JP5352720B1 - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車装置バッフルユニットの設計を、適用される機器に応じて容易に変更する。
【解決手段】外歯を有するサンギヤ（５）と、外歯を有して前記サンギヤに噛合する複数のプラネットギヤ（７）と、内歯を有して前記プラネットギヤに噛合するリングギヤ（９）と、隣接する前記プラネットギヤの間に配置されて、内部に形成された回収室（７５）へ潤滑油（ＯＬ）を回収するバッフルユニット（１９ｂ）とを備える遊星歯車装置（１）において、前記バッフルユニットに、前記回収室に回収された前記潤滑油の一部を軸方向に排出する排出口（８１）と、回収された前記潤滑油の他の一部を径方向外側に排出して前記リングギヤに供給するリングギヤ給油孔（７９）とを設け、前記排出口の一部を塞いで前記リングギヤ給油孔から排出する潤滑油を確保する堰部材（８３）を、当該バッフルユニットと別体に設ける。
【選択図】図５

Description

本発明は、主として航空機の動力伝達機構に用いられる遊星歯車装置に関し、特には、そのような遊星歯車装置の潤滑構造に関する。

近年、航空機においては、運転コストの削減や環境保護の観点から、低燃費化が重要な課題となっている。このため、航空機エンジンに使用される遊星歯車装置についても、動力損失を低減させることが要求されている。

従来、この種の遊星歯車装置は、歯車の潤滑および冷却を目的として、歯車に潤滑油を供給する機構を備えているが、歯車の周辺に供給される潤滑油の攪拌抵抗が、歯車装置の動力損失の主要な要因の一つとなっている。潤滑油の攪拌抵抗を低減させるための手段として、例えば、隣接するプラネットギヤ間にバッフル（障害物）を設けることにより、隣接するプラネットギヤ周りに生じる潤滑油流れ同士の干渉による渦の発生を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

さらには、このバッフル内に設けた空間に、いったん潤滑油を回収し、その一部を軸方向に排出するとともに、ほかの一部をバッフルに設けた貫通孔を介してリングギヤに供給し、リングギヤの潤滑に利用することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。この場合、バッフルの軸方向の排出口の一部分を堰で覆い、リングギヤに供給する分の潤滑油を貯留することによって、確実にリングギヤを潤滑することができる。

特表平９−５０７２８４号公報 特開２０１１−２２０４９５号公報

しかしながら、バッフルに設ける堰の最適な形状や大きさは、遊星歯車装置が使用される機器の仕様や使用環境等によって異なる。このため、堰をバッフルと一体に設けた場合、堰の設計変更に応じてバッフル全体の設計を変更する必要があり、製造コスト増加の要因となっていた。また、堰によってバッフルの排出口の一部が覆われることにより、フロントプレートを歯車装置に取り付ける工程の作業が行いにくくなり、加工性が低下する場合があった。

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、遊星歯車装置を構成する主要な回転要素に供給される潤滑油を回収し、かつ排出して潤滑油の攪拌抵抗を低減しながら、回収した潤滑油の一部をリングギヤに供給するバッフルユニットの設計を、適用される機器に応じて容易に変更することができる遊星歯車装置を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る遊星歯車装置は、外歯を有するサンギヤと、外歯を有して前記サンギヤに噛合する複数のプラネットギヤと、内歯を有して前記プラネットギヤに噛合するリングギヤと、隣接する前記プラネットギヤの間に配置されて、内部に形成された回収室へ潤滑油を回収するバッフルユニットとを備え、前記バッフルユニットは、前記回収室に回収された前記潤滑油の一部を軸方向に排出する排出口と、回収された前記潤滑油の他の一部を径方向外側に排出して前記リングギヤに供給するリングギヤ給油孔とを有しており、前記排出口の一部を塞いで前記リングギヤ給油孔から排出する潤滑油を確保する堰部材が、当該バッフルユニットと別体に設けられている。

