(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と孔部を有する板部材との継手の調心機構であって、
当該軸部材と当該板部材の熱膨張特性が異なり、
当該軸部材は当該板部材の孔部に嵌合され、
当該軸部材の長手方向に直交する第１の方向と、当該軸部材の長手方向に直交すると共に第１の方向とも直交する第２の方向のそれぞれに、少なくとも各１対の座ぐり孔が対向して配置され、
第１の方向に対向して配置された１対の座ぐり孔の軸芯は互いに一致し、かつ、第２の方向に対向して配置された１対の座ぐり孔の軸芯は互いに一致しており、
第１の方向に配置された少なくとも１対の座ぐり孔には１対の第１の調心部材がそれぞれ挿入され、
第２の方向に配置された少なくとも１対の座ぐり孔には１対の第２の調心部材がそれぞれ挿入され、
第１および第２の調心部材の軸部材側端面は、軸部材に設けた座ぐり孔底面に当接し、
第１および第２の調心部材の板部材側端面は、板部材の孔部内面に当接し、
第１および第２の調心部材の長手方向熱膨張係数は、板部材の熱膨張係数と同じである
ことを特徴とする調心機構。
【請求項２】
請求項１に記載の調心機構において、
前記軸部材の嵌合部における断面形状が円形であり、前記板部材の孔部の形状が円形である
ことを特徴とする調心機構。
【請求項３】
請求項１に記載の調心機構において、
前記軸部材の嵌合部における断面形状が３以上の角部を有する角型であり、前記板部材の孔部の形状が３以上の角部を有する角型である
ことを特徴とする調心機構。
【請求項４】
軸部材と孔部を有する板部材との継手の調心機構であって、
当該軸部材と当該板部材の熱膨張特性が異なり、
当該軸部材は当該板部材の孔部に嵌合され、
当該継手の調心機構は、当該軸部材の長手方向に直交する第１の方向と、当該軸部材の長手方向に直交すると共に第１の方向とも直交する第２の方向を有し、
当該第１の方向および当該第２の方向のいずれか一方においてのみ、当該軸部材の熱膨張係数と、当該板部材の熱膨張係数とが異なり、
当該軸部材の熱膨張係数と、当該板部材の熱膨張係数とが異なる方向に、少なくとも１対の座ぐり孔が対向して配置され、
当該対向して配置された１対の座ぐり孔の軸芯は互いに一致し、
当該対向して配置された１対の座ぐり孔には１対の調心部材がそれぞれ挿入され、
１対の調心部材の軸部材側端面は、軸部材に設けた座ぐり孔底面に当接し、
１対の調心部材の板部材側端面は、板部材の孔部内面に当接し、
１対の調心部材の長手方向熱膨張係数は、板部材の熱膨張係数と同じである
ことを特徴とする調心機構。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の調心機構において、
前記第１の方向、または前記第２の方向に配置された１対の調心部材が、前記軸部材の長手方向に、２箇所以上配置されている
ことを特徴とする調心機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部材と孔部を有する板部材との継手の調心機構である。  更に詳細には、熱膨張係数が異なる軸部材と孔部を有する板部材を連結する継手において、熱膨張係数の差異に起因して継手部に過大な熱応力を生じることなく、かつ継手部に緩みやガタ等が生じることによって軸部材と板部材の同芯度が劣化する（あるいは相対的な位置関係が変化する）ことのない調心機構に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、高温炉内で高温の雰囲気ガスや空気を撹拌するために使用されるファンのように、過酷な環境で使用される高速回転体にあっては、高温に耐えうる特殊な材料を組み合わせて使用することが不可欠になるような場合がある。  このような高温炉内で使用するファンでは、回転体であるファン側の構造に孔部を設け、これに回転トルクを伝達するための軸構造を嵌合固定させる構造を使用するのが一般的であり、回転体であるファン側の構造と、回転トルクを伝達する軸構造の熱膨張係数が異なった材料を使用することになる。  このようにファン側構造と軸構造の材料の熱膨張係数が異なった場合、高温炉の運転前と運転中の温度差によって、ファン側構造と軸構造に、それぞれ異なった大きさの熱膨張による変形が生じることになる。
【０００３】
ファン側構造と軸構造に生じる、異なった大きさの熱膨張による変形は、継手部において、ファン側構造と軸構造に過大な熱応力を生じさせて構造の破壊に繋がったり、あるいはファン側構造と軸構造との間の嵌合部において、緩みやガタを生じさせると共に、ファン側構造と軸構造との間の同芯度を劣化させ、回転体にとって重要なダイナミック・バランスを狂わせてしまうという問題があった。
【０００４】
一般に、このような過酷な環境で使用されるファンでは、ファン側構造や軸構造に、耐熱性の高いセラミックス材やカーボン/カーボンコンポジット材などが使用されることが多い。
