(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構造で、作動流体の流量を容易に調整することができる流量調整機構を提供する。【解決手段】流量調整機構６０は、作動流体循環ラインに連通する流路７６を有するハウジング７５と、流路７６内に移動可能に収容された弁体７１と、インペラとランナとの間に形成される流体室内にある作動流体の量を調整するためのスクープチューブ３０と一体に移動可能なカム８０と、一端がカム８０に接触し、他端が弁体７１に接続された弁棒７２とを備える。【選択図】図２
2017116078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体継手の作動流体の流量を調整する流量調整機構であって、
作動流体循環ラインに連通する流路を有するハウジングと、
前記流路内に移動可能に収容された弁体と、
インペラとランナとの間に形成される流体室内にある前記作動流体の量を調整するためのスクープチューブと一体に移動可能なカムと、
一端が前記カムに接触し、他端が前記弁体に接続された弁棒とを備えることを特徴とする流量調整機構。
【請求項２】
前記弁棒の前記一端は、前記カムに転がり接触するカムフォロアから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量調整機構。
【請求項３】
前記カムは、窪んだ湾曲面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に記載の流量調整機構。
【請求項４】
前記弁棒がその軸方向に移動可能なように前記弁棒を支持する弁棒ガイドをさらに備え、
前記弁棒ガイドおよび前記弁棒は前記流路の開口端を塞いでおり、
前記弁体には均圧孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流量調整機構。
【請求項５】
互いに向き合って配置されたインペラおよびランナと、
前記インペラと前記ランナとの間に形成される流体室内にある作動流体の量を調整するスクープチューブと、
作動流体を冷却する流体冷却装置と、
前記流体室と前記流体冷却装置との間で作動流体を循環させる作動流体循環ラインと、
前記作動流体循環ラインを循環する作動流体の流量を調整する流量調整機構とを備え、
前記流量調整機構は、
前記作動流体循環ラインに連通する流路を有するハウジングと、
前記流路内に移動可能に収容された弁体と、
前記スクープチューブと一体に移動可能なカムと、
一端が前記カムに接触し、他端が前記弁体に接続された弁棒とを備えることを特徴とする流体継手。
【請求項６】
前記弁棒の前記一端は、前記カムに転がり接触するカムフォロアから構成されていることを特徴とする請求項５に記載の流体継手。
【請求項７】
前記カムは、窪んだ湾曲面から構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の流体継手。
【請求項８】
前記流量調整機構は、前記弁棒がその軸方向に移動可能なように前記弁棒を支持する弁棒ガイドをさらに備え、
前記弁棒ガイドおよび前記弁棒は前記流路の開口端を塞いでおり、
前記弁体には均圧孔が形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の流体継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体継手の作動流体の流量を調整する流量調整機構に関するものである。また、本発明は、このような流量調整機構を備えた流体継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
流体継手は、インペラとランナとの間に形成される流体室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）を備えている。流体室内の作動流体の量は、スクープチューブの位置に依存して変わる。スクープチューブを移動させることにより、作動流体の量、すなわち、出力軸の回転速度を変えることができる。
【０００４】
流体継手は、作動流体を冷却するための流体冷却装置と、流体冷却装置を貫通して延びる作動流体循環ラインとをさらに備えている。作動流体循環ラインの入口はスクープチューブに接続されており、作動流体循環ラインの出口は流体室に連通している。スクープチューブを通って排出された作動流体は、作動流体循環ラインを流れて流体冷却装置で冷却された後、さらに作動流体循環ラインを通って流体室に戻される。このように、作動流体は流体室と流体冷却装置との間で循環する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９６６８６号公報
【特許文献２】実開昭６１−３２６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
