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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023050943
(43)【公開日】2023-04-11
(54)【発明の名称】遊星歯車機構及び回転機械システム
(51)【国際特許分類】
F16H 1/28 20060101AFI20230404BHJP
F04D 29/60 20060101ALI20230404BHJP
F04D 29/62 20060101ALI20230404BHJP
F04D 29/64 20060101ALI20230404BHJP
F04D 29/053 20060101ALI20230404BHJP
【ＦＩ】
F16H1/28
F04D29/60 J
F04D29/62 D
F04D29/64 D
F04D29/053 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021161323
(22)【出願日】2021-09-30
(71)【出願人】
【識別番号】310010564
【氏名又は名称】三菱重工コンプレッサ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】永尾 英樹
(72)【発明者】
【氏名】宮田 寛之
【テーマコード（参考）】
3H130
3J027
【Ｆターム（参考）】
3H130AA20
3H130AB27
3H130AB42
3H130AB52
3H130AC30
3H130BA22G
3H130BA23G
3H130DE07X
3H130EA01G
3H130EC05G
3J027FA37
3J027FB40
3J027GB03
3J027GC13
3J027GC22
3J027GD02
3J027GD09
3J027GD13
3J027GE11
(57)【要約】
【課題】内歯車の遠心力による変形を有効に抑え、高速回転に対応する。
【解決手段】遊星歯車機構は、軸線を中心として自転可能な太陽歯車と、前記軸線の延びる軸方向に延びて前記太陽歯車に固定され、前記太陽歯車と一体に前記軸線を中心として回転可能な第一軸と、前記太陽歯車と噛み合い、前記軸線と平行な自身の中心線を中心として自転可能な複数の遊星歯車と、複数の前記遊星歯車に対して径方向の外側に配置され、前記径方向の内側を向いて前記遊星歯車に噛み合う内歯を備え、前記軸線を中心として回転可能な内歯車と、前記軸方向に延びて前記内歯車に連結され、前記内歯車とともに前記軸線を中心として回転する第二軸と、前記内歯車の外周面に固定されて、前記内歯車を形成する材料よりも比強度の高い材料で環状に形成された補強部材と、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】遊星歯車機構は、軸線を中心として自転可能な太陽歯車と、前記軸線の延びる軸方向に延びて前記太陽歯車に固定され、前記太陽歯車と一体に前記軸線を中心として回転可能な第一軸と、前記太陽歯車と噛み合い、前記軸線と平行な自身の中心線を中心として自転可能な複数の遊星歯車と、複数の前記遊星歯車に対して径方向の外側に配置され、前記径方向の内側を向いて前記遊星歯車に噛み合う内歯を備え、前記軸線を中心として回転可能な内歯車と、前記軸方向に延びて前記内歯車に連結され、前記内歯車とともに前記軸線を中心として回転する第二軸と、前記内歯車の外周面に固定されて、前記内歯車を形成する材料よりも比強度の高い材料で環状に形成された補強部材と、を備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸線を中心として自転可能な太陽歯車と、
前記軸線の延びる軸方向に延びて前記太陽歯車に固定され、前記太陽歯車と一体に前記軸線を中心として回転可能な第一軸と、
前記太陽歯車と噛み合い、前記軸線と平行な自身の中心線を中心として自転可能な複数の遊星歯車と、
複数の前記遊星歯車に対して径方向の外側に配置され、前記径方向の内側を向いて前記遊星歯車に噛み合う内歯を備え、前記軸線を中心として回転可能な内歯車と、
前記軸方向に延びて前記内歯車に連結され、前記内歯車とともに前記軸線を中心として回転する第二軸と、
前記内歯車の外周面に固定されて、前記内歯車を形成する材料よりも比強度の高い材料で環状に形成された補強部材と、を備える遊星歯車機構。
前記軸線の延びる軸方向に延びて前記太陽歯車に固定され、前記太陽歯車と一体に前記軸線を中心として回転可能な第一軸と、
前記太陽歯車と噛み合い、前記軸線と平行な自身の中心線を中心として自転可能な複数の遊星歯車と、
複数の前記遊星歯車に対して径方向の外側に配置され、前記径方向の内側を向いて前記遊星歯車に噛み合う内歯を備え、前記軸線を中心として回転可能な内歯車と、
前記軸方向に延びて前記内歯車に連結され、前記内歯車とともに前記軸線を中心として回転する第二軸と、
前記内歯車の外周面に固定されて、前記内歯車を形成する材料よりも比強度の高い材料で環状に形成された補強部材と、を備える遊星歯車機構。
【請求項2】
前記補強部材は、前記軸方向において、少なくとも一部が複数の前記遊星歯車と重なる領域に形成される請求項１に記載の遊星歯車機構。
【請求項3】
前記内歯車は、前記軸方向の一端に開口端を有し、
前記補強部材は、前記軸方向において前記開口端に近いほど、前記径方向の厚さが大きくなっている請求項１又は２に記載の遊星歯車機構。
前記補強部材は、前記軸方向において前記開口端に近いほど、前記径方向の厚さが大きくなっている請求項１又は２に記載の遊星歯車機構。
【請求項4】
前記内歯車は、前記軸方向の一端に開口端を有し、
前記補強部材は、前記軸方向において前記開口端に近いほど、前記補強部材を形成する材料の弾性係数が大きくなっている請求項１から３の何れか一項に記載の遊星歯車機構。
前記補強部材は、前記軸方向において前記開口端に近いほど、前記補強部材を形成する材料の弾性係数が大きくなっている請求項１から３の何れか一項に記載の遊星歯車機構。
【請求項5】
請求項１から４の何れか一項に記載の遊星歯車機構と、
前記第一軸及び前記第二軸の一方に連結された回転機械と、を備える回転機械システム。
前記第一軸及び前記第二軸の一方に連結された回転機械と、を備える回転機械システム。
【請求項6】
前記回転機械は、前記第一軸に連結された圧縮機であり、
前記第二軸に連結され、前記圧縮機を駆動する駆動機をさらに備える請求項５に記載の回転機械システム。
前記第二軸に連結され、前記圧縮機を駆動する駆動機をさらに備える請求項５に記載の回転機械システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、遊星歯車機構及び回転機械システムに関する。
【背景技術】
【0002】
各種の圧縮流体を生成する軸流圧縮機や遠心圧縮機等の圧縮機には、駆動機（モータ）によって駆動されるものがある。例えば、特許文献１には、駆動機により、圧縮機を駆動する圧縮機システムの構成が開示されている。特許文献１に記載の構成では、駆動機に接続された増速機を介して圧縮機が連結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１６／０４２６３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、このような圧縮機を、例えば数万ｒｐｍといった高速回転させる場合、増速機に、遊星歯車機構が用いられることがある。増速機としての遊星歯車機構は、内歯車と、複数の遊星歯車と、太陽歯車と、を主に備える。内歯車は、入力軸に連結され、径方向の内側を向く内歯を備える。複数の遊星歯車は、内歯車の径方向の内側に配置される。複数の遊星歯車は、内歯車の内歯に噛み合った状態で配置されている。出力軸に連結された太陽歯車は、複数の遊星歯車の径方向の内側に配置される。太陽歯車は、複数の遊星歯車に噛み合った状態で配置されている。このような遊星歯車機構において、出力軸を高速回転させると、円筒状の内歯車も高速回転する。内歯車は、円筒状であるため、高速回転時の遠心力によって、径方向の外側に広がるように変形するような力が働く。内歯車が変形すると、内歯車と複数の遊星歯車の噛み合い状態に不具合が生じることがある。
