| 【発明の名称】 |
動力伝達装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】木村 克己
【氏名】木村 芳一
【氏名】杉山 和彦
【氏名】田中 裕久
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| 【要約】 |
【課題】転がり軸受クラッチにおける内輪外周と外輪内周のローラ転動面に介装するローラの表面に油膜保持のための措置を行って、過酷な条件下でも油膜切れによる材料の損傷が生じないようにすることができる動力伝達装置を提供する。
【解決手段】流体を動力伝達の媒体とし、原動機で流体に与えた運動エネルギーを回転動力として取り出す動力伝達装置の駆動側と被動側との間に、内輪６と外輪１０と内輪外周と外輪内周の転動面６ａ，１０ａ間に介装される多数のローラ９とを有し、内輪６と外輪１０の転動面６ａ，１０ａを互いに接近または離間させることにより動力の伝達及び遮断を行う転がり軸受クラッチＣＬを設け、該転がり軸受クラッチＣＬで動力の伝達を行うことによって駆動側と被動側とを流体を介さずに機械的に結合することを可能にした動力伝達装置において、内輪外周と外輪内周の転動面６ａ，１０ａ間に介装されるローラ９の表面に油膜を保持するための油膜保持部を形成した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 流体を動力伝達の媒体とし、原動機で流体に与えた運動エネルギーを回転動力として取り出す動力伝達装置の駆動側と被動側との間に、内輪と外輪と内輪外周と外輪内周の転動面間に介装される多数のローラとを有し、内輪と外輪の転動面を互いに接近または離間させることにより動力の伝達及び遮断を行う転がり軸受クラッチを設け、該転がり軸受クラッチで動力の伝達を行うことによって駆動側と被動側とを流体を介さずに機械的に結合することを可能にした動力伝達装置において、内輪外周と外輪内周の転動面間に介装されるローラの表面に油膜を保持するための油膜保持部を形成したことを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】 前記油膜保持部は、ローラ表面に形成された周方向の微細な同心溝からなることを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項３】 前記油膜保持部は、ローラ表面に形成された周方向の微細な螺旋溝からなることを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項４】 前記油膜保持部は、ローラ表面に形成された長手方向の斜め溝からなることを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項５】 前記油膜保持部は、ローラ表面に形成された独立した多数の凹部からなることを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トルクコンバータや流体継手など流体の運動エネルギーを利用して動力伝達を行う動力伝達装置において、クラッチ機構を設けて駆動側と被動側を機械的に結合して原動機からの駆動軸回転速度と被動軸回転速度を同一にすることによってスリップ損失をなくし、動力伝達効率の向上を図ることができる動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】駆動軸にポンプ作用をするインペラを結合するとともに被動軸に水車作用をするランナを結合し、ケーシング内に満たされた流体の運動エネルギーを利用して動力の伝達を行う流体継手やトルクコンバータ等の動力伝達装置が知られている。
【０００３】動力伝達装置として流体継手を例に挙げて説明すると、流体継手を用いた回転数制御においては、負荷側の回転数を、スクープチューブを使用して最低回転数から最高回転数まで無段階に変化させるか、もしくはインペラ、ランナ及びインペラケーシングで形成される流体継手羽根車への作動油の給油を通あるいは断することによって最低回転数か最高回転数かのいずれかを得るようにしている。
【０００４】上記いずれの場合においても、被動機回転数を最高回転数で運転する場合、その最高回転数は、原動機であるモータあるいはエンジン等の入力回転数に対して通常、約３％程度スリップした回転数である。このスリップは流体継手を用いて回転数制御した場合必ず生じる現象である。この時、スリップのために流体継手効率はそのスリップパーセント分だけ低下する。従って、伝達動力が大きければ大きい程、損失動力は大きくなる。
【０００５】被動機回転数を最高回転数で運転する場合、原動機回転数と被動機回転数との間のスリップ損失をなくすために、本件出願人は、先に特願平７−１６９２１５号において、駆動側と被動側との間に、内輪と外輪と内輪外周と外輪内周の転動面間に介装される多数のローラとを有し内輪と外輪の転動面を互いに接近又は離間させることによりオンオフ動作を行う転がり軸受クラッチを設け、該転がり軸受クラッチをオンすることにより駆動側と被動側とを流体を介さずに機械的に結合することを可能にした動力伝達装置を提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の転がり軸受クラッチにおいては、過度の高ヘルツ圧力下や瞬間的な動力負荷変動時に油膜切れを生じ、内輪とローラもしくは外輪とローラとの間に直接的なメタル接触（金属接触）を生じて材料の損傷を起こすことがあった。
