ターボチャージャの軸受装置
【課題】コンプレッサハウジング側に配設された第１浮動ブッシュ軸受と、タービンハウジング側に配設された第２浮動ブッシュ軸受とにおいて、タービンロータの高回転時の振動安定性を向上させると共に、部品点数を減少させて加工および組立ての容易化を図ることを目的とする。
【解決手段】ターボチャージャ１の軸受ハウジング１３と、該軸受ハウジング１３内を貫通するロータ軸１６と、軸受ハウジング１３とロータ軸１６との間に介装され、コンプレッサハウジング１２側に配設され第１浮動ブッシュを備えた第１浮動ブッシュ軸受１７と、該第１浮動ブッシュ軸受１７と同形状でタービンハウジング１１側に配設され第２浮動ブッシュ２０を備えた第２浮動ブッシュ軸受１８とを備え、該第１、第２浮動ブッシュの内側軸受幅Ｌｉを外側軸受幅Ｌｏより同一比率で小さく形成したことを特徴とする。
【解決手段】ターボチャージャ１の軸受ハウジング１３と、該軸受ハウジング１３内を貫通するロータ軸１６と、軸受ハウジング１３とロータ軸１６との間に介装され、コンプレッサハウジング１２側に配設され第１浮動ブッシュを備えた第１浮動ブッシュ軸受１７と、該第１浮動ブッシュ軸受１７と同形状でタービンハウジング１１側に配設され第２浮動ブッシュ２０を備えた第２浮動ブッシュ軸受１８とを備え、該第１、第２浮動ブッシュの内側軸受幅Ｌｉを外側軸受幅Ｌｏより同一比率で小さく形成したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャなどの高速回転軸を有する回転機械に好適である浮動ブッシュ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
浮動ブッシュ軸受は、回転軸と軸受ハウジングとの隙間に浮動ブッシュを回転可能に介装させ、軸受ハウジングから供給される加圧された潤滑油を軸受ハウジング内周面と浮動ブッシュの外周面との間に供給すると共に、浮動ブッシュに設けた半径方向の給油路によって、浮動ブッシュ内周面と回転軸との隙間に供給する。
そして、これらの隙間に形成された潤滑油膜の減衰効果によって回転軸の振動を抑制しながら安定した支持をして、且つ焼付きを防止するように構成されている。
【０００３】
図５に、ターボチャージャなどの高速回転機械の回転軸を回転可能に支持する浮動ブッシュ軸受の詳細図を示す。
図５において、ターボチャージャ０１００は、一対の羽根車０１０２ａ及び０１０２ｂとこれらを一体的に連結するロータ軸０１０４からなる。浮動ブッシュ軸受０１１０は、軸受ハウジング０１１２と、該軸受ハウジング０１１２とロータ軸０１０４との間に介装されて、ロータ軸０１０４を回転可能に支持する浮動ブッシュ０１１４とから構成されている。
【０００４】
軸受ハウジング０１１２及び浮動ブッシュ０１１４には、夫々油路０１１６及び０１１８が設けられている。そして、潤滑油は軸受ハウジング０１１２から油路０１１６及び０１１８を通って、軸受ハウジング０１１２の内周面と浮動ブッシュ０１１４の外周面の隙間、及び浮動ブッシュ０１１４の内周面とロータ軸０１０４との隙間に供給される。
浮動ブッシュ０１１４は回転可能に配設され、ロータ軸０１０４との摺動抵抗によりロータ軸０１０４より遅い速度で連れ回りする。
潤滑油がこれらの隙間に油膜を形成することで、該隙間の摺動面に発生する焼付き、損傷（磨耗）を防止している。
【０００５】
また、特開２００９−１５６３３３号公報（特許文献１）においては、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の内側軸受幅Ｌｃをタービン側浮動ブッシュ軸受の内側軸受幅Ｌｔよりも小さく（Ｌｃ＜Ｌｔ）することによって、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受が有する油膜によるバネ定数が、タービン側浮動ブッシュ軸受が有する油膜によるバネ定数より小さくなるため、軸受荷重の大きいタービン側浮動ブッシュ軸受に対するロータ軸の偏心率が大きくならず、タービン側浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受との間で釣合いが保たれ、高振動数域の自励振動における固有振動数が低くなり、騒音低減を図ったものである。
【０００６】
更に、特開２００７−４６６４２号公報（特許文献２）においては、フルフロートベアリングの内周面及び外周面の少なくとも一方に螺旋溝が設けられて、フルフロートベアリングが回転すると内周面及び外周面の少なくとも一方に設けられた螺旋溝により、内周面及び外周面が流体（潤滑油）から受ける圧力の分布が軸方向に沿って変化する。この変化によってフルフロートベアリングが安定状態となりにくく、自励振動を抑制するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１５６３３３号公報
【特許文献２】特開２００７−４６６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１においては、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の内側軸受幅Ｌｃをタービン側浮動ブッシュ軸受の内側軸受幅Ｌｔよりも小さく（Ｌｃ＜Ｌｔ）することにより、高振動数域の自励振動における固有振動数を低くして、騒音低減を図っているが、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受とタービン側浮動ブッシュ軸受との形状が異なるため、部品点数が多くなり、管理コストが高くなると共に、誤組立のリスクも高くなる不具合を有している。
更に、特許文献２においては、フルフロートベアリングの内周面及び外周面の少なくとも一方に螺旋溝が設けられている構造である。従って、溝、特に内周面に設ける溝の加工は、タービンロータのロータ軸が嵌入する部分の内径は小さいので加工が複雑で、加工工数が増加して、部品のコストが高くなる不具合がある。
【０００９】
そこで、本発明はこのような不具合に鑑みなされたもので、コンプレッサハウジング側に配設された第１浮動ブッシュ軸受と、タービンハウジング側に配設された第２浮動ブッシュ軸受とを略同形状とするとともに、夫々の浮動ブッシュ軸受の外側軸受幅Ｌｏより内側軸受幅Ｌｉを第１浮動ブッシュ及び、第２浮動ブッシュ共に同一比率で小さくして、タービンロータの高回転時の振動安定性を向上させると共に、部品点数を減少させて加工および組立ての容易化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はかかる目的を達成するもので、内燃機関の燃焼室への給気を加圧するターボチャージャのタービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に介装された軸受ハウジングと、該軸受ハウジング内を貫通するタービンロータのロータ軸と、前記軸受ハウジングと前記ロータ軸との間に介装されると共に、外周面と内周面を連通する給油路を設け、前記軸受ハウジングからの潤滑油を前記外周面と前記内周面に供給される前記コンプレッサハウジング側に配設され第１浮動ブッシュを備えた第１浮動ブッシュ軸受と、該第１浮動ブッシュ軸受と同形状で前記タービンハウジング側に配設され第２浮動ブッシュを備えた第２浮動ブッシュ軸受と、を備え、
