JPS642784B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は翼角制御装置を備えた流体機械に関す
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
互間にこの作用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。

本発明は翼角制御装置を備えた流体機械におい
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４図のＡ−Ａ断面図、第２図は第
１図の一部拡大図、第３図は第１図とは異なる位
置の一部縦断面図、第４図は第１図のＢ−Ｂ断面
図である。

翼角制御装置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
が係合される。翼角制御用操作軸５は円板形のク
ロスヘツド６にキーを介して嵌入し、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に依に固定されている。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は駒１２に対して軸方向移動しない
ように、かつ回転自在に軸受１３を介して結合さ
れている。

駒１２には主軸１と同芯のめねじ１２ｄが切ら
れ、該めねじ１２ｄが主軸１に嵌入固定されたカ
ツプリング１０のおねじ１０ｄと係合している。
このおねじ１０ｄは主軸１と一体となつて回動す
る部材もしくは主軸１に直接に設けてもよい。駒
１２の外周には主軸１と同芯の平歯車１２ａが切
られており、該平歯車１２ａは主軸１と平行な一
本の翼角操作力伝達軸２に軸受４を介して支持さ
れた平歯車２ａ，２ｂ，２ｃとかみ合つている。
翼角操作力伝達軸２は回転自在かつ軸方向移動し
ないように軸受１５，１６を介して固設した架台
１９に固定されたケーシング１７に支持されてい
る。翼角操作力伝達軸２上には翼角操作力伝達軸
２と平歯車２ａ，２ｂ，２ｃとの連結、切離しを
行なう為の電磁クラツチ３ａ，３ｂ，３ｃが設け
られている。

電磁クラツチ３ａ，３ｂ，３ｃは公知の構成で
あつて第２図に示される。翼角操作力伝達軸２に
はコア２１が固定され、コア２１に軸受２２を介
して電磁石２３が取付けられ電磁石２３は図示さ
れない部材によりケーシング１７に対して回動し
ないように係止されている。平歯車２ａ，２ｂ，
２ｃに固定された外歯付アダプタ２４とコア２１
には夫々軸方向移動可能に交互に摩擦板２６が係
止されており、摩擦板２６を間にしてコア２１に
アマチユア２５が対向している。電磁石２３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２６は密着して平歯車２ａ，２ｂ，２ｃは
翼角操作力伝達軸２と一体的となるものである。
平歯車２ａ，２ｂ，２ｃは翼角操作力伝達軸２に
対して回転自在かつ軸方向移動しないように軸受
４を介して翼角操作力伝達軸２上に取付けられて
いる。主軸１にはキーを介して平歯車１８が嵌入
し、翼角操作力伝達軸２にキーを介して嵌入した
平歯車１４とかみ合つている。

平歯車１２ａ，２ａ，２ｂ，２ｃ，１８，１４
の歯数Z_12a，Z_2a，Z_2b，Z_2c，Z₁₈，Z₁₄は Z₁₈／Z₁₄×Z_2a／Z_12a＝１ (1) Z₁₈／Z₁₄×Z_2b／Z_12a＞１ (2) Z₁₈／Z₁₄×Z_2c／Z_12a＜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２ｂ，２ｃを転位歯車としてこの
ような歯車比を得ている。平歯車１２ａは平歯車
２ａ，２ｂ，２ｃとかみ合いながら軸方向に移動
するから常時かみ合いを保つ為、平歯車１２ａの
歯幅は軸方向移動量を考慮した長さとなつてい
る。

カツプリング１０には相手のカツプリング２０
が固定され、図示されない動力伝達軸がカツプリ
ング２０と固定されていて主軸１と動力伝達軸は
連結されている。

ケーシング１７にはフランジ付の円筒形軸封材
２７が固定され、軸封材２７はカツプリング２０
に固定された円筒形の軸封材２８と円筒形端部が
遊嵌し合つて軸封を行つている。ケーシング１７
と主軸１間は密封材２９により軸封されている。

第３図は駒１２の軸方向移動の検出手段を示す
図である。駒１２に固定したベアリング押えは円
板３１となつており、円板３１と係合するシフタ
３２がケーシング１７の軸方向の案内に係合して
おり、シフタ３２の先端の感応片３３が例えばポ
テンシヨメータのようなケーシング１７に固定さ
れた位置検出器３４により検出されるようになつ
ている。

