JPH08338502A - 動力伝達装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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、原動機からの入力回転数と被動機回転数を
同一にすることによって、そのスリップ損失をなくし、
動力伝達効率の向上を図る。 【構成】 内輪８と外輪９の軌道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Ｃ_L と、転がり軸受クラッチＣ_L の内輪８と外輪９
の軌道面を互いに接近させるように押圧するピストン７
と、ピストン７の受圧面に作動油を供給する作動油供給
弁ｋとを備え、駆動側を起動するときには作動油供給弁
ｋを閉じて転がり軸受クラッチＣ_L をオフの状態で行な
い、被動側回転数を最低回転数の状態から駆動側回転数
と同一の定格回転数に昇速するときには、被動側回転数
がスリップを含む最高回転数に達する以前の予じめ定め
られたタイミングで作動油供給弁ｋを開き、転がり軸受
クラッチＣ_L をオンする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は駆動側から被動側に流体
を用いて動力を伝達する流体継手やトルクコンバータ等
の動力伝達装置の制御方法に係り、特にクラッチ機構を
設けて駆動側と被動側を機械的に結合し、原動機からの
入力回転数と被動機回転数を同一にすることによってそ
の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の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から駆動軸にポンプ羽根車を結合す
るとともに被動軸にタービン羽根車を結合し、ケーシン
グ内部に満たされた流体を介して駆動軸から被動軸に動
力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】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の事情に
鑑みなされたもので、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、原動機からの入力回転数と被動
機回転数を同一にすることによって、そのスリップ損失
をなくし、動力伝達効率の向上を図ることができる動力
伝達装置の制御方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明は、駆動側から被動側に流体を用いて動
力を伝達する動力伝達装置の制御方法において、駆動側
と被動側との間に設置され内輪と外輪と内輪外周と外輪
内周の軌道面間に介装される多数のローラとを有し内輪
と外輪の軌道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と、該転がり軸
受クラッチの内輪と外輪の軌道面を互いに接近させるよ
うに押圧するピストンと、該ピストンの受圧面に作動油
を供給する作動油供給弁とを備え、駆動側を起動すると
きには前記作動油供給弁を閉じて転がり軸受クラッチを
オフの状態で行ない、被動側回転数を最低回転数の状態
から駆動側回転数と同一の定格回転数に昇速するときに
は、被動側回転数がスリップを含む最高回転数に達する
以前の予じめ定められたタイミングで前記作動油供給弁
を開き、前記転がり軸受クラッチをオンするようにした
ことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、駆動側を起動するときには作
動油供給弁を閉じて転がり軸受クラッチをオフの状態で
行ない、被動側回転数を最低回転数の状態から昇速し、
被動側回転数がスリップを含む最高回転数に達する以前
の予じめ定められたタイミングで作動油供給弁を開き、
転がり軸受クラッチをオンすることにより、被動側回転
数を駆動側回転数と同一の定格回転数までスムーズにか
つ機器へのショックを最小におさえて昇速できる。ま
た、減速時には、作動油供給弁を閉じて転がり軸受クラ
ッチをオフの状態とし、被動側回転数がスリップを含む
最高回転数にした後に、被動側回転数を減速して最低回
転数にすることにより、スムーズにかつ機器へのショッ
クを最小におさえて被動機を減速することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係る動力伝達装置の制御方法
の一実施例を図面を参照して説明する。本実施例におい
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は軸受ケーシン
グ１８内に配置された軸受メタル１３に回転自在に支持
されており、被動軸４は軸受ケーシング１９内に配置さ
れた軸受メタル１６に回転自在に支持されている。な
お、軸受ケーシング１８，１９は軸受ケーシング押さえ
２０により所定位置に保持されている。

【０００９】また、駆動軸１にはインペラ２が結合さ
れ、被動軸４にはランナ３が結合されている。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には外環２４が固定されている。そして、外環
２４には外筒２５が取付けられ、外筒２５には内環６が
取付けられている。

【００１０】インペラケーシング５、外環２４及び内環
６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８と、外
輪９と、内外輪８，９間に配設された複数の円筒状のロ
ーラ１０と、複数の円筒状のローラ１０を所定位置に保
持する保持器１２とから構成されている。そして、外輪
９はボールスプライン機構２６を介して外筒２５に連結
され、内輪８はランナ３に直接結合されている。前記円
筒状のローラ１０は外輪９と内輪８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。

