JP6769824B2 - 変速装置、ポンプ装置、排水機場 - Google Patents

Description

本発明はポンプ装置に備えられた変速装置、例えば港湾における排水機場の排水ポンプの変速装置に関する。

我が国には平地が少なく、国土の７５％を山地が占めている。そのため多くの都市が、海沿いに拡がる海抜の低い沖積平野に存在している。また地域的特性として台風の襲来や、巨大地震の発生も頻繁であるため、都市住民が高潮による被害を受けやすい。

高潮の被害を未然に防ぐため、堤防で仕切られた外水域と内水域との境界には、海からの海水の浸入を防ぐため水門が設けられ、高潮により外水域の水位が高くなった場合、水門を閉鎖して内水域の水位上昇を防いでいる。そして水門を閉鎖したとき、降雨等により内水域の水位が上昇した場合、排水機場のポンプ装置を運転して内水域の水位を下げる（例えば、特許文献１参照）。

図６に排水機場２０１の説明図を示す。排水機場２０１は、内水域２１５と、外水域２２０の境界に設けられ、取水口２２５から内水を取り込み、吸込水路２６０に設けられたポンプ装置２４０で内水を汲み上げて、外水域２２０にある排水口２３０から排水する。ポンプ装置２４０には、変速装置２４２を経由して駆動源２５５からの動力が伝えられ、変速装置２４２と駆動源２５５の間には、動力の接続と遮断を切り替えるクラッチ機構２５０が設けられる。

特開２０１１−２０８５６２号公報

排水機場は、上記のように我が国の都市機能を保全するために欠かせない設備ではあるが、年間を通じての稼働は１０回に満たない場合がほとんどである。したがって、大部分の期間、ポンプ装置２４０は停止状態にある。しかし、海水面の上下動自体は日常的に生じているため、次のような問題が生じている。

図７（Ａ）にポンプ装置１４０の説明図を示す。内水を汲み上げるポンプ装置２４０は、スクリュー２８５と、変速装置２４２を備える。変速装置２４２は、出力軸３４０と、出力軸３４０に固定された出力側傘歯車２００と、入力側傘歯車２９５からなる伝達用歯車機構２８０を有し、入力側傘歯車２９５に固定された入力軸３５０を通じて動力が出力軸３４０に伝達される。そして出力軸３４０はスクリュー２８５に固定される。

図７（Ｂ）と図７（Ｃ）は、出力側傘歯車２００と入力側傘歯車２９５が噛み合うＡＡ面（図７（Ａ）参照）における歯車の歯の噛み合わせを模式的に表した説明図である。図７（Ａ）において、吸込水路２６０内の海水面が水位ＢＢと水位ＣＣの間で上下動を繰り返すと、水圧によりスクリュー２８５は回動し、スクリュー２８５の先端方向から見て、時計回り向きの回転と、反時計回り向きの回転を交互に繰り返すことになる。するとスクリュー２８５が固定された出力軸３４０と、出力軸３４０に固定された出力側傘歯車２００も同様の回転を繰り返すことになる。例えば、入力側傘歯車２９５が略固定されているとすると、出力側傘歯車２００が時計回りに回転された際には、出力側傘歯車２００の歯面２００Ａが、入力側傘歯車２９５の歯面２９５ＡにＤＤ面で衝突する（図７（Ｂ）参照）。逆に、出力側傘歯車２００が反時計回りに回転された際には、出力側傘歯車２００の歯面２００Ｂが、入力側傘歯車２９５の歯面２９５ＢにＥＥ面で衝突する（図７（Ｃ）参照）。隙間２９７は小さいため、このような衝突の際の歯面の速度自体は小さい。しかしポンプ装置２４０自体の重量は数トンにも及ぶため、運動量は大きなものとなり、したがって衝突の際の力積は極めて大きなものとなる。よってこのような衝突が繰り返されると、出力側傘歯車２００と入力側傘歯車２９５は、双方とも損傷する可能性がある。この事情は入力側傘歯車２９５が自由回動可能な状態であっても同様である。

