JP4220870B2 - 軸受装置、圧縮機、及びスリーブ装着方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受装置、圧縮機、及びスリーブ装着方法に関するものである。

ガス軸受は、回転軸が挿通される軸受スリーブを有し、この軸受スリーブと回転軸との間に気体層を形成して、軸受スリーブと回転軸との間に生じる摩擦抵抗を低減した状態で、回転軸の支持を行うものである。
ここで、気体層は、軸受スリーブ外から供給されたガスや周辺雰囲気が、回転軸の回転に伴って回転軸の周囲に巻き込まれることで、回転軸の全周にわたって形成される。
このようなガス軸受としては、例えば、後記の特許文献１に記載されているようなガス軸受がある。

特開平７−２０８４５６号公報（段落［００２７］から［００３１］，及び図１から図４）

しかし、ガス軸受は、気体によって流体潤滑を行うものであるので、液体によって流体潤滑を行う油軸受よりも負荷能力が低い。特に、回転軸が静止状態から回転し始める際など、回転軸の回転速度が低い場合には、回転軸と軸受スリーブとの間に気体が回り込みにくいので、この傾向はより顕著となる。
このため、回転軸の回転速度が低い場合にも軸受スリーブの損傷が生じないように、ガス軸受には、定格速度で回転する回転軸を支持するのに要求される負荷能力よりもさらに大きな負荷能力が求められる。そして、負荷能力を大きくするためには、軸受径を大きくする必要がある。

しかし、回転軸の径は、回転軸に装着される部材の大きさによって制限される。
例えば、圧縮機では、羽根車の支持及び駆動に用いられる回転軸は、羽根車の回転中心に設けられる挿通口に挿通されている。そして、回転軸は、メンテナンス等のために、羽根車から抜き出すことができる構成とする必要がある。すなわち、回転軸の外径は、挿通口の内径によって制限されてしまう。

このため、回転軸において軸受に支持される領域に、回転軸よりも外径の大きい中実のスリーブを同軸かつ着脱可能にして装着することで、回転軸の径を大きくすることなく、軸受径の大きい軸受による支持を可能にする。

しかし、このように中実のスリーブを回転軸に装着すると、回転軸の重量が大幅に増加してしまい、回転軸の振動特性が低下して、性能低下を招いてしまう。
また、このような肉厚のスリーブによって回転軸を支持する場合、スリーブの加工精度が低いと、回転軸の回転軸がぶれてしまい、回転軸の支持を良好に行うことができなくなりやすい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回転軸の支持を良好に行うことができるスリーブ、軸受装置、圧縮機、及びこのスリーブに適したスリーブ装着方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の軸受装置、圧縮機、スリーブ装着方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる軸受装置は、軸受によって回転軸を軸線回りに回転可能にして支持する軸受装置であって、前記回転軸において前記軸受に受けられる部分には、支持される領域の外周にスリーブが装着され、該スリーブは、外周面を前記軸受によって支持される円筒状の外側スリーブと、該外側スリーブの径方向内側に設けられて前記回転軸が挿通される円筒状の内側スリーブと、前記外側スリーブと前記内側スリーブの一端とを接続しかつ径方向に弾性変形可能な接続部とを有しており、該接続部は、前記内側スリーブとの接続端から前記外側スリーブとの接続端に向うにつれて肉厚が漸次増加し、前記スリーブは、前記回転軸に対して、前記接続部が抜き取り方向とは反対方向に位置する向きにして装着されていることを特徴とする。

このスリーブは、内側スリーブに回転軸が挿通されるものであって、軸受によって外側スリーブの外周面を支持されることで、回転軸とともに軸線回りに回転可能とされる。
このスリーブは、内側スリーブの一端が、弾性変形可能な接続部を介して外側スリーブに接続されている。すなわち、このスリーブでは、内側スリーブと外側スリーブとの間には空間が形成されているので、中実なスリーブに比べて重量が大幅に低減されている。
このようにスリーブが軽量であるので、このスリーブを回転軸に装着しても、回転軸の重量増加による振動特性の低下が少なくなり、回転軸の支持を良好に行うことができる。

