JP6001470B2 - ターボチャージャの軸受構造及びそれを具備するターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に設けられるターボチャージャの軸受構造及びそれを具備するターボチャージャの技術に関する。

従来、内燃機関に設けられるターボチャージャの軸受構造及びそれを具備するターボチャージャの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載のターボチャージャ（過給機）においては、軸受ハウジング（ベアリングハウジング）内に配置された軸受（ベアリング）を介してシャフト（ロータ軸）の中途部が回転可能に支持されている。軸受ハウジングの一側方にはコンプレッサハウジングが配置され、当該コンプレッサハウジングによってシャフトの一端部に連結されたコンプレッサ（コンプレッサインペラ）が内包されている。また、軸受ハウジングの他側方にはタービンハウジングが配置され、当該タービンハウジングによってシャフトの他端部に連結されたタービン（タービンインペラ）が内包されている。

このようなターボチャージャにおいて、シャフトと軸受との摩擦を低減するために、当該シャフトの径を小さくし、当該シャフトと軸受とが接触する部分における周速（相対的な速度）を低くすることが考えられる。しかし、この方法によればシャフトの強度が低下してしまうため、周速の低下には限界がある。

そこで、図８に示すようなターボチャージャの軸受構造が考えられる。

この軸受構造においては、シャフト８８０の端部（端面）に凹形状（略円錐状）の係合部８８０ａが形成される。また、当該凹形状の係合部８８０ａと係合可能な凸形状（略円錐状）の係合部９８３ａが形成された軸受９８０が、図示せぬターボチャージャのコンプレッサハウジング（又はタービンハウジング）内に配置される。当該軸受９８０の係合部９８３ａをシャフト８８０の係合部８８０ａに係合させることによって、シャフト８８０が軸受９８０に回転可能に支持される。

このような軸受構造においては、シャフト８８０と軸受９８０とが接触する部分（係合部８８０ａ及び係合部９８３ａ）は、当該シャフト８８０の軸線（回転中心）付近に位置するため、シャフト８８０の径を小さくすることなく当該部分の周速を低くすることができる。

しかしながら、このような軸受構造においても、係合部９８３ａが摩耗すると、シャフト８８０と軸受９８０とが接触する部分の周速が高くなってしまう。以下、具体的に説明する。

図８（ｂ）に示すように、当初はシャフト８８０と軸受９８０とが係合部９８３ａの先端部近傍の部分Ｙ１において接していたとする。当該部分Ｙ１の、シャフト８８０の軸線（回転中心）からの距離Ｑ１は小さいため、当該部分Ｙ１における周速は低い。

しかし、係合部９８３ａが摩耗すると、シャフト８８０と軸受９８０とは、係合部９８３ａの部分Ｙ１よりも基端部側（前側）の部分Ｙ２において接するようになる。当該部分Ｙ２の、シャフト８８０の軸線（回転中心）からの距離Ｑ２は前述の部分Ｙ１の距離Ｑ１よりも大きいため、当該部分Ｙ２における周速は部分Ｙ１における周速より高くなってしまう。これによって、シャフト８８０と軸受９８０との摩擦が増加し、当該接触する部分の摩耗が促進されてしまう。

特開２０１１−２２０１６７号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、シャフトと軸受との接触部分が摩耗しても、当該部分における周速の増加を抑制することが可能であり、ひいては当該部分の摩擦の増加を抑制することが可能なターボチャージャの軸受構造及びそれを具備するターボチャージャを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、コンプレッサとタービンとを連結するシャフトを回転可能に支持するターボチャージャの軸受構造であって、コンプレッサハウジングの吸気口の内径部又はタービンハウジングの排気口の内径部の少なくとも一方に固定されると共に、前記シャフトの軸方向端面を回転可能に支持する軸受を具備し、前記軸受によって支持される前記シャフトの軸方向端面には、軸方向に向かって凹形状又は凸形状に形成される第一係合部が形成され、前記軸受の前記シャフトとの摺動部には、前記シャフトの軸方向に向かって凸形状又は凹形状に形成されると共に、前記第一係合部と係合可能な第二係合部が形成され、前記凸形状は、前記シャフトの軸方向に略平行な回転軸についての回転体形状であり、前記回転軸を含む断面視における前記凸形状の母線は、当該母線と前記回転軸との距離が、当該凸形状の頂点から当該凸形状の基端部の外周面上の点までを結ぶ直線と前記回転軸との距離よりも短くなるように形成され、かつ前記基端部から前記頂点に向かって曲線状になるように形成されるものである。