本発明は、斯かる実情に鑑み、海水面の上下動による伝達用歯車機構の寿命を長期化する変速装置を提供しようとするものである。

（１）本発明は、外部から回転動力が入力される入力軸と、外部へ回転動力を出力する出力軸と、前記入力軸及び前記出力軸が接続されて回転動力を伝達する伝達用歯車機構と、前記入力軸とは別軸となる制動軸と、制動軸に設けられて前記制動軸の回動を規制するブレーキ機構と、前記制動軸と前記出力軸が接続されて、前記ブレーキ機構の制動力を該出力軸に伝達する制動用歯車機構とを備えることを特徴とする変速装置を提供する。

上記（１）に記載する発明によれば、変速装置が、入力軸とは別軸となる制動軸と、制動軸に設けられて制動軸の回動を規制するブレーキ機構と、制動軸と出力軸が接続されて、ブレーキ機構の制動力を出力軸に伝達する制動用歯車機構とを備えるので、外力により、正回転方向及び逆回転方向へ交互に繰り返し出力軸が回動させられようとする場合に、回転を制限することができ、結果的に伝達用歯車機構の歯面の保護ができるという優れた効果を奏する。

例えば、排水機場で使用されるポンプ装置が備える変速装置として、本発明に係る変速装置を適用すれば、吸込水路内の海水面が上下動することでスクリューが回動されようとするときに、ブレーキ機構で制動軸を制動することで出力軸の回動を制限することができ、結果的に伝達用歯車機構の歯面の保護ができるという優れた効果を奏する。

（２）本発明は、前記伝達用歯車機構が、前記入力軸の回転数が前記出力軸の回転数よりも高くなるように構成されることを特徴とする上記（１）に記載の変速装置を提供する。

上記（２）に記載する発明によれば、入力軸に接続される駆動源において、効率のよい回転数を選択することが可能になるという顕著な効果を奏する。

（３）本発明は、前記出力軸には、一方向の回転を制動して、他方向の回転を許容する回転方向制限機構が設けられることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の変速装置を提供する。

上記（３）に記載する発明によれば、通常運転時の回転方向に出力軸が回転する場合には、その回転を妨げず、通常運転時の回転方向とは逆向きに出力軸が回転しようとする場合には、その回転を阻止することができるので、逆向き回転時に生じる可能性のある入力側傘歯車と出力側傘歯車の歯面の衝突を阻止することができ、結果的に伝達用歯車機構の歯面の保護ができるという効果を奏する。

例えば、排水機場で使用されるポンプ装置が備える変速装置として、本発明に係る変速装置を適用すれば、内水を汲み上げる方向に出力軸が回転する際には、回転を許容し、逆向きに回転しようとすると回転を制動するので、通常の運転の際には妨げにならず、ポンプ装置を停止させている時には、逆向き回転を制動することができる。よって、逆向き回転時に生じる可能性のある入力側傘歯車と出力側傘歯車の歯面の衝突を回避することができ、伝達用歯車機構の歯面の保護ができるという優れた効果を奏する。

（４）本発明は、前記回転方向制限機構が、前記出力軸の基端に設けられることを特徴とする上記（３）に記載の変速装置を提供する。

上記（４）に記載する発明によれば、比較的小さな設置面積で出力軸の回動を制限することができるので、大規模な工事が必要になることが無く、コストも安い歯面保護が可能になるという優れた効果を奏する。

例えば、排水機場で使用されるポンプ装置が備える変速装置として、本発明に係る変速装置を適用すれば、既存の排水機場に備えられたポンプ装置の出力軸に追加して回転方向制限機構を設けることができるので、大規模な工事が必要になることが無く、コストも安い歯面保護のための改善ができるという優れた効果を奏する。

（５）本発明は、前記ブレーキ機構が、油圧湿式多板ブレーキであることを特徴とする上記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の変速装置を提供する。

上記（５）に記載する発明によれば、小型で設置面積の小さなブレーキ機構が実現でき、制動軸等の追加を含めても、大規模な工事が必要になることが無く、コストも安い歯面保護のための改善ができるという優れた効果を奏する。またブレーキ動作が、油圧によるＯＮ／ＯＦＦ制御となり取り扱いが容易となり、ブレーキシューが無いため長寿命のブレーキ機構が実現できる。