【0005】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、内歯車の遠心力による変形を有効に抑え、高速回転に対応することが可能な遊星歯車機構及び回転機械システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本開示に係る遊星歯車機構は、軸線を中心として自転可能な太陽歯車と、前記軸線の延びる軸方向に延びて前記太陽歯車に固定され、前記太陽歯車と一体に前記軸線を中心として回転可能な第一軸と、前記太陽歯車と噛み合い、前記軸線と平行な自身の中心線を中心として自転可能な複数の遊星歯車と、複数の前記遊星歯車に対して径方向の外側に配置され、前記径方向の内側を向いて前記遊星歯車に噛み合う内歯を備え、前記軸線を中心として回転可能な内歯車と、前記軸方向に延びて前記内歯車に連結され、前記内歯車とともに前記軸線を中心として回転する第二軸と、前記内歯車の外周面に固定されて、前記内歯車を形成する材料よりも比強度の高い材料で環状に形成された補強部材と、を備える。
【0007】
本開示に係る回転機械システムは、上記したような遊星歯車機構と、前記第一軸及び前記第二軸の一方に連結された回転機械と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示の遊星歯車機構及び回転機械システムによれば、内歯車の遠心力による変形を有効に抑え、高速回転に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の第一実施形態に係る回転機械システムの概略構成を示す模式図である。
【図2】第一実施形態の遊星歯車機構を示す圧縮機システムの要部拡大図である。
【図4】第一実施形態の変形例における遊星歯車機構を構成する内歯車の外観を示す図である。
【図5】本開示の第二実施形態に係る回転機械システムの遊星歯車機構の概略構成を示す模式図である。
【図6】本開示の第三実施形態に係る回転機械システムの遊星歯車機構概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して、本開示による遊星歯車機構及び回転機械システムを実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
【0011】
（回転機械システムの構成）
回転機械システム１は、一つの駆動機２で複数の圧縮機３を高速運転させる。回転機械システム１では、駆動機２に対して複数の圧縮機３が同じサイドに並んでおり、一つの駆動機２に対して複数の圧縮機３が並列に繋がれている。図１に示すように、本実施形態の回転機械システム１は、駆動機２と、複数の圧縮機（回転機械）３と、伝達機構４と、を備えている。本実施形態の回転機械システム１では、一つの駆動機２のみが配置されている。
回転機械システム１は、一つの駆動機２で複数の圧縮機３を高速運転させる。回転機械システム１では、駆動機２に対して複数の圧縮機３が同じサイドに並んでおり、一つの駆動機２に対して複数の圧縮機３が並列に繋がれている。図１に示すように、本実施形態の回転機械システム１は、駆動機２と、複数の圧縮機（回転機械）３と、伝達機構４と、を備えている。本実施形態の回転機械システム１では、一つの駆動機２のみが配置されている。
【0012】
駆動機２は、圧縮機３を駆動させるための動力を発生させるように回転駆動される。駆動機２は、主軸線Ｏを中心に回転する駆動軸２１を有している。駆動軸２１は、一つのみ配置されている。駆動軸２１は、主軸線Ｏを中心とする円柱状に形成されている。本実施形態の駆動機２は、駆動軸２１を駆動させるモータである。なお、駆動機２としては、圧縮機３を駆動させるための動力を発生させることができればよく、モータ以外に蒸気タービン等を採用することができる。
【0013】
圧縮機３は、作動流体としてガスを圧縮する。圧縮機３は、それぞれ内部に配置されたインペラ（不図示）を用いて分子量１０以下のガスを圧縮する。本実施形態の圧縮機３は、水素ガスを圧縮する一軸多段遠心圧縮機である。本実施形態の圧縮機３として、第一圧縮機３１、第二圧縮機３２、及び第三圧縮機（不図示）の三つを有している。第一圧縮機３１、第二圧縮機３２、及び第三圧縮機は、配管（不図示）を介して順に接続されている。回転機械システム１では、圧縮すべきガスが、第一圧縮機３１、第二圧縮機３２、及び第三圧縮機の順に導入されて順次圧縮される。ガスは、第三圧縮機において圧縮された後、回転機械システム１の外部の供給先に供給される。なお、複数の圧縮機３は、互いに繋がるよう順に接続されるように配置されていることに限定されるものではない。複数の圧縮機３は、互いに切り離されて独立して運転可能なように、並列に配置されていてもよい。
【0014】
（伝達機構の構成）
伝達機構４は、駆動軸２１の回転を増速させて複数の圧縮機３に伝達する。伝達機構４は、一つの駆動軸２１と、複数の圧縮機３とを接続している。伝達機構４は、圧縮機３の定格運転時に、後述する太陽軸５８を、１００００（回転／分）以上１０００００（回転／分）回転以下程度の回転数まで増速させて回転させる。伝達機構４は、ケーシング４０と、主軸４１と、主歯車４２と、主軸軸受４３と、複数の遊星歯車機構５Ａと、を有している。
伝達機構４は、駆動軸２１の回転を増速させて複数の圧縮機３に伝達する。伝達機構４は、一つの駆動軸２１と、複数の圧縮機３とを接続している。伝達機構４は、圧縮機３の定格運転時に、後述する太陽軸５８を、１００００（回転／分）以上１０００００（回転／分）回転以下程度の回転数まで増速させて回転させる。伝達機構４は、ケーシング４０と、主軸４１と、主歯車４２と、主軸軸受４３と、複数の遊星歯車機構５Ａと、を有している。
【0015】
ケーシング４０は、伝達機構４における外装を構成している。ケーシング４０は、主軸４１と、主歯車４２と、主軸軸受４３と、複数の遊星歯車機構５Ａとを内部に収容している。
【0016】
主軸４１は、駆動軸２１とともに回転する。主軸４１は、主歯車４２を介して、駆動軸２１の回転を複数の遊星歯車機構５Ａに伝達する。主軸４１は、ケーシング４０の外部で駆動軸２１の端部と接続されている。主軸４１は、駆動軸２１によって主軸線Ｏ回りに回転駆動される。主軸４１は、主軸線Ｏを中心とする円柱状に形成されている。つまり、主軸４１は、駆動軸２１と同軸となるように配置されている。主軸４１は、先端がケーシング４０内に配置されるようにケーシング４０を貫通している。
【0017】
主歯車４２は、ケーシング４０内で主軸４１に固定されている。主歯車４２は、主軸線Ｏを中心とする円板状に形成された外歯車である。本実施形態の主歯車４２は、伝達機構４で使用される歯車の中でも最も外径が大きい。なお、主歯車４２は、伝達機構４で使用される歯車の中でも最も外径が大きい形状であることに限定されるものではない。
【0018】
主軸軸受４３は、ケーシング４０に対して主軸４１を回転可能に支持している。主軸軸受４３は、ケーシング４０の内部に固定されている。本実施形態の主軸軸受４３は、ジャーナル軸受である。主軸軸受４３は、主歯車４２を挟むように、主軸４１に対して一対配置されている。
【0019】
（遊星歯車機構の構成）
複数の遊星歯車機構５Ａは、主軸４１を囲むようにケーシング４０の内部に配置されている歯車機構である。各遊星歯車機構５Ａは、対応する一つの圧縮機３と一対一の関係で接続されている。各遊星歯車機構５Ａは、主軸４１の回転を対応する一つの圧縮機３に伝達する。本実施形態では、第一圧縮機３１に接続された第一遊星歯車機構５Ａｐ、第二圧縮機３２に接続された第二遊星歯車機構５Ａｑ、及び第三圧縮機に接続された第三遊星歯車機構（不図示）の三つが、ケーシング４０内に均等に離れて配置されている。本実施形態では、第一遊星歯車機構５Ａｐ、第二遊星歯車機構５Ａｑ、及び第三遊星歯車機構（不図示）は、同じ構成となされている。
