図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2021年1月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

過給機において、負荷能力を実際に回転軸に作用する荷重適応させることで装置のコンパクト化を図る。

解決手段

中空形状をなすハウジングと、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸における軸方向の一端部に設けられるタービンと、回転軸における軸方向の他端部に設けられるコンプレッサと、コンプレッサ背面側とハウジングとの間にリング形状をなして設けられる圧力調整用空間部と、コンプレッサの吐出口側空間部と圧力調整用空間部との間に設けられる第1シール隙間と、圧力調整用空間部と回転軸側空間部との間に設けられる第2シール隙間とを備える。

概要

背景

排気タービン過給機は、コンプレッサタービンとが回転軸により一体に連結され、このコンプレッサ及びタービンがハウジング内に回転自在に収容されて構成されている。そして、排気ガスがハウジング内に供給され、タービンを回転することで回転軸が駆動回転し、コンプレッサを回転駆動する。コンプレッサは、外部から空気を吸入し、羽根車加圧して圧縮空気とし、この圧縮空気を内燃機関などに供給する。

このような排気タービン過給機において、回転軸は、ハウジングに対してジャーナル軸受スラスト軸受により回転自在に支持されている。従来のスラスト軸受装置は、回転軸の外周部に固定されたスラストスリーブ及びスラストリングと、外周部がハウジングに固定されて内周部がスラストスリーブとスラストリングの間に嵌合するスラスト軸受とにより構成されている。そのため、回転軸の軸方向の一方側に作用するスラスト荷重は、スラストスリーブを介してスラスト軸受が受け止め、回転軸の軸方向の他方側に作用するスラスト荷重は、スラストリングを介してスラスト軸受が受け止める。

このようなスラスト軸受装置としては、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。

概要

過給機において、負荷能力を実際に回転軸に作用する荷重適応させることで装置のコンパクト化をる。中空形状をなすハウジングと、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸における軸方向の一端部に設けられるタービンと、回転軸における軸方向の他端部に設けられるコンプレッサと、コンプレッサ背面側とハウジングとの間にリング形状をなして設けられる圧力調整用空間部と、コンプレッサの吐出口側空間部と圧力調整用空間部との間に設けられる第1シール隙間と、圧力調整用空間部と回転軸側空間部との間に設けられる第2シール隙間とを備える。

目的

本発明は、上述した課題を解決するものであり、負荷能力を実際に回転軸に作用する荷重に適応させることで装置のコンパクト化を図る過給機を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

中空形状をなすハウジングと、前記ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、前記回転軸における軸方向の一端部に設けられるタービンと、前記回転軸における軸方向の他端部に設けられるコンプレッサと、前記コンプレッサの背面側と前記ハウジングとの間にリング形状をなして設けられる圧力調整用空間部と、前記コンプレッサの吐出口側空間部と前記圧力調整用空間部との間に設けられる第1シール隙間と、前記圧力調整用空間部と回転軸側空間部との間に設けられる第2シール隙間と、を備えることを特徴とする過給機

請求項2

前記ハウジングは、前記コンプレッサの背面に対向する位置に凹部が形成されることで、前記圧力調整用空間部が設けられることを特徴とする請求項1に記載の過給機。

請求項3

前記コンプレッサは、外周部に周方向に沿ってフランジ部が設けられる一方、前記ハウジングは、中心部に貫通孔が形成された円板形状をなすカバー部材の外周部が固定され、前記第1シール隙間は、前記フランジ部の外周部と前記カバー部材の内周部との間の軸方向隙間であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の過給機。

請求項4

前記ハウジングは、前記コンプレッサの背面側に突出する凸部が形成され、前記第2シール隙間は、前記コンプレッサの背面と前記凸部との間の軸方向隙間であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の過給機。

請求項5

前記回転軸の外周部にスラストスリーブが配置され、前記回転軸側空間部は、前記ハウジングと前記コンプレッサの背面と前記スラストスリーブとにより区画された空間部であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の過給機。

技術分野

0001

本発明は、タービンコンプレッサとが回転軸により連結されて構成される過給機において、回転軸を回転自在に支持すると共に、回転軸の軸方向に作用するスラスト荷重を受け止めるスラスト軸受装置が適用される過給機に関するものである。

背景技術

0002

排気タービン過給機は、コンプレッサとタービンとが回転軸により一体に連結され、このコンプレッサ及びタービンがハウジング内に回転自在に収容されて構成されている。そして、排気ガスがハウジング内に供給され、タービンを回転することで回転軸が駆動回転し、コンプレッサを回転駆動する。コンプレッサは、外部から空気を吸入し、羽根車加圧して圧縮空気とし、この圧縮空気を内燃機関などに供給する。

0003

このような排気タービン過給機において、回転軸は、ハウジングに対してジャーナル軸受スラスト軸受により回転自在に支持されている。従来のスラスト軸受装置は、回転軸の外周部に固定されたスラストスリーブ及びスラストリングと、外周部がハウジングに固定されて内周部がスラストスリーブとスラストリングの間に嵌合するスラスト軸受とにより構成されている。そのため、回転軸の軸方向の一方側に作用するスラスト荷重は、スラストスリーブを介してスラスト軸受が受け止め、回転軸の軸方向の他方側に作用するスラスト荷重は、スラストリングを介してスラスト軸受が受け止める。