請求項２においては、請求項１に記載のターボチャージャの軸受構造を具備するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、シャフトと軸受との接触部分が摩耗しても、当該部分における周速の増加を抑制することができ、ひいては当該部分の摩擦の増加を抑制することができる。

請求項２においては、シャフトと軸受との接触部分が摩耗しても、当該部分における周速の増加を抑制することができ、ひいては当該部分の摩擦の増加を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るターボチャージャの動作の概要を示した模式図。 ターボチャージャの構成を示した側面断面図。 （ａ）コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受を示した正面図。（ｂ）同じく、側面断面図。 （ａ）タービン側ジャーナルスラスト軸受を示した側面断面図。（ｂ）同じく、正面図。 第二係合部及び前側第一係合部の形状を示した側面断面拡大図。 第二係合部と前側第一係合部との係合の様子を示した側面断面拡大図。 （ａ）第二係合部を凹形状としたコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受を示した正面図。（ｂ）同じく、側面断面図。 （ａ）課題を有するシャフト及び軸受を示した側面断面図。（ｂ）同じく、摩耗による接触部分の変化の様子を示した側面断面拡大図。

以下の説明においては、図中に記した矢印に従って、前後方向、上下方向及び左右方向をそれぞれ定義する。

まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係るターボチャージャ１０の動作の概要について説明する。

ターボチャージャ１０は、エンジンのシリンダ２に圧縮空気を送り込むものである。空気は吸気通路１を通ってシリンダ２へと供給される。当該空気は、吸気通路１の途中に配置されたエアクリーナ４、ターボチャージャ１０、インタークーラ５、及びスロットルバルブ６を順に通過してシリンダ２へと供給される。この際、ターボチャージャ１０のコンプレッサ１００によって当該空気が圧縮されるため、より多くの空気をシリンダ２内へと送り込むことができる。

シリンダ２内で燃焼した後の高温の空気（排気）は、排気通路３を通って排出される。この際、当該排気がターボチャージャ１０のタービン１２０を回転させ、この回転がコンプレッサ１００に伝達されることで、吸気通路１内の空気を圧縮することができる。

また、タービン１２０の上流側においては、排気通路３が分流され、当該タービン１２０を通過しない通路が別途形成される。当該通路はウェイストゲートバルブ７によって開閉可能とされる。また、当該ウェイストゲートバルブ７は、アクチュエータ８によって開閉駆動される。さらに、アクチュエータ８の動作は、電磁バルブ等から構成される負圧発生機構９によって制御される。アクチュエータ８によってウェイストゲートバルブ７を開閉することで、タービン１２０へと送られる排気の流量を調節することができる。

次に、図２から図４までを用いて、ターボチャージャ１０の構成について説明する。

ターボチャージャ１０は、主としてコンプレッサハウジング２０、タービンハウジング４０、センタープレート６０、遮熱部材７０、シャフト８０、コンプレッサ１００、タービン１２０、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００を具備する。

図２に示すコンプレッサハウジング２０は、吸気通路１（図１参照）の一部を形成すると共に、コンプレッサ１００を内包するものである。コンプレッサハウジング２０は、主として第一コンプレッサハウジング２１及び第二コンプレッサハウジング２２を具備する。

