(57)【要約】【課題】コスト増加および重量増加を防止しつつ、共振を回避可能な回転機械を提供する。【解決手段】主軸の半径方向外方へ延びる複数の翼４を有する回転機械であって、主軸の外周に設けられたハブ３と、該ハブ３の周方向に所定間隔で設けられ、翼４の半径方向内方に延びる翼支持軸１４と、該翼支持軸１４とハブ３との間に設けられた支持部５と、翼支持軸１４に取り付けられてハブ３との間で支持部５を挟み込む締結部材６と、を備え、該締結部材６は、支持部５を挟み込む方向の力を、ハブ３のリム部１０の周方向で隣り合う翼支持軸１４の締結部材６に対して伝達する伝達部３０を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸の半径方向外方へ延びる複数の翼を有する回転機械であって、
前記主軸の外周に設けられたハブと、
該ハブの周方向に所定間隔で設けられ、前記翼の半径方向内方に延びる翼支持軸と、
該翼支持軸と前記ハブとの間に設けられた支持部と、
前記翼支持軸に取り付けられて前記ハブとの間で前記支持部を挟み込む締結部材と、を備え、
該締結部材は、前記支持部を挟み込む方向の力を、前記ハブの周方向で隣り合う前記翼支持軸の前記締結部材に対して伝達する伝達部を備えることを特徴とする回転機械。
【請求項２】
前記伝達部は、前記主軸の回転時に生じる遠心力を伝達する請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
前記伝達部は、前記締結部材から前記翼支持軸の径方向外側に向かって突出する突出部を備え、
該突出部は、前記主軸の径方向で、相対的に外側に配置される外側突出部と、内側に配置される内側突出部と、を備え、
前記ハブの周方向で隣り合う前記締結部材の前記外側突出部と前記内側突出部とが前記ハブの周方向で重なり合うように配される請求項２に記載の回転機械。
【請求項４】
前記内側突出部は、前記遠心力が作用した際に、前記外側突出部よりも大きく前記主軸の径方向に変形する請求項３に記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸流ファンなどの回転機械に関し、特にその振動防止技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
軸流ファンなど、主軸の半径方向外方へ延びる複数の動翼を有する回転機械にあっては、共振などにより振動が大きくなることを防止するために、回転時の加振周波数と翼の固有振動数とをずらす設計が必要となる。例えば、特許文献１には、静翼のピッチを一定にしないことにより励振の低減を図る技術が提案されている。この特許文献１に記載された技術の場合、運転条件などに応じて加振周波数が変化してしまうと、共振が発生してしまう可能性がある。
一方で特許文献２には、動翼軸を回転可能に支持して翼角度を可変にした回転機械が提案されている。この特許文献２に記載されている回転機械の場合、翼角度を変化させることで、例えば、動翼の加振振動数を変化させることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０４６２２６号公報
【特許文献２】特開昭６０−１９２８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した翼角度を可変にした回転機械の場合、主軸の径方向外側に配されたリング状のハブに翼が回転可能に取り付けられている。より具体的には、翼は、ハブに対して転がり軸受などの支持部を挟み込んだ状態で、締結部材により回転可能に取り付けられている。そのため、締結部材の締め付けトルクのばらつきなどによって、支持部による翼支持軸の拘束点がばらつき、各翼の固有振動数にばらつきが生じてしまう虞がある。ここで、図６は、縦軸を振動数、横軸を回転数とした場合の、翼の固有振動数（図６中、一点鎖線で示す）と回転数に対する数倍の振動数（図６中、破線で示す）との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、定格回転数（図６中、「定格」と記した回転数）付近で回転機械が運転される場合に、回転数の数倍の振動数と固有振動数とが一致しないように設計する必要がある。