特許 6725894 ターボファンエンジン

(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】6725894

(24)【登録日】2020年6月30日

(45)【発行日】2020年7月22日

(54)【発明の名称】ターボファンエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/36 20060101AFI20200713BHJP

   F02C 7/32 20060101ALI20200713BHJP

   F02C 7/268 20060101ALI20200713BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20200713BHJP

   F16D 41/12 20060101ALI20200713BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/36

   F02C7/32

   F02C7/268

   F02C7/00 A

   F16D41/12 A

【請求項の数】6

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2019-551874(P2019-551874)

(86)(22)【出願日】2018年6月5日

(86)【国際出願番号】JP2018021578

(87)【国際公開番号】WO2019092910

(87)【国際公開日】20190516

【審査請求日】2019年12月9日

(31)【優先権主張番号】特願2017-218532(P2017-218532)

(32)【優先日】2017年11月13日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】大山 亜希彦

(72)【発明者】

【氏名】森岡 典子

(72)【発明者】

【氏名】関 直喜

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／０６７０４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第３１００３７８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７７８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１７４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５３８５０１１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｆ０２Ｃ ７／２６８

Ｆ０２Ｃ ７／３２

Ｆ０２Ｃ ７／３６

Ｆ１６Ｄ ４１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１メインシャフトと、
第２メインシャフトと、
動力伝達装置と、
スタータ・ジェネレータと、
を備えるターボファンエンジンであって、
前記動力伝達装置は、
同軸に配置された第１シャフト、中間シャフト及び第２シャフトと、
クラッチと、
を備え、
前記第１シャフトは、前記第１メインシャフトにベベルギアの組を介して接続され、
前記中間シャフトは、前記第１シャフトの外側に配置されると共に、前記スタータ・ジェネレータにベベルギアの組を介して接続され、
前記第２シャフトは、前記中間シャフトの外側に配置されると共に、前記第２メインシャフトにベベルギアの組を介して接続されており、
前記クラッチは、前記第１シャフト、前記中間シャフト及び前記第２シャフトのいずれか隣り合う２つのシャフトのうち内側のシャフトが外側のシャフトより高速で回転しようとすると、前記２つのシャフトを係合させて等速で回転させて動力を伝達する一方、外側のシャフトが内側のシャフトより高速で回転しようとすると、前記２つのシャフトの係合を解除し動力を伝達しないようにする
ターボファンエンジン。

【請求項2】

前記クラッチは、
前記第１シャフトと前記中間シャフトの間に配置された第１クラッチと、
前記中間シャフトと前記第２シャフトの間に配置された第２クラッチと、
から成る、請求項１に記載のターボファンエンジン。

【請求項3】

前記クラッチは、
径方向内向きの弾性力を負荷された状態で前記中間シャフトにより支持され、遠心力の大小に応じて径方向に搖動可能な揺動体と、
前記第１シャフトの外面に配置され、径方向内方へ搖動した前記揺動体と係合可能な第１フックと、
前記第２シャフトの内面に配置され、径方向外方へ搖動した前記揺動体と係合可能な第２フックと、
から成る、請求項１に記載のターボファンエンジン。

【請求項4】

前記ターボファンエンジンは、高圧シャフト及び低圧シャフトを備え、前記第１メインシャフトは低圧シャフトであり、前記第２メインシャフトは高圧シャフトである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボファンエンジン。

【請求項5】

前記ターボファンエンジンは、高圧シャフト、中圧シャフト及び低圧シャフトを備え、前記第１メインシャフトは中圧シャフトであり、前記第２メインシャフトは高圧シャフトである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボファンエンジン。

【請求項6】

前記ターボファンエンジンは、高圧シャフト、中圧シャフト及び低圧シャフトを備え、前記第１メインシャフトは低圧シャフトであり、前記第２メインシャフトは中圧シャフトである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボファンエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ターボファンエンジンに関する。より具体的には、本開示は、始動時にスタータ・ジェネレータから動力を供給されるメインシャフトと、始動後にスタータ・ジェネレータに動力を供給するメインシャフトを切り替える機能を有する動力伝達装置を備えるターボファンエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

ターボファンエンジンは、最前部に配置されたファンと、ファンの後方にファンと同軸に配置されたコアエンジンとから構成されている。

【0003】

２軸のターボファンエンジンの場合、コアエンジンは、前部（上流側）から後部（下流側）へ向かって順に、低圧圧縮機、高圧圧縮機、燃焼器、高圧タービン及び低圧タービンを備え、高圧タービンのロータは高圧シャフトを介して高圧圧縮機のロータを、低圧タービンのロータは低圧シャフトを介して低圧圧縮機及びファンのロータを、それぞれ回転駆動する。なお、高圧及び低圧シャフト（メインシャフト）は、いずれも中空のシャフトであり、低圧シャフトは高圧シャフトの内部に配置されている。

【0004】

ターボファンエンジンの運転中、ファンにより吸い込まれ圧縮された空気の一部はコアエンジンに流入し、ファン及び低圧圧縮機の回転駆動源である低圧タービンを駆動するための高温高圧ガスの発生に寄与し、残部はコアエンジンをバイパスして後方から排出され、推力の大部分の発生に寄与する。

【0005】

ところで、航空機に搭載されたターボファンエンジンは、エンジン制御装置や機体に搭載された電気・電子機器に電力を供給するために、メインシャフトから供給される動力により駆動される発電機を備えている。

【0006】

一方、ターボファンエンジンを始動させるためには、燃料に着火して自立運転が可能となる回転数まで、メインシャフトに動力を供給することにより強制的に回転させる（これを、回転アシストと呼ぶ。）必要がある。そのため、ターボファンエンジンは、始動時にメインシャフトに動力を供給するための装置、すなわちスタータ（Starter）を備えている。

【0007】

スタータとして、従来のターボファンエンジンでは、外部（始動済みの他のエンジン、機体に搭載されたＡＰＵ（Auxiliary Power Unit；補助動力装置）、地上に設置された空気源等）から供給される圧縮空気により駆動されるエアタービン式のものが多く用いられていた。

【0008】

しかし、最近のターボファンエンジンでは、スタータとして電動機が用いられるようになっており、その場合、スタータは、上述した機能を有する発電機としても作動するように構成され、これをスタータ・ジェネレータ（Starter Generator）と呼んでいる。

【0009】

このようなスタータ・ジェネレータを備えたターボファンエンジンにおいて、スタータ・ジェネレータとエンジンのメインシャフト（通常は高圧シャフトであり、以下の説明も、この前提に基づいている。）との間の動力の伝達は、ＰＴＯ（Power Take-Off；動力取り出し）シャフトを介して行われる。

【0010】

ＰＴＯシャフトは、通常、ターボファンエンジンの前部に配置され、ベアリングを介して高圧シャフト及び低圧シャフトの前部を支持するフロントフレームの内部に配置されている。フロントフレームは、コアエンジンの環状の流路（コア流路）の内側及び外側をそれぞれ境界付ける環状の部位を有しており、これらの部位は、流線形の断面を有する複数の中空のストラット（支柱）によって接続されている。上述したＰＴＯシャフトは、この径方向（または径方向から僅かに傾斜した方向）に延びるストラットのうち１つの内部を延びている。

【0011】

ＰＴＯシャフトの一端（ターボファンエンジンの径方向内側に位置する端部）には、高圧シャフトの前端部近傍に取り付けられたベベルギア（かさ歯車）と噛み合うベベルギアが取り付けられており、両ベベルギアの組み合わせを介して、ＰＴＯシャフトと高圧シャフトとの間で動力の伝達が行われる。

【0012】

一方、ＰＴＯシャフトの他端（ターボファンエンジンの径方向外側に位置する端部）にもベベルギアが取り付けられており、コアエンジンを包囲するコアカウルの内側（高圧圧縮機ケースの外側）に配置されたＡＧＢ（Accessory Gear Box；補機歯車装置）の入力シャフトの先端に取り付けられたベベルギアとの間で、動力の伝達が行われる。

【0013】

なお、ＡＧＢが、ファンを包囲するファンケースの外側に配置される場合には、ＰＴＯシャフトは、フロントフレームの上述したストラットの内部から、さらに、コアエンジンをバイパスする空気の流路（バイパス流路）の内側と外側をそれぞれ境界付ける環状の部位を接続するストラットの内部を延びて、ファンケースの外側へ至ることになる。

