JP2017133635A - ジャーナル軸受およびターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】迅速に摺動界面に潤滑油を供給可能なジャーナル軸受およびターボチャージャを提供することを課題とする。
【解決手段】ジャーナル軸受３は、相手部材５０が回転可能に挿通される筒状の軸受本体３０と、軸受本体３０の内周面３１に配置され、油膜を介して相手部材５０の外周面に摺接する摺動面３２と、軸受本体３０の内周面３１に配置され、相手部材５０の外周面との間に隙間Ｂを区画する非摺動面３５と、を備える。非摺動面３５は、底部３５２と、底部３５２よりも径方向内側に配置される頂部３５３と、を有する。底部３５２は、摺動面３２と頂部３５３との軸方向中間に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転軸を径方向から摺動可能に支持するジャーナル軸受、および当該ジャーナル軸受を備えるターボチャージャに関する。

特許文献１に示すように、ターボチャージャはジャーナル軸受を備えている。図５に、ターボチャージャのジャーナル軸受付近の軸方向断面図を示す。図５に示すように、ジャーナル軸受１００は、一対の摺動面１０１と、非摺動面１０２と、油孔１０３と、を備えている。

ターボチャージャ駆動時、つまり回転軸１０４の回転時において、摺動面１０１は、油膜を介して、回転軸１０４の外周面に摺接している。一方、非摺動面１０２は、回転軸１０４の外周面との間に隙間ｂを区画している。当該隙間ｂを介して、油孔１０３から、摺動面１０１と回転軸１０４との摺動界面ｆに、油膜形成用の潤滑油が供給される。

ターボチャージャ停止時、つまり回転軸１０４の停止時において、潤滑油は、自重により、摺動界面ｆから、前後方向両側に流出する。このため、摺動界面ｆには、潤滑油がほとんど残留しない。

停止したターボチャージャを再び始動すると、潤滑油は、再び、油孔１０３および隙間ｂを経由して、摺動界面ｆに流れ込む。当該潤滑油により、摺動界面ｆに再び油膜が形成される。

特開２０１４−１５８５４号公報

しかしながら、油孔１０３および隙間ｂを経由して潤滑油が摺動界面ｆに到達するのには、ある程度時間がかかる。すなわち、潤滑油が、油孔１０３に供給され、油孔１０３から流出し、隙間ｂを前後方向に流動し、摺動界面ｆに流れ込むのには、ある程度時間がかかる。このため、ターボチャージャ始動時に、迅速に摺動界面ｆに油膜を形成するのは困難である。

そこで、本発明は、迅速に摺動界面に潤滑油を供給可能なジャーナル軸受およびターボチャージャを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のジャーナル軸受は、相手部材が回転可能に挿通される筒状の軸受本体と、前記軸受本体の内周面に配置され、油膜を介して前記相手部材の外周面に摺接する摺動面と、前記軸受本体の内周面に配置され、前記相手部材の外周面との間に隙間を区画する非摺動面と、を備えるジャーナル軸受であって、前記非摺動面は、底部と、前記底部よりも径方向内側に配置される頂部と、を有し、前記底部は、前記摺動面と前記頂部との軸方向中間に配置されることを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明のターボチャージャは、上記ジャーナル軸受を備えるターボチャージャであって、前記相手部材は、コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結する回転軸であることを特徴とする。

本発明のジャーナル軸受およびターボチャージャによると、ターボチャージャ停止時に、潤滑油の自重を利用して、底部に潤滑油を貯留することができる。このため、ターボチャージャ始動時に、迅速に摺動界面に潤滑油を供給することができる。

本発明のターボチャージャの一実施形態となるターボチャージャの軸方向断面図である。 図１の枠ＩＩ内の拡大図である。 その他の実施形態（その１）のターボチャージャのジャーナル軸受付近の軸方向断面図である。 その他の実施形態（その２）のターボチャージャのジャーナル軸受付近の軸方向断面図である。 従来のターボチャージャのジャーナル軸受付近の軸方向断面図である。

以下、本発明のジャーナル軸受およびターボチャージャの実施の形態について説明する。

＜ターボチャージャの構成＞
まず、本実施形態のターボチャージャの構成について説明する。図１に、本実施形態のターボチャージャの軸方向断面図を示す。図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、ジャーナル軸受３と、スラスト軸受４と、回転部５と、ベアリングハウジング９０と、コンプレッサハウジング９１と、タービンハウジング９２と、を備えている。

