特許 6371349 高密度ローラ充填による円筒状ローラ軸受を有する遊星ギヤボックス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6371349

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】高密度ローラ充填による円筒状ローラ軸受を有する遊星ギヤボックス

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/28 20060101AFI20180730BHJP

   F16C 19/28 20060101ALI20180730BHJP

   F16C 33/64 20060101ALI20180730BHJP

   F16C 33/46 20060101ALI20180730BHJP

   F16C 33/34 20060101ALI20180730BHJP

   F16C 35/063 20060101ALI20180730BHJP

   F02C 3/113 20060101ALI20180730BHJP

   F02C 3/107 20060101ALI20180730BHJP

【ＦＩ】

   F16H1/28

   F16C19/28

   F16C33/64

   F16C33/46

   F16C33/34

   F16C35/063

   F02C3/113

   F02C3/107

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-179075(P2016-179075)

(22)【出願日】2016年9月14日

(65)【公開番号】特開2017-187163(P2017-187163A)

(43)【公開日】2017年10月12日

【審査請求日】2016年11月18日

(31)【優先権主張番号】14/865,265

(32)【優先日】2015年9月25日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム・ハワード・ヘイスティング

(72)【発明者】

【氏名】ドナルド・アルバート・ブラッドレイ

(72)【発明者】

【氏名】ジョセフ・ロバート・ディックマン

【審査官】 前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５１４１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４９１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平８−５１１６０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ３／１０７

Ｆ０２Ｃ ３／１１３

Ｆ１６Ｈ １／２８

Ｆ１６Ｃ １９／２８

Ｆ１６Ｃ ３３／３４

Ｆ１６Ｃ ３３／４６

Ｆ１６Ｃ ３３／６４

Ｆ１６Ｃ ３５／０６３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単一入力および単一出力のみを有し、太陽ギヤ（８０）と、遊星ギヤボックス（４６）および前記太陽ギヤ（８０）を囲むリングギヤ（８６）と、を含む遊星ギヤ構成のキャリアに接続するための前記遊星ギヤボックスであって、前記遊星ギヤボックス（４６）は、
前記キャリアに固定されるように構成され、軸方向に延びる中心軸から径方向に等距離にある円筒状外面（１０１、１１４）を画定する支持ピン（９６）と、
前記支持ピン（９６）の前記円筒状外面（１０１、１１４）に回転不能に連結された円筒状内面（１０３、１１２）を画定する内側レース（１０２）であって、少なくとも１つのトラックを画定する外面を画定し、前記外面（１０１、１１４）に画定された各トラックは、それぞれの複数の円筒状ローラ（１０４）を受け入れて回転可能に案内するように構成される、内側レース（１０２）と、
内側レース（１０２）の各それぞれのトラック内に回転可能に配置されたそれぞれの複数の円筒状ローラ（１０４）と、
各ローラ（１０４）は、前記軸方向と平行な方向に延びる回転軸（１０６）を備えて配置される円筒状外面（１０１、１１４）を画定し、各ローラ（１０４）の前記円筒状外面（１０１、１１４）は、前記回転軸（１０６）に垂直な方向に沿って前記回転軸（１０６）を通って延びる直径によって画定され、各ローラ（１０４）の前記円筒状外面（１０１、１１４）は、前記ローラ（１０４）の前記回転軸（１０６）に平行な方向の長さを規定し、各ローラ（１０４）の直径に対する各ローラ（１０４）の長さの比は１より大きく、
それぞれのトラックごとに、前記内側レース（１０２）と前記リングギヤ（８６）と噛み合う外側レースとの間に配置されたそれぞれのローラケージ（１１８）と、各ローラケージ（１１８）と前記内側レース（１０２）との間に小さな隙間があり、各それぞれのローラケージ（１１８）は、各それぞれのトラックにおいて、そのそれぞれのトラックの隣接する各一対のローラ（１０４）の各それぞれのローラ（１０４）の間のそれぞれの分離を維持するように構成され、各ローラケージ（１１８）は第１の複数のほぼ円筒状の開口部を画定し、各ほぼ円筒状の開口部は前記軸方向に長軸および周方向に短軸を規定し、各ウェブ（１３０）は前記軸方向に延在し、前記周方向にクロスウェブ厚さを規定し、前記開口部の各々は、等間隔に離間した複数のウェブ（１３０）によって前記それぞれのローラケージ（１１８）の周りに周方向に等間隔に前記クロスウェブ厚さだけ隣り合うローラ（１０４）を離間し、
各それぞれの複数の円筒状ローラ（１０４）に接触する円筒状内面（１０３、１１２）を画定する外側レース（８４）であって、太陽ギヤ（８０）およびリングギヤ（８６）の両方に噛み合うように構成されたギヤ面（８１、８５、８７）を画定する円筒状外面（１０１、１１４）を形成する外側レース（８４）と、を含み、
各ローラケージ（１１８）の各ウェブ（１３０）は、前記ローラ（１０４）のうちの１つの直径の１５％から２５％である前記クロスウェブ厚さを有する、遊星ギヤボックス。

【請求項2】

請求項１に記載の遊星ギヤボックスであって、各ローラケージ（１１８）の各ウェブ（１３０）は、前記ローラ（１０４）のうちの１つの直径の１５％から２０％であるクロスウェブ厚さを有し、前記ローラケージ（１１８）と各内側レース（１０２）との間の前記小さい隙間は、０．００５から０．０５０インチ（両端値を含む）のオーダーであり、各トラックは一対のガイドレール（１０８）を画定し、前記一対のガイドレール（１０８）は、前記内側レース（１０２）の前記外面の周りに周方向に、かつ前記内側レース（１０２）の前記外面に画定された環状レースウェイ（１０７、１０９）から径方向外側に連続して延在し、各トラックは、前記レースウェイ（１０７、１０９）の２つの極縁部を共に画定し、かつ前記レースウェイ（１０７、１０９）と前記それぞれのガイドレール（１０８）との間に径方向に延在する一対の側壁を画定し、各ローラケージ（１１８）と前記内側レース（１０２）との間の小さな隙間は、前記内側レース（１０２）の前記それぞれのトラックの前記それぞれのローラケージ（１１８）と前記それぞれのガイドレール（１０８）との間に画定される、遊星ギヤボックス。

