをタービン軸に固定し、スラストカラーを介した状態でタービン軸をスラストベアリングに挿通させている。そして、両フランジ部とスラストベアリングとの間に圧送されたオイルの油膜が形成されることにより、この油膜圧力でタービン軸のスラスト荷重を受けるようになっている。
【０００３】
このようなスラスト軸受の負荷容量は、上記油膜の油膜厚さが薄くなるほど大きくなり、反対に油膜厚さが厚くなると小さくなる。このため、オイルの不純物等によりスラストカラー及び／又はスラストベアリングの摺動面が磨耗すると形成される油膜が厚くなって負荷容量が低下する。この点、現在用いられているスラスト軸受は、被摺動面を大きく設計する等して初期の負荷容量を大きく設定し、使用開始から長期間が経過したとしても経年に伴う磨耗によって一定の負荷容量以下とならないようにされている。
【０００４】
一方、スラスト軸受の設計検証は、検証対象となるスラスト軸受を実際に回転機械に組み込んだ後にこの回転機械を所定の試験時間で稼動させて、スラストベアリング及びスラストカラーの磨耗量が安全性の確認された所定の範囲内であるか否かにより行われている。
【特許文献１】特開２００３−４２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術のように、負荷容量が一定以上に確保されるように設計すると経年に伴う磨耗量を考慮して、スラスト軸受が大型化してしまうという問題がある。また、仮にスラスト軸受が磨耗した場合には、回転機械の性能が低下するおそれがある。
一方、従来の技術における設計検証方法では、スラスト軸受の摺動面の磨耗量という一つの結果のみに基づいて負荷容量についての設計検証がなされるので、結果から推定される大まかな検証に留まって、詳細な設計検証をすることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）スラスト軸受の小型化を図り、かつ、負荷容量を一定以上に確保して回転機械を保守する。
（２）スラスト軸受の設計検証を短時間かつ少労力で詳細に行う。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、回転機械に係る第一の解決手段として、ケーシングと、タービン軸の一端にタービンインペラが設けられると共に他端にコンプレッサインペラが設けられた回動部と、前記タービン軸に固定された荷重伝達部材と前記タービン軸が挿通されると共にケーシングに固定されて前記荷重伝達部材に近接対向するスラストベアリングとが設けられ、前記荷重伝達部材と前記スラストベアリングとの間に油膜を形成して該油膜圧力で前記回動部のスラスト荷重を受けるスラスト軸受が構成されると共に前記回動部を前記ケーシングに対して回動自在に支持する軸受部と、を備える回転機械であって、前記スラストベアリングは、前記荷重伝達部材と前記スラストベアリングとの間の距離を測定する位置センサを備える、という手段を採用する。
【０００８】
また、回転機械に係る第二の解決手段として、上記回転機械に係る第一の解決手段において、前記スラストベアリングに前記荷重伝達部材と摺動する摺動部が複数形成され、前記スラストベアリングは、該摺動部に挟まれるように形成され、前記油膜を形成したオイルを回収する油溝に前記位置センサを備える、という手段を採用する。
【０００９】
また、回転機械に係る第三の解決手段として、上記回転機械に係る第一又は第二の解決手段において、前記スラストベアリングは、温度センサを備える、という手段を採用する。
また、回転機械に係る第四の解決手段として、上記回転機械に係る第三の解決手段において、前記スラストベアリングは、前記温度センサを前記位置センサの近傍に備える、という手段を採用する。
【００１０】
また、回転機械に係る第五の解決手段として、上記回転機械に係る第一から第四の解決手段のいずれかにおいて、前記スラストベアリングは、該スラストベアリングの歪みを計測する歪みゲージを備える、という手段を採用する。
【００１１】
また、スラスト軸受の設計検証方法に係る解決手段として、回転機械に用いられ、タービン軸が挿通されると共に該タービン軸に固定された荷重伝達部材及び前記タービン軸が挿通されると共にケーシングに固定されて前記スラストベアリングに近接対向するスラストベアリングが設けられ、前記荷重伝達部材と前記スラストベアリングとの間に油膜を形成して該油膜圧力で前記タービン軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受の設計検証方法であって、基準となるスラスト軸受及び検証対象となるスラスト軸受のそれぞれのスラストベアリングに予め位置センサと熱電対と歪みゲージとを設けて、前記荷重伝達部材と前記スラストベアリングとの距離と、前記スラストベアリングの温度と、前記スラストベアリングのタービン軸径方向の歪みから求められた前記スラスト荷重とに基づいて、前記検証対象となるスラスト軸受の負荷容量について検証する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スラストベアリングが位置センサを備えるので、荷重伝達部材とスラストベアリングとの間の距離が測定される。