JPH0213156B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可動翼を備えた流体機械の翼角制御装
置に関するものである。

翼角制御装置は流体機械の可動翼を取付ける回
転軸中に可動翼駆動のための翼角制御用操作軸を
軸方向移動可能に備えるが、翼角制御用操作軸に
作用する翼角操作力を該回転軸に依つて支持する
ものと回転軸以外の静止物体にて支持するものと
がある。翼角操作力を静止物体にて支持して可動
翼を動作するものは回転軸と前記静止物体との相
互間にこの作動力が働くことになり、この為回転
軸を支持する推力軸受にこの作用力が追加される
為、より大容量の推力軸受にせねばならないとい
う欠点がある。これに対して回転軸にて翼角操作
力を支持するものは回転軸上に翼角制御用操作軸
を作動する手段を備える為、回転軸を支持する推
力軸受に翼角操作力が加わらない。

従来回転軸上で翼角制御用操作軸を作動させる
手段としては一般に回転軸上に回転軸と同芯に油
圧シリンダを設けて油圧シリンダのピストンと翼
角制御用操作軸を連結した如き構成がとられてい
た。しかし、このような油圧駆動装置の場合には
油圧供給装置、翼角制御の為のフイードバツク機
構などを備える必要があり装置は大型複雑化し、
かつ油圧シールの問題があり、翼角一定として運
転中においても油圧を加えておかねばならず運転
経費も少なしとしないものであつた。

それゆえに比較的小型の流体機械の翼角制御に
は機械的駆動装置が用いられることが多い。しか
しながら従来の機械的駆動装置は例えば特公昭58
−6078号公報に記載されている発明のようにすべ
て翼角制御用操作軸の推力を回転軸以外の静止物
体で支持するものである為、回転軸を支持する推
力軸受が大型化するという欠点があつた。

本発明は可動翼を備えた流体機械の翼角制御装
置において上記の欠点を除去する為に油圧を用い
ず、かつ翼角制御用操作軸の推力を回転軸上で支
持する構造の機械的作動手段を提供することを目
的としたものである。

以下、本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。第１図は第２図のＡ−Ａ断面図、第２図は第
１図のＢ−Ｂ断面図、第３図は第１図のＣ−Ｃ断
面図、第４図はクラツチ部の拡大図、第５図は第
１図の一部を示す他の実施例である。

可動翼を備えた流体機械の中空の主軸１の内部
には翼角制御用操作軸５が軸方向移動自在に挿通
している。この翼角制御用操作軸５には図示され
ないが可動翼に連結された直接の操作部材が係合
されている。翼角制御用操作軸５は円板形のクロ
スヘツド６に嵌入し、かつ翼角制御用操作軸５に
ねじ込まれた軸ナツト７に依り固定されている。
クロスヘツド６の円周上で軸方向の孔に複数の連
結棒８が嵌入し、連結棒８にねじ込まれたナツト
９に依り固定されている。連結棒８はカツプリン
グ１０を軸方向移動自在に貫通し、カツプリング
１０上に軸方向にのみ移動可能に滑入した滑りリ
ング１１に接続されている。滑りリング１１上に
は主軸１と同心のおねじ１１Ｔが設けてあり駒１
２に切られためねじ１２Ｔと係合している。駒１
２は主軸１に固定された軸受１３を介し軸方向移
動しないように、かつ主軸１に対して回転自在に
結合されている。駒１２上には主軸１と同心の平
歯車１２Ｇが設けられており翼角操作力伝達軸１
４，１５，１６に固定された平歯車１４ａ，１５
ａ，１６ａと係合している。翼角操作力伝達軸１
４，１５，１６は回転自在かつ軸方向移動しない
ように夫々軸受１７，１８を介して下ケーシング
１９に支持されている。各翼角操作力伝達軸１
４，１５，１６上には翼角操作力伝達軸１４，１
５，１６と平歯車１４ｂ，１５ｂ，１６ｂとの連
結、切離しを行なう為の電磁クラツチ１４ｃ，１
５ｃ，１６ｃが設けられている。尚翼角操作力伝
達軸１５及びこれが担持する歯車等は第１図に総
て図示されていないが翼角操作力伝達軸１４，１
６回りと同様な構成であり、第１図において翼角
操作力伝達軸１４及びそれが担持する部品には翼
角操作伝達軸１５及びそれが担持する部品の符号
を併記してある。

