JP7258050B2 - 軸受装置及びこれを備えたターボチャージャ - Google Patents
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Description
したがって、一般的に、軸受装置の負荷能力を高めることと、軸受損失を低減させることは両立は難しいと考えられる。この点、特許文献1には、軸受損失を低減させながら軸受装置の負荷能力を向上させることについて記載されていない。
回転軸周りに回転可能に構成され、前記回転軸に交差する回転面を有する回転部と、
前記回転面に対向する静止面を有する静止部と、を備え、
前記回転面又は前記静止面の一方は、軸受油膜を形成するための軸受面部を有し、
前記回転面は、
第1内周側領域と、
前記軸受面部よりも径方向外側にて前記静止面と対向し、前記第1内周側領域よりも疎油性が高い第1外周側領域と、
を含む。
この点、上記(1)の構成では、回転面のうち、軸受面部よりも径方向外側にて静止面と対向する第1外周側領域の疎油性を、第1内周側領域よりも高くしている。これにより、第1外周側領域において、回転面近傍における油の速度が低減し、遠心力によるサイドフロー(油の漏れ)を低減することができるため、軸受面部で回転方向に流れる油量が維持されやすく、軸受の負荷能力を増大させることができるとともに、第1外周側領域において回転面近傍の油に回転面からのエネルギーが伝わりにくく、油の速度勾配を低減させることができるため、摩擦による軸受損失を低減させることができる。よって、上記(1)の構成によれば、軸受損失を低減しながら、軸受装置の負荷能力を増大させることができる。
前記軸受装置は、
前記第1外周側領域の径方向範囲内の第1位置における前記回転面と前記静止面との間の間隙の大きさをG1とし、前記軸受面部の径方向範囲内の第2位置における前記回転面と前記静止面との間の間隙の大きさG2としたとき、G1≦G2を満たす。
前記回転面の前記第1内周側領域は、軸方向において前記軸受油膜に隣接するように設けられる。
前記回転面の前記軸受面部又は前記回転面のうち前記軸受面部に対向する部分において、前記第1外周側領域よりも疎油性が低い部分が占める面積の割合は75%以上である。
前記第1外周側領域は、前記回転面の表面に設けられた疎油性膜を含む。
前記疎油性膜は、前記軸方向に突出する複数の第1凸部を有し、
前記複数の第1凸部のピッチP1と前記複数の第1凸部の高さh1の比P1/h1は、1.0以上2.0以下である。
前記疎油性膜のうち、前記複数の第1凸部が占める面積の割合は、1%以上20%以下である。
前記静止面は、
第2内周側領域と、
前記軸受面部よりも径方向外側にて前記回転面と対向し、前記第2内周側領域よりも親油性が高い第2外周側領域と、
を含む。
前記第2外周側領域は、前記軸方向に突出する複数の第2凸部を有し、
前記複数の第2凸部のピッチP2と前記複数の第2凸部の高さh2の比P2/h2は、1.0以上2.0以下である。
前記第2外周側領域は、前記静止面の表面に設けられた親油性膜を含む。
上記(1)乃至(10)の何れか一項に記載の軸受装置と、
前記軸受装置によって回転可能に支持される回転シャフトと、
前記回転シャフトに設けられるコンプレッサインペラ及びタービンインペラと、
を備える。
また、タービンハウジング12は、軸方向におけるターボチャージャ1の他端部において軸方向外側に向かって開口する排ガス出口20を有するとともに、タービンインペラ6の径方向外側に位置する環状流路22を形成している。
空気入口16を介してコンプレッサインペラ4に空気が流入し、回転シャフト2とともに回転するコンプレッサインペラ4によってこの空気が圧縮される。このようにして生成した圧縮空気は、コンプレッサインペラ4の径方向外側に形成された環状流路18を介してターボチャージャ1から一旦排出され、燃焼機関(不図示)に供給される。
図2は、図1に示すスラスト軸受装置30(軸受装置)の軸方向に沿った概略断面図であり、図3及び図4は、スラスト軸受装置30の構成を説明するための概略図である。また、図3は図2のIII-III矢視図であり、図4は図2のIV-IV矢視図である。なお、図3及び図4では、回転シャフト2、軸受プレート32及びスラストカラー36のみを示している。また、図3及び図4における符号101,102,201,202の部分の斜線は、断面を示すものではなく、領域を示すものである。
この場合、上述したように、第1内周側領域101よりも径方向外側に位置する高疎油性の第1外周側領域102により、油のサイドフローを低減することができるとともに、第1外周側領域102における油の速度勾配を低減させることができる。よって、軸受損失を低減しながら、スラスト軸受装置30の負荷能力を増大させることができる。
また、第1内周側領域101よりも径方向内側に、他の領域(例えば、第1外周側領域102よりも疎油性が高い領域)が設けられていてもよい。
幾つかの実施形態では、スラスト軸受装置30は、第1外周側領域102の径方向範囲R1内の第1位置r1における回転面8と静止面9との間の間隙の大きさをG1とし、軸受面部31の径方向範囲R2内の第2位置r2(図6のr2a、r2b)における回転面8と静止面9との間の間隙の大きさG2(図6のG2a、G2b)としたとき、G1≦G2を満たす。なお、図6におけるr2aは、軸受面部31のうちランド部33の位置における第2位置であり、図6におけるr2bは、軸受面部31のうちテーパ部34の位置における第2位置である。
