WO2015111355A1

WO2015111355A1 - ターボ圧縮機

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Publication number: WO2015111355A1
Application number: PCT/JP2014/084274
Authority: WO
Inventors: 亮楳山; 中根　芳之; 雅直鏡味; 了介福山
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2015-07-30
Also published as: JP2015140682A

Abstract

　ターボ圧縮機は、低速シャフトを回転させるモータと、低速シャフトの回転を増速し高速シャフトに伝達する増速機構と、高速シャフトに連結される圧縮機構とを含む。増速機構は、リング部材と複数の中間ローラとを含んでいる。高速シャフトは一対の鍔部を有している。一対の鍔部間に複数の中間ローラが配置されている。ハウジングにはハウジング内通路が形成されている。少なくとも１つの中間ローラには、軸内通路と、少なくとも２本のローラ内通路とが形成されている。軸内通路は、ハウジング内通路に連通している。ローラ内通路の各々は軸内通路と連通しており、潤滑油はローラ内通路の各々を通って鍔部に供給される。

Description

ターボ圧縮機

　この発明は、ターボ圧縮機に関する。

　例えば、特許文献１では、摩擦ローラ式変速機及び高速流体装置が開示されている。この装置では、第１ハウジングに低速シャフトが回転自在に支持され、第１ハウジング内の低速シャフトの端部には、低速リングとしての外輪が取り付けられている。第２ハウジングには、高速シャフトが低速シャフト及び外輪に対して偏心して回転自在に設けられ、外輪と高速シャフトとの間には、ガイドローラと可動ローラとが介装されている。ガイドローラ及び可動ローラは、支持軸を介して回転可能に支持されている。第２ハウジング内には、トラクション油（潤滑油）を供給する案内路が設けられ、支持軸には軸方向案内路及び径方向案内路が形成されている。また、ガイドローラ及び可動ローラには、複数個の径方向案内路が形成されている。上記各案内路を経由して高速シャフトと各ローラとの接触部及び、低速シャフトと各ローラとの接触部にトラクション油を供給することにより、接触部を充分に強制潤滑することが可能である。

特開２００５－１４０３０７号公報

　上記高速流体装置においては、高速シャフトは、第２ハウジングに２個の転がり玉軸受により回転自在に支持されていると共に、メカニカルシールによりシールされている。しかし、２個の転がり玉軸受を設けることにより、装置が大型化する問題がある。この問題に対処するために、２個の転がり玉軸受を廃止してメカニカルシールのみを設けた構成が提案されている。そこで、軸受を廃止してメカニカルシールのみを設けた高速流体装置に特許文献１にて開示された潤滑油の潤滑機構を適用した場合を考える。

　例えば、図１０に示す高速流体装置８０では、第２ハウジング８２に設けられた高速シャフト８１を支持する軸受が廃止され、メカニカルシール８３のみが設けられている。高速シャフト８１には、軸方向の移動を規制するための２つの鍔部８１Ａ、８１Ｂを設け、２つの鍔部８１Ａ、８１Ｂ間に各ローラ（ガイドローラ８４及び可動ローラ）を配置する。第１ハウジング８５には、低速シャフト８６が回転自在に支持されており、第１ハウジング８５内の低速シャフト８６の端部には、外輪８７が取り付けられている。高速シャフト８１と各ローラとの間には接触部（トラクション部）が形成され、外輪８７と各ローラとの間には接触部（トラクション部）が形成されている。第２ハウジング８２の内部には、径方向に延在し給油口と連通する案内路８８が設けられている。また、ガイドローラ８４の支持軸８９には、軸方向に延設された軸方向案内路８９Ａと、軸方向案内路８９Ａと連通された径方向案内路８９Ｂとが形成されている。さらに、ガイドローラ８４及び可動ローラには、径方向に連通された複数個の径方向案内路８４Ａが形成されている。なお、図１０では、２つのガイドローラのうち一方のガイドローラ８４内に形成される各案内路を示している。

　ところで、高速流体装置８０においては、インペラー９０を備えた圧縮機構の流量及び圧力変動により、高速シャフト８１は軸方向への押圧力（スラスト荷重）を受ける。この押圧力には、低速シャフト８６に向う方向の押圧力Ｆ１と、インペラー９０に向う方向の押圧力Ｆ２の２種類がある。この互いに反対方向に作用する２種類の押圧力Ｆ１、Ｆ２により、２つの鍔部８１Ａ、８１Ｂと各ローラとの接触部に摩耗が発生する恐れがある。摩耗が発生すると軸方向に高速シャフト８１のがたつきが発生し、圧縮機構の性能低下を招く恐れがある。この摩耗を防止するためには、２つの鍔部８１Ａ、８１Ｂと各ローラとの接触部に潤滑油を供給する必要がある。潤滑油は、案内路８８、軸方向案内路８９Ａ、径方向案内路８９Ｂ及び径方向案内路８４Ａを経由して高速シャフト８１と各ローラとの接触部（トラクション部）、並びに、外輪８７と各ローラとの接触部（トラクション部）に供給されるので、トラクション部を充分に強制潤滑することは可能である。しかし、２つの鍔部８１Ａ、８１Ｂと各ローラとの接触部には潤滑油が充分には行き渡らず、摩耗を発生する恐れがある。２つの鍔部８１Ａ、８１Ｂと各ローラとの接触部に潤滑油を充分に行き渡らせるためには、大量の潤滑油が必要となる。また、大量の潤滑油が装置内に滞留することにより、各回転部品による攪拌抵抗が増加し効率の悪化を招く。

