JP2001173754A

JP2001173754A - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP2001173754A
Application number: JP35914199A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kimura; 克己木村; Yoshiichi Kimura; 芳一木村; Kazuhiko Sugiyama; 和彦杉山; Hirohisa Tanaka; 裕久田中
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-06-26

Abstract

(57)【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１
０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Ｃ_Ｌ
を設け、該転がり軸受クラッチＣ_Ｌ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。

Description

【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７−１６９
２１５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Ｃ_Ｌが配設され
ている。転がり軸受クラッチＣ_Ｌ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１
０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１
６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，１７
ｂ，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
Ｃ_Ｌ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Ｃ_Ｌ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Ｃ_Ｌ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０．００
２〜０．１ｍｍ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９
ｄ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動力伝達装置の一例である流体継
手の全体構成を示す断面図である。

【図２】本発明の動力伝達装置で用いる転がり軸受クラ
ッチの構成図を示す斜視図である。

【図３】転がり軸受クラッチにおける外輪を断面した部
分断面図である。

【図４】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。

【図５】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６】本発明のローラの他の例を示す正面図である。

【図７】本発明のローラの他の例を示す正面図である。

【図８】本発明のローラの他の例を示す正面図である。

【符号の説明】

１駆動軸２インペラ３ランナ４被動軸５インペラケーシング６内輪７コイルスプリング８ケースリング９ローラ９ａ同心溝９ｂ螺旋溝９ｃ斜め溝９ｄ凹部１０外輪１１ボール１２ボールスプライン機構１３ケースフランジ１４ノズル１５ピストン１６カバー１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ作動油供給路１８保持器２０作動油室２１軸受ケーシング２２保持器２４ラジアル軸受Ｃ_Ｌ転がり軸受クラッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山和彦東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者田中裕久東京都目黒区大岡山１丁目15番３号Ｆターム(参考） 3J051 AA01 BA03 BB02 BD02 BE02 BE03 EC07 ED08 ED17

Claims

【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。