JPH1037839A - 可変ピッチプロペラ駆動装置 - Google Patents

可変ピッチプロペラ駆動装置

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JPH1037839A
JPH1037839A JP8197668A JP19766896A JPH1037839A JP H1037839 A JPH1037839 A JP H1037839A JP 8197668 A JP8197668 A JP 8197668A JP 19766896 A JP19766896 A JP 19766896A JP H1037839 A JPH1037839 A JP H1037839A
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shaft
screw
screw shaft
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nut
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Takashi Ogawara
孝 大河原
Takuro Kobayashi
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変ピッチプロペラ駆動装置において、ボー
ルねじと同等の効率をもち、かつ微少ストロークの連続
運転においても十分疲労及び摩耗に耐え得るようにする
こと。 【解決手段】 上記出力軸11の先端部に雄ねじが形成
されたねじ軸部14を設け、そのねじ軸部14の外周
に、そのねじ軸部に係合して自転しながら上記ねじ軸部
の外周を公転する複数のローラねじ軸16を配設し、上
記ローラねじ軸16を、前記出力軸に設けられたねじ軸
部14と同心状に配設されたナット状部材17の雌ねじ
に係合させ、そのナット状部材を回転主軸11に対して
軸線方向にのみ移動可能に装着するとともに、そのナッ
ト状部材17に可変ピッチ羽根の操作ロッド4を連結し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カプラン水車や軸
流ポンプの如き水力機械等における可変ピッチプロペラ
の回転主軸に対する羽根の角度を変化させるための駆動
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、水車やポンプ或いはブロワ等に
おいては、回転軸に対する羽根の取付角度を任意に変更
できる可変ピッチプロペラを使用し、その羽根の取付角
を変化させることによってその負荷の調節を行うことが
できるようにしたものがある。
【0003】すなわち、回転主軸の一端に、複数の羽根
を放射状に装着したランナボスが一体的に連結してあ
り、上記各羽根の支持軸が上記ランナボス内において軸
線周りに回動自在に軸支してある。一方、中空状に形成
された回転主軸の一部には油圧シリンダが形成され、そ
の油圧シリンダ内に配設されたピストンに、中空の回転
主軸内に同心的に挿通された操作ロッドの一端が連結さ
れ、その他端がリンク機構を介して前記各羽根の支持軸
に連結されている。
【0004】そして、回転主軸の端部から配圧弁を介し
て圧油を上記圧油シリンダに供給し、ピストンを任意の
方向に移動させることによって、前記操作ロッドを軸線
方向に移動させ、その移動によって羽根の各支持軸を軸
線回りに回動させ、各羽根の取付角度を変化させるよう
にしてある。
【0005】ところが、このような装置においては、回
転主軸の駆動回転中にも羽根の取付角度の調整を行うこ
とができるようにするため、油圧シリンダに対する油圧
の給排を回転シール機構等を介して行わなければなら
ず、油圧のシール機構が複雑となる等の問題がある。特
に、水車等のような空気よりも粘性抵抗が大きい流体を
扱うものでは、羽根に対する抵抗が大きな反力となって
油圧シリンダ側に負荷するため、相当な高圧の油圧を作
動させなければならず、シール部での油洩れ焼付き等の
事故が発生する可能性もある。
【0006】そこで油圧シリンダの代わりに電動機を使
用し、この電動機の出力軸を前記操作ロッドに螺合させ
て、その操作ロッドを往復動させるようにしたものも提
案されている。
【0007】すなわち、図6は上記従来の可変ピッチプ