　本発明の目的は、必要最小限の潤滑油を供給することにより、ローラと鍔部との間の摩耗を抑制することが可能なターボ圧縮機を提供することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様にかかるターボ圧縮機は、ハウジングに回転可能に支持された低速シャフトを回転させるモータと、前記低速シャフトに連結されると共に、前記低速シャフトの回転を増速し、増速された回転を前記ハウジングに回転可能に支持された高速シャフトに伝達する増速機構と、前記高速シャフトに連結される圧縮機構と、を含む。前記増速機構は、前記低速シャフトの一方の端部に設けられたリング部材と、前記リング部材と前記高速シャフトとの間に配置された複数の中間ローラと、前記中間ローラに形成され、前記ハウジングと前記ハウジングに固定された支柱部材との間に回転可能に支持された支持軸と、を含んでいる。前記高速シャフトは、前記高速シャフトに加えられるスラスト荷重を受け止める一対の鍔部を有している。前記一対の鍔部間に前記複数の中間ローラが配置されている。前記ハウジングには外部から潤滑油を供給するハウジング内通路が形成されている。少なくとも１つの前記複数の中間ローラには、軸内通路と、少なくとも２本のローラ内通路とが形成されている。前記軸内通路は、前記ハウジング内通路に連通している。前記ローラ内通路の各々は前記軸内通路と連通しており、前記潤滑油は前記ローラ内通路の各々を通って前記鍔部に供給される。

　上記構成によれば、ハウジングに形成されたハウジング内通路、少なくとも１つの中間ローラ内に形成された軸内通路及び、少なくとも２本のローラ内通路を介して一対の鍔部と少なくとも１つの中間ローラの両端部との間に潤滑油を供給することが可能なので、必要最小限の潤滑油を供給することにより、中間ローラと鍔部間の摩耗を抑制することが可能である。

　好ましくは、前記ローラ内通路の各々は、前記軸内通路と前記中間ローラの外周側の角部に形成されるエッジ部とを連通する。
　上記構成によれば、ハウジング内通路を通して供給された潤滑油は、軸内通路及び少なくとも２本のローラ内通路を介して中間ローラの外周側の角部に形成されるエッジ部に供給されるので、一対の鍔部と中間ローラの両端部との間に直接潤滑油を供給することができる。

　好ましくは、前記ローラ内通路の各々は、前記軸内通路の同一箇所に連通している。前記ローラ内通路の各々は、前記軸内通路と前記エッジ部とを直線状に連通するように前記中間ローラに形成されている。

　上記構成によれば、ローラ内通路は斜めに形成（軸方向に対して傾斜して形成）されることとなり、高速シャフトと中間ローラとの接触面積を減らすことなく鍔部と中間ローラの端部との間に潤滑油を供給することができる。また、ローラ内通路が軸内通路の同一箇所に連通しておらず異なる２箇所で軸内通路に連通する場合には、先に潤滑油が供給されるローラ内通路（圧縮機構寄りのローラ内通路）に多くの潤滑油が供給されてしまい、潤滑油を均一に供給することができなくなる。しかし、ローラ内通路が軸内通路の同一箇所に連通しており、且つ、ローラ内通路の通路断面積が同一の場合には、潤滑油を均一に供給することが可能となる。

　好ましくは、前記一対の鍔部は互いに径方向の大きさが異なる。
　上記構成によれば、一対の鍔部のうち、より大きなスラスト荷重が加わる方の鍔部の径を大きくして面圧を下げることが可能となる。例えば、ターボ圧縮機が遠心圧縮機の場合には、低速シャフト寄りの鍔部により大きなスラスト荷重が加わるので、低速シャフト寄りの鍔部の径を大きくすればよい。

　好ましくは、前記一対の鍔部のうち、大きい方の鍔部に連通する前記ローラ内通路の通路断面積は、小さい方の鍔部に連通する前記ローラ内通路の通路断面積よりも大きい。
　上記構成によれば、遠心圧縮機の場合には、より大きなスラスト荷重が加わる低速シャフト寄りの大きい方の鍔部に多くの潤滑油を供給することができ、最低限の潤滑油で中間ローラと鍔部との間の摩耗を抑制することが可能となる。

　好ましくは、前記ハウジングには、前記中間ローラの支持軸を支持する軸受を収容する軸受収容部が設けられる。前記軸受収容部は、前記軸受の外輪を保持する大径部と、前記大径部より小さな径を有する小径部とを有している。該小径部は前記ハウジング内通路と連通している。前記小径部と前記大径部との間の段差部に面取りが設けられている。前記小径部を介して前記ハウジング内通路と前記軸内通路とが連通する。