【０００５】
しかし、セラミック材の場合には、一般的に弾性率が高く、脆性な材料が多いことから、わずかな熱変形でも、継手部で大きな熱応力が発生しやすいため、致命的な破壊が生じる可能性が高いという問題があった。
【０００６】
また、カーボン/カーボンコンポジット材の場合には、配向された繊維の方向によって材料異方性が強く、方向によって熱膨張係数が大きく異なる。  従って、ファン側構造と軸構造に、同一材料のカーボン/カーボンコンポジット材を使用したとしても、ファン側構造と軸構造の継手部では、カーボン/カーボンコンポジット材の繊維方向によっては、異種材料を組み合わせて使用した場合と同様に、過大な熱応力や緩み・ガタ等が生じるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上述べたような背景技術を鑑みなされたものであり、熱膨張係数が異なる軸部材と孔部を有する板部材を連結する継手において、熱膨張係数の差異に起因して継手部に過大な熱応力を生じることなく、かつ継手部に緩みやガタ等が生じることによって軸部材と板部材の同芯度が劣化する（あるいは相対的な位置関係が変化する）ことのない調心機構を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明では、軸部材と孔部を有する板部材との継手の調心機構において、軸部材と板部材の熱膨張特性が異なり、軸部材は板部材の孔部に嵌合され、軸部材の長手方向に直交する第１の方向と、軸部材の長手方向に直交すると共に第１の方向とも直交する第２の方向のそれぞれに、少なくとも各１対の座ぐり孔が対向して配置され、第１の方向に対向して配置された1対の座ぐり孔の軸芯は互いに一致し、かつ、第２の方向に対向して配置された1対の座ぐり孔の軸芯は互いに一致しており、第１の方向に配置された少なくとも１対の座ぐり孔には１対の第１の調心部材がそれぞれ挿入され、第２の方向に配置された少なくとも１対の座ぐり孔には１対の第２の調心部材がそれぞれ挿入され、第１および第２の調心部材の軸部材側端面は、軸部材に設けた座ぐり孔底面に当接し、第１および第２の調心部材の板部材側端面は、板部材の孔部内面に当接し、第１および第２の調心部材長手方向の熱膨張係数は、板部材の熱膨張係数と同じである構成の調心機構とした。
【０００９】
また、請求項２に記載する発明では、請求項１に記載の調心機構であって、軸部材の嵌合部における断面形状が円形であり、板部材の孔部の形状が円形である構成の調心機構とした。
【００１０】
また、請求項３に記載する発明では、請求項１に記載の調心機構であって、軸部材の嵌合部における断面形状が３以上の角部を有する角型であり、板部材の孔部の形状が３以上の角部を有する角型である構成の調心機構とした。
【００１１】
更に、請求項４に記載する発明では、軸部材と孔部を有する板部材との継手の調心機構であって、軸部材と当該板部材の熱膨張特性が異なり、軸部材は板部材の孔部に嵌合され、継手の調心機構は軸部材の長手方向に直交する第１の方向と、軸部材の長手方向に直交すると共に第１の方向とも直交する第２の方向を有し、第１の方向および第２の方向のいずれか一方においてのみ、軸部材の熱膨張係数と、板部材の熱膨張係数とが異なり、軸部材の熱膨張係数と、板部材の熱膨張係数とが異なる方向に、少なくとも１対の座ぐり孔が対向して配置され、対向して配置された１対の座ぐり孔の軸芯は互いに一致し、対向して配置された１対の座ぐり孔には１対の調心部材がそれぞれ挿入され、１対の調心部材の軸部材側端面は、軸部材に設けた座ぐり孔底面に当接し、１対の調心部材の板部材側端面は、板部材の孔部内面に当接し、１対の調心部材の長手方向熱膨張係数は、板部材の熱膨張係数と同じである構成の調心機構とした。
【００１２】
また、請求項５に記載する発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の調心機構であって、第１の方向、または第２の方向に配置された１対の調心部材が、軸部材の長手方向に、２箇所以上配置されている構成の調心機構とした。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べたような発明の構成とすることにより、高温炉等において使用される継手構造であって、熱膨張係数が異なる軸部材と孔部を有する板部材を連結する継手において、熱膨張係数の差異に起因して継手部に過大な熱応力を生じることなく、かつ継手部に緩みやガタ等が生じることによって軸部材と板部材の同芯度が劣化する（あるいは相対的な位置関係が変化する）ことのない調心機構を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例に係る継手の調心機構１０を示したものであって、図１の下側の図は、平面図であり、調心機構１０を模式的に表したものである。  