JP3777648B2 - 羽根車の締結構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転する羽根車の回転軸への締結構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、過給機や送風機のように、高速回転する羽根車（ラジアル、軸流、等）の回転軸への締結構造では、その基本機能として、▲１▼回転トルクの伝達能力、▲２▼調心性、▲３▼作業性、等が要求される。▲１▼回転トルクの伝達能力とは、イ．定常回転及び加速・減速時のような通常状態における伝達トルク（以下、通常伝達トルク）を確実に伝達する機能と、ロ．インペラ（羽根車）が破損したり、外部よりの異物混入したりするような異常状態において、オーバースピードを防ぐために、トルク伝達機能が瞬時に喪失しない機能をいう。また、▲２▼調心性とは、イ．静止状態において組立時に自動的に調心され回転バランスを容易に確保できる機能と、ロ．回転状態において遠心力による変形を吸収できる機能をいう。この遠心力による変形には、例えば、内径の拡がりや軸方向の縮みがある。更に、▲３▼作業性とは、分解・組立が容易にできる機能をいう。
【０００３】
従来からかかる機能を満たすための締結構造として、図４に模式的に示す種々の手段が用いられている。この図において、（Ａ）は、羽根車１を焼嵌めで回転軸２に締結する手段（以下、焼嵌め締結）、（Ｂ）はラジアルキー４，スプライン５，及びナット６で締結する手段（以下、スプライン締結）、（Ｃ）はラジアルキー４，テーパブッシュ７，及びナット６で締結する手段（以下、テーパブッシュ締結）を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４（Ａ）の焼嵌め締結では、回転トルクを焼嵌めで伝達しているため、▲１▼イ．の通常伝達トルクの伝達に余裕がなく、かつ▲１▼ロ．の異物混入により過大なトルクが作用した場合には、焼嵌め部がスリップして、トルク伝達機能が瞬時に失われる問題点があった。更にこの焼嵌め締結では、羽根車１を回転軸２に焼嵌めする必要があるため、分解・組立が困難である問題点があった。
【０００５】
また、図４（Ｂ）のスプライン締結では、▲２▼のスプラインでの調心性が低い問題点があった。すなわち、スプラインの歯を互いに噛み合わせてトルクを伝達するためには、歯先と歯元に隙間が必要であり、そのため、スプライン部での調心精度が低くなる。また、別に調心用に嵌合部を設けると、スプライン部の組立性が低下する問題点があった。
【０００６】
更に、図４（Ｃ）のテーパブッシュ締結では、羽根車１と回転軸２の間に位置するテーパブッシュ７により、調心性を高めるようになっているため、羽根車１の軸方向の位置決めが困難であり、この位置決めを精度よく行うために、各部品を高精度で加工する必要があり、加工コストが高くなる問題点があった。
【０００７】
本発明は上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、回転トルクの伝達能力、調心性、作業性、等の基本性能を十分に満たし、軸方向の位置決め精度が高く、かつ加工が容易で安価に製造できる羽根車の締結構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、羽根車と回転軸を締結する構造であって、羽根車と回転軸の間に介在するブッシュを備え、該ブッシュは、中空円筒部とキー部とからなり、中空円筒部は、同心に形成された外周面及び内周面と、軸線に垂直な外面及び内面が形成された一端部とを有し、該外面及び該内面は互いに反対方向を向いており、前記一端部にはさらに内周面より小径かつ同心の貫通孔が設けられ、キー部は、前記一端部の反対側端面に一体に形成された複数のキーからなり、各キーは、回転軸の周方向に間隔を隔てた平行面を有し、該平行面は前記外周面より外方から前記内周面より少なくとも部分的に内方に突出して連続して形成されており、回転軸は、ブッシュの内周面及び端部貫通孔と嵌合する大径部及び小径部と、ブッシュの前記内面と密着する大径部端面とを有し、大径部には、ブッシュの内周面より内方部分のキーが嵌まるキー溝が設けられており、羽根車は、ブッシュの外周面と嵌合しかつ前記一端部の外面と密着する内面を有する中空孔と、ブッシュの外周面より外方部分のキーと嵌合するラジアルキー部とを有する、ことを特徴とする羽根車の締結構造が提供される。