（６）本発明は、前記入力軸と前記出力軸が、軸方向が互いに垂直となるように配置されており、前記入力軸と前記制動軸は、軸方向が互いに垂直となるように配置されており、前記伝達用歯車機構は、前記入力軸に設けられる入力側傘歯車と、前記出力軸に設けられて前記入力側傘歯車と歯合する出力側傘歯車とを有して構成され、前記制動用歯車機構は、前記出力側傘歯車と、前記制動軸に設けられて前記出力側傘歯車と歯合する制動側傘歯車とを有して構成されることを特徴とする上記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の変速装置を提供する。

上記（６）に記載する発明によれば、伝達用歯車機構と制動用歯車機構がともに傘歯車機構で構成されるので、全体として小さく設置高の低い変速装置を実現できるという優れた効果を奏する。

（７）本発明は、前記入力軸の軸方向と、前記制動軸の軸方向が同一であることを特徴とする上記（１）乃至（６）のうちのいずれかに記載の変速装置を提供する。

上記（７）に記載する発明によれば、出力側傘歯車を中心として線対称の位置に伝達用歯車機構と制動側傘歯車機構を設けることができるので、出力側傘歯車の水平度を保つために有利であり、歯車機構同士の距離も大きいのでメンテナンスも容易であるという優れた効果を奏する。

（８）本発明は、前記ブレーキ機構を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記入力軸に対する定常回転入力により前記出力軸が回転する向きを正回転と定義するとき、前記出力軸が正回転をしている際に、前記ブレーキ機構を制御して前記出力軸の回転を停止させることを特徴とする上記（１）乃至（７）のうちのいずれかに記載の変速装置を提供する。

上記（８）に記載する発明によれば、変速装置を停止させている時には、正回転を制動することができる。よって、正回転時に生じる可能性のある入力側傘歯車と出力側傘歯車の歯面の衝突を回避することができ、伝達用歯車機構の歯面の保護ができるという優れた効果を奏する。

（９）本発明は、上記（１）乃至（８）のうちのいずれかに記載の変速装置を備えるポンプ装置を提供する。

上記（９）に記載する発明によれば、吸込水路内の海水面が上下動することでスクリューが回動されようとするときに、出力軸の回動を制限することができ、伝達用歯車機構の歯面の保護ができる変速装置が実現できるので、結果的に稼働率が高いポンプ装置を実現できるという優れた効果を奏する。

（１０）本発明は、上記（９）に記載のポンプ装置を有する排水機場。

上記（１０）に記載する発明によれば、伝達用歯車機構の歯面の保護ができる変速装置を備えたポンプ装置による排水が可能なので、メンテナンスの手間が小さく、また設置面積も小さなコストの安い排水機場が実現できるという優れた効果を奏する。

（１１）本発明は、前記ブレーキ機構が、前記制動軸の回動を停止させているときに、前記入力軸は、自由に回動できる自由回動状態であることを特徴とする請求項１０に記載の排水機場を提供する。

上記（１１）に記載する発明によれば、ブレーキ機構が制動軸の回動を制限し、結果として出力側傘歯車を停止させているときに、誤って駆動源が駆動されても、駆動源や伝達用歯車機構に異常負荷をかけないで済むので故障が生じる可能性が低くなるという効果を奏する。

（１２）本発明は、前記入力軸を回転駆動する駆動源をさらに備え、前記駆動源と前記入力軸との間には、前記駆動源の動力を伝達または遮断するクラッチ機構を備え、前記制御部は、前記ブレーキ機構が前記制動軸の回動を停止させているときに、前記クラッチ機構が前記駆動源の動力を遮断するように制御をおこなうことを特徴とする上記（１０）または（１１）に記載の排水機場を提供する。

上記（１２）に記載する発明によれば、クラッチ機構で入力軸への動力を遮断した状態が実現可能なので、排水が必要となる時間を予め予想して駆動源の運転が開始することができ、クラッチ機構を徐々につなげることで適切な排水を始めることができるという顕著な効果を奏する。