【請求項3】

請求項２に記載の遊星ギヤボックスであって、各それぞれのローラケージ（１１８）内の前記ほぼ円筒状の開口部は、前記内側レース（１０２）のそれぞれのトラックの上方に配置された周方向列に合わせて配列され、前記それぞれのローラケージ（１１８）の各ほぼ円筒状の開口部は、１対の対向し離間する肩要素（１１９）によって周方向に囲まれており、各それぞれのローラ（１０４）は、前記それぞれのローラケージ（１１８）により画定されたそれぞれの開口部を通って延在する円筒状外面（１０１、１１４）を備えて配置され、各それぞれのローラケージ（１１８）と前記内側レース（１０２）の前記それぞれのトラックとの間の小さな隙間は、前記それぞれのローラケージ（１１８）の前記それぞれの肩要素と前記内側レース（１０２）の前記それぞれのトラックの前記一対のガイドレール（１０８）の間に画定される、遊星ギヤボックス。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれかに記載の遊星ギヤボックスであって、前記内側レース（１０２）の前記円筒状内面（１０３、１１２）は、前記支持ピン（９６）の前記円筒状外面（１０１、１１４）に圧入され、前記ローラ（１０４）の各々は、セラミック材料で形成され、少なくとも１つのローラケージ（１１８）の前記ウェブのうちの少なくとも１つは、分割されたウェブ（１３０）である、遊星ギヤボックス。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかに記載の遊星ギヤボックスであって、各円筒状外側レース（８４）の前記ギヤ面（８１、８５、８７）は、前記外側レース（８４）の２つの２重らせんギヤ面（８１、８５、８７）の各一方が前記外側レース（８４）の前記２つの２重らせんギヤ面（８１、８５、８７）の他方と非平行に配置されるバイアスを有する前記２重らせんギヤ面（８１、８５、８７）である、遊星ギヤボックス。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれかに記載の遊星ギヤボックスであって、各トラックは、前記内側レース（１０２）の前記外面の周りに周方向に延在し、各トラックは、前記内側レース（１０２）の前記円筒状内面（１０３、１１２）に対して周方向かつ同心円状に延在し、かつ、前記それぞれのトラックに配置された前記ローラ（１０４）の前記円筒状外面（１０１、１１４）の各々の一部に接触するレースウェイ（１０７、１０９）表面を画定し、各トラックは、互いに軸方向に離間する一対の径方向に延在する側壁を画定する、遊星ギヤボックス。

【請求項7】

ガスタービンエンジン（１０）であって、
ハブ（４８）から径方向に延在し、前記ハブ（４８）の周りに回転可能な複数のブレード（４０）を含むファン（３８）と、
前記ファンの下流に配置された圧縮機（２２、２４）と、
前記圧縮機の下流に配置されたタービン（２８、３０）と、
前記タービンと一体に回転するように前記圧縮機を機械的に結合する回転可能な入力軸と、
単一入力のみを有し、キャリア、前記ハブ（４８）の回転に応じて第１の回転軸（１２）の周りに回転可能な太陽ギヤ（８０）、前記太陽ギヤ（８０）の周りの周方向に配置されたリングギヤ（８６）、前記キャリアに担持され、前記第１の回転軸（１２）に平行な第２の回転軸（１０６）の周りに前記キャリアに対して回転可能な遊星ギヤ（８４）を収容する少なくとも１つの遊星ギヤボックス（４６）を含む遊星ギヤ構成であって、前記少なくとも１つの遊星ギヤは、前記太陽ギヤ（８４）および前記リングギヤ（８６）の両方と噛み合う、遊星ギヤ構成と、
前記ファン（３８）、前記圧縮機、前記タービン、および前記遊星ギヤ構成を囲むエンジン外囲器と、を含み、前記リングギヤ（８６）および前記キャリアの一方は、前記エンジン外囲器に回転不能に結合され、
前記遊星ギヤボックスは、
前記キャリアに固定され、軸方向に延びる中心軸から等距離にある円筒状外面（１０１、１１４）を画定する支持ピン（９６）と、
前記支持ピン（９６）の前記円筒状外面（１０１、１１４）に回転不能に連結された円筒状内面（１０３、１１２）を画定する内側レース（１０２）であって、少なくとも１つのトラックを画定する外面を画定し、各トラックは、それぞれの複数の円筒状ローラ（１０４）を受け入れて回転可能に案内するように構成される、内側レース（１０２）と、
前記遊星ギヤのギヤ面（８１、８５、８７）を画定し、前記太陽ギヤ（８０）および前記リングギヤ（８６）の両方に噛み合う円筒状外面（１０１、１１４）を画定する外側レース（８４）であって、前記外側レース（８４）の前記円筒状外面（１０１、１１４）に対向する円筒状内面（１０３、１１２）を画定する外側レース（８４）と、
前記内側レース（１０２）の各トラックに配置された複数のローラ（１０４）であって、各ローラ（１０４）は前記第２の回転軸（１０６）に平行な第３の回転軸の周りで自由に回転し、各ローラ（１０４）は前記内側レース（１０２）および前記外側レース（８４）の前記円筒状内面（１０３、１１２）の両方に接触する円筒状外面（１０１、１１４）を画定し、各ローラ（１０４）は前記第３の回転軸に平行な方向の長さを規定し、各ローラ（１０４）の直径に対する各ローラ（１０４）の長さの比は１より大きい、複数のローラ（１０４）と、
それぞれのトラックごとに、前記内側レース（１０２）と前記外側レースとの間に配置されたそれぞれのローラケージ（１１８）と、各ローラケージ（１１８）と前記内側レース（１０２）との間に小さな隙間があり、各それぞれのローラケージ（１１８）は、各それぞれのトラックにおいて、そのそれぞれのトラックの隣接する各一対のローラ（１０４）の各それぞれのローラ（１０４）の間のそれぞれの分離を維持するように構成され、各ローラケージ（１１８）は第１の複数のほぼ円筒状の開口部を画定し、各ほぼ円筒状の開口部は前記軸方向に長軸および周方向に短軸を規定し、各ウェブ（１３０）は前記軸方向に延在し、前記周方向にクロスウェブ厚さを規定し、前記開口部の各々は、等間隔に離間した複数のウェブ（１３０）によって前記それぞれのローラケージ（１１８）の周りに周方向に等間隔に前記クロスウェブ厚さだけ隣り合うローラ（１０４）を離間し、
各ローラケージ（１１８）の各ウェブ（１３０）は、前記ローラ（１０４）のうちの１つの直径の１５％から２５％である前記クロスウェブ厚さを有する、ガスタービンエンジン。

【請求項8】

請求項７に記載のガスタービンエンジンであって、各ローラケージ（１１８）の各ウェブ（１３０）は、前記ローラ（１０４）のうちの１つの直径の１５％から２０％であるクロスウェブ厚さを有し、
前記ローラケージ（１１８）と各内側レース（１０２）との間の前記小さい隙間は、０．００５から０．０５０インチ（両端値を含む）のオーダーであり、各トラックは一対のガイドレール（１０８）を画定し、前記一対のガイドレール（１０８）は、前記内側レース（１０２）の前記外面の周りに周方向に、かつ前記内側レース（１０２）の前記外面に画定された環状レースウェイ（１０７、１０９）から径方向外側に連続して延在し、前記トラックの各々は、前記レースウェイ（１０７、１０９）の２つの極縁部を共に画定し、かつ前記レースウェイ（１０７、１０９）と前記それぞれのガイドレール（１０８）との間に径方向に延在する一対の側壁を画定し、各ローラケージ（１１８）と前記内側レース（１０２）との間の小さな隙間は、前記ローラケージ（１１８）と前記内側レース（１０２）の前記ガイドレール（１０８）との間に画定される、ガスタービンエンジン。

【請求項9】

請求項７または８に記載のガスタービンエンジンであって、各ローラケージ（１１８）は前記内側レース（１０２）のそれぞれのトラックの上方に配置された周方向列を画定し、各周方向列は複数のほぼ円筒状の開口部を画定し、各ほぼ円筒状の開口部は前記軸方向に長軸および前記周方向に短軸を規定し、各列の前記開口部は、前記それぞれのケージ（１１８）の周りに周方向に等間隔に離間し、各列の開口部の数は、前記それぞれのローラケージ（１１８）の前記それぞれの列の下に配置された前記それぞれのトラックに配置されたローラ（１０４）の数に等しく、各それぞれのローラ（１０４）は、前記それぞれのローラケージ（１１８）により画定されたそれぞれの開口部を通って延在する円筒状表面を備えて配置される、ガスタービンエンジン。

