(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に外嵌されたインペラが、この回転軸に着脱自在に固定されてなる遠心式流体機械用ロータにおいて、
前記インペラが、ハブの先端部に、両側面が平面となった対向する一対の突起部を備え、
前記回転軸が、先端部に、外周に雄ねじの螺設された雄ねじ部を備えるとともに、該雄ねじ部より根元部側に、両側面が平面となった平面部を備え、
中央部に貫通孔を有し、対向する２つの平面を含み、前記インペラの前記ハブの前記突起部と、前記回転軸の前記平面部を収容する溝部を有するロックリングと、
中央部に雌ねじ部が構成され、該雌ねじ部と、前記回転軸の前記雄ねじ部が螺着されたロックナットと、を備える
ことを特徴とする遠心式流体機械用ロータ。
【請求項２】
前記回転軸が、該回転軸の前記平面部より根元部側に、その先端側に向かうにつれて、外径が狭まるように構成されているテーパ部を有し、
前記インペラの前記ハブの貫通孔の先端部が、その先端側に向かうにつれて、孔径が狭まり、前記回転軸のテーパ部と嵌合するように構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の遠心式流体機械用ロータ。
【請求項３】
前記突起部が、基部側の外周部に弧状溝を有する、請求項１または２に記載の遠心式流体機械用ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラ（羽根車）を高速で回転し、流体を圧縮または膨張する、遠心式圧縮機または遠心式膨張機などの遠心式流体機械に用いられるロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、一般に遠心式圧縮機または遠心式膨張機では、そのロ−タは回転軸に、この回転軸に嵌り合う貫通孔を備え、その外周部に多数のブレード（羽根）を設けたハブからなるインペラが外嵌されると共に着脱自在に固定されてなる構成になっている。
【０００３】
このインペラは高速に回転されるがゆえに、回転軸へのインペラの固定は非常に強固であることが求められる。他方、所定期間ごとのメンテナンスに応じて、回転軸からインペラの着脱が容易になされる構成であることも、また同時に求められる。そのため、これらの遠心式流体機械のロータにおいて、そのインペラを回転軸に如何に固定するかについて、種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、インペラ（羽根車）に多角形の形状と円錐状の形状の部位を併せ持つ貫通孔（特許文献１の特許請求の範囲に記載の「羽根車（４）が、…ハブ（６）を有しており、…、前記ハブ（６）が…貫通孔（８）を備えており、該貫通孔（８）が、少なくとも部分的に、多角形状の基面（１０）を備えたハブ円錐体（９）として形成・・・」、などを参照）が設けられ、また、その貫通孔の形状に応じた軸ジャーナル（特許文献１の特許請求の範囲に記載の「軸ジャーナル（７）が、前記ハブ円錐体（９）と協働する軸円錐体（１１）を有しており、…」などを参照）が設けられたものが開示されている。
【０００５】
なお、特許文献１には、「圧縮機羽根車４がまず軸ジャーナル７に被せ嵌められ、引き続きねじ山付ブシュとして形成された組付け・固定部材３７′′によって軸円錐体１１に装着される。平面２１′が平面ストッパ２２′と接触すると、所要の軸、ハブ結合が形成される。」旨が記載されている（特許文献１の段落００２９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１４８４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、特許文献１に記載のものは、インペラ（羽根車）のハブに多角形の形状と円錐状の形状の部位を併せ持つ貫通孔が設けられ、また、その貫通孔の形状に応じた軸ジャーナルが設けられたものである。
【０００８】
しかしながら、この従来のロータはインペラを回転軸（軸ジャーナル）に強固に固定できるものの、インペラの貫通孔を形成するハブの内面形状及びこれに嵌合する回転軸の外面形状が多角形や円錐状などの複雑な形状を備えているため、切削などによる機械加工が容易でなく加工時間も長くなり、高精度化や短納期化の要求に対応できないという問題がある。
