JP7410193B2 - 回転主軸及び回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転主軸、及び、それを備えた回転機械に関する。

例えば、超電導電力ケーブルや超電導変圧器、超電導モータ等の電力機器には、液体窒素温度レベルで動作する高温超電導体が用いられている。このような高温超電導体の冷却には、例えば、ヘリウムガスやネオンガス等の冷媒を回転機械で循環させるブレイトンサイクル冷凍機が用いられている。また、液体窒素で高温超電導体を冷却する場合には、液体窒素の供給にポンプが用いられている。

上記のようなブレイトンサイクル冷凍機の回転機や、液体窒素を供給するポンプとしては、例えば、モータを回転軸と一体化したターボ圧縮機や遠心式ポンプ等が用いられている。このようなターボ圧縮機や遠心式ポンプは、インペラを備えた回転主軸を回転させることで、インペラにより、流体の圧力を上昇させる。この際、流体の圧力差により、回転主軸に軸方向の荷重が作用する。このため、回転主軸にはスラスト円板が備えられ、このスラスト円板を挟み込むようにスラスト軸受が配置されることにより、回転主軸の軸方向の位置が保持される。

ここで、スラスト円板としては、例えば、主軸部材と一体に形成された構造を有するものがある。また、スラスト円板が主軸部材と別部材とされ、それぞれ別々に加工した後に組み付ける分割構造とされたものもある（例えば、特許文献１，２を参照）。

特許文献１に記載の回転部材に備えられるスラスト円板（フランジ部）は、炭素繊維強化複合材のような軽量材料から形成されており、主軸部材（軸）とは別部材として加工された後、主軸部材の外面に嵌合固定されている。
また、特許文献２に記載の磁気軸受装置に備えられるスラスト円板は、磁性体材料から形成されており、主軸部材（回転スピンドル軸）とは別部材として加工された後、主軸部材の外面に嵌合固定されている。

特開２０１５－１０８３８０号公報 特開平０４－００４３１７号公報

上記のように、主軸部材とスラスト円板とを別部材とした分割構造で構成する理由は幾つかあるが、例えば、以下の（１）～（４）に示すような場合が考えられる。
（１）主軸部材とスラスト円板とを一体形成した場合に比べて製造コストを低減できる。
（２）主軸部材とスラスト円板とを別部材とすることで、スラスト円板に高強度材料を使用できる。
（３）主軸部材とスラスト円板とを別部材とすることで、スラスト円板に軽量材料を使用できる。
（４）主軸部材とスラスト円板とを別部材とすることで、スラスト円板に磁性体材料を使用できる。

上記（１）に関し、一般的に、スラスト円板は、回転主軸において最も外径が大きくなる。例えば、図１５及び図１６に示すように、主軸部材１０１とスラスト円板１０３とを一体構造で加工する場合、スラスト円板よりも外径寸法が大きな棒材が材料として必要となり、加工時の切削箇所も多くなるため、材料や製造に係るコストが増大するという問題がある。

また、上記（２）、（３）に関し、スラスト円板の外周部は、回転主軸の中で最も周速が速くなることから、遠心力が最も大きく作用する。このため、例えば、スラスト円板に強度のより高い材料を用いて、発生する遠心応力に耐えられるようにすることや、軽量な材料を用いて、遠心応力を低減させることが試みられている。例えば、上述した特許文献１においては、スラスト円板のみを軽量な炭素繊維強化複合材から構成している。

また、上記（４）に関し、回転主軸（スラスト円板）を磁気軸受で支持する場合、スラスト円板を磁性体から構成する必要がある。上述した特許文献２においては、スラスト円板のみを磁性体材料から構成した例が開示されている。

一方、上記の何れの場合においても、スラスト円板と主軸部材を別部材として加工した後、一体化する必要がある。スラスト円板と主軸部材とを一体化する方法としては、例えば、図１７及び図１８に示すように、スラスト円板１０３の中心孔１３１を、主軸部材１０１の外面１０１ａに焼嵌めする方法がある。しかしながら、このような方法でスラスト円板と主軸部材とを組み付けた場合、回転時に発生する遠心力によってスラスト円板が径方向の外側に変形して嵌合部が緩み、主軸部材からずれてしまうおそれがあった。また、スラスト円板と主軸部材とが異なる材質から構成される場合、各々の線膨張係数が異なるため、使用温度環境の変化によって嵌合部の緩みが生じてしまうおそれもあった。このように、スラスト円板と主軸部材との間に緩みやずれ、外れ等が生じた場合、回転主軸のスラスト方向（軸方向）におけるガタが生じ、回転主軸の回転が不安定なものとなり、回転主軸が備えられる各種の回転機械の動作も不安定になるという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、主軸部材とスラスト円板とを別部材とした分割構造でありながら、遠心力や温度変化によって、スラスト円板の主軸部材に対する緩みが生じるのを抑制でき、安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能な回転主軸、及び、それを用いた回転機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、少なくとも、主軸部材と、前記主軸部材の一端側に設けられ、前記主軸部材の軸方向における移動を規制するためのスラスト円板と、を有する回転主軸であって、前記主軸部材及び前記スラスト円板が互いに別部材からなる分割構造とされており、前記主軸部材は、前記一端側の端面に凹部が設けられており、前記スラスト円板は、少なくとも一面側における中心軸上に配置され、前記一面から突出するように設けられる凸部を有しており、前記主軸部材と前記スラスト円板とが、前記凹部に前記凸部が内嵌め嵌合されることで固定されていることを特徴とする回転主軸を提供する。

本発明によれば、上記のように、主軸部材とスラスト円板とが、主軸部材の凹部に、スラスト円板の凸部が内嵌めされた構造を採用することにより、主軸部材とスラスト円板とを別部材とした分割構造でありながら、遠心力や温度変化によってスラスト円板の主軸部材に対する緩みが生じるのを抑制できる作用が得られる。また、上記の分割構造を採用することにより、材料コストや加工時間を削減できる。これにより、安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能な回転主軸が低コストで実現できる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の回転主軸であって、前記主軸部材と前記スラスト円板とが、前記主軸部材の前記凹部に設けられた雌ねじと、前記スラスト円板の前記凸部に設けられた雄ねじによってねじ留め固定されることで、軸方向で拘束されていることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、上記のように、主軸部材の凹部に設けられた雌ねじと、スラスト円板の凸部に設けられた雄ねじとによってねじ留め固定した構造を採用することで、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における各部材の拘束力をより高める作用が得られる。これにより、より安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の回転主軸であって、前記主軸部材と前記スラスト円板とが、前記主軸部材及び前記スラスト円板の各々の中心軸に軸方向で挿通して配置される固定ボルトによってボルト留め固定されることで、軸方向で拘束されていることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、主軸部材とスラスト円板とを固定ボルトで固定した構造を採用することで、上記同様、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における各部材の拘束力をより高める作用が得られる。これにより、より安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１に記載の回転主軸であって、前記主軸部材における前記凹部の内側面、及び、前記スラスト円板における前記凸部の外側面の各々が傾斜面とされ、互いに係止する逆テーパ構造で内嵌め嵌合されることにより、前記主軸部材と前記スラスト円板とが軸方向で拘束されていることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、主軸部材における凹部の内側面、並びに、スラスト円板における凸部の外側面が傾斜面とされ、互いに係止する逆テーパ構造で内嵌めされていることで、上記同様、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における各部材の拘束力をより高める作用が得られる。これにより、より安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