【0014】

ＡＧＢは、ターボファンエンジンの運転に必要な補機（上述したスタータ・ジェネレータに加え、燃焼器に燃料を供給する燃料ポンプ、高圧及び低圧シャフトを支持するベアリング等に潤滑油を供給する潤滑油ポンプなど）を駆動するための装置である。エンジンの高圧シャフトからＰＴＯシャフトを介して入力シャフトに伝達された動力は、ＡＧＢ内に配置されたギアトレイン（歯車列）を介して、それぞれの補機の駆動シャフトに分配される。スタータ・ジェネレータは、通常、入力シャフトと同軸上に配置されたシャフトに結合される。

【0015】

以上のように構成されたターボファンエンジンを始動させる際には、スタータ・ジェネレータを電動機として作動させる。発生した回転動力は、ＰＴＯシャフトを介して高圧シャフトに伝達され、高圧シャフトが回転を開始する。高圧シャフトが所定の回転数に到達した時点で、燃焼器内で燃料の噴射（及び点火器の作動）を開始すると、やがて燃料に着火し、発生した燃焼ガスが高圧タービンを通過することによって発生する動力も、高圧シャフトの回転数上昇に寄与し始める。その後、エンジンが自立運転できる状態に達すると、スタータ・ジェネレータの電動機としての作動は終了し、回転アシストも終了する。

【0016】

エンジンは、その後、アイドル（Idle）レーティングに到達するが、上述した回転アシストの終了と共に、スタータ・ジェネレータは発電機としての作動を開始しており、これ以降（より高いレーティングでの運転中を含む。）、高圧シャフトからＰＴＯシャフトを介して供給される動力によって発電を行う。

【0017】

以上のように、始動後にスタータ・ジェネレータを発電機として作動させる際の動力を、高圧シャフトから抽出する方式においては、以下のような問題点がある。

【0018】

高圧圧縮機は、アイドル等の低いレーティングでは、空気の逆流を伴う不安定現象であるサージング（Surging）を起こしやすい状態にあるが、このとき例えば機体に搭載された電気・電子機器の電力需要が増大して高圧シャフトからスタータ・ジェネレータを介して大きな動力が抽出されると、高圧圧縮機がサージングを起こす虞がある。

【0019】

これを回避するための方策として、低いレーティングでサージングが起こりにくくなる（換言すれば、サージングの発生に対する余裕（サージマージン（Surge Margin））が大きくなる）ように高圧圧縮機を設計することが考えられるが、このように設計された高圧圧縮機では、サージマージンの確保と引き換えに効率が犠牲となり、ターボファンエンジンの燃費が悪化してしまう。

【0020】

そこで、これに代えて、十分に大きなサージマージンを確保できるレーティングを、アイドルレーティングに設定することが考えられる。この場合、アイドルレーティングは、燃料消費の大きな高めのレーティングに設定されることとなり、全飛行ミッション（始動〜地上滑走〜離陸〜上昇〜巡航〜下降〜着陸〜地上滑走〜停止）にわたるターボファンエンジンの燃費が悪化してしまう。また、高めのレーティングでは発生する推力も高めとなり、駐機中の航空機が当該推力に抗して停止状態を保つためにはブレーキのサイズを大きくする必要があるため、機体重量が増加してしまう。

【0021】

一方、アイドル等の低いレーティングで、抽出される動力に上限を設けることも考えられるが、この場合には、機体に搭載された電気・電子機器の電力需要を満たすため、同じく機体に搭載されるＡＰＵとして大型のものを採用する必要があるため、やはり機体重量が増加してしまう。

【0022】

以上のような問題点を解消するため、始動後にスタータ・ジェネレータを発電機として作動させる際、高圧シャフトではなく低圧シャフトから動力を抽出する方式が提案されている（特許文献１）。

【0023】

特許文献１（図２参照）に開示されたターボファンエンジンは、低圧シャフト（28）にベベルギア（44,46）を介して接続され、かつ、スタータ・ジェネレータにも接続されたＰＴＯシャフト（36）と、高圧シャフト（26）と共に回転するギア（52）と噛み合うベベルギア（48）と、を備えており、ＰＴＯシャフト（36）とベベルギア（48）の間には一方向クラッチ（50）が配置されている。始動時に、スタータ・ジェネレータがＰＴＯシャフト（36）を回転させると、一方向クラッチ（50）がＰＴＯシャフト（36）とベベルギア（48）を係合させ、ＰＴＯシャフト（36）の回転がベベルギア（48）及びギア（52）を介して高圧シャフト（26）に伝達され、高圧シャフト（26）の回転数が上昇してゆく。なお、始動後は、一方向クラッチ（50）によるＰＴＯシャフト（36）とベベルギア（48）の係合が解除され、低圧シャフト（28）からベベルギア（44,46）及びＰＴＯシャフト（36）を介してスタータ・ジェネレータに動力が供給され、発電が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0024】

【特許文献1】特開２００７−４０３０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0025】

しかしながら、特許文献１に開示されたターボファンエンジンでは、スタータ・ジェネレータに接続されたＰＴＯシャフトが常に低圧シャフトに接続されているため、始動時に、自立運転が可能となる回転数まで高圧シャフトを加速すると、同時に、低圧シャフトも相当な回転数まで加速されることになる。その結果、駐機中の航空機にとっては過大な推力が発生してしまい、停止状態を保つためにはサイズの大きなブレーキが必要となり、機体重量が増加してしまう。また、上述した状態に到達するまで高圧シャフト及び低圧シャフトの回転数を上昇させるためには、スタータ・ジェネレータとして、非常に大きな電動機出力を有する大型のものを採用する必要があり、これも重量増加の要因となってしまう。

【0026】

本開示は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、始動時にスタータ・ジェネレータから動力を供給されるメインシャフトと、始動後にスタータ・ジェネレータに動力を供給するメインシャフトを切り替える機能を有する動力伝達装置を備えるターボファンエンジン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】

【0027】

上記課題を解決するために、本開示の一実施態様のターボファンエンジンは、第１メインシャフトと、第２メインシャフトと、動力伝達装置と、スタータ・ジェネレータと、を備え、前記動力伝達装置は、同軸に配置された第１シャフト、中間シャフト及び第２シャフトと、クラッチと、を備え、前記第１シャフトは、前記第１メインシャフトにベベルギアの組を介して接続され、前記中間シャフトは、前記第１シャフトの外側に配置されると共に、前記スタータ・ジェネレータにベベルギアの組を介して接続され、前記第２シャフトは、前記中間シャフトの外側に配置されると共に、前記第２メインシャフトにベベルギアの組を介して接続されており、前記クラッチは、前記第１シャフト、前記中間シャフト及び前記第２シャフトのいずれか隣り合う２つのシャフトのうち内側のシャフトが外側のシャフトより高速で回転しようとすると、前記２つのシャフトを係合させて等速で回転させて動力を伝達する一方、外側のシャフトが内側のシャフトより高速で回転しようとすると、前記２つのシャフトの係合を解除し動力を伝達しないようにする。

【発明の効果】

【0028】

本開示のターボファンエンジンによれば、スタータ・ジェネレータを発電機として作動させるための動力は、常に低圧シャフトから抽出され、高圧シャフトからは抽出されない。したがって、低いレーティングにおいて高圧圧縮機がサージングを起こす虞がなく、また、高圧圧縮機のサージマージンを確保するためにその設計を変更したり、アイドルレーティングを高めに設定したりすることにより、燃費の悪化または機体重量の増加を招くこともない。さらに、始動時に電動機として作動するスタータ・ジェネレータにより駆動されるのは高圧シャフトのみであるため、特許文献１に開示されたターボファンエンジンのように、スタータ・ジェネレータとして、非常に大きな電動機出力を有する大型のものを採用する必要がなく、機体重量の増加を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本開示の実施形態の動力伝達装置を備え、互いに逆方向に回転する２つのメインシャフトを有するターボファンエンジンの要部拡大断面図である。

【図2】図１のＡ方向矢視図であって、動力伝達装置の一実施例の軸方向に垂直な断面を示す図である。

【図3】図１のＡ方向矢視図であって、動力伝達装置の他の実施例の軸方向に垂直な断面を示す図である。

【図4】ターボファンエンジンの燃料ポンプ吐出流量及び燃焼流量と高圧シャフトの回転数との関係を示すグラフである。

【図5】遠心力を利用するクラッチを採用した動力伝達装置の軸方向に垂直な断面を示す図である。

【図6A】遠心力を利用するクラッチの作動態様を説明する図であり、ＳＧ動力伝達シャフトが低速側切替回転数以下の低速で回転または停止しており、ＳＧ動力伝達シャフトの回転数が低圧動力伝達シャフトの回転数より低い場合の状態を示している。

