(57)【要約】【課題】ターボ圧縮機のスラスト軸受部において、組立てに起因する軸の曲がりを回避する。【解決手段】ターボ圧縮機は、駆動機の動力を増速機を介して羽根車に伝達する。増速機は、はす歯に形成された大歯車１とこの大歯車の両側面部に形成されたスラスト軸受８ａ，８ｂとを有する回転駆動軸２を有する。回転被動軸４は、大歯車にかみあいはす歯に形成された小歯車３とこの小歯車の両側面部に配置されたスラストカラー６ａ，６ｂと、スラストカラーの反小歯車側に配置されたスラストカラー固定手段７ａ〜７ｄとを有する。スラストカラーは回転被動軸に圧入されている。回転被動軸にはリング状の固定溝９が形成されており、スラストカラー固定手段をこのリング状の溝に嵌合する前のスラストカラー固定手段の幅は、溝の幅よりも広く形成されている。回転被動軸を伸張させてスラストカラー固定手段をこの溝に嵌合させて予圧を発生させている。【選択図】図２
2007303431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動機の動力を増速機を介して羽根車に伝達するターボ圧縮機において、前記増速機ははす歯に形成された大歯車とこの大歯車の両側面部に形成されたスラスト軸受面とを有する回転駆動軸と、この大歯車にかみあいはす歯に形成された小歯車とこの小歯車の両側面部に配置されたスラストカラーとこのスラストカラーの反小歯車側に配置されたスラストカラー固定手段とを有する回転被動軸とを備え、前記スラストカラーは前記回転被動軸に圧入されており、前記回転被動軸にはリング状の溝が形成されており、前記スラストカラー固定手段をこのリング状の溝に嵌合する前の前記スラストカラー固定手段の幅は、前記溝の幅よりも広く形成されており、前記回転被動軸を伸張させてスラストカラー固定手段をこの溝に嵌合させて予圧を発生させたことを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
前記スラストカラー固定手段は２つ割れ形状に形成されており、このスラストカラー固定手段を前記溝に嵌合させるときは、前記回転被動軸を加熱またはこの回転被動軸の両端部から引っ張って伸張させることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項３】
ターボ圧縮機に用いる軸受装置であって、増速歯車を構成する大歯車の両側面に形成されたスラスト軸受と、このスラスト軸受に油膜を介して摺動する１対のスラストカラーと、このスラストカラーを小歯車が設けられた回転被動軸に保持しスラストカラーの反小歯車側に配置した１対のスラストカラー固定手段とを有し、前記スラストカラーは回転被動軸に圧入されており、回転被動軸にはリング状の溝が形成されており、前記スラストカラー固定手段をこのリング状の溝に嵌合する前の前記スラストカラー固定手段の幅は、この溝の幅よりも広く形成されており、回転被動軸を伸張させてスラストカラー固定手段をこの溝に嵌合させて予圧を発生させたことを特徴とする軸受装置。
【請求項４】
前記スラストカラー固定手段は２つ割れ形状に形成されており、このスラストカラー固定手段を回転被動軸に形成した溝に嵌合する前の幅は、この溝の幅よりも広いことを特徴とする請求項３に記載のスラスト軸受装置。
【請求項５】
大歯車の両側部に形成したスラスト軸受に油膜を介して摺動する１対のスラストカラーを備えたスラスト軸受装置の組立方法において、
前記スラストカラーを大歯車にかみあう小歯車が設けられた回転被動軸に圧入し、このスラストカラーを軸方向から押圧するスラストカラー固定手段を回転被動軸に形成した溝に、軸方向に締め代を有して嵌合させたことを特徴とするスラスト軸受装置の組立方法。
【請求項６】
前記スラストカラー固定手段を軸方向に締め代を有して回転被動軸に嵌合させるときは、この回転被動軸を加熱して、この軸に形成された溝の幅をスラストカラー固定手段の幅よりも広げることを特徴とする請求項５に記載のスラスト軸受装置の組立方法。
【請求項７】
前記スラストカラー固定手段を軸方向に締め代を有して回転被動軸に嵌合させるときは、この回転被動軸を軸方向に引っ張って、この軸に形成された溝の幅をスラストカラー固定手段の幅よりも広げることを特徴とする請求項５に記載のスラスト軸受装置の組立方法。
【請求項８】
前記スラストカラー固定手段は２つ割れ状に形成されており、前記スラストカラー固定手段を軸方向に締め代を有して回転被動軸に嵌合させるときは、２つ割れ状のスラストカラー固定手段を回転被動軸の外径側から内径側方向に嵌め込み、嵌め込まれたスラストカラー固定手段を締結手段を用いて締結することを特徴とする請求項５に記載のスラスト軸受装置の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラスト軸受装置に係り、特にターボ圧縮機に用いて好適なスラスト軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機等に用いる従来のスラスト軸受の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載のスラスト軸受では、低油圧でスラストカラーを軸に締結し、組立を容易にするために、スラストカラーの軸側の基部の両側に、軸と接触しないスリーブを設けている。そして、このスリーブの両端部から軸側へ膨出する嵌め合い部に、軸に形成したテーパと同じテーパを形成している。軸のテーパと、嵌め合い部のテーパとを締まり嵌めしている。
