スラスト軸受構造及び過給機
【課題】回転軸の回転方向が異なる場合であっても、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができるスラスト軸受構造及び過給機を提供する。
【解決手段】スラスト軸受構造５は、回転軸３に保持され回転軸３とともに回転するスラストカラー５１と、スラストカラー５１の回転軸３の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）と、を有し、スラストカラー５１のスラスト軸受５２，５３と対峙する受圧面５１ａに、回転軸３を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面５１１と、テーパ面５１１に連なり回転軸３を垂線とする平面に平行なランド面５１２と、を回転軸３の周方向に交互に複数配置されている。
【解決手段】スラスト軸受構造５は、回転軸３に保持され回転軸３とともに回転するスラストカラー５１と、スラストカラー５１の回転軸３の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）と、を有し、スラストカラー５１のスラスト軸受５２，５３と対峙する受圧面５１ａに、回転軸３を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面５１１と、テーパ面５１１に連なり回転軸３を垂線とする平面に平行なランド面５１２と、を回転軸３の周方向に交互に複数配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラスト軸受構造及び過給機に関し、特に、回転軸の回転方向が異なる場合であっても容易に対応することができるスラスト軸受構造及び該スラスト軸受構造を有する過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機（例えば、ターボチャージャ）は、エンジンの排気エネルギーでタービンを駆動し、その回転軸と同軸に連結されたコンプレッサを駆動させて空気を圧縮し、エンジンに高密度の圧縮空気を供給することにより、エンジンの出力を増大させる装置である。かかる過給機は、一般に、タービンの外殻を構成するタービンハウジングと、回転軸（又はシャフト）を枢支するセンターハウジング（又は軸受ハウジング）と、コンプレッサの外殻を構成するコンプレッサハウジングと、を有する。
【０００３】
また、過給機は、一般に、回転軸の軸方向に生じるスラスト力を保持し、回転軸の移動を規制するスラスト軸受構造を有している。かかるスラスト軸受構造は、回転軸に保持され回転軸とともに回転するスラストカラーと、スラストカラーの回転軸の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受と、を有している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１に記載されたスラスト軸受構造は、スラスト軸受にテーパランド型スラスト軸受を採用したものである。テーパランド型スラスト軸受は、回転軸に設けられたスラストディスク（スラストカラー）と対向する軸受面に、給油ポートに連続するテーパ部と、このテーパ部に連なるランド部とを有する軸受パッドが、周方向に複数個設けられたものである。
【０００５】
特許文献２に記載されたスラスト軸受構造は、テーパランド型スラスト軸受において、スラスト軸受と接触摺動するスラストカラーの負荷側摺動面が小径部に移るにつれて前記スラスト軸受との隙間が多くなるようにテーパ状に形成したものである。このスラストカラーは、負荷側摺動面が円板状中心に向って軸受との隙間が厚くなるようにテーパ加工が施されているので、回転作動時のスラストカラーの左右温度差による熱変形が生じても、負荷側スラストカラーと軸受との油膜厚さを一様に保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−７７８０３号公報
【特許文献２】実開平５−７５５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、テーパランド型スラスト軸受を採用した過給機において、その回転軸の回転方向は、自動車メーカー等の過給機を搭載する機器側のメーカーの要請により、時計回り又は反時計回りに設定される。したがって、同じ過給機であっても、搭載される機器の種類によって、時計回り用の過給機と反時計回り用の過給機とを用意しなければならず、スラスト軸受構造も回転軸の回転方向に応じて製造し、組み付ける必要があった。
【０００８】
したがって、従来のスラスト軸受構造では、部品点数が増加して製造コスト及び組付工数が増加してしまう、組付け時に誤組付けがないか確認する必要があることから組付工数が増加してしまう等の問題があった。
【０００９】
例えば、上述した特許文献１に記載されたスラスト軸受構造では、タービン側及びコンプレッサ側の両方のスラスト軸受にテーパランド部が形成されており、スラストカラーはタービン側の面とコンプレッサ側の面とが表裏対称の平面形状を有する円板状に形成されている。したがって、スラストカラーは表裏対称の平面形状であるため、回転軸の回転方向を考慮する必要はないが、タービン側及びコンプレッサ側の両方のスラスト軸受は、回転軸の回転方向に応じて、テーパ面の向きを調整して組み付けなければならない。
【００１０】
また、上述した特許文献２に記載されたスラスト軸受構造では、タービン側及びコンプレッサ側の両方のスラスト軸受にテーパランド部が形成されており、更に、スラストカラーの負荷側摺動面に径方向のテーパ面が形成されており、スラストカラーのタービン側の面とコンプレッサ側の面とが表裏非対称に形成されている。したがって、タービン側及びコンプレッサ側の両方のスラスト軸受だけでなく、スラストカラーの表裏も回転軸の回転方向に応じて調整して組み付けなければならない。
【００１１】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、回転軸の回転方向が異なる場合であっても、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができるスラスト軸受構造及び過給機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】
【００１２】
