KR20150130297A - 풍력 발전 장치용 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛 - Google Patents

Abstract

입력 회전체와 출력 회전체 사이에 설치된 일방향 클러치가, 상기 입력 회전체의 회전 속도가 상기 출력 회전체의 회전 속도를 상회하는 상태에서는 상기 입력 회전체와 출력 회전체를 일체로 회전 가능하게 접속하고, 상기 입력 회전체의 회전 속도가 상기 출력 회전체의 회전 속도를 하회하는 상태에서는 상기 치합을 해제함으로써 상기 입력 회전체와 출력 회전체의 접속을 차단하는 데 사용된다. 일방향 클러치를 구성하는 복수의 연결 부재 또는 내륜과 외륜이 연질화 처리된 마르텐사이트계(martensitic) 스테인레스강 재료를 모재로 만들어지고, 그 접촉부의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도가 1000~1500Hv이다.

Description

풍력 발전 장치용 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛{ONE-WAY CLUTCH AND ONE-WAY CLUTCH UNIT FOR WIND POWER GENERATION DEVICE}

본 발명의 일 태양은, 예를 들면, 풍력 발전 장치용 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛에 관한 것이다.

본원의 배경 기술에 따른 풍력 발전 장치에서는, 블레이드가 풍력을 받으면, 블레이드에 접속된 주축을 회전시키고, 증속 기어가 상기 주축의 회전을 증속시킴으로써 발전기를 구동시킨다.

그러나 상기 풍력 발전 장치에서는, 풍속 또는 풍향의 변화에 따라, 주축의 회전 속도가 변하고, 따라서 증속 기어로부터 발전기에 입력되는 주축의 회전 토크가 변동되고, 발전 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 상기 풍력 발전 장치에서, 상기 회전 토크의 변동을 억제하고, 발전 효율을 향상시키는 기술이 요구되고 있다.

또한, 상기 풍력 발전 장치는, 통상, 10년 이상의 장기간 사용되는 것을 전제로 하여 설치되어 있다. 또한, 상기 풍력 발전 장치는, 주축의 회전이나 발전기의 구동에 따른 소음이나 바람 조건 등의 이유로, 산간부, 연안부, 바다 위 등에 설치되어 있다. 부가하여, 상기 풍력 발전 장치는, 풍력 발전 타워 등의 높은 곳에 주요 부품이 장착할 필요가 있고, 또한 상기 부품 자체가 크게 무거워서, 유지보수 시의 장착과 탈거에 큰 수고를 요한다. 따라서, 가능한 한 유지보수를 필요로 하지 않는 것이 요구되므로 장수명으로 또한 신뢰성이 높은 풍력 발전 장치가 요구되고 있다.

한편, 동기형 발전기(synchronous power generator)를 타계통의 발전기와 동기화된 운전 상태로 병렬로 운전시키기 위해, 동기형 발전기의 증속 기어의 출력축과 발전기의 구동축 사이에 일방향 클러치를 설치하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조).

일본 공개특허 평4-344198호 공보

상기한 풍력 발전 장치에서는, 고속 회전하는 출력축을 지지하는 롤러 베어링 등의 롤링 베어링의 회전륜의 궤도면 및 롤러 등의 전동체(轉動體)의 전동면(轉動面)에 스미어링(searing)(표층에 늘러붙음이 일어나는 현상)이 발생하고, 롤러 베어링 등의 롤링 베어링의 수명이 저하되는 상황을 야기한다.

또한, 일방향 클러치는, 예를 들면, 풍속 변동이 적은 상태가 계속되는 경우와 같이 회전의 변동폭이 작은 경우에, 연결 부재의 치합면과, 내륜 및 외륜 각각의 궤도면 사이에 오일막이 형성되기 어렵기 때문에, 상기 연결 부재의 치합면과, 내륜 및 외륜 각각의 궤도면이 마모하기 쉽고 또 사용상 충분한 경도를 장기간 유지하는 것이 어려운 상황을 야기한다.

본 발명의 일 태양은, 상기한 종래 기술에서 당면한 상술한 상황을 고려하여, 풍력 발전 장치의 증속 기어의 출력축을 지지하는 롤러 베어링에 스미어링이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한 오랜 기간 마모된 후에도 사용상 충분한 경도를 장기간 유지할 수 있는 풍력 발전 장치용 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛을 제공한다.

본 발명자는, 스미어링의 발생 메카니즘에 대하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 풍력의 저하에 의해 주축의 회전 속도가 급격하게 저하되면, 무거운 질량을 가진 발전기의 로터의 관성에 의해, 출력축의 회전 속도보다 발전기의 구동축의 회전 속도가 상회함으로써 이른바 토크 빠짐(하중 빠짐)이 발생하고, 이 토크 빠져에 의해 출력축을 지지하는 롤러 베어링 등의 롤링 베어링에 작용하는 직경 방향 하중이 감소하고, 롤러 베어링 등의 롤링 베어링의 전동체(롤러 등)와 회전륜의 롤링 마찰 저항보다, 롤러 등의 전동체와 그것을 유지하는 케이지(cage)와의 슬라이딩 이동 마찰 저항 등이 상회함으로써, 롤러 등의 전동체의 회전이 지연되는 것을 발견하였다. 그리고 이 상태로부터 풍력의 증가에 의해 주축의 회전 속도가 급격하게 증가했을 때, 속도 증가로 인한 관성 토크가 더해져 출력축을 지지하는 롤러 베어링 등의 롤링 베어링에 작용하는 직경 방향 하중이 증가하므로, 그 순간에 롤러에 높은 하중이 걸린 상태로 롤러가 회전륜과의 접촉면에서 미끄러져, 그 접촉면의 온도가 올라가고 이로 인해 스미어링이 발생한다는 것이 발견되었고, 이러한 발견에 기초하여 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 일 태양은, 풍력 발전 장치의 증속 기어의 출력축에 일체로 회전 가능하게 설치된 입력 회전체, 및 상기 출력축의 회전이 전달되는 발전기의 구동축에 일체로 회전 가능하게 설치되고, 상기 입력 회전체의 직경 방향 내측 또는 직경 방향 외측에 동심으로 배치된 출력 회전체 중 한쪽의 회전체 측에 설치되는 내륜; 상기 입력 회전체 및 상기 출력 회전체 중 다른 쪽의 회전체 측에 설치되고, 또 상기 내륜의 직경 방향 외측에 배치되는 외륜; 및 상기 내륜 및 외륜의 양 궤도면 사이에 형성된 복수의 공간에 개별적으로 배치된 복수의 연결 부재를 포함하고, 상기 입력 회전체의 회전 속도가 상기 출력 회전체의 회전 속도를 상회하는 상태에서는 상기 연결 부재가 상기 내륜 및 외륜의 양 궤도면에 치합하는 것에 의해 상기 입력 회전체와 출력 회전체를 일체로 회전 가능하게 접속하고, 상기 입력 회전체의 회전 속도가 상기 출력 회전체의 회전 속도를 하회하는 상태에서는 상기 치합을 해제함으로써 상기 입력 회전체와 출력 회전체의 접속을 차단하고, 상기 복수의 연결 부재, 또는 상기 내륜 및 외륜이, 연질화가 행해진 마르텐사이트계(martensitic) 스테인레스강 재료를 모재(母材)로 만들어지고, 상기 모재에서의, 상대 부재와의 사이에서 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하여 접촉하는 접촉부의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도(Vickers hardness)가 1000~1500Hv인, 풍력 발전 장치용 일방향 클러치를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 태양은, 전술한 일방향 클러치와, 풍력 발전 장치의 증속 기어의 출력축에 일체로 회전 가능하게 설치된 입력 회전체와, 상기 출력축의 회전이 전달되는 발전기의 구동축에 일체로 회전 가능하게 설치되고 상기 입력 회전체의 직경 방향 내측 또는 직경 방향 외측에 동심으로 배치된 출력 회전체 사이에, 상기 일방향 클러치에 인접하여 배치되고, 상기 입력 회전체 및 출력 회전체를 서로 상대적으로 회전 가능하게 지지하는 롤링 베어링를 포함하는 풍력 발전 장치용 일방향 클러치 유닛을 제공한다.

