(57)【要約】【課題】動力損失や発熱量の低減、軸受周りの省スペース化を図ったターボ圧縮機を提供する。【解決手段】複数の軸受(固定側軸受、自由側軸受)で回転自在に支持された回転軸４を増速機構６で増速回転させて、当該回転軸に取り付けられた羽根車２を所定回転数まで増速回転させるターボ圧縮機であって、複数の軸受のうち、少なくとも１つの軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重の双方の荷重を負荷可能な多点接触玉軸受２０(又は２４)で構成されている。この場合、多点接触玉軸受に組み込まれた各転動体20a,22a,24aは、セラミックで形成されている。【選択図】図１
2007187032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸受で回転自在に支持された回転軸を増速機構で増速回転させて、当該回転軸に取り付けられた羽根車を所定回転数まで増速回転させるターボ圧縮機であって、
複数の軸受のうち、少なくとも１つの軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重の双方の荷重を負荷可能な多点接触玉軸受で構成されていることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
複数の軸受に組み込まれた各転動体は、セラミックで形成されてい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】
複数の軸受は、増速機構を挟んで両側に設けられた固定側軸受及び自由側軸受で構成されており、固定側軸受及び自由側軸受を構成する軸受のうち、少なくとも１つの軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重の双方の荷重を負荷可能な多点接触玉軸受で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
固定側軸受を構成する軸受は、多点接触玉軸受とアンギュラ玉軸受とを並列組合せとして配置構成されていることを特徴とする請求項３に記載のターボ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調用(例えば、冷暖房用)のターボ圧縮機に関し、特に動力損失や発熱量の低減、軸受周りの省スペース化を図ったターボ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばビルや工場などには、比較的大容量の熱交換システムが構築されており、かかる熱交換システムには、各種のターボ圧縮機が組み込まれている(特許文献１参照)。例えば図３に示すようなターボ圧縮機において、羽根車(インペラ)２が取り付けられた回転軸４は、固定側軸受及び自由側軸受により回転自在に支持されていると共に、これら固定側軸受と自由側軸受との間に設けられた増速機構６を介してモータ８の出力軸１０に連結されている。なお、図の構成例において、増速機構６は、回転軸４に固定されたピニオン１２と、ピニオン１２に噛合したギヤ１４とを備えており、ギヤ１４に出力軸１０が連結されている。この場合、ピニオン１２の径は、ギヤ１４の径よりも小さく設定されている。
【０００３】
ここで、固定側軸受は、ラジアル荷重と共にアキシアル荷重も負荷(支持)できるように構成された軸受を指し、例えば回転軸４をアキシアル方向に位置決め固定するために用いられる。また、自由側軸受は、ラジアル荷重のみを負荷(支持)するように構成された軸受を指し、例えば温度変化による回転軸４の膨張・収縮を逃がしたり、回転軸４のアキシアル方向の固定位置を調整するために用いられる。
【０００４】
図の構成例では、固定側軸受として３個のアンギュラ玉軸受16a,16b,16cが適用されており、そのうちの羽根車２側に隣り合う２つのアンギュラ玉軸受16b,16cを背面組合せ(ＤＢ)とし、増速機構６側に隣り合う２個のアンギュラ玉軸受16a,16bを並列組合せ(ＤＴ)として配置している。また、自由側軸受として２個のアンギュラ玉軸受18a,18bが適用されており、これらを背面組合せ(ＤＢ)として配置している。なお、図に示す符号Ｌは、各玉軸受において内外輪に対する転動体の接触角を示す作用線である。
【０００５】
このようなターボ圧縮機を組み込んだ熱交換システムによれば、モータ８の回転運動が出力軸１０から増速機構６を介して回転軸４に伝達されると、回転軸４と共に羽根車２が所定回転数(毎分10,000回転以上)まで増速回転して冷媒を圧縮する。このとき、圧縮されて高温・高圧状態となった冷媒を凝縮器(熱交換器)を介して水と熱交換させることで、暖められた水が暖房用として使用される。また、熱交換された冷媒は凝縮器を経た後、膨張器で膨張される。このとき、膨張して低温・低圧状態となった冷媒を蒸発器(熱交換器)を介して水と熱交換させることで、冷やされた水が冷房用として使用される。そして、蒸発器を経た冷媒は、再び羽根車２で圧縮されるといったサイクルが繰り返される。
【０００６】