また、請求項５に係る発明は、請求項１に記載の回転主軸であって、前記主軸部材における前記凹部の内側面、及び、前記スラスト円板における前記凸部の外側面の各々が凹凸面とされ、該凹凸面同士が互いに嵌め込まれて係止する凹凸構造で嵌合されることにより、前記主軸部材と前記スラスト円板とが軸方向で拘束されていることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、凹部の内側面と凸部の外側面とが、互いに嵌め込まれて係止する凹凸構造で内嵌めされていることで、上記同様、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における主軸部材とスラスト円板との間の拘束力をより高める作用が得られる。これにより、より安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

また、請求項６に係る発明は、請求項１に記載の回転主軸であって、前記主軸部材と前記スラスト円板とが、請求項２～請求項５に記載の軸方向における拘束構造を組み合わせて備えることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、上記のように、軸方向の拘束構造を複数で組み合わせて備えることで、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における各部材の拘束力をさらに高める作用が得られる。これにより、さらに安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

また、請求項７に係る発明は、請求項２～請求項６の何れかに記載の回転主軸であって、前記主軸部材と前記スラスト円板とが、さらに、ノックピンによって回転方向で拘束されていることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、主軸部材とスラスト円板とが軸方向で拘束される構造に加え、さらに、ノックピン構造による回転方向での拘束構造を備えることで、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における各部材の拘束力を高める作用に加え、回転方向における拘束力を高める作用が得られる。これにより、より一層安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

また、請求項８に係る発明は、請求項２～請求項６の何れかに記載の回転主軸であって、前記主軸部材と前記スラスト円板とが、さらに、キー溝構造によって回転方向で拘束されていることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、主軸部材とスラスト円板とが軸方向で拘束される構造に加え、さらに、キー溝構造による回転方向での拘束構造を備えることで、上記同様、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における各部材の拘束力を高める作用に加え、回転方向における拘束力を高める作用が得られる。これにより、より一層安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

また、請求項９に係る発明は、請求項２～請求項６の何れかに記載の回転主軸であって、前記主軸部材と前記スラスト円板とが、さらに、溶接によって回転方向で拘束されていることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、主軸部材とスラスト円板とが軸方向で拘束される構造に加え、さらに、溶接構造による回転方向での拘束構造を備えることで、上記同様、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における各部材の拘束力を高める作用に加え、回転方向における拘束力を高める作用が得られる。これにより、より一層安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

また、請求項１０に係る発明は、請求項２～請求項６の何れかに記載の回転主軸であって、前記主軸部材と前記スラスト円板とが、請求項７～請求項９に記載の回転方向における拘束構造を組み合わせて備えることにより、回転方向で拘束されていることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、主軸部材とスラスト円板とが軸方向で拘束される構造に加え、さらに、回転方向における拘束構造を複数で組み合わせて備えることで、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向並びに回転方向の両方における各部材の拘束力を高める作用が得られる。これにより、より一層安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

また、請求項１１に係る発明は、請求項１～請求項１０の何れか一項に記載の回転主軸であって、前記主軸部材は、前記一端側の端面に第１の凹部が設けられた第１の主軸部材と、前記一端側の端面に第２の凹部が設けられた第２の主軸部材とからなり、前記スラスト円板は、前記凸部として、前記一面から突出するように設けられる第１の凸部と、前記一面と反対側の他面から突出するように設けられる第２の凸部とを有しており、前記第１の主軸部材における前記第１の凹部に、前記スラスト円板の前記第１の凸部が内嵌め嵌合されるとともに、前記第２の主軸部材における前記第２の凹部に、前記スラスト円板の前記第２の凸部が内嵌め嵌合されることにより、前記第１の主軸部材、前記スラスト円板、及び前記第２の主軸部材がこの順で固定されていることを特徴とする回転主軸である。

本発明によれば、主軸部材が、一端側に第１の凹部を有する第１の主軸部材と、他端側に第２の凹部を有する第２の主軸部材とからなるとともに、スラスト円板の一面及び他面に第１の凸部又は第２の凸部が設けられ、第１の凹部及び第２の凹部の各々に、第１の凸部又は第２の凸部が内嵌めされた構造を採用している。これにより、上記同様、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とを別部材とした分割構造でありながら、遠心力や温度変化によってスラスト円板の主軸部材に対する緩みが生じるのを抑制できる作用が得られる。また、上記の分割構造とすることにより、材料コストや加工時間を削減できる。これにより、上記同様、安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能な回転主軸が低コストで実現できる。

請求項１２に係る発明は、請求項１～請求項１１の何れか一項に記載の回転主軸を備えることを特徴とする回転機械である。

本発明によれば、上述した本発明に係る回転主軸を備えたものなので、回転主軸において、遠心力や温度変化により、スラスト円板の主軸部材に対する緩みが生じるのを抑制できる作用が得られることから、回転主軸の回転動作が長期間にわたって安定する。これにより、優れた動作効率が長期間にわたって得られる回転機械が低コストで実現できる。

本発明に係る回転主軸によれば、上記構成を採用することにより、主軸部材とスラスト円板とを別部材とした分割構造でありながら、遠心力や温度変化によってスラスト円板の主軸部材に対する緩みやずれ、外れ等が生じるのを抑制できる。また、上記の分割構造を採用することにより、材料コストや加工時間を削減できる。従って、安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能な回転主軸が低コストで実現できる。

また、本発明に係る回転機械によれば、上述した本発明に係る回転主軸を備えることで、回転主軸において、遠心力や温度変化によってスラスト円板の主軸部材に対する緩みが生じるのを抑制でき、回転主軸の回転動作が安定するので、優れた動作効率が長期間にわたって得られる回転機械が低コストで実現できる。

本発明の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、回転主軸全体を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材とスラスト円板とが内嵌め構造で固定された状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが内嵌め構造で固定された状態を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが、第１の主軸部材及び第２の主軸部材の凹部に設けられた雌ねじと、スラスト円板の第１の凸部及び第２の凸部に設けられた雄ねじによってねじ留め固定された状態を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが、軸方向で挿通される固定ボルトによってボルト留め固定された状態の一例を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが、軸方向で挿通される固定ボルトによってボルト留め固定された状態の他の例を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが、軸方向で挿通される固定ボルトによってボルト留め固定された状態の他の例を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材の凹部と、スラスト円板の第１の凸部及び第２の凸部とが、互いに係止する逆テーパ構造で内嵌めされた状態を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材の凹部と、スラスト円板の第１の凸部及び第２の凸部とが、凹凸面同士が互いに嵌め込まれて係止する凹凸構造で内嵌めされた状態を示す断面図である。 本発明の第８の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材のうちの一方あるいは両方と、スラスト円板とが、ノックピン構造による拘束で回転止めされている状態を示す断面図である。 本発明の第９の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材のうちの一方あるいは両方とスラスト円板とが、キー溝構造による拘束で回転止めされた状態を示す断面図である。 本発明の第１０の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材及び第２の主軸部材のうちの一方あるいは両方とスラスト円板とが、溶接構造による拘束で回転止めされている状態の一例を示す断面図である。 本発明の第１０の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第１の主軸部材とスラスト円板とが、溶接構造による拘束で回転止めされている状態の他の例を示す断面図である。 本発明の第１０の実施形態である回転主軸について模式的に説明する図であり、第２の主軸部材とスラスト円板とが、溶接構造による拘束で回転止めされている状態の他の例を示す断面図である。 従来の回転主軸を示す側面図である。 従来の回転主軸を示す側面図である。 従来の回転主軸を示す断面図である。 従来の回転主軸を示す断面図である。

以下、本発明を適用した実施形態である回転主軸及び回転機械について、図１～図１４を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示する材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