流体継手は、スクープチューブを移動させることにより、出力軸の回転速度を低速から高速まで無段階に変化させることができる装置であるが、インペラとランナとの間にはすべり損失が生じることが知られている。流体継手を備えたターボ機械を駆動する場合、入力軸の回転速度に対して出力軸が６６．７％の速度比で回転しているとき、すべり損失は最も大きくなり、作動流体の発熱量も大きくなる。このため、作動流体循環ラインを流れる作動流体の流量を増やして、流体室内の作動流体の温度上昇を抑える必要がある。これに対し、入力軸の回転速度に対して出力軸が最低回転速度または最高回転速度で回転しているとき、すべり損失は小さいので、作動流体の攪拌損失を低減させて効率を良くするために、作動流体の流量は少ない方が好ましい。
【０００７】
このような観点から、出力軸の回転速度、すなわち、スクープチューブの位置に応じて作動流体の流量を調整する必要がある。しかしながら、従来、作動流体の流量を調整する機構は複雑であった。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、作動流体の流量を容易に調整することができる流量調整機構を提供することを目的とする。また、本発明は、このような流量調整機構を備えた流体継手を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、流体継手の作動流体の流量を調整する流量調整機構であって、作動流体循環ラインに連通する流路を有するハウジングと、前記流路内に移動可能に収容された弁体と、インペラとランナとの間に形成される流体室内にある前記作動流体の量を調整するためのスクープチューブと一体に移動可能なカムと、一端が前記カムに接触し、他端が前記弁体に接続された弁棒とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記弁棒の前記一端は、前記カムに転がり接触するカムフォロア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、前記カムは、窪んだ湾曲面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、前記弁棒がその軸方向に移動可能なように前記弁棒を支持する弁棒ガイドをさらに備え、前記弁棒ガイドおよび前記弁棒は前記流路の開口端を塞いでおり、前記弁体には均圧孔が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
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、前記インペラと前記ランナとの間に形成される流体室内にある作動流体の量を調整するスクープチューブと、作動流体を冷却する流体冷却装置と、前記流体室と前記流体冷却装置との間で作動流体を循環させる作動流体循環ラインと、前記作動流体循環ラインを循環する作動流体の流量を調整する流量調整機構とを備え、前記流量調整機構は、前記作動流体循環ラインに連通する流路を有するハウジングと、前記流路内に移動可能に収容された弁体と、前記スクープチューブと一体に移動可能なカムと、一端が前記カムに接触し、他端が前記弁体に接続された弁棒とを備えることを特徴とする流体継手である。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記弁棒の前記一端は、前記カムに転がり接触するカムフォロア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、前記カムは、窪んだ湾曲面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、前記流量調整機構は、前記弁棒がその軸方向に移動可能なように前記弁棒を支持する弁棒ガイドをさらに備え、前記弁棒ガイドおよび前記弁棒は前記流路の開口端を塞いでおり、前記弁体には均圧孔が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スクープチューブと一体に移動可能なカムに弁棒の一端が接触し、弁棒の他端には弁体が接続されているため、スクープチューブの動きに連動して弁棒および弁体が移動する。したがって、簡単な構造で、作動流体循環ラインを流れる作動流体の流量を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の流体継手の一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図２】流量調整機構を示す断面図である。
【図３】スクープチューブが前進したときのカムおよびカムフォロアを示す図である。
【図４】スクープチューブが後退したときのカムおよびカムフォロアを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、本発明の流体継手の一実施形態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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
