JPH0459491B2 - - Google Patents
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- JPH0459491B2 JPH0459491B2 JP57079220A JP7922082A JPH0459491B2 JP H0459491 B2 JPH0459491 B2 JP H0459491B2 JP 57079220 A JP57079220 A JP 57079220A JP 7922082 A JP7922082 A JP 7922082A JP H0459491 B2 JPH0459491 B2 JP H0459491B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
- F16D1/02—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for connecting two abutting shafts or the like
- F16D1/04—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for connecting two abutting shafts or the like with clamping hub; with hub and longitudinal key
- F16D1/05—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for connecting two abutting shafts or the like with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping due to axial loading of at least one pair of conical surfaces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/026—Shaft to shaft connections
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/40—Application in turbochargers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
本発明は、セラミツクス軸と金属軸との軸の継
手、主としてセラミツクスの高温回転軸と金属軸
との軸の継手の構造に関するものである。 ガスタービン、ターボエクスパンダ、各種プロ
セスコンプレツサ、高温フアン、ブロア、コンプ
レツサ等にセラミツクスを使用する場合、セラミ
ツクスの高温回転軸を金属軸に接続する必要があ
る。セラミツクスの高温回転軸を金属軸に接続す
るにはいくつかの問題がある。その一つはセラミ
ツクスと金属の線膨張係数が著しく異なることに
よるものである。代表的なセラミツクス及び鋼の
線膨張係数の一例を次に示す。 窒化けい素 0.33〜0.35×10-5／℃ 炭化けい素 0.42〜0.49×10-5／℃ オーステナイトステンレス鋼1.6〜1.7×10-5／℃ 従つて、セラミツクス軸と金属軸をそれぞれと
一体のフランジで、一般のフランジ継手の型式で
接合しようとしても、締付ボルトの熱膨張に対し
てセラミツクスフランジの熱膨張が追随しないの
で温度上昇により継手が緩んでしまう。また、セ
ラミツクスが圧縮強度は大であるが曲げ強度の著
しく小さいことも、セラミツクス軸と金属軸の接
合を難しくしている。即ち、継手構造において、
セラミツクス材に曲げモーメンを出来る丈生じな
いようにする必要があり、発生する曲げモーメン
トに対してセラミツクス材を更に大きくしなけれ
ばならない。このことは継手構成部材を大きくす
ることとなり、軸継手の温度が上昇する場合、熱
応力の発生の原因ともなり多くの問題を惹起す
る。 本発明の目的は、セラミツクス軸と金属軸との
軸継手において、セラミツクスと金属の線膨張係
数の差による温度変化の際の緩みや締め過ぎが発
生せず、セラミツクス軸に曲げ応力の発生による
破損の虞れのない軸継手を提供するにある。 本発明による軸継手は、セラミツクス軸と金属
軸をそれぞれ一体のフランジに接合する軸継手に
おいて、セラミツクスフランジの外側部分に円錐
面の肩部を設け、金属フランジの外周面におねじ
を螺刻し、両フランジの接合端面を円錐面とし、
該接合端面の間に、両側面が該接合端面に係合す
る円錐面をなし、線膨張係数が後記の袋ナツトよ
り大なる材質のデイスタンスピースを挟み、ユニ
オンナツト形の金属袋ナツトの袋部を前記セラミ
ツクスフランジの肩部に、該肩部との間に複数個
