JP6244609B2 - 水中カップリング継手、水流発電機 - Google Patents

水中カップリング継手、水流発電機 Download PDF

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Description

この発明は、水中カップリング継手、水流発電機に関する。
海や河川等における海流や水流を利用して発電を行う水流発電機は、羽根車と、発電機と、を備えている。羽根車は、外周側に向かって延びる複数のブレード（羽根）を有している。発電機は、回転軸の一端が羽根車に連結され、海流や水流によって回転する羽根車とともに回転軸が回転することで発電を行う。
水中において、羽根車の羽根には海流や水流によって大きな力が作用する。すると、羽根車の中心に連結された回転軸には、軸方向や径方向の力やモーメントが作用する。
発電効率を高めるためには、羽根車の直径、すなわち羽根の長さを大きくする方法が挙げられる。しかし、羽根車から回転軸に作用する力やモーメントが非常に大きくなってしまう。
羽根車から発電機に前記の力やモーメントによる影響が及ぶことを防ぐため、羽根車と発電機の回転軸との間に、例えば特許文献１記載のようなカップリング装置が用いられる場合がある。このようなカップリング装置は、羽根車側と発電機側の軸方向、径方向、傾き方向の相対変位を許容しつつ、羽根車と発電機の回転軸との間で回転力の伝達を行う。このカップリング装置においては、回転力の伝達にギヤを用いるため、ギヤの歯合部には摩耗抑制のために潤滑剤が必要となる。
また、特許文献１記載のカップリング装置においては、外部からの高い圧力を有する流体が進入することを防ぐために、シール部材が設けられている。
特開２０１１−２１６１９号公報
しかしながら、水中発電機を海中深くに沈めて設置する場合、例えば３０気圧（約３ＭＰａ）といった高い水圧が作用する。そのため、シール部材によるシール部を通して外部から海水が流入してしまう可能性がある。この場合、ギヤの歯合部の潤滑剤が流出して、歯合部の摩擦増大によるギヤの損傷等が生じ、水中発電機を利用できなくなってしまうことが想定される。
これに対し、シール部におけるシール性を維持するために、定期的にシール部材の交換や潤滑剤の供給等を行うことが考えられる。しかし、この場合、メンテナンスに掛かる負担が増大してしまう。また、潤滑剤の流出による海洋汚染も懸念される。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水中カップリング継手における潤滑状態を維持し、メンテナンスに掛かる負担を抑えることができる水中カップリング継手、水流発電機を提供することを目的とする。
この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明の第一態様によれば、水中カップリング継手は、第一ギヤ歯を有する第一の軸部材と、前記第一ギヤ歯と噛み合う第二ギヤ歯を有し、前記第一ギヤ歯と前記第二ギヤ歯を介して前記第一の軸部材との間で回転力を伝達する第二の軸部材と、前記第一の軸部材と前記第二の軸部材との間で、前記第一ギヤ歯と前記第二ギヤ歯の歯合部を含む空間を外部から閉塞するシール部材と、前記空間に充填された潤滑剤と、前記空間の一部に面して設けられ、前記外部の圧力に応じて変形して前記空間の体積を変化させることによって、前記潤滑剤の圧力と前記外部の圧力とを均等化させる均圧機構と、を備え、前記第一の軸部材および前記第二の軸部材の一方に、前記空間に前記外部から潤滑剤を注入する注入口が設けられ、前記均圧機構は前記注入口に設けられている。
このように構成することで、水中カップリング継手を水中に沈めたときに、水中カップリング装置の外部、すなわち周囲の圧力に応じて、均圧機構を変形させることができる。この均圧機構の変形により、潤滑剤が充填された空間の体積を変化させて、空間内の潤滑剤の圧力と外部の圧力とを均等化し、シール部材と、第一の軸部材、第二の軸部材のそれぞれとの間に大きな差圧が生じることを抑制できる。その結果、潤滑剤が充填された空間に外部から水が浸入したり、潤滑剤が空間から外部に漏出したりすることを抑制できる。
さらに、均圧機構を潤滑剤の注入口に設けると、外部の圧力は注入口を介して均圧機構に作用し、外部の水と空間内の潤滑剤との圧力の均等化を図ることができる。これにより、均圧機構を設けるための部位を別途設ける必要がない。
この発明の第二態様によれば、水中カップリング継手は、第一態様における均圧機構が、一端が開口し、他端が閉塞した筒状で、前記一端と前記他端とが接離する方向に伸縮可能なベローズであってもよい。