0004

このようなスラスト軸受装置としては、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。

先行技術

0005

特開2013−002559号公報

発明が解決しようとする課題

0006

一般的に、過給機の回転数の上昇に伴ってスラスト荷重が上昇するものであり、このとき、低回転域での上昇率が高くて高回転域での上昇率が低いものと考えられていた。即ち、回転数の上昇に対するスラスト荷重の変動をグラフで表すと、上に凸形状となるような曲線形で表すことができる。ところが、実際には、低回転域での上昇率が低くて高回転域での上昇率が高いものであり、回転数の上昇に対するスラスト荷重の変動をグラフで表すと、下に凸形状となるような曲線形となる。そのため、設計時における回転数に対するスラスト荷重の変動と、実際の回転数に対するスラスト荷重の変動の差があり、スラスト軸受装置の負荷能力が実際に回転軸に作用する荷重適応していないおそれがある。

0007

本発明は、上述した課題を解決するものであり、負荷能力を実際に回転軸に作用する荷重に適応させることで装置のコンパクト化を図る過給機を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上述の目的を達成するために、本発明の過給機は、中空形状をなすハウジングと、前記ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、前記回転軸における軸方向の一端部に設けられるタービンと、前記回転軸における軸方向の他端部に設けられるコンプレッサと、前記コンプレッサ背面側と前記ハウジングとの間にリング形状をなして設けられる圧力調整用空間部と、前記コンプレッサの吐出口側空間部と前記圧力調整用空間部との間に設けられる第1シール隙間と、前記圧力調整用空間部と回転軸側空間部との間に設けられる第2シール隙間と、を備えることを特徴とするものである。

0009

従って、吐出口側空間部の圧力が高くなると、コンプレッサを介して回転軸にタービン側へのスラスト荷重が作用し、第1シール隙間が大きくなる一方、第2シール隙間が小さくなり、圧力調整用空間部の圧力が高くなる。圧力調整用空間部の圧力が高くなると、コンプレッサを介して回転軸にコンプレッサ側へのスラスト荷重が作用する。その結果、吐出口側空間部と圧力調整用空間部との差圧によりスラスト荷重を低減することができ、負荷能力を実際に回転軸に作用する荷重に適応させることで装置のコンパクト化を図ることができる。

発明の効果

0010

本発明の過給機によれば、負荷能力を実際に回転軸に作用する荷重に適応させることで装置のコンパクト化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0011

図1は、第1実施形態の排気タービン過給機を表す全体構成図である。
図2は、第1実施形態のスラスト軸受装置を表す断面図である。
図3は、スラスト軸受装置の作用を表す断面図である。
図4は、スラスト軸受装置の作用を表す断面図である。
図5は、過給機回転数に対するスラスト荷重を表すグラフである。
図6は、第2実施形態のスラスト軸受装置を表す断面図である。
図7は、第3実施形態のスラスト軸受装置を表す断面図である。
図8は、過給機回転数に対するスラスト荷重を表すグラフである。

実施例

0012

以下に添付図面を参照して、本発明に係るスラスト軸受装置及び過給機の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

0013

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の排気タービン過給機を表す全体構成図、図2は、第1実施形態のスラスト軸受装置を表す断面図である。

0014

図1に示すように、排気タービン過給機11は、主に、タービン12と、コンプレッサ13と、回転軸14とにより構成され、これらがハウジング15内に収容されている。

0015

ハウジング15は、内部が中空に形成され、タービン12の構成を収容する第一空間部S1をなすタービンハウジング15Aと、コンプレッサ13の構成を収容する第二空間部S2をなすコンプレッサハウジング15Bと、回転軸14を収容する第三空間部S3をなすベアリングハウジング15Cとを有している。ベアリングハウジング15Cの第三空間部S3は、タービンハウジング15Aの第一空間部S1とコンプレッサハウジング15Bの第二空間部S2との間に位置している。

0016

回転軸14は、タービン12側の端部がタービン側軸受であるジャーナル軸受21により回転自在に支持され、コンプレッサ13側の端部がコンプレッサ側軸受であるジャーナル軸受22により回転自在に支持され、且つ、スラスト軸受23により回転軸14が延在する軸方向への移動を規制されている。回転軸14は、軸方向における一端部にタービン12のタービンディスク24が固定されている。タービンディスク24は、タービンハウジング15Aの第一空間部S1に収容され、外周部に軸流型をなす複数のタービン翼25が周方向所定間隔で設けられている。また、回転軸14は、軸方向における他端部にコンプレッサ13のコンプレッサ羽根車26が固定されている。コンプレッサ羽根車26は、コンプレッサハウジング15Bの第二空間部S2に収容され、外周部に複数のブレード27が周方向に所定間隔で設けられている。

