JP6498559B2

JP6498559B2 - 遊星歯車装置への給油構造

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Publication number: JP6498559B2
Application number: JP2015151725A
Authority: JP
Inventors: 守吉冨; 広文赤堀; 徹西田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: EP3333459A4; EP3333459A1; EP3333459B1; JP2017032046A; US20180216722A1; US10808828B2; WO2017022213A1

Description

本発明は、遊星歯車装置へ潤滑油を供給するための給油構造に関する。

遊星歯車装置では、プラネタリギヤが自転しながらサンギヤの回りを公転する。プラネタリギヤの軸受へは、プラネタリギヤを保持するキャリアに設けられた潤滑油経路を介して潤滑油が供給される。

例えば、特許文献１には、図７に示す、遊星歯車装置への給油構造１００が開示されている。この給油構造１００では、遊星歯車装置１１０が、潤滑油経路１２１が設けられたキャリア１２０と、キャリア１２０の径方向内側端に設けられた筒状体１３０を含む。筒状体１３０には、潤滑油経路１２１と連通する潤滑油導入路１３１が設けられている。また、筒状体１３０の外周面には、潤滑油導入口１３２が形成されている。

筒状体１３０の外周面は、環状体１４０の内周面と摺動する。環状体１４０には、潤滑油導入口１３２と連通する潤滑油供給路１４１が設けられている。また、軸方向において潤滑油導入口１３２の両側では、筒状体１３０に一対のシールリング１５０が装着されている。

国際公開第２０１１／１２９１１０号

ところで、シールリングは、潤滑油の圧力が高いまたは周速度が速い場合には、いわゆるＰＶ値が大きくなって用いることができない。そのような場合には、隙間シールやラビリンスシールを用いることが考えられるが、これらのシールでは潤滑油の漏れ量が大きい。

そこで、本発明は、潤滑油の圧力が高いまたは周速度が速い場合にもシールリングを用いることができる遊星歯車装置への給油構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の遊星歯車装置への給油構造は、プラネタリギヤを保持するキャリアと共に回転する筒状体であって、潤滑油導入口が形成された筒状体を含む遊星歯車装置と、前記筒状体と摺動する環状体であって、前記潤滑油導入口と連通する潤滑油供給路を含む環状体と、軸方向において前記潤滑油導入口の両側で前記筒状体または前記環状体に装着された一対のシールリングと、前記一対のシールリングのそれぞれをバイパスするバイパス路と、前記一対のシールリングと前記潤滑油導入口との間または前記一対のシールリングの外側に配置された、前記筒状体と前記環状体の間の潤滑油の流れを制限する一対の減圧機構と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、バイパス路に潤滑油が流れるためにシールリングの前後で潤滑油の差圧が生じるが、その差圧は減圧機構の作用によって十分に小さくされる。従って、シールリングの位置ではＰＶ値（Ｐはシールリングの前後の差圧）が小さくなるため、潤滑油の圧力が高いまたは周速度が速い場合にもシールリングを用いることができる。しかも、減圧機構を機能させるのに必要なバイパス路の流れ量は極僅かで十分なため、潤滑油の漏れ量を少なくすることができる。

例えば、前記一対の減圧機構のそれぞれは、隙間シールまたはラビリンスシールであってもよい。

あるいは、前記一対の減圧機構のそれぞれは、前記筒状体の外周面または前記環状体の内周面に装着された第２のシールリングと、前記第２のシールリングをバイパスするバイパス路を含んでもよい。

例えば、前記一対の減圧機構のそれぞれは、前記潤滑油の圧力を１／２以下に低減してもよい。

例えば、前記筒状体は、前記キャリアの径方向内側端に設けられており、前記潤滑油導入口は、前記筒状体の外周面に形成されていてもよい。

本発明によれば、遊星歯車装置への給油構造において、潤滑油の圧力が高いまたは周速度が速い場合にもシールリングを用いることができる。

本発明の第１実施形態に係る遊星歯車装置への給油構造における遊星歯車装置の概略構成図である。図１のII−II線に沿った断面図である。図２の一部を拡大した、筒状体および環状体の断面図である。変形例の筒状体およびシールリングを示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る給油構造における筒状体および環状体の断面図である。本発明の第３実施形態に係る給油構造における筒状体および環状体の断面図である。従来の遊星歯車装置への給油構造における筒状体および環状体の断面図である。

