WO2015146765A1

WO2015146765A1 - インペラ締結構造及びターボ圧縮機

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Publication number: WO2015146765A1
Application number: PCT/JP2015/058186
Authority: WO
Inventors: 伸定高原; 和昭栗原; 勘飯田
Original assignee: 株式会社Ihi
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2015-10-01
Also published as: EP3124792A4; US20160319832A1; CN106255829B; KR20160057476A; JP6135821B2; CN106255829A; JPWO2015146765A1; KR101825509B1; EP3124792A1

Abstract

回転軸軸心（Ｌ１）に沿った取付孔（Ｈ）が一端に形成された回転軸（４ｄ）と、インペラ軸心（Ｌ２）に沿って貫通孔（Ｋ）が形成されたインペラ（５ａ）と、貫通孔（Ｋ）に挿通され、一端が取付孔（Ｈ）に螺合するテンションボルト（Ｂ）と、テンションボルト（Ｂ）の他端に螺合するナット（Ｎ）とを備えるインペラ締結構造であって、テンションボルト（Ｂ）は、ボルト軸心（Ｌ３）の方向の途中部位に半径方向に突出する突設部（ｂ３）を備え、回転軸（４ｄ）は、取付孔（Ｈ）の開口周縁に突設部（ｂ３）のテーパ面（ｂ４）に当接する受け面（ｈ１）を備える。

Description

インペラ締結構造及びターボ圧縮機

　本発明は、インペラ締結構造及びターボ圧縮機に関する。
　本願は、２０１４年３月２６日に日本国に出願された特願２０１４－０６４１７９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　下記特許文献１には、羽根車と上記羽根車を支持する回転軸からなるターボ圧縮機のロータであって、羽根車及び回転軸のそれぞれの端面に形成された機械式継手と、羽根車の回転中心に形成された貫通穴に挿通されるテンションボルトと、上記テンションボルトの一端に形成された第一オネジに螺合する締付ナットと、回転軸の端面に形成されてテンションボルトの伸張部の一部を収容する収容穴と、上記収容穴の底面に形成されてテンションボルトの他端に形成された第二オネジに螺合するメネジと、からなる締結機構を備えたターボ圧縮機のロータが開示されている。

日本国特開２００８－１３３７４５号公報

　このような従来技術には以下のような特性がある。
（１）回転軸に形成されたメネジにテンションボルトの第二オネジをねじ込む際に、テンションボルトが回転軸に対して傾いて取り付けられるため、ロータのアンバランスが過大となる可能性がある。これは、オネジとメネジよりなるネジ部に同軸度を出すことが難しいためである。
（２）メネジの終端部（最奥部）にてテンションボルトをトルク締めしているため、回転軸に対するテンションボルトの止まり位置（軸方向の位置）が安定せず、よってロータ組立の再現性を確保できない可能性がある。

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上記２つの可能性を解決することを目的とする。

　本発明の第１の態様は、第１の軸心（回転軸軸心）に沿った取付孔が一端に形成された回転軸と、第２の軸心（インペラ軸心）に沿って貫通孔が形成されたインペラと、貫通孔に挿通され、一端が取付孔に螺合するスタットボルトと、上記スタットボルトの他端に螺合するナットとを備えるインペラ締結構造であって、上記スタットボルトは、軸心方向の途中部位に半径方向に突出する突設部を備え、上記回転軸は、上記取付孔の開口周縁に上記突設部に当接する受け部を備えるインペラ締結構造である。

　本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、上記突設部は上記スタットボルトの軸心である第３の軸心に対して傾斜する傾斜面を備え、上記受け部は上記傾斜面に当接する受け面を備える。

　本発明の第３の態様は、上記第１の態様において、第２の軸心と第１の軸心とを揃える第１の芯出し部をさらに備え、上記突設部は、上記第３の軸心（ボルト軸心）に直交する直交面を備え、上記受け部は、上記直交面に当接する受け面を備える。

　本発明の第４の態様は、上記第１～第３のいずれかの態様において、上記スタットボルトの上記一端は上記スタットボルトの上記他端よりも軸径が大きい。

　本発明の第５の態様は、上記第１～第４のいずれかの態様において、前記第２の軸心と前記第３の軸心とを揃える第２の芯出し部をさらに備える。

本発明の第６の態様は、上記第３～第５のいずれかの態様において、上記第１の軸心と上記第３の軸心とを揃える第３の芯出し部をさらに備える。
　本発明の第７の態様は、上記第１～第６のいずれかの態様のインペラ締結構造によって回転軸とインペラとが締結されたロータを備えるターボ圧縮機である。
本発明の第８の態様は、第１の軸心に沿った取付孔が一端に形成された回転軸と、第２の軸心に沿って貫通孔が形成されたインペラと、上記貫通孔に挿通され、一端が上記取付孔に螺合するスタットボルトと、上記スタットボルトの他端に螺合するナットとを備えるインペラ締結構造であって、上記スタットボルトは、上記一端側の先端に上記スタッドボルトの軸心である第３の軸心に直交する直交面を備え、上記回転軸は、上記取付孔の最奥部に上記第１の軸心に直交し上記直交面に当接する受け部を備えるインペラ締結構造である。
本発明の第９の態様は、上記第８の態様において、上記スタットボルトの上記一端は、上記スタットボルトの上記他端よりも軸径が大きい。
本発明の第１０の態様は、上記８又は９の態様において、上記第２の軸心と上記第１の軸心とを揃える第１の芯出し部をさらに備える。
本発明の第１１の態様は、上記第８～第１０のいずれかの態様において、上記第２の軸心と上記第３の軸心とを揃える第２の芯出し部をさらに備える。
本発明の第１２の態様は、上記第８～１１のいずれかの態様において、上記第１の軸心と上記第３の軸心とを揃える第３の芯出し部をさらに備える。
本発明の第１３の態様は、上記第１２の態様において、上記第１の軸心と上記第３の軸心とを揃える補助的な第３の芯出し部をさらに備える。
本発明の第１４の態様は、上記第８～１３のいずれかの態様に記載のインペラ締結構造によって回転軸とインペラとが締結されたロータを備えるターボ圧縮機である。

