JP5444932B2 - 動翼の固定装置、翼回転装置及び翼回転装置の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転駆動されるディスクの回転方向回りに配列された動翼の固定装置、該動翼の固定装置を採用する翼回転装置及び該翼回転装置の組立方法に関するものである。

回転駆動されるディスクと、このディスクの回転方向周りに複数配列される動翼とを備える翼回転装置は、例えば、ターボファンエンジンのファンや圧縮機に用いられている。

このような翼回転装置では、特許文献１に示すように、一般的にディスクの周面部に形成されたスロットに動翼の根元部分であるダブテールをディスクの回転軸方向から差し込むことによって、動翼をディスクに対して固定している（特許文献１参照）。

ところで、上述のようにスロットに動翼のダブテールを差し込むためには、スロットとダブテールとの間に若干のクリアランスが必要となる。このため、翼回転装置が駆動しディスクが回転駆動すると、動翼が重力によって上下方向に僅かに移動する。つまり、動翼がディスクの上方に位置する場合には動翼がディスク側に移動し、動翼がディスクの下方に位置する場合にはディスクから遠ざかる側に移動する。このような動翼の移動は、動翼に作用する遠心力の弱い低回転時に顕著となる。
そこで、このような動翼の上下動を抑制するために、スロットに動翼のダブテールを差し込んだ後にスロットとダブテールとの間に、動翼をディスクの外側に向かう半径方向に付勢する板バネを挿入する場合がある。

米国特許第５３５０２７９号明細書 特開２００７−２４８４２７号公報

一方で、特許文献２には、ターボファンエンジン等の効率化を目的として、従来よりもリーディングエッジ部がスピナー側に延在するファンを動翼として用いる翼回転装置が提案されている。

このような特許文献２のファンは、図５に示すように従来よりもリーディングエッジ部１００がスピナー２００側に延在する。このため、スロットとダブテールとの間Ｓに板バネを挿入しようとした場合には、リーディングエッジ部１００の先端部１００ａが障害となり、動翼の前方からスロットとダブテールとの間Ｓに板バネを挿入することができない。また、良好な空気流れを得るために、動翼１００のトレーリングエッジ１００ｂ側と下流側静止部３００との間には隙間がほとんど存在せず、動翼の後方からスロットとダブテールとの間Ｓに板バネを挿入することができない。
このように、スロットに動翼のダブテールを差し込んだ後にスロットとダブテールとの間に板バネを挿入することができない。

また、通常の動翼を用いた翼回転装置においても、スロットに動翼のダブテールを差し込んだ後にスロットとダブテールとの間に板バネを挿入する場合には、重量物である動翼とディスクとの間に板バネを挿入することとなるため、その作業には大きな力を必要とする。さらには板バネを設置することによる翼回転装置自体の重量増加を抑制することも求められる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ディスクの外側を向く半径方向に動翼を容易に付勢可能とすると共に、リーディングエッジ部がスピナー側に延在するファンを用いる場合であってもディスクの外側を向く半径方向に動翼を付勢可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、回転駆動されるディスクの回転方向周りに複数配列されると共に個々が該ディスクの周面部に回転軸方向に延在して形成されたスロットに対して上記回転軸方向から一部が差し込まれる動翼の固定装置であって、上記スロットの上記動翼の差し込み方向の奥端部に配置され、上記動翼を上記ディスクの外側に向く半径方向に付勢する付勢手段として付勢手段を備え、上記動翼の上記スロットにおける位置を決める突合せ板を備え、挟持することによって上記動翼の上記一部に固定される挟持部を備え、該挟持部と上記突合せ板と上記付勢手段とが一体とされているという構成を採用する。

第２の発明は、回転駆動されるディスクと、該ディスクの回転方向周りに複数配列されると共に個々が該ディスクの周面部に回転軸方向に延在して形成されたスロットに対して上記回転軸方向から一部が差し込まれることで上記ディスクに対して固定される動翼とを備える翼回転装置であって、第１の発明である動翼の固定装置によって上記動翼を上記ディスクに対して固定するという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記動翼が、リーディングエッジ部がスピナー側に延在するという構成を採用する。