【０００３】
【特許文献１】実開平６−７５５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のスラスト軸受では、スラストカラーを締まり嵌めで回転軸に固定しているので、スラストカラーを軸に圧入する場合に比べて、より大きな締め代が得られる。しかしながら、ターボ圧縮機のように、駆動機の動力を増速機を介して回転軸に伝達するような場合には、スラストカラーの内径部に作用する遠心力により、内径部が拡大し、実質的な締め代が減少する。その結果、回転軸とスラストカラーとの締結力が減少し、スラストカラーの不規則な運動が生じるおそれがある。スラストカラーが不規則に運動すると、軸部に異常振動を発生し、回転軸に取り付けた羽根車等が損傷するおそれがある。
【０００５】
この不具合を解消するために、スラストカラーを回転軸に焼き嵌めする方法も従来多用されている。この焼き嵌めを用いると、スラストカラーを回転軸に油圧嵌めする場合に比べて、さらに多大な締め代が得られる。しかしながら、スラストカラーを軸に焼き嵌めする際には、一旦、回転軸よりもスラストカラーを高温にし、その後回転軸に嵌合するので、高温のスラストカラーが回転軸に接触して、回転軸の円周方向及び軸方向に温度分布が生じる。この温度分布は、スラストカラーが徐冷されるときに、回転軸の曲がりを引き起こす。
【０００６】
スラストカラーを徐冷したときに生じる回転軸の曲がりは、回転軸の強度上は許容範囲であり、何等問題ない。しかしながら、増速機を介して駆動機からの動力を羽根車に伝達するターボ圧縮機等では、増速機の歯車のかみあいに影響する。すなわち、歯車対の中心距離が変動し、回転軸に回転むらを生じる。回転軸の回転むらは、歯車軸に並進力を生み、軸の振動増加の一因となり得る。
【０００７】
本発明は上記従来技術の不具合を解消するためになされたものであり、その目的は、ターボ圧縮機等の回転軸にスラスト軸受装置を取り付けることに起因する回転軸の曲がりを低減することにある。本発明の他の目的は、ターボ圧縮機の回転軸部で発生する振動が伝播してギヤボックスから放射される騒音を低減することにある。これにより、ターボ圧縮機の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の特徴は、駆動機の動力を増速機を介して羽根車に伝達するターボ圧縮機において、増速機ははす歯に形成された大歯車とこの大歯車の両側面部に形成されたスラスト軸受面とを有する回転駆動軸と、この大歯車にかみあい、はす歯に形成された小歯車とこの小歯車の両側面部に配置されたスラストカラーとこのスラストカラーの反小歯車側に配置されたスラストカラー固定手段とを有する回転被動軸とを備え、スラストカラーは回転被動軸に圧入されており、回転被動軸にはリング状の溝が形成されており、スラストカラー固定手段をこのリング状の溝に嵌合する前のスラストカラー固定手段の幅は、溝の幅よりも広く形成されており、回転被動軸を伸張させてスラストカラー固定手段をこの溝に嵌合させて予圧を発生させたことにある。
【０００９】
そしてこの特徴において、スラストカラー固定手段は２つ割れ形状に形成されており、このスラストカラー固定手段を溝に嵌合させるときは、回転被動軸を加熱またはこの回転被動軸の両端部から引っ張って伸張させることが望ましい。
【００１０】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、ターボ圧縮機に用いる軸受装置であって、増速歯車を構成する大歯車の両側面に形成されたスラスト軸受と、このスラスト軸受に油膜を介して摺動する１対のスラストカラーと、このスラストカラーを小歯車が設けられた回転被動軸に保持しスラストカラーの反小歯車側に配置した１対のスラストカラー固定手段とを有し、スラストカラーは回転被動軸に圧入されており、回転被動軸にはリング状の溝が形成されており、スラストカラー固定手段をこのリング状の溝に嵌合する前のスラストカラー固定手段の幅は、この溝の幅よりも広く形成されており、回転被動軸を伸張させてスラストカラー固定手段をこの溝に嵌合させて予圧を発生させたことにある。
【００１１】
そしてこの特徴において、スラストカラー固定手段は２つ割れ形状に形成されており、このスラストカラー固定手段を回転被動軸に形成した溝に嵌合する前の幅は、この溝の幅よりも広いことが望ましい。
【００１２】