しかしながら、上述したように、締結部材の締め付けトルクなどのばらつきによって固有振動数にばらつきが生じる場合、図７に示すように、定格回転数付近における最小固有振動数（図７中、下側の二点差線で示す）が、回転数の数倍の振動数と重ならないようにしなければならず、より剛性の高い翼が必要になり、コスト増や重量増を招いてしまうという課題がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト増加および重量増加を防止しつつ、共振を回避可能な回転機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る回転機械は、主軸の半径方向外方へ延びる複数の翼を有する回転機械であって、前記主軸の外周に設けられたハブと、該ハブの周方向に所定間隔で設けられ、前記翼の半径方向内方に延びる翼支持軸と、該翼支持軸と前記ハブとの間に設けられた支持部と、前記翼支持軸に取り付けられて前記ハブとの間で前記支持部を挟み込む締結部材と、を備えている。そして、前記締結部材が、前記支持部を挟み込む方向の力を、前記ハブの周方向で隣り合う前記翼支持軸の前記締結部材に対して伝達する伝達部を備えることを特徴としている。
このように構成することで、一の締結部材が支持部を挟み込む力を、一の締結部材とハブの周方向で隣り合う他の翼支持部の締結部材に、伝達部を介して伝達させることができる。各締結部材による支持部の締め付け力にばらつきが生じることを防止して、支持部による翼支持軸の拘束点を均一化することができる。
【０００６】
さらに、この発明に係る回転機械は、上記伝達部が、前記主軸の回転時に生じる遠心力を伝達するようにしていてもよい。
このように構成することで、支持部を挟み込む力となる主軸の回転時の遠心力が伝達部を介して隣り合う翼支持部に伝達される。そのため、主軸の回転時の各翼の固有振動数のばらつきを抑制できる。
【０００７】
さらに、この発明に係る回転機械は、上記伝達部が、前記締結部材から前記翼支持軸の径方向外側に向かって突出する突出部を備え、該突出部が、前記主軸の径方向で、相対的に外側に配置される外側突出部と、内側に配置される内側突出部と、を備え、前記ハブの周方向で隣り合う前記締結部材の前記外側突出部と前記内側突出部とが、前記ハブの周方向で重なり合うように配されるようにしてもよい。
このように構成することで、内側突出部が外側突出部を押圧して、一の締結部材が支持部を挟み込む力を、周方向で隣り合う他の締結部材に伝達することができる。
【０００８】
さらに、この発明に係る回転機械は、上記内側突出部が、前記遠心力が作用した際に、前記外側突出部よりも大きく前記主軸の径方向に変形するようにしてもよい。
このように構成することで、遠心力が作用した際に、相対的に主軸の径方向への変形量が少ない外側突出部を、相対的に変形量が大きい内側突出部によって押圧させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る回転機械によれば、コスト増加および重量増加を防止しつつ、共振を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施形態における軸流ファンの動翼を示す斜視図である。
【図２】上記動翼の断面図である。
【図３】上記動翼の締結部材近傍の部分拡大図である。
【図４】上記動翼を主軸の径方向から見た展開図である。
【図５】上記実施形態の変形例における図４に相当する展開図である。
【図６】一般的な動翼の固有振動数と回転数の数倍の振動数との関係を示すグラフである。
【図７】動翼の固有振動数がばらつく場合の図６に相当するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、この発明の実施形態における回転機械を図面に基づき説明する。
図１、図２は、この実施形態の回転機械である軸流ファンの概略構成を示す構成図である。なお、以下の説明においては、主軸２の径方向を単に「径方向」、主軸２の軸線Ｏ（図２参照）方向を単に「軸線方向」と称する
【００１２】
図１、図２に示すように、軸流ファン１は、主軸２と、ハブ３と、動翼４と、転がり軸受５と、締結部材６と、を備えている。
主軸２は、駆動源（図示せず）から回転動力が伝達されるロータを構成する部材である。この主軸２は、ステータを構成するケーシング（図示せず）などに回転自在に軸支されている。
【００１３】
ハブ３は、動翼４を主軸２の回転方向に並べた状態で支持する部材である。ハブ３は、
リム部１０と、リム支持部１１と、アーム支持部１２とを備えている。
リム部１０は、動翼４を翼部１３（後述する）の基部側で回転可能に支持する。このリム部１０は、主軸２の外周、より具体的には径方向外側で軸線方向に延びる円筒状に形成されている。このリム部１０には、動翼４の支持軸である翼支持軸部１４が挿通される貫通孔１５が形成されている。図３を併せて参照し、リム部１０には、その外周面側の貫通孔１５の周囲に、円形の凹部１８が形成されている。貫通孔１５は、翼支持軸部１４よりも僅かに大径に形成されており、その内周部１５ａには、シール部材１６が取り付けられている。
【００１４】