第一コンプレッサハウジング２１は、コンプレッサハウジング２０の前部を構成するものである。第一コンプレッサハウジング２１は、後方が開放された略箱状に形成される。第一コンプレッサハウジング２１には、吸気口２１ａが形成される。

吸気口２１ａは、第一コンプレッサハウジング２１の内部と外部とを連通する貫通孔である。吸気口２１ａは、第一コンプレッサハウジング２１の前側面に形成される。吸気口２１ａは、その軸線が前後方向を向くように形成される。吸気口２１ａは、断面視（前後方向から見て）略円形となるように形成される。

第二コンプレッサハウジング２２は、コンプレッサハウジング２０の後部を構成するものである。第二コンプレッサハウジング２２は、略板状に形成される。第二コンプレッサハウジング２２は、第一コンプレッサハウジング２１の開放された後部を閉塞するように、当該第一コンプレッサハウジング２１の後部に適宜固定される。

タービンハウジング４０は、排気通路３（図１参照）の一部を形成すると共に、タービン１２０を内包するものである。タービンハウジング４０は、略箱状に形成される。タービンハウジング４０は、コンプレッサハウジング２０の後方に配置され、当該コンプレッサハウジング２０（より詳細には、第二コンプレッサハウジング２２）に適宜（締結バンド、ボルト、拡散接合、摩擦接合等により）固定される。タービンハウジング４０には、排気口４０ａが形成される。

排気口４０ａは、タービンハウジング４０の内部と外部とを連通する貫通孔である。排気口４０ａは、タービンハウジング４０の後側面に形成される。排気口４０ａは、その軸線が前後方向を向くように形成される。排気口４０ａは、コンプレッサハウジング２０の吸気口２１ａと同一軸線上に形成される。排気口４０ａは、断面視（前後方向から見て）略円形となるように形成される。

センタープレート６０は、コンプレッサハウジング２０の内部空間とタービンハウジング４０の内部空間とを隔離するものである。センタープレート６０は、タービンハウジング４０の開口された前部に配置され、当該開口部を閉塞する。センタープレート６０には、貫通孔６０ａが形成される。

貫通孔６０ａは、センタープレート６０を前後方向に連通するものである。貫通孔６０ａは、その軸線が前後方向を向くように形成される。貫通孔６０ａは、コンプレッサハウジング２０の吸気口２１ａ及びタービンハウジング４０の排気口４０ａと同一軸線上に形成される。貫通孔６０ａは、断面視（前後方向から見て）略円形となるように形成される。

遮熱部材７０は、コンプレッサハウジング２０とタービンハウジング４０との間での熱の移動を抑制するためのものである。遮熱部材７０は、耐熱性の高い金属材料等により形成される。遮熱部材７０は、板状の部材を、コンプレッサハウジング２０及びタービンハウジング４０の形状に合わせて適宜加工（折曲加工等）することにより形成される。遮熱部材７０は、その板面を前後方向に向けた状態で、コンプレッサハウジング２０とタービンハウジング４０との間に配置され、当該コンプレッサハウジング２０とタービンハウジング４０とに挟まれるようにして固定される。遮熱部材７０には、貫通孔７０ａ及び冷却通路７０ｂが形成される。

貫通孔７０ａは、遮熱部材７０を前後方向に連通するものである。貫通孔７０ａは、その軸線が前後方向を向くように形成される。貫通孔７０ａは、コンプレッサハウジング２０の吸気口２１ａ及びタービンハウジング４０の排気口４０ａと同一軸線上に形成される。貫通孔７０ａは、断面視（前後方向から見て）略円形となるように形成される。

冷却通路７０ｂは、冷却水を流通させることで、当該遮熱部材７０を冷却するためのものである。冷却通路７０ｂは、遮熱部材７０の内部に形成される。冷却通路７０ｂの両端部（不図示）は、遮熱部材７０の外周面に連通され、当該部分を介して冷却水の供給及び排出が行われる。