前記第１、第２浮動ブッシュ共に内側軸受幅Ｌｉは外側軸受幅Ｌｏより同一比率で小さく形成されたことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明において、第１及び第２浮動ブッシュ夫々の内側軸受幅Ｌｉを外側軸受幅Ｌｏより小さくすることにより、ロータ軸の高速回転時における夫々の浮動ブッシュ軸受の連れ回り量を低くでき、高速回転時の振動安定性を向上させ騒音低減効果を得る。
また、第１及び第２浮動ブッシュ夫々の内側軸受幅と外側軸受幅との比を同形状にしたので、第１及び第２浮動ブッシュに生じる潤滑油の粘性抵抗が同じになり、ロータ軸の支軸が安定する。
また、第１及び第２浮動ブッシュ夫々は同形状のため、部品点数を減少させて加工および組立を容易化し、誤組立のリスクを低減するとともに、加工品質の安定およびコスト低減を図ることができる。
更に、外側の軸受幅を内側より大きくすることにより浮動ブッシュ軸受とハウジングとのダンピング効果を維持することができる。
【００１２】
また、本願発明において好ましくは、潤滑油路径φを含めた内周側の必要最小軸受幅をＬｘとし、前記外側軸受幅Ｌｏと内側軸受幅Ｌｉとの比率Ｌｉ／Ｌｏの関係が、次の範囲を満たすように設定されるとよい。
Ｌｘ／Ｌｏ ＜ Ｌｉ／Ｌｏ ＜０．５ （１）
【００１３】
このような構成にすることにより、ロータ軸の高速回転時における夫々の浮動ブッシュの連れ回り量をロータ軸の回転数に対し適正回転数に保ち、回転振動の安定性を向上させ騒音低減効果を得ることができる。
また、最小側の幅を連通孔φより小さくすると、円錐形状の傾斜面によって給油路の先端部が削られ、潤滑油が連通孔φからロータ軸の軸線方向へ直接流れるため、浮動ブッシュ軸受とロータ軸との潤滑油によるダンピング効果が半減する。
【００１４】
また、本願発明において好ましくは、前記浮動ブッシュの外周面には低摩擦処理を設けるとよい。
【００１５】
また、本願発明において好ましくは、前記低摩擦処理として、浮動ブッシュの軸受外周面に、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）又は、二硫化モリブデン入りの固体潤滑材をコーティングするとよい。
【００１６】
また、本願発明において好ましくは、前記低摩擦処理として浮動ブッシュの軸受外周面に、表面テクスチャ（ディンプルまたは微小な凹部）を形成するとよい。
【００１７】
このような構成によると、浮動ブッシュ軸受の外周面に低摩擦処理を設けたことにより、浮動ブッシュの軸受外周面と軸受ハウジングとの摩擦抵抗を小さくして、ロータ軸の低回転域における浮動ブッシュの早期回転開始を行わせるようにして、ロータ軸の回転抵抗を減少させることができる。
【００１８】
また、本願発明において好ましくは、前記低摩擦処理は浮動ブッシュ外周面に、前記給油孔に連通した溝を円周状に配設するとよい。
【００１９】
潤滑油路から送油された潤滑油は端部溝を介して浮動ブッシュの下側に流れ、浮動ブッシュと軸受ハウジングとの間を潤滑油で満たすことにより、浮動ブッシュの回転起動時の摩擦抵抗を軽減するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１及び第２浮動ブッシュは夫々の外側軸受幅より内側軸受幅を小さくすることにより、ロータ軸の高速回転時における夫々の浮動ブッシュの連れ回り量をロータ軸の回転数に対し適正回転数に保ち、回転振動の安定性を向上させ騒音低減効果を得る。
また、ロータ軸は外側の軸受幅を内側より大きくすることにより浮動ブッシュ軸受とハウジングとのダンピング効果を維持することができる。
また、第１及び第２浮動ブッシュ夫々は同形状のため、部品点数を減少させて加工および組立を容易化し、誤組立のリスクを低減するとともに、加工品質の安定およびコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態にかかるターボチャージャの軸受装置の拡大断面図を示す。
【図２】実施形態にかかるタービンロータ軸及び浮動ブッシュの拡大断面図を示す。
【図３】実施形態にかかるブッシュの内外幅比に対する振動安定性を表わす減衰比の特性図を示す。
【図４Ａ】は浮動ブッシュ外周部に設けた低摩擦処理の第１実施形態図を示す。
【図４Ｂ】は浮動ブッシュ外周部に設けた低摩擦処理の第２実施形態図を示す。
【図４Ｃ】（Ｃ１）は浮動ブッシュ外周部に設けた低摩擦処理の第３実施形態を示し、（Ｃ２）は（Ｃ１）の径方向の縦断面図を示す。
【図４Ｄ】（Ｄ１）は浮動ブッシュ外周部に設けた低摩擦処理の第４実施形態を示し、（Ｄ２）は（Ｄ１）の径方向の縦断面図を示す。
【図５】は従来技術の説明図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に、本発明を実施したターボチャージャの高速回転を回転可能に支持する浮動ブッシュ軸受の詳細図を示す。
図１において、ターボチャージャ１は、内燃機関（以後「エンジン」と称す）の排ガスによって駆動される排気タービン１４と、該排気タービン１４を覆うタービンハウジング１１と、排気タービン１４の駆動力によってエンジンへの給気を加圧するコンプレッサインペラ１５と、該コンプレッサインペラ１５を覆うコンプレッサハウジング１２と、排気タービン１４とコンプレッサインペラ１５とを一体的に連結するロータ軸１６と、タービンハウジング１１とコンプレッサハウジング１２と、の間に介装され該ロータ軸１６を軸支する軸受ハウジング１３と、ロータ軸１６のスラスト荷重を受けるスラストベアリング１６ｂと、コンプレッサインペラ１５側からの締結部材（図示省略）による締付に対し該コンプレッサインペラ１５の位置決めをするスリーブ１６ｃとで構成されている。
【００２３】
軸受ハウジング１３には、該ロータ軸１６のコンプレッサインペラ１５側を支軸する第１浮動ブッシュ軸受１７と、排気タービン１４側を支軸する第２浮動ブッシュ軸受１８と、が配設されている。
第１浮動ブッシュ軸受１７は、軸受ハウジング１３に形成された軸受部１３ｄと、該軸受部１３ｄに内嵌し、内部にロータ軸１６が配設される第１浮動ブッシュ１９とで構成されている。
第１浮動ブッシュ１９は環状に形成され、外周面から内周面に貫通した給油路１９ａが配設されている。
また、第２浮動ブッシュ軸受１８は、軸受ハウジング１３に形成された軸受部１３ｄと、該軸受部１３ｄに内嵌し、内部にロータ軸１６が配設される第２浮動ブッシュ２０とで構成されている。
第２浮動ブッシュ２０は環状に形成され、外周面から内周面に貫通した給油路２０ａが配設されている。
【００２４】
浮動ブッシュ軸受１７及び、１８には軸受ハウジング１３の連結口１３ａに連結された配管（図示省略）によって潤滑油が送油されている。