ベアリングハウジング９０の内部には、水路９００と、油路９０１ａ、９０１ｂと、軸受収容部９０２ａ、９０２ｂと、が形成されている。水路９００には、冷却水が流れている。油路９０１ａ、９０１ｂには、潤滑油が流れている。冷却水と潤滑油とは、水路９００と油路９０１ａとの間の隔壁を介して、熱交換を行っている。前側または後側から見て、軸受収容部９０２ａは、ベアリングハウジング９０の径方向中心部に配置されている。軸受収容部９０２ｂは、ベアリングハウジング９０の前面に凹設されている。

ジャーナル軸受３は、滑り軸受である。ジャーナル軸受３は、軸受収容部９０２ａに収容されている。ジャーナル軸受３の構成については、後で詳しく説明する。スラスト軸受４は、軸受収容部９０２ｂに収容されている。コンプレッサハウジング９１は、ベアリングハウジング９０の前側に配置されている。タービンハウジング９２は、ベアリングハウジング９０の後側に配置されている。

回転部５は、ベアリングハウジング９０に対して、回転可能である。回転部５は、回転軸５０と、コンプレッサインペラ５１と、タービンインペラ５２と、スラストカラー５３と、を備えている。

回転軸５０は、ベアリングハウジング９０を前後方向に貫通している。回転軸５０は、ジャーナル軸受３により、径方向外側から、回転可能に支持されている。コンプレッサインペラ５１は、回転軸５０の前端に取り付けられている。タービンインペラ５２は、回転軸５０の後端に連なっている。すなわち、回転軸５０は、コンプレッサインペラ５１とタービンインペラ５２とを連結している。スラストカラー５３は、回転軸５０の外周面に取り付けられている。スラストカラー５３は、スラスト軸受４により、軸方向から、回転可能に支持されている。

潤滑油は、油路９０１ａを経由して、ジャーナル軸受３、スラスト軸受４に供給される。ジャーナル軸受３、スラスト軸受４において使用された潤滑油は、油路９０１ｂを経由して、ベアリングハウジング９０から排出される。

＜ジャーナル軸受の構成＞
次に、本実施形態のジャーナル軸受の構成について説明する。図２に、図１の枠ＩＩ内の拡大図を示す。図２に示すように、ジャーナル軸受３は、円筒状の軸受本体３０を備えている。軸受本体３０には、回転軸５０が、自身の軸周りに回転可能に挿通されている。軸受本体３０には、油孔３００が配置されている。油孔３００は、軸受本体３０を径方向（上下方向）に貫通している。油孔３００の上流端は、油路９０１ａに連通している。軸受本体３０は、回り止め用のピン（図略）により、軸受収容部９０２ａに固定されている。

軸受本体３０の内周面３１の前後方向（軸方向）両端には、一対の摺動面３２が配置されている。一対の摺動面３２は、油孔３００の前後方向両側に配置されている。摺動面３２は、環状を呈している。摺動面３２は、油膜を介して、回転軸５０の外周面に摺接している。

内周面３１における一対の摺動面３２の前後方向中間には、非摺動面３５が配置されている。非摺動面３５と回転軸５０の外周面との間には、隙間Ｂが区画されている。非摺動面３５は、一対の環状の最大径部３５０と、環状の最小径部３５１と、を備えている。最大径部３５０の径は、非摺動面３５において最大である。最小径部３５１の径は、非摺動面３５において最小である。非摺動面３５は、一対の最大径部３５０から最小径部３５１に向かって縮径する両テーパ状を呈している。

非摺動面３５を前側（軸方向一方）または後側（軸方向他方）から見た場合、非摺動面３５における最も高度が高い部分を真上位置３５Ｕ、非摺動面３５における最も高度が低い部分を真下位置３５Ｄとする。真上位置３５Ｕ、真下位置３５Ｄは、各々、前後方向に延在している。

真上位置３５Ｕには、油孔３００の下流端が開口している。一対の最大径部３５０の真下位置３５Ｄには、各々、底部３５２が配置されている。最小径部３５１の真下位置３５Ｄには、頂部３５３が配置されている。真下位置３５Ｄにおいて、頂部３５３は最も高度が高い。一方、真下位置３５Ｄにおいて、一対の底部３５２は最も高度が低い。