なお、遮熱部材７０における冷却通路７０ｂの経路は適宜決定されるが、遮熱部材７０を満遍なく冷却できるように、当該遮熱部材７０全域に亘って形成されることが望ましい。

図２から図４までに示すシャフト８０は、コンプレッサ１００とタービン１２０を連結するものである。シャフト８０は略円柱状に形成され、その長手方向を前後方向に向けて配置される。シャフト８０は、センタープレート６０の貫通孔６０ａ及び遮熱部材７０の貫通孔７０ａに挿通される。当該シャフト８０の貫通孔６０ａに挿通された部分には図示せぬシールリングが設けられる。シャフト８０の一端（前端）は、コンプレッサハウジング２０内まで延設される。シャフト８０の他端（後端）は、タービンハウジング４０内まで延設される。シャフト８０には、前側第一係合部８０ａ及び後側第一係合部８０ｂが形成される。

図３に示す前側第一係合部８０ａは、シャフト８０の前端面に形成される凹形状の部分（凹部）である。前側第一係合部８０ａの形状については、後ほど詳細に説明する。

図４に示す後側第一係合部８０ｂは、シャフト８０の後端面に形成される凹形状の部分（凹部）である。後側第一係合部８０ｂの形状は、前側第一係合部８０ａの形状と同一となるように形成される。

コンプレッサ１００は、空気を圧縮するための羽根車である。コンプレッサ１００は、コンプレッサハウジング２０内に、吸気口２１ａと対向するように配置される。コンプレッサ１００は、シャフト８０の一端（前端）に固定される。

タービン１２０は、空気（流体）の運動を自身の回転運動に変換するための羽根車である。タービン１２０は、タービンハウジング４０内に、排気口４０ａと対向するように配置される。タービン１２０は、シャフト８０の他端（後端）に一体的に形成される。

図２及び図３に示すコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０は、シャフト８０を滑らかに回転可能となるように支持するものである。コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０は、主として外周部１８１、リブ１８２及び摺動部１８３を具備する。

外周部１８１は、正面視環状に形成される部分である。外周部１８１の外周面の直径は、コンプレッサハウジング２０の吸気口２１ａの内径と略同一となるように形成される。

図３に示すリブ１８２は、外周部１８１の内周面から当該外周部１８１の中心部に向けて延設される部分である。リブ１８２は、リブ１８２の内周面の複数個所（本実施形態においては、３箇所）からそれぞれ当該外周部１８１の中心部に向けて延設される。

摺動部１８３は、外周部１８１の中心部に形成される部分である。摺動部は、リブ１８２によって支持される。摺動部１８３には、第二係合部１８３ａが形成される。

第二係合部１８３ａは、摺動部１８３の後側面に形成される凸形状の部分（凸部）である。第二係合部１８３ａの形状については、後ほど詳細に説明する。

図２及び図３に示すように、上述の如く構成されたコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０は、コンプレッサハウジング２０の吸気口２１ａ内において、シャフト８０の前方に配置される。コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０の第二係合部１８３ａは、シャフト８０の前側第一係合部８０ａ内に挿入されることにより当該前側第一係合部８０ａと係合される。コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０は、この状態でコンプレッサハウジング２０の吸気口２１ａの内径部に適宜固定される。

図２及び図４に示すタービン側ジャーナルスラスト軸受２００は、シャフト８０を滑らかに回転可能となるように支持するものである。タービン側ジャーナルスラスト軸受２００は、主として外周部２０１、リブ２０２及び摺動部２０３を具備する。

なお、タービン側ジャーナルスラスト軸受２００は、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０と同一形状となるように形成される。すなわち、タービン側ジャーナルスラスト軸受２００の外周部２０１、リブ２０２及び摺動部２０３（第二係合部２０３ａ）は、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０の外周部１８１、リブ１８２及び摺動部１８３（第二係合部１８３ａ）にそれぞれ対応し、当該各部は同一形状となるように形成される。