第４の発明は、回転駆動されるディスクと、該ディスクの回転方向周りに複数配列されると共に個々が該ディスクの周面部に回転軸方向に延在して形成されたスロットに対して上記回転軸方向から一部が差し込まれることで上記ディスクに対して固定される動翼とを備える翼回転装置の組立方法であって、挟持することによって上記動翼の上記一部に固定される挟持部と上記動翼を上記ディスクの外側に向く半径方向に付勢する付勢手段である付勢手段と上記動翼の上記スロットにおける位置を決める突合せ板とが一体化された固定装置を、上記挟持部によって上記動翼の上記一部を挟持することによって上記動翼に取り付け、上記固定装置が取り付けられた上記動翼の上記一部を差し込むという構成を採用する。

第５の発明は、上記第４の発明において、上記動翼が、リーディングエッジ部がスピナー側に延在することを特徴とする請求項４記載の翼回転装置の組立方法。

本発明の動翼の固定装置及び翼回転装置によれば、付勢手段がスロットの差し込み方向の奥端部に配置されているため、付勢手段をスロットの差し込み方向の手前端部に配置する必要がない。したがって、動翼の形状に関わらず（すなわち動翼が、リーディングエッジ部がスピナー側に延在するファンである場合であっても）動翼をディスクの外側に向く半径方向に付勢することができる。

また、本発明の翼回転装置の組立方法によれば、スロットに動翼を差し込む前に、スロットに差し込まれる動翼の一部に対して、狭持部が取り付けられる。そして、当該狭持部には、突合せ板及び付勢手段が一体化されているため、動翼をスロットに差し込むことによって、スロットの奥端部に動翼をディスクの外側に向く半径方向に付勢する付勢手段が配置される。したがって、動翼の形状に関わらず（すなわち動翼が、リーディングエッジ部がスピナー側に延在するファンである場合であっても）、動翼とスロットとの間に確実に付勢手段を配置することができる。さらに、スロットへの動翼の差し込みが完了した時点でスロットと動翼との間に付勢手段が配置されているため、別途動翼とスロットの間に付勢手段を挿入する作業を行う必要がない。
したがって、本発明の翼回転装置の組立方法によれば、ディスクの外側を向く半径方向に動翼を容易に付勢可能とすると共に、リーディングエッジ部がスピナー側に延在するファンを用いる場合であってもディスクの外側を向く半径方向に動翼を付勢可能とすることができる。

さらに、本発明の動翼の固定装置、翼回転装置及び翼回転装置の組立て方法によれば、狭持部が動翼の一部を狭持することによって固定装置が動翼に対して固定される。このため、例えばボルト等の締結手段を用いることなく固定装置をスロットの奥端部に配置することができる。よって、付勢手段を設置することによる翼回転装置自体の重量増加を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態におけるファンを含む概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態のファンの分解斜視図である。 本発明の一実施形態のファンの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態のファンの構成を示す斜視断面図である。 リーディングエッジ部がスピナー側に延在するファンの説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る動翼の固定装置、翼回転装置及び翼回転装置の組立て方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

以下、図面を参照して、本発明に係る動翼の固定装置、翼回転装置及び翼回転装置の組立方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
また、以下の説明においては、本発明の翼回転装置をターボファンエンジンのファンに適用して例について説明する。

図１は、ファン２を含む概略構成を示す断面図である。
ファン２は、ターボファンエンジンの内部に外気を取り込むためのものであり、回転駆動されるディスク２１の回転軸Ｌ周りに配列された複数の動翼２２を有している。
そして、本実施形態においては、ターボファンエンジンのファン２に本発明の翼回転装置が用いられ、ファン２の動翼２２の固定装置５０として本発明の動翼の固定装置が用いられている。

ファン２は、図２の分解斜視図に示すように、上述のように回転駆動されるディスク２１と、該ディスク２１に対して固定される動翼２２とを有している。
図３は、ファン２を後ろ側から見た斜視図である。また、動翼２２は、ディスク２１の回転方向周りに複数配列されているが、図２及び図３においては、説明の便宜上、１つの動翼２２の一部のみを図示している。さらに、図３においては、ディスク２１も一部のみが図示されている。
そして、動翼２２は、ディスク２１の回転軸方向に延在して形成されたスロット２３に対して、回転軸方向からダブテール２２ａ（一部）が差し込まれている。この動翼２２は、リーディングエッジ部がスピナー側に延在するリーディングエッジ部がスピナー側に延在する。

