JP6328602B2 - 油貯留構造体および流体継手 - Google Patents

Description

本発明は、油貯留構造体に関し、特に、流体継手の油貯留構造体に関するものである。また、本発明は、このような油貯留構造体を備えた流体継手に関するものである。

流体継手は、入力側羽根車であるインペラと、出力側羽根車であるランナとの間に存在する作動流体を介して入力軸の回転を出力軸に伝達する装置である。作動流体には、例えば、作動油が使用される。インペラとランナとの間に存在する作動流体の量を増減することにより、入力軸に対する出力軸の回転速度を無段階に変えることができる。

インペラの回転によって作動流体に遠心力が付与されると、作動流体の圧力が上がり、インペラおよびランナにはスラスト力が作用する。このため、インペラが固定される駆動軸およびランナが固定される出力軸は、いずれもスラスト軸受およびラジアル軸受によって支持されている。これら軸受には、ギヤポンプなどの油ポンプによって潤滑油が供給される。

流体継手には、スラスト軸受およびラジアル軸受に供給される潤滑油を溜める槽と、該槽内の潤滑油の液面高さを検出する液面検出器が設けられている。液面検出器の一例として、フロート式の液面検出器を挙げることができる。

図９はフロート式の液面検出器１００を説明するための図である。液面検出器１００は、槽１０１内に配置されたフロート１０３と、フロート１０３の位置に基づいて作動するスイッチ部１０６と、スイッチ部１０６に接続され、フロート１０３内を延びる鉛直棒１０２とを備えている。鉛直棒１０２には上限ストッパー１０４および下限ストッパー１０５が取り付けられている。上限ストッパー１０４はフロート１０３の上方に配置されており、下限ストッパー１０５はフロート１０３の下方に配置されている。フロート１０３は、槽１０１内の潤滑油の液面に浮いており、潤滑油の液面の高さに応じて上下動可能となっている。

槽１０１内の潤滑油の液面が上昇し、フロート１０３が上限ストッパー１０４に接触すると、フロート１０３が鉛直棒１０２を押し上げ、鉛直棒１０２に接続されたスイッチ部１０６は潤滑油の液面高さの上限を検出する。槽１０１内の潤滑油の液面が低下し、フロート１０３が下限ストッパー１０５に接触すると、フロート１０３が鉛直棒１０２を押し下げ、鉛直棒１０２に接続されたスイッチ部１０６は潤滑油の液面高さの下限を検出する。

特開平１０−１９６６８６号公報

下限ストッパー１０５はねじなどの締結具によって鉛直棒１０２に締め付けられているだけなので、下限ストッパー１０５は鉛直棒１０２から脱落することがある。フロート１０３は鉛直棒１０２に固定されていないので、下限ストッパー１０５が脱落すると、フロート１０３も鉛直棒１０２から脱落する。

槽１０１内に潤滑油が存在する状態では、下限ストッパー１０５は槽１０１の底部に落下し、フロート１０３は槽１０１内の潤滑油の液面上に浮く。下限ストッパー１０５およびフロート１０３を取り出すためには、槽１０１内の潤滑油をすべて排出しなければならない。しかしながら、槽１０１内には大量の潤滑油が貯留されているため、すべての潤滑油を槽１０１から排出するには長時間を要する。さらに、すべての潤滑油を槽１０１から排出した後、槽１０１の底部にある下限ストッパー１０５およびフロート１０３を槽１０１から取り出すのは困難である。

排出された潤滑油は再利用可能であるが、一度、排出された潤滑油には、ごみなどの不純物が混入することがあるため、潤滑油から不純物を取り除くための濾過作業を行う必要がある。しかしながら、すべての潤滑油に対して濾過作業を行わなければならないため、手間がかかる。

槽１０１内に潤滑油が貯留されていない状態で、流体継手を輸送する際の振動などにより、下限ストッパー１０５およびフロート１０３は鉛直棒１０２から脱落して、槽１０１の底部に落下することがある。このような場合でも、槽１０１の底部にある下限ストッパー１０５およびフロート１０３を槽１０１から取り出すのは困難である。

本発明は、そのような従来の問題点を解決するためになされたものであり、液面検出器の構成要素（主にフロート）が脱落した場合でも、構成要素を容易に取り出すことができる油貯留構造体を提供することを目的とする。また、本発明は、このような油貯留構造体を備えた流体継手を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、流体継手の運転に使用される油を溜める槽と、前記槽内に配置されたフロートを有し、該フロートの位置に基づいて前記槽内の油の液面高さを検出する液面検出器と、前記槽に形成されたフロート取り出し口と、前記フロート取り出し口を覆う着脱可能な蓋と、前記フロートの真下に配置され、前記フロート取り出し口よりも下方に位置するフロート受けを備えたことを特徴とする油貯留構造体である。