コンプレッサ側潤滑油路１３ｃは第１浮動ブッシュ軸受１７側に連結口１３ａから直線状に傾斜させた油路になっている。第１浮動ブッシュ軸受１７側に送油された潤滑油は、第１浮動ブッシュ軸受１７と、該第１浮動ブッシュ軸受１７とスラストベアリング１６ｂとの間にも送油されて、当該部の潤滑と冷却を行っている。
一方、タービン側潤滑油路１３ｂは第２浮動ブッシュ軸受１８側に連結口１３ａから直線状に傾斜させた油路になっており、第２浮動ブッシュ軸受１８側に送油された潤滑油は、第２浮動ブッシュ軸受１８と、ロータ軸１６の排気タービン１４側の拡径部１６ｄに送油されて当該部の潤滑と冷却を行っている。
【００２５】
そして、第１浮動ブッシュ軸受１７に送油された潤滑油は、軸受部１３ｄと第１浮動ブッシュ１９の隙間を満たし、第１浮動ブッシュ１９の外周側から内周側に貫通した給油路１９ａを通り、第１浮動ブッシュ１９とロータ軸１６の支軸部１６ａとの間に供給される。
また、第２浮動ブッシュ軸受１８に送油された潤滑油は、軸受部１３ｄと第２浮動ブッシュ２０の隙間を満たし、第２浮動ブッシュ２０の外周側から内周側に貫通した給油路２０ａを通り、第２浮動ブッシュ２０とロータ軸１６の支軸部１６ａとの間に供給される。
そして、浮動ブッシュ１９及び、２０とロータ軸１６夫々を軸受ハウジング１３に対し潤滑油の油膜にて浮動支持させた構成になっている。
尚、説明上混乱を避けるため、第１浮動ブッシュ軸受１７（含む第１浮動ブッシュ１９）と第２浮動ブッシュ軸受１８（含む第２浮動ブッシュ２０）は同形状になっているにも係わらず区別して説明した。
従って、以後は説明の重複を避けるため、「第１浮動ブッシュ軸受１７」及び、「第１浮動ブッシュ１９」を代表させて「浮動ブッシュ軸受１７」、「浮動ブッシュ１９」として説明する。
【００２６】
図２に本発明の浮動ブッシュ軸受１７を示し、図２に基づいて説明する。
浮動ブッシュ軸受１７を構成する浮動ブッシュ１９は軸受ハウジング１３の軸受部１３ｄと浮動ブッシュ１９の外周面１９ｂとの間に油膜を形成するための隙間αを有するように配置されている。
浮動ブッシュ１９の内周面１９ｃとロータ軸１６の支軸部１６ａとの間に油膜を形成するための隙間βを有して遊嵌している。
これらの隙間α、βには、軸受ハウジング１３内のコンプレッサ側潤滑油路１３ｃ（タービン側潤滑油路１３ｂも同様）を通って潤滑油が圧送されてくる。
潤滑油は隙間αを満たしながら、浮動ブッシュ１９の給油路１９ａを通って、浮動ブッシュ１９の内周面１９ｃと支軸部１６ａとの隙間βを満たし、ロータ軸１６は潤滑油の油膜によって浮いた状態に支持される。
【００２７】
浮動ブッシュ１９は、該浮動ブッシュ１９の内周面の内周軸受幅Ｌｉを外周面の外周面の外周軸受幅Ｌｏより小さくしてある。浮動ブッシュ１９の内周面１９ｃの内周軸受幅Ｌｉは、該浮動ブッシュ１９の両端部を外側から内方に向け円錐状に切削してある。本実施形態の場合は、両端部の切削量を同じにして、給油路１９ａを中心にして両端対称になっている。
対称にすることにより浮動ブッシュ１９の内周面の給油路１９ａを中心とした軸受幅部と、支軸部１６ａとの間隔の均一性が保たれ、支軸の安定性が向上する。
本実施形態の場合、給油路１９ａの径φ（潤滑油路径φ）を含めた内周側の必要最小軸受幅をＬｘとした。
そして、必要最小軸受幅Ｌｘとは、内周面１９ｃで支軸部１６ａを支軸するのに必要な油膜を形成するための最小の軸受幅である。
Ｌｘ（必要最小軸受幅）＝必要最小接触幅＋給油路１９ａの径φ は、排気タービン１４、コンプレッサインペラ１５及び、ロータ軸１６の重量、回転バランス等が影響するので、ターボチャージャ１の仕様に沿って決定すればよい。
【００２８】
図３は、浮動ブッシュ１９の内外幅比Ｌｉ／Ｌｏに対するロータ軸１６の支軸安定性を表わす減衰比％を実験結果により算出したものである。
横軸に内外幅比Ｌｉ／Ｌｏ、縦軸に油膜による減衰特性を表わすパラメータとして減衰比％を表わしてある。減衰比が高い方がロータ軸１６の支持安定性が良いことを示している。
そして、浮動ブッシュ１９は高速で連れ回りすると、ロータ軸１６の支持が不安定になる傾向がわかっており、高速で連れ回りするのを防止するため、浮動ブッシュ１９の内側軸受幅Ｌｉを外側軸受幅Ｌｏより小さくしていた。（図３のテストケース1）
しかし、ターボチャージャ１の耐久性、過給圧向上及び振動騒音低減等の性能向上のため、最適な内外幅比Ｌｉ／Ｌｏの範囲が今回の実験結果から判明した。
【００２９】
即ち、図３に示すように、浮動ブッシュ１９の内外幅比Ｌｉ／Ｌｏを
Ｌｘ／Ｌｏ ＜ Ｌｉ／Ｌｏ ＜０．５
但し、Ｌｘは、前述のようにＬｘ（必要最小軸受幅）＝必要最小接触幅＋給油路１９ａの径φとする。
この範囲の上限であるＬｉ／Ｌｏ＞０．５になると、ロータ軸１６が高速回転したときに、浮動ブッシュ１９の連れ回りが大きく（回転数）なり、浮動ブッシュ１９の外周面１９ｂが主に軸受摺動面となり、ロータ軸１６の支持が不安定になる傾向が現れ、騒音、ロータ軸１６の回転抵抗が大きくなる。
Li／Loが０．５の時、減衰比も従来の２％→３．５％に上昇しており、大きく改善される。
一方、下限側について、内周面１９ｃの軸受幅Ｌｉは給油路１９ａの孔径φと油膜を形成するのに必要な最小軸受幅をＬｘとした。
【００３０】
そして、本実施形態においては、浮動ブッシュ１９をＬｘ／Ｌｏ＜Ｌｉ／Ｌｏ＜０．５に形成したので、ロータ軸１６の高速回転域における浮動ブッシュ１９の連れ回り量が適正化するようになる。
従って、ロータ軸１６の高速回転時において、浮動ブッシュ１９に与える連れ回り力を適正化し、連れ回り量（回転量）を小さく（適正化）することでロータ軸１６による主な回転軸受摺動面が浮動ブッシュ１９の内周面１９ｃとロータ軸１６との間の油膜になり、ロータ軸１６の回転摺動抵抗、振動が少なくなると共に、ロータ軸１６の回転振動の安定性を向上させることができる。
また、第１浮動ブッシュ軸受１７と第２浮動ブッシュ軸受１８を同一形状としたので、第１及び第２浮動ブッシュに生じる潤滑油の粘性抵抗が同じになり、ロータ軸１６の支軸が安定すると共に、誤組立のリスクが低減することにより、品質が安定しコスト低減が可能となる。
更に、ターボチャージャ１の耐久性、過給圧向上及び振動騒音低減等の性能向上効果を有している。
【００３１】
高速回転時のロータ軸１６の支軸を安定させるに浮動ブッシュ１９の外周軸受幅Ｌｏと、内周軸幅Ｌｉとの比をＬｘ／Ｌｏ ＜ Ｌｉ／Ｌｏ ＜０．５ としたが、ターボチャージャの全回転域における性能向上を図るためには、低速回転時の過給圧向上を図る必要がある。ターボチャージャの低速回転時には、浮動ブッシュ１９の連れ回り起動を早い時期に行わせることが有効であるため、ロータ軸１６の回転抵抗を減少させて、ターボチャージャ１の立ち上り性能向上の必要がある。
【００３２】
図４Ａは低摩擦処理を施した第１実施形態を示し、ロータ軸１６の低回転域における浮動ブッシュ１９の連れ回り起動を早期に行わせるため、浮動ブッシュ１９の外周部に低摩擦処理を設けた拡大断面図を示す。
浮動ブッシュ１９の外周面には低摩擦処理であるＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コーティング１９ｄが施されている。