상기 구성이 채용된 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛에 의하면, 상기 입력 회전체의 회전 속도가 상기 출력 회전체의 회전 속도를 상회하는 상태에서는, 상기 연결 부재가 상기 내륜 및 외륜의 양 궤도면에 치합하는 것으로 상기 입력 회전체와 출력 회전체를 일체로 회전 가능하게 접속하고, 상기 입력 회전체의 회전 속도가 상기 출력 회전체의 회전 속도를 하회하는 상태에서는, 상기 치합을 해제함으로써 상기 입력 회전체와 출력 회전체의 접속을 차단하므로, 외력의 저하에 의해 주축을 통하여 출력축의 회전 속도가 급격하게 저하되어도, 발전기의 로터의 관성에 의한 회전이 구동축을 통하여 출력축에 전달되는 것을 방지할 수 있고, 출력축을 지지하고 있는 롤링 베어링에 작용하는 직경 방향 하중의 감소 및 이에 따른 전동체의 회전 지연을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 구성이 채용된 일방향 클러치에 의하면, 이 상태로부터 외력 변화에 따라 주축의 회전 속도가 급격하게 증가하여 전동체에 높은 하중이 걸렸을 때, 전동체가 회전륜과의 접촉면에서 미끄러지기 어려워지기 때문에, 풍력 발전 장치의 증속 기어의 출력축을 지지하는 롤링 베어링에 스미어링이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 구성이 채용된 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛에 의하면, 연질화(soft nitriding) 처리를 한 마르텐사이트계 스테인레스강 재료를 모재로 사용하므로, 상기 접촉부의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스(Vickers) 경도가 1000~1500Hv이고, 장기간 마모되어도, 상기 복수의 연결 부재 각각의 치합면 또는 상기 내륜 및 외륜의 양 궤도면을 풍력 발전 장치에 사용하기에 충분한 표면 경도로 유지할 수 있다.

상기한 풍력 발전 장치용 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛은, 상기 접촉부에서의 내부 경도가 54 HRC 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 접촉부에서의 내부 경도가 풍력 발전 장치에 사용하기에 충분한 내부 경도이므로, 충분한 내피로(fatigue resistance) 강도를 확보할 수 있다.

또한, 상기한 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛은, 상기 접촉부의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도가 1150~1500Hv인 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들면, 10년간의 추정 마모량을 고려해도 충분한 경도를 확보할 수 있고, 장기간 마모에도 상기 복수의 연결 부재 각각의 치합면 또는 상기 내륜 및 외륜의 양 궤도면을 더욱 높은 표면 경도로 유지할 수 있다.

또한, 상기한 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛에서는, 상기 연결 부재가 원통 롤러 또는 스프래그(sprag)이며, 또한 상기 입력 회전체의 축 방향 선단부와, 상기 입력 회전체의 축 방향 선단부에 대향하는 구동축의 대향면 사이, 및 상기 출력 회전체의 축 방향 선단부와, 상기 출력 회전체의 축 방향 선단부에 대향하는 입력 회전체의 대향면 사이 각각에 간극이 형성되는 것에 의해, 상기 내륜 및 외륜의 축 방향의 상대적인 이동이 허용되고, 상기 입력 회전체 또는 출력 회전체가 온도 변화에 의해 축 방향으로 신축되는 때 상기 연결 부재가 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 부분의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도가 1000~1500Hv이다. 이때, 상기한 일방향 클러치 유닛에서는, 상기 롤링 베어링이 원통형 롤러 베어링이다. 이 경우, 온도 변화에 따라, 상기 연결 부재가 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 부분에 위치 어긋남이 생겨도, 장기간 마모된 후에도 상기 복수의 연결 부재 각각의 치합면 또는 상기 내륜 및 외륜의 양 궤도면을 풍력 발전 장치에 사용하는 것에 충분한 표면 경도로 유지할 수 있다.

본 발명의 일 태양에 따른 풍력 발전 장치용 일방향 클러치 및 일방향 클러치 유닛에 의하면, 풍력 발전 장치의 증속 기어의 출력축을 지지하는 롤러 베어링에 스미어링이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한 장기간 마모ㄷhls 후에도 사용상 충분한 경도를 장기간 유지할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 일방향 클러치를 내장한 풍력 발전 장치를 나타낸 개략 측면도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 풍력 발전 장치의 증속 기어의 출력축과 발전기의 구동축의 연결 부분을 나타낸 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 일방향 클러치를 나타낸 단면도이다.
도 4의 (a)~(i)는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 일방향 클러치에 사용되는 연결 부재(원통 롤러(73))의 제조 방법의 일례를 나타낸 공정도이다.
도 5는, 실시예 1에서의 열처리 조건 등을 나타내는 다이어그램이다.
도 6은, 실시예 2에서의 열처리 조건 등을 나타내는 다이어그램이다.
도 7은, 실시예 1에 의해 얻어진 시험편의 단면 조직을 관찰한 결과를 나타낸 도면 대용 사진이다.
도 8은, 실시예 1에 의해 얻어진 시험편의 내주면의 표면으로부터의 깊이와 비커스 경도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는, 실시예 2에 의해 얻어진 시험편의 조직을 관찰한 결과를 나타낸 도면 대용 사진이다.
도 10은은, 실시예 2에 의해 얻어진 시험편의 내주면의 표면으로부터의 깊이와 비커스 경도의 관계를 나타낸 그래프이다.