に分割された環状のスペーサを挟んで係合し、該
袋ナツトのめねじを金属フランジのおねじに螺合
し、両フランジを圧接せしめてなることを特徴と
する軸継手である。 本発明による軸継手の好ましい態様として、次
の(1)〜(8)の態様をあげることができる。 (1) 前記セラミツクス軸、デイスタンスピース及
び金属軸相互をスプライン又はキー結合として
ある。 (2) 前記金属フランジのおねじに前記袋ナツトと
共に該袋ナツトの緩み止めナツトを螺合してあ
る。 (3) 前記デイスタンスピース及びスペーサが、線
膨張係数が1.6×10-5／℃以上の金属材である。 (4) 前記袋ナツトの外周面が円筒形をなし、該袋
ナツトを円筒ハウジングにて囲繞し、該袋ナツ
トの外周面又は該円筒ハウジング内壁にラビリ
ンスが設けられ、該円筒ハウジングを貫通し
て、該袋ナツトと内筒ハウジングの間に冷却及
びシール用ガスを送入する如くしてある。 (5) 前項の如く、冷却及びシール用空気を送入す
る如くしてあると共に、前記袋ナツトの端部外
周又は緩み止めナツト外周に油切りを設けてあ
る。 (6) 前記金属軸より金属フランジ部及びデイスタ
ンスピース内を貫通して袋ナツトの袋部内に開
口する冷却ガス通路を設けてある。 (7) 前記セラミツクス及び金属フランジの接合端
面が、それぞれ中央部の突出及び凹陥、又は凹
陥及び突出する円錐面をなしている。 (8) 前記セラミツクス及び金属フランジの接合端
面が中央部の凹陥または突出する円錐面をなし
ている。 以下、本発明の軸継手を実施例の図面に基づい
て詳述する。第１図はガスタービンにセラミツク
ス材を使用し、圧縮機に金属を使用し、両者のセ
ラミツクス軸と金属軸を本発明の実施例の軸継手
を使用したターボチヤージヤの軸継手部の縦断面
図である。 １０はガスタービンで第１図にはその一部を示
してある。セラミツクス軸１２に一体に高温で作
動するセラミツクスの回転翼１１が取付けてあ
り、他端にフランジ１３を形成してある。２０は
空気の圧縮機でこれも第１図にはその一部を示し
てある。金属軸２２に一体に低い温度で作動する
回転翼２１が取付けてあり、他端にフランジ２３
を形成してある。セラミツクスフランジ１３と金
属フランジ２３はデイスタンスピース３１を挟ん
で圧接せしめてある。即ち、フランジ１３の端面
を中央部が突出する円錐面１５とし、フランジ２
３の端面を中央部が凹陥する円錐面２５とし、デ
イスタンスピース３１の両側面をこれに係合する
円錐面としてある。フランジ１３と２３の円錐面
の突出と凹陥を逆にしてもよい。また、第２図の
ようにフランジ１３と２３の双方を中央部が凹陥
する円錐面としてもよいし、特に図示していない
がフランジ１３と２３の双方を中央部が突出する
円錐面としてもよい。軸１２より軸２２へは、後
述の袋ナツト締付による摩擦力により充分トルク
を伝達することができるが、必要に応じて、軸１
２、デイスタンスピース３１、軸２２相互をスプ
ライン又はキー結合とする。この為には、例え
ば、軸１２、デイスタンスピース３１、軸２２の
各テーパ面にスプライン溝を設けるか軸心にスプ
ライン軸を嵌装する孔を穿設し、これにスプライ
ン軸を嵌装してもよい。 セラミツクスフランジ１３の端面は前述の如く
円錐面１３としてあるが、その反対側の外側部分
に円錐面の肩部１４が形成されている。また、金
属フランジ２３の外周面にはおねじ２４が螺刻さ
れている。フランジ１３と２３は、ユニオンナツ
ト形の金属袋ナツト３３の袋部３４をセラミツク
スフランジ１３の肩部１４に、肩部１４との間に
複数個に分割された環状のスペーサ３２を挟んで
係合し、袋ナツト３３のめねじ３５をフランジ２
３のおねじ２４に螺合することにより圧接され
る。即ち、金属フランジ２３のおねじに袋ナツト
３３のめねじ３５を先に螺入しておいて、フラン
ジ２３の端面２５（第２図では３５）にテイスタ
ンスピース３１、更にセラミツクスフランジ１３
を嵌合させる。袋ナツト３３を図面の左より挿入
するときは、先に後述の緩み止めナツト３６を螺
入しておく。セラミツクスフランジ１３を嵌合さ
せる為には、袋ナツト３３の袋部３４の開口をフ
ランジ１３の外径より大きくしておかなければな
らない。然る後、袋ナツト３３の開口部とセラミ
ツクス軸１２との間より、スペーサ３２を挿入す
る。スペーサ３２は複数個、一般に６〜10個、に
分割されているので、前記の間隙より肩部１４と
袋部３４の間に挿入することができる。然る後、
袋ナツト３３を締めつけて、両フランジ１３，２
３をデイスタンスピース３１を挟んだ状態で圧接
する。袋ナツト３３の緩み止めの為、袋ナツト３
３の外側を緩み止めナツト３６で締め付ける。こ
のようにして、軸１２と２２を接続する軸継手３
０が完成される。 デイスタンスピース３１には、袋ナツト３３よ
り線膨張係数の大なる材料が使用される。これに