このようなベローズを用いることで、外部の圧力を閉塞された他端に作用させることができる。これにより、ベローズを、その開口した一端に対して他端が接近する方向に短縮させることができるとともに、ベローズを、その一端に対して他端側が離間する方向に伸長させることができる。これにより、空間の体積が変動し、外部の水と空間内の潤滑剤との各圧力の均等化を図ることができる。
この発明の第三態様によれば、水中カップリング継手は、第二態様におけるベローズが、内周面に螺旋状の溝を有しているようにしてもよい。
このように構成することで、空間内に潤滑剤を充填した際に、ベローズを中心軸周りに回転させることで、溝の内側に残存した気泡を螺旋状の溝に沿って移動させ、開口した一端から排出させることができる。
この発明の第四態様によれば、水中カップリング継手は、第一から第三態様の何れか一つの態様において、前記第一の軸部材および前記第二の軸部材の一方の内部に、前記外部の圧力が導入される外圧導入部が設けられ、前記均圧機構は前記外圧導入部に設けられているようにしてもよい。
このように構成することで、外部の圧力を、外圧導入部を介して均圧機構に作用させることができる。そのため、外部の水と空間内の潤滑剤との圧力の均等化を図ることができる。
また、外圧導入部を、第一の軸部材および第二の軸部材の一方の内部に設けることで、スペースの有効利用を図ることができる。さらに、均圧機構を外圧導入部に設けることで、均圧機構が外部に露出しないため、不用意な接触等により均圧機構が損傷することを抑制できる。
この発明の第四態様によれば、水中カップリング継手は、第一から第三態様の何れか一つの態様において、前記シール部材が前記第一の軸部材および前記第二の軸部材に接合されているようにしてもよい。
このように、シール部材を第一の軸部材、第二の軸部材に接合することで、潤滑剤が充填された空間に外部から水が浸入したり、潤滑剤が空間から外部に漏出したりすることを抑制できる。
この発明の第五態様によれば、水流発電機は、第一から第四態様の何れか一つの態様において、複数の翼を備えた羽根車と、前記羽根車によって駆動される発電機と、前記羽根車の回転軸と前記発電機の入力軸とを連結する、上記したような水中カップリング継手と、を備える。
このように構成することで、水中カップリング継手において、潤滑剤が充填された空間に外部から水が浸入したり、潤滑剤が空間から外部に漏出したりすることを抑制できる。
この発明に係る水中カップリング継手、水流発電機によれば、水中カップリング継手における潤滑状態を維持し、メンテナンスに掛かる負担を抑えることができる。
この発明の実施形態に係る水流発電機を示す斜視図である。 上記水流発電機の実施形態における羽根車とナセルとの連結部分の構成を示す断面図である。 この発明の第一実施形態における水中カップリング継手の構成を示す断面図である。 この発明の第二実施形態における水中カップリング継手の構成を示す断面図である。 この発明の第三実施形態における水中カップリング継手の構成を示す断面図である。 この発明の第四実施形態における水中カップリング継手の構成を示す断面図である。 水中カップリング継手に備えたシール部材の変形例を示す断面図である。 シール部材、均圧部材の蛇腹を螺旋状とした変形例を示す断面図である。 歯合部をテーパー状とした変形例を示す断面図である。
以下、この発明の一実施形態に係る水中カップリング継手、水流発電機を図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
図１は、この実施形態の水流発電機を示す斜視図である。図２は、上記水流発電機の実施形態における羽根車とナセルとの連結部分の構成を示す断面図である。
図１に示すように、この実施形態における水流発電機１０は、海底や水中構造物等に、係留索（図示無し）を介して係留されることで、深度の大きい海水中に設置されている。この水流発電機１０は、羽根車２０と、ナセル３０と、を備えている。羽根車２０は、ハブ２１と、ブレード２２と、を備えている。
図１、図２に示すように、ハブ２１は、羽根車２０の中央部に配置されている。ハブ２１は、先端２１ａに向かって外径が漸次縮小するいわゆる砲弾状に形成されている。このハブ２１は、先端２１ａと反対側に、羽根車２０の回転中心軸Ｃ（以下、単に軸線Ｃと称する）に直交する端面２１ｂを有している。また、ハブ２１の端面２１ｂの外周部には、回転中心軸Ｃの延びる方向（以下、単に軸線Ｃ方向と称する）で先端２１ａと反対側に向かって延びる円筒状の筒状部２１ｃが一体に設けられている。また、ハブ２１の端面２１ｂには、シャフト（回転軸）２３が一体に取り付けられている。このシャフト２３は、軸線Ｃ方向で先端２１ａとは反対側に向けて突出している。
