JP2019157912A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間にわたり回転軸の回転時における傾きを抑制することができるとともに、回転軸やスラスト部材がスラストベアリングに接触することを防止することができる過給機を提供する。【解決手段】過給機は、回転軸と、回転軸の一端に設けられるコンプレッサホイールと、回転軸に嵌合されるスラスト部材と、回転軸の軸線方向においてスラスト部材に隣接して配置され、回転軸をスラスト方向に支持するスラストベアリングと、スラスト部材およびスラストベアリングを収納するハウジングと、を備え、軸線方向に直交する方向におけるスラスト部材の外周面とハウジングとの間にはクリアランスが形成され、クリアランスにはオイルが流れ込むように構成され、回転軸およびスラスト部材が回転した際に、クリアランスに流れ込んだオイルが、スラスト部材を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を発生させる。【選択図】 図３

Description

本開示は、回転軸をスラスト方向に支持するスラストベアリングを備える過給機に関する。

回転軸と、該回転軸の外周に取付けられたスラストカラーと、該スラストカラーを介して回転軸に作用するスラスト荷重を支持するスラストベアリングと、を備える過給機が広く知られている（例えば、特許文献１）。

近年、エンジンの小型化要求に伴い、エンジンに取付けられる過給機の大容量化が要求されている。過給機を大容量なものにすると、過給機の回転軸に作用するスラスト荷重が大きくなるので、回転軸の回転時における軸心の傾きが大きくなる。回転軸の軸心の傾きが大きくなると、スラストカラーとスラストベアリングとの間で片当たりが生じて、スラストベアリングやスラストカラーに片当たりによる急激な温度上昇や焼付きを生じる虞が高まる。

特許文献１に記載の過給機は、スラストベアリングのスラストカラー側の端面に弾性変形可能な内周パッドを設けて、回転軸及びスラストカラーが傾いた際に、内周パッドがスラストベアリングから離れるように弾性変形することで、内周パッドとスラストカラーとの間にスラスト荷重を支持するための油膜厚さを確保して、内周パッドにスラスト荷重負担能力を発揮させることが記載されている。

特開２００３−２３２３４０号公報

特許文献１に記載の過給機は、上述した弾性変形における変形と復元との繰り返しにより、スラストベアリングの内周パッドが疲労破壊する虞がある。また、内周パッドの疲労による弾性力の低下により、スラストベアリングとスラストカラーとの間の油膜厚さを確保することができずに、スラストベアリングやスラストカラーに急激な温度上昇や焼付きを生じる虞がある。

上述した事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、長期間にわたり回転軸の回転時における傾きを抑制することができるとともに、回転軸やスラスト部材がスラストベアリングに接触することを防止することができる過給機を提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態にかかる過給機は、
回転軸と、
前記回転軸の一端に設けられるコンプレッサホイールと、
前記回転軸に嵌合されるスラスト部材と、
前記回転軸の軸線方向において前記スラスト部材に隣接して配置されるとともに、前記回転軸をスラスト方向に支持するスラストベアリングと、
前記スラスト部材および前記スラストベアリングを収納するハウジングと、を備え、
前記軸線方向に直交する方向における前記スラスト部材の外周面と前記ハウジングとの間には前記回転軸の軸線方向および周方向の少なくとも一部にクリアランスが形成され、前記クリアランスにはオイルが流れ込むように構成され、
前記回転軸および前記スラスト部材が回転した際に、前記クリアランスに流れ込んだ前記オイルが、前記スラスト部材を前記軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を発生させるように構成されている。

上記（１）の構成によれば、過給機は、回転軸と、回転軸の一端に設けられるコンプレッサホイールと、回転軸に嵌合されるスラスト部材と、回転軸の軸線方向においてスラスト部材に隣接して配置されるとともに、回転軸をスラスト方向に支持するスラストベアリングと、スラスト部材およびスラストベアリングを収納するハウジングと、を備えている。回転軸の軸線方向に直交する方向におけるスラスト部材の外周面とハウジングとの間には回転軸の軸線方向および周方向の少なくとも一部にクリアランスが形成され、クリアランスにはオイルが流れ込むように構成されている。そして、回転軸およびスラスト部材が回転した際に、クリアランスに流れ込んだオイルがスラスト部材を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を発生させるように構成されている。