本実施形態の回転主軸は、例えば、ターボ圧縮機や遠心式ポンプ等の各種の回転機械に用いることが可能なものである。

＜回転主軸＞
図１は、本発明に係る回転主軸（後述する第２の実施形態の回転主軸２０を参照）の一例を示す全体側面図である。
本実施形態の回転主軸は、図１に示す例のように、長尺の棒状部材であり、長軸方向（軸方向）における何れかの位置にスラスト円板が設けられる。図１に示す例（後述の回転主軸２０）においては、長軸方向における中央よりも一端側に若干寄った位置で、スラスト円板（後述のスラスト円板３Ａ）が設けられている。

［第１の実施形態］
以下に、第１の実施形態の回転主軸について、主に図２を適宜参照しながら説明する（図１も適宜参照）。
図２は、第１の実施形態の回転主軸１０における、第１の主軸部材１とスラスト円板３とが内嵌め構造で固定された要部を示す断面図である。

本実施形態の回転主軸１０は、少なくとも、第１の主軸部材（主軸部材）１と、この第１の主軸部材１の一端１ａ側に設けられ、第１の主軸部材１の軸方向における移動を規制するためのスラスト円板３とを有することにより、第１の主軸部材１及びスラスト円板３が互いに別部材からなる分割構造とされている。
図２に示すように、第１の主軸部材１は、一端１ａ側の端面１１に第１の凹部（凹部）１２が設けられている。また、スラスト円板３は、一面３ａ側における中心軸Ｊ側に配置され、一面３ａから突出するように設けられる第１の凸部３１を有している。
そして、本実施形態の回転主軸１０は、第１の主軸部材１とスラスト円板３とが、第１の主軸部材１に設けられた第１の凹部１２に、スラスト円板３に設けられた第１の凸部３１が内嵌め嵌合されることで固定されている。即ち、本実施形態の回転主軸１０は、第１の主軸部材１とスラスト円板３との固定構造が、内側嵌合構造とされている。
また、図２に示す例では、回転主軸１０における一方の端部にスラスト円板３が設けられている。

第１の主軸部材１は、中心軸Ｊを回転軸として回転する部材であり、概略丸棒状に構成される（図１中に示す第１の主軸部材１も参照）。
また、図示を省略するが、第１の主軸部材１の一端２ｂの近傍には、例えば、回転機械を構成するタービンインペラ等が配置され、一端２ｂと反対側の他端１ｂの近傍には、例えば、コンプレッサインペラ等が配置される。また、これらのタービンインペラやコンプレッサインペラは、第１の主軸部材１に対して一体に取り付けられる。

上述したように、第１の主軸部材１には、一端１ａ側の端面１１に第１の凹部１２が設けられており、図２に示す例では内側面１２ｂが、端面１１から底面１２ａに向かって平行な有底筒状に形成されている。また、図２では図示を省略しているが、第１の凹部１２は、例えば、平面視で円形状とされている。

第１の主軸部材１の材質としては、特に限定されないが、例えば、本実施形態の回転主軸１０が適用される回転機械等のハウジングと、熱膨張係数がほぼ等しい材料を採用することが好ましく、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属材料を何ら制限無く採用できる。

スラスト円板３は、図２では図示を省略しているが、平面視で円形とされた板状の部材である。
スラスト円板３は、本実施形態の回転主軸１０が適用される回転機械等において、例えば、流体の圧力差等によって回転主軸１０に作用する軸方向（スラスト方向）の荷重に対し、このスラスト円板３を挟み込むように配置される図示略のスラスト軸受により、回転主軸１０の軸方向の位置を保持する機能を有する。

図２中に示す例のスラスト円板３は、上述したように、一面３ａ側に第１の凸部３１が設けられている。第１の凸部３１は、一面３ａから突出するように、中心軸Ｊを中心とした概略円柱状に形成される。また、図示例のスラスト円板３は、他面３ｂ側は平面状とされている。

スラスト円板３の材質は、特に限定されないが、第１の主軸部材１と分割された構造であることを活かし、本実施形態の回転主軸１０を用いる回転機械等における使用条件に鑑み、各種の材料を採用することが可能である。例えば、スラスト円板３を軽量に構成する必要がある場合には、炭素繊維強化複合材のような軽量材料を採用することができる。一方、回転主軸２０を、軸方向での大きな負荷が生じる用途に適用する場合においては、より高強度な金属材料をスラスト円板３の材料として使用することが好ましい。

本実施形態の回転主軸１０は、上記構成とされた第１の主軸部材１及びスラスト円板３を備えるとともに、これらが、第１の主軸部材１の第１の凹部１２と、スラスト円板３の第１の凸部３１との内側嵌合構造によって固定されている。また、回転主軸１０は、第１の凹部１２の内側面１２ｂと、第１の凸部３１の外側面３１ｂとが、面接触しながら嵌合されている。このような内側嵌合構造を採用することで、従来のように、スラスト円板を主軸部材に対して焼嵌めした外側嵌合構造において問題となっていた、スラスト円板が径方向外側へ変形して、主軸部材に対して緩みが生じるのを防止できる。

また、本実施形態においては、第１の主軸部材１及びスラスト円板３に用いられる材料の強度、回転で生じる遠心応力、温度変化による熱応力等の各種条件に応じて、内嵌めによる嵌合部位の差し込み深さ等の寸法・形状についても最適化することがより好ましい。
具体的には、図２中に示したような、スラスト円板３に備えられる第１の凸部３１の外径ｄ、及び、一面３ａ側からの高さｈは、上述した材料の他、使用時の回転数や使用温度環境等の条件を加味し、適宜、決定する必要がある。

例えば、第１の主軸部材１及びスラスト円板３に用いられる材料の強度に対して、回転数や使用温度等の運転条件が厳しくない場合には、第１の凸部３１の形状は、ＪＩＳ Ｂ ０２０３で規定される「テーパおねじ」の外径及び基準長さに基づいた寸法・形状とすれば良い。例えば、第１の凸部３１の外径ｄをφ６０ｍｍとした場合、その高さは１５ｍｍである。

一方、回転主軸１０の使用条件が、高速回転や広い使用温度領域を含む条件であり、第１の主軸部材１及びスラスト円板３の材料に対して大きな応力が生じる可能性がある場合には、例えば、コンピュータを用いたＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）によってシミュレーションを行い、この結果に基づいて詳細な寸法や形状を決定することが好ましい。

なお、上述したような、主軸部材の凹部とスラスト円板の凸部との間の寸法関係は、後述する第２の実施形態の回転主軸２０（図３を参照）における、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとの間の寸法関係にも適用でき、さらに、後述する第２～第１１の実施形態における各回転主軸に対しても適用可能なものである。

本実施形態の回転主軸１０によれば、第１の主軸部材１とスラスト円板３とが、第１の主軸部材１の第１の凹部１２に、スラスト円板３の第１の凸部３１が内嵌めされた内部嵌合構造を採用している。これにより、第１の主軸部材１とスラスト円板３とを別部材とした分割構造でありながら、遠心力や温度変化によってスラスト円板３の第１の主軸部材１に対する緩みが生じるのを抑制できる。また、上記の分割構造を採用することにより、材料コストや加工時間を削減できる。従って、安価な構成でありながら、安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第２の実施形態］
以下に、本発明の第２の実施形態の回転主軸について、図３を適宜参照しながら説明する（図１も適宜参照）。
図３は、本実施形態の回転主軸２０の要部について説明する図であり、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとが、内嵌め構造で固定された状態を示す断面図である。
本実施形態においては、上述した第１の実施形態に係る回転主軸１０と共通あるいは類似する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。