また、回転軸が挿通される内側スリーブは、その一端が、接続部を介して外側スリーブに接続されていて、接続部が弾性変形することによって、外側スリーブに対して径方向に相対的に変位可能とされている。
すなわち、このスリーブは、内側スリーブに挿通される回転軸が回転駆動された場合に、回転軸とともに回転して回転軸を支持しつつ、その径方向への変位を許容するので、回転軸の自動調心が行われる。
ここで、当然ながら、接続部は、回転軸の重量を十分に支持できるだけの剛性を有している。

また、スリーブを回転軸に対して焼きばめによって装着する場合には、回転軸への着脱作業の際に、内側スリーブだけを加熱すればよいので、焼きばめや焼き外しの際に肉厚なスリーブ全体を加熱しなくてはならない中実のスリーブに比べて、回転軸に対する着脱作業が容易である。

また、本発明にかかる軸受装置は、請求項１記載の軸受装置であって、前記接続部が、前記外側スリーブとの接続部位から前記内側スリーブとの接続部位に向かうにつれて縮径されるコーン状に形成されていることを特徴とする。

このスリーブでは、接続部がコーン状に形成されているので、弾性変形を可能にしながら、高い強度を持たせることができる。
これにより、回転軸にねじれが加わっても、その力を接続部が変形しつつ受け止めるとともに、その復元力によって回転軸を適正位置まで押し戻すので、回転軸の支持を良好に行うことができる。
また、スリーブは、このように接続部の強度が高いので、信頼性及び耐久性が高い。

本発明にかかる軸受装置は、軸受によって回転軸を軸線回りに回転可能にして支持する軸受装置であって、前記回転軸において前記軸受に受けられる部分には、それぞれ上述のスリーブが装着されていることを特徴とする。

この軸受装置では、回転軸が、本発明にかかるスリーブを介して軸受に支持されているので、回転軸の支持を良好に行うことができる。

また、上述の各軸受装置では、前記スリーブは、前記回転軸に対して、前記接続部が抜き取り方向とは反対方向に位置する向きにして装着されていることを特徴とする。

この軸受装置では、スリーブは、接続部が抜き取り方向とは反対側に位置する向きにして回転軸に装着されている。すなわち、この軸受装置では、回転軸が挿通される内側スリーブが、回転軸からの抜き取り方向に露出しているので、回転軸と内側スリーブとの係合解除作業を容易に行うことができる。
例えば、回転軸と内側スリーブとを焼きばめによって係合させている場合には、内側スリーブのみを容易に加熱することができるので、焼き外し作業が容易である。

本発明にかかる圧縮機は、羽根車が装着された回転軸が、ケーシング内に軸受を介して軸線回りに回転可能にして設けられ、該回転軸を駆動装置によって回転駆動することで、前記羽根車を回転させて、前記ケーシング内に取り入れた気体を前記羽根車によって圧縮して送出する圧縮機であって、前記羽根車と前記駆動装置の出力軸とを接続する回転軸において、前記軸受に受けられる部分には、支持される領域の外周にスリーブが装着され、該スリーブは、外周面を前記軸受によって支持される円筒状の外側スリーブと、該外側スリーブの径方向内側に設けられて前記回転軸が挿通される円筒状の内側スリーブと、前記外側スリーブと前記内側スリーブの一端とを接続しかつ径方向に弾性変形可能な接続部とを有しており、該接続部は、前記内側スリーブとの接続端から前記外側スリーブとの接続端に向うにつれて肉厚が漸次増加し、前記スリーブは、前記回転軸に対して、前記接続部が抜き取り方向とは反対方向に位置する向きにして装着されていることを特徴とする。