(풍력 발전 장치의 구성)

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 일방향 클러치를 내장한 풍력 발전 장치를 나타낸 개략 측면도이다. 이 풍력 발전 장치(1)는, 풍력을 받아 회전하는 주축(2)과, 이 주축(2)에 연결된 증속 기어(3)와, 이 증속 기어(3)에 연결된 발전기(4)와, 증속 기어(3)의 출력축(35)에 일체로 회전 가능하게 설치된 입력 회전체(5)와, 발전기(4)의 구동축(41)에 일체로 회전 가능하게 설치된 출력 회전체(6)와, 입력 회전체(5)와 출력 회전체(6) 사이에 배치된 일방향 클러치(7)와, 일방향 클러치(7)의 축 방향 양측에 배치된 한 쌍의 롤링 베어링(8)을 포함한다. 이 풍력 발전 장치(1)는, 풍력에 의한 주축(2)의 회전이 증속 기어(3)에 의해 증속되어 발전기(4)에 전달하고, 상기 발전기(4)를 구동시킴으로써 발전한다.

주축(2)의 선단부에는, 예를 들면, 풍력을 받는 수풍 부재인 블레이드(도시하지 않음)가 일체로 회전 가능하게 연결되어 있다. 이 블레이드는, 풍력을 받으면 주축(2)과 함께 회전하도록 되어 있다.

발전기(4)는, 증속 기어(3)에 의해 증속된 회전을 입력받아 회전하는 구동축(41)과, 발전기(4)에 내장된 로터(42)와, 도시하지 않은 스테이터(stator) 등을 포함한다. 로터(42)는 구동축(41)에 일체로 회전 가능하게 연결되어 있고, 구동축(41)이 회전하여 로터(42)가 구동함으로써 발전한다.

증속 기어(3)는, 주축(2)의 회전을 입력받아 그 회전을 증속하는 기어 기구(회전 전달 기구)(30)를 구비하고 있다. 이 기어 기구(30)는, 유성(遊星) 기어 기구(31)와, 이 유성 기어 기구(31)에 의해 증속된 회전을 입력받고 또한 그 회전을 증속하는 고속단 기어 기구(32)를 구비하고 있다.

유성 기어 기구(31)는, 내측 기어(31a)와, 주축(2)에 일체로 회전 가능하게 연결된 유성 캐리어(도시하지 않음)에 유지된 복수의 유성 기어(31b)와, 유성 기어(31b)에 맞물리는 태양 기어(31c)를 가지고 있다. 이로써, 상기 주축(2)과 함께 유성 캐리어가 회전하면, 유성 기어(31b)를 통하여 태양 기어(31c)가 회전하고, 그 회전이 고속단 기어 기구(32)의 저속축(33)에 전달된다.

고속단 기어 기구(32)는, 저속 기어(33a)를 가지는 상기 저속축(33)과, 제1 중간 기어(34a) 및 제2 중간 기어(34b)를 가지는 중간축(34)과, 고속 기어(35a)를 가지는 출력축(35)을 구비하고 있다.

저속축(33)은, 대형의 회전축으로 이루어지고, 주축(2)과 동심으로 배치되어 있다. 저속축(33)의 축 방향 양 단부는, 롤러 베어링(36a, 36b)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

중간축(34)은, 저속축(33)의 위쪽에 배치되어 있다. 또한, 중간축(34)의 축 방향 양 단부는, 롤러 베어링(37a, 37b)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 중간축(34)의 제1 중간 기어(34a)는 저속 기어(33a)와 맞물려 있고, 제2 중간 기어(34b)는 고속 기어(35a)와 맞물려 있다.

출력축(35)은, 중간축(34)의 위쪽에 배치되어 있고, 회전 토크를 출력하도록 되어 있다. 출력축(35)의 축 방향의 일단부(35b) 및 타단부(출력단부)(35c) 측은, 각각 롤러 베어링(38, 39)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

이상의 구성에 의해, 주축(2)의 회전은, 유성 기어 기구(31)의 기어비, 저속 기어(33a)와 제1 중간 기어(34a)의 기어비, 및 제2 중간 기어(34b)와 고속 기어(35a)의 기어비에 의해 3단계로 증속되어, 발전기(4)를 구동한다.

도 2는, 증속 기어(3)의 출력축(35)과 발전기(4)의 구동축(41)과의 연결 부분(일방향 클러치 유닛)을 나타낸 단면도이다.

도 2에 나타낸 일방향 클러치 유닛(9)은, 입력 회전체(5)와, 출력 회전체(6)와, 일방향 클러치(7)와, 한 쌍의 롤링 베어링(8)을 구비하고 있다. 일방향 클러치(7) 및 롤링 베어링(8)은, 출력축(35)의 회전을 입력 회전체(5) 및 출력 회전체(6)를 통하여 구동축(41)에 전달한다. 그리고, 도 2에 나타낸 일방향 클러치 유닛(9)은, 롤링 베어링(8)이 일방향 클러치(7)의 축 방향 양측에 배치되어 있지만, 일방향 클러치(7)의 축 방향 한쪽측에만 배치되어도 된다.

입력 회전체(5)는, 출력축(35)과 동심으로 배치되어 있고, 그 축 방향 일단부(도 2의 좌단부)로부터 축 방향 타단부(도 2의 우단부)를 향하여, 플랜지부(51), 대경부(大徑部)(52) 및 소경부(小徑部)(53)를 상기 순서로 가지고 있다.

플랜지부(51)는, 대경부(52)의 외주면보다 직경 방향 외측으로 연장되어 형성되어 있고, 출력축(35)의 출력단부(35c)에 착탈 가능하게 고정되어 있다. 구체적으로는, 플랜지부(51)는, 상기 출력단부(35c)에 형성된 플랜지부(35c1)와 맞닿은 상태로, 도시하지 않은 볼트 및 너트에 의해 상기 플랜지부(35c1)에 체결 고정되어 있다.

출력 회전체(6)는, 입력 회전체(5)의 직경 방향 외측에 동심으로 배치되어 있고, 원통부(61)와, 이 원통부(61)의 축 방향 타단부(도 3의 우단부)에 형성된 플랜지부(62)를 가지고 있다.

플랜지부(62)는, 원통부(61)의 외주면보다 직경 방향 외측으로 연장되어 형성되어 있고, 구동축(41)의 일단부에 착탈 가능하게 고정되어 있다. 구체적으로는, 플랜지부(62)는, 구동축(41)의 상기 일단부에 형성된 플랜지부(41a)와 맞닿은 상태로, 도시하지 않은 볼트 및 너트에 의해 상기 플랜지부(41a)에 체결 고정되어 있다.

원통부(61)의 내주면은 원통면로 되어 있고, 원통부(61)의 축 방향 일단부(도 3의 좌단부)의 내주면과 입력 회전체(5)의 대경부(52)의 외주면의 간극에는, 원통부(61)와 입력 회전체(5)의 소경부(53) 사이의 환형 공간을 밀봉하기 위한 환형의 실링 부재(10)가 설치되어 있다.