本発明によれば、吸込水路内の海水面が上下動することでスクリューが回動されようとするときに、ブレーキ機構で制動軸を制動することで出力軸の回動を制限することができ、結果的に伝達用歯車機構の歯面の保護ができるのでメンテナンスの手間が小さな変速装置、該変速装置を備えたポンプ装置、及び、該変速装置を備えた排水機場を実現できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施形態に係る排水機場の説明図である。 変速装置の説明図である。 （Ａ）回転方向制限機構の軸方向に垂直な断面図である。（Ｂ）ワンウェイクラッチの仕組みを説明する説明図である。 （Ａ）ブレーキ機構の断面図である。（Ｂ）制動していない状態にあるブレーキ機構の断面図である。（Ｃ）制動状態にあるブレーキ機構の断面図である。 ブレーキ機構と回転方向制限機構による回動制限の作用について説明する説明図である。 従来の排水機場の説明図である。 （Ａ）ポンプ装置と変速装置の説明図である。（Ｂ）伝達用歯車機構における入力側傘歯車と出力側傘歯車の噛み合わせ面ＡＡの説明図である。（Ｃ）伝達用歯車機構における入力側傘歯車と出力側傘歯車の噛み合わせ面ＡＡの説明図である。

以下、本考案の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図５は発明を実施する形態の一例であって、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす。なお、各図において一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、部材の大きさ、形状、厚みなどを適宜誇張して表現する。

図１は、本発明の実施形態に係る排水機場１の説明図である。排水機場１は一般に、内水域１１５と外水域１２０の境界に設置される。内水は、取水口１２５から取り込まれ、吸込水路１６０に備えられたポンプ装置（排水ポンプ）１４０により汲み上げられる。そして排水口１３０から排水される。ポンプ装置１４０は、スクリュー８５と、スクリュー８５を回転させる出力軸４０を備える変速装置１４２を備える。本発明の実施形態に係る排水機場１には、ポンプ装置１４０と駆動源（原動機）１５５とクラッチ機構１５０が備えられる。ポンプ装置１４０は、変速装置１４２を有し、変速装置１４２には、ブレーキ機構２０と、回転方向制限機構３０と、変速ギアボックス１４５とが備えられる。変速ギアボックス１４５内には、出力側傘歯車１００と入力側傘歯車９５と制動側傘歯車９０が備えられ、それぞれ伝達用歯車機構８０と制動用歯車機構７０が構成される。駆動源１５５と、変速装置１４２の入力軸５０との間には、駆動源の動力を伝達または遮断するクラッチ機構１５０が備えられる。ここでクラッチ機構１５０は、油圧湿式多板クラッチである。

なおクラッチ機構１５０と、駆動源１５５と、後述するブレーキ機構２０は、ここでは図示しない制御部により、適宜、運転を制御される。制御部はＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから構成され、各種制御を実行する。ＣＰＵはいわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて様々な機能を実現する。ＲＡＭはＣＰＵの作業領域、記憶領域として使用され、ＲＯＭはＣＰＵで実行されるオペレーティングシステムやプログラムを記憶する。

駆動源１５５としてはディーゼルエンジンを用いる。なお汲み上げるべき内水の量が少ない場合には、駆動源１５５として電気モーターを用いても良い。

図２は、変速装置１４２の断面図である。変速装置１４２は、駆動源１５５からクラッチ機構１５０を通じて回転動力が入力される入力軸５０と、スクリュー８５へ回転動力を出力する出力軸４０と、入力軸５０及び出力軸４０が接続されて回転動力を伝達する伝達用歯車機構８０と、入力軸５０とは別軸となる制動軸６０と、制動軸６０に設けられて制動軸６０の回動を規制するブレーキ機構２０と、制動軸６０と出力軸４０が接続されてブレーキ機構２０の制動力を出力軸４０に伝達する制動用歯車機構７０とを備える。また回転方向制限機構３０が、出力軸４０の基端に設けられる。

伝達用歯車機構８０は、入力軸５０の回転数が出力軸４０の回転数よりも高くなるように構成される。すなわち本実施形態に係る変速装置１４２は、いわゆる減速機である。

入力軸５０と出力軸４０は、軸方向が互いに垂直となるように配置されており、伝達用歯車機構８０は、入力軸５０に設けられる入力側傘歯車９５と、出力軸４０に設けられて入力側傘歯車９５と歯合する出力側傘歯車１００とを有して構成される。すなわち伝達用歯車機構８０は、いわゆるベベルギア機構である。

また入力軸５０と制動軸６０は、軸方向が互いに垂直となるように配置されており、制動用歯車機構７０は、出力側傘歯車１００と、制動軸６０に設けられて出力側傘歯車１００と歯合する制動側傘歯車９０とを有して構成される。すなわち制動用歯車機構７０は、いわゆるベベルギア機構である。