　本発明によれば、上述した従来技術の特性を解決することが可能である。
　すなわち、本発明によれば、スタットボルト（テンションボルト）が回転軸に対して傾いて取り付けられることを防止することができるので、ロータのアンバランスが過大となる可能性がない。
　また、本発明によれば、回転軸に対するスタットボルト（テンションボルト）の止まり位置が安定するので、ロータ組立の再現性を確保できる。

本発明の第１、第２実施形態に係るターボ圧縮機１の概略構成を示す上面図である。本発明の第１、第２実施形態に係るターボ圧縮機１の主要部を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係るインペラ締結構造を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係るインペラ締結構造を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係るインペラ締結構造を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係るインペラ締結構造を示す断面図である。本発明の第２実施形態の変形例に係るインペラ締結構造を示す断面図である。本発明の第２実施形態の変形例に係るインペラ締結構造を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係るインペラ締結構造を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係るインペラ締結構造を示す断面図である。

　以下、図面を参照して、本発明の第１、第２実施形態について説明する。最初に第１、第２実施形態に共通なターボ圧縮機１の全体構成について説明する。

　本実施形態に係るターボ圧縮機１は、図１に示すように、駆動モータ２、連結軸３、歯車装置４、第１段圧縮部５、第２段圧縮部６、第３段圧縮部７、第４段圧縮部８、第１インタクーラ９、第２インタクーラ１０及びアフタクーラ１１を備えている。

　駆動モータ２は、ターボ圧縮機１の動力源であり、回転軸が連結軸３の一端に接続されている。連結軸３は、一端が駆動モータ２の回転軸に連結され、他端が歯車装置４の駆動軸４ａ（図２参照）に連結されている。歯車装置４は、駆動モータ２（つまり連結軸３）の回転を増速して第１段圧縮部５、第２段圧縮部６、第３段圧縮部７及び第４段圧縮部８に伝達する動力伝達装置である。

　第１段圧縮部５、第２段圧縮部６、第３段圧縮部７、第４段圧縮部８、第１インタクーラ９、第２インタクーラ１０及びアフタクーラ１１は、図１に破線矢印で示すように、流体流路によって第１段圧縮部５→第１インタクーラ９→第２段圧縮部６→第２インタクーラ１０→第３段圧縮部７→アフタクーラ１１→第４段圧縮部８の順で連結されている。

　第１段圧縮部５は、流体の通過経路の最上流に位置し、流体を第１段圧縮して第１インタクーラ９に供給する。第１インタクーラ９は、第１段圧縮部５から供給された流体（圧縮流体）を冷却して第２段圧縮部６に供給する。第２段圧縮部６は、第１インタクーラ９から供給された圧縮流体を第２段圧縮して第２インタクーラ１０に供給する。第２インタクーラ１０は、第２段圧縮部６から供給された圧縮流体を冷却して第３段圧縮部７に供給する。

　第３段圧縮部７は、第２インタクーラ１０から供給された圧縮流体を第３段圧縮してアフタクーラ１１に供給する。アフタクーラ１１は、第３段圧縮部７から供給された圧縮流体を冷却して第４段圧縮部８に供給する。第４段圧縮部８は、アフタクーラ１１から供給された圧縮流体を第４段圧縮して外部に供給する。

　続いて、歯車装置４、第１段圧縮部５、第２段圧縮部６、第３段圧縮部７及び第４段圧縮部８の機械的な構造について、図２を参照してさらに詳しく説明する。歯車装置４の駆動軸４ａには、筐体４ｂに回転自在に支持されており、比較的大径の駆動歯車４ｃが取り付けられている。この駆動歯車４ｃは、第１従動軸（回転軸）４ｄの略中間位置に設けられた駆動歯車４ｃよりも小径な第１従動歯車４ｅと、第２従動軸４ｆの略中間位置に設けられた駆動歯車４ｃよりも小径な第２従動歯車４ｇとがそれぞれ噛合している。

　第１従動軸４ｄは、駆動軸４ａに平行な状態で筐体４ｂに回転自在に軸支されると共に、一端に第１インペラ（インペラ）５ａが取り付けられ、また他端には第２インペラ６ａが取り付けられている。第２従動軸４ｆは、上記第１従動軸４ｄと同様に駆動軸４ａに平行な状態で筐体４ｂに回転自在に軸支されると共に、一端に第３インペラ７ａが取り付けられ、また他端には第４インペラ８ａが取り付けられている。

　第１インペラ５ａは、歯車装置４の筐体４ｂの側部に設けられた第１インペラケーシング５ｂ内に収容され、第２インペラ６ａは、歯車装置４の筐体４ｂを挟んで第１インペラケーシング５ｂの反対側の側部に設けられた第２インペラケーシング６ｂ内に収容され、第３インペラ７ａは、歯車装置４の筐体４ｂの側部に設けられた第３インペラケーシング７ｂ内に収容され、第４インペラ８ａは、歯車装置４の筐体４ｂを挟んで第３インペラケーシング７ｂの反対側の側部に設けられた第４インペラケーシング８ｂ内に収容されている。

　これら第１インペラケーシング５ｂ、第２インペラケーシング６ｂ、第３インペラケーシング７ｂ及び第４インペラケーシング８ｂの内部には、流体の吸気通路、ディフューザ流路、スクロール流路（排気流路）がそれぞれ形成されている。なお、第１従動軸４ｄ、第１従動歯車４ｅ、第１インペラ５ａ及び第２インペラ６ａからなる回転体を第１ロータＲ１と言い、また第２従動軸４ｆ、第２従動歯車４ｇ、第３インペラ７ａ及び第４インペラ８ａからなる回転体を第２ロータＲ２と言う。