複数の遊星歯車機構５Ａは、主軸４１を囲むようにケーシング４０の内部に配置されている歯車機構である。各遊星歯車機構５Ａは、対応する一つの圧縮機３と一対一の関係で接続されている。各遊星歯車機構５Ａは、主軸４１の回転を対応する一つの圧縮機３に伝達する。本実施形態では、第一圧縮機３１に接続された第一遊星歯車機構５Ａｐ、第二圧縮機３２に接続された第二遊星歯車機構５Ａｑ、及び第三圧縮機に接続された第三遊星歯車機構（不図示）の三つが、ケーシング４０内に均等に離れて配置されている。本実施形態では、第一遊星歯車機構５Ａｐ、第二遊星歯車機構５Ａｑ、及び第三遊星歯車機構（不図示）は、同じ構成となされている。
【0020】
図２に示すように、本実施形態における各遊星歯車機構５Ａは、副軸（第二軸）５１と、副歯車５２と、複数の遊星歯車５３と、複数の遊星歯車軸５４と、歯車支持部５５と、内歯車５６と、太陽歯車５７と、太陽軸（第一軸）５８と、第一軸受６１と、第二軸受６２、補強部材７０Ａとを有している。
【0021】
副軸５１は、主軸４１の回転が伝達され、主軸４１とともに回転する。副軸５１は、主軸線Ｏと平行に延びる第一中心軸線（軸線）Ｏ１を中心とする円柱状に形成されている。副軸５１は、主軸４１に対して、主軸４１の径方向の外側に離れた位置に配置されている。副軸５１は、主軸４１と平行に延びている。副軸５１は、主軸４１が回転することで、第一中心軸線Ｏ１を中心に回転する。
【0022】
副歯車５２は、主歯車４２と噛み合っている。副歯車５２は、副軸５１に固定されている。副歯車５２は、第一中心軸線Ｏ１を中心とする円板状に形成された外歯車である。本実施形態の副歯車５２は、主歯車４２よりも外径が小さい。なお、副歯車５２は、主歯車４２よりも外径が小さいことに限定されるものではない。例えば、副歯車５２は、主歯車４２と同じ径であってもよい。
【0023】
複数の遊星歯車５３は、内歯車５６を介して副軸５１の回転が伝達され、副軸５１の回転とともに回転する。図２及び図３に示すように、複数の遊星歯車５３は、副軸５１に対して、副軸５１の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。径方向Ｄｒは、第一中心軸線Ｏ１を中心とする副軸５１や太陽軸５８の径方向である。複数の遊星歯車５３は、太陽軸５８の周方向Ｄｃに互いに間隔をあけて配置されている。周方向Ｄｃは、第一中心軸線Ｏ１を中心とした副軸５１や太陽軸５８の周方向である。複数の遊星歯車５３は、内歯車５６及び太陽歯車５７と噛み合っている。本実施形態では、三つの遊星歯車５３が周方向Ｄｃに均等に離れて配置されている。なお、遊星歯車５３の数は、三つに限定されるものではなく一つ以上であればよく、四つ以上配置されていてもよい。各遊星歯車５３は、第二中心軸線（中心線）Ｏ２を中心とする円板状に形成された外歯車である。複数の遊星歯車５３は、公転せずに、自身の中心線である第二中心軸線Ｏ２を中心として自転のみする。
【0024】
図２に示すように、遊星歯車軸５４は、遊星歯車５３とともに回転する。遊星歯車軸５４は、主軸線Ｏ及び第一中心軸線Ｏ１と平行に延びる第二中心軸線Ｏ２を中心とする円柱状に形成されている。遊星歯車軸５４は、副軸５１に対して、副軸５１の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに離れた位置に配置されている。遊星歯車軸５４は、主軸４１及び副軸５１と平行に延びている。遊星歯車軸５４は、第二中心軸線Ｏ２を中心として自転可能に遊星歯車５３を支持する。
【0025】
歯車支持部５５は、複数の遊星歯車５３を自転可能に支持する。本実施形態の歯車支持部５５は、第一歯車支持部５５Ａと、第二歯車支持部５５Ｂとを有している。具体的には、第一歯車支持部５５Ａ及び第二歯車支持部５５Ｂは、第二中心軸線Ｏ２を中心として回転可能に複数の遊星歯車軸５４の両端を支持している遊星キャリアである。第一歯車支持部５５Ａ及び第二歯車支持部５５Ｂは、複数の遊星歯車軸５４が移動しないように、複数の遊星歯車軸５４の相互の位置を維持している。第一歯車支持部５５Ａは、ケーシング４０に対して移動不能な状態で固定されている。第二歯車支持部５５Ｂは、ケーシング４０に対して固定されていない。
【0026】
図２に示すように、内歯車５６は、副軸５１の端部５１ｂに固定されている。内歯車５６は、第一中心軸線Ｏ１を中心とする有底円筒状に形成されている。具体的には、内歯車５６は、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２の一端（副軸５１と固定されていない側の端部）に開口端５６ｓを有している。内歯車５６は、副軸５１とともに回転することで、第一中心軸線Ｏ１を中心として回転可能とされている。内歯車５６は、内部に収容された複数の遊星歯車５３に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから噛み合っている。内歯車５６は、筒状部５６ｃと、円板状部５６ｄと、を一体に有している。
【0027】
円板状部５６ｄは、副軸５１の端部５１ｂから径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに延びている。円板状部５６ｄは、第一中心軸線Ｏ１を中心とした円板状の部材である。円板状部５６ｄは、内歯車５６において第一中心軸線Ｏ１の延びる軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部で底部を形成している。
【0028】
筒状部５６ｃは、円板状部５６ｄの外周部から、第一中心軸線Ｏ１と平行に、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向かって延びている。筒状部５６ｃは、第一中心軸線Ｏ１を中心とする円筒状をなしている。筒状部５６ｃの軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部は、円板状部５６ｄにより閉塞されている。筒状部５６ｃでは、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部のみが、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向けて開口する開口端５６ｓとなっている。
【0029】
筒状部５６ｃは、複数の遊星歯車５３の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。内歯車５６は、筒状部５６ｃにおいて径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向く内周面に、複数の遊星歯車５３に噛み合う内歯５６ｇを備えている。内歯５６ｇは、少なくとも軸方向Ｄａにおいて、複数の遊星歯車５３に対して径方向Ｄｒで対向する領域に形成されている。内歯５６ｇは、周方向Ｄｃに複数の歯が間隔をあけて環状に並んでいる。内歯５６ｇは、軸方向Ｄａにおいて、開口端５６ｓから円板状部５６ｄに向かって筒状部５６ｃの途中まで形成されている。つまり、本実施形態において、筒状部５６ｃと複数の遊星歯車５３とは、開口端５６ｓから軸方向Ｄａにおける筒状部５６ｃの途中（円板状部５６ｄには到達しない位置）までの領域で噛み合っている。
【0030】
内歯車５６は、副軸５１とともに回転することで、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置された複数の遊星歯車５３に対して副軸５１の回転を伝達する。内歯車５６は、例えば、鋼材、ステンレス鋼材等の金属材料によって形成されている。
【0031】
なお、内歯車５６は、内歯５６ｇが内側に形成された筒状部５６ｃと、副軸５１に固定される円板状部５６ｄとが別の部材で形成されていてもよい。したがって、内歯車５６は、円板状部５６ｄが歯車として構成され、円板状部５６ｄと筒状部５６ｃとが互いに噛み合って回転する構造であってもよい。また、内歯車５６は、円板状部５６ｄに複数の孔が形成されたような構造であってもよい。また、内歯車５６は、円板状部５６ｄが複数の部材に分かれたストラッド形状であってもよい。
【0032】