このように構成される圧縮機では、回転軸が本発明にかかるスリーブを介して軸受に支持されているので、回転軸の支持を良好に行うことができる。

本発明にかかる圧縮機では、前記スリーブは、前記回転軸に対して、前記接続部が抜き取り方向とは反対方向に位置する向きにして装着されていることを特徴とする。

このように構成される圧縮機では、スリーブは、接続部が抜き取り方向とは反対側に位置する向きにして回転軸に装着されている。すなわち、この圧縮機では、回転軸が挿通される内側スリーブが、回転軸からの抜き取り方向に露出しているので、回転軸と内側スリーブとの係合解除作業を容易に行うことができる。
例えば、回転軸と内側スリーブとを焼きばめによって係合させている場合には、内側スリーブのみを容易に加熱することができるので、焼き外し作業が容易である。

本発明にかかるスリーブ装着方法は、外周面を前記軸受によって支持される円筒状の外側スリーブと、該外側スリーブの径方向内側に設けられて前記回転軸が挿通される円筒状の内側スリーブと、前記外側スリーブと前記内側スリーブの一端とを接続しかつ径方向に弾性変形可能な接続部とを有し、該接続部は、前記内側スリーブとの接続端から前記外側スリーブとの接続端に向うにつれて肉厚が漸次増加しているスリーブの、回転軸に対する装着方法であって、前記スリーブは、前記回転軸に対して、前記接続部が抜き取り方向とは反対方向に位置する向きにして装着されていることを特徴とする。

このスリーブ装着方法では、スリーブは、接続部が抜き取り方向とは反対側に位置する向きにして回転軸に装着される。すなわち、このスリーブ装着方法では、回転軸が挿通される内側スリーブが、回転軸からの抜き取り方向に露出することになるので、回転軸と内側スリーブとの係合解除作業を容易に行うことができる。
例えば、回転軸と内側スリーブとを焼きばめによって係合させた場合には、内側スリーブのみを容易に加熱することができるので、焼き外し作業が容易である。

本発明にかかる軸受装置、圧縮機によれば、このスリーブを回転軸に装着しても、回転軸の重量増加による振動特性の低下が少なくなり、また回転軸の自動調心が行われるので、回転軸の支持を良好に行うことができる。

また、本発明にかかるスリーブ装着方法によれば、回転軸と内側スリーブとの係合解除作業を容易に行うことができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態に示す圧縮機１は、図１に示すように、ケーシング２と、ケーシング２内に設けられて図示せぬ駆動装置によって回転駆動される回転軸３と、回転軸３に対して同軸にしてかつ相対回転を規制して設けられる羽根車４とを有する遠心圧縮機である。
この圧縮機１は、駆動装置によって回転軸３を回転駆動して、羽根車４を回転させることで、ケーシング２に設けられた吸入部６から圧縮対象のガスを取り入れるとともに、このガスを圧縮して、ケーシング２に設けられた吐出部７から吐出するものである。
回転軸３は、羽根車４に設けられる挿通口４ａに挿通されて羽根車４に対して軸線回りの相対回転を規制した状態にして接続されている。そして、この回転軸３は、本発明にかかる軸受装置１１によって、軸線回りの回転を許容した状態で支持されている。

軸受装置１１は、図２及び図３に示すように、回転軸３とケーシング２との間に設けられて回転軸３を軸線回りに回転可能に支持する軸受１２と、回転軸３において軸受１２に受けられる領域の外周に装着される本発明にかかるスリーブ１３とを有している。

軸受１２は、ケーシング２に保持される円筒形状の軸受ハウジング１２ａと、軸受ハウジング１２ａ内に複数設けられてそれぞれスリーブ１３の外周面を受けるティルティングパッド１２ｂとを有している。
この軸受１２は、図示せぬ作動ガス供給源から軸受ハウジング１２ａ内に作動ガスを高圧で供給されることで、ティルティングパッド１２ｂとスリーブ１３の外周面との間に作動ガス層を形成し、ティルティングパッド１２ｂとスリーブ１３との間の摩擦抵抗を低減した状態でかつ軸線回りに回転可能にしてスリーブ１３を支持している。