일방향 클러치(7)는, 입력 회전체(5)와 출력 회전체(6) 사이에 배치되어 있다. 이 일방향 클러치(7)는, 출력축(35)의 회전을 입력 회전체(5) 및 출력 회전체(6)를 통하여 구동축(41)에 연결/연결 해제 가능하게 전달하기 위해 설치되어 있다.

한 쌍의 롤링 베어링(8)은, 입력 회전체(5)의 소경부(53)와 출력 회전체(6)의 원통부(61) 사이에 각각 배치되어 있고, 입력 회전체(5) 및 출력 회전체(6)를 통하여 출력축(35) 및 구동축(41)을 서로 상대적으로 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 각각의 롤링 베어링(8)은, 그 축 방향 단부에 일방향 클러치(7)의 케이지(74)의 축 방향 양 단면에 각각 접촉 가능하게, 상기 일방향 클러치(7)의 축 방향 양측에 각각에 접하여 배치되어 있다.

롤링 베어링(8)은, 내륜(81)과, 외륜(82)과, 내륜(81) 및 외륜(82) 사이에 전동(轉動) 가능하게 배치된 복수의 원통 롤러(83)를 구비한 원통형 롤러 베어링이다.

내륜(81)은, 외주에 형성된 내륜 궤도면(81a)과, 이 내륜 궤도면(81a)의 축 방향 양측에서 직경 방향 외측을 향해 돌출되어 형성된 내륜 플랜지부(flange portion)(81b)를 가지고 있다. 각각의 내륜 플랜지부(81b)의 내측면에는, 원통 롤러(83)의 양 단면이 각각 슬라이딩 접촉하도록 되어 있다. 또한, 일방향 클러치(7)에 인접하는 내륜 플랜지부(81b)의 외측면(81b1)은, 일방향 클러치(7)의 케이지(74)의 축 방향 단면인 원환부(圓環部)(74a)의 외측면이 맞닿는 접촉면이다.

출력 회전체(6)의 원통부(61)의 축 방향 양 단부의 영역 A 및 C는, 롤링 베어링(8)의 외륜(82)으로서 사용되고, 이 영역(A, C)의 각각의 내주면에 외륜(82)의 외륜 궤도면(82a)이 형성되어 있다. 이 외륜 궤도면(82a)과 내륜 궤도면(81a) 사이에는 원통 롤러(83)가 전동 가능하게 배치되어 있다.

그리고, 본 발명에서, 입력 회전체 및 출력 회전체는, 각각 출력축 및 구동축과 일체로 형성되어 있어도 된다. 또한, 출력 회전체는, 입력 회전체의 직경 방향 내측에 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 일방향 클러치는, 외륜 내주면이 캠면으로서 형성되고, 내륜 외주면이 원통면으로서 형성되어도 된다. 또한 이 경우에는, 출력 회전체의 외주면에 내륜 외주면을 형성하고, 출력 회전체를 내륜로서 겸용 해도 된다.

또한, 일방향 클러치 및 롤링 베어링 각각의 외륜을 출력 회전체에 대하여 별개의 부재로서 설치해도 된다.

또한, 입력 회전체와 출력 회전체 사이에 배치되는 롤링 베어링은, 출력 회전체를 축 방향으로 이동시키기 위해 원통형 롤러 베어링으로 하고 있지만, 출력 회전체를 축 방향으로 이동시킬 필요가 없는 경우에는 볼 베어링이어도 된다.

그리고 일방향 클러치의 케이지는, 롤링 베어링의 외륜을 출력 회전체에 대하여 별개의 부재로서 설치하고, 이 외륜과 맞닿게 해도 된다.

(일방향 클러치의 구성)

도 3은, 일방향 클러치(7)를 나타낸 단면도이다. 도 2 및 도 3에서, 일방향 클러치(7)는, 내륜(71) 및 외륜(72)과, 이 내륜(71)의 외주면(71a)과 외륜(72)의 내주면(72a) 사이에 배치된 연결 부재로서의 복수의 원통 롤러(73)를 구비하고 있다.

그리고, 이하에서는, 내륜(71)의 외주면(71a) 및 외륜(72)의 내주면(72a)을, '내외륜(71, 72)의 궤도면(71a, 72a)'이라고 하기도 한다.

내륜(71)은, 입력 회전체(5)의 소경부(53)의 축 방향 중앙부에 외측으로부터 끼워져 고정되고, 소경부(53)와 일체로 회전한다. 출력 회전체(6)의 원통부(61)의 축 방향 중앙부의 영역 B는, 일방향 클러치(7)의 외륜(72)으로서 사용된다. 따라서, 원통부(61)의 영역 B의 내주면에, 상기 내주면(72a)이 형성되어 있다. 원통 롤러(73)는 원기둥 형상이며, 본 실시형태에서는 주위 방향으로 8개가 배치되어 있다.

일방향 클러치(7)는, 각각의 원통 롤러(73)를 원주 방향을 따라 소정 간격마다 유지하는 환형의 케이지(74)와, 각각의 원통 롤러(73)를 일방향으로 탄성적으로 가압하는 복수의 탄성 부재(75)를 더 구비하고 있다.

케이지(74)는, 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 원환부(74a)와, 양 원환부(74a) 사이에서 축 방향으로 연장되고, 또한 주위 방향으로 등간격으로 배열되어 상기 양 원환부(74a)를 연결하는 복수의 기둥부(74b)를 가지고 있다. 양 원환부(74a)와 인접하는 기둥부(74b) 사이에는 복수의 포켓(74c)이 형성되어 있고, 각 포켓(74c)에 각각의 원통 롤러(73)가 개별적으로 수용되어 있다.

탄성 부재(75)는, 압축 코일 스프링으로 이루어지고, 케이지(74)의 각 포켓(74c)에 개별적으로 수용되어 기둥부(74b)에 장착되어 있다.

내륜(71)의 외주면(71a)에는, 원통 롤러(73)와 같은 수(8개)의 평탄한 캠면(71c1)이 형성되어 있다. 또한, 외륜(72)의 내주면(72a)은 원통면으로 형성되어 있다. 내륜(71)의 캠면(71c1)과 외륜(72)의 원통면 사이에는, 공간(쐐기형 공간(S))이 주위 방향으로 복수개(8개) 형성되어 있다. 그리고 원통 롤러(73)는, 각각의 쐐기형 공간(S)에 개별적으로 배치되어 있고, 탄성 부재(75)가 원통 롤러(73)를 쐐기형 공간(S)이 좁아지는 방향으로 가압하고 있다. 원통 롤러(73)의 외주면은, 내륜(71)의 캠면(71c1) 및 외륜(72)의 원통면에 접촉하는 접촉면(73a)으로서 기능하고, 이 접촉면(73a)은 폭 방향(축 방향)으로 직선으로 형성되어 있다. 내륜(71) 및 외륜(72)의 사이에는, 에스테르(ester) 화합물을 베이스 오일로 하고, 우레아(urea) 화합물을 증점제(thickener)로서 포함하는, 온도 변화에 영향을 받기 어려운 윤활제인 그리스(grease)가 공급된다.

