(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピサイクリックギアボックス（３０）であって、
内側キャビティを含むギアボックスハウジングと、
前記ハウジング内に配置されたサンギア（３２）と、
前記サンギアと係合して周回し、第１の材料から形成されたギアリム（３６）を備える少なくとも１つの遊星ギア（３４）と、
前記少なくとも１つの遊星ギアの前記ギアリム（３６）とジャーナル（８０）との間に配置されたインサート（５０）と、
を備え、前記インサートが、前記第１の材料とは異なる第２の材料から且つ前記第１の材料よりも小さい密度の材料で形成され、前記第２の材料が、前記少なくとも１つの遊星ギアへの荷重による撓みを制限するのに必要な剛性を提供する、エピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項２】
前記インサートが円筒形である、請求項１に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項３】
前記エピサイクリックギアボックスがスターギア構成である、請求項１または２に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項４】
固定されたキャリア（４０）と、回転するリングギア（６０）とを更に備える、請求項３に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項５】
前記リングギアの回転により前記ファンが駆動される、請求項４に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項６】
前記ギアボックスが、遊星ギアボックス構成である、請求項１乃至５のいずれかに記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項７】
前記サンギアの周りでの前記少なくとも１つの遊星ギアの周回を確立するキャリア（４０）を更に備える、請求項６に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項８】
前記キャリアが前記ファンの回転を駆動する、請求項７に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの遊星ギアの外側に配置されたリングギア（６０）を更に備える、請求項６乃至８のいずれかに記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項１０】
前記リングギアが固定され、前記少なくとも１つの遊星ギアの周回を引き起こす、請求項９に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの遊星ギアが位置付けられるキャリア（４０）を更に備える、請求項１０に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項１２】
前記キャリアが回転して、前記ファンに駆動可能に接続されて該ファンの回転を引き起こすようにする、請求項１１に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項１３】
前記第２の材料が、前記第１の材料よりも軽量である、請求項１乃至１２のいずれかに記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項１４】
前記インサートが、アルミニウム、複合材料、複合金属マトリクス、チタン、チタン合金、マグネシウム又はマグネシウム合金のうちの１つから形成される、請求項１３に記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【請求項１５】
前記インサートが、接着、溶接、圧入又は機械的接合のうちの１つにより前記ギアリムに接続される、請求項１乃至１４のいずれかに記載のエピサイクリックギアボックス（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、全体的に、遊星（プラネタリー）ギアボックスに関する。より具体的には、限定ではないが、本発明の実施形態は、例えば、航空機エンジンにおける遊星ギアボックスで使用する軽量の遊星（プラネタリー）構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガスタービンエンジンは一般に、前端と後端とを有し、これらの間に複数のコア又は推進構成要素が軸方向に位置付けられている。空気入口すなわち吸気口は、エンジンの前端に配置される。吸気口に続いて、後端に向かって順番に、圧縮機、燃焼室、及びタービンがある。例えば、低圧及び高圧圧縮機並びに高圧及び低圧タービンなどの追加の構成要素もエンジンに含めることができることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。しかしながら、これは網羅的な記載ではない。