このため、クリアランスに流れ込んだオイルは、回転軸およびスラスト部材が回転した際に潤滑膜を形成し、スラスト部材を軸線方向に直交する方向に沿って軸線に向かって押圧する油膜圧力を発生させるので、回転軸の回転時における軸線の傾きを抑制することができる。したがって、回転軸やスラスト部材がスラストベアリングに接触することを防止することもできる。回転軸やスラスト部材とスラストベアリングとの接触を防止することで、回転軸、スラスト部材およびスラストベアリングの摩耗による損傷を抑制することができ、過給機を長期間にわたり使用することが可能になる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記クリアランスの大きさをＣ、前記スラスト部材の外側寸法をＤとした場合に、少なくとも一部における前記クリアランスは、クリアランス比Ｃ／Ｄが５／１０００≦Ｃ／Ｄ≦１０／１０００の条件を満たす。

上記（２）の構成によれば、少なくとも一部におけるクリアランスが上述した条件を満たすので、クリアランスに流れ込んだオイルが適切な油膜圧力を発揮することができる。なお、クリアランス比がＣ／Ｄ＜５／１０００の場合には、回転軸の回転時における傾きにより、回転軸やスラスト部材がスラストベアリングに接触する虞がある。また、クリアランス比が１０／１０００＜Ｃ／Ｄの場合には、オイルが十分な油膜圧力を発揮できない虞がある。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記クリアランスは、前記軸線方向における前記スラストベアリング側の少なくとも一部が前記スラストベアリングから離れた側に比べて大きく形成されている。

上記（３）の構成によれば、オイルがクリアランスのスラストベアリング側から容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランスのスラストベアリングから離れた側から流れ出し難くなっている。このため、オイルによるスラスト部材を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記ハウジングの前記クリアランスを形成する部分の内側寸法は、前記軸線方向における前記スラストベアリング側の少なくとも一部が前記スラストベアリングから離れた側に比べて大きく形成されている。

上記（４）の構成によれば、オイルがクリアランスのスラストベアリング側から容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランスのスラストベアリングから離れた側から流れ出し難くなっている。このため、オイルによるスラスト部材を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の構成において、
前記スラスト部材の外側寸法は、前記軸線方向における前記スラストベアリング側の少なくとも一部が前記スラストベアリングから離れた側に比べて小さく形成されている。

上記（５）の構成によれば、オイルがクリアランスのスラストベアリング側から容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランスのスラストベアリングから離れた側から流れ出し難くなっている。このため、オイルによるスラスト部材を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記スラスト部材は、前記軸線方向における前記スラストベアリング側の端部の少なくとも一部に面取り面を有する。

上記（６）の構成によれば、スラスト部材の軸線方向におけるスラストベアリング側の端部の少なくとも一部に面取り面を有しているので、オイルがクリアランスのスラストベアリング側から容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランスのスラストベアリングから離れた側から流れ出し難くなっている。このため、オイルによるスラスト部材を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。また、面取り面は切削などにより容易に形成可能である。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の構成において、
前記ハウジングは、前記回転軸の周方向において前記クリアランスが部分的に拡大される拡径部が均等に配置されるように構成されている。

上記（７）の構成によれば、ハウジングによりクリアランスが部分的に拡大される拡径部と拡径部よりもクリアランスが小さい部分とを設けることで、オイルがクリアランスの拡径部に容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランスの拡径部よりもクリアランスが小さい部分から流れ出し難くなっている。このため、周方向における複数箇所に油膜圧力のピーク部を形成できるので、オイルによるスラスト部材を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。