これにより、荷重伝達部材とスラストベアリングとの距離から油膜厚さを間接的に測定することができると共に、スラストベアリングの小型化を図ったとしても、スラストベアリングと荷重伝達部材との距離（換言すれば油膜厚さ）が所定の距離以下となった場合に操作者に警告したり、回転機械の稼働を制御したりすることができる。よって、使用に伴う磨耗量を考慮してスラスト軸受を大型化する必要がなく、スラスト軸受の小型化を図り、かつ、負荷容量を一定以上に確保して回転機械を保守することが可能となる。
【００１３】
また、基準となるスラスト軸受及び検証対象となるスラスト軸受のそれぞれの荷重伝達部材とスラストベアリングとの距離と、被摺動面近傍の温度と、スラスト荷重とに基づいて、検証対象となるスラスト軸受の負荷容量について検証するので、負荷容量のパラメータとなる油膜厚さとオイルの温度と実際にタービン軸に生じたスラスト荷重とのそれぞれの関係に基づいて、スラストベアリングの検証が行われる。これにより、スラスト軸受の磨耗量という結果から推定される大まかな検証よりも、摺動過程における物理的な値から詳細な検証を行うことができる。また、この設計検証方法の副次的な効果として、安全性を担保する範囲内でスラスト軸受（摺動部）の設計を最適化することができ、スラスト軸受のメカニカル損失を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る車両用過給機（回転機械）Ａの構成を示す断面図、図２は、車両用過給機Ａの要部Ｓの拡大図である。ここで、図において、回動部１の中心軸をＰとする。
【００１５】
図１に示すように、本車両用過給機Ａは、回動部１を軸受部１０を介してケーシング２０に回転自在に装着したものである。
【００１６】
回動部１は、タービン軸２、タービンインペラ３、コンプレッサインペラ４、締結ナット５、スラストカラー６及び油切り７から構成されている。
【００１７】
タービン軸２は、その中心軸が回動部１の中心軸Ｐと重なるように配置されて、軸受部１０に回動可能に支持される大径の被支持部２ａと、コンプレッサインペラ４、スラストカラー６及び油切り７が挿入される小径の挿入部２ｂを備えている。また、被支持部２ａと挿入部２ｂとの境界には、中心軸Ｐに直交する受け面２ｃが形成されており、挿入部２ｂの先端側には、ネジ部２ｄが形成されている。
【００１８】
タービンインペラ３は、放射状に形成された複数の長翼及び短翼が交互に設けられたものであり、タービン軸２の一端に固着されている。具体的には、タービン軸２における被支持部２ａ側の端面に溶接により固着されている。
【００１９】
コンプレッサインペラ４は、タービンインペラ３と同様に複数の長翼と短翼が交互に設けられたものであり、取付孔４ａに挿入部２ｂが挿入されてスラストカラー６と油切り７とを介して締結ナット５により受け面２ｃに押圧固定されている。
【００２０】
締結ナット５は、ネジ部２ｄに螺着しており、コンプレッサインペラ４とスラストカラー６と油切り７とを受け面２ｃに押圧してそれぞれをタービン軸２に固定している。
【００２１】
スラストカラー（荷重伝達部材）６は、後述のタービン側（以下、「Ｔ側」とする）スラストベアリング１５に回動部１の軸方向の荷重を伝えるものであり、回動部１を構成すると共に軸受部１０を構成する。このスラストカラー６は、中心付近に貫通孔６ａが形成された円盤形状の部材であり、タービン側のＴ側円面６ｂが受け面２ｃに、コンプレッサ側のＣ側円面６ｃが油切り７の端面に当接しており、コンプレッサインペラ４と油切り７とを介して、締結ナット５で受け面２ｃに押圧固定されている。
【００２２】
油切り７は、後述のベアリングケーシング２１に供給されるオイルＯをシールプレート２３と共にシールする部材である。この油切り７は、外周面に凹部が周状に形成された略円筒形状のものであり、一方の端面がスラストカラー６のＣ側円面６ｃと、他方の端面がコンプレッサインペラ４に当接しており、締結ナット５によって受け面２ｃに押圧固定されている。
【００２３】
