JPH0228712B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中空回転軸を貫通する翼角制御用操
作軸を軸方向に移動させることによつて、翼角度
を制御する可動翼を備えた流体機械の翼角制御装
置に関する。

従来のこの種の翼角制御装置は、第１図に示す
ように、電動機Ｍの軸２７に、軸継手７ａ，７ｂ
を介して直結された中空状の回転軸１の先端に可
動翼Ｉが取付けられ、該可動翼Ｉは、アームａと
リンクｌを介して操作軸２の先端に取付けたスパ
イダ２ａに連結され、該操作軸２の基部は、クロ
スヘツド３と連結棒５を介してスラストカラー８
に連結される。該スラストカラー８は、スラスト
パツド１０ａ，１０ｂを介して、外側におねじ９
ｓを切つた軸受ケーシング９に支持され、該軸受
ケーシング９は、上記おねじ９ｓとねじ係合する
めねじ１４ｓを内側に切り外側にウオームホイー
ルw₂を形成した駒１４と係合し、該駒１４はケ
ーシング１３に支持されたウオームw₁によつて
駆動されるように構成されている。

上記の可動翼Ｉの翼角を変更する場合、ウオー
ムw₁を回転して駒１４を回転させると、それと
ねじ係合する軸受ケーシング９は、ケーシング１
３との間に設けらた滑りキー１１によつて回転で
きないため、上下方向に移動する。この上下方向
の移動により、スラストカラー８、連結棒５、ク
ロスヘツド３を介して操作軸２を上下動して、可
動翼Ｉの翼角度が所望の角度に制御される。一
方、羽根車Ｉに作用する流体圧力差により、回転
軸１には流体スラストが働き、このスラスト力
は、軸継手７ａ，７ｂを介し電動機Ｍの主スラス
ト軸受ｔによつて支持される。

ところが、上記のような従来の翼角制御装置で
は、操作軸２と回転軸１との間に、可動翼の取付
部軸受やシール部の摩擦力が働き、この摩擦力に
より、操作軸２の下降時には回転軸１は下降さ
れ、また上昇時には回転軸も上昇することにな
り、それだけ回転軸１の支持を強化する必要が生
じ、また操作軸に余分な力が必要となる外、操作
軸の変位がそのまま翼角度の変化とならないの
で、正確な機械的な制御ができないなどの欠点が
あつた。

そのため、第２図に示すように、操作軸２の上
端に連結されたコツタ３ｘを回転軸１のスリツト
ｓを貫通してスラストカラー（内側軸受箱）８ｘ
で支持し、これを上部スラスト軸受１０ａ，１０
ｂを介して軸受ケーシング（外側軸受箱）９ｘで
支持し、該軸受ケーシング９ｘとねじ係合する別
個の軸受箱１４ｘを、下部スラスト軸受２０ｘを
介して回転軸１に取付け、該軸受箱１４ｘを回転
不能に且つ軸方向に移動可能に設け、上記軸受ケ
ーシング９ｘを、軸受箱１４ｘに取付けた駆動機
構（ウオームw₁を介して回転させるようにした
ものが提案されている（特開昭58−185995号公報
参照）。なお、図中、ｂはベースに固定されたガ
イドピン、ｃはガイド穴、ｄは支柱、ｅはスライ
ドキーを示す。

そして上記提案のものでは、操作軸２の上下動
による翼の操作力は、回転軸１に対してのみ作用
するため、前記のような摩擦力は、回転軸上に生
じる反力によつて相殺されることにより、第１図
のような従来のものの欠点は除去される。しかし
ながらこのものでは、操作軸２に軸方向移動量を
伝達する軸受ケーシング９ｘが回転しながら軸方
向に移動するので、軸方向の移動量の検出が困難
であるばかりでなく、動機構に図示のようなウオ
ーム機構を用いる場合、ウオームホイールw₂の
内周と軸受ケーシング９ｘの外周との間には軸方
向の摺動間隙が必要となるため、軸方向と半径方
向に支持されていないウオームホイールw₂とウ
オームw₁との歯当りが悪く、歯の異常摩擦や欠
損の恐れがあり、また、回転軸１の芯出し誤差に
よる偏芯や振れ等が各軸受に大きな荷重を与える
恐れがある外、軸受ケーシング９ｘを回転附勢す
るための駆動機構w₁を軸受箱１４ｘに取付けて
いるので、これらの駆動機構及び軸受箱１４ｘは
共に回転軸１により軸方向に支持され、したがつ
て、それだけ主スラスト軸受が大形、大容量化す
る等の欠点がある。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を除
去することができ、回転軸の主のスラスト軸受に
翼角操作力及び操作駆動手段の荷重が作用せず、
軸受ケーシングを軸方向に移動する駒への回転力
の伝達を良好にし、また軸受には芯出し誤差や回
転軸の振れに基づく大きな荷重が加わらないよう
にした組立容易な可動翼を備えた流体機械の翼角
制御装置を提供するにある。

