JP5433789B2 - 軸ジャーナル上のベアリングを軸方向に位置決めする方法。 - Google Patents

Description

本発明は、軸ジャーナル上のベアリングを軸方向に位置決めする方法に関するものである。

特に、本発明は、連結可能な一組のベアリングを、ハウジングの一部を突き抜けて延伸する軸ジャーナル上で、軸方向に位置決めして固定することに関するものであり、ハウジングの該軸の軸方向の遊びを設定できるものである。

一組のベアリングにおいては、ベアリングのボールを通る中心軸線までの接触線が、両ベアリングにとって同じ向き（串型）であるか、発散する向き（「Ｏ」若しくは「＜＞」の形）であるか、又は収束する向き（「Ｘ」若しくは「＞＜」の形）であるかによって、一列に配列された２つのアンギュラ接触ベアリングがタンデム式に積み重なるか、又は「Ｏ」の形若しくは「Ｘ」の形になっているかのいずれかとなる。「Ｘ」及び「Ｏ」の両方の場合は、軸方向の負荷が両方向に吸収されるが、各ベアリングによる一方向のみである。

そのような一組の連結可能なベアリングによって、組み付け後に、一定の軸方向の長さ、すなわち組み付け後の一組のベアリングにおける軸方向の遊びの長さに亘って、軸が動くのを可能にする。そして、この軸方向の長さは、ハウジング内における該軸の最大遊び幅と最小遊び幅との差に等しい。

そのようなベアリングは、例えば、噛み合う２つのローター、すなわち雄ローターと雌ローターを備えたスクリュー式コンプレッサ要素に用いられている。各ローターは、コンプレッサ要素のハウジング内のベアリングによって支持される軸上に、螺旋状の本体を備えている。

各ローターは、軸ジャーナルを備えたハウジングの端壁に、ベアリングを介して取り付けられ、出口側の雄又は雌ローター軸は、連結された一組の、例えばＸ型のアンギュラ接触ベアリングによって支持される。

ローターの回転する本体とハウジングの端壁との間の遊びを正確に設定するための従来の方法は、一組のベアリングの外側レースをハウジングの肩部に押し付け、内側レースを、軸自身の肩部に押し付けて設けたスペーサーリングに、押し付けることによる。

スペーサーリング／中間リングの厚みは、前記の２つの肩部の間の軸方向の長さによって決定される。この軸方向の長さは、前期ローターの回転本体と前記ハウジングの端壁との間の軸方向の遊びをゼロにした状態で、言い換えれば、該ローター本体をハウジングに対して軸方向に押し付けた状態で、測定される。操作者は、中間リングのための最も適切な厚みを選択し、該中間リングと一組のベアリングを嵌める。

両ベアリングの内側レースと該スペーサーリングは、そのあと、前記軸の肩部と、該軸の端部にスクリューボルトによって締め付けられたディスクとの間で固締される。

そこで、該雄ローターへの圧力が取り除かれ、外側レースは、ボルトでハウジングに締付け固定されるシール付きのカバーで固締され、そのことによって、両ベアリングの外側レースを該ハウジングの肩部と該カバーとの間で固締する。

組み付け後においても、該軸は、依然として軸方向の一定の長さに亘って動き得る。組み付け後の一組のベアリングにおけるこの軸方向の長さ、すなわち軸方向の遊びは、次の事柄によるものである。

―組み付け前から存在していた、該一組のベアリングの軸方向の遊び；
―内側レースに覆われた軸の直径による、この組み付けに係わらない遊びの減少、及び仕上げ時における許容誤差の影響；
―外側レースのレベルでの該ハウジングの直径による、この組み付けに係わらない遊びの減少、及び仕上げ時における許容誤差の影響

前記回転ローター本体と前記ハウジングの端壁との間に結果的に生じる最大及び最小の軸方向の遊びは、

―スペーサーリングの厚みの選択；
―一組のベアリングにおける組付け後の軸方向の遊び

によって決定される。

前記ローター本体が回転している時に、前記ハウジングの端壁と接触して望ましくない摩擦やコンプレッサ要素の損傷を引き起こすことがないように、最小の軸方向の遊びは、一組のベアリングの組み付け後の軸方向の遊びよりも、常に大きくなるようにしなければならない。

