JPH01151797A - 羽根車の回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、羽根車の回転装置、更に詳しくは、遠心送
風機、遠心圧縮機、ラジアルタービン等の羽根車を駆動
する、あるいは羽根車によって駆動されるための回転装
置に関するものである。

〔発明の背景〕

例えば、自動車の補機として、エンジンの出力軸から回
転を取って羽根車を回転させ、羽根車の回転によって発
生した圧縮空気をシリンダに供給し、燃料混合気の吸入
効率を高めてパワーアップするスーパーチャージ中が考
えられている。

スーパーチャージャは、圧縮空気を得るために羽根車を
高速回転させなければならないが、エンジンの出力軸と
羽根車を単に増速機を介して連動したのでは、エンジン
の回転に比例した圧縮比の空気しか得られず、特にエン
ジンの低速回転時の効率が悪くなる。

このため、エンジンの出力軸と羽根車の間に無段変速機
を配置し、変速比を変化させることによリ、エンジンの
低速回転時の出力を効果的に増大させることができるよ
うにする必要がある。

ところで、スーパーチャージャの如き、高速回転を必要
とする遠心圧縮機の羽根車の駆動に適した無段変速機と
して、特公昭３５−１１２６０号公報に示されるダブル
コーンを用いた摩擦伝導式の無段変速機の採用が考えら
れる。

上記の無段変速機は、第４図に示すように、入力軸１１
と出力軸１２を同軸心状に配置し、入力軸１１に取付け
たアウターリング１５と出力軸１２に取付けたドリブン
コーン１６の間にダブルコーン１８を配置し、ダブルコ
ーン１８に対してドリブンコーン１６及びアウターリン
グ１５を常に適当な圧力で接触させ、動力が入力軸１１
のアウターリング１５からダブルコーン１８を介して出
力軸１２のドリブンコーン１６へと伝達され、出力軸１
２に増速回転を取出すと共に、変速比はダブルコーン１
８をラックとビニオン機構１９を用いて軸方向に移動さ
せることにより変更させるようになっている。

上記無段変速機における出力軸１２の端部に遠心圧縮［
２１の羽根車２２を固定し、人力軸１１に回転を与える
と羽根車２２が高速回転し、圧縮空気を発生することに
なる。

しかし、遠心圧縮機に上記のような無段変速機を導入す
るには、いくつかの解決しなければなら−ない問題が発
生する。

上記無段変速機においては、摩擦面でトルクを伝達する
ため、各々の摩擦面に法線力を加える必要がある。また
、各摩擦面は入力軸あるいは出力軸に対して平行ではな
く、ある傾斜面を有しているため、法線力の分力として
入力軸あるいは出力軸にスラスト荷重が加わることにな
る。

第５図に示すように、ダブルコーン１８をドリブンコー
ン１６の接触面における法線力Ｆｎの軸方向分力Ｆｓに
よって、ドリブンコーン１６を固定した出力軸１２に第
４図矢印で示すスラスト力Ｆｓが発生する。

出力軸１２の端部に固定した羽根車２２は回転すると、
第３図で示した圧力分布図のように、羽根車前面に生じ
る圧力分布ｆ、と背面に生じる圧力分布ｆ２が異なるた
め、羽根車２２には軸方向に推力が発生する。

第３図の圧力分布図は、背面の総圧力分布ｆ２が前面の
総圧力分布ｆ１よりも大きくなり、背面から前面の方向
に推力Ｆ＝＝Ｆ＋　　　Ｆｇが作用する例を示した。ボ
ス部の半径ｒ３等の形状の違いによっては前面から背面
の方向に推力が作用する場合もあるが通常の羽根車の設
計では背面から前面の方向に推力が作用する場合がほと
んどである。

なお、実際は、流体の向きが軸方向から半径方向に変わ
ることによる運動量変化に基づく力も作用するが、流体
（空気）の流量が多くない限り通常は無視できる。

上記で述べた出力軸側の摩擦面における法線力の軸方向
分力Ｆ、と羽根車において生じる推力Ｆ。

とが同一方向であると、それらの合力がスラスト荷重と
して軸受に作用することになる。

大きな動力を伝達するためには、必然的に摩擦面に加え
る法線力を大きくする必要があり、スラスト力もそれに
応じて大きくなる。このスラスト力は各々軸受１３．１
４で支えなければならないが 一般に玉軸受の寿命は荷重の約３乗に反比例するため、
スラスト力の増大は軸受寿命を急激に減少させることに
なる。

羽根車に作用する推力が背面から前面に作用する場合に
摩擦伝導面の勾配を第５図のように構成すると出力軸軸
受において、摩擦伝導面における法線力の軸方向分力に
羽根車において生じる推力が合力となって作用するので
軸受寿命の点から動定格荷重の大きい軸受を使わなけれ
ばならず、装置の小型化、高速化及びコストダウンの点
から障害となると共に、軸受の大型化は軸受摩擦モーメ
ントの増大を招き、発熱、効率の点でも不利となる。

〔発明の目的〕

そこでこの発明は、摩擦伝導式無段変速機の摩擦面にお
ける法線力の軸方向分力と羽根車において流体圧によっ
て生じる推力を互に反対方向になるようにして相殺させ
、負荷荷重の軽減による軸受寿命の延長により、摩擦伝
導式無段変速機の遠心圧縮機等への採用を実現すること
ができる羽根車の回転装置を提供することが目的である
。

〔目的を達成するための手段〕

上記のような目的を達成するため、この発明は、摩擦伝
導式無段変速機の入力軸又は出力軸に遠心式流体機械の
羽根車を取付け、流体圧によって羽根車に作用するスラ
スト力と無段変速機の摩擦面において羽根車の取付軸に
作用するスラスト力とが反対の方向になるようにした構
成としたものである。