また、図１の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【図２】図２は、本発明の第２の実施例に係る継手の調心機構２０を示したものであって、図２の下側の図は、平面図であり、調心機構２０を模式的に表したものである。また、図２の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【図３】図３は、本発明の第３の実施例に係る継手の調心機構３０を示したものであって、図３の下側の図は、平面図であり、調心機構３０を模式的に表したものである。また、図３の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【図４】図４は、本発明の第４の実施例に係る継手の調心機構４０を示したものであって、図４の下側の図は、断面Ｂ−Ｂを示す平面図であり、調心機構４０を模式的に表したものである。また、図４の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【図５】図５は、本発明の第５の実施例に係る継手の調心機構５０を示したものであって、図５の下側の図は、平面図であり、調心機構５０を模式的に表したものである。また、図５の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【図６】図６は、軸部材に板部材を固定する方法の１例を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図に基き、本発明を実施するための形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る継手の調心機構１０を示したものであって、図１の下側の図は、平面図であり、調心機構１０を模式的に表したものである。また、図１の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【００１６】
第１の実施例に係る継手の調心機構１０は、軸部材１１と、板部材１２と、調心部材１３とから構成され、軸部材１１と板部材１２とは、熱膨張係数が異なるようになっている。
【００１７】
軸部材１１は円形断面を有する円柱状の形状を有し、軸部材１１の板部材１２と嵌合する部分には、軸部材１１の軸心に直交する平面内に４箇所の座ぐり孔１１ａが設けられている。
【００１８】
４箇所に設けられた座ぐり孔１１ａの内の１対（２箇所）の座ぐり孔１１ａは、軸部材１１の軸心に直交する平面内であって第１の方向（図１の左右方向）に伸び、残りの１対（２箇所）の座ぐり孔１１ａは、軸部材１１の軸心に直交する平面内であって第２の方向（図１の上下方向）に伸びている。
【００１９】
各座ぐり孔１１ａの断面は矩形状であり、加工性を確保するために矩形断面の短辺は、半円弧で構成するようにしても良い。  また、各座ぐり孔１１ａの底面１１ｂは軸部材１１の軸心近くに配置されるようになっている。
【００２０】
また、板部材１２には、軸部材１１と嵌合するための孔部１２ａが設けられている。  この孔部１２ａは軸部材１１の嵌合部外径よりもわずかに大きい径を有しており、板部材１１と軸部材１２の使用環境温度が大きく変化したとしても、板部材１１と軸部材１２との熱膨張差によって、板部材１１と軸部材１２とが「しまりばめ」の状態にならないように、孔部１２ａの径は軸部材１１の嵌合部外径よりもわずかに大きくなるように設定されている。したがって、板部材１１の孔部１２ａと軸部材１２の嵌合部外径の間にはわずかな隙間１４が生じるように設定されている。
【００２１】
なお、ここで板部材１２は、軸部材１１の軸心に対して直交する面内に伸びた板状の形状を有する部材をいうが、板の厚さは限定されるものではなく、したがってブロック状の形状を有する部材を含む意である。
【００２２】
調心部材１３は、棒状または板状の形状を有し、軸部材１１に設けられた４箇所の座ぐり孔１１ａの中に、それぞれ挿入されて配置される。調心部材１３の軸部材１１側の端面１３ａは、座ぐり孔１１ａの底面に当接し、調心部材１３の板部材１２側の端面１３ｂは、板部材１２に設けた孔部１２ａの内面に当接するように配置されている。
【００２３】
第１の実施例に係る継手の調心機構１０は、例えば、軸部材１１を炭素鋼のごとき材料で構成し、板部材をセラミックのごとき材料で構成した場合であって、軸部材１１と板部材１２のそれぞれの熱膨張特性が等方性であって、かつ軸部材１１と板部材１２の熱膨張係数が異なっている場合に使用される。
【００２４】
この場合、調心部材１３は板部材１２と同一の材料（例えば、セラミック）で構成され、調心部材１３の熱膨張係数と板部材１２の熱膨張係数は同一となる。
【００２５】
このように構成された調心機構１０を備えた継手構造物が、使用環境温度が大きく変化する、例えば高温炉内で使用されるような場合、使用環境温度が大きく変化したとしても、