　上記構成によれば、小径部を介してハウジング内通路と軸内通路とが連通しているので、ハウジング内通路から供給された潤滑油は、小径部に貯留された後、軸内通路に供給することが可能である。また、小径部と大径部との段差部に面取りが設けられているので、小径部に貯留された潤滑油の一部は、面取りを通って軸受内に供給され軸受の潤滑を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る増速機を備えた遠心圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。図１における２－２線に沿った断面図である。図１における要部拡大図である。第１の実施形態に係る作用説明用の模式図である。第１の実施形態に係る作用説明用の模式図である。変形例における断面図である。変形例における断面図である。変形例における断面図である。変形例における断面図である。本願の課題を説明するための断面図である。

　（第１の実施形態）
　以下、第１の実施形態に係るターボ圧縮機としての遠心圧縮機を図１～図５に基づいて説明する。

　図１に示す遠心圧縮機１０は、入力軸の回転を増速機構により増速して出力軸に伝えるものであり、入力軸を駆動する電動モータ１１と、入力軸の回転を増速して出力軸に伝える増速機構１２と、出力軸に設けられたインペラーの回転により流体の圧縮を行う圧縮機構１３とを備えている。

　電動モータ１１は、一方の端部（図１の増速機構１２に対向する端部）が開口するモータハウジング１４と、モータハウジング１４の一方の端部を閉塞する第１ハウジング１５とを備えている。モータハウジング１４内には、入力軸としての低速シャフト１６が収容されている。低速シャフト１６の一方の端部は、第１ハウジング１５に固定された軸受１８によって支持され、低速シャフト１６の他方の端部は、モータハウジング１４に固定された軸受１７によって支持されており、回転自在となっている。モータハウジング１４の内周面にはステータ１９が固定され、ステータ１９には図示しない駆動回路から三相交流が供給される。ステータ１９の内側にはロータ２０が設けられ、ロータ２０は低速シャフト１６に固定されている。ロータ２０は、ステータ１９に供給される電流によって回転駆動される。電動モータ１１は、低速シャフト１６、ステータ１９及びロータ２０によって主に構成されている。

　増速機構１２は、一方の端部（図１の圧縮機構１３に対向する端部）が開口し電動モータ１１に連結された第１ハウジング１５と、第１ハウジング１５の一方の端部を閉塞する第２ハウジング２１とを備えている。第１ハウジング１５と第２ハウジング２１とによって囲まれて密閉空間２２が形成されている。

　密閉空間２２内における低速シャフト１６の一方の端部には、円盤状の連結部材２３が低速シャフト１６の軸心Ｐと同心となるように設けられている。連結部材２３の外縁部には環状のリング部材２４が取り付けられている。第１ハウジング１５には、低速シャフト１６の周囲を封止するシール部材２５が装着されている。

　第２ハウジング２１には、高速シャフト２６が回転可能に支持されている。低速シャフト１６及びリング部材２４の軸心Ｐに対して高速シャフト２６の軸心Ｑが偏心している。高速シャフト２６には、一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂが設けられている。鍔部２６Ａは、鍔部２６Ｂに対して高速シャフト２６における第２ハウジング２１寄りの部位に設けられ、鍔部２６Ｂは、鍔部２６Ａに対して高速シャフト２６における第１ハウジング１５寄りの部位に設けられている。一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂ間に中間ローラとしての固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０が配置されている。第２ハウジング２１には、高速シャフト２６の周囲を封止するシール部材２７が装着されている。

　図２に示すように、密閉空間２２内におけるリング部材２４と高速シャフト２６との径方向の間には、２個の固定ローラ２８、２９と１個の可動ローラ３０とが接触配置されている。固定ローラ２８、２９は配置位置が固定されたローラであり、固定ローラ２８は固定ローラ２９より大径である。可動ローラ３０は、固定ローラ２９と同等の径を有し、伝達トルクの大きさに応じて移動可能に配置されている。なお、固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０が複数の中間ローラに相当する。

　固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０は、リング部材２４の内周面にそれぞれ接触すると共に、高速シャフト２６の外周面にそれぞれ接触するよう配置されている。リング部材２４の回転は、固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０を介して高速シャフト２６に伝達され、高速シャフト２６を高速回転させることが可能である。

　図１及び図２に示すように、リング部材２４と連結部材２３と第２ハウジング２１とに囲まれた空間には、支柱部材３１が配置されている。支柱部材３１は、固定ローラ２８、２９と可動ローラ３０との間にそれぞれ配置され、軸方向に延設された３個の支柱部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと、支柱部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの他方の端部を連結する連結部３１Ｄとを備えている。

　支柱部３１Ａは、円周方向における固定ローラ２８と固定ローラ２９との間に配置され、固定ローラ２８及び固定ローラ２９の外周面に沿って延びる対向面と、リング部材２４の内周面に沿って延びる対向面とを備えている。支柱部３１Ｂは、円周方向における固定ローラ２９と可動ローラ３０との間に配置され、固定ローラ２９及び可動ローラ３０の外周面に沿って延びる対向面と、リング部材２４の内周面に沿って延びる対向面とを備えている。支柱部３１Ｃは、円周方向における可動ローラ３０と固定ローラ２８との間に配置され、可動ローラ３０及び固定ローラ２８の外周面に沿って延びる対向面と、リング部材２４の内周面に沿って延びる対向面とを備えている。