ブレード２２は、ハブ２１の外周部に、周方向に間隔をあけて複数本設けられている。この実施形態においては、２本のブレード２２が設けられ、それぞれ回転対称な位置に配されている。各ブレード２２は、その基端部２２ａがハブ２１の筒状部２１ｃに一体に固定され、その先端部２２ｂに向かってハブ２１から放射方向外側に延びている。
ナセル３０は、ケーシング３１と、発電機３２と、メインシャフト３３と、を備えている。
ケーシング３１は、軸線Ｃ方向に延びる円筒状に形成されている。このケーシング３１は、その一端部３１ａに羽根車２０を回転自在に支持する羽根車支持部３４が設けられている。羽根車支持部３４の外周面には、軸線Ｃ方向に間隔をあけて、一対の外部軸受３５が設けられている。羽根車２０は、これら外部軸受３５を介して、羽根車支持部３４に回転自在に支持されている。各外部軸受３５は、例えば、樹脂で形成され、周囲の海水を潤滑剤として羽根車２０を回転自在に支持する、いわゆる滑り軸受として機能する。
ケーシング３１内には、隔壁３６が設けられている。この隔壁３６は、軸線Ｃに直交し、軸線Ｃ方向で一端部３１ａとは反対側（以下、単に他端側と称する）を向く平面を有している。ケーシング３１内には、軸線Ｃ方向で隔壁３６よりも他端側に、密閉された発電機室３７が形成されている。この発電機室３７内は、空気雰囲気とされ、発電機３２が収容されている。
発電機３２は、軸線Ｃに沿って隔壁３６側に突出する入力軸３２ａを備えている。この発電機３２は、入力軸３２ａと一体に設けられたロータ（図示無し）と、ロータに対向するステータ（図示無し）と、を備え、入力軸３２ａとともにロータがステータに対して相対的に回転することで発電する。この発電機３２によって発電された電力は、送電線（図示せず）を介して外部に供給される。
発電機３２の入力軸３２ａには、増速器（図示無し）、ブレーキ（図示無し）等を介してメインシャフト３３が連結される。
メインシャフト３３は、隔壁３６に形成されたシャフト孔３６ｈを通じて羽根車支持部３４内に延びている。これらメインシャフト３３とシャフト孔３６ｈとの間には、リング状のシール部材３８が設けられ、メインシャフト３３周りから発電機室３７内への浸水を防止している。
メインシャフト３３と、羽根車２０のハブ２１に設けられたシャフト２３との間には、カップリング継手（水中カップリング継手）５０が設けられている。このカップリング継手５０を介してメインシャフト３３とシャフト２３とが接続されている。
図３は、第一実施形態における水中カップリング継手の構成を示す断面図である。
図３に示すように、カップリング継手５０は、センターチューブ（第二の軸部材）５１と、センターチューブ５１の両端にそれぞれ設けられたジョイント部材（第一の軸部材）５２と、シール部６０Ａと、を備えている。
センターチューブ５１は、筒状で、その両端部にインナーギヤ５４が一体に設けられている。インナーギヤ５４は、センターチューブ５１の外周面に沿って連続する円環状に形成され、その外周部にギヤ歯（第二ギヤ歯）５４ｇを備えている。ここで、ギヤ歯５４ｇは、外周部に形成された歯面５４ｔの断面形状が、軸線Ｃに沿うギヤ幅方向両端部５４ａに対し、中央部５４ｂが外周側に向かって凸状に湾曲するように膨出している。
ジョイント部材５２は、円板状の２つのジョイントプレート５５と、筒状の２つのアウタースリーブ５６と、を一体に備えている。
２つのジョイントプレート５５のうち一方は、メインシャフト３３に一体に連結されている。また、２つのジョイントプレート５５のうち他方は、シャフト２３に一体に連結されている。
アウタースリーブ５６は、ジョイントプレート５５においてそれぞれセンターチューブ５１に対向する側に一体に設けられている。これらアウタースリーブ５６の内周側には、センターチューブ５１のインナーギヤ５４が配されている。アウタースリーブ５６は、その内周面に、インナーギヤ５４のギヤ歯５４ｇに噛み合う平歯状のギヤ歯（第一ギヤ歯）５６ｇを有している。
ジョイント部材５２は、凸状に湾曲したギヤ歯５４ｇと平歯状のギヤ歯５６ｇとの噛み合いにより、センターチューブ５１に対して軸線Ｃ方向に相対変位可能とされる。さらに、ジョイント部材５２は、上記ギヤ歯５４ｇとギヤ歯５６ｇとの噛み合いにより、互いに軸線Ｃに対して傾斜する方向に変位可能となる。
