JP4211087B2 - 可動ベーンの駆動機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジェットエンジンやガスタービン等に備えられる可動ベーンの駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジェットエンジンやガスタービンの圧縮機の中には、空気の流れを制御するためにバリアブル・ステータ・ベーン（可動ベーン）を備えたものがある。以下ではこれをＶ.Ｓ.Ｖ.と呼ぶ。図２（ａ），（ｂ）に、Ｖ.Ｓ.Ｖ.の駆動機構の一例を示す。
【０００３】
図２において、符号１は円筒状の外側ケーシング、３は円筒状の内側ケーシングであり、外側ケーシング１と内側ケーシング３の間には、周方向に間隔をおいて多数のベーン（Ｖ.Ｓ.Ｖ.）１０が列設されている。これらベーン１０の外周端と内周端は、ケーシング１，３の半径方向に軸線を向けて配したスピンドル１１，１２に固定され、スピンドル１１，１２を外側ケーシング１及び内側ケーシング３のボス部２、４にそれぞれ通すことで、各ベーン１０は、ケーシング１，３の半径方向に沿った軸線まわり（スピンドル１１，１２の中心軸線まわり）に回動自在に保持されている。なお、図示しないが、内周端のスピンドルがなく、外周端のスピンドルでベーンを片持ちにする場合もある。
【０００４】
外周側のスピンドル１１は外側ケーシング１の外部へ突出しており、各スピンドル１１の突出端には、金属材料でできたレバーアーム１５の基端が固定されている。また、外側ケーシング１の外周には、スピンドル１１の配列位置に隣接して、同期リング２０が周方向に回動可能に配されている。レバーアーム１５の先端は、同期リング２０側に平行に延びており、同期リング２０の外周面において、同期リング２０の半径方向に通したピボット軸１７に対し回動可能に連結されている。そして、図示せぬアクチュエータで同期リング２０を矢印Ａのように周方向に駆動させることにより、レバーアーム１５をそれぞれスピンドル１１を中心に矢印Ｂのように回動させて、それにより、スピンドル１１に固定した各ベーン１０を同期して回動させるようになっている。なお、図示しないが、レバーアームは同期リングの内部に連結される場合もある。
【０００５】
この場合、スピンドル１１とレバーアーム１５は剛に結合されており、レバーアーム１５は外側ケーシング１の半径方向と直交する平面内で回動する。従って、同期リング２０を周方向に回して、レバーアーム１５を回動させると、ピボット軸１７とレバーアーム１５とがねじれた関係になる。
【０００６】
即ち、図３（ａ），（ｂ）に示すように、Ｐ１の位置からＰ２の位置に同期リング２０を回すと、同期リング２０の半径方向に通したピボット軸１７と、スピンドル１１（図２参照）に直交する面内で回動するレバーアーム１５とが、ねじれた関係になる。このため、従来はふたつの方式でこのねじれを吸収していた。
【０００７】
ひとつは、図３（ａ）に示すように、ピボット軸１７とレバーアーム１５の連結部分にボールジョイント１８を使用することで吸収する方式、もうひとつは、図３（ｂ）に示すように、薄板状の金属製レバーアーム１５のねじれを利用して吸収する方式である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の方式は、部品点数が多くなり、重量が増える上、ベアリング寿命が短いという問題があった。また、後者の方式は、金属製のレバーアームをねじる必要があるため、駆動力の大きなアクチュエータを利用しなくてはならず、重量増となる上に、レバーアームが繰り返しねじられるために金属疲労を起こして部品寿命が短くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、部品点数を増やさずに重量の軽減が図れると共に、部品寿命の長期化を図ることのできる可動ベーンの駆動機構を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成を有する可動ベーンの駆動機構を採用する。この駆動機構は、円筒状のケーシングの内周に周方向に間隔をおいて設けられた多数のベーンと、これら各ベーンに固定され、前記ケーシングをその半径方向に貫通しかつ自身の軸線まわりに回動可能とされたスピンドルと、前記ケーシングの外部への前記スピンドルの突出端に基端が固定されたレバーアームと、前記スピンドルの配列位置に隣接して前記ケーシングの外周に配され、前記各レバーアームの先端がピボットでそれぞれ回動可能に連結されており、周方向に駆動されることで、レバーアームをそれぞれスピンドルを中心に回動させ、該スピンドルに固定されたベーンを同期して回動させる同期リングとを備え、前記レバーアームが、前記スピンドルと前記ピボットを結ぶ仮想線に対する曲げ剛性が高く、かつ前記仮想線まわりのねじり剛性が前記曲げ剛性よりも低く設定された繊維強化プラスチックによって構成されている。