【００１１】また外筒２５と内環６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７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７との間にはクラッチオンオフ用作
動油室３０が画成されており、この作動油室３０内に、
軸受ケーシング１９及び内環６に形成された作動油供給
路３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ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３１ａ
はパイプを介して油ポンプに接続されている（後述す
る）。

【００１２】前記ピストン７と外輪９との間には、複数
のボール２３が介装されている。なおボール２３は円板
状の保持器２２に保持されている。また、外輪９と外環
２４との間には圧縮コイルスプリング１１が介装されて
おり、外輪９はスプリング１１の付勢力により右方向に
常時押されている。外環２４と内輪８との間にはラジア
ル軸受３２が介装されている。

【００１３】しかして、作動油室３０に作動油が供給さ
れると、作動油室３０内への作動油の供給油量、回転数
等に応じて遠心圧力が発生し、図１においてピストン７
を左側、内環６を右側に押す作用をする。結果的に、図
１において、転がり軸受クラッチＣ_L の外輪９をスプリ
ング１１の右方向の力に対抗して左側に押し、内輪８を
右側に引っ張る力が作用し、外輪９と内輪８の軌道面が
互いに接近しクラッチがオン（結合）した状態となる。
逆に作動油室３０への作動油の供給をストップすると、
遠心圧力を発生させていた作動油は外筒２５に設けられ
た作動油室３０に通じているノズル２８から油室外に排
出され、転がり軸受クラッチＣ_L はオフ（非結合）状態
になる。

【００１４】また、駆動軸１のスラスト力はスラスト軸
受１４で支承され、被動軸４のスラスト力はスラスト軸
受１７で支承されるようになっている。またインペラケ
ーシング５の円周上に複数個のノズル２１が配置され、
ノズル２１の取付け位置の内側の内壁面には被動機の最
低回転数を規定するダム２７が設けられている。

【００１５】インペラ２、ランナ３およびインペラケー
シング５によって流体継手羽根車作動油室が構成されて
いる。作動油は、軸受ケーシング１８の作動油給油通路
１８ａを通って、上記流体継手羽根車作動油室へ供給さ
れるようになっている。流体継手羽根車作動油室内に作
動油を供給する通路は、図２に示すように、全開と全閉
を急速に行う開閉用開閉用制御弁ｆと最大油量調整オリ
フィスｊを有する通路Ｉ₁ と、開閉用制御弁ｆをバイパ
スするように並設され開閉弁ｍと最小油量調整オリフィ
スｈを備えた通路Ｉ₂ とからなっている。そして作動油
は、油ポンプｃによって油タンクａからストレーナｂを
介し、上記通路Ｉ₁ 又はＩ₂ 、前記駆動軸側軸受ケーシ
ング１８の給油通路１８ａ、インペラ２の給油穴２ａを
経て作動油室に供給される。また作動油室内の作動油は
ノズル２１を経て外部へ排出されるようになっている。
なお、必要に応じて、油圧調整用レリーフ弁ｄと油冷却
器ｅが設置される。

【００１６】上記作動油室へ供給される作動油量は、開
閉用制御弁ｆが全開の時、最大油量調整オリフィスｊに
よって決定され、開閉用制御弁ｆが全閉の時、最小油量
調整オリフィスｈによって決定される。これにより、被
動側回転数は、開閉用制御弁ｆが全開の時最高回転数と
なり、全閉の時最低回転数となる。一方、クラッチオン
オフ用作動油室３０への作動油の供給は、油ポンプｃに
よって通路Ｉ₃ 、作動油供給弁ｋ、連通路３１ａ〜３１
ｄ（図１参照）を介して行われる。

【００１７】次に転がり軸受クラッチについて詳細に説
明する。転がり軸受クラッチとしては、例えば図３に示
すような構成のものが知られている。すなわち転がり軸
受クラッチは、図３（ａ）に示すように内輪１００と、
外輪１０１と、内輪１００外周と外輪１０１内周の間に
介装される多数のローラ１０４とを備えている。ローラ
１０４は、図３（ｂ）に示すように、内外輪１００，１
０１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。内輪１００外周の軌道面１０２は先細とな
るような円錐台形状のテーパ面で、外輪１０１内周の軌
道面１０３も内輪１００の軌道面１０２に対応して円錐
台形状に形成されている。また、これらの軌道面１０
２，１０３はローラ１０４が線接触することが条件とな
るので、ローラ１０４を中心軸ｘ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１００，１０１
の軌道面１０２，１０３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。