【０００３】
圧縮機及びタービンは一般に、軸方向で多段にスタックされた翼形部の列を含む。各段は、円周方向に離間したステータベーンの列と、タービンエンジンの中央シャフト又は軸線の周りで回転するロータブレードの列とを含む。タービンエンジンは、一般にブレードと呼ばれる回転翼形部間のエンジン軸方向で離間され、一般にベーンと呼ばれる固定翼形部の複数の段を含むことができる。
【０００４】
エンジンはまた、典型的には、エンジンの中央長手方向軸線に沿って軸方向に配置された第１のシャフトを有する。内部シャフトが高圧タービンと高圧空気圧縮機との間を延び、タービンが空気圧縮機に回転入力を提供して圧縮機ブレードを駆動するようになる。第１及び第２のロータディスクは、作動中に圧縮機に動力を供給するための対応するロータシャフトによって圧縮機に連結される。第２のシャフトは、低圧タービン及び低圧圧縮機を連結する。第２のシャフトはまた、飛行中の航空機に動力を供給するためのターボファンを駆動することができる。これは、直接的、又は例えばギアボックスを介して間接的とすることができる。
【０００５】
作動時には、空気は、圧縮機において加圧され、燃焼器内で燃料と混合されて高温の燃焼ガスを発生し、該燃焼ガスは、タービン段を通って下流側に流れる。これらのタービン段は、燃焼ガスからエネルギーを取り出す。最初に、高圧タービンが燃焼器から高温の燃焼ガスを受け取り、該高圧タービンは、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びる高圧タービンロータブレードの列を通って下流側に燃焼ガスを配向するステータノズル組立体を含む。ステータノズルは、高温の燃焼ガスを転回させ、隣接する下流側のタービンブレードにおける取り出しが最大限になるようにする。２段タービンにおいて、第２段ステータノズル組立体は、第１段ブレードの下流側に位置付けられ、その後に、第２の支持ロータディスクから半径方向外向きに延びる第２段ロータブレードの列が続く。タービンは、燃焼ガスエネルギーを機械エネルギーに変換する。
【０００６】
燃焼ガス流路の過酷な温度及び動作パラメータに起因して、タービン及び圧縮機両方のステータベーン及び回転ブレードは、極度の機械的負荷及び熱的負荷により高応力を受ける可能性がある。加えて、ガスタービンエンジンは、多くの場合、推力を提供するターボファンを備えている。これらのターボファンはまた、エンジンの前端から後端に向けた空気移動を引き起こすために翼形部を利用しているので、その動作温度に起因して、軽量の複合材料から形成することができる。
【０００７】
ガスタービンエンジンの望ましい特性又は目標は、翼形部構造体の性能を改善することである。タービンエンジンの性能を向上させる１つの既知の手段は、エンジンの構成要素の重量を低減することによる。エンジンの構成要素の重量を低減する１つの手段は、より軽量の材料を使用することである。例えば、ファンに関しては、ファンは、低圧タービンシャフトにより駆動することができる。この駆動は、一部のエンジン設計による動力伝達ギアボックスを通じて起こる。これらの動力伝達装置は、エピサイクリックスター及び遊星ギアシステムなどの種々のギアシステムを含むことができる。
【０００８】
ギアは、大きな力及びトルク荷重を伝達することが要求され、従って、鋼鉄材料から形成されることが多い。エピサイクリックギアシステムには、プラネタリ（遊星）ギアと呼ばれる複数のギアがある。これらの遊星ギアは、中心軸線の周りを回転し、このような回転中にサンギアの周りを周回する。遊星構成において、遊星ギアは、遊星を囲む固定のリングギアに対して回転するキャリアに接続することができる。或いは、スター構成においては、遊星は、リングギアが転回するように固定のキャリアに接続されることにより非周回とすることができる。これらの実施形態において、鋼鉄製ギアが利用される場合、重量低減及びエンジン性能向上のため、利用される鋼鉄の量を低減することが望ましい。遊星構成において、遊星ギアの重量低減はまた、周回する遊星ギアの遠心荷重を低減することにより、遊星軸受荷重を改善する役割を果たす。
【０００９】
上記のことから分かるように、ガスタービンエンジン構成要素に関するこれら及び他の欠点を克服することが望ましいことになる。より具体的には、構造体の動作、強度又は疲労強度に悪影響を及ぼすことなく、ギアボックス構成要素の重量を低減することが望ましいことになる。
【００１０】
本明細書で挙げられた何れかの引例及びその何らかの説明又は検討を含む、本明細書のこの背景技術の段落において含まれる情報は、技術的な参照の目的で含められ、本発明の範囲が制限されることになる主題とみなすべきではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，６７４，３５１号明細書