【０００９】
特に、インペラの回転速度の高速化が進むにつれ、インペラの材料として従来の炭素鋼を主体としたものから耐食性や強度の高いステンレス鋼やチタン合金が使われるようになり、これらの新たな材料は切削抵抗が低い値を示すにもかかわらず炭素鋼と比べて切削性が悪く、こうした難削材を対象として上記従来の複雑形状を有するインペラなどを高い精度で効率よく良く機械加工することはなおさら困難であり、高度な加工技術と、高精度のＮＣ加工装置などの特殊で高価な工作機械を必要とする不利を伴うことになる。
【００１０】
そこで、本発明は、上述の従来技術の問題や不利に鑑み、インペラなどに複雑且つ困難な加工を必要とせず、平易な構成で、インペラを回転軸に強固に固定することができ、また回転軸からインペラの脱着も容易な、遠心式流体機械用ロータを提供することを課題（目的）とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を達成するため、本発明は、回転軸に外嵌されたインペラが、この回転軸に着脱自在に固定されなる遠心式流体機械用ロータにおいて、前記インペラが、ハブの先端部に、両側面が平面となった対向する一対の突起部を備え、前記回転軸が、先端部に、外周に雄ねじの螺設された雄ねじ部を備えるとともに、該雄ねじ部より根元部側に、両側面が平面となった平面部を備え、中央部に貫通孔を有し、対向する２つの平面を含み、前記インペラの前記ハブの前記突起部と、前記回転軸の前記平面部を収容する溝部を有するロックリングと、中央部に雌ねじ部が構成され、該雌ねじ部と、前記回転軸の前記雄ねじ部が螺着されたロックナットと、を備えることを特徴とする遠心式流体機械用ロータ、を提案するものである。
【００１２】
また、この遠心式流体機械用ロータにおいて、前記回転軸が、該回転軸の前記平面部より根元部側に、その先端部に向かうにつれて、外径が狭まるように構成されているテーパ部を有し、前記インペラの前記ハブの貫通孔の先端部が、その先端に向かうにつれて、孔径が狭まり、前記回転軸のテーパ部と嵌合するように構成することも好ましい。
また、前記突起部が、基部側の外周部に弧状溝を有するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の遠心式流体機械用ロータによれば、インペラのハブの内面（貫通孔）の形状を通常の円形状のままとし、その先端部に突起部を設けて、回転軸もその一部にねじ部と平面部を形成するだけで、インペラと回転軸をロックピンとロックナットを用いて固定するという全体として平易な構成を採用しているために、従来のようにインペラや回転軸に複雑且つ困難な機械加工を必要とすることなく、一般（汎用）の工作機械により容易に高精度で効率良く且つ短時間に低コストで製作でき、しかもインペラと回転軸とを強固に且つ着脱自在に固定できるという優れた効果を奏するものである。
【００１４】
また、回転軸の一部にテーパ部を設け、これに対応するインペラの一部にもこのテ―パ部に嵌合する同様な形状を構成することにより、上記に加えて、インペラと回転軸の固定の際の両者の位置決めを正確且つ迅速に行うことができる効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の典型的な実施形態に係る遠心式流体機械用ロータのインペラを示す斜視図である。
【図２】本発明の同実施形態に係る遠心式流体機械用ロータのインペラを示す一部拡大斜視である。
【図３】本発明の同実施形態に係る遠心式流体機械用ロータのインペラを示す一部拡大平面図である。
【図４】本発明の同実施形態に係る遠心式流体機械用ロータのインペラを示す縦断面図である。
【図５】本発明の同実施形態に係る遠心式流体機械用ロータの回転軸を示す縦断面図である。
【図６】本発明の同実施形態に係る遠心式流体機械用ロータのロックリングを示す斜視図（a）及び縦断面図（b）である。
【図７】本発明の同実施形態に係る遠心式流体機械用ロータのロックナットを示す斜視図（a）及び縦断面図（b）である。