尚、使用されるＤＬＣとしては、金属含有ＤＬＣ（ＷＣ；炭化タングステンや、Ｓｉ；珪素）、又は、水素含有ＤＬＣなどを使用すると良い。
ＤＬＣの形成方法は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）が多く用いられるが、特に限定するものではない。
また、ＤＬＣ皮膜は硬く脆いため、基材（浮動ブッシュ）との密着性をよくするために、基材（浮動ブッシュ）とＤＬＣ皮膜の間に下地材としてＣｒ（クロム）、ＣｒＮ（窒化クロム）、チタン（Ti）、窒化チタン（TiN）、炭化タングステン（ＷＣ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ni）、銅（Cu）、鉄（Fe）、窒化鉄（FeN）、珪素（Ｓｉ）及び、炭化シリコン（SiC）などを単層もしくは複数層組合せて用いるとよい。また基材自体を窒化して下地材として用いても良い。
【００３３】
浮動ブッシュ１９の外周面を低摩擦処理19ｄ（例えばＤＬＣコーティング）とすることにより、軸受部１３ｄとの間に介在する油膜と外周面との摺動抵抗を小さくするものである。
従って、ロータ軸１６の回転数が比較的低い時期（早期）から浮動ブッシュ１９の連れ回り生起させて、ターボチャージャ１が低速回転域においても浮動ブッシュ１９とロータ軸１６との回転抵抗を小さくして、ターボチャージャ１の過給圧力の向上効果を得ることができる。
【００３４】
図４Ｂは低摩擦処理の第２実施形態を示し、浮動ブッシュ２７の外周面に低摩擦処理としてディンプル２７ａを設けたもので、ディンプル２７ａの凹部に潤滑油を保持させて、軸受部１３ｄとの間に介在する油膜と外周面との摺動抵抗を小さくするものである。
ディンプル２７ａの形成方法は、例えば微粒子ショットにより形成することができるが、これに限定するものではない。
図４（Ｂ）では半球状のディンプルとしたが、三角錐等、ディンプル部分に潤滑油が保持されて、摩擦係数が低減できる形状であれば、特に規定するものではない。
【００３５】
図４Ｃ（Ｃ１）は浮動ブッシュ３０の低摩擦処理の第３実施形態を示し、図４Ｃ（Ｃ２）は（Ｃ１）の径方向の縦断面を示す。浮動ブッシュ３０には、該浮動ブッシュ３０の外周面３０ａの軸受幅略中央で、外周面３０ａから内周面３０ｂへ貫通した給油孔３０ｃに連通した中央溝３０ｄが全周にわたり配設されている。
そして、図４Ｃ（Ｃ２）に示すとおり、潤滑油路１３ｃから送油された潤滑油は中央溝３０ｄを介して、浮動ブッシュ３０の下側に流れ、浮動ブッシュ３０と軸受部１３ｄとの間を潤滑油で満たすことにより、浮動ブッシュ３０の回転起動時の摩擦抵抗を軽減するものである。
【００３６】
図４Ｄ（Ｄ１）は低摩擦処理の第４実施形態を示し、図４Ｄ（Ｄ２）は（Ｄ１）の径方向の縦断面を示す。浮動ブッシュ３５には、該浮動ブッシュ３５の外周面３５ａの軸受幅略中央で、外周面３５ａから内周面３５ｂへ貫通した給油孔３５ｃが配設されている。
外周面３５ａの給油孔３５ｃを軸受幅方向に挟んで、全周にわたり端部溝３５ｄ、３５ｄが２本形成されている。該２本の端部溝３５ｄ、３５ｄには、該端部溝３５ｄ、３５ｄと給油孔３５ｃとを連通する横断溝３５ｅが給油孔３５ｃ毎に配設されている。
そして、図４Ｄ（Ｄ２）に示すとおり、潤滑油路１３ｃから送油された潤滑油は端部溝３５ｄ、３５ｄを介して浮動ブッシュ３５の下側に流れ（矢印）、浮動ブッシュ３５と軸受部１３ｄとの間を潤滑油で満たすことにより、浮動ブッシュ３０の回転起動時の摩擦抵抗を軽減するものである。
【００３７】
本願発明によると、浮動ブッシュ１９（２０）夫々の内側軸受幅を外側軸受幅より小さくすることにより、高速回転時における浮動ブッシュの連れ回り量を低くでき、回転振動の安定性を向上させ騒音低減効果を得る。
更に、浮動ブッシュ１９（２０）の外周部に低摩擦処理を施すことにより、ロータ軸１６の低速回転時における摺動抵抗を改善できる。
また、浮動ブッシュ１９（２０）は内側軸受幅Ｌｉと外側軸受幅Ｌｏとの比を同形状にしたので潤滑油の粘性抵抗が同じになり、ロータ軸１６の支軸が安定すると共に、浮動ブッシュ１９（２５）の誤組立が無くなり品質が安定し、コスト低減が可能となる。
更に、外側軸受幅Loと内側軸受幅Liとの比率Ｌｉ／ＬｏをＬｘ／Ｌｏ＜Ｌｉ／Ｌｏ＜０．５とすることにより、浮動ブッシュ１９（２０）のロータ軸１６の回転数に対する連れ回り回転数が適正化されるので、ロータ軸の高速回転時における夫々の浮動ブッシュの連れ回り量を低くでき、回転振動の安定性を向上させ騒音低減効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
高速回転する回転軸の軸受として好適であり、簡素かつ低コストで浮動ブッシュ内周面への潤滑油供給を良好に保持でき、回転軸の安定支持による騒音、回転抵抗の減少をはかるターボチャージャ等の回転機械に適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１ ターボチャージャ
１１ タービンハウジング
１２ コンプレッサハウジング
１３ 軸受ハウジング
１３ａ 連結口
１３ｂ、１３ｃ 潤滑油路
１３ｄ 軸受部
１４ 排気タービン
１５ コンプレッサインペラ
１６ ロータ軸
１６ａ 支軸部
１７ 第１浮動ブッシュ軸受（浮動ブッシュ軸受）
１８ 第２浮動ブッシュ軸受
１９、２７、３０，３５ 第１浮動ブッシュ（浮動ブッシュ）
１９ａ 潤滑油路
１９ｂ、２７ｂ、３０ｃ、３５ｃ 外周面
１９ｃ 内周面
１９ｄ ＤＬＣコーティング（低摩擦処理）
２０ 第２浮動ブッシュ
３０ｄ 中央溝（低摩擦処理）
Ｌｏ 外周軸受幅
Ｌｉ 内周軸受幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャなどの高速回転軸を有する回転機械に好適である浮動ブッシュ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
浮動ブッシュ軸受は、回転軸と軸受ハウジングとの隙間に浮動ブッシュを回転可能に介装させ、軸受ハウジングから供給される加圧された潤滑油を軸受ハウジング内周面と浮動ブッシュの外周面との間に供給すると共に、浮動ブッシュに設けた半径方向の給油路によって、浮動ブッシュ内周面と回転軸との隙間に供給する。
そして、これらの隙間に形成された潤滑油膜の減衰効果によって回転軸の振動を抑制しながら安定した支持をして、且つ焼付きを防止するように構成されている。
【０００３】
図５に、ターボチャージャなどの高速回転機械の回転軸を回転可能に支持する浮動ブッシュ軸受の詳細図を示す。
図５において、ターボチャージャ０１００は、一対の羽根車０１０２ａ及び０１０２ｂとこれらを一体的に連結するロータ軸０１０４からなる。浮動ブッシュ軸受０１１０は、軸受ハウジング０１１２と、該軸受ハウジング０１１２とロータ軸０１０４との間に介装されて、ロータ軸０１０４を回転可能に支持する浮動ブッシュ０１１４とから構成されている。
【０００４】
