JP2006300217A

JP2006300217A - ノーバック装置

Info

Publication number: JP2006300217A
Application number: JP2005122832A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Murakami; 宏明村上
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: JP4438676B2

Abstract

【課題】ラチェットなどによる逆止機構を設けているので構造が複雑で確実性に問題を有していたが、この点を解決し構成簡略なノーバック装置を提供する。
【解決手段】入力軸１と出力軸３との互いに対向する各端面間にはボールカム機構が設けられている。このボールカム機構はその主体をなすボール２が両者間に介在されている。入力軸１と出力軸３は互いにボール２を挟持する凹部が互いの対向面に形成されている。さらに入力軸１のフランジ部１Ｆには凹部から溝深さが円周方向に徐々に浅く形成され、回転入力が行われると入力軸１と出力軸３との相対的な回転によりボール２がカム溝に沿って移動して入力軸１と出力軸３との間隔を拡縮変位させる。このボールカム機構の外に出力軸３からの逆駆動力が作用するときこれを阻止するブレーキ機構と、このブレーキ機構の機能を調整するためにケース４とブレーキ盤４Ｂとの間に圧縮バネ１２が介設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば航空機の動翼を作動させるねじ送り機構主体のアクチュエータに係り、動翼側からの作用力によってねじ送り機構が逆回転されるのを阻止できるノーバック装置に関する。

この種のノーバック装置は、ねじ送り機構を主体とし、ねじの力学で回転力すなわちトルクをねじ軸心方向の変位に変換し対象物（航空機の動翼など）を目的に応じて作動させるものであるが、最近ではこのねじ送り機構もボールねじを利用する方式のものが主流となっている。ねじ送り機構におけるねじの力学は、一方が他方の周りをＦなる軸力に逆らって回転する場合のトルクをＴＡ、そして前記Ｆなる軸力に負ける方向に回転する場合のトルクをＴＢとするとき、これらトルクＴＡ、ＴＢはつぎの数式１に示す関係式で計算される。

さらに、ねじ送りにおける互いの接触を転がり接触で行うボールねじの場合は、ねじ軸とナットの間に介在された鋼球が転動しながら無限循環するもので、高い機械効率すなわち９０％以上の効率を有し消費動力が少ない。ただ反面、直線運動を回転運動に変換することも容易である。このボールねじの場合の力学によれば、外部荷重に抗してボールねじを回転するのに必要なトルクＴは下記の数式２に示される式にて計算される値となる。このようなねじ送り機構が主体のアクチュエータでしかも出力軸側たとえば動翼（負荷）側からの作用力によるねじ送り機構の逆回転を阻止するため、通常ラチェット機構を併設し、ねじ送り機構とラチェット機構の協働による方式のものが常用されている（特許文献１参照）。

図３はこの従来から常用されているノーバック装置の構成を概略的に示す縦断面図で、１５は左方の入力源たとえば電動機（図示せず）により回転駆動される入力軸で、この回転は右方の出力軸１８に伝達されるが、右方端には回転駆動盤１５Ｆが一体的に形成されている。この回転駆動盤１５Ｆの右面には、ボール１６をカムフォロアとするカム溝２６が形成されている。このカム溝２６は、溝の底面が円弧状でボール１６のセンタリング（復帰）を容易にする形となっているが、このカム溝２６が１２０°間隔で３個設けられている。他方、このボール１６は出力軸１８側に保持された可動部材１７の右方端面に係合されているとともに、回転駆動盤１５Ｆと可動部材１７の両対応面に環状溝１５Ｍと１７Ｍが形成されている。なお、この両環状溝１５Ｍ、１７Ｍにはトーションバネ２５が挿設されている。

さらに可動部材１７は、出力軸１８に形成されたスプライン１８Ｓを介して出力軸１８に対して回転方向に一体的で、かつ軸方向に変位可能に保持されている。また、２０は圧縮バネで、固定部と可動部材１７との間に介在され、常時可動部材１７を左方に付勢している。この圧縮バネ２０の付勢力とトーションバネ２５の復元力により、入力軸１５に回転駆動力が発生していないときには、カムフォロアであるボール１６はカム溝２６の中央最深部の位置（センター位置）に位置決め（センタリング）されるよう構成されている。

以上の構成に加えて、出力軸１８の右方には上述したとおり消費動力を少なくするためにボールねじ杆１８Ｂが伸設されている。さらにこのボールねじ杆１８Ｂの基部の周囲に歯形１８Ｇが凸設された歯形制止盤１８Ｐが一体的に付設されている。他方、この歯形制止盤１８Ｐの歯形１８Ｇに対しては、ロックリンク２１のロック爪２１Ｔが、進退するようロックリンク２１が揺動可能に支軸１７Ｓに支持されている。また、ロックリンク２１の左方端は前記可動部材１７に係合している。さらに、このロックリンク２１にはピン２３が植設されていて、このピン２３と固定ピン２２との間には支軸１７Ｓに巻回された付勢バネ２４が掛け渡されている。