【００１８】ローラ１０４は所定のねじれ角βでもって
内外輪１００，１０１の軌道面１０２，１０３と接触
し、内外輪１００，１０１の回転に伴ってローラ１０４
が軌道面１０２，１０３間で螺旋状に転がることにな
る。図３（ｂ）に示すように、ローラ１０４を介して内
輪１００を外輪１０１内にねじり込む方向に回転させる
と、ローラ１０４の転がりによって内輪１００と外輪１
０１を軸方向に接近させるクラッチ分力Ｆ１が働き、内
輪１００と外輪１０１間のローラ１０４がロック状態と
なってトルク伝達が可能となる。

【００１９】一方、逆方向に回転させると、図３（ｃ）
に示すように、ローラ１０４の転がりによって内外輪１
００，１０１を互いに引き離す方向の転がり分力Ｆ２が
発生し、ローラ１０４がフリー状態で転がり回転する。
このような特性を利用して、一方向にはトルクを伝達
し、他方向にはフリーに回転する一方向クラッチとして
利用されている。なおローラ１０４を内外輪１００，１
０１に初期接触させるために、内輪１００と外輪１０１
間に軽い予圧を加える予圧バネ１０５が設けられてい
る。

【００２０】次に、本発明において使用される転がり軸
受クラッチＣ_L における内輪８、外輪９及びローラ１０
の関係を詳細に説明する。図４は内輪８、外輪９及びロ
ーラ１０の関係を示す図であり、図４（ａ）は内輪８、
外輪９及びローラ１０を示す概略断面図、図４（ｂ）及
び図４（ｃ）はローラと軌道面との関係を示す図であ
る。ローラ１０は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すよ
うに、内外輪８，９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。内輪８外周の軌道面８ａは
先細となるような円錐台形状のテーパ面で、外輪９内周
の軌道面９ａも内輪８の軌道面８ａに対応して円錐台形
状に成形されている。

【００２１】ここで、内外輪８，９の軌道面８ａ，９ａ
はローラ１０が線接触してはじめて機能を満足するもの
であり、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ローラ１
０を中心軸ｘの周りに公転させた場合のローラ１０の外
周及び内周の軌跡であり双曲面形状となる。

【００２２】内外輪８，９の軌道面８ａ，９ａは、図５
（ｃ）に示すように中心軸ｘに対して所定のソケット角
φでもって傾斜している。ソケット角φとは、図４
（ｂ）に示すように、内輪８及び外輪９の中心軸線ｘを
通る平面で切断した双曲線となる軌道断面のローラ接点
Ｐ（ｘ，ｙ）における接線ａと中心軸ｘとのなす角であ
る。

【００２３】ローラ１０は保持器１２によって所定間隔
に保持されている。ローラ１０のねじれ角βは保持器１
２によって保持されるのではなく、内外輪８，９の軌道
面８ａ，９ａの双曲面形状によって自動的に維持され
る。保持器１２は、内外輪８，９を分解した際にローラ
１０がバラバラにならないように保持するものである。

【００２４】ここで、食い込み角（ψ）について図６を
参照して説明する。図６（ａ）はテーパねじを示す図で
ある。図示するように、テーパねじ３３のねじ山３４
は、仮想円筒面３５に対して所定のリード角βでもって
螺旋状に巻き付けられると同時に、その外周は中心軸ｘ
に対して所定のソケット角φでもって上方に向かって拡
径する円錐台３６の外周上に位置する。したがって、ね
じ山３４の外径は仮想円筒面３５に対して上方に向かう
につれて所定の角度θで徐々に拡大するくさび形状とな
る。この角度θを転がりくさび角とする。

【００２５】この転がりくさび角θは、テーパねじとし
た場合の雄ねじと雌ねじのねじりに伴うねじ径の増加ま
たは減少角を求めたものであるが、雄ねじと雌ねじにね
じ込むときは、この両者の転がりくさび角の和が実際の
くさび角となる。このくさび角を食い込み角ψと定義す
る。

【００２６】転がり軸受クラッチＣ_L の場合には、内輪
８と外輪９間に介在するローラ１０がねじれ角βを有し
ているので、ローラ１０を介して内輪８と外輪９を相対
回転させると、ローラ１０の転がり方向によって、あた
かもねじが存在するように内輪８が外輪９内にねじり込
まれ、ローラ１０が内輪８と外輪９の軌道面８ａ，９ａ
間に食い込むことになり、テーパねじ３３と全く同様の
関係となる。