軸受ハウジング０１１２及び浮動ブッシュ０１１４には、夫々油路０１１６及び０１１８が設けられている。そして、潤滑油は軸受ハウジング０１１２から油路０１１６及び０１１８を通って、軸受ハウジング０１１２の内周面と浮動ブッシュ０１１４の外周面の隙間、及び浮動ブッシュ０１１４の内周面とロータ軸０１０４との隙間に供給される。
浮動ブッシュ０１１４は回転可能に配設され、ロータ軸０１０４との摺動抵抗によりロータ軸０１０４より遅い速度で連れ回りする。
潤滑油がこれらの隙間に油膜を形成することで、該隙間の摺動面に発生する焼付き、損傷（磨耗）を防止している。
【０００５】
また、特開２００９−１５６３３３号公報（特許文献１）においては、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の内側軸受幅Ｌｃをタービン側浮動ブッシュ軸受の内側軸受幅Ｌｔよりも小さく（Ｌｃ＜Ｌｔ）することによって、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受が有する油膜によるバネ定数が、タービン側浮動ブッシュ軸受が有する油膜によるバネ定数より小さくなるため、軸受荷重の大きいタービン側浮動ブッシュ軸受に対するロータ軸の偏心率が大きくならず、タービン側浮動ブッシュ軸受とコンプレッサ側浮動ブッシュ軸受との間で釣合いが保たれ、高振動数域の自励振動における固有振動数が低くなり、騒音低減を図ったものである。
【０００６】
更に、特開２００７−４６６４２号公報（特許文献２）においては、フルフロートベアリングの内周面及び外周面の少なくとも一方に螺旋溝が設けられて、フルフロートベアリングが回転すると内周面及び外周面の少なくとも一方に設けられた螺旋溝により、内周面及び外周面が流体（潤滑油）から受ける圧力の分布が軸方向に沿って変化する。この変化によってフルフロートベアリングが安定状態となりにくく、自励振動を抑制するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１５６３３３号公報
【特許文献２】特開２００７−４６６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１においては、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受の内側軸受幅Ｌｃをタービン側浮動ブッシュ軸受の内側軸受幅Ｌｔよりも小さく（Ｌｃ＜Ｌｔ）することにより、高振動数域の自励振動における固有振動数を低くして、騒音低減を図っているが、コンプレッサ側浮動ブッシュ軸受とタービン側浮動ブッシュ軸受との形状が異なるため、部品点数が多くなり、管理コストが高くなると共に、誤組立のリスクも高くなる不具合を有している。
更に、特許文献２においては、フルフロートベアリングの内周面及び外周面の少なくとも一方に螺旋溝が設けられている構造である。従って、溝、特に内周面に設ける溝の加工は、タービンロータのロータ軸が嵌入する部分の内径は小さいので加工が複雑で、加工工数が増加して、部品のコストが高くなる不具合がある。
【０００９】
そこで、本発明はこのような不具合に鑑みなされたもので、コンプレッサハウジング側に配設された第１浮動ブッシュ軸受と、タービンハウジング側に配設された第２浮動ブッシュ軸受とを略同形状とするとともに、夫々の浮動ブッシュ軸受の外側軸受幅Ｌｏより内側軸受幅Ｌｉを第１浮動ブッシュ及び、第２浮動ブッシュ共に同一比率で小さくして、タービンロータの高回転時の振動安定性を向上させると共に、部品点数を減少させて加工および組立ての容易化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はかかる目的を達成するもので、内燃機関の燃焼室への給気を加圧するターボチャージャのタービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に介装された軸受ハウジングと、該軸受ハウジング内を貫通するタービンロータのロータ軸と、前記軸受ハウジングと前記ロータ軸との間に介装されると共に、外周面と内周面を連通する給油路を設け、前記軸受ハウジングからの潤滑油を前記外周面と前記内周面に供給される前記コンプレッサハウジング側に配設され第１浮動ブッシュを備えた第１浮動ブッシュ軸受と、該第１浮動ブッシュ軸受と同形状で前記タービンハウジング側に配設され第２浮動ブッシュを備えた第２浮動ブッシュ軸受と、を備え、
前記第１、第２浮動ブッシュ共に内側軸受幅Ｌｉは外側軸受幅Ｌｏより同一比率で小さく形成されたことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明において、第１及び第２浮動ブッシュ夫々の内側軸受幅Ｌｉを外側軸受幅Ｌｏより小さくすることにより、ロータ軸の高速回転時における夫々の浮動ブッシュ軸受の連れ回り量を低くでき、高速回転時の振動安定性を向上させ騒音低減効果を得る。
また、第１及び第２浮動ブッシュ夫々の内側軸受幅と外側軸受幅との比を同形状にしたので、第１及び第２浮動ブッシュに生じる潤滑油の粘性抵抗が同じになり、ロータ軸の支軸が安定する。
また、第１及び第２浮動ブッシュ夫々は同形状のため、部品点数を減少させて加工および組立を容易化し、誤組立のリスクを低減するとともに、加工品質の安定およびコスト低減を図ることができる。
更に、外側の軸受幅を内側より大きくすることにより浮動ブッシュ軸受とハウジングとのダンピング効果を維持することができる。
【００１２】
また、本願発明において好ましくは、潤滑油路径φを含めた内周側の必要最小軸受幅をＬｘとし、前記外側軸受幅Ｌｏと内側軸受幅Ｌｉとの比率Ｌｉ／Ｌｏの関係が、次の範囲を満たすように設定されるとよい。
Ｌｘ／Ｌｏ ＜ Ｌｉ／Ｌｏ ＜０．５ （１）
【００１３】
このような構成にすることにより、ロータ軸の高速回転時における夫々の浮動ブッシュの連れ回り量をロータ軸の回転数に対し適正回転数に保ち、回転振動の安定性を向上させ騒音低減効果を得ることができる。
また、最小側の幅を連通孔φより小さくすると、円錐形状の傾斜面によって給油路の先端部が削られ、潤滑油が連通孔φからロータ軸の軸線方向へ直接流れるため、浮動ブッシュ軸受とロータ軸との潤滑油によるダンピング効果が半減する。
【００１４】
また、本願発明において好ましくは、前記浮動ブッシュの外周面には低摩擦処理を設けるとよい。
【００１５】
また、本願発明において好ましくは、前記低摩擦処理として、浮動ブッシュの軸受外周面に、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）又は、二硫化モリブデン入りの固体潤滑材をコーティングするとよい。
【００１６】
また、本願発明において好ましくは、前記低摩擦処理として浮動ブッシュの軸受外周面に、表面テクスチャ（ディンプルまたは微小な凹部）を形成するとよい。
【００１７】
このような構成によると、浮動ブッシュ軸受の外周面に低摩擦処理を設けたことにより、浮動ブッシュの軸受外周面と軸受ハウジングとの摩擦抵抗を小さくして、ロータ軸の低回転域における浮動ブッシュの早期回転開始を行わせるようにして、ロータ軸の回転抵抗を減少させることができる。
【００１８】
