軸受装置の設計方法及び軸受装置
【課題】軸受ハウジング内の形状変更を行うことなく軸受隙間に最適な流量の潤滑油が流れるようにする。
【解決手段】ラジアル軸受１９は、両端にタービンインペラ２及びコンプレッサインペラを備えるロータ軸３を、セミフローティングメタル２０を介して軸受ハウジング１５に回転可能に支持する。セミフローティングメタル２０の軸方向両端の軸受部２２，２３の軸受幅Ｌと、軸受隙間２５，２７の隙間断面積Ｓとは、式ｙ＝ａｘ＋ｂの関係にある。但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、軸受部２２，２３の軸受幅Ｌの基準値Ｌ０に対する軸受幅Ｌの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、軸受隙間２５，２７の隙間断面積Ｓの基準値Ｓ０に対する隙間断面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【解決手段】ラジアル軸受１９は、両端にタービンインペラ２及びコンプレッサインペラを備えるロータ軸３を、セミフローティングメタル２０を介して軸受ハウジング１５に回転可能に支持する。セミフローティングメタル２０の軸方向両端の軸受部２２，２３の軸受幅Ｌと、軸受隙間２５，２７の隙間断面積Ｓとは、式ｙ＝ａｘ＋ｂの関係にある。但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、軸受部２２，２３の軸受幅Ｌの基準値Ｌ０に対する軸受幅Ｌの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、軸受隙間２５，２７の隙間断面積Ｓの基準値Ｓ０に対する隙間断面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を円筒形状の軸受部材を介してハウジングに回転可能に支持する軸受装置の設計方法及び軸受装置に係わり、より詳しくは軸受部材が、軸方向両端に軸受隙間を有する軸受部を備えるとともに、ハウジングに対して回転規制されているセミフロート式の軸受装置の設計方法及び軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過給機におけるロータ軸を回転支持する軸受装置として、ロータ軸と軸受ハウジングとの間に配置される浮動ブッシュとして使用する円筒形状の軸受部材が、軸受ハウジングに対して回転が規制されるセミフロート式となる軸受装置が用いられる場合がある（例えば下記特許文献１，２参照）。
【０００３】
このセミフロート式の軸受装置に用いられる軸受部材は、軸方向両端部にてロータ軸との間に軸受隙間を備え、この軸受隙間に供給される潤滑油により油膜を形成することで、軸受機能が発揮される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４２５５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３３５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した軸受隙間に供給される潤滑油は、潤滑に使用された後、軸受ハウジング内に形成した油路を通って外部に排出されるが、この潤滑油の排出が円滑になされるようにするためには、軸受隙間に最適な流量の潤滑油が流れるようにすることが必要である。
【０００６】
すなわち、軸受隙間を流れる潤滑油量が多すぎると、潤滑後の潤滑油が軸方向両端のシール部を通してタービンハウジング内やコンプレッサハウジング内に流出する恐れがあり、逆に少なすぎると上記した各ハウジング内への流出を抑えることができるものの、潤滑が不完全となって軸受としての機能が損なわれるものとなる。
【０００７】
そのため、例えば軸受ハウジング内の油路の形状を、潤滑油が軸受隙間から軸受ハウジングの排出口まで円滑に流れるように変更することで、軸受隙間に流れる潤滑油量を調整することも可能であるが、軸受ハウジング内のスペースには限りがあるため、油路の形状変更は困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、軸受ハウジング内の形状変更を行うことなく軸受隙間に最適な流量の潤滑油が流れるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、回転軸を円筒形状の軸受部材を介してハウジングに回転可能に支持する軸受装置の設計方法であって、前記軸受部材は、軸方向両端に前記回転軸との間に軸受隙間を有する軸受部を備えるとともに、前記ハウジングに対して回転規制されているセミフロート式の軸受部材であり、前記軸受部の軸方向長さＬと前記軸受隙間の軸方向に対して直交する方向の断面の面積Ｓとの関係が次式を満たすようにすることを特徴とする。
【００１０】
ｙ＝ａｘ＋ｂ
但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、前記軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０に対する軸方向長さＬの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０に対する軸受隙間の面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸受部の軸方向長さＬと軸受隙間の面積Ｓとの関係を、軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０に対する軸方向長さＬの比（Ｌ／Ｌ０）をｘ、軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０に対する軸受隙間の面積Ｓの比（Ｓ／Ｓ０）をｙとして、式ｙ＝ａｘ＋ｂ［但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１］が成り立つようにすることで、軸受ハウジング内の形状変更を行うことなく軸受隙間に最適な流量の潤滑油が流れるようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図２の軸受装置の要部を拡大した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる軸受装置を備える過給機の断面図である。
【図３】（ａ）は図２の軸受装置に使用されるセミフローティングメタルの断面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２の軸受装置に使用されるセミフローティングメタルの軸受部の軸受幅と軸受隙間の断面積との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１４】
図２に示すように、本発明の一実施形態に係わる過給機１は、図示しない例えば自動車用のエンジンからの排気によってタービンインペラ２が回転し、このタービンインペラ２に対し、回転軸としてのロータ軸３を介してコンプレッサインペラ４が一体的に回転することで、上記したエンジンに供給される空気を過給する。
【００１５】
タービンインペラ２は、タービンハウジング５内に回転可能に収容してあり、中心部のタービンホイール６の外周側にタービンブレード７を周方向に沿って複数設けてある。タービンホイール６のコンプレッサインペラ４側の端部中央に、前記したロータ軸３を一体的に接続してある。
【００１６】