【０００７】本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、転がり軸受クラッチにおける内輪外周と外輪内周のローラ転動面に介装するローラの表面に油膜保持のための措置を行って、過酷な条件下でも油膜切れによる材料の損傷が生じないようにすることができる動力伝達装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するため本発明は、流体を動力伝達の媒体とし、原動機で流体に与えた運動エネルギーを回転動力として取り出す動力伝達装置の駆動側と被動側との間に、内輪と外輪と内輪外周と外輪内周の転動面間に介装される多数のローラとを有し、内輪と外輪の転動面を互いに接近または離間させることにより動力の伝達及び遮断を行う転がり軸受クラッチを設け、該転がり軸受クラッチで動力の伝達を行うことによって駆動側と被動側とを流体を介さずに機械的に結合することを可能にした動力伝達装置において、内輪外周と外輪内周の転動面間に介装されるローラの表面に油膜を保持するための油膜保持部を形成したことを特徴とするものである。
【０００９】本発明においては、転がり軸受クラッチの内輪外周と外輪内周のローラ転動面に介装するローラの表面に油膜保持のための溝や凹部からなる油膜保持部を設けている。そのため、ローラが過度の高へルツ圧力下や瞬間的な伝達動力負荷変動時においても潤滑油の油膜切れを生ずることがなく、内輪とローラあるいは外輪とローラとの間に直接的な金属接触を生じて材料の損傷を起こす恐れがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る動力伝達装置の一実施形態を図面を参照して説明する。本実施形態においては、動力伝達装置として流体継手を例に挙げて説明する。図１は流体継手の全体構成を示す断面図である。図１において、符号１は駆動軸であり、駆動軸１に隣接して被動軸４が配置されている。駆動軸１と結合しているインペラ２に隣接して被動軸４と結合しているランナ３が配置されている。原動機（図示せず）に連結された駆動軸１が回転駆動されると、転がり軸受クラッチ（後述する）が開放された状態ではインペラ２の回転によってインペラ内の流体に運動エネルギーが与えられ、インペラ２から飛び出した流体の運動エネルギーをランナ３で回転動力として回収して被動軸４を介して被動機に動力伝達を行う。このような構成の流体継手においては、流体を動力伝達の媒体としているので、スリップを生じ、駆動軸１の回転速度に対して被動軸４の回転速度は数％程度低くなる。
【００１１】インペラ２にはインペラケーシング５が固定され、インペラケーシング５にはケースリング８が固定されている。そして、ケースリング８にはケースフランジ１３が取付けられ、ケースフランジ１３にはカバー１６が取付けられている。インペラケーシング５、ケースリング８、ケースフランジ１３、及びカバー１６で囲まれた空間には、転がり軸受クラッチＣＬ が配設されている。転がり軸受クラッチＣＬ は、内輪６と、外輪１０と、内外輪６，１０間に配設された多数の円筒状のローラ９と、多数の円筒状のローラ９を所定位置に保持する保持器１８とから構成されている。そして、外輪１０はボールスプライン機構１２を介してケースフランジ１３に連結され、内輪６はランナ３に直接結合されている。前記円筒状のローラ９は外輪１０と内輪６の間で軸方向に対してある角度ねじられて配置されている。
【００１２】またケースフランジ１３とカバー１６とで囲まれた部分はシリンダ部を構成しており、このシリンダ部内にピストン１５が軸方向に可動に配設されている。そして、シリンダ部内面とピストン１５との間にはクラッチオンオフ用作動油室２０が画成されており、この作動油室２０内に、軸受ケーシング２１及びカバー１６に形成された作動油供給路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを介して作動油が供給されるようになっている。なお、作動油供給路１７ａはパイプを介して油ポンプに接続されている。
【００１３】前記ピストン１５と外輪１０との間には、複数のボール１１が介装されている。なおボール１１は円板状の保持器２２に保持されている。また、外輪１０とケースリング８との間には圧縮コイルスプリング７が介装されており、外輪１０はスプリング７の付勢力により右方向に常時押されている。ケースリング８と内輪６との間にはラジアル軸受２４が介装されている。駆動軸１、インペラ２、インペラケーシング５、ケースリング８、ケースフランジ１３および外輪１０は機械的に結合されており、これら部材２，５，８，１３，１０は駆動軸１と一体となって回転する。また被動軸４、ランナ３および内輪６は機械的に結合されており、これら部材３，６は被動軸４と一体となって回転する。
【００１４】作動油室２０に作動油供給路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄから作動油を供給して圧縮コイルスプリング７に抗してピストン１５で外輪１０を内輪６側に押しつけると、ローラ９が回転移動して内輪６と外輪１０をロックする。この結果、外輪１０と内輪６のローラ転動面が互いに接近しクラッチがオン（結合）した状態となり、駆動軸１と被動軸４が同一の回転速度で回転して動力伝達を行う。この時、インペラ２とランナ３も同じ回転速度で回転するので、内部にある作動流体には回転に伴う遠心力が作動するだけでこの部分での動力損失は発生しない。