特に、軸線方向におけるスラストベアリング側の少なくとも一部のクリアランスがスラストベアリングから離れた側のクリアランスに比べて大きく形成されている場合には、周方向における複数箇所に形成された油膜圧力のピーク部における油膜圧力を上昇させることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の構成において、
前記ハウジングは、前記コンプレッサホイールの背面に対向する面に複数の凹部を含む非接触シールが設けられた。
上記（８）の構成によれば、複数の凹部を含む非接触シールにより、コンプレッサホイールの背面と当該背面に対向するハウジングの面との間に流れ込んだ圧縮気体は、回転軸およびコンプレッサホイールが回転した際に潤滑膜を形成し、コンプレッサホイールを軸線方向に沿って押圧する気体膜圧力を発生させるので、回転軸の回転時における軸線の傾きを抑制することができる。したがって、コンプレッサホイールがハウジングに接触することを防止することもできる。コンプレッサホイールとハウジングとの接触を防止することで、コンプレッサホイールおよびハウジングの摩耗による損傷を抑制することができ、過給機を長期間にわたり使用することが可能になる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）の構成において、
前記回転軸の他端に設けられるタービンホイールをさらに備える。
上記（９）の構成によれば、過給機は、コンプレッサホイールおよびタービンホイールを備えるターボチャージャである。ターボチャージャは、コンプレッサホイールに作用する例えば圧縮空気などの気体の圧力が、タービンホイールに作用する例えば排ガスなどの気体の圧力よりも低いので、回転軸の回転時においてコンプレッサホイール側がタービンホイール側に比べて大きく触れ回ることになる。このようなターボチャージャの回転軸であっても、上述したようにクリアランスに流れ込んだオイルがスラスト部材に対して油膜圧力を作用させることで、回転軸の回転時における傾きを抑制することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、回転軸の回転時における傾きを抑制することができるとともに、回転軸やスラスト部材がスラストベアリングに接触することを防止することができる過給機が提供される。

本発明の一実施形態にかかる過給機の全体構造を説明するための概略図である。 図１に示す過給機の一部を拡大して示す概略断面図である。 本発明の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。 本発明の一実施形態にかかる過給機におけるクリアランス比と油膜圧力との関係を概略的に示すグラフである。 本発明の他の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。 本発明の他の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。 本発明の他の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。 本発明の他の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の周方向に沿った概略断面図である。 本発明の他の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の周方向に沿った概略断面図である。 本発明の他の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。 本発明の他の一実施形態にかかる過給機を説明するための図であって、コンプレッサホイールおよびハウジングを概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同様の符号を付し説明を省略することがある。

図１は、本発明の一実施形態にかかる過給機の全体構造を説明するための概略図である。図２は、図１に示す過給機の一部を拡大して示す概略断面図である。図３は、本発明の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。

図１〜１１に示される幾つかの実施形態にかかる過給機１は、船舶用のターボチャージャであり、図１、２に示されるように、軸線方向（図１、２中左右方向）に沿って延在する回転軸２と、回転軸２の軸線方向の一端に設けられるコンプレッサホイール１１と、回転軸２の軸線方向の他端に設けられるタービンホイール１２と、を備えている。そして、過給機１は、図２、３に示されるように、回転軸２に嵌合されるスラスト部材３（スラストカラー）と、回転軸２の軸線方向においてスラスト部材３に隣接して配置されるとともに回転軸２をスラスト方向に支持するスラストベアリング４と、スラスト部材３およびスラストベアリング４を収納するハウジング５と、をさらに備えている。

過給機１のハウジング５は、図２に示されるように、コンプレッサホイール１１を収納するコンプレッサハウジング５Ａと、タービンホイール１２を収納するタービンハウジング５Ｂと、スラストベアリング４を収納するベアリングハウジング５Ｃと、を含んでいる。ベアリングハウジング５Ｃは、図２に示されるように、回転軸２の軸線方向において、コンプレッサハウジング５Ａとタービンハウジング５Ｂとの間に配置されて、例えばボルトを用いた螺合などによりコンプレッサハウジング５Ａやタービンハウジング５Ｂに固定されている。また、ベアリングハウジング５Ｃは、図２に示されるように、スラスト部材３およびスラストベアリング４を回転軸２の径方向（回転軸２の軸線方向に直交する方向）の内側に収納している。