また、本願発明において好ましくは、前記低摩擦処理は浮動ブッシュ外周面に、前記給油孔に連通した溝を円周状に配設するとよい。
【００１９】
潤滑油路から送油された潤滑油は端部溝を介して浮動ブッシュの下側に流れ、浮動ブッシュと軸受ハウジングとの間を潤滑油で満たすことにより、浮動ブッシュの回転起動時の摩擦抵抗を軽減するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１及び第２浮動ブッシュは夫々の外側軸受幅より内側軸受幅を小さくすることにより、ロータ軸の高速回転時における夫々の浮動ブッシュの連れ回り量をロータ軸の回転数に対し適正回転数に保ち、回転振動の安定性を向上させ騒音低減効果を得る。
また、ロータ軸は外側の軸受幅を内側より大きくすることにより浮動ブッシュ軸受とハウジングとのダンピング効果を維持することができる。
また、第１及び第２浮動ブッシュ夫々は同形状のため、部品点数を減少させて加工および組立を容易化し、誤組立のリスクを低減するとともに、加工品質の安定およびコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態にかかるターボチャージャの軸受装置の拡大断面図を示す。
【図２】実施形態にかかるタービンロータ軸及び浮動ブッシュの拡大断面図を示す。
【図３】実施形態にかかるブッシュの内外幅比に対する振動安定性を表わす減衰比の特性図を示す。
【図４Ａ】は浮動ブッシュ外周部に設けた低摩擦処理の第１実施形態図を示す。
【図４Ｂ】は浮動ブッシュ外周部に設けた低摩擦処理の第２実施形態図を示す。
【図４Ｃ】（Ｃ１）は浮動ブッシュ外周部に設けた低摩擦処理の第３実施形態を示し、（Ｃ２）は（Ｃ１）の径方向の縦断面図を示す。
【図４Ｄ】（Ｄ１）は浮動ブッシュ外周部に設けた低摩擦処理の第４実施形態を示し、（Ｄ２）は（Ｄ１）の径方向の縦断面図を示す。
【図５】は従来技術の説明図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に、本発明を実施したターボチャージャの高速回転を回転可能に支持する浮動ブッシュ軸受の詳細図を示す。
図１において、ターボチャージャ１は、内燃機関（以後「エンジン」と称す）の排ガスによって駆動される排気タービン１４と、該排気タービン１４を覆うタービンハウジング１１と、排気タービン１４の駆動力によってエンジンへの給気を加圧するコンプレッサインペラ１５と、該コンプレッサインペラ１５を覆うコンプレッサハウジング１２と、排気タービン１４とコンプレッサインペラ１５とを一体的に連結するロータ軸１６と、タービンハウジング１１とコンプレッサハウジング１２と、の間に介装され該ロータ軸１６を軸支する軸受ハウジング１３と、ロータ軸１６のスラスト荷重を受けるスラストベアリング１６ｂと、コンプレッサインペラ１５側からの締結部材（図示省略）による締付に対し該コンプレッサインペラ１５の位置決めをするスリーブ１６ｃとで構成されている。
【００２３】
軸受ハウジング１３には、該ロータ軸１６のコンプレッサインペラ１５側を支軸する第１浮動ブッシュ軸受１７と、排気タービン１４側を支軸する第２浮動ブッシュ軸受１８と、が配設されている。
第１浮動ブッシュ軸受１７は、軸受ハウジング１３に形成された軸受部１３ｄと、該軸受部１３ｄに内嵌し、内部にロータ軸１６が配設される第１浮動ブッシュ１９とで構成されている。
第１浮動ブッシュ１９は環状に形成され、外周面から内周面に貫通した給油路１９ａが配設されている。
また、第２浮動ブッシュ軸受１８は、軸受ハウジング１３に形成された軸受部１３ｄと、該軸受部１３ｄに内嵌し、内部にロータ軸１６が配設される第２浮動ブッシュ２０とで構成されている。
第２浮動ブッシュ２０は環状に形成され、外周面から内周面に貫通した給油路２０ａが配設されている。
【００２４】
浮動ブッシュ軸受１７及び、１８には軸受ハウジング１３の連結口１３ａに連結された配管（図示省略）によって潤滑油が送油されている。
コンプレッサ側潤滑油路１３ｃは第１浮動ブッシュ軸受１７側に連結口１３ａから直線状に傾斜させた油路になっている。第１浮動ブッシュ軸受１７側に送油された潤滑油は、第１浮動ブッシュ軸受１７と、該第１浮動ブッシュ軸受１７とスラストベアリング１６ｂとの間にも送油されて、当該部の潤滑と冷却を行っている。
一方、タービン側潤滑油路１３ｂは第２浮動ブッシュ軸受１８側に連結口１３ａから直線状に傾斜させた油路になっており、第２浮動ブッシュ軸受１８側に送油された潤滑油は、第２浮動ブッシュ軸受１８と、ロータ軸１６の排気タービン１４側の拡径部１６ｄに送油されて当該部の潤滑と冷却を行っている。
【００２５】
そして、第１浮動ブッシュ軸受１７に送油された潤滑油は、軸受部１３ｄと第１浮動ブッシュ１９の隙間を満たし、第１浮動ブッシュ１９の外周側から内周側に貫通した給油路１９ａを通り、第１浮動ブッシュ１９とロータ軸１６の支軸部１６ａとの間に供給される。
また、第２浮動ブッシュ軸受１８に送油された潤滑油は、軸受部１３ｄと第２浮動ブッシュ２０の隙間を満たし、第２浮動ブッシュ２０の外周側から内周側に貫通した給油路２０ａを通り、第２浮動ブッシュ２０とロータ軸１６の支軸部１６ａとの間に供給される。
そして、浮動ブッシュ１９及び、２０とロータ軸１６夫々を軸受ハウジング１３に対し潤滑油の油膜にて浮動支持させた構成になっている。
尚、説明上混乱を避けるため、第１浮動ブッシュ軸受１７（含む第１浮動ブッシュ１９）と第２浮動ブッシュ軸受１８（含む第２浮動ブッシュ２０）は同形状になっているにも係わらず区別して説明した。
従って、以後は説明の重複を避けるため、「第１浮動ブッシュ軸受１７」及び、「第１浮動ブッシュ１９」を代表させて「浮動ブッシュ軸受１７」、「浮動ブッシュ１９」として説明する。
【００２６】
図２に本発明の浮動ブッシュ軸受１７を示し、図２に基づいて説明する。
浮動ブッシュ軸受１７を構成する浮動ブッシュ１９は軸受ハウジング１３の軸受部１３ｄと浮動ブッシュ１９の外周面１９ｂとの間に油膜を形成するための隙間αを有するように配置されている。
浮動ブッシュ１９の内周面１９ｃとロータ軸１６の支軸部１６ａとの間に油膜を形成するための隙間βを有して遊嵌している。
これらの隙間α、βには、軸受ハウジング１３内のコンプレッサ側潤滑油路１３ｃ（タービン側潤滑油路１３ｂも同様）を通って潤滑油が圧送されてくる。
潤滑油は隙間αを満たしながら、浮動ブッシュ１９の給油路１９ａを通って、浮動ブッシュ１９の内周面１９ｃと支軸部１６ａとの隙間βを満たし、ロータ軸１６は潤滑油の油膜によって浮いた状態に支持される。
【００２７】
浮動ブッシュ１９は、該浮動ブッシュ１９の内周面の内周軸受幅Ｌｉを外周面の外周面の外周軸受幅Ｌｏより小さくしてある。浮動ブッシュ１９の内周面１９ｃの内周軸受幅Ｌｉは、該浮動ブッシュ１９の両端部を外側から内方に向け円錐状に切削してある。本実施形態の場合は、両端部の切削量を同じにして、給油路１９ａを中心にして両端対称になっている。
対称にすることにより浮動ブッシュ１９の内周面の給油路１９ａを中心とした軸受幅部と、支軸部１６ａとの間隔の均一性が保たれ、支軸の安定性が向上する。