本発明の好ましい態様は、前記フロート受けは、前記フロートの全長よりも大きい板状の部材から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記蓋の少なくとも一部は透明部材から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記透明部材には目盛りが設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記液面検出器は、前記フロートの位置に基づいて作動するスイッチ部と、前記スイッチ部に接続され、前記フロート内を延びる鉛直棒とをさらに備えていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、互いに向き合って配置されたインペラおよびランナと、前記インペラが固定された駆動軸と、前記ランナが固定された出力軸と、上記油貯留構造体とを備えたことを特徴とする流体継手である。

フロートはフロート受けに受け止められるので、槽内の油をすべて排出する必要はなく、油の液面がフロート受けの下方に位置するまで油を排出すればよい。したがって、油の排出時間を短くすることができる。作業員は、フロート取り出し口を通じてフロート受け上のフロートを容易に取り出すことができる。さらに、本発明によれば、小量の油を排出すればよいため、排出された油を再利用するための作業（油に混入した不純物を除去するための濾過作業）には手間がかからない。

流体継手を模式的に示す平面図である。 流体継手を模式的に示す正面図である。 油貯留構造体の一実施形態を示す断面図である。 下限ストッパーおよびフロートが落下した様子を示す図である。 図３に示す矢印Ａから見た図である。 別の液面検出器を示す図である。 図６に示すフロートがフロート受けに受け止められた様子を示す図である。 図６に示すフロートおよび鉛直棒が落下した様子を示す図である。 フロート式の液面検出器を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、流体継手を模式的に示す平面図である。図１に示すように、流体継手は、互いに向き合って配置されたインペラ１およびランナ２と、インペラ１が固定された駆動軸１１と、ランナ２が固定された出力軸１２とを備える。インペラ１は入力側羽根車、ランナ２は出力側羽根車とも呼ばれる。インペラ１およびランナ２は、それぞれ内側に複数の放射状翼を有する半球形状を有しており、インペラ１とランナ２との間には流体室５が形成される。

駆動軸１１と平行に、入力軸１５が配置されている。この入力軸１５は、ラジアル軸受１６，１７によって支持されている。入力軸１５には大歯車２１が固定され、駆動軸１１には、大歯車２１に噛み合う小歯車２２が固定されている。入力軸１５の端部は、図示しない原動機（電動機やガスタービンなど）に接続されている。原動機の回転は、入力軸１５から大歯車２１および小歯車２２を介して駆動軸１１に伝達される。

流体継手は、インペラ１とランナ２との間に形成される流体室５に作動流体を供給する作動流体循環システム２５と、流体室５内にある作動流体の量を増減させるためのスクープチューブ（すくい管）３０とをさらに備えている。このスクープチューブ３０の先端３０ａは、インペラケーシング７内に位置している。インペラケーシング７は、インペラ１に固定され、ランナ２を囲む形状を有している。インペラケーシング７は、インペラ１とともに回転する。

スクープチューブ３０には油圧サーボなどのアクチュエータ３１が接続されており、このアクチュエータ３１によってスクープチューブ３０はインペラ１およびランナ２の半径方向に移動可能となっている。インペラ１およびインペラケーシング７が回転しているとき、作動流体（例えば作動油）は、回転するインペラケーシング７に保持される。このインペラケーシング７内の作動流体は、回転するインペラ１によって流動し、この流動した作動流体がランナ２を回転させる。

インペラ１が回転しているとき、作動流体には遠心力が発生し、作動流体の圧力が高まる。スクープチューブ３０の先端３０ａは、インペラケーシング７内の作動流体をすくい取り、作動流体はスクープチューブ３０内を通ってインペラケーシング７から排出される。作動流体循環システム２５は、作動流体を冷却するための流体冷却装置２６と、この流体冷却装置２６を貫通して延びる作動流体循環ライン２７とを備えている。作動流体循環ライン２７の入口は、スクープチューブ３０に接続されており、作動流体循環ライン２７の出口は、インペラ１とランナ２との間の流体室５に連通している。

インペラケーシング７からスクープチューブ３０を通って排出された作動流体は、作動流体循環ライン２７を流れて流体冷却装置２６に送られる。作動流体は、冷却水との熱交換によって冷却された後、さらに作動流体循環ライン２７を通って流体室５に戻される。このように、作動流体は、回転するインペラ１によって上昇された自身の圧力によって、流体室５と流体冷却装置２６との間を循環する。