【図８】本発明の同実施形態に係る遠心式流体機械用ロータのロックリング及びロックナットを除いた構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の同実施形態に係る遠心式流体機械用ロータのロックリング及びロックナットを含む全体構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を遠心式圧縮機用ロータ（以下、本発明ロータと略称する場合がある）に適用した場合の典型的な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜４は本発明ロータのインペラの構成を示すもので、図１はインペラ全体の外観を側面やや上方から見た斜視図、図２は同インペラの先端部（ガス吸込み側）示す一部拡大斜視図であり、図３は同インペラの先端部（ガス吸い込み側）を示す一部拡大平面図また、図４は同インペラの縦断面図である。
【００１７】
これらの図において、インペラ１は周知のように、略円錐状のハブ２とこのハブの外周面に渦巻き状に設けられた多数（本例では１８枚）のブレード（羽根）３からなっており、ハブ２の貫通孔４に挿入、固着された回転軸（後述）でこのインペラを高速で回転させて主としてその遠心力（いわゆる遠心力作用やディフューザ作用）により吸込み側（図１のブレードの上端側）から供給された空気などのガスをブレード等で圧縮し、圧縮された高圧のガスを吐出側（（図１のブレードの下端側）より排出するように構成されたものである。なお、各ブレード３はガスの吸い込み側に位置するところにリーディングエッジ部、ガスの吐出側に位置するところにトレーリングエッジ部、リーディングエッジ部とトレーリングエッジ部との間にシュラウド部を有している。
【００１８】
本発明ではこのインペラ１のガスの吸込み側に位置するハブ２の環状を有した先端部２aに一対（２つ）の湾曲状を呈した突起部５、５を備えている。この突起部５、５は、ハブ２の同先端部２aの環状端面上に同一高さで対向して立設され、貫通孔４を挟んでその軸心に対称に配置されたものである。そして、突起部５は図２、図３から理解できるとおり、各々その両側の側面５ｐ１が同先端部２aの環状端面に垂直で且つ互いに平行な平面となっており、そして、これらの貫通孔４側の内面５ｐ２及びブレード３側の外面５ｐ３はハブ２の先端部２aの環状端面の曲率にそれぞれ相応した曲率の円弧状の曲面となっている。すなわち、これら突起部５、５の形状は図３から知れるように、環状の先端部２aの両側の円弧状部分を貫通孔４の軸心と平行な面により切断してえられたものとほぼ等しい形状を成したものである。
【００１９】
従って、この一対の突起部５、５に挟まれてそれらの内側に形成される空間５ｓはその開口断面が一組の直線の対辺と一組の円弧状の対辺を組み合わせた四辺形状となったものである。また、突起部５、５の上面５ｐ４も平面となっている。
【００２０】
また、突起部５の基部（図２の下部）側の外周部には弧状溝５dを有している。
インペラ１のハブ２の中心部に設けられた貫通孔４はその開口断面が円形であり、図４に示すように、ハブ２のガスの吸込み側（同図左側、単に先端側ということがある）から吐出側（同図右側、単に先端側ということがある）に貫通して形成されている。同貫通孔４はハブ２の先端側から後端側にかけて順に先端部４a、中央部４b及び後部４cで構成される。
【００２１】
この貫通孔４の先端部４aは、前記ハブ２の先端部２aと突起部５の占める領域に対応するもので、その先端側に向かうにつれて孔径が次第に狭まる形状、すなわちその長さ方向においてテーパが形成されている。また、中央部４bの孔径は先端部４aの境界から後部４cまで一定であり、後部４cは中央部４bよりも少し大きな孔径を有している。
【００２２】
次に、図５は上記インペラ１の貫通孔４に固着される回転軸の縦断面図であるが、ここにおいて回転軸６は先端側（ガスの吸込み側）から後端側（ガスの吐出側）にかけて順に雄ねじ部６a、小円柱部６b、平面部６c、テーパ部６d及び根元部６eにより一体的に構成されたものである。雄ねじ部６aはこれら軸構成材のうち最も小さな径を有する円柱部材でその外周面に雄ねじmが螺設されている。小円柱部６bは雄ねじ部６aよりも少し大きな径を有する円柱部材からなる。