【００１１】
上記駆動機構においては、前記レバーアームがねじれやすくなり、大きな駆動力が必要でなくなる。しかも、繊維強化プラスチック製であるため、レバーアーム自体の重量が大幅に軽減される。
【００１２】
また、上記駆動機構について、前記レバーアームに、前記スピンドルと前記ピボットを結ぶ仮想線に対する曲げ剛性が高く、かつ前記仮想線まわりのねじり剛性が前記曲げ剛性よりも低くなるように、前記強化繊維の配向に異方性を付与してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る可動ベーンの駆動機構の実施形態を図１に示して説明する。
図１（ａ）は実施形態の可変ベーン駆動機構の要部構成を示す斜視図、（ｂ）はその中で利用されているレバーアームの平面図、（ｃ）は図（ｂ）のＩｃ方向から見た側面図である。この実施形態における駆動機構は、レバーアームを繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で構成した点の外、図２で示した駆動機構と同様の構成を有している。
【００１４】
図１（ａ）において、符号１０はベーンであり、外側ケーシング１に形成されたボス部２を貫通するスピンドル１１に固定されている。スピンドル１１は、外側ケーシングの半径方向に通されており、自身の軸線まわりに回動可能とされている。
【００１５】
スピンドル１１の突出端には、繊維強化プラスチックで構成された帯板状のレバーアーム２５の基端が固定されており、ベース１０とレバーアーム２５は一体に回るようになっている。そして、レバーアーム２５の先端は、同期リング２０の外周面から突出したピボット１７の先端に、ねじれ吸収のためのボールジョイントを介さずに連結され、ピボット１７の軸は同期リング２０の内部に形成された図示せぬすべり面に通されている。
【００１６】
この場合のレバーアーム２５は、同期リング２０が周方向に矢印Ａのように駆動されることで、スピンドル１１を支点にして矢印Ｂのように回動する。その際、レバーアーム２５には、スピンドル１１とピボット１７を結ぶ線に対する曲げモーメントＭ1とねじりモーメントＭ2とが作用する。曲げモーメントＭ1に対してはベーン１０を回すためにレバーアーム２５は剛に対応しなくてはならないが、ねじりモーメントＭ2に対してはレバーアーム２５は柔に対応するのが良い。
【００１７】
そこで、繊維強化プラスチック製のレバーアーム２５は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、スピンドル１１とピボット１７を結ぶ仮想線Ｌに対する曲げ剛性が高く、かつねじり剛性がそれよりも低くなるように、強化繊維の配向に異方性が付与されている。図１（ｂ）中の符号２６で示すものは、強化繊維の配向方向であり、スピンドル１１とピボット１７を結ぶ仮想線Ｌに対して所定の角度で交差するように強化繊維が配向されている。
【００１８】
このように、レバーアーム２５を繊維強化プラスチックで構成したことにより、金属で構成した従来の場合と比べて、レバーアーム２５がねじれやすくなり、大きな駆動力が必要でなくなる。しかも、繊維強化プラスチック製であるため、レバーアーム２５自体の重量が大幅に軽減される。また、曲げ剛性とねじれ剛性を強化繊維の配向により最適化することができるので、部品寿命を延ばすことができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の駆動機構によれば、レバーアームが、曲げ剛性よりもねじり剛性を低く設定した繊維強化プラスチックによって構成されているので、同期リングを駆動した際のレバーアームのねじれを柔軟に吸収することができる。従って、金属製のレバーアームを使用した場合よりも、部品重量を大幅に軽減することができるのはもちろん、大きな駆動力が必要でなくなって、アクチュエータの小型化が図れる。その結果、駆動装置の重量軽減を図ることができる。さらに、無理なくねじれを吸収できるから、応力も低減されて部品寿命も延びる。特に、曲げ剛性とねじれ剛性は強化繊維の配向により最適化することができるので、部品寿命を大幅に延ばすことができる。また、ボールジョイントを使用しないタイプであるため、可動部品の寿命を考慮する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る可動ベーンの駆動機構の実施形態を示す図であって、（ａ）は実施形態の可変ベーン駆動機構の要部構成を示す斜視図、（ｂ）はその中で利用されているレバーアームの平面図、（ｃ）は図（ｂ）のＩｃ方向から見た側面図である。
【図２】 従来の可変ベーン駆動機構の一例を示す図であって、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は外側ケーシングの外周方向から見た図である。