そして、本実施形態のファン２は、図４の断面斜視図に示すように、スロット２３の動翼２２（ダブテール２２ａ）の差し込み方向の奥端部２３ａに、動翼２２をディスク２１の外側に向く半径方向に付勢して固定する固定装置５０が設置されている。
この固定装置５０は、板バネ１０（付勢手段）と、突合せ板３０と、狭持部４０とを備えている。

板バネ１０は、スロットと同じ長さ、またはスロットより短い長さを有している。この板バネ１０は、スロット２３の内壁部とダブテール２２ａとの間に配置され、動翼２２をディスク２１の半径方向に移動しないように付勢する。

突合せ板３０は、スロット２３の差し込み方向の奥端を塞ぐように、突合せ板３０を備えている。そして、突合せ板３０がディスク２１に対して当接することによって動翼２２のスロット２３における位置が決められる。

狭持部４０は、図２に示すように、２つの板バネが対向配置された構成を有しており、２つの板バネによって動翼２２のダブテール２２ａを狭持することによって、動翼２２に対して取付可能とされたものである。

そして、本実施形態のファン２においては、板バネ１０と、突合せ板３０と、狭持部４０とが一体化されることによって固定装置５０が構成されている。
より詳細には、突合せ板３０は、中央部が下方に突出されて形成されており、この突出された箇所からスロット２３の方向に延在するように板バネ１０が一体に固定されている。また、突合せ板３０の中央部から上方に向けて狭持部４０が一体に固定されている。

このような構成を有する本実施形態のファン２によれば、スロット２３の奥端部２３ａに配置された板バネ１０によって、動翼２２がディスク２１の外側に向く半径方向に付勢される。そして、ダブテール２２ａの形状は、動翼の形状に関わらず（すなわち動翼がリーディングエッジ部がスピナー側に延在する場合であっても）同じである。このため、本実施形態のファン２によれば、動翼の形状に関わらず動翼２２をディスク２１の外側に向く半径方向に付勢することができる。
よって、ファン２が駆動された場合に、動翼２２がディスク２１の半径方向に移動することを抑止することができる。
そして、本実施形態のファン２によれば、板バネ１０がスロット２３の差し込み方向の奥端部２３ａに配置されているため、板バネ１０をスロット２３の差し込み方向の手前端部に配置する必要がない。そして、動翼２２の形状に関わらず、ダブテール２２ａの後端部（差し込む場合の先端部）は同様の形状を有している。
したがって、動翼の形状に関わらず（すなわち動翼がリーディングエッジ部がスピナー側に延在するファンである場合であっても）動翼をディスクの外側に向く半径方向に付勢することができる。

また、本実施形態のファン２によれば、狭持部４０が動翼２２のダブテール２２ａを狭持することによって固定装置５０が動翼２２に対して固定される。このため、例えばボルト等の締結手段を用いることなく固定装置５０をスロット２３の奥端部２３ａに配置することができる。よって、板バネ１０を設置することによるファン２自体の重量増加を抑制することが可能となる。

次に、図２に示すように分解された本実施形態のファン２の組立てる場合（翼回転装置の組立方法）には、まず、動翼２２のダブテール２２ａに、固定装置５０の狭持部４０を取り付ける。
続いて、固定装置５０が取り付けられた動翼２２のダブテール２２ａをスロット２３に差し込む。そして、突合せ板３０をディスク２１に対して当接させることによって、動翼２２の位置決め及び固定を行うと共に、スロット２３の動翼２２の差し込み方向の奥端部２３ａに板バネ１０を配置する。

このような本実施形態のファン２の組立方法によれば、スロット２３に動翼２２を差し込む前に、スロット２３に差し込まれる動翼２２のダブテール２２ａに対して、固定装置５０の狭持部４０が取り付けられる。そして、当該狭持部４０には、突合せ板３０及び板バネ１０が一体化されているため、動翼２２をスロット２３に差し込むことによって、スロット２３の奥端部２３ａに板バネ１０が配置される。したがって、動翼２２の形状に関わらず（すなわち動翼が、リーディングエッジ部がスピナー側に延在するファンである場合であっても）、動翼２２とスロット２３との間に確実に板バネ１０を配置することができる。さらに、スロット２３への動翼２２の差し込みが完了した時点でスロット２３と動翼２２との間に板バネ１０が配置されているため、別途動翼２２とスロット２３の間に板バネ１０を挿入する作業を行う必要がない。
したがって、本実施形態のファン２の組立方法によれば、ディスク２１の外側を向く半径方向に動翼２３を容易に付勢可能とすると共に、リーディングエッジ部がスピナー側に延在するファンを用いる場合であってもディスクの外側を向く半径方向に動翼２３を付勢することができる。