上述の如く構成されたタービン側ジャーナルスラスト軸受２００は、タービンハウジング４０の排気口４０ａ内において、シャフト８０の後方に配置される。タービン側ジャーナルスラスト軸受２００の第二係合部２０３ａは、シャフト８０の後側第一係合部８０ｂ内に挿入されることにより当該後側第一係合部８０ｂと係合される。タービン側ジャーナルスラスト軸受２００は、この状態でタービンハウジング４０の排気口４０ａの内径部に適宜固定される。

上述の如く構成されたターボチャージャ１０において、エンジンのシリンダ２からの排気によってタービン１２０が回転し、当該排気はタービンハウジング４０の排気口４０ａを介して排出される。タービン１２０の回転は、シャフト８０を介してコンプレッサ１００へと伝達される。コンプレッサ１００が回転することにより、コンプレッサハウジング２０の吸気口２１ａから供給される空気を圧縮し、当該圧縮された空気をエンジンのシリンダ２へと送ることができる。

当該ターボチャージャ１０において、シャフト８０の軸方向（軸線に平行な方向）に加わる荷重は、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００によって支持される。より具体的には、シャフト８０に前方から後方に向かって加わる荷重はタービン側ジャーナルスラスト軸受２００によって、シャフト８０に後方から前方に向かって加わる荷重はコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０によって、それぞれ支持される。

シャフト８０の径方向（軸線に垂直な方向）に加わる荷重も、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００によって支持される。このように、シャフト８０の径方向に加わる荷重を２点（コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００）で支持することで、当該シャフト８０を傾斜させることなく安定して支持することができる。

また、シャフト８０の両端部（前端部及び後端部）をコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００によってそれぞれ支持することにより、当該シャフト８０の中途部を支持することなく当該シャフト８０を安定して支持することができる。これによって、シャフト８０の中途部を支持するための構成（すなわち、当該シャフト８０の中途部を支持するためのハウジング（軸受ハウジング））を廃止することができ、ひいてはターボチャージャ１０全体（特に、前後方向長さ）の小型化及び軽量化を図ることができる。またこれに伴って、コストの削減を図ることもできる。

また、シャフト８０の中途部を支持するためのハウジングを廃止し、ターボチャージャ１０全体を小型化した場合、コンプレッサハウジング２０とタービンハウジング４０が近接することになる。この場合、エンジンのシリンダ２からの排気によって高温になったタービンハウジング４０の熱がコンプレッサハウジング２０へと伝達され、当該コンプレッサハウジング２０の耐久性の低下や各摺動部での焼き付きの発生等の種々の熱害が発生し易くなる。しかし、本実施形態においては、コンプレッサハウジング２０とタービンハウジング４０との間に遮熱部材７０を配置したことによって、当該コンプレッサハウジング２０とタービンハウジング４０との間での熱の移動を抑制することができ、ひいては前述の種々の熱害の発生を抑制することができる。

また、上記軸受ハウジングの廃止に伴って、シャフト８０の全長（前後方向長さ）を短くすることができるため、ホワール振動の低減を図ることができる。さらに、当該軸受ハウジングへの潤滑油の供給が不要となるため、当該潤滑油の供給及び排出方向を意識した設計が不要となり、ターボチャージャ１０の搭載（位置及び方向）の自由度が拡大する。

また、シャフト８０は、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００によって滑らかに回転可能となるように支持される。

コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０は、その第二係合部１８３ａをシャフト８０の前側第一係合部８０ａに係合させることによって当該シャフト８０を支持する。ここで、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０はシャフト８０の軸線上（若しくは当該軸線に近い点）で当該シャフト８０の前側第一係合部８０ａの内周面と摺動可能に接することになる。