また、過給機１は、図２に示されるように、回転軸２の軸線方向におけるスラスト部材３に対してスラストベアリング４とは反対側にスラストベアリング１３をさらに備えている。スラストベアリング１３は、スラストベアリング４と同様に、回転軸２の軸線方向においてスラスト部材３に隣接して配置されるとともに回転軸２をスラスト方向に支持している。

また、過給機１は、図２に示されるように、ベアリングハウジング５Ｃの径方向の内側に収納されるとともに回転軸２を回転可能に支持する一対のジャーナルベアリング１４、１５をさらに備えている。図２に示されるように、ジャーナルベアリング１４は、回転軸２の軸線方向におけるコンプレッサホイール１１側に配置されており、ジャーナルベアリング１５は、回転軸２の軸線方向におけるタービンホイール１２側に配置されている。

スラスト部材３は、図３に示されるように、外周面３１と内周面３２とを有し、回転軸２の外周面２１に内周面３２が嵌合することにより回転軸２に固定されている。このため、スラスト部材３は、回転軸２の回転に同期して回転するようになっている。スラスト部材３は、図３に示されるように外径寸法が一定の円管状に形成されたスラスト部材３Ａを含んでいる。

スラストベアリング４は、図３に示されるように、外周面４１と内周面４２とを有する円形状に形成されており、ハウジング５に外周面４１が嵌合されてハウジング５に固定されるとともに回転軸２が内周面４２に緩く挿通されている。

ハウジング５は、図３に示されるように、スラスト部材３を回転軸２の径方向の内側に収納するスラスト部材収納部５１と、スラストベアリング４を嵌合するスラストベアリング嵌合部５２と、を少なくとも含んでいる。そして、回転軸２の径方向におけるスラスト部材３の外周面４１とハウジング５との間には回転軸２の軸線方向および周方向の少なくとも一部にクリアランス６が形成されている。

クリアランス６にはオイルが流れ込むように構成されており、且つ、クリアランス６に流れ込んだオイルは、回転軸２およびスラスト部材３が回転した際に、スラスト部材３を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を発生させるように構成されている。具体的には、図３に示されるような、スラストベアリング４の内周面４２と回転軸２の外周面２１との間にオイルが供給されるように構成されている。スラストベアリング４の内周面４２と回転軸２の外周面２１との間に供給されたオイルは、スラストベアリング４の軸線方向におけるスラスト部材３側の端面４３と、スラスト部材３の端面４３に対向する第１端面３３と、の間を通り、クリアランス６に流れ込むようになっている。クリアランス６に流れ込んだオイルは、図３に示されるように、回転軸２およびスラスト部材３が回転した際に、スラスト部材３を径方向に沿って押圧する油膜圧力を発生させる。

上述したように、幾つかの実施形態にかかる過給機１は、上述した回転軸２と、回転軸２の一端に設けられる上述したコンプレッサホイール１１と、回転軸２に嵌合される上述したスラスト部材３と、回転軸２の軸線方向においてスラスト部材３に隣接して配置されるとともに、回転軸２をスラスト方向に支持する上述したスラストベアリング４と、スラスト部材３およびスラストベアリング４を収納する上述したハウジング５と、を備えている。そして、回転軸２の軸線方向に直交する方向におけるスラスト部材３の外周面３１とハウジング５との間にはクリアランス６が形成され、クリアランス６にはオイルが流れ込むように構成されている。さらに、回転軸２およびスラスト部材３が回転した際に、クリアランス６に流れ込んだオイルがスラスト部材３を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を発生させるように構成されている。