0017

タービンハウジング15Aは、タービン翼25に対して排気ガスの入口通路31と排気ガスの出口通路32が設けられている。そして、タービンハウジング15Aは、入口通路31とタービン翼25との間にタービンノズル33が設けられており、このタービンノズル33により静圧膨張された軸方向の排気ガス流が複数のタービン翼25に導かれることで、タービン12を駆動回転することができる。コンプレッサハウジング15Bは、コンプレッサ羽根車26に対して吸入口34と圧縮空気吐出口35が設けられている。そして、コンプレッサハウジング15Bは、コンプレッサ羽根車26と圧縮空気吐出口35との間にディフューザ36が設けられている。コンプレッサ羽根車26により圧縮された空気は、ディフューザ36を通って排出される。

0018

そのため、この排気タービン過給機11は、エンジン(図示せず)から排出された排ガスによりタービン12が駆動し、タービン12の回転が回転軸14に伝達されてコンプレッサ13が駆動し、このコンプレッサ13が燃焼用気体を圧縮してエンジンに供給する。従って、エンジンからの排気ガスは、排気ガスの入口通路31を通り、タービンノズル33により静圧膨張され、軸方向の排気ガス流が複数のタービン翼25に導かれることで、複数のタービン翼25が固定されたタービンディスク24を介してタービン12が駆動回転する。そして、複数のタービン翼25を駆動した排気ガスは、出口通路32から外部に排出される。一方、タービン12により回転軸14が回転すると、一体のコンプレッサ羽根車26が回転し、吸入口34を通って空気が吸入される。吸入された空気は、コンプレッサ羽根車26で加圧されて圧縮空気となり、この圧縮空気は、ディフューザ36を通り、圧縮空気吐出口35からエンジンに供給される。

0019

上述した排気タービン過給機11にて、図1及び図2に示すように、第1実施形態のスラスト軸受装置40は、スラストスリーブ(筒部材)41と、スラストリング(筒部材)42と、スラスト軸受23と、板バネ43とを備えている。

0020

回転軸14は、ジャーナル軸受21,22に支持される大径部14Aと、スラスト軸受23に支持される小径部14Bとが設けられ、大径部14Aと小径部14Bとの間に段付部14Cが設けられている。スラスト軸受23は、回転軸14が貫通する貫通孔23aが形成された円板形状をなし、各平面側に回転軸14の軸方向にほぼ直行する受圧面23A,23Bが設けられている。

0021

スラストスリーブ41は、回転軸14における小径部14Bの外周部に周方向及び軸方向に相対移動不能に固定されている。スラストスリーブ41は、円筒形状をなすスリーブ本体51と、円板形状をなしてスリーブ本体51における軸方向の一方側に一体に設けられるフランジ部52とから構成されている。また、スラストリング42は、回転軸14における小径部14Bの外周部に周方向及び軸方向に相対移動不能に固定されている。スラストリング42は、円筒形状をなすリング本体53と、円板形状をなしてリング本体53における軸方向の一方側に一体に設けられるフランジ部54とから構成されている。そして、スラストスリーブ41とスラストリング42は、スリーブ本体51とリング本体53が回転軸14の軸方向に直列に配置され、スリーブ本体51の一端部とリング本体53の一端部が当接している。また、スラストスリーブ41は、スリーブ本体51の他端部がコンプレッサ羽根車26の背面26aに当接し、スラストリング42は、リング本体53の他端部が回転軸14の段付部14Cの端面に当接している。

0022

回転軸14の外周部にスラストスリーブ41とスラストリング42が直列をなして固定されることで、各フランジ部52,54の間に回転軸14の軸方向に沿う所定隙間S4が設けられる。スラスト軸受23は、外周部がベアリングハウジング15Cに固定され、内周部がこの所定隙間S4に配置されている。板バネ43は、中心部に貫通孔が設けられた円板形状をなし、外周部がベアリングハウジング15Cに固定され、内周部がスラストスリーブ41のフランジ部52に接触している。即ち、板バネ43は、自身の付勢力によりフランジ部52を介してスラストスリーブ41をスラストリング42側に押圧している。

0023

そして、本実施形態にて、第1実施形態のスラスト軸受装置40は、回転軸14の軸方向の一方側に荷重が作用したときに、スラストスリーブ41及びスラストリング42の各フランジ部52,54が変形することで、各フランジ部52,54とスラスト軸受23との接触面積を増加させる変形部が設けられている。

0024

スラストスリーブ41は、外周側傾斜面61と内周側傾斜面62と頂部63と薄肉部64とが設けられている。外周側傾斜面61は、フランジ部52におけるスラスト軸受23に対向する面に設けられ、外周部側に配置されて内径側に比べて外径側がスラスト軸受23の受圧面23Aから離間するようなリング状をなす平坦な傾斜面となっている。内周側傾斜面62は、フランジ部52におけるスラスト軸受23に対向する面に設けられ、内周部側に配置されて外径側に比べて内径側がスラスト軸受23の受圧面23Aから離間するようなリング状をなす平坦な傾斜面となっている。頂部63は、外周側傾斜面61と内周側傾斜面62との間に設けられたリング形状をなす頂点である。この頂部63は、外周側傾斜面61と内周側傾斜面62がスラスト軸受23の受圧面23Aに対してそれぞれ径方向に傾斜していることから、スラスト軸受23の受圧面23Aに接触している。なお、各傾斜面61,62は、径方向に湾曲した曲面であってもよい。