なお入力軸５０の軸方向と、制動軸６０の軸方向が同一であり、制動側傘歯車９０と入力側傘歯車９５は出力側傘歯車１００を挟んで線対称の位置に設置される。

図３（Ａ）は、回転方向制限機構３０の軸方向に垂直な断面図である。回転方向制限機構３０は、出力軸４０の基端に設けられ一方向の回転を制動して、他方向の回転を許容する。ここで、入力軸５０に対する定常回転入力により出力軸４０が回転する向き、すなわちスクリュー８５が内水を汲み上げるように回転する向きを、出力軸４０の正回転（正転）と定義すると、回転方向制限機構３０は正回転に対しては空転し、回転を制限せず、逆回転（逆転）に対してはロックしてバックストップをかける機能を有する。具体的には回転方向制限機構３０は、ワンウェイクラッチ３２を有する。

図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、ワンウェイクラッチ３２の仕組みを説明する説明図である。ワンウェイクラッチ３２には、出力軸４０の外周面４０Ａと、回転方向制限機構３０の内周面３０Ａからなる、くさび部３６にローラ３４が備えられている。ローラ３４はスプリング３５により、くさび部３６の狭隘部方向に押圧されている。図３（Ｂ）は、出力軸４０が正回転している状態を示しており、このときローラ３４は、図上反時計回りに回転するため、ワンウェイクラッチ３２は空転し、出力軸４０の回転を妨げない。これに対して図３（Ｃ）は出力軸４０が逆回転しようとしている状態を示している。このときローラ３４は図上時計回りに回転しようとするが、ローラ３４がスプリング３５によってくさび部３６に押しつけられているため、ローラ３４は狭隘部に嵌まり込み摩擦力でロック状態となる。したがって出力軸４０の回転が制限されることになる。出力軸４０の基端に回転方向制限機構３０を設けることで、吸込水路１６０内の海水面の水位が上下動する際に、スクリュー８５が連れ廻りして、出力軸４０が逆回転方向に回転することが防がれ、伝達用歯車機構８０の歯面を損傷することを回避できる。

次にブレーキ機構２０と制動軸６０による出力側傘歯車１００の制動の仕組みを説明する。

図４（Ａ）は、ブレーキ機構２０の断面図である。ブレーキ機構２０は油圧湿式多板ブレーキであり、構造はクラッチ機構１５０と同様である。従って小型であり設置面積が小さく、制動時の消費電力もディスクブレーキと比較して小さいという利点を有する。

ブレーキ機構２０は、クラッチケース２４とクラッチハブ２５とクラッチピストン２２を備え、クラッチケース２４にはスチールプレート２６が複数備えられており、クラッチケース２４の軸方向においては自由運動が可能だが、円周方向については運動が制限される。制動軸６０には摩擦プレート２８が複数備えられている。摩擦プレート２８は、制動軸６０の軸方向においては自由運動が可能だが、円周方向については運動が制限される。スチールプレート２６と摩擦プレート２８は互い違いに配置される。制動軸６０とクラッチハブ２５の間にはベアリング２３が設置され、制動軸６０はクラッチハブ２５に対して、摩擦力少なく回転することが可能である。

図４（Ｂ）は、制動していない状態にあるブレーキ機構２０の断面図である。このときオイル通路２１から油圧室２７への油圧は小さく、クラッチピストン２２には力がかかっていない。この状態では、スチールプレート２６と摩擦プレート２８は押しつけられていないため、制動軸６０は自由に回転が可能である。

図４（Ｃ）は、制動状態にあるブレーキ機構２０の断面図である。このときオイル通路２１を通じて油圧室２７に油圧がかかっており、クラッチピストン２２は一点鎖線矢印向きに押し出される。するとクラッチピストン２２とバックプレート２９に挟まれたスチールプレート２６と摩擦プレート２８は、押圧されて互いに押しつけられ摩擦力を生じる。この摩擦力により摩擦プレート２８が制動軸６０の回動を制限することになり、ブレーキ作用を生じる。