（第１実施形態）
図１および図２に、本発明の第１実施形態に係る遊星歯車装置への給油構造１Ａを示す。この給油構造１Ａは、遊星歯車装置２と、この遊星歯車装置２の回転部と嵌合する環状体５を含む。なお、図１は遊星歯車装置２の概略構成図であり、遊星歯車装置２の後述するギヤ２１〜２３およびバッフル３３以外の構成は省略されている。

遊星歯車装置２は、入力軸１１を介して図略の駆動手段（例えば、ガスタービンエンジン）と連結される。以下、説明の便宜上、入力軸１１の軸方向を前後方向（駆動手段側を後方、その反対側を前方）という。

遊星歯車装置２は、入力軸１１に連結されたサンギヤ２１と、サンギヤ２１と噛み合う複数（図例では５つ）のプラネタリギヤ２２と、プラネタリギヤ２２と噛み合うリングギヤ２３を含む。本実施形態では、ギヤ２１〜２３がダブルヘリカルギヤである。ただし、ギヤ２１〜２３は、円筒歯車であればよく、例えば、歯列が１つのみのヘリカルギヤやスパーギヤであってもよい。

プラネタリギヤ２２は、キャリア３により保持されており、キャリア３は、出力軸１２と連結されている。出力軸１２は、キャリア３から前方に延びている。例えば、上述した駆動手段が航空機用のガスタービンエンジンである場合には、出力軸１２によって、ガスタービンエンジンの上流側に配置されるファンが回転されてもよい。

本実施形態では、リングギヤ２３が支持体１３と連結されており、リングギヤ２３の回転が拘束されている。ただし、リングギヤ２３は、第２の出力軸と連結されていて回転してもよい。この場合、出力軸１２がキャリア３から後方に延びており、第２の出力軸がリングギヤ２３から前方に延びていてもよい。

キャリア３は、より詳しくは、プラネタリギヤ２２の前方に配置されたフロントプレート３１と、プラネタリギヤ２２の後方に配置されたバックプレート３２を含む。フロントプレート３１とバックプレート３２は、隣り合うプラネタリギヤ２２の間に配置されたバッフル３３を介して連結されている。バッフル３３は、フロントプレート３１およびバックプレート３２と異なる部材であってもよいし、フロントプレート３１とバックプレート３２のどちらか一方に一体的に形成されていてもよい。

バッフル３３は、隣り合うプラネタリギヤ２２、サンギヤ２１およびリングギヤ２３で囲まれる空間と相似な形状を有している。ただし、バッフル３３の代わりに、単純な形状の柱や壁が設けられていてもよい。なお、図示は省略するが、バッフル３３またはこれに代わる部材には、サンギヤ２１およびプラネタリギヤ２２に対して潤滑油を噴射するためのノズルおよび潤滑油経路が設けられてもよい。

各プラネタリギヤ２２は、軸受２４を介して、中空のプラネット軸２５に回転自在に支持されている。本実施形態では、軸受２４が転動体（本実施形態では、コロ）を含んでいるが、軸受２４は滑り軸受であってもよい。プラネット軸２５の両端部は、当該プラネット軸２５の内部を貫通する締結部材２６によってフロントプレート３１およびバックプレート３２に固定されている。

プラネット軸２５と締結部材２６の間には貯油室２８が形成されており、プラネット軸２５には、貯油室２８から軸受２４の転動体へ潤滑油を導くための給油孔２７が設けられている。

本実施形態では、キャリア３のバックプレート３２およびプラネット軸２５に、貯油室２８と連通する潤滑油経路３４が設けられている。換言すれば、軸受２４へは、潤滑油経路３４、貯油室２８および給油孔２７を介して潤滑油が供給される。

バックプレート３２の径方向内側端には、前後方向に延びる筒状体４が設けられている。すなわち、筒状体４は、キャリア３と共に回転する。

図３に示すように、本実施形態では、筒状体４が、当該筒状体４の外周面４ａを構成する外壁４２と、当該筒状体４の内周面４ｂを構成する内壁４１を含む。外壁４２は、バックプレート３２に一体的に形成されており、内壁４１は、外壁４２との間に潤滑油導入路４３を形成している。潤滑油導入路４３は、上述した潤滑油経路３４と連通している（図２参照）。ただし、筒状体４は、必ずしも外壁４２と内壁４１に分割されている必要はなく、外壁４２と内壁４１とが一体となった構成を有していてもよい。

