(57)【要約】【課題】弱点ピンと摩擦トルク伝達装置にかかるトルクを任意に設定することができ、設計の自由度を高くすることが可能なガイドベーン装置を提供する。【解決手段】ガイドベーン装置のリンク機構４は、リンク７と、リンク７にリンクピン８を介し回動可能に連結されたゲートリンク９と、ガイドベーン１の回転軸３に固定されたゲートレバー１０と、ゲートリンク９とゲートレバー１０を連結する摩擦トルク伝達装置１１及び弱点ピン１２とを有している。摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置は、ガイドベーン１の回転軸３の軸心位置とリンクピン８の軸心位置とを結ぶ基準直線Ａに対して交差方向一方側に配置し、弱点ピン１２の軸心位置は、基準直線Ａに対して交差方向他方側に配置する。好ましくは、ガイドベーン１の回転軸３の軸心位置からの距離Ｄ１ａとリンクピン８の軸心位置からの距離Ｄ１ｂとが同じになるように配置する。【選択図】図６
2012172660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランナ流入口若しくはランナ流出側に環状に配置された複数のガイドベーンと、
ガイドリングと、
前記ガイドリングと前記複数のガイドベーンの回転軸との間でそれぞれ連結され、前記ガイドリングの回転力を前記複数のガイドベーンの回転軸にそれぞれ伝達する複数のリンク機構とを備え、
前記リンク機構は、
前記ガイドリングに駆動ピンを介し一方側端部が回動可能に連結されたリンクと、
前記リンクの他方側端部にリンクピンを介し一方側端部が回動可能に連結されたゲートリンクと、
前記ガイドベーンの回転軸に他方側端部が固定されたゲートレバーと、
前記ゲートリンクの他方側端部と前記ゲートレバーの一方側端部を連結する摩擦トルク伝達装置及び弱点ピンとを有し、
前記摩擦トルク伝達装置は、
前記ゲートリンクと前記ゲートレバーを貫通する連結ボルトと、
前記連結ボルトに螺合され、前記ゲートリンクと前記ゲートレバーを圧接するためのナットと、
前記連結ボルトが貫通するとともに、少なくとも前記ゲートリンクと前記ゲートレバーの圧接面に設けられた摩擦シューとを有するガイドベーン装置において、
前記摩擦トルク伝達装置の前記連結ボルトの軸心位置は、前記ガイドベーンの回転軸の軸心位置と前記リンクピンの軸心位置とを結ぶ基準直線に対して交差方向一方側に配置し、
前記弱点ピンの軸心位置は、前記基準直線に対して交差方向他方側に配置したことを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項２】
請求項１記載のガイドベーン装置において、
前記ガイドベーンの回転軸の軸心位置から前記連結ボルトの軸心位置までの距離と前記リンクピンの軸心位置から前記連結ボルトの軸心位置までの距離とが同じになるように配置したことを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項３】
請求項２記載のガイドベーン装置において、
前記弱点ピンの軸心位置は、前記ガイドベーンの回転軸の軸心位置から前記弱点ピンの軸心位置までの距離と前記リンクピンの軸心位置から前記弱点ピンの軸心位置までの距離とが同じになるように配置したことを特徴とするガイドベーン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水車、ポンプ、若しくはポンプ水車等の水力機械に係わり、特に、水車のランナ流入側若しくはポンプのランナ流出側の開口面積を調整するガイドベーン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力機械のガイドベーン装置は、例えば、ランナ流入側若しくはランナ流出側に環状に配置された複数のガイドベーンと、ガイドリングと、このガイドリングと複数のガイドベーンの回転軸との間でそれぞれ連結された複数のリンク機構とを備えている。そして、サーボモータによってガイドリングが回転すると、このガイドリングの回転力（トルク）が各リンク機構を介し各ガイドベーンの回転軸に伝達されて、複数のガイドベーンが同期して回転する。これにより、隣接するガイドベーンの間の開口を開閉して、水（作動流体）の流量を調整するようになっている。
【０００３】