ロペラ駆動装置を適用した可変ピッチプロペラ水車の概
略構成を示す図であって、下端にランナボス1aを一体
的に装着した回転主軸1が軸受2によって回転自在に支
持されている。上記ランナボス1aには放射方向に複数
の羽根3が取付けられており、その各羽根の支持軸3a
がランナボス1a内で軸支され、支持軸3aを回動させ
ることによって羽根3の取付角度を変化させることがで
きるようにしてある。
【0008】一方、回転主軸1は中空状に形成され、こ
の回転主軸1内に操作ロッド4が軸線方向にのみ移動可
能に同心状に配設され、その操作ロッド4の下端に固着
されたアーム4aが、リンク及びレバー機構5を介して
前記羽根3の各支持軸3aに連結されている。したがっ
て、上記操作ロッド4を軸線方向に往復移動させること
によって、リンク及びレバー機構5を介して各羽根3の
取付角度を変化させることができる。
【0009】上記回転主軸1の頂端部には、本発明に係
る可変ピッチプロペラ駆動装置の作動機構6が装着され
ており、その作動機構6への入力軸7がカップリング8
及び中間軸9を介して電動機10に連結されている。ま
た、上記作動機構6の他端にある出力軸11は推力軸受
14により大きな推力を支えるようになっており、その
下端に形成されたねじ部11aが前記操作ロッド4の頂
部に設けられているナット4bに螺合されている。
【0010】したがって、回転主軸1と出力軸11との
間に相対的な回転を発生させると、操作ロッド4が軸線
方向に移動し、リンク及びレバー機構5を介して各羽根
3の取付け角度が変化される。また、回転主軸1と出力
軸11とを一体回転させると、出力軸11と操作ロッド
4が一体的に回転するので、操作ロッド4の軸線方向の
移動がなく、各羽根3の取付角度は所定値に維持され
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところが、一般にカプ
ラン水車や軸流ポンプ等では、運用上常時羽根3の角度
を大きく変化させることは少なく、負荷変動に伴なって
少角度の調整が主となる。したがって、操作ロッド4の
ストロークも小さい変化となり、ねじ部11a及びナッ
ト4bも微少回転が主となる。
【0012】したがって、上記ねじ部11a及びナット
4bは球状の転動体のいわゆるベアリングを介して構成
されているため、微少回転を長く且つ継続的に動作させ
ると、転動体は常に一部の個所のみが互いに接すること
になり、転動体表面に疲労破損を生じ、ボールねじ装置
の寿命を著しく短かくする等の問題がある。
【0013】そこで、これにかわり得る方法として、台
形ねじ等も提案されているが、回転を軸方向に変換する
機械効率がボールねじに比較して著しく劣り、結果とし
て装置が過大となり、回転体内部に収納することができ
なくなる等の不都合がある。
【0014】本発明はこのような点に鑑み、ボールねじ
と同等の効率をもち、かつ微少ストロークの連続運転に
おいても十分疲労及び摩耗に耐え得るようにした可変ピ
ッチプロペラ駆動装置を得ることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転主軸と同
心状に配設された出力軸を相対的に回転させることによ
り、操作ロッドを介して回転主軸に取付けられた可変ピ
ッチ羽根の取付角度を変化させる可変ピッチプロペラ駆
動装置において、上記出力軸及び操作ロッドのいずれか
一方の端部に雄ねじが形成されたねじ軸部を設け、その
ねじ軸部の外周に、そのねじ軸部に係合して自転しなが
ら上記ねじ軸部の外周を公転する複数のローラねじ軸を
配設し、上記ローラねじ軸を、前記出力軸に設けられた
ねじ軸部と同心状に配設されたナット状部材の雌ねじに
係合させ、そのナット状部材を上記出力軸及び操作ロッ
ドの他方に連結するとともに、上記操作ロッドを回転主
軸に対して軸線方向にのみ移動可能に構成したことを特
徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図1は本発明の可変ピ
ッチプロペラ駆動装置を適用した可変ピッチプロペラ水
車の部分図であって、回転主軸1の頂端部には可変ピッ
チプロペラ駆動装置の作動機構6が装着されており、そ
の作動機構6への入力軸7がカップリング8及び中間軸
9を介して電動機10に連結されている。そして、上記