太陽歯車５７は、複数の遊星歯車５３に対して径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉで噛み合っている出力歯車である。太陽歯車５７は、第一中心軸線Ｏ１を中心とする円板状に形成された外歯車である。太陽歯車５７は、複数の遊星歯車５３よりも外径が小さい。なお、太陽歯車５７は、円板状であることに限定されるものではなく、円筒状であってもよい。つまり、太陽歯車５７の厚みは何ら限定されるものではない。また、太陽歯車５７は、複数の遊星歯車５３よりも外径が小さいことに限定されるものではない。したがって、太陽歯車５７の大きさ、複数の遊星歯車５３と同じ又は大きく形成されていてもよい。
【0033】
太陽軸５８は、第一中心軸線Ｏ１を中心に軸方向Ｄａに延びている。太陽軸５８は、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部５８ａ（駆動機２に近い端部）に太陽歯車５７が固定されている出力軸である。太陽軸５８は、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部５８ｂ（駆動機２に近い端部と反対側の端部）に圧縮機３の回転軸が接続されている。太陽軸５８は、遊星歯車５３の回転が伝達された太陽歯車５７とともに、第一中心軸線Ｏ１を中心として回転（自転）する。太陽軸５８は、第一中心軸線Ｏ１を中心とする円柱状に形成されている。太陽軸５８の軸線は、副軸５１の第一中心軸線Ｏ１と一致している。つまり、太陽軸５８は、駆動軸２１に対して平行かつ径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏにずれた位置となるように配置されている。図１に示すように、太陽軸５８は、端部５８ａがケーシング４０内に配置されるように、ケーシング４０を貫通している。なお、太陽軸５８は、端部５８ａがケーシング４０内に配置されるように、ケーシング４０を貫通した構造に限定されるものではない。太陽軸５８は、継手を用いる場合には、ケーシング４０内に収容されていればよく、ケーシング４０を貫通した構造でなくてもよい。
【0034】
図１及び図２に示すように、第一軸受６１は、副軸５１をケーシング４０に対して回転可能に支持している。第一軸受６１は、ケーシング４０の内部に固定されている。本実施形態の第一軸受６１は、ジャーナル軸受である。第一軸受６１は、ジャーナル軸受であれば、主軸軸受４３と同じ種類及び大きさの軸受であってもよく、異なる種類及び大きさの軸受であってもよい。したがって、第一軸受６１は、転がり軸受やすべり軸受であってもよい。第一軸受６１がすべり軸受の場合には、例えば、周方向に分割されていない筒状のスリーブタイプの軸受であってもよい。また、第一軸受６１がすべり軸受の場合には、例えば、周方向に分割された複数のパッドを有するティルティングパッド軸受であってもよい。第一軸受６１は、副歯車５２を挟むように、副軸５１に対して一対配置されている。
【0035】
第二軸受６２は、太陽軸５８をケーシング４０に対して回転可能に支持している。第二軸受６２は、第一歯車支持部５５Ａに固定されている。本実施形態の第二軸受６２は、ティルティングパッド軸受であってもよい。第二軸受６２は、太陽歯車５７に対して圧縮機３に近い位置に配置されている。第二軸受６２は、ケーシング４０に対して移動不能な状態とされていればよく、第一歯車支持部５５Ａに固定された構造に限定されるものではない。例えば、第二軸受６２は、ケーシング４０に直接固定されていてもよい。また、第二軸受６２は、太陽軸５８の振動を減衰させるようなダンピング機能が付加された軸受であってもよい。
【0036】
図２及び図３に示すように、補強部材７０Ａは、内歯車５６に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに配置されている。補強部材７０Ａは、筒状部５６ｃの外周面に固定されている。補強部材７０Ａは、第一中心軸線Ｏ１回りの周方向Ｄｃに連続して延びるように環状に形成されている。本実施系チアの補強部材７０Ａは、径方向Ｄｒ及び軸方向Ｄａに一定の厚さＴを有している。つまり、補強部材７０Ａは、第一中心軸線Ｏ１を中心とした一定の厚さＴの円環状に形成されている。
【0037】
補強部材７０Ａは、軸方向Ｄａにおいて、少なくとも一部が複数の遊星歯車５３と重なる領域に形成されることが好ましい。また、補強部材７０Ａは、軸方向Ｄａにおいて内歯車５６の開口端５６ｓに近い位置に配置することが好ましい。本実施形態では、補強部材７０Ａは、軸方向Ｄａにおいて、筒状部５６ｃの外周面の全域を覆っていない。補強部材７０Ａは、内歯車５６の開口端５６ｓから軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１に向けて、複数の遊星歯車５３と重なる領域よりも軸方向Ｄａにわずかに長い領域Ｌ１のみで延びるように形成されている。つまり、本実施形態の補強部材７０Ａは、軸方向Ｄａにおいて、内歯車５６と複数の遊星歯車５３とが噛み合う領域の全域と重なるように形成されている。
【0038】
補強部材７０Ａは、内歯車５６を形成する材料よりも比強度の高い材料で形成されている。ここで、比強度とは、材料の密度に対する引張強度の比（比強度＝引張強度／密度）である。補強部材７０Ａは、内歯車５６を形成する材料に対し、比強度が、例えば２倍以上となる材料で形成するのが好ましい。
【0039】
補強部材７０Ａを形成する材料は、例えば、内歯車５６を形成する材料よりも、弾性係数が高い材料であるのが好ましい。補強部材７０Ａを形成する材料は、内歯車５６を形成する材料よりも、密度が低い材料であるのが好ましい。
【0040】
これらの上限を満足する補強部材７０Ａの材料の具体例としては、例えば、チタニウム合金や、アルミニウム合金や、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が挙げられる。特に、補強部材７０Ａを炭素繊維強化プラスチックで形成する場合、図４に示すように、炭素繊維強化プラスチックに含まれる繊維７０ｆの繊維方向Ｄｆを、例えば、第一中心軸線Ｏ１回りの周方向Ｄｃとなるように、補強部材７０Ａを形成することが好ましい。
【0041】
（補強部材についての検討）
ここで、実際に内歯車５６を高速回転させる場合の補強部材７０Ａは、以下のように定められる。
周速Ｖ（ｍ／ｓ）で回転する内歯車５６の変形量（ひずみ）ε１は、下式（１）で表される。
ε１＝σθ／Ｅ１＝ρ１×Ｖ２／Ｅ１ ・・・（１）
ここで、σθ：内歯車５６の周方向応力、Ｅ１：内歯車５６の材料の弾性係数、ρ１：内歯車５６の材料の密度である。
ここで、実際に内歯車５６を高速回転させる場合の補強部材７０Ａは、以下のように定められる。
周速Ｖ（ｍ／ｓ）で回転する内歯車５６の変形量（ひずみ）ε１は、下式（１）で表される。
ε１＝σθ／Ｅ１＝ρ１×Ｖ２／Ｅ１ ・・・（１）
ここで、σθ：内歯車５６の周方向応力、Ｅ１：内歯車５６の材料の弾性係数、ρ１：内歯車５６の材料の密度である。
【0042】
このことから、内歯車５６が周速Ｖ（ｍ／ｓ）で回転しているときに、内歯車５６の変形によって補強部材７０Ａに作用する内圧Ｐは、下式（２）で表される。
Ｐ＝ｔ１／ｒ×ρ１×Ｖ２ ・・・（２）
ここで、ｔ１：内歯車５６の径方向Ｄｒの厚さ、ｒ：内歯車５６の半径である。
Ｐ＝ｔ１／ｒ×ρ１×Ｖ２ ・・・（２）
ここで、ｔ１：内歯車５６の径方向Ｄｒの厚さ、ｒ：内歯車５６の半径である。
【0043】
式（２）で表される内圧Ｐが補強部材７０Ａに作用したときに、内歯車５６から補強部材７０Ａに作用する周方向応力σθ１は、下式（３）で表される。
σθ１＝ｒ／ｔ２×ｔ１／ｒ×ρ１×Ｖ２ ・・・（３）
ここで、ｔ２：補強部材７０Ａの径方向Ｄｒの厚さである。
σθ１＝ｒ／ｔ２×ｔ１／ｒ×ρ１×Ｖ２ ・・・（３）
ここで、ｔ２：補強部材７０Ａの径方向Ｄｒの厚さである。
【0044】
また、内歯車５６に固定されていることで内歯車５６と同じ周速Ｖ（ｍ／ｓ）で回転する補強部材７０Ａ自身の遠心力による周方向応力σθ２は、下式（４）で表される。
σθ２＝ρ２×Ｖ２ ・・・（４）
ここで、ρ２：補強部材７０Ａの密度である。
σθ２＝ρ２×Ｖ２ ・・・（４）
ここで、ρ２：補強部材７０Ａの密度である。
【0045】