このため、クリアランス６に流れ込んだオイルは、図３に示されるように、回転軸２およびスラスト部材３が回転した際に潤滑膜を形成し、スラスト部材３を軸線方向に直交する方向に沿って軸線に向かって押圧する油膜圧力を発生させるので、回転軸２の回転時における軸線の傾きを抑制することができる。したがって、回転軸２やスラスト部材３がスラストベアリング４に接触することを防止することもできる。回転軸２やスラスト部材３とスラストベアリング４との接触を防止することで、回転軸２、スラスト部材３およびスラストベアリング４の摩耗による損傷を抑制することができ、過給機１を長期間にわたり使用することが可能になる。

幾つかの実施形態では、図３に示されるように、上述したクリアランス６の大きさをＣ、上述したスラスト部材３の外側寸法をＤとした場合に、回転軸２の軸線方向および周方向の少なくとも一部におけるクリアランス６は、クリアランス比Ｃ／Ｄが５／１０００≦Ｃ／Ｄ≦１０／１０００の条件を満たす。ここで、図４は、本発明の一実施形態にかかる過給機におけるクリアランス比と油膜圧力との関係を概略的に示すグラフである。図４に示されるように、クリアランス比Ｃ／Ｄが小さくなるとクリアランス６内のオイルが発揮する油膜圧力が上昇する傾向がある。しかし、クリアランス比Ｃ／Ｄが小さすぎると回転軸２やスラスト部材３がスラストベアリング４に接触したり、焼付きが起こる可能性が高まる。よって、クリアランス比Ｃ／Ｄが上述した条件を満たす場合には、クリアランス６に流れ込んだオイルが適切な油膜圧力を発揮することができる。なお、クリアランス比がＣ／Ｄ＜５／１０００の場合には、回転軸２の回転時における傾きにより、回転軸２やスラスト部材３がスラストベアリング４に接触する虞がある。また、クリアランス比が１０／１０００＜Ｃ／Ｄの場合には、図４に示されるように、オイルが十分な油膜圧力を発揮できない虞がある。

図５〜７は、本発明の他の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。図５〜７に示されるように、幾つかの実施形態では、上述したクリアランス６は、軸線方向におけるスラストベアリング４側の少なくとも一部がスラストベアリング４から離れた側に比べて大きく形成されている。この場合には、オイルがクリアランス６のスラストベアリング４側から容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランス６のスラストベアリング４から離れた側から流れ出し難くなっている。このため、オイルによるスラスト部材３を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。

図５に示される実施形態では、上述したハウジング５のクリアランス６を形成する部分の内側寸法は、軸線方向におけるスラストベアリング４側の少なくとも一部がスラストベアリング４から離れた側に比べて大きく形成されている。ここで、ハウジング５のクリアランス６を形成する部分とは、スラスト部材３の外周面３１に対向する内側面５３を含むクリアランス形成部５４を意味する。具体的には、クリアランス形成部５４には、図５に示されるように、軸線方向におけるスラストベアリング４側に向かうにつれて軸方向における肉厚が徐々に薄くなるようなテーパ面５５が形成されている。このため、クリアランス形成部５４の内側寸法は、軸線方向におけるスラストベアリング４側がスラストベアリング４から離れた側に比べて大きく形成されている。この場合には、オイルがクリアランス６のスラストベアリング４側から容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランス６のスラストベアリング４から離れた側から流れ出し難くなっている。このため、オイルによるスラスト部材３を軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。

図６に示される実施形態では、上述したスラスト部材３の外側寸法は、軸線方向におけるスラストベアリング４側の少なくとも一部がスラストベアリング４から離れた側に比べて小さく形成されている。具体的には、スラスト部材３は、図６に示されるように、円錐台形状に形成されたスラスト部材３Ｂを含んでいる。スラスト部材３Ｂは、上述した第１端面３３における外径寸法が、軸線方向における第１端面３３とは反対側の第２端面３４における外径寸法よりも小さく形成されている。つまり、スラスト部材３Ｂには、図６に示されるように、軸線方向におけるスラストベアリング４側に向かうにつれて外径寸法が徐々に小さくなるようなテーパ面３５が形成されている。この場合には、オイルがクリアランス６のスラストベアリング４側から容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランス６のスラストベアリング４から離れた側から流れ出し難くなっている。このため、オイルによるスラスト部材３Ｂを軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。また、スラスト部材３Ｂは、ハウジング５に比べて設計変更や加工が容易である。