【０００９】
上記本発明の構成により、ブッシュの外周面と内周面（及び／又は端部貫通孔）がそれぞれ羽根車と回転軸に密着して互いに同心に取付けられ、ブッシュの端部が羽根車と回転軸に挟持されて軸方向の位置決めを行い、キーの外周面より外方部分が羽根車のラジアルキー部に嵌まり、キーの内周面より内方部分が回転軸のキー溝に嵌まって回転トルクを伝達することができる。
【００１０】
すなわち、羽根車を軸方向に位置決めする軸方向位置決め面（端部の外面と内面）と、これに直角で羽根車と回転軸の同心度を確保する円周面（外周面、内周面、及び／又は端部貫通孔）と、更に軸方向に相対変位を許容し回転トルクを伝達するキー部（ラジアルキー部と滑りキー）とが、羽根車と回転軸の間に介在するブッシュとして一体に形成されているので、軸方向の位置決め、半径方向の位置決め、及びトルク伝達の各要素の精度や剛性が独立して管理でき、かつ一体構造とすることにより遠心力等による変形に対しても十分な剛性を有し、組立／分解の作業性も優れている。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ブッシュは、更にキー部に一端が接続し、同心かつ一体に形成されキー部に作用する遠心力を抑制できるように剛性が高くなっている中空円筒形リング部を有する。この構成により、特にキー部に作用する遠心力による変形をリング部により抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、本発明による羽根車の締結構造を示す断面図であり、図２は、図１を分解状態で示す図であり、図３は、図２の部分斜視図である。図１乃至図３において、本発明の構造は、羽根車１１と回転軸１２を締結する構造であり、羽根車１１と回転軸１２の間に介在するブッシュ１４を備えている。
【００１３】
図２及び図３に示すように、ブッシュ１４は、中空円筒部１６とキー部１８とからなる。中空円筒部１６は、同心に形成された外周面１６ａ及び内周面１６ｂ、１６ｂ′と、軸線に垂直な外面１７ａ及び内面１７ｂを有する端部１６ｃとからなる。端部１６ｃには内周面１６ｂより小径かつ同心の貫通孔１６ｄが設けられている。
【００１４】
キー部１８は、端部１６ｃの反対側端面に一体に形成された複数のキー１８ａからなる。各キー１８ａは、回転軸の周方向に間隔を隔てた平行面１９を有する。この平行面１９は、外周面１６ａより外方から内周面１６ｂ′より部分的に内方に突出して連続して形成されている。なお、この実施形態では、内周面を１６ｂと１６ｂ′の２段に設けているが、単一の内周面１６ｂとし、キー１８ａを内周面１６ｂより内方に突出して設けてもよい。
【００１５】
回転軸１２は、ブッシュの内周面１６ｂ及び端部貫通孔１６ｄと嵌合する大径部１２ａ、１２ａ′及び小径部１２ｂと、ブッシュの垂直内面１７ｂと密着する大径部端面１２ｃとを有している。また大径部１２ａ′には、ブッシュ１４の内周面１６ｂ′より内方部分のキー１８ａが嵌まるキー溝１２ｄが設けられている。なお、単一の内周面１６ｂの場合には、このキー溝１２ｄは、大径部１２ａにその端面から連続して形成するのがよい。
【００１６】
羽根車１１は、ブッシュ１４の外周面１６ａと嵌合し、かつ端部１６ｃの外面１７ａと密着する内面を有する中空孔１１ａと、ブッシュの外周面１６ａより外方部分のキー１８ａと嵌合するラジアルキー部１１ｂとを有する。
【００１７】
上記本発明の構成により、図１に示すように、羽根車１１と回転軸１２の間にブッシュ１４を嵌め込んでナット６で締め付けることにより、ブッシュの外周面１６ａと内周面１６ｂ（及び／又は端部貫通孔１６ｄ）がそれぞれ羽根車１１と回転軸１２に密着して互いに同心に取付けられ、ブッシュの端部１６ｃが羽根車１１と回転軸１２に挟持されて軸方向の位置決めを行い、キー１８ａの外周面より外方部分が羽根車のラジアルキー部１１ｂに嵌まり、キー１８ａの内周面１６ｂ′より内方部分が回転軸１２のキー溝１２ｄに嵌まって回転トルクを伝達することができる。
【００１８】
すなわち、羽根車１１を軸方向に位置決めする軸方向位置決め面（端部１６ｃの外面１７ａと内面１７ｂ）と、これに直角で羽根車と回転軸の同心度を確保する円周面（外周面１６ａ、内周面１６ｂ、１６ｂ´及び／又は端部貫通孔１６ｄ）と、更に軸方向に相対変位を許容し回転トルクを伝達するキー部１８（ラジアルキー部と滑りキー）とが、羽根車１１と回転軸１２の間に介在するブッシュ１４として一体に形成されているので、軸方向の位置決め、半径方向の位置決め、及びトルク伝達の各要素の精度や剛性が独立して管理できる。