例えば、補強部材７０Ａを備えず、単体で周速Ｖ１＝８０（ｍ／ｓ）で回転可能な内歯車５６に、補強部材７０Ａを固定して、周速Ｖ２＝１３０（ｍ／ｓ）で回転させる場合を想定する。この場合、周速Ｖ２＝１３０（ｍ／ｓ）で補強部材７０Ａに発生する周方向応力σθ２による補強部材７０Ａの変形量ε２が、周速Ｖ１＝８０（ｍ／ｓ）で内歯車５６単体に生じる変形量ε１と同レベルになればよい（ε２＝ε１）。補強部材７０Ａの変形量ε２は、次式（５）で表される。
ε２＝（σθ１＋σθ２）／Ｅ２
＝（ｔ１／ｔ２×ρ１＋ρ２）×（Ｖ２）２／Ｅ２ ・・・（５）
ε２＝（σθ１＋σθ２）／Ｅ２
＝（ｔ１／ｔ２×ρ１＋ρ２）×（Ｖ２）２／Ｅ２ ・・・（５）
【0046】
式（１）及び（５）に基づき、ε２＝ε１を満足するには、下式（６）を満足する比弾性係数Ｅ２／ρ２であれば良い。
Ｅ２／（ｔ１／ｔ２×ρ１＋ρ２）＝Ｅ１／ρ１×（Ｖ２／Ｖ１）２ ・・・（６）
Ｅ２／（ｔ１／ｔ２×ρ１＋ρ２）＝Ｅ１／ρ１×（Ｖ２／Ｖ１）２ ・・・（６）
【0047】
例えば、ρ２＝０．２×ρ１、ｔ１／ｔ２＝１であるとすると、補強部材７０Ａに必要な比弾性係数Ｅ２／ρ２は、下式（７）で表される。
Ｅ２／ρ２＝１５．８×Ｅ１／ρ１ ・・・（７）
Ｅ２／ρ２＝１５．８×Ｅ１／ρ１ ・・・（７）
【0048】
式（７）に基づき、補強部材７０Ａに必要な弾性係数Ｅ２は、下式（８）で表される。
Ｅ２＝１５．８×ρ２／ρ１×Ｅ１
＝１５．８×０．２×Ｅ１
＝３．１６×Ｅ１・・・（８）
例えば、内歯車５６を鉄鋼製とした場合、上記のように算出された弾性係数Ｅ２を有する補強部材７０Ａの材料としては、炭素繊維強化プラスチックが挙げられる。
Ｅ２＝１５．８×ρ２／ρ１×Ｅ１
＝１５．８×０．２×Ｅ１
＝３．１６×Ｅ１・・・（８）
例えば、内歯車５６を鉄鋼製とした場合、上記のように算出された弾性係数Ｅ２を有する補強部材７０Ａの材料としては、炭素繊維強化プラスチックが挙げられる。
【0049】
また、補強部材７０Ａに必要な強度（許容応力）について検討する。
内歯車５６の材料の許容応力をσ１、補強部材７０Ａの材料の許容応力をσ２とすると、それぞれの許容応力でのひずみを等しいレベルにする（ε２＝ε１）には、下式（９）が成り立つ。
σ２／Ｅ２＝σ１／Ｅ１ ・・・（９）
内歯車５６の材料の許容応力をσ１、補強部材７０Ａの材料の許容応力をσ２とすると、それぞれの許容応力でのひずみを等しいレベルにする（ε２＝ε１）には、下式（９）が成り立つ。
σ２／Ｅ２＝σ１／Ｅ１ ・・・（９）
【0050】
式（９）から、補強部材７０Ａの材料の許容応力σ２は、下式（１０）を満足するのが好ましい。
σ２＝σ１×Ｅ２／Ｅ１ ・・・（１０）
σ２＝σ１×Ｅ２／Ｅ１ ・・・（１０）
【0051】
上式（８）の例に基づいて想定すると、上式（１０）は、
σ２＝σ１×Ｅ２／Ｅ１
＝σ１×３．１６
となる。つまり、補強部材７０Ａは、内歯車５６の３倍の許容応力が必要となる。
例えば、内歯車５６を鉄鋼製とした場合、上記のように算出された許容応力σ２を有する補強部材７０Ａの材料としては、やはり、炭素繊維強化プラスチックが挙げられる。したがって、内歯車５６を金属材料で形成した場合、補強部材７０Ａの材料としては、炭素繊維強化プラスチックが好ましいことがわかる。
σ２＝σ１×Ｅ２／Ｅ１
＝σ１×３．１６
となる。つまり、補強部材７０Ａは、内歯車５６の３倍の許容応力が必要となる。
例えば、内歯車５６を鉄鋼製とした場合、上記のように算出された許容応力σ２を有する補強部材７０Ａの材料としては、やはり、炭素繊維強化プラスチックが挙げられる。したがって、内歯車５６を金属材料で形成した場合、補強部材７０Ａの材料としては、炭素繊維強化プラスチックが好ましいことがわかる。
【0052】
（作用効果）
上記構成の遊星歯車機構５Ａでは、内歯車５６の外周面に、内歯車５６を形成する材料よりも比強度の高い材料で形成した環状の補強部材７０Ａが固定される。このような補強部材７０Ａは、内歯車５６に比べて変形量が小さくなる。したがって、本実施形態の遊星歯車機構５Ａでは、内歯車５６が高速回転した際に生じる遠心力による内歯車５６の変形が補強部材７０Ａによって抑えられる。具体的には、補強部材７０Ａを、内歯車５６を形成する材料と同等以下の比強度の材料で形成した場合には、遠心力によって内歯車５６と同等以上の変形量で補強部材７０Ａが拡径してしまう。一方で、本実施形態のように補強部材７０Ａを、内歯車５６を形成する材料よりも比強度の高い材料で形成することで、遠心力が作用しても、広がるような補強部材７０Ａの変形量は内歯車５６よりも小さくなる。その結果、補強部材７０Ａにより、遠心力による径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへ広がるような内歯車５６の変形を、有効に抑えることができる。したがって、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑え、回転数に関わらず、内歯車５６と複数の遊星歯車５３との噛み合い状態を安定した状態で維持できる。その結果、高速回転に対応することができる遊星歯車機構５Ａを提供することができる。
上記構成の遊星歯車機構５Ａでは、内歯車５６の外周面に、内歯車５６を形成する材料よりも比強度の高い材料で形成した環状の補強部材７０Ａが固定される。このような補強部材７０Ａは、内歯車５６に比べて変形量が小さくなる。したがって、本実施形態の遊星歯車機構５Ａでは、内歯車５６が高速回転した際に生じる遠心力による内歯車５６の変形が補強部材７０Ａによって抑えられる。具体的には、補強部材７０Ａを、内歯車５６を形成する材料と同等以下の比強度の材料で形成した場合には、遠心力によって内歯車５６と同等以上の変形量で補強部材７０Ａが拡径してしまう。一方で、本実施形態のように補強部材７０Ａを、内歯車５６を形成する材料よりも比強度の高い材料で形成することで、遠心力が作用しても、広がるような補強部材７０Ａの変形量は内歯車５６よりも小さくなる。その結果、補強部材７０Ａにより、遠心力による径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへ広がるような内歯車５６の変形を、有効に抑えることができる。したがって、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑え、回転数に関わらず、内歯車５６と複数の遊星歯車５３との噛み合い状態を安定した状態で維持できる。その結果、高速回転に対応することができる遊星歯車機構５Ａを提供することができる。
【0053】
また、補強部材７０Ａを、内歯車５６よりも弾性係数が高い材料や内歯車５６よりも密度が低い材料で形成することにより、変形しづらさが内歯車５６に対して相対的に高まる。その結果、内歯車５６に比べて補強部材７０Ａの変形量を抑えることができる。したがって、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑えることができる。
【0054】
また、内歯車５６は、金属材料によって形成されている。内歯車５６は、金属材料で形成した方が、樹脂材料で形成する場合に比べて強度を高めることができる。その結果、遠心力による内歯車５６自体の変形を抑えることができる。したがって、高速回転で遊星歯車機構５Ａを使用する場合、内歯車５６を金属材料で形成することが好ましい。このように高回転域で遊星歯車機構５Ａを使用する場合に、比強度の高い材料で形成された補強部材７０Ａを用いることで、金属製の内歯車５６の遠心力による変形も有効に抑えることができる。
【0055】
また、補強部材７０Ａは、炭素繊維強化プラスチックによって形成されることで軽量かつ高い強度を確保できる。特に、本実施形態では、炭素繊維強化プラスチックを構成する繊維７０ｆの繊維方向Ｄｆ（延伸方向）を、第一中心軸線Ｏ１を基準とする周方向Ｄｃと一致させるように、補強部材７０Ａを形成することが好ましい。このように補強部材７０Ａを形成することで、補強部材７０Ａの周方向Ｄｃと交差する方向への伸びを抑えることができる。したがって、遠心力による補強部材７０Ａの径方向Ｄｒへの変形量を抑えることができる。
【0056】
また、補強部材７０Ａは、軸方向Ｄａにおいて、少なくとも一部が複数の遊星歯車５３と重なる領域に形成されている。これにより、遊星歯車５３と内歯車５６とが噛み合う領域での内歯車５６の変形を重点的に抑えることができる。したがって、内歯車５６の変形を効率良く抑えることができる。