0025

薄肉部64は、スリーブ本体51とフランジ部52との連結部にリング形状をなして設けられている。薄肉部64は、回転軸14の軸方向における厚さが、フランジ部52における回転軸14の軸方向における厚さより薄く設定されている。そのため、スラストスリーブ41は、フランジ部52にスラスト荷重が作用としたとき、フランジ部52がスリーブ本体51に対して薄肉部64を支点として回転軸14の軸方向に弾性変形可能となっている。そのため、この薄肉部64が前述した変形部として機能する。

0026

また、スラストリング42は、傾斜面65と頂部66と薄肉部67とが設けられている。傾斜面65は、フランジ部54におけるスラスト軸受23に対向する面に設けられ、外径側に比べて内径側がスラスト軸受23の受圧面23Bから離間するようなリング状をなす平坦な傾斜面となっている。頂部66は、傾斜面65の外径側端部に設けられたリング形状をなす頂点である。この頂部66は、傾斜面65がスラスト軸受23の受圧面23Bに対して径方向に傾斜していることから、スラスト軸受23の受圧面23Bに接触している。なお、各傾斜面65は、径方向に湾曲した曲面であってもよい。

0027

薄肉部67は、リング本体53とフランジ部54との連結部にリング形状をなして設けられている。薄肉部67は、回転軸14の軸方向における厚さが、フランジ部54における回転軸14の軸方向における厚さより薄く設定されている。そのため、スラストリング42は、フランジ部54にスラスト荷重が作用としたとき、フランジ部54がリング本体53に対して薄肉部67を支点として回転軸14の軸方向に弾性変形可能となっている。そのため、この薄肉部67が前述した変形部として機能する。

0028

ここで、上述したスラスト軸受装置40の作用を説明する。図3及び図4は、スラスト軸受装置の作用を表す断面図である。

0029

そのため、排気タービン過給機11が停止して回転軸14の回転が停止しているとき、図2に示すように、スラスト軸受装置40にて、スラストスリーブ41は、フランジ部52の頂部63だけがスラスト軸受23の受圧面23Aに接触すると共に、スラストリング42は、フランジ部54の頂部66だけがスラスト軸受23の受圧面23Bに接触している。

0030

そして、排気タービン過給機11が稼働して回転軸14が回転し、図3に示すように、回転軸14に対して軸方向の一方側にスラスト荷重F1が作用すると、ベアリングハウジング15Cの固定されたスラスト軸受23に対して、回転軸14とスラストスリーブ41とスラストリング42が同方向に若干移動する。すると、スラストリング42は、フランジ部54が薄肉部67を支点としてスラスト荷重F1とは逆方向に変形し、傾斜面65の一部または全部がスラスト軸受23の受圧面23Bに接触する。即ち、スラストリング42のフランジ部54とスラスト軸受23の受圧面23Bとの接触面積が増加する。つまり、スラスト荷重F1の上昇に伴ってフランジ部54の変形量が大きくなることから、傾斜面65とスラスト軸受23の受圧面23Bとの接触面積が増加する。そのため、スラスト軸受23は、スラスト荷重F1の増加に対して軸受有効面積が増加することから、スラスト荷重F1の大きさに見合ったスラスト負荷能力が確保される。

0031

一方、図4に示すように、回転軸14に対して軸方向の他方側にスラスト荷重F2が作用すると、ベアリングハウジング15Cの固定されたスラスト軸受23に対して、回転軸14とスラストスリーブ41とスラストリング42が同方向に若干移動する。すると、スラストスリーブ41は、フランジ部52が薄肉部64を支点としてスラスト荷重F2とは逆方向に変形し、内周側傾斜面62の一部または全部がスラスト軸受23の受圧面23Aに接触する。即ち、スラストスリーブ41のフランジ部52とスラスト軸受23の受圧面23Aとの接触面積が増加する。つまり、スラスト荷重F2の上昇に伴ってフランジ部52の変形量が大きくなることから、内周側傾斜面62とスラスト軸受23の受圧面23Aとの接触面積が増加する。そのため、スラスト軸受23は、スラスト荷重F2の増加に対して軸受有効面積が増加することから、スラスト荷重F2の大きさに見合ったスラスト負荷能力が確保される。

0032

なお、上述の説明にて、図3に示すように、回転軸14にスラスト荷重F1が作用すると、スラスト軸受23によりスラストリング42のフランジ部54が変形するが、板バネ43の付勢力によりスラストスリーブ41のフランジ部52も変形するが、スラスト軸受23の受圧面23Aに接触してもしなくてもよい。また、図4に示すように、回転軸14にスラスト荷重F2が作用すると、スラスト軸受23によりスラストスリーブ41のフランジ部52が変形するが、スラストリング42のフランジ部54は変形してもしなくてもよい。