【発明の概要】
【００１２】
本発明の実施形態の態様によれば、エピサイクリックギアボックス用の軽量ギア組立体が提供される。ギア組立体、例えば遊星ギア組立体は、拡大寸法を有する第１の材料の比較的重量のあるギアリムと、比較的重量のある第１の材料の量を低減するため比較的軽量の第２の材料から形成されたインサートと、を含む。軽量の第２の材料は、第１の材料に対して低密度で提供される。これにより、遊星ギア及び軸受の載荷能力を維持しながら、遊星ギア組立体の全体の重量が低減される。
【００１３】
一部の実施形態によれば、エピサイクリックギアボックスは、低圧タービンからの入力シャフトとファンへの出力シャフトとを受ける内側キャビティを含むギアボックスハウジングと、ハウジング内に配置されたサンギアと、がサンギアと係合して周回する少なくとも１つの遊星ギアと、を備える。少なくとも１つの遊星ギアは、第１の材料から形成することができる。インサートは、少なくとも１つの遊星ギアのギアリムとジャーナル軸受との間に配置される。インサートは、第１の材料とは異なり第１の材料よりも小さい密度の第２の材料から形成することができる。
【００１４】
この発明の概要は、発明を実施するための形態において以下で更に説明される概念の中から選択された内容を簡易的な形態で紹介するために提供される。本概要は、請求項に記載された主題の主要な特徴又は基本的特徴を確認することを意図しておらず、更に、請求項に記載された主題の範囲を限定するのに使用されるものでもない。上記で概説した特徴の全ては、単に例証として理解すべきであり、軽量の遊星設計のより多くの特徴及び対象物が、本明細書の開示から得ることができる。従って、この発明の概要の非限定的な解釈は、本明細書、請求項、これらと共に含まれる図面全体をより詳細に読むことなく理解されるはずである。本発明の特徴、詳細事項、有用性、及び利点の更に広範囲の表現は、本発明の種々の実施形態に関する以下の明細書において提供され、添付図面において例示され、添付の特許請求の範囲において定義される。
【００１５】
これらの実施形態の上述した及び他の特徴及び利点、並びにこれらを実現する方法は、添付図面と共に以下の実施形態の説明を参照することによって明らかになり、
エピサイクリックギアボックスのための軽量ギア組立体がより良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】低圧タービンシャフトとファンとの間に配置された遊星ギアボックスを含む例示的なガスタービンエンジンの断面図。
【図２】例示的な遊星ギアボックスの前方から後方を見た図。
【図３】明確にするためにキャリアが取り除かれた状態の遊星ギアボックスの一部の等角図。
【図４】例示的な遊星ギアボックスの断面図。
【図５】低圧タービンシャフトとファンとの間に配置されたスターギアボックス構成を含む第２の例示的なガスタービンエンジンの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、その１つ又はそれ以上の実施例が図面に例示されている提示された実施形態について詳細に説明する。各実施例は、説明の目的で提供され、本開示の実施形態を限定するものではない。実際に、本開示の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本実施形態において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、このような修正形態及び変形形態を添付の請求項及びその均等物の範囲内にあるものとして保護することが意図される。
【００１８】
図１〜５を参照すると、エピサイクリックギアボックスのための軽量ギア組立体の種々の実施形態が示されている。遊星ギアは、通常よりも大きい軸方向軸受アパーチャを有するように孔開けされ又は形成されている。より大きなアパーチャにより、ギアを形成するのに利用される比較的重量のある金属（例えば、鋼鉄）の重量が低減される。第２の別個の材料から形成されたインサートは、ボア内でギアと軸受との間に位置付けられる。第２の材料は、限定ではないが、アルミニウム、複合材、チタン、マグネシウム、これらの合金、又は変型もしくは組み合わせを含むことができる。第２の材料のインサートは、第１の材料よりも低密度であり、従って、第１の材料よりも軽量とすることができる。
【００１９】
本明細書で使用される用語「軸方向」又は「軸方向に」とは、エンジンの長手方向軸線に沿った寸法を意味する。「軸方向」及び「軸方向に」と併せて使用される用語「前方」とは、エンジン入口に向かう方向に移動していること、又はある構成要素が別の構成要素と比較してエンジン入口により近接していることを意味する。「軸方向」又は「軸方向に」と併せて使用される用語「後方」とは、エンジンノズルに向かう方向に移動していること、又はある構成要素が別の構成要素と比較してエンジンノズルにより近接していることを意味する。