回転面8側に軸受面部31が設けられる幾つかの実施形態(不図示)では、回転面8の軸受面部31において、第1外周側領域102よりも疎油性が低い部分が占める面積の割合は75%以上又は90%以上であってもよい。
このように、回転面8の表面に疎油性膜を設けることにより、第1外周側領域102に疎油性を付与することができるので、回転面8と静止面9との間からの油のサイドフローを低減することができるとともに、第1外周側領域102における油の速度勾配を低減させることができる。よって、軸受損失を低減しながら、スラスト軸受装置30の負荷能力を増大させることができる。
回転面8が金属で構成されている場合、回転面8の表面に直接疎油性膜40を形成してもよいし、あるいは、回転面8の表面を酸化剤で処理して酸化膜を形成した後、該酸化膜の表面に疎油性膜40を形成するようにしてもよい。
また、幾つかの実施形態では、複数の第1凸部42のピッチP1の平均P1_aveと複数の第1凸部42の高さの平均h1_aveとの比P1_ave/h1_aveが、1.0以上2.0以下であってもよい。
また、幾つかの実施形態では、複数の第2凸部46のピッチP2の平均P2_aveと複数の第2凸部46の高さの平均h2_aveとの比P2_ave/h2_aveが、1.0以上2.0以下であってもよい。
このように、静止面9の表面に親油性膜52を設けることにより、第2外周側領域202に親油性を付与することができる。これにより、軸受面部31において、回転方向に流れる油量が確保され、軸受の負荷能力の低下を効果的に抑制することができる。
静止面9が金属で構成されている場合、静止面9の表面に直接親油性膜を形成してもよいし、あるいは、静止面9の表面を酸化剤で処理して酸化膜を形成した後、該酸化膜の表面に親油性膜を形成するようにしてもよい。
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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。
2 回転シャフト
4 コンプレッサインペラ
6 タービンインペラ
8 回転面
9 静止面
10 コンプレッサハウジング
12 タービンハウジング
14 軸受ハウジング
16 空気入口
18 環状流路
20 排ガス出口
22 環状流路
24 ラジアル軸受装置
26 潤滑油供給路
27 排油空間
28 油排出口
30 スラスト軸受装置
31 軸受面部
32 軸受プレート
33 ランド部
34 テーパ部
36 スラストカラー
38 スラストカラー
39 油供給路
40 疎油性膜
41 平坦部
42 第1凸部
45 平坦部
46 第2凸部
50 軸受油膜
52 親油性膜
101 第1内周側領域
102 第1外周側領域
201 第2内周側領域
202 第2外周側領域
O 回転軸
P ピッチ
R1 径方向範囲
R2 径方向範囲
h 高さ
r1 第1位置
r2 第2位置
Claims (11)
- 回転軸周りに回転可能に構成され、前記回転軸に交差する回転面を有する回転部と、
前記回転面に対向する静止面を有する静止部と、を備え、
前記回転面又は前記静止面の一方は、軸受油膜を形成するための軸受面部を有し、
前記回転面は、
第1内周側領域と、
前記軸受面部よりも径方向外側にて前記静止面と対向し、前記第1内周側領域よりも疎油性が高い第1外周側領域と、
を含む
軸受装置。 - 前記第1外周側領域の径方向範囲内の第1位置における前記回転面と前記静止面との間の間隙の大きさをG1とし、前記軸受面部の径方向範囲内の第2位置における前記回転面と前記静止面との間の間隙の大きさG2としたとき、G1≦G2を満たす
請求項1に記載の軸受装置。 - 前記回転面の前記第1内周側領域は、軸方向において前記軸受油膜に隣接するように設けられる
請求項1又は2に記載の軸受装置。 - 前記回転面の前記軸受面部又は前記回転面のうち前記軸受面部に対向する部分において、前記第1外周側領域よりも疎油性が低い部分が占める面積の割合は75%以上である
請求項1乃至3の何れか一項に記載の軸受装置。 - 前記第1外周側領域は、前記回転面の表面に設けられた疎油性膜を含む
請求項1乃至4の何れか一項に記載の軸受装置。 - 前記疎油性膜は、軸方向に突出する複数の第1凸部を有し、
前記複数の第1凸部のピッチP1と前記複数の第1凸部の高さh1の比P1/h1は、1.0以上2.0以下である
請求項5に記載の軸受装置。 - 前記疎油性膜のうち、前記複数の第1凸部が占める面積の割合は、1%以上20%以下である
請求項6に記載の軸受装置。 - 前記静止面は、
第2内周側領域と、
前記軸受面部よりも径方向外側にて前記回転面と対向し、前記第2内周側領域よりも親油性が高い第2外周側領域と、
を含む
請求項1乃至7の何れか一項に記載の軸受装置。 - 前記第2外周側領域は、軸方向に突出する複数の第2凸部を有し、
前記複数の第2凸部のピッチP2と前記複数の第2凸部の高さh2の比P2/h2は、1.0以上2.0以下である
請求項8に記載の軸受装置。 - 前記第2外周側領域は、前記静止面の表面に設けられた親油性膜を含む
請求項8又は9に記載の軸受装置。 - 請求項1乃至10の何れか一項に記載の軸受装置と、
前記軸受装置によって回転可能に支持される回転シャフトと、
前記回転シャフトに設けられるコンプレッサインペラ及びタービンインペラと、
を備えることを特徴とするターボチャージャ。
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