ところで、固定側軸受(アンギュラ玉軸受16a,16b,16c)及び自由側軸受(アンギュラ玉軸受18a,18b)で回転軸４を支持する構成では、回転軸４を支持する軸受の数が多い分だけ摩擦抵抗やトルクが大きくなる。具体的に説明すると、一般的にアンギュラ玉軸受は、その構造上、片側からのアキシアル荷重のみしか負荷することができない。このため、通常では２個以上のアンギュラ玉軸受を組合せて使用することになるが、これを固定側軸受及び自由側軸受のそれぞれに適用すると、回転軸４は少なくとも４個のアンギュラ玉軸受で支持されることになる。
【０００７】
この場合、回転軸４に対する摩擦抵抗やトルクが大きくなり、その結果、モータ８の回転運動と羽根車２の回転との間の動力損失や発熱量が大きくなってしまう場合がある。特に発熱量が大きくなると、軸受が早期に焼き付いてしまう虞があり、軸受寿命の延命化を図ることが困難になってしまう。また、このように複数のアンギュラ玉軸受を使用する構成では、軸受周りに大きなスペースを確保しなければならないため、その分だけターボ圧縮機の小型化を図るには限界があった。
【特許文献１】特開２００２−３０３２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、動力損失や発熱量の低減、軸受周りの省スペース化を図ったターボ圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明は、複数の軸受で回転自在に支持された回転軸を増速機構で増速回転させて、当該回転軸に取り付けられた羽根車を所定回転数まで増速回転させるターボ圧縮機であって、複数の軸受のうち、少なくとも１つの軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重の双方の荷重を負荷可能な多点接触玉軸受で構成されている。この場合、複数の軸受に組み込まれた各転動体は、セラミックで形成されている。
【００１０】
本発明において、複数の軸受は、増速機構を挟んで両側に設けられた固定側軸受及び自由側軸受で構成されており、固定側軸受及び自由側軸受を構成する軸受のうち、少なくとも１つの軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重の双方の荷重を負荷可能な多点接触玉軸受で構成されている。この場合、固定側軸受を構成する軸受は、多点接触玉軸受とアンギュラ玉軸受とを並列組合せとして配置構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、動力損失や発熱量の低減、軸受周りの省スペース化を図ったターボ圧縮機を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のターボ圧縮機について、添付図面を参照して説明する。
本発明は、上述した従来のターボ圧縮機(図３)の改良であるため、以下の説明は、改良部分の説明にとどめる。この場合、従来と同一の構成には、図面上で同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１３】
本発明のターボ圧縮機は、回転軸４を回転自在に支持する複数の軸受のうち、少なくとも１つの軸受がラジアル荷重とアキシアル荷重の双方の荷重を負荷(支持)可能な多点接触玉軸受で構成されている。図１(ａ)には、かかる特徴を反映した一実施の形態に係るターボ圧縮機の構成が示されている。この場合、複数の軸受は、増速機構６を挟んで両側に設けられた固定側軸受及び自由側軸受で構成されており、固定側軸受及び自由側軸受を構成する軸受のうち、少なくとも１つの軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重の双方の荷重を負荷可能な多点接触玉軸受２０(又は２４)で構成されている。
【００１４】
ここで、多点接触玉軸受２０(又は２４)は、例えばラジアル荷重のみが負荷されると、転動体２０ａ(又は２４ａ)が内外輪20b,20c(又は24b,24c)の各軌道面(特に参照符号は付さない)に対して４点で接触する。このときの接触角(各作用線Ｌとラジアル平面との成す角度α)は、一般的に約１５°〜４０°程度に設定されており、これによりラジアル荷重と共に双方向のアキシアル荷重を同時に負荷(支持)することが可能となる。なお、このような４点接触玉軸受としては、例えばラジアル平面で内輪が二分割された軸受形式や、内輪が一体化した軸受形式のいずれも適用可能である。図面の構成例ではその一例として、多点接触玉軸受２０には、二分割された内輪２０ｂが適用されており、一方、多点接触玉軸受２４には、一体化された内輪２４ｂが適用されている。
【００１５】
図の構成例では、固定側軸受として多点接触玉軸受２０とアンギュラ玉軸受２２とが１個ずつ適用されており、これらを並列組合せ(ＤＴ)として配置している。なお、並列組合せは、アンギュラ玉軸受２２の両側面(例えば、内輪２２ｂ又は外輪２２ｃの正面２２ｎ及び背面２２ｍ)のうち、正面２２ｎを多点接触玉軸受２０に接触(隣接)させて組み合わされている。一方、自由側軸受として１個の多点接触玉軸受２４が適用されている。
【００１６】
この場合、固定側軸受において、ラジアル荷重とアキシアル荷重の双方の荷重を負荷可能な多点接触玉軸受２０とアンギュラ玉軸受２２とを並列組合せとしたことで、例えば、羽根車(インペラ)２の回転時に回転軸４に沿って生じるアキシアル荷重に対する負荷能力や、増速機構６のギヤ反力や回転軸４の自重などに起因したラジアル荷重に対する負荷能力などを同時に高めることができる。
【００１７】