【００２０】
本明細書で使用される用語「半径方向」及び「半径方向に」とは、エンジンの長手方向軸線とエンジン外周との間に延びる寸法を意味する。単独で又は用語「半径方向」又は「半径方向に」と併せて使用される用語「遠位方向」又は「遠位方向に」とは、エンジン外周に向かう方向に移動していること、又はある構成要素が別の構成要素と比較してエンジン外周により近接していることを意味する。
【００２１】
図１を最初に参照すると、ガスタービンエンジン１０の概略側断面図が示される。タービンの機能は、高温高圧の燃焼ガスからエネルギーを抽出して、該エネルギーを仕事を行うために機械エネルギーに変換することである。タービンエンジン１０は、入口端部１２を有し、ここで、圧縮機１４、燃焼器１６、及び多段高圧タービン２０によって全体として定められるコア又はプロパルサー１３に空気が流入する。全体として、プロパルサー１３は、作動中に動力を提供する。ガスタービン１０は、航空機、発電、産業、船舶、又は同様のものに使用することができる。
【００２２】
作動時には、空気は、エンジン１０の空気入口端部１２を通って流入し、少なくとも１つの圧縮段を通って移動して、ここで空気の圧力が増大して燃焼器１６に配向される。圧縮空気は、燃料と混合され、燃焼して高温の燃焼ガスを提供し、該燃焼ガスは、高圧タービン２０に向けて燃焼器１６から流出する。高圧タービン２０において、高温の燃焼ガスからエネルギーが抽出され、タービンブレードの回転を引き起こし、その結果、エンジン軸線２６の周りのシャフト２４の回転が生じる。シャフト２４は、例えば、高圧シャフトとすることができる。シャフト２４は、エンジンの前面に向けて通過し、タービンエンジン設計に応じて、１又はそれ以上の圧縮機段１４、ターボファン１８、又は入口ファンブレードを連続的に回転させる。低圧タービン２１はまた、追加のエネルギーを抽出して、追加の圧縮機段に動力を供給するのに利用することができる。
【００２３】
図１を更に参照すると、エンジン入口１２は、複数のブレードを有するファン１８を含む。ファン１８は、シャフト２８により低圧タービン２１に接続され、タービンエンジン１０に対する推力を生成する。ファン１８の様々なブレードに関して検討されるが、複数材料の翼形部は、ガスタービンエンジン１０内の様々な翼形部と共に利用することができる。加えて、複数材料のブレードはまた、タービンエンジン以外の構造体に関連する様々な翼形部と共に利用することもできる。
【００２４】
図１は更に、エピサイクリックギアボックス３０（例えば遊星ギアボックス）を示している。例示的な実施形態のエピサイクリックギアボックス３０は、遊星ギアボックスであるが、本明細書で記載される実施形態と共に他のタイプのギアボックスを利用してもよく、例えば、実施形態は、スターギア構成で利用してもよい。本発明のエピサイクリックギアボックス３０は、低圧タービンシャフト２８から入力を受け取る。出力側では、エピサイクリックギアボックス３０は、シャフト３１（例えば、出力シャフト）を介してファン１８に接続される。エンジン作動中、低圧タービンシャフト２８が回転して、エピサイクリックギアボックス３０の内側にあるギアトレーンを転回させて出力を提供し、これによりファン１８が回転する。
【００２５】
ここで図１及び２を参照すると、エピサイクリックギアボックス３０は、断面図と前方から後方を見た図とを組み合わせて記載されている。エピサイクリックギアボックス３０は、サンギア３２、複数の遊星ギア３４、リングギア６０、及びキャリア４０を含む。この実施形態において、遊星ギア３４を囲むリングギア６０は固定され、従って、この機構は、遊星ギアボックス構成と呼ばれる。
【００２６】
例示的なエピサイクリックギアボックス３０は、ギアトレーン内で中心に配置され且つその周りで複数の遊星ギア３４が配置されるサンギア３２を含む。サンギア３２は、シャフト２８（図１、例えば、低圧タービンシャフト）から入力駆動トルクを受け取る。サンギア３２は、駆動シャフトからの入力トルクのための中心アパーチャ３３と、サンギア３２の周りに配置された複数の歯３７とを有する。歯３７は、サンギア３２の周りに配置された複数の遊星ギア３４と係合する。
【００２７】