0033

図5は、過給機回転数に対するスラスト荷重を表すグラフである。従来、図5実線で表すように、過給機回転数の上昇に伴ってスラスト荷重が上昇し、低回転域での上昇率が高くて高回転域での上昇率が低いものと考えられており、上に凸形状となるような曲線形で表される。ところが、本出願人の実験によると、過給機回転数に対するスラスト荷重が複数の黒点で表され、低回転域での上昇率が低くて高回転域での上昇率が高いものとなり、図5に一点鎖線で表すように、下に凸形状となるような曲線形となった。そのため、本実施形態のスラスト軸受装置40によれば、前述したように、スラスト荷重の上昇に伴ってフランジ部52,54とスラスト軸受23との接触面積が増加することから、過給機回転数とスラスト荷重との関係は、図5に一点鎖線で表すものとなり、スラスト荷重の大きさに見合ったスラスト負荷能力を確保することができる。

0034

このように第1実施形態のスラスト軸受装置にあっては、回転軸14に固定されるスラストスリーブ41及びスラストリング42と、スラストスリーブ41及びスラストリング42の外周部に所定隙間S4を空けて設けられる各フランジ部52,54と、外周部がハウジング15に支持されて内周部が所定隙間S4に配置されるスラスト軸受23と、回転軸14にスラスト荷重が作用したときにフランジ部52,54が変形することでフランジ部52,54とスラスト軸受23との接触面積を増加させる変形部とを設けている。

0035

従って、回転軸14にスラスト荷重が作用すると、変形部によりスラストスリーブ41及びスラストリング42の各フランジ部52,54が変形することで、各フランジ部52,54とスラスト軸受23との接触面積を増加することとなる。即ち、スラスト荷重の変動に応じて軸受有効面積が変化することとなり、軸受負荷能力を実際に回転軸14に作用する荷重に適応させることで装置のコンパクト化を図ることができる。

0036

第1実施形態のスラスト軸受装置では、スラストスリーブ41及びスラストリング42の各フランジ部52,54におけるスラスト軸受23に対向する面にリング形状をなす傾斜面62,65を設けている。従って、各フランジ部52,54に傾斜面62,65を設けることで、回転軸14に作用するスラスト荷重の上昇に応じてフランジ部52,54の変形量が大きくなり、傾斜面62,65とスラスト軸受23との接触面積が増加することとなり、スラスト荷重の変動に応じて軸受有効面積を適正に変化させることができる。

0037

この場合、傾斜面62,65をスラストスリーブ41及びスラストリング42の各フランジ部52,54に設けることで、スラスト軸受23の形状を変更することなく、容易に傾斜面62,65を設けることができる。また、既存のスラストスリーブ41とスラストリング42を用いることで、部品点数の増加を防止してコストの増加を抑制することができると共に、回転軸14の軸方向の一方側及び他方側のスラスト荷重に対して対応することができる。

0038

第1実施形態のスラスト軸受装置では、変形部として、スラストスリーブ41及びスラストリング42に薄肉部64,67を設けている。従って、変形部を薄肉部64,67とすることで、回転軸14にスラスト荷重が作用したとき、フランジ部52,54を容易に変形させてスラスト軸受23との接触面積を増加させることができ、構造の簡素化を図ることができる。

0039

また、第1実施形態の過給機にあっては、中空形状をなすハウジング15と、ハウジング15に装着されるスラスト軸受装置40と、ハウジング15にスラスト軸受装置40により回転自在に支持される回転軸14と、回転軸14における軸方向の一端部に設けられるタービン12と、回転軸14における軸方向の他端部に設けられるコンプレッサ13とを設けている。

0040

従って、排ガスによりタービン12が回転し、回転力が回転軸14を介してタービン12に伝達されてこのタービン12が回転する。このとき、回転軸14にスラスト荷重が作用すると、変形部によりスラストスリーブ41及びスラストリング42の各フランジ部52,54が変形することで、各フランジ部52,54とスラスト軸受23との接触面積を増加することとなる。即ち、スラスト荷重の変動に応じて軸受有効面積が変化することとなり、軸受負荷能力を実際に回転軸14に作用する荷重に適応させることで装置のコンパクト化を図ることができる。

0041

[第2実施形態]
図6は、第2実施形態のスラスト軸受装置を表す断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

0042

第2実施形態において、図6に示すように、スラスト軸受装置70は、スラストスリーブ(筒部材)71と、スラストリング(筒部材)72と、スラスト軸受73と、板バネ43とを備えている。

0043

スラストスリーブ71は、回転軸14における小径部14Bの外周部に周方向及び軸方向に相対移動不能に固定されている。スラストスリーブ71は、円筒形状をなすスリーブ本体81と、円板形状をなしてスリーブ本体81における軸方向の一方側に一体に設けられるフランジ部82とから構成されている。また、スラストリング72は、回転軸14における小径部14Bの外周部に周方向及び軸方向に相対移動不能に固定されている。スラストリング72は、円筒形状をなすリング本体83と、円板形状をなしてリング本体83における軸方向の一方側に一体に設けられるフランジ部84とから構成されている。そして、スラストスリーブ71とスラストリング72は、スリーブ本体81とリング本体83が回転軸14の軸方向に直列に配置され、スリーブ本体81の一端部とリング本体83の一端部が当接している。また、スラストスリーブ71は、スリーブ本体81の他端部がコンプレッサ羽根車26の背面26aに当接し、スラストリング72は、リング本体83の他端部が回転軸14の段付部14Cの端面に当接している。