より高温時の軸継手のゆるみをなくするか、又は
極めて小さくすることができる。袋ナツト３３は
金属フランジ２３と螺合せしめるので、金属フラ
ンジ２３と同一材料又は線膨張係数が殆んど同じ
材質の袋ナツト３３が使用される。しばしば遭遇
するケースとして、セラミツクス軸側が高温とな
つて軸継手の部分に大きい温度勾配が存在する場
合における各部材の熱膨張の関係を第４図に基づ
いて説明する。 この継手の温度が上昇した場合に袋ナツト３３
の軸方向の長たl3の伸びと、これに相当するフラ
ンジ１３とデイスタンスピース３１の軸方向の長
さl1とl2の伸びの合計が等しければ継手の緩みや
締り過ぎは起らない。 セラミツクスの線膨張係数は、前述の如く、例
えば、代表的な窒化けい素では0.33〜0.35×
10-5／℃、炭化けい素では0.42〜0.49×10-5／℃
である。金属軸及び袋ナツトの線膨張係数は、セ
ラミツクスの線膨張係数との差が出来る丈小さい
ことが望ましい。このような材料として、フエラ
イト系ステンレス鋼SUS430、マルテンサイト系
ステンレス鋼SUS410（いずれも線膨張係数概ね
1.2×10-5／℃）などがあげられる。デイスタン
スピース３１及びスペーサ３２としては、線膨張
係数が1.6×10-5／℃以上のオーステナイト系ス
テンレス鋼、ニツケルクロル鉄合金などが望まし
い。 第４図の軸継手の各部材の温度及び線膨張係数
を第１表の如く仮定する。この仮定温度分布は第
１図の如き冷却システムを用いることにより十分
実現される温度分布である。
手、主としてセラミツクスの高温回転軸と金属軸
との軸の継手の構造に関するものである。 ガスタービン、ターボエクスパンダ、各種プロ
セスコンプレツサ、高温フアン、ブロア、コンプ
レツサ等にセラミツクスを使用する場合、セラミ
ツクスの高温回転軸を金属軸に接続する必要があ
る。セラミツクスの高温回転軸を金属軸に接続す
るにはいくつかの問題がある。その一つはセラミ
ツクスと金属の線膨張係数が著しく異なることに
よるものである。代表的なセラミツクス及び鋼の
線膨張係数の一例を次に示す。 窒化けい素 0.33〜0.35×10-5／℃ 炭化けい素 0.42〜0.49×10-5／℃ オーステナイトステンレス鋼1.6〜1.7×10-5／℃ 従つて、セラミツクス軸と金属軸をそれぞれと
一体のフランジで、一般のフランジ継手の型式で
接合しようとしても、締付ボルトの熱膨張に対し
てセラミツクスフランジの熱膨張が追随しないの
で温度上昇により継手が緩んでしまう。また、セ
ラミツクスが圧縮強度は大であるが曲げ強度の著
しく小さいことも、セラミツクス軸と金属軸の接
合を難しくしている。即ち、継手構造において、
セラミツクス材に曲げモーメンを出来る丈生じな
いようにする必要があり、発生する曲げモーメン
トに対してセラミツクス材を更に大きくしなけれ
ばならない。このことは継手構成部材を大きくす
ることとなり、軸継手の温度が上昇する場合、熱
応力の発生の原因ともなり多くの問題を惹起す
る。 本発明の目的は、セラミツクス軸と金属軸との
軸継手において、セラミツクスと金属の線膨張係
数の差による温度変化の際の緩みや締め過ぎが発
生せず、セラミツクス軸に曲げ応力の発生による
破損の虞れのない軸継手を提供するにある。 本発明による軸継手は、セラミツクス軸と金属
軸をそれぞれ一体のフランジに接合する軸継手に
おいて、セラミツクスフランジの外側部分に円錐
面の肩部を設け、金属フランジの外周面におねじ
を螺刻し、両フランジの接合端面を円錐面とし、
該接合端面の間に、両側面が該接合端面に係合す
る円錐面をなし、線膨張係数が後記の袋ナツトよ
り大なる材質のデイスタンスピースを挟み、ユニ
オンナツト形の金属袋ナツトの袋部を前記セラミ
ツクスフランジの肩部に、該肩部との間に複数個
に分割された環状のスペーサを挟んで係合し、該
袋ナツトのめねじを金属フランジのおねじに螺合
し、両フランジを圧接せしめてなることを特徴と
する軸継手である。 本発明による軸継手の好ましい態様として、次
の(1)〜(8)の態様をあげることができる。 (1) 前記セラミツクス軸、デイスタンスピース及
び金属軸相互をスプライン又はキー結合として
ある。 (2) 前記金属フランジのおねじに前記袋ナツトと
共に該袋ナツトの緩み止めナツトを螺合してあ
る。 (3) 前記デイスタンスピース及びスペーサが、線
膨張係数が1.6×10-5／℃以上の金属材である。 (4) 前記袋ナツトの外周面が円筒形をなし、該袋
ナツトを円筒ハウジングにて囲繞し、該袋ナツ
トの外周面又は該円筒ハウジング内壁にラビリ
ンスが設けられ、該円筒ハウジングを貫通し
て、該袋ナツトと内筒ハウジングの間に冷却及
びシール用ガスを送入する如くしてある。 (5) 前項の如く、冷却及びシール用空気を送入す