上記したタービンハウジング５は、その適宜位置に、エンジンからの排気を取り入れる排気取入口（図示省略）を形成してある。排気取入口は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング５の内部には、上記した排気取入口に連通するタービンスクロール流路８を、タービンインペラ２を囲むように形成してある。さらに、タービンハウジング５におけるタービンインペラ２の軸方向外側（図２中で左側）には、タービンスクロール流路８内に流入した排気を外部に排出する排気出口９を形成してある。すなわち、タービンスクロール流路８と排気排出口９とは、タービンハウジング５内で互いに連通している。
【００１７】
一方、コンプレッサインペラ４は、コンプレッサハウジング１０内に回転可能に収容してあり、中心部のコンプレッサホイール１１の外周側にコンプレッサブレード１２を周方向に沿って複数設けてある。
【００１８】
上記したコンプレッサハウジング１０におけるコンプレッサインペラ４の軸方向外側（図２中で右側）には、空気を吸入する空気吸入口１３を形成してあり、この空気吸入口１３はエアクリーナ（図示省略）に接続可能である。
【００１９】
また、前記したタービンハウジング５とコンプレッサハウジング１０との間には、ハウジングとしての軸受ハウジング１５を設けてある。この軸受ハウジング１５とコンプレッサハウジング１０との間におけるコンプレッサインペラ４の外周側（出口側）には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路１６を形成してあり、ディフューザ流路１６は空気吸入口１３に連通している。
【００２０】
さらに、コンプレッサハウジング１０の外周側の内部には、コンプレッサスクロール流路１７を、コンプレッサインペラ４を囲むように形成してあり、コンプレッサスクロール流路１７は、ディフューザ流路１６に連通している。すなわち、コンプレッサスクロール流路１７と空気吸入口１３とは、ディフューザ流路１６によって互いに連通している。
【００２１】
そして、コンプレッサハウジング１０の適宜位置には、圧縮された空気を吐出する空気吐出口（図示省略）を形成してあり、この空気吐出口は、コンプレッサスクロール流路１７に連通していて、エンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
【００２２】
前記したコンプレッサホイール１１の中心部には、ロータ軸３の延長方向（軸方向）に貫通する貫通孔１１ａを形成してあり、この貫通孔１１ａにロータ軸３を挿入し、ロータ軸３の貫通孔１１ａから外部に突出した側の端部の雄ねじ部３ａにナット１８を締結固定している。
【００２３】
ここで、ロータ軸３は、図１にも拡大して示すように、軸受ハウジング１５に対応する位置のジャーナル部３ｂが、ラジアル軸受１９を構成する軸受部材としてのセミフローティングメタル２０を介して軸受ハウジング１５に対し回転可能に支持される。さらにロータ軸３は、コンプレッサインペラ４の近傍部位にてスラスト軸受２１により軸受ハウジング１５に対し回転可能に支持される。
【００２４】
セミフローティングメタル２０は、図３に示すように、全体として円筒形状を呈し、軸方向両端部に他の部位（中央部）よりも厚肉とした軸受部２２，２３を形成している。この軸受部２２，２３とジャーナル部３ｂとの間が、油膜が形成される軸受隙間２５，２７となる。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、セミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３相互間は、軸受部２２，２３より薄肉の薄肉部２９としてあり、薄肉部２９に対応する位置のロータ軸３は、軸受部２２，２３に対応する位置のジャーナル部３ｂより小径の中央小径部３ｃとしている。
【００２６】
なお、セミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３の外径は薄肉部２９の外径より大きく、軸受部２２，２３の内径は薄肉部２９の内径より小さい。これにより、薄肉部２９とロータ軸３の中央小径部３ｃとの間に、軸受隙間２５，２７より隙間寸法の大きい内周隙間３１が形成されるとともに、薄肉部２９と軸受ハウジング１５との間には外周隙間３２が形成される。
【００２７】
そして、これら内、外周隙間３１，３２相互を連通する貫通孔２９ａを、セミフローティングメタル２０の図１，２中で上部の軸受部２３近傍の薄肉部２９に形成している。
【００２８】
また、セミフローティングメタル２０の薄肉部２９における上記した貫通孔２９ａのほぼ直下に、ピン挿入孔２９ｂを形成し、このピン挿入孔２９ｂにスラストピン３３を挿入している。スラストピン３３は、軸受ハウジング１５に形成してある雌ねじ部１５ａに、軸受ハウジング１５内に形成してある空隙３４からねじ込み締結固定してあり、これにより、セミフローティングメタル２０は軸受ハウジング１５に対して回転規制されている。なお、上記した空隙３４は、軸受ハウジング１５の下部に形成してある排油路３５に連通している。
【００２９】
スラストピン３３は、先端のピン部３３ａをピン挿入孔２９ｂに対して移動可能に挿入してあり、したがってセミフローティングメタル２０はロータ軸３の径方向に移動可能である。
【００３０】
また、図３に示すように、セミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３の内周面には、軸方向に沿って延びる断面ほぼ半円形状の溝２２ａ，２３ａを、円周方向に沿って等間隔に複数（ここでは３箇所）それぞれ形成している。
【００３１】
図２に示すように、軸受ハウジング１５には、ラジアル軸受１９及びスラスト軸受２１に潤滑油を供給するための潤滑油供給口３６を、前記した排油口３５と反対の上部に設けている。この潤滑油供給口３６から下方に延びる潤滑油供給通路３７の下端は、図１に示すように、軸受ハウジング１５とセミフローティングメタル２０との間の前記した外周隙間３２に、縦連通路３８を通して連通している。
【００３２】
縦連通路３８は、潤滑油供給通路３７よりも通路断面積が小さく、潤滑油供給通路３７のタービンハウジング５側に位置し、セミフローティングメタル２０の薄肉部２９に形成してある貫通孔２９ａの一部と端部同士が重なり合っている。また、潤滑油供給通路３７の途中には、横連通路３９の一端が連通し、横連通路３９の他端はスラスト軸受２１の側部に連通している。
【００３３】
スラスト軸受２１は、タービンインペラ２側からコンプレッサインペラ４側に軸方向に沿って、タービン側スラストリング４０、中間スラストリング４１及びコンプレッサ側スラストリング４２を、順に配置している。
【００３４】
これらタービン側スラストリング４０、中間スラストリング４１及びコンプレッサ側スラストリング４２は、いずれも中心部にロータ軸３が挿入される貫通孔を備えた大略板状のリング状に形成された軸受部材である。
【００３５】
ここで、ロータ軸３は、軸受ハウジング１５内に位置するジャーナル部３ｂに対して小径となる、前記した雄ねじ部３ａを備えた先端小径部３ｄを備えている。すなわち、ジャーナル部３ｂは先端小径部３ｄに対して大径部となり、このジャーナル部３ｂの先端小径部３ｄ側の端部には、ロータ軸３の軸方向に対して直角な面となる突き当て面３ｅを備えている。
【００３６】
この突き当て面３ｅに、スラスト軸受２１における中間スラストリング４１の内周側端部の側面をほぼ接触する状態として、中間スラストリング４１を先端小径部３ｄに嵌入固定する。つまり、中間スラストリング４１はロータ軸３と一体的に回転する。
【００３７】
そして、この中間スラストリング４１と、コンプレッサインペラ４におけるコンプレッサホイール１１の内周側の軸方向に対向する端面１１ｂとの間には、大略円筒形状の油切り部材４３を介装している。したがって、ナット１８を締結することで、コンプレッサインペラ４は、ロータ軸３におけるジャーナル部３ｂの突き当て面３ｅとの間で、中間スラストリング４１及び油切り部材４３を挟持固定した状態で、ロータ軸３に締結固定されることになる。