【００２７】図６（ｂ）は、転がり軸受クラッチ１の内
外輪８，９をローラ１０の転がり方向に螺旋状に切断し
た図を示している。図示するように、内輪８側の軌道面
８ａはローラ１０の転動方向に転がりくさび角θｉでも
って徐々に大径となるように傾斜し、外輪９側の軌道面
９ａは上方に向かって転がりくさび角θｏでもって徐々
に小径となるように傾斜している。

【００２８】図６（ｃ）は、軌道面８ａ，９ａ間に介在
するローラ１０を軸方向から見た模式図である。内輪８
と外輪９の軌道面８ａ，９ａ間が狭まる方向に相対移動
させるとローラ１０が食い込むことになる。このローラ
１０の食い込み状態は、内輪８側と外輪９側の転がりく
さび角θｉとθｏの両方が作用するので、両方を合成し
て食い込み角ψとして評価する。ここで、内輪８と外輪
９の軌道面８ａ，９ａ間にローラ１０が転がり食い込ん
でロックされる前提は、ローラ１０と軌道面８ａ，９ａ
の接触部がすべらないことが条件となっている。

【００２９】本発明では、内輪８と外輪９の軌道面８
ａ，９ａ間にローラ１０が転がり食い込まないように、
ローラ１０と軌道面８ａ，９ａの接触部がすべることを
条件としている。その条件として、ローラ１０と軌道面
８ａ，９ａとのなす接触部の転がりくさび角θｉ，θｏ
の少なくともいずれか一方が、接触部の静止摩擦係数μ
si，μsoに対応する摩擦角λｉ，λｏよりも大きく設定
されている。ここで、摩擦角λとは、平らな斜面上に物
体をのせて徐々に傾けた場合にすべり始める角度のこと
で tanλｉ＝μsi， tanλｏ＝μsoである。

【００３０】ローラ１０の接点は内輪８側と外輪９側の
接触部の少なくともいずれか一方がすべれば食い込まな
いから、θｉ＞λｉあるいはθｏ＞λｏとする。もちろ
ん、θｉ＞λｉかつθｏ＞λｏとしてもよい。書き換え
れば、 tanθｉ＞μsiと、 tanθｏ＞μsoの２条件のう
ちの少なくともいずれか一方の条件である。

【００３１】図４（ｃ）は、θｉとθｏの合成角（θｉ
＋θｏ）として定義されるψを、モデル的に表したもの
である。内外輪８，９は同一材料であり、ローラ１０と
両軌道面８ａ，９ａとの接触部の静止摩擦係数は等し
く、また、内輪８と外輪９の軌道面８ａ，９ａとの転が
り接触角θｉ，θｏはほぼ等しいと考えられるので、食
い込み角（ψ）が、式 tan（ψ／２）＞μｓの関係を満
足するように設定されている。このように設定しても実
用上問題はない。図中、Ｎは接触面からローラ１０に作
用する抗力、Ｆは摩擦力、Ｐはその合力である。

【００３２】しかし、このような転がり接触角θを測定
して成形することは困難であり、実際はローラのねじれ
角βとソケット角φとの関係で接触角θが設定される。
この接触角θ、ローラねじれ角β及びソケット角φは、
幾何学的に一定の関係を有している。

【００３３】図６（ａ）に示したテーパねじモデルで説
明すると、次式のような関係となる。 tan θ＝sin β・tan φ すなわち、図中、ｈ＝ｌtan β，Δ＝ｈtan φよりΔ＝
ｌtan β・tan φ。また、ｌ₁＝１／cos β、tan θ＝
Δ／ｌ₁より、tan θ＝cos β・tan β・tan φ＝sin
β・tan φで証明される。したがって、ローラねじれ角
βと、ソケット角φが、sin β・tan φ＞μｓとなるよ
うに設定すればよい。μｓについては、内輪８，外輪９
及びローラ１０の材質、潤滑状態等の条件で種々の値と
なる。μｓが０．０５程度とした場合に、ローラねじれ
角βを２１°〜２４°、ソケット角φを８°〜１０°の
範囲に設定することが好ましい。