この従来の方法の不利な点は、該遊びのバラツキが極めて大きく、結果として生じる遊びの調整について、この遊びは次の２つの重要な要因によって左右されることである。

―該スペーサーリングについての最適な厚みを選択する時、丸みを付けなければならないことがしばしばあり、この丸みを付ける作業は、コンプレッサ要素を調整する操作者に委ねられること。
―一組のベアリングにおける組付け後の軸方向の遊びが、それと協働するベアリングレース、軸、ハウジングのような部材の直径と仕上げ時の許容誤差によって左右されること。

本発明は、軸方向の遊びを再生可能な方法で調整することを可能にする方法を提供することによって、上記及び／又はそれ以外の一つ又はそれ以上の不利な点について解決策を与えることを目的とするものである。

この目的のため、本発明は、ハウジング内のローターの軸方向の遊びをスペーサーリングによって設定することによって、ローターの軸ジャーナル上のベアリングを軸方向に位置決めする方法において、その方法が次の段階、すなわち、
― ローター本体を一定の力で軸端の方向に押し続けることによって、該ハウジング内の該ローターの軸方向の遊びをゼロにし、
― 該第１ベアリングの外側レースが該ハウジング内の座面に押圧されるように、スペーサーリングと第１ベアリングを、締り嵌めによって、上記軸ジャーナルに固定し、該外側レースを、所望の軸方向の遊びに依存する距離に亘って、同ベアリングの内側レースに対して軸方向に移動させ、
― 上記座面にあって軸ジャーナルを覆う該第２ベアリングを押圧することによって、該第１ベアリングとスペーサーリングを動かすことなく、第２ベアリングの内側レースが該第１ベアリングの内側レースに当接するようにし、それによって、前記２つのベアリングの外側レースの間に間隙が残るようにし、
― 該ベアリングの内側レースを軸ジャーナル上で軸方向に固締し、
― 上記の力を取り除き、該ベアリングの外側レースをハウジング内に固締する、
段階を含むことを特徴とする方法を提供するものである。

本発明による方法の有利な点は、軸の遊びを正確にセットすることができ、従来の方法において用いられているような、ぐらつくスペーサーリングの選択された厚みによって左右されることが、無くなったことである。

該ベアリングの内側レースを固締するために、該第２ベアリングの内側レースに当接するようにして、該軸ジャーナルに設けた外側ねじ山に螺子留めされるナットを用いるのが望ましい。

前記外側レースを前記ハウジングの止め部に固締するために、第２ベアリングの外側レースに当接するようにして該ハウジングの座面に螺子留めされるカバーを用いるのが望ましい。

前記軸方向の遊びは、第１押圧部材の接触面の段差によって決定されるのが望ましい。

該スペーサーリングのローター本体側の面を軸方向に遮るものが何もないのが望ましい。すなわち、このスペーサーリングのその面は、止め部や鍔に寄りかかることはなく、軸方向に抗するものが何もないのが望ましい。

該スペーサーリングのローター本体側の面と、ローター本体とで、又はベアリングに潤滑油を供給するための前記軸の肩部とで、溝を画成するのが望ましい。

一つの望ましい実施例においては、段差のある押圧部材が、第１ボールベアリングの内側レースとの接触点と外側レースとの接触点との間の深さに相異があることを示していて、その深さの相異が、該ハウジング内の軸のために設定される望ましい大きさの遊びとして機能するものである。一方、段差のない押圧部材は、第２ボールベアリングの内側レースとの接触点と外側レースとの接触点との間の深さに相異がない。

該スペーサーリングは、該第２ボールベアリングを取り付けるために加えられる押圧力の影響を受けて動くことがないように、軸に十分堅固に固締しなければならない。

本発明によれば、組み付けられた状態で、しかも該軸上の該要素のエネルギー消費を最小にする最適値になるように、該遊びが設定されるものである。ここで、該軸上の要素は、コンプレッサ要素のスクリュー本体である場合だけでなく、その他の適用可能なものであって、「Ｘ」の形にアレンジされた連結アンギュラ接触ベアリングのような一組のベアリングによって軸方向の遊びが決定され、軸に設けることが可能なものの場合もある。

言うまでもなく、本発明による軸ジャーナル上のベアリングを軸方向に位置決めする方法は、回転軸に適用可能な多くのものに用いることが出来るのであって、コンプレッサ要素への適用はほんの一例に過ぎない。