この構成によれば、隣接するプラネットギヤ間に配置されるバッフルユニットに、リングギヤ給油孔及び堰を設けて、潤滑油の攪拌抵抗の低減とリングギヤの潤滑を実現しつつ、堰を形成する堰部材をバッフルユニットと別体に設けたことにより、歯車装置が適用される機器の仕様等に応じた堰の設計変更が容易となる。

本発明の一実施形態に係る遊星歯車装置において、前記複数のプラネットギヤの回転軸であるプラネット軸の一端部を支持するフロントプレートが、前記バッフルユニットの前記回収室における前記排出口と反対側の軸方向端部に位置する底壁に、軸方向に締め付ける連結部材によって連結されていてもよい。より具体的には、例えば、前記連結部材が、ボルトおよびこのボルトに螺合するナットであり、前記ボルトが、前記フロントプレートおよび前記バッフルユニットに前記フロントプレート側から挿通され、前記ナットが、前記バッフルユニットの前記回収室側から前記ボルトの先端に螺合している。この構成によれば、フロントプレートを回収室の底壁に取り付ける際、別体に形成された堰部材を取り外した状態で、連結部材を軸方向に締め付ける作業が可能となるので、堰を備えてリングギヤに確実に潤滑油を供給するバッフルユニットを有する遊星歯車装置の組立てが容易となり、製造コストが低減される。

本発明の一実施形態に係る遊星歯車装置において、前記堰部材は前記排出口に嵌合され、縮径可能なリング状部材を介して軸方向に抜け止めされていることが好ましい。この構成によれば、遊星歯車装置の組立て作業において、例えば、別体に形成された堰部材を取り外した状態で、連結部材を軸方向に締め付ける作業が容易になる。

本発明の一実施形態に係る遊星歯車装置において、前記堰部材は、前記排出口における、前記複数のプラネットギヤを支持するプラネットキャリアの径方向の外側で、かつ、前記プラネットギヤの公転方向の後側を塞ぐことが好ましい。このように構成することにより、バッフルユニット内に前記リングギヤ給油孔からリングギヤへ供給するのに十分な量の潤滑油を確保することができる。特に、バッフルユニット内に回収された潤滑油には、プラネットギヤの公転による遠心力およびコリオリ力の両方が作用するので、これらの力の合力の方向である、プラネットギヤの径方向外側かつ公転方向の後側を堰によって覆うことにより、効果的に潤滑油を確保できる。

このように、本発明の遊星歯車装置によれば、遊星歯車装置を構成する主要な回転要素に供給される潤滑油を効率的に排出して潤滑油の攪拌抵抗を低減しながら、遊星歯車装置の潤滑油を回収してその一部をリングギヤに供給するバッフルユニットの設計を、適用される機器に応じて容易に変更することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る遊星歯車装置を示す部分破断斜視図である。 図１の遊星歯車装置の縦断面図である。 図１の遊星歯車装置に用いられるプラネットキャリアの分解斜視図である。 図１の遊星歯車装置に使用されるフロントプレートを前方から見た正面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図１の遊星歯車装置に使用されるバックプレートを後方から見た背面図である。 図５の要部を拡大して示す図であり、（ａ）が側面図、（ｂ）が堰部材の平面図である。 図１の遊星歯車装置の組立て時の状態を示す断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る遊星歯車装置１を示す斜視図である。この遊星歯車装置１は、ヘリコプターまたは航空機のエンジンに設置されて、図示しないガスタービンエンジンに入力軸３を介して連結されており、このガスタービンエンジンの動力を、図示しない２つのロータに、それぞれ互いに独立の出力として伝達する。なお、以下の説明において、軸方向の、ガスタービンエンジンが配置されている側（図１の左下側）を前側と呼び、その反対側を後側と呼ぶ。