図３に示すように、本実施形態の回転主軸２０は、上述した第１の実施形態の回転主軸１０の構成に加え、さらに、スラスト円板３Ａの他面３ｂ側に接続される第２の主軸部材（主軸部材）２を備える点で、第１の実施形態の回転主軸１０とは異なる。即ち、本実施形態における主軸部材は、一端１ａ側の端面１１に第１の凹部１２が設けられた第１の主軸部材１と、一端２ａ側の端面２１に第２の凹部（凹部）２２が設けられた第２の主軸部材２とからなる。
また、スラスト円板３Ａは、凸部として、一面３ａ側に設けられる第１の凸部３１に加え、さらに、他面３ｂ側における中心軸Ｊ側に配置され、他面３ｂから突出するように設けられる第２の凸部（凸部）３２を有している。
そして、回転主軸２０は、第１の主軸部材１における第１の凹部１２に、スラスト円板３Ａの第１の凸部３１が内嵌め嵌合されるとともに、第２の主軸部材２における第２の凹部２２に、スラスト円板３Ａの第２の凸部３２が内嵌め嵌合されている。これにより、回転主軸２０は、図示例のように、第１の主軸部材１、スラスト円板３、及び第２の主軸部材２が、この順で固定されている。
本実施形態の回転主軸２０は、図１における全体の側面図に示したように、長軸方向における中央よりも一方の端部（第２の主軸部材２における他端２ｂ）側に若干寄った位置で、スラスト円板３Ａが配置されている。なお、スラスト円板３Ａの位置は、図１に例示する位置には限定されず、例えば、回転主軸２０の長さ方向における中央寄りの位置であっても構わない。

第２の主軸部材２は、第１の主軸部材１と同様、中心軸Ｊを回転軸として回転する部材であり、概略丸棒状に構成される。
また、図１では図示を省略しているが、第２の主軸部材２の一端２ａとは反対側となる他端２ｂの近傍には、上述したような、回転機械を構成するインペラが、第２の主軸部材２に対して一体に取り付けられている。

上述したように、第２の主軸部材２には、第１の主軸部材１と同様、一端２ａ側の端面２１に第２の凹部２２が設けられており、図３に示す例では、内側面２２ｂが、端面２１から底面２２ａに向かって平行な有底筒状に形成されている。また、図３では図示を省略しているが、第２の凹部２２は、例えば、平面視で円形状とされている。

第２の主軸部材２の材質としても、特に限定されず、第１の主軸部材１と同様、本実施形態の回転主軸２０が適用される回転機械等のハウジングと、熱膨張係数がほぼ等しい材料を採用することができ、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属材料を採用できる。

スラスト円板３Ａは、図３では詳細な図示を省略しているが、第１の実施形態におけるスラスト円板３と同様、平面視で円形とされた板状の部材であり、上記同様、回転主軸２０に作用する軸方向の荷重に対し、スラスト円板３Ａを挟み込むように配置される図示略のスラスト軸受により、回転主軸２０の軸方向の位置を保持する機能を有する。

図３中に示す例のスラスト円板３Ａは、上述したように、両面側に凸部（第１の凸部３１又は第２の凸部３２）が設けられている点で、第１の実施形態におけるスラスト円板３とは異なる。
具体的には、スラスト円板３Ａは、第１の実施形態におけるスラスト円板３と同様、一面３ａ側に第１の凸部３１が設けられており、図３に示す例では、さらに、これと表裏対称配置となるように、他面３ｂ側に第２の凸部３２が設けられている。第２の凸部３２は、第１の凸部３１と同様、他面３ｂから突出するように、中心軸Ｊを中心とした概略円柱状に形成されている。

スラスト円板３Ａの材質も、特に限定されず、第１の実施形態で説明したスラスト円板３と同様の材料を採用することができる。即ち、本実施形態のスラスト円板３Ａでも、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２と分割された構造であることを活かし、回転主軸２０の使用条件を考慮しながら、炭素繊維強化複合材のような軽量材料、あるいは、より高強度である金属材料等、各種の材料を採用することが可能である。

本実施形態の回転主軸２０は、第１の主軸部材１とスラスト円板３Ａとが、第１の主軸部材１に設けられた第１の凹部１２と、スラスト円板３Ａに設けられた第１の凸部３１との内側嵌合構造によって固定されている。これとともに、回転主軸２０は、第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとが、第２の主軸部材２に設けられた第２の凹部２２と、スラスト円板３Ａに設けられた第２の凸部３２との内側嵌合構造によって固定されている。また、回転主軸２０は、第１の凹部１２の内側面１２ｂと、第１の凸部３１の外側面３１ｂとが、面接触しながら嵌合されており、さらに、第２の凹部２２の内側面２２ｂと、第２の凸部３２の外側面３３ｂとが、面接触しながら嵌合されている。
このような内側嵌合構造を採用することで、本実施形態の回転主軸２０においても、第１の実施形態の場合と同様、従来のような、焼嵌めによる外側嵌合構造に起因した、スラスト円板が変形して主軸部材に対する緩みが生じるのを防止することが可能となる。

なお、スラスト円板３Ａの一面３ａ側に設けられる第１の凸部３１と、他面３ｂ側に設けられる第２の凸部３２は、図示例のような、表裏対称の関係とされた形状や大きさには限定されない。具体的には、第１の主軸部材１の他端１ｂ側や、第２の主軸部材２の他端２ｂ側に配置される図示略のインペラの大きさが異なる場合、例えば、他端１ｂ側に配置されるインペラが他端２ｂ側に配置されるインペラよりも小さい場合には、第１の凸部３１を、第２の凸部３２よりも小径に構成してもよい。このように、インペラの重量や遠心力等を考慮した構成とすることで、回転主軸２０全体のバランスが最適化され、安定した回転特性を確保できる。

本実施形態の回転主軸２０によれば、第１の実施形態の回転主軸１０に対して、さらに、スラスト円板３Ａの他面３ｂ側に接続される第２の主軸部材２を有し、第１の凹部１２及び第２の凹部２２の各々に、スラスト円板３の第１の凸部３１又は第２の凸部３２が内嵌めされた内部嵌合構造を採用している。これにより、第１の実施形態の場合と同様、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとを別部材とした分割構造でありながら、遠心力や温度変化によってスラスト円板３Ａの第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２に対する緩みが生じるのを抑制できる。また、上記の分割構造を採用することにより、材料コストや加工時間を削減できる。従って、第１の実施形態の場合と同様、安価な構成でありながら、安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第３の実施形態］
以下に、本発明の第３の実施形態の回転主軸について、主に図４を適宜参照しながら説明する。
図４は、本実施形態の回転主軸３０の要部について説明する図であり、第１の主軸部材１Ａ及び第２の主軸部材２Ａとスラスト円板３Ｂとがねじ留め固定された状態を示す断面図である。

図４に示すように、本実施形態の回転主軸３０は、ねじ留め固定構造を備える点で、第２の実施形態の回転主軸２０とは異なる。
具体的には、本実施形態の回転主軸３０は、第１の主軸部材１Ａ及び第２の主軸部材２Ａとスラスト円板３Ｂとが、第１の凹部１２Ａ及び第２の凹部２２Ａにおける内側面１２ｂ，２２ｂにそれぞれ設けられた雌ねじ１２ｃ，２２ｃと、第１の凸部３１Ｂ及び第２の凸部３２Ｂにおける外側面３１ｂ，３２ｂに設けられた雄ねじ３１ａ，３２ａとによってねじ留め固定されることで、軸方向で拘束されている。

