特許 7614864 ギアド圧縮機、ギアド圧縮機の設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-07

(45)【発行日】2025-01-16

(54)【発明の名称】ギアド圧縮機、ギアド圧縮機の設計方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/053 20060101AFI20250108BHJP

   F04D 17/12 20060101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

F04D29/053 A

F04D17/12

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021014123

(22)【出願日】2021-02-01

(65)【公開番号】P2021156281

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-10-27

(73)【特許権者】

【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】宮田 寛之

(72)【発明者】

【氏名】小林 雅博

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】英国特許出願公開第０２３２１５０２（ＧＢ，Ａ）

【文献】特開平０５－０１８３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３６３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３１２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】英国特許出願公告第００２０２２９５（ＧＢ，Ａ）

【文献】欧州特許第０１０６７２９１（ＥＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／０５３

Ｆ０４Ｄ １７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の圧縮部と、
前記複数の圧縮部を駆動する圧縮部駆動機構と、を備え
前記圧縮部駆動機構は、
前記複数の圧縮部のそれぞれの回転軸に固定された複数の従動歯車と、
駆動源によって直接または間接的に駆動され、前記複数の従動歯車より外径が大きい複数の大径歯車と、を備え、
前記複数の大径歯車は、水平方向に並んで配置され、それぞれ二以上の前記従動歯車と噛み合っており、
前記複数の大径歯車として、
前記駆動源の駆動軸に固定され、前記駆動軸の中心軸回りに回転する第一駆動歯車と、
前記第一駆動歯車に噛み合い、前記駆動軸と平行に延びる支軸に固定され、前記支軸の中心軸回りに回転する第一中間歯車と、を含み、
前記駆動軸の中心軸と、前記支軸の中心軸とは、同一の仮想水平面内に位置する
ギアド圧縮機。

【請求項2】

前記複数の圧縮部は、作動流体を段階的に圧縮し、
前記複数の従動歯車のうち、最初に圧縮を行う第一段圧縮部の従動歯車が、前記第一中間歯車と噛み合い、前記駆動軸及び前記支軸と平行に延びる第一回転軸に固定されている
請求項１に記載のギアド圧縮機。

【請求項3】

前記第一回転軸の中心軸は、前記仮想水平面内に位置する
請求項２に記載のギアド圧縮機。

【請求項4】

前記複数の従動歯車のうち、前記第一段圧縮部に次いで前記作動流体の圧縮を行う第二段圧縮部の従動歯車は、前記第一駆動歯車に噛み合っている
請求項２又は３に記載のギアド圧縮機。

【請求項5】

前記第二段圧縮部の従動歯車は、前記駆動軸と平行に延びる第二回転軸に固定され、
前記第二回転軸の中心軸は、前記仮想水平面内に位置する
請求項４に記載のギアド圧縮機。

【請求項6】

前記複数の大径歯車は、歯数が同一である
請求項１から５の何れか一項に記載のギアド圧縮機。

【請求項7】

請求項１から６の何れか一項に記載のギアド圧縮機の設計方法であって、
前記複数の圧縮部同士が干渉しないように、前記複数の大径歯車の個数及び外径を決定する
ギアド圧縮機の設計方法。

【請求項8】

前記複数の大径歯車の外径を決定する際に、
スラストカラーを用いて前記回転軸のスラスト力を受けることが可能な所定の外径上限以下となるように前記大径歯車の外径を決定する
請求項７に記載のギアド圧縮機の設計方法。

【請求項9】

前記駆動源は、４極モーターであって、
前記複数の大径歯車の外径を決定する際に、
前記大径歯車の周速が所定の周速上限未満となり、且つ前記４極モーターを定常運転可能な回転数の下限以上となるように前記大径歯車の外径を決定する
請求項７又は８に記載のギアド圧縮機の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ギアド圧縮機、ギアド圧縮機の設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、駆動歯車と、駆動歯車に噛み合う第一中間歯車及び第二中間歯車と、第一中間歯車を介して駆動歯車の回転が伝達される第一従動歯車と、第二中間歯車を介して駆動歯車の回転が伝達される第二従動歯車と、を備えるギアド圧縮機が開示されている。この特許文献１では、第一中間歯車と第二中間歯車とを設けることで、第一段圧縮部の大型化に伴う第一段圧縮部と第二段圧縮部との干渉を防いでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－３６３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ギアド圧縮機として、駆動歯車として一つの大径歯車を用いて複数の圧縮部を駆動するものが知られている。このような一つの大径歯車を用いて複数の圧縮部を駆動するギアド圧縮機や、上述した特許文献１のようなギアド圧縮機にあっては、圧縮部の大容量化が望まれている。
しかし、大径歯車を用いて複数の圧縮部を駆動するギアド圧縮機の場合、圧縮部を大型化すると、圧縮部同士の干渉を防ぐために大径歯車の直径を大きくする必要が有り、ギアド圧縮機の高さ寸法が大きくなってしまう。そのため、ギアド圧縮機の転倒モーメントの増大、メンテナンス性の低下などを招いてしまう。
一方で、特許文献１のギアド圧縮機では、圧縮部を駆動する従動歯車の数を三つ以上とした場合、少なくとも駆動歯車の上方に中間歯車を配置する必要が有り、圧縮部同士の干渉を防ぐためには、やはり高さ寸法が増加してしまう。また、特許文献１のギアド圧縮機においては、中間歯車の数が増加することで部品点数増加によるコスト増を招くという課題もある。