상술한 바와 같이 구성된 일방향 클러치(7)에서는, 입력 회전체(5)가 증속 회전함으로써, 입력 회전체(5)의 회전 속도가, 출력 회전체(6)의 회전 속도를 상회하는 경우에는, 내륜(71)이 외륜(72)에 대하여 일방향(도 3의 반시계 회전 방향)으로 상대적으로 회전한다. 이 경우, 탄성 부재(75)의 가압력에 의해, 원통 롤러(73)가, 쐐기형 공간(S)이 좁아지는 방향으로 약간 이동한다. 그리고 원통 롤러(73)의 접촉면(73a)이 내륜(71)의 외주면(71a) 및 외륜(72)의 내주면(72a)에 압접(壓接)하고, 일방향 클러치(7)는 원통 롤러(73)가 내륜(71) 및 외륜(72) 사이에 치합한 상태로 된다. 이로써, 내륜(71) 및 외륜(72)은 상기 일방향으로 일체로 회전 가능해지고, 입력 회전체(5)와 출력 회전체(6)를 일체로 회전 가능하게 접속할 수 있다.

또한, 입력 회전체(5)가 증속 회전한 후에 일정한 속도로 회전하여, 입력 회전체(5)의 회전 속도가, 출력 회전체(6)의 회전 속도와 동일하게 된 경우에는, 원통 롤러(73)가 내륜(71) 및 외륜(72)의 사이에 치합된 상태로 유지된다. 그러므로 일방향 클러치(7)는, 내륜(71) 및 외륜(72)이 상기 일방향으로 일체로 회전하는 것을 유지하고, 입력 회전체(5) 및 출력 회전체(6)는 일체로 계속 회전한다.

한편, 입력 회전체(5)가 감속 회전함으로써, 입력 회전체(5)의 회전 속도가, 출력 회전체(6)의 회전 속도를 하회하는 경우에는, 내륜(71)이 외륜(72)에 대하여 다른 방향(도 3의 시계 회전 방향)으로 상대적으로 회전한다. 이 경우에는, 탄성 부재(75)의 가압력에 저항하여, 원통 롤러(73)가, 쐐기형 공간(S)이 넓어지는 방향으로 약간 이동함으로써, 원통 롤러(73)와 내륜(71) 및 외륜(72) 각각의 치합이 해제된다. 이와 같이, 원통 롤러(73)의 치합이 해제됨으로써, 입력 회전체(5)와 출력 회전체(6)와의 접속이 차단된다.

상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 일방향 클러치(7)는, 입력 회전체(5)의 회전 속도가 출력 회전체(6)의 회전 속도를 상회하는 상태에서는, 입력 회전체(5)와 출력 회전체(6)를 일체로 회전 가능하게 접속하고, 입력 회전체(5)의 회전 속도가 출력 회전체(6)의 회전 속도를 하회하는 상태에서는, 입력 회전체(5)와 출력 회전체(6)의 접속을 차단하므로, 풍력의 저하에 의해 주축(2)을 통하여 출력축(35)의 회전 속도가 급격하게 저하되어도, 발전기(4)의 로터(42)의 관성에 의한 회전이 구동축(41)을 통하여 출력축(35)에 전달되는 것을 방지할 수 있으므로, 출력축(35)을 지지하고 있는 롤러 베어링(38, 39)에 작용하는 직경 방향 하중의 감소 및 이에 따른 롤러의 회전 지연을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 일방향 클러치(7)에 의하면, 이 상태로부터 풍력의 변화에 따라 주축(2)의 회전 속도가 급격하게 증가하여 롤러에 높은 하중이 걸렸을 때, 롤러가 회전륜과의 접촉면에서 잘 미끄러지지 않으므로, 롤러 베어링에 스미어링이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

풍력 발전 장치(1)에서는, 일반적으로, 상기 풍력 발전 장치(1)를 구성하는 부재가 크기 때문에, 온도 변화에 의한 신축양이 커진다.

본 실시형태에 따른 일방향 클러치(7)에서는, 볼 베어링과 달리, 축 방향으로 구속되어 있지 않다. 즉, 본 실시형태에 따른 일방향 클러치(7)에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 입력 회전체(5)의 축 방향 선단부(51a)와, 상기 입력 회전체(5)의 축 방향 선단부(51a)가 대향하는 구동축(41)의 대향면(41b) 사이에 간극(S1)이 있다. 또한, 출력 회전체(6)의 축 방향 선단부(61a)와, 상기 출력 회전체(6)의 축 방향 선단부(61a)가 대향하는 입력 회전체(5)의 대향면(51b) 사이에는 간극(S2)이 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 따른 일방향 클러치(7)에서는, 축 방향으로 간극 S1 및 S2가 있기 때문에, 내륜(71) 및 외륜(72)의 축 방향의 상대적 이동이 허용된다.

따라서, 온도 변화에 의해 출력축(35), 구동축(41) 등이 축 방향으로 신축되어 양축의 축 방향 간격이 변동된 경우, 연결 부재(원통 롤러(73))가 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 부분은, 상온(常溫)에서 사용하는 경우의 궤도면의 위치와 상이하게 된다. 그래서, 상온에서 사용하는 경우의 궤도면의 위치뿐 아니라, 예상되는 위치 어긋남량도 포함하는 범위에서, 입력 회전체(5) 또는 출력 회전체(6)가 온도 변화에 의해 축 방향으로 신축되는 때 연결 부재(원통 롤러(73))가 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 부분에 대해서도, 열처리를 행하고, 상기 부분의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도를 1000~1500Hv로, 상기 부분에서의 내부 경도를 54HRC 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 위치 어긋남량은, 풍력 발전 장치(1)가 사용되는 환경 온도, 사용 시의 발전기의 발열량 등으로부터 온도 변화 범위(예를 들면, -40~60℃)를 예상하여, 상기 온도 변화 범위에서의 각 부재의 신축양을 실험이나 계산으로 구함으로써 추정할 수 있다.

본 실시형태에서는, 일방향 클러치(7)의 원통 롤러(73), 내륜(71), 및 외륜(72)은, 마르텐사이트계 스테인레스강 재료(martenstitic stainless steel material)로부터 얻어진 모재로 만들어진다. 마르텐사이트계 스테인레스강 재료로서는, 예를 들면, SUS440, SAE51440, AIS440 등을 들 수 있지만, 본 발명은, 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다. 상기 마르텐사이트계 스테인레스강 재료 중에서, 일방향 클러치의 궤도면의 경도를 확보하는 관점에서, SUS440가 바람직하고, SUS440C가 더욱 바람직하다.