【0057】
また、本実施形態の伝達機構４は、圧縮機３の定格運転時に、太陽軸５８を、１００００（回転／分）以上１０００００（回転／分）回転以下程度の回転数まで増速させて回転させる。このような高回転域で伝達機構４が駆動される場合、内歯車５６の回転数も非常に大きくなる。その結果、内歯車５６の遠心力による変形の影響が大きくなるが、補強部材７０Ａによって内歯車５６の変形を抑えることで、内歯車５６と遊星歯車５３との噛み合い状態に不具合が生じることを、長時間に渡って有効に抑えることができる。したがって、出力軸である太陽軸５８を高速で安定して回転させることができる。
【0058】
また、高回転域で伝達機構４が駆動される場合に、遊星歯車機構５Ａを用いると、高速で回転する太陽軸５８に作用するギア接線力が複数の遊星歯車５３から互いにキャンセルするように働く。その結果、太陽軸５８を支持する軸受にギア接線力の荷重はほぼ働かなくなる。その結果、太陽軸５８を支持する軸受のサイズを小さくすることができ、高回転域で使用可能な伝達機構４をコンパクトにすることができる。
【0059】
このように、高速回転される圧縮機３は、水素ガスを圧縮している。補強部材７０Ａで補強された内歯車５６を有する遊星歯車機構５Ａによって、圧縮機３が高速回転に対応可能であるため、水素ガスを効率良く圧縮することができる。
【0060】
また、回転機械システム１は、副軸５１に連結され、圧縮機３を駆動する駆動機２をさらに備える。この回転機械システム１は、駆動機２の回転駆動力を、遊星歯車機構５Ａを介して圧縮機３に伝達する。このような構成において、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑えことができる遊星歯車機構５Ａを備えることで、圧縮機３を高速回転に対応したものとすることができる。
【0061】
（第二実施形態）
次に、本開示に係る遊星歯車機構及び回転機械システムの第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第二実施形態では、補強部材７０Ｂの構成が第一実施形態と異なっている。
次に、本開示に係る遊星歯車機構及び回転機械システムの第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第二実施形態では、補強部材７０Ｂの構成が第一実施形態と異なっている。
【0062】
図５に示すように、第二実施形態の遊星歯車機構５Ｂの補強部材７０Ｂは、軸方向Ｄａの位置によって厚さが異なっている。補強部材７０Ｂは、軸方向Ｄａにおいて開口端５６ｓに近いほど、径方向Ｄｒの厚さが大きくなっている。第二実施形態において、補強部材７０Ｂは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から第二側Ｄａ２に向かって、補強部材７０Ｂの径方向Ｄｒの厚さが段階的に大きくなっている。なお、補強部材７０Ｂは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から第二側Ｄａ２に向かって、補強部材７０Ｂの径方向Ｄｒの厚さが連続的に変化するように大きくなっていてもよい。
【0063】
本実施形態において、補強部材７０Ｂは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から第二側Ｄａ２に向かって、外径が三段階に大きくなっている。補強部材７０Ｂは、例えば、第一補強部７０１と、第二補強部７０２と、第三補強部７０３と、を有している。第一補強部７０１と、第二補強部７０２と、第三補強部７０３とは弾性係数及び密度が同じになるように、同じ材料で形成されている。第一補強部７０１と、第二補強部７０２と、第三補強部７０３とは、一体となるように互いに固定されていてもよく、それぞれ分離可能なように別体とされていてもよい。
【0064】
第一補強部７０１の径方向Ｄｒにおける厚さをＴ１、第二補強部７０２の径方向Ｄｒにおける厚さをＴ２、第三補強部７０３の径方向Ｄｒにおける厚さをＴ３とする。厚さＴ１、厚さＴ２、及び厚さＴ３は、
Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３
の関係を満たしている。
Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３
の関係を満たしている。
【0065】
ここで、補強部材７０Ｂを備えない内歯車５６の単体の状態での変形量（ひずみ）ε１に基づいて、補強部材７０Ｂの厚みは定められる。例えば、軸方向Ｄａにおいて、第一補強部７０１が配置される領域ａ１における第一補強部７０１を備えない状態での内歯車５６の変形量（ひずみ）をε１１とする。また、軸方向Ｄａにおいて、第二補強部７０２が配置される領域ａ２における第二補強部７０２を備えない状態での内歯車５６の変形量をε１２とする。また、軸方向Ｄａにおいて、第三補強部７０３が配置される領域ａ３における第三補強部７０３を備えない状態での内歯車５６の変形量をε１３とする。内歯車５６の変形量ε１によって、補強部材７０Ｂに周方向応力が発生する。周方向応力による補強部材７０Ｂの変形量（ひずみ）ε２は、下式（１１）のような関係を有する。
ε２∝ε１／（Ｅ２×ｔ２） ・・・（１１）
ε２∝ε１／（Ｅ２×ｔ２） ・・・（１１）
【0066】
したがって、第一補強部７０１、第二補強部７０２、および第三補強部７０３を同材料で形成する場合、各領域ａ１、ａ２、及びａ３の変形量に応じて補強部材７０Ｂの板厚を変えることにより、各領域ａ１、ａ２、及びａ３での内歯車５６の変形量を均一にすることができる。
【0067】
さらに、第三補強部７０３が配置される領域ａ３における内歯車５６の変形量ε１３を１．０とした場合、第一補強部７０１の厚さＴ１は、Ｔ３×ε１１を満たすことが好ましい。同様に、第三補強部７０３が配置される領域ａ３における内歯車５６の変形量ε１３を１．０とした場合、第二補強部７０２の厚さＴ２は、Ｔ３×ε１２を満たすことが好ましい。
【0068】
（作用効果）
上記構成の遊星歯車機構５Ｂ及び回転機械システム１では、軸方向Ｄａにおいて開口端５６ｓに近づくにつれ、補強部材７０Ｂは、径方向Ｄｒの厚さが段階的に大きくなるように形成されている。遠心力による径方向Ｄｒへの内歯車５６の変形量は、軸方向Ｄａにおいて円板状部５６ｄから離れて開口端５６ｓに近づくにつれて大きくなる。これに対し、補強部材７０Ｂの径方向Ｄｒの厚さを、軸方向Ｄａで開口端５６ｓに近づくにつれて大きくさせることで、補強部材７０Ｂの変形量を、開口端５６ｓに近づくにつれて小さくすることができる。これにより、補強部材７０Ｂによる拘束力を、開口端５６ｓに近づくほど大きくすることができる。したがって、内歯車５６の変形を軸方向Ｄａで均一に近づけるように抑えることができる。その結果、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑え、高速回転に対応することができる遊星歯車機構５Ｂを提供することができる。
上記構成の遊星歯車機構５Ｂ及び回転機械システム１では、軸方向Ｄａにおいて開口端５６ｓに近づくにつれ、補強部材７０Ｂは、径方向Ｄｒの厚さが段階的に大きくなるように形成されている。遠心力による径方向Ｄｒへの内歯車５６の変形量は、軸方向Ｄａにおいて円板状部５６ｄから離れて開口端５６ｓに近づくにつれて大きくなる。これに対し、補強部材７０Ｂの径方向Ｄｒの厚さを、軸方向Ｄａで開口端５６ｓに近づくにつれて大きくさせることで、補強部材７０Ｂの変形量を、開口端５６ｓに近づくにつれて小さくすることができる。これにより、補強部材７０Ｂによる拘束力を、開口端５６ｓに近づくほど大きくすることができる。したがって、内歯車５６の変形を軸方向Ｄａで均一に近づけるように抑えることができる。その結果、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑え、高速回転に対応することができる遊星歯車機構５Ｂを提供することができる。
【0069】
（第三実施形態）