なお、言うまでもないが、ポンプ装置１４０が定常運転状態にある時には、ブレーキ機構２０は制動軸６０を制動することは無い。

以上の構成により、ブレーキ機構２０は制動軸６０の回動を制限することが可能になり、制動軸６０が制動される。制動側傘歯車９０に接続された出力側傘歯車１００も回動が制限されることになるので、吸込水路１６０内の海水面の水位が上下動する際に、スクリュー８５が連れ廻りして、出力軸４０が回動することが防がれ、伝達用歯車機構８０の歯面を損傷することを回避できる。

次に、上記した実施形態の動作を説明する。

まず排水機場１におけるポンプ装置１４０が定常運転状態にあるとき、すなわち内水を汲み上げる方向に出力軸４０が正回転している状態にあるときから、停止状態にする動作を説明する。まず制御部（図示省略）は、駆動源１５５の動力を低下させて停止状態にしていく。このときクラッチ機構１５０は接続状態でも遮断状態でも良い。駆動源１５５の動力が低下し、入力軸５０の回転が停止状態近くになったところで、クラッチ機構１５０を遮断状態にする。すなわち出力軸４０が正回転をしている際に、ブレーキ機構２０を制御して出力軸４０の回転を停止させる。すなわち制御部によりブレーキ機構２０を動作させ制動軸６０の回動を制限し、制動側傘歯車９０を通じて出力軸４０の正回転を停止させる。すると出力軸４０は、正回転方向について、制動側傘歯車９０を通じてブレーキ機構２０により回動が制限されると同時に、逆回転方向についても、回転方向制限機構３０によって回動が制限される。すなわち、以上の動作により、いわゆるバックラッシュが発生しない停止状態を実現できる。

図５において、上記のバックラッシュが発生しない停止状態が回転方向制限機構３０とブレーキ機構２０によってどのように実現されるかを具体的に説明する。なお図５では、制動用歯車機構７０における制動側傘歯車９０と出力側傘歯車１００の歯面の噛み合いをわかりやすく表現するために、傘歯車を平歯車として表現する。図５（Ａ）は出力側傘歯車１００が停止状態寸前で正回転をしている状態を示す。ブレーキ機構２０が制動側傘歯車９０を固定した制動軸の回転を停止させると、制動側傘歯車９０の歯面９０Ａと、出力側傘歯車１００の歯面１００Ａが当接した状態で停止する。このとき図５（Ｂ）で示すように、出力側傘歯車１００が時計回り方向に回転されて、点線で示した状態にならないように回転方向制限機構３０が働く。すなわち回転方向制限機構３０は、出力側傘歯車１００が逆回転することを妨げる方向に作用するので、バックラッシュが発生しない停止状態が実現される。

なおブレーキ機構２０が、制動軸６０の回動を停止させているときに、入力軸５０は、自由に回動できる自由回動状態である。つまり制御部は、クラッチ機構１５０が駆動源１５５の動力を遮断するように制御をおこなう。

このように出力軸４０を制動することで、海水面の上下動により出力軸４０が正転と逆転を繰り返すことを原因として、伝達用歯車機構８０を構成する入力側傘歯車９５と出力側傘歯車１００の歯面がチャタリング損傷を起こすことを未然に防ぐことができる。

次に、排水機場１におけるポンプ装置１４０を停止状態から定常運転状態にする動作を説明する。

まず、クラッチ機構１５０を遮断状態にしたまま、制御部により駆動源１５５の運転を開始する。そして定常運転状態となったところで、ブレーキ機構２０の制動を解除し、クラッチ機構１５０を徐々に接続していき、ポンプ装置１４０を定常運転状態にする。このように制御することで、駆動源１５５や伝達用歯車機構８０に間違って大きな負荷を掛けること無く、ポンプ装置１４０を定常運転状態にまで導くことができる。すなわち、排水が必要となる時間を予め予想して駆動源１５５の運転が開始することができ、クラッチ機構１５０を徐々につなげることで、安全に適切な排水を始めることができるという顕著な効果を奏する。