【００１９】
また、ブッシュ１４を一体構造としているので遠心力等による変形に対しても十分な剛性を有し、回転軸１２を軸方向に引張った状態でナットを締めることにより、軸方向位置決め面に締代を与えることができ、遠心力による羽根車の内周の軸方向の縮みを吸収することができる。更に、羽根車１１と回転軸１２の間にブッシュ１４を嵌め込んでナット６で締め付けるだけで組立ができるので、組立／分解の作業性も優れている。また、図２に示すように、回転軸の同心度を確保する円周面（外周面１６ａ、内周面１６ｂと１６ｂ´及び／又は端部貫通孔１６ｄ）で、適切に半径方向の寸法を小さくした部分すなわち外周面１６ａと内周面１６ｂ´を設けることにより、羽根車１１の中空孔１１ａが回転による遠心力で拡がった場合にも、外周面１６ａと内周面１６ｂ´とで構成される部分が同様に遠心力で拡がる様にすることができ、運転中の同心度を確保できるという優れた特性を有する。
【００２０】
更に図２及び図３に示すように、ブッシュ１４は、キー部１８に一端が接続し、同心かつ一体に形成された中空円筒形リング部２０を有する。この構成により、特にキー部１８に作用する遠心力による変形を遠心力に対する剛性の高いリング部２０により抑制することができる。また、この構成により、一体構造のブッシュ１４の加工面が軸方向位置決め面、円周面、キー部のみであり、これらが互いに直交する垂直面又は回転面で構成されているので、加工が容易であり、安価に精度よく製造することができる。
【００２１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
上述したように、本発明の羽根車の締結構造は、回転トルクの伝達能力、調心性、作業性、等の基本性能を十分に満たし、軸方向の位置決め精度が高く、かつ加工が容易で安価に製造できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による羽根車の締結構造を示す断面図である。
【図２】図１を分解状態で示す図である。
【図３】図２の部分斜視図である。
【図４】従来の羽根車の締結構造の模式図である。
【符号の説明】
１ 羽根車
２ 回転軸
４ ラジアルキー
５ スプライン
６ ナット
７ テーパブッシュ
１１ 羽根車
１２ 回転軸
１２ａ，１２ａ′ 大径部
１２ｂ 小径部
１２ｃ 大径部端面
１２ｄ キー溝
１４ ブッシュ
１６ 中空円筒部
１６ａ 外周面
１６ｂ、１６ｂ′ 内周面
１６ｃ 端部
１６ｄ 貫通孔
１７ａ 外面
１７ｂ 内面
１８ キー部
１８ａ キー
１９ 平行面
２０ リング部

Claims (2)

1. 羽根車と回転軸を締結する構造であって、
   羽根車と回転軸の間に介在するブッシュを備え、該ブッシュは、中空円筒部とキー部とからなり、
   中空円筒部は、同心に形成された外周面及び内周面と、軸線に垂直な外面及び内面が形成された一端部とを有し、該外面及び該内面は互いに反対方向を向いており、前記一端部にはさらに内周面より小径かつ同心の貫通孔が設けられ、
   キー部は、前記一端部の反対側端面に一体に形成された複数のキーからなり、各キーは、回転軸の周方向に間隔を隔てた平行面を有し、該平行面は前記外周面より外方から前記内周面より少なくとも部分的に内方に突出して連続して形成されており、
   回転軸は、ブッシュの内周面及び端部貫通孔と嵌合する大径部及び小径部と、ブッシュの前記内面と密着する大径部端面とを有し、大径部には、ブッシュの内周面より内方部分のキーが嵌まるキー溝が設けられており、
   羽根車は、ブッシュの外周面と嵌合しかつ前記一端部の外面と密着する内面を有する中空孔と、ブッシュの外周面より外方部分のキーと嵌合するラジアルキー部とを有する、ことを特徴とする羽根車の締結構造。
2. 前記ブッシュは、更にキー部に一端が接続し、同心かつ一体に形成されキー部に作用する遠心力を抑制できるように剛性が高くなっている中空円筒形リング部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の羽根車の締結構造。

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