원통 롤러(73), 내륜(71), 및 외륜(72)은, 마르텐사이트계 스테인레스강 재료에 연질화(heat nitriding) 처리를 하여 얻어진 모재로 만들어진다. 원통 롤러(73)의 치합면(73a)은, 내륜(71) 및 외륜(72) 각각과의 사이에서 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 접촉부이다. 또한, 내외륜(71, 72)의 궤도면(71a, 72a)은, 원통 롤러(73)와의 사이에서 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 접촉부이다.

본 실시형태에서는, 일방향 클러치(7)의 원통 롤러(73), 내륜(71), 및 외륜(72) 모두가 마르텐사이트계 스테인레스강 재료로부터 얻어진 모재로 만들어지지만, 본 발명에서, 원통 롤러(73), 내륜(71), 및 외륜(72) 중 하나 이상이 마르텐사이트계 스테인레스강 재료로부터 얻어진 모재로 만들어져도 된다. 충분한 경도를 확보하는 관점에서, 적어도 내륜(71)이 마르텐사이트계 스테인레스강 재료로부터 얻어진 모재로 만들어져도 되고, 원통 롤러(73), 내륜(71), 및 외륜(72)의 모든 것이 마르텐사이트계 스테인레스강 재료로부터 얻어진 모재로 만들어져도 된다.

또한, 원통 롤러(73)에서, 내륜(71) 및 외륜(72) 사이에서 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 접촉부인 치합면(73a), 및 내륜(71) 및 외륜(72)에서, 원통 롤러(73)와의 사이에서 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 접촉부인 궤도면(71a, 72a) 각각의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 경도(비커스 경도)는, 1000Hv 이상이다. 상기 경도는, 풍력 발전 장치에 사용하는 데 충분한 경도를 확보하는 관점에서, 바람직하게는 1000~1500Hv 이하이다. 상기 경도(비커스 경도)는, 원통 롤러(73), 내륜(71) 및 외륜(72) 각각의 단면 조직의 접촉부 측으로부터 소정의 깊이의 위치에서 JIS Z 2244에 준해 측정함으로써 얻어진 값이다.

그리고 본 실시형태에서, 치합면(73a) 및 궤도면(71a, 72a) 모두의 표면 경도가 1000Hv 이상인 것으로 하였지만, 본 발명에서는, 원통 롤러(73), 내륜(71), 및 외륜(72) 중, 마르텐사이트계 스테인레스강 재료로부터 얻어지는 모재로 만들어진 부재의 상기 접촉부의 표면 경도 만을 1000Hv 이상으로 해도 된다. 내마모성을 향상시키는 관점에서, 적어도 내륜(71)의 궤도면(71a)의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 경도(비커스 경도)가 1000Hv 이상이어도 되고, 원통 롤러(73)의 치합면(73a), 내외륜(71, 72)의 양 궤도면(71a, 72a) 모두의 표면 경도가 1000Hv 이상이어도 된다.

또한, 원통 롤러(73)에서, 내륜(71) 및 외륜(72) 각각과의 사이에서 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 접촉부인 치합면(73a)과, 내륜(71) 및 외륜(72) 각각에서, 원통 롤러(73)와의 사이에서 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하는 접촉부인 궤도면(71a, 72a)의 내부 경도(록웰(Rockwell) (C 척도) 경도)는, 장시간 마모되었을 때도 충분한 경도를 확보하는 관점에서, 54HRC 이상이다. 그리고 상기 내부 경도의 상한은 통상 표면 경도 이하이다. 상기 내부 경도는, 원통 롤러(73), 내륜(71), 및 외륜(72) 각각의 단면 조직에서 접촉부 측으로부터 소정의 깊이의 위치에서 JIS Z 2245에 준해 측정함으로써 얻어진 값이다.

그리고 본 실시형태에서는, 치합면(73a) 및 궤도면(71a, 72a)의 내부 경도가 54HRC 이상으로 되어 있지만, 본 발명에서는, 원통 롤러(73), 내륜(71), 및 외륜(72) 중, 상기 모재로 만들어진 부재의 상기 접촉부의 내부 경도만이 54HRC 이상이어도 된다. 장기간 마모되었을 때도 충분한 경도를 확보하는 관점에서, 적어도 내륜(71)의 궤도면(71a)의 내부 경도가 54HRC 이상이어도 되고, 원통 롤러(73)의 치합면(73a), 내외륜(71, 72)의 양 궤도면(71a, 72a) 모두의 내부 경도가 54HRC 이상이라도 된다.

본 실시형태에서는, 연결 부재가 원통 롤러로 되어 있지만, 본 발명에서는, 연결 부재가 스프래그라도 된다.

본 실시형태에 따른 일방향 클러치(7)에 사용되는 원통 롤러(73), 내륜(71), 및 외륜(72)은, 예를 들면, 마르텐사이트계 스테인레스강 재료를 사용하고, 도 4의 (a)~(i)에 나타내는 각각의 공정을 포함하는 방법을 실시하여 얻을 수 있다. 이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 일방향 클러치에 사용되는 연결 부재(원통 롤러(73))의 제조 방법을 예를 들어 설명하지만, 본 발명은, 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다.

도 4의 (a)~(i)는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 일방향 클러치에 사용되는 연결 부재(원통 롤러(73))의 제조 방법의 일례를 나타낸 공정도이다.

먼저, 마르텐사이트계 스테인레스강 재료로부터 마르텐사이트계 스테인레스강으로 만들어진 원기둥형의 공작물(W)(도 4의 (a) 참조)을 제조하고, 얻어진 공작물(W)에 절삭 가공 등을 행하여, 소정 형상으로 가공하여, 외주면(101a) 및 단면(101b1, 101b2) 각각을 형성하는 부분에 연마 가공 여유(grinding allowance)를 가지는 롤러의 소형재(素形材: rough shape material)(101)를 얻는다("사전 가공 공정(preliminary machining process)", 도 4의 (b) 참조.

다음으로, 소형재(101)의 외주면(101a) 및 단면(101b1, 101b2) 각각을 형성하는 부분에 대하여 연마 가공을 행하고, 외주면(101a)을 형성하는 부분에 대하여는 초 마무리 가공(super-finishing process)을 추가로 행하여, 소정 정밀도로 마무리한다("마무리 공정(finishing process)", 도 4의 (c) 참조).

그 후, 상기 마무리 가공으로 얻어진 중간에 대하여, 담금질(quenching) 처리를 행한다("담금질 공정(quenching process)", 도 4의 (d) 참조). 담금질 처리는, 예를 들면, 중간재를 1000℃~1100℃로 5분 이상 가열하고 급냉함으로써 행해진다.

급냉은, 오일탕에서 냉각유를 이용한 오일 냉각으로 행한다.

