(57)【要約】【課題】曲げ荷重に対する弱点部の強度を高めることができる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５は、ガイドリング３に第１リンクピン７を介し一方側端部が回動可能に連結されたリンク８と、リンク８の他方側端部に第２リンクピン９を介し一方側端部が回動可能に連結され、ガイドベーン２の回転軸４に他方側端部が固定されたレバー１０とを備えている。第１リンクピン７は、弱点部７ａを有する。弱点部７ａの径方向断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなるように、操作力作用線Ｌ方向の幅寸法が、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい形状である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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第１リンク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第２リンクピンを介し一方側端部が回動可能に連結され、前記ガイドベーンの回転軸に他方側端部が固定されたレバーとを備え、
前記第１リンクピンは、軸方向の一部分に他の部分と比較して剪断強度が低い弱点部を有するガイドベーン装置において、
前記第１リンクピンの径方向における前記弱点部の断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなるように、前記第１リンクピンの軸心と前記第２リンクピンの軸心とを結ぶ操作力作用線方向の幅寸法が、前記操作力作用線方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい形状である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、
前記第１リンクピンの径方向における前記弱点部の断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなるように、前記第１リンクピンの軸心と前記第２リンクピンの軸心とを結ぶ操作力作用線方向の幅寸法が、前記操作力作用線方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい略長方形状であることを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項３】
請求項１記載のガイドベーン装置において、
前記第１リンクピンの径方向における前記弱点部の断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなるように、前記第１リンクピンの軸心と前記第２リンクピンの軸心とを結ぶ操作力作用線方向の幅寸法が、前記操作力作用線方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい略多角形状であることを特徴とするガイドベーン装置。
【請求項４】
請求項１記載のガイドベーン装置において、
前記第１リンクピンの径方向における前記弱点部の断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなるように、前記第１リンクピンの軸心と前記第２リンクピンの軸心とを結ぶ操作力作用線方向の幅寸法が、前記操作力作用線方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい長円形状若しくは楕円形状である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、ガイドリングと、ランナ外周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部を設けた構造が提唱されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載のリンク機構は、ガイドリングに第１リンク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、このリンクの他方側端部に第２リンクピンを介し一方側端部が回動可能に連結され、ガイドベーンの回転軸に他方側端部が固定されたレバー（ガイドベーンアーム）とを備えている。第１リンクピンは、いわゆる弱点ピンであって、軸方向の一部分に他の部分と比較して剪断強度が低い弱点部を有している。そして、第１リンクピンの弱点部に設定値以上の操作力が作用した場合には、第１リンクピンの弱点部が剪断破壊され、リンク機構が切り離される。これにより、過大な力が発生せず、ガイドベーン等の破損を防止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１２８３８２号公報（図５参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では明確に記載されていないものの、第１リンクピンの弱点部の径方向断面は、真円形状であり、その断面積は、ガイドベーン等の破損を防止するための剪断荷重の上限値に基づいて設定されている。
【０００７】
ところで、サーボモータによるガイドリングの操作時にガイドリングの変形等が生じることがあり、第１リンクピンには、第１リンクピンの軸心と第２リンクピンの軸心とを結ぶ操作力作用線上の断面において曲げ荷重が作用する。そのため、この曲げ荷重に対する弱点部の強度を高めたいという要望がある。しかし、上述した理由によって弱点部の断面積が設定されていることから、曲げ荷重に対する強度を高めるために弱点部の断面積を大きくすることはできない。
【０００８】