図７に示される実施形態では、上述したスラスト部材３は、回転軸２の軸線方向におけるスラストベアリング４側の端部の少なくとも一部に面取り面３６を有するスラスト部材３Ｃを含んでいる。スラスト部材３Ｃは、図７に示されるように、円管状に形成されており、第１端面３３の外周端部に面取り面３６が形成されている。図７に示される実施形態では、面取り面３６は、回転軸２の軸線方向に沿った断面視において外形輪郭が円弧状に形成されたＲ面取りが施されているが、回転軸２の軸線方向に沿った断面視において外形輪郭が直線状に形成されたＣ面取りが施されてもよい。この場合には、スラスト部材３Ｃの軸線方向におけるスラストベアリング４側の端部の少なくとも一部に面取り面３６を有しているので、オイルがクリアランス６のスラストベアリング４側から容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランス６のスラストベアリング４から離れた側から流れ出し難くなっている。このため、オイルによるスラスト部材３Ｃを軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。また、面取り面３６は切削などにより容易に形成可能である。

図８、９は、本発明の他の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の周方向に沿った概略断面図である。図８、９に示されるように、幾つかの実施形態では、上述したハウジング５は、上述した回転軸２の周方向においてクリアランス６が部分的に拡大された拡径部６２が均等に配置されるように構成されている。ここで、拡径部６２が均等に配置されるとは、回転軸２の回転時にクリアランス６に発生する油膜圧力の合力が回転軸２を偏心させる偏心荷重として作用しないような配置されることを意味している。

具体的には、図８に示される実施形態では、ハウジング５の内側面５３は、回転軸２の径方向外側に向かって断面視における輪郭形状が円弧状になるように凹んだ凹部５６が１８０°毎に設けられることにより、断面視における輪郭形状が楕円形状に形成されている。ハウジング５の内側面５３とスラスト部材３の外周面３１との間に形成されるクリアランス６は、回転軸２の周方向において、２つの小径部６１と、小径部６１よりもクリアランス６が大きく２つの拡径部６２と、が交互に設けられている。図８、９において点線で示される円は、説明の便宜上設けたものであり、クリアランス６の大きさを小径部６１と同じ大きさにしたものである。

また、図９に示される実施形態では、ハウジング５の内側面５３は、回転軸２の径方向外側に向かって断面視における輪郭形状が円弧状になるように凹んだ凹部５６が１２０°毎に設けられることにより、断面視における輪郭形状が角部を丸めた三角形状に形成されている。ハウジング５の内側面５３とスラスト部材３の外周面３１との間に形成されるクリアランス６は、回転軸２の周方向において、３つの小径部６１と、小径部６１よりもクリアランス６が大きく３つの拡径部６２と、が交互に設けられている。

上記の構成によれば、ハウジング５によりクリアランス６が部分的に拡大された拡径部６２と拡径部６２よりもクリアランスが小さい部分（小径部６１）とを設けることで、オイルがクリアランス６の拡径部６２に容易に流れ込むことができ、且つ、オイルがクリアランス６の拡径部６２よりもクリアランスが小さい部分（小径部６１）から流れ出し難くなっている。このため、周方向における複数箇所に油膜圧力のピーク部を形成できるので、オイルによるスラスト部材３を回転軸２の軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を増加させることができる。特に、回転軸２の軸線方向におけるスラストベアリング４側の少なくとも一部のクリアランス６がスラストベアリング４から離れた側のクリアランス６に比べて大きく形成されている場合には、周方向における複数箇所に形成された油膜圧力のピーク部における油膜圧力を上昇させることができる。