【００３４】ローラのねじれ角βが２１°以下になると
ロックしやすくなり、２５°以上になると転がりにくく
なる。また、ソケット角φが８°以下になるとロックし
やすくなり、１０°を越えるとスリップしやすく安定性
が悪くなってくるためである。sin β・tan φを計算す
ると、β：２４°，φ：８°の場合には約０．０５７、
β：２１°，φ：１０°の場合は約０．０６３、β：２
１°，φ：８°の場合には０．０５０３程度となり、最
大静止摩擦係数μｓより大きくすべり条件を満足する。
この時の食い込み角ψは、（ψ／２）＝３°付近であ
る。

【００３５】これに対して、従来は、ローラねじれ角β
１５〜１８°とし、ソケット角φを４〜４．５°の範囲
で使用していた。この従来の場合のsin β・tan φを計
算すると、β：１５°，φ：４°の場合には約０．０１
８、β：１８°，φ：４.５°の場合に約０.０２４、
β：１８°，φ：４°の場合は約０．０２１となり、最
大静止摩擦係数よりも小さくロック条件となっている。

【００３６】もちろん、ローラねじれ角βとソケット角
φは相対的なもので、βを従来の１５°〜１８°とし、
それに合わせてsin β・tan φが０．０５以下の範囲と
なるようにソケット角φを選べばよいし、逆にソケット
角を従来の４〜４．５°の範囲に設定し、それに合わせ
てsin β・tan φが０．０５以下の範囲となるように設
定すればよい。

【００３７】また、上記数値以外のローラねじれ角βが
上記以外の１５°以下の範囲、１８〜２１°間の範囲、
さらに２４°以上の範囲についても適用可能である。ま
た、ソケット角φについても、上記以外の４°以下の範
囲、４．５〜８°の範囲、１０°以上の範囲も適用可能
である。

【００３８】さらに、最大静止摩擦係数μを０．０５程
度としたが、この静止摩擦係数μを調整することも可能
であり、０.１，１.５等種々の値をとり得る。すなわ
ち、ローラねじれ角βもソケット角φも従来の角のまま
とし、最大静止摩擦係数を変えることによってすべり条
件とすることもできる。すなわち、従来のローラねじれ
角を１５〜１８°、ソケット角φを４〜４．５°の範囲
であっても、最大静止摩擦係数μｓを０．０２より小さ
くすればすべる条件になる。あくまでも静止摩擦係数μ
とローラ１０の転がり摩擦角θあるいは食い込み角ψと
の相対関係であり、静止摩擦係数は０．０５に限定され
ない。

【００３９】上記ローラねじれ角βとソケット角φとの
間にも、図５（ｃ）に示すように、幾何学的に一定の関
係がある。図５（ｃ）より次式の関係が成立する。

【数１】 ここで、ローラ１０の食い込み角ψは、内外輪８，９と
ローラ１０の転がり接触角θｉ，θｏの和であるから、
次式で示される。

【数２】

【００４０】この関係について説明すると、図５（ｃ）
に示すように、ローラ１０の摩擦角θ及びねじれ角βに
よって軌道断面形状が決定する。ソケット角φは、決定
された軌道断面のどの範囲を実際に軌道として使うかで
決まる。すなわち、ローラ接点ＰのＸ座標（上式中のｘ
０）と、予め定めたＦの値で決まることになる。ローラ
接点はローラの軸方向中央位置である。

【００４１】次に、前述のように構成された流体継手の
制御方法を図７を参照して説明する。原動機（モータ）
を起動するときには、作動油供給弁ｋを閉じて転がり軸
受クラッチＣ_L をオフの状態で行なう。原動機が定格回
転数で回転しており、開閉用制御弁ｆ及び作動油供給弁
ｋが閉のとき、インペラ２、ランナ３及びインペラケー
シング５で形成される流体継手羽根車作動油室内に最小
油量調整オリフィスｈによって規定された作動油量が供
給され、被動機回転数は、図７に示されるように最低回
転数となる。そして、作動油供給弁ｋを閉の状態で開閉
用制御弁ｆを開くと、流体継手羽根車作動油室内に最大
油量調整オリフィスｊによって規定された作動油量が供
給され、被動機回転数は流体継手によるスリップを含ん
だ最高回転数まで昇速される。

