(57)【要約】【課題】回転軸を支持するアンギュラ玉軸受を長寿命化することができるターボ圧縮機を提供する。【解決手段】羽根車１１ａを備える回転軸１１を回転自在に支持する固定側軸受２０及び自由側軸受３０を備え、固定側軸受２０は、円筒ころ軸受２１及び２つのアンギュラ玉軸受２２，２３を備え、自由側軸受３０は、円筒ころ軸受３１を備え、２つアンギュラ玉軸受２２，２３の外径面とハウジング１４の内径面との間にラビリンス隙間Ｓが設けられる。【選択図】図１
2017110527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車を備え、増速機構により増速回転される回転軸と、
前記回転軸の前記増速機構を挟んだ軸方向両側に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する固定側軸受及び自由側軸受と、
前記固定側軸受及び前記自由側軸受を支持するハウジングと、を備えるターボ圧縮機であって、
前記固定側軸受は、少なくとも１つの円筒ころ軸受及び少なくとも１つのアンギュラ玉軸受を備え、
前記自由側軸受は、少なくとも１つの円筒ころ軸受を備え、
前記少なくとも１つのアンギュラ玉軸受の外径面と前記ハウジングの内径面との間にラビリンス隙間が設けられることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
前記固定側軸受は、前記少なくとも１つの円筒ころ軸受、前記少なくとも１つのアンギュラ玉軸受、及び少なくとも１つの多点接触玉軸受を備え、
前記少なくとも１つのアンギュラ玉軸受及び前記少なくとも１つの多点接触玉軸受の外径面と前記ハウジングの内径面との間に前記ラビリンス隙間が設けられることを特徴とする請求項１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、ターボ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のターボ圧縮機として、羽根車が取り付けられた回転軸を支持する固定側軸受及び自由側軸受を備え、固定側軸受及び自由側軸受が組合せアンギュラ玉軸受により構成されているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。そして、特に、固定側の組合せアンギュラ玉軸受には、ラジアル方向及びアキシアル方向の荷重が負荷されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０３２９８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、ターボ圧縮機では、回転軸が非常に高速で回転することから、それを支持する軸受には、高いラジアル方向の剛性が求められるため、アンギュラ玉軸受が採用される場合は予圧荷重を負荷させる必要がある。
【０００５】
また、アンギュラ玉軸受にラジアル方向の荷重が負荷されると、一円周上の転動体にかかる荷重が均一でなくなり、荷重条件によっては転動体に荷重が負荷される負荷圏と、荷重が負荷されない非負荷圏が発生する。その場合、転動体が非負荷圏から負荷圏に突入する際に、すべりによる接線力が発生し、早期剥離に至ることがあり、それを防止するために軸受にかける予圧荷重は更に大きくなる。
【０００６】
さらに、運転時には、外輪及び内輪の温度差、遠心力による内輪の膨張などで軸受内部すきまが減少することによる内部発生荷重も加わるため、結果として軸受に大きな荷重が負荷されることになり、軸受寿命が低下することがあった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸を支持するアンギュラ玉軸受を長寿命化することができる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】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）羽根車を備え、増速機構により増速回転される回転軸と、回転軸の増速機構を挟んだ軸方向両側に配置され、回転軸を回転自在に支持する固定側軸受及び自由側軸受と、固定側軸受及び自由側軸受を支持するハウジングと、を備えるターボ圧縮機であって、固定側軸受は、少なくとも１つの円筒ころ軸受及び少なくとも１つのアンギュラ玉軸受を備え、自由側軸受は、少なくとも１つの円筒ころ軸受を備え、少なくとも１つのアンギュラ玉軸受の外径面とハウジングの内径面との間にラビリンス隙間が設けられることを特徴とするターボ圧縮機。