軸受部１０は、ベアリングケーシング２１、一対のフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂ、一対のリテーニングリング１３ａ、軸受スペーサ１３ｂ、スラストカラー６、Ｔ側スラストベアリング１５、Ｃ側スラストベアリング１６、ギャップセンサ（位置センサ）１７、熱電対１８及び歪みゲージ１９、オイルＯから構成されている。本過給機Ａにおいては、スラストカラー６、Ｔ側スラストベアリング１５、Ｃ側スラストベアリング１６、ギャップセンサ１７、熱電対１８、歪みゲージ１９及びオイルＯがスラスト軸受１４を構成している。なお、ベアリングケーシング２１は、軸受部１０を構成すると共にケーシング２０を構成するものである。
【００２４】
ベアリングケーシング２１は、略円筒形状の外郭の内側にタービン軸２が挿通する軸挿通孔２１ａと車両から供給されるオイルＯの流路Ｒとが形成されたものである。
軸挿通孔２１ａは、中心軸Ｐに沿って形成されており、タービン軸２が挿通されている。軸挿通孔２１ａのコンプレッサ側の開口部の周囲には、円形の第一内端面２１ｂが形成されており、さらに、この第一内端面２１ｂを囲繞して段状となるように（第一内端面２１ｂよりもコンプレッサ側に位置するように）円形の第二内端面２１ｃが形成されている。
【００２５】
流路Ｒは、ベアリングケーシング２１において、外部から中心軸Ｐの直交方向から軸挿通孔２１ａに向かって形成されたオイル供給孔２１ｄと、このオイル供給孔２１ｄに直交するように（軸挿通孔２１ａに平行となるように）第二内端面２１ｃからタービンに向かって穿孔されたオイル配給孔２１ｅと、このオイル配給孔２１ｅから所定の間隔を隔てて軸挿通孔２１ａまで形成されたオイル給油孔２１ｆ，２１ｇと、軸挿通孔２１ａとベアリングケーシング内部空間２１Ｓとが連通するように中心軸Ｐを挟んでオイル給油孔２１ｆ，２１ｇの反対側に形成された排出孔２１ｈと、内部空間２１Ｓを形成する内壁面２１ｉと、オイル排出孔２１ｊとから構成されている。ここで、第二内端面２１ｃにおけるオイル配給孔２１ｅの開口部をオイル給油孔２１ｋとする。
【００２６】
車両からオイル供給孔２１ｄに供給されたオイルＯの一部は、オイル配給孔２１ｅに至った後に、オイル給油孔２１ｆからフローティングメタル１２Ａを介して、またオイル給油孔２１ｇからフローティングメタル１２Ｂを介して、軸挿通孔２１ａから排出孔２１ｈに流れ、内部空間２１Ｓや内壁面２１ｉを移動してオイル排出孔２１ｊから排出されるようになっている。また、オイルＯの別の一部は、オイル配給孔２１ｅに至った後に、オイル給油孔２１ｋからＴ側スラストベアリング１５，Ｃ側スラストベアリング１６及びスラストカラー６に供給され、その後、主に内部空間２１Ｓや内壁面２１ｉを移動してオイル排出孔２１ｊから排出されるようになっている。
【００２７】
フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂは、周面に複数の貫通孔を備える円筒部材である。これらフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂは、軸挿通孔２１ａにおいて、オイル給油孔２１ｆ，２１ｇの近傍にそれぞれ設けられている。つまり、タービン軸２（被支持部２ａ）の所定間隔を隔てた２点とベアリングケーシング２１との間に設けられている。
【００２８】
リテーニングリング１３ａは、断面がＣ字形状に形成されたものであり、軸挿通孔２１ａを形成する周壁に設けられた周溝に係止されて、フローティングメタル１２Ａの中心軸Ｐの方向への移動を制限している。
軸受スペーサ１３ｂは、リング状の部材であり、軸挿通孔２１ａの周壁に係止してＣ側スラストベアリング１６と共にフローティングメタル１２Ｂの軸方向への移動を制限している。
【００２９】
Ｔ側スラストベアリング１５は、貫通孔１５ａが形成された円盤形状の部材であり、この貫通孔１５ａにタービン軸２（被支持部２ａ）が挿通されている。このＴ側スラストベアリング１５は、コンプレッサ側のＣ側表面１５ｂの一部がスラストカラー６のＴ側円面６ｂと近接対向しており、また、タービン側のＴ側裏面１５ｃがフローティングメタル１２Ｂの端面と第一内端面２１ｂとに当接するように設けられている。
【００３０】
Ｃ側スラストベアリング（スラストベアリング）１６は、貫通孔１６ａが形成された円盤形状の部材である。
このＣ側スラストベアリング１６は、貫通孔１６ａに油切り７を介してタービン軸２が挿通されて、スラストカラー６をＴ側スラストベアリング１５と挟むように、４つのボルト１６ｂにより第二内端面２１ｃに密着するように固定されている。
【００３１】
図３は、Ｃ側スラストベアリング１６を示す図であって、図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図であり、図４は、図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。また、図５は、Ｃ側スラストベアリング１６の要部断面図であって、図５（ａ）は、図３におけるＣ−Ｃ線断面図、図５（ｂ）は図３におけるＤ−Ｄ線断面図、図５（ｃ）は、図４におけるＥ−Ｅ断面図である。なお、中心軸Ｐに直交するＣ側スラストベアリング１６の中心軸をＱとする。