本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、曲げ荷重に対する弱点部の強度を高め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】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、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、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第１リンク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第２リンクピンを介し一方側端部が回動可能に連結され、前記ガイドベーンの回転軸に他方側端部が固定されたレバーとを備え、前記第１リンクピンは、軸方向の一部分に他の部分と比較して剪断強度が低い弱点部を有するガイドベーン装置において、前記第１リンクピンの径方向における前記弱点部の断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなるように、前記第１リンクピンの軸心と前記第２リンクピンの軸心とを結ぶ操作力作用線方向の幅寸法が、前記操作力作用線方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい形状である。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１リンクピンの径方向における前記弱点部の断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなるように、前記第１リンクピンの軸心と前記第２リンクピンの軸心とを結ぶ操作力作用線方向の幅寸法が、前記操作力作用線方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい略長方形状である。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記第１リンクピンの径方向における前記弱点部の断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなるように、前記第１リンクピンの軸心と前記第２リンクピンの軸心とを結ぶ操作力作用線方向の幅寸法が、前記操作力作用線方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい略多角形状である。
【００１２】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記第１リンクピンの径方向における前記弱点部の断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなるように、前記第１リンクピンの軸心と前記第２リンクピンの軸心とを結ぶ操作力作用線方向の幅寸法が、前記操作力作用線方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい長円形状若しくは楕円形状である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、弱点部は、真円形状である場合より断面係数が大きくなり、曲げ荷重に対する強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の適用対象であるガイドベーン装置の構造を表す断面図である。
【図２】本発明の適用対象であるガイドベーン装置の概略構造を表す上面図である。
【図３】本発明の適用対象であるガイドベーン装置のリンク機構の構造を表す上面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による弱点部の断面形状を表す図である。
【図５】本発明の第１の変形例による弱点部の断面形状を表す図である。
【図６】本発明の第２の変形例による弱点部の断面形状を表す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による弱点部の断面形状を表す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による弱点部の断面形状を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の適用対象であるガイドベーン装置の構造を表す断面図である。図２は、本発明の適用対象であるガイドベーン装置の概略構造を表す上面図であり、図３は、リンク機構の構造を表す上面図である。
【００１６】
これら図１〜図３において、ガイドベーン装置は、例えばフランシス型水車等の水車（言い換えれば、水の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する水力機械）、ポンプ（言い換えれば、電気エネルギーを水の運動エネルギーに変換する水力機械）、若しくはポンプ水車（言い換えれば、水車の機能及びポンプの機能を併せ持つ水力機械）に用いられるものである。そして、水車においてはランナ流入側の開口面積を調整し、ポンプにおいてはランナ流出側の開口面積を調整するものである。
【００１７】
このガイドベーン装置は、ランナ１（羽根車）の外周側に環状に配置された複数（図２では代表して２つのみ示す）のガイドベーン２と、ガイドリング３と、このガイドリング３と複数のガイドベーン２の回転軸４との間で連結された複数のリンク機構５とを備えている。そして、サーボモータ６によってガイドリング３が回転すると、このガイドリング３の回転力（トルク）が各リンク機構５を介し各ガイドベーン２の回転軸４に伝達されて、複数のガイドベーン２が同期して回転する。これにより、隣接するガイドベーン２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。
【００１８】
リンク機構５は、ガイドリング３に第１リンクピン７を介し一方側（図１中左側）端部が回動可能に連結されたリンク８と、このリンク８の他方側（図１中右側）端部に第２リンクピン９を介し一方側（図１中左側）端部が回動可能に連結され、ガイドベーン２の回転軸４に他方側（図１中右側）端部が固定されたたレバー１０とを備えている。なお、第１リンクピン７はリンク８に固着されており、第１リンクピン７及びリンク８がガイドリング３に対し相対的に回動するようになっている。