図２は、図１の遊星歯車装置１を示す縦断面図である。同図に示すように、遊星歯車装置１は複列の歯車機構として構成されており、サンギヤ５、プラネットギヤ７、リングギヤ９、プラネットキャリア１１、およびプラネット軸１３を備えている。サンギヤ５は、互いに逆方向に傾斜した複列のはすば歯車からなる外歯を有する歯車であり、回転軸となる入力軸３の外周に嵌合されている。プラネットギヤ７は、サンギヤ５に対応したはすば歯車からなる複列の外歯を有する歯車であり、回転軸となる中空のプラネット軸１３の外周に複列の軸受１５を介して回転自在に取付けられた状態で、サンギヤ５に噛合している。本実施形態では、５つのプラネットギヤ７が、サンギヤ５の円周方向に等間隔に配置されている。リングギヤ９は、複列のはすばからなる内歯を有する歯車であり、５つのプラネットギヤ７に噛合している。

プラネットギヤ７のプラネット軸１３は、その前端部が、入力軸３と同一の軸心Ｃ１を有する環状のフロントプレート１７に支持されている。図３の分解斜視図に示すように、フロントプレート１７は、同心状に配置された円筒状のドラム１９の内周部に、複数のボルト２１によって連結されている。ドラム１９は、その前端部を形成する円筒状のドラム本体１９ａと、ドラム本体１９ａに一体に形成されて、ドラム本体１９ａから後方に延びる複数のバッフルユニット１９ｂとを有している。バッフルユニット１９ｂは、径方向外側から内側に向かって幅狭となるほぼ台形の断面形状を有する柱状の部材であり、プラネット軸１３（図２）間の円周方向位置に等間隔に配置されている。バッフルユニット１９ｂの構造については、後に詳述する。

ドラム１９の後端部、つまりバッフルユニット１９ｂの後端部には環状のバックプレート２３が一体的に形成されており、このバックプレート２３に、図２に示すプラネット軸１３の後端部が支持されている。このように、ドラム１９と、ドラム１９を介して互いに連結されたフロントプレート１７およびバックプレート２３が、プラネット軸１３およびプラネットギヤ７を支持するプラネットキャリア１１を構成している。このプラネットキャリア１１によって、各プラネット軸１３間の相対位置、すなわち各プラネットギヤ７間の相対位置が決められる。

ドラム１９の前端部は、入力軸３と同心の前方出力軸２４にボルト連結されており、５つのプラネットギヤ７の、軸心Ｃ１回りの公転による動力は、ドラム１９および前方出力軸２４を介して駆動力として前側のロータ（図示せず）に出力される。一方、リングギヤ９の外周部は、入力軸３と同心に配置されるフレックスサポート２５に連結されており、プラネットギヤ７の自転軸心Ｃ２回りの回転による動力は、リングギヤ９およびフレックスサポート２５を介して駆動力として後側のロータ（図示せず）に出力される。

フロントプレート１７の外周側には、プラネット軸１３を支持するための支持貫通孔２７が設けられており、支持貫通孔２７にプラネット軸１３の前端部が嵌合されている。同様に、プラネット軸１３の後端部が、パックプレート２１の支持貫通孔２９に嵌合されている。この状態で、さらに、長軸の固定支軸３１および長軸のボルト３５によってフロントプレート１７、プラネット軸１３およびバックプレート２３が軸方向に締め付け固定されている。このようにして、ブラネット軸１３がフロントプレート１７およびバックプレート２３によって支持されている。

図４は、フロントプレート１７を前方から見た正面図である。同図に示すように、フロントプレート１７は、円板形状の中心部に入力軸３を挿通させるための入力軸挿通孔３７を有しており、この入力軸挿通孔３７の径方向外側のドーナツ形状のプレート部に、重量を適切に低下させるための各種切欠部分が設けられている。フロントプレート１７の外径は、ドラム１９の円筒状部分であるドラム本体１９ａの内径にほぼ合致している。

フロントプレート１７には、フロントプレート１７を別体のドラム１９に連結するための連結片４１が設けられている。連結片４１は、互いに隣接する支持貫通孔２７の間から径方向外方に延びるアーム部４１ａと、アーム部４１ａの外形側先端に形成された連結部４１ｂとを有している。すなわち、連結部４１ｂは、フロントプレート１７の外周部で周方向に間欠的に複数（本実施形態では５つ）設けられている。各連結部４１ｂには、ほぼ周方向に沿って等間隔に配置された複数（図４の例では３つ）のボルト挿通孔４３が設けられている。