つまり、メインシャフト３３に対してシャフト２３を有した羽根車２０が軸線Ｃ方向に相対変位すること、および、互いに傾斜することが許容されている。また、センターチューブ５１の両端のギヤ歯５４ｇにそれぞれジョイント部材５２が連結されることで、一方のジョイント部材５２の中心軸に対し、他方のジョイント部材５２の中心軸が平行状態を保ったまま、メインシャフト３３に対してシャフト２３が径方向に偏心することを許容している。
シール部６０Ａは、それぞれ、シール部材６１Ａと、外圧導入部６２Ａと、均圧部材（均圧機構）６３Ａと、を備えている。
シール部材６１Ａは、センターチューブ５１の外周面５１ｆと、センターチューブ５１の両端部の外周側に位置するアウタースリーブ５６との間を、水密性を保って塞ぐように設けられている。シール部材６１Ａは、軸線Ｃ方向に伸縮可能な蛇腹状に形成されている。これらシール部材６１Ａは、金属製で、その一端６１ａがセンターチューブ５１の外周面５１ｆに対して、シール溶接や摩擦接合等により接合されている。同様に、シール部材６１Ａの他端６１ｂは、アウタースリーブ５６に対して、シール溶接や摩擦接合等により接合されている。これらシール部材６１Ａは、メインシャフト３３に対するシャフト２３の軸方向、径方向、および、傾斜方向の相対変位に追従して変形し、シール状態を維持することが可能となっている。
外圧導入部６２Ａは、海水導入部６４Ａと、導圧孔６５Ａとを備えている。
海水導入部６４Ａは、外圧導入部６２Ａの中心軸に沿って延びる円柱状の通路である。
導圧孔６５Ａは、海水導入部６４Ａをその厚さ方向に貫通するように形成されている。この導圧孔６５Ａによって、センターチューブ５１の外部と海水導入部６４Ａとが連通されている。これにより、水流発電機１０を水中に沈めた状態では、導圧孔６５Ａを介して海水導入部６４Ａに海水が流れ込むようになっている。
均圧部材６３Ａは、金属製の蛇腹状に形成されている。均圧部材６３Ａは、その一端６３ａ側が閉塞される一方で、他端６３ｂ側が開口している。均圧部材６３Ａは、軸線Ｃ方向における海水導入部６４Ａの両端部にそれぞれ配置されている。これら均圧部材６３Ａの他端６３ｂは、それぞれ海水導入部６４Ａの両端部を塞ぐようにして嵌め込まれている。また、均圧部材６３Ａの一端６３ａは、センターチューブ５１の中心軸に直交する平坦面とされている。
ジョイント部材５２のアウタースリーブ５６は、その外周面５６ａと内周面５６ｂとを連通する２つの注入口６６を備えている。例えば、水流発電機１０の組立時においては、このアウタースリーブ５６の外周面５６ａ側から、注入口６６を通して、ジョイント部材５２のジョイントプレート５５と、アウタースリーブ５６と、インナーギヤ５４との間の隙間Ｓ１に、潤滑剤Ｊが注入充填される。この隙間Ｓ１は、ギヤ歯５４ｇおよびギヤ歯５６ｇの歯合部Ｓ２を通してシール部材６１Ａ内の空間Ｓ３に連通している。また、隙間Ｓ１は、均圧部材６３Ａ内の空間Ｓ４に連通している。これらの隙間Ｓ１と、歯合部Ｓ２と、空間Ｓ３と、空間Ｓ４とから潤滑空間（空間）Ｓが構成され、潤滑剤Ｊは、この潤滑空間Ｓに充填されている。注入口６６は、潤滑剤Ｊの充填後、キャップ（図示無し）の装着、溶接等によって閉塞される。
このような構成のシール部６０Ａにおいては、水流発電機１０のナセル３０を水中に沈めると、導圧孔６５Ａから海水導入部６４Ａに海水が流れ込む。すると、海水導入部６４Ａ内の海水の圧力Ｐ１が、均圧部材６３Ａの一端６３ａに作用する。均圧部材６３Ａは、一端６３ａに作用する海水の圧力Ｐ１と、均圧部材６３Ａ内の空間Ｓ４の潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２とがバランスするように、一端６３ａが他端６３ｂに対して接近および離間する方向に伸縮する。例えば、ナセル３０の水中深度が大きくなり、海水の圧力Ｐ１が潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２よりも大きくなると、蛇腹状の均圧部材６３Ａは、その一端６３ａが他端６３ｂに接近するように縮む。これにより、ナセル３０の周囲の海水の圧力Ｐ１と、潤滑空間Ｓに充填されている潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２とが均等になる。
したがって、上述した第一実施形態の水中カップリング継手、水流発電機によれば、カップリング継手５０を水中に沈めたときに、海水から作用する圧力に応じて均圧部材６３Ａが変形するため、潤滑空間Ｓの圧力と外部の圧力とを均等化することができる。これにより、シール部材６１Ａに対して外部から大きな圧力が作用することを抑制できる。そのため、潤滑剤Ｊが充填された潤滑空間Ｓに外部から水が浸入したり、潤滑剤Ｊが潤滑空間Ｓから外部に漏出したりすることを抑制できる。その結果、カップリング継手５０における潤滑状態を維持し、メンテナンスに掛かる負担を抑えることが可能となる。