【００３８】
油切り部材４３は、外周部に径方向外側に突出する環状の突起４３ａを備え、スラスト軸受２１側の潤滑油のコンプレッサインペラ４側への流出を抑える。油切り部材４３の突起４３ａのコンプレッサインペラ４側には、コンプレッサインペラ４とスラスト軸受２１とを隔てる隔壁４５の内周側端部が回転可能となるようほぼ接触しており、隔壁４５はその外周側端部を軸受ハウジング１５の内壁に固定している。
【００３９】
一方、ロータ軸３におけるジャーナル部３ｂの突き当て面３ｅに対応する位置付近の軸受ハウジング１５には、コンプレッサインペラ４側に開口する環状の凹部１５ｂを形成し、この凹部１５ｂに、スラスト軸受２１のタービン側スラストリング４０を固定している。
【００４０】
この際、タービン側スラストリング４０は、その内周面をジャーナル部３ｂの突き当て面３ｅ近傍の外周面に対して相対回転可能に対向させるとともに、中間スラストリング４１の側面に対しては、側面を相対回転可能に接触可能としている。また、中間スラストリング４１は、その大部分が凹部１５ｂ内に位置している。
【００４１】
一方、コンプレッサ側スラストリング４２は、外周側を軸受ハウジング１５の内壁に固定している。このコンプレッサ側スラストリング４２には、前述した横連通路３９が連通する油路４７を形成している。油路４７は、コンプレッサインペラ４と反対側の面に環状の溝として形成した環状油路４７ａと、環状油路４７ａに一端が連通して他端が湯切り部材４３付近に達するように全体が傾斜している傾斜油路４７ｂと、傾斜油路４７ｂの他端に一端が連通し、他端が中間スラストリング４１側に開口する軸方向油路４７ｃと、を備えている。
【００４２】
傾斜油路４７ｂ及び軸方向油路４７ｃは、円周方向に沿って複数設けてあり、横連通路３９から環状油路４７ａに流入した潤滑油は、複数の傾斜油路４７ｂ及び軸方向油路４７ｃを経由して、中間スラストリング４１とコンプレッサ側スラストリング４２との間の微小隙間に供給され、これら相互間を潤滑する。
【００４３】
そして、これらタービン側スラストリング４０、中間スラストリング４１及びコンプレッサ側スラストリング４２を備えるスラスト軸受２１は、コンプレッサ側スラストリング４２側が軸受ハウジング１５内の前記した空隙３４に露出していて、上記潤滑に供された潤滑油が、該空隙３４に直接または軸受ハウジング１５の下部に形成してある排出通路４４を通して流出する。また、この空隙３４は、タービンインペラ２とラジアル軸受１９との間のロータ軸３の外周面に開口する環状通路４８に連通しており、潤滑油供給通路３７からラジアル軸受１９に供給された潤滑油が環状通路４８を通して空隙３４に流出する。
【００４４】
このように構成された過給機では、エンジンからの排気がタービンハウジング５の排気取入口からタービンスクロール流路８に流入することで、タービンインペラ２が回転し、これに伴い、ロータ軸３及びコンプレッサインペラ４が回転する。コンプレッサインペラ４の回転により、コンプレッサハウジング１０の空気吸入口１３から空気を吸入して圧縮する。そして、この圧縮した空気を、ディフューザ流路１６及びコンプレッサスクロール流路１７を経由して空気吐出口から吐出することで、エンジンに供給される空気を過給する。
【００４５】
この際ロータ軸３は、ラジアル軸受１９がロータ軸３の直径方向の荷重を受ける一方、スラスト軸受２１がロータ軸３の軸方向の荷重を受けつつ回転する。ここで、スラスト軸受２１については、ロータ軸３がタービン側（図１，図２中で左方向）へ向けて負荷を受けたときに、中間スラストリング４１がタービン側スラストリング４０に対して摺動することですべり軸受を構成して軸受効果を発揮する。一方、ロータ軸３がコンプレッサ側（図１，図２中で右方向）へ向けて負荷を受けたときに、中間スラストリング４１がコンプレッサ側スラストリング４２に対して摺動することですべり軸受を構成して軸受効果を発揮する。
【００４６】
このとき、潤滑油供給通路３７には潤滑油が供給されており、この潤滑油の一部は、縦連通路３８を経てラジアル軸受１９に供給されてラジアル軸受１９を潤滑する。すなわち、縦連通路３８からラジアル軸受１９に向けて流れる潤滑油は、図２の矢印で示すように、セミフローティングメタル２０の内周側及び外周側をそれぞれ軸方向外側に向けて流れる。その後、一方のタービンインペラ２に向かう潤滑油は環状通路４８を経て空隙３４に向けて流れ、他方の潤滑油はタービン側スラストリング４０と中間スラストリング４１との間の微小隙間に入り込んでこれら相互間を潤滑してから空隙３４に向けて流れる。そして、これら空隙３４に流出した潤滑油は排油口３５を経て外部に排出される。
【００４７】
ここで、ラジアル軸受１９においては、セミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３内周の軸受隙間２５，２７に潤滑油が入り込んで油膜を形成し、この油膜によってロータ軸３がセミフローティングメタル２０（軸受ハウジング１５）に対して円滑に回転する。
【００４８】
また、潤滑油供給通路３７に供給された潤滑油の他の一部は、横連通路３９から、コンプレッサ側スラストリング４２の環状油路４７ａに流入し、傾斜油路４７ｂ及び軸方向油路４７ｃを経て中間スラストリング４１とコンプレッサ側スラストリング４２との間の微小隙間に流入してこれら相互間を潤滑する。この潤滑後の潤滑油も、軸受ハウジング１５の空隙３４に流出した後、下端の排油口３５から外部に排出される。
【００４９】
このようにしてラジアル軸受１９及びスラスト軸受２１を潤滑する潤滑油は、潤滑後にタービンハウジング５内やコンプレッサハウジング１０内への流出を抑えつつ、軸受ハウジング１５内を円滑に流れて排油口３５に向けて流す必要がある。
【００５０】
そのため本実施形態では、特にセミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３内周の軸受隙間２５，２７を流れる潤滑油の量を最適化している。軸受隙間２５，２７を流れる潤滑油量を最適化するために、本実施形態では、軸受部２２，２３の軸方向長さ（内周側の軸方向長さ）である軸受幅Ｌと、溝２２ａ，２３ａを含む軸受隙間２５，２７の隙間断面積（軸方向に直交する方向の断面積）Ｓとを考慮した。
【００５１】
なお、軸受部２２，２３は互いに同じ形状としているので、以下では軸受部２２についてのみ説明する。
【００５２】
すなわち、本実施形態では、軸受部２２の軸受幅Ｌと軸受隙間２５の隙間断面積Ｓとの関係が、図４に直線で示す次式を満たすように、セミフローティングメタル２０を含む軸受構造を設計している。
【００５３】
ｙ＝ａｘ＋ｂ
但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、軸受幅Ｌの基準値Ｌ０に対する軸受幅Ｌの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、隙間断面積Ｓの基準値Ｓ０に対する隙間断面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【００５４】
ここで、軸受幅Ｌの基準値Ｌ０は３．６ｍｍで、隙間断面積Ｓの基準値Ｓ０は０．６ｍｍ2である。
【００５５】
図４の直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］は、ｘ＝１．００、ｙ＝１．００、すなわち軸受幅Ｌ＝Ｌ０＝３．６ｍｍ、隙間断面積Ｓ＝Ｓ０＝０．６ｍｍ2に対応する点Ｐを通る直線であり、このＬ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2としたときが、軸受隙間２５を流れる潤滑油の量が最適となることが実験により確認されている。つまり、Ｌ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2としたときに、軸受隙間２５に形成される油膜によってセミフローティングメタル２０がラジアル軸受１９として有効に機能すると同時に、軸方向端部のシール部を通してのタービンハウジング５への潤滑油の流出を効率よく抑制することができる。