第４図に示すように電磁クラツチ１４ｃ，１５
ｃ，１６ｃは公知の構成であり、翼角操作力伝達
軸１４，１５，１６のそれぞれにはコア２０が固
定され、コア２０に軸受２１を介して電磁石２２
が取付けられ電磁石２２は図示されない部材によ
り下ケーシング１９に対して回転しないように係
止されている。平歯車１４ｂ，１５ｂ，１６ｂに
固定された外歯付アダプタ２３とコア２０には
夫々軸方向移動可能に交互に摩擦板２４が係止さ
れており、摩擦板２４を間にしてコア２０にアマ
チユア２５が対向している。電磁石２２に通電す
ることによりアマチユア２５は磁力吸引され摩擦
板２４は密着して平歯車１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ
は翼角操作力伝達軸１４，１５，１６と一体的と
なるものである。平歯車１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ
は翼角操作力伝達軸１４，１５，１６に対して回
転自在かつ軸方向移動しないように軸受１４ｄ，
１５ｄ，１６ｄを介して翼角操作力伝達軸１４，
１５，１６上に取付けられている。平歯車１４
ｂ，１５ｂ，１６ｂは主軸に一体に取付けられた
軸受部材２６に主軸と同心に設けられた平歯車２
６Ｇに係合している。

平歯車１２Ｇ，１４ａ，１５ａ，１６ａ，２６
Ｇ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの歯数Z_12G，Z_14a，
Z_15a，Z_16a，Z_26G，Z_14b，Z_15b，Z_16bは Z_26G／Z_14b×Z_14a／Z_12G＝１ ………(1) Z_26G／Z_15b×Z_15a／Z_12G＞１ ………(2) Z_26G／Z_16b×Z_16a／Z_12G＜１ ………(3) となるように設定されている。この実施例の構成
において平歯車１５ａ，１５ｂのいずれか、平歯
車１６ａ，１６ｂのいずれかを転位歯車としてこ
のような歯数比を得ている。

カツプリング１０はキー２７を介して主軸１に
嵌入され、かつ主軸１にねじ込まれた軸ナツト２
８に依り軸方向に締切られて主軸１に固定されて
おり、主動力の伝達を行なつている。カツプリン
グ１０には相手のカツプリング２９が固定され、
動力伝達軸３０がカツプリング２９と固定されて
いて主軸１と動力伝達軸３０は連結されている。

ベースプレート３２に固定されたラジアル軸受
３１には主軸１に固定された軸受部材２６が滑入
されラジアル軸受を構成する。

翼角制御装置は主軸回りに軸受、歯車類を装着
する。従来、このような内部に軸受、歯車類を備
える翼角制御装置のケーシングはそのベースプレ
ートを床上或は架台上に載置し剛に固定してい
た。そのため流体機械の主軸即ち、ポンプ又は水
車の回転軸、或はポンプに直結した電動機又は水
車に直結した発電機の回転軸が傾いたり、中心が
ずれたりすると、翼角制御装置内の軸受に過大な
荷重が加わつたり、歯車類の歯あたりが変化した
りかみ合い深さが変る。そして歯の片あたりのた
めの歯の破損、背〓減少による歯荷重の増大、あ
るいは背〓増大による騒音を発生することがあ
る。