この付勢バネ２４の弾力により、ロックリンク２１はロック爪２１Ｔが常時歯形制止盤１８Ｐの歯形１８Ｇに向けて付勢されている。したがって、可動部材１７が圧縮バネ２０による弾力を受け、かつ入力軸１５に回転駆動力が生じていない場合には、付勢バネ２４の弾力によって図に示すように、ロックリンク２１のロック爪２１Ｔは歯形制止盤１８Ｐの歯形１８Ｇに進入し、歯形制止盤１８Ｐの回転を阻止する状態にある。なお、固定ピン２２はこのノーバック装置を収容するケース（図示せず）に植設されている。

なお、図３に図示する構成は、固定ハウジング（図示せず）に内設され、あるいは保持されている。他方、出力軸１８には、前記したとおりボールねじ杆１８Ｂが伸設されており、このボールねじ杆１８ＢにはボールＫを介してボールナット杆１９が螺合されて右方に伸設されている。このボールナット杆１９の右方には、負荷、たとえば前記したように航空機の動翼等への連結部が設けられている。そして入力軸１５が正転または逆転したとき、そのいずれかの回転においてもボールナット杆１９が負荷を作動させ所期の目的を達成する。ボールねじの場合は前述したように消費動力が少なくてすむ。

従来におけるノーバック装置は、以上のとおり構成されているので負荷側からの作用力によるバック回転については、その阻止がつぎのとおり行われる。入力軸１５がその回転駆動源（図示せず）からの回転を得て回転駆動されるとき、その回転方向が正逆いずれの場合においても回転駆動盤１５Ｆの回転によって、ボール１６とカム溝２６が協働しこのカム機構により可動部材１７が圧縮バネ２０の弾力に抗して左方へ変位する。すると、ロックリンク２１の右方端が左方に押されてロックリンク２１は圧縮バネ２０の弾力に抗して２点鎖線に示すようにロック爪２１Ｔが歯形制止盤１８Ｐの歯形１８Ｇから退避し、歯形制止盤１８Ｐの回転を自由（許容）にする。

したがって、入力軸１５の回転はボール１６、可動部材１７の係止関係を介して出力軸１８に伝達され、ボールねじ杆１８Ｂが入力される。そしてボールナット杆１９が往復動され、所期の目的が達成されることになる。他方、回転駆動力が発生しない状態、すなわち入力軸１５が回転駆動されていないときに、負荷側からの不要な作用力が発生した場合、ボールナット杆１９が押圧され、ボールねじ杆１８Ｂにバック回転駆動力が発生しようとする。このとき、ボールカム機構のボール１６は、圧縮バネ２０の弾力によって可動部材１７が右方に押され、したがってロックリンク２１は実線で示す位置にあって歯形制止盤１８Ｐは回転が阻止された状態にある。このようにして、上記負荷側からの作用力が発生してもボールねじ杆１８Ｂは回転されず、ノーバック機能が達成されることになる。
特開２０００−９７３０８号公報

従来におけるノーバック装置は、上記したとおり出力軸１８からのバックドライブトルク（逆駆動力）を阻止するために歯形状の回転盤とこれに進退して係脱するロック爪２１Ｔの機構を必要とする方式であって、部品個数も多く構造が複雑でコストも高くなる。しかもロック爪２１Ｔはリンク機構であって構造が複雑な上、ロック爪２１Ｔが歯形１８Ｇの山と衝突することもあって係合が円滑に行われない場合もあり、さらに逆にロック爪２１Ｔが歯形１８Ｇから離脱しにくい場合もあり得るなど操作の確実性、正確性が低いという問題も有している。本発明はこのような欠点を解決するノーバック装置を提供する。

本発明が提供するノーバック装置は、上記課題を解決するために、回転駆動源にて回転駆動される回転力を入力する入力軸と、この入力軸からの回転力を受けて回転力を出力する出力軸と、互いに対向する前記入力軸と出力軸の両端面間に介在されボールをカムフォロアするボールカム機構と、出力軸に係止されるブレーキ盤を圧縮バネにて固定部に摺接させ出力軸を制止させるブレーキ機構とを備え、ボールカム機構にて出力軸が軸心方向に変位したとき前記圧縮バネが圧縮されて出力軸の制止が解かれるとともに、圧縮バネによるブレーキ機構の制止力は出力軸から入力軸に向けての逆駆動力より大きく設定する。したがって入力軸からの回転を入力するときは、ボールカム機構にて出力軸が軸心方向に変位しブレーキ機構が圧縮バネによる弾力を受けないのでブレーキ機構による制止力は消失して回転の入力は即出力軸に伝達される。また逆駆動を出力軸側から受けたときは圧縮バネの弾力にてブレーキ機構の制止力が作用しており逆駆動は阻止される。