　支柱部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの各々は、第２ハウジング２１にボルト３２により固定されている。連結部３１Ｄは、高速シャフト２６の軸方向において固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０と連結部材２３との間に配置されている。

　図２及び図３に示すように、固定ローラ２８は、円柱のローラ部２８Ｂと、それぞれローラ部２８Ｂの両端面の中心に位置するとともに両端面から突出する一対の支軸部２８Ａとを備えている。一対の支軸部２８Ａは互いに同軸であって、ローラ部２８Ｂと一体形成されている。一対の支軸部２８Ａが支持軸に相当する。

　第２ハウジング２１には、固定ローラ２８の一方の支軸部２８Ａを回転可能に支持する軸受３３を収容する軸受収容部３９が設けられている。軸受収容部３９は、段差付き有底丸孔で形成され、軸受３３の外輪３３Ａを保持する大径部３９Ａと、大径部３９Ａより小さな径を有する小径部３９Ｂとを備えている。小径部３９Ｂと大径部３９Ａとの間に段差部３９Ｃが形成されている。小径部３９Ｂの内周面が軸受３３の内輪３３Ｂと同一径となるように形成されると共に、段差部３９Ｃのエッジ部に面取り３９Ｄが設けられている。一方、連結部３１Ｄには大径部３９Ａと同軸の軸孔４６が形成されており、軸受３３の外輪３３Ａを保持している。

　固定ローラ２８の一方の支軸部２８Ａは軸受３３を介して大径部３９Ａに挿入され、他方の支軸部２８Ａは軸受３３を介して軸孔４６に挿入され、固定ローラ２８は第２ハウジング２１および連結部３１Ｄに回転可能に支持される。

　固定ローラ２９は、円柱のローラ部２９Ｂと、それぞれローラ部２９Ｂの両端面の中心に位置するとともに両端面から突出する一対の支軸部２９Ａとを備えている。一対の支軸部２９Ａは互いに同軸であって、ローラ部２９Ｂと一体形成されている。一対の支軸部２９Ａが支持軸に相当する。第２ハウジング２１には一方の軸孔（図示せず）が形成され、連結部３１Ｄには一方の軸孔と同軸の他方の軸孔（図示せず）が形成されている。固定ローラ２９の一方の支軸部２９Ａは軸受３３を介して一方の軸孔に挿入され、他方の支軸部２９Ａは軸受３３を介して他方の軸孔に挿入され、固定ローラ２９は第２ハウジング２１および連結部３１Ｄに回転可能に支持される。

　可動ローラ３０は、円柱のローラ部３０Ｂと、それぞれローラ部３０Ｂの両端面の中心に位置するとともに両端面から突出する一対の支軸部３０Ａとを備えている。一対の支軸部３０Ａは互いに同軸であって、ローラ部３０Ｂと一体形成されている。一対の支軸部３０Ａが支持軸に相当する。第２ハウジング２１には一方の長孔４７（図２参照）が形成され、連結部３１Ｄには一方の長孔４７と同軸の他方の長孔（図示せず）が形成されている。可動ローラ３０の一方の支軸部３０Ａは軸受３３を介して一方の長孔４７に挿入され、他方の支軸部３０Ａは軸受３３を介して他方の長孔に挿入される。一方の支軸部３０Ａ及び他方の支軸部３０Ａは、一方の長孔４７及び他方の長孔に沿って移動可能に設けられている。長孔４７は、図４に示すくさび角αに食い込む方向（Ｆ方向）に沿って形成されている。図示しないが、一対の支軸部３０Ａを支持する軸受３３は、弾性部材によりＦ方向と反対方向に付勢されている。可動ローラ３０は、リング部材２４の回転に伴う伝達トルクに応じて、回転しつつ長孔４７に沿ってＦ方向に移動する。

　図１及び図３に示すように、高速シャフト２６には、高速シャフト２６に加えられるスラスト荷重を受け止める一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂが設けられている。一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂ間には、固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０が配置され、固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂとは接触する。固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０の両端部が一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂと接触することにより、高速シャフト２６の軸方向の移動が規制されている。なお、高速シャフト２６は固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０間に回転可能に支持されていることにより、径方向の移動が規制されている。

　ところで、本実施形態では、固定ローラ２８の一方の端部と鍔部２６Ａとの接触部及び、固定ローラ２８の他方の端部と鍔部２６Ｂとの接触部に潤滑油を供給する潤滑機構を備えている。

　図１及び図３に示すように、第２ハウジング２１の上部には、潤滑油の給油口３４が設けられ、給油口３４は図示しない外部ポンプと接続されている。第２ハウジング２１内には径方向に延在する潤滑油のハウジング内通路３５が形成され、ハウジング内通路３５は給油口３４と連通し外部から潤滑油を供給される。