本発明によれば、回転軸に保持され該回転軸とともに回転するスラストカラーと、該スラストカラーの前記回転軸の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受と、を有し、前記スラスト軸受によって前記回転軸及び前記スラストカラーの移動を規制するスラスト軸受構造であって、前記スラストカラーの前記スラスト軸受と対峙する受圧面に、前記回転軸を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面と、該テーパ面に連なり前記平面に平行なランド面と、を前記回転軸の周方向に交互に複数配置した、ことを特徴とするスラスト軸受構造が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、排気ガスの供給により駆動されるタービンと、該タービンと同軸に連結された回転軸と、該回転軸と同軸に連結されることによって駆動され空気を吸入するコンプレッサと、前記回転軸の移動を規制するスラスト軸受構造と、を有する過給機であって、前記スラスト軸受構造は、前記回転軸に保持され前記回転軸とともに回転するスラストカラーと、該スラストカラーの前記回転軸の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受と、を有し、前記スラストカラーの前記スラスト軸受と対峙する受圧面に、前記回転軸を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面と、該テーパ面に連なり前記平面に平行なランド面と、を前記回転軸の周方向に交互に複数配置した、ことを特徴とする過給機が提供される。
【００１４】
上述したスラスト軸受構造及び過給機において、前記テーパ面は、例えば、前記受圧面の周方向に沿って潤滑油が流れる方向に向かって、前記スラスト軸受との距離が狭まるように傾斜している。
【００１５】
前記スラストカラーは、前記受圧面の両面に前記テーパ面及び前記ランド面が形成されていてもよい。また、前記回転軸の回転方向に応じて、前記スラストカラーを反転させて前記回転軸に保持させるようにしてもよい。
【００１６】
前記スラスト軸受は、前記スラストカラーと対峙する受圧面が平面状に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明に係るスラスト軸受構造及び過給機によれば、テーパランド部（テーパ部及びランド部）をスラストカラーに形成することにより、スラスト軸受にテーパランド部を形成する必要がなく、回転軸の回転方向が異なる場合であっても、スラストカラーの組付けを変更するだけで対応することができる。したがって、回転軸の回転方向に対応したスラスト軸受を製造する必要がなく、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【００１８】
特に、スラストカラーの両面にテーパランド部を形成することにより、回転軸の回転方向が異なる場合であっても、スラストカラーを反転させて回転軸に保持させるだけで、時計回り及び反時計回りの両方の回転に対応することができ、効果的に部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る過給機の断面図である。
【図２】図１に示したスラストカラーを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は図２（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図、を示している。
【図３】本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造において、回転軸が反時計回りする場合のスラストカラーの保持状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、を示している。
【図４】図３に示したスラストカラーを反転させた状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図４（ａ）に示したスラストカラーの側面図、を示している。
【図５】本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造のスラスト軸受を示す図であり、（ａ）はコンプレッサ側スラスト軸受の正面図、（ｂ）はタービン側スラスト軸受の正面図、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る過給機の断面図である。図２は、図１に示したスラストカラーを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は図２（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図、を示している。
【００２１】
本発明の第一実施形態に係る過給機１は、図１及び図２に示したように、排気ガスの供給により駆動されるタービン２と、タービン２と同軸に連結された回転軸３と、回転軸３と同軸に連結されることによって駆動され空気を吸入するコンプレッサ４と、回転軸３の移動を規制するスラスト軸受構造５と、を有し、スラスト軸受構造５は、回転軸３に保持され回転軸３とともに回転するスラストカラー５１と、スラストカラー５１の回転軸３の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）と、を有し、スラストカラー５１のスラスト軸受５２，５３と対峙する受圧面５１ａに、回転軸３を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面５１１と、テーパ面５１１に連なり回転軸３を垂線とする平面に平行なランド面５１２と、を回転軸３の周方向に交互に複数配置したものである。
【００２２】
図１に示した過給機１は、流体機械の一例である。過給機１は、タービン２の外殻を構成するタービンハウジング２ａと、回転軸３を枢支する軸受ハウジング３ａと、コンプレッサ４の外殻を構成するコンプレッサハウジング４ａと、を有している。なお、過給機１の構成は、例えば、従来の車両用過給機（いわゆるターボチャージャ）と同じ構成を有している。
【００２３】
タービン２は、遠心式タービンであり、複数の動翼２１を有する翼車２２の回転軸周りに渦巻き形状に形成されたスクロール部２３と、スクロール部２３に排気ガスを供給する排気ガス入口（図示せず）と、翼車２２に供給された排気ガスを回転軸３の延伸方向に排出する排気ガス出口２４と、を有している。
【００２４】
コンプレッサ４は、いわゆる遠心式圧縮機であり、羽根車４１の回転軸周りに渦巻き形状に形成されたスクロール部４２と、回転軸３の延伸方向から空気を供給する空気入口４３と、羽根車４１により圧縮された空気をスクロール部４２から外部に排出する空気出口（図示せず）と、を有している。また、羽根車４１の表面には、複数のコンプレッサインペラ４４が精密鋳造等により一体に形成されている。
【００２５】
