JP2013124772A - 自動的にロックするリニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】別個のコマンドやデバイスを必要とせずに、自動的にロックするアクチュエータを提供する。
【解決手段】自動的にロックするアクチュエータ１０は、第１端部コネクタ１２と、第１端部コネクタ１２に作動可能に連結された回転可能な駆動ねじ１６と、駆動ねじ１６にねじ込み式に設置されたナット組立体１８と、ナット組立体１８に作動可能に連結された第２端部コネクタ１４と、ロータ２２を有する回転ロック２０とを含み、該アクチュエータ１０は、ロータ２２の回転に応答して延出位置と格納位置の間を移動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動的にロックするリニアアクチュエータに関する。

従来のリニアアクチュエータは、回転源から自動または手動で駆動させることができる。アクチュエータは、回転源からの回転運動を線形の出力運動に変換することで、外部負荷を並進させる機構を含んでおり、これはラムを延ばすことによって実現することができる。アクチュエータは、このラムを延ばすために動力が加えられるまで、通常は格納された位置である固定位置にラムを保持するためのロック機構を有することができる。ラムを展開するのに必要なトルクが加えられないうちは、アンロック状態になるまでロックが連続して作動する。これは典型的には、ロック機構に機械的に連結されたソレノイドまたは電気モータによって達成され、負荷を始動させる駆動モータからは切り離されている。ロック駆動装置が別個になったアクチュエータを利用することで、コストが増大し、アクチュエータがさらに複雑になる。別個の専用の始動コマンドおよび論理デバイスが、ロックを制御するのに必要であり、ロックを始動するコマンドを伝達するのに電気配線や油圧配管が必要になる場合がある。

米国特許出願公開第２００９／０１９４６４１号明細書

一実施形態において、自動的にロックするアクチュエータは、第１端部コネクタと、第１端部コネクタに作動可能に連結された回転可能な駆動ねじと、駆動ねじにねじ込み式に装着されたナット組立体と、ナット組立体に作動可能に連結された第２端部コネクタと、ロータ、およびロータの回転に応答して延出位置と格納位置の間を移動する少なくとも１つのキー組立体を備える回転ロックと、少なくとも１つのキー組立体を延出位置に収容するための少なくとも１つのキー溝を有するキー溝組立体と、ナット組立体を回転ロックに回転式に連結し、それにより、駆動ねじが回転することで、駆動ねじの連続する回転に応答してナット組立体が駆動ねじに沿って軸方向に移動する前に、ナット組立体とロータの最初の回転が生じ、キー組立体を延出位置と格納位置の間で移動させるロストモーションコネクタとを備える。

ロックされ格納された状態の本発明の一実施形態によるアクチュエータの断面図である。 ロック状態の図１のアクチュエータの断面図である。 アンロック状態の図１のアクチュエータの断面図である。 アンロックされ半ば延出した状態の図１のアクチュエータの断面図である。 ロックされ延出した状態の図１のアクチュエータの断面図である。

図１を参照すると、アクチュエータ１０は、第１端部コネクタ１２と、第２端部コネクタ１４と、回転可能な駆動ねじ１６と、ナット組立体１８と、ロータ２２および少なくとも１つのキー組立体２４を有する回転ロック２０と、キー溝組立体２６と、ロストモーションコネクタ２８とを含むように示されている。このようなアクチュエータ１０は、これに限定するものではないが、航空機のドア組立体または着陸装置などを含む様々な環境で使用することができる。より具体的には、第１端部コネクタ１２は、その遠端部３２にアイ３０を含むことができ、この遠端部に、例えば着陸装置の静止部分などの静止部材を装着することができる。あるいは第１端部コネクタ１２が、ドア枠などの静止部材の中に設置される場合もある。第２端部コネクタ１４もまた、その遠端部３６にアイ３４を含むことができ、この遠端部に移動させる部材を装着することができる。非制限的な例として、また上記の例に関連して、アイ３４を着陸装置またはドアの可動部分にそれぞれ装着することもできる。

回転可能な駆動ねじ１６を、第１端部コネクタ１２に作動可能に連結することができる。ナット組立体１８を駆動ねじ１６にねじ込み式に装着することができ、第２端部コネクタ１４をナット組立体１８に作動可能に連結することができる。駆動ねじ１６とナット組立体１８は、駆動ねじ１６の回転運動を、ナット組立体１８および第２端部コネクタ１４の線形の軸方向の移動に変換することができる任意の好適な構造を有することができるように企図されている。非制限的な例として、駆動ねじ１６は、外側にねじ山４２を有するボールねじシャフト４０を含むことができ、このねじ山４２は、並進するボールナット４４と協働してナット組立体１８を形成する。ボールナット４４は、ボールねじシャフト４０を受け入れることができ、第２端部コネクタ１４の一端に固定され得ることで、ボールねじシャフト４０の回転が、ボールナット４４と第２端部コネクタ１４の線形の軸方向の移動に変換される。