現在の最高技術水準のスクリュー式コンプレッサ要素の断面図を模式的に示したものである。 図１においてＦ２によって示した部分をさらに詳細に示したものである。 図２で示した部分を、ハウジング内のローターの最小の軸方向の遊び（Ｓ１）の状態において示したものである。 図２で示した部分を、ハウジング内のローターの軸方向の遊びが最大（Ｓ２）の状態で示したものである。 本発明による方法の第１組み付け段階を示したものである。 本発明による方法の第２組み付け段階を示したものである。 図２と同様の断面図を示すものではあるが、本発明による方法を用いて組み付けられ、ハウジング内のシャフトの軸方向の遊びが最大（Ｓ２）の状態で示したものである。 図７と同様の断面図を示すものではあるが、ハウジング内のシャフトの軸方向の遊びが最小（Ｓ１）の状態で示したものである。

本発明の特徴をより良く説明するために、本発明による望ましい方法を、添付図面に言及しつつ以下のとおり詳説する。但し、それは一例として説明するものであって、いかなる限定をもする意図はない。

図１は、内部で、雄ローター３と、それに係合する雌ローター４が複数のベアリングによって支持されているハウジング２から成るスクリュー式コンプレッサ要素１の断面図を示している。該ハウジング２は、前記ローター３及び４を取り囲むケーシング５と、該ケーシング５を協働で封鎖する高圧側の端壁６と低圧側の端壁７から成る。

雄ローター３の両端部には、端壁７及び６内のベアリングによってそれぞれ支持された入口軸上の軸ジャーナル８と出口軸上の軸ジャーナル９を備えている。出口側ベアリング１０及び１１は共にアンギュラ接触ベアリングであり、これらは、結合した一組のベアリング１２を構成する。

図２は、前記ハウジング２内の軸ジャーナル９の複数のベアリングを、さらに詳細に示すものである。前記一組のベアリング１２は該ハウジング２に取り付けられた固定の外側レース１３ａ，ｂと、軸９と共に回転する内側レース１４ａ，１４ｂとを備えている。それらの回転する内側レース１４ａ，１４ｂは、そのコンプレッサ側１４ａがスペーサーリング１５と接し、外側１４ｂが、スクリューボルト１７によって軸ジャーナル９へと締め付けられる円盤状部材１６と接している。

前記の固定の外側レース１３ａ，ｂは、そのコンプレッサ側１３ａがハウジング２内のショルダー１８と接し、外側１３ｂが、複数のスクリューボルト２０によってハウジング２へと締め付けられ且つ密封（２１）されるカバー１９と接する。

図３は、図２の一組のベアリング１２を、軸ジャーナル９の遊びが最小Ｓ１の状態において示すものであり、ローター本体はハウジング２に隣接した位置にある。このことは、ベアリング１１を形成する複数のローラーが該内側レースと該外側レースに接することを意味する。

図４は、図２の一組のベアリング１２を、軸ジャーナル９の遊びが最大Ｓ２の状態において示すものであり、ローター本体はハウジング２から離れた位置にある。このことは、ベアリング１０を形成する複数のローラーが該内側レースと該外側レースに接することを意味する。

図５は、一組のベアリング１２についての本発明による第１組み付け段階を示すものであって、該一組のベアリングは、段差の付いた押圧部材２２とスペーサーリング２３によって軸ジャーナル９の周りで押圧され、第１出口側ベアリング１０は、回転する内側レース１４ａによって該軸ジャーナル９に載る。この組み付け段階は、全て、該ローター本体を該端壁６に押し付けることによって、該ローターとそのハウジング２との間の遊びが無いようにしながら、行われる。

図６は、一組のベアリング１２についての本発明による第２組み付け段階を示すものであって、第２出口側ベアリング１１は、段差のない第２押圧部材２４によって第１出口側ベアリング１０へと押圧され、その後、該第２出口側ベアリング１１は、該第１ベアリング１０の内側レース１４ａに接した内側レース１４ｂによって、該第１ベアリング１０に接した形で搭載される。

図７は、一組のベアリングについての本発明による第３組み付け段階を示すものであって、それによると、該第２押圧部材２４を取り去り、ナット２５を、該軸ジャーナル９の端部に設けた雄螺子のねじ山を用いて、該軸ジャーナル９に螺子留めし、この時軸方向の遊びが最大Ｓ２の状態にあり、さらに同じ状態で前記カバー１９を複数のねじボルト２０で固定する。