回転軸３は、大径部分３１及び小径部分３２を有し、従来と同様に、仕上加工、硬化処理及び外径研削が施された後、大径部分３１の一端が翼車２２に接合され、動翼２１と一体化されている。また、大径部分３１と小径部分３２との間には、スラストカラー５１が配置され、スラストカラー５１の軸方向両側にはコンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３が配置され、スラストカラー５１が挟持されている。また、コンプレッサ側スラスト軸受５２の背面には油切り３３が配置され、回転軸３の小径部分３２の先端部には、羽根車４１が嵌合され、軸端ナット３４により固定される。
【００２６】
また、軸受ハウジング３ａは、回転軸３の径方向の荷重を受ける一対のラジアル軸受３ｂと、軸受ハウジング３ａとタービン２との間を遮熱する遮熱板３ｃと、軸受ハウジング３ａとコンプレッサ４との間を遮断するシールプレート３ｄと、回転軸３の軸方向の荷重（スラスト力）を受けるスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）と、ラジアル軸受３ｂ及びスラスト軸受５２，５３に潤滑油を供給する潤滑油供給配管３ｅと、を有する。
【００２７】
スラスト軸受構造５は、図１に示したように、回転軸３に保持され回転軸３とともに回転するスラストカラー５１と、スラストカラー５１の回転軸３の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）と、により構成される。潤滑油供給配管３ｅから供給された潤滑油は、コンプレッサ側スラスト軸受５２に形成された給油ポート５２ａを介してスラストカラー５１の受圧面５１ａに供給される。
【００２８】
図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、スラストカラー５１は、略円板形状をなしており、回転軸３に保持され回転軸３とともに回転するように構成されている。スラストカラー５１の軸方向の両面がスラスト軸受５２，５３と対峙する受圧面５１ａを構成している。すなわち、受圧面５１ａは、回転軸３を垂線とする平面を構成する。なお、図２（ａ）に示したスラストカラー５１は、コンプレッサ側の受圧面５１ａを図示しており、図２（ｂ）はコンプレッサ側の受圧面５１ａの正面図である。
【００２９】
図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、コンプレッサ側の受圧面５１ａのベース面５１３からテーパ面５１１が軸方向の肉厚が増す方向に傾斜して形成され、ベース面５１３と平行なランド面５１２が形成される。このベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２は、図示したように、この並び順に回転軸３の周方向に複数配置される（例えば、２〜８個程度）。
【００３０】
また、テーパ面５１１は、受圧面５１ａの周方向に沿って潤滑油が流れる方向に向かって、スラスト軸受５２，５３との距離が狭まるように傾斜している。すなわち、回転軸３の回転方向と反対方向に、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２が、この並び順に形成される。
【００３１】
かかる構成により、ベース面５１３に供給された潤滑油は、回転軸３の回転、すなわち、スラストカラー５１の回転に伴って、テーパ面５１１に沿ってランド面５１２とコンプレッサ側スラスト軸受５２との狭い隙間に入り込み、スラストカラー５１の受圧面５１ａとコンプレッサ側スラスト軸受５２の受圧面（図示せず）との間で油膜を形成することができる。したがって、スラスト軸受構造５の磨耗や焼付きを抑制することができる。
【００３２】
また、回転軸の回転方向に対して、徐々に隙間が狭くなるテーパ面５１１を形成したことにより、受圧面５１ａの周方向の圧力分布を安定させることができ、コンプレッサ側スラスト軸受５２とタービン側スラスト軸受５３との間でスラストカラー５１を安定して保持することができる。
【００３３】
また、図２（ｃ）に示したように、ベース面５１３から段差部５１４を介してテーパ面５１１を形成するようにしてもよい。かかる構成により、テーパ面５１１を有するスラストカラー５１の加工を容易に行うことができる。なお、段差部５１４を省略して、ベース面５１３から滑らかにテーパ面５１１を形成するようにしてもよい。
【００３４】
上述したように、テーパ面５１１及びランド面５１２をスラストカラー５１に形成することにより、この受圧面５１ａと対峙するスラスト軸受（ここでは、コンプレッサ側スラスト軸受５２）の受圧面には、テーパランド部を形成する必要がなく、回転軸３の回転方向が異なる場合であっても、スラストカラー５１を交換するだけで対応することができる。したがって、回転軸３の回転方向に対応したスラスト軸受（例えば、コンプレッサ側スラスト軸受５２）を製造する必要がなく、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【００３５】
なお、上述した第一実施形態では、コンプレッサ側の受圧面５１ａに、テーパ面５１１及びランド面５１２を形成した場合について説明したが、これは潤滑油の給油ポート５２ａがコンプレッサ側スラスト軸受５２に形成されていることが多いためである。勿論、過給機１又はスラスト軸受構造５の構成によっては、タービン側の受圧面５１ａに、テーパ面５１１及びランド面５１２を形成するようにしてもよい。
【００３６】
次に、本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造５について説明する。ここで、図３は、本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造において、回転軸が反時計回りする場合のスラストカラーの保持状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、を示している。図４は、図３に示したスラストカラーを反転させた状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図４（ａ）に示したスラストカラーの側面図、を示している。図５は、本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造のスラスト軸受を示す図であり、（ａ）はコンプレッサ側スラスト軸受の正面図、（ｂ）はタービン側スラスト軸受の正面図、を示している。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
【００３７】
図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、第二実施形態に係るスラスト軸受構造５におけるスラストカラー５１は、受圧面５１ａの両面にテーパ面５１１及びランド面５１２が形成されている。ここでは、両面に形成したテーパ面５１１、ランド面５１２及びベース面５１３が同じ位相となるように形成されている。したがって、コンプレッサ側の受圧面５１ａにおけるテーパ面５１１の反対側であるタービン側の受圧面５１ａにはテーパ面５１１が形成され、同様に、ランド面５１２の反対側にはランド面５１２が形成され、ベース面５１３の反対側にはベース面５１３が形成されている。なお、回転軸３及びスラストカラー５１は、図の矢印方向（反時計回り）に回転するものとする。