【請求項10】

請求項７乃至９のいずれかに記載のガスタービンエンジンであって、前記圧縮機は、低圧圧縮機であり、前記タービンは低圧タービンであり、前記入力軸は、前記低圧圧縮機を前記低圧タービンに機械的に結合する低圧シャフトであり、
各円筒状外側レース（８４）の前記ギヤ面（８１、８５、８７）は、前記外側レース（８４）の２つの２重らせんギヤ面（８１、８５、８７）の各一方が前記外側レース（８４）の前記２つの２重らせんギヤ面（８１、８５、８７）の他方と非平行に配置されるバイアスを有する前記２重らせんギヤ面（８１、８５、８７）であり、前記内側レース（１０２）の前記円筒状内面（１０３、１１２）は、前記支持ピン（９６）の前記円筒状外面（１０１、１１４）に圧入される、ガスタービンエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本主題は、一般的には円筒状ローラ軸受に関し、特にガスタービンエンジン内の遊星ギヤボックスの遊星ギヤのための円筒状ローラ軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンエンジンは、一般的に互いに流体連通して配置されたファンおよびコアを含み、コアはガスタービンを通る流れの方向においてファンの下流に配置される。ガスタービンエンジンのコアは、一般的に、流れの順に、圧縮機部、燃焼部、タービン部、および排気部を含む。多軸型ガスタービンエンジンでは、圧縮機部は、低圧圧縮機（ＬＰ圧縮機）の下流に配置された高圧圧縮機（ＨＰ圧縮機）を含むことができ、タービン部は、同様に高圧タービン（ＨＰタービン）の下流に配置される低圧タービン（ＬＰタービン）を含むことができる。このような構成では、ＨＰ圧縮機は、高圧シャフト（ＨＰシャフト）を介してＨＰタービンに結合され、ＬＰ圧縮機は、低圧シャフト（ＬＰシャフト）を介してＬＰタービンに結合される。

【0003】

動作時には、ファンの上の空気の少なくとも一部がコアの入口に提供される。空気のこのような部分は、ＬＰ圧縮機により、次いでＨＰ圧縮機により段階的に圧縮され、圧縮された空気は燃焼部に到達する。燃料が圧縮空気と混合され、燃焼部内で燃焼して、燃焼ガスを提供する。燃焼ガスは、燃焼部からＨＰタービンを通り、次にＬＰタービンを通って導かれる。タービン部を通る燃焼ガスの流れは、ＨＰタービンおよびＬＰタービンを駆動し、これらの各々が、ＨＰシャフトおよびＬＰシャフトを介してＨＰ圧縮機およびＬＰ圧縮機のそれぞれを順番に駆動する。燃焼ガスは、次に排気部を通って、たとえば、大気中に導かれる。

【0004】

ＬＰタービンはＬＰシャフトを駆動し、ＬＰシャフトはＬＰ圧縮機を駆動する。ＬＰ圧縮機を駆動することに加えて、ＬＰシャフトは、遊星ギヤ構成のファンギヤボックスを介してファンを駆動することができ、それによって、効率をよりためにＬＰシャフトの回転速度よりも少ない単位時間当たりの回転数でファンを回転させることができる。ファンギヤボックスは、リングギヤの中心に配置される太陽ギヤおよび複数の遊星ギヤを回転可能に支持し、複数の遊星ギヤは、太陽ギヤの周りに配置され、太陽ギヤとリングギヤとを係合する。ＬＰシャフトは、太陽ギヤに結合されることによって、遊星ギヤ構成への入力を提供し、ファンは、遊星ギヤのキャリアと一体に回転するように結合される。各遊星ギヤは、太陽ギヤおよびリングギヤと噛み合っており、リングギヤは固定されている。ファンのシャフトは、太陽ギヤボックス内に収容されたそれ自体の軸受上で回転可能であり、太陽ギヤボックスは、ファンギヤボックスとも呼ばれ、キャリアの回転中心領域に固定されている。各遊星ギヤは、遊星ギヤボックス内に収容されたそれ自体の軸受上で回転可能であり、遊星ギヤボックスはキャリアの周辺領域に固定されている。

【0005】

任意の所与のガスタービンエンジン用途では、遊星ギヤは、ＬＰシャフトの回転速度とファンシャフトの回転速度との間の設定された減速比を提供するように設計される。各遊星ギヤを収容する各遊星ギヤボックスは、ガスタービンエンジンの流路内に配置されているので、解決すべき課題は、一方では、エンジンのすべての飛行条件を満たす信頼性が高くて堅牢な遊星ギヤボックスを設計し、他方では、遊星ギヤボックスを収容するために、そうしない場合よりもエンジン全体のサイズが大きくなり重くならないように、流路内に適合するのに十分に小型の遊星ギヤボックスを設計することである。

【0006】

セラミックのローリング要素は、重量が軽く、スチールローラよりも長い寿命を提供することが知られているが、セラミックのローリング要素は、ボールローラ軸受または球状ローラ軸受の形態で使用され、軸方向に対応せず、したがって、いくつかのらせんギヤ構成と互換性がない。

【0007】

したがって、ファンとＬＰシャフトとの間の遊星ギヤ装置に必要な外囲器を縮小するための１つまたは複数の部品を有するガスタービンエンジンが有用であろう。具体的には、遊星ギヤ装置の遊星ギヤを収容する遊星ギヤボックスに必要な外囲器を縮小するための１つまたは複数の部品を有するガスタービンエンジンが特に有益であろう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許第８９６９１４８号明細書

【発明の概要】

【0009】

本発明の態様および利点は、以下の説明において部分的に記載され、あるいは説明から明らかになり、あるいは本発明の実施を通して知ることができる。

【0010】

本開示の例示的な一実施形態では、ガスタービンエンジンの動力ギヤボックスの遊星ギヤのための軸受が提供される。動力ギヤボックスは、少なくとも１つの遊星軸受を有する遊星ギヤ構成を含む。ターボファンエンジンのＬＰシャフトは、動力ギヤボックスに回転入力を提供し、動力ギヤボックスからの出力は、ターボファンエンジンのファンシャフトを回転させるように提供される。例示的な遊星の一実施形態では、各遊星ギヤは、遊星ギヤのキャリアに減速した回転速度の出力を与えるように太陽ギヤ入力および固定したリングギヤと噛み合うギヤ面を含む外側レースを有する。別の例示的な星形の実施形態では、各遊星ギヤは、リングギヤに減速した回転速度の出力を与えるようにキャリアが固定された状態で、太陽ギヤ入力と噛み合うギヤ面を含む外側レースを有する。

【0011】

遊星軸受は、内側レースで案内され、内側レースは、望ましくは、少なくとも１つのローラトラックを有する単一片である。それぞれのローラトラックごとに、それぞれのローラケージが内側レースと外側レースとの間に配置されている。遊星ギヤ、太陽ギヤ、およびリングギヤの各々の歯は、太陽ギヤおよびリングギヤの両方に対して遊星ギヤを軸方向に拘束する二重らせんパターンに配置されることが望ましい。遊星軸受は複数の円筒状ローラを使用し、円筒状ローラは内側レースおよび外側レースの両方に回転可能に接触する円筒状外面を有し、外側レースは遊星ギヤの円筒状内面により形成される。ローラケージは、内側レースに対して小さな隙間をもって配置され、円筒状ローラの直径の１５％〜２５％のクロスウェブ厚さを有し、円筒状ローラは、１．０を超える、望ましくはローラの直径の１．３倍以上で直径の１．８倍までのＬ／Ｄ比を有することが望ましい。

