JPH06100083B2

JPH06100083B2 - 遠心形圧縮機または遠心形タ−ビンのインペラの固定機構

Info

Publication number: JPH06100083B2
Application number: JP62012763A
Authority: JP
Inventors: 明躬土方; 良行田能; 晏行浜崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-01-22
Filing date: 1987-01-22
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS63183201A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、遠心形圧縮機または遠心形タービンのイン
ペラの固定機構に関するものである。

〔従来の技術〕

遠心形圧縮機或は遠心形タービンのインペラは、風の流
れが入口から出口に向って直角に曲げられるので、流れ
をスムーズにする必要から、通常軸を支持する軸受の外
側にオーバハングして取付けられる構造が採用される。
この代表的な構造が例えば文献石川島播磨技報（昭和61
年７月発行）第26巻第４号P265「高効率ボールベアリン
グターボチャージャの開発」Fig.2に示されている。こ
れは、内燃機関の排ガスエネルギーを回収して圧縮空気
を供給するターボチャージャの一例であり、タービンと
圧縮機の各インペラが２個の軸受で支持された軸の外側
に配置され、インペラ中心部を貫通する軸の端部でボル
ト締めでインペラが軸方向に固定される構造である。

その固定機構の詳細を第５図によって示す。第５図にお
いて、（１）は圧縮機またはタービンのインペラ、
（２）は駆動源あるいは負荷とつながる軸、（３）は軸
（２）を支持する軸受でボールベアリング、油潤滑スリ
ーブベアリングなどが適用される。（４）はインペラ
（１）の中心に設けられた貫通軸孔を貫通する貫通軸で
軸（２）と一体か或は機械的につながっている。（５）
は貫通軸（４）の端部に加工されたネジ、（６）はネジ
（５）に組み込まれたナットであり、これらはインペラ
（１）を軸（２）に締付け固定する目的で配置される。
（７）はインペラ（１）がナット（６）により締付けら
れたとき、軸（２）とインペラ（１）が軸方向で接触す
る接触面である。

次にこの様なインペラ固定機構の機能について説明す
る。遠心形圧縮機又は遠心形タービンは、軸（２）に発
生する伝達トルクをインペラ（１）に、或はインペラ
（１）に発生するトルクを軸（２）に伝えなければなら
ないが、これには軸（２）とインペラ（１）が回転方向
に相対ずれを生じない様、両者を機械的にしっかりと固
定する必要がある。また組立・分解の都合から、インペ
ラ（１）は軸（２）から取外しできる構造でなければな
らない。このため、第５図に示す構造のものにおいて
は、インペラ（１）を貫通軸（４）に対し挿入・引抜き
できるようにインペラ（１）の貫通軸孔の内径と貫通軸
（４）の外径が仕上げられ、組立てるときはインペラ
（１）を貫通軸（４）に挿入したあと、貫通軸（４）の
端部のネジ（５）のナット（６）をかけ、このナット
（６）を締付けることによりインペラ（１）を軸（２）
に固定する。このとき、ナット（６）の締付力により、
軸（２）とインペラ（１）の接触面（７）に面圧が発生
するが、この面圧に伴う摩擦力により、インペラ
（１）、軸（２）の間で相互にトルク伝達が可能にな
る。なお、インペラ（１）と貫通軸（４）との間にキー
を介在させてトルク伝達を行わせる方法もあるが、ター
ボチャージャなど高速で回転する機械に対しては、回転
体バランスの問題或はインペラ（１）の強度上の問題か
ら、キー方式は採用せず、第５図に示す構造を採用する
のが一般的である。