このような主軸の偏倚による翼角制御装置への
悪影響を避ける目的のために本発明ではベースプ
レート３２を次のような方法で支持している。

基礎もしくは架台上に据付けられた防振ゴム台
４３とベースプレート３２の間には防振ゴム３４
が間挿される。防振ゴム３４は防振ゴム台４３の
円孔４４に嵌入する円筒部両側に防振ゴム４３の
該円孔４４の端縁に接するフランジを備え、防振
ゴム３４の上側のフランジにベースプレート３２
を載置する。そしてベースプレート３２のボルト
孔と防振ゴム３４の中心孔及び防振ゴム３４下端
に当接する当板４５の中心孔をボルトナツト４６
が挿通してベースプレート３２と防振ゴム台４３
は締結されている。かゝる弾性支持はベースプレ
ート３２の周上複数個所に配される。

ベースプレート３２は防振ゴム３４、防振ゴム
台３５を介して基礎もしくは架台に柔に据付けら
れているため主軸１が半径方向の変位や傾斜を起
こした場合に前記ラジアル軸受３１や各平歯車の
歯面を介しケーシングに主軸１と同様の変位を生
じさせる。このため、平歯車間の歯あたりは常に
良好な状態を保つことができる。また駒１２をケ
ーシングに固定された軸受でラジアル方向に支持
してやるとこの効果はさらに顕著となる。勿論、
このような弾性制振支持により附随して翼角制御
装置の振動を予防できることとなる。

ベースプレート３２には密封して下ケーシング
１９が固定され、下ケーシング１９には隔壁板３
５を介して密封して上ケーシング３６が固定さ
れ、上ケーシング３６にフランジ付の円筒形軸封
材３７が固定され、軸封材３７はカツプリング２
９に固定された円筒形の軸封材３８と円筒形端部
が遊嵌し合つて軸封を行つている。ベースプレー
ト３２には主軸１の挿通する油筒３３が固定さ
れ、油筒３３と下ケーシング１９及びベースプレ
ート３２で油溜を構成している。

滑りリング１１には円板３９が固定され、円板
３９にはシフタ４０が係合し、シフタ４０は上ケ
ーシング３６の内周の軸方向の案内に係合して軸
方向に移動可能となつており、シフタ４０に固定
した感応片４１が位置検出器４２の中に出入りす
るようになつている。位置検出器４２は例えば感
応片４１を導体とした差動トランスである。

つぎに本発明の翼角制御装置の作用を説明す
る。可動翼を有する流体機械の運転中は常に主軸
１やカツプリング１０，２９、動力伝達軸３０と
共に翼角制御用操作軸５、軸ナツト７、クロスヘ
ツド６、連結棒８、ナツト９、滑りリング１１及
び軸受部材２６、円板３９等が一体で回転する。

翼角度を一定に保持しておく場合には、電磁ク
ラツチ１４ｃを連結し他の電磁クラツチ１５ｃ，
１６ｃを解放しておく。主軸１の回転数をN₁と
すると翼角操作力伝達軸１４上の平歯車１４ａ，
１４ｂは同一の回転数Z_12G／Z_14aN₁＝Z_26G／Z_14bN₁で回
転 し、駒１２の回転数N₁₂＝Z_14a／Z_12G×Z_26G／Z_14b×N₁
＝N₁ となり駒１２は主軸１に対して相対回転しない。
つまり翼角制御用操作軸５は軸方向に移動しない
ので翼角度は一定に保たれる。主軸１の加減速
時、又は振動等により駒１２が回動しようとして
も、歯車２６Ｇ−歯車１４ｂ−電磁クラツチ１４
ｃ−翼角操作力伝達軸１４−歯車１４ａと連結さ
れているから、駒１２は主軸１に対して相対回転
しないように制動されているのである。そしてこ
のことにより、ねじ対偶１１Ｔ，１２Ｔのリード
角を大きくし、ねじ効率を良好ならしめることも
できるのである。尚、ねじ対偶１１Ｔ，１２Ｔの
リード角が小さいときは翼角操作力伝達軸１４及
び該軸１４に装着した歯車１４ａ，１４ｂ、電磁
クラツチ１４ｃ及び該軸１４を支持する軸受１
７，１８等を省略することもできる。