【0012】

本開示の別の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンには、遊星軸受によって回転可能に支持された遊星ギヤを含む動力ギヤボックスが設けられる。ガスタービンエンジンは、少なくとも１つの圧縮機を有する圧縮機部および圧縮機部の下流に配置され、少なくとも１つのタービンを有するタービン部を含む。圧縮機部は、低圧圧縮機および低圧圧縮機の下流の高圧圧縮機を含むことができる。タービン部は、高圧（ＨＰ）タービンおよびＨＰタービンの下流の低圧（ＬＰ）タービンを含む。ガスタービンエンジンはまた、遊星ギヤ構成を介して低圧圧縮機を低圧タービンに機械的に結合する低圧シャフトを含み、遊星ギヤ構成は、上で概要を説明し、以下でより詳細に説明するように、１つまたは複数の遊星軸受を含む。

【0013】

本発明のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の図面を参照すれば、より良く理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、本発明の実施形態を例示し、説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

【0014】

本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の様々な実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略的な断面図である。

【図2】図１の例示的なガスタービンエンジンのファンシャフトとＬＰシャフトとの間の遊星ギヤ構成の部分斜視図および４分の１の部分の部分断面図である。

【図3】図２の３−３で示された視線にほぼ沿った概略的な断面図である。

【図4】図２の４−４で示された視線にほぼ沿った概略的な断面図である。

【図5】図２の例示的なギヤ構成の分解された例示的な部品の立面斜視図である。

【図6】図３において数字６で示すバルーン内に示されるものの拡大図である。

【図7】遊星ギヤ装置の、太陽ギヤと遊星ギヤのうちの３つとの間の噛み合い、および遊星ギヤのうちの１つとリングギヤとの間の噛み合いの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本発明の同様のまたは類似の部材を指すために用いている。本明細書において、用語は、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れについての相対的方向を示す。たとえば、「上流」は流体がそこから流れる方向を示し、「下流」は流体がそこへ流れる方向を示す。本明細書で使用されるように、流体は、空気などの気体または潤滑剤などの液体であってもよい。

【0017】

ここで図面を参照すると、図面全体を通して同一符号は同一要素を示しており、図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略的な断面図である。より具体的には、図１の実施形態では、ガスタービンエンジンは、高バイパス・ターボファン・ジェットエンジン１０であり、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ぶ。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照のために設けられた長手方向中心線１２に平行に延びる）、および軸方向Ａに垂直な径方向Ｒを規定する。一般に、ターボファンエンジン１０は、ファン部１４、およびファン部１４の下流に配置されたコア・タービン・エンジン１６を含む。

【0018】

図示する例示的なコア・タービン・エンジン１６は、一般的に環状入口２０を画定する実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。図１に概略的に示すように、外側ケーシング１８は、直列の流れの関係で、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機２２およびその下流に続く高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機部と、燃焼部２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８およびその下流に続く低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービン部と、ジェット排気ノズル部３２と、を収容する。高圧（ＨＰ）シャフトすなわちスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に一体に回転するように駆動的に連結する。低圧（ＬＰ）シャフトすなわちスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に一体に回転するように駆動的に連結する。圧縮機部、燃焼部２６、タービン部、およびノズル部３２は、共にコア空気流路を画定する。

【0019】

図１に示す実施形態では、ファン部１４は、間隔を置いてディスク４２に結合された複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図１に示すように、ファンブレード４０は、ほぼ径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延在する。各ファンブレード４０は、ファンブレード４０のピッチを同時にまとめて変化させるように構成された適切な作動部材４４に動作可能に結合されたファンブレード４０により、ピッチ軸Ｐを中心としてディスク４２に対して回転することができる。ファンブレード４０、ディスク４２、および作動部材４４は共に、動力ギヤボックス４６を横切るＬＰシャフト３６によって駆動されるファンシャフト４５を介して長手方向軸１２を中心として回転することができる。動力ギヤボックス４６は、ＬＰシャフト３６に対するファンシャフト４５の、したがってファン３８の回転速度をより効率的な回転ファン速度に調整するための複数のギヤを含む。

【0020】

さらに図１の例示的な実施形態を参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進するために空気力学的に輪郭づけされた回転可能なフロントハブ４８で覆われている。さらに、例示的なファン部１４は、ファン３８および／またはコア・タービン・エンジン１６の少なくとも一部を周方向に取り囲む環状ファンケーシングまたは外側ナセル５０を含む。ナセル５０は、周方向に間隔を置いて配置された複数の出口ガイドベーン５２により、コア・タービン・エンジン１６に対して支持されるように構成することができることを理解されたい。あるいは、ナセル５０はまた、構造的ファンフレームの支柱によって支持されてもよい。さらに、ナセル５０の下流部５４は、コア・タービン・エンジン１６の外側部分を覆うように延在してもよく、それらの間にバイパス空気流路５６を画定することができる。

【0021】

ターボファンエンジン１０の動作時には、ある量の空気５８が、ナセル５０および／またはファン部１４の関連する入口６０を通ってターボファンエンジン１０に入る。ある量の空気５８がファンブレード４０を通過する際に、空気５８の第１の部分は、矢印６２で示すように、バイパス空気流路５６内に導かれまたは送られ、空気５８の第２の部分は、矢印６４で示すように、コア空気流路の上流部分内に、より具体的には、ＬＰ圧縮機２２の入口２０内に導かれまたは送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との比は、バイパス比として一般的に知られている。次に、空気の第２の部分６４が高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼部２６内に送られる際にその圧力が増加し、高度に圧縮された空気が燃焼部２６で燃料と混合され、燃焼して、燃焼ガス６６を提供する。

【0022】

燃焼ガス６６はＨＰタービン２８に送られ、そこを通って膨張し、そこで燃焼ガス６６からの熱および／または運動エネルギーの一部が、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービン・ステータ・ベーン６８と、ＨＰシャフトすなわちスプール３４に結合されたＨＰタービン・ロータ・ブレード７０と、の連続段を通して抽出され、ＨＰシャフトすなわちスプール３４を回転させ、それによってＨＰ圧縮機２４の動作を支援する。次に燃焼ガス６６はＬＰタービン３０に送られ、そこを通って膨張し、そこで熱および運動エネルギーの第２の一部は、燃焼ガス６６から、外側ケーシング１８に結合されたＬＰタービン・ステータ・ベーン７２と、ＬＰシャフトすなわちスプール３６に結合されたＬＰタービン・ロータ・ブレード７４と、の連続段を通して抽出され、ＬＰシャフトすなわちスプール３６を回転させ、それによって動力ギヤボックス４６を介してＬＰ圧縮機２２の動作およびファン３８の回転を支援する。

【0023】

燃焼ガス６６は、次に、コア・タービン・エンジン１６のジェット排気ノズル部３２を通って送られ、推進力を提供する。同時に、空気の第１の部分６２がターボファンエンジン１０のファンノズル排気部７６から排出される前にバイパス空気流路５６を通って送られる際に、空気の第１の部分６２の圧力が実質的に増加し、また推進力を提供する。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、およびジェット排気ノズル部３２は、コア・タービン・エンジン１６を通って燃焼ガス６６を送るための高温ガス経路７８を少なくとも部分的に画定する。