加えて、遊星ギア３４は、サンギア３２を周回する。例示的な実施形態において、例示的な実施形態において、遊星ギア３４は、該遊星ギア３４の回転と共にサンギア３２の周回を可能にするキャリア４０内に保持される。インサート５０は、遊星ギア３４のギアリム３６とジャーナル８０との間に位置付けることができる。インサート５０は、ギアリム３６を形成する第１の鋼鉄材料とは異なる第２の材料から形成される。また、インサート５０を形成する第２の材料は、アルミニウム、限定ではないが複合材金属マトリクスを含む複合材料、或いは動作環境の温度及び強度要件に耐えるのに好適な何らかの他の材料など、第１の材料である鋼鉄よりも軽量の材料から形成される。加えて、チタン又はチタン合金を利用することもできる。これらの材料は全て、材料又は材料の組み合わせが鋼鉄よりも小さい、すなわち約０．２ポンド／立方インチ未満の低密度の特性を有することができる。第２の材料をより低い密度にすることにより、第２の材料の重量は、ギアリム３６の第１の材料の重量と比べると小さくなる。ジャーナル軸受に作用する平均荷重は、約１０００〜約１５００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）であり、第２の材料は、これを支持できる必要があるが、ギアリム３６を形成する第１の材料の強度を有する必要はない。
【００２８】
遊星ギア３４の半径方向外側にリングギア６０が配置される。リングギア６０は固定とすることができ、或いは、遊星ギア３４の回転により回転することができる。リングギア６０は、遊星ギア３４及びキャリア４０を囲み且つ係合する複数のギア歯６２を含む。リングギア６０は、一部品から、又は様々な方法で組み立てられる複数の部品から形成することができる。本実施形態によれば、リングギア６０は、キャリア４０及び遊星ギア３４が作動中にサンギア３２を周回するように固定される。代替形態によれば、遊星ギア３４は、サンギア３２の周りの周回運動に関しては固定とすることができ、この場合、リングギア６０が遊星ギア３４及びサンギア３２の周りを自在に回転することができる。既存の実施形態において、キャリア４０は、ファン１８に接続されて、サンギア３２にトルクが入力されたときにファン１８の回転を生じるようにする。
【００２９】
遊星ギア３４の各々は、ギアリム３６の周りに配置された複数の歯３７を含む。ギアリム３６は、ギアと遊星ギア３４の中心開口との間に延びる。上述のように、遊星ギア３４は、比較的重量があり、エンジン性能を改善する重量低減の可能性を提供する鋼鉄から作られる。様々なタイプの鋼鉄又は合金鋼を利用することができ、従って、単一の鋼鉄タイプに限定されない。本実施形態は、各遊星ギア３４の中心アパーチャが既存の技術の構造体よりも大きいように図示のギアリム３６の寸法を低減している。ギアリム３６寸法を半径方向の寸法で低減することで、遊星ギア３４中の鋼鉄の量が低減される。これにより部品重量が低減される。部品を回転のためジャーナル８０上に取り付けるのに適切なサイズにするために、ギアリム３６内にインサート５０が位置付けられる。
【００３０】
作動時には、エピサイクリックギアボックス３０は、減速機能を提供する。低圧シャフトは、ファン１８を回転させるには大きすぎる速度で回転している。エピサイクリックギアボックス３０は、作動するのに適切な範囲内に速度があるように、ファン１８への入力速度を低下させる。より具体的には、低圧タービンシャフト２８からサンギア３２へのトルク入力は、エピサイクリックギアボックス３０を介した減速によってファン１８に出力されるよりも高速である。
【００３１】
ここで図３を参照すると、キャリア４０（図２）が取り除かれた状態のエピサイクリックギアボックス３０の等角図が示されている。サンギア３２は、リングギア６０内の中心に配置され、サンギア３２の半径方向内側に位置する遊星ギア３４は、サンギア３２及びリングギア６０両方とギア歯係合している。上述のように、遊星ギア３４は、作動中にサンギア３２を周回し、リングギア６０は、遊星ギア３４の周回運動を可能にするように固定される。
【００３２】
ギア組立体の作動中、ギアの反動荷重によりギアの円形状が撓みを生じ、遊星の流体膜ジャーナル８０（図２）の適正な機能を妨げる可能性がある。この撓みは、ギアリム３６のサイズを増大させることにより制限又は阻止される。このことは、第２の慣性モーメントに起因して遊星ギア３４を形成する鋼鉄の部分の代わりアルミニウムなどの軽量の材料を利用する場合でも実現することができる。遊星ギアの直径の僅かな増大は、断面剛性の大きな強化をもたらす。本発明の実施形態によれば、重量低減のためギアリム３６のサイズが縮小される。しかしながら、ギアの反動荷重による撓みを制限するのに必要な剛性を提供するためインサート５０が利用される。インサート５０は、ギアリム３６とジャーナル８０（図４）との間の遊星ギア３４の軸受ボア内に配置される。加えて、軸受サイズは、システム内の低重量の遊星ギアを使用するため低減することができる。
【００３３】
ここで図４を参照すると、例示的なエピサイクリックギアボックス３０の部分断面図が示されている。具体的には、エピサイクリックギアボックス３０は、その周りに遊星ギア３４が回転する支持ピン７２を備えた中央ジャーナル構造７０を含む。支持ピン７２は、オイルを円筒本体に入れて潤滑の目的で遊星ギア３４のジャーナル８０内に分散させるための入口を含むことができる。