インペラ１は駆動軸１１に固定されており、ランナ２は出力軸１２に固定されている。駆動軸１１の回転は、インペラ１から作動流体を介してランナ２に伝えられ、出力軸１２が回転する。ランナ２の回転速度は、インペラ１とランナ２との間に形成された流体室５内の作動流体の量によって変化する。具体的には、作動流体の量が多いほど、ランナ２の回転速度は高くなる。

流体室５内の作動流体の量は、スクープチューブ３０の位置に依存して変わる。すなわち、スクープチューブ３０の先端３０ａが半径方向外側に移動すると、作動流体の量が減り、スクープチューブ３０の先端３０ａが半径方向内側に移動すると、作動流体の量が増える。このように、アクチュエータ３１でスクープチューブ３０を操作することによって、流体室５内の作動流体の量、すなわち、出力軸１２の回転速度を変えることができる。

インペラ１の回転によって作動流体に遠心力が付与されると、作動流体の圧力が上がり、インペラ１およびランナ２にはスラスト力が作用する。したがって、駆動軸１１は、２つのラジアル軸受４０，４１および１つのスラスト軸受４２によって回転自在に支持されている。同様に、出力軸１２も、２つのラジアル軸受４５，４６および１つのスラスト軸受４７によって回転自在に支持されている。

流体継手は、ラジアル軸受１６，１７，４０，４１，４５，４６およびスラスト軸受４２，４７に潤滑油を供給する潤滑油供給システム５０を備えている。潤滑油供給システム５０は、潤滑油を冷却するための油冷却装置５４と、この油冷却装置５４を貫通して延びる油供給ライン５１と、油供給ライン５１に接続された油ポンプ５３を備えている。本実施形態では、油ポンプ５３は、入力軸１５に連結され、入力軸１５の回転に伴って運転されるギヤポンプである。潤滑油は、油ポンプ５３によって油供給ライン５１を通って油冷却装置５４に移送され、ここで冷却水によって冷却される。冷却された潤滑油は、さらに油供給ライン５１を通ってラジアル軸受４０，４１，４５，４６およびスラスト軸受４２，４７に供給される。冷却された潤滑油は、入力軸１５を支持するラジアル軸受１６，１７にも供給される。

図２は、流体継手を模式的に示す正面図である。流体継手は、潤滑油（以下、潤滑油を単に油と呼ぶことがある）を貯留する油貯留構造体を備えており、油貯留構造体は、流体継手の運転に使用される油を溜める槽３６を備えている。本実施形態では、流体継手の運転に使用される油は潤滑油であるが、作動流体としての作動油も流体継手の運転に使用される油である。以下に説明する潤滑油は作動流体としても使用される。

槽３６は、流体継手の構成要素（例えば、インペラ１、ランナ２、およびインペラケーシング７など）を収容するケーシング３８と、ケーシング３８の下部に接続された油タンク３７とを備えている。油タンク３７は、インペラ１、ランナ２、駆動軸１１、および出力軸１２の下方に配置されており、ラジアル軸受１６，１７，４０，４１，４５，４６およびスラスト軸受４２，４７に供給される潤滑油は油タンク３７内に貯留される。

図３は、油貯留構造体の一実施形態を示す断面図である。図３において、図面を見やすくするために、インペラ１、ランナ２、駆動軸１１、および出力軸１２など、流体継手の主要な構成要素の図示は省略されている。図３に示すように、油貯留構造体は、槽３６内の液面高さを検出する液面検出器４９を有している。この液面検出器４９は、槽３６内に配置されたフロート６７を有しており、油面に浮かぶフロート６７の位置に基づいて液面高さを検出する。油貯留構造体は、槽３６に形成されたフロート取り出し口５２と、フロート取り出し口５２を覆う着脱可能な蓋５７と、フロート６７の真下に配置され、フロート取り出し口５２よりも下方に位置するフロート受け５８とをさらに備えている。

液面検出器４９は、フロート６７の位置に基づいて作動するスイッチ部７２と、スイッチ部７２に接続され、フロート６７内を延びる鉛直棒７３とをさらに備えている。スイッチ部７２は、槽３６の上面、すなわち、ケーシング３８の上壁に配置されている。ケーシング３８の上壁には開口３９が形成されており、鉛直棒７３はこの開口３９を通じてスイッチ部７２に接続されている。鉛直棒７３はスイッチ部７２からフロート受け５８の直上位置まで延びている。