【図３】 図２（ｂ）におけるIII−III線矢視断面に相当する図であって、（ａ）はレバーアーム１５のねじれをボールジョイント１８で吸収するタイプの図、（ｂ）はレバーアーム１５のねじれをレバーアーム１５自体のねじりで吸収するタイプの図である。
【符号の説明】
１ 外側ケーシング
１０ ベーン
１１ スピンドル
２５ レバーアーム
１７ ピボット
Ｌ 仮想線
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジェットエンジンやガスタービン等に備えられる可動ベーンの駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジェットエンジンやガスタービンの圧縮機の中には、空気の流れを制御するためにバリアブル・ステータ・ベーン（可動ベーン）を備えたものがある。以下ではこれをＶ.Ｓ.Ｖ.と呼ぶ。図２（ａ），（ｂ）に、Ｖ.Ｓ.Ｖ.の駆動機構の一例を示す。
【０００３】
図２において、符号１は円筒状の外側ケーシング、３は円筒状の内側ケーシングであり、外側ケーシング１と内側ケーシング３の間には、周方向に間隔をおいて多数のベーン（Ｖ.Ｓ.Ｖ.）１０が列設されている。これらベーン１０の外周端と内周端は、ケーシング１，３の半径方向に軸線を向けて配したスピンドル１１，１２に固定され、スピンドル１１，１２を外側ケーシング１及び内側ケーシング３のボス部２、４にそれぞれ通すことで、各ベーン１０は、ケーシング１，３の半径方向に沿った軸線まわり（スピンドル１１，１２の中心軸線まわり）に回動自在に保持されている。なお、図示しないが、内周端のスピンドルがなく、外周端のスピンドルでベーンを片持ちにする場合もある。
【０００４】
外周側のスピンドル１１は外側ケーシング１の外部へ突出しており、各スピンドル１１の突出端には、金属材料でできたレバーアーム１５の基端が固定されている。また、外側ケーシング１の外周には、スピンドル１１の配列位置に隣接して、同期リング２０が周方向に回動可能に配されている。レバーアーム１５の先端は、同期リング２０側に平行に延びており、同期リング２０の外周面において、同期リング２０の半径方向に通したピボット軸１７に対し回動可能に連結されている。そして、図示せぬアクチュエータで同期リング２０を矢印Ａのように周方向に駆動させることにより、レバーアーム１５をそれぞれスピンドル１１を中心に矢印Ｂのように回動させて、それにより、スピンドル１１に固定した各ベーン１０を同期して回動させるようになっている。なお、図示しないが、レバーアームは同期リングの内部に連結される場合もある。
【０００５】
この場合、スピンドル１１とレバーアーム１５は剛に結合されており、レバーアーム１５は外側ケーシング１の半径方向と直交する平面内で回動する。従って、同期リング２０を周方向に回して、レバーアーム１５を回動させると、ピボット軸１７とレバーアーム１５とがねじれた関係になる。
【０００６】
即ち、図３（ａ），（ｂ）に示すように、Ｐ１の位置からＰ２の位置に同期リング２０を回すと、同期リング２０の半径方向に通したピボット軸１７と、スピンドル１１（図２参照）に直交する面内で回動するレバーアーム１５とが、ねじれた関係になる。このため、従来はふたつの方式でこのねじれを吸収していた。
【０００７】
ひとつは、図３（ａ）に示すように、ピボット軸１７とレバーアーム１５の連結部分にボールジョイント１８を使用することで吸収する方式、もうひとつは、図３（ｂ）に示すように、薄板状の金属製レバーアーム１５のねじれを利用して吸収する方式である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の方式は、部品点数が多くなり、重量が増える上、ベアリング寿命が短いという問題があった。また、後者の方式は、金属製のレバーアームをねじる必要があるため、駆動力の大きなアクチュエータを利用しなくてはならず、重量増となる上に、レバーアームが繰り返しねじられるために金属疲労を起こして部品寿命が短くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、部品点数を増やさずに重量の軽減が図れると共に、部品寿命の長期化を図ることのできる可動ベーンの駆動機構を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成を有する可動ベーンの駆動機構を採用する。この駆動機構は、円筒状のケーシングの内周に周方向に間隔をおいて設けられた多数のベーンと、これら各ベーンに固定され、前記ケーシングをその半径方向に貫通しかつ自身の軸線まわりに回動可能とされたスピンドルと、前記ケーシングの外部への前記スピンドルの突出端に基端が固定されたレバーアームと、前記スピンドルの配列位置に隣接して前記ケーシングの外周に配され、前記各レバーアームの先端がピボットでそれぞれ回動可能に連結されており、周方向に駆動されることで、レバーアームをそれぞれスピンドルを中心に回動させ、該スピンドルに固定されたベーンを同期して回動させる同期リングとを備え、前記レバーアームが、前記スピンドルと前記ピボットを結ぶ仮想線に対する曲げ剛性が高く、かつ前記仮想線まわりのねじり剛性が前記曲げ剛性よりも低く設定された繊維強化プラスチックによって構成されている。