【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、高さ寸法を抑えるとともに、コスト増加を抑えることができるギアド圧縮機、ギアド圧縮機の設計方法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、本開示に係るギアド圧縮機は、複数の圧縮部と、複数の圧縮部を駆動する圧縮部駆動機構と、を備える。圧縮部駆動機構は、前記複数の圧縮部のそれぞれの回転軸に備えられた複数の従動歯車と、駆動源によって直接または間接的に駆動され、前記複数の従動歯車より外径が大きい複数の大径歯車と、を備える。前記複数の大径歯車は、それぞれ二以上の前記従動歯車と噛み合っており、前記複数の大径歯車として、前記駆動源の駆動軸に固定され、前記駆動軸の中心軸回りに回転する第一駆動歯車と、前記第一駆動歯車に噛み合い、前記駆動軸と平行に延びる支軸に固定され、前記支軸の中心軸回りに回転する第一中間歯車と、を含み、前記駆動軸の中心軸と、前記支軸の中心軸とは、同一の仮想水平面内に位置する。

【0007】

本開示に係るギアド圧縮機の設計方法は、上記したようなギアド圧縮機の設計方法であって、前記複数の圧縮部同士が干渉しないように、前記複数の大径歯車の個数及び外径を決定する。

【発明の効果】

【0008】

本開示のギアド圧縮機、ギアド圧縮機の設計方法によれば、大型化を抑えるとともに、コスト増加を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の第一実施形態に係るギアド圧縮機の概略構成を示す図である。

【図2】図１のＡ－Ａ矢視断面図である。

【図3】本開示の第一実施形態に係る圧縮部駆動機構の比較検討対象となる圧縮部駆動機構の一例を示す図である。

【図4】本開示の実施形態に係るギアド圧縮機の設計方法の手順を示すフローチャートである。

【図5】本開示の第二実施形態に係るギアド圧縮機の概略構成を示す図である。

【図6】図５のＢ－Ｂ矢視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、本開示によるギアド圧縮機、ギアド圧縮機の設計方法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。
［第一実施形態］
（ギアド圧縮機の構成）
図１、図２に示すように、この第一実施形態において、ギアド圧縮機１Ａは、複数のインペラを駆動する多軸多段の構成となっている。ギアド圧縮機１Ａは、駆動源２Ａと、圧縮部駆動機構３Ａと、圧縮部４０と、を有している。圧縮部４０は、複数設けられている。この第一実施形態において、ギアド圧縮機１Ａは、複数の圧縮部４０として、第一段圧縮部４０Ａと、第二段圧縮部４０Ｂと、第三段圧縮部４０Ｃと、第四段圧縮部４０Ｄとの四つの圧縮部４０を備えている。なお、この第一実施形態における圧縮部４０の数は、四つに限られない。

【0011】

駆動源２Ａは、ギアド圧縮機１Ａを駆動するための動力を発生する。駆動源２Ａとしては、例えば電動モーターＭを用いることができる。

【0012】

圧縮部駆動機構３Ａは、ギヤケース３３（図２参照）内に、複数の大径歯車３０Ａと、複数の従動歯車４５と、を備えている。この第一実施形態の圧縮部駆動機構３Ａは、例えば所定の水平方向である第一方向Ｄｈに並べて配置された二個の大径歯車３０Ａを備えている。この第一実施形態の大径歯車３０Ａ及び従動歯車４５は、何れもはすば歯車である。大径歯車３０Ａの歯数は、複数の従動歯車４５のうち最も歯数の多い従動歯車４５よりも多い。さらに、大径歯車３０Ａの外径は、複数の従動歯車４５のうち最も外径の大きい従動歯車４５よりも大きい。この第一実施形態の圧縮部駆動機構３Ａは、複数の大径歯車３０Ａとして、第一駆動歯車３１と、第一中間歯車３２とを備えている。

【0013】

図２に示すように、第一駆動歯車３１は、駆動源２Ａ（電動モーターＭ）の駆動軸２１Ａに固定されている。駆動軸２１Ａは、水平面内において第一方向Ｄｈに垂直な方向である軸方向Ｄａに延びている。駆動軸２１Ａは、ギヤケース３３に一対の軸受２１ｂを介して支持されている。これら一対の軸受２１ｂは、駆動軸２１Ａを軸方向Ｄａに延びる中心軸Ｏ１回りに回転自在に支持している。この第一実施形態では、電動モーターＭによって電気エネルギーが回転エネルギーに変換されることで、駆動源２Ａの駆動軸２１Ａが中心軸Ｏ１回りに回転する。そして、駆動軸２１Ａと共に、中心軸Ｏ１回りに第一駆動歯車３１が回転する。このようにして、第一駆動歯車３１は、電動モーターＭによって駆動される。

【0014】

第一中間歯車３２は、第一駆動歯車３１に噛み合うように配置されている。第一中間歯車３２は、支軸３４に固定されている。支軸３４は、駆動軸２１Ａと平行に、軸方向Ｄａに延びている。支軸３４は、ギヤケース３３に一対の軸受３４ｂを介して軸方向Ｄａに延びる中心軸Ｏ２回りに回転自在に支持されている。第一中間歯車３２は、電動モーターＭによって駆動される第一駆動歯車３１の回転が伝達されることで、中心軸Ｏ２回りに従動する。この第一実施形態において、第一駆動歯車３１の外径及び歯数と、第一中間歯車３２の外径及び歯数とは、同一とされている。