【００５６】
そして、上記したＬ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2を基準として、直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］に対応する軸受幅Ｌと隙間断面積Ｓとの関係であれば、軸受隙間２５を流れる油量を、Ｌ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2の場合と同様として一定に確保できる。すなわち、直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］に対応する軸受幅Ｌと隙間断面積Ｓとの関係であれば、軸受隙間２５に形成される油膜によってセミフローティングメタル２０がラジアル軸受１９として有効に機能すると同時に、軸方向端部のシール部を通してのタービンハウジング５内への潤滑油の流出を効率よく抑制することができる。
【００５７】
このような効果は、軸受部２３についても同様に得ることができる。すなわち、セミフローティングメタル２０が軸受部２３にてラジアル軸受１９として有効に機能すると同時に、軸方向端部のシール部を通してのコンプレッサハウジング１０内への潤滑油の流出を効率よく抑制することができる。特に、タービンハウジング５内への潤滑油の流出を抑制することで、タービンスクロール流路８から排気出口９に向けて流れる高温の排気によって潤滑油が加熱されて煙となって外部に流出することを抑制できる。
【００５８】
なお、直線の式［ｙ＝ａｘ＋ｂ］は、上記した点Ｐのほか、他の複数の点における軸受幅Ｌと隙間断面積Ｓの実際の値を用いた軸受構造において、軸受隙間２５を流れる油量を、Ｌ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2の場合と同様に一定に確保できることを確認して作成している。
【００５９】
ここで、過給機１を設計するにあたり、ラジアル軸受１９の軸受構造を設計変更する際に、上記した基準値Ｌ０＝３．６ｍｍに対して軸受幅Ｌを短くする必要が生じた場合を考える。この場合には、図４の直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］上の点Ｐから、該直線に沿って図４中の矢印Ｂで示す左方向の適宜位置での隙間断面積Ｓが得られる。
【００６０】
例えば、軸受幅Ｌを３．０ｍｍとする場合には、ｙ＝ａｘ＋ｂ＝０．３（３．０／３．６）＋０．７＝０．９５となり、ｙ＝Ｓ／０．６であることから、Ｓ／０．６＝０．９５により、Ｓ＝０．５７ｍｍ2となる。すなわち、軸受幅の基準値Ｌ０＝３．６ｍｍ、隙間断面積の基準値Ｓ０＝０．６ｍｍ2に対して、軸受幅Ｌを３．０ｍｍとした場合に隙間断面積Ｓは０．５７ｍｍ2となる。
【００６１】
なお、軸受幅Ｌを短くするのは、機械的損失を改善するためであり、この場合には隙間断面積Ｓを一定とすれば潤滑油量が増大してオイルシール性能への影響が懸念されるが、上記のようにして隙間断面積Ｓを小さく設定することで、潤滑油量の増大を抑えて適正に確保することができる。
【００６２】
逆に、軸受幅Ｌを長くする必要が生じた場合には、図４の直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］上の点Ｐから、該直線に沿って図４中の矢印Ｃで示す右方向の適宜位置での隙間断面積Ｓが、上記と同様にして得られる。
【００６３】
軸受幅Ｌを長くするのは、軸受負荷容量を高めるためであり、この場合には隙間断面積Ｓを一定とすれば潤滑油量が減少して耐久性への影響が懸念されるが、上記のようにして隙間断面積Ｓを設定する（隙間断面積Ｓは大きくなる）ことで、潤滑油量の減少を抑えて潤滑油量を適正に確保することができる。
【００６４】
そして、これら隙間断面積Ｓの変更は、溝２２ａ，２３ａ以外の部分の軸受隙間２５，２７はそのままで、溝２２ａ，２３ａによる断面積を変更することで実施する。溝２２ａ，２３ａによる断面積の変更は、その形状や数を変更することで容易に行うことができる。その際、溝２２ａ，２３ａ以外の部分の軸受隙間２５，２７の変更は実施しない。
【００６５】
このように、本実施形態では、過給機１を設計するにあたり、軸受ハウジング１５の形状変更を行うことなく、セミフローティングメタル２０を用いたラジアル軸受１９の軸受隙間２５，２７を流れる潤滑油量を一定に確保して、セミフローティングメタル２０をラジアル軸受１９として有効に機能させると同時に、軸方向端部のシール部を通してタービンハウジング５内やコンプレッサハウジング１０内への潤滑油の流出を効率よく抑制することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 過給機
２ タービンインペラ
３ ロータ軸（回転軸）
４ コンプレッサインペラ
１５ 軸受ハウジング（ハウジング）
２０ セミフローティングメタル（軸受部材）
２２，２３ 軸受部
２５，２７ 軸受隙間
Ｌ 軸受幅（軸受部の軸方向長さ）
Ｓ 隙間断面積（軸受隙間の軸方向に対して直交する方向の断面の面積）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を円筒形状の軸受部材を介してハウジングに回転可能に支持する軸受装置の設計方法及び軸受装置に係わり、より詳しくは軸受部材が、軸方向両端に軸受隙間を有する軸受部を備えるとともに、ハウジングに対して回転規制されているセミフロート式の軸受装置の設計方法及び軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過給機におけるロータ軸を回転支持する軸受装置として、ロータ軸と軸受ハウジングとの間に配置される浮動ブッシュとして使用する円筒形状の軸受部材が、軸受ハウジングに対して回転が規制されるセミフロート式となる軸受装置が用いられる場合がある（例えば下記特許文献１，２参照）。
【０００３】
このセミフロート式の軸受装置に用いられる軸受部材は、軸方向両端部にてロータ軸との間に軸受隙間を備え、この軸受隙間に供給される潤滑油により油膜を形成することで、軸受機能が発揮される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４２５５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３３５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した軸受隙間に供給される潤滑油は、潤滑に使用された後、軸受ハウジング内に形成した油路を通って外部に排出されるが、この潤滑油の排出が円滑になされるようにするためには、軸受隙間に最適な流量の潤滑油が流れるようにすることが必要である。
【０００６】
すなわち、軸受隙間を流れる潤滑油量が多すぎると、潤滑後の潤滑油が軸方向両端のシール部を通してタービンハウジング内やコンプレッサハウジング内に流出する恐れがあり、逆に少なすぎると上記した各ハウジング内への流出を抑えることができるものの、潤滑が不完全となって軸受としての機能が損なわれるものとなる。
【０００７】
