JP4211087B2 - 可動ベーンの駆動機構 - Google Patents
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Description
【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。
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Family Applications (1)
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JP14639798A Expired - Fee Related JP4211087B2 (ja) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | 可動ベーンの駆動機構 |
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