0044

回転軸14の外周部にスラストスリーブ71とスラストリング72が直列をなして固定されることで、各フランジ部82,84の間に回転軸14の軸方向に沿う所定隙間S4が設けられる。スラスト軸受73は、回転軸14が貫通する貫通孔73aが形成された円板形状をなし、各平面側に回転軸14の軸方向にほぼ直行する受圧面73A,73Bが設けられている。スラスト軸受73は、外周部がベアリングハウジング15Cに固定され、内周部が所定隙間S4に配置されている。板バネ43は、中心部に貫通孔が設けられた円板形状をなし、外周部がベアリングハウジング15Cに固定され、内周部がスラストスリーブ71のフランジ部82に接触している。即ち、板バネ43は、自身の付勢力によりフランジ部82を介してスラストスリーブ71をスラストリング72側に押圧している。

0045

そして、本実施形態にて、第2実施形態のスラスト軸受装置70は、回転軸14の軸方向の一方側に荷重が作用したときに、スラスト軸受73が変形することで、各フランジ部82,84とスラスト軸受73との接触面積を増加させる変形部が設けられている。

0046

スラスト軸受73は、内周部に回転軸14の軸方向に変形用隙間S5を空けて円板形状をなす一対の変形フランジ部91,92が設けられている。第1変形フランジ部91は、第1傾斜面93と頂部94と薄肉部95とが設けられている。第1傾斜面93は、第1変形フランジ部91におけるスラストスリーブ71に対向する面に設けられ、内径側に比べて外径側がスラストスリーブ71のフランジ部82の対向面から離間するようなリング状をなす平坦な傾斜面となっている。頂部94は、第1傾斜面93の内径側端部に設けられたリング形状をなす頂点である。この頂部94は、第1傾斜面93がスラストスリーブ71に対して径方向に傾斜していることから、スラストスリーブ71に接触している。

0047

薄肉部95は、第1変形フランジ部91の分岐部にリング形状をなして設けられている。薄肉部95は、回転軸14の軸方向における厚さが、スラスト軸受73における回転軸14の軸方向における厚さより薄く設定されている。そのため、スラスト軸受73は、第1変形フランジ部91にスラスト荷重が作用したとき、第1変形フランジ部91が薄肉部95を支点として回転軸14の軸方向に弾性変形可能となっている。そのため、この薄肉部95が前述した変形部として機能する。なお、薄肉部95は、第1変形フランジ部91の内径側端部より薄く形成されている。

0048

また、第2変形フランジ部92は、第2傾斜面96と頂部97と薄肉部98とが設けられている。第2傾斜面96は、第2変形フランジ部92におけるスラストリング72に対向する面に設けられ、内径側に比べて外径側がスラストリング72のフランジ部84の対向面から離間するようなリング状をなす平坦な傾斜面となっている。頂部97は、第2傾斜面96の内径側端部に設けられたリング形状をなす頂点である。この頂部97は、第2傾斜面96がスラストリング72に対して径方向に傾斜していることから、スラストリング72に接触している。

0049

薄肉部98は、第2変形フランジ部92の分岐部にリング形状をなして設けられている。薄肉部98は、回転軸14の軸方向における厚さが、スラスト軸受73における回転軸14の軸方向における厚さより薄く設定されている。そのため、スラスト軸受73は、第2変形フランジ部92にスラスト荷重が作用したとき、第2変形フランジ部92が薄肉部98を支点として回転軸14の軸方向に弾性変形可能となっている。そのため、この薄肉部98が前述した変形部として機能する。なお、薄肉部98は、第2変形フランジ部92の内径側端部より薄く形成されている。

0050

そのため、排気タービン過給機11が停止して回転軸14の回転が停止しているとき、スラスト軸受装置70にて、スラスト軸受73は、各変形フランジ部91,92の頂部94,97だけがスラストスリーブ71及びスラストリング72の各フランジ部82,84に接触している。

0051

そして、排気タービン過給機11が稼働して回転軸14が回転し、回転軸14に対して軸方向の一方側(図6にて左方)にスラスト荷重が作用すると、ベアリングハウジング15Cの固定されたスラスト軸受73に対して、回転軸14とスラストスリーブ71とスラストリング72が同方向に若干移動する。すると、スラスト軸受73は、第2変形フランジ部92が薄肉部98を支点としてスラスト荷重と同方向に変形し、第2傾斜面96(受圧面73B)の一部または全部がフランジ部84に接触する。即ち、スラストリング72のフランジ部84とスラスト軸受73の受圧面73Bとの接触面積が増加する。つまり、スラスト荷重の上昇に伴って第2変形フランジ部92の変形量が大きくなることから、第2傾斜面96(受圧面73B)とフランジ部84との接触面積が増加する。そのため、スラスト軸受73は、スラスト荷重の増加に対して軸受有効面積が増加することから、スラスト荷重の大きさに見合ったスラスト負荷能力が確保される。