このように、シャフト８０とコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０とが接触する部分の回転半径（シャフト８０の軸線からの距離）は０（若しくは０に近い値）になる。このため、シャフト８０とコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０とが接触する部分における周速（相対的な速度）は、第二係合部１８３ａの頂点部においては０（第二係合部１８３ａのその他の部分においては０に近い小さい値）となる。従って、シャフト８０とコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０とが接触する部分の摩擦を抑制することができる。またこれによって、当該部分の耐摩耗性及び耐焼付き性能の向上を図ると同時に、摩擦トルク損失が低減されることによる過渡性能及びターボ効率の向上を図ることができる。

また同様に、タービン側ジャーナルスラスト軸受２００も、シャフト８０の軸線上（若しくは当該軸線に近い点）で当該シャフト８０の後側第一係合部８０ｂの内周面と摺動可能に接することになる。従って、シャフト８０とタービン側ジャーナルスラスト軸受２００とが接触する部分の摩擦を抑制することができる。またこれによって、当該部分の耐摩耗性及び耐焼付き性能の向上を図ると同時に、摩擦トルク損失が低減されることによる過渡性能及びターボ効率の向上を図ることができる。

なお、軸受ハウジングを用いてシャフト８０の中途部を支持する構成（従来の技術のような構成）の場合、当該シャフト８０の径を小さくすることで、その支持部における周速を低くすることも可能である。しかし、この方法によればシャフト８０の強度が低下してしまうため、周速の低下には限界がある。これに比べて本実施形態に係る軸受構造では、シャフト８０の径を小さくする必要がないため、当該シャフト８０の強度を保ったまま周速を低下させることが可能である。

また、上述の如くコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０の摺動部１８３及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００の摺動部２０３の摩擦（摩耗）を抑制することができるため、当該摺動部１８３及び摺動部２０３を潤滑及び冷却する必要性が低くなる。これによって、潤滑油による潤滑を省く（又は、簡素なグリスによる潤滑等とする）ことが可能となる。

また、シャフト８０の支持部（コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００）への潤滑油の供給量を全体的に減らすことができるため、当該潤滑油の攪拌抵抗を低減することができ、ひいては機械的損失を低減し、ターボ効率の向上を図ることができる。

さらに、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０は、コンプレッサハウジング２０の吸気口２１ａ内に配置されているため、当該吸気口２１ａを介してターボチャージャ１０へと供給される空気によって冷却される。これによって、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０の摺動部１８３を冷却するための機構を別途設ける必要がなくなる（設けるとしても、大きな冷却能力は必要ないため、構成を簡略化することができる）。

なお、タービンハウジング４０内はエンジンのシリンダ２からの排気によって高温となるため、タービン側ジャーナルスラスト軸受２００を冷却及び潤滑する機構を別途設けても良い。

以下では、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０の第二係合部１８３ａ及びシャフト８０の前側第一係合部８０ａの形状について詳細に説明する。
なお、タービン側ジャーナルスラスト軸受２００の第二係合部２０３ａ及びシャフト８０の後側第一係合部８０ｂについては同一の形状であるため、説明を省略する。

図５に示すように、第二係合部１８３ａの凸形状及び前側第一係合部８０ａの凹形状は、所定の回転軸Ｃについての回転体形状となるように形成される。図５には、当該回転軸Ｃを含む断面を示している。

ここで、回転軸Ｃとは、シャフト８０の軸方向（本実施形態においては、前後方向）に略平行な軸である。

本実施形態においては、第二係合部１８３ａの凸形状及び前側第一係合部８０ａの凹形状の回転軸Ｃは、シャフト８０の軸線と一致する（重複する）ものとするが、厳密には、シャフト８０がコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０に対して若干傾く場合もあるため、シャフト８０の軸線とコンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０の回転軸Ｃとが完全に一致しない場合もあり得る。

第二係合部１８３ａの凸形状の頂点をＰｔ、当該凸形状の基端部（図５における最右端部）の外周面上の点をＰｂとする。

第二係合部１８３ａの凸形状は、断面視において点Ｐｂから頂点Ｐｔに向かって曲線状になるように形成される。また第二係合部１８３ａの凸形状は、回転軸Ｃ上の任意の点Ｐｃとその母線（図５において第二係合部１８３ａの外周面を示す線）との距離Ｌ１が、点Ｐｃと頂点Ｐｔから点Ｐｂまでを結ぶ直線との距離Ｌ２よりも短くなるように形成される。このようにして、第二係合部１８３ａの凸形状は、断面視において回転軸Ｃの内側に凹む曲線状に形成される。