　固定ローラ２８内には、一方の支軸部２８Ａ内に形成され、軸方向に延設された軸内通路３６が形成されている。軸内通路３６は、一方の支軸部２８Ａの端部に開口し、軸内通路３６の先端が軸方向におけるローラ部２８Ｂの中心に位置している。固定ローラ２８内には、軸内通路３６と固定ローラ２８の外周側の角部に形成されたエッジ部とをそれぞれ連通する２本のローラ内通路３７が形成されている。２本のローラ内通路３７は、軸方向及び径方向に対して傾斜している。固定ローラ２８のエッジ部は、面取りが施され面取り部３８を形成している。ローラ内通路３７は、面取り部３８にそれぞれ開口している。また、２本のローラ内通路３７は、軸内通路３６の同一箇所に連通している。ローラ内通路３７の各々は、軸内通路３６とエッジ部とを直線状に連通するように固定ローラ２８に形成されている。

　軸受収容部３９に、軸受３３を介して支軸部２８Ａを収容した状態において、軸受収容部３９内には、軸受３３、支軸部２８Ａ及び第２ハウジング２１に囲まれた空間４０が形成されている。空間４０は、軸受収容部３９における小径部３９Ｂにより形成されている。小径部３９Ｂを介してハウジング内通路３５と軸内通路３６とは連通されている。よって、本実施形態では、潤滑油の供給通路は第２ハウジング２１内に形成されたハウジング内通路３５を含み、給油口３４、ハウジング内通路３５、小径部３９Ｂ、軸内通路３６及び２本のローラ内通路３７により形成されている。なお、潤滑油の供給通路は、固定ローラ２８及び固定ローラ２８に対応する箇所にのみ設けられ、固定ローラ２９及び可動ローラ３０には設けられていない。

　図１に示すように、圧縮機構１３は、高速シャフト２６の一端部に装着されたインペラー（羽根車）４１と、インペラー４１の周囲に形成されたハウジング４２と、インペラー４１の軸方向外方に設けられた流体の吸入口４３と、インペラー４１の径方向外方に設けられたディフューザ４４と、ディフューザ４４の外周に設けられたスクロール状のボリュート４５とを備えている。従って、インペラー４１の回転により吸入口４３から吸い込まれた流体は、インペラー４１により加速されてディフューザ４４に供給され、ディフューザ４４にて減速、昇圧された後、ボリュート４５に送り込まれる。

　以上の構成を有する増速機構１２につき、作用説明を行う。
　図４に示すように、リング部材２４の軸心Ｐと高速シャフト２６の軸心Ｑとは偏心していることにより、可動ローラ３０は、高速シャフト２６とリング部材２４との間で、くさび角αを有する。すなわち、可動ローラ３０と高速シャフト２６との接触部に引いた接線と、可動ローラ３０とリング部材２４との接触部に引いた接線とは、下方側（固定ローラ２８と反対方向）で交差する。両接線のなす角度はくさび角α（鋭角）を形成している。このため、リング部材２４が、図４に示す矢印Ｒ方向に回転すると、リング部材２４の回転に伴う伝達トルクに応じて、可動ローラ３０は回転しつつ長孔４７（図２参照）に沿ってＦ方向に移動する。その結果、リング部材２４の締め代が増加して押付け荷重Ｎが発生する。

　この押付け荷重Ｎは、可動ローラ３０とリング部材２４との接触部及び可動ローラ３０と高速シャフト２６との接触部に作用する。さらに、固定ローラ２８、２９とリング部材２４との接触部及び固定ローラ２８、２９と高速シャフト２６との接触部にも同じ大きさの押付け荷重Ｎが作用する。この押付け荷重Ｎにより、リング部材２４の回転は、固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０を介して高速シャフト２６に伝達され、高速シャフト２６を回転させる。なお、伝達トルクが大きくなるほど、可動ローラ３０の長孔４７に沿っての移動量（矢印Ｆ方向への移動量）が大きくなり、押付け荷重Ｎが増加する。押付け荷重Ｎが増加するほど、高速シャフト２６の回転力（トラクション力Ｆｔ）は増加し、高速シャフト２６を高速で回転することが可能となる。

　なお、トラクション力Ｆｔと、押付け荷重Ｎとの間には、Ｆｔ＝μ×Ｎの関係がある。μは、トラクション係数で主として潤滑油の種類により定まる係数である。図４に示すように、押付け荷重Ｎは、可動ローラ３０とリング部材２４との接触部の法線方向及び可動ローラ３０と高速シャフト２６との接触部の法線方向に作用する力である。トラクション力Ｆｔは各接触部の接線方向に作用する力である。すなわち、各接触部に潤滑油が介在されたとき、トラクション力Ｆｔが発生し、動力の伝達が行われる。なお、固定ローラ２８、２９とリング部材２４との接触部及び、固定ローラ２８、２９と高速シャフト２６との接触部にも同じ大きさの押付け荷重Ｎ及びトラクション力Ｆｔが作用する。