【0024】

しかし、図１に示す例示的なターボファンエンジン１０は、例示するためだけのものであり、他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン１０は、他の任意の適切な構成を有してもよいことを理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、ファン３８は、他の任意の適切な方法（たとえば、固定ピッチファン等）で構成することができ、また任意の他の適切なファンフレーム構成を使ってさらに支持することができる。さらに、他の例示的な実施形態では、他の任意の適切なＬＰ圧縮機２２の構成を利用することができることも理解されたい。さらに他の例示的な実施形態では、本開示の態様は、他の任意の適切なガスタービンエンジン内に組み込むことができることも理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、本開示の態様は、たとえば、ターボシャフトエンジン、ターボプロップエンジン、ターボコアエンジン、ターボジェットエンジンなどに組み込むことができる。

【0025】

図２は、本開示の一態様により構成された動力ギヤボックス４６の部分を示す。各遊星ギヤを回転可能に支持する遊星軸受の特徴を例示するために、図２は、部分斜視図および部分断面図であって、動力ギヤボックス４６の部品として機能することが望ましい動力ギヤボックス構成の例示的な一実施形態の４分の１の部分の遊星軸受部分に集中した図を示す。動力ギヤボックス４６は、遊星型であり、図１に示す長手方向軸１２と一致する回転中心軸を有する。

【0026】

たとえば図２に概略的に示すように、動力ギヤボックス４６は、図１に示す長手方向軸１２の周りに回転可能である中央に配置された太陽ギヤ８０を含む。太陽ギヤ８０を回転可能に支持する軸受については図示を省略しているが、太陽ギヤ８０の軸受は本開示の主眼ではないからである。太陽ギヤ８０は、ギヤ歯８１の二重らせんパターンを有することが望ましい。キャリアは太陽ギヤ８０を囲み、太陽ギヤ８０はキャリアに対して回転可能である。キャリアは、少なくとも１つの遊星ギヤ８４を担持し、望ましくは遊星ギヤ８４の環状アレイを担持する。図示する実施例では、４つの遊星ギヤ８４があるが、異なる数の遊星ギヤ８４を用いることができる。図５および図７に示すように、各遊星ギヤ８４は、望ましくは、太陽ギヤ８０のギヤ歯８１と噛み合うように構成されたギヤ歯８５の二重らせんパターンを有する。

【0027】

たとえば図２および図７に概略的に示すように、動力ギヤボックス４６は、望ましくは、太陽ギヤ８０および遊星ギヤ８４の周りに周方向に配置された固定されたリングギヤ８６を有する遊星ギヤ構成である。例示的な一実施形態では、太陽ギヤ８０および遊星ギヤ８４を囲むリングギヤ８６は、図示していない方法で外側ケーシング１８に結合されることによって固定されて描かれているが、この特定の構成はいくつかの従来の方法で実現することができ、それらのいずれであっても本開示の例示的な実施形態を例示するために適しているからである。たとえば、図２に示すように、リングギヤ８６は、複数の軸方向孔８９が穿設されている中心外周フランジ８８を介して外側ケーシング１８に固定する（機械的にボルト止めまたは溶接によって）ことができる。遊星ギヤ構成の星形構成を用いる代替的な例示的な実施形態では、キャリアが外側ケーシング１８に結合され、この結合の詳細も、本発明の所望される態様を説明するためには必要でない。しかし、両方の実施形態では、たとえば図７に概略的に示すように、リングギヤ８６は各遊星ギヤ８４と回転可能に噛み合い、各遊星ギヤ８４は太陽ギヤ８０と回転可能に噛み合い、したがってリングギヤ８６もまた、遊星ギヤ８４の歯８５と噛み合うように構成されたギヤ歯８７の二重らせんパターンを有することが望ましい。

【0028】

太陽ギヤ８０、遊星ギヤ８４、およびリングギヤ８６は、全体でギヤ列を構成する。たとえば図７では、１つの完全な遊星ギヤ８４、他の２つの遊星ギヤ８４の一部、ならびに太陽ギヤ８０およびリングギヤ８６を概略的に表している。小さな曲率半径の破線は、リングギヤ８６の歯８７の頂点を模式的に表し、大きな曲率半径の破線は、リングギヤ８６の歯８７の谷を模式的に表す。同様に、大きな曲率半径の破線は、遊星ギヤ８４の歯８５の頂点を模式的に表し、小さな曲率半径の破線は、遊星ギヤ８４の歯８５の谷を模式的に表す。図７では、大きな曲率半径の破線は、太陽ギヤ８０の歯８１の頂点を模式的に表し、小さな曲率半径の破線は、太陽ギヤ８０の歯８１の谷を模式的に表す。遊星ギヤ８４の各々は、太陽ギヤ８０およびリングギヤ８６の両方と噛み合っている。

【0029】

太陽ギヤ８０、遊星ギヤ８４、およびリングギヤ８６は、合金鋼から作製することができる。本明細書で望ましく想定される遊星ギヤ構成の一実施形態は、単一入力および単一出力のみを有する遊星構成であって、リングギヤ８６が固定されている。動作時には、太陽ギヤ８０がＬＰシャフトである入力により回転されるが、遊星ギヤボックスを担持するキャリアは、図１に示すファンシャフト４５である機械的負荷に結合されている。したがって、動力ギヤボックス４６は、太陽ギヤ８０の回転速度を、キャリアに結合された負荷、すなわち、ファンシャフト４５の回転に適した回転速度に既知の方法で減速することができる。

【0030】

遊星ギヤ８４の各々は、軸受によって回転可能に担持され、次に軸受は遊星ギヤボックスによって担持され、次に遊星ギヤボックスはキャリアによって担持される。１つの遊星ギヤ８４の軸受の構成および装着については、遊星ギヤ８４の各々が、キャリア上の異なる点ではあるが、同じように構成され装着されるということを理解して、説明する。

【0031】

たとえば図２および図４に概略的に示すように、キャリアは、前方壁９０および前方壁９０から軸方向に離間した後方壁９２を含み、両者は共に各遊星ギヤボックスのキャリアの一部を形成する。前方壁９０および後方壁９２の各々は、それを通る各同軸孔９１および９３をそれぞれ画定する。キャリアは、望ましくは、キャリアの前方壁９０および後方壁９２の間に軸方向に延在し、両者を接続する複数の側壁９４を含む。望ましくは、側壁９４の対は、キャリアの前方壁９０および後方壁９２にそれぞれ画定された同軸孔９１、９３の反対側に配置される。

【0032】

遊星ギヤ構成の遊星構成を採用する例示的な一実施形態では、キャリアが同一速度で一体に回転するように従来の方法でファンシャフト４５に回転不能に結合されるが、この結合の仕方は本発明の理解に重要ではないので、これ以上説明する必要はない。遊星ギヤ構成の星形構成を採用する代替的な一実施形態では、リングギヤ８６が同一速度で一体に回転するように従来の方法でファンシャフト４５に回転不能に結合されるが、この結合の仕方は本発明の理解に重要ではないので、これ以上説明する必要はない。