【００３８】
かかる構成により、テーパ面５１１及びランド面５１２を形成した受圧面５１ａと対峙するスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）の受圧面には、テーパランド部を形成する必要がない。
【００３９】
具体的には、図５（ａ）に示したように、コンプレッサ側スラスト軸受５２は、スラストカラー５１と対峙する受圧面５２ｂが略平面状に形成されている。すなわち、コンプレッサ側スラスト軸受５２は、従来技術のようなテーパランド部を有していない。したがって、回転軸３の回転方向が時計回りであっても反時計回りであっても同じ構成を採用することができ、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。なお、コンプレッサ側スラスト軸受５２には、図示したように、スラスト軸受構造５に潤滑油を供給する給油ポート５２ａ及び給油ライン５２ｃが形成されていてもよい。
【００４０】
また、図５（ｂ）に示したように、タービン側スラスト軸受５３は、スラストカラー５１と対峙する受圧面５３ａが略平面状に形成されている。すなわち、タービン側スラスト軸受５３は、従来技術のようなテーパランド部を有していない。したがって、回転軸３の回転方向が時計回りであっても反時計回りであっても同じ構成を採用することができ、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【００４１】
一方、上述した第二実施形態に係るスラスト軸受構造５では、回転軸３の回転方向に応じて、スラストカラー５１を反転させて回転軸３に保持させるようにしている。例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示したように、回転軸３及びスラストカラー５１は、図の矢印方向（時計回り）に回転するものとする。この回転方向は、図３（ａ）に示した回転方向と反対の回転方向である。
【００４２】
このように、回転軸３の回転方向が逆転している場合には、図４（ａ）に示したように、スラストカラー５１の表裏を反転させて回転軸３に保持させる。すなわち、スラストカラー５１は、図３（ｂ）におけるコンプレッサ側の受圧面５１ａが、図４（ｂ）におけるタービン側の受圧面５１ａを構成し、図３（ｂ）におけるタービン側の受圧面５１ａが、図４（ｂ）におけるコンプレッサ側の受圧面５１ａを構成するように、反転されて回転軸３に保持される。
【００４３】
その結果、図４（ｂ）に示したように、回転軸３の回転方向が時計回りの場合であっても、テーパ面５１１は、受圧面５１ａの周方向に沿って潤滑油が流れる方向に向かって、スラスト軸受５２，５３との距離が狭まるように傾斜することとなる。すなわち、回転軸３の回転方向と反対方向に、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２が形成されることとなる。
【００４４】
したがって、回転軸３の回転方向が時計回りの場合であっても、スラストカラー５１を反転させるだけで、図３に示した回転軸３の回転方向が反時計回りの場合と同様にスラスト軸受構造５としての効果を発揮する。
【００４５】
すなわち、上述した第二実施形態に係るスラスト軸受構造５によれば、スラストカラー５１の両面にテーパランド部（テーパ面５１１及びランド面５１２）を形成したことにより、回転軸３の回転方向が異なる場合であっても、スラストカラー５１を反転させて回転軸３に保持させるだけで、時計回り及び反時計回りの両方の回転に対応することができ、効果的に部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【００４６】
上述した第二実施形態に係るスラスト軸受構造５のスラストカラー５１において、コンプレッサ側の受圧面５１ａ及びタービン側の受圧面５１ａに形成された、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２の位相を一致させているが、コンプレッサ側の受圧面５１ａとタービン側の受圧面５１ａとにおいて、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２の位相を異なるように配置してもよい。
【００４７】
また、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２の割合（面積比）、配置個数（繰り返し数）、テーパ面５１１の傾斜角度等についても、コンプレッサ側の受圧面５１ａとタービン側の受圧面５１ａとで異なるように変更してもよい。
【００４８】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 過給機
２ タービン
３ 回転軸
４ コンプレッサ
５ スラスト軸受構造
５１ スラストカラー
５１ａ 受圧面
５２ コンプレッサ側スラスト軸受
５２ｂ 受圧面
５３ タービン側スラスト軸受
５３ａ 受圧面
５１１ テーパ面
５１２ ランド面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラスト軸受構造及び過給機に関し、特に、回転軸の回転方向が異なる場合であっても容易に対応することができるスラスト軸受構造及び該スラスト軸受構造を有する過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機（例えば、ターボチャージャ）は、エンジンの排気エネルギーでタービンを駆動し、その回転軸と同軸に連結されたコンプレッサを駆動させて空気を圧縮し、エンジンに高密度の圧縮空気を供給することにより、エンジンの出力を増大させる装置である。かかる過給機は、一般に、タービンの外殻を構成するタービンハウジングと、回転軸（又はシャフト）を枢支するセンターハウジング（又は軸受ハウジング）と、コンプレッサの外殻を構成するコンプレッサハウジングと、を有する。
【０００３】
また、過給機は、一般に、回転軸の軸方向に生じるスラスト力を保持し、回転軸の移動を規制するスラスト軸受構造を有している。かかるスラスト軸受構造は、回転軸に保持され回転軸とともに回転するスラストカラーと、スラストカラーの回転軸の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受と、を有している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１に記載されたスラスト軸受構造は、スラスト軸受にテーパランド型スラスト軸受を採用したものである。テーパランド型スラスト軸受は、回転軸に設けられたスラストディスク（スラストカラー）と対向する軸受面に、給油ポートに連続するテーパ部と、このテーパ部に連なるランド部とを有する軸受パッドが、周方向に複数個設けられたものである。