0052

一方、回転軸14に対して軸方向の他方側(図6にて右方)にスラスト荷重が作用すると、ベアリングハウジング15Cの固定されたスラスト軸受73に対して、回転軸14とスラストスリーブ71とスラストリング72が同方向に若干移動する。すると、スラスト軸受73は、第1変形フランジ部91が薄肉部95を支点としてスラスト荷重と同方向に変形し、第1傾斜面93の一部または全部がフランジ部82に接触する。即ち、スラストスリーブ71のフランジ部82とスラスト軸受73の受圧面23Aとの接触面積が増加する。つまり、スラスト荷重の上昇に伴って第1変形フランジ部91の変形量が大きくなることから、第1傾斜面93(受圧面73A)とフランジ部82との接触面積が増加する。そのため、スラスト軸受73は、スラスト荷重の増加に対して軸受有効面積が増加することから、スラスト荷重の大きさに見合ったスラスト負荷能力が確保される。

0053

このように第2実施形態のスラスト軸受装置にあっては、回転軸14に固定されるスラストスリーブ71及びスラストリング72と、スラストスリーブ71及びスラストリング72の外周部に所定隙間S4を空けて設けられる各フランジ部82,84と、外周部がハウジング15に支持されて内周部が所定隙間S4に配置されるスラスト軸受73と、回転軸14にスラスト荷重が作用したときにスラスト軸受73が変形することでフランジ部82,84とスラスト軸受73との接触面積を増加させる変形部とを設けている。

0054

従って、回転軸14にスラスト荷重が作用すると、変形部によりスラスト軸受73が変形することで、各フランジ部82,84とスラスト軸受73との接触面積を増加することとなる。即ち、スラスト荷重の変動に応じて軸受有効面積が変化することとなり、軸受負荷能力を実際に回転軸14に作用する荷重に適応させることで装置のコンパクト化を図ることができる。

0055

第2実施形態のスラスト軸受装置では、傾斜面93,96をスラスト軸受73におけるフランジ部82,84に対向する面に設けている。従って、スラスト軸受73だけを形状変更すればよく、部品点数の増加を防止して製造コストの増加を抑制することができる。

0056

第2実施形態のスラスト軸受装置では、変形部として、スラスト軸受73の内周部側に薄肉部95,98を設けている。従って、変形部を薄肉部95,98とすることで、回転軸14にスラスト荷重が作用したとき、スラスト軸受73を容易に変形させてフランジ部82,84との接触面積を増加させることができ、構造の簡素化を図ることができる。

0057

第2実施形態のスラスト軸受装置では、変形部として、スラスト軸受73の内周部に変形用隙間S5を空けて一対の変形フランジ部91,92を設けている。従って、変形部を変形フランジ部91,92とすることで、回転軸14にスラスト荷重が作用したとき、変形フランジ部91,92を容易に変形させてフランジ部82,84との接触面積を増加させることができる。

0058

[第3実施形態]
図7は、第3実施形態のスラスト軸受装置を表す断面図、図8は、過給機回転数に対するスラスト荷重を表すグラフである。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

0059

第3実施形態において、図7に示すように、排気タービン過給機100は、主に、タービン12(図1参照)と、コンプレッサ13と、回転軸14とにより構成され、これらがハウジング15内に収容されている。

0060

コンプレッサ13にて、コンプレッサ羽根車26は、外周部に周方向に沿ってフランジ部101が設けられる一方、ベアリングハウジング15Cにおけるディフューザ36に面する端面にカバー部材102が固定されている。カバー部材102は、中心部に貫通孔が形成された円板形状をなし、外周部がベアリングハウジング15Cに固定され、内周部がコンプレッサ羽根車26のフランジ部101に対して、所定隙間を空けて回転軸14の軸方向に重なるように位置している。また、ベアリングハウジング15Cは、コンプレッサ羽根車26の背面26aに対向する位置に凹部103が形成されると共に、コンプレッサ羽根車26の背面26a側に突出する凸部104が形成されている。

0061

コンプレッサ羽根車26の背面26aとベアリングハウジング15Cとの間にリング形状をなして圧力調整用空間部P2が設けられる。また、コンプレッサ13における圧縮空気吐出口35(ディフューザ36)側の吐出口側空間部P1と圧力調整用空間部P2との間に第1シール隙間S11が設けられている。この第1シール隙間S11は、コンプレッサ羽根車26のフランジ部101とカバー部材102との間の軸方向隙間である。更に、圧力調整用空間部P2と回転軸側空間部P3との間に第2シール隙間S12が設けられている。回転軸側空間部P3は、スラスト軸受装置を構成するスラストスリーブ71が配置される空間部であり、第2シール隙間S12は、コンプレッサ羽根車26の背面26aとベアリングハウジング15Cの凸部104との間の軸方向隙間である。