ところで、例えば隣接するガイドベーンの間に水中の異物（木片等）が挟まった場合、ガイドベーンの閉操作が阻止されて過大な力が発生し、ガイドベーンやリンク機構を破損させる可能性がある。そこで、リンク機構の一部に弱点ピンを設けた構造が提唱されている。このような構造においては、隣接するガイドベーンの間に水中の異物が挟まった状態でガイドベーンを閉方向に操作したときに、大きな力が発生しても、弱点ピンが優先的に破断して、リンク機構を切り離す。これにより、過大な力が発生せず、ガイドベーンやリンク機構の破損を防止するようになっている。
【０００４】
しかし、リンク機構が切り離されたガイドベーンは、水流や水圧によって揺動し、隣接する他のガイドベーンに衝突して破損させる可能性がある。そこで、弱点ピンを介し互いに連結されたゲートリンク（アーム）及びゲートレバー（アームボス）に対し、それらを互いに圧接して圧接面に所定の摩擦力を付与する摩擦トルク伝達装置（詳細には、例えばボルト及び皿ばねで構成されたもの）を設けた構造が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。この摩擦トルク伝達装置によってゲートリンクとゲートレバーの圧接面における最大静止摩擦力（言い換えれば、静止摩擦力の限界）が設定されており、この最大静止摩擦力は、弱点ピンの破断時に生じる力よりも小さく、ガイドベーンが受ける水流や水圧によって生じる力よりも大きい。これにより、弱点ピンの破断時のように大きな力が生じるときは、ゲートリンク及びゲートレバーが相対的に回転して力を逃がす。その一方、ガイドベーンが受ける水流や水圧によっては、ゲートリンク及びゲートレバーが相対的に回転しないため、弱点ピンの破断後でもゲートレバーが揺動しないようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５２−１６８１３９号公報（図１及び図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地がある。すなわち、特許文献１に記載の従来技術では、図２から明らかなように、摩擦トルク伝達装置のボルトの軸心位置及び弱点ピンの軸心位置は、ゲートリンク（アーム）の一方側（図中左側）に位置するリンクピンの軸心位置とゲートレバー（アームボス）の他方側（図中右側）に位置するガイドベーンの回転軸の軸心位置とを結ぶ基準直線上に配置されている。そして、摩擦トルク伝達装置のボルトの軸心位置は、ガイドベーンの回転軸の軸心位置よりに配置され、弱点ピンの軸心位置は、リンクピンの軸心位置よりに配置されている。
【０００７】
摩擦トルク伝達装置または弱点ピンにかかるトルクは、リンクピンとガイドベーンの回転軸の軸心からの距離による。摩擦トルク伝達装置と弱点ピンとがリンクピンの軸心位置とガイドベーンの回転軸の軸心位置とを結ぶ基準直線上に配置されている場合、摩擦トルク伝達装置または弱点ピンの何れかの位置を決めると、他方の位置は限られた範囲で決めなければならない。しかし、例えば、弱点ピンは径をある程度の大きさのものとする必要があり、そして、径に応じた剪断トルクを得るために位置を調整する必要があるが、最適な位置におけない場合も想定される。即ち、摩擦トルク伝達装置と弱点ピンとがリンクピンの軸心位置とガイドベーンの回転軸の軸心位置とを結ぶ基準直線上に配置されている場合、弱点ピンと摩擦トルク伝達装置にかかるトルクを双方とも任意に設定することができない。また、周囲に障害物がある場合、摩擦トルク伝達装置と弱点ピンの両者を適切な位置配置とすることがさらに困難となる。
【０００８】
また、通常状態（詳細には、隣接するガイドベーンの間に水中の異物が挟まらない正常状態であって、且つガイドベーンの静止状態）における摩擦トルク伝達装置及び弱点ピンへの負荷の点で改善の余地があった。
【０００９】