【００３２】
図３に示すように、Ｃ側スラストベアリング１６は、スラストカラー６に対向する主面１６ｃと、図４に示すように、この主面１６ｃの反対側に形成された裏面１６ｄとを備えている。
【００３３】
Ｃ側スラストベアリング１６の主面１６ｃには、外周側に略半円弧状に形成された油供給溝１６ｅと、貫通孔１６ａの周縁を等間隔に囲むように形成された４つのパッド部（摺動部）１６ｆと、油供給溝１６ｅと各パッド部１６ｆとを貫通する４つの油供給孔１６ｇと、各パッド部１６ｆの間に形成された第一油回収溝（油溝）１６ｈ（１６ｈ１〜１６ｈ４）と、パッド部１６ｆを取り囲むように形成されて、３つの第一油回収溝１６ｈ（１６ｈ１，１６ｈ３，１６ｈ４）と連通する円弧状の第二油回収溝１６ｉと、一つの第一油供給溝１６ｈ２と第二油回収溝１６ｉと連通した排油部１６ｊと、を備えている。
【００３４】
油供給溝１６ｅは、中心線Ｑに対して線対称に形成されたものであり、円弧状に形成された円弧溝１６ｅ１に間隔を空けて略矩形のポケット溝１６ｅ２が５つ形成されたものである。これら５つのポケット溝１６ｅ２のうち、中心線Ｑ上のポケット溝１６ｅ２は、第二内端面２１ｃにおけるオイル給油孔２１ｋに対向している。すなわち、主面１６ｃが第二内端面２１ｃに密着固定されることにより、オイル給油孔２１ｋから給油されたオイルＯが円弧溝１６ｅ１を流れてその他のポケット溝１６ｅ２に到達するようになっている。
【００３５】
パッド部１６ｆは、平面視で略扇型形状のものである。図５（ａ）に示すように、このパッド部１６ｆは、回動部１の回動方向に沿って除々に厚さが増すように僅かに傾斜したテーパ面１６ｆ１が形成された後に平坦な（主面１６ｃに対して略平行な）ランド面１６ｆ２が形成されている。
【００３６】
Ｃ側スラストベアリング１６の径方向におけるパッド部１６ｆの外縁は、スラストカラー６の外周縁と略同一の位置であり、テーパ面１６ｆ１及びランド面１６ｆ２は、スラストカラー６が摺動する被摺動面となっている。このうち、ランド面１６ｆ２がスラストカラー６に最も近接する被摺動面となる。
【００３７】
すなわち、後述の油供給孔１６ｇから供給されたオイルＯは、スラストカラー６の回転により、テーパ面１６ｆ１を上るようにしてランド面１６ｆ２に到達し、この際に、スラストカラー６との距離が除々に小さくなっていくため、オイルＯの油圧圧力が高まるようになっている。
なお、このパッド部１６ｆは、中心線Ｑに対して非線対称的に、中心軸Ｐに対して点対称的に形成されている。
【００３８】
図３及び図５（ｂ）に示すように、油供給孔１６ｇは、５つのポケット溝１６ｅ２のうちオイル給油孔２１ｋと対向するポケット溝１６ｅ２を除いた４つのポケット溝１６ｅ２からそれぞれ一つのテーパ面１６ｆ１まで貫通したものである。この油供給孔１６ｇは、オイルＯをポケット溝１６ｅ２からテーパ面１６ｆ１に流出させる。
なお、この４つの油供給孔１６ｇは、中心線Ｑに対して、線対称的に形成されたものである。
【００３９】
第一油回収溝（油溝）１６ｈ（１６ｈ１〜１６ｈ４）は、各パッド部１６ｆを分割する扇形の溝であり、厚さ方向において油供給孔１６ｇの一部と重なるように形成された第一油回収溝１６ｈ１から回動部１の回動方向に第一油回収溝１６ｈ２〜１６ｈ４が等間隔に形成されている。パッド部１６ｆに至ったオイルＯは、大部分がランド面１６ｆ２からこの第一油回収溝１６ｈに至るようになっている。
【００４０】
第二油回収溝１６ｉは、３つの第一油回収溝１６ｈ１，１６ｈ３，１６ｈ４に連通するように形成された円弧状の溝であって、パッド部１６ｆを取り囲むように形成されている。第一油回収溝１６ｈに至ったオイルＯの一部は、この第二油回収溝１６ｉを回動部１の回動方向に流れることとなる。なお、第二油回収溝１６ｉに至ったオイルＯは、その一部がＴ側スラストベアリング１５に到達してこれを潤滑させる。
【００４１】
排油部１６ｊは、第一油回収溝１６ｈ２及び第二油回収溝１６ｉと内部空間２１Ｓとに連通して、Ｃ側スラストベアリング１６に至ったオイルＯをベアリングケーシング２１の流路Ｒに合流させる。
【００４２】
図４、図５（ａ）及び図５（ｃ）に示すように、Ｃ側スラストベアリング１６は、主面１６ｃのうちパッド部１６ｆをタービン軸２の回動方向に分割する第一油回収溝１６ｈ２〜１６ｈ４から裏面１６ｄまで形成された３つの貫通孔１６ｋと、裏面１６ｄにおいてこれら貫通孔１６ｋからＣ側スラストベアリング１６の外周まで形成された配線溝１６ｍと、裏面１６ｄから主面１６ｃ近傍まで穿孔された測定孔１６ｎと、主面１６ｃから裏面１６ｄまで貫通するボルト挿入孔１６ｐを備えている。