翼角制御を行なう場合には、電磁クラツチ１５
ｃを連結し他の電磁クラツチ１４ｃ，１６ｃを解
放しておく。翼角操作力伝達軸１５上の平歯車１
５ａ，１５ｂは同一の回転数Z_26G／Z_15b×N₁で回転 し、駒１２の回転数N₁₂＝Z_15a／Z_12G×Z_26G／Z_15b×N₁
＞N₁ となり、駒１２は主軸１に対して軸受１３を介し
て相対回転する。駒１２の主軸１に対する回転運
動は駒１２のめねじ１２Ｔと滑りリング１１上の
おねじ１１Ｔに依り軸方向運動に変換され、滑り
リング１１をカツプリング１０上で軸方向に滑動
させ、連結棒８、クロスヘツド６を介して翼角制
御用操作軸５を軸方向に移動させ翼角度が変化す
る。

電磁クラツチ１６ｃを連結し他の電磁クラツチ
１４ｃ，１５ｃを解放した場合には、翼角操作力
伝達軸１６上の平歯車１６ａ，１６ｂは同一の回
転数Z_26G／Z_16b×N₁で回転し、駒１２の回転数N₁₂＝ Z_16a／Z_12G×Z_26G／Z_16b×N₁＜N₁となり駒１２は主軸１
に 対して電磁クラツチ１５ｃを連結した場合とは逆
方向に相対回転する。つまり翼角度が前記電磁ク
ラツチ１５ｃ作動の場合と逆方向に変化する。

翼角操作力としての軸方向推力は駒１２のめね
じ１２Ｔと滑りリング１１のおねじ１１Ｔのねじ
面で担持される。つまり翼角操作力は主軸１にて
支持される。このようにして滑りリング１１の移
動につれて円板３９も従動し、シフタ４０は上ケ
ーシング３６の案内を上下し、感応片４１は移動
する。位置検出器４２は感応片４１の位置を検知
し、図示されない制御回路を介して感応片４１の
位置即ち翼角制御操作軸５の位置は表示され、該
操作軸５の位置に対応して翼角が判明する。

以上の説明で明らかだと思われるが実施例は駒
の平歯車１２Ｇと軸受部材の平歯車２６Ｇとを連
結するのに主軸１に平行な翼角操作力伝達軸１
４，１５，１６に備える平歯車１４ａ，１５ａ，
１６ａを平歯車１２Ｇにかみ合せ、同軸１４，１
５，１６上の平歯車１４ｂ，１５ｂ，１６ｂを平
歯車２６Ｇとかみ合せ、平歯車１４ａ，１５ａ，
１６ａ夫々と平歯車１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ間に
電磁クラツチを介在させたが、本発明は主軸回転
数をN₁としたとき駒１２の回転数N₁₂がN₁₂＞N₁
又はN₁₂＜N₁で回転するような歯車比で平歯車１
２Ｇと２６Ｇを選択的に連結できればよいのであ
り、歯車列は実施例に限定されるものではない。
実施例では歯車歯数が少くてすみ好適である。

なお、翼角操作力伝達軸１４，１５，１６すな
わち平歯車１４ａ，１５ａ，１６ａは平歯車１２
Ｇの外周に等間隔に配置せず、第５図に示すよう
に片寄せて配置してもよい。また、以上の実施例
では翼角制御装置を流体機械の主軸の回りに設け
たが、この代りに原動機（水車の場合には発電
機）の軸の回り、例えば流体機械側と反対側の軸
端部に設けてもよい。