本実施形態の場合、給油路１９ａの径φ（潤滑油路径φ）を含めた内周側の必要最小軸受幅をＬｘとした。
そして、必要最小軸受幅Ｌｘとは、内周面１９ｃで支軸部１６ａを支軸するのに必要な油膜を形成するための最小の軸受幅である。
Ｌｘ（必要最小軸受幅）＝必要最小接触幅＋給油路１９ａの径φ は、排気タービン１４、コンプレッサインペラ１５及び、ロータ軸１６の重量、回転バランス等が影響するので、ターボチャージャ１の仕様に沿って決定すればよい。
【００２８】
図３は、浮動ブッシュ１９の内外幅比Ｌｉ／Ｌｏに対するロータ軸１６の支軸安定性を表わす減衰比％を実験結果により算出したものである。
横軸に内外幅比Ｌｉ／Ｌｏ、縦軸に油膜による減衰特性を表わすパラメータとして減衰比％を表わしてある。減衰比が高い方がロータ軸１６の支持安定性が良いことを示している。
そして、浮動ブッシュ１９は高速で連れ回りすると、ロータ軸１６の支持が不安定になる傾向がわかっており、高速で連れ回りするのを防止するため、浮動ブッシュ１９の内側軸受幅Ｌｉを外側軸受幅Ｌｏより小さくしていた。（図３のテストケース1）
しかし、ターボチャージャ１の耐久性、過給圧向上及び振動騒音低減等の性能向上のため、最適な内外幅比Ｌｉ／Ｌｏの範囲が今回の実験結果から判明した。
【００２９】
即ち、図３に示すように、浮動ブッシュ１９の内外幅比Ｌｉ／Ｌｏを
Ｌｘ／Ｌｏ ＜ Ｌｉ／Ｌｏ ＜０．５
但し、Ｌｘは、前述のようにＬｘ（必要最小軸受幅）＝必要最小接触幅＋給油路１９ａの径φとする。
この範囲の上限であるＬｉ／Ｌｏ＞０．５になると、ロータ軸１６が高速回転したときに、浮動ブッシュ１９の連れ回りが大きく（回転数）なり、浮動ブッシュ１９の外周面１９ｂが主に軸受摺動面となり、ロータ軸１６の支持が不安定になる傾向が現れ、騒音、ロータ軸１６の回転抵抗が大きくなる。
Li／Loが０．５の時、減衰比も従来の２％→３．５％に上昇しており、大きく改善される。
一方、下限側について、内周面１９ｃの軸受幅Ｌｉは給油路１９ａの孔径φと油膜を形成するのに必要な最小軸受幅をＬｘとした。
【００３０】
そして、本実施形態においては、浮動ブッシュ１９をＬｘ／Ｌｏ＜Ｌｉ／Ｌｏ＜０．５に形成したので、ロータ軸１６の高速回転域における浮動ブッシュ１９の連れ回り量が適正化するようになる。
従って、ロータ軸１６の高速回転時において、浮動ブッシュ１９に与える連れ回り力を適正化し、連れ回り量（回転量）を小さく（適正化）することでロータ軸１６による主な回転軸受摺動面が浮動ブッシュ１９の内周面１９ｃとロータ軸１６との間の油膜になり、ロータ軸１６の回転摺動抵抗、振動が少なくなると共に、ロータ軸１６の回転振動の安定性を向上させることができる。
また、第１浮動ブッシュ軸受１７と第２浮動ブッシュ軸受１８を同一形状としたので、第１及び第２浮動ブッシュに生じる潤滑油の粘性抵抗が同じになり、ロータ軸１６の支軸が安定すると共に、誤組立のリスクが低減することにより、品質が安定しコスト低減が可能となる。
更に、ターボチャージャ１の耐久性、過給圧向上及び振動騒音低減等の性能向上効果を有している。
【００３１】
高速回転時のロータ軸１６の支軸を安定させるに浮動ブッシュ１９の外周軸受幅Ｌｏと、内周軸幅Ｌｉとの比をＬｘ／Ｌｏ ＜ Ｌｉ／Ｌｏ ＜０．５ としたが、ターボチャージャの全回転域における性能向上を図るためには、低速回転時の過給圧向上を図る必要がある。ターボチャージャの低速回転時には、浮動ブッシュ１９の連れ回り起動を早い時期に行わせることが有効であるため、ロータ軸１６の回転抵抗を減少させて、ターボチャージャ１の立ち上り性能向上の必要がある。
【００３２】
図４Ａは低摩擦処理を施した第１実施形態を示し、ロータ軸１６の低回転域における浮動ブッシュ１９の連れ回り起動を早期に行わせるため、浮動ブッシュ１９の外周部に低摩擦処理を設けた拡大断面図を示す。
浮動ブッシュ１９の外周面には低摩擦処理であるＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コーティング１９ｄが施されている。
尚、使用されるＤＬＣとしては、金属含有ＤＬＣ（ＷＣ；炭化タングステンや、Ｓｉ；珪素）、又は、水素含有ＤＬＣなどを使用すると良い。
ＤＬＣの形成方法は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）が多く用いられるが、特に限定するものではない。
また、ＤＬＣ皮膜は硬く脆いため、基材（浮動ブッシュ）との密着性をよくするために、基材（浮動ブッシュ）とＤＬＣ皮膜の間に下地材としてＣｒ（クロム）、ＣｒＮ（窒化クロム）、チタン（Ti）、窒化チタン（TiN）、炭化タングステン（ＷＣ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ni）、銅（Cu）、鉄（Fe）、窒化鉄（FeN）、珪素（Ｓｉ）及び、炭化シリコン（SiC）などを単層もしくは複数層組合せて用いるとよい。また基材自体を窒化して下地材として用いても良い。
【００３３】
浮動ブッシュ１９の外周面を低摩擦処理19ｄ（例えばＤＬＣコーティング）とすることにより、軸受部１３ｄとの間に介在する油膜と外周面との摺動抵抗を小さくするものである。
従って、ロータ軸１６の回転数が比較的低い時期（早期）から浮動ブッシュ１９の連れ回り生起させて、ターボチャージャ１が低速回転域においても浮動ブッシュ１９とロータ軸１６との回転抵抗を小さくして、ターボチャージャ１の過給圧力の向上効果を得ることができる。
【００３４】
図４Ｂは低摩擦処理の第２実施形態を示し、浮動ブッシュ２７の外周面に低摩擦処理としてディンプル２７ａを設けたもので、ディンプル２７ａの凹部に潤滑油を保持させて、軸受部１３ｄとの間に介在する油膜と外周面との摺動抵抗を小さくするものである。
ディンプル２７ａの形成方法は、例えば微粒子ショットにより形成することができるが、これに限定するものではない。
図４（Ｂ）では半球状のディンプルとしたが、三角錐等、ディンプル部分に潤滑油が保持されて、摩擦係数が低減できる形状であれば、特に規定するものではない。
【００３５】
図４Ｃ（Ｃ１）は浮動ブッシュ３０の低摩擦処理の第３実施形態を示し、図４Ｃ（Ｃ２）は（Ｃ１）の径方向の縦断面を示す。浮動ブッシュ３０には、該浮動ブッシュ３０の外周面３０ａの軸受幅略中央で、外周面３０ａから内周面３０ｂへ貫通した給油孔３０ｃに連通した中央溝３０ｄが全周にわたり配設されている。
そして、図４Ｃ（Ｃ２）に示すとおり、潤滑油路１３ｃから送油された潤滑油は中央溝３０ｄを介して、浮動ブッシュ３０の下側に流れ、浮動ブッシュ３０と軸受部１３ｄとの間を潤滑油で満たすことにより、浮動ブッシュ３０の回転起動時の摩擦抵抗を軽減するものである。
【００３６】
図４Ｄ（Ｄ１）は低摩擦処理の第４実施形態を示し、図４Ｄ（Ｄ２）は（Ｄ１）の径方向の縦断面を示す。浮動ブッシュ３５には、該浮動ブッシュ３５の外周面３５ａの軸受幅略中央で、外周面３５ａから内周面３５ｂへ貫通した給油孔３５ｃが配設されている。
外周面３５ａの給油孔３５ｃを軸受幅方向に挟んで、全周にわたり端部溝３５ｄ、３５ｄが２本形成されている。該２本の端部溝３５ｄ、３５ｄには、該端部溝３５ｄ、３５ｄと給油孔３５ｃとを連通する横断溝３５ｅが給油孔３５ｃ毎に配設されている。