る如くしてあると共に、前記袋ナツトの端部外
周又は緩み止めナツト外周に油切りを設けてあ
る。 (6) 前記金属軸より金属フランジ部及びデイスタ
ンスピース内を貫通して袋ナツトの袋部内に開
口する冷却ガス通路を設けてある。 (7) 前記セラミツクス及び金属フランジの接合端
面が、それぞれ中央部の突出及び凹陥、又は凹
陥及び突出する円錐面をなしている。 (8) 前記セラミツクス及び金属フランジの接合端
面が中央部の凹陥または突出する円錐面をなし
ている。 以下、本発明の軸継手を実施例の図面に基づい
て詳述する。第１図はガスタービンにセラミツク
ス材を使用し、圧縮機に金属を使用し、両者のセ
ラミツクス軸と金属軸を本発明の実施例の軸継手
を使用したターボチヤージヤの軸継手部の縦断面
図である。 １０はガスタービンで第１図にはその一部を示
してある。セラミツクス軸１２に一体に高温で作
動するセラミツクスの回転翼１１が取付けてあ
り、他端にフランジ１３を形成してある。２０は
空気の圧縮機でこれも第１図にはその一部を示し
てある。金属軸２２に一体に低い温度で作動する
回転翼２１が取付けてあり、他端にフランジ２３
を形成してある。セラミツクスフランジ１３と金
属フランジ２３はデイスタンスピース３１を挟ん
で圧接せしめてある。即ち、フランジ１３の端面
を中央部が突出する円錐面１５とし、フランジ２
３の端面を中央部が凹陥する円錐面２５とし、デ
イスタンスピース３１の両側面をこれに係合する
円錐面としてある。フランジ１３と２３の円錐面
の突出と凹陥を逆にしてもよい。また、第２図の
ようにフランジ１３と２３の双方を中央部が凹陥
する円錐面としてもよいし、特に図示していない
がフランジ１３と２３の双方を中央部が突出する
円錐面としてもよい。軸１２より軸２２へは、後
述の袋ナツト締付による摩擦力により充分トルク
を伝達することができるが、必要に応じて、軸１
２、デイスタンスピース３１、軸２２相互をスプ
ライン又はキー結合とする。この為には、例え
ば、軸１２、デイスタンスピース３１、軸２２の
各テーパ面にスプライン溝を設けるか軸心にスプ
ライン軸を嵌装する孔を穿設し、これにスプライ
ン軸を嵌装してもよい。 セラミツクスフランジ１３の端面は前述の如く
円錐面１３としてあるが、その反対側の外側部分
に円錐面の肩部１４が形成されている。また、金
属フランジ２３の外周面にはおねじ２４が螺刻さ
れている。フランジ１３と２３は、ユニオンナツ
ト形の金属袋ナツト３３の袋部３４をセラミツク
スフランジ１３の肩部１４に、肩部１４との間に
複数個に分割された環状のスペーサ３２を挟んで
係合し、袋ナツト３３のめねじ３５をフランジ２
３のおねじ２４に螺合することにより圧接され
る。即ち、金属フランジ２３のおねじに袋ナツト
３３のめねじ３５を先に螺入しておいて、フラン
ジ２３の端面２５（第２図では３５）にテイスタ
ンスピース３１、更にセラミツクスフランジ１３
を嵌合させる。袋ナツト３３を図面の左より挿入
するときは、先に後述の緩み止めナツト３６を螺
入しておく。セラミツクスフランジ１３を嵌合さ
せる為には、袋ナツト３３の袋部３４の開口をフ
ランジ１３の外径より大きくしておかなければな
らない。然る後、袋ナツト３３の開口部とセラミ
ツクス軸１２との間より、スペーサ３２を挿入す
る。スペーサ３２は複数個、一般に６〜10個、に
分割されているので、前記の間隙より肩部１４と
袋部３４の間に挿入することができる。然る後、
袋ナツト３３を締めつけて、両フランジ１３，２
３をデイスタンスピース３１を挟んだ状態で圧接
する。袋ナツト３３の緩み止めの為、袋ナツト３
３の外側を緩み止めナツト３６で締め付ける。こ
のようにして、軸１２と２２を接続する軸継手３
０が完成される。 デイスタンスピース３１には、袋ナツト３３よ
り線膨張係数の大なる材料が使用される。これに
より高温時の軸継手のゆるみをなくするか、又は
極めて小さくすることができる。袋ナツト３３は
金属フランジ２３と螺合せしめるので、金属フラ
ンジ２３と同一材料又は線膨張係数が殆んど同じ
材質の袋ナツト３３が使用される。しばしば遭遇
するケースとして、セラミツクス軸側が高温とな
つて軸継手の部分に大きい温度勾配が存在する場
合における各部材の熱膨張の関係を第４図に基づ
いて説明する。 この継手の温度が上昇した場合に袋ナツト３３
の軸方向の長たl3の伸びと、これに相当するフラ
ンジ１３とデイスタンスピース３１の軸方向の長
さl1とl2の伸びの合計が等しければ継手の緩みや
締り過ぎは起らない。 セラミツクスの線膨張係数は、前述の如く、例
えば、代表的な窒化けい素では0.33〜0.35×
10-5／℃、炭化けい素では0.42〜0.49×10-5／℃
である。金属軸及び袋ナツトの線膨張係数は、セ
ラミツクスの線膨張係数との差が出来る丈小さい