【００４３】
図５（ｃ）に示すように、貫通孔１６ｋは、主面１６ｃにおける第一油回収溝１６ｈ２〜１６ｈ４のそれぞれから裏面１６ｄまで貫通したものであって、主面１６ｃ側に形成された小径孔１６ｋ１と裏面１６ｄ側に形成された大径孔１６ｋ２との二つの径からなるものである。
【００４４】
配線溝１６ｍは、３つの貫通孔の１６ｋのそれぞれの大径孔１６ｋ２を形成する周壁からＣ側スラストベアリング１６の外周縁に向かって形成されたものであって、貫通孔１６ｋに干渉しないように形成されたものである。
【００４５】
測定孔１６ｎは、２つの測定孔１６ｎが貫通孔１６ｋの両側を挟むようにして設けられた細孔径の孔である。
【００４６】
ボルト挿入孔１６ｐは、主面１６ｃ及び裏面１６ｄに形成されたＣ側スラストベアリング１６の他の構成要素に干渉しないように形成されており、このボルト挿入孔１６ｐにボルト１６ｂが挿入されて第二内端面２１ｃに主面１６ｃが密着するように固定されている。
すなわち、ボルト１６ｂの頭部が裏面１６ｄに密着固定されると共にボルト１６ｂのネジ部がＣ側スラストベアリング１６を中心軸Ｐ方向に貫通して、第二内端面２１ｃに形成されているネジ穴に螺着されている。
【００４７】
ギャップセンサ１７は、円筒形状の渦電流方式のものであって、比較的に小型のものであり、各貫通孔１６ｋに一つずつ嵌合するように挿入された状態で固定されている。このギャップセンサ１７は、センサ電極の端面が第一油回収溝１６ｈ２〜１６ｈ４の底面の一部を構成するように固定されている。なお、このギャップセンサ１７は、測定環境の温度により出力値が異なるものである。
【００４８】
ギャップセンサ１７の出力線１７ａは、裏面１６ｄにおける配線溝１６ｍに収容されており、タービンケーシング２２に形成された出力線取出溝２１ｍ（図１、図２参照）と後述のシールプレート２３が形成する孔から外部へと引き出されて、車両の制御部であるＥＣＵ（Engine Control Unit（不図示））に接続されている。
このように、出力線１７ａは、配線溝１６ｍに収容されることで、回転軸２や油切り７に干渉しないように配置される。これにより、出力線１７ａの断線や回転軸２及び油切り７の損傷を防止する。
なお、この孔は樹脂が注入されて封止されている。
【００４９】
熱電対１８は、所謂極細タイプのものであり、測定孔１６ｎの主面１６ｃ側先端部に固定されている。この熱電対１８の出力線も出力線１７ａと同様に出力線取出溝２１ｍから外部へと引き出されており、車両のＥＣＵに接続されている。
【００５０】
歪みゲージ１９は、裏面１６ｄにおいてＣ側スラストベアリング１６（裏面１６ｄ）のタービン軸２の径方向の歪みを測定するものであり、三つの歪みゲージ１９が裏面１６ｄのタービン軸２近傍に設けられている。この歪みゲージ１９は、スラストベアリング１６の裏面１６ｄにおいて、Ｃ側スラストベアリング１６（裏面１６ｄ）の径方向の歪みを検出するように貼付されている。なお、この歪みゲージ１９の出力線も出力線１７ａと同様に出力線取出溝２１ｍから外部へと引き出されており、車両のＥＣＵに接続されている。
【００５１】
なお、予め車両用過給機Ａと同等の車両用過給機におけるＣ側スラストベアリング１６（裏面１６ｄ）に既知のスラスト力を与えて取得したスラスト力とタービン軸２の径方向の歪みとの関係により、車両用過給機ＡにおけるＣ側スラストベアリング１６（裏面１６ｄ）の径方向の歪みを計測することができれば、これに対応したスラスト力を求めることができる。
【００５２】
出力線１７ａ、熱電対１８の出力線及び歪みゲージ１９の出力線が接続されるＥＣＵは、出力線１７ａから入力された値がＥＣＵに記憶された閾値未満となった場合に、車両用過給機Ａが不調になったことを運転席近傍に設けられた表示部に表示してアラームし、運転者に知らせる。なお、アラームの代わりにエンジンを停止又車両用過給機Ａの運転を停止してもよい。
同様に、Ｃ側スラストベアリング１６の主面１６ｃ近傍の温度又は裏面１６ｄにおけるタービン軸２の径方向の歪みが所定の閾値以上になった場合に、車両用過給機Ａが不調になったことをアラームする。
【００５３】
このような軸受部１０は、車両用過給機Ａの稼動時にオイルＯが絶えず供給されて、フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂの内周面上及び外周面上に油膜が形成・保持される。そして、フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂの内方で油膜を介してタービン軸２が回転し、タービン軸２の回転に伴って油膜を介してフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂが回転運動する。フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂの回転数は、例えばタービン軸２の回転数の数十％程度である。