【００１１】
上記駆動機構においては、前記レバーアームがねじれやすくなり、大きな駆動力が必要でなくなる。しかも、繊維強化プラスチック製であるため、レバーアーム自体の重量が大幅に軽減される。
【００１２】
また、上記駆動機構について、前記レバーアームに、前記スピンドルと前記ピボットを結ぶ仮想線に対する曲げ剛性が高く、かつ前記仮想線まわりのねじり剛性が前記曲げ剛性よりも低くなるように、前記強化繊維の配向に異方性を付与してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る可動ベーンの駆動機構の実施形態を図１に示して説明する。
図１（ａ）は実施形態の可変ベーン駆動機構の要部構成を示す斜視図、（ｂ）はその中で利用されているレバーアームの平面図、（ｃ）は図（ｂ）のＩｃ方向から見た側面図である。この実施形態における駆動機構は、レバーアームを繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で構成した点の外、図２で示した駆動機構と同様の構成を有している。
【００１４】
図１（ａ）において、符号１０はベーンであり、外側ケーシング１に形成されたボス部２を貫通するスピンドル１１に固定されている。スピンドル１１は、外側ケーシングの半径方向に通されており、自身の軸線まわりに回動可能とされている。
【００１５】
スピンドル１１の突出端には、繊維強化プラスチックで構成された帯板状のレバーアーム２５の基端が固定されており、ベース１０とレバーアーム２５は一体に回るようになっている。そして、レバーアーム２５の先端は、同期リング２０の外周面から突出したピボット１７の先端に、ねじれ吸収のためのボールジョイントを介さずに連結され、ピボット１７の軸は同期リング２０の内部に形成された図示せぬすべり面に通されている。
【００１６】
この場合のレバーアーム２５は、同期リング２０が周方向に矢印Ａのように駆動されることで、スピンドル１１を支点にして矢印Ｂのように回動する。その際、レバーアーム２５には、スピンドル１１とピボット１７を結ぶ線に対する曲げモーメントＭ1とねじりモーメントＭ2とが作用する。曲げモーメントＭ1に対してはベーン１０を回すためにレバーアーム２５は剛に対応しなくてはならないが、ねじりモーメントＭ2に対してはレバーアーム２５は柔に対応するのが良い。
【００１７】
そこで、繊維強化プラスチック製のレバーアーム２５は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、スピンドル１１とピボット１７を結ぶ仮想線Ｌに対する曲げ剛性が高く、かつねじり剛性がそれよりも低くなるように、強化繊維の配向に異方性が付与されている。図１（ｂ）中の符号２６で示すものは、強化繊維の配向方向であり、スピンドル１１とピボット１７を結ぶ仮想線Ｌに対して所定の角度で交差するように強化繊維が配向されている。
【００１８】
このように、レバーアーム２５を繊維強化プラスチックで構成したことにより、金属で構成した従来の場合と比べて、レバーアーム２５がねじれやすくなり、大きな駆動力が必要でなくなる。しかも、繊維強化プラスチック製であるため、レバーアーム２５自体の重量が大幅に軽減される。また、曲げ剛性とねじれ剛性を強化繊維の配向により最適化することができるので、部品寿命を延ばすことができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の駆動機構によれば、レバーアームが、曲げ剛性よりもねじり剛性を低く設定した繊維強化プラスチックによって構成されているので、同期リングを駆動した際のレバーアームのねじれを柔軟に吸収することができる。従って、金属製のレバーアームを使用した場合よりも、部品重量を大幅に軽減することができるのはもちろん、大きな駆動力が必要でなくなって、アクチュエータの小型化が図れる。その結果、駆動装置の重量軽減を図ることができる。さらに、無理なくねじれを吸収できるから、応力も低減されて部品寿命も延びる。特に、曲げ剛性とねじれ剛性は強化繊維の配向により最適化することができるので、部品寿命を大幅に延ばすことができる。また、ボールジョイントを使用しないタイプであるため、可動部品の寿命を考慮する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る可動ベーンの駆動機構の実施形態を示す図であって、（ａ）は実施形態の可変ベーン駆動機構の要部構成を示す斜視図、（ｂ）はその中で利用されているレバーアームの平面図、（ｃ）は図（ｂ）のＩｃ方向から見た側面図である。