【0015】

図１、図２に示すように、複数の大径歯車３０Ａである第一駆動歯車３１及び第一中間歯車３２には、それぞれ二以上の従動歯車４５が噛み合っている。この第一実施形態において、第一駆動歯車３１及び第一中間歯車３２には、中心軸Ｏ１、Ｏ２周りの周方向に間隔をあけて、それぞれ二個ずつ従動歯車４５が噛み合っている。

【0016】

第一駆動歯車３１には、第二段圧縮部４０Ｂの従動歯車４５Ｂと、第三段圧縮部４０Ｃの従動歯車４５Ｃとが噛み合っている。第二段圧縮部４０Ｂの従動歯車４５Ｂと、第三段圧縮部４０Ｃの従動歯車４５Ｃとは、中心軸Ｏ１回りの第一駆動歯車３１の回転に従動し、中心軸Ｏ３、Ｏ４回りに回転する。

【0017】

第一中間歯車３２には、第一段圧縮部４０Ａの従動歯車４５Ａと、第四段圧縮部４０Ｄの従動歯車４５Ｄとが噛み合っている。第一段圧縮部４０Ａの従動歯車４５Ａと、第四段圧縮部４０Ｄの従動歯車４５Ｄとは、中心軸Ｏ２回りの第一中間歯車３２の回転に従動し、中心軸Ｏ５、Ｏ６回りに回転する。

【0018】

第一段圧縮部４０Ａ、第二段圧縮部４０Ｂ、第三段圧縮部４０Ｃ、及び第四段圧縮部４０Ｄは、遠心圧縮機であり、それぞれ回転軸４１を有している。図２に示すように、回転軸４１は、軸方向Ｄａに延びる駆動軸２１Ａと平行に延びている。従動歯車４５（従動歯車４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄ）は、それぞれ回転軸４１の軸方向Ｄａの中央部に固定されている。換言すると、各回転軸４１は、従動歯車４５から軸方向Ｄａの両側に延びている。

【0019】

各回転軸４１は、それぞれ対をなす軸受４２を介してギヤケース３３に支持されている。これら軸受４２は、各回転軸４１を、それぞれ軸方向Ｄａに延びる中心軸Ｏ３～Ｏ６回りに回転自在に支持している。各回転軸４１は、それぞれスラストカラー４３を備えている。スラストカラー４３は、従動歯車４５に対して軸方向Ｄａの両側にそれぞれ配置されている。スラストカラー４３は、従動歯車４５よりも大径に形成されている。スラストカラー４３の外周部は、大径歯車３０Ａ（第一駆動歯車３１、第一中間歯車３２）の外周部に軸方向Ｄａで対向し、回転軸４１の軸方向Ｄａへの移動を規制している。

【0020】

第一段圧縮部４０Ａは、第一インペラ４６Ａ、４６Ｂと、スクロールケーシング（図示せず）と、を有している。スクロールケーシングは、第一インペラ４６Ａ、４６Ｂを覆い、ガス導入部とガス排出口を有している。第一インペラ４６Ａ、４６Ｂは、第一段圧縮部４０Ａの回転軸４１の軸方向Ｄａの両端にそれぞれ固定されている。
第二段圧縮部４０Ｂは、第二インペラ４７Ａ、４７Ｂと、スクロールケーシング（図示せず）と、を有している。スクロールケーシングは、第二インペラ４７Ａ、４７Ｂを覆い、ガス導入部とガス排出口を有している。第二インペラ４７Ａ、４７Ｂは、第二段圧縮部４０Ｂの回転軸４１の軸方向Ｄａの両端部にそれぞれ固定されている。
第三段圧縮部４０Ｃは、第三インペラ４８Ａ、４８Ｂと、スクロールケーシング（図示せず）と、を有している。スクロールケーシングは、第三インペラ４８Ａ、４８Ｂを覆い、ガス導入部とガス排出口を有している。第三インペラ４８Ａ、４８Ｂは、第三段圧縮部４０Ｃの回転軸４１の軸方向Ｄａの両端部にそれぞれ固定されている。
第四段圧縮部４０Ｄは、第四インペラ４９Ａ、４９Ｂと、スクロールケーシング（図示せず）と、を有している。スクロールケーシングは、第四インペラ４９Ａ、４９Ｂを覆い、ガス導入部とガス排出口を有している。第四インペラ４９Ａ、４９Ｂは、第四段圧縮部４０Ｄの回転軸４１の軸方向Ｄａの両端部にそれぞれ固定されている。

【0021】

第一インペラ４６Ａ、４６Ｂ、第二インペラ４７Ａ、４７Ｂ、第三インペラ４８Ａ、４８Ｂ、及び第四インペラ４９Ａ、４９Ｂは、何れも、ガス導入部よりスクロールケーシング内に吸入された作動流体を、その内部に形成された流路を介して径方向外周側に送り出しつつ圧縮する。第一段圧縮部４０Ａ、第二段圧縮部４０Ｂ、第三段圧縮部４０Ｃ、及び第四段圧縮部４０Ｄは、配管（図示無し）を介して接続されている。これにより、ギアド圧縮機１Ａでは、第一段圧縮部４０Ａ、第二段圧縮部４０Ｂ、第三段圧縮部４０Ｃ、及び第四段圧縮部４０Ｄを順次経ることで、作動流体が段階的に圧縮される。