そのため、例えば軸受ハウジング内の油路の形状を、潤滑油が軸受隙間から軸受ハウジングの排出口まで円滑に流れるように変更することで、軸受隙間に流れる潤滑油量を調整することも可能であるが、軸受ハウジング内のスペースには限りがあるため、油路の形状変更は困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、軸受ハウジング内の形状変更を行うことなく軸受隙間に最適な流量の潤滑油が流れるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、回転軸を円筒形状の軸受部材を介してハウジングに回転可能に支持する軸受装置の設計方法であって、前記軸受部材は、軸方向両端に前記回転軸との間に軸受隙間を有する軸受部を備えるとともに、前記ハウジングに対して回転規制されているセミフロート式の軸受部材であり、前記軸受部の軸方向長さＬと前記軸受隙間の軸方向に対して直交する方向の断面の面積Ｓとの関係が次式を満たすようにすることを特徴とする。
【００１０】
ｙ＝ａｘ＋ｂ
但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、前記軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０に対する軸方向長さＬの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０に対する軸受隙間の面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸受部の軸方向長さＬと軸受隙間の面積Ｓとの関係を、軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０に対する軸方向長さＬの比（Ｌ／Ｌ０）をｘ、軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０に対する軸受隙間の面積Ｓの比（Ｓ／Ｓ０）をｙとして、式ｙ＝ａｘ＋ｂ［但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１］が成り立つようにすることで、軸受ハウジング内の形状変更を行うことなく軸受隙間に最適な流量の潤滑油が流れるようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図２の軸受装置の要部を拡大した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる軸受装置を備える過給機の断面図である。
【図３】（ａ）は図２の軸受装置に使用されるセミフローティングメタルの断面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２の軸受装置に使用されるセミフローティングメタルの軸受部の軸受幅と軸受隙間の断面積との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１４】
図２に示すように、本発明の一実施形態に係わる過給機１は、図示しない例えば自動車用のエンジンからの排気によってタービンインペラ２が回転し、このタービンインペラ２に対し、回転軸としてのロータ軸３を介してコンプレッサインペラ４が一体的に回転することで、上記したエンジンに供給される空気を過給する。
【００１５】
タービンインペラ２は、タービンハウジング５内に回転可能に収容してあり、中心部のタービンホイール６の外周側にタービンブレード７を周方向に沿って複数設けてある。タービンホイール６のコンプレッサインペラ４側の端部中央に、前記したロータ軸３を一体的に接続してある。
【００１６】
上記したタービンハウジング５は、その適宜位置に、エンジンからの排気を取り入れる排気取入口（図示省略）を形成してある。排気取入口は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング５の内部には、上記した排気取入口に連通するタービンスクロール流路８を、タービンインペラ２を囲むように形成してある。さらに、タービンハウジング５におけるタービンインペラ２の軸方向外側（図２中で左側）には、タービンスクロール流路８内に流入した排気を外部に排出する排気出口９を形成してある。すなわち、タービンスクロール流路８と排気排出口９とは、タービンハウジング５内で互いに連通している。
【００１７】
一方、コンプレッサインペラ４は、コンプレッサハウジング１０内に回転可能に収容してあり、中心部のコンプレッサホイール１１の外周側にコンプレッサブレード１２を周方向に沿って複数設けてある。
【００１８】
上記したコンプレッサハウジング１０におけるコンプレッサインペラ４の軸方向外側（図２中で右側）には、空気を吸入する空気吸入口１３を形成してあり、この空気吸入口１３はエアクリーナ（図示省略）に接続可能である。
【００１９】
また、前記したタービンハウジング５とコンプレッサハウジング１０との間には、ハウジングとしての軸受ハウジング１５を設けてある。この軸受ハウジング１５とコンプレッサハウジング１０との間におけるコンプレッサインペラ４の外周側（出口側）には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路１６を形成してあり、ディフューザ流路１６は空気吸入口１３に連通している。
【００２０】
さらに、コンプレッサハウジング１０の外周側の内部には、コンプレッサスクロール流路１７を、コンプレッサインペラ４を囲むように形成してあり、コンプレッサスクロール流路１７は、ディフューザ流路１６に連通している。すなわち、コンプレッサスクロール流路１７と空気吸入口１３とは、ディフューザ流路１６によって互いに連通している。
【００２１】
そして、コンプレッサハウジング１０の適宜位置には、圧縮された空気を吐出する空気吐出口（図示省略）を形成してあり、この空気吐出口は、コンプレッサスクロール流路１７に連通していて、エンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
【００２２】
前記したコンプレッサホイール１１の中心部には、ロータ軸３の延長方向（軸方向）に貫通する貫通孔１１ａを形成してあり、この貫通孔１１ａにロータ軸３を挿入し、ロータ軸３の貫通孔１１ａから外部に突出した側の端部の雄ねじ部３ａにナット１８を締結固定している。
【００２３】
ここで、ロータ軸３は、図１にも拡大して示すように、軸受ハウジング１５に対応する位置のジャーナル部３ｂが、ラジアル軸受１９を構成する軸受部材としてのセミフローティングメタル２０を介して軸受ハウジング１５に対し回転可能に支持される。さらにロータ軸３は、コンプレッサインペラ４の近傍部位にてスラスト軸受２１により軸受ハウジング１５に対し回転可能に支持される。
【００２４】
セミフローティングメタル２０は、図３に示すように、全体として円筒形状を呈し、軸方向両端部に他の部位（中央部）よりも厚肉とした軸受部２２，２３を形成している。この軸受部２２，２３とジャーナル部３ｂとの間が、油膜が形成される軸受隙間２５，２７となる。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、セミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３相互間は、軸受部２２，２３より薄肉の薄肉部２９としてあり、薄肉部２９に対応する位置のロータ軸３は、軸受部２２，２３に対応する位置のジャーナル部３ｂより小径の中央小径部３ｃとしている。
【００２６】
なお、セミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３の外径は薄肉部２９の外径より大きく、軸受部２２，２３の内径は薄肉部２９の内径より小さい。これにより、薄肉部２９とロータ軸３の中央小径部３ｃとの間に、軸受隙間２５，２７より隙間寸法の大きい内周隙間３１が形成されるとともに、薄肉部２９と軸受ハウジング１５との間には外周隙間３２が形成される。