また、外圧導入部６２Ａをセンターチューブ５１の内部に設けることで、スペースの有効利用を図ることができる。さらに、均圧部材６３Ａを外圧導入部６２Ａに設けることで、均圧部材６３Ａが外部に露出せず、不用意な接触等による均圧部材６３Ａの損傷を抑制できる。
また、均圧部材６３Ａが、金属製であるため、十分な強度を容易に確保できる。これにより、海水の高い圧力Ｐ１による均圧部材６３Ａの破損を抑制できる。
さらに、均圧部材６３Ａは蛇腹状をなしているので、一端６３ａが他端６３ｂに対して接近および離間することによる内部の空間Ｓ４の体積変動量を大きくすることができる。これにより、水流発電機１０の設置深度が大きい場合にも、その水中深度に応じて高くなる海水の圧力Ｐ１に応じて均圧部材６３Ａを縮ませて、潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２との均等化を容易に図ることができる。そのため、Ｏリング等によりシールする場合と比較して、より大きな調整代を確保することができる。
また、シール部材６１Ａがアウタースリーブ５６およびセンターチューブ５１に接合されているため、潤滑剤Ｊが充填された潤滑空間Ｓに外部から水が浸入したり、潤滑剤Ｊが潤滑空間Ｓから外部に漏出したりすることを低減できる。
（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態における水中カップリング継手、水流発電機を図面に基づき説明する。この第二実施形態は、第一実施形態と外圧導入部６２Ｂ、均圧部材６３Ｂの構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図４は、この発明の第二実施形態における水中カップリング継手の構成を示す断面図である。
図４に示すように、この実施形態におけるカップリング継手５０は、センターチューブ５１と、ジョイント部材５２と、シール部６０Ｂと、を備えている。
シール部６０Ｂは、シール部材６１Ａと、外圧導入部６２Ｂと、均圧部材（均圧機構）６３Ｂと、を備えている。
シール部材６１Ａは、センターチューブ５１の外周面５１ｆと、センターチューブ５１の両端部の外周側に位置するアウタースリーブ５６との間を、水密性を保って塞ぐように設けられている。
外圧導入部６２Ｂは、海水導入部６４Ｂと、導圧孔６５Ｂとを有している。
海水導入部６４Ｂは、カップリング継手５０の両側のジョイントプレート５５と、各ジョイントプレート５５に接合されたメインシャフト３３、および、シャフト２３とに渡って、それぞれ軸線Ｃ方向に連続するように形成されている。
導圧孔６５Ｂは、メインシャフト３３、および、シャフト２３をそれぞれ貫通して形成されている。この導圧孔６５Ｂによって、メインシャフト３３、および、シャフト２３の外部と、海水導入部６４Ｂと、が連通されている。
また、均圧部材６３Ｂは、金属製の蛇腹状で、一端６３ａ側が閉塞され、他端６３ｂ側が開放されている。均圧部材６３Ｂは、他端６３ｂが隙間Ｓ１に臨むようにして海水導入部６４Ｂの端部に設けられている。
このような構成のシール部６０Ｂにおいては、水流発電機１０のナセル３０を水中に沈めると、導圧孔６５Ｂから海水導入部６４Ｂに海水が流れ込む。すると、海水導入部６４Ｂ内の海水の圧力が、均圧部材６３Ｂの一端６３ａに作用する。ナセル３０の水中深度が大きくなり、海水の圧力Ｐ１が潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２よりも大きくなると、蛇腹状の均圧部材６３Ｂは、一端６３ａが他端６３ｂに接近する方向に縮む。これにより、ナセル３０の周囲の海水の圧力Ｐ１と、潤滑空間Ｓに充填されている潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２とが均等となる。
したがって、上述した第二実施形態の水中カップリング継手、水流発電機によれば、外部の水が外圧導入部６２Ｂに導入されることによって、外部の圧力が均圧部材６３Ｂに作用し、外部の水と潤滑空間Ｓ内の潤滑剤Ｊとの圧力の均等化を図ることができる。
これにより、シール部材６１Ａに対して外部から大きな圧力が作用することを抑制できる。そのため、潤滑剤Ｊが充填された潤滑空間Ｓに外部から水が浸入したり、潤滑剤Ｊが潤滑空間Ｓから外部に漏出したりすることを抑制できる。その結果、カップリング継手５０における潤滑状態を維持し、メンテナンスに掛かる負担を抑えることが可能となる。