一方、自由側軸受に適用された多点接触玉軸受２４は、ラジアル荷重のみが負荷される場合は、そのままでは転動体２４ａが内外輪24b,24cの各軌道面(特に参照符号は付さない)に対して４点接触となり、回転軸４(羽根車２)の高速回転時にスピン磨耗が発生する場合が想定される。この場合、多点接触玉軸受２４に対して軸方向Ｆに例えばバネなどで予圧を負荷することが好ましい。これにより、転動体２４ａが内外輪24b,24cの各軌道面に対して２点接触となるため、回転軸４(羽根車２)の高速回転時におけるスピン磨耗の発生を防止することができると共に、例えば増速機構６のギヤ反力や回転軸４の自重などに起因したラジアル荷重に対する負荷能力などを高めることができる。
【００１８】
以上、本実施の形態のターボ圧縮機によれば、回転軸４を回転自在に支持する複数の軸受のうち、少なくとも１つの軸受をラジアル荷重とアキシアル荷重の双方の荷重を負荷(支持)可能な多点接触玉軸受２０(又は２４)で構成したことにより、従来では２個以上のアンギュラ玉軸受が必要であった軸受構成を１個の多点接触玉軸受２０(又は２４)に置き換えることが可能となる。例えば回転軸４を固定側軸受及び自由側軸受で支持する構成において、従来では固定側軸受及び自由側軸受として、それぞれ少なくとも２個のアンギュラ玉軸受が必要となるが、本実施の形態では固定側軸受及び自由側軸受として、それぞれ１個の多点接触玉軸受２０(２４)があれば足りる。
【００１９】
このように、回転軸４を支持する軸受の数を少なくすることで、従来に比べて摩擦抵抗やトルクを小さくすることができるため、モータ８の回転運動と羽根車２の回転との間の動力損失や発熱量を低減することができる。この場合、動力損失の低減により羽根車２を効率良く所望回転数まで増速回転させることができると共に、発熱量の低減により軸受の早期焼き付きを防止して軸受寿命の延命化を図ることができる。また、回転軸４を支持する軸受の数を少なくすることで、従来に比べて軸受周りに大きなスペースを確保する必要が無いため、その分だけターボ圧縮機の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、上述した実施の形態では、軸受20,22,24に組み込まれた転動体20a,22a,24aとして玉を想定しているが、更に軸受の発熱量を低減させるために、各玉20a,22a,24aをセラミック(例えば、窒化ケイ素)で形成することが好ましい。これにより、特に軸受の高速回転時における発熱量を効果的に低減することが可能となり、軸受の焼き付き防止及び玉の遠心力低減を図ることができる。
【００２１】
また、多点接触玉軸受２０(２４)は、アキシアル荷重がラジアル荷重よりも支配的である場合、軸受回転時に玉20a,24aと内外輪とが各１点で接触するように設計することが可能であり、その場合の発熱量はアンギュラ玉軸受と同等となる。従って、全ての玉20a,22a,24aをセラミックで形成することで、軸受回転時における軸受全体の発熱量を更に効果的に低減することができる。
【００２２】
なお、上述した実施の形態では、自由側軸受として１個の多点接触玉軸受２４を適用したが、これに代えて図１(ｂ)に示すように、複数(例えば２個)の多点接触玉軸受２４を定位置予圧の背面組合せとして配置構成しても良い。なお、定位置予圧とは、背面組合せされた２つの多点接触玉軸受２４に対して両外側から軸方向Ｆに沿って予圧を負荷する方法である。この方法によれば、例えばバネなどで軸方向Ｆ(図１(ａ))に予圧を負荷すること無く、軸受内部のアキシアルすきまの調整を行って適正な予圧を負荷することができる。なお、その他の構成及び効果は、上述した実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
【００２３】
また、本発明は、上述した実施の形態に限定されることは無く、以下のように変形することができる。
例えば図２に示すように、自由側軸受として２個のアンギュラ玉軸受２２を適用し、これらを背面組合せとして構成配置しても良い。これによれば、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重とを負荷することができる。
【００２４】
また、多点接触玉軸受２０(２４)の代わりに、深溝玉軸受を適用しても良い。なお、深溝玉軸受は、アキシアル荷重に対する負荷能力が若干低いため、かかる点を考慮してターボ圧縮機の使用態様を設定すれば良い。
また、上述した実施の形態では、多点接触玉軸受２０(２４)として、４点接触玉軸受を想定して説明したが、これに限定されることは無く、３点接触玉軸受でも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】(ａ)は、本発明の一実施の形態に係るターボ圧縮機の構成を示す図、(ｂ)は、本発明の他の実施の形態に係るターボ圧縮機の構成を示す図。
【図２】本発明の変形例に係るターボ圧縮機の構成を示す図。
【図３】従来のターボ圧縮機の構成を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
２  羽根車(インペラ)
４  回転軸
６  増速機構
20,24  多点接触玉軸受
20a,22a,24a  転動体(玉)
【図１】
2007187032.tif 000003
【図２】
2007187032.tif 000004
【図３】
2007187032.tif 000005