【００２７】
そして、これら内、外周隙間３１，３２相互を連通する貫通孔２９ａを、セミフローティングメタル２０の図１，２中で上部の軸受部２３近傍の薄肉部２９に形成している。
【００２８】
また、セミフローティングメタル２０の薄肉部２９における上記した貫通孔２９ａのほぼ直下に、ピン挿入孔２９ｂを形成し、このピン挿入孔２９ｂにスラストピン３３を挿入している。スラストピン３３は、軸受ハウジング１５に形成してある雌ねじ部１５ａに、軸受ハウジング１５内に形成してある空隙３４からねじ込み締結固定してあり、これにより、セミフローティングメタル２０は軸受ハウジング１５に対して回転規制されている。なお、上記した空隙３４は、軸受ハウジング１５の下部に形成してある排油路３５に連通している。
【００２９】
スラストピン３３は、先端のピン部３３ａをピン挿入孔２９ｂに対して移動可能に挿入してあり、したがってセミフローティングメタル２０はロータ軸３の径方向に移動可能である。
【００３０】
また、図３に示すように、セミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３の内周面には、軸方向に沿って延びる断面ほぼ半円形状の溝２２ａ，２３ａを、円周方向に沿って等間隔に複数（ここでは３箇所）それぞれ形成している。
【００３１】
図２に示すように、軸受ハウジング１５には、ラジアル軸受１９及びスラスト軸受２１に潤滑油を供給するための潤滑油供給口３６を、前記した排油口３５と反対の上部に設けている。この潤滑油供給口３６から下方に延びる潤滑油供給通路３７の下端は、図１に示すように、軸受ハウジング１５とセミフローティングメタル２０との間の前記した外周隙間３２に、縦連通路３８を通して連通している。
【００３２】
縦連通路３８は、潤滑油供給通路３７よりも通路断面積が小さく、潤滑油供給通路３７のタービンハウジング５側に位置し、セミフローティングメタル２０の薄肉部２９に形成してある貫通孔２９ａの一部と端部同士が重なり合っている。また、潤滑油供給通路３７の途中には、横連通路３９の一端が連通し、横連通路３９の他端はスラスト軸受２１の側部に連通している。
【００３３】
スラスト軸受２１は、タービンインペラ２側からコンプレッサインペラ４側に軸方向に沿って、タービン側スラストリング４０、中間スラストリング４１及びコンプレッサ側スラストリング４２を、順に配置している。
【００３４】
これらタービン側スラストリング４０、中間スラストリング４１及びコンプレッサ側スラストリング４２は、いずれも中心部にロータ軸３が挿入される貫通孔を備えた大略板状のリング状に形成された軸受部材である。
【００３５】
ここで、ロータ軸３は、軸受ハウジング１５内に位置するジャーナル部３ｂに対して小径となる、前記した雄ねじ部３ａを備えた先端小径部３ｄを備えている。すなわち、ジャーナル部３ｂは先端小径部３ｄに対して大径部となり、このジャーナル部３ｂの先端小径部３ｄ側の端部には、ロータ軸３の軸方向に対して直角な面となる突き当て面３ｅを備えている。
【００３６】
この突き当て面３ｅに、スラスト軸受２１における中間スラストリング４１の内周側端部の側面をほぼ接触する状態として、中間スラストリング４１を先端小径部３ｄに嵌入固定する。つまり、中間スラストリング４１はロータ軸３と一体的に回転する。
【００３７】
そして、この中間スラストリング４１と、コンプレッサインペラ４におけるコンプレッサホイール１１の内周側の軸方向に対向する端面１１ｂとの間には、大略円筒形状の油切り部材４３を介装している。したがって、ナット１８を締結することで、コンプレッサインペラ４は、ロータ軸３におけるジャーナル部３ｂの突き当て面３ｅとの間で、中間スラストリング４１及び油切り部材４３を挟持固定した状態で、ロータ軸３に締結固定されることになる。
【００３８】
油切り部材４３は、外周部に径方向外側に突出する環状の突起４３ａを備え、スラスト軸受２１側の潤滑油のコンプレッサインペラ４側への流出を抑える。油切り部材４３の突起４３ａのコンプレッサインペラ４側には、コンプレッサインペラ４とスラスト軸受２１とを隔てる隔壁４５の内周側端部が回転可能となるようほぼ接触しており、隔壁４５はその外周側端部を軸受ハウジング１５の内壁に固定している。
【００３９】
一方、ロータ軸３におけるジャーナル部３ｂの突き当て面３ｅに対応する位置付近の軸受ハウジング１５には、コンプレッサインペラ４側に開口する環状の凹部１５ｂを形成し、この凹部１５ｂに、スラスト軸受２１のタービン側スラストリング４０を固定している。
【００４０】
この際、タービン側スラストリング４０は、その内周面をジャーナル部３ｂの突き当て面３ｅ近傍の外周面に対して相対回転可能に対向させるとともに、中間スラストリング４１の側面に対しては、側面を相対回転可能に接触可能としている。また、中間スラストリング４１は、その大部分が凹部１５ｂ内に位置している。
【００４１】
一方、コンプレッサ側スラストリング４２は、外周側を軸受ハウジング１５の内壁に固定している。このコンプレッサ側スラストリング４２には、前述した横連通路３９が連通する油路４７を形成している。油路４７は、コンプレッサインペラ４と反対側の面に環状の溝として形成した環状油路４７ａと、環状油路４７ａに一端が連通して他端が湯切り部材４３付近に達するように全体が傾斜している傾斜油路４７ｂと、傾斜油路４７ｂの他端に一端が連通し、他端が中間スラストリング４１側に開口する軸方向油路４７ｃと、を備えている。
【００４２】
傾斜油路４７ｂ及び軸方向油路４７ｃは、円周方向に沿って複数設けてあり、横連通路３９から環状油路４７ａに流入した潤滑油は、複数の傾斜油路４７ｂ及び軸方向油路４７ｃを経由して、中間スラストリング４１とコンプレッサ側スラストリング４２との間の微小隙間に供給され、これら相互間を潤滑する。
【００４３】
そして、これらタービン側スラストリング４０、中間スラストリング４１及びコンプレッサ側スラストリング４２を備えるスラスト軸受２１は、コンプレッサ側スラストリング４２側が軸受ハウジング１５内の前記した空隙３４に露出していて、上記潤滑に供された潤滑油が、該空隙３４に直接または軸受ハウジング１５の下部に形成してある排出通路４４を通して流出する。また、この空隙３４は、タービンインペラ２とラジアル軸受１９との間のロータ軸３の外周面に開口する環状通路４８に連通しており、潤滑油供給通路３７からラジアル軸受１９に供給された潤滑油が環状通路４８を通して空隙３４に流出する。
【００４４】
このように構成された過給機では、エンジンからの排気がタービンハウジング５の排気取入口からタービンスクロール流路８に流入することで、タービンインペラ２が回転し、これに伴い、ロータ軸３及びコンプレッサインペラ４が回転する。コンプレッサインペラ４の回転により、コンプレッサハウジング１０の空気吸入口１３から空気を吸入して圧縮する。そして、この圧縮した空気を、ディフューザ流路１６及びコンプレッサスクロール流路１７を経由して空気吐出口から吐出することで、エンジンに供給される空気を過給する。
【００４５】
この際ロータ軸３は、ラジアル軸受１９がロータ軸３の直径方向の荷重を受ける一方、スラスト軸受２１がロータ軸３の軸方向の荷重を受けつつ回転する。ここで、スラスト軸受２１については、ロータ軸３がタービン側（図１，図２中で左方向）へ向けて負荷を受けたときに、中間スラストリング４１がタービン側スラストリング４０に対して摺動することですべり軸受を構成して軸受効果を発揮する。一方、ロータ軸３がコンプレッサ側（図１，図２中で右方向）へ向けて負荷を受けたときに、中間スラストリング４１がコンプレッサ側スラストリング４２に対して摺動することですべり軸受を構成して軸受効果を発揮する。
【００４６】