鉛直棒７３には上限ストッパー７４および下限ストッパー７６が固定されている。上限ストッパー７４はフロート６７の上方に配置されており、下限ストッパー７６はフロート６７の下方に配置されている。フロート６７は、槽３６内の油の液面高さに応じて鉛直棒７３に沿って上下動可能である。上限ストッパー７４の位置（高さ）は、槽３６内の油の液面高さの上限に相当し、下限ストッパー７６の位置（高さ）は、槽３６内の油の液面高さの下限に相当する。

フロート取り出し口５２は、槽３６の側壁に形成されている。本実施形態では、フロート取り出し口５２はケーシング３８の側壁３８ａに形成されている。フロート取り出し口５２は人の手が入る程度の大きさを有しており、作業員はフロート取り出し口５２を通じて槽３６内のフロート６７を取り出すことができる。

フロート受け５８は、槽３６内に配置されており、槽３６の側壁に固定されている。本実施形態では、フロート受け５８は油タンク３７内に配置されており、油タンク３７の側壁３７ａに取り付けられている。フロート受け５８は、油タンク３７の側壁３７ａから水平方向に延びる底部５８ａと、底部５８ａから上向きに延びる側部５８ｂとを有している。本実施形態では、フロート受け５８はＬ字形状の断面を有している。フロート受け５８はフロート６７の全長よりも大きい板状の部材から構成されており、より具体的には、フロート受け５８の底部５８ａはフロート６７の全長よりも大きい。

槽３６内の油の液面が上昇すると、フロート６７は、上限ストッパー７４に接触し、鉛直棒７３を押し上げる。すると、鉛直棒７３に接続されたスイッチ部７２は槽３６内の油の液面高さの上限を検出する。スイッチ部７２は制御部（図示しない）に接続されており、制御部がスイッチ部７２からの検出信号を受けると、制御部は警報を発報する。

槽３６内の油の液面が低下すると、フロート６７は、下限ストッパー７６に接触し、鉛直棒７３を押し下げる。すると、鉛直棒７３に接続されたスイッチ部７２は槽３６内の油の液面高さの下限を検出する。制御部がスイッチ部７２からの検出信号を受けると、制御部は警報を発報する。

図４は下限ストッパー７６およびフロート６７が落下した様子を示す図である。上述したように、ストッパー７４，７６は鉛直棒７３から脱落することがある。図４に示すように、フロート受け５８はフロート６７およびストッパー７４，７６の真下に配置されているため、下限ストッパー７６が鉛直棒７３から脱落すると、下限ストッパー７６はフロート受け５８に受け止められる。鉛直棒７３はフロート６７内を延びているので、フロート６７は鉛直棒７３から離れることなく槽３６内の油の液面上に浮く。

槽３６内の油の液面がフロート受け５８の下方に位置するまで油を排出すると、フロート６７はフロート受け５８に接触する。鉛直棒７３の下端はフロート受け５８の底部５８ａの近傍に位置している。より具体的には、フロート受け５８の上面から鉛直棒７３の下端までの距離はフロート６７の全長よりも短い。したがって、フロート６７は鉛直棒７３に引っかかった状態で、フロート受け５８に支持される。このように、下限ストッパー７６が鉛直棒７３から脱落しても下限ストッパー７６およびフロート６７はフロート受け５８に受け止められる。

図５は図３に示す矢印Ａから見た図である。図５に示すように、蓋５７は複数のねじ７７によって槽３６のケーシング３８に着脱可能に取り付けられており、フロート取り出し口５２を覆っている。蓋５７の少なくとも一部は槽３６内を目視できる透明部材７８から構成されている。透明部材７８として、例えば強化ガラスを採用することができる。図５に示すように、透明部材７８には目盛り７９が設けられているため、作業員は透明部材７８を通じて槽３６内の油の液面高さを目視によって確認することができる。

下限ストッパー７６およびフロート６７は、次のようにして槽３６から取り出される。まず、槽３６内の油の液面がフロート受け５８の下方に位置するまで、槽３６内の油を排出する。その後、すべてのねじ７７を取り外して、蓋５７を取り外す。鉛直棒７３は容易にスイッチ部７２と一緒に持ち上げることができる。したがって、鉛直棒７３の下端がフロート６７の上方に位置するまで、鉛直棒７３を持ち上げる。フロート受け５８はフロート取り出し口５２の下方に配置されているため、作業員はフロート取り出し口５２を通じて槽３６内に手を入れて、フロート受け５８上の下限ストッパー７６およびフロート６７を容易に取り出すことができる。

