流体継手

流体継手：流体を介した回転運動伝達機構

流体継手は、流体（一般的には油）の運動エネルギーを利用して回転運動を伝達するクラッチの一種です。ドイツのヴルカン造船所で開発された方式が広く普及しており、日本では「フルカン継手」と呼ばれることもあります。トルクコンバータは、流体継手の発展型で、流体の運動エネルギーを回生してトルクを増幅する機構が追加されています。

流体継手の仕組み

流体継手は、密閉された容器内に、入力軸と出力軸にそれぞれ連結された二つの羽根車が対峙する構造をしています。入力側の羽根車を「ポンプインペラー」、出力側の羽根車を「ランナー」と呼び分けることもあります。入力軸の回転によって、容器内の流体が羽根車の間を循環し、その流れによって出力軸が回転します。この際、入力軸と出力軸の回転数は必ずしも一致せず、入力軸の回転数の方が高くなります。

理想的な状態では入力トルクと出力トルクは等しくなりますが、実際にはオイルの粘性や羽根車の形状などによって損失が生じ、出力トルクは入力トルクよりも小さくなります。この回転数差を表す指標として「滑り」があり、滑りが大きくなるほど効率が低下します。滑りは、以下の式で定義されます。

`s = 1 - n₂/n₁`

ここで、`n₁`は入力軸の回転数、`n₂`は出力軸の回転数を表します。

流体継手の特徴と利点

流体継手の大きな特徴は、油圧を制御することで伝達トルクと回転数を連続的に調整できる点です。そのため、無段変速機として利用されることが多く、有段変速機に比べて動力を無駄なく使用できます。また、流体を介して動力が伝達されるため、始動時や急停止時の衝撃を緩和できるという利点もあります。

流体継手の応用と欠点

流体継手のこれらの特徴から、自動車や航空機などで無段変速機構を兼ねたクラッチとして広く用いられてきました。しかし、オイルの内部摩擦や温度上昇によるエネルギー損失が避けられず、エネルギー効率は必ずしも高くないという欠点もあります。

トルクコンバータ

近年では、自動車においては流体継手よりも、出力側羽根車の後段にステーターと呼ばれる羽根車を設置したトルクコンバータが主流となっています。ステーターはオイルの流れを整流するだけでなく、エネルギー回収にも寄与し、出力トルクを増幅させる効果があります。これにより、より効率的な動力伝達が可能となります。

まとめ

流体継手は、流体を用いた回転運動伝達機構として、自動車や航空機など様々な分野で活用されてきました。トルクコンバータの登場により、その効率性や機能性はさらに向上し、現代の機械システムにおいて重要な役割を果たしています。しかし、内部摩擦によるエネルギー損失の問題は依然として課題であり、さらなる技術革新が期待されています。

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