筒状体４の外周面４ａには、潤滑油導入路４３と連通する潤滑油導入口４４が形成されている。本実施形態では、潤滑油導入口４４が筒状体４の径方向に対して斜めに延びる導入孔で構成されているが、その導入孔は筒状体４の径方向に延びていてもよい。

上述した環状体５は、本実施形態では前後方向に延びる筒状であり、後端面に給油管（図示せず）がつながれる。ただし、環状体５は、図示は省略するが、軸方向の長さよりも径方向の幅が大きな断面形状を有していてもよい。この場合、環状体５の外周面に給油管がつながれてもよい。

環状体５は、筒状体４の外周面４ａと摺動する内周面５ａを有している。環状体５には、前後方向に延びる潤滑油供給路５１が設けられている。この潤滑油供給路５１は、環状体５の後端面に開口しており、上述した給油管と接続される。また、環状体５の内周面５ａには、周方向に連続する溝５２が形成されている。潤滑油供給路５１は、溝５２を介して潤滑油導入口４４と連通している。

ただし、環状体５の外周面に給油管がつながれる場合は、潤滑油供給路５１が環状体５を径方向に貫通しており、周方向に連続する溝５２が筒状体４の外周面４ａに形成されていてもよい。この場合、溝５２と筒状体４に形成された上述した導入孔とで潤滑油導入口４４が構成される。また、筒状体４が外壁４２と内壁４１とが一体となった構成を有する場合であって、溝５２を筒状体４の外周面４ａに形成する場合は、導入孔は省略可能である。

軸方向において潤滑油導入口４４の両側には、一対のシールリング７（図２では、図面の簡略化のために省略）が配置されている。本実施形態では、シールリング７が筒状体４に装着されている。具体的には、筒状体４の外周面４ａに、周方向に連続する一対の溝４５が形成されており、これらの溝４５にシールリング７が挿入されている。各シールリング７は、潤滑油の圧力によって環状体５の内周面５ａおよび溝４５の一方の側面に押し付けられる。

ただし、図示は省略するが、環状体５の内周面５ａに周方向に連続する一対の溝が設けられ、これらの溝にシールリング７が挿入されることによって、シールリング７が環状体５に装着されていてもよい。

さらに、本実施形態の給油構造１Ａは、各シールリング７をバイパスするバイパス路７１を含む。本実施形態では、各シールリング７における溝４５の側面に押し付けられる端面に、径方向に延びる溝が形成されており、この溝によってバイパス路７１が構成されている。

ただし、各バイパス路７１は、図４に示すように、溝４５におけるシールリング７が押し付けられる側面に形成された溝で構成されていてもよい。あるいは、各バイパス路７１は、シールリング７を軸方向に貫通する貫通孔または溝（溝の場合は、シールリング７ではなく筒状体４の外周面４ａまたは環状体５の内周面５ａに形成されていてもよい）で構成されていてもよいし、筒状体４または環状体５に内部流路として形成されていてもよい。

さらに、本実施形態では、一対のシールリング７と潤滑油導入口４４との間に、一対の減圧機構６（図２では、図面の簡略化のために省略）が設けられている。各減圧機構６は、筒状体４と環状体５の間の潤滑油の流れを制限する、換言すれば絞りとして機能するように構成されている。これにより、潤滑油導入口４４と各シールリング７の間で潤滑油の圧力が低減される。本実施形態では、各減圧機構６がキャビティに起因する流れの変化や渦によって圧力損失を発生させるラビリンスシールである。図例では、ラビリンスシールのキャビティが筒状体４の外周面４ａに形成されているが、ラビリンスシールのキャビティは環状体５の内周面５ａに形成されていてもよいし、筒状体４の外周面４ａと環状体５の内周面５ａの双方に形成されていてもよい。さらに、各減圧機構６は、単なる隙間シールであってもよい。例えば、各減圧機構６は、潤滑油の圧力を１／２以下に低減するように構成されることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態の給油構造１Ａでは、バイパス路７１に潤滑油が流れるためにシールリング７の前後で潤滑油の差圧が生じるが、その差圧は減圧機構６の作用によって十分に小さくされる。従って、シールリング７の位置ではＰＶ値（Ｐはシールリング７の前後の差圧）が小さくなるため、潤滑油の圧力が高いまたは周速度が速い場合にもシールリング７を用いることができる。しかも、減圧機構６を機能させるのに必要なバイパス路７１の流れ量は極僅かで十分なため、潤滑油の漏れ量を少なくすることができる。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る遊星歯車装置への給油構造１Ｂを説明する。なお、本実施形態および後述する第３実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