（１）調心部材１３は対になって、板部材１２の孔部１２ａの直径に近い長さに亘って配置されていることと、
（２）調心部材１３は、第１の方向と第２の方向に直交して配置されると共に、それぞれ対をなして配置されていることと、
（３）調心部材１３と板部材１２の熱膨張係数が同一であること、
から調心部材１３の板部材１２側端面１３ｂは、板部材１２の孔部１２ａの内面に常に当接し続けるようになっている。  すなわち、軸部材１１の軸心と、板部材１２の孔部１２ａの中心位置を常に同一の位置にくるように設定することができる。
【００２６】
また、前にも述べたように、調心機構１０を備えた継手構造物の使用環境温度が大きく変化したとしても、熱膨張差によって、板部材１１と軸部材１２とが「しまりばめ」の状態にならないように、孔部１２ａの径は軸部材１１の嵌合部外径よりもわずかに大きくなるように設定されているため、板部材１１と軸部材１２との間に過大な熱応力が発生することもない。
【００２７】
従って、ここで説明した調心機構１０を備えた継手構造物を、使用環境温度が大きく変化する、例えば高温炉の中で使用したとしても、熱膨張係数の差異に起因して継手部に過大な熱応力を生じることなく、かつ継手部に緩みやガタ等が生じることによって軸部材と板部材の同芯度が劣化する（あるいは相対的な位置関係が変化する）ことのない調心機構１０を実現することができる。
【００２８】
なお、上記説明においては、軸部材１１に板部材１２を固定する方法については言及していないが、この固定方法については特に限定されるものではない。
例えば、図６に示すように、軸部材１１に段差部分１５を設け、軸部材１１の先端部分に設けたオネジ１６に螺合するナット１７によって板部材１２を段差部分１５に押し付けて挟持することによって固定することもできる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図２は、本発明の第２の実施例に係る継手の調心機構２０を示したものであって、図２の下側の図は、平面図であり、調心機構２０を模式的に表したものである。また、図２の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【００３０】
なお、以下の第２の実施例の説明においては、第１の実施例と構成の異なる部分についてのみ言及するものとし、特に説明がない部分については、第１の実施例と同じ構成であるものとする。
【００３１】
第２の実施例において、第１の実施例と異なる点は、軸部材２１の嵌合部における断面形状と板部材２２の孔部２２ａの形状が共に矩形状であることである。軸部材２１の嵌合部の断面形状と板部材２２の孔部２２ａの形状を矩形とすることにより、例えば、軸部材２１と板部材２２の間でトルク伝達を行う際に、精度の高い加工を必要とするキー溝およびキーを使った機械要素を使用することなく、大きなトルク伝達を可能にすることができるという利点がある。
【００３２】
このように、軸部材２１の嵌合部の断面形状と板部材２２の孔部２２ａの形状が矩形の場合であっても、第１の実施例と同じ構成の調心機構２０が可能となる。
なお、ここでは、軸部材２１の嵌合部の断面形状と板部材２２の孔部２２ａの形状が矩形の場合について説明したが、必ずしもこのようなものに限定されるものではなく、例えば、軸部材２１の嵌合部の断面形状と板部材２２の孔部２２ａの形状が３以上の角部を有する角型（角部が３の場合は３角形、５の場合は５角形となる）であっても良い。
【００３３】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図３は、本発明の第３の実施例に係る継手の調心機構３０を示したものであって、図３の下側の図は、平面図であり、調心機構３０を模式的に表したものである。また、図３の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【００３４】
なお、以下の第３の実施例の説明においては、第２の実施例と構成の異なる部分についてのみ言及するものとし、特に説明がない部分については、第２の実施例と同じ構成であるものとする。
【００３５】
第３の実施例において、第２の実施例と異なる点は、軸部材３１又は板部材３２の熱膨張係数が異方性、あるいは軸部材３１と板部材３２の両方の熱膨張係数が異方性を有し、板部材３２の第１の方向（図３に示すＸ方向）における熱膨張係数と軸部材３１の第１の方向（図３に示すＸ方向）における熱膨張係数とが異なることである。
【００３６】
このような状況は、軸部材３１と板部材３２の材料として、例えば、材料異方性の強いカーボン/カーボンコンポジット材を使用した場合等に生じる。カーボン/カーボンコンポジット材は炭素繊維が配向された方向と、炭素繊維が配向されていない方向（例えば、クロス等の積層方向）とでは、機械的特性や熱的特性に顕著な差異が生じる。例えば、１例としてカーボン/カーボンコンポジット材の熱膨張係数は、