ところで、第５図に示す従来構造においては、回転中に
遠心力または熱伸びの影響でインペラ（１）の貫通軸孔
の内面と貫通軸（４）の外径との間のすき間が大きくな
って、軸（２）の中心とインペラ（１）の中心にずれを
生じ、その結果バランスがくずれ、軸（２）の振動が過
大になる可能性がある。このため、組立て時のインペラ
（１）−貫通軸（４）間のすき間は、できるだけ小さく
設定するか、或はインペラ（１）を貫通軸（４）に対し
焼バメ固定する方法が採用されている。しかしながら、
インペラ（１）と貫通軸（４）が類似材質の場合（正確
には、両者の材料の熱膨張係数が類似の場合）焼バメ構
造にすると、分解が困難になること、また仮に焼バメ構
造を採用できたとしても、回転時の遠心力及び熱による
インペラ（１）の内径の拡がり代が貫通軸（４）の外径
の拡大代よりもはるかに大きいため、回転中にどうして
も軸（２）とインペラ（１）の両者間のすき間ができて
インペラ（１）の位置が狂い、これが原因で往々にして
軸振動が増大することがあった。

なお、インペラ（１）の遠心力・熱による拡がりの力
は、接触面（７）における面圧による摩擦力に比しはる
かに大きいので、回転中に生ずる上記すき間の範囲内で
インペラ（１）の中心は、軸（２）の中心に対し容易に
相対ずれを起こす。

この様に、従来の構造では、回転中の軸振動を抑えるた
め、インペラ内径を焼バメにするのが望ましいが、焼バ
メ構造にすると、分解が困難になること、或は焼バメ構
造にしても回転中のすき間発生、軸振動増大は避けられ
ないなど、基本的に軸振動を抑えることができないとい
う問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消する目的でなされ
たもので、回転中においてもインペラと軸の各々の中心
のずれをなくし、軸振動を小さく抑えることのできる構
造を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る圧縮機、タービンのインペラの固定構造
は、インペラと軸との軸方向接触面に環状係合部を設
け、この環状係合部を、軸と同心でインペラ側に設けた
環状突起部または環状溝部と、この環状突起部または環
状溝部と互いに体合するように軸側に設けた環状溝部ま
たは環状突起部とで構成し、回転中にインペラの環状突
起部の外周面が軸の環状溝部の外周面により、あるいは
また、インペラの環状溝部の内周面が軸の環状突起部の
内周面により、半径方向に位置決めされることを特徴と
する。また、貫通軸とインペラの貫通軸孔との間に隙間
を設けたものである。

〔作用〕

この発明における圧縮機・タービンのインペラの固定構
造は、回転中に軸側の環状溝部の外周面または環状突起
部の内周面がインペラ側の環状突起部または環状溝部に
対して半径方向の位置ぎめとなり、回転中においてもイ
ンペラと軸の同心が確保され、ひいては回転中の軸振動
を小さく抑える効果が生みだされるものである。また、
貫通軸とインペラの貫通軸孔との間の隙間はインペラの
軸への組み付け及び分解を容易にする。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図、第２図について説
明する。第１図は静止時の状態を示す図、第２図は回転
中の状態を示す図であり、図において（１）〜（７）は
第５図に示すものと同一である。

まず静止時の第１図について説明する。図において、
（８）はインペラ（１）の軸（２）に対する面に設けら
れた環状突起部、また（９）は軸（２）のインペラ
（１）に対する面に設けられた環状溝部で、この環状突
起部（８）と環状溝部（９）の組合せで環状係合部（1
4）を構成する。そしてこの環状係合部（14）の外側の
軸端面にトルク伝達のための接触面（７）が構成され
る。環状係合部（14）は組立時、即ち静止時はインペラ
（１）の環状突起部（８）の内周面（10）と軸（２）の
環状溝部（９）の内周面（12）が、両者の半径方向位置
ぎめの基準面となるように、即ち組立時（静止時）に環
状突起部（８）の内周面（10）と環状溝部（９）の内周
面（12）は、互いのすき間が殆ど０（例えばミクロンオ
ーダ以下）か或は若干の締まりとなるように構成され
る。