【０００５】
特許文献２に記載されたスラスト軸受構造は、テーパランド型スラスト軸受において、スラスト軸受と接触摺動するスラストカラーの負荷側摺動面が小径部に移るにつれて前記スラスト軸受との隙間が多くなるようにテーパ状に形成したものである。このスラストカラーは、負荷側摺動面が円板状中心に向って軸受との隙間が厚くなるようにテーパ加工が施されているので、回転作動時のスラストカラーの左右温度差による熱変形が生じても、負荷側スラストカラーと軸受との油膜厚さを一様に保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−７７８０３号公報
【特許文献２】実開平５−７５５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、テーパランド型スラスト軸受を採用した過給機において、その回転軸の回転方向は、自動車メーカー等の過給機を搭載する機器側のメーカーの要請により、時計回り又は反時計回りに設定される。したがって、同じ過給機であっても、搭載される機器の種類によって、時計回り用の過給機と反時計回り用の過給機とを用意しなければならず、スラスト軸受構造も回転軸の回転方向に応じて製造し、組み付ける必要があった。
【０００８】
したがって、従来のスラスト軸受構造では、部品点数が増加して製造コスト及び組付工数が増加してしまう、組付け時に誤組付けがないか確認する必要があることから組付工数が増加してしまう等の問題があった。
【０００９】
例えば、上述した特許文献１に記載されたスラスト軸受構造では、タービン側及びコンプレッサ側の両方のスラスト軸受にテーパランド部が形成されており、スラストカラーはタービン側の面とコンプレッサ側の面とが表裏対称の平面形状を有する円板状に形成されている。したがって、スラストカラーは表裏対称の平面形状であるため、回転軸の回転方向を考慮する必要はないが、タービン側及びコンプレッサ側の両方のスラスト軸受は、回転軸の回転方向に応じて、テーパ面の向きを調整して組み付けなければならない。
【００１０】
また、上述した特許文献２に記載されたスラスト軸受構造では、タービン側及びコンプレッサ側の両方のスラスト軸受にテーパランド部が形成されており、更に、スラストカラーの負荷側摺動面に径方向のテーパ面が形成されており、スラストカラーのタービン側の面とコンプレッサ側の面とが表裏非対称に形成されている。したがって、タービン側及びコンプレッサ側の両方のスラスト軸受だけでなく、スラストカラーの表裏も回転軸の回転方向に応じて調整して組み付けなければならない。
【００１１】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、回転軸の回転方向が異なる場合であっても、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができるスラスト軸受構造及び過給機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】
【００１２】
本発明によれば、回転軸に保持され該回転軸とともに回転するスラストカラーと、該スラストカラーの前記回転軸の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受と、を有し、前記スラスト軸受によって前記回転軸及び前記スラストカラーの移動を規制するスラスト軸受構造であって、前記スラストカラーの前記スラスト軸受と対峙する受圧面に、前記回転軸を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面と、該テーパ面に連なり前記平面に平行なランド面と、を前記回転軸の周方向に交互に複数配置した、ことを特徴とするスラスト軸受構造が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、排気ガスの供給により駆動されるタービンと、該タービンと同軸に連結された回転軸と、該回転軸と同軸に連結されることによって駆動され空気を吸入するコンプレッサと、前記回転軸の移動を規制するスラスト軸受構造と、を有する過給機であって、前記スラスト軸受構造は、前記回転軸に保持され前記回転軸とともに回転するスラストカラーと、該スラストカラーの前記回転軸の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受と、を有し、前記スラストカラーの前記スラスト軸受と対峙する受圧面に、前記回転軸を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面と、該テーパ面に連なり前記平面に平行なランド面と、を前記回転軸の周方向に交互に複数配置した、ことを特徴とする過給機が提供される。
【００１４】
上述したスラスト軸受構造及び過給機において、前記テーパ面は、例えば、前記受圧面の周方向に沿って潤滑油が流れる方向に向かって、前記スラスト軸受との距離が狭まるように傾斜している。
【００１５】
前記スラストカラーは、前記受圧面の両面に前記テーパ面及び前記ランド面が形成されていてもよい。また、前記回転軸の回転方向に応じて、前記スラストカラーを反転させて前記回転軸に保持させるようにしてもよい。
【００１６】
前記スラスト軸受は、前記スラストカラーと対峙する受圧面が平面状に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明に係るスラスト軸受構造及び過給機によれば、テーパランド部（テーパ部及びランド部）をスラストカラーに形成することにより、スラスト軸受にテーパランド部を形成する必要がなく、回転軸の回転方向が異なる場合であっても、スラストカラーの組付けを変更するだけで対応することができる。したがって、回転軸の回転方向に対応したスラスト軸受を製造する必要がなく、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【００１８】
特に、スラストカラーの両面にテーパランド部を形成することにより、回転軸の回転方向が異なる場合であっても、スラストカラーを反転させて回転軸に保持させるだけで、時計回り及び反時計回りの両方の回転に対応することができ、効果的に部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る過給機の断面図である。
【図２】図１に示したスラストカラーを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は図２（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図、を示している。