【図6B】遠心力を利用するクラッチの作動態様を説明する図であり、ＳＧ動力伝達シャフトが低速側切替回転数以下の低速で回転または停止しており、ＳＧ動力伝達シャフトの回転数が低圧動力伝達シャフトの回転数より高い場合の状態を示している。

【図6C】遠心力を利用するクラッチの作動態様を説明する図であり、ＳＧ動力伝達シャフトが高速側切替回転数以下の高速で回転しており、ＳＧ動力伝達シャフトの回転数が高圧動力伝達シャフトの回転数より低い場合の状態を示している。

【図6D】遠心力を利用するクラッチの作動態様を説明する図であり、ＳＧ動力伝達シャフトが高速側切替回転数以下の高速で回転しており、ＳＧ動力伝達シャフトの回転数が高圧動力伝達シャフトの回転数より高い場合の状態を示している。

【図7】本開示の実施形態の動力伝達装置を備え、同一の方向に回転する２つのメインシャフトを有するターボファンエンジンの要部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0031】

図１は、本開示の実施形態の動力伝達装置を備える２軸のターボファンエンジンの要部拡大断面図である。

【0032】

本開示の実施形態のターボファンエンジン１は、低圧シャフト（第１メインシャフト）１０と、高圧シャフト（第２メインシャフト）２０と、動力伝達装置３０と、ＡＧＢ４０と、スタータ・ジェネレータ５０と、を備えている。

【0033】

低圧シャフト１０は、後方（図の右方）において低圧タービンのロータ（図示省略）に接続されたファンドライブシャフト１２と、前端部においてファンのロータ（図示省略）と接続されたファンシャフト１６とから成っている。ファンドライブシャフト１２とファンシャフト１６は、軸方向の相対移動を許容しつつトルクを伝達可能なスプラインカップリング１４によって互いに接続されている。

【0034】

一方、高圧シャフト２０は、後方（図の右方）において高圧圧縮機のロータ２２に接続されている。

【0035】

なお、図１において１０Ｂは、ファンシャフト１６の後端部近傍を支持するベアリングであり、フロントフレーム６０に固定されたベアリングサポート６０ＳＬにより支持されている。また、ファンシャフト１６の後端部近傍（ベアリング１０Ｂの後方）の外周には、ベベルギア１０Ｖが取り付けられている。

【0036】

一方、図１において２０Ｂは、高圧シャフト２０の前端部近傍を支持するベアリングであり、フロントフレーム６０に固定されたベアリングサポート６０ＳＨにより支持されている。また、高圧シャフト２０の前端部近傍（ベアリング２０Ｂの前方）の外周には、ベベルギア２０Ｖが取り付けられている。

【0037】

ここで、低圧シャフト１０と高圧シャフト２０は、ターボファンエンジン１の運転中、互いに逆方向に回転するように構成されている。なお、以下の説明においては、ターボファンエンジン１の後方から見て、高圧シャフト２０が反時計回りに、低圧シャフト１０が時計回りに、それぞれ回転するように構成されているものと仮定する。

【0038】

動力伝達装置３０は、ターボファンエンジン１の径方向（または径方向から僅かに傾斜した方向）に延びる中心軸ＣＬに関して同軸に配置された３本のシャフト、すなわち、内側から順に、低圧動力伝達シャフト３２（第１シャフト）、スタータ・ジェネレータ動力伝達シャフト（ＳＧ動力伝達シャフト）３４（中間シャフト）、高圧動力伝達シャフト３６（第２シャフト）を備えている。

【0039】

ＳＧ動力伝達シャフト３４は、後述する低圧クラッチ３３及び高圧クラッチ３５を介して、低圧動力伝達シャフト３２または高圧動力伝達シャフト３６とスタータ・ジェネレータ５０との間で動力を伝達する機能を有している。当該ＳＧ動力伝達シャフト３４は、低圧シャフト１０及び高圧シャフト２０の近傍（フロントフレーム６０内において上述したベアリング１０Ｂ、２０Ｂが配置されるベアリング室６０Ｃの内部）から、フロントフレーム６０のストラット６０Ｓ内を経て径方向外方へ延びている。

【0040】

ＳＧ動力伝達シャフト３４の外端部（ターボファンエンジン１の径方向外側に位置する端部）には、ベベルギア３４Ｖが取り付けられており、ＡＧＢ４０の入力シャフト４２の先端に取り付けられたベベルギア４２Ｖと噛み合っている。これにより、ＳＧ動力伝達シャフト３４は、ベベルギア３４Ｖ，４２Ｖ（ベベルギアの組）を介してＡＧＢ４０の入力シャフト４２との間で動力を伝達可能な状態とされており、当該入力シャフト４２は、ＡＧＢ４０内の動力伝達機構を介してスタータ・ジェネレータ５０と接続されている。

【0041】

なお、ＳＧ動力伝達シャフト３４は、図示は省略するが、その軸方向の適宜の位置において、ベアリング（少なくとも、１個のボールベアリング及び１個のローラベアリング）を介して、フロントフレーム６０に固定された支持部材によって支持されている。

【0042】

一方、低圧動力伝達シャフト３２は、後述する低圧クラッチ３３と協働して、低圧シャフト１０からＳＧ動力伝達シャフト３４へ動力を伝達する機能を有している。また、高圧動力伝達シャフト３６は、後述する高圧クラッチ３５と協働して、ＳＧ動力伝達シャフト３４から高圧シャフト２０へ動力を伝達する機能を有している。

【0043】

したがって、これらのシャフトは、ＳＧ動力伝達シャフト３４のように径方向外方へ長く延びるのではなく、ベアリング室６０Ｃの内部に収容され得るよう短く構成されている。

【0044】

また、図示は省略するが、低圧動力伝達シャフト３２とＳＧ動力伝達シャフト３４の間、ＳＧ動力伝達シャフト３４と高圧動力伝達シャフト３６の間には、それぞれベアリング（少なくとも、１個のボールベアリング及び１個のローラベアリング）が配置されており、内外に隣り合う２つのシャフトが互いに異なる回転数で回転できるようになっている。

【0045】

なお、ＳＧ動力伝達シャフト３４を支持するベアリングのうち、径方向内側に配置されたものを、最も外側に位置する高圧動力伝達シャフト３６を支持するベアリングとして用いてもよい。

【0046】

低圧動力伝達シャフト３２の内端部（ターボファンエンジン１の径方向内側に位置する端部）には、ベベルギア３２Ｖが取り付けられており、上述したベベルギア１０Ｖと噛み合っている。これにより、低圧動力伝達シャフト３２は、ベベルギア３２Ｖ，１０Ｖ（ベベルギアの組）を介して低圧シャフト１０との間で動力を伝達可能な状態とされており、低圧シャフト１０の回転に伴い、ターボファンエンジン１の径方向内方から見て（すなわち、図１において矢印Ａで示された方向から見て）反時計回りに回転する。

【0047】

同様に、高圧動力伝達シャフト３６の内端部には、ベベルギア３６Ｖが取り付けられており、上述したベベルギア２０Ｖと噛み合っている。これにより、高圧動力伝達シャフト３６は、ベベルギア３６Ｖ，２０Ｖ（ベベルギアの組）を介して高圧シャフト２０との間で動力を伝達可能な状態とされており、高圧シャフト２０の回転に伴い、ターボファンエンジン１の径方向内方から見て（すなわち、図１において矢印Ａで示された方向から見て）反時計回りに回転する。

【0048】

なお、ベベルギア３２Ｖとベベルギア１０Ｖ、ベベルギア３６Ｖとベベルギア２０Ｖのそれぞれの速度比（歯数比）は、ターボファンエンジン１が飛行ミッション中に経験する全てのレーティングを通じて、高圧動力伝達シャフト３６の回転数が低圧動力伝達シャフト３２の回転数より高くなるようなものとして設定される。ターボファンエンジンの特性上、自立運転中の高圧シャフトの回転数は、常に、低圧シャフトの回転数より高いため、上記２つのベベルギアの組の速度比を同一に設定しておけば、上述の条件は自動的に満たされることになる。ただし、上記２つのベベルギアの組の速度比は、上述の条件を満たす範囲内で適宜に設定することができる。