　増速機構１２の増速比は、リング部材２４の直径と高速シャフト２６の直径との比により定まる。
　次に、増速機構１２の潤滑機構につき作用説明を行う。

　図１及び図５に示すように、外部ポンプ（図示せず）から給油口３４を介して導入された潤滑油は、第２ハウジング２１内のハウジング内通路３５を通って軸受収容部３９内の小径部３９Ｂに供給される。ところで、ハウジング内通路３５と固定ローラ２８内の軸内通路３６とは小径部３９Ｂを介して連通しているので、ハウジング内通路３５から供給された潤滑油は、小径部３９Ｂに貯留された後、軸内通路３６に供給され、軸内通路３６と連通された２本のローラ内通路３７に供給される。

　一方、小径部３９Ｂの開口端のエッジ部に面取り３９Ｄが設けられているので、小径部３９Ｂに貯留された潤滑油の一部は、面取り３９Ｄを通って軸受３３内に供給され軸受３３の潤滑を行う。

　２本のローラ内通路３７に供給された潤滑油は、ポンプ圧力と固定ローラ２８の回転に伴う遠心力により、固定ローラ２８の外周方向に送られ、面取り部３８に形成されたローラ内通路３７の開口を通って、固定ローラ２８の外部に噴射される。

　図５に示すように、２本のローラ内通路３７が高速シャフト２６の一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂに対応する位置にある時には、面取り部３８の開口より外部に噴射した潤滑油は、固定ローラ２８の一方の端部と鍔部２６Ａとの接触部及び、固定ローラ２８の他方の端部と鍔部２６Ｂとの接触部に直接供給される。このとき、鍔部２６Ａ、２６Ｂと高速シャフト２６の外周面と面取り部３８とに囲まれた断面三角形の空間が形成されているので、面取り部３８の開口より潤滑油を噴射し易い。

　また、固定ローラ２８の面取り部３８の開口より外部に噴射された潤滑油は、隣接して配置された固定ローラ２９の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂとの接触部にも回り込み行き渡る。また、固定ローラ２８の面取り部３８の開口より外部に噴射された潤滑油は、隣接して配置された可動ローラ３０の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂとの接触部にも回り込み行き渡る。

　ところで、遠心圧縮機１０においては、圧縮機構１３の流量及び圧力変動により、高速シャフト２６は軸方向への押圧力（スラスト荷重）を受ける。この押圧力には、低速シャフト１６に向う方向の押圧力Ｓ１と、インペラー４１に向う方向の押圧力Ｓ２の２種類がある。この互いに反対方向に作用する２種類の押圧力Ｓ１、Ｓ２により、固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂとの接触部に摩耗が発生する恐れがある。しかし、各接触部には潤滑油が供給され、潤滑油で潤滑された状態にあるので、固定ローラ２８の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂ間の摩耗が抑制されると共に、固定ローラ２９の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂ間の摩耗及び、可動ローラ３０の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂ間の摩耗も抑制される。

　図５に示すように、２本のローラ内通路３７が高速シャフト２６の一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂに対応する位置にある時には、面取り部３８の開口より固定ローラ２８の外部に噴射された潤滑油は、固定ローラ２８の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部に供給される。また、固定ローラ２８の面取り部３８の開口より外部に噴射された潤滑油は、固定ローラ２８の外周面に供給され、固定ローラ２８の外周面の潤滑を通じて固定ローラ２８の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部に供給される。

　また、固定ローラ２８の面取り部３８の開口より外部に噴射された潤滑油は、隣接して配置された固定ローラ２９の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部及び、可動ローラ３０の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部にも回り込み行き渡る。

　さらに、図示しないが、２本のローラ内通路３７がリング部材２４に対応する位置にある時には、面取り部３８の開口より固定ローラ２８の外部に噴射された潤滑油は、固定ローラ２８の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部に供給される。

　また、固定ローラ２８の面取り部３８の開口より固定ローラ２８の外部に噴射された潤滑油は、隣接して配置された固定ローラ２９の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部及び、可動ローラ３０の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部にも回り込み行き渡る。

　このことにより、固定ローラ２８の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部、固定ローラ２９の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部及び、可動ローラ３０の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部に潤滑油を介在させることができる。また、固定ローラ２８の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部、固定ローラ２９の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部及び、可動ローラ３０の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部に潤滑油を介在させることができる。よって、トラクション力Ｆｔによる動力伝達を行うことができる。

　このように、固定ローラ２８に設けた２本のローラ内通路３７を介して潤滑油を供給するだけで良いので、必要最小限の潤滑油を供給するだけで良く、固定ローラ２８等の回転部品による潤滑油の攪拌抵抗の増加を抑制することができる。

　第１の実施形態に係る増速機構１２は以下の利点を有する。
　（１）固定ローラ２８内には、軸内通路３６と、軸内通路３６と固定ローラ２８の面取り部３８とを連通する２本のローラ内通路３７とが形成されている。面取り部３８の開口より外部に噴射された潤滑油は、固定ローラ２８の一方の端部と鍔部２６Ａとの接触部及び、固定ローラ２８の他方の端部と鍔部２６Ｂとの接触部に直接供給される。また、固定ローラ２８の面取り部３８の開口より外部に噴射された潤滑油は、隣接して配置された固定ローラ２９の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂとの接触部及び、可動ローラ３０の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂとの接触部にも回り込み行き渡る。よって、固定ローラ２８の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂとの間の摩耗を抑制することができる共に、固定ローラ２９及び可動ローラ３０の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂとの間の摩耗を抑制することが可能となる。