　このようなターボ圧縮機１では、第１従動歯車４ｅの歯数が駆動歯車４ｃの歯数よりも少なく設定されており、駆動モータ２（つまり連結軸３）の回転は、駆動歯車４ｃの歯数と第１従動歯車４ｅの歯数との比（第１歯数比）に応じた増速比（第１増速比）で増速されて第１従動軸４ｄに伝達される。また、このターボ圧縮機１では、第２従動歯車４ｇの歯数が駆動歯車４ｃの歯数よりも少なく設定されており、駆動モータ２（つまり連結軸３）の回転は、駆動歯車４ｃの歯数と第２従動歯車４ｇの歯数との比（第２歯数比）に応じた増速比（第２増速比）で増速されて第２従動軸４ｆに伝達される。

　次に、本発明の第１実施形態に係るインペラ締結構造、つまり第１インペラ５ａ及び第２インペラ６ａの第１従動軸４ｄに対する締結構造及び第３インペラ７ａ及び第４インペラ８ａの第２従動軸４ｆに対する締結構造について、図３Ａ、図３Ｂを参照して説明する。なお、これら４つの締結構造はすべて同一なので、以下では代表として第１インペラ５ａの第１従動軸４ｄに対する締結構造を説明する。

　第１従動軸４ｄの一端面Ｅの中心近傍には、図３Ａに示すように、第１の軸心（回転軸軸心Ｌ１）に沿った方向に延在する取付孔Ｈが形成されている。また、一端面Ｅの外周には、回転軸軸心Ｌ１と同心かつ回転軸軸心Ｌ１の方向に所定幅を有する多角形の嵌め合い面（軸嵌め合い面Ｍ）が形成されている。なお、上記一端面Ｅは、回転軸軸心Ｌ１に直交する直交面である。

　一方、第１インペラ５ａには、図３Ｂに示すように、第２の軸心（インペラ軸心Ｌ２）に沿って貫通孔Ｋが形成されている。この第１インペラ５ａは、テンションボルトＢ（スタットボルト）とナットＮとによって、第１従動軸４ｄの一端に締結される。

　また、貫通孔Ｋにおいて、第１従動軸４ｄ側には、インペラ軸心Ｌ２と同心かつインペラ軸心Ｌ２の方向に所定幅を有する多角形の嵌め合い面（第１のインペラ嵌め合い面Ｊ１）が形成されている。この第１のインペラ嵌め合い面Ｊ１は、上述した軸嵌め合い面Ｍと嵌合することにより、インペラ軸心Ｌ２と回転軸軸心Ｌ１とを同心とする。このような第１のインペラ嵌め合い面Ｊ１及び軸嵌め合い面Ｍは、第１の芯出し部Ｆ１を構成している。また、貫通孔Ｋにおいて、ナットＮ側には、インペラ軸心Ｌ２と同心かつインペラ軸心Ｌ２の方向に所定幅を有する円筒状の嵌め合い面（第２のインペラ嵌め合い面Ｊ２）が形成されている。なお、この第１の芯出し部Ｆ１は、第１インペラ５ａの倒れを防止する。

　なお、第１の芯出し部Ｆ１は、多角形の軸嵌め合い面Ｍ及び第１のインペラ嵌め合い面Ｊ１を嵌め合させるポリゴンフィットを採用しているが、これに代えて軸嵌め合い面Ｍ及び第１のインペラ嵌め合い面Ｊ１を円柱状に形成するインロー（円柱インロー）を採用してもよい。

　テンションボルトＢは、図３Ａに示すように、所定長さを有する丸棒状の部材であって、一端には所定長の第１雄ネジ部ｂ１が、また他端には所定長の第２雄ネジ部ｂ２が形成されたスタットボルトである。第１雄ネジ部ｂ１の軸径は、図示するように第２雄ネジ部ｂ２の軸径よりも若干大きい。例えば、第１雄ネジ部ｂ１の軸径は、第２雄ネジ部ｂ２の軸径の１．２～２．０倍である。

　また、テンションボルトＢにおいて、第２雄ネジ部ｂ２の内側（つまり第１雄ネジ部ｂ１側）には、第２雄ネジ部ｂ２に隣接するように円筒状の嵌め合い面（ボルト嵌め合い面ｂ５）が設けられている。このボルト嵌め合い面ｂ５は、第３の軸心（ボルト軸心Ｌ３）と同心かつボルト軸心Ｌ３の方向に所定幅を有する円筒状面であり、上述した第２のインペラ嵌め合い面Ｊ２と嵌合する。なお、このようなボルト嵌め合い面ｂ５と第２のインペラ嵌め合い面Ｊ２とは、インペラ軸心Ｌ２とテンションボルトＢの軸心（ボルト軸心Ｌ３）とを揃える（同心化する）第２の芯出し部Ｆ２（インロー）を構成している。なお、この第２の芯出し部Ｆ２は、第１インペラ５ａの倒れを補助的に防止する。

　また、テンションボルトＢは、第３の軸心（ボルト軸心Ｌ３）の方向（軸心方向）の途中部位、例えば図示するように第１雄ネジ部ｂ１の隣接位置に半径方向（ボルト軸心Ｌ３に直交する方向）に突出する突設部ｂ３を備える。ここで、後述するようにテンションボルトＢの第１雄ネジ部ｂ１を第１従動軸４ｄの雌ネジ部ｈ２に螺合させる際に、レンチ等の工具からの締付力が突設部ｂ３を介してテンションボルトＢに伝達される。この突設部ｂ３は、図３Ａに示すように、ボルト軸心Ｌ３に対して直線状に傾斜するテーパ面ｂ４（傾斜面）を備える。このテーパ面ｂ４の傾斜角は、例えば３０～４５°である。

　すなわち、テーパ面ｂ４は、ボルト軸心Ｌ３を中心としてボルト軸心Ｌ３周りに連続して延在し、かつ、第１雄ネジ部ｂ１に近づくに従って縮径する円環面である。また、このテーパ面ｂ４において、第１雄ネジ部ｂ１に最も近い部位の軸径は、第１雄ネジ部ｂ１の軸径と同等である。なお、第１雄ネジ部ｂ１と突設部ｂ３のテーパ面ｂ４との間には、図示するように若干の隙間が設けられている。