＜ジャーナル軸受の動き＞
次に、本実施形態のジャーナル軸受の動きについて説明する。ターボチャージャ１の駆動時、すなわち回転軸５０の回転時において、潤滑油Ｏは、油路９０１ａ、油孔３００を介して、隙間Ｂに供給される。隙間Ｂにおいて、潤滑油Ｏは、前後方向両側に分流し、前後一対の摺動面３２に供給される。当該潤滑油Ｏにより、摺動面３２と、回転軸５０の外周面と、の摺動界面（以下、「摺動界面」と略称する。）Ｆに、油膜（図略）が形成される。

ターボチャージャ１が停止すると、摺動界面Ｆの潤滑油Ｏは、自重により、摺動面３２の前後方向両端から、摺動面３２の外部に流れ落ちる。流れ落ちた潤滑油Ｏは、油路９０１ｂからベアリングハウジング９０の外部に排出される。

しかしながら、摺動界面Ｆに油膜を形成していた潤滑油Ｏが、全量、摺動面３２から排出される訳ではない。図２（ハッチング部分）に示すように、ターボチャージャ１が停止すると、摺動界面Ｆの潤滑油Ｏの一部は、自重により、底部３５２に流れ込む。このように、ターボチャージャ１が停止しても、潤滑油Ｏの一部は、底部３５２付近に貯留される。また、非摺動面３５の真下位置３５Ｄには、頂部３５３から底部３５２に向かって下降するスロープが配置されている。このため、隙間Ｂの残油（例えば、ターボチャージャ１停止時に隙間Ｂに存在する残油、ターボチャージャ１停止後に油路９０１ａ、油孔３００から隙間Ｂに流下する残油）も、底部３５２付近に貯留される。

この状態からターボチャージャ１が始動すると、油孔３００から摺動面３２への潤滑油Ｏの供給に先駆けて、底部３５２付近に貯留されていた潤滑油Ｏが、摺動面３２に供給される。このため、始動直後であっても、速やかに、摺動界面Ｆに油膜を形成することができる。

＜作用効果＞
次に、本実施形態のジャーナル軸受およびターボチャージャの作用効果について説明する。図２に示すように、非摺動面３５は、底部３５２と頂部３５３とを有している。頂部３５３は、底部３５２よりも径方向内側に配置されている。底部３５２は、摺動面３２と頂部３５３との前後方向中間に配置されている。このため、非摺動面３５（具体的には真下位置３５Ｄ）には、頂部３５３から底部３５２に向かって下降するスロープが配置されている。したがって、ターボチャージャ１の駆動時においては、潤滑油Ｏの自重を利用して、油孔３００から摺動面３２に、速やかに潤滑油Ｏを供給することができる。また、ターボチャージャ１の停止時においては、潤滑油Ｏの自重を利用して、隙間Ｂの残油を底部３５２付近に貯留することができる。また、ターボチャージャ１の始動時（回転軸５０の始動時）においては、潤滑油Ｏの自重を利用して、底部３５２から摺動面３２に、速やかに潤滑油Ｏを供給することができる。すなわち、ターボチャージャ１の始動時に、迅速に摺動界面Ｆに油膜を形成することができる。

また、非摺動面３５は、一対の最大径部３５０から最小径部３５１に向かって縮径する両テーパ状を呈している。また、油孔３００は、最小径部３５１付近に配置されている。このため、前後一対の底部３５２に向かって、前後方向に潤滑油Ｏを分流させることができる。

＜その他＞
以上、本発明のジャーナル軸受およびターボチャージャの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

図３に、その他の実施形態（その１）のターボチャージャのジャーナル軸受付近の軸方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については同じ符号で示す。図３に示すように、前後方向に亘って同径の最小径部３５１（軸方向に平坦な頂部３５３を有する）を、前後一対の最大径部３５０（底部３５２を有する）の間に配置してもよい。こうすると、図５に示す従来のジャーナル軸受の内周面に前後一対の最大径部３５０を凹設するだけで、本発明のジャーナル軸受３を実現することができる。このため、汎用性が高い。

