(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング歯車と、
該リング歯車と噛み合って該リング歯車を回転駆動する駆動歯車と、
前記リング歯車と噛み合って複数の出力軸をそれぞれ回転駆動する複数の出力歯車と、
前記リング歯車、駆動歯車および出力歯車を収容するケーシングと、
前記出力歯車の側面に前記出力軸に対して回転自在に配置した転動体を備え、
該転動体は、前記リング歯車の一部と接する部分を備え、該部分を介して前記リング歯車を支持することを特徴とする歯車支持構造。
【請求項２】
請求項１記載の歯車支持構造において、
前記転動体は前記リング歯車の内周側に形成した歯の先端部を支持することを特徴とする歯車支持構造。
【請求項３】
請求項１記載の歯車支持構造において、
前記リング歯車は、リングの外周側に形成した外周歯、内周側に形成した内周歯を備え、前記駆動歯車は前記外周歯と噛み合い、前記出力歯車は前記内周歯と噛み合い、前記転動体は前記リング歯車の内周歯の先端と接して前記リング歯車を支持することを特徴とする歯車支持構造。
【請求項４】
請求項１記載の歯車支持構造において、
前記転動体は、軸受を介して前記出力軸に回転自在に取り付けたことを特徴とする歯車支持構造。
【請求項５】
請求項１記載の歯車支持構造において、
前記転動体の硬度は、リング歯車の硬度よりも低いことを特徴とする歯車支持構造。
【請求項６】
リング歯車と、
該リング歯車と噛み合って該リング歯車を回転駆動する駆動歯車と、
前記リング歯車と噛み合って複数の出力軸をそれぞれ回転駆動する複数の出力歯車と、
前記リング歯車、駆動歯車および出力歯車を収容するケーシングと、
前記ケーシングに取り付けた円弧状支持部材を備え、
該円弧状支持部材は、該部材に形成された円弧状の支持部を前記リング歯車の内周側に形成した内周歯の先端に当接して前記リング歯車を径方向に支持するとともに、円弧状の支持部に形成した凸部を前記リング歯車の側面に当接して前記リング歯車を軸方向に支持することを特徴とする歯車支持構造。
【請求項７】
リング歯車と、
該リング歯車と噛み合って該リング歯車を回転駆動する駆動歯車と、
前記リング歯車と噛み合って複数の出力軸をそれぞれ回転駆動する複数の出力歯車と、
前記リング歯車、駆動歯車および出力歯車を収容するケーシングと、
前記出力軸に取り付けたベーンを備え、
前記駆動歯車の回転に連動して回転するベーンの回転により遠心圧縮機に供給する気体の流量を調整する遠心圧縮機の歯車支持構造において、
前記出力歯車の側面に前記出力軸に対して回転自在に配置した転動体を備え、
該転動体は、前記リング歯車の一部と接する部分を備え、該部分を介して前記リング歯車を支持することを特徴とする遠心圧縮機の歯車支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車支持構造に係り、特に、歯車の噛み合いを一定に保持することのできる歯車支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機は、ケーシング内に、気体を圧縮する羽根車および該羽根車と一体に回転する主軸を設け、この主軸を回転させることでケーシング内に吸い込まれた気体を圧縮するものである。また、近年では、遠心圧縮機の性能向上を目的に、気体の吸込量を調節する流量調整機構が設けられるようになってきた。
【０００３】
流量調節機構を有する遠心圧縮機としては、例えば、特許文献１あるいは特許文献２記載の遠心圧縮機が知られている。
【０００４】
特許文献１記載の遠心圧縮機では、流量調節機構として、流入路内に、主軸の軸線に略直交する面内で揺動可能な吸込ベーンを、主軸の周囲を取り囲むように複数配置し、この吸込ベーンの主軸に対する角度を変えることにより、流入路から羽根車に供給される気体の量（すなわち吸込口から吸い込む気体の量）を調節することができる。
【０００５】
吸込ベーンは、主軸と平行に延在する取付軸を有しており、この取付軸には、ベーン歯車が同軸に設けられている。主軸の回りには、ベーン歯車よりも主軸側に配置されて、各ベーン歯車と噛み合うとともに主軸の回りに回転自在である環状のリング歯車と、ベーン歯車のうちの一つと噛み合うとともに、主軸と平行に延在してケーシングを貫通する駆動軸を有する駆動ギアとが設けられている。
【０００６】
すなわち、駆動歯車とこれに噛み合うベーン歯車およびリング歯車は、主軸の径方向に配列されている。そして、ケーシングの外側に設けられた歯車駆動部によって、駆動軸を介して駆動歯車を回転させると、ベーン歯車のうちの駆動歯車と噛み合っているベーン歯車が回転する。このベーン歯車が回転すると、このベーン歯車に噛み合うリング歯車も回転し、このリング歯車と噛み合っている他のベーン歯車も回転することとなる。
【０００７】
特許文献２記載の遠心圧縮機では、駆動軸を有する駆動歯車とリング歯車が噛合い、駆動歯車を回転させるとリング歯車が回転する。このリング歯車が回転するとリング歯車にかみ合う複数のベーン歯車が回転することとなる。
【０００８】
これらの遠心圧縮機では、ベーン歯車、駆動歯車、およびリング歯車を用いて、ベーン歯車に接続された吸込ベーンの向きを調節する構成とされており、各歯車の噛み合い部にはグリースが充填されている。
【特許文献１】特開２００１−２９５７９５号公報