図１０は、本発明の他の一実施形態にかかる過給機におけるハウジング内部の主要な構成要素を概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。上述した幾つかの実施形態は、図１０に示されるような、フローティングディスク７を備える過給機１についても適用可能である。すなわち、幾つかの実施形態では、上述した過給機１は、図１０に示されるように、上述した回転軸２に緩く挿通されるフローティングディスク７であって、上述した回転軸２の軸線方向におけるスラスト部材３とスラストベアリング４との間に配置されるフローティングディスク７をさらに備えている。換言するとスラストベアリング４は、フローティングディスク７を介してスラスト部材３に隣接して配置されている。フローティングディスク７は、図１０に示されるように、外周面７１と内周面７２とを有する円管状に形成されており、外周面７１とハウジング５の内側面５３との間にオイルが流れる隙間が設けられるとともに、回転軸２が内周面７２に緩く挿通されている。このようなフローティングディスク７を備える過給機１であっても、クリアランス６にオイルが流れ込むので、クリアランス６に流れ込んだオイルがスラスト部材３に対して油膜圧力を作用させることができる。

図１１は、本発明の他の一実施形態にかかる過給機を説明するための図であって、コンプレッサホイールおよびハウジングを概略的に示す回転軸の軸線方向に沿った概略断面図である。図１１に示されるように、幾つかの実施形態では、上述したハウジング５は、上述したコンプレッサホイール１１の背面１１１に対向する面５７に複数の凹部８１を含む非接触シール８が設けられている。複数の凹部８１は、回転軸２の周方向および径方向に沿って複数並んで配置され、面５７よりも回転軸２の軸線方向に沿って半球状に凹んで形成されている。

上記の構成によれば、複数の凹部８１を含む非接触シール８により、コンプレッサホイール１１の背面１１１とハウジング５の背面１１１に対向する面５７との間に流れ込んだ圧縮気体は、回転軸２およびコンプレッサホイール１１が回転した際に潤滑膜を形成し、コンプレッサホイール１１を軸線方向に沿って押圧する気体膜圧力を発生させるので、回転軸２の回転時における軸線の傾きを抑制することができる。したがって、コンプレッサホイール１１がハウジング５に接触することを防止することもできる。コンプレッサホイール１１とハウジング５との接触を防止することで、コンプレッサホイール１１およびハウジング５の摩耗による損傷を抑制することができ、過給機１を長期間にわたり使用することが可能になる。なお、図１１に示される本構成は過給機に単独で用いられてもよいし、上述した幾つかの実施形態とともに用いられてもよい。

上述したように、幾つかの実施形態では、上述した過給機１は、図１、２に示されるように、回転軸２の軸線方向における他端に設けられるタービンホイール１２をさらに備えている。すなわち、上述した過給機１は、コンプレッサホイール１１及びタービンホイール１２を備えるターボチャージャである。この場合には、コンプレッサホイール１１に作用する例えば圧縮空気などの気体の圧力が、タービンホイール１２に作用する例えば排ガスなどの気体の圧力よりも低いので、回転軸２の回転時においてコンプレッサホイール１１側がタービンホイール１２側に比べて大きく触れ回ることになる。このようなターボチャージャの回転軸２であっても、上述したようにクリアランス６に流れ込んだオイルがスラスト部材３に対して油膜圧力を作用させることで、回転軸２の回転時における傾きを抑制することができる。

なお、上述した幾つかの実施形態では、過給機１について船舶用のターボチャージャを例に説明したが、過給機１は船舶用のターボチャージャに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、過給機１は自動車用のターボチャージャであってもよく、ターボチャージャ以外の装置であってもよい。また、過給機１は上述したタービンホイール１２を備えない構成にしてもよい。タービンホイール１２を備えない過給機１としては、例えば、不図示の電動機によりコンプレッサホイール１１を回転させる電動コンプレッサなどが挙げられる。