　一方、第１従動軸４ｄの取付孔Ｈには、図３Ａに示すように、開口周縁（入口周縁）に上記テーパ面ｂ４に当接する受け面ｈ１（受け部）が設けられている。この受け面ｈ１は、回転軸軸心Ｌ１に対して直線状に傾斜するテーパ面である。また、この受け面ｈ１は、回転軸軸心Ｌ１を中心として回転軸軸心Ｌ１周りに連続して延在し、かつ、一端面Ｅから離れるに従って縮径する円環面である。このような受け面ｈ１の傾斜角は、テンションボルトＢのテーパ面ｂ４の傾斜角と同等である。

　また、上記受け面ｈ１の奥側には、若干の隙間（第１緩衝部位）を挟んで所定長の雌ネジ部ｈ２が設けられ、さらに雌ネジ部ｈ２の奥（最奥部）には不完全ネジ部ｈ３（第２緩衝部位）が形成されている。なお、上記第１緩衝部位及び第２緩衝部位は、雌ネジ部ｈ２の軸径よりも若干大きな軸径を有する部位である。

　このようなインペラ締結構造では、テンションボルトＢの第１雄ネジ部ｂ１を第１従動軸４ｄの雌ネジ部ｈ２に螺合させることによってテンションボルトＢが第１従動軸４ｄに取り付けられる。ここで、第１雄ネジ部ｂ１と雌ネジ部ｈ２との間には若干のクリアランス（遊び）が存在するので、第１雄ネジ部ｂ１を雌ネジ部ｈ２に螺合させただけでは、テンションボルトＢのボルト軸心Ｌ３は、第１従動軸４ｄの回転軸軸心Ｌ１と同軸にはならない。

　しかしながら、テンションボルトＢにはテーパ面ｂ４が設けられ、かつ、第１従動軸４ｄには受け面ｈ１が設けられているので、第１雄ネジ部ｂ１を雌ネジ部ｈ２に螺合させることによってテーパ面ｂ４と受け面ｈ１とが当接し、テンションボルトＢのボルト軸心Ｌ３は、第１従動軸４ｄの回転軸軸心Ｌ１と同軸となる。即ち、テンションボルトＢのテーパ面ｂ４と受け面ｈ１とは、回転軸軸心Ｌ１とテンションボルトＢの軸心（ボルト軸心Ｌ３）とを揃える（同心化する）第３の芯出し部Ｆ３を構成している。なお、この第３の芯出し部Ｆ３は、テンションボルトＢの倒れを防止する。

　そして、このようにして第１従動軸４ｄに同軸状態で取り付けられたテンションボルトＢを貫通孔Ｋに挿通させてテンションボルトＢの第２雄ネジ部ｂ２が第１インペラ５ａから露出する状態とし、さらに第２雄ネジ部ｂ２にナットＮを螺合させることによって、第１インペラ５ａは、第１従動軸４ｄに取り付けられる。

　ここで、上述した第１の芯出し部Ｆ１によって、第１従動軸４ｄの回転軸軸心Ｌ１と第１インペラ５ａの軸心Ｌ２（インペラ軸心Ｌ２）とが同心化され、第２の芯出し部Ｆ２によって第１インペラ５ａの倒れを防止し、テンションボルトＢのボルト軸心Ｌ３と第１インペラ５ａのインペラ軸心Ｌ２とが同心化され、第３の芯出し部Ｆ３によってテンションボルトＢの倒れを防止し、回転軸軸心Ｌ１とテンションボルトＢのボルト軸心Ｌ３とが同心化される。そして、このように３部材が同心化された状態で第２雄ネジ部ｂ２にナットＮが螺合することにより、第１インペラ５ａがテンションボルトＢを介して第１従動軸４ｄに固定される。なお、上記ナットＮは、テンションボルトＢに所定の軸力を発生させるように締め付けトルクが管理される。

　このようなインペラ締結構造によれば、第１従動軸４ｄの取付孔Ｈに対するテンションボルトＢの第１雄ネジ部ｂ１の締め込み深さ、つまり回転軸軸心Ｌ１（ボルト軸心Ｌ３）の方向におけるテンションボルトＢと第１雄ネジ部ｂ１との位置関係は、図３Ｂに示すように、テンションボルトＢのテーパ面ｂ４と第１従動軸４ｄの受け面ｈ１とが当接することによって、第１雄ネジ部ｂ１が不完全ネジ部ｈ３に到達しない状態に規制される。

　これによってテンションボルトＢのボルト軸心Ｌ３が第１従動軸４ｄの回転軸軸心Ｌ１に対して傾斜することを防止することができ、この結果として第１ロータＲ１のアンバランスが過大となることを防止することができると共に、第１ロータＲ１の組立の再現性を十分に確保することができる。

　また、このインペラ締結構造によれば、第１雄ネジ部ｂ１の軸径が第２雄ネジ部ｂ２の軸径よりも大きいので、第１雄ネジ部ｂ１を雌ネジ部ｈ２に締め付ける際の締め付けトルクがナットＮを第２雄ネジ部ｂ２に締め付ける際の締め付けトルクよりも大きくなる。これによって、ナットＮを第２雄ネジ部ｂ２に締め付ける際にテンションボルトＢがナットＮと共に連れ回ることを防止することができる。なお、テンションボルトＢの締め付けトルクは、この締め付けトルクによって発生する軸力がナットＮの締め付けトルクによって発生する軸力より大きくなるように設定され、テンションボルトＢと第１従動軸４ｄとの当接面、即ち、テーパ面ｂ４と受け面ｈ１とが離れないようにする必要がある。

　なお、本第１実施形態に係るインペラ締結構造では、ボルト軸心Ｌ３に対して直線状に傾斜するテーパ面ｂ４を傾斜面として設けたが、傾斜面は、このようなテーパ面ｂ４に限定されず、例えば所定の曲率半径を有する曲面であってもよい。なお、曲面としてはボルト軸心Ｌ３に対して膨らむ状態の曲面とへこむ状態の曲面とが考えられるが、好ましいのは膨らむ状態の曲面である。