【0022】

上記したように、この第一実施形態の上記ギアド圧縮機１Ａでは、複数の大径歯車３０Ａによって、複数の従動歯車４５を回転させる構成となっている。次に、上記構成を備えるギアド圧縮機１Ａと、図３に示すように、一つの大径歯車１３０で、複数の従動歯車１４５を回転させる構成との比較を行う。
一つの大径歯車１３０で複数の従動歯車１４５を回転させる場合、圧縮部１４０同士の干渉を避けようとすると、圧縮部１４０の容量に応じて大径歯車１３０の外径Ｄ２が大きくなる。これに対して、この第一実施形態のギアド圧縮機１Ａでは、第一方向Ｄｈにおける圧縮部４０同士の干渉を避けつつ、複数の大径歯車３０Ａの外径Ｄ１（図１参照）を、一つの大径歯車１３０の外径Ｄ２よりも小さくすることが可能となる。したがって、図１に示すように、圧縮部駆動機構３Ａを備えたギアド圧縮機１Ａの高さＨを低く抑えることが可能となる。さらに、ギアド圧縮機１Ａでは、複数の大径歯車３０Ａを第一方向Ｄｈに並べて配置することで、圧縮部駆動機構３Ａの第一方向Ｄｈにおける幅が大きくなるが、複数の圧縮部４０の下方のスペースを、例えばガスクーラーなどの周辺機器を配置するスペースとして有効利用することができる。

【0023】

一方で、図３に示すような一つの大径歯車１３０を用いた場合、大径歯車１３０を高速度で回転させると、大径歯車１３０を構成する歯に高い強度が要求される。このため、大径歯車１３０の周速は、定められた上限周速未満（例えば１４０ｍ／ｓ未満）とする必要がある。そのため、大径歯車１３０を回転させる電動モーターＭには、例えば、１０００～１２００ｒｐｍといった低速で且つ大型の大径歯車１３０を回転可能な大型のモーターを用いる必要がある。このような低速回転が可能な大型の電動モーターＭは、６極モーター等の高価なものとなる。

【0024】

これに対し、この第一実施形態のギアド圧縮機１Ａのように、大径歯車３０Ａの外径Ｄ１を小さくすると、大径歯車３０Ａを回転させる電動モーターＭの回転数を、例えば１５００～１８００ｒｐｍに高めることができる。そのため、ギアド圧縮機１Ａでは、電動モーターＭとして、より安価な４極モーター等を用いることが可能となる。

【0025】

上述した大径歯車３０Ａ（第一駆動歯車３１、第一中間歯車３２）の外径Ｄ１は、所定の外径上限（例えば１．８ｍ）以下としてもよい。
ここで、大径歯車３０Ａの外径Ｄ１が外径上限を超えると、スラストカラー４３の製造が困難となる。換言すれば、大径歯車３０Ａの外径Ｄ１を外径上限以下に抑えることで、スラストカラー４３を採用することが可能となる。スラストカラー４３は、回転軸４１に固定され、大径歯車３０Ａの外周部に摺接する。そのため、スラストカラー４３は、静止体である摺動パッドに摺接するスラストディスクを備えたスラスト軸受に比較すると、機械損失が小さく抑えられる。
つまり、上述したギアド圧縮機１Ａのように複数の大径歯車３０Ａを備える場合、外径Ｄ２が外径上限を超えるような大径歯車１３０を有する場合と同等の圧縮部４０を設けつつ、外径Ｄ１を外径上限以下にすることができるため、スラストカラー４３を用いて機械損失を低減することが可能となる。

【0026】

（圧縮部駆動機構の設計方法）
次に、上記したギアド圧縮機１Ａの設計方法について説明する。
図４に示すように、この第一実施形態におけるギアド圧縮機１Ａの設計方法Ｓ１は、工程Ｓ２、工程Ｓ３、工程Ｓ４を含んでいる。
ギアド圧縮機１Ａの設計方法Ｓ１では、上記ギアド圧縮機１Ａにおける複数の圧縮部４０同士が干渉しないように、複数の大径歯車３０Ａの個数と外径Ｄ１とを決定する。ここで、大径歯車３０Ａの歯数は、大径歯車３０Ａの外径Ｄ１と歯のピッチとにより定まる。複数の従動歯車４５（従動歯車４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄ）の歯数は、これら大径歯車３０Ａの歯数と、電動モーターＭにより定常運転可能な駆動軸２１Ａの回転数と、第一段圧縮部４０Ａ、第二段圧縮部４０Ｂ、第三段圧縮部４０Ｃ、及び第四段圧縮部４０Ｄの運転時に必要な回転数の設定値とに基づいて求めることができる。