前側第一係合部８０ａの凹形状は、第二係合部１８３ａの凸形状に沿うような形状に形成される。より詳細には、前側第一係合部８０ａの凹形状は、第二係合部１８３ａよりも若干外側に幅広くなるように形成される。

図６に示すように、上述の如く構成された第二係合部１８３ａと前側第一係合部８０ａとを係合させると、第二係合部１８３ａは、その凸形状の先端部で前側第一係合部８０ａの凹形状の底部と接する。

ここで、側面断面視において、第二係合部１８３ａの凸形状の先端部は半径ｒ１の円弧状に、前側第一係合部８０ａの凹形状の底部は半径ｒ２の円弧状に、それぞれ形成される。また第二係合部１８３ａの半径ｒ１は、前側第一係合部８０ａの半径ｒ２よりも小さくなるように形成される。このように構成することにより、第二係合部１８３ａが前側第一係合部８０ａに完全に嵌め合わされて、シャフト８０の回転が阻害されるのを防止することができる。

シャフトが回転することによって第二係合部１８３ａの先端部が摩耗すると、当該第二係合部１８３ａは、当該先端部よりもやや基端部側（前方）の部分Ｘ１で前側第一係合部８０ａと接するようになる。当該部分Ｘ１の、シャフト８０の軸線（回転軸Ｃ）からの距離をＲ１とする。

なお、説明の便宜上、第二係合部１８３ａは外周面上の１つの点（部分Ｘ１）で前側第一係合部８０ａと接するものとしたが、実際には当該部分Ｘ１を含む一定範囲の面（曲面）で前側第一係合部８０ａと接する。

シャフト８０がさらに回転することによって第二係合部１８３ａの先端近傍（部分Ｘ１を含む部分）が摩耗すると、当該第二係合部１８３ａは、徐々に部分Ｘ１よりもやや基端部側（前方）の部分Ｘ２で前側第一係合部８０ａと接するようになる。当該部分Ｘ２の、シャフト８０の軸線（回転軸Ｃ）からの距離をＲ２とする。

ここで、第二係合部１８３ａの凸形状は、断面視において回転軸Ｃの内側に凹む曲線状に形成されているため、前側第一係合部８０ａとの接触部分が部分Ｘ１から部分Ｘ２へ（基端部側へ）と移動したとしても、当該接触部分のシャフト８０の軸線（回転軸Ｃ）からの距離（距離Ｒ２−距離Ｒ１）はあまり増加しない。

すなわち、第二係合部１８３ａが摩耗したとしても、第二係合部１８３ａと前側第一係合部８０ａが接触する部分のシャフト８０の軸線からの距離（回転半径）はあまり増加しないため、当該接触部分における周速もあまり増加しない。従って、当該接触部分における摩擦の増加を抑制することができ、ひいては当該接触部分の摩耗の進行や損傷の発生を抑制することができる。

以上の如く、本実施形態に係るターボチャージャ１０の軸受構造は、コンプレッサ１００とタービン１２０とを連結するシャフト８０を回転可能に支持するターボチャージャ１０の軸受構造であって、コンプレッサハウジング２０の吸気口２１ａの内径部及びタービンハウジング４０の排気口４０ａの内径部に固定されると共に、シャフト８０の軸方向端部を回転可能に支持する軸受（コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００）を具備し、前記軸受によって支持されるシャフト８０の軸方向端部には、軸方向に向かって凹形状に形成される第一係合部（前側第一係合部８０ａ及び後側第一係合部８０ｂ）が形成され、前記軸受のシャフト８０との摺動部には、シャフト８０の軸方向に向かって凸形状に形成されると共に、前記第一係合部と係合可能な第二係合部（第二係合部１８３ａ及び第二係合部２０３ａ）が形成され、前記凸形状は、シャフト８０の軸方向に略平行な回転軸Ｃについての回転体形状であり、回転軸Ｃを含む断面視における前記凸形状の母線は、当該母線と回転軸Ｃとの距離Ｌ１が、当該凸形状の頂点Ｐｔから当該凸形状の基端部の外周面上の点Ｐｂまでを結ぶ直線と回転軸Ｃとの距離Ｌ２よりも短くなるように形成されるものである。