上記目的を達成する本発明のさらに他の特徴は、大歯車の両側部に形成したスラスト軸受に油膜を介して摺動する１対のスラストカラーを備えたスラスト軸受装置の組立方法において、スラストカラーを大歯車にかみあう小歯車が設けられた回転被動軸に圧入し、このスラストカラーを軸方向から押圧するスラストカラー固定手段を回転被動軸に形成した溝に、軸方向に締め代を有して嵌合させたことにある。
【００１３】
そしてこの特徴において、スラストカラー固定手段を軸方向に締め代を有して回転被動軸に嵌合させるときは、この回転被動軸を加熱して、この軸に形成された溝の幅をスラストカラー固定手段の幅よりも広げるか、この回転被動軸を軸方向に引っ張って、この軸に形成された溝の幅をスラストカラー固定手段の幅よりも広げるかするのがよく、スラストカラー固定手段は２つ割れ状に形成されていて、スラストカラー固定手段を軸方向に締め代を有して回転被動軸に嵌合させるときは、２つ割れ状のスラストカラー固定手段を回転被動軸の外径側から内径側方向に嵌め込み、嵌め込まれたスラストカラー固定手段を締結手段を用いて締結するのがよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スラスト軸受装置に用いるスラストカラーを、回転軸の２つの側面で押圧するようにしたので、回転軸を熱変形させず、小歯車軸に発生するおそれのあった曲がりを回避できる。その結果、ターボ圧縮機の回転軸部で発生する振動，騒音を低減でき、ターボ圧縮機の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係るターボ圧縮機の一実施例を、図面を用いて説明する。図１に、２段の遠心圧縮機２０の主要部を斜視図で示す。図示しない駆動機にカップリングを介して接続された大歯車軸２には、大歯車１が設けられている。この大歯車１とかみあう小歯車３が設けられた小歯車軸４の両端部には、第１段圧縮部用の遠心羽根車５ａおよび第２段圧縮部用の遠心羽根車５ｂが取り付けられている。大歯車１および小歯車３は、ともにはす歯で形成されている。
【００１６】
大歯車１が設けられた回転軸（大歯車軸）２の両端部には、図示しないラジアル軸受が取り付けられており、この大歯車軸２に作用するラジアル荷重を支持するとともに、大歯車１を回転自在にする。大歯車軸２には、図示しないがスラスト軸受も取り付けられている。大歯車１の両側面は、外径が大歯車１よりも小径の位置から内径側に向かう円錐形状の摺動面８ａ，８ｂが形成されている。この摺動面８ａ，８ｂは後述するスラストカラー６ａ，６ｂと摺動する。
【００１７】
小歯車３が設けられた回転軸（小歯車軸）４では、大歯車１の側面に形成した摺動面
８ａ，８ｂに対応する位置に、スラストカラー６ａ，６ｂが配置されている。スラストカラー６ａ，６ｂは、小歯車３よりも大径に形成されており、大歯車１の側部に形成した摺動面と実質的に同じ傾きであって反対向きの円錐面を有している。したがって、スラストカラー６ａ，６ｂは小歯車３をその両側面から挟み込んでいる。小歯車３と羽根車５ａ，５ｂ間には、それぞれ図示しないラジアル軸受が配置されており、このラジアル軸受が小歯車軸４に作用するラジアル荷重を回転支持する。
【００１８】
各スラストカラー６ａ，６ｂの背面側、すなわち羽根車５ａ，５ｂ側には、スラストカラー６ａ，６ｂを軸方向に保持するために、２つ割れリング状に形成された１対のスラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂ；７ｃ，７ｄが配置されている。スラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂ同士を結合するために、スラストカラー固定スペーサ７ａにはから孔
１１ａが、スラストカラー固定スペーサ７ｂにはねじ孔１１ｂが形成されている。同様にスラストカラー固定スペーサ７ｃにはから孔１１ｃが、スラストカラー固定スペーサ７ｄにはねじ孔１１ｄが形成されている。このから孔１１ａ，１１ｃおよびねじ孔１１ｂ，
１１ｄには、締め付けねじが螺合される。
【００１９】
このように構成したターボ圧縮機２０では、図示しない駆動機が回転駆動されると、カップリングを介して接続された大歯車軸２が回転し、この大歯車軸２と一体化された大歯車１も回転する。大歯車１とかみあう小歯車３が大歯車１と同期回転し、小歯車３が一体化された小歯車軸４の両端に取り付けた羽根車５ａ，５ｂが回転する。図示しないケーシングとの間に流路を形成する羽根車５ａ，５ｂが回転すると、第１段羽根車５ａから吸込まれたガスは圧力上昇し、一旦ケーシングからインタークーラに導かれた後、第２段羽根車５ｂに吸込まれ、さらに昇圧する。そして、アフタークーラで冷却された後、需要元に導かれる。なお、大歯車１および小歯車３は、図示しないがギアケーシングに収容されており、かみあい面に供給された潤滑油で潤滑されている。
【００２０】
ところで、本実施例では圧縮ガスを生成するために、大歯車１と小歯車３の歯数比を