【図２】 従来の可変ベーン駆動機構の一例を示す図であって、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は外側ケーシングの外周方向から見た図である。
【図３】 図２（ｂ）におけるIII−III線矢視断面に相当する図であって、（ａ）はレバーアーム１５のねじれをボールジョイント１８で吸収するタイプの図、（ｂ）はレバーアーム１５のねじれをレバーアーム１５自体のねじりで吸収するタイプの図である。
【符号の説明】
１ 外側ケーシング
１０ ベーン
１１ スピンドル
２５ レバーアーム
１７ ピボット
Ｌ 仮想線
Claims (2)
- 円筒状のケーシングの内周に周方向に間隔をおいて設けられた多数のベーンと、
これら各ベーンに固定され、前記ケーシングをその半径方向に貫通しかつ自身の軸線まわりに回動可能とされたスピンドルと、
前記ケーシングの外部への前記スピンドルの突出端に基端が固定されたレバーアームと、
前記スピンドルの配列位置に隣接して前記ケーシングの外周に配され、前記各レバーアームの先端がピボットでそれぞれ回動可能に連結されており、周方向に駆動されることで、レバーアームをそれぞれスピンドルを中心に回動させ、該スピンドルに固定されたベーンを同期して回動させる同期リングとを備える可動ベーンの駆動機構において、
前記レバーアームが、前記スピンドルと前記ピボットを結ぶ仮想線に対する曲げ剛性が高く、かつ前記仮想線まわりのねじり剛性が前記曲げ剛性よりも低く設定された繊維強化プラスチックによって構成されることを特徴とする可動ベーンの駆動機構。 - 前記レバーアームが、前記仮想線に対する曲げ剛性が高く、かつ前記仮想線まわりのねじり剛性が前記曲げ剛性よりも低くなるように、前記強化繊維の配向に異方性を付与されることを特徴とする請求項１記載の可動ベーンの駆動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14639798A JP4211087B2 (ja) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | 可動ベーンの駆動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14639798A JP4211087B2 (ja) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | 可動ベーンの駆動機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11336698A JPH11336698A (ja) | 1999-12-07 |
| JP4211087B2 true JP4211087B2 (ja) | 2009-01-21 |
Family
ID=15406787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14639798A Expired - Fee Related JP4211087B2 (ja) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | 可動ベーンの駆動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4211087B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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| FR2963384B1 (fr) * | 2010-07-30 | 2012-08-31 | Turbomeca | Dispositif de commande d'aubes pivotantes de turbomachine |
| US8714916B2 (en) * | 2010-09-28 | 2014-05-06 | General Electric Company | Variable vane assembly for a turbine compressor |
| JP7431640B2 (ja) * | 2020-03-31 | 2024-02-15 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービンエンジンのユニゾンリング |
-
1998
- 1998-05-27 JP JP14639798A patent/JP4211087B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11336698A (ja) | 1999-12-07 |
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