0062

そのため、コンプレッサ13の回転時に、吐出口側空間部P1の圧力が高くなると、コンプレッサ13がタービン12側に押圧されて回転軸14に対してタービン12側へのスラスト荷重が作用する。すると、このスラスト荷重によりコンプレッサ13がタービン12側に移動し、第1シール隙間S11が大きくなる一方、第2シール隙間S12が小さくなる。すると、圧力調整用空間部P2の容積が減少して圧力が高くなることから、ベアリングハウジング15Cに対してコンプレッサ13を押圧する圧力が高くなり、回転軸14に対してコンプレッサ13側へのスラスト荷重が作用する。すると、このスラスト荷重によりコンプレッサ13がタービン12とは逆側に移動し、第1シール隙間S11が小さくなる一方、第2シール隙間S12が大きくなる。即ち、吐出口側空間部P1と圧力調整用空間部P2との圧力変動により第1シール隙間S11と第2シール隙間S12の大きさが変動し、スラスト荷重を低減することができる。その結果、負荷能力を実際に回転軸14に作用する荷重に適応させることで装置のコンパクト化を図ることができる。

0063

図8は、過給機回転数に対するスラスト荷重を表すグラフである。従来、図8に実線で表すように、過給機回転数の上昇に伴ってスラスト荷重が上昇し、低回転域での上昇率が高くて高回転域での上昇率が低いものと考えられており、上に凸形状となるような曲線形で表される。ところが、本出願人の実験によると、過給機回転数に対するスラスト荷重が複数の黒点で表され、低回転域での上昇率が低くて高回転域での上昇率が高いものとなり、図8に一点鎖線で表すように、上に凸形状となるような曲線形となった。そのため、本実施形態の排気タービン過給機100によれば、前述したように、吐出口側空間部P1と圧力調整用空間部P2との差圧により回転軸14に作用するスラスト荷重を低減することができることから、過給機回転数とスラスト荷重との関係は、図8に一点鎖線で表すものとなり、スラスト荷重の大きさに見合ったスラスト負荷能力を確保することができる。

0064

第3実施形態の過給機にあっては、中空形状をなすハウジング15と、ハウジング15に回転自在に支持される回転軸14と、回転軸14における軸方向の一端部に設けられるタービン12と、回転軸14における軸方向の他端部に設けられるコンプレッサ13と、コンプレッサ13の背面26aとハウジング15との間にリング形状をなして設けられる圧力調整用空間部P2と、コンプレッサ13の吐出口側空間部P1と圧力調整用空間部P2との間に設けられる第1シール隙間S11と、圧力調整用空間部P2と回転軸側空間部P3との間に設けられる第2シール隙間S12とを設けている。

0065

従って、吐出口側空間部P1の圧力が高くなると、コンプレッサ13を介して回転軸14にタービン12側へのスラスト荷重が作用し、第1シール隙間S11が大きくなる一方、第2シール隙間S12が小さくなり、圧力調整用空間部P2の圧力が高くなる。圧力調整用空間部P2の圧力が高くなると、コンプレッサ13を介して回転軸14にコンプレッサ13側へのスラスト荷重が作用する。その結果、吐出口側空間部P1と圧力調整用空間部P2との差圧によりスラスト荷重を低減することができ、負荷能力を実際に回転軸14に作用する荷重に適応させることで装置のコンパクト化を図ることができる。

0066

11,100排気タービン過給機
12タービン
13コンプレッサ
14回転軸
15ハウジング
21,22ジャーナル軸受
23,73スラスト軸受
24タービンディスク
25タービン翼
26コンプレッサ羽根車
27ブレード
40,70スラスト軸受装置
41,71スラストスリーブ
42,72スラストリング
43板バネ
51,81スリーブ本体
52,54,82,84フランジ部
53,83リング本体
61 外周側傾斜面
62内周側傾斜面
63,66,94,97 頂部
64,67,95,98薄肉部
65 傾斜面
91 第1変形フランジ部
92 第2変形フランジ部
93 第1傾斜面
96 第2傾斜面
P1吐出口側空間部
P2圧力調整用空間部
P3回転軸側空間部
S11 第1シール隙間
S12 第2シール隙間

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 日産自動車株式会社の「 軸受部材」が 公開されました。( 2021/05/27)

    【課題・解決手段】軸体2を装着する軸穴1Aの内周面に、金属製の母材3Aと、母材3A中に分散され且つ母材3Aよりも相対的に熱伝導率が大きい熱伝導材3Bとから成る被覆層3を設けると共に、熱伝導材3Bが、被... 詳細

  • NOK株式会社の「 トーショナルダンパーアセンブリ」が 公開されました。( 2021/05/27)

    【課題】容易に製造することができるトーショナルダンパーアセンブリを提供する。【解決手段】トーショナルダンパーアセンブリは、トーショナルダンパーとファンを有する。トーショナルダンパーは、回転軸に固定され... 詳細

  • 株式会社カネカの「 シール装置、真空装置、成膜装置及び多層フィルム製造方法」が 公開されました。( 2021/05/27)

    【課題】比較的安価に大きな差圧を形成できるシール装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係るシール装置1は、第1空間と前記第1空間よりも圧力が低い第2空間とを隔離しつつウェブWを連続搬送可能と... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