【００４２】被動機回転数が流体継手によるスリップを
含んだ最高回転数に達する以前の予じめ定められたタイ
ミングで、作動油供給弁ｋを開にすると、外筒２５、内
環６及びピストン７によって形成されるクラッチオンオ
フ用作動油室３０内に作動油が供給され、遠心力により
作動油室３０内の作動油に遠心圧力が生ずる。この遠心
圧力によりピストン７が左側に押され、外輪９と内輪８
の軌道面が互いに接近して転がり軸受クラッチＣ_L はオ
ン状態となり、被動機回転数は、図７に示されるよう
に、スムーズに昇速された流体継手によるスリップを含
まない原動機回転数と同一の回転数となる。このとき、
外筒２５に設けられた作動油室３０に通じているノズル
２８からは常時作動油が流出している。

【００４３】前記予じめ定められたタイミングは、例え
ば、開閉用制御弁ｆを開いたのち所定時間（タイマーに
より設定）又は被動機の所定回転数が該当する。また前
記作動油供給弁ｋを開く際、弁開度を徐々に大きくして
いくことにより、スムーズにしかも機器へのショックを
最小に押さえるように転がり軸受クラッチＣ_L をオンさ
せることができる。

【００４４】作動油供給弁ｋが開の状態で開閉用制御弁
ｆを閉じると、被動機回転数は原動機回転数と同一であ
るが、流体継手羽根車作動油室への作動油の供給が最小
となるため、原動機出力は図７のＬ１で示すように低下
する。この後、通路Ｉ₂ の開閉弁ｍを閉じると、流体継
手羽根車作動油室への作動油の供給が停止されるため、
原動機出力は図７のＬ２で示すようにさらに低下する。
即ち、Ｌ１，Ｌ２の部分で省エネルギ効果が得られる。

【００４５】次に、開閉用制御弁ｆを開くと、原動機出
力は再び上昇する。そして、作動油供給弁ｋを閉じ、作
動油室３０への作動油の供給を停止すれば、遠心力によ
り作動油室３０内の作動油はノズル２８より排出され、
ピストン７への押圧力が解除されるため、転がり軸受ク
ラッチＣ_L は、オフ状態になる。これによって、流体継
手羽根車作動油室内に最大油量調整オリフィスｊによっ
て規定された作動油量が供給され、被動機回転数はスリ
ップを含んだ最高回転数となる。その後、開閉用制御弁
ｆを閉じ、かつ開閉弁ｍを開くことにより、流体継手羽
根車作動油室内に最小油量調整オリフィスｈによって規
定された作動油量が供給され、被動機回転数は最低回転
数に減速される。

【００４６】転がり軸受クラッチＣ_L を作動させるため
の遠心圧力Ｐｘは次式で表される。 Ｐｘ＝γω² （ｒ² −ｒ_x ² ）／２ｇ ここで、γは作動油の比重量、ωは回転角速度である。
作動油供給量ｑ₀ のとき、作動油室３０内に最内周半径
ｒ_x、最外周半径ｒの油膜が形成される。最外周半径ｒ
は作動油室３０の外周壁によって決定される。作動油供
給量ｑ₀を増加すればｒ_xは小となり、ｑ₀ を減少すれば
ｒ_x は大きくなる。以上より、必要な遠心圧力Ｐ_X は作
動油供給量ｑ₀ を制御することにより、時間的要素を加
味して制御可能であることがわかる。

【００４７】次に、図８を参照して本発明の他の実施例
を説明する。図８に示す実施例においては、転がり軸受
クラッチＣ_L の構造が図１乃至図７に示す実施例とは異
なっている。本実施例における転がり軸受クラッチＣ_L
は内外輪をロック方向とは反対のころがり方向に相対回
転させた状態で外輪を押圧手段で押圧することにより、
クラッチをオンとする構造であり、ワンウェイクラッチ
として使用される。内外輪の軌道面の構造は従来と全く
同様であるが、従来のようにねじり戻し動作は必要とし
ない。

【００４８】転がり軸受クラッチＣ_L は、内輪５８と、
外輪５９と、内輪５８外周と外輪５９内周の間に介装さ
れる多数の円筒状のローラ６０と、ローラ６０を所定位
置に保持する保持器６２とを備えている。内輪５８は、
ランナ３に直接結合されている。外輪５９はボールスプ
ライン機構２６を介して外筒２５に連結されており、外
輪５９は外筒２５に対して軸方向に相対移動自在で回転
方向に一体回転するようになっている。また外環２４に
はインペラケーシング５が固定されている。また外輪５
９と外筒２５の対向面間には予圧バネ６１が介装されて
おり、内輪５８に対して外輪５９を軸方向に押圧してロ
ーラ６０に予圧を付与するように構成されている。内輪
５８及び外輪５９の軌道面５８ａ，５９ａの構造は従来
と全く同様の双曲面形状であり、その説明は省略する。
その他の構成は図１に示す実施例と同様である。