다음으로, 담금질 처리한 중간재에 대하여, 서브 제로 처리를 행한다("서브 제로 처리 공정(sub-zero treatement process)", 도 4의 (e) 참조). 서브 제로 처리는, 예를 들면, -80℃~-60℃로 5분 이상 상기 중간재를 냉각시킴으로써 행해진다.

다음으로, 서브 제로 처리한 중간재에 대하여, 템퍼링 처리를 행한다("템퍼링 처리(tempering treatment)", 도 4의 (f) 참조). 이 템퍼링 처리는 예컨대 400℃가 넘는 온도, 통상은 450℃~550℃에서 중간재를 가열함으로써 행해진다.

다음으로, 템퍼링 처리한 중간재(102)의 외주면(10a)을 형성하는 부분의 표면에 생긴 산화 피막(103)을 제거한다("표면 산화 피막 제거 처리(surface oxide film removing treatment)", 도 4의 (g) 참조).

마르텐사이트계 스테인레스강 재료는, 열처리 등에 의해 그 재료의 표면에 산화 피막이 형성되므로, 그대로는, 질화 처리에 의해 상기 재료의 표면에 질화물로 이루어지는 층을 형성하는 것이 곤란하다. 그래서, 상기한 바와 같이, 템퍼링 처리 후의 중간재(102)에 대하여 표면 산화 피막 제거 처리를 행함으로써, 이후의 가스 연질화 처리를 효율적으로 행할 수 있다.

중간재(102)의 표면으로부터의 산화 피막(103)의 제거는, 예를 들면, 중간재(102)를 환원(還元) 가스 분위기 중에 놓아둠으로써 행할 수 있다. 환원 가스로서는, 예를 들면, 불화(fluorinate) 질소 등을 들 수 있지만, 본 발명은, 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 표면 산화 피막 제거 처리를 행한 중간재(104)에 대하여, 가스 연질화 처리를 행한다("가스 연질화 공정(gas soft nitriding)", 도 4의 (h) 참조).

이로써, 본 실시형태에 따른 일방향 클러치(7)의 연결 부재인 원통 롤러(73)를 얻을 수 있다(도 4의 (i) 참조). 이 연결 부재는, 연질화를 한 마르텐사이트계 스테인레스강 재료를 모재로 만들어진다. 또한, 상기 연결 부재의 접촉부의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도는 1000~1500Hv이며, 상기 접촉부의 내부 경도는 54HRC 이상이다.

가스 연질화 처리는, 예를 들면, 표면 산화 피막 제거 처리를 한 중간재(104)를, 가스 연질화 분위기 하에 400~500℃로 가열함으로써 행해진다. 가열 시간은 적절히 결정할 수 있다.

종래, 가스 연질화 처리는, 약 580℃의 온도 조건하에 행해지고 있다.

그러나 본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 강재로서, 다른 강재에 비해 크롬 함유량이 많은 마르텐사이트계 스테인레스강 재료가 사용되고 있으므로, 상기 마르텐사이트계 스테인레스강의 조직 중으로의 질화물의 분산 및 상기 조직 내에서의 질화물의 석출(precipitation)이 용이하다. 또한, 본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 약 500℃까지의 온도로 가열해도 조직 변화를 쉽게 생기지 않는 마르텐사이트계 스테인레스강 재료가 사용되고 있으므로, 가스 연질화 처리에서의 가열 유지 온도를 500℃ 이하로 함으로써, 조직 변화를 생기게 하지 않고, 치수 및 경도의 변화를 억제할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 가스 연질화 처리에서의 가열 유지 온도가 500℃ 미만으로 되어 있으므로, 가스 연질화 처리 후에 마무리 가공을 행할 필요가 없으므로, 제조 공정을 간략화하고, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

가스 연질화 처리에 사용되는 분위기 가스는, 암모니아 가스, 질소 가스, 수소 가스, 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스 등을 포함하는 혼합 가스이다.

그리고, 본 실시형태에서는, 연결 부재의 제조 방법을 예로서 설명하였으나, 일방향 클러치(7)의 내륜(71) 및 외륜(72)도 동일한 공정에 의해 제조할 수 있다.

실시예

이하에 실시예 등을 들어 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은, 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

마르텐사이트계 스테인레스강(SUS440C) 재료를 소정 형상으로 가공하여, 일방향 클러치(7)의 외륜(72)(설계 치수: 내경 75㎜, 두께 175㎜)을 위한 소형재를 얻었다. 얻어진 소형재는, 내주면을 형성하는 부분에 연마 가공 여유를 가진다. 다음으로, 얻어진 소형재의 내주면을 형성하는 부분에 대하여 연마 마무리 가공을 행한 후, 초과 마무리 가공을 추가로 행하여, 소정 정밀도로 마무리하여, 중간재를 얻었다.

얻어진 중간재에 대하여, 도 5에 나타내는 열처리 등을 행하였다. 구체적으로는, 중간재를 840℃로 30분간 및 1020℃로 45분간 가열한 후, 오일탕에서 급냉함으로써 담금질 처리를 행하였다. 다음으로, 얻어진 중간재를 -75℃로 60분간 냉각시키는 서브 제로 처리를 행하였다. 그 후, 얻어진 중간재를 520℃로 2시간 가열하는 템퍼링 처리를 행하였다. 얻어진 중간재를 환원 가스 분위기 중에 놓아둠으로써, 상기 중간재에서 내주면을 형성하는 부분의 표면에 생긴 산화 피막을 제거하였다. 다음으로, 표면 산화 피막 제거 처리를 행한 중간재를, 가스 연질화 분위기 중에 450℃로 8시간 가열하는 가스 연질화 처리를 행하였다. 이로써, 외륜을 얻었다. 그리고, 가스 연질화 처리 전후의 외륜의 치수 변화는, 공차(公差)(±20㎛) 미만이었다.

(실시예 2)

실시예 1에서, 가스 연질화 처리 시의 가열 유지 온도를 450℃로 하고, 또한 가열 유지 시간을 8시간으로 하는 대신에, 가스 연질화 처리 시의 가열 유지 온도를 500℃로 하고, 또한 가열 유지 시간을 3시간으로 한 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지의 조작을 행하고, 시험편(외륜)을 얻었다. 실시예 2에서 행한 열처리 조건을 도 6에 나타낸다. 그리고 가스 연질화 처리 전후의 외륜의 치수 변화는, 공차(±30㎛) 미만이었다.

(시험예 1)

실시예 1 및 2에 의해 얻어진 시험편 각각의 단면 조직을 전자 현미경으로 관찰하였다. 또한, 실시예 1 및 2에 의해 얻어진 시험편 각각의 표면 경도 분포를 조사하였다. 표면 경도는 JIS Z 2244에 준해 측정하였다.