【0033】

たとえば図２〜図４および図６に示すように、支持ピン９６は、中空で、ほぼ円筒状であり、前端部および後端部を有する。支持ピン９６は、遊星ギヤ８４の軸受をキャリアに装着するために設けられ、したがってキャリアに固定されるように構成される。たとえば図２に示すように、支持ピン９６の対向する各端部はキャリアに画定された孔９１、９３の一方に挿入される。たとえば図２および図４に示すように、支持ピン９６の前端部はネジ付き小径面９７を含み、後端部は環状の径方向外向きに延在するフランジ９８を含む。リテーナ９９（この実施例ではネジ付きロックナット）は、前端部の小径面９７と係合して、後方軸方向運動に抗して適切な位置に支持ピン９６を固定する。

【0034】

たとえば図３および図４に示すように、支持ピン９６は、円筒状外面１０１を画定する。図２に示すように、支持ピン９６の円筒状外面１０１は、支持ピン９６を通り軸方向に延びる中心軸１０６から径方向に等距離に配置されている。この中心軸１０６はまた、遊星ギヤ８４の回転軸を規定する。

【0035】

支持ピン９６は、その内部に形成され、それを貫通して径方向に延在する複数の供給孔を含むことが望ましいが、これらの供給孔の数および配置は、本開示に関する限り従来のものであるので、いずれも本明細書の図面では示していない。動作時には、オイルが支持ピン９６の後端部の開口部を通って中空の支持ピン９６の内部に供給され、そこからオイルはそのような供給孔を通って内側レース１０２に流れ、冷却および潤滑の両方を提供する。

【0036】

たとえば図３に示すように、遊星軸受は、支持ピン９６の円筒状外面１０１に回転不能に連結された円筒状内面１１２を画定する内側レース１０２を含む。望ましくは、内側レース１０２の円筒状内面１１２は、支持ピン９６の円筒状外面１０１に圧入される。

【0037】

望ましくは、遊星軸受は、内側レースで案内され、したがって内側レース１０２は、望ましくは、対向して配置された内面１１２、およびローラレースウェイを画定する少なくとも１つのローラトラックを画定する外面を有する単一の一体部品である。各それぞれのトラックは、一対のガイドレール１０８により画定され、ガイドレール１０８は、軸方向に互いに離間して配置され、内側レース１０２の周りに周方向に延在し、各それぞれのローラケージ１１８（詳しくは後述する）にそれぞれの案内面を提供する。本明細書で想定されるように、内側レース１０２は、単一のトラックまたは二重トラック内側レース１０２もしくは三重トラック内側レース１０２などの複数のトラックを含むことができる。しかし、本明細書の遊星ギヤボックスの構造および動作の説明は、二重トラック内側レース１０２の特定の実施例を使用し、したがって、追加のトラックをどのように収容するか、あるいは二重トラックのうちの１つを除去した後に単一トラックがどのように残るかについて説明する。

【0038】

したがって、二重トラックの実施形態では、内側レース１０２の外面は２対のガイドレール１０８を組み込み、２対のガイドレール１０８は、内側レース１０２の周りに周方向に連続して延在し、互いに軸方向に離間した一対の環状レースウェイ、すなわち前方レースウェイ１０７および後方レースウェイ１０９をそれぞれ画定する。たとえば図６に概略的に示すように、一対のトラックの各々のガイドレール１０８は、互いに軸方向に離間した径方向に延在する一対の側壁１１０を画定する。ガイドレール１０８の各対のそれぞれの側壁１１０は、二重トラック内側レース１０２の外面に画定された一対のトラックの一方の一部を形成する一対のレースウェイ１０７、１０９の一方の２つの極縁部を画定する。互いに軸方向に離間した二重レースウェイ１０７、１０９を有する単一の内側レース１０２の使用は、ローラ１０４のセット間の良好な同心度を提供するが、２つの別々の内側レース１０２も同様に使用することができる。内側レース１０２の軸方向寸法は、内側レース１０２が、キャリアの対向する軸方向に離間した壁９０、９２に対して軸方向に移動することができないような寸法であることが望ましい。

【0039】

たとえば図４に示すように、一対のトラックの各々は、内側レース１０２の外面の周りに周方向に延在する。一対のトラックの各々は、他の１対のトラックから軸方向に分離されている。一対のトラックの各々は、他の１対のトラックに対して周方向に平行に配置されている。一対のトラックの各々は、内側レース１０２の円筒状内面１１２に対して周方向にかつ同心状に延在するレースウェイ１０７または１０９の形態の表面を画定する。

【0040】

内側レース１０２の一対のトラックの各々は、それぞれの複数の円筒状ローラ１０４をその内部に受け入れて回転可能に案内するように構成され、複数の円筒状ローラ１０４は、遊星軸受の内側レース１０２および外側レースの両方に対して自由に回転する。このように、内側レース１０２のレースウェイ１０７、１０９は、２つのタンデムリングにローラ１０４を受け入れる。第１の複数の円筒状ローラ１０４は、内側レース１０２の一対のトラックの第１の方の前方レースウェイ１０７上に回転可能に配置される。同様に、第２の複数の円筒状ローラ１０４は、内側レース１０２の一対のトラックの第２の方の後方レースウェイ１０９上に回転可能に配置される。このように、内側レース１０２のレースウェイ１０７、１０９は、それぞれのトラック内に配置された円筒状ローラ１０４の円筒状外面１１４の各々の一部に接触する。

【0041】

対向する各端部の通常の丸い角およびクラウン半径を当面考慮しなければ、たとえば図２、図５、および図６に概略的に示すように、プロファイル図では、ローラ１０４の各々は一様な円筒形状を有する。たとえば図５に示すように、各円筒状ローラ１０４は、ローラ１０４の軸方向に延び、かつ、回転支持された遊星ギヤ８４の回転軸１０６に平行な方向に延びる回転中心軸を有して配置される円筒状外面１１４を画定する。望ましくは、各円筒状ローラ１０４の円筒状外面１１４の少なくとも中央部分は、円筒状ローラ１０４の軸長の中央部分に沿ったローラの回転中心軸から均一に等距離に配置される。たとえば図６に概略的に示すように、各ローラ１０４の対向する各端部は、通常の丸い角と従来通りに相応のクラウン半径を有し、これらの両方は、それらの端部位置でローラ１０４の円筒状外面１１４の直径を小さくするように働く特徴を有する。各ローラ１０４の円筒状外面１１４の中央部分が、対向する各端部において丸い角およびクラウン半径によって囲まれ、円筒状外面１１４のこの中央部分が、遊星軸受の動作時に内側レース１０２のそれぞれのレースウェイ１０７、１０９と接触するようになる面である。

【0042】

たとえば図６に示すように、各円筒状ローラ１０４の円筒状外面１１４は、ローラ１０４の中間点で取られ、ローラ１０４の中心回転軸に垂直な方向に沿ってローラ１０４の中心回転軸を通って延びる直径Ｄによって画定される。たとえば図６に示すように、各円筒状ローラ１０４の円筒状外面１１４は、円筒状ローラ１０４の回転軸に平行な方向の長さＬを画定する。各円筒状ローラの直径Ｄに対する各円筒状ローラの長さＬの比は１より大きい。望ましくは、各円筒状ローラの直径に対する各円筒状ローラの長さの比は１．３より大きい。たとえば、２９ｍｍの直径Ｄを有するローラは、４３ｍｍの長さＬを有することが望ましい。望ましくは、各円筒状ローラ１０４は、１．３から１．８まで（両端値を含む）の範囲内に収まる長さ対直径比（Ｌ／Ｄ）を有する。たとえば、１．２５インチの直径Ｄを有するローラは、１．６８７５インチの長さＬを有することが望ましい。円筒状ローラ１０４は、公知の組成のセラミック材料、たとえば窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎｉ₄）を含むことができる。