スリーブ１３は、回転軸３に対して、例えば焼きばめによって装着されるものである。
このスリーブ１３は、図３に示すように、外周面を軸受１２によって支持される円筒状の外側スリーブ１６と、外側スリーブ１６の径方向内側に設けられて回転軸３が挿通される円筒状の内側スリーブ１７と、外側スリーブ１６と内側スリーブ１７の一端１７ａとを接続しかつ径方向に弾性変形可能な接続部１８とを有している。
外側スリーブ１６の外径は、軸受１２の軸受径に適合する寸法とされている。
内側スリーブ１７は、その外径が外側スリーブ１６の内径よりも小さい円筒状に形成されている。
また、接続部１８は、外側スリーブ１６との接続部位から内側スリーブ１７との接続部位に向かうにつれて縮径されるコーン状に形成されている。
これら外側スリーブ１６、内側スリーブ１７、及び接続部１８の肉厚は、回転軸３の支持に必要な強度を確保している範囲内で、極力薄く設定されている。

このスリーブ１３は、内側スリーブ１７に回転軸３が挿通されるものであって、軸受１２のティルティングパッド１２ｂによって外側スリーブ１６の外周面を支持されることで、回転軸３とともに軸線回りに回転可能とされる。
なお、回転軸３は、羽根車４の挿通口４ａに挿通される部分から少なくともその一端側では、挿通口４ａに挿通される部分の径以下の径とされており、これによって、羽根車４から回転軸３を抜き出すことができるようになっている。

このように構成される圧縮機１では、スリーブ１３は、ガス軸受１２による流体潤滑によって軸線回りの回転を許容されている。
このスリーブ１３は、内側スリーブ１７の一端が、弾性変形可能な接続部１８を介して外側スリーブ１６に接続されている。すなわち、このスリーブ１３では、内側スリーブ１７と外側スリーブ１６との間には空間が形成されているので、中実なスリーブに比べて重量が大幅に低減されている。
このようにスリーブ１３が軽量であるので、このスリーブ１３を回転軸３に装着しても、回転軸３の重量増加による振動特性の低下が少なくなり、回転軸３の支持を良好に行うことができる。

また、回転軸３が挿通される内側スリーブ１７は、その一端が、接続部１８を介して外側スリーブ１６に接続されていて、接続部１８が弾性変形することによって、外側スリーブ１６に対して径方向に相対的に変位可能とされている。
すなわち、このスリーブ１３は、内側スリーブ１７に挿通される回転軸３が回転駆動された場合に、回転軸３とともに回転して回転軸３を支持しつつ、その径方向への変位を許容するので、回転軸３の自動調心が行われる。

また、このスリーブ１３では、接続部１８がコーン状に形成されているので、弾性変形を可能にしながら、高い強度を持たせることができる。
これにより、回転軸３にねじれが加わっても、その力を接続部１８が変形しつつ受け止めるとともに、その復元力によって回転軸３を適正位置まで押し戻すので、回転軸の支持を良好に行うことができる。
また、スリーブ１３は、このように接続部１８の強度が高いので、信頼性及び耐久性が高い。

ここで、本実施の形態では、スリーブ１３は、回転軸３に対して焼きばめによって装着されている。具体的には、このスリーブ１３は、少なくとも内側スリーブ１７を加熱して内側スリーブ１７の内径を広げた状態で、内側スリーブ１７に回転軸３が挿通される。そして、内側スリーブ１７を冷却してその内径を縮ませることで、内側スリーブ１７を回転軸３に密着させて固定する。
また、このスリーブ１３を回転軸３から取り外す際には、再び少なくとも内側スリーブ１７を加熱して内側スリーブ１７の内径を広げた状態で、内側スリーブ１７を回転軸３から取り外す。
このように、このスリーブ１３は、回転軸３への着脱作業の際に、内側スリーブ１７だけを加熱すればよいので、焼きばめや焼き外しの際に肉厚なスリーブ全体を加熱しなくてはならない中実のスリーブに比べて、回転軸３に対する着脱作業が容易である。