また、上述した幾つかの実施形態では、スラスト部材３は、円管状や円錐台形状に形成されていたが、角管状や角錐台形状に形成されていてもよい。また、上述した幾つかの実施形態では、ハウジング５の内側面５３は、スラスト部材３の外周面３１の全周を連続的に覆うようになっていたが、スラスト部材３の外周面３１の周方向における一部を断続的に覆うようにしてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 過給機
１１ コンプレッサホイール
１１１ 背面
１２ タービンホイール
１３ スラストベアリング
１４，１５ ジャーナルベアリング
２ 回転軸
２１ 外周面
３，３Ａ〜３Ｃ スラスト部材
３１ 外周面
３２ 内周面
３３ 第１端面
３４ 第２端面
３５ テーパ面
３６ 面取り面
４ スラストベアリング
４１ 外周面
４２ 内周面
４３ 端面
５ ハウジング
５Ａ コンプレッサハウジング
５Ｂ タービンハウジング
５Ｃ ベアリングハウジング
５１ スラスト部材収納部
５２ スラストベアリング嵌合部
５３ 内側面
５４ クリアランス形成部
５５ テーパ面
５６ 凹部
５７ 面
６ クリアランス
６１ 小径部
６２ 拡径部
７ フローティングディスク
７１ 外周面
７２ 内周面
８ 非接触シール
８１ 凹部

Claims (9)

1. 回転軸と、
   前記回転軸の一端に設けられるコンプレッサホイールと、
   前記回転軸に嵌合されるスラスト部材と、
   前記回転軸の軸線方向において前記スラスト部材に隣接して配置されるとともに、前記回転軸をスラスト方向に支持するスラストベアリングと、
   前記スラスト部材および前記スラストベアリングを収納するハウジングと、を備え、
   前記軸線方向に直交する方向における前記スラスト部材の外周面と前記ハウジングとの間には前記回転軸の軸線方向および周方向の少なくとも一部にクリアランスが形成され、前記クリアランスにはオイルが流れ込むように構成され、
   前記回転軸および前記スラスト部材が回転した際に、前記クリアランスに流れ込んだ前記オイルが、前記スラスト部材を前記軸線方向に直交する方向に沿って押圧する油膜圧力を発生させるように構成されている
   過給機。
2. 前記クリアランスの大きさをＣ、前記スラスト部材の外側寸法をＤとした場合に、少なくとも一部における前記クリアランスは、クリアランス比Ｃ／Ｄが５／１０００≦Ｃ／Ｄ≦１０／１０００の条件を満たす
   請求項１に記載の過給機。
3. 前記クリアランスは、前記軸線方向における前記スラストベアリング側の少なくとも一部が前記スラストベアリングから離れた側に比べて大きく形成されている
   請求項１又は２に記載の過給機。
4. 前記ハウジングの前記クリアランスを形成する部分の内側寸法は、前記軸線方向における前記スラストベアリング側の少なくとも一部が前記スラストベアリングから離れた側に比べて大きく形成されている
   請求項３に記載の過給機。
5. 前記スラスト部材の外側寸法は、前記軸線方向における前記スラストベアリング側の少なくとも一部が前記スラストベアリングから離れた側に比べて小さく形成されている
   請求項３又は４に記載の過給機。
6. 前記スラスト部材は、前記軸線方向における前記スラストベアリング側の端部の少なくとも一部に面取り面を有する
   請求項３に記載の過給機。
7. 前記ハウジングは、前記回転軸の周方向において前記クリアランスが部分的に拡大される拡径部が均等に配置されるように構成されている
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の過給機。
8. 前記ハウジングは、前記コンプレッサホイールの背面に対向する面に複数の凹部を含む非接触シールが設けられた
   請求項１乃至７の何れか１項に記載の過給機。
9. 前記回転軸の他端に設けられるタービンホイールをさらに備える
   請求項１乃至８の何れか１項に記載の過給機。
   

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