さらに、本実施形態のファン２の組立方法によれば、狭持部４０が動翼２３の一部を狭持することによって固定装置５０が動翼２３に対して固定される。このため、例えばボルト等の締結手段を用いることなく固定装置５０をスロットの奥端部２３ａに配置することができる。よって、板バネ１０を設置することによるファン２自体の重量増加を抑制することが可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の動翼の固定装置、翼回転装置及び翼回転装置の組立方法をファン２に適用する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ターボファンエンジンの圧縮機及びタービンに適用することもできる。
また、ターボファンエンジンのみでなく、ディスク周りに配列された動翼を回転させる翼回転装置を備える全ての装置に本発明を適用することができる。

また、上記実施形態においては、本発明の付勢手段として板バネ１０を用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、動翼２２のスロット２３への差し込み方法を工夫することにより、付勢手段としてコイルバネやゴムを用いることもできる。

また、上記実施形態においては、動翼２２ごとに設置される板バネ１０の各々に対して突合せ板３０が設置された構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、全ての突合せ板３０が一体化され、一体化された突合せ板３０に対して板バネ１０が設置されるように構成しても良い。

また、例えば、スロット２３の奥端部２３ａに溝部を形成し、当該溝部に板バネ１０の先端部１０ａ（図４参照）が収容されるように構成しても良い。

また、上記実施形態においては、本発明の付勢手段として板バネを用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、スプリングバネ等の板バネ以外の他の付勢手段を用いても良い。

２……ファン（翼回転装置）、２１……ディスク、２２……動翼、２２ａ……ダブテール（一部）、２３……スロット、２３ａ……奥端部、１０……板バネ（付勢手段）、３０……突合せ板、４０……狭持部、５０……固定装置、Ｌ……回転軸

Claims (5)

1. 回転駆動されるディスクの回転方向周りに複数配列されると共に個々が該ディスクの周面部に回転軸方向に延在して形成されたスロットに対して前記回転軸方向から一部が差し込まれる動翼の固定装置であって、
   前記スロットの前記動翼の差し込み方向の奥端部に配置され、前記動翼を前記ディスクの外側に向く半径方向に付勢する付勢手段を備え、前記スロットの前記動翼の差し込み方向の奥端を塞ぐように前記ディスクに当接することで前記動翼の前記スロットにおける位置を決める突合せ板を備え、挟持することによって前記動翼の前記一部に固定される挟持部を備え、該挟持部と前記突合せ板と前記付勢手段とが一体とされていることを特徴とする動翼の固定装置。
2. 回転駆動されるディスクと、該ディスクの回転方向周りに複数配列されると共に個々が該ディスクの周面部に回転軸方向に延在して形成されたスロットに対して前記回転軸方向から一部が差し込まれることで前記ディスクに対して固定される動翼とを備える翼回転装置であって、
   請求項１記載の動翼の固定装置によって前記動翼を前記ディスクに対して固定することを特徴とする翼回転装置。
3. 前記動翼は、リーディングエッジ部がスピナー側に延在することを特徴とする請求項２記載の翼回転装置。
4. 回転駆動されるディスクと、該ディスクの回転方向周りに複数配列されると共に個々が該ディスクの周面部に回転軸方向に延在して形成されたスロットに対して前記回転軸方向から一部が差し込まれることで前記ディスクに対して固定される動翼とを備える翼回転装置の組立方法であって、
   挟持することによって前記動翼の前記一部に固定される挟持部と前記動翼を前記ディスクの外側に向く半径方向に付勢する付勢手段と前記スロットの前記動翼の差し込み方向の奥端を塞ぐように前記ディスクに当接することで前記動翼の前記スロットにおける位置を決める突合せ板とが一体化された固定装置を、前記挟持部によって前記動翼の前記一部を挟持することによって前記動翼に取り付け、前記固定装置が取り付けられた前記動翼の前記一部を差し込むことを特徴とする翼回転装置の組立方法。
5. 前記動翼は、リーディングエッジ部がスピナー側に延在することを特徴とする請求項４記載の翼回転装置の組立方法。

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