【0027】

工程Ｓ２では、スラストカラー４３を用いて回転軸４１に作用するスラスト力を受けることが可能な、大径歯車３０Ａの外径Ｄ１の所定の外径上限を求める。外径Ｄ１が所定の外径上限を超える場合、上述した製造上の理由によりスラストカラー４３は使用できなくなる。すなわち、工程Ｓ２によって、大径歯車３０Ａの外径Ｄ１を上記外径上限以下とすることで、より低損失なスラストカラー４３を用いることが可能となる。

【0028】

工程Ｓ３では、電動モーターＭとして４極モーターを使用可能な外径Ｄ１を求める。より具体的には、工程Ｓ３では、定常運転可能な４極モーターの回転数下限を求め、この回転数の下限において大径歯車３０Ａの周速上限を超えない外径Ｄ１を求める。上述したように周速上限は、大径歯車３０Ａの歯の強度等に基づいて定められている。電動モーターＭの回転数が一定の場合、大径歯車３０Ａの周速は、外径Ｄ１が大きいほど高まる。すなわち、上記回転数下限で周速上限となる外径Ｄ１を外径上限に設定して、大径歯車３０Ａの外径Ｄ１をこの外径上限以下とすれば、電動モーターＭを上記回転数下限以上で運転させることが可能となる。すなわち、工程Ｓ３によって、４極モーターよりも低速回転領域で使用可能な６極モーターを用いる必要が無くなり、６極モーターよりも安価な４極モーターを用いることが可能となる。

【0029】

工程Ｓ４では、大径歯車３０Ａの外径Ｄ１を、圧縮部４０同士が干渉しない外径Ｄ１の条件と、工程Ｓ２で求めた外径上限の条件と、工程Ｓ３で求めた外径Ｄ１の条件と、の全て満たす外径Ｄ１に決定する。
なお、上述した工程Ｓ２、Ｓ３は、必要に応じて行えばよく、例えば、工程Ｓ２のみを行ったり、工程Ｓ３のみを行ったり、工程Ｓ２，Ｓ３を何れも行わなかったりしてもよい。

【0030】

（作用効果）
上記構成のギアド圧縮機１Ａは、駆動源２Ａによって直接または間接的に駆動され、複数の従動歯車４５より外径が大きく歯数の多い複数の大径歯車３０Ａを備えている。複数の大径歯車３０Ａは、水平方向に並んで配置されている。また、複数の大径歯車３０Ａには、それぞれ二以上の従動歯車４５が噛み合っている。
そのため、駆動源２Ａによる駆動力を、複数の大径歯車３０Ａ、複数の従動歯車４５を介して、複数の圧縮部４０に伝達することができる。
そして、複数の大径歯車３０Ａがそれぞれ二以上の従動歯車４５と噛み合っているので、圧縮部駆動機構３Ａを構成する歯車の数が増えるのを抑え、ギアド圧縮機１Ａの部品点数増加によるコスト増を抑えることができる。
さらに、一つの大径歯車１３０（図３参照）を用いる場合と比較して、水平方向である第一方向Ｄｈに並んで配置された大径歯車３０Ａの外径を小さくすることができるため、ギアド圧縮機１Ａの高さ寸法が増加することを抑え、ギアド圧縮機１Ａの転倒モーメントの増大、メンテナンス性の低下などを抑えることができる。
また、複数の大径歯車３０Ａを水平方向に並べて配置しているので、複数の大径歯車３０Ａ同士を容易にかみ合わせることができる。さらに、ギアド圧縮機１Ａの第一方向Ｄｈにおける幅が大きくなるが、複数の圧縮部４０の下方のスペースを、例えばガスクーラーなどの周辺機器を配置するスペースとして有効利用することができる。

【0031】

上記構成のギアド圧縮機１Ａは、さらに、複数の大径歯車３０Ａとして、第一駆動歯車３１と、第一中間歯車３２と、を含んでいる。
このような構成によれば、第一駆動歯車３１は、駆動源２Ａによって直接駆動され、第一中間歯車３２は、第一駆動歯車３１を介して間接的に駆動される。そして、第一駆動歯車３１に噛み合った複数の従動歯車４５と、第一中間歯車３２に噛み合った複数の従動歯車４５とは、それぞれ第一駆動歯車３１及び第一中間歯車３２を介して駆動される。つまり、上記ギアド圧縮機１Ａでは、第一中間歯車３２だけではなく、第一駆動歯車３１にも複数の従動歯車４５を噛み合わせているので、従動歯車４５を中間歯車にのみ噛み合わせる場合よりも中間歯車の個数を低減し、その結果、ギアド圧縮機１Ａの部品点数を低減することが可能となる。

【0032】

また、上記構成のギアド圧縮機１Ａでは、複数の大径歯車３０Ａの外径Ｄ１が同一になっている。そのため、複数の大径歯車３０Ａの周速を揃えることができるとともに、一部の大径歯車３０Ａのみ大径化することを抑えることができる。したがって、ギアド圧縮機１Ａの高さを有効に抑えることができる。

【0033】

また、上記構成のギアド圧縮機１Ａの設計方法Ｓ１によれば、一つの大径歯車１３０を用いる場合と比較して、高さ寸法を抑えるとともにコスト増加を抑えたギアド圧縮機１Ａを設計することが可能となる。

【0034】

［第二実施形態］
次に、本開示に係る圧縮部駆動機構の第二実施形態について説明する。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、駆動歯車２５を有する点で第一実施形態と異なっている。なお、第二実施形態のギアド圧縮機１Ｂの設計方法は、第一実施形態のギアド圧縮機１Ａの設計方法と同様であるためその説明を省略する。