【００２３】
そして、平面部６cは、小円柱部６bより少し大きな径をする円柱部材（厳密には円錐台部材）の両側の弧状部分を回転軸６の軸心と平行な面で切断して得られた形状のもので、その両側の側面６ｃｐ（同５図の手前側と向こう側の面）は平面となったものである。
この平面部６cは前述した突起部５、５による空間５ｓの形状に対応している。
【００２４】
テーパ部６dはその長さ方向において先端側に向かうにつれて、外径が次第に狭まるように構成された文字通りテーパを有した円柱部材（厳密には円錐台部材）からなり、このテーパは前記の平面部６cの円弧状の部分にも同様にこのテーパ部６dと連続して形成されている。これらテーパ部６dと平面部６cの形成されたテーパは、前述インペラ１の貫通孔４の先端部４aにおけるテーパと一致した角度若しくは割合でそれらの外径または孔径が縮小したものとなっている。
【００２５】
根元部６ｅは前記テーパ部６dと略同径の長尺の円柱部材からなり、この後端側は、いずれも周知であって図示しないが、ブルギアとピニオンギアとが収容するギアケーシングによって構成された増速機のブルギアの軸に連結され、さらにブルギアの軸がカップリングを介して電動機の軸に連結されている。
【００２６】
次いで、先に述べたインペラ１、その貫通孔４及び回転軸６の構成に加えて本発明ロータの構成となる取付け金具（ロックリングとロックナット）について説明する。図６はロックリングを示すもので（a）はその斜視図、（b）はその縦断面図、また、図７はロックナットを示すもので（a）はその斜視図、（b）はその縦断面図である。
【００２７】
ここにおいて、ロックリング７は、その中央部に貫通した孔７aが設けられるとともにこれに連通してその径方向に横断した溝部７bを有し、この溝部７bを形成している溝蓋部７cと溝部７bの両側に突出した略半月状を呈した突出部７dからなる環状体である。この略半月状の突出部７dは、図のように溝部７bを挟んで向かい合っており、この対向する二つの側面７ｐ１はいずれも互いに平行な矩形の平面となっている。また、溝部７bの底面となる溝蓋部７cの内面７p２も平面である。さらに、このロックピン７はその外径が図７（ｂ）の通り、長さ方向においてその先端側（同図左側）に向かうほど次第に小さくなるテーパを有している。
【００２８】
このロックリング７の溝部７bは、前述したインペラ１の突起部５、５及び回転軸６の平面部６cに対応した形状を有するものとなっている。
【００２９】
また、ロックナット８はその内部中央部にその長さ方向の途中まで円柱状の穴８aが設けられ、その内周面に雌ねじが形成された雌ねじ部８bを有する袋状のナットである。
【００３０】
このロックナット８の雌ねじ部８bは前記回転軸６の先端部に設けられた雄ねじ部６aに対応し、両ねじ部が互いに螺合、螺着できる径とねじビッチを有したものである。
【００３１】
次に、これまで述べた本発明の各構成に基づいて、インペラ１の回転軸６への固定及びその解除方法（着脱方法）について図８及び図９を用いて説明し、本発明の全体構成をさらに明確にして行く。図８は図４で説明した構成のインペラ１を図５で説明した構成の回転軸６に外挿入した状態を示す縦断面図、図９はさらに図６及び図７で説明した構成のロックリング７及びロックナット８によりインペラ１と回転軸を固定した最終状態を示す本発明ロータの全体の縦断面図である。
【００３２】
ここにおいて、まず定置された回転軸６にインペラ１をハブ２の貫通孔４を介してその先端側より徐々に外挿して行く。貫通孔４の先端部４aと回転軸６に形成されたテーパとが互いに当接、密着した時点でインペラ１の外挿を停止する。この時点において、回転軸６の平面部６ｃの前面とインペラ１の先端部に備えられた突起部５、５の前面（図２の上面５ｐ４）が一致し、突起部５、５の内側に形成される空間５ｓに同平面部６ｃが丁度収まるなどインペラ1と回転軸６の長さ方向における各部の相対的な位置が予め設定された所定の位置に自動的セットされ、すなわち両者の位置決めが正確に行なわれた仮固定の状態（図８）が実現される。
【００３３】