本発明に係る回転主軸が採用している内側嵌合構造を、回転動作がより安定したものとして実現するためには、スラスト円板と主軸部材との間を軸方向で拘束することがより重要となる。本実施形態においては、上記のねじ留め固定構造を採用し、さらに、各ねじ形状を最適化して緩みにくい形状とすることで、第１の主軸部材１Ａ及び第２の主軸部材２Ａとスラスト円板３Ｂとを強固に一体化できる。これにより、回転主軸３０が高速回転した場合でも、第１の主軸部材１Ａ及び第２の主軸部材２Ａとスラスト円板３Ｂとの間の固定構造が緩むのを確実に防止できる。

本実施形態の回転主軸３０によれば、第１の主軸部材１Ａにおける第１の凹部１２Ａ及び第２の主軸部材２Ａにおける第２の凹部２２Ａに各々設けられた雌ねじ１２ｃ，２２ｃと、スラスト円板３Ｂの第１の凸部３１Ｂ及び第２の凸部３２Ｂに各々設けられた雄ねじ３１ａ，３２ａとによってねじ留め固定した構造を採用している。これにより、第１，２の主軸部材１Ａ，２Ａとスラスト円板３Ｂとが分割された構造でありながら、回転主軸３０の軸方向における各部材の拘束力をより高める作用が得られる。これにより、より安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第４の実施形態］
以下に、本発明の第４の実施形態の回転主軸について、主に図５～図７を適宜参照しながら説明する。
図５は、本実施形態の回転主軸４０の要部について説明する図であり、第１の主軸部材１Ｂ及び第２の主軸部材２Ｂとスラスト円板３Ｃとが、軸方向で挿通される固定ボルト４によってボルト留め固定された状態の一例を示す断面図である。
また、図６は、本実施形態の回転主軸４０Ａの要部について説明する図であり、第１の主軸部材１Ｂ及び第２の主軸部材２Ｃとスラスト円板３Ｃとが、軸方向で挿通される固定ボルト４Ａによってボルト留め固定された状態の一例を示す断面図である。
また、図７は、本実施形態の回転主軸４０Ｂの要部について説明する図であり、第１の主軸部材１Ｂ及び第２の主軸部材２Ｄとスラスト円板３Ｃとが、軸方向で挿通される固定ボルト４Ｂによってボルト留め固定された状態の一例を示す断面図である。

本実施形態の回転主軸４０，４０Ａ，４０Ｂは、第１の主軸部材１Ｂ及び第２の主軸部材２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ、並びにスラスト円板３Ｃの各々の中心軸Ｊに軸方向で挿通して配置される固定ボルト４，４Ａ，４Ｂを備える。そして、本実施形態の回転主軸４０，４０Ａ，４０Ｂは、第１の主軸部材１Ｂ及び第２の主軸部材２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの何れかと、スラスト円板３Ｃとが、固定ボルト４，４Ａ，４Ｂの何れかによってボルト留め固定され、軸方向で拘束されている点で、上述した第２，３の実施形態の回転主軸２０，３０とは異なる。

図５に示す回転主軸４０は、第１の主軸部材１Ｂにおける第１の凹部１２の底面１２ａに、固定ボルト４と螺合可能とされたねじ穴１２ｄが設けられている。
また、スラスト円板３Ｃには、中心軸Ｊと同軸で形成され、固定ボルト４を軸方向で貫通させることが可能な貫通孔３３が設けられている。
また、第２の主軸部材２Ｂにも、中心軸Ｊと同軸で形成され、固定ボルト４を軸方向で貫通させることが可能な貫通孔２３が設けられている。

図５に示す回転主軸４０によれば、上記構成により、第１の主軸部材１Ｂと、スラスト円板３Ｃと、第２の主軸部材２Ｂとを、固定ボルト４でねじ留め固定することで、これらの各部材を強固に一体化できる。これにより、回転主軸４０が高速回転した場合でも、第１の主軸部材１Ｂ及び第２の主軸部材２Ｂとスラスト円板３Ｃとの間の固定構造が緩むのを確実に防止できる。

図６に示す回転主軸４０Ａは、第２の主軸部材２Ｃにおける他端２ｂ側にインペラ５が配置されている点で、図５に示す回転主軸４０とは異なる。
回転主軸４０Ａは、上記構成により、第１の主軸部材１Ｂと、スラスト円板３Ｃと、第２の主軸部材２Ｃと、インペラ５とを、固定ボルト４Ａで共締めしたボルト留め構造を採用することで、インペラ５を含めて強固に一体化することが可能となる。これにより、第１の主軸部材１Ｂ及び第２の主軸部材２Ｃとスラスト円板３Ｃとの間、さらには、第２の主軸部材２Ｃとインペラ５との間の固定構造が緩むのを確実に防止できる。また、回転主軸４０Ａの組立性も良好となるので、回転主軸４０Ａ、及び、回転主軸４０Ａが適用される回転機械等の生産性を高めることも可能となる。

ここで、本実施形態のようなボルト締め工程構造を採用する場合、ボルトが緩まないように配慮する必要が生じることもある。このため、例えば、回転主軸４０Ａに備えられる固定ボルト４Ａとして従来公知のテンションボルトを採用した場合には、固定ボルト４Ａによる適切な応力を生じさせることができるので、回転主軸４０Ａが高速回転した場合でも、固定ボルト４Ａが緩むのを防止することが可能となる。

図７に示す回転主軸４０Ｂは、第２の主軸部材２Ｄにおける他端２ｂ側にナット２４が配置されている点で、図５に示す回転主軸４０とは異なる。
また、固定ボルト４Ｂが、長軸方向の両端にねじ部４ａ，４ｂを備えている点でも、図５に示す回転主軸４０とは異なる。

回転主軸４０Ｂは、例えば、ナット２４として、ねじ部の緩み防止機能が施されたＵ－ＮＵＴ（富士精密社製（登録商標）；インターネット［ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｆｕｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｕ－ｎｕｔ．ｐｈｐ］を参照）を採用することで、第１の主軸部材１Ｂと、スラスト円板３Ｃと、第２の主軸部材２Ｄとを、固定ボルト４Ｂで強固にねじ留め固定して一体化することが可能となる。これにより、上記同様、第１の主軸部材１Ｂ及び第２の主軸部材２Ｄとスラスト円板３Ｃとの間の固定構造が緩むのを確実に防止できる。
なお、本実施形態の回転主軸４０Ｂにおいては、ナット２４に代えて、図示略の割ピン等による緩み防止機構を構成することも可能である。

本実施形態の回転主軸４０，４０Ａ，４０Ｂによれば、第１の主軸部材１Ｂ及び第２の主軸部材２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの何れかと、スラスト円板３Ｃとが、固定ボルト４，４Ａ，４Ｂの何れかによってボルト留め固定された構造を採用している。これにより、上記同様、分割構造でありながら、回転主軸４０，４０Ａ，４０Ｂの軸方向における各部材の拘束力をより高める作用が得られるので、より安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第５の実施形態］
以下に、本発明の第５の実施形態の回転主軸について、主に図８を適宜参照しながら説明する。
図８は、本実施形態の回転主軸５０の要部について説明する図であり、第１の主軸部材１Ｃに設けられる第１の凹部１２Ｂ、及び、第２の主軸部材２Ｅに設けられる第２の凹部２２Ｂと、スラスト円板３Ｄに設けられる第１の凸部３１Ｃ及び第２の凸部３２Ｃとの間が、互いに係止する逆テーパ構造で内嵌めされた状態を示す断面図である。なお、図８においては、説明の都合上、逆テーパ構造による嵌合代を、実際のテーパ角度よりも大きな角度で示している。