本発明の目的は、弱点ピンと摩擦トルク伝達装置にかかるトルクを任意に設定することができ、設計の自由度を高くすることが可能なガイドベーン装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、通常状態における摩擦トルク伝達装置及び弱点ピンへの負荷を低減することができ、コスト低減を図ることができるガイドベーン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ランナ流入口若しくはランナ流出側に環状に配置された複数のガイドベーンと、ガイドリングと、前記ガイドリングと前記複数のガイドベーンの回転軸との間でそれぞれ連結され、前記ガイドリングの回転力を前記複数のガイドベーンの回転軸にそれぞれ伝達する複数のリンク機構とを備え、前記リンク機構は、前記ガイドリングに駆動ピンを介し一方側端部が回動可能に連結されたリンクと、前記リンクの他方側端部にリンクピンを介し一方側端部が回動可能に連結されたゲートリンクと、前記ガイドベーンの回転軸に他方側端部が固定されたゲートレバーと、前記ゲートリンクの他方側端部と前記ゲートレバーの一方側端部を連結する摩擦トルク伝達装置及び弱点ピンとを有し、前記摩擦トルク伝達装置は、前記ゲートリンクと前記ゲートレバーを貫通する連結ボルトと、前記連結ボルトに螺合され、前記ゲートリンクと前記ゲートレバーを圧接するためのナットと、前記連結ボルトが貫通するとともに、少なくとも前記ゲートリンクと前記ゲートレバーの圧接面に設けられた摩擦シューとを有するガイドベーン装置において、前記摩擦トルク伝達装置の前記連結ボルトの軸心位置は、前記ガイドベーンの回転軸の軸心位置と前記リンクピンの軸心位置とを結ぶ基準直線に対して交差方向一方側に配置し、前記弱点ピンの軸心位置は、前記基準直線に対して交差方向他方側に配置する。
【００１２】
本発明では、摩擦トルク伝達装置（連結ボルト）の軸心位置は、ガイドベーンの回転軸の軸心位置とリンクピンの軸心位置とを結ぶ基準直線に対して交差方向一方側に配置し、弱点ピンの軸心位置は、基準直線に対して交差方向他方側に配置しているので、摩擦トルク伝達装置と弱点ピンの配置位置を他方の配置位置に制限されることなく設定することができる。従って、摩擦トルク伝達装置と弱点ピンにかかるトルクをそれぞれ任意に設定することが可能となる。任意に設定できるので、摩擦トルク伝達装置については、ガイドベーン軸とリンクピンから伝わるトルクが小さくなる位置、好適には、ガイドベーン軸とリンクピンからの距離が同じになる位置に配置することができ、弱点ピンについては所望の剪断トルクが働く位置に適切に配置することができる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記ガイドベーンの回転軸の軸心位置から前記連結ボルトの軸心位置までの距離と前記リンクピンの軸心位置から前記連結ボルトの軸心位置までの距離とが同じになるように配置する。
【００１４】
このように本発明においては、ガイドベーンの回転軸の軸心位置から連結ボルトの軸心位置までの距離とリンクピンの軸心位置から連結ボルトの軸心位置までの距離とが同じになるように配置する。これにより、通常状態（詳細には、隣接するガイドベーンの間に水中の異物が挟まらない正常状態であって、且つガイドベーンの静止状態）では、ゲートレバーの回転モーメントによって摩擦トルク伝達装置にかかる力とゲートリンクの回転モーメントによって摩擦トルク伝達装置にかかる力を打ち消し合わせることができる。これにより、摩擦トルク伝達装置の摩擦シューで生じる摩擦力を低減することができる。また、摩擦トルク伝達装置の連結ボルトの軸心位置をガイドベーンの回転軸の軸心位置よりに配置した場合と比べ、ゲートレバーの回転モーメントによって連結ボルトにかかる力を低減することができ、摩擦トルク伝達装置の連結ボルトの軸心位置をリンクピンの軸心位置よりに配置した場合と比べ、ゲートリンクの回転モーメントによって連結ボルトにかかる力を低減することができる。すなわち、連結ボルトにかかる双方の力を低減することができ、剪断力を低減することができる。
【００１５】
また、本発明においては、摩擦トルク伝達装置の連結ボルトの軸心位置は、上記基準直線に対して交差方向一方側に配置する（言い換えれば、連結ボルトの軸心位置とガイドベーンの回転軸の軸心位置とを結ぶ直線、及び連結ボルトの軸心位置とリンクピンの軸心位置とを結ぶ直線が、基準直線に対して重ならないように配置する）。これにより、基準直線上に配置する場合と比べ、ガイドベーンの回転軸の軸心位置から連結ボルトの軸心の径方向位置までの距離、及びリンクピンの軸心位置から連結ボルトの軸心位置までの距離を長くとることができ、ゲートレバーの回転モーメント及びゲートリンクの回転モーメントによって連結ボルトにかかる力をさらに低減することができる。