１０倍以上とし、駆動機であるモータの回転速度を増速している。そして、各羽根車５ａ，５ｂの回転速度を、所定回転速度である５万回転／分程度まで高めている。その際、小歯車３が設けられた小歯車軸４には、羽根車５ａ，５ｂの仕事に応じたトルクが加わる。つまり、羽根車５ａ，５ｂの仕事に対応するトルク分だけ、大歯車１から小歯車３にトルクが伝達される。
【００２１】
ここで、上述したように大歯車１と小歯車３の双方がはす歯歯車なので、この伝達トルクは、軸方向の荷重成分を発生する。さらに、羽根車５ａ，５ｂがガスを圧縮する作用でも、軸方向の荷重成分が発生する。そこで、これら伝達トルクの軸方向荷重成分と羽根車の圧縮作用による軸方向荷重成分の合力を、軸方向荷重として、大歯車軸２の少なくとも一方に取り付けたスラスト軸受に支持させる。
【００２２】
ここで、大歯車１を設けた大歯車軸２の回転速度は小歯車軸４の回転速度よりも１／
１０程度と小さいから、スラスト軸受を大歯車軸２に取り付けて荷重支持させれば、小歯車軸４にスラスト軸受を取り付けた場合に比べて、回転速度に応じて増大する軸受損失を低減できる。そこで、上述したように、本実施例では軸受損失を低減させるために、小歯車３を設けた小歯車軸４に一対のスラストカラー６ａ，６ｂを取り付けている。さらに、大歯車１の側面に円錐状の摺動面８ａ，８ｂを形成し、潤滑油の油膜を介してスラストカラー６ａ，６ｂの摺動面と滑り接触させている。この結果、小歯車３の小歯車軸４に発生する軸方向荷重が、大歯車１の大歯車軸２に設けたスラスト軸受に伝達される。小歯車３の小歯車軸４のように、高速で回転する機械においては、スラストカラーにおける損失は、スラスト軸受を設けたときの損失に比べて大幅に小さい。
【００２３】
大歯車１の大歯車軸２にスラスト軸受８ａ，８ｂを形成し、このスラスト軸受８ａ，
８ｂに小歯車３の小歯車軸４に設けたスラストカラー６ａ，６ｂから、スラスト荷重を伝達させる機構の詳細を、図２を用いて説明する。図２は、スラスト軸受８ａ，８ｂおよびスラストカラー６ａ，６ｂ部の斜視図であり、組立て途中の図である。
【００２４】
本実施例に示した小歯車３と一体的に形成した小歯車軸４では、小歯車３の両側部に配置されるスラストカラー６ａ，６ｂ部の外径よりも、スラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂ部の外径を小径にしたリング状の溝構造としている。また、スラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂ部よりも端部側を、スラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂ部よりも大径にしている。この理由は、以下の通りである。
【００２５】
小歯車軸４に発生した軸方向荷重を大歯車１側のスラスト軸受８ａ，８ｂに伝達させるために、スラストカラー６ａ，６ｂを小歯車３が設けられた小歯車軸４に圧入して固定している。圧入の際には、小歯車軸４の嵌合部径をスラストカラー６ａ，６ｂの内径より僅かに大きく形成し、油圧等によりスラストカラー６ａ，６ｂを軸方向に押し出す。その結果、静止時にはスラストカラー６ａ，６ｂの内径側に小歯車軸４が食い込み、十分な固定力を得られる。
【００２６】
これに対して、小歯車軸４を高速回転させると、スラストカラー６ａ，６ｂに作用する遠心力でスラストカラー６ａ，６ｂの内径が拡大し、スラストカラー６ａ，６ｂと小歯車軸４との間の締め代が減少し、締め付け力が不足する。この不具合を解消するためには、静止時のスラストカラー６ａ，６ｂの内径を小歯車軸４の外径より十分小さくすればよい。しかしこの場合、締め代が増大してスラストカラー６ａ，６ｂを回転軸に油圧嵌めするのが困難になり、焼き嵌め等を用いざるを得ない。焼き嵌めでは、上述した不具合を生じる。
【００２７】
そこで、本実施例では、スラストカラー６ａ，６ｂに反小歯車側からスラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂ；７ｃ，７ｄを当接させ、軸方向に予圧を与えるようにして、固定力を補完している。具体的には、スラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂ；７ｃ，７ｄを、それぞれ２つ割れ形状とした。小歯車３が設けられた小歯車軸４には、通常状態でこれらスラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄの幅よりも幅が僅かに狭い固定溝９を形成した。
【００２８】
スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄを固定溝９に嵌め込むときは、小歯車が形成された小歯車軸４の両端部を張力１０ａ，１０ｂで引っ張って、固定溝９の幅をスラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄの幅よりも大きく伸張させる。その後、スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄを固定溝９へ径方向から嵌め込む。固定溝９に嵌め込まれた２つ割れ形状のスラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄを、対ごとにボルトで締結する。小歯車軸４に加えた張力１０ａ，１０ｂを取り除く。