本実施形態の回転主軸５０は、第１の主軸部材１Ｃにおける第１の凹部１２Ｂ、及び、第２の主軸部材２Ｅにおける第２の凹部２２Ｂの内側面１２ｂ，２２ｂ、並びに、スラスト円板３Ｄにおける第１の凸部３１Ｃ及び第２の凸部３２Ｃの外側面３１ｂ，３２ｂが、それぞれ傾斜面とされ、互いに係止する逆テーパ構造で内嵌め嵌合される。これにより、回転主軸５０は、第１の主軸部材１Ｃ及び第２の主軸部材２Ｅとスラスト円板３Ｄとが、軸方向で拘束されるように構成されている。

本実施形態の回転主軸５０の製造にあたり、第１の主軸部材１Ｃにおける第１の凹部１２Ｂ及び第２の主軸部材２Ｅにおける第２の凹部２２Ｂの各々に、スラスト円板３Ｄの第１の凸部３１Ｃ又は第２の凸部３２Ｃを嵌入する際は、例えば、スラスト円板３Ｄを冷却する冷やし嵌めか、あるいは、第１の主軸部材１Ｃ及び第２の主軸部材２Ｅを加熱することにより、焼嵌めを行う方法を採用できる。あるいは、スラスト円板３Ｄを冷却するとともに、第１の主軸部材１Ｃ及び第２の主軸部材２Ｅを加熱して焼嵌めすることも可能である。

上記のような焼嵌めを行う場合の条件としては、特に限定されないが、例えば、第１の主軸部材１Ｃ及び第２の主軸部材２Ｅの外径ｄが１００ｍｍ程度である場合、上記の逆テーパ構造による嵌合代を５０～２００μｍの範囲とすることで、十分な嵌合強度を保持しながら、無理なく焼嵌め加工することができる。また、焼嵌め加工の際の加熱温度は、スラスト円板３Ｄ、及び、第１の主軸部材１Ｃ及び第２の主軸部材２Ｅを構成する材料にも依るが、例えば、１００～２００℃の範囲とすることができる。

本実施形態の回転主軸５０によれば、第１の主軸部材１Ｃ及び第２の主軸部材２Ｅと、スラスト円板３Ｄとが、互いに係止する逆テーパ構造で内嵌めされた構造を採用することで、上記同様、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における各部材の拘束力がより高められる。これにより、より安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第６の実施形態］
以下に、第６の実施形態の回転主軸について、主として図９を適宜参照しながら説明する。
図９は、本実施形態の回転主軸６０の要部について説明する図であり、第１の主軸部材１Ｄにおける第１の凹部１２Ｃ及び第２の主軸部材２Ｆにおける第２の凹部２２Ｃと、スラスト円板３Ｅにおける第１の凸部３１Ｄ及び第２の凸部３２Ｄとが、凹凸面同士が互いに嵌め込まれて係止する凹凸構造で内嵌め嵌合された状態を示す断面図である。

本実施形態の回転主軸６０は、第１の凹部１２Ｃ及び第２の凹部２２Ｃの各々の内側面１２ｂ，２２ｂ、並びに、第１の凸部３１Ｄ及び第２の凸部３２Ｄの各々の外側面３１ｂ，３２ｂが凹凸面とされており、これら凹凸面同士が互いに嵌め込まれて係止する凹凸構造で内嵌め嵌合されている。これにより、回転主軸６０は、第１の主軸部材１Ｄ及び第２の主軸部材２Ｆとスラスト円板３Ｅとが、軸方向で拘束されている。

図９に示す例では、スラスト円板３Ｅにおける第１の凸部３１Ｄ及び第２の凸部３２Ｄの先端近傍の外径が、一面３ａ及び他面３ｂ側よりも大きく形成されている。また、第１の主軸部材１Ｄ及び第２の主軸部材２Ｆにおける、第１，２の凹部１２Ｃ，２２Ｃの内側面１２ｂ，２２ｂの、底面１２ａ，２２ａ近傍の内径が、端面１１，２１側よりも大きく形成されている。本実施形態の回転主軸６０は、上記のような、スラスト円板３Ｅの第１の凸部３１Ｄ及び第２の凸部３２Ｄと、第１の主軸部材１Ｄの第１の凹部１２Ｃ及び第２の主軸部材２Ｆの第２の凹部２２Ｃとが組み合わせされることにおり、凹凸構造が構成される。

本実施形態の回転主軸６０の製造にあたり、第１の主軸部材１Ｄにおける第１の凹部１２Ｃ及び第２の主軸部材２Ｆにおける第２の凹部２２Ｃの各々に、スラスト円板３Ｅにおける第１の凸部３１Ｄ及び第２の凸部３２Ｄの何れかを嵌入する際は、第５の実施形態における回転主軸５０を製造する場合と同様、第１，２の主軸部材１Ｄ，２Ｆを加熱、もしくは、スラスト円板３Ｅを冷却、あるいはその両方により、焼嵌め、冷やし嵌めを行う方法を採用できる。

本実施形態の回転主軸６０によれば、第１の主軸部材１Ｄにおける第１の凹部１２Ｃ及び第２の主軸部材２Ｆにおける第２の凹部２２Ｃの内側面１２ｂ，２２ｂと、スラスト円板３Ｅにおける第１の凸部３１Ｄ及び第２の凸部３２Ｄの外側面３１ｂ，３２ｂとが、互いに嵌め込まれて係止する凹凸構造で内嵌めされている。これにより、上記同様、分割構造でありながら、回転主軸６０の軸方向における各部材の拘束力がより高められる。従って、より安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第７の実施形態］
以下に、第７の実施形態の回転主軸について、第１～第６の実施形態で参照した図面と同じ図面を適宜参照しながら説明する。
本実施形態の回転主軸は、全体的且つ詳細な図示は省略するが、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが、上述した第３～第６実施形態の回転主軸３０，４０，４０Ａ，４０Ｂ，５０，６０が有する軸方向の拘束構造を組み合わせて備えたものである。

本実施形態の回転主軸によれば、上記のような軸方向の拘束構造を複数で組み合わせて備えることで、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向における各部材の拘束力をさらに高めることができる。従って、さらに安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第８の実施形態］
以下に、第８の実施形態の回転主軸について、主として図１０を適宜参照しながら説明する。
図１０は、本実施形態の回転主軸７０の要部について説明する図であり、第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとが、ノックピン構造による拘束で回転止めされている状態を示す断面図である。

本実施形態の回転主軸７０は、図１０においては詳細な図示を省略しているが、上述した第３～第７実施形態の回転主軸３０，４０，４０Ａ，４０Ｂ，５０，６０のうちの何れかにおいて、第１の主軸部材及び第２の主軸部材のうちの一方あるいは両方と、スラスト円板とが、ノックピン６によって回転方向で拘束されたものである。図１０に示す例においては、説明の都合上、図１，３に示した第２の実施形態の回転主軸２０に対してノックピン６を追加した構成を示している。図示例のノックピン６は、第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとの間で、それらの位相を別部材で固定するものである。

本発明に係る回転主軸が採用している内側嵌合構造を、回転動作がより一層安定したものとして実現するためには、回転主軸の適用対象によっては、第３～第６の実施形態における軸方向の拘束構造に加え、さらに、スラスト円板が主軸部材に対して回転方向で係止された、空回り等を防止する構造も必要となる。本実施形態においては、上記の軸方向の拘束構造を採用したうえで、さらに、回転方向の拘束構造を備えることで、主軸部材（図１０中では第２の主軸部材２）と、スラスト円板（図１０中ではスラスト円板３Ａ）との間を、軸方向及び回転方向の両方で強固に一体化する。