また第１図の実施例では翼角操作力伝達軸を３
本としたが第６図に示すように１本としても可能
である。第６図では平歯車２６Ｇは翼角操作力伝
達軸１１４に固定された平歯車１１４ｂとかみ合
つている。翼角操作伝達軸１１４には軸受１４
ｄ，１５ｄ，１６ｄを介して回転自在に平歯車１
４Ｇ，１５Ｇ，１６Ｇが装架され、翼角操作力伝
達軸１１４に装着した電磁クラツチ１４ｃ，１５
ｃ，１６ｃを介して平歯車１４Ｇ，１５Ｇ，１６
Ｇは選択的に翼角操作力伝達軸１１４に連結され
るようになつている。平歯車１４Ｇ，１５Ｇ，１
６Ｇは駒１２の平歯車１２Ｇと夫々かみ合つてい
る。

主軸１が回転していると平歯車２６Ｇから平歯
車１１４ｂへ回転は伝えられ、翼角操作力伝達軸
１１４は回転している。電磁クラツチ１４ｃ，１
５ｃ，１６ｃの何れかを附勢すると附勢した電磁
クラツチに対応する平歯車１４Ｇ，１５Ｇ，１６
Ｇの何れかは翼角操作力伝達軸１１４と同速で回
転し駒１２は主軸１上で回転するのでねじ対偶１
２Ｔ，１１Ｔにより滑りリング１１の軸方向運動
が制御される。この実施例においても前実施例と
同様歯車対２６Ｇ，１１４ｂに歯車対１４Ｇ，１
５Ｇ，１６Ｇの何れかと１２Ｇを掛けた歯数比Ｒ
＜ ＝ ＞１となつている。駒１２が主軸１と等速となる
平歯車１４Ｇ、軸受１４ｄ、電磁クラツチ１４ｃ
は省略することができる。

この実施例によれば翼角操作力伝達軸が一本で
すみ歯車の数が少ない。

第７図はこの考案の更に他の実施例の動力伝達
系統図である。主軸１に固定した軸受部材２６の
平歯車２６Ｇに対して夫々かみ合う平歯車１１５
Ｇ，１１６Ｇを回転自在に翼角操作力伝達軸１１
４に備え、該翼角操作力伝達軸１１４に装着され
た電磁クラツチ１５ｃ，１６ｃを介して平歯車は
選択的に翼角操作力伝達軸１１４に連結される。
翼角操作力伝達軸１１４に固定された平歯車２１
５から駒１２の平歯車１２Ｇに回転を伝えるもの
であり、各平歯車の符号を添符号として歯数を表
した場合に駒１２の回転数が N₁₂＝Z_26G／Z_115G×Z₂₁₅／Z₁₂＞N₁ N₁₂＝Z_26G／Z_116G×Z₂₁₅Z₁₂＜N₁ となるように歯数が選ばれている。

尚この実施例では滑りリングのねじ１１Ｔをめ
ねじとし該めねじに係合する駒のねじ１２Ｔをお
ねじにしてある。

本発明では可動翼を備えた流体機械の回転軸上
に翼角制御の為の機械的作動手段を設けたので、
回転軸の推力軸受には翼角操作力が作用せず該推
力軸受を小型化できる。又、既設の固定翼ポンプ
を可動翼化する場合、スラスト軸受の変更が不要
なのでポンプ駆動の主モータを変更することなし
に可動翼化を達成できる。駒の回転軸に対する相
対回転をねじ対偶を用いて軸方向運動に変換して
いるので、翼が受ける流体力により翼角制御用操
作軸が推力を受けてもねじの摩擦に依り駒は回転
しない。つまり翼角制御動作時以外は翼角を一定
に保つ為に動力を必要としない。

翼角操作動力を回転軸より伝達しているので翼
角操作用の駆動機が不要である。

駒が主軸に対して軸方向に移動しないので駒に
設けた第２の歯車又はこの第２の歯車とかみ合う
歯車の幅は同一ですむ。又、駒は必ず主軸に対し
て回転自在で軸方向に移動しないように取付けら
れるので駒に設けた第２の歯車の回転精度は容易
に確保される。