また、軸（２）の環状溝部（９）の外周面（13）は、回
転中にインペラ（１）の環状突起部（８）の外周面（1
1）がフィットするように、即ち回転時は、環状溝部
（９）の外周面（13）と環状突起部（８）の外周面（1
1）が、インペラ（１）と軸（２）の半径方向位置ぎめ
の基準面となるよう構成される。

このため、静止時における環状溝部（９）の外周面（1
3）と環状突起部（８）の外周面（11）の間のすき間
は、回転中の遠心力或は熱伸びによるインペラ（１）の
環状突起部（８）の軸（２）に対する相対拡がり量以下
となるよう設定される。

即ちこの様な設定により、回転時にインペラ（１）の環
状突起部（８）の外周面（11）が、軸（２）の環状溝部
（９）の外周面（13）に対して、静止時の設定すき間値
以上に拡がるので、回転時にこの部分のすき間が詰ま
り、それによってインペラ（１）と軸（２）の位置ぎめ
がなされる。ここで、インペラ（１）の環状突起部
（８）の内周面（10）と外周面（11）、或は軸（２）の
環状溝部（９）の内周面（12）と外周面（13）は、それ
ぞれ同心性を保って面の仕上げがなされることが必要
で、これにより、回転時にインペラ（１）と軸（２）の
同心性が、静止時と同等に確保される。

第２図は、以上のような意図のもとに構成された環状係
合部（14）の回転時の位置関係を概念的に示すものであ
る。

この様なインペラ固定構造の機能、作用についてもう少
し詳しく記述する。第１図において、組立時に、まずイ
ンペラ（１）を貫通軸（４）に通す。この発明では、イ
ンペラ（１）の貫通軸孔の内径と貫通軸（４）外径は何
ら位置ぎめの役目を担わないので、焼バメ挿入する必要
はなく、両者間にすき間があって良い。このことは、従
来構成に比し、インペラ（１）の分解・組立がきわめて
容易になるという利点を生み出す。インペラ（１）を貫
通軸（４）に通したあと、ネジ部（５）にナット（６）
をかけ、インペラ（１）を軸方向に締め付ける。この締
付力により、インペラ（１）と軸（２）の軸方向接触面
（７）に面圧が発生し、それに伴う摩擦力によって、イ
ンペラ（１）、軸（２）の間で相互にトルク伝達が行わ
れるようになる。

第１図はこうしてインペラ（１）を締め付けたときの状
態を示し、このとき、インペラ（１）の環状突起部
（８）の内周面（10）と軸（２）の環状溝部（９）の内
周面（12）がフィットしており、この状態で回転体のバ
ランス（静つり合い及び動つり合い）の調整が行われ
る。次に回転がスタートすれば、インペラ（１）が遠心
力・熱の影響による半径方向伸びが、軸（２）の同伸び
に比し大きいため、環状突起部（８）の外周面（11）と
環状溝部（９）の外周面（13）のすき間が縮まり、やが
て回転上昇の途中ですき間０となり、この面でフィット
するようになる。このときの状態を示すのが第２図であ
る。環状突起部（８）の内周面（10）と外周面（11）、
また環状溝部（９）の内周面（12）と外周面（13）はそ
れぞれ同心性が確保されているので、回転時においても
インペラ（１）と軸（２）の同心性は失なわれることが
なく、したがって、回転時のバランスが確保され軸振動
を小さく抑えることができる。

このようにして、インペラ（１）と軸（２）の軸方向接
触面に環状係合部（14）を設けることにより、組立・分
解が容易で且つ回転中の軸振動を小さく抑え得る構造を
実現することができる。なお、静止時の環状係合部（1
4）における外周側のすき間は０でも良いが、その場合
回転時の環状係合部（14）まわりの応力が高くなるの
で、そうならない程度にすき間を設定するのが望まし
い。