このとき、潤滑油供給通路３７には潤滑油が供給されており、この潤滑油の一部は、縦連通路３８を経てラジアル軸受１９に供給されてラジアル軸受１９を潤滑する。すなわち、縦連通路３８からラジアル軸受１９に向けて流れる潤滑油は、図２の矢印で示すように、セミフローティングメタル２０の内周側及び外周側をそれぞれ軸方向外側に向けて流れる。その後、一方のタービンインペラ２に向かう潤滑油は環状通路４８を経て空隙３４に向けて流れ、他方の潤滑油はタービン側スラストリング４０と中間スラストリング４１との間の微小隙間に入り込んでこれら相互間を潤滑してから空隙３４に向けて流れる。そして、これら空隙３４に流出した潤滑油は排油口３５を経て外部に排出される。
【００４７】
ここで、ラジアル軸受１９においては、セミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３内周の軸受隙間２５，２７に潤滑油が入り込んで油膜を形成し、この油膜によってロータ軸３がセミフローティングメタル２０（軸受ハウジング１５）に対して円滑に回転する。
【００４８】
また、潤滑油供給通路３７に供給された潤滑油の他の一部は、横連通路３９から、コンプレッサ側スラストリング４２の環状油路４７ａに流入し、傾斜油路４７ｂ及び軸方向油路４７ｃを経て中間スラストリング４１とコンプレッサ側スラストリング４２との間の微小隙間に流入してこれら相互間を潤滑する。この潤滑後の潤滑油も、軸受ハウジング１５の空隙３４に流出した後、下端の排油口３５から外部に排出される。
【００４９】
このようにしてラジアル軸受１９及びスラスト軸受２１を潤滑する潤滑油は、潤滑後にタービンハウジング５内やコンプレッサハウジング１０内への流出を抑えつつ、軸受ハウジング１５内を円滑に流れて排油口３５に向けて流す必要がある。
【００５０】
そのため本実施形態では、特にセミフローティングメタル２０の軸受部２２，２３内周の軸受隙間２５，２７を流れる潤滑油の量を最適化している。軸受隙間２５，２７を流れる潤滑油量を最適化するために、本実施形態では、軸受部２２，２３の軸方向長さ（内周側の軸方向長さ）である軸受幅Ｌと、溝２２ａ，２３ａを含む軸受隙間２５，２７の隙間断面積（軸方向に直交する方向の断面積）Ｓとを考慮した。
【００５１】
なお、軸受部２２，２３は互いに同じ形状としているので、以下では軸受部２２についてのみ説明する。
【００５２】
すなわち、本実施形態では、軸受部２２の軸受幅Ｌと軸受隙間２５の隙間断面積Ｓとの関係が、図４に直線で示す次式を満たすように、セミフローティングメタル２０を含む軸受構造を設計している。
【００５３】
ｙ＝ａｘ＋ｂ
但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、軸受幅Ｌの基準値Ｌ０に対する軸受幅Ｌの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、隙間断面積Ｓの基準値Ｓ０に対する隙間断面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【００５４】
ここで、軸受幅Ｌの基準値Ｌ０は３．６ｍｍで、隙間断面積Ｓの基準値Ｓ０は０．６ｍｍ2である。
【００５５】
図４の直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］は、ｘ＝１．００、ｙ＝１．００、すなわち軸受幅Ｌ＝Ｌ０＝３．６ｍｍ、隙間断面積Ｓ＝Ｓ０＝０．６ｍｍ2に対応する点Ｐを通る直線であり、このＬ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2としたときが、軸受隙間２５を流れる潤滑油の量が最適となることが実験により確認されている。つまり、Ｌ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2としたときに、軸受隙間２５に形成される油膜によってセミフローティングメタル２０がラジアル軸受１９として有効に機能すると同時に、軸方向端部のシール部を通してのタービンハウジング５への潤滑油の流出を効率よく抑制することができる。
【００５６】
そして、上記したＬ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2を基準として、直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］に対応する軸受幅Ｌと隙間断面積Ｓとの関係であれば、軸受隙間２５を流れる油量を、Ｌ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2の場合と同様として一定に確保できる。すなわち、直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］に対応する軸受幅Ｌと隙間断面積Ｓとの関係であれば、軸受隙間２５に形成される油膜によってセミフローティングメタル２０がラジアル軸受１９として有効に機能すると同時に、軸方向端部のシール部を通してのタービンハウジング５内への潤滑油の流出を効率よく抑制することができる。
【００５７】
このような効果は、軸受部２３についても同様に得ることができる。すなわち、セミフローティングメタル２０が軸受部２３にてラジアル軸受１９として有効に機能すると同時に、軸方向端部のシール部を通してのコンプレッサハウジング１０内への潤滑油の流出を効率よく抑制することができる。特に、タービンハウジング５内への潤滑油の流出を抑制することで、タービンスクロール流路８から排気出口９に向けて流れる高温の排気によって潤滑油が加熱されて煙となって外部に流出することを抑制できる。
【００５８】
なお、直線の式［ｙ＝ａｘ＋ｂ］は、上記した点Ｐのほか、他の複数の点における軸受幅Ｌと隙間断面積Ｓの実際の値を用いた軸受構造において、軸受隙間２５を流れる油量を、Ｌ＝３．６ｍｍ、Ｓ＝０．６ｍｍ2の場合と同様に一定に確保できることを確認して作成している。
【００５９】
ここで、過給機１を設計するにあたり、ラジアル軸受１９の軸受構造を設計変更する際に、上記した基準値Ｌ０＝３．６ｍｍに対して軸受幅Ｌを短くする必要が生じた場合を考える。この場合には、図４の直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］上の点Ｐから、該直線に沿って図４中の矢印Ｂで示す左方向の適宜位置での隙間断面積Ｓが得られる。
【００６０】
例えば、軸受幅Ｌを３．０ｍｍとする場合には、ｙ＝ａｘ＋ｂ＝０．３（３．０／３．６）＋０．７＝０．９５となり、ｙ＝Ｓ／０．６であることから、Ｓ／０．６＝０．９５により、Ｓ＝０．５７ｍｍ2となる。すなわち、軸受幅の基準値Ｌ０＝３．６ｍｍ、隙間断面積の基準値Ｓ０＝０．６ｍｍ2に対して、軸受幅Ｌを３．０ｍｍとした場合に隙間断面積Ｓは０．５７ｍｍ2となる。
【００６１】
なお、軸受幅Ｌを短くするのは、機械的損失を改善するためであり、この場合には隙間断面積Ｓを一定とすれば潤滑油量が増大してオイルシール性能への影響が懸念されるが、上記のようにして隙間断面積Ｓを小さく設定することで、潤滑油量の増大を抑えて適正に確保することができる。
【００６２】
逆に、軸受幅Ｌを長くする必要が生じた場合には、図４の直線［ｙ＝ａｘ＋ｂ］上の点Ｐから、該直線に沿って図４中の矢印Ｃで示す右方向の適宜位置での隙間断面積Ｓが、上記と同様にして得られる。
【００６３】
軸受幅Ｌを長くするのは、軸受負荷容量を高めるためであり、この場合には隙間断面積Ｓを一定とすれば潤滑油量が減少して耐久性への影響が懸念されるが、上記のようにして隙間断面積Ｓを設定する（隙間断面積Ｓは大きくなる）ことで、潤滑油量の減少を抑えて潤滑油量を適正に確保することができる。
【００６４】