つぎに本発明の翼角制御装置を備えた流体機械
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１０，２０、動
力伝達軸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、及び滑りリング
１１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３ａを連結し他の電磁クラツチ３ｂ，３ｃ
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２上の平歯車２ａ，１４は同一
の回転数Z_12a／Z_2aN₁＝Z₁₈／Z₁₄N₁で回転し、駒１２の
回 転数N₁₂＝Z_2a／Z_12a×Z₁₈／Z₁₄×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、平歯車１８−
平歯車１４−翼角操作力伝達軸２−電磁クラツチ
３ａ−平歯車２ａ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１
２ｄ，１０ｄ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
１２ｄ，１０ｄのリード角が小さいときは平歯車
２ａ、電磁クラツチ３ａ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３ｂ
を連結し他の電磁クラツチ３ａ，３ｃを解放して
おく。翼角操作力伝達軸２上の平歯車１４，２ｂ
は同一の回転数Z₁₈／Z₁₄×N₁で回転し、駒１２の回 転数N₁₂＝Z_2b／Z_12a×Z₁₈／Z₁₄×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１２ｄとカツプリング１０上のおねじ１０
ｄに依り軸方向運動に変換され、軸受１３を介し
て滑りリング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３ｃを連結し、他の電磁
クラツチ３ａ，３ｂを解放した場合には、翼角操
作力伝達軸２上の平歯車１４，２ｃは同一の回転
数Z₁₈／Z₁₄×N₁で回転し、駒１２の回転数N₁₂＝ Z_2c／Z_12a×Z₁₈／Z₁₄×N₁＜N₁となり駒１２は主軸１に
対 して電磁クラツチ３ｂ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３ｂ作動の場合と逆方向に変化する。

尚、翼角操作時、平歯車１２ａは平歯車２ａ，
２ｂ，２ｃとかみ合いながら軸方向に移動するの
であるが、歯面間に操作力に基づく歯荷重による
軸方向の抵抗は電磁クラツチの結合により駆動さ
れる平歯車２ｂ，２ｃの何れかと平歯車１２ａ間
にのみ生じ微少であり、軸方向移動速度も遅いか
ら操作による動力の損失はわずかである。

翼角操作力としての軸方向推力は駒１２のめね
じ１２ｄとカツプリング１０のおねじ１０ｄのね
じ面で担持される。つまりカツプリング１０は主
軸１に固定されているから翼角操作力は主軸１に
て支持される。このようにして駒１２の移動につ
れて円板３１も従動し、シフタ３２はケーシング
１７の案内を上下し、感応片３３は移動する。位
置検出器３４は感応片３３の位置を検知し、図示
されない制御回路を介して感応片３３の位置即ち
翼角制御用操作軸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１２ａと平歯車１４とを連結するのに主
軸１に平行な一本の翼角操作力伝達軸２上に回転
自在に備える平歯車２ａ，２ｂ，２ｃを平歯車１
２ａにかみ合せ、翼角操作力伝達軸２に固定され
た平歯車１４を主軸１に固定した平歯車１８とか
み合せ、平歯車２ａ，２ｂ，２ｃ夫々と翼角操作
力伝達軸２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で回動するような
歯車比で平歯車１２ａと１８を選択的に連結でき
一軸上の背歯車（Back Gear）装置であればよ
いのであり、歯車列は実施例に限定されるもので
はない。

第５図は本発明の他の実施例の縦断面図であ
る。第一実施例と同機能部分は同符号を附してあ
る。この実施例は電磁クラツチを用いないで翼角
操作力伝達軸２と平歯車２ｂ，２ｃを機械クラツ
チで係合するものである。平歯車２ｂ，２ｃの端
面にはクラツチ爪２ｂ−１，２ｃ−１が切られて
おり、翼角操作力伝達軸２に固定された滑りキー
３６を介して翼角操作力伝達軸２に滑入する爪ク
ラツチ３５を備える。そして爪クラツチ３５が何
れかのクラツチ爪２ｂ−１，２ｃ−１と選択的に
かみ合うように爪クラツチ３５の軸方向の移動手
段として翼角操作力伝達軸２に平行してケーシン
グ１７に固定されたスプライン軸３７に嵌入する
シフタヨーク３８が爪クラツチ３５に係合してお
り、爪クラツチ３５のラツクに操作軸と一体にな
つたピニオン３９がかみ合つている。該操作軸は
ケーシング１７外に出て回動手段を備える。