本実施形態では、各減圧機構６が、筒状体４に装着された第２のシールリング６１と、第２のシールリング６１をバイパスするバイパス路６２を含む。具体的には、筒状体４の外周面４ａに、周方向に連続する一対の溝４６が形成されており、これらの溝４５にシールリング６１が挿入されている。各シールリング６１は、潤滑油の圧力によって環状体５の内周面５ａおよび溝４６の一方の側面に押し付けられる。ただし、シールリング７について第１実施形態で説明したのと同様に、第２のシールリング６１は環状体５に装着されていてもよい。

本実施形態では、各シールリング６１における溝４６の側面に押し付けられる端面に、径方向に延びる溝が形成されており、この溝によってバイパス路６２が構成されている。ただし、各バイパス路６２は、溝４６におけるシールリング６１が押し付けられる側面に形成された溝で構成されていてもよい。あるいは、各バイパス路６２は、シールリング６１を軸方向に貫通する貫通孔または溝（溝の場合は、シールリング７ではなく筒状体４の外周面４ａまたは環状体５の内周面５ａに形成されていてもよい）で構成されていてもよいし、筒状体４または環状体５に内部流路として形成されていてもよい。

本実施形態でも、シールリング７の前後での潤滑油の差圧が減圧機構６の作用によって十分に小さくされるため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態に係る遊星歯車装置への給油構造１Ｃを説明する。本実施形態では、隙間シールである一対の減圧機構６が一対のシールリング７の外側に配置されている。本実施形態でも、シールリング７の前後での潤滑油の差圧が減圧機構６の作用（本実施形態では、減圧機構６がシールリング７の下流側の圧力を高く保つ）によって十分に小さくされるため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、各減圧機構６はラビリンスシールであってもよい。また、本実施形態と同様の観点からは、第２実施形態において、内側のシールリング６１およびバイパス路６２ではなく、外側のシールリング７およびバイパス路７１を減圧機構６と把握することも可能である。

（その他の実施形態）
本発明は上述した第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、筒状体４および環状体５がキャリア３の前方に配置されており、キャリア３のフロントプレート３１に潤滑油経路３４が設けられていてもよい。

また、第１〜第３実施形態とは逆に、環状体５が筒状体４内に挿入され、筒状体４の内周面４ｂに潤滑油導入口４４が形成されるとともに、筒状体４の内周面４ｂと環状体の外周面が摺動してもよい。あるいは、筒状体４と環状体５の端面同士が突き合わされ、筒状体４の端面に潤滑油導入口４４が形成されてもよい。

１Ａ〜１Ｃ給油構造
２遊星歯車
２２プラネタリギヤ
３キャリア
４筒状体
４ａ外周面
４４潤滑油導入口
５環状体
５ａ内周面
５１潤滑油供給路
６減圧機構
６１第２のシールリング
６２バイパス路
７シールリング
７１バイパス路

Claims

プラネタリギヤを保持するキャリアと共に回転する筒状体であって、潤滑油導入口が形成された筒状体を含む遊星歯車装置と、
前記筒状体と摺動する環状体であって、前記潤滑油導入口と連通する潤滑油供給路を含む環状体と、
軸方向において前記潤滑油導入口の両側で前記筒状体または前記環状体に装着された一対のシールリングと、
前記一対のシールリングのそれぞれをバイパスするバイパス路と、
前記一対のシールリングと前記潤滑油導入口との間または前記一対のシールリングの外側に配置された、前記筒状体と前記環状体の間の潤滑油の流れを制限する一対の減圧機構と、を備える、
遊星歯車装置への給油構造。
前記一対の減圧機構のそれぞれは、隙間シールまたはラビリンスシールである、請求項１に記載の遊星歯車装置への給油構造。
前記一対の減圧機構のそれぞれは、前記筒状体または前記環状体に装着された第２のシールリングと、前記第２のシールリングをバイパスするバイパス路を含む、請求項１に記載の遊星歯車装置への給油構造。
前記一対の減圧機構のそれぞれは、前記潤滑油の圧力を１／２以下に低減する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の遊星歯車装置への給油構造。
前記筒状体は、前記キャリアの径方向内側端に設けられており、
前記潤滑油導入口は、前記筒状体の外周面に形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の遊星歯車装置への給油構造。