なお、このとき、貫通孔４の中央部４bと後部４cも回転軸６の根元部６eに嵌合するが、後部４cについては回転軸６への外挿を容易とするため中央部４bより孔径を少し大きくしているため僅かな隙間ｄが形成される。
【００３４】
次に図８の状態の後に、ロックリング７を、その孔７dを介して回転軸６の先端部（雄ねじ部６a）より外挿し、その溝部７bにインペラ1側の前記突起部５、５と回転軸６側の平面部６cを収容させるようにして嵌め込む。この溝部７bを形成しているロックリング７の突出部７dの対向する２つの内面７ｐ１は、インペラ1側の前記突起部５、５の二つの側面５p１並びに、回転軸６側の平面部６ｃの二つの側面６ｃｐに対応し、また同溝部７bの底面となる溝蓋部７cの内面７p２は前記突起部５、５の上面に対応しており、これら各面はいずれも平面で構成されているため、ロックリング７をインペラ1と回転軸６に容易に且つ同時に嵌合させることができる。このロックリングによって、インペラ1と回転軸の回転方向における相対的な位置関係が固定される。
【００３５】
なお、ロックリング７とインペラ１及び回転軸６との嵌め合いの寸法、形状については当然ながらロックリング７側を僅かに大きめとし、両者の間に微小なクリアランスを設けるほうがこれらの嵌合の際の作業性に優れ、有利である。
【００３６】
そして、最後にロックナット８を回転させながら回転軸６の先端部に設けた雄ねじ部６aにねじ込み、同ナットにより先に嵌合したロックリング７をしっかりと押え付けて定着し、インペラ1の回転軸６への固定作業を完了する（図９）。なお、ロックナット８を雄ねじ部６aにねじ込む前に、ロックナット８とロックリング７との間に座金（ワッシャー）に相当する部材を介挿させても良い。
【００３７】
こうした本発明ロータの構成を利用した固定作業を行うことにより、インペラ1と回転軸６とがその軸方向（長さ方向）においても回転方向においても互いにずれるたり弛んだりすることなく設定された定位置に強固に且つ緊密に固定された状態を維持すること可能となる。
【００３８】
また、インペラ1と回転軸６との固定状態を解除する場合は、基本的に上記固定作業と逆の順で作業を行う。まず、ロックナット８を反対に回転させて弛めて回転軸６の先端部より取り外し、次いでロックリング７を取り外す。次いで適当な冶具を用いてその先をインペラ1側の突起部５、５に設けられた弧状溝５ｄに引っかけてインペラ１を引抜き、回転軸６の先端部より取り外して図８の状態とする。このように本発明にかかる遠心式圧縮機用ロータによれば、容易に解除作業を完了することができる。
【００３９】
以上、本発明について、遠心式圧縮機用ロータとして適用した場合の典型的な実施形態に基づいて詳説したが、本発明は遠心式圧縮機用のみならず遠心式膨張機用にも適用できることは勿論、複数のブレード（羽根）が外周部に固着されたインペラを回転軸により高速で回転させて主にその遠心力によりガスなどの流体を処理する遠心式流体機械全般に幅広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１：インペラ  ２：ハブ  ２ａ：先端部  ４：貫通孔  ４ａ：先端部
４b：中央部  ４c：後部  ５：突起部  ５ｄ：弧状溝  ５ｐ１：側面  
５ｐ２：内面  ５ｐ３：外面  ５ｐ４：上面  ５ｓ：空間  ６：回転軸  
６ａ：雄ねじ部  ｍ：雌ねじ  ６b：小円柱部  ６ｃ：平面部  ６d：テーパ部
６e：根元部  ７：ロックリング  ７a：孔  ７b：溝部  ７d：突出部
７c：溝蓋部  ７ｐ１：側面  ７ｐ２：内面  ８：ロックナット  ８a：穴
８ｂ：雌ねじ部  ｄ：隙間
【図１】
0005406812.tif 000002
【図２】
0005406812.tif 000003
【図３】
0005406812.tif 000004
【図４】
0005406812.tif 000005
【図５】
0005406812.tif 000006
【図６】
0005406812.tif 000007
【図７】
0005406812.tif 000008
【図８】
0005406812.tif 000009
【図９】
0005406812.tif 000010