図８は、図７において軸方向の遊びが最小になった状態を示したものである。

本発明による、軸ジャーナル上のベアリングの軸方向の位置決めの方法は非常に簡単であり、以下に記載するとおりである。

本発明による方法は従来のものとは異なる。なぜならば、独立していて、ぐらぐらするスペーサーリング１５の代わりに、押圧される、より幅の広いスペーサーリング２３を用いていて、さらに、望ましくは、スクリューボルト１７を備えたディスク１６の代わりにナット２５を用い、該ナット２５は、外周ねじ山を備えた軸ジャーナル９に螺子留めされ、それによってベアリングレース及びスペーサーリングに掛かる力が制限され、それらのレースの動きを防ぐことになる。しかしながら、そこに掛かる力が依然として制限されたものである場合は、依然として従来のディスク１６とスクリューボルト１７を用いることが出来る。

本発明が従来の方法と異なる２つ目の違いは、組み付けるに当たって段差の付いた押圧部材２２が用いられ、それによって軸の軸方向の遊びが正確に調整されることであり、それは下記に詳述するとおりである。

先ず最初に、ローター本体をハウジング２に押圧し続けることによって軸の遊びをゼロにセットする。第１組み付け段階では、軸の周りでスペーサーリング２３と第１ボールベアリングとを押し付ける。ここで用いられる押圧部材２２は、ボールベアリング１０との接触面に段差が付いていて、第１ボールベアリング１０の外側レース１３ａとの接触点が幾分長くなっており、それによって内側レース１４ａとボールベアリング１０のボールの間に一定の遊びが生じる。このことは、軸ジャーナル９がこの間隔だけ軸方向に動くことが出来ることを意味する。

第２組付け段階においては、第２押圧部材２４によって第２ボールベアリング１１を第１ボールベアリング１０に慎重に押付ける。この時、第２押圧部材２４には段差はなく完全に平らなので、第２ボールベアリング１１と第１ボールベアリング１０の内側レース１４ａと１４ｂは互いに押圧しあうが、第２ボールベアリング１０及び１１の外側レース１３ａと１３ｂの間に依然として間隙が残っている。

ボールベアリング１１に嵌るための力に影響されてスペーサーリング２３が動くことがないように、スペーサーリング２３が選択される。

第３組み付け段階において、両ボールベアリング１０，１１の内側レース１４ａ，１４ｂはナット２５によって軸方向に固定される。そのようなナット２５を用いると、従来の方法による前記ディスク１６及びスクリューボルト１７よりも遥かに小さなトルクしか必要とせず、それにより該スペーサーリング２３の動きが抑えられる。

もし該トルクに制限があるならば、従来のディスク１６とスクリューボルト１７によって内側レースを固定することも依然として可能である。

第４組み付け段階において、雄ローター３に掛かる力が取り除かれる。そして、カバー１９をスクリューボルト２０に嵌め合わせて、２つのボールベアリング１０，１１の動かない外側レース１３ａ，ｂを固定する。ボールベアリング１０のレースとボールの間に最初に存在する遊びは、結果的に、ハウジング内のローター３の遊びＳ２となる。

この方法の有利な点は、前記遊びＳ２が前記第１押圧部材２２の段差によって設定されることである。この押圧部材２２はスペーサーリング２３の幅又はベアリング１０，１１の幅から独立したものとなっている。従って、操作者は、もはやスペーサーリング１５を選択する必要がないし、また丸みをつける必要もない。仕上げ誤差による該スペーサーリング２３の幅のばらつきは、軸ジャーナル９の全周に亘って設けられた溝２６によって吸収される。溝２６の許容誤差は十分に大きい。該遊びＳ２は組み付け状態においても調整される。

従来の方法では、スペーサーリング１５の厚みはベアリングが未だ嵌合していない時に選択されたので、ベアリングレース１３，１４のレベルにおける軸ジャーナル９の直径とハウジングの直径は、依然として、結果として生ずる遊びＳ２に影響を与えていた。本発明による新しい方法によれば、もはやそのようなことは起こらない。

この新しい方法の有利な点は、該遊びのばらつきがより小さくなるように、前記の遊びＳ２をもっと正確に調整できることである。このことによって、該遊びＳ２に直接関係するコンプレッサ要素１の性能のばらつきがより小さくなる。その新しい方法によって、該遊びＳ２を最適な値に設定することが出来、それによって該コンプレッサ要素１のエネルギー消費は最小になる。

本発明は、一例として明細書に記載し又は図面に示した方法に限定されるものでは決してなく、本発明による方法は、その発明の範囲の外に出ることなく、様々なやり方で実現することができる。

Claims (16)