上記ポンプ装置１４０によれば、変速装置１４２の出力軸４０に対して外力が作用し、正回転方向及び逆回転方向へ交互に繰り返し回動させられようとする場合に、その回転を制限することができ、結果的に、伝達用歯車機構８０の歯面の保護ができる。本実施形態のように、ポンプ装置１４０が排水機場１で使用される場合、吸込水路内の海水面が上下動することでスクリュー８５を介して出力軸４０が回動されようとするが、ブレーキ機構２０で制動軸６０を制動することで、出力軸４０の回動を制限することができる。結果、歯面の保護が達成できる。この際、本実施形態では、制動用歯車機構７０において、制動側傘歯車９０から出力側傘歯車１００への動力伝達が減速歯車列となっているので、ブレーキ機構２０側において、小さなトルクでも効率よく制動することができる。更に、入力軸５０と制動軸６０の軸方向が同一（同軸）となるので、出力側傘歯車１００を中心として、線対称の位置に伝達用歯車機構８０と制動側傘歯車機構７０を設けることができる。結果、出力側傘歯車１００に作用する歯合部分の軸方向反力が均衡し、更に、歯合部分に作用する径方向反力が相殺されるため、出力側傘歯車１００の水平度を保つために有利となり、また、出力側傘歯車１００を軸支する軸受等に作用する負担が軽減される。また、歯車機構同士の距離も大きいのでメンテナンス作業も容易となる。

更に上記ポンプ装置１４０は、回転方向制限機構３０を有しているので、通常運転時の回転方向に出力軸４０が回転する場合には、その回転を妨げず、通常運転時の回転方向とは逆向きに出力軸４０が回転しようとする場合には、その回転を阻止することができる。結果、逆向き回転時に生じる可能性のある入力側傘歯車９５と出力側傘歯車１００の歯面の衝突を阻止することができるので、結果的に、伝達用歯車機構８０の歯面の保護ができる。この際、回転方向制限機構３０が、出力軸４０の基端に設けられるので、装置全体を比較的小さな設置面積としたまま、出力軸４０の回動を制限することができる。結果、大規模な工事が必要になることが無く、コストも安い歯面保護が可能になる。例えば、排水機場１で使用される場合、既存のポンプ装置の出力軸４０に追加して回転方向制限機構３０を追加的に設けることができるので、大規模な工事が必要になることが無く、コストも低減できる。

また、上記ポンプ装置１４０では、ブレーキ機構２０が、油圧湿式多板ブレーキとなるので、小型で設置面積を小さくすることができ、制動軸等の追加を含めても、大規模な工事が不要となる。なお、油圧湿式多板ブレーキの場合、一方向の回転に対して効果的に制動力が発揮できるように全体の部品・部材の微調整を行う場合がある。その場合は、当該一方向を、出力軸４０の正転方向に設定することが好ましい。逆転方向の制動力は正転側よりも劣る可能性があるものの、その制動力は、回転方向制限機構３０側に分散させることができるからである。油圧湿式多板ブレーキの場合、ブレーキ動作が油圧によるＯＮ／ＯＦＦ制御となるので取り扱いが容易となり、消費エネルギーも抑制され、ブレーキシューが無いため長寿命化できる。

なお、上記ポンプ装置１４０では、ブレーキ機構２０が制動軸６０の回動を停止させているときに、クラッチ機構１５０を開放することで、入力軸５０を自由回動状態としている。結果、待機中において、駆動源や伝達用歯車機構８０に異常負荷をかけないで済むので故障が生じる可能性が低くなる。

尚、本発明に係る変速装置、ポンプ装置、排水機場は、上記した実施の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内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 排水機場
１０、２１０ 機関室
２０ ブレーキ機構
２１ オイル通路
２２ クラッチピストン
２３ ベアリング
２４ クラッチケース
２５ クラッチハブ
２６ スチールプレート
２７ 油圧室
２８ 摩擦プレート
２９ バックプレート
３０ 回転方向制限機構
３２ ワンウェイクラッチ
３４ ローラ
３５ スプリング
３６ くさび部
４０、３４０ 出力軸
５０、３５０ 入力軸
６０ 制動軸
７０ 制動用歯車機構
８０、２８０ 伝達用歯車機構
８５、２８５ スクリュー
９０、２９０ 制動側傘歯車
９５、２９５ 入力側傘歯車
１００、２００ 出力側傘歯車
１０１、２０１ 排水機場
１１０、２１０ 機関室
１１５、２１５ 内水域
１２０、２２０ 外水域
１２５、２２５ 取水口
１３０、２３０ 排水口
１３５、２３５ ポンプ室
１４０、２４０ ポンプ装置
１４２、２４２ 変速装置
１４５、２４５ 変速ギアボックス
１５０、２５０ クラッチ機構
１５５、２５５ 駆動源
１６０、２６０ 吸込水路
２９７ 隙間