【図３】本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造において、回転軸が反時計回りする場合のスラストカラーの保持状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、を示している。
【図４】図３に示したスラストカラーを反転させた状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図４（ａ）に示したスラストカラーの側面図、を示している。
【図５】本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造のスラスト軸受を示す図であり、（ａ）はコンプレッサ側スラスト軸受の正面図、（ｂ）はタービン側スラスト軸受の正面図、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る過給機の断面図である。図２は、図１に示したスラストカラーを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は図２（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図、を示している。
【００２１】
本発明の第一実施形態に係る過給機１は、図１及び図２に示したように、排気ガスの供給により駆動されるタービン２と、タービン２と同軸に連結された回転軸３と、回転軸３と同軸に連結されることによって駆動され空気を吸入するコンプレッサ４と、回転軸３の移動を規制するスラスト軸受構造５と、を有し、スラスト軸受構造５は、回転軸３に保持され回転軸３とともに回転するスラストカラー５１と、スラストカラー５１の回転軸３の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）と、を有し、スラストカラー５１のスラスト軸受５２，５３と対峙する受圧面５１ａに、回転軸３を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面５１１と、テーパ面５１１に連なり回転軸３を垂線とする平面に平行なランド面５１２と、を回転軸３の周方向に交互に複数配置したものである。
【００２２】
図１に示した過給機１は、流体機械の一例である。過給機１は、タービン２の外殻を構成するタービンハウジング２ａと、回転軸３を枢支する軸受ハウジング３ａと、コンプレッサ４の外殻を構成するコンプレッサハウジング４ａと、を有している。なお、過給機１の構成は、例えば、従来の車両用過給機（いわゆるターボチャージャ）と同じ構成を有している。
【００２３】
タービン２は、遠心式タービンであり、複数の動翼２１を有する翼車２２の回転軸周りに渦巻き形状に形成されたスクロール部２３と、スクロール部２３に排気ガスを供給する排気ガス入口（図示せず）と、翼車２２に供給された排気ガスを回転軸３の延伸方向に排出する排気ガス出口２４と、を有している。
【００２４】
コンプレッサ４は、いわゆる遠心式圧縮機であり、羽根車４１の回転軸周りに渦巻き形状に形成されたスクロール部４２と、回転軸３の延伸方向から空気を供給する空気入口４３と、羽根車４１により圧縮された空気をスクロール部４２から外部に排出する空気出口（図示せず）と、を有している。また、羽根車４１の表面には、複数のコンプレッサインペラ４４が精密鋳造等により一体に形成されている。
【００２５】
回転軸３は、大径部分３１及び小径部分３２を有し、従来と同様に、仕上加工、硬化処理及び外径研削が施された後、大径部分３１の一端が翼車２２に接合され、動翼２１と一体化されている。また、大径部分３１と小径部分３２との間には、スラストカラー５１が配置され、スラストカラー５１の軸方向両側にはコンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３が配置され、スラストカラー５１が挟持されている。また、コンプレッサ側スラスト軸受５２の背面には油切り３３が配置され、回転軸３の小径部分３２の先端部には、羽根車４１が嵌合され、軸端ナット３４により固定される。
【００２６】
また、軸受ハウジング３ａは、回転軸３の径方向の荷重を受ける一対のラジアル軸受３ｂと、軸受ハウジング３ａとタービン２との間を遮熱する遮熱板３ｃと、軸受ハウジング３ａとコンプレッサ４との間を遮断するシールプレート３ｄと、回転軸３の軸方向の荷重（スラスト力）を受けるスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）と、ラジアル軸受３ｂ及びスラスト軸受５２，５３に潤滑油を供給する潤滑油供給配管３ｅと、を有する。
【００２７】
スラスト軸受構造５は、図１に示したように、回転軸３に保持され回転軸３とともに回転するスラストカラー５１と、スラストカラー５１の回転軸３の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）と、により構成される。潤滑油供給配管３ｅから供給された潤滑油は、コンプレッサ側スラスト軸受５２に形成された給油ポート５２ａを介してスラストカラー５１の受圧面５１ａに供給される。
【００２８】
図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、スラストカラー５１は、略円板形状をなしており、回転軸３に保持され回転軸３とともに回転するように構成されている。スラストカラー５１の軸方向の両面がスラスト軸受５２，５３と対峙する受圧面５１ａを構成している。すなわち、受圧面５１ａは、回転軸３を垂線とする平面を構成する。なお、図２（ａ）に示したスラストカラー５１は、コンプレッサ側の受圧面５１ａを図示しており、図２（ｂ）はコンプレッサ側の受圧面５１ａの正面図である。
【００２９】
図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、コンプレッサ側の受圧面５１ａのベース面５１３からテーパ面５１１が軸方向の肉厚が増す方向に傾斜して形成され、ベース面５１３と平行なランド面５１２が形成される。このベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２は、図示したように、この並び順に回転軸３の周方向に複数配置される（例えば、２〜８個程度）。
【００３０】
また、テーパ面５１１は、受圧面５１ａの周方向に沿って潤滑油が流れる方向に向かって、スラスト軸受５２，５３との距離が狭まるように傾斜している。すなわち、回転軸３の回転方向と反対方向に、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２が、この並び順に形成される。
【００３１】