ことが望ましい。このような材料として、フエラ
イト系ステンレス鋼SUS430、マルテンサイト系
ステンレス鋼SUS410（いずれも線膨張係数概ね
1.2×10-5／℃）などがあげられる。デイスタン
スピース３１及びスペーサ３２としては、線膨張
係数が1.6×10-5／℃以上のオーステナイト系ス
テンレス鋼、ニツケルクロル鉄合金などが望まし
い。 第４図の軸継手の各部材の温度及び線膨張係数
を第１表の如く仮定する。この仮定温度分布は第
１図の如き冷却システムを用いることにより十分
実現される温度分布である。
【表】
各部材の近似計算としての半径方向の膨張によ
る軸方向の変位の影響とスペーサの熱膨張による
寄与を無視すれば、継手の温度上昇により緩みや
締り過ぎが起らない為には、前述の如くl3の伸び
がl1とl2の伸びの合計に等しいことが必要である
ので、始めに０℃において軸継手が締め付けられ
たとすると次式が近似的に成立する必要がある。 l3×350×1.2×10-5＝l1×800×0.4×10-5 ＋l2×500×2.0×10-5 またl3＝l1＋l2であるので、 350（l1＋l2）×1.2＝800l1×0.4＋500l2×2.0 従つて、l1＝5.8l2となる。 即ち、l1／l2の比が5.8になるようなデイスタン
スピースを挿入すればよいことになる。更に付言
するならば、デイスタンスピースの線膨張係数が
大ならばl2は短かくてよく、線膨張係数が小とな
るに従つて（勿論袋ナツトより大。）、l2を長くし
なければならない。 また、各部材の半径方向の膨張による軸方向の
変位への影響は、計算による説明を省略するが第
４図におけるフランジ１３及び２３の端面の円錐
面の傾斜θ1とθ2を概ね等しくすれば無視すること
ができる。 逆に、袋ナツト３３の温度上昇が著しく、袋ナ
ツト３３とセラミツクスフランジ１３との温度上
昇による伸びの差が大で、デイスタンスピース３
１の軸方向の長さを大にすることは色んな問題で
制約されるようなときは、第２図のように、両フ
ランジ１３，２３の端面を中央部が凹陥する円錐
面とし、デイスタンスピース３１の両側面を中央
部が突出する円錐面とするときは、デイスタンス
ピース３１の半径方向の膨張がセラミツクス側、
金属側の両面で、セラミツクス軸と金属軸を離す
方向に作用するので有利である。 次に、この軸継手３０における冷却及び油切り
手段について第１図及び第３図に基づいて説明す
る。軸継手３０に接続され一体となつたセラミツ
クス軸１２と金属軸２２は金属軸２２の個所で、
ベアリング４１により架構４０に支承される。ベ
アリング４１には潤滑油供給口４２より潤滑油が
供給され、潤滑油排出口４３より排出される。 袋ナツト３３の外周面を円筒形としておくと共
に、この回転する袋ナツト３３を僅かな間隙を保
つて囲繞する円筒ハウジング４４が架構４０を延
長させて設けられてある。円筒ハウジング４４の
内壁にはラビリンス４５が設けられてある。ラビ
リンス４５は袋ナツト３３側に設けてもよい。ま
た、円筒ハウジング４４には、円筒ハウジング４
４を貫通して円筒ハウジング４４と袋ナツト３３
の間の中間部に開口する冷却及びシール用ガス
（以下単にシールガスと云う。ターボチヤージヤ
の場合普通は圧縮空気が用いられている）送入孔
４６が設けられてある。更に袋ナツト３３の緩み
止めナツト３６側の端部又は緩み止めナツト３６
（実施例では袋ナツト３３の端部である。）に円周
方向の環状の油切り溝３７を設けてある。油切り
溝３７に対向する円筒ハウジング４４の内壁に円
周方向の環状溝４７が設けられ、環状溝４７の下
側には円筒ハウジング４４を貫通して外部に連通
する油及びシールガスの排出孔４８が設けてあ
る。 シールガス送入孔４６よりシールガスを送入す
ると、ガスはラビリンス４５に衝突し渦流を生じ
て袋ナツト３３を冷却し、自身の圧力を低下しな
がら、袋ナツト３３の前後方向にわかれて進む。
この間、袋ナツト３３を冷却すると共に、袋ナツ
ト３３と円筒ハウジング４４の間に油または燃焼
ガスの進入を阻止する。一方、ベアリング４１よ
り漏洩する油は油切り溝３７で停止せしめられ、
これより先に進出することはない。油切り溝３７
に浸入した油は遠心力により環状溝４７に吹付け
られ、環状溝４７中の油は下側に集まり、シール
ガスと共に排出孔４８より排出される。 シールガス送入孔４６の開口部より袋ナツト３
３の袋部３４側に進んだシールガスはガスタービ
ン１０の回転翼１１と円筒ハウジング４４の間隙
より排出され、ガスタービンよりの燃焼ガスの浸
入を阻止する。 ベアリング４１より圧縮機２０側に漏洩する潤
滑油は袋ナツト３３側と概ね同様な油切り溝、環
状溝及び排出孔により、ハウジングと圧縮機２０
の回転翼２１の間より送出されるシールガスと共
に排出される。 上述の冷却手段を使用するときは、セラミツク