Claims (10)

1. 外部から回転動力が入力される入力軸と、
   外部へ回転動力を出力する出力軸と、
   前記入力軸及び前記出力軸が接続されて回転動力を伝達する伝達用歯車機構と、
   前記入力軸とは別軸となる制動軸と、
   制動軸に設けられて前記制動軸の回動を規制するブレーキ機構と、
   前記制動軸と前記出力軸が接続されて、前記ブレーキ機構の制動力を該出力軸に伝達する制動用歯車機構と、
   を備え、
   前記出力軸には、一方向の回転を制動して、他方向の回転を許容する回転方向制限機構が設けられることを特徴とする変速装置。
2. 外部から回転動力が入力される入力軸と、
   外部へ回転動力を出力する出力軸と、
   前記入力軸及び前記出力軸が接続されて回転動力を伝達する伝達用歯車機構と、
   前記入力軸とは別軸となる制動軸と、
   制動軸に設けられて前記制動軸の回動を規制するブレーキ機構と、
   前記制動軸と前記出力軸が接続されて、前記ブレーキ機構の制動力を該出力軸に伝達する制動用歯車機構と、
   前記ブレーキ機構を制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記入力軸に対する定常回転入力により前記出力軸が回転する向きを正回転と定義するとき、前記出力軸が正回転をしている際に、前記ブレーキ機構を制御して前記出力軸の回転を停止させることを特徴とする変速装置。
3. 前記伝達用歯車機構は、前記入力軸の回転数が前記出力軸の回転数よりも高くなるように構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変速装置。
4. 前記出力軸には、一方向の回転を制動して、他方向の回転を許容する回転方向制限機構が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか一の請求項に記載の変速装置。
5. 前記回転方向制限機構は、前記出力軸の基端に設けられることを特徴とする請求項４に記載の変速装置。
6. 前記ブレーキ機構は、油圧湿式多板ブレーキであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか一の請求項に記載の変速装置。
7. 前記入力軸と前記出力軸は、軸方向が互いに垂直となるように配置されており、
   前記入力軸と前記制動軸は、軸方向が互いに垂直となるように配置されており、
   前記伝達用歯車機構は、
   前記入力軸に設けられる入力側傘歯車と、
   前記出力軸に設けられて前記入力側傘歯車と歯合する出力側傘歯車と、
   を有して構成され、
   前記制動用歯車機構は、
   前記出力側傘歯車と、
   前記制動軸に設けられて前記出力側傘歯車と歯合する制動側傘歯車と、
   を有して構成されることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか一の請求項に記載の変速装置。
8. 前記入力軸の軸方向と、前記制動軸の軸方向が同一であることを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか一の請求項に記載の変速装置。
9. ポンプ装置を備える排水機場であって、
   前記ポンプ装置が有する変速装置は、
   外部から回転動力が入力される入力軸と、
   外部へ回転動力を出力する出力軸と、
   前記入力軸及び前記出力軸が接続されて回転動力を伝達する伝達用歯車機構と、
   前記入力軸とは別軸となる制動軸と、
   制動軸に設けられて前記制動軸の回動を規制するブレーキ機構と、
   前記制動軸と前記出力軸が接続されて、前記ブレーキ機構の制動力を該出力軸に伝達する制動用歯車機構と、
   を備えており、
   前記前記ブレーキ機構が、前記制動軸の回動を停止させているときに、前記入力軸は、自由に回動できる自由回動状態であることを特徴とする排水機場。
10. 前記変速装置は、前記ブレーキ機構を制御する制御部を有し、
    前記制御部は、
    前記入力軸に対する定常回転入力により前記出力軸が回転する向きを正回転と定義するとき、前記出力軸が正回転をしている際に、前記ブレーキ機構を制御して前記出力軸の回転を停止させるようになっており、
    前記入力軸を回転駆動する駆動源をさらに備え、
    前記駆動源と前記入力軸との間には、前記駆動源の動力を伝達または遮断するクラッチ機構を備え、
    前記制御部は、前記ブレーキ機構が前記制動軸の回動を停止させているときに、前記クラッチ機構が前記駆動源の動力を遮断するように制御をおこなうことを特徴とする請求項９に記載の排水機場。

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