本実施形態によれば、フロート６７はフロート受け５８に受け止められるので、槽３６内の油をすべて排出する必要はなく、槽３６内の油の液面がフロート受け５８の下方に位置するまで油を排出すればよい。したがって、油の排出時間を短くすることができる。

さらに、本実施形態によれば、作業員は、フロート取り出し口５２を通じてフロート受け５８上のフロート６７を容易に取り出すことができる。また、本実施形態によれば、小量の油を排出すればよいため、排出された油を再利用するための作業（油に混入した不純物を除去するための濾過作業）には手間がかからない。

本発明は、上述した液面検出器４９とは別のタイプの液面検出器にも適用することができる。図６は上述した液面検出器４９とは別のタイプの液面検出器を示す図である。図６に示す例では、フロート６７には固定部材７５が固定されており、固定部材７５は図示しない締結具によって鉛直棒７３に固定されている。したがって、鉛直棒７３およびフロート６７は、油の液面高さに応じて一体的に上下動する。鉛直棒７３には上限ストッパー７４および下限ストッパー７６は取り付けられていない。

槽３６内に油が貯留された状態で、固定部材７５を鉛直棒７３に締め付けている締結具が緩むと、フロート６７は鉛直棒７３にガイドされた状態で槽３６内の油の液面上に浮く。鉛直棒７３はフロート６７内を延びているため、フロート６７は鉛直棒７３から離れることなく槽３６内の油の液面上に浮く。

図７は図６に示すフロート６７がフロート受け５８に受け止められた様子を示す図である。図７に示すように、鉛直棒７３の下端はフロート受け５８の底部５８ａの近傍に位置しているため、槽３６内の油の液面がフロート受け５８の下方に位置するまで油を排出しても、フロート６７は鉛直棒７３に引っかかった状態で、フロート受け５８に受け止められる。

図８は図６に示す鉛直棒７３が落下した様子を示す図である。図８に示すように、フロート６７が鉛直棒７３に固定された状態で鉛直棒７３がスイッチ部７２から脱落することがある。この場合でも、フロート受け５８を設けることにより、フロート６７および鉛直棒７３はフロート受け５８に受け止められる。鉛直棒７３の下端は、フロート受け５８の底部５８ａと側部５８ｂとに受け止められる。したがって、作業員は、フロート取り出し口５２を通じてフロート６７が固定された鉛直棒７３を容易に取り出すことができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ インペラ
２ ランナ
５ 流体室
７ インペラケーシング
１１ 駆動軸
１２ 出力軸
１５ 入力軸
１６，１７，４０，４１，４５，４６ ラジアル軸受
２１ 大歯車
２２ 小歯車
２５ 作動流体循環システム
２６ 流体冷却装置
３０ スクープチューブ
３０ａ 先端
３１ アクチュエータ
３６ 槽
３７ 油タンク
３７ａ 側壁
３８ ケーシング
３８ａ 側壁
４２，４７ スラスト軸受
４９ 液面検出器
５０ 潤滑油供給システム
５１ 油供給ライン
５２ フロート取り出し口
５７ 蓋
５８ フロート受け
５８ａ 底部
５８ｂ 側部
６７ フロート
７２ スイッチ部
７３ 鉛直棒
７４ 上限ストッパー
７５ 固定部材
７６ 下限ストッパー
７７ ねじ
７８ 透明部材
７９ 目盛り

Claims (6)

1. 流体継手の運転に使用される油を溜める槽と、
   前記槽内に配置されたフロートを有し、該フロートの位置に基づいて前記槽内の油の液面高さを検出する液面検出器と、
   前記槽に形成されたフロート取り出し口と、
   前記フロート取り出し口を覆う着脱可能な蓋と、
   前記フロートの真下に配置され、前記フロート取り出し口よりも下方に位置するフロート受けを備えたことを特徴とする油貯留構造体。
2. 前記フロート受けは、前記フロートの全長よりも大きい板状の部材から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の油貯留構造体。
3. 前記蓋の少なくとも一部は透明部材から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の油貯留構造体。
4. 前記透明部材には目盛りが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の油貯留構造体。
5. 前記液面検出器は、前記フロートの位置に基づいて作動するスイッチ部と、前記スイッチ部に接続され、前記フロート内を延びる鉛直棒とをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の油貯留構造体。
6. 互いに向き合って配置されたインペラおよびランナと、
   前記インペラが固定された駆動軸と、
   前記ランナが固定された出力軸と、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の油貯留構造体とを備えたことを特徴とする流体継手。

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