ス軸側が相当な高温度に加熱されても、軸継手部
の金属は充分冷却されて、軸継手機能、ベアリン
グ機能等に支障をきたすことはないが、必要に応
じて、金属軸より金属フランジ部及びデイスタン
スピース内を貫通して袋ナツトの袋部内に開口す
る冷却ガス通路を設け、該通路に空気等冷却ガス
を通すことにより更に冷却することができる。こ
の冷却ガス通路はいずれの図面にも記載してない
が、第１図の軸受部附近を若干改変することによ
り簡単に設けることができ、且つ空気の導入は軸
の回転力または空気の圧力を利用して簡単な手段
で行なうことができる。 本発明による軸継手は以上の如く構成されるの
で、高温作動時にも十分な締付状態を確保するこ
とができ、緩みや締め過ぎが発生せず、セラミツ
クス軸に曲げ応力が発生し破損するような危険は
ない。また、軸芯が狂うことなく、セラミツクス
軸と金属軸との軸継手であるに拘らず、その径は
小さく、軸受部径も小さくすることができる。
る軸方向の変位の影響とスペーサの熱膨張による
寄与を無視すれば、継手の温度上昇により緩みや
締り過ぎが起らない為には、前述の如くl3の伸び
がl1とl2の伸びの合計に等しいことが必要である
ので、始めに０℃において軸継手が締め付けられ
たとすると次式が近似的に成立する必要がある。 l3×350×1.2×10-5＝l1×800×0.4×10-5 ＋l2×500×2.0×10-5 またl3＝l1＋l2であるので、 350（l1＋l2）×1.2＝800l1×0.4＋500l2×2.0 従つて、l1＝5.8l2となる。 即ち、l1／l2の比が5.8になるようなデイスタン
スピースを挿入すればよいことになる。更に付言
するならば、デイスタンスピースの線膨張係数が
大ならばl2は短かくてよく、線膨張係数が小とな
るに従つて（勿論袋ナツトより大。）、l2を長くし
なければならない。 また、各部材の半径方向の膨張による軸方向の
変位への影響は、計算による説明を省略するが第
４図におけるフランジ１３及び２３の端面の円錐
面の傾斜θ1とθ2を概ね等しくすれば無視すること
ができる。 逆に、袋ナツト３３の温度上昇が著しく、袋ナ
ツト３３とセラミツクスフランジ１３との温度上
昇による伸びの差が大で、デイスタンスピース３
１の軸方向の長さを大にすることは色んな問題で
制約されるようなときは、第２図のように、両フ
ランジ１３，２３の端面を中央部が凹陥する円錐
面とし、デイスタンスピース３１の両側面を中央
部が突出する円錐面とするときは、デイスタンス
ピース３１の半径方向の膨張がセラミツクス側、
金属側の両面で、セラミツクス軸と金属軸を離す
方向に作用するので有利である。 次に、この軸継手３０における冷却及び油切り
手段について第１図及び第３図に基づいて説明す
る。軸継手３０に接続され一体となつたセラミツ
クス軸１２と金属軸２２は金属軸２２の個所で、
ベアリング４１により架構４０に支承される。ベ
アリング４１には潤滑油供給口４２より潤滑油が
供給され、潤滑油排出口４３より排出される。 袋ナツト３３の外周面を円筒形としておくと共
に、この回転する袋ナツト３３を僅かな間隙を保
つて囲繞する円筒ハウジング４４が架構４０を延
長させて設けられてある。円筒ハウジング４４の
内壁にはラビリンス４５が設けられてある。ラビ
リンス４５は袋ナツト３３側に設けてもよい。ま
た、円筒ハウジング４４には、円筒ハウジング４
４を貫通して円筒ハウジング４４と袋ナツト３３
の間の中間部に開口する冷却及びシール用ガス
（以下単にシールガスと云う。ターボチヤージヤ
の場合普通は圧縮空気が用いられている）送入孔
４６が設けられてある。更に袋ナツト３３の緩み
止めナツト３６側の端部又は緩み止めナツト３６
（実施例では袋ナツト３３の端部である。）に円周
方向の環状の油切り溝３７を設けてある。油切り
溝３７に対向する円筒ハウジング４４の内壁に円
周方向の環状溝４７が設けられ、環状溝４７の下
側には円筒ハウジング４４を貫通して外部に連通
する油及びシールガスの排出孔４８が設けてあ
る。 シールガス送入孔４６よりシールガスを送入す
ると、ガスはラビリンス４５に衝突し渦流を生じ
て袋ナツト３３を冷却し、自身の圧力を低下しな
がら、袋ナツト３３の前後方向にわかれて進む。
この間、袋ナツト３３を冷却すると共に、袋ナツ
ト３３と円筒ハウジング４４の間に油または燃焼
ガスの進入を阻止する。一方、ベアリング４１よ
り漏洩する油は油切り溝３７で停止せしめられ、
これより先に進出することはない。油切り溝３７
に浸入した油は遠心力により環状溝４７に吹付け
られ、環状溝４７中の油は下側に集まり、シール
ガスと共に排出孔４８より排出される。 シールガス送入孔４６の開口部より袋ナツト３
３の袋部３４側に進んだシールガスはガスタービ
ン１０の回転翼１１と円筒ハウジング４４の間隙