　続いて、本発明の第２実施形態に係るインペラ締結構造について図２、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。この第２実施形態についても、代表として図２における第１インペラ５ａ及び第２インペラ６ａからなる回転体である第１ロータＲ１’の第１インペラ５ａの第１従動軸（回転軸）４ｄ’に対する締結構造を説明する。なお、図４Ａ、図４Ｂでは、図３Ａ、図３Ｂと同一な構成要素には同一符合を付している。

　図４Ａ、図４Ｂに示すように、本第２実施形態に係るインペラ締結構造では、上述した第１実施形態の突設部ｂ３を備えたテンションボルトＢに代えて、突設部ｂ３’を備えるテンションボルトＢ’ （スタットボルト）を採用する。突設部ｂ３’は、突設部ｂ３のテーパ面ｂ４に代えて、テンションボルトＢ’のボルト軸心Ｌ３’に対して直交する直交面ｂ６を備える。すなわち、この直交面ｂ６は、ボルト軸心Ｌ３’を中心としてボルト軸心Ｌ３’周りに連続して延在する円環面である。

　また、テンションボルトＢ’は、ボルト軸心Ｌ３’の方向において突設部ｂ３’よりもテンションボルトＢ’の一端側に隣接するように第２のボルト嵌め合い面ｂ７が設けられている。この第２のボルト嵌め合い面ｂ７は、ボルト軸心Ｌ３’と同心かつボルト軸心Ｌ３’の方向に所定幅を有する円筒状の嵌め合い面である。

　また、本第２実施形態に係るインペラ締結構造では、第１実施形態の第１従動軸４ｄに代えて第１従動軸４ｄ’を採用する。この第１従動軸４ｄ’は、第１実施形態の取付孔Ｈに代えて取付孔Ｈ’を備える。この取付孔Ｈ’においては、図４Ａに示すように、一端面Ｅ（回転軸軸心Ｌ１’に直交する直交面）が直交面ｂ６に当接する受け面（受け部）となる。

　また、この取付孔Ｈ’は、一端面Ｅ（受け面）に近い位置に所定長の雌ネジ部ｈ２が設けられ、さらに雌ネジ部ｈ２の奥（最奥部）には不完全ネジ部ｈ３が形成されている。さらに、雌ネジ部ｈ２よりもテンションボルトＢ’の他端側であって、取付孔Ｈ’の開口周縁（入口周縁）には、回転軸軸心Ｌ１’と同心かつ回転軸軸心Ｌ１’の方向に所定幅を有する円筒状の嵌め合い面（第２の軸嵌め合い面Ｍ２）が形成されている。この第２の軸嵌め合い面Ｍ２は、上述した第２のボルト嵌め合い面ｂ７と嵌合することにより、回転軸軸心Ｌ１’とボルト軸心Ｌ３’とを同心化する。このような第２の軸嵌め合い面Ｍ２と第２のボルト嵌め合い面ｂ７とは、第３の芯出し部Ｆ３（インロー）を構成している。なお、この第３の芯出し部Ｆ３は、テンションボルトＢ’の倒れを防止する。

　このようなインペラ締結構造では、回転軸軸心Ｌ１’（ボルト軸心Ｌ３’）の方向におけるテンションボルトＢ’と第１従動軸４ｄ’との位置関係は、図４Ａに示すように、テンションボルトＢ’の直交面ｂ６と第１従動軸４ｄ’の一端面Ｅ（受け面）とが当接することによって、第１雄ネジ部ｂ１が不完全ネジ部ｈ３に到達しない状態に規制される。

　これによってテンションボルトＢ’のボルト軸心Ｌ３’が第１従動軸４ｄ’の回転軸軸心Ｌ１’に対して傾斜することを防止することができ、この結果として第１ロータＲ１’のアンバランスが過大となることを防止することができると共に、第１ロータＲ１’の組立の再現性を十分に確保することができる。

　また、このインペラ締結構造によれば、第１雄ネジ部ｂ１の軸径が第２雄ネジ部ｂ２の軸径よりも大きいので、第１雄ネジ部ｂ１を雌ネジ部ｈ２に締め付ける際の締め付けトルクがナットＮを第２雄ネジ部ｂ２に締め付ける際の締め付けトルクよりも大きく設定することができる。したがって、ナットＮを第２雄ネジ部ｂ２に締め付ける際にテンションボルトＢ’がナットＮと共に連れ回ることを防止することができる。なお、テンションボルトＢ’の締め付けトルクは、この締め付けトルクによって発生する軸力がナットＮの締め付けトルクによって発生する軸力より大きくなるように設定され、テンションボルトＢ’と第１従動軸４ｄ’との当接面、即ち、直交面ｂ６と一端面Ｅとが離れないようにすることが好ましい。

　なお、本第２実施形態の変形例に係るインペラ締結構造として、図５Ａ、図５Ｂに示す構造が考えられる。この第２実施形態の変形例についても、代表として図２における第１インペラ５ａ及び第２インペラ６ａからなる回転体である第１ロータＲ１”の第１インペラ５ａの第１従動軸（回転軸）４ｄ”に対する締結構造を説明する。なお、図５Ａ、図５Ｂでは、図３Ａ、図３Ｂと同一な構成要素には同一符合を付している。
すなわち、本変形例に係るインペラ締結構造は、上述した突設部ｂ３’に代えて、突設部ｂ３”を備えるテンションボルトＢ” （スタットボルト）を採用する。突設部ｂ３”は、外周部がボルト軸心Ｌ３”の方向において第１雄ネジ部ｂ１側に突出する突出部ｂ８を備え、かつ、突出部ｂ８の先端にボルト軸心Ｌ３”に対して直交する直交面ｂ９を備える。