そして、図４Ｄ（Ｄ２）に示すとおり、潤滑油路１３ｃから送油された潤滑油は端部溝３５ｄ、３５ｄを介して浮動ブッシュ３５の下側に流れ（矢印）、浮動ブッシュ３５と軸受部１３ｄとの間を潤滑油で満たすことにより、浮動ブッシュ３０の回転起動時の摩擦抵抗を軽減するものである。
【００３７】
本願発明によると、浮動ブッシュ１９（２０）夫々の内側軸受幅を外側軸受幅より小さくすることにより、高速回転時における浮動ブッシュの連れ回り量を低くでき、回転振動の安定性を向上させ騒音低減効果を得る。
更に、浮動ブッシュ１９（２０）の外周部に低摩擦処理を施すことにより、ロータ軸１６の低速回転時における摺動抵抗を改善できる。
また、浮動ブッシュ１９（２０）は内側軸受幅Ｌｉと外側軸受幅Ｌｏとの比を同形状にしたので潤滑油の粘性抵抗が同じになり、ロータ軸１６の支軸が安定すると共に、浮動ブッシュ１９（２５）の誤組立が無くなり品質が安定し、コスト低減が可能となる。
更に、外側軸受幅Loと内側軸受幅Liとの比率Ｌｉ／ＬｏをＬｘ／Ｌｏ＜Ｌｉ／Ｌｏ＜０．５とすることにより、浮動ブッシュ１９（２０）のロータ軸１６の回転数に対する連れ回り回転数が適正化されるので、ロータ軸の高速回転時における夫々の浮動ブッシュの連れ回り量を低くでき、回転振動の安定性を向上させ騒音低減効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
高速回転する回転軸の軸受として好適であり、簡素かつ低コストで浮動ブッシュ内周面への潤滑油供給を良好に保持でき、回転軸の安定支持による騒音、回転抵抗の減少をはかるターボチャージャ等の回転機械に適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１ ターボチャージャ
１１ タービンハウジング
１２ コンプレッサハウジング
１３ 軸受ハウジング
１３ａ 連結口
１３ｂ、１３ｃ 潤滑油路
１３ｄ 軸受部
１４ 排気タービン
１５ コンプレッサインペラ
１６ ロータ軸
１６ａ 支軸部
１７ 第１浮動ブッシュ軸受（浮動ブッシュ軸受）
１８ 第２浮動ブッシュ軸受
１９、２７、３０，３５ 第１浮動ブッシュ（浮動ブッシュ）
１９ａ 潤滑油路
１９ｂ、２７ｂ、３０ｃ、３５ｃ 外周面
１９ｃ 内周面
１９ｄ ＤＬＣコーティング（低摩擦処理）
２０ 第２浮動ブッシュ
３０ｄ 中央溝（低摩擦処理）
Ｌｏ 外周軸受幅
Ｌｉ 内周軸受幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室への給気を加圧するターボチャージャのタービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に介装された軸受ハウジングと、
該軸受ハウジング内を貫通するタービンロータのロータ軸と、
前記軸受ハウジングと前記ロータ軸との間に介装されると共に、外周面と内周面を連通する給油孔を設け、前記軸受ハウジングからの潤滑油を前記外周面と前記内周面に供給される前記コンプレッサハウジング側に配設され第１浮動ブッシュを備えた第１浮動ブッシュ軸受と、
該第１浮動ブッシュ軸受と同形状で前記タービンハウジング側に配設され第２浮動ブッシュを備えた第２浮動ブッシュ軸受と、を備え、
前記第１、第２浮動ブッシュの内側軸受幅Ｌｉは外側軸受幅Ｌｏより同一比率で小さく形成されたことを特徴とするターボチャージャの軸受装置。
【請求項２】
潤滑油路径φを含めた内周側の必要最小軸受幅をＬｘとし、前記外側軸受幅Ｌｏと内側軸受幅Ｌｉとの比率Ｌｉ／Ｌｏの関係が、次の範囲を満たすように設定されたことを特徴とする請求項１記載のターボチャージャの軸受装置。
Ｌｘ／Ｌｏ ＜ Ｌｉ／Ｌｏ ＜０．５
【請求項３】
前記浮動ブッシュ軸受の外周面には低摩擦処理を施したことを特徴とする請求項１記載のターボチャージャの軸受装置。
【請求項４】
前記低摩擦処理は浮動ブッシュ外周面に、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）又は、二硫化モリブデンをコーティングしてなることを特徴とする請求項３記載のターボチャージャの軸受装置。
【請求項５】
前記低摩擦処理は浮動ブッシュ外周面に、ディンプルを形成してなることを特徴とする請求項３記載のターボチャージャの軸受装置。
【請求項６】
前記低摩擦処理は前記浮動ブッシュ外周面に、前記給油孔に連通した溝を円周状に配設してなることを特徴とする請求項３記載のターボチャージャの軸受装置。
【請求項１】
内燃機関の燃焼室への給気を加圧するターボチャージャのタービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に介装された軸受ハウジングと、
該軸受ハウジング内を貫通するタービンロータのロータ軸と、
前記軸受ハウジングと前記ロータ軸との間に介装されると共に、外周面と内周面を連通する給油孔を設け、前記軸受ハウジングからの潤滑油を前記外周面と前記内周面に供給される前記コンプレッサハウジング側に配設され第１浮動ブッシュを備えた第１浮動ブッシュ軸受と、
該第１浮動ブッシュ軸受と同形状で前記タービンハウジング側に配設され第２浮動ブッシュを備えた第２浮動ブッシュ軸受と、を備え、
前記第１、第２浮動ブッシュの内側軸受幅Ｌｉは外側軸受幅Ｌｏより同一比率で小さく形成されたことを特徴とするターボチャージャの軸受装置。
【請求項２】
潤滑油路径φを含めた内周側の必要最小軸受幅をＬｘとし、前記外側軸受幅Ｌｏと内側軸受幅Ｌｉとの比率Ｌｉ／Ｌｏの関係が、次の範囲を満たすように設定されたことを特徴とする請求項１記載のターボチャージャの軸受装置。
Ｌｘ／Ｌｏ ＜ Ｌｉ／Ｌｏ ＜０．５
【請求項３】
前記浮動ブッシュ軸受の外周面には低摩擦処理を施したことを特徴とする請求項１記載のターボチャージャの軸受装置。
【請求項４】
前記低摩擦処理は浮動ブッシュ外周面に、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）又は、二硫化モリブデンをコーティングしてなることを特徴とする請求項３記載のターボチャージャの軸受装置。
【請求項５】
前記低摩擦処理は浮動ブッシュ外周面に、ディンプルを形成してなることを特徴とする請求項３記載のターボチャージャの軸受装置。
【請求項６】
前記低摩擦処理は前記浮動ブッシュ外周面に、前記給油孔に連通した溝を円周状に配設してなることを特徴とする請求項３記載のターボチャージャの軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１３３１（Ｐ２０１３−１１３３１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５７９７（Ｐ２０１１−１４５７９７）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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