【0035】

（ギアド圧縮機の構成）
図５、図６に示すように、この第二実施形態において、ギアド圧縮機１Ｂは、駆動源２Ｂと、圧縮部駆動機構３Ｂと、圧縮部４０と、を有している。

【0036】

圧縮部駆動機構３Ｂは、ギヤケース３３内に、駆動歯車２５と、複数の大径歯車３０Ｂと、複数の従動歯車４５と、を備えている。

【0037】

駆動歯車２５は、駆動源２Ｂ（電動モーターＭ）の駆動軸２１Ｂに固定されている。駆動軸２１Ｂは、軸方向Ｄａに延びている。駆動軸２１Ｂは、ギヤケース３３に一対の軸受２１ｂを介して支持されている。これら一対の軸受２１ｂは、駆動軸２１Ｂを軸方向Ｄａに延びる中心軸Ｏ１１回りに回転自在に支持している。駆動歯車２５は、電動モーターＭの動作により駆動軸２１Ｂとともに中心軸Ｏ１１回りに回転する。このようにして、駆動歯車２５は、電動モーターＭによって駆動される。

【0038】

駆動歯車２５、複数の大径歯車３０Ｂ及び複数の従動歯車４５は、何れもはすば歯車である。複数の大径歯車３０Ｂの歯数は、複数の従動歯車４５のうち最も歯数の多い従動歯車４５よりも多い。さらに、複数の大径歯車３０Ａの外径は、複数の従動歯車４５のうち最も外径の大きい従動歯車４５よりも大きい。この第二実施形態の圧縮部駆動機構３Ｂは、複数の大径歯車３０Ｂとして、第二中間歯車３５と、第三中間歯車３６とを備えている。この第二実施形態において、第二中間歯車３５と、第三中間歯車３６とは、第一方向Ｄｈに並べて配置されている。第二中間歯車３５、第三中間歯車３６は、駆動歯車２５の第一方向Ｄｈ両側にそれぞれ配置されている。第二中間歯車３５、第三中間歯車３６は、駆動歯車２５に噛み合うように配置されている。

【0039】

第二中間歯車３５、第三中間歯車３６は、それぞれ、支軸３７に固定されている。これら支軸３７は、軸方向Ｄａすなわち駆動軸２１Ｂと平行に延びている。これら支軸３７は、ギヤケース３３にそれぞれ対をなす軸受３７ｂを介して、軸方向Ｄａに延びる中心軸Ｏ１２、Ｏ１３回りに回転自在に支持されている。第二中間歯車３５、第三中間歯車３６は、駆動歯車２５の回転が伝達されることで従動し、中心軸Ｏ１２、Ｏ１３回りに回転する。このようにして、第二中間歯車３５、第三中間歯車３６は、駆動源２Ｂによって間接的に駆動される。この第二実施形態において、第二中間歯車３５と、第三中間歯車３６とは、歯数、及び外径が同一とされている。

【0040】

複数の大径歯車３０Ｂである第二中間歯車３５及び第三中間歯車３６には、それぞれ二以上の従動歯車４５が噛み合っている。この第二実施形態において、第二中間歯車３５には、中心軸Ｏ１２周りの周方向に間隔をあけて、二個の従動歯車４５が噛み合っている。同様に、第三中間歯車３６には、中心軸Ｏ１３周りの周方向に間隔をあけて、二個の従動歯車４５が噛み合っている。

【0041】

この第二実施形態の第二中間歯車３５には、第二段圧縮部４０Ｂの従動歯車４５Ｂと、第三段圧縮部４０Ｃの従動歯車４５Ｃとが噛み合っている。第二段圧縮部４０Ｂの従動歯車４５Ｂと、第三段圧縮部４０Ｃの従動歯車４５Ｃとは、第二中間歯車３５の中心軸Ｏ１２回りの回転に従動し、中心軸Ｏ３、Ｏ４回りに回転する。この第二実施形態の第三中間歯車３６には、第一段圧縮部４０Ａの従動歯車４５Ａと、第四段圧縮部４０Ｄの従動歯車４５Ｄとが噛み合っている。第一段圧縮部４０Ａの従動歯車４５Ａと、第四段圧縮部４０Ｄの従動歯車４５Ｄとは、第三中間歯車３６の中心軸Ｏ１３回りの回転に従動し、中心軸Ｏ５、Ｏ６回りに回転する。

【0042】

（作用効果）
上記構成のギアド圧縮機１Ｂの圧縮部駆動機構３Ｂは、駆動源２Ｂによって間接的に駆動されて、複数の従動歯車４５よりも外径が大きく且つ歯数の多い複数の大径歯車３０Ｂを備えている。複数の大径歯車３０Ｂには、それぞれ二以上の従動歯車４５が噛み合っている。
そのため、一つの大径歯車３０Ｂに対して一つの従動歯車４５が噛み合わされる場合と比較して、大径歯車３０Ｂの個数が増えることを抑えることができる。したがって、圧縮部駆動機構３Ｂを構成する歯車の個数が増えるのを抑え、ギアド圧縮機１Ｂの部品点数増加によるコスト増を抑えるができる。
さらに、一つの大径歯車１３０（図３参照）を用いる場合と比較して、水平方向である第一方向Ｄｈに並んで配置された大径歯車３０Ｂの外径を小さくすることができるため、ギアド圧縮機１Ｂの高さ寸法が増加することを抑え、ギアド圧縮機１Ｂの転倒モーメントの増大、メンテナンス性の低下などを抑えることができる。