かかる構成により、ベース面５１３に供給された潤滑油は、回転軸３の回転、すなわち、スラストカラー５１の回転に伴って、テーパ面５１１に沿ってランド面５１２とコンプレッサ側スラスト軸受５２との狭い隙間に入り込み、スラストカラー５１の受圧面５１ａとコンプレッサ側スラスト軸受５２の受圧面（図示せず）との間で油膜を形成することができる。したがって、スラスト軸受構造５の磨耗や焼付きを抑制することができる。
【００３２】
また、回転軸の回転方向に対して、徐々に隙間が狭くなるテーパ面５１１を形成したことにより、受圧面５１ａの周方向の圧力分布を安定させることができ、コンプレッサ側スラスト軸受５２とタービン側スラスト軸受５３との間でスラストカラー５１を安定して保持することができる。
【００３３】
また、図２（ｃ）に示したように、ベース面５１３から段差部５１４を介してテーパ面５１１を形成するようにしてもよい。かかる構成により、テーパ面５１１を有するスラストカラー５１の加工を容易に行うことができる。なお、段差部５１４を省略して、ベース面５１３から滑らかにテーパ面５１１を形成するようにしてもよい。
【００３４】
上述したように、テーパ面５１１及びランド面５１２をスラストカラー５１に形成することにより、この受圧面５１ａと対峙するスラスト軸受（ここでは、コンプレッサ側スラスト軸受５２）の受圧面には、テーパランド部を形成する必要がなく、回転軸３の回転方向が異なる場合であっても、スラストカラー５１を交換するだけで対応することができる。したがって、回転軸３の回転方向に対応したスラスト軸受（例えば、コンプレッサ側スラスト軸受５２）を製造する必要がなく、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【００３５】
なお、上述した第一実施形態では、コンプレッサ側の受圧面５１ａに、テーパ面５１１及びランド面５１２を形成した場合について説明したが、これは潤滑油の給油ポート５２ａがコンプレッサ側スラスト軸受５２に形成されていることが多いためである。勿論、過給機１又はスラスト軸受構造５の構成によっては、タービン側の受圧面５１ａに、テーパ面５１１及びランド面５１２を形成するようにしてもよい。
【００３６】
次に、本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造５について説明する。ここで、図３は、本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造において、回転軸が反時計回りする場合のスラストカラーの保持状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、を示している。図４は、図３に示したスラストカラーを反転させた状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図４（ａ）に示したスラストカラーの側面図、を示している。図５は、本発明の第二実施形態に係るスラスト軸受構造のスラスト軸受を示す図であり、（ａ）はコンプレッサ側スラスト軸受の正面図、（ｂ）はタービン側スラスト軸受の正面図、を示している。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
【００３７】
図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、第二実施形態に係るスラスト軸受構造５におけるスラストカラー５１は、受圧面５１ａの両面にテーパ面５１１及びランド面５１２が形成されている。ここでは、両面に形成したテーパ面５１１、ランド面５１２及びベース面５１３が同じ位相となるように形成されている。したがって、コンプレッサ側の受圧面５１ａにおけるテーパ面５１１の反対側であるタービン側の受圧面５１ａにはテーパ面５１１が形成され、同様に、ランド面５１２の反対側にはランド面５１２が形成され、ベース面５１３の反対側にはベース面５１３が形成されている。なお、回転軸３及びスラストカラー５１は、図の矢印方向（反時計回り）に回転するものとする。
【００３８】
かかる構成により、テーパ面５１１及びランド面５１２を形成した受圧面５１ａと対峙するスラスト軸受（コンプレッサ側スラスト軸受５２及びタービン側スラスト軸受５３）の受圧面には、テーパランド部を形成する必要がない。
【００３９】
具体的には、図５（ａ）に示したように、コンプレッサ側スラスト軸受５２は、スラストカラー５１と対峙する受圧面５２ｂが略平面状に形成されている。すなわち、コンプレッサ側スラスト軸受５２は、従来技術のようなテーパランド部を有していない。したがって、回転軸３の回転方向が時計回りであっても反時計回りであっても同じ構成を採用することができ、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。なお、コンプレッサ側スラスト軸受５２には、図示したように、スラスト軸受構造５に潤滑油を供給する給油ポート５２ａ及び給油ライン５２ｃが形成されていてもよい。
【００４０】
また、図５（ｂ）に示したように、タービン側スラスト軸受５３は、スラストカラー５１と対峙する受圧面５３ａが略平面状に形成されている。すなわち、タービン側スラスト軸受５３は、従来技術のようなテーパランド部を有していない。したがって、回転軸３の回転方向が時計回りであっても反時計回りであっても同じ構成を採用することができ、部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【００４１】
一方、上述した第二実施形態に係るスラスト軸受構造５では、回転軸３の回転方向に応じて、スラストカラー５１を反転させて回転軸３に保持させるようにしている。例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示したように、回転軸３及びスラストカラー５１は、図の矢印方向（時計回り）に回転するものとする。この回転方向は、図３（ａ）に示した回転方向と反対の回転方向である。
【００４２】
このように、回転軸３の回転方向が逆転している場合には、図４（ａ）に示したように、スラストカラー５１の表裏を反転させて回転軸３に保持させる。すなわち、スラストカラー５１は、図３（ｂ）におけるコンプレッサ側の受圧面５１ａが、図４（ｂ）におけるタービン側の受圧面５１ａを構成し、図３（ｂ）におけるタービン側の受圧面５１ａが、図４（ｂ）におけるコンプレッサ側の受圧面５１ａを構成するように、反転されて回転軸３に保持される。
【００４３】
その結果、図４（ｂ）に示したように、回転軸３の回転方向が時計回りの場合であっても、テーパ面５１１は、受圧面５１ａの周方向に沿って潤滑油が流れる方向に向かって、スラスト軸受５２，５３との距離が狭まるように傾斜することとなる。すなわち、回転軸３の回転方向と反対方向に、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２が形成されることとなる。