【0043】

たとえば図３および図６に示すように、遊星軸受の外側レースは、遊星ギヤ８４の円筒状内面１０３によって形成される。このように、遊星軸受の外側レース８４は、太陽ギヤ８０のギヤ歯８１およびリングギヤ８６のギヤ歯８７の両方と噛み合うように構成されたギヤ面８５を画定する円筒状外面を画定する。望ましくは、たとえば図５に示すように、各円筒状外側レース８４のギヤ面８５は、外側レース８４の２つの２重らせんギヤ面の各一方が外側レース８４の２つの２重らせんギヤ面の他方と非平行に配置されるバイアスを有する２重らせんギヤ面でパターン化されている。

【0044】

ギヤの噛み合い（太陽ギヤ対遊星ギヤ、および遊星ギヤ対リングギヤ）の各々は、２重らせんギヤ歯形を有するので、太陽ギヤ８０と遊星ギヤ８４との間では軸Ａに平行な方向に相対移動することができない。また、遊星ギヤ８４とリングギヤ８６との間でも、この方向に移動することができない。二重らせんパターンは、太陽ギヤ８０およびリングギヤ８６の両方に対して軸方向に遊星ギヤ８４を拘束し、遊星ギヤ８４はキャリアに対して軸自由度を提供するように装着されている。

【0045】

たとえば図３に示すように、複数の円筒状ローラ１０４は、円筒状内面１０３と、遊星軸受の外側レースとして機能する遊星ギヤ８４の内側レース１０２との間に配置される。たとえば図４に示すように、遊星軸受の外側レース８４の円筒状内面１０３は、第１の複数の円筒状ローラ１０４および第２の複数の円筒状ローラ１０４に回転可能に接触する。

【0046】

たとえば図３〜図５に示すように、遊星ギヤボックスは、望ましくは、内側レース１０２と外側レース８４との間に配置され、かつ、両方に対して自由に回転するが、外側レース８４の回転速度とは異なる速度で回転する一対のローラケージ１１８を含む。たとえば図３および図５に示す実施形態では、内側レース１０２が並列な二重トラックを有するので、別々のローラケージ１１８が二重トラックの各々の上に設けられる。たとえば図５に示すように、第１のローラケージ１１８は、第１の周方向列を画定し、第２のローラケージ１１８は、第１の周方向列から軸方向に分離された第２の周方向列を画定する。各ローラケージ１１８の周方向列は、内側レース１０２の一対のトラックのそれぞれのトラックの上方に配置される。各ローラケージ１１８は、周方向に延在する肩要素１１９および軸方向に延在するウェブ要素１２０により構成され、内側レース１０２のそれぞれのレースウェイ１０７、１０９を有する各それぞれのトラックにおいて、そのそれぞれのトラックの周方向に隣接する円筒状ローラ１０４の各対の各それぞれの円筒状ローラ１０４の間の周方向のそれぞれの分離を維持する。

【0047】

各ローラケージ１１８の各周方向列は、ほぼ円筒状の開口部を画定する。ローラケージ１１８の各ほぼ円筒状の開口部は、軸方向の長軸および周方向の短軸により画定される、たとえば図５に示すように、ローラケージ１１８の各ほぼ円筒状の開口部は、軸方向に細長く、対向し離間する一対のウェブ要素１２０によって、かつ、周方向に細長く、対向し離間する肩要素１１９によって囲まれている。各ほぼ円筒状の開口部の長軸は、個々のローラ１０４の長さＬに適合するように構成され、各ほぼ円筒状の開口部の短軸は、個々のローラ１０４の直径Ｄに適合するように構成される。たとえば図３および図５に示すように、各列の開口部は、ローラケージ１１８の周りで周方向に等間隔に離間し、各列の開口部の数は、ローラケージ１１８のそれぞれの列の下に配置された１対のトラックのそれぞれの一方に配置された円筒状ローラ１０４の数に等しい。したがって、たとえば図５に示すように、各それぞれの円筒状ローラ１０４は、ローラケージ１１８により画定されたそれぞれの開口部を通って延在する円筒状外面１１４を備えて配置される。

【0048】

望ましくは、各ローラケージ１１８は、周方向に分割されたケージの形態で設けられ、それは軸方向の切り込みに沿って半分に分割されたウェブ１２０の一方を有することによって達成される。たとえば図５に概略的に示すように、分割されたウェブ１３０は、小さな切り込みによってその軸方向中心線に沿って軸方向に半分に分割されており、その小さな切り込みは、分割されたウェブ１３０を完全に貫通して軸方向に延在する切り込みの結果として分割されたウェブ１３０に形成される対向する縁部の間にごくわずかな隙間を残している。このように設けられた周方向に分割されたローラケージ１１８は、ケージ１１８内のフープ応力を低減するのに役立つ。

【0049】

たとえば図４に示すように、各ローラケージ１１８の各それぞれの肩要素１１９は、肩要素１１９の２つのそれぞれの対向する面とガイドレール１０８との間に小さな隙間を有して、内側レース１０２のそれぞれのガイドレール１０８の上方に配置される。遊星軸受は、内側レースで案内されるので、ローラケージ１１８は、ケージ１１８の肩要素１１９により画定される円筒形状の内周面と、内側レース１０２のガイドレール１０８の円筒形状の外周面との間に小さな隙間を有するよう設計され、この小さな隙間は、望ましくは０．００５〜０．０５０インチ（両端値を含む）のオーダーである。

【0050】

たとえば図３および図６の周方向断面、ならびに図４の軸方向断面に示すように、各ローラケージ１１８のそれぞれのウェブ要素１２０は、ローラケージ１１８の対向する肩要素１１９の間に軸方向に延在するように配置される。これらのウェブ要素１２０の各々は、図６の断面図に示すローラケージ１１８のウェブ１２０を画定しているが、図面では過度の複雑さを回避するために、ローラケージ１１８または円筒状ローラ１０４のウェブ１２０などの金属部品の断面図では通常見られるクロスハッチングをしていない。両方のローラケージ１１８のウェブ１２０のすべては、同一に構成され、寸法が設定されている。

【0051】

図６に示すように、各ウェブ１２０の横断面の輪郭は、ウェブ１２０の側面の輪郭を成す台形の非平行な側脚部を有する台形に似ている。各ウェブ１２０の各対向する側面は、台形の側脚部上の特定の点において隣接する円筒状ローラ１０４の円筒状外面１１４と接触し、ベアリングの中心線１０６（図５）から円筒状ローラ１０４がウェブ１２０に接触するこの点までの距離の２倍は、ウェブ１２０の「ローラ接触直径」と呼ばれている。

【0052】

また図６には、遊星軸受の「ピッチ円」として知られるものを表す破線を示してある。図６の長い破線の曲線は、円筒状ローラ１０４の各々の回転中心軸を通って描かれ、ローラ１０４が図７に概略的に示されているようにすべてのローラが図６に示されたとすれば、完全な円を形成する仮想線である。軸受の「ピッチ円」の直径は、軸受の「ピッチ直径」である。本明細書で関心のあるウェブ１２０の厚さは、図６に示す図のウェブ１２０の２つの非平行な側脚部の間にあるピッチ円の部分の長さである。本明細書で関心のあるこのウェブ厚さは、ウェブの２つの非平行な脚部の間にあるピッチ円の角度比を測定し、軸受のピッチ円の円周を乗算することによって算出することができる。