　この直交面ｂ９は、ボルト軸心Ｌ３”を中心としてボルト軸心Ｌ３”周りに連続して延在する円環面である。すなわち、本変形例における直交面ｂ９は、突出部ｂ８が存在する位置、つまり上述した第２実施形態の直交面ｂ６よりもボルト軸心Ｌ３”（ボルト軸心Ｌ３’）から離れた位置で第１従動軸４ｄ”の一端面Ｅ（受け面）と当接する。

　第１従動軸４ｄ”は、機械加工（ドリル加工）によって一端面Ｅ（受け面）に取付孔Ｈ”を形成するので、一端面Ｅ（受け面）において取付孔Ｈ”の近傍は上記機械加工が原因で平面度に若干の歪が発生する可能性がある。そして、このような歪は、ボルト軸心Ｌ３”が回転軸軸心Ｌ１”に対して傾く要因となり得る。このような事情に対して、本変形例では、取付孔Ｈ”から若干離れた位置で第１従動軸４ｄ”の一端面Ｅ（受け面）にテンションボルトＢ”の直交面ｂ９を当接させるので、ボルト軸心Ｌ３”が回転軸軸心Ｌ１”に対して傾くことを第２実施形態よりも確実に防止することができる。
なお、テンションボルトＢ”には、ボルト軸心Ｌ３”の方向において突設部ｂ３”に隣接するように第２のボルト嵌め合い面ｂ１０が設けられている。この第２のボルト嵌め合い面ｂ１０は、ボルト軸心Ｌ３”と同心かつボルト軸心Ｌ３”の方向に所定幅を有する円筒状の嵌め合い面である。
第２実施形態と同様の第２の軸嵌め合い面Ｍ２は、上述した第２のボルト嵌め合い面ｂ１０と嵌合することにより、回転軸軸心Ｌ１”とボルト軸心Ｌ３”とを同心化する。このような第２の軸嵌め合い面Ｍ２と第２のボルト嵌め合い面ｂ１０とは、第３の芯出し部Ｆ３（インロー）を構成し、この第３の芯出し部Ｆ３は、テンションボルトＢ”の倒れを防止する。
また、第２実施形態と同様に、第１雄ネジ部ｂ１の軸径が第２雄ネジ部ｂ２の軸径よりも大きいので、第１雄ネジ部ｂ１を雌ネジ部ｈ２に締め付ける際の締め付けトルクがナットＮを第２雄ネジ部ｂ２に締め付ける際の締め付けトルクよりも大きく設定することができる。したがって、ナットＮを第２雄ネジ部ｂ２に締め付ける際にテンションボルトＢ”がナットＮと共に連れ回ることを防止することができる。なお、テンションボルトＢ”の締め付けトルクは、この締め付けトルクによって発生する軸力がナットＮの締め付けトルクによって発生する軸力より大きくなるように設定され、テンションボルトＢ”と第１従動軸４ｄ”との当接面、即ち、直交面ｂ９と一端面Ｅとが離れないようにすることが好ましい。

続いて、本発明の第３実施形態に係るインペラ締結構造について図６Ａ、図６Ｂを参照して説明する。この第３実施形態についても、代表として図２における第１インペラ５ａ及び第２インペラ６ａからなる回転体である第１ロータＲ１’’’の第１インペラ５ａの第１従動軸（回転軸）４ｄ’’’に対する締結構造を説明する。なお、図６Ａ、図６Ｂでは、図３Ａ、図３Ｂと同一な構成要素には同一符合を付している。

図６Ａ、図６Ｂに示すように、本第３実施形態に係るインペラ締結構造では、上述した第１実施形態の突設部ｂ３を備えたテンションボルトＢに代えて、突設部ｂ３’’’を備えるテンションボルトＢ’’’（スタットボルト）を採用する。突設部ｂ３’’’は、第１実施形態の突設部ｂ３のテーパ面ｂ４や第２実施形態の突設部ｂ３’の直交面ｂ６のような加工精度が要求される面は備えず、テンションボルトＢ’’’の第１雄ネジ部ｂ１を第１従動軸４ｄ’’’の雌ネジ部ｈ２に螺合させる際に、レンチ等の工具からの締付力が突設部ｂ３’’’を介してテンションボルトＢ’’’に伝達される構成であれば良い。

　また、テンションボルトＢ’’’は、ボルト軸心Ｌ３’’’の方向において突設部ｂ３’’’よりもテンションボルトＢ’’’の一端側に、第２のボルト嵌め合い面ｂ１１を備えている。この第２のボルト嵌め合い面ｂ１１は、ボルト軸心Ｌ３’’’と同心かつボルト軸心Ｌ３’’’の方向に所定幅を有する円筒状の嵌め合い面である。

また、第２のボルト嵌め合い面ｂ１１よりもテンションボルトＢ’’’の一端側には、テンションボルトＢ’’’の第１雄ネジ部ｂ１が設けられ、第１雄ネジ部ｂ１よりもさらにテンションボルトＢ’’’の一端側には、第３のボルト嵌め合い面ｂ１２を備えている。この第３のボルト嵌め合い面ｂ１２もまた、ボルト軸心Ｌ３’’’と同心かつボルト軸心Ｌ３’’’の方向に所定幅を有する円筒状の嵌め合い面である。

さらに、第３のボルト嵌め合い面ｂ１２よりもテンションボルトＢ’’’の一端側には、ボルト軸心Ｌ３’’’と同心かつボルト軸心Ｌ３’’’の方向に所定幅を有する円筒部ｂ１３が設けられ、円筒部ｂ１３のテンションボルトＢ’’’の一端側の先端にはボルト軸心Ｌ３’’’と直交する直交面ｂ１４が設けられている。