【００５４】
また、Ｔ側スラストベアリング１５及びＣ側スラストベアリング１６とスラストカラー６との間には、オイルＯが絶えず供給されて油膜が形成されており、スラストカラー６がＴ側スラストベアリング１５及びＣ側スラストベアリング１６に対して摺動するようになっている。すなわち、回動部１のスラスト荷重を形成された油膜圧力で受けるように構成されている。
このような構成により、タービン軸２が高い回転数で回転しても回動自在に支持することができるようになっている。
【００５５】
ケーシング２０は、ベアリングケーシング２１の一端にタービンケーシング２２を、またベアリングケーシング２１の他端にシールプレート２３を、このシールプレート２３にコンプレッサケーシング２４を接合して構成されている。
【００５６】
タービンケーシング２２は、タービンインペラ３を収容する収容部２２ａと収容部２２ａに巻きつくように形成されたスクロール部２２ｂを備え、ベアリングケーシング２１と接合することによって車両から供給される排気ガスの流路を形成している。
【００５７】
シールプレート２３は、略円盤状の部材であり、略中央に形成された貫通口に油切り７を介してタービン軸２が挿通している。この貫通口には、リング状のシールリング２３ａが設けられており、このシールリング２３ａと上述した油切り７の外周面に設けられた凹部にシールリング２３ａが係合することによって、ベアリングケーシング２１に供給されたオイルＯがコンプレッサケーシング２４に漏出することを防止している。
【００５８】
コンプレッサケーシング２４は、コンプレッサインペラ４を収容する収容部２４ａと収容部２４ａに巻きつくように形成されたスクロール部２４ｂを備え、ベアリングケーシング２１と接合することによって車両に供給する空気の流路を形成している。
【００５９】
次に、上記のような構成を備える車両用過給機Ａの作用について説明する。
車両のエンジンの始動と共に過給機Ａが稼働して、これに合わせて車両からオイル供給孔２１ｄにオイルＯが圧送される。そして、オイルＯが流路Ｒを流れて、フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂ及びＣ側スラストベアリング１６に絶えずオイルＯが供給される。すなわち、スラストカラー６とＴ側スラストベアリング１５及びＣ側スラストベアリング１６との間にもオイルＯが圧送されて、油膜が形成される。
【００６０】
同時に、タービンインペラ３が排気ガスにより回転して、回動部１が中心軸Ｐを中心に回動する。このとき、スラストカラー６のＣ側円面６ｃと、テーパ部１６ｆのテーパ部１６ｆ１及びランド部１６ｆ２とがオイルＯの油膜を介してＣ側スラストベアリング１６に対して相対的に摺動する。
【００６１】
車両のエンジンの始動の直後においては、コンプレッサとタービンの圧力差により、回動部１にタービン側からコンプレッサ側へ移動するようスラスト荷重が作用するが、オイルＯによってこの移動が制限される。つまり、スラストカラー６とＣ側スラストベアリング１６との間に形成されているオイルＯの油膜圧力によって、この回動部１に生ずるスラスト荷重を受け、回動部１の中心軸Ｐの方向に移動が制限される。
【００６２】
このようなオイルＯに、例えばユーザの不注意等により、車両用過給機Ａの使用に適さない不純物が多く含まれるオイルＯが使用されるとパッド部１６ｆ（テーパ面１６ｆ１，ランド面１６ｆ２）が除々に磨耗して、負荷容量が次第に低下する。つまり、テーパ面１６ｆ１の傾斜が緩やかなものとなり、ランド面１６ｆ２の位置がスラストカラー６側から裏面１６ｄ側に後退すると、オイルＯがテーパ部１６ｆ１からランド面１６ｆ２まで移動しても所定の油膜圧力まで上昇しなくなる。このため、オイルＯの油膜が受けることのできるスラスト荷重の大きさの上限値が低下する。
【００６３】
このように負荷容量が低下すると、負荷容量が低下する前に比べて、回動部１がタービン側からコンプレッサ側への同一の大きさのスラスト荷重を受けた場合に、主面１６ａとＣ側円面６ｃとの距離が近接するようになる。
【００６４】
ギャップセンサ１７は、円面６ａとの距離Ｌに応じた信号をＥＣＵに継続的に出力し続けており、負荷容量が低下した状態で回動部１がスラスト荷重を受けて主面１６ａとＣ側円面６ｃとの間の距離が所定の距離未満となったときにこの距離に対応する信号をＥＣＵに出力する。