　（２）面取り部３８の開口より固定ローラ２８の外部に噴射された潤滑油は、固定ローラ２８の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部に供給されると共に、隣接して配置された固定ローラ２９の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部及び、可動ローラ３０の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部にも回り込み行き渡る。さらに、面取り部３８の開口より外部に噴射された潤滑油は、固定ローラ２８の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部に供給されると共に、隣接して配置された固定ローラ２９の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部及び、可動ローラ３０の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部にも行き渡る。よって、固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０の外周面とリング部材２４の内周面との間の接触部、並びに、固定ローラ２８、２９及び可動ローラ３０の外周面と高速シャフト２６の外周面との間の接触部に潤滑油を介在させることができ、トラクション力Ｆｔによる動力伝達を行うことができる。

　（３）固定ローラ２８に設けた２本のローラ内通路３７を介して潤滑油を供給するだけで良く、従来技術のように複数のローラにオイル供給通路を設ける必要が無く、必要最小限の潤滑油を供給するだけで良い。よって、装置の簡略化と潤滑油供給量の削減を図れる。

　（４）軸受収容部３９の小径部３９Ｂのエッジ部に面取り３９Ｄが設けられている。小径部３９Ｂに貯留された潤滑油の一部は、面取り３９Ｄを通って軸受３３内に供給され軸受３３の潤滑を行うことが可能である。

　（５）固定ローラ２８のエッジ部には、面取り部３８が形成され、ローラ内通路３７は、面取り部３８にそれぞれ開口している。よって、２本のローラ内通路３７が高速シャフト２６の一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂに対応する位置にある時には、鍔部２６Ａ、２６Ｂと高速シャフト２６の外周面と面取り部３８とに囲まれた断面三角形の空間が形成されているので、面取り部３８の開口より潤滑油を噴射し易い。

　（６）２本のローラ内通路３７は、軸内通路３６の同一箇所に連通していると共に、軸内通路３６とエッジ部（面取り部３８）とを直線状に連通するように固定ローラ２８に形成されている。よって、ローラ内通路３７は斜めに形成（軸方向及び径方向に対して傾斜して形成）されることとなり、高速シャフト２６と固定ローラ２８との接触面積を減らすことなく一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂと固定ローラ２８の端部との間に潤滑油を供給することができる。また、ローラ内通路３７が軸内通路３６の同一箇所に連通しておらず異なる２箇所で軸内通路３６に連通する場合には、先に潤滑油が供給されるローラ内通路（圧縮機構１３寄りのローラ内通路）に多くの潤滑油が供給されてしまい、潤滑油を均一に供給することができなくなる。しかし、ローラ内通路３７が軸内通路３６の同一箇所に連通しており、且つ、ローラ内通路３７の通路断面積が同一の場合には、潤滑油を均一に供給することが可能となる。

　（変形例１）
　図６には、変形例１の構成を示している。変形例１では、固定ローラ５０内に形成されるローラ内通路５２の個数を増加させたものである。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。固定ローラ５０内には、軸方向に形成された軸内通路５１と、軸内通路５１と連通され固定ローラ５０のエッジ部（面取り部５３）と連通する４本のローラ内通路５２が形成されている。ローラ内通路５２は、固定ローラ５０の中心部より放射方向に４本の通路を形成したものである。

　放射方向に４本のローラ内通路５２が形成されているので、固定ローラ５０の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂとの間の接触部に確実に潤滑油を供給することが可能である。
　（変形例２）
　図７には、変形例２の構成を示している。変形例２では、固定ローラ６０内に形成されるローラ内通路６２の形成位置を変化させたものである。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。固定ローラ６０内には、軸方向に形成された軸内通路６１と、軸内通路６１と連通され固定ローラ５０のエッジ部（面取り部６３）と連通する２本のローラ内通路６２が形成されている。ローラ内通路６２は、固定ローラ５０の中心部より対角方向に２本の通路を形成したものである。

　対角方向に２本のローラ内通路６２が形成されているので、固定ローラ２８の両端部と一対の鍔部２６Ａ、２６Ｂ間の接触部に交互に潤滑油を供給することが可能である。
　（変形例３）
　図８には、変形例３の構成を示している。変形例３では、高速シャフト７０に設けられる一対の鍔部７０Ａ、７０Ｂは互いに径方向の大きさが異なっている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。一対の鍔部７０Ａ、７０Ｂのうち、低速シャフト１６寄りの鍔部７０Ｂの径を圧縮機構１３寄りの鍔部７０Ａの径よりも大きくしている。

　遠心圧縮機の場合には、低速シャフト１６寄りの鍔部７０Ｂにより大きなスラスト荷重が加わるので、低速シャフト１６寄りの鍔部７０Ｂの径を大きくすることにより、面圧を下げることが可能となる。

　（変形例４）
　図９には、変形例４の構成を示している。変形例４では、一対の鍔部に連通するローラ内通路の通路断面積を異ならせている。すなわち、一対の鍔部７０Ａ、７０Ｂのうち、径の大きい方の鍔部７０Ｂに連通するローラ内通路７４の通路断面積は、小さい方の鍔部７０Ａに連通するローラ内通路７３の通路断面積よりも大きい。