また、本第３実施形態に係るインペラ締結構造では、第１実施形態の第１従動軸４ｄに代えて第１従動軸４ｄ’’’を採用する。この第１従動軸４ｄ’’’は、第１実施形態の取付孔Ｈに代えて取付孔Ｈ’’’を備える。
この取付孔Ｈ’’’においては、図６Ａに示すように、取付孔Ｈ’’’の一端面Ｅよりも取付孔Ｈ’’’の奥側に所定距離進んだ箇所に、回転軸軸心Ｌ１’’’と同心かつ回転軸軸心Ｌ１’’’の方向に所定幅を有する円筒状の嵌め合い面（第２の軸嵌め合い面Ｍ３）が形成されている。この第２の軸嵌め合い面Ｍ３は、上述した第２のボルト嵌め合い面ｂ１１と嵌合することにより、回転軸軸心Ｌ１’’’とボルト軸心Ｌ３’’’とを同心化する。このような第２の軸嵌め合い面Ｍ３と第２のボルト嵌め合い面ｂ１１とは、第３の芯出し部Ｆ３（インロー）を構成し、この第３の芯出し部Ｆ３は、テンションボルトＢ’’’の倒れを防止する。

また、第２の軸嵌め合い面Ｍ３よりも取付孔Ｈ’’’の奥側に隣接して、第１雄ネジ部ｂ１に螺合する所定長の雌ネジ部ｈ２が設けられ、雌ネジ部ｈ２よりも取付孔Ｈ’’’のさらに奥側には、回転軸軸心Ｌ１’’’と同心かつ回転軸軸心Ｌ１’’’の方向に所定幅を有する円筒状の嵌め合い面（第３の軸嵌め合い面Ｍ４）が形成されている。この第３の軸嵌め合い面Ｍ４は、上述した第３のボルト嵌め合い面ｂ１２と嵌合することにより、回転軸軸心Ｌ１’’’とボルト軸心Ｌ３’’’とを同心化する。このような第３の軸嵌め合い面Ｍ４と第３のボルト嵌め合い面ｂ１２とは、補助的な第３の芯出し部Ｆ３’（インロー）を構成し、この補助的な第３の芯出し部Ｆ３’は、テンションボルトＢ’’’の倒れを補助的に防止する。

さらに、第３の軸嵌め合い面Ｍ４よりも取付孔Ｈ’’’の奥側に隣接して、回転軸軸心Ｌ１’’’と同心かつ回転軸軸心Ｌ１’’’の方向に所定幅を有する円筒面Ｍ５が形成され、円筒面Ｍ５の最奥部は、回転軸軸心Ｌ１’’’に直交する一端面Ｅ’’’が形成されている。一端面Ｅ’’’は直交面ｂ１４に当接する受け面（受け部）となる。

　このようなインペラ締結構造では、回転軸軸心Ｌ１’’’（ボルト軸心Ｌ３’’’）の方向におけるテンションボルトＢ’’’と第１従動軸４ｄ’’’との位置関係は、図６Ａに示すように、テンションボルトＢ’’’の直交面ｂ１４と第１従動軸４ｄ’’’の一端面Ｅ’’’（受け面）とが当接することによって、テンションボルトＢ’’’のボルト軸心Ｌ３’’’の方向における位置が規制され、第１雄ネジ部ｂ１が不完全ネジ部ｈ３に到達しない。

　これによってテンションボルトＢ’’’のボルト軸心Ｌ３’’’が第１従動軸４ｄ’’’の回転軸軸心Ｌ１’’’に対して傾斜することを防止することができ、この結果として第１ロータＲ１’’’のアンバランスが過大となることを防止することができると共に、第１ロータＲ１’’’の組立の再現性を十分に確保することができる。
また、一般的に、第１インペラ５ａの第１従動軸４ｄ’’’側の中空円柱部Ｔの肉厚が小さい場合、第１インペラ５ａが高速で回転した際に、遠心力により中空円柱部Ｔが第１インペラ５ａの半径方向に拡径する方向に変形する可能性がある。中空円柱部Ｔが第１インペラ５ａの半径方向に拡径する方向に変形すると、結果として第１ロータＲ１’’’のアンバランスが増す可能性がある。本第３実施形態によれば、テンションボルトＢ’’’の直交面ｂ１４と第１従動軸４ｄ’’’の一端面Ｅ’’’（受け面）とが当接することによって、テンションボルトＢ’’’のボルト軸心Ｌ３’’’の方向における位置を規制しているため、突設部ｂ３’’’はボルト軸心Ｌ３’’’の方向における位置の規制に関与しない。その結果、突設部ｂ３’’’を小径に形成することができ、図６Ｂに示すように、突設部ｂ３’’’の周囲における中空円柱部Ｔの肉厚を大きくすることができ、結果として、遠心力による中空円柱部Ｔの変形を抑えることができる。従って、第１インペラ５ａの中空円柱部Ｔの遠心力による変形を抑えたい場合には、本第３実施形態は適しているといえる。
また、このインペラ締結構造によれば、直交面ｂ１４が一端面Ｅ’’’に当接することで、直交面ｂ１４と一端面Ｅ’’’との間に静止摩擦力が発生する。したがって、ナットＮを第２雄ネジ部ｂ２に締め付ける際にテンションボルトＢ’’’がナットＮと共に連れ回ることを防止することができる。そのため、第１ロータＲ１’’’の組立の再現性を確保できる。

ここで、本第３実施形態においては、第２の軸嵌め合い面Ｍ３と第２のボルト嵌め合い面ｂ１１とが第３の芯出し部Ｆ３（インロー）を構成し、第３の軸嵌め合い面Ｍ４と第３のボルト嵌め合い面ｂ１２とが補助的な第３の芯出し部Ｆ３’（インロー）を構成する。しかしながら、第３の芯出し部Ｆ３のみが設けられていても良い。但し、第３の芯出し部Ｆ３と補助的な第３の芯出し部Ｆ３’の両方が設けられている場合には、テンションボルトＢ’’’が長い場合であっても、回転軸軸心Ｌ１’’’とボルト軸心Ｌ３’’’とを同心化することができる。ここで、補助的な第３の芯出し部Ｆ３’の数を例えばテンションボルトＢ’’’の長さに応じて複数設けても良い。
また、テンションボルトＢ’’’において、隣接する第１雄ネジ部ｂ１、第３のボルト嵌め合い面ｂ１２、円筒部ｂ１３の間には、図６Ａに示すような若干の隙間Ｓ３，Ｓ４が形成されていても良い。
ここで、本第３実施形態においては、第１従動軸４ｄ’’’の取付孔Ｈ’’’の開口周縁の形状は、図６Ｂに示すように、テンションボルトＢ’’’が第１従動軸４ｄ’’’に螺合した際にテンションボルトＢ’’’の突設部ｂ３’’’に干渉しない限りは特に制限はないが、図６Ａ、図６Ｂに示すようなテーパ状が好ましい。