スクープチューブ３０には、アクチュエータ（駆動装置）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。本実施形態では、アクチュエータ３１は、油圧サーボと電気式または空気式アクチュエータとの組み合わせから構成されているが、アクチュエータ３１は他の構成を備えてもよい。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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を貫通して延びる潤滑油供給ライン５１と、潤滑油供給ライン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。一実施形態では、油ポンプ５３は、電動機によって入力軸１５の回転とは独立して駆動されるポンプであってもよい。潤滑油は、油ポンプ５３によって潤滑油供給ライン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、さらに潤滑油供給ライン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。
【００２５】
スクープチューブ３０はアクチュエータ３１によって駆動される。このアクチュエータ３１は、シリンダ３５と、シリンダ３５内に配置され、スクープチューブ３０に接続されたピストン３８とを備える。シリンダ３５には、スクープチューブ３０を移動させる油をシリンダ３５内に供給するための給油ライン５７、およびシリンダ３５に供給された油を排出するための排油ライン５８が接続されている。ピストン３８およびスクープチューブ３０は、シリンダ３５内に供給された油の圧力によって前進および後退する。
【００２６】
流体継手は、作動流体循環ライン２７を循環する作動流体の流量を調整する流量調整機構６０をさらに備えている。流体冷却装置２６を通過した作動流体は、作動流体循環ライン２７および流量調整機構６０を流れて、流体室５内に供給される。
【００２７】
図２は流量調整機構６０を示す断面図である。流量調整機構６０は、作動流体循環ライン２７に連通する流路７６を有するハウジング７５と、流路７６内に移動可能に収容された弁体７１と、スクープチューブ３０と一体に移動可能なカム８０と、一端がカム８０に接触し、他端が弁体７１に接続された弁棒７２とを備えている。カム８０は、スクープチューブ３０と一体的にスクープチューブ３０に形成されてもよいし、スクープチューブ３０とは別体として、スクープチューブ３０に取り付けられてもよい。
【００２８】
ハウジング７５は、作動流体循環ライン２７の上流側区間２７ａに接続された作動流体入口７５ａと、作動流体循環ライン２７の下流側区間２７ｂに連通する作動流体出口７５ｂを有している。流路７６、作動流体入口７５ａ、および作動流体出口７５ｂは、互いに連通している。作動流体循環ライン２７の上流側区間２７ａを流れた作動流体は、作動流体入口７５ａを通ってハウジング７５の流路７６内に流入し、作動流体出口７５ｂを通って流路７６から排出され、作動流体循環ライン２７の下流側区間２７ｂを通って流体室５に送られる。
【００２９】
図２に示すように、弁棒７２の一端は、カム８０に転がり接触するカムフォロア８１から構成されており、弁棒７２の他端は弁体７１に接続されている。弁体７１は図示しないねじによって弁棒７２の他端に固定されている。弁棒７２はスクープチューブ３０に対して垂直に延びている。なお、弁棒７２の一端は、カム８０に接触可能であれば、カム８０に転がり接触するカムフォロア８１から構成されていなくてもよい。
【００３０】
流量調整機構６０は、弁棒７２がその軸方向（長手方向）に移動可能なように弁棒７２を支持する弁棒ガイド７３をさらに備えている。弁棒７２の動きは、弁棒ガイド７３によって直進運動に制限される。弁棒７２が直進運動する方向は、弁棒７２の軸方向（長手方向）である。弁体７１は弁棒７２と一体に移動する。弁棒ガイド７３はケーシングなどの固定部材３３に固定されており、弁棒ガイド７３および弁棒７２は、流路７６の、作動流体入口７５ａとは反対側の開口端を塞いでいる。
【００３１】
カム８０は、窪んだ湾曲面から構成されている。スクープチューブ３０がその長手方向に移動すると、カムフォロア８１はカム８０の形状に従って移動し、弁棒７２および弁体７１はカムフォロア８１と一体に移動する。つまり、スクープチューブ３０が動くことによって、弁体７１がハウジング７５の流路７６内を移動する。
【００３２】
流体冷却装置２６によって冷却された作動流体は、作動流体循環ライン２７の上流側区間２７ａを通ってハウジング７５の作動流体入口７５ａから流路７６内に流入する。作動流体は、ハウジング７５の作動流体出口７５ｂを通過して作動流体循環ライン２７の下流側区間２７ｂを通って流体室５内に供給される。本実施形態では、複数の作動流体出口７５ｂがハウジング７５の周方向に沿って等間隔に形成されている。図２には３つの作動流体出口７５ｂが図示されているが、作動流体出口７５ｂの数および形状は、本実施形態に限定されない。
【００３３】
弁体７１は、流路７６を形成するハウジング７５の内面に摺動可能に配置されている。より具体的には、弁体７１は、弁体７１が作動流体出口７５ｂの一部を覆う位置に配置されている。したがって、流量調整機構６０は、ハウジング７５内の弁体７１の位置を変えることにより、作動流体循環ライン２７を流れる作動流体の流量を調整することができる。図２に示すように、カムフォロア８１が、窪んだ湾曲面からなるカム８０の中央領域に接触するとき、作動流体出口７５ｂの開口面積は最も大きくなる。