【００４４】
したがって、回転軸３の回転方向が時計回りの場合であっても、スラストカラー５１を反転させるだけで、図３に示した回転軸３の回転方向が反時計回りの場合と同様にスラスト軸受構造５としての効果を発揮する。
【００４５】
すなわち、上述した第二実施形態に係るスラスト軸受構造５によれば、スラストカラー５１の両面にテーパランド部（テーパ面５１１及びランド面５１２）を形成したことにより、回転軸３の回転方向が異なる場合であっても、スラストカラー５１を反転させて回転軸３に保持させるだけで、時計回り及び反時計回りの両方の回転に対応することができ、効果的に部品点数及び組付工数の増加を抑制することができる。
【００４６】
上述した第二実施形態に係るスラスト軸受構造５のスラストカラー５１において、コンプレッサ側の受圧面５１ａ及びタービン側の受圧面５１ａに形成された、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２の位相を一致させているが、コンプレッサ側の受圧面５１ａとタービン側の受圧面５１ａとにおいて、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２の位相を異なるように配置してもよい。
【００４７】
また、ベース面５１３、テーパ面５１１及びランド面５１２の割合（面積比）、配置個数（繰り返し数）、テーパ面５１１の傾斜角度等についても、コンプレッサ側の受圧面５１ａとタービン側の受圧面５１ａとで異なるように変更してもよい。
【００４８】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 過給機
２ タービン
３ 回転軸
４ コンプレッサ
５ スラスト軸受構造
５１ スラストカラー
５１ａ 受圧面
５２ コンプレッサ側スラスト軸受
５２ｂ 受圧面
５３ タービン側スラスト軸受
５３ａ 受圧面
５１１ テーパ面
５１２ ランド面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に保持され該回転軸とともに回転するスラストカラーと、該スラストカラーの前記回転軸の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受と、を有し、前記スラスト軸受によって前記回転軸及び前記スラストカラーの移動を規制するスラスト軸受構造であって、
前記スラストカラーの前記スラスト軸受と対峙する受圧面に、前記回転軸を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面と、該テーパ面に連なり前記平面に平行なランド面と、を前記回転軸の周方向に交互に複数配置した、ことを特徴とするスラスト軸受構造。
【請求項２】
前記テーパ面は、前記受圧面の周方向に沿って潤滑油が流れる方向に向かって、前記スラスト軸受との距離が狭まるように傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受構造。
【請求項３】
前記スラストカラーは、前記受圧面の両面に前記テーパ面及び前記ランド面が形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のスラスト軸受構造。
【請求項４】
前記回転軸の回転方向に応じて、前記スラストカラーを反転させて前記回転軸に保持させるようにした、ことを特徴とする請求項３に記載のスラスト軸受構造。
【請求項５】
前記スラスト軸受は、前記スラストカラーと対峙する受圧面が平面状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受構造。
【請求項６】
排気ガスの供給により駆動されるタービンと、該タービンと同軸に連結された回転軸と、該回転軸と同軸に連結されることによって駆動され空気を吸入するコンプレッサと、前記回転軸の移動を規制するスラスト軸受構造と、を有する過給機であって、
前記スラスト軸受構造は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のスラスト軸受構造である、ことを特徴とする過給機。
【請求項１】
回転軸に保持され該回転軸とともに回転するスラストカラーと、該スラストカラーの前記回転軸の軸方向における両側に配置される一対のスラスト軸受と、を有し、前記スラスト軸受によって前記回転軸及び前記スラストカラーの移動を規制するスラスト軸受構造であって、
前記スラストカラーの前記スラスト軸受と対峙する受圧面に、前記回転軸を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面と、該テーパ面に連なり前記平面に平行なランド面と、を前記回転軸の周方向に交互に複数配置した、ことを特徴とするスラスト軸受構造。
【請求項２】
前記テーパ面は、前記受圧面の周方向に沿って潤滑油が流れる方向に向かって、前記スラスト軸受との距離が狭まるように傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受構造。
【請求項３】
前記スラストカラーは、前記受圧面の両面に前記テーパ面及び前記ランド面が形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のスラスト軸受構造。
【請求項４】
前記回転軸の回転方向に応じて、前記スラストカラーを反転させて前記回転軸に保持させるようにした、ことを特徴とする請求項３に記載のスラスト軸受構造。
【請求項５】
前記スラスト軸受は、前記スラストカラーと対峙する受圧面が平面状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受構造。
【請求項６】
排気ガスの供給により駆動されるタービンと、該タービンと同軸に連結された回転軸と、該回転軸と同軸に連結されることによって駆動され空気を吸入するコンプレッサと、前記回転軸の移動を規制するスラスト軸受構造と、を有する過給機であって、
前記スラスト軸受構造は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のスラスト軸受構造である、ことを特徴とする過給機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２４６６（Ｐ２０１３−２４６６Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１２２８（Ｐ２０１１−１３１２２８）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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