一方、熱電対１８は、このオイルＯの温度と近似する主面１６ｃ近傍の温度を測定し、この温度に対応する信号をＥＣＵに出力する。
【００６５】
ＥＣＵは、ギャップセンサ１７から入力された信号が示す測定値を、測定環境の温度に応じた補正係数で補正する。すなわち、熱電対１８から入力された信号が示す温度に基づいて、ギャップセンサ１７の測定値を補正する。つまり、この補正値がＥＣＵのメモリに記憶された所定の距離、すなわち、閾値未満であると判断して、車両用過給機Ａが不調になったことをアラームして運転者に知らせる。
【００６６】
また、円面６ａとギャップセンサ１７との距離Ｌが閾値未満であっても、回動軸１のスラスト荷重が比較的に高い状態、すなわち、Ｃ側スラストベアリング１６が高負荷な状態で連続して過給機Ａを稼働していると、オイルＯの温度が上昇する。オイルＯの温度が上昇すると、粘度が変化して潤滑効果が悪くなると共に、油膜の形成に悪影響を及ぼす。
【００６７】
ＥＣＵは、ギャップセンサ１７から入力された信号が示す温度が、ＥＣＵのメモリに記憶された所定の温度、すなわち、閾値以上であると判断すると、車両用過給機Ａが不調になったことをアラームして運転者に知らせる。
【００６８】
また、歪みゲージ１９は、裏面１６ｄにおけるタービン軸２の径方向の歪みを継続的に測定して、この測定信号をＥＣＵに伝送する。ＥＣＵは、この伝送信号が示すデータを内部メモリに保存する。
【００６９】
以上説明した通り、本実施形態の過給機Ａによれば、Ｃ側スラストベアリング１６にスラストカラー６のＣ側円面６ｃとの距離Ｌを測定するギャップセンサ１７を備えるので、オイルＯの油膜厚さを間接的に測定することができる。すなわち、ギャップセンサ１７とランド面１６ｆ２との初期の距離Ｌ１は既知であるので、この距離Ｌ１を距離Ｌから差し引くことにより、ギャップセンサ１７とランド面１６ｆ２との距離Ｌ２（オイルＯの油膜厚さ）を間接的に測定することができる。また、距離Ｌ２が所定の閾値未満となったと場合に、車両用過給機Ａが不調であることを操作者に警告し、操作者が車両用過給機Ａの稼働を停止して、Ｃ側スラストベアリング１６とスラストカラー６が互いに接触して磨耗あるいは焼きつきを生じることやスラスト軸受あるいはスラストカラー６に過剰な負荷が加わること等を抑制できる。従って、スラスト軸受１４を小型化しても、スラスト軸受が破損することを防止して、車両用過給機Ａを保守することが可能となる。
【００７０】
また、ギャップセンサ１７が、第一油回収溝１６ｈから裏面１６ｄまで貫通孔１６ｋが形成されて、この貫通孔１６ｋに設けられるので、Ｃ側円面６ｃとテーパ面１６ｆ１及びランド面１６ｆ２との間における油膜の形成に影響を与えない。これにより、油膜圧力を変化させずにギャップセンサ１７を設けることが可能となる。
【００７１】
また、軸受部１０が、Ｃ側スラストベアリング１６の裏面１６ｄから主面１６ｃ近傍まで測定孔１６ｎが形成され、該測定孔１６ｎの主面１６ｃ側に熱電対１８を備えるので、オイルＯの温度と近似する主面１６ｃ近傍の温度が測定される。これにより、粘度が変化して潤滑効果が悪くなると共に油膜の形成に悪影響を及ぼす温度に達した場合に、車両用過給機Ａが不調になったことをアラームできる。
【００７２】
また、熱電対１８が、貫通孔１６ｋ近傍に穿孔された測定孔１６ｎに設けられているので、主面１６ｃ近傍、かつ、ギャップセンサ１７近傍の温度が測定される。これにより、ギャップセンサ１７の測定値を補正して、Ｃ側円面１６ｃと主面１６ｃとの距離Ｌを極めて正確に求めることができる。
【００７３】
また、軸受部１０が、裏面１６ｄのタービン軸２近傍にタービン軸２径方向の歪みを測定する歪みゲージ１９を備えているので、スラスト荷重によるタービン軸２径方向の歪みを測定することができる。これにより、測定された歪みをＥＴＣの内部メモリに保存しておくことで、仮に故障が発生した場合に内部メモリから歪みの経過を呼び出して、故障原因の特定や安全対策に役立てることが可能となる。
より具体的に説明すると、事前にスラストカラー６に既知のスラスト荷重を作用させ、
この際に生ずる歪みを測定し、スラスト荷重と歪みとの関係を把握しておけば、歪みからスラスト荷重を求めることができ、故障が発生するまでのスラスト荷重の経過を知ることができる。
【００７４】
上記のような車両用過給機Ａの構成によれば、スラストベアリング１６ｃの詳細な設計検証方法が可能となる。すなわち、基準となるスラストベアリング１６ｃ及び検証対象となるスラストベアリング１６ｃのそれぞれスラストベアリング１６ｃに予めギャップセンサ１７と、熱電対１８及び歪みゲージ１９とを設ける。
【００７５】
そして、各スラストベアリング１６ｃとスラストカラー６が形成する油膜の油膜厚さＬ２と、テーパ面１７ｆ１、ランド面１７ｆ２近傍の温度及びスラスト荷重とのそれぞれの関係を求める。