（２）固定側軸受は、少なくとも１つの円筒ころ軸受、少なくとも１つのアンギュラ玉軸受、及び少なくとも１つの多点接触玉軸受を備え、少なくとも１つのアンギュラ玉軸受及び少なくとも１つの多点接触玉軸受の外径面とハウジングの内径面との間にラビリンス隙間が設けられることを特徴とする（１）に記載のターボ圧縮機。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、固定側軸受は、少なくとも１つの円筒ころ軸受及び少なくとも１つのアンギュラ玉軸受を備え、自由側軸受は、少なくとも１つの円筒ころ軸受を備え、少なくとも１つのアンギュラ玉軸受の外径面とハウジングの内径面との間にラビリンス隙間が設けられるため、ラジアル方向の荷重が円筒ころ軸受により支持され、アキシアル方向の荷重がアンギュラ玉軸受により支持される。このため、アンギュラ玉軸受にかかる荷重を大幅に削減することができるので、アンギュラ玉軸受を長寿命化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るターボ圧縮機の一実施形態を説明する要部断面図である。
【図２】本発明に係るターボ圧縮機の一実施形態の変形例を説明する要部断面図である。
【図３】従来構成の固定側軸受を説明する要部断面図である。
【図４】実施例と従来例の転がり疲れ寿命の計算結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るターボ圧縮機の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
本実施形態のターボ圧縮機１０は、図１に示すように、羽根車１１ａを備える回転軸１１と、回転軸１１の略中間部に設けられる増速機構である従動歯車１２と、不図示のモーターの出力軸に取り付けられ、従動歯車１２と噛合する増速機構である駆動歯車１３と、回転軸１１の従動歯車１２を挟んだ軸方向両側に配置され、回転軸１１を回転自在に支持する固定側軸受２０及び自由側軸受３０と、固定側軸受２０及び自由側軸受３０を支持するハウジング１４と、を備える。そして、ターボ圧縮機１０では、従動歯車１２が駆動歯車１３よりも小径に設定されているため、回転軸１１が増速回転される。
【００１３】
ここで、固定側軸受２０は、ラジアル方向の荷重及びアキシアル方向の荷重の両方を支持するように構成された軸受であり、例えば、回転軸１１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３０は、ラジアル方向の荷重のみを支持するように構成された軸受であり、例えば、温度変化による回転軸１１の膨張・収縮を逃がすなど、回転軸１１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。なお、図中の矢印Ｆｒはラジアル方向の荷重、矢印Ｆａはアキシアル方向の荷重を表している。
【００１４】
固定側軸受２０は、図１に示すように、羽根車１１ａに隣接して配置される円筒ころ軸受２１と、円筒ころ軸受２１と従動歯車１２との間に配置される２つのアンギュラ玉軸受２２，２３と、円筒ころ軸受２１とアンギュラ玉軸受２２との間に配置される内輪間座２４及び外輪間座２５と、アンギュラ玉軸受２２とアンギュラ玉軸受２３との間に配置される内輪間座２６及び外輪間座２７と、を備える。なお、図１中の符号１５，１６は、固定側軸受２０の円筒ころ軸受２１と２つのアンギュラ玉軸受２２，２３の軸方向位置を位置決めする位置決め部材である。
【００１５】
円筒ころ軸受２１は、内輪２１ａと、外輪２１ｂと、内輪２１ａと外輪２１ｂとの間に配置される複数の円筒ころ（転動体）２１ｃと、複数の円筒ころ２１ｃを転動自在に保持する保持器２１ｄと、を備える。
【００１６】
２つのアンギュラ玉軸受２２，２３は、並列組合せ（ＤＴ）で配置されている。アンギュラ玉軸受２２は、内輪２２ａと、外輪２２ｂと、内輪２２ａと外輪２２ｂとの間に配置される複数の玉（転動体）２２ｃと、複数の玉２２ｃを転動自在に保持する保持器２２ｄと、を備える。アンギュラ玉軸受２３は、内輪２３ａと、外輪２３ｂと、内輪２３ａと外輪２３ｂとの間に配置される複数の玉（転動体）２３ｃと、複数の玉２３ｃを転動自在に保持する保持器２３ｄと、を備える。
【００１７】
外輪間座２５，２７には、内輪間座２４，２６と外輪間座２５，２７との間の空間に潤滑油を供給する油穴２５ａ，２７ａがそれぞれ形成されている。
【００１８】
自由側軸受３０は、図１に示すように、円筒ころ軸受３１を備える。円筒ころ軸受３１は、内輪３１ａと、外輪３１ｂと、内輪３１ａと外輪３１ｂとの間に配置される複数の円筒ころ（転動体）３１ｃと、複数の円筒ころ３１ｃを転動自在に保持する保持器３１ｄと、を備える。
【００１９】