【００４９】次に、前述のように構成された流体継手の
作用を説明する。本実施例においては、駆動軸１は転が
り軸受クラッチＣ_L の内外輪のロック方向とは反対のこ
ろがり方向にのみ相対回転する。駆動軸１が回転して
も、転がり軸受クラッチＣ_L がオフの場合には、外環２
４と一体に外輪９は回転するが、ローラ１０の転がりに
よって内外輪５８，５９を互いに引き離す方向の転がり
分力が発生し、ローラ６０はフリー状態で転がり回転す
るため、内輪５８は回転しない。この状態で図２のコン
トロール弁ｋを開にすると、作動油室３０内に作動油が
供給され、遠心力により作動油室３０内の作動油に遠心
圧力が生ずる。この遠心圧力によりピストン７が左側に
押され、外輪５９と内輪５８の軌道面が互いに接近して
転がり軸受クラッチＣ_L はオン状態となり、駆動軸１と
被動軸４とが機械的にカップリングされる。そして、ト
ルク負荷中にコントロール弁ｋを閉じて作動油室３０へ
の作動油の供給を停止すれば、遠心力により作動油室３
０内の作動油はノズル２８から排出され、ピストン７へ
の押圧力が解除される。そのため、ローラ６０の転がり
によって内外輪５８，５９を互いに引き離す方向の分力
が発生し、ローラ６０はフリー状態で回転し、転がり軸
受クラッチＣ_L は直ちにオフ状態となる。

【００５０】図１乃至図８に示す流体継手を、製鉄工場
で製造中の鋼材表面のスケールを取り除くために用いら
れる高速運転（負荷運転）と低速運転（無負荷運転）を
繰り返す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。

【００５１】図１乃至図８に示す実施例においては、本
発明の動力伝達装置を流体継手に適用した例を示した
が、本発明はトルクコンバータにも適用できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
動機を低速から所定の高速に昇速した後、クラッチをオ
ンし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
で運転することができる。そして、無負荷から負荷時ま
でスムーズな運転の切り替えができ、簡単な制御で機器
へのショックを最小限にして保守性、寿命を高め、しか
も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実施例である流
体継手を示す断面図である。