【特許文献２】特開２００６−２３３９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の装置では、リング歯車の外周側に噛み合い部が設けられ、駆動ギアとベーン歯車を径方向に並べて配置しているため、径方向に設置場所が必要になる。径方向の小型化を図るためにはリング歯車の内部にベーン歯車を配置することが望まれる。このように配することにより、駆動歯車およびベーン歯車をリング歯車の内および外に配置することができ、径方向の小型化が可能になる。しかし、この場合リング歯車をベーン歯車によって支持することになるため、リング歯車の上部と下部ではベーン歯車に加わる荷重が異なる。また、極低温雰囲気ではグリースなどによる潤滑が十分得られない。このため、各歯車には偏摩耗の発生が懸念される。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、リング歯車と他の歯車の噛み合いを一定にして歯車の偏摩耗を抑制することのできる歯車支持構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１２】
リング歯車と、該リング歯車と噛み合って該リング歯車を回転駆動する駆動歯車と、前記リング歯車と噛み合って複数の出力軸をそれぞれ回転駆動する複数の出力歯車と、前記リング歯車、駆動歯車および出力歯車を収容するケーシングと、前記出力歯車の側面に前記出力軸に対して回転自在に配置した転動体を備え、該転動体は、前記リング歯車の一部と接する部分を備え、該部分を介して前記リング歯車を支持する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上の構成を備えるため、リング歯車と他の歯車の噛み合いを一定にして歯車の偏摩耗を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１，２，３は本発明の歯車支持構造を遠心圧縮機に適用した第１の実施形態を説明する図であり、図１は縦断面図、図２は転動体の詳細を示す図、図３は、リング歯車の支持構造の詳細を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、遠心圧縮機１１は駆動装置（図示せず）によって主軸（図示せず）に取付けられた羽根車１２を回転させることにより、ケーシング１３に設けられた流路１４を通過して羽根車に供給された気体を羽根車の回転により圧縮するものである。圧縮された気体は吐出口（図示せず）を通過して外部へと供給される。
【００１６】
この遠心圧縮機には、羽根車へ気体を導く流路内に気体の流量を制御するための複数のベーン１５が設けられている。
【００１７】
このベーンは歯車機構によりベーン軸１８を中心に揺動される。歯車機構は駆動機構（図示せず）に接続された駆動軸１６に固定した第１の歯車（駆動歯車）１７と、ベーン１５を揺動駆動するベーン軸１８に固定された第３の歯車（ベーン歯車）１９と、これら第１、第３の歯車の間に介在し、駆動歯車１７からの回転駆動力を第３の歯車（ベーン歯車）１９に伝達する歯車としての第２の歯車（リング歯車）２０とを備えている。
【００１８】
すなわち、これら第１、第２、第３の歯車は径軸方向に直列（駆動力が伝達される順）に配され、第１の歯車はリング歯車の外周側に設けられた歯と噛合い、第３の歯車は複数個設けられ、それぞれリング歯車の内周側に設けられた歯と噛合う。
【００１９】
これら各歯車１７、１９、２０は、ケーシング１３内に収容される。また、第１の歯車１７と第３の歯車１９は回転軸（駆動軸１６，ベーン軸１８）を備え、それぞれケーシング内に固定された軸受２２により回転自在に支持されている。
【００２０】
図１ないし図３に示すように、第３の歯車（ベーン歯車）１９を支持する複数のベーン軸１８のうち、例えば３つのベーン軸には、ベーン歯車１９を挟むように樹脂製の転動体２１を軸方向に固定して回転自在に取り付ける。
【００２１】
本実施形態では、前記樹脂としてカーボン繊維を含むＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を使用した。この樹脂製の転動体は第３の歯車（ベーン歯車）よりも外径が小さく、ベーン歯車とリング歯車がピッチ円で噛合うような大きさに調整されており、リング歯車の歯先と接触してリング歯車を支持する。
【００２２】
この転動体がない場合、リング歯車の上部では噛合うベーン歯車は常にリング歯車が押付けられた状態になる。反対にリング歯車の下部では隙間が増加してしまう。すなわち、リング歯車はわずかな角度だけ往復駆動されるのみであるため歯面の接触状態が各歯車間で異なり偏摩耗を招くことがある。しかし、この例のように、リング歯車の内周側を樹脂製の転動体によって支持することにより、偏摩耗を防ぐことができる。
【００２３】
図３では、リング歯車の支持構造を拡大して示している。なお、図において図１ないし図２に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
図３に示すように、第３の歯車（ベーン歯車）１９を支持する複数のベーン軸１８のうち、３つのベーン軸に、ベーン歯車１９を挟むように、二つの樹脂製の転動体２１を止め輪３１により軸方向に固定して、ベーン軸に対して回転自在に取付けた。なお、前記樹脂製の転動体２１を取り付ける３つのベーン軸は、前記第３の歯車（ベーン歯車）１９を支持する複数のベーン軸１８の中から等間隔に選択するのが好ましい。
【００２５】
このように転動体２１を回転自在にすることにより、転動体２１がリング歯車２０と接触する際の接触を転がり接触とすることができる。このため余分なトルクを発生させることなくリング歯車を支持することができる。