図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である図５に示すように、ドラム１９の内周面には、鍔状のドラム内側連結部４５が径方向内側に突設されており、このドラム内側連結部４５に、軸心方向に貫通する複数のボルト挿通孔４７が設けられている。連結部材であるボルト２１を、前側からフロントプレート１７のボルト挿通孔４３およびドラム１９のボルト挿通孔４７に挿通した状態で、ボルト２１の先端にナット５１を螺合させることにより、フロントプレート１７がドラム１９のドラム内側連結部４５に連結されている。なお、連結部４１ｂの軸方向位置は、破線で示す支持貫通孔２７の軸方向位置に対して前側に偏位している。

なお、フロントプレート１７またはドラム１９に、ボルト２１を螺合させるねじ孔を設けずに、ナット５１に螺合させているのは、遊星歯車装置１全体の軽量化の目的で、キャリア１１を構成するフロントプレート１７およびドラム１９のような部材を、高応力下でクラックが発生し易いチタン合金のような材料で形成しているため、キャリア１１を構成する部材にねじ孔を設けるとクラックが発生し易くなるからである。本実施形態のように、ねじ孔ではなくナット５１にボルト２１を螺合させることにより、遊星歯車装置１の信頼性を低下させることなく重量を低減できる。

次に、バッフルユニット１９ｂの構造について説明する。図５に示すように、バッフルユニット１９ｂの内部は、バックプレート２３に鍛造または単一素材からの機械加工により一体に形成された内壁５３によって、中実に形成された内周部１９ｂａと中空に形成された外周部１９ｂｂとに分けられている。バッフルユニット１９ｂの内周部１９ｂａは、ボルト５５によってバックプレート２３に固定されている。また、バッフルユニット１９ｂの内壁５３の前側端部には、外径側に突出する連結片５３ａが設けられており、内周部１９ｂａの前側端部に形成された外径側に突出する連結片５７に重ねられた状態で、内周部１９ｂａの連結片５７側から挿通されたボルト５９の先端に、内壁５３の連結片５３ａ側からナット６１を螺合させることによって連結されている。

フロントプレート１７および内周部１９ｂａの内方には、潤滑油ＯＬを外部から導入するギヤ潤滑油導入通路６３Ａ，６３Ｂがそれぞれ形成されている。内周部１９ｂａのギヤ潤滑油導入通路６３Ｂの内径側には、ギヤ潤滑油導入通路６３Ｂからサンギヤ５に潤滑油ＯＬを供給するための複数の給油孔６５が設けられている。

また、図６に示すように、バッフルユニット１９ｂの両側面の、内周部１９ｂａと外周部１９ｂｂとの境界付近に、潤滑油ＯＬをバッフルユニット１９ｂ内に回収するための回収口７１が設けられている。図５に示すバッフルユニット１９ｂの外周部１９ｂｂの内方空間は、回収口７１に連通しており、これらの回収口７１から回収された潤滑油ＯＬをいったん貯留する回収室７５を形成している。

また、バッフルユニット１９ｂの最外周側の外壁部１９ｂｃには、径方向の貫通孔であるリングギヤ給油孔７９が設けられている。このリングギヤ給油孔７９を介して、回収室７５に回収された潤滑油ＯＬの一部がリングギヤ９に供給される。図６に示すように、リングギヤ給油孔７９は、外壁部１９ｂｃの周方向中央よりも、プラネットギヤ７の公転方向Ｒｖに対して後側に位置しており、図５に示すとおり、軸方向に所定の間隔を空けて複数（本実施形態では２つ）並べて設けられている。なお、給油孔６５およびリングギヤ給油孔７９の、それぞれの数および位置は、適宜設定してよい。

図５の回収室７５の軸方向後端部の開口は、回収室７５から潤滑油ＯＬをバッフルユニット１９ｂの軸方向外方に排出するための軸方向排出口８１となる。上述のように、ドラム１９は連結部材であるボルト２１とナット５１によってフロントプレート１７に連結されているが、ボルト２１を挿通させるバッフルユニット１９ｂ側のドラム内側連結部４５は、バッフルユニット１９ｂの外壁部１９ｂｃの内側の、軸方向前端部に突設されている。すなわち、ドラム内側連結部４５は、回収室７５における、軸方向排出口８１の反対側の軸方向に設けられて、回収室７５の底壁を形成している。軸方向排出口８１には、軸方向排出口８１の一部を塞ぐ堰部材８３が嵌合している。