また、この軸受装置１１では、スリーブ１３は、回転軸３に対して、接続部１８が抜き取り方向とは反対方向に位置する向きにして装着されている。すなわち、スリーブ１３は、回転軸１３に対して、羽根車４が位置する側に接続部１８が位置するようにして装着される。
このように、本実施の形態では、軸受装置１１では、回転軸３が挿通される内側スリーブ１７が、回転軸３からの抜き取り方向に露出しているので、回転軸３と内側スリーブ１７との係合解除作業を容易に行うことができる。
具体的には、スリーブ１７の加熱に、コイルを用いた誘導加熱を施す場合には、内側スリーブ１７の外周面に容易にコイルを巻きつけることができ、内側スリーブのみを容易に加熱することができるので、焼き外し作業が容易である。

本発明にかかる圧縮機の構成を示す縦断面図である。 図１の一部拡大図である。 図２の拡大図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ ケーシング
３ 回転軸
４ 羽根車
１１ 軸受装置
１２ 軸受
１３ スリーブ
１６ 外側スリーブ
１７ 内側スリーブ
１８ 接続部

Claims (6)

1. 軸受によって回転軸を軸線回りに回転可能にして支持する軸受装置であって、
   前記回転軸において前記軸受に受けられる部分には、
   支持される領域の外周にスリーブが装着され、
   該スリーブは、
   外周面を前記軸受によって支持される円筒状の外側スリーブと、
   該外側スリーブの径方向内側に設けられて前記回転軸が挿通される円筒状の内側スリーブと、
   前記外側スリーブと前記内側スリーブの一端とを接続しかつ径方向に弾性変形可能な接続部とを有しており、
   該接続部は、前記内側スリーブとの接続端から前記外側スリーブとの接続端に向うにつれて肉厚が漸次増加し、
   前記スリーブは、前記回転軸に対して、前記接続部が抜き取り方向とは反対方向に位置する向きにして装着されていることを特徴とする軸受装置。
2. 前記接続部が、前記外側スリーブとの接続部位から前記内側スリーブとの接続部位に向かうにつれて縮径されるコーン状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
3. 羽根車が装着された回転軸が、ケーシング内に軸受を介して軸線回りに回転可能にして設けられ、該回転軸を駆動装置によって回転駆動することで、前記羽根車を回転させて、前記ケーシング内に取り入れた気体を前記羽根車によって圧縮して送出する圧縮機であって、
   前記羽根車と前記駆動装置の出力軸とを接続する回転軸において前記軸受に受けられる部分には、支持される領域の外周にスリーブが装着され、
   該スリーブは、
   外周面を前記軸受によって支持される円筒状の外側スリーブと、
   該外側スリーブの径方向内側に設けられて前記回転軸が挿通される円筒状の内側スリーブと、
   前記外側スリーブと前記内側スリーブの一端とを接続しかつ径方向に弾性変形可能な接続部とを有しており、
   該接続部は、前記内側スリーブとの接続端から前記外側スリーブとの接続端に向うにつれて肉厚が漸次増加し、
   前記スリーブは、前記回転軸に対して、前記接続部が抜き取り方向とは反対方向に位置する向きにして装着されていることを特徴とする圧縮機。
4. 前記接続部が、前記外側スリーブとの接続部位から前記内側スリーブとの接続部位に向かうにつれて縮径されるコーン状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の圧縮機。
5. 外周面を前記軸受によって支持される円筒状の外側スリーブと、
   該外側スリーブの径方向内側に設けられて前記回転軸が挿通される円筒状の内側スリーブと、
   前記外側スリーブと前記内側スリーブの一端とを接続しかつ径方向に弾性変形可能な接続部とを有し、
   該接続部は、前記内側スリーブとの接続端から前記外側スリーブとの接続端に向うにつれて肉厚が漸次増加しているスリーブの、回転軸に対する装着方法であって、
   前記スリーブは、前記回転軸に対して、前記接続部が抜き取り方向とは反対方向に位置する向きにして装着されていることを特徴とするスリーブ装着方法。
6. 前記接続部が、前記外側スリーブとの接続部位から前記内側スリーブとの接続部位に向かうにつれて縮径されるコーン状に形成されていることを特徴とする請求項５記載のスリーブ装着方法。

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