【0049】

ＳＧ動力伝達シャフト３４は、上述したように、低圧動力伝達シャフト３２及び高圧動力伝達シャフト３６との間で動力を伝達可能な状態とされており、したがって、これらのシャフトと同じく、ターボファンエンジン１の径方向内方から見て（すなわち、図１において矢印Ａで示された方向から見て）反時計回りに回転する。

【0050】

動力伝達装置３０は、さらに、クラッチ３７を備えている。クラッチ３７は、低圧動力伝達シャフト３２とＳＧ動力伝達シャフト３４の間に配置された低圧クラッチ３３（第１クラッチ）と、ＳＧ動力伝達シャフト３４と高圧動力伝達シャフト３６の間に配置された高圧クラッチ３５（第２クラッチ）と、から成っている。

【0051】

低圧クラッチ３３は、動力伝達装置３０の中心軸ＣＬの方向における内端部（ターボファンエンジン１の径方向内側に位置する端部）の近傍において、低圧動力伝達シャフト３２の外面及びＳＧ動力伝達シャフト３４の内面のうち少なくとも一方に設けられた構造によって構成される。

【0052】

同様に、高圧クラッチ３５も、動力伝達装置３０の中心軸ＣＬの方向における内端部の近傍（好ましくは、低圧クラッチ３３と同一の位置）において、ＳＧ動力伝達シャフト３４の外面及び高圧動力伝達シャフト３６の内面のうち少なくとも一方に設けられた構造によって構成される。

【0053】

低圧クラッチ３３及び高圧クラッチ３５は、いずれも、一方向クラッチ（One-way Clutch）として構成されている。

【0054】

この一方向クラッチは、図１のＡ方向矢視図である図２において、隣り合う２つのシャフトのうち内側のシャフトが外側のシャフトに対して反時計回りに回転しようとすると、両シャフトを係合させて等速で回転させ、動力を伝達する。逆に、内側のシャフトが外側のシャフトに対して時計回りに回転（あるいは、外側のシャフトが内側のシャフトに対して反時計回りに回転）しようとすると、両シャフトの係合は解除され動力は伝達されなくなる。

【0055】

換言すれば、同一の方向に回転する２つのシャフトのうち内側のシャフトが外側のシャフトより高速で回転しようとすると、クラッチは両シャフトを係合させて等速で回転させ、動力を伝達する。これは、具体的には以下のようなケースである。なお、ターボファンエンジン１の運転において各事象が発生する場合の対応するシャフトを、括弧内に示している。
（１）両シャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４及び高圧動力伝達シャフト３６）が停止していて、内側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）だけが回転を開始したとき
（２）外側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）より低速で回転していた内側のシャフト（低圧動力伝達シャフト３２）の回転数が上昇し、外側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）の回転数を超えたとき
（３）内側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）より高速で回転していた外側のシャフト（高圧動力伝達シャフト３６）の回転数が低下し、内側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）の回転数を下回ったとき

【0056】

逆に、外側のシャフトが内側のシャフトより高速で回転しようとすると、クラッチは両シャフトの係合を解除し動力を伝達しなくなる。これは、具体的には以下のようなケースである（括弧内の記載については、上記と同様である）。
（１）両シャフト（低圧動力伝達シャフト３２及びＳＧ動力伝達シャフト３４）が停止していて、外側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）だけが回転を開始したとき
（２）内側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）と等速で回転していた外側のシャフト（高圧動力伝達シャフト３６）の回転数が上昇し、内側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）の回転数を超えたとき
（３）外側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）と等速で回転していた内側のシャフト（低圧動力伝達シャフト３２）の回転数が低下し、外側のシャフト（ＳＧ動力伝達シャフト３４）の回転数を下回ったとき

【0057】

以上のように作動することにより、低圧クラッチ３３と高圧クラッチ３５は、協働して、ＳＧ動力伝達シャフト３４との間で動力の伝達が行われるシャフトを、低圧動力伝達シャフト３２または高圧動力伝達シャフト３６に切り替える機能を発揮することになる。

【0058】

一方向クラッチとしては、ラチェット式、ローラ式、スプラグ式など種々の形式のものが公知であり、それらのうち任意のものを適用することができる。

【0059】

図２に示した実施例において、低圧クラッチ３３は、ラチェット式の一方向クラッチである。低圧動力伝達シャフト３２（内側のシャフト）の外面には、周方向に等間隔で複数の凹所３２Ｒが設けられており、各凹所３２Ｒには、そこに収容され得る形状のクラッチ爪３２Ｎが、ピボット軸３２Ｐを中心として径方向に揺動可能、かつ、バネ等の弾性部材３２Ｓによって径方向外側に押し付けられた状態で支持されている。また、ＳＧ動力伝達シャフト３４（外側のシャフト）の内面には、鋸歯状のラチェット歯３４Ｔが設けられている。

【0060】

高圧クラッチ３５も、同様にラチェット式の一方向クラッチである。ＳＧ動力伝達シャフト３４（内側のシャフト）の外面には、周方向に等間隔で複数の凹所３４Ｒが設けられており、各凹所３４Ｒには、そこに収容され得る形状のクラッチ爪３４Ｎが、ピボット軸３４Ｐを中心として径方向に揺動可能、かつ、バネ等の弾性部材３４Ｓによって径方向外側に押し付けられた状態で支持されている。また、高圧動力伝達シャフト３６（外側のシャフト）の内面には、鋸歯状のラチェット歯３６Ｔが設けられている。

【0061】

このように構成された低圧クラッチ３３及び高圧クラッチ３５においては、内側のシャフトが外側のシャフトに対して反時計回りに回転しようとすると、径方向外側に押し付けられた状態の各クラッチ爪３４Ｎ，３２Ｎが対応するラチェット歯３６Ｔ，３４Ｔの受圧面３６Ｔｓ，３４Ｔｓに接触して周方向の力を加えることにより、両シャフトは係合して等速で回転し、内側のシャフトから外側のシャフトへ動力が伝達される。

【0062】

逆に、内側のシャフトが外側のシャフトに対して時計回りに回転（あるいは、外側のシャフトが内側のシャフトに対して反時計回りに回転）しようとすると、各クラッチ爪３４Ｎ，３２Ｎは、その外面が対応するラチェット歯３６Ｔ，３４Ｔの頂部と接触している間は、当該頂部に押されて凹所３４Ｒ，３２Ｒ内へ向かって径方向内側に揺動し、頂部が通過すると径方向外側へ押しつけられる、という動きを繰り返す。ただし、その過程を通じて両シャフトが係合することはなく（すなわち、両シャフトは互いに空転し）、動力も伝達されない。

【0063】

以上においては、動力伝達装置３０を構成する各シャフトが反時計回りに回転する場合について説明したが、回転の方向は時計回りであってもよい。したがって、一方向クラッチの機能は、一般化して以下のように表現できる。すなわち、隣り合う２つのシャフトのうち内側のシャフトが外側のシャフトに対して周方向の第１の向きに回転しようとすると、両シャフトを係合させて等速で回転させ、動力を伝達する一方、内側のシャフトが外側のシャフトに対して周方向の第２の向きに回転しようとすると、両シャフトの係合を解除し動力を伝達しないようにする。

【0064】

ただし、本開示の動力伝達装置３０においては、３本のシャフトが同一の方向に回転するから、シャフトの回転速度の観点によれば、一方向クラッチの機能は上述したとおり、回転方向に拘らず以下のように表現できる。すなわち、隣り合う２つのシャフトのうち内側のシャフトが外側のシャフトより高速で回転しようとすると、クラッチは両シャフトを係合させて等速で回転させ、動力を伝達する一方、外側のシャフトが内側のシャフトより高速で回転しようとすると、クラッチは両シャフトの係合を解除し動力を伝達しなくなる。

【0065】

また、以上においては、低圧動力伝達シャフト３２及び高圧動力伝達シャフト３６がベアリング室６０Ｃの内部に収容され得るよう短く構成され、クラッチ３７が動力伝達装置３０の中心軸ＣＬの方向における内端部の近傍に配置される例について説明したが、上記両シャフトをＳＧ動力伝達シャフト３４と同様にストラット６０Ｓ内を経て径方向外方へ長く延びるものとして構成し、その外端部の近傍にクラッチ３７を配置してもよい。このような態様によれば、可動部を含む機構であるクラッチ３７へのエンジン外部からのアクセスが容易となり、その保守・点検を行い易くなるというメリットがある。