【００１９】
第１リンクピン７は、いわゆる弱点ピンであって、軸方向の一部分に他の部分と比較して径方向断面積が小さく剪断強度が低い弱点部７ａを有している。これにより、隣接するガイドベーン２の間に水中の異物が挟まった状態でガイドベーン２を閉方向に操作したときに、大きな力が発生しても、第１リンクピン７の弱点部７ａが優先的に破断するようになっている。そのため、第１リンクピン７の弱点部７ａの径方向断面積は、ガイドベーン２等の破損を防止するための剪断荷重の上限値に基づいて設定されている。
【００２０】
ところで、サーボモータ６によるガイドリング３の操作時にガイドリング３の変形等が生じることがあり、第１リンクピン７には、第１リンクピン７の軸心と第２リンクピン９の軸心とを結ぶ操作力作用線Ｌ上の断面において曲げ荷重（図１中矢印で示す）が作用する。そのため、この曲げ荷重に対する弱点部７ａの強度を高めたいという要望がある。しかし、上述した理由によって弱点部７ａの断面積が設定されていることから、曲げ荷重に対する強度を高めるために弱点部の断面積を大きくすることはできない。そこで、本発明では、第１リンクピン７の弱点部７ａの径方向断面は、真円形状である場合より断面係数が大きくなる形状を採用する。このような本発明の実施形態を、以下説明する。
【００２１】
本発明の第１の実施形態を図４により説明する。図４は、本発明の第１の実施形態による第１リンクピン７の弱点部７ａの径方向断面を表す図である。
【００２２】
本実施形態では、第１リンクピン７の弱点部７ａの径方向断面は、操作力作用線Ｌ方向（図４中上下方向）を長辺、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向（図４中左右方向）を短辺とした略長方形状である。すなわち、操作力作用線Ｌ方向の幅寸法Ａ１が、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向の幅寸法Ｂ１より大きい形状である。これにより、弱点部７ａは、真円形状である場合より断面係数が大きくなり、曲げ荷重に対する強度を高めることができる。なお、「略長方形状」とは、応力集中を低減するために角部に適度な丸み（Ｒ）をつけた長方形状を意味する。
【００２３】
なお、上記第１の実施形態においては、第１リンクピン７の弱点部７ａの径方向断面は、略長方形状である場合を例にとって説明したが、これに限られず、操作力作用線Ｌ方向の幅寸法が、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向の幅寸法より大きい形状であれば、他の略多角形状であってもよい。具体的には、例えば図５で示す第１の変形例のように、略六角形状（言い換えれば、角部に適度な丸み（Ｒ）をつけた六角形状）であって、操作力作用線Ｌ方向（図５中上下方向）の幅寸法Ａ２が、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向（図５中左右方向）の幅寸法Ｂ２より大きい形状としてもよい。また、例えば図６で示す第２の変形例のように、略Ｈ形状（言い換えれば、角部に適度な丸み（Ｒ）をつけたＨ形状）であって、操作力作用線Ｌ方向（図６中上下方向）の幅寸法Ａ２が、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向（図６中左右方向）の幅寸法Ｂ２より大きい形状としてもよい。これらの変形例においても、弱点部７ａは、真円形状である場合より断面係数が大きくなり、曲げ荷重に対する強度を高めることができる。
【００２４】
本発明の第２の実施形態を図７により説明する。図７は、本発明の第２の実施形態による第１リンクピン７の弱点部７ａの径方向断面を表す図である。
【００２５】
本実施形態では、第１リンクピン７の弱点部７ａの径方向断面は、操作力作用線Ｌ方向（図７中上下方向）を長軸、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向（図７中左右方向）を短軸とした長円形状である。すなわち、操作力作用線Ｌ方向の幅寸法Ａ４が、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向の幅寸法Ｂ４より大きい形状である。これにより、弱点部７ａは、真円形状である場合より断面係数が大きくなり、曲げ荷重に対する強度を高めることができる。なお、「長円形状」とは、２つの直線とそれらをつなぐ２つの円弧とで輪郭が形成された形状を意味する。
【００２６】
本発明の第３の実施形態を図８により説明する。図８は、本発明の第３の実施形態における弱点部の径方向断面を表す図である。
【００２７】
本実施形態では、第１リンクピン７の弱点部７ａの径方向断面は、操作力作用線Ｌ方向（図８中上下方向）を長軸、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向（図８中左右方向）を短軸とした楕円形状である。すなわち、操作力作用線Ｌ方向の幅寸法Ａ５が、操作力作用線Ｌ方向に対し直交する方向の幅寸法Ｂ５より大きい形状である。これにより、弱点部７ａは、真円形状である場合より断面係数が大きくなり、曲げ荷重に対する強度を高めることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１      ランナ
２      ガイドベーン
３      ガイドリング
４      回転軸
５      リンク機構
６      サーボモータ
７      第１リンクピン
７ａ    弱点部
８      リンク
９      第２リンクピン
１０    レバー
【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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