出力軸側からの逆駆動すなわちバックドライブトルクはブレーキがかけられて確実に阻止することができる。したがってたとえば航空機の動翼作動機構としては機能を果たすとともに動翼側からのバックドライブは完全に阻止して航空機としての安全を保障できる。しかもきわめて簡略な構成によって上記のような機能が達成できる。メンテナンスも容易であり誤動作も発生しにくく、小形軽量で経済性に優れている。

本発明はブレーキ機構を介して入力軸と出力軸が共に固定部に対して制止されている構成を基本とし、その制止は常時は圧縮による弾力を発生させる圧縮バネを圧入することによって保障する構成となっている。そして入力軸側に駆動力が作用したときボールカム機構で圧縮バネを更に圧縮し換言すると圧縮バネによる弾力がブレーキに作用させるのを阻止させ、入力軸の回転を出力軸に伝達できるように構成したことを特徴としている。これらの機能を発揮し得る実施形態が最良の形態となる。

以下、本発明の一実施を図１、図２にしたがって説明する。
図１は図３と同様、本発明のノーバック装置を縦断面して示す断面図である。図１において４はケースでノーバック装置の主体をなす入力軸１と出力軸３を貫通する開口部が軸心方向両側に設けられている。５はケース４の右方側開口部にたとえばねじ結合される環状の端部枠である。

入力軸１は、端部に断面Ｌ字形のフランジ部１Ｆが一体的に形成されている。またこの入力軸１は、第１ラジアル軸受６を介してケース４に回転可能に保持され、同時に第１スラスト軸受８を介してケース４の左方内面に対しても回転可能に保持されている。

他方、出力軸３はケース４の出力軸側開口部に突出すべくその基部３Ｋがケース４内に配設され、第２ラジアル軸受７を介してケース４に対し回転可能に保持されている。と同時に入力軸１と同様第３スラスト軸受１０を介して端部枠５に対して回転可能に保持されている。

上記のように配設された入力軸１と出力軸３との互いに対向する各端面間には図２に示すようにボールカム機構が設けられている。具体的には、入力軸１と出力軸３は互いにボール２を挟持する凹部１Ｋが互いの対向面に形成され、ボールカム機構はその主体をなすボール２が両者間に介在されている。
さらに入力軸１のフランジ部１Ｆにはボール２の保持用の凹部１Ｋから円周方向にカム溝１Ｍが一定の角度範囲の長さで形成され、溝深さが円周方向に徐々に浅く形成されている。他方の出力軸３の側にはカム溝は形成されていない。したがって回転入力が行われると入力軸１と出力軸３との相対的な回転によりボール２がカム溝１Ｍに沿って移動し、入力軸１と出力軸３との間隔が拡縮変位される。

本発明が提供するノーバック装置においては、上記ボールカム機構の外に出力軸３からの逆駆動力が作用するときこれを阻止するブレーキ機構と、このブレーキ機構の機能を調整する圧縮バネ機構が設けられている点に特徴を有している。以下この２つの機構について図１を中心に説明する。

ブレーキ機構は、固定側すなわちケース４側に係止された複数枚のブレーキ盤４Ｂと出力軸３の基部３Ｋに係止された複数枚のブレーキ盤３Ｂが互いに交互に１枚ずつ接合される形で構成されている。そして両ブレーキ盤３Ｂと４Ｂが互いに強く接合されているときブレーキ機能を発揮して入力軸１と出力軸３をケース４側に固定する。ブレーキ機構におけるすべてのブレーキ盤４Ｂはその周囲に形成された歯形がケース４の内周面に形成されたスプライン溝４Ｓに噛み合うことによって係止され、またすべてのブレーキ盤３Ｂはその環状内周面に形成された歯形が出力軸３の基部３Ｋの外周面に形成されたスプライン溝３Ｓに噛み合うことによって係止されている。なお、ブレーキ盤３Ｂとフランジ部１Ｆとの間には第２スラスト軸受９が介設されている。

以上のような構成によって両ブレーキ盤３Ｂと４Ｂが互いに強く接合されることでブレーキ機能が発揮されるが、この強い接合は圧縮バネ１２の弾力によって保障される。図１に示される圧縮バネ１２は皿バネを互いに組み合わせ接合したもので、ケース４の端部枠５と出力軸３の基部３Ｋに突設された小径フランジ３Ｆとの間に圧入されている。図１に示す圧縮バネ１２の状態は皿バネが若干圧縮され、弾力が発生してその弾力にて各ブレーキ盤３Ｂと４Ｂが強固に接圧されブレーキ機能が発揮されている状態である。なお１３はブレーキ盤３Ｂと小径フランジ３Ｆとの間に介設されたリング状のスペーサである。