そして、これら隙間断面積Ｓの変更は、溝２２ａ，２３ａ以外の部分の軸受隙間２５，２７はそのままで、溝２２ａ，２３ａによる断面積を変更することで実施する。溝２２ａ，２３ａによる断面積の変更は、その形状や数を変更することで容易に行うことができる。その際、溝２２ａ，２３ａ以外の部分の軸受隙間２５，２７の変更は実施しない。
【００６５】
このように、本実施形態では、過給機１を設計するにあたり、軸受ハウジング１５の形状変更を行うことなく、セミフローティングメタル２０を用いたラジアル軸受１９の軸受隙間２５，２７を流れる潤滑油量を一定に確保して、セミフローティングメタル２０をラジアル軸受１９として有効に機能させると同時に、軸方向端部のシール部を通してタービンハウジング５内やコンプレッサハウジング１０内への潤滑油の流出を効率よく抑制することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 過給機
２ タービンインペラ
３ ロータ軸（回転軸）
４ コンプレッサインペラ
１５ 軸受ハウジング（ハウジング）
２０ セミフローティングメタル（軸受部材）
２２，２３ 軸受部
２５，２７ 軸受隙間
Ｌ 軸受幅（軸受部の軸方向長さ）
Ｓ 隙間断面積（軸受隙間の軸方向に対して直交する方向の断面の面積）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を円筒形状の軸受部材を介してハウジングに回転可能に支持する軸受装置の設計方法であって、前記軸受部材は、軸方向両端に前記回転軸との間に軸受隙間を有する軸受部を備えるとともに、前記ハウジングに対して回転規制されているセミフロート式の軸受部材であり、前記軸受部の軸方向長さＬと前記軸受隙間の軸方向に対して直交する方向の断面の面積Ｓとの関係が次式を満たすようにすることを特徴とする軸受装置の設計方法。
ｙ＝ａｘ＋ｂ
但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、前記軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０に対する軸方向長さＬの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０に対する軸受隙間の面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【請求項２】
前記軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０を３．６ｍｍ、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０を０．６ｍｍ2として軸受装置を設計することを特徴とする請求項１に記載の軸受装置の設計方法。
【請求項３】
回転軸を円筒形状の軸受部材を介してハウジングに回転可能に支持する軸受装置であって、前記軸受部材は、軸方向両端に前記回転軸との間に軸受隙間を有する軸受部を備えるとともに、前記ハウジングに対して回転規制されているセミフロート式の軸受部材であり、前記軸受部の軸方向長さＬと前記軸受隙間の軸方向に対して直交する方向の断面の面積Ｓとの関係が次式を満たすことを特徴とする軸受装置。
ｙ＝ａｘ＋ｂ
但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、前記軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０に対する軸方向長さＬの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０に対する軸受隙間の面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【請求項４】
前記軸受部の軸方向長さの基準値Ｌ０は３．６ｍｍで、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０は０．６ｍｍ2であることを特徴とする請求項３に記載の軸受装置。
【請求項５】
前記軸受部材は、一方の端部にエンジンからの排気によって回転するタービンインペラが取り付けられるとともに、他方の端部に前記タービンインペラと一体的に回転するコンプレッサインペラが取り付けられた前記回転軸が回転可能に挿入されて、前記コンプレッサインペラの回転によって前記エンジンに供給される空気を過給する過給機に備えられていることを特徴とする請求項３または４に記載の軸受装置。
【請求項１】
回転軸を円筒形状の軸受部材を介してハウジングに回転可能に支持する軸受装置の設計方法であって、前記軸受部材は、軸方向両端に前記回転軸との間に軸受隙間を有する軸受部を備えるとともに、前記ハウジングに対して回転規制されているセミフロート式の軸受部材であり、前記軸受部の軸方向長さＬと前記軸受隙間の軸方向に対して直交する方向の断面の面積Ｓとの関係が次式を満たすようにすることを特徴とする軸受装置の設計方法。
ｙ＝ａｘ＋ｂ
但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、前記軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０に対する軸方向長さＬの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０に対する軸受隙間の面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【請求項２】
前記軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０を３．６ｍｍ、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０を０．６ｍｍ2として軸受装置を設計することを特徴とする請求項１に記載の軸受装置の設計方法。
【請求項３】
回転軸を円筒形状の軸受部材を介してハウジングに回転可能に支持する軸受装置であって、前記軸受部材は、軸方向両端に前記回転軸との間に軸受隙間を有する軸受部を備えるとともに、前記ハウジングに対して回転規制されているセミフロート式の軸受部材であり、前記軸受部の軸方向長さＬと前記軸受隙間の軸方向に対して直交する方向の断面の面積Ｓとの関係が次式を満たすことを特徴とする軸受装置。
ｙ＝ａｘ＋ｂ
但し、ａ＝０．３±０．１、ｂ＝０．７±０．１であり、ｘは、前記軸受部の軸方向長さＬの基準値Ｌ０に対する軸方向長さＬの比（ｘ＝Ｌ／Ｌ０）、ｙは、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０に対する軸受隙間の面積Ｓの比（ｙ＝Ｓ／Ｓ０）とする。
【請求項４】
前記軸受部の軸方向長さの基準値Ｌ０は３．６ｍｍで、前記軸受隙間の面積Ｓの基準値Ｓ０は０．６ｍｍ2であることを特徴とする請求項３に記載の軸受装置。
【請求項５】
前記軸受部材は、一方の端部にエンジンからの排気によって回転するタービンインペラが取り付けられるとともに、他方の端部に前記タービンインペラと一体的に回転するコンプレッサインペラが取り付けられた前記回転軸が回転可能に挿入されて、前記コンプレッサインペラの回転によって前記エンジンに供給される空気を過給する過給機に備えられていることを特徴とする請求項３または４に記載の軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−３６５５５（Ｐ２０１３−３６５５５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７３７１４（Ｐ２０１１−１７３７１４）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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