この実施例では爪クラツチ３５両端のクラツチ
爪の何れか一つをクラツチ爪２ｂ−１，２ｃ−１
と係合することにより、駒１２は軸方向に移動し
て翼角制御を行う。

第６図は本発明の更に他の実施例を示す駆動系
統図である。主軸１に固定された平歯車１８には
翼角操作力伝達軸２に電磁クラツチ３ａ，３ｂ，
３ｃを介して選択的に該軸２に連結される平歯車
２ａ，２ｂ，２ｃを備える。駒１２の平歯車１２
ａとは平歯車１４がかみ合つている。他の構成は
既述の実施例と同様である。各平歯車の符号をＺ
の添附号として歯数を表わすと、 歯数比はZ_12a／Z₁₄・Z_2a／Z₁₈＝１ Z_12a／Z₁₄・Z_2b／Z₁₈＞１ Z_12a／Z₁₄・Z_2c／Z₁₈＜１ となつており、電磁クラツチ３ａの附勢により、
駒１２の平歯車１２ａは主軸１と共に回り駒１２
は軸方向に移動しない。電磁クラツチ３ｂ，３ｃ
の何れかの附勢により駒１２の平歯車１２ａは主
軸１と相対回転し、駒１２はねじ対偶１０ｄ，１
２ｄにより軸方向に移動し、翼角制御が行われ
る。

第６図は電磁クラツチを用いるが爪クラツチを
用いる場合は平歯車２ａ、電磁クラツチ３ａは備
えず翼角操作力伝達軸２上には平歯車１８とかみ
合う平歯車２ｂ，２ｃを備え、同軸２上に備える
爪クラツチにより選択的に該軸２と平歯車２ｂ，
２ｃは連結される（図示されない）。

本発明では翼角制御装置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。

主軸の回転を駒１２に伝えるのに背歯車機構を
用い、一本の背歯車軸（翼角操作力伝達軸）上に
該軸と選択連結されるようにクラツチを介して複
数の歯車を備えるようにしたから歯車、軸、軸受
等の数が少く構成が簡単である。

【図面の簡単な説明】

図面は何れも本発明の実施例を示すもので第１
図は第４図のＡ−Ａ断面図、第２図は第１図の一
部拡大図、第３図は第１図とは異なる位置におけ
る縦断面図、第４図は第１図のＢ−Ｂ断面図、第
５図は他の実施例の縦断面図、第６図は更に他の
実施例の駆動系統図である。 １……主軸、２……翼角操作力伝達軸、２ａ，
２ｂ，２ｃ……平歯車、２ｂ−１，２ｃ−１……
クラツチ爪、３ａ，３ｂ，３ｃ……電磁クラツ
チ、４……軸受、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、１０
ｄ……おねじ、１１……滑りリング、１２……
駒、１２ａ……平歯車、１２ｄ……めねじ、１３
……軸受、１４……平歯車、１５，１６……軸
受、１７……ケーシング、１８……平歯車、２０
……カツプリング、２１……コア、２２……軸
受、２３……電磁石、２４……外歯付アダプタ、
２５……アマチユア、２６……摩擦板、２７……
円筒形軸封材、２８……軸封材、２９……密封
材、３１……円板、３２……シフタ、３３……感
応片、３４……位置検出器、３５……爪クラツ
チ、３６……滑りキー、３７……スプライン軸、
３８……シフタヨーク、３９……ピニオン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可動翼を備えた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翼角制御装
   置を備えた流体機械において、主軸上に設けたね
   じと係合するねじを備え軸受を介して滑りリング
   に対して回転自在で軸方向に連結された駒と、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の何れかにて第二の歯車が回転する歯数
   比を持つて連結する主軸に平行な一本の翼角操作
   力伝達軸上の背歯車装置と、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翼角制御装置
   を備えた流体機械。