【0053】

ローラケージ１１８によって画成された開口部の各々は、複数の等間隔に離間したウェブ１２０によってケージの周りに周方向に等間隔に離間され、各ウェブ１２０は、軸方向に延在し、周方向にクロスウェブ厚さを画定する。各ウェブ１２０のそのクロスウェブ厚さは、実際は、上述したように測定されたウェブ１２０の「ウェブ厚さ」をローラ直径で割った比である。本発明の一態様によれば、それぞれのローラケージ１１８の各ウェブ１２０は、円筒状ローラ１０４のうちの１つの直径の１５％〜２５％であることが望ましいクロスウェブ厚さを有する。別の実施形態では、それぞれのローラケージ１１８の各ウェブ１２０は、円筒状ローラ１０４のうちの１つの直径の１５％〜２０％であることが望ましいクロスウェブ厚さを有する。

【0054】

ある意味では、各ウェブ１２０のクロスウェブ厚さの低減は、ローラケージ１１８の形状によって実現可能となる。次に、ローラケージ１１８のこの望ましい形状は、内側レース１０２の直径に対する外側レース８４の直径の比較的高い比によって可能になる。内側レース１０２の直径（そのレースウェイ１０７、１０９を画定する表面で測定される）に対する外側レース８４の直径（その内面１０３で測定される）の比較的高い比は、軸受のピッチ直径と比較してローラ１０４の大きな直径により得られる。ローラの直径と軸受のピッチ直径とのこの比較的高い比のために、ウェブ１２０の厚さがピッチ円を超えて著しく増加するのに十分な空間がピッチ円（図６）の径方向外側のローラ１０４の間に存在しており、遊星軸受のピッチ円の径方向外側に束縛されたウェブ１２０のこの周方向の厚肉化によって、ウェブ１２０のピッチ線におけるローラ１０４の間の周方向間隔の低減を実現することができる。このように、クロスウェブ厚さが円筒状ローラ１０４のうちの１つの直径の１５％〜２５％である例示的な実施形態では、この比は、０．２００〜０．６００（両端値を含む）のオーダーである。

【0055】

本明細書に記載した遊星軸受装置を有する遊星ギヤボックスは、従来技術に勝るいくつかの利点を有する。簡単に言うと、本明細書に記載した遊星軸受装置は、所与の量の動力を転送するために必要な遊星ギヤボックスの直径を低減させる。ケージの厚さに関する利点は、軸受のピッチ円の外側にケージを有すること、また軸受のピッチ直径に対するローラ径の比が大きいこと（したがって、また内側レース直径に対する外側レース直径の高い比）に由来する。本明細書で関心のあるこのウェブの厚さをより小さくするほど、固定された外側レース直径を有するベアリングの内側に同一サイズのより多くのローラをはめ込むことができ、外側レース直径は、ベアリングの中心および遊星ギヤ８４の円筒状内面１０３上で１８０度離れた２点を結ぶ直径である。固定された外側レース直径では、軸受にはめ込まれる同一サイズのローラが多いほど、軸受の耐荷重能力が大きくなる。同様に、同じ外側レース直径についてより大きい耐荷重能力を達成できることにより、軸受内のウェブ厚さを低減させる同じ方法によって、同等な軸受の耐荷重能力を有するより小さい軸受を実現することができる。遊星軸受の直径が小さいほど、その小さい直径の遊星ベアリングを用いた遊星ギヤ８４の直径が小さくなる。遊星ギヤ８４の直径が小さいほど、より多くの空間がエンジンの他の部品のために利用可能になる。さらに、遊星ギヤ８４の直径が小さいほど、エンジン１０全体のサイズおよび重量が大きく低減される。

【0056】

図示した実施形態では、遊星ローラ軸受は、任意の適切な材料で形成することができる。たとえば、少なくとも特定の例示的な実施形態では、ローラ軸受は、クロム鋼または高炭素クロム鋼などの適切な金属材料で形成することができる。あるいは、他の例示的な実施形態では、遊星ローラ軸受は、適切なセラミック材料で形成された１つまたは複数の部品を含むことができる。

【0057】

セラミックの円筒状ローラ１０４を使用することにより、遊星ギヤ８４は、軸方向の自由度を有することができ、設計を簡素化することができる。セラミックのローラ１０４は、鋼のローラと比較して少なくとも２倍の寿命を提供すると予想され、ギヤボックス４６が信頼性目標を満たすことが可能となる。セラミックのローラ１０４はまた、付加的な利点として、優れたオイルオフ性能、低いオイル流量要求、低い発熱、および軽量設計をもたらす。商業的には、設計が長寿命を有し、製品の寿命にわたって交換のコストを最小化する。

【0058】

この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。

【0059】

本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更が可能であることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の好適な実施形態の上記の説明および本発明を実施するための最良の形態は、単に例示のためにのみ提供しており、限定の目的で提供しているものではない。

【符号の説明】

【0060】

１０ ターボファン・ジェットエンジン
１２ 長手方向中心線、長手方向軸
１４ ファン部
１６ コア・タービン・エンジン
１８ 外側ケーシング
２０ 環状入口
２２ 低圧（ＬＰ）圧縮機
２４ 高圧（ＨＰ）圧縮機
２６ 燃焼部
２８ 高圧（ＨＰ）タービン
３０ 低圧（ＬＰ）タービン
３２ ジェット排気ノズル部
３４ 高圧（ＨＰ）シャフトすなわちスプール
３６ 低圧（ＬＰ）シャフトすなわちスプール
３８ 可変ピッチファン
４０ ファンブレード
４２ ディスク
４４ 作動部材
４５ ファンシャフト
４６ 動力ギヤボックス
４８ フロントハブ
５０ ファンケーシングまたは外側ナセル
５２ 出口ガイドベーン
５４ 下流部
５６ バイパス空気流路
５８ 空気
６０ 入口
６２ 空気の第１の部分
６４ 空気の第２の部分
６６ 燃焼ガス
６８ ＨＰタービン・ステータ・ベーン
７０ ＨＰタービン・ロータ・ブレード
７２ ＬＰタービン・ステータ・ベーン
７４ ＬＰタービン・ロータ・ブレード
７６ ファンノズル排気部
７８ 高温ガス経路
８０ 太陽ギヤ
８１ ギヤ歯、ギヤ面
８４ 遊星ギヤ、円筒状外側レース
８５ ギヤ歯、ギヤ面
８６ リングギヤ
８７ ギヤ歯、ギヤ面
８８ 中心外周フランジ
８９ 軸方向孔
９０ 前方壁
９１ 同軸孔
９２ 後方壁
９３ 同軸孔
９４ 側壁
９６ 支持ピン
９７ ネジ付き小径面
９８ フランジ
９９ リテーナ
１０１ 円筒状外面
１０２ 内側レース
１０３ 円筒状内面
１０４ 円筒状ローラ
１０６ 中心軸、回転軸、中心線
１０７ 前方レースウェイ
１０８ ガイドレール
１０９ 後方レースウェイ
１１２ 円筒状内面
１１４ 円筒状外面
１１８ ローラケージ
１１９ 肩要素
１２０ ウェブ要素
１３０ 分割されたウェブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】