또한, 실시예 1 및 2에 의해 얻어진 시험편 각각의 단면 경도 분포를 조사하였다. 단면 경도는, 각 시험편의 단면 조직을 사용하고, JIS Z 2244에 준해 측정하였다.

실시예 1에 의해 얻어진 시험편의 단면 조직을 관찰한 결과를 도 7, 실시예 1에 의해 얻어진 시험편의 내주면의 표면으로부터의 깊이와 비커스 경도의 관계를 조사한 결과를 도 8, 실시예 2에 의해 얻어진 시험편의 조직을 관찰한 결과를 도 9, 실시예 2에 의해 얻어진 시험편의 내주면의 표면으로부터의 깊이와 비커스 경도의 관계를 조사한 결과를 도 10에 나타낸다.

본 발명과 같이, 표면 산화 피막 제거 처리를 행하고, 또한 가열 유지 온도를 450℃로 가스 연질화 처리를 행한 실시예 1(도 7 및 8 참조)에서는, 확산층이 관찰되고, 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도가 1138~1348Hv이며, 표면으로부터 50㎛ 이상의 깊이의 부분에서의 내부 경도가 658Hv(약 58HRC) 이상이며, 또한 표면(확산층의 상부)에 화합물층이 거의 관찰되지 않는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명과 같이, 표면 산화 피막 제거 처리를 행하고, 또한 가열 유지 온도를 500℃로 가스 연질화 처리를 행한 실시예 2(도 9 및 10 참조)에서는, 확산층이 관찰되고, 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도가 1203~1370Hv 이상이며, 내부 경도가 580Hv(약 54HRC) 이상이며, 또한 표면(확산층의 상부)에 화합물층이 거의 관찰되지 않는 것을 알 수 있다.

본 출원은, 2013년 3월 12일 출원의 일본 특허 출원(특허출원 2013-048937)에 기초한 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 통합된다.

1: 풍력 발전 장치; 3: 증속 기어; 4: 발전기; 5: 입력 회전체; 6: 출력 회전체; 7: 일방향 클러치; 8: 롤링 베어링(원통형 롤러 베어링); 9: 일방향 클러치 유닛; 30: 기어 기구(회전 전달 기구); 35: 출력축; 38: 롤러 베어링; 41: 구동축; 42: 로터; 71a: 접촉부(내륜 외주면); 72a: 접촉부(외륜 내주면); 73: 롤러; S: 공간(쐐기형 공간)

Claims (6)

1. 풍력 발전 장치의 증속 기어의 출력축에 일체로 회전 가능하게 설치된 입력 회전체, 및 상기 출력축의 회전이 전달되는 발전기의 구동축에 일체로 회전 가능하게 설치되고, 상기 입력 회전체의 직경 방향 내측 또는 직경 방향 외측에 동심으로 배치된 출력 회전체 중 한쪽의 회전체 측에 설치되는 내륜;
   상기 입력 회전체 및 상기 출력 회전체 중 다른 쪽의 회전체 측에 설치되고, 또 상기 내륜의 직경 방향 외측에 배치되는 외륜; 및
   상기 내륜 및 외륜의 양 궤도면 사이에 형성된 복수의 공간에 개별적으로 배치된 복수의 연결 부재
   를 포함하고,
   상기 입력 회전체의 회전 속도가 상기 출력 회전체의 회전 속도를 상회하는 상태에서는 상기 연결 부재가 상기 내륜 및 외륜의 양 궤도면에 치합하는 것에 의해 상기 입력 회전체와 출력 회전체를 일체로 회전 가능하게 접속하고, 상기 입력 회전체의 회전 속도가 상기 출력 회전체의 회전 속도를 하회하는 상태에서는 상기 치합을 해제함으로써 상기 입력 회전체와 출력 회전체의 접속을 차단하고,
   상기 복수의 연결 부재, 또는 상기 내륜 및 외륜이, 연질화가 행해진 마르텐사이트계(martensitic) 스테인레스강 재료를 모재(母材)로 만들어지고, 상기 모재에서의, 상대 부재와의 사이에서 상대적으로 슬라이딩 이동 또는 치합하여 접촉하는 접촉부의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도(Vickers hardness)가 1000~1500Hv인,
   풍력 발전 장치용 일방향 클러치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 접촉부의 내부 경도가 54HRC 이상인, 풍력 발전 장치용 일방향 클러치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 접촉부의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도가 1150~1500Hv인, 풍력 발전 장치용 일방향 클러치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 연결 부재가 원통 롤러 또는 스프래그(sprag)이며,
   상기 입력 회전체의 축 방향 선단부와 상기 입력 회전체의 축 방향 선단부에 대향하는 구동축의 대향면의 사이, 및 상기 출력 회전체의 축 방향 선단부와 상기 출력 회전체의 축 방향 선단부에 대향하는 입력 회전체의 대향면의 사이 각각에 간극이 형성되는 것에 의해 상기 내륜 및 상기 외륜의 축 방향의 상대적 이동이 허용되고,
   상기 입력 회전체 또는 상기 출력 회전체가 온도 변화에 의해 축 방향으로 신축되는 때 상기 연결 부재가 상대적으로 슬라이딩 이동하거나 치합하는 부분의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도가 1000~1500Hv인,
   풍력 발전 장치용 일방향 클러치.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 일방향 클러치; 및
   풍력 발전 장치의 증속 기어의 출력축에 일체로 회전 가능하게 설치된 입력 회전체와, 상기 출력축의 회전이 전달되는 발전기의 구동축에 일체로 회전 가능하게 설치되고 상기 입력 회전체의 직경 방향 내측 또는 직경 방향 외측에 동심으로 배치된 출력 회전체 사이에, 상기 일방향 클러치에 인접하여 배치되고, 상기 입력 회전체 및 출력 회전체를 서로 상대적으로 회전 가능하게 지지하는 롤링 베어링
   을 포함하는 풍력 발전 장치용 일방향 클러치 유닛.
6. 제5항에 있어서,
   상기 롤링 베어링이 원통형 롤러 베어링이며,
   상기 연결 부재가 원통 롤러 또는 스프래그이며,
   상기 입력 회전체의 축 방향 선단부와 상기 입력 회전체의 축 방향 선단부에 대향하는 구동축의 대향면의 사이, 및 상기 출력 회전체의 축 방향 선단부와 상기 출력 회전체의 축 방향 선단부에 대향하는 입력 회전체의 대향면의 사이 각각에 간극이 형성되는 것에 의해, 상기 내륜 및 외륜의 축 방향의 상대적 이동이 허용되고,
   상기 입력 회전체 또는 출력 회전체가 온도 변화에 의해 축 방향으로 신축되는 때 상기 연결 부재가 상대적으로 슬라이딩 이동하거나 치합하는 부분의 표면으로부터 20㎛까지의 부분의 비커스 경도가 1000~1500Hv인,
   풍력 발전 장치용의 일방향 클러치 유닛.

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