　なお、上記各実施形態及び変形例は、本願発明に係るインペラ締結構造を４段構成のターボ圧縮機におけるインペラと回転軸との締結に適用したが、本願発明はこれに限定されない。本願発明に係るインペラ締結構造は、４段構成以外の各種ターボ圧縮機あるいはターボ圧縮機以外の回転機械、例えば過給機にも適用可能である。

　本発明によれば、スタットボルト（テンションボルト）が回転軸に対して傾いて取り付けられることを防止することができるので、ロータのアンバランスが過大となる可能性がない。
　また、本発明によれば、回転軸に対するスタットボルト（テンションボルト）の止まり位置が安定するので、ロータ組立の再現性を確保できる。

１　ターボ圧縮機、２　駆動モータ、３　連結軸、４　歯車装置、５　第１段圧縮部、６　第２段圧縮部、７　第３段圧縮部、８　第４段圧縮部、９　第１インタクーラ、１０　第２インタクーラ、１１　アフタクーラ、４ｄ、４ｄ’、４ｄ”、４ｄ’’’　第１従動軸、４ｆ　第２従動軸、５ａ　第１インペラ、６ａ　第２インペラ、７ａ　第３インペラ、８ａ　第４インペラ、Ｅ、Ｅ’’’　一端面、Ｈ、Ｈ’、Ｈ”、Ｈ’’’　取付孔、ｈ１　受け面、ｈ２　雌ネジ部、ｈ３　不完全ネジ部、Ｊ１　第１のインペラ嵌め合い面、Ｊ２　第２のインペラ嵌め合い面、Ｋ　貫通孔、Ｌ１、Ｌ１’、Ｌ１”、Ｌ１’’’　回転軸軸心、Ｌ２　インペラ軸心、Ｌ３、Ｌ３’、Ｌ３”、Ｌ３’’’　ボルト軸心、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”、Ｂ’’’　テンションボルト（スタットボルト）、ｂ１　第１雄ネジ部、ｂ２　第２雄ネジ部、ｂ３、ｂ３’、ｂ”　突設部、ｂ４　テーパ面、ｂ５　ボルト嵌め合い面、ｂ６、ｂ９、ｂ１４　直交面、ｂ７　第２のボルト嵌め合い面、ｂ８　突出部、Ｍ　軸嵌め合い面、Ｍ２　第２の軸嵌め合い面、Ｎ　ナット、Ｒ１　第１ロータ、Ｒ２　第２ロータ

Claims

　第１の軸心に沿った取付孔が一端に形成された回転軸と、第２の軸心に沿って貫通孔が形成されたインペラと、前記貫通孔に挿通され、一端が前記取付孔に螺合するスタットボルトと、前記スタットボルトの他端に螺合するナットとを備えるインペラ締結構造であって、
　前記スタットボルトは、前記スタットボルトの軸心である第３の軸心方向の途中部位に半径方向に突出する突設部を備え、
　前記回転軸は、前記取付孔の開口周縁に前記突設部に当接する受け部を備える
　インペラ締結構造。
　前記突設部は、前記第３の軸心に対して傾斜する傾斜面を備え、
　前記受け部は、前記傾斜面に当接する受け面を備える請求項１記載のインペラ締結構造。
前記第２の軸心と前記第１の軸心とを揃える第１の芯出し部をさらに備え、
　前記突設部は、前記第３の軸心に直交する直交面を備え、前記受け部は、前記直交面に当接する受け面を備える請求項１記載のインペラ締結構造。
　前記スタットボルトの前記一端は、前記スタットボルトの前記他端よりも軸径が大きい請求項１～３のいずれか一項に記載のインペラ締結構造。
　前記第２の軸心と前記第３の軸心とを揃える第２の芯出し部をさらに備える請求項１～４のいずれか一項に記載のインペラ締結構造。
前記第１の軸心と前記第３の軸心とを揃える第３の芯出し部をさらに備える請求項３～５のいずれか一項に記載のインペラ締結構造。
　請求項１～６のいずれか一項に記載のインペラ締結構造によって回転軸とインペラとが締結されたロータを備えるターボ圧縮機。
　第１の軸心に沿った取付孔が一端に形成された回転軸と、第２の軸心に沿って貫通孔が形成されたインペラと、前記貫通孔に挿通され、一端が前記取付孔に螺合するスタットボルトと、前記スタットボルトの他端に螺合するナットとを備えるインペラ締結構造であって、
　前記スタットボルトは、前記一端側の先端に前記スタットボルトの軸心である第３の軸心に直交する直交面を備え、
　前記回転軸は、前記取付孔の最奥部に前記第１の軸心に直交し前記直交面に当接する受け部を備えるインペラ締結構造。
　前記第２の軸心と前記第１の軸心とを揃える第１の芯出し部をさらに備える請求項８記載のインペラ締結構造。
　前記第２の軸心と前記第３の軸心とを揃える第２の芯出し部をさらに備える請求項８又は９に記載のインペラ締結構造。
　前記第１の軸心と前記第３の軸心とを揃える第３の芯出し部をさらに備える請求項８～１０のいずれか一項に記載のインペラ締結構造。
　前記第１の軸心と前記第３の軸心とを揃える補助的な第３の芯出し部をさらに備える請求項１１に記載のインペラ締結構造。
　請求項８～１２のいずれか一項に記載のインペラ締結構造によって回転軸とインペラとが締結されたロータを備えるターボ圧縮機。