〔作用〕

摩擦伝導式無段変速機を介して羽根車を回転させると、
無段変速機は羽根車の取付軸に摩擦面でスラスト力が作
用し、同時に流体圧で羽根車にもスラスト力が発生し、
両者のスラスト力は互に反対の方向に作用するため、ス
ラスト力は相殺され、羽根車の取付軸を支持する軸受に
対するスラスト荷重が軽減され、軸受寿命を延長させる
。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面の第１図と第２図に
基づいて説明する。

第１図に示す例において、摩擦伝導式の無段変速機は、
入力軸１１と出力軸１２をケーシング２３で軸受１３．
１４を介して回動自在となるよう同軸心状に支持し、入
力軸１１にアウターリング１５と出力軸１２にドリブン
コーン１６を取付け、アウターリング１５とドリブンコ
ーン１６の間に、スピンドル１７で支持したダブルコー
ン１８をラックとビニオン機構１９で軸方向に移動自在
となるよう配置し、加圧カム２０によりアウターリング
１５及びドリブンコーン１６をダブルコーン１８の対応
する接触面１８ａ、１８ｂに対して適正な圧力で接触さ
せ、入力軸１１の回転をアウターリング１５からダブル
コーン１８を介してドリブンコーン１６に伝達し、出力
軸１２を増速回転させるようになっており、ダブルコー
ン１８を軸方向に移動させることにより無段階の変速が
得られる。

この例にお゛ける増速機は、ダブルコーン１８を第４図
と逆傾斜に配置し、ドリブンコーン１６の接触傾斜面１
８ａを入力軸１１側に、またアウターリング１５の接触
傾斜面１８ｂを出力軸１２側に位置させ、第２図のよう
に、接触傾斜面１８ａとドリブンコーン１６の接触面に
おける法線力Ｆ、ｌの軸方向分力Ｆ、が第１図の矢印で
示す方向に、出力軸１１にスラスト力Ｆ１を生じさせる
ようにしている。

出力軸１２の端部に固定した羽根車２２は、その背面が
無段変速機に臨むよう配置され、この羽根車２２は背面
から前面にスラスト力Ｆ１が発生するよう設計されてい
る。

この例において、入力軸１１に回転を与えて羽根車２２
を回転させると、出力軸１２のスラスト力Ｆ、と羽根車
２２のスラスト力Ｆｉが相反する外向きに生じて互に相
殺することにより、軸受１４に対するスラスト荷重を軽
減するものである。

上記のように、無段変速機の摩擦面において生じる法線
力の軸方向分力Ｆ、と羽根車において生じるスラスト力
Ｆ、の差（Ｆ、−Ｆｉ　）だけが羽根車取付軸の軸受１
４に作用するため、軸受１４に対するスラスト方向の負
荷を軽減できしたがって軸受の寿命を増大させることが
できる。このことは特にスーパーチャージャの如（羽根
車の高速回転化を必要とする遠心圧縮機の実現に掻めて
重要である。

なお、出力軸１２に羽根車２２を取付け、入力軸１１の
回転で羽根車２２を高速回転させ、遠心送風機あるいは
遠心圧縮機の回転装置として使用した例を示したが、入
力軸と出力軸を逆に使用し、羽根車２２が流体エネルギ
ーによって駆動されるラジアルタービンとして使用する
ことも可能であり、この場合無段変速機は減速機として
用いられることになる。

〔効果〕

以上のように、この発明によると、摩擦伝導式無段変速
機の入力軸又は出力軸に遠心式流体機械の羽根車を取付
け、羽根車に生じるスラスト力と無段変速機の摩擦面で
羽根車の取付軸に作用するスラスト力が反対方向になる
ようにしたので、羽根車取付軸に作用するスラスト力を
相殺して羽根車取付軸を支持する軸受へのスラスト荷重
を軽減し、軸受寿命を延長させることができ、遠心式流
体機械の高速回転化を実現することができる。

また、軸受に対するスラスト荷重の軽減により、軸受寸
法の小型化が可能になり、従って装置全体の小型化、高
速化及びコスト低減が図れ、かつ軸受摩擦トルクが小さ
くなるため、効率のアップと発熱の低下が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る回転装置の例を示す縦断面図、
第２図は同上における無段変速機の軸方向分力の発生を
示す説明図、第３図は羽根車の推力発生を示す説明図、
第４図は無段変速機の基本構造を示す断面図、第５図は
同上における無段変速機の軸方向分力の発生を示す説明
図である。 １１・・・・・・入力軸、１２・・・・・・出力軸、１
３．１４・・・・・・軸受、１５・・・・・・アウター
リング、１６・・・・・・ドリブンコーン、１８・・・
・・・ダブルコーン、２２・・・・・・羽根車。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）摩擦伝導式無段変速機の入力軸又は出力軸に遠心
   式流体機械の羽根車を取付け、流体圧によって羽根車に
   作用するスラスト力と無段変速機の摩擦面において羽根
   車の取付軸に作用するスラスト力とが反対の方向になる
   ようにした羽根車の回転装置。
2. （２）羽根車は、背面が摩擦伝導側にあり、その前面が
   取付軸の一方端部側になるよう軸に取付けられ、流体圧
   によって作用するスラスト力が背面から前面に作用する
   よう形成され、羽根車を取付けた軸の他端に摩擦伝導装
   置の摩擦面を構成する一方の摩擦面要素を取付け、この
   摩擦面により羽根車取付軸に作用するスラスト力が羽根
   車に生じるスラスト力と反対方向になるように上記摩擦
   面を設けた特許請求の範囲第１項に記載の羽根車の回転
   装置。