より排出され、ガスタービンよりの燃焼ガスの浸
入を阻止する。 ベアリング４１より圧縮機２０側に漏洩する潤
滑油は袋ナツト３３側と概ね同様な油切り溝、環
状溝及び排出孔により、ハウジングと圧縮機２０
の回転翼２１の間より送出されるシールガスと共
に排出される。 上述の冷却手段を使用するときは、セラミツク
ス軸側が相当な高温度に加熱されても、軸継手部
の金属は充分冷却されて、軸継手機能、ベアリン
グ機能等に支障をきたすことはないが、必要に応
じて、金属軸より金属フランジ部及びデイスタン
スピース内を貫通して袋ナツトの袋部内に開口す
る冷却ガス通路を設け、該通路に空気等冷却ガス
を通すことにより更に冷却することができる。こ
の冷却ガス通路はいずれの図面にも記載してない
が、第１図の軸受部附近を若干改変することによ
り簡単に設けることができ、且つ空気の導入は軸
の回転力または空気の圧力を利用して簡単な手段
で行なうことができる。 本発明による軸継手は以上の如く構成されるの
で、高温作動時にも十分な締付状態を確保するこ
とができ、緩みや締め過ぎが発生せず、セラミツ
クス軸に曲げ応力が発生し破損するような危険は
ない。また、軸芯が狂うことなく、セラミツクス
軸と金属軸との軸継手であるに拘らず、その径は
小さく、軸受部径も小さくすることができる。
第１図は本発明の軸継手を使用したターボチヤ
ージヤの実施例の軸継手部の縦断面図、第２図は
本発明の軸継手の他の実施例の縦断面図、第３図
は第１図の軸継手の部分拡大縦断面図、第４図は
本発明の軸継手の基本の実施例の縦断面図であ
る。 １０……ガスタービン、１２……セラミツクス
軸、１３……セラミツクスフランジ、１４……肩
部、１５……端面、２０……圧縮機、２２……金
属軸、２３……金属フランジ、２４……おねじ、
２５……端面、３０……軸継手、３１……デイス
タンスピース、３２……スペーサ、３３……袋ナ
ツト、３４……袋部、３５……めねじ、３６……
緩み止めナツト、３７……油切り溝、４０……円
筒ハウジング、４１……ベアリング、４５……ラ
ビリンス、４６……シールガス送入孔、４７……
環状溝、４８……排出孔。
ージヤの実施例の軸継手部の縦断面図、第２図は
本発明の軸継手の他の実施例の縦断面図、第３図
は第１図の軸継手の部分拡大縦断面図、第４図は
本発明の軸継手の基本の実施例の縦断面図であ
る。 １０……ガスタービン、１２……セラミツクス
軸、１３……セラミツクスフランジ、１４……肩
部、１５……端面、２０……圧縮機、２２……金
属軸、２３……金属フランジ、２４……おねじ、
２５……端面、３０……軸継手、３１……デイス
タンスピース、３２……スペーサ、３３……袋ナ
ツト、３４……袋部、３５……めねじ、３６……
緩み止めナツト、３７……油切り溝、４０……円
筒ハウジング、４１……ベアリング、４５……ラ
ビリンス、４６……シールガス送入孔、４７……
環状溝、４８……排出孔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス軸と金属軸をそれぞれと一体の
フランジにて接合する軸継手において、セラミツ
クスフランジの外側部分に円錐面の肩部を設け、
金属フランジの外周面におねじを螺刻し、両フラ
ンジの接合端面を円錐面とし、該接合端面の間
に、両側面が該接合端面に係合する円錐面をな
し、線膨張係数が後記の袋ナツトより大なる材質
のデイスタンスピースを挟み、金属袋ナツトの袋
部を前記セラミツクスフランジの肩部に、該肩部
との間に複数個に分割された環状のスペーサーを
挟んで係合し、該袋ナツトのめねじを金属フラン
ジのおねじに螺合し、両フランジを圧接せしめて
なることを特徴とする軸の継手。 ２ 前記セラミツクス軸、デイスタンスピース及
び金属軸相互をスプライン又はキー結合としてあ
る特許請求の範囲第１項の軸の継手。 ３ 前記金属フランジのおねじに前記袋ナツト共
に、該袋ナツトの緩み止めナツトを螺合してある
特許請求の範囲第１項の軸の継手。 ４ 前記デイスタンスピース及びスペーサが、線
膨張係数が1.6×10-5／℃以上の金属材である特
許請求の範囲第１項の軸の継手。 ５ 前記セラミツクス及び金属フランジの接合端
面が、それぞれ中央部の突出及び凹陥、又は凹陥
及び突出する円錐面をなしている特許請求の範囲
第１項の軸の継手。 ６ 前記セラミツクス及び金属フランジの接合端
面が、中央部の凹陥または突出する円錐面をなし
ている特許請求の範囲第１項の軸の継手。 ７ セラミツクス軸と金属軸をそれぞれと一体の
フランジにて接合する軸継手において、セラミツ
クスフランジの外側部分に円錐面の肩部を設け、
金属フランジの外周面におねじを螺刻し、両フラ
ンジの接合端面を円錐面とし、該接合端面の間
に、両側面が該接合端面に係合する円錐面をな
し、線膨張係数が後記の袋ナツトより大なる材質