図５の要部を拡大した図７に示すように、堰部材８３は、バッフルユニット１９ｂとは別体に、つまり分離可能な別部品として形成されたほぼ円筒状の部材であり、その筒部８３ａの外周面が軸方向排出口８１の内周部に嵌合する。また、堰部材８３の軸方向の一端には、縮径可能なリング状部材であるＣリング８５が取り付けられている。このＣリング８５を、排出口８１の内周面に形成された係止溝８７に係合させることにより、排出口８１の内周部に嵌合した堰部材８３が軸方向に抜け止めされる。

堰部材８３の筒部８３ａの一方の開口が、筒部８３ａよりも大径の円板状の底部８３ｂによって覆われている。底部８３ｂは、その一部に半円形状の開口を有しており、この開口が、回収室７５から潤滑油ＯＬをバッフルユニット１９ｂの軸方向外方に排出する排出部８３ｂａとなる。一方、底部８３ｂの排出部以外の部分が、軸方向排出口８１の一部を塞ぐ堰部８３ｂｂとなる。

図６に示すように、堰部８３ｂｂは、軸方向排出口８１（図７）における、バックプレート２３の径方向外側で、かつ、公転方向Ｒｖに対して後側の部分を塞いでいる。遊星歯車装置１の、サンギヤ５は矢印Ａの方向に回転し、その駆動力を受けて、プラネットギヤ７は矢印Ｂの方向に自転すると同時に、プラネットキャリア１１とともに矢印Ｒｖの方向に公転する。リングギヤ９は矢印Ｄの方向に回転する。バッフルユニット１９ｂ内の回収室７５（図５）に回収された潤滑油ＯＬには、プラネットギヤ７の公転による遠心力Ｃｆおよびコリオリ力Ｃｏの両方が作用するので、これらの力の合力Ｒｅの方向である、径方向外側かつ公転方向の後側を堰部８３ｂｂで覆うことにより、効果的に潤滑油ＯＬを確保できる。

もっとも、堰部８３ｂｂのより具体的な形状は、遊星歯車装置１が適用される機器の仕様や運転条件等、すなわち、例えば、使用されるプラネットギヤの数、プラネットギヤの公転速度および公転方向、必要な潤滑油の流量等によって異なる。本実施形態に係る遊星歯車装置１では、堰部８３ｂｂを形成する堰部材８３をバッフルユニット１９ｂと別体に設けているので、そのような堰部８３ｂｂの設計変更に容易に対応することが可能となる。

また、図７に示すように、堰部材８３の筒部８３ａは、その周方向の一部に、軸方向前方に突設された位置決め突起８９を有している。この位置決め突起８９を、回収室７５の内周壁に設けられた位置決め凹部９１に係合させることにより、堰部材８３のバッフルユニット１９ｂに対する周方向位置が固定される。すなわち、位置決め突起８９および位置決め凹部９１により、上述のような、軸方向排出口８１の堰部８３ｂｂによって覆われる位置が決まる。さらに、堰部材８３の筒部８３ａの外周には、堰部材８３と軸方向排出口８１との間をシールする環状のシール部材９３が取り付けられている。

次に、上記の実施形態に係る遊星歯車装置１の作用について説明する。

外部から図５のギヤ潤滑油導入通路６３Ａ，６３Ｂを介してバッフルユニット１９ｂに導入された潤滑油ＯＬは、バッフルユニット１９ｂの内周部１９ｂａの給油孔６５からサンギヤ５に向けて噴射され、その大部分が、回収口７１からバッフルユニット１９ｂ内に回収される。