この状態における圧縮バネ１２による弾力にて各ブレーキ盤３Ｂ、４Ｂが接合されるときの強度は、出力軸３に逆駆動力が作用しても出力軸３は回転できない程度の弾力に設定されている。逆駆動力の大きさは、このノーバック装置が利用される各作動機器にもより異なるが、その最大の逆駆動力が発生しても出力軸３の回転を阻止するだけの弾力となる圧縮バネ１２の特性が設定されているのであり、この点にも本発明の特徴がある。

本発明が提供するノーバック装置は、以上詳述した構成であるから、つぎのとおり作動する。図示していない回転駆動源（たとえばモータ）にて回転力が入力軸１に供給され入力軸１が回転する。入力軸１が回転を始めるとき、出力軸３には負荷が結合されているから出力軸３が固定の状態で入力軸１が回転駆動される。この作動は前述したねじの力学による。入力軸１の回転によってボールカム機構が作動して出力軸３が入力軸１に対して相対的に軸心方向（出力軸３の突出方向）に変位する。この変位によって出力軸３の基部３Ｋにおける小径フランジ３Ｆが圧縮バネ１２を押圧し圧縮バネ１２のブレーキ盤３Ｂ、４Ｂへ作用する弾力を消去される。

するとブレーキ機構のブレーキも消去され、入力軸１の回転力が出力軸３に伝達され、出力軸３の回転で負荷が作動して目的が達成される。
しかし、入力軸１からの回転でなく、出力軸３から入力軸１へ向けての逆駆動力が作用するときは、ボールカム機構は作動しておらず、したがって圧縮バネ１２は解放されて弾力を作用しており、ブレーキ機構のブレーキ機能が働いて出力軸３は回転が阻止され、逆駆動は行われない。

本発明が提供するノーバック装置の構成そして特徴は以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を包含する。
まず実施例では出力軸３までの構成について詳述し、従来例を示す図３のように出力軸とねじ送り機構との結合例を示していないが、本発明はねじ送り機構を結合するノーバック装置に適用できることは当然であり、図示例に限定されない。また、入力軸１の形状について実施例は断面形状がＬ字形に形成したが、これはブレーキ機構の大きさ（軸心方向長さ）との関係で設けられたものであり、ブレーキ機構をより長くした場合は、単なるＴ字形の入力軸とすることもできる。つぎにブレーキ機構について実施例は複数枚のブレーキ盤３Ｂ、４Ｂを固定側と可動側交互に積層状態にし、接合させる例を示している。この方式は小さいスペースでかつ極めて効率よく制止力を発揮するものであり効果的な実施例であるが、雄形と雌形のテーパ筒を互いに近接離反させ接合させる方式のテーパ円筒形ブレーキ機構を採用することもでき、図示例の方式に限定されない。さらに、このブレーキ機構へ弾力を付勢する圧縮バネ１２について実施例は短いシフトで効率よく弾力の発生、消失を行える皿形状のバネの例を挙げたが、コイル状の圧縮バネとすることも可能である。本発明はこれらの変形例を包含する。

本発明のノーバック装置を縦断して示す図である。本発明のノーバック装置の要部を斜視的に示す図である。従来の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１、１５入力軸
１Ｆフランジ部
１Ｋ凹部
１Ｍカム溝
２、１６、Ｋボール
３、１８出力軸
３Ｂ、４Ｂブレーキ盤
３Ｆ小径フランジ
３Ｋ基部
３Ｓ、４Ｓスプライン溝
４ケース
５端部枠
６第１ラジアル軸受
７第２ラジアル軸受
８第１スラスト軸受
９第２スラスト軸受
１０第３スラスト軸受
１２、２０圧縮バネ
１３スペーサ
１５Ｆ回転駆動盤
１５Ｍ、１７Ｍ環状溝
１７可動部材
１７Ｓ支軸
１８Ｂボールねじ杆
１８Ｇ歯形
１８Ｐ歯形制止盤
１８Ｓスプライン
１９ボールナット杆
２１ロックリンク
２１Ｔロック爪
２２固定ピン
２３ピン
２４付勢バネ
２５トーションバネ
２６カム溝

Claims

回転駆動源にて回転駆動される回転力を入力する入力軸と、この入力軸からの回転力を受けて回転力を出力する出力軸と、互いに対向する前記入力軸と出力軸の両端面間に介在されボールをカムフォロアするボールカム機構と、出力軸に係止されるブレーキ盤を圧縮バネにて固定部に摺接させ出力軸を制止させるブレーキ機構とを備え、ボールカム機構にて出力軸が軸心方向に変位したとき前記圧縮バネが圧縮されて出力軸の制止が解かれるとともに、圧縮バネによるブレーキ機構の制止力は出力軸から入力軸に向けての逆駆動力より大きく設定されていることを特徴とするノーバック装置。