次に、本開示に係る遊星歯車機構及び回転機械システムの第三実施形態について説明する。なお、以下に説明する第三実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第三実施形態では、補強部材７０Ｃの構成が第一実施形態や第二実施形態と異なっている。
次に、本開示に係る遊星歯車機構及び回転機械システムの第三実施形態について説明する。なお、以下に説明する第三実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第三実施形態では、補強部材７０Ｃの構成が第一実施形態や第二実施形態と異なっている。
【0070】
図６に示すように、第三実施形態の遊星歯車機構５Ｃの補強部材７０Ｃは、軸方向Ｄａで補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数が異なっている。補強部材７０Ｃは、軸方向Ｄａにおいて開口端５６ｓに近いほど、補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数が大きくなっている。本実施形態において、補強部材７０Ｃは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から第二側Ｄａ２に向かって、補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数が段階的に大きくなっている。なお、補強部材７０Ｃは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から第二側Ｄａ２に向かって、補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数が連続的に変化するように大きくなっていてもよい。
【0071】
本実施形態において、補強部材７０Ｃは、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から第二側Ｄａ２に向かって、材料の弾性係数が三段階に大きくなっている。補強部材７０Ｃは、例えば、第一補強部７１１と、第二補強部７１２と、第三補強部７１３と、を有している。第一補強部７１１と、第二補強部７１２と、第三補強部７１３とは異なる材料で形成され、径方向Ｄｒにおける厚さが同一とされている。第一補強部７１１と、第二補強部７１２と、第三補強部７１３とは、一体となるように互いに固定されていてもよく、それぞれ分離可能なように別体とされていてもよい。
【0072】
第一補強部７１１の径方向Ｄｒにおける弾性係数をＥ１、第二補強部７１２の径方向Ｄｒにおける弾性係数をＥ２、第三補強部７１３の径方向Ｄｒにおける弾性係数をＥ３とする。弾性係数Ｅ１、弾性係数Ｅ２、及び弾性係数Ｅ３は、
Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３
の関係を満たしている。
Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３
の関係を満たしている。
【0073】
ここで、第二実施形態と同様に、内歯車５６の変形量ε１によって、補強部材７０Ｃに周方向応力が発生する。周方向応力による補強部材７０Ａの変形量（ひずみ）ε２は、上述した式（１１）のような関係を有する。したがって、第一補強部７１１、第二補強部７１２、および第三補強部７１３を同一の厚さで形成する場合、各領域ａ１、ａ２、及びａ３の変形量に応じて補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数を変えることにより、各領域ａ１、ａ２、及びａ３での内歯車５６の変形量を均一にすることができる。
【0074】
そこで、第三補強部７１３が配置される領域ａ３における内歯車５６の変形量ε１３を１．０とした場合、第一補強部７１１を形成する材料の弾性係数Ｅ１は、Ｅ３×ε１１を満たすことが好ましい。同様に、第三補強部７１３が配置される領域ａ３における内歯車５６の変形量ε１３を１．０とした場合、第二補強部７１２を形成する材料の弾性係数Ｅ２は、Ｅ３×ε１２を満たすことが好ましい。
【0075】
（作用効果）
上記構成の遊星歯車機構５Ｃ及び回転機械システム１では、軸方向Ｄａにおいて開口端５６ｓに近づくにつれ、補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数が段階的に大きくなるように形成されている。遠心力による径方向Ｄｒへの内歯車５６の変形量は、軸方向Ｄａにおいて円板状部５６ｄから離れて開口端５６ｓに近づくにつれて大きくなる。これに対し、補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数を、軸方向Ｄａで開口端５６ｓに近づくにつれて大きくさせることで、補強部材７０Ｃの変形量を、開口端５６ｓに近づくにつれて小さくすることができる。これにより、補強部材７０Ｃによる拘束力を、開口端５６ｓに近づくほど大きくすることができる。したがって、内歯車５６の変形を軸方向Ｄａで均一に近づけるように抑えることができる。その結果、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑え、高速回転に対応することができる遊星歯車機構５Ｃを提供することができる。
上記構成の遊星歯車機構５Ｃ及び回転機械システム１では、軸方向Ｄａにおいて開口端５６ｓに近づくにつれ、補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数が段階的に大きくなるように形成されている。遠心力による径方向Ｄｒへの内歯車５６の変形量は、軸方向Ｄａにおいて円板状部５６ｄから離れて開口端５６ｓに近づくにつれて大きくなる。これに対し、補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数を、軸方向Ｄａで開口端５６ｓに近づくにつれて大きくさせることで、補強部材７０Ｃの変形量を、開口端５６ｓに近づくにつれて小さくすることができる。これにより、補強部材７０Ｃによる拘束力を、開口端５６ｓに近づくほど大きくすることができる。したがって、内歯車５６の変形を軸方向Ｄａで均一に近づけるように抑えることができる。その結果、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑え、高速回転に対応することができる遊星歯車機構５Ｃを提供することができる。
【0076】
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0077】
なお、上記実施形態では、内歯車５６が軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１に開口端５６ｓを備える構成としたが、これに限るものではなく、例えば、内歯車５６が軸方向Ｄａの両側に開口端を備える構成であってもよい。この場合、補強部材７０Ａ～７０Ｃは、内歯車５６が軸方向Ｄａの両側にそれぞれ備えるのが好ましい。
【0078】
また、遊星歯車機構５Ａ～５Ｃの構成は、上記実施形態で示した構成に限らず、適宜変更可能である。
【0079】
また、上記実施形態では、第二軸としての太陽軸５８を出力軸とし、第一軸としての副軸５１を入力軸とする構成としたが、第一軸を出力軸とし、第二軸を入力軸とする構成であってもよい。
【0080】
また、上記実施形態では、回転機械システム１を構成する回転機械として、圧縮機を例示したが、回転機械の用途、構成等について何ら問うものではない。例えば、回転機械は、船舶等に備えられるプロペラシャフト回りに駆動系や、風車等であってもよい。
【0081】
＜付記＞
実施形態に記載の遊星歯車機構５Ａ～５Ｃ、回転機械システム１は、例えば以下のように把握される。
実施形態に記載の遊星歯車機構５Ａ～５Ｃ、回転機械システム１は、例えば以下のように把握される。
【0082】