また、外圧導入部６２Ｂを、ジョイント部材５２と、メインシャフト３３、および、シャフト２３との内部にそれぞれ設けることで、スペースの有効利用を図ることができる。また、均圧部材６３Ｂを外圧導入部６２Ｂに設けることで、均圧部材６３Ｂが外部に露出せず、不用意な接触等による均圧部材６３Ａの損傷を抑制できる。
（第三実施形態）
次に、この発明にかかる水中カップリング継手、水流発電機の第三実施形態について説明する。この第三実施形態は、第一実施形態と外圧導入部６２Ｃ、および、均圧部材６３Ｃの構成のみが異なる。そのため、第一、第二実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図５は、この発明の第三実施形態における水中カップリング継手の構成を示す断面図である。
図５に示すように、この実施形態におけるカップリング継手５０は、センターチューブ５１と、ジョイント部材５２と、シール部６０Ｃと、を備えている。
シール部６０Ｃは、シール部材６１Ａと、外圧導入部６２Ｃと、均圧部材（均圧機構）６３Ｃと、を備えている。
シール部材６１Ａは、センターチューブ５１の外周面５１ｆと、センターチューブ５１の両端部の外周側に位置するアウタースリーブ５６との間を、水密性を保って塞ぐように設けられている。
この実施形態における外圧導入部６２Ｃは、潤滑空間Ｓに潤滑剤Ｊを注入するために形成された注入口６６を兼ねる。この注入口６６は、ジョイント部材５２のアウタースリーブ５６に形成されている。
均圧部材６３Ｃは、蛇腹状に形成されている。均圧部材６３Ｃは、金属製で、その一端６３ａ側が閉塞されるとともに、他端６３ｂ側が開放されている。均圧部材６３Ｃは、開放された他端６３ｂがアウタースリーブ５６の外周側を向くようにして、注入口６６に設けられている。この均圧部材６３Ｃは、潤滑剤Ｊの注入後に注入口６６を閉塞するキャップとしても機能している。
このような構成のシール部６０Ｃにおいては、水流発電機１０のナセル３０を水中に沈めると、外圧導入部６２Ｃである注入口６６に海水が流れ込む。すると、海水導入部６４Ｃ内の海水の圧力が、均圧部材６３Ｃの一端６３ａに作用する。ナセル３０の水中深度が大きくなり、海水の圧力Ｐ１が潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２よりも大きくなると、蛇腹状の均圧部材６３Ｃは、一端６３ａが他端６３ｂから離間する方向に伸びる。これにより、ナセル３０の周囲の海水の圧力Ｐ１と、潤滑空間Ｓに充填されている潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２とが均等となる。
したがって、上述した第三実施形態の水中カップリング継手、水流発電機によれば、カップリング継手５０を水中に沈めたときに、海水の圧力Ｐ１に応じて、均圧部材６３Ｃが変形する。これにより、潤滑空間Ｓ内の潤滑剤Ｊの圧力と外部の圧力とが均等化するので、シール部材６１Ａに対して外部から大きな圧力が作用することを抑制できる。そのため、潤滑剤Ｊが充填された潤滑空間Ｓに外部から水が浸入したり、潤滑剤Ｊが潤滑空間Ｓから外部に漏出したりすることを抑制できる。その結果、カップリング継手５０における潤滑状態を維持し、メンテナンスに掛かる負担を抑えることが可能となる。
また、均圧部材６３Ｃが潤滑剤Ｊの注入口６６に設けられていることで、均圧部材６３Ｃを設けるための部位を別途設ける必要がない。すなわち、上記第一、第二実施形態に示した構成のように、導圧孔６５Ａ，６５Ｂ、海水導入部６４Ａ，６４Ｂを形成する必要がない。さらに、均圧部材６３Ｃが注入口６６を閉塞するキャップを兼ねている。その結果、シール部６０Ｃを構成する部品点数を減らすことができるとともに、漏洩が発生する可能性のある箇所を減らして漏洩の可能性をさらに低減することができる。
なお、上記第一から第三実施形態においては、シール部材６１Ａを伸縮可能な蛇腹状としたが、Ｏリング等、他のシール部材に代替してもよい。
（第四実施形態）
次に、この発明にかかる水中カップリング継手、水流発電機の第四実施形態について説明する。以下に説明する第四実施形態においては、第一から第三実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図６は、この発明の第四実施形態における水中カップリング継手の構成を示す断面図である。