この目的を達成するために、本発明は、ケーシ
ングに固定された軸受を介して回転軸の周囲に、
回転可能な該ケーシングに対して軸方向に移動可
能に設けられ且つねじを備えた駒と、該駒を軸方
向に支持する回転軸に固定された軸受と、ケーシ
ングに固定された軸受に支持され前記駒のねじに
係合するねじを備え且つ軸受を介して操作軸に対
して軸方向に連結された、回転不能で軸方向移動
自在な軸受ケーシングと、駒を回転附勢し且つケ
ーシングに支持された操作駆動手段を備えたこと
を特徴としている。

以下に、本発明の実施例を、第３図ないし第５
図について詳しく説明する。なお、第３図ないし
第５図に示す符号のうち、第１図及び第２図に示
す符号と同一のものは、同一ないし同類部分を示
すものとする。

第３図は、本発明の翼角制御装置の第１実施例
の縦断面図である。図において、下端に可動翼を
備えた流体機械の中空の回転軸１の内部に、翼角
制御用操作軸２が軸方向移動自在に挿通されてお
り、該操作軸２の下方には、可動翼に連結された
直接の操作部材が係合され、またその上端部は円
板のクロスヘツド３の中央部に嵌入され且つ軸ナ
ツト４で固定されている。上記クロスヘツド３の
円周上で、軸方向の孔に嵌入しナツト６で固定さ
れた複数個の連結棒５は、軸接手７ｂを摺動自在
に貫通して上部スラストカラー８に接続されてい
る。該上部スラストカラー８は、軸受ケーシング
９に対して軸方向に移動しないように且つ相対回
転軸自在で半径方向に移動可能に、上部スラスト
パツド１０ａ，１０ｂを介して連結されており、
該軸受ケーシング９は、滑りキー１１を介して回
転不能で軸方向には移動自在に、ケーシング１３
に固定された軸受１２に滑入されており、またそ
の下部外周には、回転軸１と同芯のおねじ９ｓが
切られ、駒１４の内周に切られたねじ１４ｓと係
合している。上記駒１４の外周には、電動機の回
転子１５が固定され、該回転子１５と空隙をおい
て固定子１６がケーシング１３に固定して配され
ている。また該駒１４は、その上下端に固定され
た摺動部材１７，１８を介して、ケーシング１３
に固定された軸受１２，１９により、回転軸１の
周りに回転自在で且つケーシング１３に対して軸
方向に移動可能に、半径方向に支持されており、
また、下部スラストパツド２０ａ，２０ｂを介し
て下部スラストカラー２１に、該カラー２１に対
して軸方向に移動しないように、且つ相対回転自
在で半径方向移動可能に連結されている。上記下
部スラストカラー２１は、キー２２、デイスタン
スピース２３を介して回転軸１に軸ナツト２４で
固定されている。なお、上部の軸接手７ｂは、キ
ー２５を介して回転軸１に嵌入されて軸ナツト２
６で固定され、また軸接手７ａは、動力伝達軸２
７に固定されていて、両軸１と２７は主動力の伝
達を行なつている。

前記回転子１５の軸方向位置は、動力伝達軸２
７を軸方向に支持する主スラスト軸受（第１図の
ｔ）の軸方向位置によつて決まり、また固定子１
６の軸方向位置は、翼角制御装置のケーシング１
３の軸方向位置で決まる。従つて、回転子１５と
固定子１６の軸方向の相対位置関係は、装置全体
の製作、組立精度に大きく依存し、接計値に対す
る誤差は大きくなるが、本実施例では、回転子１
５の軸方向長さを回転力の発生に必要な長さと
し、固定子１６の長さを回転子１５より長くして
前記誤差を吸収する構造となつている。またこの
逆も可能である。なお、このような装置に用いら
れる電動機は、例えばステツピングモータ、サイ
リスタモータ等や多極誘導電動機を電圧、周波数
制御して用いられるのが好適である。図中、Ａは
軸受ケーシング９の軸方向の位置を検出する位置
検出器、Ｂは上記位置検出器Ａの値によつて翼角
制御用電動機を制御するために、検出器Ａと固定
子１６にそれぞれ接続された制御器、Ｃは電源、
Ｐはオイルポンプ、Ｄはクーラを示す。