【００１５】図２は転がり軸受クラッチの構成図を示す斜視図である。図２に示すように、転がり軸受クラッチＣＬは、内輪６、外輪１０、内輪６の外周と外輪１０の内周の間に介装した多数のローラ９で構成されている。図３は外輪１０を断面した部分断面図である。なお、図２および図３に示す転がり軸受クラッチと図１における転がり軸受クラッチとは、左右が逆に図示されているが、機能および作用的には同一である。図３に示すように、内輪６の外周は先細となるような円錐台形状のテーパ面で、外輪１０の内周も内輪６の外周に対応した円錐台形状に形成されている。駆動側である外輪１０の回転方向と外輪１０の円錐台形状の向きで決まるねじれ方向に、ローラ９は内輪６の回転中心軸ｘに対して所定のねじれ角βで配置されており、ローラ９の転動するこれら内周面、外周面はローラ９が線接触することが条件となるので、ローラ９をｘ軸を中心にして回転させた軌跡である単葉双曲面となる。内外輪６，１０のローラ転動面６ａ，１０ａは中心軸ｘに対して所定のソケット角φでもって傾斜している。
【００１６】図３において、外輪１０がＡ方向に回転しているとき、外輪１０にＦ方向の力を加えてローラ９に外輪１０の内周を接触させるとローラの転がりによって転がり軸受クラッチＣＬが接続し、外輪１０と内輪６が軸方向に接近してロック状態となり、この結果、内外輪６，１０が一体となって回転する。外輪１０に図１の圧縮コイルスプリング７によりＦと反対方向の力を加えると内外輪６，１０が軸方向に離れるので転がり軸受クラッチＣＬが外れる。
【００１７】図４はローラを介装した状態のローラの配列を示した斜視図である。ローラ９は、図４に示すように、内外輪６，１０の中心軸ｘに対して所定のねじれ角βでもって配置されている。
【００１８】図５は転がり軸受クラッチに介装する本発明のローラの一例を示す図であり、図５（ａ）はローラの正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ部詳細を示す拡大図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、円柱状のローラ９は、その表面に油膜を保持するための油膜保持部を構成する円周方向の同心溝９ａを有している。この同心溝９ａは軸方向に多数形成されており、同心溝９ａのピッチｐは０．１〜５ｍｍであり、溝深さｈは０．００２〜０．１ｍｍである。
【００１９】図６乃至図８は、ローラ９の表面に形成された油膜保持部の他の例を示す図である。即ち、図６に示す例においては、油膜保持部として、ローラ９の表面に円周方向の螺旋溝９ｂを形成している。螺旋溝９ｂのピッチｐは０．１〜５ｍｍであり、溝深さｈは０．００２〜０．１ｍｍである。また螺旋溝９ｂの傾きθは０．１〜２０°である。図７に示す例においては、油膜保持部として、ローラ９の表面に任意角度の斜め溝９ｃを形成している。斜め溝９ｃのピッチｐは０．１〜５ｍｍであり、溝深さｈは０．００２〜０．１ｍｍである。図８に示す例においては、油膜保持部として、ローラの表面に多数の凹部９ｄを形成している。凹部９ｄの直径は０．００５〜０．２ｍｍ、軸方向に列状に並んだ凹部９ｄ間の間隔は０．０１〜０．６ｍｍ、列間の間隔は０．０１〜０．６ｍｍ、凹部９ｄの深さは０．００２〜０．１ｍｍである。本発明によれば、図５乃至図８に示す溝９ａ，９ｂ，９ｃ又は凹部９ｄにより、油膜を保持することができるため、内輪６とローラ９あるいは外輪１０とローラ９との間に直接的な金属接触を生じて材料の損傷を起こす恐れがない。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、過度の高ヘルツ圧力下や瞬間的な動力負荷変動時でも油膜切れを生じることがなく、ローラ及び内外輪の損傷の問題を解決できる。また本発明によれば、上述の油膜保持部を有したローラを備えた転がり軸受クラッチにより、駆動側と被動側とを機械的に結合することによりスリップ損失をなくし、動力伝達効率を向上させることができる。そして、本発明の一例としての流体継手を鉄鋼設備のデスケーリング装置用ポンプに適用すると、無負荷時には最低回転数で運転でき、負荷時には流体継手によるスリップ損失を含まない原動機と同一の定格回転数で運転でき、簡単な制御で多大な省エネルギー効果を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２３９
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１７日（１９９９．１２．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１４９８
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 勇 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７３７５４（Ｐ２００１−１７３７５４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２６日（２００１．６．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５９１４１ |
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