モータ組立体４６が、第１コネクタ１２に連結され、駆動ねじ１６を回転させるように構成することができる。モータ組立体４６は、任意の好適なタイプのモータ組立体４６であってよく、非制限的な例として、駆動ねじ１６に回転駆動源を提供することができる電気式、油圧式、または空気圧式のモータ組立体が含まれる。

回転ロック２０は、ロータ２２と、少なくとも１つのキー組立体２４を含んでおり、キー組立体は、ロータ２２の回転に応答して図１に示される格納位置と延出位置（図５）の間を移動することができる。キー組立体２４は、複数のキー４８を含むように示されている。キー溝組立体２６は、キー組立体２４が延出位置にあるときキー４８を収容する対応するキー溝５０を含むことができる。非制限的な例として、複数のキー組立体２４と、対応するキー溝組立体２６が図示されているが、任意の数のキー組立体２４と、対応するキー溝組立体２６がアクチュエータ１０に含まれることで、アクチュエータ１０の複数のロック位置を可能にすることが企図されている。

ケーシング５２が、第１端部コネクタ１２に連結されて示されている。ケーシング５２は、任意の好適な方法で形成されてもよく、例示する目的で円筒形の形態で示されている。ケーシング５２は、任意の好適な方法で第１端部コネクタ１２と連結させることができる。ピストン５４が、ケーシング５２の中に摺動可能に収容されてもよく、ピストン５４は、第２端部コネクタ１４を形成することができる。ピストン５４は、中空の内部５８を画定するヘッド５６を含むことができ、この中にロータ２２を収容することができる。複数の通路５９が、ヘッド５６を径方向に貫通するように延び、各々のキー４８が、この通路５９内に摺動可能に収容され得ることで、ロックおよびアンロック中にキー４８が径方向に移動することが可能になる。

ケーシング５２は、キー溝組立体２６を形成することができるように企図されている。より具体的には、少なくとも１つのキー溝５０をケーシング５２の内面５５に配置することができる。複数のキー溝５０は、ケーシング５２内に含まれるように示されている。非制限的な例として、第１キー溝５１は、ピストン５４の第１の行程限界点に位置するように示されており、第２キー溝５３は、ピストン５４の第２の行程限界点に位置するように示されている。このように、ピストン５４は、第１キー溝５１または第２キー溝５３のいずれかに延在するキー４８によってロックすることができる。より多くのキー溝５０がケーシング５２内に配置され得ることで、キー４８のロック位置を追加することができるように企図されている。

ここでアクチュエータの構成要素を、図２に関してより詳細に記載する。例えば凹部６０は、ロータ２２の周辺縁部６２に含まれるようによりはっきりと示されている。軸受６４が、キー組立体２４内に含まれて示されており、ロータ２２の周辺縁部６２に当接している。付勢要素６８が、キー４８に作動可能に連結され得ることもよりはっきりと見ることができる。

さらに第１凹部と第１タブ７２が、ロストモーションコネクタ２８内に含まれていてもよいことがわかる。第１凹部７０は、ナット組立体１８とロータ２２のうちの一方に含まれていてもよく、第１タブ７２は、ナット組立体１８とロータ２２のうちの他方から第１凹部７０へと突出することができる。非制限的な例として、第１凹部７０は、ナット組立体１８の中に配置されるように示されており、第１タブ７２は、ロータ２２から第１凹部７０へと突出している。

ロータ２２と第２端部コネクタ１４のうちの一方にある第２凹部７４と、ロータ２２と第２端部コネクタ１４のうちの他方から第２凹部７４へと突出する第２タブ７６も、ロストモーションコネクタ２８に含まれていてもよい。非制限的な例として、第２凹部７４が第２端部コネクタ１４を形成するピストン５４の中に示されており、第２タブ７６はロータ２２から突出するように示されている。第２タブ７６とロータ２２の一部の間にばね７８が含まれ得ることで、第２タブ７６を、ロータ２２から離れるように付勢することができる。第１凹部７０と第２凹部７４は、そのそれぞれの構成要素の中にある溝によって形成することができる。第１凹部７０は第１タブ７２より大きくなるように示されており、第２凹部７４は第２タブ７６より大きくなるように示されているが、これによりロストモーションコネクタ２８におけるロストモーションを可能にすることができる。

第２凹部７４と第２タブ７６は、それぞれの位置に関係なく、ロータ２２を第２端部コネクタ１４を形成するピストン５４に連結する戻り止め組立体８０を形成することができる。戻り止め組立体８０は、センタリングデバイスを含むことで、第２タブ７６を第２凹部７４の中心に位置決めすることができる。非制限的な例としてセンタリングデバイスは、第２凹部７４の底部８４を形成するくぼんだ面８２と、ばね７８などの付勢要素を含むことができる。くぼんだ面８２は、非制限的な例として、図示したような集束する２つの直線の面などの弓形でない面を含んでいても、または湾曲した面を含んでいてもよい。摩擦を抑える要素８６が、第２タブ７６の端部に含まれ得ることで、第２タブ７６をくぼんだ面８２の上をより簡単に移動させることができる。このような摩擦を抑える要素８６は、非制限的な例として、第２タブ７６の端部に形成されたボールまたは円筒を含む摩擦を抑えるのを助ける任意の好適な要素であってもよい。くぼんだ面８２のゆるやかな斜面と、摩擦を抑える要素８６との両方によって、第２タブ７６とくぼんだ面８２の間の摩擦が抑えられ、ばね７８の戻り止めのばね力を最小限にすることができる。