図６に示すように、この実施形態におけるカップリング継手５０は、センターチューブ５１と、ジョイント部材５２と、シール部６０Ｄと、を備えている。
シール部６０Ｄは、シール部材６１Ｄを備えている。
シール部材６１Ｄは、軸線Ｃ方向に伸縮可能な蛇腹状に形成されている。これらシール部材６１Ｄは、金属製であり、センターチューブ５１の外周面５１ｆと、センターチューブ５１の両端部の外周側に位置するアウタースリーブ５６との間を、水密性を保って塞ぐように取り付けられている。
シール部材６１Ｄは、アウタースリーブ５６に近づくに従って、その外径が漸次拡大するテーパー状に形成されている。このようにテーパー状をなしたシール部材６１Ｄでは、海水の圧力Ｐ１が、センターチューブ５１の軸方向にも作用する。
この実施形態においては、このシール部材６１Ｄが、均圧部材（均圧機構）６３Ｄを兼ねている。すなわち、水流発電機１０のナセル３０を水中に沈めると、シール部材６１Ｄに作用する海水の圧力Ｐ１により、シール部材６１Ｄが軸方向に僅かに押圧されて、例えば、一端６１ａが他端６１ｂに接近する方向に縮む。これにより、ナセル３０の周囲の海水の圧力Ｐ１と、シール部材６１Ｄ内の潤滑空間Ｓ５内の潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２とが均等となる。
したがって、上述した第四実施形態の水中カップリング継手、水流発電機によれば、シール部材６１Ｄが外部の圧力に応じて変形可能とされて、均圧部材６３Ｄを兼ねている。これにより、上記第一、第二実施形態に示した構成のように、導圧孔６５Ａ，６５Ｂ、海水導入部６４Ａ，６４Ｂを形成したり、均圧部材６３Ａ〜６３Ｃを設けたりする必要がない。その結果、シール部６０Ｄを構成する部品点数を減らすことができるとともに、漏洩が発生する可能性のある箇所を減らして漏洩の可能性をさらに低減することができる。
また、上記第一実施形態と同様、カップリング継手５０を水中に沈めたときに、海水の圧力Ｐ１に応じて、シール部材６１Ｄが変形することにより、潤滑空間Ｓ内の潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２と外部の圧力Ｐ１とを均等化することができる。これにより、シール部材６１Ｄに外部から大きな圧力が作用することを抑制できる。その結果、潤滑剤Ｊが充填された潤滑空間Ｓに外部から水が浸入したり、潤滑剤Ｊが潤滑空間Ｓから外部に漏出したりすることを抑制できる。
なお、上記第四実施形態においては、シール部材６１Ｄを蛇腹状としたが、これに限らない。海水の圧力Ｐ１に応じて、シール部材６１Ｄの内側の体積が変化するのであれば、いかなる構成のものを用いてもよい。
例えば、図７に示すように、蛇腹状のシール部材６１Ｄの外径を、海水の圧力Ｐ１が作用する方向に向かって段階的に拡大し、海水の圧力Ｐ１を受ける受圧面７０を設けるようにしてもよい。
この構成により、海水の圧力Ｐ１によるシール部材６１Ｄの伸縮変形を効率よく行うことができる。このように、外径を段階的に拡大する構成は、均圧部材６３Ａ〜６３Ｃについても同様に適用することが可能である。
（その他の変形例）
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
第一から第三実施形態では、蛇腹状のシール部材６１Ａ、および均圧部材６３Ａ〜６３Ｃを用いるようにしたが、これらを、海水の圧力Ｐ１が作用する方向に蛇腹状のシール部材６１Ａ、および均圧部材６３Ａ〜６３Ｃの外径が、漸次拡大するようにしてもよい。
また、図８に示すように、シール部材６１Ａ，６１Ｄ、および均圧部材６３Ａ〜６３Ｃを蛇腹状とし、その内周面に形成される溝８０を、螺旋状に形成してもよい。このような構成にすることで、潤滑剤Ｊの注入時に溝８０内に残存する気泡Ｋを、シール部材６１Ａ，６１Ｄ、および均圧部材６３Ａ〜６３Ｃを各中心軸周りに回転させることで、容易に排出することができる。ここで、シール部材６１Ａ，６１Ｄ、および均圧部材６３Ａ〜６３Ｃは、気泡Ｋが溝８０に沿って注入口６６側に移動するように回転させる。これにより、シール部材６１Ａ，６１Ｄ、および均圧部材６３Ａ〜６３Ｃから排出した気泡Ｋを、注入口６６に導いて、注入口６６（図３参照）から外部に排出することができる。
仮に気泡Ｋが残存している場合、海水の圧力Ｐ１によって均圧部材６３Ａ〜６３Ｃ、シール部材６１Ｄが縮んでも、潤滑剤Ｊよりも密度の低い気泡が潰れるので、潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２が効率よく上昇しない。しかし、上述したように気泡Ｋを排出することによって、海水の圧力Ｐ１と潤滑剤Ｊの圧力Ｐ２との均等化を効率よく図ることが可能となる。