作動機構6の他端には出力軸11が設けられており、そ
の出力軸11の下端部には雄ねじが形成されたねじ軸部
14が形成され、そのねじ軸部14に上記出力軸11の
回転を軸方向の変位に変換するための変換機構15が設
けられており、その変換機構15に操作ロッド4が連結
されている。
【0017】図2は上記変換機構15の一部切欠き斜視
図、図3はその変換機構15の縦断側面であり、上記ね
じ軸部14には断面三角形状の4〜6条の多条ねじが加
工されている。
【0018】上記ねし軸部14の外周部には、そのねじ
軸部14のねじに係合して自転しながらねじ軸部14の
外周を公転する複数のローラねじ軸16が遊星状に配設
されており、そのローラねじ軸16の外周部が、ねじ軸
部14と同心状に設けられたナット状部材17の雌ねじ
17aに係合されている。
【0019】上記ナット状部材17の内面に形成されて
いる雌ねじ17aは上記ねじ軸部14のねじと同じ断面
形状をしており、ローラねじ軸16には1条の三角ねじ
が加工されており、ローラねじ軸16のねじ溝形状は高
定格、高剛性を得るために曲面となっており、リード角
はローラねじ軸16が回転した際に軸方向に移動しない
ようにナット状部材17の雌ねじと同じにしてある。
【0020】各ローラねじ軸16の両端部には、軸線方
向に延びる多数の切溝を形成することによって歯車16
aが形成されており、ナット状部材17の両端部に固着
された内歯歯車18に噛合され、さらに上記各ローラね
じ軸16の両端から突設された軸部16bがそれぞれガ
イドリング19の穴に挿入係合され各ローラねじ軸16
が等間隔に保持されるようにしてある。
【0021】さらに、上記ナット状部材17は、図1に
示すように、スライドキー20によって回転主軸1に対
してその軸線方向にのみ移動可能としてあり、そのナッ
ト状部材17に可変ピッチプロペラ作動用の操作ロッド
4が連結されている。
【0022】図4にねじ軸部14、ローラねじ軸16及
びナット状部材17の係合状態の拡大図を示し、図5に
組立状態の変換機構部の外観を示す。
【0023】しかして、回転主軸1と一体的に回転する
ナット状部材17と出力軸11とが一体回転させられて
いる場合にはねじ軸部14とナット状部材17が一体的
に回転するので、操作ロッド4の軸線方向の移動はな
く、各羽根の取付角度は所定値に維持されている。
【0024】一方、回転主軸1と出力軸11との間に相
対的な回転を発生させると、出力軸11すなわちねじ軸
部14の回転に伴なってローラねじ軸16が自転しなが
らねじ軸部14の回りに公転する。したがって、ローラ
ねじ軸16には軸線方向の力が作用し、それに伴なって
ナット状部材17が軸線方向に移動し、それに連結され
ている操作ロッド4が軸線方向に移動してリンク及びレ
バー機構を介して各羽根の取付角度が変化される。
【0025】なお、上記実施例においては出力軸11の
先端部にねじ軸部14を形成したものを示したが、操作
ロッド4にネジ軸部を形成し、ナット状部材17を出力
軸11に連結するようにしてもよい。
【0026】ところで、上記変換機構においては、図4
等に示すようにねじ軸部14とローラねじ軸16等の接
触部の直径が大きく、ナット状部材17とローラねじ軸
16、或いはローラねじ軸16とねじ軸部14との間の
接触点が多く、また多条ねじで構成することにより小リ
ードでも軸方向の大きな荷重に耐えることができ、かつ
高剛性である。さらにローラねじ軸16は遊星状に配置
されているため、同一軸方向の負荷荷重に対してボール
ねじよりも小型化ができる。
【0027】遊星状のローラねじについて負荷試験を実
施した結果、ねじ軸部14を駆動するための摩擦トルク
はボールねじ軸とほぼ同一であり、逆転スラスト荷重が
加った場合でも滑らかに回動することが確かめられた。
また、微少ストロークで連続動作させた結果、上記特徴
のため、十分な耐久性を有していることが確認された。
【0028】通常のボールねじは球状の転動体を使用す
るため、大容量のものは動定格荷重Caが90ton 程度
が限度であるが、ローラねじを使用するものでは200
tonまで可能であることが実験により確認され、ボール
ねじに対する優位性が判明した。表1にボールねじとロ
ーラねじの比較を示す。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、回転主