【0043】

また、上記ギアド圧縮機１Ｂは、複数の大径歯車３０Ｂとして、駆動歯車２５に噛み合う第二中間歯車３５と第三中間歯車３６とを備えている。
これにより、例えば、駆動歯車２５の外径を大きく形成することができない場合であっても、複数の従動歯車４５を第二中間歯車３５、及び第三中間歯車３６を介して駆動することができるため、第一実施形態と同様に、ギアド圧縮機１Ｂの大型化を抑えるとともに、コスト増加を抑えることが可能となる。

【0044】

（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。
なお、上記第一、第二実施形態では、駆動源２Ａとして、電動モーターＭを用いるようにしたが、これに限るものではなく、駆動源２Ａとして、例えば、蒸気タービン等を用いる構成としてもよい。

【0045】

また、上記第一、第二実施形態では、大径歯車３０Ａ、３０Ｂに、それぞれ二個ずつの従動歯車４５を噛み合わせて配置するようにしたが、これに限られるものではない。例えば、大径歯車３０Ａ、３０Ｂは、三個以上を備えるようにしてもよい。また、各大径歯車３０Ａ、３０Ｂに、三個以上の従動歯車を噛み合わせて配置するようにしてもよい。

【0046】

さらに、上記第一、第二実施形態では、従動歯車４５が設けられた回転軸４１の軸方向Ｄａの両端部にインペラを備えるようにしたが、回転軸４１の軸方向Ｄａの一端部のみにインペラを備えるようにしてもよい。

【0047】

また、上記第一、第二実施形態では、複数の圧縮部４０として、遠心圧縮機である第一段圧縮部４０Ａ、第二段圧縮部４０Ｂ、第三段圧縮部４０Ｃ、及び第四段圧縮部４０Ｄを備えるようにしたが、遠心圧縮機以外の圧縮部を備えることも可能である。

【0048】

＜付記＞
各実施形態に記載のギアド圧縮機１Ａ、１Ｂ、ギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの設計方法は、例えば以下のように把握される。

【0049】

（１）第１の態様に係るギアド圧縮機１Ａ、１Ｂは、複数の圧縮部４０と、前記複数の圧縮部を駆動する圧縮部駆動機構３Ａ、３Ｂと、を備え、圧縮部駆動機構３Ａ、３Ｂは、前記複数の圧縮部４０のそれぞれの回転軸４１に固定された複数の従動歯車４５と、駆動源２Ａ、２Ｂによって直接または間接的に駆動され、前記複数の従動歯車４５より外径が大きい複数の大径歯車３０Ａ、３０Ｂと、を備え、前記複数の大径歯車３０Ａ、３０Ｂは、水平方向Ｄｈに並んで配置され、それぞれ二以上の前記従動歯車４５と噛み合っている。
圧縮部４０の例としては、遠心圧縮機が挙げられる。
駆動源２Ａ、２Ｂの例としては、電動モーター、蒸気タービンが挙げられる。

【0050】

このギアド圧縮機１Ａ、１Ｂでは、複数の大径歯車３０Ａ、３０Ｂが、複数の従動歯車４５よりも外径が大きく、このような複数の大径歯車３０Ａ、３０Ｂに、それぞれ二以上の従動歯車４５を噛み合わせて配置しているので、ギアド圧縮機１Ａ、１Ｂを構成する歯車の数が増えるのを抑えることができる。したがって、ギアド圧縮機１Ａ、１Ｂのコスト増加を抑えることができる。さらに、大径歯車を一つだけ用いる場合と比較して、水平方向である第一方向に並んで配置された大径歯車３０Ａ、３０Ｂの外径を小さくすることができるため、ギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの高さ寸法が増加することを抑え、ギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの転倒モーメントの増大、メンテナンス性の低下などを抑えることができる。また、複数の大径歯車３０Ａ，３０Ｂを水平方向に並べて配置していることで、ギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの水平方向Ｄｈにおける幅が大きくなるが、複数の圧縮部４０の下方のスペースを、例えばガスクーラーなどの周辺機器を配置するスペースとして有効利用することができる。

【0051】

（２）第２の態様に係るギアド圧縮機１Ａは、（１）のギアド圧縮機１Ａであって、前記複数の大径歯車３０Ａとして、前記駆動源２Ａの駆動軸２１Ａに固定された第一駆動歯車３１と、前記第一駆動歯車３１に噛み合う第一中間歯車３２と、を含む。

【0052】

これにより、第一駆動歯車３１は、駆動源２Ａによって直接駆動され、第一中間歯車３２は、駆動源２Ａによって第一駆動歯車３１を介して間接的に駆動される。第一駆動歯車３１に噛み合った複数の従動歯車４５と、第一中間歯車３２に噛み合った複数の従動歯車４５とは、それぞれ第一駆動歯車３１及び第一中間歯車３２を介して駆動される。つまり、ギアド圧縮機１Ａでは、第一中間歯車３２だけではなく、第一駆動歯車３１にも複数の従動歯車４５を噛み合わせているので、従動歯車４５を中間歯車にのみ噛み合わせる場合よりも中間歯車の個数を低減し、その結果、ギアド圧縮機１Ａの部品点数を低減することが可能となる。