ノックピン６の材質としては、特に限定されず、従来から金属部材の回転留め等の用途で用いられている金属材料を何ら制限無く採用することが可能である。

なお、本実施形態においては、上記のノックピン構造は、図１０に示す例のものには限定されない。詳細な図示は省略するが、例えば、スラスト円板３Ａの他面３ｂ上にノックピン形状の凸部を設け、第２の主軸２の一端２ａに上記の凸部と嵌合可能な凹部を設け、これら凸部と凹部とを嵌合させることで、第２の主軸２とスラスト円板３Ａとの間の位相を固定する構成を採用してもよい。

本実施形態の回転主軸７０によれば、第３～第７実施形態における、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが軸方向で拘束される構造に加え、さらに、ノックピン構造による回転方向での拘束構造を備えた構成を採用している。これにより、分割構造でありながら、回転主軸７０の軸方向における各部材の拘束力が高められ、さらに、回転方向における拘束力が高められる。従って、より一層安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第９の実施形態］
以下に、第９の実施形態の回転主軸について、主として図１１を適宜参照しながら説明する。
図１１は、本実施形態の回転主軸８０の要部について説明する図であり、第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとが、キー溝構造による拘束で回転止めされた状態を示す断面図である。

本実施形態の回転主軸８０は、第８の実施形態の回転主軸７０の場合と同様、図１１においては詳細な図示を省略しているが、上述した第３～第７の実施形態の回転主軸３０，４０，４０Ａ，４０Ｂ，５０，６０のうちの何れかにおいて、第１の主軸部材及び第２の主軸部材のうちの一方あるいは両方と、スラスト円板とが、キー溝構造による拘束で回転止めされたものである。また、図１１に示す例においては、第８の実施形態の場合と同様、説明の都合上、図１，３に示した第２の実施形態の回転主軸２０に対してキー７、及び、キー７が挿入される溝部２５を追加した構成を示している。図示例のキー７、及び、第２の主軸部材２に設けられる溝部２５は、第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとの間で、それらの位相を別部材で固定するものである。

キー７の材質としても、ノックピン６の場合と同様、特に限定されず、従来から金属部材の回転留め等の用途で用いられている金属材料を何ら制限無く採用することが可能である。

なお、本実施形態においては、上記のキー溝構造は、図１１に示す例のものには限定されない。詳細な図示は省略するが、例えば、第２の主軸２における第２の凹部２２の内側面２２ｂにキー形状の凸部を設け、スラスト円板３Ａにおける第２の凸部３２の外面３２ｂに設けられた溝部２５と上記の凸部とを嵌合させることで、第２の主軸２とスラスト円板３Ａとの間の位相を固定する構成を採用してもよい。

本実施形態の回転主軸８０によれば、第３～第７の実施形態における、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが軸方向で拘束される構造に加え、さらに、キー溝構造による回転方向での拘束構造を備えた構成を採用している。これにより、第８の実施形態の回転主軸７０の場合と同様、分割構造でありながら、回転主軸８０の軸方向における各部材の拘束力が高められ、さらに、回転方向における拘束力が高められる。従って、より一層安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第１０の実施形態］
以下に、第１０の実施形態の回転主軸について、主として図１２～図１４を適宜参照しながら説明する。
図１２は、本実施形態の回転主軸９０の要部について説明する図であり、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとが、溶接構造による拘束で回転止めされている状態の一例を示す断面図である。
また、図１３は、本実施形態の回転主軸９０Ａの要部について説明する図であり、第１の主軸部材１とスラスト円板３とが、溶接構造による拘束で回転止めされている状態の他の例を示す断面図である。
また、図１４は、本実施形態の回転主軸９０Ｂの要部について説明する図であり、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとが、溶接構造による拘束で回転止めされている状態の他の例を示す断面図である。

本実施形態の回転主軸９０，９０Ａ，９０Ｂは、図１２～図１４においては詳細な図示を省略しているが、上述した第３～第７の実施形態の回転主軸３０，４０，４０Ａ，４０Ｂ，５０，６０のうちの何れかにおいて、第１の主軸部材及び第２の主軸部材のうちの一方あるいは両方と、スラスト円板とが、溶接による拘束で回転止めされたものである。なお、説明の都合上、図１２，１４に示す例においては、図１，３に示した第２の実施形態の回転主軸２０に対して溶接部８又は溶接部８１を追加した構成を示し、図１３に示す例においては、図２に示した第１の実施形態の回転主軸１０に対して溶接部８２を追加した構成を示している。図示例の溶接部８，８１，８２は、それぞれ、第２の主軸部材２又は第１の主軸部材１のうちの一方又は両方と、スラスト円板３Ａ又はスラスト円板３との間で、それらの位相を固定するものである。

図１２に示す回転主軸９０は、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２の外面側におけるスラスト円板３Ａ近傍に溶接部８が設けられている。これにより、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとの間で位相が固定されている。

図１３に示す回転主軸９０Ａは、第１の主軸部材１に設けられた第１の凹部１２の底面１２ａにおける貫通部３６の近傍に溶接部８２が設けられている。これにより、第１の主軸部材１とスラスト円板３との間で位相が固定されている。

図１４に示す回転主軸９０Ｂは、第１の主軸部材１に設けられた第１の凹部１２，及び、第２の主軸部材２に設けられた第２の凹部２２の内側面１２ｂ，２２ｂ側における、スラスト円板３Ａの近傍に溶接部８１が設けられている。これにより、回転主軸９０Ｂは、図１２に示した回転主軸９０と同様、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとの間で位相が固定されている。

本実施形態においては、図１２に示す回転主軸９０のように、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２おける外面側から溶接処理を行えばよい。あるいは、図１３に示す回転主軸９０Ａのように、第１の主軸部材１の一端１ａ側にスラスト円板３が設けられるのみの構成である場合には、スラスト円板３に中心軸Ｊに沿った貫通部３６を形成することで、スラスト円板３を中空状とし、第１の主軸部材１における第１の凹部１２側から溶接処理を行ってもよい。

本実施形態において、溶接部８，８１，８２を形成させる方法としては、特に限定されないが、例えば、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接等の各方法の中から適宜選択することができる。
また、図１４に示した回転主軸９０Ｂに備えられる溶接部８２を形成させる場合には、例えば、銀ろう付け等の方法で、第１の主軸部材１及び第２の主軸部材２とスラスト円板３Ａとを溶接してもよい。

本実施形態の回転主軸９０，９０Ａ，９０Ｂによれば、第３～第７の実施形態における、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが軸方向で拘束される構造に加え、さらに、溶接構造による回転方向での拘束構造を備える。これにより、上記同様、分割構造でありながら、回転主軸９０，９０Ａ，９０Ｂの軸方向における各部材の拘束力が高められ、さらに、回転方向における拘束力が高められる。従って、より一層安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［第１１の実施形態］
以下に、第１１の実施形態の回転主軸について、第１～第１０の実施形態で参照した図面と同じ図面を適宜参照しながら説明する。
本実施形態の回転主軸は、全体的且つ詳細な図示は省略するが、軸方向の拘束構造を有する第３～第７施形態の回転主軸３０，４０，４０Ａ，４０Ｂ，５０，６０において、第１の主軸部材及び第２の主軸部材のうちの一方あるいは両方と、スラスト円板とが、上述した第８～第１０の実施形態における回転方向の拘束構造を組み合わせて備えた構成を採用する。本実施形態の回転主軸は、上記構成により、第１の主軸部材、及び／又は、第２の主軸部材と、スラスト円板との間が、軸方向及び回転方向の両方で強固に拘束される。