【図面の簡単な説明】

図面は何れも本発明の実施例を示し、第１図は
第２図のＡ−Ａ断面図、第２図は第１図のＢ−Ｂ
断面図、第３図は第１図のＣ−Ｃ断面図、第４図
は第１図の一部詳細拡大図、第５図は本発明の他
の実施例を示す水平断面図、第６図は本発明の更
に他の実施例の縦断面図、第７図は本発明の別の
実施例を示す駆動系統図である。 １……主軸、５……翼角制御用操作軸、６……
クロスヘツド、７……軸ナツト、８……連結棒、
９……ナツト、１０……カツプリング、１１……
滑りリング、１２……駒、１１Ｔ，１２Ｔ……ね
じ、１２Ｇ……平歯車、１３……軸受、１４，１
５，１６……翼角操作力伝達軸、１４ａ，１４
ｂ，１４Ｇ，１５ａ，１５ｂ，１５Ｇ，１６ａ，
１６ｂ，１６Ｇ……平歯車、１４ｃ，１５ｃ，１
６ｃ……電磁クラツチ、１４ｄ，１５ｄ，１６ｄ
……軸受、１７，１８……軸受、１９……下ケー
シング、２０……コア、２１……軸受、２２……
電磁石、２３……歯付アダプタ、２４……摩擦
板、２５……アマチユア、２６……軸受部材、２
６Ｇ……平歯車、２７……キー、２８……軸ナツ
ト、２９……カツプリング、３０……動力伝達
軸、３１……ラジアル軸受、３２……ベースプレ
ート、３３……油筒、３４……防振ゴム、３５…
…隔壁板、３６……上ケーシング、３７，３８…
…軸封材、３９……円板、４０……シフタ、４１
……感応片、４２……位置検出器、４３……防振
ゴム台、４４……円孔、４５……当板、４６……
ボルトナツト、１１４……翼角操作力伝達軸、１
１４ｂ，１１５Ｇ，１１６Ｇ，２１５……平歯
車。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可動翼を備えた流体機械の中空の主軸中に翼
   角制御用操作軸を貫通させて設け、該操作軸を軸
   方向に移動させることに依つて翼角度を制御する
   装置において、滑りリング上に設けたねじと係合
   するねじを備え主軸に固定された軸受を介して主
   軸に対して回転自在で軸方向に移動しないように
   装着された駒と、主軸に設けられた第一の歯車
   と、駒に設けられた第二の歯車と、第一の歯車と
   第二の歯車とを断接可能なクラツチを介して第一
   の歯車の回転数N₁、第二の歯車の回転数N₂とし
   たときN₁＜N₂およびN₁＞N₂のいずれかにて第
   二の歯車を回転させる歯数比を持つて連結する歯
   車装置と、翼角制御用操作軸に剛に連結された軸
   方向移動自在かつ主軸に対して回転不可能な滑り
   リングとからなる流体機械の翼角制御装置。 ２ 歯車装置は第一の歯車と第二の歯車の周上二
   箇所に配されそれぞれ２個の歯車を主軸と平行な
   軸上に有し、それらの歯車はそれぞれ第一の歯車
   と第二の歯車にかみ合つている特許請求の範囲第
   １項記載の流体機械の翼角制御装置。 ３ 歯車装置は第一の歯車と第二の歯車の周上一
   箇所に設けられ３個の歯車を主軸と平行な軸上に
   有し、第一の歯車に２個、第二の歯車に１個かみ
   あうよう配した特許請求の範囲第１項記載の流体
   機械の翼角制御装置。 ４ 歯車装置は第一の歯車と第二の歯車の周上一
   箇所に設けられ３個の歯車を主軸と平行な軸上に
   有し、第一の歯車に１個、第二の歯車に２個かみ
   あうように配した特許請求の範囲第１項記載の流
   体機械の翼角制御装置。