【0066】

以上のように構成された動力伝達装置３０を備えるターボファンエンジンの作動について、以下に説明する。

【0067】

（１）始動時（回転アシスト終了前）
エンジンが停止している状態、すなわち低圧シャフト１０及び高圧シャフト２０のいずれも回転していない状態において、スタータ・ジェネレータ５０に電力を供給し、これを電動機としで作動させる。すると、スタータ・ジェネレータ５０と動力伝達が可能な状態で接続されたＳＧ動力伝達シャフト３４が回転を開始する。このとき、高圧クラッチ３５は、上述したように、ＳＧ動力伝達シャフト３４と高圧動力伝達シャフト３６を係合させ、両シャフトを等速で回転させると共に、ＳＧ動力伝達シャフト３４から高圧動力伝達シャフト３６への動力伝達を開始する。これにより、高圧動力伝達シャフト３６とベベルギア３６Ｖ，２０Ｖを介して接続された高圧シャフト２０が回転を開始し、その回転数が時間と共に上昇してゆく。

【0068】

高圧シャフト２０の回転数が所定値に到達した時点で、燃焼器内で燃料の噴射（及び点火器の作動）を開始すると、やがて燃料に着火し、発生した燃焼ガスが高圧タービンを通過することによって発生する動力も、高圧シャフト２０の回転数上昇に寄与し始める。その後、エンジンが自立運転できる状態に達すると、回転アシストは終了する。

【0069】

（２）始動時（回転アシスト終了後）及び始動後の通常運転時
回転アシスト終了の時点で、それまで電動機として作動していたスタータ・ジェネレータ５０は、発電機としての作動を開始する。これは、スタータ・ジェネレータ５０に対して回転負荷がかかることを意味し、その回転数は低下し始める。これに伴い、ＳＧ動力伝達シャフト３４の回転数も低下を開始する。このとき、高圧シャフト２０の回転数上昇に伴って高圧動力伝達シャフト３６の回転数も上昇しつつあるため、高圧クラッチ３５は、上述したように、ＳＧ動力伝達シャフト３４と高圧動力伝達シャフト３６の係合を解除する。したがって、両シャフトの間では、もはや動力の伝達は行われない。

【0070】

一方、エンジンの始動開始の時点から、高圧シャフト２０の回転数上昇と並行して低圧シャフト１０の回転数も上昇するが、当該回転数は、いずれかの時点で、上述したとおり低下しつつあるＳＧ動力伝達シャフト３４の回転数を超えることになる。このとき、低圧クラッチ３３は、上述したように、低圧動力伝達シャフト３２とＳＧ動力伝達シャフト３４を係合させ、両シャフトを等速で回転させると共に、低圧動力伝達シャフト３２からＳＧ動力伝達シャフト３４への動力伝達を開始する。これにより、低圧動力伝達シャフト３２とベベルギア３２Ｖ，１０Ｖを介して接続された低圧シャフト１０からスタータ・ジェネレータ５０への動力の供給が開始され、発電機として作動しているスタータ・ジェネレータ５０により発電が行われる。

【0071】

その後も低圧シャフト１０及び高圧シャフト２０の回転数上昇は続き、やがてエンジンはアイドルレーティングに到達する。そして、上述したとおり、全飛行ミッションを通じて、高圧動力伝達シャフト３６の回転数は低圧動力伝達シャフト３２の回転数より高いため、たとえレーティングの変動（上昇・下降）があっても、低圧クラッチ３３の係合状態は常に維持される。

【0072】

なお、エンジンのレーティングが下降した場合の作動は、以下のとおりである。すなわち、ターボファンエンジン１の運転中、スタータ・ジェネレータ５０にはその大小にかかわらず常に有限の発電負荷がかかっているため、スタータ・ジェネレータ５０に動力を供給するＳＧ動力伝達シャフト３４は、当該発電負荷に起因して、動力の供給を受けない限り回転数は低下することになる。したがって、エンジンのレーティングが下降し、低圧シャフト１０の回転数、したがって低圧動力伝達シャフト３２の回転数が低下した場合、低圧クラッチ３３の係合状態は一時的に解除されるものの、これに僅かに遅れてＳＧ動力伝達シャフト３４の回転数も低下し、ごく短時間の後に、静定状態に達した低圧動力伝達シャフト３２の回転数を下回ることになる。この時点で、低圧クラッチ３３は再び係合状態を回復し、低圧シャフト１０からスタータ・ジェネレータ５０への動力の供給が再開することになる。

【0073】

このように、始動後にアイドルレーティングに到達した時点から一貫して、スタータ・ジェネレータ５０への動力の供給は、常に低圧シャフト１０から行われることになる。

【0074】

（３）ウィンドミル時
燃焼器内での燃焼が停止するフレームアウト（Flame Out）の発生や、航空機の乗員による緊急停止操作などによって、飛行中にターボファンエンジンが停止した場合、機速相当のラム圧で流入する空気により低圧シャフト及び高圧シャフトが風車のように空転する状態となるが、このような作動状態をウィンドミル（Windmill）と呼ぶ。

【0075】

ターボファンエンジンがウィンドミル状態になると、低圧シャフト及び高圧シャフトの回転数は徐々に低下するが、高圧シャフトに接続された高圧圧縮機には、低圧シャフトに接続されたファン及び低圧圧縮機が前方に位置しているため空気が流入しにくく、一般的なターボファンエンジンにおいては、高圧シャフトは低圧シャフトより低い回転数で静定する傾向にある。なお、ウィンドミル状態においては、高圧シャフトが既に回転しているため、停止したターボファンエンジンの再始動は、特に機速が大きい場合には、スタータによる回転アシストなしで行われる。

【0076】

一方、本開示の動力伝達装置３０を備えるターボファンエンジン１においては、上述したとおり低圧クラッチ３３の係合状態が維持されることにより、ベベルギア１０Ｖを介して低圧シャフト１０と接続された低圧動力伝達シャフト３２は、ＳＧ動力伝達シャフト３４と同期した回転（即ち、同一回転数での回転）を継続する。一方、高圧シャフト２０の回転数が徐々に低下して低圧シャフト１０の回転数を下回ろうとすると、高圧クラッチ３５が、ベベルギア２０Ｖを介して高圧シャフト２０と接続された高圧動力伝達シャフト３６とＳＧ動力伝達シャフト３４を係合させ、両シャフトを等速で回転させる。これにより、動力伝達装置３０を構成する３本のシャフト（低圧動力伝達シャフト３２、ＳＧ動力伝達シャフト３４及び高圧動力伝達シャフト３６）は全て同期して回転し、したがって、高圧シャフト２０と低圧シャフト１０も同期して回転することになる。このときの両シャフトの回転数は、一般的なターボファンエンジンにおけるウィンドミル時の低圧シャフトと同レベルの回転数となる。換言すれば、このときの高圧シャフト２０の回転数は、一般的なターボファンエンジンにおけるウィンドミル時の高圧シャフトの回転数より高くなる。これは、補機の一つである燃料ポンプの設計に有利な効果をもたらすことになるが、これについて以下に詳述する。

【0077】

図４は、ターボファンエンジンの燃料ポンプ吐出流量（燃料ポンプから吐出される燃料の流量）及び燃焼流量（燃焼器に供給される燃料の流量）と高圧シャフトの回転数との関係を示すグラフであり、縦軸は流量（燃料ポンプ吐出流量または燃焼流量）、横軸は高圧シャフトの回転数である。

【0078】

図中、Ｇは、地上での始動及び自立運転において加減速も考慮したうえで必要とされる燃焼流量の範囲、Ｆは、空中での再始動（スタータによる回転アシストなし）において必要とされる燃焼流量の範囲である。

【0079】

ここで、燃料ポンプから吐出される燃料は、燃焼器のみならず、可変機構（圧縮機等の可変静翼、燃料計量ユニット内のバルブなど）を駆動するアクチュエータにも供給され、また、可変機構には内部リークも存在する。したがって、燃料ポンプが吐出すべき燃料の流量は、図中Ｇ及びＦで示される範囲の流量に、アクチュエータへの供給分及び可変機構の内部リーク分を加えた流量となる。この燃料ポンプ吐出要求流量は、図中、曲線Ｗｒで示されている。

【0080】

民間航空機用のターボファンエンジンにおいては、通常、燃料ポンプとして長寿命のギアポンプが用いられるが、ギアポンプの吐出流量は回転数にほぼ比例する。また、ギアポンプの設計は、ウィンドミル状態のターボファンエンジンの再始動を可能とすべく、スタータによる回転アシストなしの空中再始動条件を設計点として行われる。