【００７６】
そして、各スラストベアリング１６ｃとスラストカラー６が形成する油膜の油膜厚さＬ２と、テーパ面１７ｆ１、ランド面１７ｆ２近傍の温度及びスラスト荷重とのそれぞれの関係により、検証対象となるスラストベアリング１６ｃを検証する。
【００７７】
このように本発明の設計検証方法によれば、基準となるスラスト軸受１２及び検証対象となるスラスト軸受１２のそれぞれのＣ側円面６ｃとの距離とテーパ面１７ｆ１及びランド面１７ｆ２近傍の温度とスラスト荷重とに基づいて、検証対象となるスラスト軸受１４の負荷容量について検証するので、負荷容量のパラメータとなる油膜厚さＬ２とオイルの温度と実際にタービン軸に生じたスラスト荷重とのそれぞれの関係に基づいて、スラストベアリング１４の検証が行われる。これにより、スラスト軸受１４のテーパ面１７ｆ１及びランド面１７ｆ２の磨耗量という結果から推定される大まかな検証よりも、摺動過程における物理的な値から詳細な検証を行うことができる。また、副次的な効果として、安全性を担保する範囲内でスラスト軸受１４（摺動面テーパ面１７ｆ１及びランド面１７ｆ２）の設計を最適化することができ、スラスト軸受１４のメカニカル損失を低下させることができる。
【００７８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下の変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、タービン軸２に生じるスラスト荷重の荷重伝達部材として、スラストカラー６を用いたが、円筒形状で端部にフランジが形成されたスラストブッシュを用いて、フランジをスラストベアリング１６と摺動させる構成にしてもよい。
（２）上記実施形態では、スラストベアリング１５とスラストベアリング１６とを用いた所謂分離スラスト方式を採用しているが、スラストベアリング１５は必ずしも設ける必要はない。
（３）上記実施形態では、複数のギャップセンサ１７を用いたが、単数であってもよい。熱電対１８及びギャップセンサ１９も同様である。
（４）上記実施形態では、スラストベアリング１６の径方向の歪みを計測して回動部１に作用するスラスト荷重を計測したが、これに代えて周方向の歪み又は厚さ方向の歪みを計測し、この計測結果によりスラスト荷重を計測してもよい。さらに、これら三方向のうち、二方向又は三方向の歪みを計測し、この計測結果からスラスト荷重を計測して、スラスト荷重の計測精度を向上させてもよい。
（５）上記実施形態では、過給機Ａの不調を表示部に表示してアラームし、運転者に知らせる構成としたが、エンジンを停止又過給機の運転を停止させるように制御することで車両用過給機Ａを確実に保守することが可能となる。
（６）上記実施形態では、車両用過給機に本発明を適用した場合について説明したが、他の回転機械についても適用することができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態において、車両用過給機Ａの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態において、車両用過給機Ａの要部拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態において、Ｃ側スラストベアリング１６を示す図であって、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の一実施形態において、Ｃ側スラストベアリング１６を示す図であって、図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の一実施形態において、Ｃ側スラストベアリング１６の要部断面図であって、図５（ａ）は、図３におけるＣ−Ｃ線断面図、図５（ｂ）は、図３におけるＤ−Ｄ線断面図、図５（ｃ）は、図４におけるＥ−Ｅ断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…回動部
２…タービン軸
６…スラストカラー（荷重伝達部材）
１０…軸受部
１４…スラスト軸受
１６…Ｃ側スラストベアリング（スラストベアリング）
１６ｆ…パッド部（摺動部）
１６ｈ（１６ｈ１〜１６ｈ４）…第一油回収溝（油溝）
１７…ギャップセンサ（位置センサ）
１８…熱電対
１９…歪みゲージ
２０…ケーシング
Ａ…車両用過給機（回転機械）
Ｏ…オイル
【図１】
2009216036.tif 000003
【図２】
2009216036.tif 000004
【図３】
2009216036.tif 000005
【図４】
2009216036.tif 000006
【図５】
2009216036.tif 000007