また、本実施形態に係るターボチャージャ１０は、上述のターボチャージャ１０の軸受構造を具備することを特徴とするものである。

このように構成することにより、シャフト８０と軸受との接触部分が摩耗しても、当該部分における周速の増加を抑制することができ、ひいては当該部分の摩擦の増加を抑制することができる。これによって、当該部分の摩耗の進行や損傷の発生を抑制することができる。

なお、図７に示すように、シャフト８０の前側第一係合部８０ａを凸形状に、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０の摺動部１８３に形成される第二係合部１８３ａを凹形状に、それぞれ形成することも可能である。
このように、前側第一係合部８０ａと第二係合部１８３ａの、いずれか一方が凸形状で、他方が凹形状であれば、どちらを凸形状（凹形状）としても良い。

またこれと同様に、シャフト８０の後側第一係合部８０ｂを凸形状に、タービン側ジャーナルスラスト軸受２００の摺動部２０３に形成される第二係合部２０３ａを凹形状に、それぞれ形成することも可能である。

また、本実施形態においては、シャフト８０の両端をそれぞれ軸受（コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０及びタービン側ジャーナルスラスト軸受２００）によって回転可能に支持するものとしたが、本発明はこれに限るものではなく、コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受１８０又はタービン側ジャーナルスラスト軸受２００のうちいずれか一方を廃止し、その代わりにシャフト８０の中途部を他の軸受で回転可能に支持する構成とすることも可能である。

１０ ターボチャージャ
２０ コンプレッサハウジング
２１ａ 吸気口
４０ タービンハウジング
４０ａ 排気口
８０ シャフト
８０ａ 前側第一係合部（第一係合部）
８０ｂ 後側第一係合部（第一係合部）
１００ コンプレッサ
１２０ タービン
１８０ コンプレッサ側ジャーナルスラスト軸受（軸受）
１８３ａ 第二係合部
２００ タービン側ジャーナルスラスト軸受（軸受）
２０３ａ 第二係合部

Claims (2)

1. コンプレッサとタービンとを連結するシャフトを回転可能に支持するターボチャージャの軸受構造であって、
   コンプレッサハウジングの吸気口の内径部又はタービンハウジングの排気口の内径部の少なくとも一方に固定されると共に、前記シャフトの軸方向端面を回転可能に支持する軸受を具備し、
   前記軸受によって支持される前記シャフトの軸方向端面には、軸方向に向かって凹形状又は凸形状に形成される第一係合部が形成され、
   前記軸受の前記シャフトとの摺動部には、前記シャフトの軸方向に向かって凸形状又は凹形状に形成されると共に、前記第一係合部と係合可能な第二係合部が形成され、
   前記凸形状は、
   前記シャフトの軸方向に略平行な回転軸についての回転体形状であり、
   前記回転軸を含む断面視における前記凸形状の母線は、
   当該母線と前記回転軸との距離が、当該凸形状の頂点から当該凸形状の基端部の外周面上の点までを結ぶ直線と前記回転軸との距離よりも短くなるように形成され、かつ前記基端部から前記頂点に向かって曲線状になるように形成されることを特徴とする、
   ターボチャージャの軸受構造。
2. 請求項１に記載のターボチャージャの軸受構造を具備することを特徴とする、
   ターボチャージャ。

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