【0081】

一般的なターボファンエンジンの燃料ポンプの設計点を、図中Ｄｃで示す。この点Ｄｃは、図中Ｓｃで示される空中再始動条件における高圧シャフトの回転数に対応する燃料ポンプ吐出要求流量に、燃料ポンプ自体の内部リークを加算して決定される点であり、この点Ｄｃとグラフの原点Ｏを結ぶ直線Ｗｄｃ０が、燃料ポンプの理想的な（即ち内部リークのない）吐出流量を示している。なお、図中の直線Ｗｄｃは、内部リークを考慮した燃料ポンプの吐出流量を示している。

【0082】

このようにして設計された燃料ポンプは、空中再始動条件においては過不足のない流量の燃料を吐出する一方、ターボファンエンジンが高いレーティングで運転している状態（即ち、高圧シャフトの回転数が高い状態）においては、図中に矢印Ｗｅｃで示すように、曲線Ｗｒで示される燃料ポンプ吐出要求流量を大きく上回る流量の燃料を吐出することになる。この余分な燃料は、燃料ポンプの入口側へ戻されるが、その際に通過する減圧弁において圧力エネルギが熱エネルギに変換されて散逸し、燃料の温度が上昇する。そのため、この温度上昇を補償すべく燃料システムに組み込まれる燃料冷却器には大きな冷却能力が要求され、そのサイズ及び重量が大きくなると共に、多量のファン出口空気をバイパス流路から冷却媒体として抽出する必要があるため、ターボファンエンジンの燃費が悪化してしまう。このように、上述した方法により設計された燃料ポンプは、それ自体が過大なサイズ及び重量を有するだけでなく、大きなサイズ及び重量の燃料冷却器を必要とし、さらに、ターボファンエンジンの燃費を悪化させてしまうという問題がある。

【0083】

これに対して、本開示の動力伝達装置３０を備えるターボファンエンジン１においては、上述したとおり、ウィンドミル時の高圧シャフト２０の回転数が、一般的なターボファンエンジンより高くなる。これにより、ターボファンエンジン１の空中再始動条件は、一般的なターボファンエンジンの空中再始動条件Ｓｃよりも図中右方に遷移した点Ｓとなり、燃料ポンプの設計点も、一般的なターボファンエンジンの設計点Ｄｃよりも図中右方に遷移した点Ｄとなる。したがって、点Ｄとグラフの原点Ｏを結ぶ直線Ｗｄ０（燃料ポンプの理想的な吐出流量を示す直線）の傾きは、一般的なターボファンエンジンの場合の直線Ｗｄｃ０の傾きより小さくなる。なお、図中の直線Ｗｄは、内部リークを考慮した燃料ポンプの吐出流量を示している。

【0084】

その結果、ターボファンエンジンが高いレーティングで運転している状態において、曲線Ｗｒで示される燃料ポンプ吐出要求流量を上回って吐出される余分な燃料の流量は、図中に矢印Ｗｅで示すように、一般的なターボファンエンジンの場合（Ｗｅｃ）と比較して大幅に減少することになる。これにより、一般的なターボファンエンジンの場合とは対照的に、燃料ポンプ及び燃料冷却器のサイズ及び重量を小さくすることができると共に、冷却媒体として抽出されるファン出口空気の流量及び燃料ポンプを駆動するためにメインシャフト（低圧シャフト１０）から抽出される動力も小さくすることができるという、優れた効果を得ることができる。

【0085】

なお、低圧クラッチ及び高圧クラッチとしては、図２に示したラチェット式のものに代えて、ローラ式のものを用いることもできる。
図３は、ローラ式の一方向クラッチとして構成された低圧クラッチ１３３及び高圧クラッチ１３５から成るクラッチ１３７を備える動力伝達装置１３０の軸方向に垂直な断面を示す図である。

【0086】

低圧クラッチ１３３の内側部分を構成する低圧動力伝達シャフト１３２の外面１３２Ｆは円柱面として形成されているが、低圧クラッチ１３３の外側部分を構成するＳＧ動力伝達シャフト１３４の内面は、周方向に等間隔で配置された複数の収容空間１３４Ａを備えている。そして、各収容空間１３４Ａには、ローラ組立体１３４Ｒが収容されている。

【0087】

各収容空間１３４Ａの径方向外側の壁は、ＳＧ動力伝達シャフト１３４の回転方向に向かって径方向内側へ傾斜した平面壁部１３４Ｗｓと、当該回転方向において平面壁部１３４Ｗｓの前方に位置する凹面壁部１３４Ｗｃとから成っている。これにより、低圧動力伝達シャフト１３２の外面１３２Ｆからの径方向距離は、上述した回転方向に向かって、平面壁部１３４Ｗｓにおいては直線的に減少し、凹面壁部１３４Ｗｃにおいては変化率が次第に増大するような態様で減少している。

【0088】

ローラ組立体１３４Ｒは、スプリング台座１３４ＲＢと、スプリング台座１３４ＲＢに取り付けられたスプリング１３４ＲＳと、スプリング１３４ＲＳの先端においてＳＧ動力伝達シャフト１３４の中心軸の方向に延びる軸（図示省略）を中心として回転し得るように支持されたローラ１３４ＲＲとから成っている。スプリング台座１３４ＲＢは、上述した回転方向において収容空間１３４Ａの後方端部に固定されており、スプリング１３４ＲＳ及びローラ１３４ＲＲは、そこから上述した回転方向において前方へ延びている。スプリング１３４ＲＳは、上述した回転方向において前向きの弾性力をローラ１３４ＲＲに及ぼすようなものとして形成されている。そして、低圧動力伝達シャフト１３２の外面１３２Ｆからの径方向距離は、収容空間１３４Ａの平面壁部１３４Ｗｓにおいてはローラ１３４ＲＲの外径より大きく、収容空間１３４Ａの凹面壁部１３４Ｗｃにおいてはローラ１３４ＲＲの外径より小さく、両壁部の境界部においてはローラ１３４ＲＲの外径と等しく、それぞれ設定されている。

【0089】

高圧クラッチ１３５の内側部分を構成するＳＧ動力伝達シャフト１３４の外面１３４Ｆは円柱面として形成されているが、高圧クラッチ１３５の外側部分を構成する高圧動力伝達シャフト１３６の内面は、周方向に等間隔で配置された複数の収容空間１３６Ａを備えている。そして、各収容空間１３６Ａには、ローラ組立体１３６Ｒが収容されている。

【0090】

各収容空間１３６Ａの径方向外側の壁は、高圧動力伝達シャフト１３６の回転方向に向かって径方向内側へ傾斜した平面壁部１３６Ｗｓと、当該回転方向において平面壁部１３６Ｗｓの前方に位置する凹面壁部１３６Ｗｃとから成っている。これにより、ＳＧ動力伝達シャフト１３４の外面１３４Ｆからの径方向距離は、上述した回転方向に向かって、平面壁部１３６Ｗｓにおいては直線的に減少し、凹面壁部１３６Ｗｃにおいては変化率が次第に増大するような態様で減少している。

【0091】

ローラ組立体１３６Ｒは、スプリング台座１３６ＲＢと、スプリング台座１３６ＲＢに取り付けられたスプリング１３６ＲＳと、スプリング１３６ＲＳの先端において高圧動力伝達シャフト１３６の中心軸の方向に延びる軸（図示省略）を中心として回転し得るように支持されたローラ１３６ＲＲとから成っている。スプリング台座１３６ＲＢは、上述した回転方向において収容空間１３６Ａの後方端部に固定されており、スプリング１３６ＲＳ及びローラ１３６ＲＲは、そこから上述した回転方向において前方へ延びている。スプリング１３６ＲＳは、上述した回転方向において前向きの弾性力をローラ１３６ＲＲに及ぼすようなものとして形成されている。そして、ＳＧ動力伝達シャフト１３４の外面１３４Ｆからの径方向距離は、収容空間１３６Ａの平面壁部１３６Ｗｓにおいてはローラ１３６ＲＲの外径より大きく、収容空間１３６Ａの凹面壁部１３６Ｗｃにおいてはローラ１３６ＲＲの外径より小さく、両壁部の境界部においてはローラ１３６ＲＲの外径と等しく、それぞれ設定されている。