【００２６】
図４は、第２の実施形態を説明する図である。図４では、リング歯車の支持構造を拡大して示している。なお、図において図１ないし図２に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
この例では、図４に示すように、第３の歯車（ベーン歯車）１９を支持する複数のベーン軸１８のうち、３つのベーン軸にベーン歯車１９を挟むように、二つの樹脂製の転動体２１を取り付ける。取り付けに際しては、図４に示すように、転動体に軸受４１を取り付け、該軸受４１を介して軸方向に固定してベーン軸と回転自在に取付ける。なお、前記樹脂製の転動体２１を取り付ける３つのベーン軸は、前記第３の歯車（ベーン歯車）１９を支持する複数のベーン軸１８の中から等間隔に選択するのが好ましい。
【００２８】
このように転動体２１を軸受４１により回転自在に取り付けることにより、転動体自身が摺動性を持たない材料製であってもリング歯車との接触を転がり接触とすることができる。このため余分なトルクが発生させることなくリング歯車を支持することができる。
【００２９】
図５，６は、第３の実施形態を説明する図である。図５では、リング歯車の支持構造を拡大して示し、図６では支持部材５１の詳細を示している。なお、図において図１ないし図２に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
図１ないし図４に示す例では、ベーン歯車１９の側面に樹脂製の転動体２１を設けて、転動体２１によりリング歯車を支持した。本実施形態では、図５および図６に示すようにケーシング１３に摺動性のあるＰＴＦＥに補強材を添加した材料を用いて、円弧状の支持部材５１を形成し、このように形成した支持部材５１を、その外周側の縁がリング歯車２０の内周側歯先と接触するようにケーシング１３に取り付けた。
【００３１】
このように、リング歯車２０の内周側を支持部材５１の外周側縁によって、径方向に支持することにより、歯車の偏摩耗を防ぐことができる。また、この例では、前記ベーン歯車１９の両側にそれぞれ支持部材５１を配置し、該支持部材５１のベーン歯車に接しない面側にはそれぞれ凸部５１ａを設けている。このように構成すると、リング歯車２０が軸方向に移動した際、ケーシング１３に取り付けた前記支持部材５１の凸部５１ａによってリング歯車の軸方向の移動を制限することができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、中空のリング歯車を歯車以外の部材で支持するため、リング歯車および該歯車とかみ合うベーン歯車に加わる歯面の荷重あるいは噛み合い位置を一定に維持することができる。また、極低温雰囲気においてもリング歯車と各歯車の噛み合いを一定にして歯車の偏摩耗を抑制することができる。
【００３３】
なお、ベーン歯車に配置した転動体はリング歯車よりも低硬度であることが望ましく、歯車として金属を使用する場合には、転動体として樹脂材料を使用する。樹脂材料としては特に吸水性の少ないＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等、あるいはこれらの複合材や、補強材や固体潤滑材を加えたものが好ましい。補強材としては、繊維状、球状、あるいはフレーク状のガラスやカーボンを用いることができる。固体潤滑材としては二硫化モリブデンやグラファイト、等を用いることができる。
【００３４】
また、軸受として転がり軸受やすべり軸受に対して、その用途に合わせて樹脂材料を用いることができる。すべり軸受に樹脂材料を用いた場合、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ等の樹脂を単独あるいは複合して用いることができる。このすべり軸受には固体潤滑材や補強材を加えてもよい。また、すべり軸受としては、すべり面に補強材等を含むＰＴＦＥ等の樹脂部材と金属からなる部材とを組み合わせた構造としてもよい。また、樹脂材料に銅や銅系の金属粉未と固体潤滑材を繰り込み混在させたすべり軸受とすることもできる。これらのすべり軸受の樹脂部分に混ぜる補強材としては、繊維状、球状、フレーク状のガラスやカーボンやアルミナを用いることができる。また、同様に樹脂部分に混ぜる固体潤滑材としては、二硫化モリブデンやグラファイト、等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の歯車支持構造を遠心圧縮機に適用した第１の実施形態を説明する図である。
【図２】転動体の詳細を示す図である。
【図３】リング歯車の支持構造を説明する図である。
【図４】第２の実施形態を説明する図である。
【図５】第３の実施形態を説明する図である。
【図６】支持部材の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  遠心圧縮機
１２  羽根車
１３  ケーシング
１４  流路
１５  ベーン
１６  駆動軸
１７  駆動歯車
１８  ベーン軸
１９  ベーン歯車
２０  リング歯車
２１  転動体
２２  軸受
３１  止め輪
４１  軸受
５１  支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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