【0053】

（３）第３の態様に係るギアド圧縮機１Ｂは、（１）のギアド圧縮機１Ｂであって、前記駆動源２Ｂの駆動軸２１Ｂに固定された駆動歯車２５をさらに備え、前記複数の大径歯車３０Ｂは、前記駆動歯車２５に噛み合う第二中間歯車３５と、前記駆動歯車２５に、前記第二中間歯車３５とは異なる位置で噛み合う第三中間歯車３６と、を含む。

【0054】

これにより、第二中間歯車３５、及び第三中間歯車３６には、駆動歯車２５を介して駆動源２Ｂの駆動力が伝達される。そのため、例えば、駆動歯車２５の外径を大きく形成することができない場合であっても、第二中間歯車３５を介して複数の従動歯車４５を駆動できるとともに、第三中間歯車３６を介して複数の従動歯車４５を駆動することが可能となる。したがってギアド圧縮機１Ｂの大型化を抑えるとともに、コスト増加を抑えることができる。

【0055】

（４）第４の態様に係るギアド圧縮機１Ａ、１Ｂは、（１）から（３）の何れか一つのギアド圧縮機１Ａ、１Ｂにおいて、前記複数の大径歯車３０Ａ、３０Ｂは、歯数が同一である。

【0056】

これにより、複数の大径歯車３０Ａの外径Ｄ１を同一にすることができるため、複数の大径歯車３０Ａの周速を容易に揃えることができる。さらに、一部の大径歯車３０Ａのみ大径化することを抑えることができる。したがって、ギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの高さを有効に抑えることができる。

【0057】

（５）第５の態様に係るギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの設計方法Ｓ１は、（１）から（４）の何れか一つのギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの設計方法Ｓ１であって、前記複数の圧縮部４０同士が干渉しないように、前記複数の大径歯車３０Ａ、３０Ｂの個数及び外径を決定する。

【0058】

これにより、大径歯車を一つだけ用いて複数の圧縮部４０を駆動する場合と比較して、大径歯車３０Ａ、３０Ｂの高さ寸法を低減することができる。したがって、大型化を抑えるとともに、コスト増加を抑えることができるギアド圧縮機１Ａ、１Ｂを設計することが可能となる。

【0059】

（６）第６の態様に係るギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの設計方法Ｓ１は、（５）のギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの設計方法Ｓ１であって、前記複数の大径歯車の外径を決定する際に、スラストカラーを用いて前記回転軸のスラスト力を受けることが可能な所定の外径上限以下となるように前記大径歯車３０Ａ、３０Ｂの外径を決定する。

【0060】

これにより、スラストカラーを用いることができるため、静止体に回転体が接触するスラストディスクを用いてスラスト力を受ける場合と比較して、機械損失を小さく抑えるとともに、振動の発生等を抑えることができる。

【0061】

（７）第７の態様に係るギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの設計方法Ｓ１は、（５）又は（６）のギアド圧縮機１Ａ、１Ｂの設計方法Ｓ１であって、前記駆動源２Ａは、４極モーターであって、前記複数の大径歯車３０Ａ、３０Ｂの外径を決定する際に、前記大径歯車３０Ａ、３０Ｂの周速が所定の周速上限未満となり、且つ前記４極モーターを定常運転可能な回転数の下限以上となるように前記大径歯車３０Ａ，３０Ｂの外径を決定する。

【0062】

これにより、駆動源２Ａとしてより安価な４極モーターを用いても、大径歯車３０Ａ、３０Ｂの周速が周速上限未満とすることが可能となるため、ギアド圧縮機１Ａ、１Ｂのコスト低減を図ることができる。

【符号の説明】

【0063】

１Ａ、１Ｂ…ギアド圧縮機
２Ａ、２Ｂ…駆動源
３Ａ、３Ｂ…圧縮部駆動機構
２１Ａ、２１Ｂ…駆動軸
２１ｂ…軸受
２５…駆動歯車
３０Ａ、３０Ｂ…大径歯車
３１…第一駆動歯車
３２…第一中間歯車
３３…ギヤケース
３４…支軸
３４ｂ…軸受
３５…第二中間歯車
３６…第三中間歯車
３７…支軸
３７ｂ…軸受
４０…圧縮部
４０Ａ…第一段圧縮部
４０Ｂ…第二段圧縮部
４０Ｃ…第三段圧縮部
４０Ｄ…第四段圧縮部
４１…回転軸
４２…軸受
４３…スラストカラー
４５、４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄ…従動歯車
４６Ａ、４６Ｂ…第一インペラ
４７Ａ、４７Ｂ…第二インペラ
４８Ａ、４８Ｂ…第三インペラ
４９Ａ、４９Ｂ…第四インペラ
１３０…大径歯車
１４０…圧縮部
１４５…従動歯車
Ｄａ…軸方向
Ｄｈ…第一方向
Ｄ１、Ｄ２…外径
Ｈ…高さ
Ｍ…電動モーター
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ１１、Ｏ１２、Ｏ１３…中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】