リム支持部１１は、リム部１０を主軸２から径方向外側に所定距離だけ離間させた状態で支持する部材であって、上述した主軸２ならびにリム部１０との間に亘って配される。より具体的には、リム支持部１１は、主軸２の外周面２ａ（図２参照）から径方向外側に向かって延びて、リム部１０の軸線方向の一側に接続される。
【００１５】
アーム支持部１２は、後述の翼支持軸部１４の主軸２側の端部１７を回転可能に支持する。このアーム支持部１２は、リム支持部１１によって、上記リム部１０と同じ軸線方向における一側が支持されている。アーム支持部１２は、リム部１０ならびに主軸２の軸線Ｏと略平行な円筒状に形成されている。
【００１６】
動翼４は、リム部１０の周方向に所定間隔で配されて径方向外側に延在する翼部１３と、この翼部１３と一体的に形成され径方向の内側に延在する翼支持軸部１４と、を備えている。翼部１３は、例えば、径方向内側から外側に向かって幅が徐々に狭くなる所定の翼プロファイルで形成されている。
【００１７】
図３に示すように、翼支持軸部１４は、翼部１３を回転可能に支持するべく翼部１３の径方向内側である基部側に配され相対的に大径に形成された大径軸部２０と、この大径軸部２０よりも主軸２の径方向で内側に配置される相対的に小径な小径軸部２１とを備えている。さらに、大径軸部２０の上記翼部１３側には、上述した凹部１８に没入される円形の回転支持部１９が形成されている。この回転支持部１９の直径は、凹部１８の内径よりも僅かに小径に形成されている。さらに、回転支持部１９は、凹部１８の底面１８ａと対向配置される径方向内側面１９ａを有している。これにより、動翼４は、径方向における内方への変位が規制されつつ、大径軸部２０の軸線Ｏ２回りに回転可能となっている。
【００１８】
大径軸部２０は、貫通孔１５よりも僅かに小径に形成され、径方向における内方の外周面に雄ネジ部２０ａが形成されている。
小径軸部２１は、その端部１７にアーム部材２２が取り付けられている。アーム部材２２は、図示しないアクチュエータなどに接続され、軸線Ｏ２回りに揺動される。このアーム部材２２の揺動角度の変化に応じて小径軸部２１が回動され、動翼４全体が軸線Ｏ２回りに回動することとなる。
【００１９】
転がり軸受５は、翼支持軸部１４のスラスト方向への荷重を受け止めるスラスト軸受である。この転がり軸受５は、翼支持軸部１４とハブ３のリム部１０との間に設けられている。より具体的には、転がり軸受５は、ボール２３と、このボール２３を径方向で挟み込むリング状の内輪部２４と外輪部２５とを有している。この転がり軸受５は、径方向で締結部材６によってリム部１０の内面１０ａとの間に挟みこまれている。なお、転がり軸受５は、この発明の支持部を構成している。
【００２０】
締結部材６は、翼支持軸部１４に取り付けられてハブ３との間で転がり軸受５を挟み込んだ状態で保持する。締結部材６は、上述した大径軸部２０の雄ネジ部２０ａに螺合可能な雌ネジ部６ａを備えている。さらに、締結部材６は、伝達部３０を備えている。ここで、締結部材６は、図示しない専用工具等により掴んで回転させて翼支持軸部１４に締結される。なお、転がり軸受５とリム部１０の内面１０ａとの間には、リング状のスペーサ２６が配設されている。
【００２１】
図４を併せて参照し、伝達部３０は、リム部１０の周方向で隣り合う翼支持軸部１４に取り付けられた締結部材６に対して転がり軸受５を挟み込む方向、すなわち径方向外側への力を伝達する。この伝達部３０は、締結部材６から翼支持軸部１４の径方向外側に向かって突出する突出部３１を備えている。また、突出部３１は、相対的に径方向外側に配置される外側突出部３２と、相対的に径方向内側に配置される内側突出部３３とからなる。
【００２２】
外側突出部３２と内側突出部３３とは、それぞれ締結部材６の径方向外側に突出するように、軸線方向から見て半円の弧状に形成されると共に、軸線方向で一定の厚さを有する板状に形成されている。ここで、外側突出部３２と内側突出部とは、締結部材６の配列方向すなわち周方向で互いに反対側に配置され、周方向の一方側に外側突出部３２が配置され他方側に内側突出部が配置される。
【００２３】
内側突出部３３は、翼支持軸部１４の軸線Ｏ２を基準にして、外側突出部３２よりも径方向外側まで延びるように形成されている。このように、内側突出部３３が相対的に径方向外側まで延びていることで、突出部３１に径方向への遠心力が作用した際に、外側突出部３２よりも径方向へ変形し易くなっている。ここで、径方向への力としては、主軸２回転時の遠心力の他に、締結部材６の締め付け力などがある。
【００２４】