【００１６】
さらに、本発明においては、弱点ピンの軸心位置は、上記基準直線に対して交差方向他方側に配置する（言い換えれば、弱点ピンの軸心位置とガイドベーンの回転軸の軸心位置とを結ぶ直線、及び弱点ピンの軸心位置とリンクピンの軸心位置とを結ぶ直線が、基準直線に対して重ならないように配置する）。これにより、基準直線上に配置する場合と比べ、ガイドベーンの回転軸の軸心位置から弱点ピンの軸心位置までの距離、及びリンクピンの軸心位置から弱点ピンの軸心位置までの距離を長くとることができ、ゲートレバーの回転モーメント及びゲートリンクの回転モーメントによって弱点ピンにかかる力を低減することができる。
【００１７】
したがって、本発明においては、通常状態における摩擦トルク伝達装置及び連結ピンへの負荷を低減することができる。その結果、連結ボルト及び弱点ピンの径寸法を小さくすることが可能となり、コスト低減を図ることができる。
【００１８】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記弱点ピンの軸心位置は、前記ガイドベーンの回転軸の軸心位置から前記弱点ピンの軸心位置までの距離と前記リンクピンの軸心位置から前記弱点ピンの軸心位置までの距離とが同じになるように配置する。
【００１９】
これにより、弱点ピンの軸心位置をガイドベーンの回転軸の軸心位置よりに配置した場合と比べ、ゲートレバーの回転モーメントによって弱点ピンにかかる力を低減することができ、弱点ピンの軸心位置をリンクピンの軸心位置よりに配置した場合と比べ、ゲートリンクの回転モーメントによって弱点ピンにかかる力を低減することができる。すなわち、弱点ピンにかかる双方の力を低減することができ、剪断力を低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、弱点ピンと摩擦トルク伝達装置にかかるトルクを任意に設定することができ、設計の自由度を高くすることが可能となる。
【００２１】
また、本発明によれば、本発明によれば、通常状態における摩擦トルク伝達装置及び弱点ピンへの負荷を低減することができ、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態におけるガイドベーン装置の構成を表す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるリンク機構の詳細構造を表す平面図である。
【図３】図２中断面III−IIIにおける断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における摩擦トルク伝達装置の詳細構造を表す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における弱点ピンの詳細構造を表す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の作用効果を説明するための図であり、リンク機構における力の分布を表す。
【図７】本発明の一実施形態の作用効果を説明するための図であり、比較例とともに摩擦トルク伝達装置にかかる力を表す。
【図８】本発明の一変形例におけるリンク機構及び摩擦トルク伝達装置の構造を表す断面図である。
【図９】本発明の他の変形例における摩擦トルク伝達装置の構造を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態におけるガイドベーン装置の構成を表す概略図である。図２は、リンク機構の詳細構造を表す平面図（ガイドベーンは便宜上図示せず）であり、図３は、図２中断面III−IIIにおける断面図である。図４は、摩擦トルク伝達装置の詳細構造を表す断面図であり、図５は、弱点ピンの詳細構造を表す断面図である。
【００２５】