図４に、その他の実施形態（その２）のターボチャージャのジャーナル軸受付近の軸方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については同じ符号で示す。図４に示すように、非摺動面３５の真上位置３５Ｕを、右側または左側（径方向外側）から見て、前後方向（軸方向）に延在する直線状にしてもよい。すなわち、非摺動面３５の真下位置３５Ｄだけに、右側または左側から見て、前後方向中央が上側に突出する凸部３５４（図４にクロスハッチングで示す）を配置してもよい。こうすると、非摺動面３５の真下位置３５Ｄだけを局所的に加工することにより、一対の底部３５２と、頂部３５３と、を配置することができる。なお、凸部３５４の配置方法は特に限定しない。非摺動面３５の真下位置３５Ｄの前後方向両端を掘り下げてもよい。また、非摺動面３５の前後方向中央に凸部３５４を肉付けしてもよい。また、別途作製した凸部３５４を、非摺動面３５に接合（溶接、接着など）してもよい。

図２に示す非摺動面３５の真下位置３５Ｄにおける、頂部３５３〜底部３５２間の形状は特に限定しない。右側または左側（径方向外側）から見て、直線スロープ状、曲線スロープ状（例えば、上に凸面状、下に凸面状）、ステップ状などであってもよい。

図２に示す底部３５２および頂部３５３は、非摺動面３５の真下位置３５Ｄに配置されていなくてもよい。ターボチャージャ１に組み付けられた状態において、底部３５２は、頂部３５３よりも、低い位置に配置されていればよい。すなわち、底部３５２に潤滑油Ｏを貯留できればよい。また、ジャーナル軸受３単品の輸送時や保管時における底部３５２と頂部３５３との上下関係は限定しない。底部３５２は、頂部３５３よりも、径方向外側に配置されていればよい。また、周方向に所定間隔（例えば、９０°、１２０°、１８０°など）ずつ離間して、複数の底部３５２および頂部３５３を、非摺動面３５に配置してもよい。また、底部３５２は、非摺動面３５の軸方向両側に配置されていなくてもよい。すなわち、底部３５２は、非摺動面３５の軸方向片側（前側または後側）だけに配置されていてもよい。

単一の回転軸５０を支持するジャーナル軸受３の配置数、位置は特に限定しない。また、単一のジャーナル軸受３における摺動面３２、非摺動面３５の配置数、位置は特に限定しない。また、ジャーナル軸受３の用途は特に限定しない。例えば、ジャーナル軸受３により、ターボチャージャ１以外の回転機器（コンプレッサ、タービン、ポンプ、モータなど）の相手部材（回転軸、回転筒など）を支持してもよい。

１：ターボチャージャ、３：ジャーナル軸受、３０：軸受本体、３００：油孔、３１：内周面、３２：摺動面、３５：非摺動面、３５Ｄ：真下位置、３５Ｕ：真上位置、３５０：最大径部、３５１：最小径部、３５２：底部、３５３：頂部、３５４：凸部、４：スラスト軸受、５：回転部、５０：回転軸、５１：コンプレッサインペラ、５２：タービンインペラ、５３：スラストカラー、９０：ベアリングハウジング、９００：水路、９０１ａ：油路、９０１ｂ：油路、９０２ａ：軸受収容部、９０２ｂ：軸受収容部、９１：コンプレッサハウジング、９２：タービンハウジング、Ｂ：隙間、Ｆ：摺動界面、Ｏ：潤滑油、ｂ：隙間、ｆ：摺動界面

Claims (4)

1. 相手部材が回転可能に挿通される筒状の軸受本体と、
   前記軸受本体の内周面に配置され、油膜を介して前記相手部材の外周面に摺接する摺動面と、
   前記軸受本体の内周面に配置され、前記相手部材の外周面との間に隙間を区画する非摺動面と、
   を備えるジャーナル軸受であって、
   前記非摺動面は、底部と、前記底部よりも径方向内側に配置される頂部と、を有し、
   前記底部は、前記摺動面と前記頂部との軸方向中間に配置されることを特徴とするジャーナル軸受。
2. 前記非摺動面は、軸方向に離間して配置され前記底部を有する一対の環状の最大径部と、一対の前記最大径部の軸方向中間に配置され前記頂部を有する環状の最小径部と、を有し、
   前記非摺動面は、一対の前記最大径部から前記最小径部に向かって縮径する両テーパ状を呈している請求項１に記載のジャーナル軸受。
3. 前記底部は、前記頂部よりも低い位置に配置される請求項１または請求項２に記載のジャーナル軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のジャーナル軸受を備えるターボチャージャであって、
   前記相手部材は、コンプレッサインペラとタービンインペラとを連結する回転軸であるターボチャージャ。

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