【0092】

このように構成された低圧クラッチ１３３及び高圧クラッチ１３５においては、内側のシャフトが外側のシャフトに対して反時計回りに回転しようとすると、ローラ１３４ＲＲ，１３６ＲＲが内側のシャフトに追従して回転して収容空間１３４Ａ，１３６Ａ内を前方へ移動し、その径方向外側の面が凹面壁部１３４Ｗｃ，１３６Ｗｃに接触する。上述したように、内側のシャフトの外面１３２Ｆ，１３４Ｆから凹面壁部１３４Ｗｃ，１３６Ｗｃまでの径方向距離は、ローラ１３４ＲＲ，１３６ＲＲの外径より小さく設定されているので、この状態においてローラ１３４ＲＲ，１３６ＲＲは、内側のシャフトの外面１３２Ｆ，１３４Ｆと凹面壁部１３４Ｗｃ，１３６Ｗｃの間に挟まれて固定されることになる。これにより、外側のシャフトがローラ１３４ＲＲ，１３６ＲＲとの摩擦力によって内側のシャフトと係合されることになり、両シャフトは等速で回転し、内側のシャフトから外側のシャフトへ動力が伝達される。

【0093】

逆に、内側のシャフトが外側のシャフトに対して時計回りに回転（あるいは、外側のシャフトが内側のシャフトに対して反時計回りに回転）しようとすると、ローラ１３４ＲＲ，１３６ＲＲが外側のシャフトの回転運動に起因してスプリング１３４ＲＳ，１３６ＲＳの弾性力に抗して収容空間１３４Ａ，１３６Ａ内を後方へ移動し、その径方向外側の面が平面壁部１３４Ｗｓ，１３６Ｗｓに接触する。上述したように、内側のシャフトの外面１３２Ｆ，１３４Ｆから平面壁部１３４Ｗｓ，１３６Ｗｓまでの径方向距離は、ローラ１３４ＲＲ，１３６ＲＲの外径より大きく設定されているので、この状態においてローラ１３４ＲＲ，１３６ＲＲは、内側のシャフトの外面１３２Ｆ，１３４Ｆ及び平面壁部１３４Ｗｓ，１３６Ｗｓのいずれによっても拘束されることなく自由に回転できる。したがって、外側のシャフトと内側のシャフトが係合することはなく（すなわち、両シャフトは互いに空転し）、動力も伝達されない。

【0094】

ところで、以上においては、クラッチ３７，１３７を、同一の構造を有する２つのクラッチ（低圧クラッチ３３，１３３及び高圧クラッチ３５，１３５）から成るものとして説明したが、他の態様も採用可能である。以下では、遠心力を利用するクラッチ２７０について説明する。

【0095】

図５は、遠心力を利用するクラッチ２７０を採用した動力伝達装置２３０の、中心軸ＣＬに垂直な断面図である。

【0096】

クラッチ２７０は、低圧動力伝達シャフト２３２の外面に周方向に等間隔で配置された複数のフック２７２（第１フック）と、高圧動力伝達シャフト２３６の内面に周方向に等間隔で配置された複数のフック２７６（第２フック）と、ＳＧ動力伝達シャフト２３４に周方向に等間隔で配置された複数の揺動体２７４と、から成っている。ここで、フック２７２と、フック２７６と、揺動体２７４とは、それぞれ同数ずつ設けられている。

【0097】

フック２７２は、低圧動力伝達シャフト２３２の外面から径方向外方へ突出して設けられている。低圧動力伝達シャフト２３２の回転方向（図中の矢印参照）において、フック２７２の後面は凸面状に形成される一方、前面には凹部２７２Ｒが形成されており、当該凹部２７２Ｒは、後述する揺動体２７４のローラ２７４Ｗが前方から嵌まり込めるような形状とされている。

【0098】

一方、フック２７６は、高圧動力伝達シャフト２３６の内面から径方向内方へ突出して設けられている。高圧動力伝達シャフト２３６の回転方向（図中の矢印参照）において、フック２７６の前面は凸面状に形成される一方、後面には凹部２７６Ｒが形成されており、当該凹部２７６Ｒは、後述する揺動体２７４のローラ２７４Ｗが後方から嵌まり込めるような形状とされている。

【0099】

揺動体２７４は、主な構成要素として、ロッド２７４Ｒと、ロッド２７４Ｒの先端に支持されたローラ２７４Ｗと、を備えている。

【0100】

ローラ２７４Ｗは、球または円柱として形成され、ロッド２７４Ｒの先端において、動力伝達装置２３０の中心軸ＣＬの方向に延びる軸（図示省略）を中心として回転し得るように支持されている。

【0101】

ＳＧ動力伝達シャフト２３４には、周方向に延びるスリット２３４Ｓが形成されており、ＳＧ動力伝達シャフト２３４の回転方向（図中の矢印参照）におけるスリット２３４Ｓの前端部には、動力伝達装置２３０の中心軸ＣＬの方向に延びるピボット軸２７４Ｐが支持されている。一方、ＳＧ動力伝達シャフト２３４の回転方向におけるスリット２３４Ｓの前方の、ＳＧ動力伝達シャフト２３４の外面には、径方向に延びる平面を有する突起部２３４Ｐが設けられている。なお、突起部２３４Ｐの高さ（ＳＧ動力伝達シャフト２３４の外面からの径方向の突出量）は、ＳＧ動力伝達シャフト２３４と高圧動力伝達シャフト２３６が相対的に回転したとき、フック２７６と干渉しないようなものとして設定されている。

【0102】

ロッド２７４Ｒは、上述したピボット軸２７４Ｐの周りを径方向に揺動し得るように支持されている。なお、上述したスリット２３４Ｓは、ロッド２７４Ｒがピボット軸２７４Ｐの周りを揺動する際、当該ロッド２７４Ｒ及びその先端に支持されたローラ２７４Ｗが全体として径方向に通過し得るような寸法（周方向長さ及び軸方向長さ）を有するものとして形成されている。

【0103】

ピボット軸２７４Ｐには、ねじりコイルばね２７４Ｓが取り付けられている。より具体的には、ピボット軸２７４Ｐは、ねじりコイルばね２７４Ｓのコイル部分の内側を通って延びている。そして、ねじりコイルばね２７４Ｓの第１の端部は、突起部２３４Ｐの径方向に延びる平面に固定され、第２の端部は、ロッド２７４Ｒの基端部に固定されている。これにより、ロッド２７４Ｒが径方向外方へ搖動すると、ねじりコイルばね２７４Ｓのコイルが巻き込まれることにより、これとは反対方向の反発力が作用し、ロッド２７４Ｒは径方向内向きの力を受ける。

【0104】

このねじりコイルばね２７４Ｓによる径方向内向きの力と揺動体２７４（ロッド２７４Ｒ及びローラ２７４Ｗ）に作用する遠心力とをバランスさせることにより、各シャフトの回転状態に応じてローラ２７４Ｗの径方向位置を変化させ、これにより、ローラ２７４Ｗとフック２７２が係合する状態と、ローラ２７４Ｗとフック２７６が係合する状態とを切り替えるよう、クラッチ２７０は構成されている。これについて、以下に詳述する。

【0105】

ＳＧ動力伝達シャフト２３４が回転すると、その回転数に応じて発生する遠心力の作用により、揺動体２７４は径方向外方へ搖動し、コイルばね２７４Ｓによる径方向内向きの反発力と遠心力が等しくなる位置で平衡状態に達する。したがって、ＳＧ動力伝達シャフト２３４の回転数と、揺動体２７４のローラ２７４Ｗの径方向位置とは、１対１の対応関係にあることになる。

【0106】

そこで、ＳＧ動力伝達シャフト２３４の回転数が低速側切替回転数以下のときは、揺動体２７４のローラ２７４Ｗがフック２７２の凹部２７２Ｒに嵌まり込める位置まで径方向内方へ搖動した状態となり、高速側切替回転数以上のときは、揺動体２７４のローラ２７４Ｗがフック２７６の凹部２７６Ｒに嵌まり込める位置まで径方向外方へ搖動した状態となるよう、揺動体２７４の質量やねじりコイルばね２７４Ｓのばね定数が設定されている。

【0107】

以上のように構成されたクラッチ２７０の作動について、図６Ａ〜図６Ｄを参照しながら、以下に説明する。

【0108】

（１）ＳＧ動力伝達シャフト２３４が低速側切替回転数以下の低速で回転または停止しているとき
（１−１）ＳＧ動力伝達シャフト２３４の回転数が低圧動力伝達シャフト２３２の回転数より低いとき
揺動体２７４のローラ２７４Ｗは、後方から接近するフック２７２に追い付かれ、その凹部２７２Ｒに嵌まり込む（図６Ａ参照）。これにより、ＳＧ動力伝達シャフト２３４と低圧動力伝達シャフト２３２は係合して等速で回転し、低圧動力伝達シャフト２３２からＳＧ動力伝達シャフト２３４へ動力が伝達される。
（１−２）ＳＧ動力伝達シャフト２３４の回転数が低圧動力伝達シャフト２３２の回転数より高いとき
揺動体２７４のローラ２７４Ｗは、後方からフック２７２に追い付くたびに、回転しながら凸面状に形成された後面に乗り上げ（図６Ｂ参照）、最終的にはフック２７２を追い越すことを繰り返す。すなわち、ＳＧ動力伝達シャフト２３４と低圧動力伝達シャフト２３２が係合することはなく、両シャフトの間で動力が伝達されることもない。