これら図１〜図５において、ガイドベーン装置は、図示しない水車、ポンプ、若しくはポンプ水車に用いられるものであり、水車のランナ流入側若しくはポンプのランナ流出側の開口面積を調整するものである。このガイドベーン装置は、水車のランナ流入側若しくはポンプのランナ流出側（言い換えれば、例えば図示しないランナの外周側）に環状に配置された複数（図１では代表して２つのみ示す）のガイドベーン１と、ガイドリング２と、ガイドリング２と複数のガイドベーン１の回転軸３との間で連結された複数のリンク機構４とを備えている。そして、サーボモータ５によってガイドリング２が回転すると、このガイドリング２の回転力（トルク）が各リンク機構４を介し各ガイドベーン２の回転軸３に伝達されて、複数のガイドベーン１が同期して回転する。これにより、隣接するガイドベーン１の間の開口を開閉して、水（作動流体）の流量を調整するようになっている。
【００２６】
リンク機構４は、ガイドリング２に駆動ピン６を介し一方側（図２中左側）端部が回動可能に連結されたリンク７と、このリンク７の他方側（図２中右側）端部にリンクピン８を介し一方側（図２及び図３中左側）端部が回動可能に連結されたゲートリンク９と、ガイドベーン１の回転軸３に他方側（図２及び図３中右側）端部が固定されたゲートレバー１０と、ゲートリンク９の他方側（図２及び図３中右側）端部とゲートレバーの一方側（図２及び図３中左側）端部を連結する摩擦トルク伝達装置１１及び弱点ピン１２とを有している。
【００２７】
ゲートレバー１０は、ガイドベーン１の回転軸３の外周側に配置されたボス部１０ａと、このボス部１０ａから径方向外側（図２及び図３中左側）に向かって延在するとともに、互いにボス部１０ａの軸方向（図３中上下方向）に離間された２つのレバー部１０ｂ，１０ｃとで構成されている。ゲートレバー１０のボス部１０ａとガイドベーン１の回転軸３との間には、径方向固定のためのキー１３や、軸方向固定のためのキャップ１４及びボルト１５が設けられている。ゲートレバー１０のレバー部１０ｂ，１０ｃの間には、ゲートリンク９の他方側端部が挿入されている。なお、ゲートレバー１０のレバー部１０ｂ，１０ｃ及びゲートリンク９には、弱点ピン１２や後述する摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６が貫通する貫通穴がそれぞれ形成されている。
【００２８】
弱点ピン１２は、ゲートレバー１０のレバー部１０ｂ，１０ｃ及びゲートリンク９にそれぞれ形成された貫通穴を挿通するとともに、それらに固定されている。この弱点ピン１２の剪断強度は、リンク機構４を構成する他の部材の剪断強度より低くなっている。これにより、隣接するガイドベーン１の間に水中の異物が挟まった状態でガイドベーン１を閉方向に操作したときに、大きな力が発生しても、弱点ピン１２が優先的に破断するようになっている。
【００２９】
摩擦トルク伝達装置１１は、ゲートレバー１０のレバー部１０ｂ，１０ｃ及びゲートリンク９にそれぞれ形成された貫通穴を挿通する連結ボルト１６と、この連結ボルト１６に螺合され、ゲートレバー１０のレバー部１０ｂ，１０ｃ及びゲートリンク９を圧接するためダブルナット１７と、ゲートレバー１０のレバー部１０ｂ，１０ｃとゲートリンク９の圧接面にそれぞれ設けられた摩擦シュー１８Ａ，１８Ｂと、ゲートレバー１０のレバー部１０ｃの外面（図中上面）に設けられた摩擦シュー１８Ｃとを有している。なお、ゲートレバー１０のレバー部１０ｂの外面（図中下面）に摩擦シューを設けない理由は、連結ボルト１６が回転してナット１７が緩むのを防止するためであり、ゲートレバー１０のレバー部１０ｃの外面に摩擦シュー１８Ｃを設けた理由は、ゲートレバー１０のレバー部１０ｂ，１０ｃにおける相対的なずれを吸収するためである。
【００３０】
この摩擦トルク伝達装置１１によってゲートリンク９とゲートレバー１０の圧接面における最大静止摩擦力（言い換えれば、静止摩擦力の限界）が設定されており、この最大静止摩擦力は、弱点ピン１２の破断時に生じる力よりも小さく、ガイドベーン１が受ける水流や水圧によって生じる力よりも大きくなっている。これにより、弱点ピン１２の破断時のように大きな力が生じるときは、ゲートリンク９及びゲートレバー１０が相対的に回転して力を逃がす。その一方、ガイドベーン１が受ける水流や水圧によっては、ゲートリンク９及びゲートレバー１０が相対的に回転しないため、弱点ピン１２の破断後でもゲートレバー１が揺動しないようになっている。
【００３１】