また、本実施形態では、アンギュラ玉軸受２２，２３の外輪２２ｂ，２３ｂの外径面とハウジング１４の内径面との間にラビリンス隙間Ｓが設けられるように、ハウジング１４の内径面に段部１４ａが全周に亘って形成されている。
【００２０】
そして、このように構成されたターボ圧縮機１０では、ラジアル方向の荷重は、固定側軸受２０の円筒ころ軸受２１及び自由側軸受３０の円筒ころ軸受３１により支持され、アキシアル方向の荷重は、固定側軸受２０のアンギュラ玉軸受２２，２３により支持される。これにより、求められるラジアル方向の剛性が円筒ころ軸受２１，３１により確保されるため、アンギュラ玉軸受２２，２３に予圧荷重を負荷させる必要がなくなる。また、アンギュラ玉軸受２２，２３にアキシアル方向の荷重のみを負荷させるため、一円周上の転動体にかかる荷重が均一になり、非負荷圏をなくすための予圧荷重をアンギュラ玉軸受２２，２３に負荷させる必要もなくなる。さらに、予圧荷重が不要となることにより、アンギュラ玉軸受２２，２３を、正面組合せ（ＤＦ）や背面組合せ（ＤＢ）ではなく、並列組合せ（ＤＴ）で構成できるため、運転時の軸受内部すきまの減少による内部発生荷重がアンギュラ玉軸受２２，２３に負荷されることがない。これらにより、アンギュラ玉軸受２２，２３にかかる荷重を大幅に削減することができるので、アンギュラ玉軸受２２，２３の軸受寿命を向上することができる。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態のターボ圧縮機１０によれば、固定側軸受２０が、円筒ころ軸受２１及び２つのアンギュラ玉軸受２２，２３を備え、自由側軸受３０が、円筒ころ軸受３１を備え、２つのアンギュラ玉軸受２２，２３の外径面とハウジング１４の内径面との間にラビリンス隙間Ｓが設けられるため、ラジアル方向の荷重が円筒ころ軸受２１，３１により支持され、アキシアル方向の荷重がアンギュラ玉軸受２２，２３により支持される。このため、アンギュラ玉軸受２２，２３にかかる荷重を大幅に削減することができるので、アンギュラ玉軸受２２，２３を長寿命化することができる。従って、ターボ圧縮機１０も長寿命化することができる。
【００２２】
また、本実施形態のターボ圧縮機１０の変形例として、図２に示すように、アキシアル方向の荷重が逆方向にも負荷される場合は、２つのアンギュラ玉軸受２２，２３の一方（本変形例ではアンギュラ玉軸受２３）を、多点接触玉軸受（３点接触玉軸受又は４点接触玉軸受）２８に置き換えてもよい。
【００２３】
多点接触玉軸受２８は、内輪２８ａと、外輪２８ｂと、内輪２８ａと外輪２８ｂとの間に配置される複数の玉（転動体）２８ｃと、複数の玉２８ｃを転動自在に保持する保持器２８ｄと、を備える。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【実施例】
【００２５】
本発明の作用効果を確認するため、図１に示す固定側軸受２０（実施例）と図３に示す従来構成の固定側軸受４０（従来例）の転がり疲れ寿命を計算した。計算結果を図４に示す。
【００２６】
従来構成の固定側軸受４０は、図３に示すように、図１に示す固定側軸受２０の円筒ころ軸受２１をアンギュラ玉軸受４１に置き換えたものであり、ハウジング１４から段部１４ａが削除されている。従って、アンギュラ玉軸受４１，２２，２３には、アキシアル方向の荷重、ラジアル方向の荷重、及び予圧荷重が負荷されている。
【００２７】
アンギュラ玉軸受４１は、内輪４１ａと、外輪４１ｂと、内輪４１ａと外輪４１ｂとの間に配置される複数の玉（転動体）４１ｃと、複数の玉４１ｃを転動自在に保持する保持器４１ｄと、を備え、隣り合うアンギュラ玉軸受２２と背面組合せ（ＤＢ）で配置されている。
【００２８】
そして、図４から明らかなように、実施例の転がり疲れ寿命が１７０００時間であるのに対して、従来例の転がり疲れ寿命が１５００時間であるので、実施例は従来例に対して大幅な寿命延長効果を期待できることがわかった。
【符号の説明】
【００２９】
１０    ターボ圧縮機
１１    回転軸
１１ａ  羽根車
１２    従動歯車（増速機構）
１３    駆動歯車（増速機構）
１４    ハウジング
１４ａ  段部
２０    固定側軸受
２１    円筒ころ軸受
２２    アンギュラ玉軸受
２３    アンギュラ玉軸受  
２４    内輪間座
２５    外輪間座
２６    内輪間座
２７    外輪間座
２８    多点接触玉軸受
３０    自由側軸受
３１    円筒ころ軸受
Ｓ    ラビリンス隙間
【図１】
2017110527.tif 000003
【図２】
2017110527.tif 000004
【図３】
2017110527.tif 000005
【図４】
2017110527.tif 000006