内側突出部３３は、リム部１０の周方向で隣り合う締結部材６の外側突出部３２と、リム部１０の周方向で重なり合うように配される。そして、周方向で隣り合う締結部材６の外側突出部３２の外面３２ａと内側突出部３３の内面３３ａとは、内側突出部３３が外側突出部３２を押圧可能なように、径方向で接している。すなわち、内側突出部３３と外側突出部３２との重なりによって、周方向で隣り合う締結部材６に対して転がり軸受５を挟み込む方向の力が伝達可能となっている。なお、図４中、内側突出部３３と外側突出部３２とが重なる部分を網掛けで示している。
【００２５】
したがって、上述した第一実施形態の軸流ファン１によれば、一の締結部材６が転がり軸受５を挟み込む力を、伝達部３０を介して、一の締結部材６とリングの周方向で隣り合う他の翼支持軸部１４の締結部材６に伝達させることができる。そのため、各締結部材６による転がり軸受５の締め付け力にばらつきが生じることを防止して、転がり軸受５による翼支持軸部１４の拘束点を均一化することができる。その結果、コスト増加および重量増加を防止しつつ、共振を回避することができる。
【００２６】
また、転がり軸受５を挟み込む力となる回転時の遠心力が伝達部３０を介して隣り合う締結部材６に伝達されるため、周方向に配列された各動翼４の固有振動数のばらつきを抑制できる。その結果、共振を回避しつつ締結部材６による転がり軸受５の締め付け力を向上させることができる。
【００２７】
さらに、内側突出部３３が外側突出部３２を押圧して、一の締結部材６が転がり軸受５を挟み込む力を、周方向で隣り合う他の締結部材６に伝達することができる。その結果、簡単な構成で、転がり軸受５による拘束点のばらつきを防止できる。
【００２８】
また、締結部材６に遠心力が作用することで、相対的に径方向への変形量が少ない外側突出部３２を、相対的に変形量の大きい内側突出部３３によって押圧させることができる。その結果、より確実に内側突出部３３により外側突出部３２へ力を伝達させることができる。
【００２９】
なお、この発明は上述した実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、翼支持軸部１４の軸線方向から見て突出部３１が締結部材６の外周全周に形成される場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図５に示すように、周方向で重なりあう角度範囲にのみ内側突出部３３と外側突出部３２とを形成して、それ以外の部分を省略しても良い。このようにした場合、伝達部３０により固有振動数のばらつきを防止しつつ、伝達部３０の軽量化を図ることができる。そして、この軽量化により、例えば回転機械の始動トルクなどを低減して省エネルギー化を図ることができる点で有利となる。
【００３０】
また、上述した実施形態では、内側突出部３３と外側突出部３２との突出長さを変化させることで、同一の遠心力が作用した際に、内側突出部３３の変形量が外側突出部３２の変形量よりも大きくなるようにする場合を一例に説明したが、この構成に限られるものではない。例えば、内側突出部３３が外側突出部３２よりも径方向に変形し易ければよく、内側突出部３３を外側突出部３２よりも板厚を薄く形成するようにしても良い。また、内側突出部３３の一部に溝を設けるなど、径方向への変形がし易い易変形部を設けるようにしても良い。さらに、内側突出部３３を外側突出部３２よりも変形しやすい材料で形成するようにしても良い。さらに、外側突出部３２に補強リブ等を設けるようにしても良い。
【００３１】
また、上述した実施形態においては、外側突出部３２と内側突出部３３とが有段形成される一例を示したが、外側突出部３２と内側突出部３３とを曲面で繋いでもよい。また、外側突出部３２と内側突出部３３とを同一傾斜平面上に配されるように形成してもよい。
さらに、外側突出部３２と内側突出部３３との形状は平板状に限られない。遠心力が作用したときに内側突出部３３によって外側突出部３２を押圧可能な形状であれば良い。
【００３２】
さらに、上述した実施形態においては、支持部としてボール２３を挟み込むスラスト軸受を用いる一例を説明したが、例えば、すべり軸受等であってもよい。
また、上述した実施形態では、回転機械として軸流ファンを一例にして説明したが、ファンに限られるものではなく、例えば、軸流圧縮機等に適用しても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１  軸流ファン（回転機械）
２  主軸
３  ハブ
４  動翼（主軸）
５  転がり軸受（支持部）
６  締結部材
１４  翼支持軸部
３０  伝達部
３１  突出部
３２  外側突出部
３３  内側突出部
【図１】
2014148944.tif 000003
【図２】
2014148944.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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