また、上記実施例では、環状突起部（８）をインペラ
（１）側に、また環状溝部（９）を軸（２）側に配置し
た例を示したが、逆に環状突起部（８）を軸（２）側
に、環状溝部（９）をインペラ（１）側に配置しても良
く、上記実施例と同様の効果を奏する。この場合、静止
時は環状突起部（８）、環状溝部（９）の外周面側でフ
ィットを与え、回転時には環状突起部（８）、環状溝部
（９）の内周面側でフィットするように構成する必要が
あり、このときの、静止時、回転時の環状係合部（14）
の位置関係を第３図、第４図に示す。この場合の考え方
作用は第１図、第２図の例と同じである。

また、第１図〜第４図の実施例は、いずれも環状係合部
（14）の外周側において、インペラ（１）と軸（２）の
軸方向接触面（７）を構成する例を示したが、必ずしも
その位置で接触面を構成する必要はなく、環状係合部
（14）内において、或は環状係合部（14）の内周側で軸
方向接触面を構成しても良い。ただし、大きいトルク伝
達力を得る上からは、上記実施例のように環状係合部
（14）の外周側で軸方向接触面を構成した方が良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればインペラ側に設けた環
状突起部または環状溝部と、軸側に設けた環状溝部また
は環状突起部とからなる環状係合部を配置し、軸側の環
状溝部の外周面または環状突起部の内周面がインペラ側
の環状突起部または環状溝部に対して、半径方向の位置
決めとなるようにしたことにより相互の同心性を得る構
造としたので、貫通軸と貫通軸孔の間には隙間を設ける
ことができ、組立・分解が容易で且つ回転中の軸振動を
小さく抑え得るインペラの固定機構を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の一実施例によるインペラの
固定機構で、それぞれ静止時の状態、回転時の状態を示
す断面図、第３図、第４図はこの発明の他の実施例を示
すインペラの固定機構で、それぞれ静止時の状態、回転
時の状態を示す断面図、第５図は従来のインペラの固定
機構を示す断面図である。図において、（１）はインペラ、（２）は軸、（４）は
貫通軸、（７）は接触面、（８）は環状突起部、（９）
は環状溝部、（14）は環状係合部である。なお、図中同
一符号は同一、又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭57−101302（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−39701（ＪＰ，Ｕ) 特公昭31−9705（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貫通軸孔を有するインペラと、このインペ
ラと接する端面を有する軸と、前記軸と一体か或は機械
的につながって前記インペラの貫通軸孔を貫通しその端
部に前記インペラの締付機構を有する貫通軸とで構成さ
れる遠心形圧縮機または遠心形タービンのインペラの固
定機構であって、前記インペラと前記軸端面とが接する
部分に環状係合部を設けたものであり、この環状係合部
は前記軸の端面にこの軸と同心に設けた環状溝部と、こ
の軸端面に接する前記インペラの接触面に設けられて前
記環状溝部に係合し回転中にその外周面が前記環状溝部
の外周面によって半径方向の位置決めがなされるように
設けた環状突起部とから構成したものであることを特徴
とする遠心形圧縮機または遠心形タービンのインペラの
固定機構。
【請求項２】環状係合部は前記軸の端面にこの軸と同心
に設けた環状突起部と、この軸端面に接する前記インペ
ラの接触面に設けられて前記環状突起部に係合し回転中
にその内周面が前記環状突起部の内周面によって半径方
向の位置決めがなされるように設けた環状溝部とから構
成したものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の遠心形圧縮機または遠心形タービンのインペラ
の固定機構。
【請求項３】前記インペラと前記軸端面との接触は、前
記環状突起部または前記環状溝部の外側の前記軸端面で
行われるように構成されたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載の遠心形圧縮機または遠心
形タービンのインペラの固定機構。
【請求項４】前記貫通軸の外周面と前記インペラの貫通
軸孔の内周面との間に隙間を設けたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項または第２項記載の遠心形圧縮機ま
たは遠心形タービンのインペラの固定機構。