　このことにより、より大きなスラスト荷重が加わる低速シャフト１６寄りの大きい方の鍔部７０Ｂに多くの潤滑油を供給することができ、最低限の潤滑油で固定ローラ７１と鍔部７０Ｂとの間の摩耗を抑制することが可能となる。

　なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
　○　第１の実施形態においては、固定ローラ２８内に軸内通路３６及びローラ内通路３７を形成するとして説明したが、固定ローラ２９又は可動ローラ３０内に形成しても良い。また、１個の中間ローラだけではなくて、複数個の中間ローラ（例えば、固定ローラ２８と固定ローラ２９、固定ローラ２８と可動ローラ３０、固定ローラ２９と可動ローラ３０）に軸内通路及びローラ内通路を形成しても良い。

　○　第１の実施形態においては、固定ローラ及び可動ローラにおける一対の支軸部とローラ部とが一体形成されているとして説明したが、支軸部（支持軸）とローラ部とを別体で形成した後で、支軸部をローラ部に嵌合させ一体化しても構わない。

　○　第１の実施形態においては、ターボ圧縮機を遠心圧縮機として説明したが、ターボ圧縮機を軸流圧縮機としても良い。軸流圧縮機の場合は、流体を吸い込んで圧縮していくので、流体を吸い込む方向により多くのスラスト荷重が加わる。よって、圧縮機構寄りの鍔部の径を低速シャフト寄りの鍔部の径よりも大きくすることにより、面圧を下げることが可能となる。また、径の大きい方の鍔部に連通するローラ内通路の通路断面積を、小さい方の鍔部に連通するローラ内通路の通路断面積よりも大きくすることにより、より大きなスラスト荷重が加わる圧縮機構寄りの大きい方の鍔部に多くの潤滑油を供給することが可能である。

　○　（変形例４）では、径の大きい方の鍔部に連通するローラ内通路の通路断面積は、小さい方の鍔部に連通するローラ内通路の通路断面積よりも大きいとして説明したが、ローラ内通路のエッジ部（面取り部）の開口を拡径してラッパ状としたり、途中で枝分かれして、鍔部の外周側に連通する通路を形成しても良い。鍔部を大きくすると、鍔部の外周寄りには潤滑油が供給され難くなるが、上記方策により鍔部の外周寄り部分に潤滑油を効果的に供給することが可能となる。

Claims

　ハウジングに回転可能に支持された低速シャフトを回転させるモータと、
　前記低速シャフトに連結されると共に、前記低速シャフトの回転を増速し、増速された回転を前記ハウジングに回転可能に支持された高速シャフトに伝達する増速機構と、
　前記高速シャフトに連結される圧縮機構と、を備えたターボ圧縮機であって、
　前記増速機構は、
　　前記低速シャフトの一方の端部に設けられたリング部材と、
　　前記リング部材と前記高速シャフトとの間に配置された複数の中間ローラと、
　　前記中間ローラに形成され、前記ハウジングと前記ハウジングに固定された支柱部材との間に回転可能に支持された支持軸と、を含んでおり、
　前記高速シャフトは、前記高速シャフトに加えられるスラスト荷重を受け止める一対の鍔部を有しており、
　前記一対の鍔部間に前記複数の中間ローラが配置されており、
　前記ハウジングには外部から潤滑油を供給するハウジング内通路が形成されており、
　少なくとも１つの前記複数の中間ローラには、軸内通路と、少なくとも２本のローラ内通路とが形成されており、
　前記軸内通路は、前記ハウジング内通路に連通しており、
　前記ローラ内通路の各々は前記軸内通路と連通しており、前記潤滑油は前記ローラ内通路の各々を通って前記鍔部に供給される、ターボ圧縮機。
　前記ローラ内通路の各々は、前記軸内通路と前記中間ローラの外周側の角部に形成されるエッジ部とを連通する、請求項１に記載のターボ圧縮機。
　前記ローラ内通路の各々は、前記軸内通路の同一箇所に連通しており、
　前記ローラ内通路の各々は、前記軸内通路と前記エッジ部とを直線状に連通するように前記中間ローラに形成されている、請求項２に記載のターボ圧縮機。
　前記一対の鍔部は互いに径方向の大きさが異なる、請求項１～３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
　前記一対の鍔部のうち、大きい方の鍔部に連通する前記ローラ内通路の通路断面積は、小さい方の鍔部に連通する前記ローラ内通路の通路断面積よりも大きい、請求項４に記載のターボ圧縮機。
　前記ハウジングには、前記中間ローラの支持軸を支持する軸受を収容する軸受収容部が設けられ、
　前記軸受収容部は、前記軸受の外輪を保持する大径部と、前記大径部より小さな径を有する小径部とを有しており、
　該小径部は前記ハウジング内通路と連通しており、
　前記小径部と前記大径部との間の段差部に面取りが設けられており、
　前記小径部を介して前記ハウジング内通路と前記軸内通路とが連通する、請求項１～５のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。