（１）第１の態様に係る遊星歯車機構５Ａ～５Ｃは、軸線Ｏ１を中心として自転可能な太陽歯車５７と、前記軸線Ｏ１の延びる軸方向Ｄａに延びて前記太陽歯車５７に固定され、前記太陽歯車５７と一体に前記軸線Ｏ１を中心として回転可能な第一軸５８と、前記太陽歯車５７と噛み合い、前記軸線Ｏ１と平行な自身の中心線Ｏ２を中心として自転可能な複数の遊星歯車５３と、複数の前記遊星歯車５３に対して径方向Ｄｒの外側に配置され、前記径方向Ｄｒの内側を向いて前記遊星歯車５３に噛み合う内歯５６ｇを備え、前記軸線Ｏ１を中心として回転可能な内歯車５６と、前記軸方向Ｄａに延びて前記内歯車５６に連結され、前記内歯車５６とともに前記軸線Ｏ１を中心として回転する第二軸５１と、前記内歯車５６の外周面に固定されて、前記内歯車５６を形成する材料よりも比強度の高い材料で環状に形成された補強部材７０Ａ～７０Ｃと、を備える。
【0083】
これにより、補強部材７０Ａ～７０Ｃは、内歯車５６に比べて変形量が小さくなる。したがって、遊星歯車機構５Ａ～５Ｃでは、内歯車５６が高速回転した際に生じる遠心力による内歯車５６の変形が補強部材７０Ａ～７０Ｃによって抑えられる。具体的には、補強部材７０Ａを、内歯車５６を形成する材料と同等以下の比強度の材料で形成した場合には、遠心力によって内歯車５６と同等以上の変形量で補強部材７０Ａ～７０Ｃが拡径してしまう。一方で、補強部材７０Ａ～７０Ｃを、内歯車５６を形成する材料よりも比強度の高い材料で形成することで、遠心力が作用しても、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏへ広がるような補強部材７０Ａ～７０Ｃの変形量は内歯車５６よりも小さくなる。その結果、補強部材７０Ａ～７０Ｃにより、遠心力による内歯車５６の変形を、有効に抑えることができる。したがって、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑え、回転数に関わらず、内歯車５６と複数の遊星歯車５３との噛み合い状態を安定した状態で維持できる。その結果、高速回転に対応することができる遊星歯車機構５Ａ～５Ｃを提供することができる。
【0084】
（２）第２の態様に係る遊星歯車機構５Ａ～５Ｃは、（１）の遊星歯車機構５Ａ～５Ｃであって、前記補強部材７０Ａ～７０Ｃは、前記軸方向Ｄａにおいて、少なくとも一部が複数の前記遊星歯車５３と重なる領域に形成される。
【0085】
これにより、遊星歯車５３と内歯車５６とが噛み合う領域での内歯車５６の変形を重点的に抑えることができる。したがって、内歯車５６の変形を効率良く抑えることができる。
【0086】
（３）第３の態様に係る遊星歯車機構５Ｂは、（１）又は（２）の遊星歯車機構５Ｂであって、前記内歯車５６は、前記軸方向Ｄａの一端に開口端５６ｓを有し、前記補強部材７０Ｂは、前記軸方向Ｄａにおいて前記開口端５６ｓに近いほど、前記径方向Ｄｒの厚さが大きい。
【0087】
これにより、遠心力による内歯車５６の変形量は、軸方向Ｄａで開口端５６ｓに近づくにつれて大きくなる。これに対し、補強部材７０Ｂの径方向Ｄｒの厚さを、軸方向Ｄａで開口端５６ｓに近づくにつれて大きくさせることで、補強部材７０Ｂの変形量を、開口端５６ｓに近づくにつれて小さくすることができる。これにより、補強部材７０Ｂによる拘束力を、開口端５６ｓに近づくほど大きくすることができる。したがって、内歯車５６の変形を軸方向Ｄａで均一に近づけるように抑えることができる。その結果、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑え、高速回転に対応することができる遊星歯車機構５Ｂを提供することができる。
【0088】
（４）第４の態様に係る遊星歯車機構５Ｃは、（１）から（３）の何れか一つの遊星歯車機構５Ｃであって、前記内歯車５６は、前記軸方向Ｄａの一端に開口端５６ｓを有し、前記補強部材７０Ｃは、前記軸方向Ｄａにおいて前記開口端５６ｓに近いほど、前記補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数が大きくなっている。
【0089】
これにより、遠心力による内歯車５６の変形量は、軸方向Ｄａで開口端５６ｓに近づくにつれて大きくなる。これに対し、補強部材７０Ｃを形成する材料の弾性係数を、軸方向Ｄａで開口端５６ｓに近づくにつれて大きくさせることで、補強部材７０Ｃの変形量を、開口端５６ｓに近づくにつれて小さくすることができる。これにより、補強部材７０Ｃによる拘束力を、開口端５６ｓに近づくほど大きくすることができる。したがって、内歯車５６の変形を軸方向Ｄａで均一に近づけるように抑えることができる。その結果、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑え、高速回転に対応することができる遊星歯車機構５Ｃを提供することができる。
【0090】
（５）第５の態様に係る回転機械システム１は、（１）から（４）の何れか一つの遊星歯車機構５Ａ～５Ｃと、前記第一軸５８及び前記第二軸５１の一方に連結された回転機械３と、を備える。
【0091】
この回転機械システム１は、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑えことができる遊星歯車機構５Ａ～５Ｃを備えることで、回転機械３を、高速回転に対応したものとすることができる。
【0092】
（６）第６の態様に係る回転機械システム１は、（５）の回転機械システム１であって、前記回転機械３は、前記第一軸５８に連結された圧縮機３であり、前記第二軸５１に連結され、前記圧縮機３を駆動する駆動機２をさらに備える。
【0093】
この回転機械システム１は、駆動機２の回転駆動力を、遊星歯車機構５Ａ～５Ｃを介して圧縮機３に伝達する。このような構成において、内歯車５６の遠心力による変形を有効に抑えことができる遊星歯車機構５Ａ～５Ｃを備えることで、圧縮機３を高速回転に対応したものとすることができる。
【符号の説明】
【0094】
１…回転機械システム
２…駆動機
２１…駆動軸
３…圧縮機（回転機械）
３１…第一圧縮機
３２…第二圧縮機
４…伝達機構
４０…ケーシング
４１…主軸
４２…主歯車
４３…主軸軸受
５Ａ～５Ｃ…遊星歯車機構
５Ａｐ…第一遊星歯車機構
５Ａｑ…第二遊星歯車機構
５１…副軸
５１ｂ…端部
５２…副歯車
５３…遊星歯車
５４…遊星歯車軸
５５…歯車支持部
５５Ａ…第一歯車支持部
５５Ｂ…第二歯車支持部
５６…内歯車
５６ｃ…筒状部
５６ｄ…円板状部
５６ｇ…内歯
５６ｓ…開口端
５７…太陽歯車
５８…太陽軸
５８ａ…端部
５８ｂ…端部
６１…第一軸受
６２…第二軸受
７０Ａ～７０Ｃ…補強部材
７０ｆ…繊維
７０１…第一補強部
７０２…第二補強部
７０３…第三補強部
７１１…第一補強部
７１２…第二補強部
７１３…第三補強部
Ｄａ…軸方向
Ｄａ１…第一側
Ｄａ２…第二側
Ｄｃ…周方向
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｉ…内側
Ｄｒｏ…外側
Ｄｆ…繊維方向
Ｌ１…領域
Ｏ…主軸線
Ｏ１…第一中心軸線（軸線）
Ｏ２…第二中心軸線（中心線）
Ｔ１…厚さ
Ｔ２…厚さ
Ｔ３…厚さ
ａ１…領域
ａ２…領域
ａ３…領域
２…駆動機
２１…駆動軸
３…圧縮機（回転機械）
３１…第一圧縮機
３２…第二圧縮機
４…伝達機構
４０…ケーシング
４１…主軸
４２…主歯車
４３…主軸軸受
５Ａ～５Ｃ…遊星歯車機構
５Ａｐ…第一遊星歯車機構
５Ａｑ…第二遊星歯車機構
５１…副軸
５１ｂ…端部
５２…副歯車
５３…遊星歯車
５４…遊星歯車軸
５５…歯車支持部
５５Ａ…第一歯車支持部
５５Ｂ…第二歯車支持部
５６…内歯車
５６ｃ…筒状部
５６ｄ…円板状部
５６ｇ…内歯
５６ｓ…開口端
５７…太陽歯車
５８…太陽軸
５８ａ…端部
５８ｂ…端部
６１…第一軸受
６２…第二軸受
７０Ａ～７０Ｃ…補強部材
７０ｆ…繊維
７０１…第一補強部
７０２…第二補強部
７０３…第三補強部
７１１…第一補強部
７１２…第二補強部
７１３…第三補強部
Ｄａ…軸方向
Ｄａ１…第一側
Ｄａ２…第二側
Ｄｃ…周方向
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｉ…内側
Ｄｒｏ…外側
Ｄｆ…繊維方向
Ｌ１…領域
Ｏ…主軸線
Ｏ１…第一中心軸線（軸線）
Ｏ２…第二中心軸線（中心線）
Ｔ１…厚さ
Ｔ２…厚さ
Ｔ３…厚さ
ａ１…領域
ａ２…領域
ａ３…領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】