【００３４】
図３はスクープチューブ３０が前進したとき、すなわちスクープチューブ３０がインペラ１およびランナ２の半径方向外側に移動したときのカム８０およびカムフォロア８１を示す図であり、図４はスクープチューブ３０が後退したとき、すなわちスクープチューブ３０がインペラ１およびランナ２の半径方向内側に移動したときのカム８０およびカムフォロア８１を示す図である。
【００３５】
スクープチューブ３０が図２に示す位置から前進または後退すると、カムフォロア８１はカム８０に押され、弁棒７２および弁体７１は一体に移動する。このとき、弁体７１は作動流体出口７５ｂの大部分を塞ぐ方向に移動する。結果として、作動流体循環ライン２７を循環する作動流体の流量は低下する。図３および図４に示す例では、カムフォロア８１は湾曲面からなるカム８０の端部領域に接触している。このとき、ハウジング７５の作動流体出口７５ｂの開口面積は最も小さくなる。作動流体出口７５ｂは弁体７１によって完全には閉じられず、流体室５内には常に作動流体が供給される。
【００３６】
弁体７１には、ハウジング７５の流路７６内を流れる作動流体の圧力が作用する。したがって、カムフォロア８１がカム８０の中央領域に向かう方向にスクープチューブ３０が移動すると、カムフォロア８１はカム８０を押しながら、弁体７１は作動流体出口７５ｂを開く方向に移動する。結果として、作動流体循環ライン２７を循環する作動流体の流量は増加する。
【００３７】
弁体７１には、弁棒７２の軸方向に延びる複数の均圧孔７１ａが形成されている。これら均圧孔７１ａは貫通孔であり、弁体７１の周方向に等間隔に配列されている。弁体７１が移動するとき、作動流体の一部は均圧孔７１ａを通って移動するので、弁体７１はスムーズに動くことができる。したがって、スクープチューブ３０が移動するときに、カムフォロア８１から大きな負荷がスクープチューブ３０にかかることを防止することができる。
【００３８】
図２に示すように、カムフォロア８１がカム８０の中央領域に接触しているとき、つまり、入力軸１５の回転速度に対して出力軸１２が６６．７％の速度比で回転しているとき、すべり損失は最も大きくなり、作動流体の発熱量も大きくなる。本実施形態によれば、カムフォロア８１がカム８０の中央領域に接触するとき、作動流体出口７５ｂの開口面積は最大となるため、作動流体循環ライン２７を流れる作動流体の流量を増加させることができる。したがって、流体室５内の作動流体の温度上昇を抑えることができる。
【００３９】
入力軸１５の回転速度に対して出力軸１２が最低回転速度または最高回転速度で回転しているとき、すべり損失は小さいので、作動流体の攪拌損失を低減させて効率を良くするために、作動流体の流量は少ない方が好ましい。本実施形態によれば、カムフォロア８１がカム８０の端部領域に接触しているとき、つまり、出力軸１２が高速または低速で回転しているとき、作動流体循環ライン２７を流れる作動流体の量を低減することができる。したがって、流体継手の効率を向上させることができる。
【００４０】
このように、スクープチューブ３０の移動によって流量調整機構６０を動作させることにより、適切な量の作動流体を循環させることができるので、作動流体の発熱量を小さくし、かつ作動流体の攪拌損失を低減させて効率を良くすることができる。特に、本実施形態によれば、スクープチューブ３０と一体に移動可能なカム８０を設け、弁棒７２の一端をカム８０に接触させるだけの簡単な構造であり、弁体７１を移動させるためのアクチュエータを設けることは不要である。
【００４１】
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。
【符号の説明】
【００４２】
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      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
２７      作動流体循環ライン
３０      スクープチューブ（すくい管）
３１      アクチュエータ（駆動装置）
３３      固定部材
３５      シリンダ
３８      ピストン
４０，４１，４５，４６      ラジアル軸受
４２，４７      スラスト軸受
５０      潤滑油供給システム
５１      潤滑油供給ライン
５３      油ポンプ
５４      油冷却装置
５７      給油ライン
５８      排油ライン
６０      流量調整機構
７１      弁体
７２      弁棒
７３      弁棒ガイド
７５      ハウジング
７５ａ    作動流体入口
７５ｂ    作動流体出口
７６      流路
８０      カム
８１      カムフォロア
【図１】
2017116078.tif 000003
【図２】
2017116078.tif 000004
【図３】
2017116078.tif 000005
【図４】
2017116078.tif 000006