さらには、螺旋状の溝８０を有したシール部材６１Ａ，６１Ｄは、図９に示すように、テーパー状の内周面５６ｃを有したアウタースリーブ５６に装着してもよい。このようにすることで、シール部材６１Ａ，６１Ｄから抜けた気泡を、歯合部Ｓ２を円滑に通り抜けさせて注入口６６側に移動させることができるため、気泡Ｋの残存をより一層低減できる。
上述した各実施形態、および、各変形例においては、水流発電機１０が深海に設置される場合について説明したが、深海に限られるものではない。
さらに、上述した各実施形態、および、各変形例においては、発電ユニット１１が２つ設けられている場合について説明したが、発電ユニット１１の個数は２つに限られない。また羽根車２０のブレード２２の枚数も複数枚であれば、上述した枚数に限られない。
また、これ以外にも、例えば、水流発電機１０の各部の構成等については、適宜他の構成を採用することが可能である。
１０ 水流発電機
２０ 羽根車
２１ ハブ
２１ａ 先端
２１ｂ 端面
２１ｃ 筒状部
２２ ブレード
２２ａ 基端部
２２ｂ 先端部
２３ シャフト（回転軸）
３０ ナセル
３１ ケーシング
３１ａ 一端部
３１ｂ 他端部
３２ 発電機
３２ａ 入力軸
３３ メインシャフト
３３ａ 一端
３３ｂ 他端
３４ 羽根車支持部
３５ 外部軸受
３６ 隔壁
３６ｈ シャフト孔
３７ 発電機室
３８ シール部材
５０ カップリング継手（水中カップリング継手）
５１ センターチューブ（第二の軸部材）
５１ｆ 外周面
５２ ジョイント部材（第一の軸部材）
５４ インナーギヤ
５４ａ 端部
５４ｂ 中央部
５４ｇ ギヤ歯
５４ｔ 歯面
５５ ジョイントプレート
５６ アウタースリーブ
５６ａ 外周面
５６ｂ 内周面
５６ｇ ギヤ歯（第一ギヤ歯）
５６ｖ 内周面
６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ シール部
６１Ａ，６１Ｄ シール部材
６１ａ 一端
６１ｂ 他端
６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ 外圧導入部
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ 均圧部材（均圧機構）
６３ａ 一端
６３ｂ 他端
６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ 海水導入部
６５Ａ，６５Ｂ 導圧孔
６５ａ 一端
６５ｂ 他端
６６ 注入口
６７ キャップ
７０ 受圧面
８０ 溝
Ｊ 潤滑剤
Ｐ１ 海水の圧力
Ｐ２ 潤滑剤の圧力
Ｓ 潤滑空間（空間）
Ｓ１ 隙間
Ｓ２ 歯合部
Ｓ３ 空間
Ｓ４ 空間
Ｓ５ 潤滑空間

Claims (5)

  1. 第一ギヤ歯を有する第一の軸部材と、
    前記第一ギヤ歯と噛み合う第二ギヤ歯を有し、前記第一ギヤ歯と前記第二ギヤ歯を介して前記第一の軸部材との間で回転力を伝達する第二の軸部材と、
    前記第一の軸部材と前記第二の軸部材との間で、前記第一ギヤ歯と前記第二ギヤ歯の歯合部を含む空間を外部から閉塞するシール部材と、
    前記空間に充填された潤滑剤と、
    前記空間の一部に面して設けられ、前記外部の圧力に応じて変形して前記空間の体積を変化させることによって、前記潤滑剤の圧力と前記外部の圧力とを均等化させる均圧機構と、
    を備え、
    前記第一の軸部材および前記第二の軸部材の一方に、前記空間に前記外部から潤滑剤を注入する注入口が設けられ、
    前記均圧機構は前記注入口に設けられている水中カップリング継手。
  2. 前記均圧機構は、一端が開口し、他端が閉塞した筒状で、前記一端と前記他端とが接離する方向に伸縮可能なベローズである請求項１に記載の水中カップリング継手。
  3. 前記ベローズは、少なくともその内周面に螺旋状の溝を有している請求項２に記載の水中カップリング継手。
  4. 前記シール部材が前記第一の軸部材および前記第二の軸部材に接合されている請求項１から３の何れか一項に記載の水中カップリング継手。
  5. 複数の翼を備えた羽根車と、
    前記羽根車によって駆動される発電機と、
    前記羽根車の回転軸と前記発電機の入力軸とを連結する請求項１から４の何れか一項に記載の水中カップリング継手と、
    を備える水流発電機。
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