本実施形態の主軸部材によれば、第１の主軸部材及び第２の主軸部材とスラスト円板とが軸方向で拘束される構造に加え、さらに、回転方向で拘束する複数の拘束構造を組み合わせて備える。これにより、分割構造でありながら、回転主軸の軸方向並びに回転方向の両方における各部材の拘束力をさらに高めることができる。従って、より一層安定した回転動作を長期間にわたって保持することが可能となる。

［その他の実施形態］
本発明に係る回転主軸は、上記の第１～第１１の実施形態に係る構成のものには限定されず、特許請求の範囲内に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・置換・変更が可能なものである。

例えば、本実施形態では、各々の主軸部材とスラスト円板とを異なる材料から構成した例を説明しているが、これらを同じ材料から構成してもよく、適宜選択して採用することが可能である。

＜回転機械＞
本実施形態の回転機械は、その全体の図示は省略するが、上述した第１～第１１の実施形態で説明した回転主軸１０，２０，３０，４０，４０Ａ，４０Ｂ，５０，６０，７０，８０，９０の何れかを備えて構成される。
本実施形態の回転機械としては、例えば、ターボ圧縮機や遠心式ポンプ等の各種の回転機械が挙げられる。このような回転機械の具体例としては、例えば、特開２０１９－１７３６１５号公報に開示した回転機械等を例示でき、このような回転機械に、上記の各実施形態の何れかの回転主軸を適用したもの等が挙げられる。

上記のような回転機械は、例えば、上記の各実施形態に示した回転主軸と、図示略のロータ部及びステータ部からなるモータと、回転主軸の一方の端部に取り付けられるタービンインペラと、回転主軸のスラスト円板を挟み込むように設けられるスラスト軸受と、回転主軸の他方の端部に取り付けられるコンプレッサインペラと、各構成部品を内部に収容するハウジングとを備えたもの等が挙げられる。

本実施形態の回転機械によれば、上記の第１～第９の実施形態に係る回転主軸を備えたものなので、回転主軸において、遠心力や温度変化により、スラスト円板の主軸部材に対する緩みが生じるのを抑制でき、回転主軸の回転動作が長期間にわたって安定する。これにより、優れた動作効率が長期間にわたって得られるものとなる。

本発明の回転主軸によれば、遠心力や温度変化によってスラスト円板の主軸部材に対する緩みが生じるのを抑制でき、安定した回転動作を保持することが可能なものである。従って、本発明の回転主軸は、例えば、ターボ圧縮機や遠心式ポンプ等の各種の回転機械に用いられる回転主軸として非常に好適である。

１０，２０，３０，４０，４０Ａ，４０Ｂ，５０，６０，７０，８０，９０，９０Ａ，９０Ｂ…回転主軸
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…第１の主軸部材
１ａ…一端
１１…端面
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…第１の凹部（凹部）
１２ａ…底面
１２ｂ…内側面
１２ｃ…雌ねじ
１２ｄ…ねじ穴
１ｂ…他端
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ…第２の主軸部材
２ａ…一端
２１…端面
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…第２の凹部（凹部）
２２ａ…底面
２２ｂ…内側面
２２ｃ…雌ねじ
２ｂ…他端
２３…貫通孔
２４…ナット
２５…溝部
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ…スラスト円板
３ａ…一面
３ｂ…他面
３１，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ…第１の凸部（凸部）
３１ａ…雄ねじ
３１ｂ…外側面
３２，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ…第２の凸部（凸部）
３２ａ…雄ねじ
３２ｂ…外側面
３２ｃ…凹凸面
３３…貫通孔
３６…貫通部
４，４Ａ，４Ｂ…固定ボルト
４ａ，４ｂ…ねじ部
５…インペラ
６…ノックピン
７…キー
８，８１，８２溶接部
Ｊ…中心軸

Claims (12)

1. 少なくとも、主軸部材と、前記主軸部材の一端側に設けられ、前記主軸部材の軸方向における移動を規制するためのスラスト円板と、を有する回転主軸であって、
   前記主軸部材及び前記スラスト円板が互いに別部材からなる分割構造とされており、
   前記主軸部材は、前記一端側の端面に凹部が設けられており、
   前記スラスト円板は、少なくとも一面側における中心軸上に配置され、前記一面から突出するように設けられる凸部を有しており、
   前記主軸部材と前記スラスト円板とが、前記凹部に前記凸部が内嵌め嵌合されることで固定されている
   ことを特徴とする回転主軸。
2. 前記主軸部材と前記スラスト円板とが、前記主軸部材の前記凹部に設けられた雌ねじと、前記スラスト円板の前記凸部に設けられた雄ねじによってねじ留め固定されることで、軸方向で拘束されていることを特徴とする請求項１に記載の回転主軸。
3. 前記主軸部材と前記スラスト円板とが、前記主軸部材及び前記スラスト円板の各々の中心軸に軸方向で挿通して配置される固定ボルトによってボルト留め固定されることで、軸方向で拘束されていることを特徴とする請求項１に記載の回転主軸。
4. 前記主軸部材における前記凹部の内側面、及び、前記スラスト円板における前記凸部の外側面の各々が傾斜面とされ、互いに係止する逆テーパ構造で内嵌め嵌合されることにより、前記主軸部材と前記スラスト円板とが軸方向で拘束されていることを特徴とする請求項１に記載の回転主軸。
5. 前記主軸部材における前記凹部の内側面、及び、前記スラスト円板における前記凸部の外側面の各々が凹凸面とされ、該凹凸面同士が互いに嵌め込まれて係止する凹凸構造で嵌合されることにより、前記主軸部材と前記スラスト円板とが軸方向で拘束されていることを特徴とする請求項１に記載の回転主軸。
6. 前記主軸部材と前記スラスト円板とが、請求項２～請求項５に記載の軸方向における拘束構造を組み合わせて備えることを特徴とする請求項１記載の回転主軸。
7. 前記主軸部材と前記スラスト円板とが、さらに、ノックピンによって回転方向で拘束されていることを特徴とする請求項２～請求項６の何れか一項に記載の回転主軸。
8. 前記主軸部材と前記スラスト円板とが、さらに、キー溝構造によって回転方向で拘束されていることを特徴とする請求項２～請求項６の何れか一項に記載の回転主軸。
9. 前記主軸部材と前記スラスト円板とが、さらに、溶接によって回転方向で拘束されていることを特徴とする請求項２～請求項６の何れか一項に記載の回転主軸。
10. 前記主軸部材と前記スラスト円板とが、請求項７～請求項９に記載の回転方向における拘束構造を組み合わせて備えることにより、回転方向で拘束されていることを特徴とする請求項２～請求項６の何れか一項に記載の回転主軸。
11. 前記主軸部材は、前記一端側の端面に第１の凹部が設けられた第１の主軸部材と、前記一端側の端面に第２の凹部が設けられた第２の主軸部材とからなり、
    前記スラスト円板は、前記凸部として、前記一面から突出するように設けられる第１の凸部と、前記一面と反対側の他面から突出するように設けられる第２の凸部とを有しており、
    前記第１の主軸部材における前記第１の凹部に、前記スラスト円板の前記第１の凸部が内嵌め嵌合されるとともに、前記第２の主軸部材における前記第２の凹部に、前記スラスト円板の前記第２の凸部が内嵌め嵌合されることにより、前記第１の主軸部材、前記スラスト円板、及び前記第２の主軸部材がこの順で固定されていることを特徴とする請求項１～請求項１０の何れか一項に記載の回転主軸。
12. 請求項１～請求項１１の何れか一項に記載の回転主軸を備えることを特徴とする回転機械。

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