のデイスタンスピースを挟み、金属袋ナツトの袋
部を前記セラミツクスフランジの肩部に、該肩部
との間に複数個に分割された環状のスペーサーを
挟んで係合し、該袋ナツトのめねじを金属フラン
ジのおねじに螺合し、両フランジを圧接せしめて
あり、前記袋ナツトの外周面が円筒形をなし、該
袋ナツトを円筒ハウジングにて囲繞し、該袋ナツ
トの外周面又は該円筒ハウジング内壁にラビリン
スが設けられ、該円筒ハウジングを貫通して、該
袋ナツトと円筒ハウジングの間に冷却及びシール
用ガスを送入する如くしてあることを特徴とする
軸の継手。 ８ 前記袋ナツト端部外周又は緩み止めナツト外
周に油切りを設けてある特許請求の範囲第７項の
軸の継手。 ９ 前記金属軸より金属フランジ部及びデイスタ
ンスピース内を貫通して袋ナツトの袋部内に開口
する冷却ガス通路を設けてある特許請求の範囲第
７項又は第８項の軸の継手。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079220A JPS58196322A (ja) | 1982-05-13 | 1982-05-13 | 軸の継手 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079220A JPS58196322A (ja) | 1982-05-13 | 1982-05-13 | 軸の継手 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58196322A JPS58196322A (ja) | 1983-11-15 |
| JPH0459491B2 true JPH0459491B2 (ja) | 1992-09-22 |
Family
ID=13683830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57079220A Granted JPS58196322A (ja) | 1982-05-13 | 1982-05-13 | 軸の継手 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58196322A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022153751A1 (ja) | 2021-01-18 | 2022-07-21 | 東洋紡株式会社 | 加飾成形体およびその製造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1316004C (en) * | 1988-10-04 | 1993-04-13 | Ingersoll-Rand Company | Shaft coupling with alignment adjustment means |
| JP6017271B2 (ja) * | 2012-11-09 | 2016-10-26 | 株式会社Ｃｆｃデザイン | 軸部材の接続構造 |
| JP2014101969A (ja) * | 2012-11-21 | 2014-06-05 | Jtekt Corp | 自在継手のヨーク結合構造 |
| JP6113681B2 (ja) * | 2014-03-17 | 2017-04-12 | 本田技研工業株式会社 | 多板式摩擦クラッチ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5779221A (en) * | 1980-10-31 | 1982-05-18 | Yamaha Motor Co Ltd | Lubricating system for turbo-charger |
-
1982
- 1982-05-13 JP JP57079220A patent/JPS58196322A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5779221A (en) * | 1980-10-31 | 1982-05-18 | Yamaha Motor Co Ltd | Lubricating system for turbo-charger |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022153751A1 (ja) | 2021-01-18 | 2022-07-21 | 東洋紡株式会社 | 加飾成形体およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58196322A (ja) | 1983-11-15 |
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