【００３４】
ジャーナル８０は、支持ピン７２の外表面上に配置される。ジャーナル８０は、支持ピン７２に固定され、遊星ギア３４及びインサート５０がジャーナル支持ピン７２の周りを回転する。スペーサ７６は、支持ピン７２の円周方向面上に配置される。支持ピン７２及びジャーナル８０が軸方向でキャリア４０の壁間を移動するのを阻止するために、スペーサ７６が設けられる。支持ピン７２は、スペーサ７６付近の端部にてネジ山が付けられ、スパナナット７７を取り付けて支持ピンを軸方向で一方向にロックすることができ、スペーサ７６は、反対の軸方向の移動を阻止することができるようになる。
【００３５】
ジャーナル８０と遊星ギア３４との間で、ジャーナル８０の半径方向外側にはインサート５０が配置される。インサート５０は、遊星ギア３４の第１の鋼鉄材料とは異なる第２の軽量の材料から形成される。第２の材料は、第１の材料とは明白に異なり又は違いがあり、従って、ガスタービンエンジン１０の高温高圧動作条件内で使用するのに相応しい重量及び強度特性が異なっている。インサート５０は、重量低減のため取り除かれるギアリムの領域に位置付けられる。鋼鉄製ギア３４の一部が取り除かれた状態では、インサート５０は、ギアのこの部分よりも軽量で除去された材料を埋め合わせるためにギアの当該部分に配置される。第１の材料よりも低密度である第２の材料を用いることにより、重量の低減がもたらされる。
【００３６】
インサート５０は、様々な方法でギアリム３６内に位置付けることができる。非限定的な実施例は、ギアリム３６内又はジャーナル８０上にインサート５０を接着、溶接、又は圧入を用いることが挙げられる。更に、インサート５０とギアリム３６との間に機械的接続を利用することができる。例えば、スプライン取付又は他の機械的接合を利用して部品を接続し、ジャーナル８０への荷重を伝達すると共にトルクを伝達することができる。
【００３７】
キャリア４０は、一体部品、或いは構造上の剛直性を提供する他部品構造とすることができる。キャリア４０は、軸方向に間隔を置いて配置された離間壁４１，４２を含む。支持ピン７２は、壁４１，４２間を軸方向に延びる。遊星ギア３４及びインサート５０は、これらの構造体が保持されるように壁間に配置される。
【００３８】
本発明の実施形態において、シャフト２８（図１）は、エピサイクリックギアボックス３０に延びるように図示されている。シャフトは、サンギア３２に延びて、サンギア３２を回転させるようにする。サンギアは、遊星ギア３４及びキャリア４０の回転及び周回移動を引き起こす。リングギア６０は、例示の実施形態においては固定され、遊星ギア３４及びキャリア４０がサンギア３２を周回するようにする。作動中にキャリア４０は回転するので、ファン１８は、作動のため、シャフトによってキャリア４０に接続することができる。代替の実施形態において、キャリア４０は固定され、ファンシャフトは、回転のためリングギア６０に接続することができる。これは一般に、スターギア構成と呼ばれる。
【００３９】
本発明の実施形態によれば、インサート５０の直径及び厚さは、遊星ギア３４及びジャーナル８０が作動中に受けることになる荷重に応じて変わることができる。ギアシステムにおいて、ギア及び軸受構造内への様々な荷重が設計上定められる。例えば、エピサイクリックギアボックス３０ｂのジャーナル８０は、キャリア４０において周回している遊星ギア３４の質量のトルク荷重及び遠心荷重を見込んでいる。一部の実施形態によれば、インサート５０は、限定ではないが、チタン、マグネシウム、又はその合金などの利用できる他の軽量の材料を含む、本開示において上記で説明されたアルミニウム又は他の材料から形成することができる。遊星ギア３４の質量は、約３０％より多く、及びより具体的には約３０％〜約６０％、及び少なくとも１つの実施形態においては約４１％だけ低減することができる。更に、ギアボックス３０の全体質量は、約８％〜約２５％、及び更に遊星軸受の荷重は、約１５％〜約５０％の間で約２９％低減することができる。１つの例示的な実施形態によれば、約１３％削減することができる。更に遊星軸受の荷重は、約１５％〜約５０％の間で約２９％低減することができる。利用される種々の材料は、ジャーナル８０に作用する平均圧力荷重及び最大で約４００°Ｆの温度を好適に扱うことができなくてはならない。
【００４０】