炭素繊維が配向された方向では、        １ｘ１０−６１／℃程度
炭素繊維が配向されていない方向では、１０ｘ１０−６１／℃程度
というように材料の方向によって、約１０倍の差がある。
【００３７】
従って、軸部材３１の第１の方向（図３に示すＸ方向）には炭素繊維が配向されておらず、第２の方向（図３に示すＹ方向）には炭素繊維が配向されており、板部材３２の第１の方向（図３に示すＸ方向）および第２の方向（図３に示すＹ方向）のいずれにも炭素繊維が配向されているような場合が、上述したケースに該当する。
【００３８】
このように、板部材３２の第１の方向（図３に示すＸ方向）における熱膨張係数と軸部材３１の第１の方向（図３に示すＸ方向）における熱膨張係数とが異なる場合、調心部材３３は、軸部材３１と板部材３２の熱膨張係数が異なる方向、すなわち第１の方向（図３に示すＸ方向）にのみ配置すれば良い。  このとき、調心部材３３の長手方向（図３に示すＸ方向）の熱膨張係数と板部材３２のＸ方向の熱膨張係数は同じである。
【００３９】
ここでは、板部材３２のＸ方向における熱膨張係数と軸部材３１のＸ方向における熱膨張係数とが異なる場合について説明したが、これに限定されるものではない。  例えば、板部材３２のＹ方向における熱膨張係数と軸部材３１のＹ方向における熱膨張係数とが異なる場合であっても良く、この場合には、調心部材３３は、Ｙ方向にのみ配置すれば良い。 この場合においては、調心部材３３の長手方向Ｙ方向の熱膨張係数と板部材３２のＹ方向の熱膨張係数は同じである。
【００４０】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図４は、本発明の第４の実施例に係る継手の調心機構４０を示したものであって、図４の下側の図は、断面Ｂ−Ｂを示す平面図であり、調心機構４０を模式的に表したものである。また、図４の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【００４１】
なお、以下の第４の実施例の説明においては、第３の実施例と構成の異なる部分についてのみ言及するものとし、特に説明がない部分については、第３の実施例と同じ構成であるものとする。
【００４２】
第４の実施例において、第３の実施例と異なる点は、調心部材４３の対を、軸部材４１の長手方向に複数個所（図４に示す例では２箇所）に配置したことである。
【００４３】
このような構成とすることで、継手の調心機能を果たすと共に、図４に示す回転モーメントＭに対する継手の剛性を高めることができる。
【００４４】
次に、本発明の第５の実施例について説明する。図５は、本発明の第５の実施例に係る継手の調心機構５０を示したものであって、図５の下側の図は、平面図であり、調心機構５０を模式的に表したものである。また、図５の上側の図は、平面図に示す断面Ａ−Ａを示したものである。
【００４５】
なお、以下の第５の実施例の説明においては、第３の実施例と構成の異なる部分についてのみ言及するものとし、特に説明がない部分については、第３の実施例と同じ構成であるものとする。
【００４６】
第５の実施例において、第３の実施例と異なる点は、調心部材５３の対を、第２の方向（図５に示すＹ方向）において、複数個所（図５に示す例では２箇所）配置したことである。
【００４７】
このような構成とすることにより、継手の調心機能を果たすと共に、軸部材５１と板部材５２の間の回転トルクに対する剛性を更に高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１０、２０、３０、４０、５０      継手の調心機構
１１、２１、３１、４１、５１      軸部材
１１ａ                            座ぐり孔
１２、２２、３２、４２、５２      板部材
１２ａ                            孔部
１３、２３、３３、４３、５３      調心部材
１３ａ                            調心部材の軸部材側の端面
１３ｂ                            調心部材の板部材側の端面
１４                              隙間
１５                              段差部分
１６                              オネジ
１７                              ナット
【図１】
0006659256.tif 000002
【図２】
0006659256.tif 000003
【図３】
0006659256.tif 000004
【図４】
0006659256.tif 000005
【図５】
0006659256.tif 000006
【図６】
0006659256.tif 000007