1. ハウジング（２）内のローター（３）の軸方向の遊びをスペーサーリング（２３）によって調整することによって、ローター(３）の軸ジャーナル（９）上のベアリング（１０，１１）を軸方向に位置決めする方法において、その方法が次の段階、すなわち、
   ― ローター本体を一定の力で軸端（９）の方向に押し続けることによって、該ハウジング内の該ローター(３)の軸方向の遊びをゼロにし、
   ― 該第１ベアリング（１０）の外側レース（１３ａ）が該ハウジング（２）内の座面に押圧されるように、スペーサーリング（２３）と第１ベアリング（１０）を、締り嵌めによって上記軸ジャーナル（９）に固定し、該外側レース（１３ａ）を、所望の軸方向の遊び（Ｓ２）に依存する距離に亘って、同ベアリング（１０）の内側レース（１４ａ）に対して軸方向に移動させ、
   ― 上記座面にあって軸ジャーナル（９）を覆う該第２ベアリング（１１）を押圧することによって、該第１ベアリング（１０）とスペーサーリング（２３）を動かすことなく、第２ベアリング（１１）の内側レース（１４ｂ）が該第１ベアリング（１０）の内側レース（１４ａ）に当接するようにし、それによって、前記２つのベアリング（１０と１１）の外側レース（１３ａ，１３ｂ）の間に間隙が残るようにし、
   ― 該ベアリング(１０及び１１)の内側レース（１４ａ，１４）を軸ジャーナル（９）上に軸方向に固締し、
   ― 上記の力を取り除き、該ベアリング（１０，１１）の外側レース（１３ａ，１３）をハウジング（２）内に固締する、
   段階を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ベアリング（１０，１１）の内側レース（１４ａ，１４ｂ）を固締するためにナット（２５）を用い、該ナットは、該第２ベアリングの内側レース（１４ｂ）に当接するようにして、該軸端（９）に設けた外側ねじ山に螺子留めされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 該外側レース（１３ａ，１３ｂ）を該ハウジング（２）の止め部（１８）に押し付けて固定するためにカバー（１９）を用い、該カバーが、第２アンギュラ接触ベアリング（１１）の外側レース（１３ｂ）に当接するようにして、該ハウジングの座面に螺子留めされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 軸方向の遊び（Ｓ２）が第１押圧部材（２２）の当接面の段差によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 該スペーサーリング（２３）のローター本体側の面を軸方向に遮るものが何もないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 該スペーサーリング（２３）のローター本体側の面と、ローター本体とで、又はベアリング（１０，１１）に潤滑油を供給するための前記軸の肩部とで、溝（２６）を画成することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 段差のない押圧部材（２４）が、内側レース（１４ｂ）との当接点と、該第２ボールベアリング（１１）の外側レース（１３ｂ）との当接点との間で、深さに差異がないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 第２ベアリング（１１）を嵌めるために加えられる力が、スペーサーリング（２３）と軸ジャーナル（９）上の第１ベアリング（１０）の内側レース（１４ａ）を動かすのに必要な力よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 組み付けられた状態で遊びＳ２が設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 軸方向の遊びＳ２が最適値に設定され、それにより、前記コンプレッサ要素（１）のエネルギー消費が最小になることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記ローター（３）がスクリュー式コンプレッサ要素のローターであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記の連結したベアリング（１０，１１）がアンギュラ接触ベアリングであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記の連結したアンギュラ接触ベアリングがＸの字の形状で構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. ローター本体と、内側レース（１４ａ，１４ｂ）と外側レース（１３ａ，１３ｂ）とそれら両者の間のローラー部材とを備えた一組（１２）の連結されたベアリング（１０，１１）によってハウジング（２）内で支持された軸ジャーナル（９）を有するローター軸と、から成るローター（３）を備え、該外側レース（１３ａ，１３ｂ）は該ハウジング内の座面に固締され、該内側レース（１４ａ，１４ｂ）が該軸上のスペーサーリング（２３）と固締手段との間の該ローター軸に固締されている装置において、スペーサーリング（２３）を締り嵌めによって該軸に固定し、該スペーサーリング（２３）のローター本体側の面を軸方向に拘束するものが何もないことを特徴とする装置。
15. 前記ベアリング（１０，１１）がアンギュラ接触ベアリングであることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 上記の固締手段が、該軸ジャーナル（９）の外周ねじ山に堅固に螺子留めされるナット（２５）によって形成されることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の装置。

Images