【0109】

（２）ＳＧ動力伝達シャフト２３４が高速側切替回転数以下の高速で回転しているとき
（２−１）ＳＧ動力伝達シャフト２３４の回転数が高圧動力伝達シャフト２３６の回転数より低いとき
揺動体２７４のローラ２７４Ｗは、後方から接近するフック２７６に追い付かれるたびに、回転しながら凸面状に形成された後面に乗り上げ（図６Ｃ参照）、最終的にはフック２７６に追い越されることを繰り返す。すなわち、ＳＧ動力伝達シャフト２３４と高圧動力伝達シャフト２３６が係合することはなく、両シャフトの間で動力が伝達されることもない。
（２−２）ＳＧ動力伝達シャフト２３４の回転数が高圧動力伝達シャフト２３６の回転数より高いとき
揺動体２７４のローラ２７４Ｗは、後方からフック２７６に追い付き、その凹部２７６Ｒに嵌まり込む（図６Ｄ参照）。これにより、ＳＧ動力伝達シャフト２３４と高圧動力伝達シャフト２３６は係合して等速で回転し、ＳＧ動力伝達シャフト２３４から高圧動力伝達シャフト２３６へ動力が伝達される。

【0110】

これにより、動力伝達装置２３０を備えるターボファンエンジンの始動時（回転アシスト終了前）は、クラッチ２７０が上記（２−２）の作動状態となり、スタータ・ジェネレータ５０からＳＧ動力伝達シャフト２３４及び高圧動力伝達シャフト２３６を介して高圧シャフト２０に動力が供給され、回転アシストが為される。

【0111】

また、始動時（回転アシスト終了後）に一旦上記（２−１）の作動状態となったクラッチ２７０は、スタータ・ジェネレータ５０に対して回転負荷がかかることによりＳＧ動力伝達シャフト２３４の回転数が低下し、エンジンがアイドルレーティングに接近するにつれて低圧シャフト１０の回転数が上昇することにより、上記（１−１）の作動状態に遷移する。これにより、低圧シャフト１０から低圧動力伝達シャフト２３２及びＳＧ動力伝達シャフト２３４を介して動力が供給され、発電機として作動しているスタータ・ジェネレータ５０により発電が行われる。

【0112】

なお、以上においては、隣り合う２つのシャフトの係合が、揺動体２７４のローラ２７４Ｗとシャフトのフック２７２，２７６との係合を通じて達成される例について説明したが、クラッチ２７０の態様は、これに限定されない。例えば、揺動体のローラに代えて摩擦シューを採用すると共にシャフトのフックを撤廃し、隣り合う２つのシャフトの係合が、摩擦シューとシャフトの表面との摩擦による係合を通じて達成されるように構成してもよい。この場合、摩擦シューとシャフトの表面とが適宜の角度を成して接触するよう摩擦シューを支持することにより、隣り合う２つのシャフトの回転数の大小に応じて、接触して摩擦が有効に作用し係合する状態と、接触しているが摩擦が有効に作用せず係合しない状態の２つの状態を実現し、上述したものと同様に作動させることが可能である。

【0113】

以上においては、本開示のターボファンエンジンが、２つのメインシャフト、すなわち低圧シャフトと高圧シャフトが互いに逆方向に回転するように構成されている場合について説明したが、本開示のターボファンエンジンは、２つのメインシャフトが同一の方向に回転するように構成されていてもよい。この場合には、図７に示すように、低圧シャフト３１０上のベベルギア３１０Ｖを、低圧動力伝達シャフト３３２のベベルギア３３２Ｖの後方に位置するように、ファンシャフト３１６ではなくファンドライブシャフト３１２に取り付ければよい。

【0114】

以上においては、本開示のターボファンエンジンが２軸のターボファンエンジンであり、始動時には動力伝達装置の最も外側の動力伝達シャフトを介して高圧シャフトに動力を供給し、始動後は動力伝達装置の最も内側の動力伝達シャフトを介して低圧シャフトから動力を抽出する例について説明したが、本開示のターボファンエンジンは３またはそれ以上の軸を有するターボファンエンジンであってもよい。例えば、３軸のターボファンエンジンとする場合、始動時には動力伝達装置の最も外側の動力伝達シャフトを介して高圧シャフト（または中圧シャフト）に動力を供給し、始動後は動力伝達装置の最も内側の動力伝達シャフトを介して中圧シャフト（または低圧シャフト）から動力を抽出すればよい。

【0115】

（本開示の態様）
本開示の第１の態様のターボファンエンジンは、第１メインシャフトと、第２メインシャフトと、動力伝達装置と、スタータ・ジェネレータと、を備え、前記動力伝達装置は、同軸に配置された第１シャフト、中間シャフト及び第２シャフトと、クラッチと、を備え、前記第１シャフトは、前記第１メインシャフトにベベルギアの組を介して接続され、前記中間シャフトは、前記第１シャフトの外側に配置されると共に、前記スタータ・ジェネレータにベベルギアの組を介して接続され、前記第２シャフトは、前記中間シャフトの外側に配置されると共に、前記第２メインシャフトにベベルギアの組を介して接続されており、前記クラッチは、前記第１シャフト、前記中間シャフト及び前記第２シャフトのいずれか隣り合う２つのシャフトのうち内側のシャフトが外側のシャフトより高速で回転しようとすると、前記２つのシャフトを係合させて等速で回転させて動力を伝達する一方、外側のシャフトが内側のシャフトより高速で回転しようとすると、前記２つのシャフトの係合を解除し動力を伝達しないようにする。

【0116】

本開示の第２の態様のターボファンエンジンにおいて、前記クラッチは、前記第１シャフトと前記中間シャフトの間に配置された第１クラッチと、前記中間シャフトと前記第２シャフトの間に配置された第２クラッチと、から成る。

【0117】

本開示の第３の態様のターボファンエンジンにおいて、前記クラッチは、径方向内向きの弾性力を負荷された状態で前記中間シャフトにより支持され、遠心力の大小に応じて径方向に搖動可能な揺動体と、前記第１シャフトの外面に配置され、径方向内方へ搖動した前記揺動体と係合可能な第１フックと、前記第２シャフトの内面に配置され、径方向外方へ搖動した前記揺動体と係合可能な第２フックと、から成る。

【0118】

本開示の第４の態様のターボファンエンジンは、高圧シャフト及び低圧シャフトを備え、前記第１メインシャフトは低圧シャフトであり、前記第２メインシャフトは高圧シャフトである。

【0119】

本開示の第５の態様のターボファンエンジンは、高圧シャフト、中圧シャフト及び低圧シャフトを備え、前記第１メインシャフトは中圧シャフトであり、前記第２メインシャフトは高圧シャフトである。

【0120】

本開示の第６の態様のターボファンエンジンは、高圧シャフト、中圧シャフト及び低圧シャフトを備え、前記第１メインシャフトは低圧シャフトであり、前記第２メインシャフトは中圧シャフトである。

【符号の説明】

【0121】

１ ターボファンエンジン
１０ 低圧シャフト（第１メインシャフト）
２０ 高圧シャフト（第２メインシャフト）
３０，１３０ 動力伝達装置
３２，１３２ 低圧動力伝達シャフト（第１シャフト）
３３，１３３ 低圧クラッチ（第１クラッチ）
３４，１３４ ＳＧ動力伝達シャフト（中間シャフト）
３５，１３５ 高圧クラッチ（第２クラッチ）
３６，１３６ 高圧動力伝達シャフト（第２シャフト）
３７，１３７ クラッチ
５０ スタータ・ジェネレータ
１０Ｖ、３２Ｖ ベベルギア（ベベルギアの組）
３４Ｖ、４２Ｖ ベベルギア（ベベルギアの組）
２０Ｖ、３６Ｖ ベベルギア（ベベルギアの組）
２７２ フック（第１フック）
２７４ 揺動体
２７６ フック（第２フック）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7】