【００２９】
張力が除かれた後の小歯車軸４の固定溝９部では、スラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂに対して、径方向および軸方向の予圧が発生する。この一連の組立てに当たっては、固定溝９の両側面およびスラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄのこの固定溝９への嵌合部に対応する両側面の直角度を、所定の値に管理する。これにより、小歯車軸４の曲がりを防止する。
【００３０】
なお、本実施例ではスラストカラー６ａ，６ｂを小歯車３の両側に配置したが、スラストカラー６ａ，６ｂを設けずにスラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄを直接大歯車１の側面に形成した円錐形状のスラスト軸受８ａ，８ｂに当接させることもできる。この場合、部品点数を低減できる。また本実施例では、スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄをほぼ半円状の２つ割れ形状としているが、スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄの合わせ面が軸方向に延びるので、軸心を向く半径方向直線に対して合わせ面を傾いた線にしてもよい。例えば内周面からの接線方向を合わせ面としてもよい。
【００３１】
スラストカラー固定スペーサがスラストカラーとして作用するときは、スラストカラー固定スペーサとスラストカラー固定スペーサが対向する面とはともに円錐面であり、油膜を介して線接触する。このようにスラストカラー固定スペーサの合わせ面を形成すると、回転軸の回転に伴いスラストカラー固定スペーサの継ぎ目近くに接触線が移動するときに、滑らかに継ぎ目を接触線が通過できる。さらに本実施例では、スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄを２つ割れ形状としたが、３個以上の部品から構成してもよいことは言うまでもない。
【００３２】
図１に示した実施例において、スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄを固定溝９に嵌め込む他の例を、以下に説明する。スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄを固定溝９に焼き嵌めする例である。固定溝９およびスラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄの寸法関係は、図１に示した実施例と同様である。
【００３３】
小歯車３が設けられた小歯車軸４をスラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂよりも高温にし、固定溝９の幅をスラストカラー固定スペーサ７ａ，７ｂの幅よりも伸張させる。スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄを固定溝９へ径方向から嵌め込む。スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄを対ごとにボルトで締結する。小歯車軸４を冷却する。これにより、スラストカラー固定スペーサ７ａ〜７ｄと固定溝９との間に径方向と軸方向の予圧が発生する。
【００３４】
上記各実施例では、回転軸と大歯車を別体としているが、回転軸と一体化された大歯車でもよい。この場合、軸の曲がり等を低減できる。また、小歯車と回転軸を一体的に形成しているが、小歯車をキー等を用いて、回転軸に固定するようにしてもよい。さらに、遠心荷重が比較的小さい場合には、スラストカラーを軸にキー等で固定し、スラストカラー固定スペーサに上記各手法で軸方向予圧を加えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るターボ圧縮機の一実施例の要部斜視図である。
【図２】図１に示したターボ圧縮機のスラスト軸受部の斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…大歯車、２…大歯車軸（駆動軸）、３…小歯車、４…小歯車軸（回転被動軸）、
５ａ，５ｂ…羽根車、６ａ，６ｂ…スラストカラー、７ａ，７ｂ…スラストカラー固定スペーサ（スラストカラー固定手段）、８ａ，８ｂ…摺動面（スラスト軸受）、９…固定溝、１０ａ，１０ｂ…張力。
【図１】
2007303431.tif 000003
【図２】
2007303431.tif 000004