ここで本実施形態の大きな特徴として、摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置は、ガイドベーン１の回転軸３の軸心位置とリンクピン８の軸心位置とを結ぶ基準直線Ａ（後述の図６参照）に対して一方側（図２及び図６中上側）に配置され、弱点ピン１２の軸心位置は、基準直線Ａに対して他方側（図２及び図６中下側）に配置されている。
【００３２】
また、摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置は、ガイドベーン１の回転軸３からの距離Ｄ１ａとリンクピン８の軸心位置からの距離Ｄ１ｂが同じ（実質的に同じ）となるように配置されている（後述の図６参照）。言い換えれば、連結ボルト１６の軸心位置とガイドベーン１の回転軸３の軸心位置とを結ぶ直線、及び連結ボルト１６の軸心位置とリンクピン８の軸心位置とを結ぶ直線が、基準直線Ａに対して重ならないように配置されている。
【００３３】
また、弱点ピン１２の軸心位置は、ガイドベーン１の回転軸３からの距離Ｄ２ａとリンクピン８の軸心位置からの距離Ｄ２ｂが同じ（実質的に同じ）となるように配置されている（後述の図６参照）。言い換えれば、弱点ピン１２の軸心位置とガイドベーン１の回転軸３の軸心位置とを結ぶ直線、及び弱点ピン１２の軸心位置とリンクピン８の軸心位置とを結ぶ直線が、基準直線Ａに対して重ならないように配置されている。
【００３４】
次に、本実施形態の作用効果を、図６及び図７により説明する。
【００３５】
図６は、リンク機構４の平面図とともに、通常状態における基準直線Ａ上の力の分布を表す図である。
【００３６】
この図６では、リンクピン８からの回転モーメント（言い換えれば、サーボピストン５によって付与されガイドリング２、駆動ピン６、及びリンク７を介し伝達されたトルク）ＴＬによってゲートリンク９に生じる力ＦＬの分布を表しており、この力ＦＬの分布は、仮にゲートリンク９がガイドベーン１の回転軸３まで延在した場合を想定して示している。そして、基準直線Ａ上でリンクピン８の軸心位置からガイドベーン１の回転軸３の軸心位置へ向かうに従って（言い換えれば、リンクピン８の軸心位置からの距離に応じて）、力ＦＬは減少する。
【００３７】
また、図６では、ガイドベーン１の回転軸３からの回転モーメント（言い換えれば、ガイドベーン１が受ける水流や水圧によって付与されたトルク）ＴＧによってゲートレバー１０に生じる力ＦＧの分布を表しており、この力ＦＧの分布は、仮にゲートレバー１０がリンクピン８まで延在した場合を想定して示している。そして、基準直線Ａ上でガイドベーン１の回転軸３の軸心位置からリンクピン８の軸心位置へ向かうに従って（言い換えれば、ガイドベーン１の回転軸３の軸心位置からの距離に応じて）、力ＦＧは減少する。
【００３８】
通常状態（詳細には、隣接するガイドベーン１の間に水中の異物が挟まらない正常状態であって、且つガイドベーン１の静止状態）では、ガイドベーン１の回転軸３からの回転モーメントＴＧとリンクピン８からの回転モーメントＴＬは、釣り合うために同じ大きさである。そして、本実施形態においては、ガイドベーン１の回転軸３の軸心位置から摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置までの距離Ｄ１ａとリンクピン８の軸心位置から摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置までの距離Ｄ１ｂとを同じにしている。これにより、ゲートレバー１０の回転モーメントＴＧによって摩擦トルク伝達装置１１にかかる力ＦＧ１とゲートリンク９の回転モーメントＴＬによって摩擦トルク伝達装置１１にかかる力ＦＬ１を打ち消し合わせることができる。したがって、摩擦トルク伝達装置１１の摩擦シュー１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃで生じる摩擦力を低減することができる。また、摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置をガイドベーン１の回転軸３の軸心位置よりに配置した場合と比べ、ゲートレバー１０の回転モーメントＴＧによって連結ボルト１６にかかる力ＦＧ１を低減することができ、摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置をリンクピン８の軸心位置よりに配置した場合と比べ、ゲートリンク９の回転モーメントＴＬによって連結ボルト１６にかかる力ＦＬ１を低減することができる。すなわち、連結ボルト１６にかかる双方の力ＦＧ１，ＦＬ１を低減することができ、剪断力を低減することができる。