特定の実施形態を説明し図示したが、軽量ギア組立体は、ガスタービンエンジンのギアボックスの速度を増減するためのスター構成、遊星ギアボックス構成、エピサイクリック・ディファレンシャル、又は複合の多段構成で利用することができることは、本開示から理解されるはずである。例えば、図５に示すように、概略的なギアボックス１３０が示される。本実施形態は、ファン１８を駆動するシャフト３１がリングギア又は中間部品（フレーム部材など）に接続され、ファン１８が、回転するリングギアによって、又は回転するリングギアに接続された中間部品によって駆動されるようになる点で異なっている。ギアボックス３０，１３０とファン１８との間の接続は、直接的、又は図示のシャフト３１によるなど間接的とすることができる。
【００４１】
更に、本発明の複数の実施形態を本明細書で説明し例示してきたが、当業者であれば、本明細書で記載される機能を実施し及び／又は本明細書で記載される結果及び／又は利点のうちの１又はそれ以上を得るために他の様々な手段及び／又は構造が想定され、このような変形及び／又は修正形態の各々は、本明細書で記載される実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、本明細書で記載される全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例証を意味しており、実際のパラメータ、寸法、材料、及び構成は、本発明の教示が利用される１又は複数の特定の用途によって決まることになることは当業者には容易に理解されるであろう。当業者であれば、単に通常の実験を利用して本明細書に記載される本発明の特定の実施形態に対する多くの均等物を認識又は確認することができるであろう。従って、上記の実施形態は単に例証として提示されており、本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、具体的に記載され特許請求されたものとは別の方法で実施できることを理解すべきである。本開示の発明の実施形態は、本明細書に記載される個々の特徴、システム、製品、材料、キット及び／又は方法に向けられている。これに加えて、このような特徴、システム、製品、材料、キット及び／又は方法が互いに矛盾していない場合、２つ以上のこのような特徴、システム、製品、材料、キット及び／又は方法の何れかの組み合わせは、本開示の発明の範囲内に含まれる。
【００４２】
実施例を用いて、最良の形態を含む実施形態を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む、本発明の装置及び／又は方法を実施することを可能にする。これらの実施例は、網羅的なものではなく、或いは、開示された厳密なステップ及び／又は形態に本開示を限定することを意図するものではなく、上述の教示に照らして多くの修正形態及び変形形態が実施可能である。本明細書で記載される特徴要素は、どのようにも組み合わせることができる。本明細書で記載される方法のステップは、物理的に実施可能なあらゆる順序で実施することができる。
【００４３】
本明細書で定義され使用される全ての定義は、辞書の定義、引用により組み込まれる文献における定義、及び／又は定義される用語の通常の意味に対して規定していると理解すべきである。本明細書及び特許請求の範囲において使用される不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、明示的にそうでないことを示していない限り、「少なくとも１つ」を意味するものと理解されたい。本明細書及び特許請求の範囲において使用される表現「及び／又は」は、そのように結合された要素の「何れか又は両方」、すなわちある場合では結合的に存在し、他の場合では選言的に存在する要素を意味するものと理解すべきである。
【００４４】
また、そうでないと明確に示されていない限り、１つよりも多いステップ又は行為を含む請求項に記載される何れの方法においても、本方法のステップ又は行為の順番は、方法のステップ又は行為が記載される順番に必ずしも限定されない点を理解されたい。
【００４５】
請求項並びに上述の明細書において、「備える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「包含する」、「伴う」、「保持する」、「〜から構成される」などの全ての移行句は、オープンエンドであり、すなわちこれらを含むが限定されないことを意味するものと理解すべきである。米国特許商標庁の米国特許審査手続便覧に記載されているように、「〜からなる」、「〜から基本的になる」という移行句のみが、それぞれクローズド又はセミクローズドの移行句とすべきである。
【符号の説明】
【００４６】
１８  ファン
２１  低圧タービン
２４  入力シャフト
３０  エピサイクリックギアボックス
３１  出力シャフト
３２  サンギア
３４  遊星ギア
３６  ギアリム
５０  インサート
８０  ジャーナル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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