軸と同心状に配設された出力軸を相対的に回転させるこ
とにより、操作ロッドを介して回転主軸に取付けられた
可変ピッチ羽根の取付角度を変化させる可変ピッチプロ
ペラ駆動装置において、上記出力軸及び操作ロッドのい
ずれか一方の端部に雄ねじが形成されたねじ軸部を設
け、そのねじ軸部の外周に、そのねじ軸部に係合して自
転しながら上記ねじ軸部の外周を公転する複数のローラ
ねじ軸を配設し、上記ローラねじ軸を、前記出力軸に設
けられたねじ軸部と同心状に配設されたナット状部材の
雌ねじに係合させ、そのナット状部材を上記出力軸及び
操作ロッドの他方に連結するとともに、上記操作ロッド
を回転主軸に対して軸線方向にのみ移動可能に構成した
ので、ボールねじを使用した従来の装置と同等の伝達効
率で操作ロッドを軸方向に駆動することができるばかり
でなく、またローラねじの接触面が大きいので、可変ピ
ッチプロペラの微少揺動の連続でもボールねじに比較し
て耐久性を向上させることができ、しかも同一負荷に対
してボールねじを使用したものよりも小型化することが
できる。さらに、ナット状部材に対して遊星状に配設さ
れたローラねじ軸に歯車を設け、ナット状部材に設けら
れた内歯歯車に噛合させた場合には、各ローラねじ軸の
回転ずれを生ずることがなく装置全体を高速で回転しな
がらねじ軸部を回転主軸に対して相対的に回転させても
安定した動作を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可変ピッチプロペラ駆動装置の概略構
成を示す部分図。
【図2】本発明に使用する変換機構の一部切欠き斜視
図。
【図3】上記変換機構の縦断側面図。
【図4】ローラねじ軸部の拡大図。
【図5】変換機構の外観図。
【図6】従来の可変ピッチプロペラ駆動装置の概略構成
図。
【符号の説明】
1 回転主軸 3 羽根 4 操作ロッド 11 出力軸 14 ねじ軸部 15 変換機構 16 ローラねじ軸 16a 歯車 17 ナット状部材 17a 雌ねじ 18 内歯歯車 19 ガイドリング

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転主軸と同心状に配設された出力軸を相
    対的に回転させることにより、操作ロッドを介して回転
    主軸に取付けられた可変ピッチ羽根の取付角度を変化さ
    せる可変ピッチプロペラ駆動装置において、上記出力軸
    及び操作ロッドのいずれか一方の端部に雄ねじが形成さ
    れたねじ軸部を設け、そのねじ軸部の外周に、そのねじ
    軸部に係合して自転しながら上記ねじ軸部の外周を公転
    する複数のローラねじ軸を配設し、上記ローラねじ軸
    を、前記出力軸に設けられたねじ軸部と同心状に配設さ
    れたナット状部材の雌ねじに係合させ、そのナット状部
    材を上記出力軸及び操作ロッドの他方に連結するととも
    に、上記操作ロッドを回転主軸に対して軸線方向にのみ
    移動可能に構成したことを特徴とする、可変ピッチプロ
    ペラ駆動装置。
  2. 【請求項2】各ローラねじ軸の端部には、ナット状部材
    の内周に設けられた内歯歯車と噛合する歯車が形成され
    ていることを特徴とする、請求項1記載の可変ピッチプ
    ロペラ駆動装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010138912A (ja) * 2010-02-18 2010-06-24 Toshiba Corp 水力機械のランナべーン操作装置及び水力機械
CN109916753A (zh) * 2019-04-17 2019-06-21 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 调距桨长油管道电液伺服加载及疲劳试验装置及方法

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CN109916753B (zh) * 2019-04-17 2024-04-30 中国船舶集团有限公司第七〇四研究所 调距桨长油管道电液伺服加载及疲劳试验装置及方法

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