この実施例によれば、可動翼を有する流体機械
の運転中は、常に、回転軸１、軸継手７ａ，７
ｂ、動力伝達軸２７などの主動力伝達系と共に、
翼角制御用操作軸２、クロスヘツド３、連結棒
５、上部スラストカラー８、下部スラストカラー
２１、軸ナツト２４等が一体に回転する。翼角度
を一定に保持しておく場合には、駒１４を駆動す
る回転子１５と固定子１６とからなる電動機に回
転力を発生させないように制御するか又は通電し
ない。従つて駒１４は回転しないので、軸受ケー
シング９及び上部スラストカラー８は動かず、翼
角制御用操作軸２も軸方向に移動しないので、翼
角度は一定に保たれる。一方、翼角制御を行なう
場合には、前記電動機に回転力を発生させること
により、回転子１５は回転し、駒１４は回転す
る。それにつれて、駒１４の内周に切られたねじ
１４ｓと、軸受ケーシング９の下部外周に切られ
たおねじ９ｓとのねじ対偶により、軸受ケーシン
グ９は軸方向に移動する。この軸受ケーシング９
の軸方向運動は、上部スラストパツド１０ａ，１
０ｂを介して上部スラストカラー８に伝達され、
連結棒５、クロスヘツド３を介して翼角制御用操
作軸２を軸方向に移動させ、翼角度が変化する。
翼角度を上記と逆に変化させる場合には、上記と
逆方向に電動機を回転させればよい。

この実施例によれば、次のような効果が奏され
る。

(i)翼角操作力としての軸方向推力は、下部スラ
ストパツド２０ａ，２０ｂを介して下部スラスト
カラー２１によつて坦持される。つまり翼角操作
力は回転軸１によつて支持され、該回転軸１はキ
ー２５を介して主動力の伝達が行われるようにな
つているので、翼角操作力の主スラスト軸受への
影響がない。(ii)軸受ケーシング９及び駒１４の支
持を、半径方向にはケーシング１３で支持し、軸
方向には回転軸１で支持するように両者を分離し
ているので、回転子１５と固定子１６間の半径方
向隙間は、回転軸１と動力伝達軸２７の芯出し誤
差による回転軸１のケーシング１３に対する偏芯
や傾き及び回転軸１の振れ等の影響を受けること
なく、適正値に保つことができる。従つて固定子
１６をケーシングに支持させることも可能とな
る。(iii)駒や軸受ケーシングを軸方向に支持する両
軸受を半径方向に移動可能に構成しているので、
前記(ii)の支持構造と相俟つて、芯出し誤差や回転
軸１の振れに基づく大きな荷重を受けずに済むの
で良好な使用が可能である。(iv)駒を回転附勢する
操作駆動手段即ち電動機の固定子をケーシング１
３で支持しているので、それだけ、主スラスト軸
受への荷重が小さくなる。(v)軸方向に移動する軸
受ケーシング９は回転しないので、その位置検出
が容易となり、従つて翼角度の制御が容易とな
る。(vi)駒１４とケーシング１３の軸方向の相対位
置に、装置全体の製作、組立精度により誤差が出
るが、駒１４への回転力の伝達機能に軸方向の裕
度がとれるので、組立が容易である。

第４図は、本発明の第２実施例を示す縦断面
図、第５図は、第４図の平面断面図である。この
実施例では、駒を回転附勢させる操作駆動手段の
部分のみが前記第１実施例と異なつている。

すなわち、駒１４の外周には平歯車１４ｇが切
られており、該平歯車１４ｇは回転軸１と平行な
翼角操作力入力軸２８に固定された平歯車２９と
かみ合つている。また上記平歯車１４ｇの歯幅
は、強度上必要な歯幅となつており、また平歯車
２９の歯幅は、装置全体の製作、組立精度に依存
する平歯車１４ｇと平歯車２９の軸方向相対位置
の誤差を吸収できるように、平歯車１４ｇより広
くなつている。なお、この逆も可能である。ま
た、上記翼角操作力入力軸２８は、ケーシング１
３に軸受３０，３１により回転自在に支持され、
該軸２８の軸端には小傘歯車３２とかみ合う傘歯
車３３が固定されている。上記小傘歯車３２は、
ケーシング１３に軸受３５，３６を介して回転自
在に支持された操作用の駆動機３４の操作駆動軸
３７の端部に固定されている。

上記操作用の駆動機３４を回転すると、傘歯車
３２，３３を介して翼角操作力入力軸２８が回転
し、平歯車２９が回転するので、該平歯車２９か
ら平歯車１４ｇに回転を伝え、駒１４は回転す
る。従つて、操作用駆動機３４を正逆転すること
により翼角の制御を行なうことができる。

この実施例によれば、第１実施例と同様に、軸
受ケーシング９と駒１４の半径方向の支持をケー
シング１３で行なつているので、両平歯車１４ｇ
と２９の中心軸間距離は常に適正値に保たれる。
また、その他第１実施例と同様の効果が奏され
る。