【００３９】
このように、摩擦トルク伝達装置については、図６において力の一番小さくなる中間地点に摩擦トルク伝達装置を配置、即ち、距離Ｄ１ａと距離Ｄ１ｂが同じとなるように配置するのが理想的であるが、例えば働く力が一番小さいリンクピン８と回転軸３の中間点から、リンクピン８もしくは回転軸３の方向に、リンクピン８と回転軸３間距離の±30%の、弱い力が働く範囲での摩擦トルク伝達装置１１の配置も許容できる。即ち、力が一番小さく働くリンクピン８と回転軸３の中間点に摩擦トルク伝達装置があることで、連結ボルト１６とナット１７の締付力や連結ボルト１６の径を小さくでき、コストを削減できるが、摩擦トルク伝達装置１１の配置位置に障害物があり、摩擦トルク伝達装置１１が干渉するために配置をずらさなければならない場合も考えられる。この場合、障害物に干渉をしないように、力が一番小さく働くリンクピン８と回転軸３の中間点から、リンクピン８もしくは回転軸３の方向に、リンクピン８と回転軸３間距離の±30%の弱い力が働く範囲で摩擦トルク伝達装置１１を配置させる。
【００４０】
また、本実施形態においては、摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置を基準直線Ａ上に配置しないので、基準直線Ａ上に配置する場合と比べ、ゲートレバー１０の回転モーメントＴＧによって摩擦トルク伝達装置１１にかかる力ＦＧ１とゲートリンク９の回転モーメントＴＬによって摩擦トルク伝達装置１１にかかる力ＦＬ１をさらに低減することができる。ゲートレバー１０の回転モーメントＴＧによって摩擦トルク伝達装置１１にかかる力ＦＧ１を例にとり、図７を用いて具体的に説明する。この図７で示すように、比較例として、摩擦トルク伝達装置１１’の連結ボルト１６の軸心位置を基準直線Ａ上の中間位置に配置する場合を想定する。この比較例では、ガイドベーン１の回転軸３から連結ボルト１６までの距離Ｄ３ａとリンクピン８の軸心位置から連結ボルト１６の軸心位置までの距離Ｄ３ｂとを同じにしており、ガイドベーン１の回転軸３からの回転モーメントＴＧによって摩擦トルク伝達装置１１には力ＦＧ３がかかる。そして、本実施形態と比較例を比較すると、距離Ｄ１ａ＞Ｄ３ａ，Ｄ１ｂ＞Ｄ３ｂとなる。また、トルクＴＧ＝距離Ｄ１ａ×力ＦＧ１＝距Ｄ３ａ×力ＦＧ３であるから、力ＦＧ１＜ＦＧ３となる。すなわち、摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置を基準直線Ａ上に配置しなければ、基準直線Ａ上に配置する場合と比べ、ガイドベーン１の回転軸３の軸心位置から連結ボルト１６の軸心の径方向位置までの距離を長くとることができ、ゲートレバー１０の回転モーメントＴＧによって連結ボルト１６にかかる力を低減することができると言える。同様に、リンクピン８の軸心位置から連結ボルト１６の軸心の径方向位置までの距離を長くとることができ、ゲートリンク９の回転モーメントＴＬによって連結ボルト１６にかかる力を低減することができると言える。
【００４１】
また、本実施形態においては、弱点ピン１２の軸心位置は、摩擦トルク伝達装置１１の連結ボルト１６の軸心位置と同様な配置としている。すなわち、ガイドベーン１の回転軸３の軸心位置から弱点ピン１２の軸心位置までの距離Ｄ２ａとリンクピン８の軸心位置から弱点ピン１２の軸心位置までの距離Ｄ２ｂとを同じにしている。これにより、弱点ピン１２の軸心位置をガイドベーン１の回転軸３の軸心位置よりに配置した場合と比べ、ゲートレバー１０の回転モーメントＴＧによって弱点ピン１２にかかる力ＦＧ２を低減することができ、弱点ピン１２の軸心位置をリンクピン８の軸心位置よりに配置した場合と比べ、ゲートリンク９の回転モーメントＴＬによって弱点ピン１２にかかる力ＦＬ２を低減することができる。すなわち、弱点ピン１２にかかる双方の力ＦＧ２，ＦＬ２を低減することができ、剪断力を低減することができる。また、弱点ピン１２の軸心位置を基準直線Ａ上に配置しないので、基準直線Ａ上に配置する場合と比べ、ゲートレバー１０の回転モーメントＴＧによって弱点ピン１２にかかる力ＦＧ２とゲートリンク９の回転モーメントＴＬによって弱点ピン１２にかかる力ＦＬ２をさらに低減することができる。