バッフルユニット１９ｂ内に回収された潤滑油ＯＬは、回収室７５に流入した後、一部が、堰部８３ｂｂで堰き止められ、リングギヤ給油孔７９を介してリングギヤ９に供給される。これにより、リングギヤ９が効果的に潤滑される。また、回収室７５における堰部８３ｂｂを越えた分の潤滑油ＯＬは、排出部８３ｂａから、遊星歯車装置１の外部へ軸方向後方に排出される。これにより、大量の潤滑油ＯＬがプラネットギヤ７に付着することが防止され、潤滑油ＯＬの攪拌抵抗が低減される。

また、堰部材をバッフルユニット１９ｂと別体に形成したことにより、遊星歯車装置１の組立工程において、フロントプレート１７を取り付ける作業が容易になる。具体的には、図８に示すように、フロントプレート１７を回収室７５の底壁（ドラム内側連結部４５）に取り付ける際、軸方向排出口８１に堰部材が取り付けられておらず、軸方向排出口８１が軸方向外側に完全に開口した状態にすることができる。したがって、バッフルユニット１９ｂの回収室７５内に取り付けられる連結部材、つまり同図の例ではナット５１を締め付けるための工具Ｔを、軸方向排出口８１を通して、ナット５１の締め付け作業を容易に行うことができる。

このように、本実施形態の遊星歯車装置１によれば、隣接するプラネットギヤ７，７間に配置されるバッフルユニット１９ｂに、リングギヤ給油孔及び堰部を設けて、潤滑油の攪拌抵抗の低減とリングギヤの潤滑を実現しつつ、堰部を形成する堰部材をバッフルユニット１９ｂと別体に設けたことにより、歯車装置１が適用される機器の仕様等に応じた堰部の設計変更が容易となる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 遊星歯車装置
５ サンギヤ
７ プラネットギヤ
９ リングギヤ
１１ プラネットキャリア
１３ プラネット軸
１７ フロントプレート
１９ ドラム
１９ｂ バッフルユニット
２１ ボルト（連結部材）
２３ バックプレート
４５ ドラム内側連結部（回収室の底壁）
４７ 給油孔
５１ ナット（連結部材）
７１ 回収口
７５ 回収室
７９ リングギヤ給油孔
８１ 軸方向排出口
８３ 堰部材
８３ｂｂ 堰部
ＯＬ 潤滑油

Claims (5)

1. 外歯を有するサンギヤと、
   外歯を有して前記サンギヤに噛合する複数のプラネットギヤと、
   内歯を有して前記プラネットギヤに噛合するリングギヤと、
   隣接する前記プラネットギヤの間に配置されて、内部に形成された回収室へ潤滑油を回収するバッフルユニットと、
   を備え、
   前記バッフルユニットは、前記回収室に回収された前記潤滑油の一部を軸方向に排出する排出口と、回収された前記潤滑油の他の一部を径方向外側に排出して前記リングギヤに供給するリングギヤ給油孔とを有しており、前記排出口の一部を塞いで前記リングギヤ給油孔から排出する潤滑油を確保する堰部材が、当該バッフルユニットと別体に設けられている遊星歯車装置。
2. 請求項１において、前記複数のプラネットギヤの回転軸であるプラネット軸の一端部を支持するフロントプレートが、前記バッフルユニットの前記回収室における前記排出口と反対側の軸方向端部に位置する底壁に、軸方向に締め付ける連結部材によって連結されている遊星歯車装置。
3. 請求項１または２において、前記堰部材は前記排出口に嵌合され、縮径可能なリング状部材を介して軸方向に抜け止めされている遊星歯車装置。
4. 請求項２または請求項２を引用する請求項３において、前記連結部材が、ボルトおよびこのボルトに螺合するナットであり、前記ボルトが、前記フロントプレートおよび前記バッフルユニットに前記フロントプレート側から挿通され、前記ナットが、前記バッフルユニットの前記回収室側から前記ボルトの先端に螺合している遊星歯車装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項において、前記堰部材は、前記排出口における、前記複数のプラネットギヤを支持するプラネットキャリアの径方向の外側で、かつ、前記プラネットギヤの公転方向の後側を塞ぐ遊星歯車装置。

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