【図２】本発明に係る動力伝達装置の一実施例である流
体継手の回路図である。

【図３】転がり軸受クラッチの詳細を示す説明図であ
る。

【図４】図１に示す転がり軸受クラッチの説明図であ
る。

【図５】転がり軸受クラッチの軌道面の説明図である。

【図６】転がり軸受クラッチのローラのくさび角の説明
図である。

【図７】本発明に係る動力伝達装置の一実施例である流
体継手の制御方法を説明する説明図である。

【図８】本発明に係る動力伝達装置の他の実施例を示す
断面図である。

【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 内環 ７ ピストン ８ 内輪 ９ 外輪 １０ ローラ １１ スプリング １３，１６ 軸受メタル １４，１７ スラスト軸受 １８ 軸受ケーシング ２１ ノズル ２３ ボール ２４ 外環 ２５ 外筒 ２６ ボールスプライン機構 ３０ クラッチオンオフ用作動油室 Ｃ_L 転がり軸受クラッチ ｆ 開閉用制御弁 ｋ 作動油供給弁 ｍ 開閉弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三森 清 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 竹中 美晴 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動側から被動側に流体を用いて動力を
   伝達する動力伝達装置の制御方法において、駆動側と被
   動側との間に設置され内輪と外輪と内輪外周と外輪内周
   の軌道面間に介装される多数のローラとを有し内輪と外
   輪の軌道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と、該転がり軸受ク
   ラッチの内輪と外輪の軌道面を互いに接近させるように
   押圧するピストンと、該ピストンの受圧面に作動油を供
   給する作動油供給弁とを備え、駆動側を起動するときに
   は前記作動油供給弁を閉じて転がり軸受クラッチをオフ
   の状態で行ない、被動側回転数を最低回転数の状態から
   駆動側回転数と同一の定格回転数に昇速するときには、
   被動側回転数がスリップを含む最高回転数に達する以前
   の予じめ定められたタイミングで前記作動油供給弁を開
   き、前記転がり軸受クラッチをオンするようにしたこと
   を特徴とする動力伝達装置の制御方法。
2. 【請求項２】 前記動力伝達装置は、インペラ、ランナ
   及びインペラケーシングで構成される流体継手作動油室
   内に作動油を供給する通路に開閉用制御弁を付加し、該
   制御弁をバイパスするようにして油量調整オリフィスを
   備えた通路を設けた流体継手からなり、被動側回転数を
   駆動側回転数と同一の定格回転数に昇速した時点でその
   定格回転数に達した信号により前記開閉用制御弁を閉に
   し流体継手作動油室への作動油供給量を最小にすること
   を特徴とする請求項１記載の動力伝達装置の制御方法。
3. 【請求項３】 被動側回転数が駆動側回転数と同一の定
   格回転数で運転されているとき、被動側回転数を最低回
   転数にする場合に、開閉用制御弁を開にし前記作動油供
   給弁を閉じて転がり軸受クラッチをオフの状態とし、被
   動側回転数がスリップを含む最高回転数にした後に、被
   動側回転数を開閉用制御弁を閉にすることにより減速し
   て最低回転数にすることを特徴とする請求項１又は２記
   載の動力伝達装置の制御方法。
4. 【請求項４】 前記ローラは内外輪の中心軸に対して所
   定のねじれ角（β）でもって傾斜配置され、内輪及び外
   輪の軌道面を前記ローラを中心軸に対して回転させた際
   の回転軌跡である双曲面形状とし、内外輪を一方向に相
   対回転させる場合にはロックし、逆方向には自由に相対
   回転するように構成した転がり軸受クラッチであって、 前記ローラの軸線方向から見たローラと外輪及び内輪の
   軌道面との少なくともいずれか一方の接触部の転がり接
   触角を、当該接触部の静止摩擦係数に対応する摩擦角よ
   りも大きい値に設定して前記内外輪をロック方向に相対
   回転させた場合にローラを内輪と外輪の軌道面との接触
   部ですべることを可能とし、 前記内外輪をロック方向に相対回転させた状態で前記ピ
   ストンで押圧することにより前記内外輪をロックしてク
   ラッチをオンとし、前記ピストンの押圧を解除すること
   により前記ローラを内輪と外輪の軌道面との接触部です
   べらせてクラッチをオフとするように構成したことを特
   徴とする請求項１記載の動力伝達装置の制御方法。
5. 【請求項５】 前記内外輪をロック方向に相対回転させ
   た場合にローラを内輪と外輪の軌道面との接触部ですべ
   る条件として、 前記ローラの軸線方向から見たローラと外輪及び内輪の
   軌道面との食い込み角を（ψ）、接触部の静止摩擦係数
   を（μｓ）とした場合に、食い込み角（ψ）を、式 tan
   （ψ／２）＞μｓの関係となるように設定したことを特
   徴とする請求項４記載の動力伝達装置の制御方法。
6. 【請求項６】 最大静止摩擦係数を、０．０５程度に設
   定したことを特徴とする請求項５記載の動力伝達装置の
   制御方法。
7. 【請求項７】 ローラと外輪の軌道面との接線と中心軸
   とのなす角をソケット角（φ）とした場合に、ローラの
   ねじれ角（β）を２１°〜２４°、ソケット角（φ）を
   ８°〜１０°の範囲に設定したことを特徴とする請求項
   ６記載の動力伝達装置の制御方法。
8. 【請求項８】 前記ローラは内外輪の中心軸に対して所
   定のねじれ角（β）でもって傾斜配置され、内輪及び外
   輪の軌道面を前記ローラを中心軸に対して回転させた際
   の回転軌跡である双曲面形状とし、内外輪を一方向に相
   対回転させる場合にはロックし、逆方向には自由に相対
   回転するように構成した転がり軸受クラッチであって、 前記内外輪をロック方向とは反対のころがり方向に相対
   回転させた状態で前記ピストンで押圧することにより前
   記内外輪をロックしてクラッチをオンとし、前記ピスト
   ンの押圧を解除することにより前記内外輪が自由に相対
   回転可能としてクラッチをオフとするように構成したこ
   とを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置の制御方
   法。