【００４２】
したがって、本実施形態においては、通常状態における摩擦トルク伝達装置１１及び弱点ピン１２への負荷を低減することができる。その結果、連結ボルト１６及び弱点ピン１２の径寸法を小さくすることが可能となり、コスト低減を図ることができる。
【００４３】
なお、上記一実施形態においては、弱点ピン１２の軸心位置は、ガイドベーン１の回転軸３の軸心位置から弱点ピン１２の軸心位置までの距離Ｄ２ａとリンクピン８の軸心位置から弱点ピン１２の軸心位置までの距離Ｄ２ｂとが同じになるように配置した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば隣接するガイドベーン１の間に異物が挟まった状態でガイドベーン１を閉方向に操作したときに生じる力（言い換えれば、ゲートリンク９の回転モーメントＴＬによって生じる力ＦＬ）と弱点ピン１２の剪断強度との関係を考慮し、弱点ピン１２の軸心位置は、ガイドベーン１の回転軸３の軸心位置又はリンクピン８の軸心位置よりに配置する必要がある場合もある。すなわち、水力機械によっては、図６における力の一番小さくなる中間地点だと力が弱すぎ、弱点ピンが極端に細く設計され、ガイドベーンが異物を噛んだ時に折れずに曲がってしまう場合も想定される。弱点ピンの設計径が細くなりすぎて破断しない場合を防ぐためには、弱点ピンの径を大きくしなければならない。大きな径を持つ弱点ピンが破断するためにはより大きな力の作用が必要である。このため、弱点ピンの最適径を考慮し、弱点ピンの配置を決定する必要があり、リンクピン８か回転軸３の方向に寄せて弱点ピンを配置させるようにする。本実施形態では、摩擦トルク伝達装置１１と弱点ピン１２の軸心位置を基準直線Ａ上に配置していないので、摩擦トルク伝達装置１１の位置に拘わらず任意の位置に弱点ピン１２を配置することができ、弱点ピン１２を適切な位置に配置することができる。
【００４４】
また、上記一実施形態においては、図２、図６、及び図７で示すように、摩擦トルク伝達装置１１を基準直線Ａに対して図中上側に配置し、弱点ピン１２を基準直線Ａに対して図中下側に配置した構造を例にとって説明したが、これに限られず、摩擦トルク伝達装置１１を基準直線Ａに対して図中下側に配置し、弱点ピン１２を基準直線Ａに対して図中上側に配置した構造としてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、上記一実施形態においては、ゲートレバー１０は、ボス部１０ａ及び２つのレバー部１０ｂ，１０ｃからなる構造を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、ボス部１０ａ及び１つのレバー部１０ｂ’からなる構成としてもよい。そして、摩擦トルク伝達装置１１は、図８で示すように、ゲートレバー１０のレバー部１０ｂ’とゲートリンク９の圧接面に設けられた摩擦シュー１８Ａ’と、ゲートレバー１０のレバー部１０ｂ’の外面（図中上面）に設けられた摩擦シュー１８Ｂ’とを有すればよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、上記一実施形態においては、特に説明しなかったが、摩擦トルク伝達装置１１は、摩擦シュー１８Ｃとナット１７との間にバネ１９を設けてもよい。そして、ナットの位置によって圧接面における最大静止摩擦力を調節可能としてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１    ガイドベーン
２    ガイドリング
３    回転軸
４    リンク機構
６    駆動ピン
７    リンク
８    リンクピン
９    ゲートリンク
１０  ゲートレバー
１１  摩擦トルク伝達装置
１２  弱点ピン
１６  連結ボルト
１７  ナット
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ  摩擦シュー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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