なお、前記両実施例においては、主としてポン
プについ説明したが、本発明をポンプ以外の流体
機械、例えば水車等に適用することも可能であ
る。

以上説明したように、本発明によれば、(i)回転
軸上に翼角制御のための機械的作動手段を設けた
ので回転軸の主スラスト軸受には翼角操作力が作
用せず、該スラスト軸受を小型化できる。(ii)駒の
回転をねじ対偶を用いて軸方向運転に変換してい
るので、翼が受ける流体力により翼角制御用操作
軸が動力を受けても、ねじの摩擦により駒は回転
せず、翼角制御時以外は翼角を一定に保つために
動力を必要としない。(iii)軸受ケーシングと駒の支
持を半径方径にはケーシングで支持し、軸方向に
のみ主軸で支持するように分離したので、駒への
回転力の伝達が良好であり、また回転軸は軸受ケ
ーシング及び駒に対して半径方向に移動可能とな
り、軸受に芯出し誤差や回転軸の振れに基づく大
きな荷重が加わらない。(iv)駒とケーシングの軸方
向の相対位置に装置全体の製作、組立精度により
誤差が出るが、駒への回転力の伝達機構に軸方向
の裕度があるので組立が容易である。(v)翼角制御
用操作軸の位置検出が容易である。(vi)駒を、軸方
向に拘束されたスラストリングをベースにして軸
方向に移動させるようにした本発明の先願に係る
発明（特願昭58−215662号、特公平１−22474号
公報参照）では、回転子や平歯車を設けた駒が軸
方向に移動するので、回転子と固定子の相対位置
がずれたり、平歯車との噛み合いを保持するため
の手段が必要となつたりする欠点があるのに対
し、本発明では、駒１４の軸方向に移動しないよ
うに拘束し、軸受ケーシング９を軸方向に移動さ
せるようにしているので、回転子１５と固定子１
６或いは平歯車１４ｇと２９の相対位置の関係に
は変化は生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の可動翼操作機構の縦
断面図及び要部断面図、第３図及び第４図は本発
明の第１及び第２実施例を示す可動翼を備えた流
体機械の翼角制御装置の右半分の縦断面図、第５
図は第４図の要部横断面図である。 １……中空回転軸、２……翼角制御用操作軸、
８……上部スラストカラー、９……軸受ケーシン
グ、９ｓ……ねじ、１３……ケーシング、１２，
１９……ケーシング１３に固定された軸受、１４
……駒、１５，１６……電動機の回転子及び固定
子、１４ｇ，２９……平歯車、２１……下部スラ
ストカラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空回転軸１を貫通するようにして設けた翼
   角制御用操作軸２を軸方向に移動させることによ
   り翼角度を制御する可動翼を備えた流体機械の翼
   角制御装置において、ケーシング１３に固定され
   た軸受１２，１９を介して回転軸１の周囲に、回
   転可能で該ケーシング１３に対して軸方向に移動
   可能に設けられ且つ回転軸と同芯のねじ１４Ｓを
   備えた駒１４と、該駒１４を軸方向に支持し且つ
   回転軸に固定された軸受２１と、ケーシング１３
   に固定された軸受１２に支持され前記駒１４のね
   じ１４Ｓに係合するねじ９Ｓを備え且つ軸受１０
   ａ，１０ｂを介して翼角制御用操作軸に対して軸
   方向に連結された、回転不能で軸方向移動自在な
   軸受ケーシング９と、前記駒１４を回転附勢し且
   つケーシングに支持された操作駆動手段を備えた
   ことを特徴とする可動翼を備えた流体機械の翼角
   制御装置。 ２ 前記駒１４の操作駆動手段を、該駒の外周に
   固定した回転子１５と、該回転子と空〓をおいて
   ケーシング１３に固設した固定子１１とからなる
   電動機によつて構成した特許請求の範囲第１項記
   載の可動翼を備えた流体機械の翼角制御装置。 ３ 前記駒１４の操作駆動手段を、該駒外周に設
   けられ且つ回転軸１と同芯の歯車１４ｇと、該歯
   車１４ｇとかみ合い且つ回転軸と平行な翼角操作
   力入力軸２８上に設けられた歯車２９とから構成
   した特許請求の範囲第１項記載の可動翼を備えた
   流体機械の翼角制御装置。 ４ 前記駒１４を軸方向に支持し且つ回転軸１に
   固定された軸受２１、及び軸受ケーシング９と翼
   角制御用操作軸２を軸方向に直結する軸受１０
   ａ，１０ｂを、何れも軸方向の力のみを支持し半
   径方向には移動可能な構造とした特許請求の範囲
   第１項ないし第３項の何れか１項に記載の可動翼
   を備えた流体機械の翼角制御装置。