最初に、ロックされ格納された位置にあるアクチュエータ１０に関する作動を記載する。このような位置では、キー４８はキー溝５０の中に位置しており、第２端部コネクタ１４の遠端３６にかなり高い外部の引張負荷または圧縮負荷が加えられたとしても、アクチュエータ１０は全く動かない可能性がある。アクチュエータ１０の作動中、ロストモーションコネクタ２８がナット組立体１８を回転ロック２０に回転可能に連結し、それにより、駆動ねじ１６が回転することで、駆動ねじ１６の連続する回転に応答してナット組立体１８が駆動ねじ１６に沿って軸方向に移動する前に、ナット組立体１８とロータ２２の最初の回転が生じ、キー組立体２４を延出位置と格納位置の間で移動させることができる。このように、ナット組立体１８に駆動力が与えられる前には、アクチュエータ１０をアンロックすることが優先される。ピストン５４を前進させるために、ピストン５４を回転可能な駆動ねじ１６に対して回転可能に固定する必要がある。

アクチュエータ１０をアンロックし展開することが望まれる場合、モータ組立体４６に動力を与え、回転可能な駆動ねじ１６に駆動トルクを加えることができる。回転可能な駆動ねじ１６がナット組立体１８に係合し、矢印８８によって示されるようにそれを回転させることができる。ナット組立体１８にある第１凹部７０が移動され、ロータ２２から延出しそこに固定された第１タブ７２と係合する。これによりロータ２２を矢印９０によって示されるように回転させ、ロータ２２が戻り止め組立体８０のセンタリングトルクに打ち勝つことで、第２タブ７６を、矢印９２によって示されるように第２凹部７４の中をくぼんだ面８２に沿って移動させる。これによりばね７８を圧縮させる。ロータ２２が、キー４８と位置を合わせるために、戻り止め組立体８０のセンタリングトルクに打ち勝って、ロータ２２の凹部６０を回転させ、それにより、軸受６４が凹部６０に収容され得、その結果キー４８が矢印９４に示されるように、図３に示されるアンロック位置まで径方向に移動される。

回転ロック２０がアンロック位置まで移動したとき、ロストモーションストロークは終わり、ロストモーションが再開されると回転ロック２０が固定され、ナット組立体１８がピストン５４の並進運動を開始するようになる。したがってキー４８は、ロストモーションストロークの間はロータ２２の回転によってケーシング５２から切り離され、アクチュエータが並進運動する間はピストン５４と共に往復運動する。より具体的にはキーがひとたび格納されると、全ての入力トルクが回転可能な駆動ねじ１６に加えられ、これがナット組立体１８とピストン５４を前方に駆動させることで、ピストン５４と、可動部材に装着することのできるアイ３４を延出させる。付勢要素６８によって、ピストン５４が延出する際、重力によってキー４８が外向きにずれるのを防止することができる。あるいはケーシング５２の内径が、並進運動する際キー４８をアンロック位置に保持することができる。図４は、アンロックされ、半ば延出した状態のアクチュエータ１０を示す。

ピストン５４の並進運動が完了すると、キー４８はケーシング５２内のキー溝５３と位置を合わせられる。モータ組立体４６が停止すると、ばねによって負荷された戻り止め組立体８０がロック位置に向けて付勢され、回転ロック２０をロック位置に戻るように逆向きに回転させるように作用する。より具体的には、回転入力がもはや回転可能な駆動ねじ１６に加えられないとき、ばね７８は付勢要素として作用することができ、第２タブ７６をくぼんだ面８２に対して推し進めることで、付勢力によってロータ２２の回転が生じ、第２タブ７６をくぼんだ面８２の底部８４の中心に位置決めすることができる。これによって、ピストン５４とは対照的にロータ２２の運動が生じ、軸受が凹部６０から外に移動され、キー４８が再び外側に押しやられ、最終的にはキーは、アクチュエータ１０のケーシング５２内のキー溝５０と係合する。図５はロックされ延出した状態のアクチュエータ１０を示している。

アクチュエータ１０をアンロックし、反対方向に並進させることが望まれる場合、モータ組立体４６から回転可能な駆動ねじ１６への入力駆動トルクの方向が逆向きになる。ロータ２２にある凹部６０が線対称であるため、アンロック工程が反対方向で行なわれ、ロストモーションコネクタ２８によってアクチュエータ１０がアンロックされ、逆転方式で格納される。モータ組立体４６が停止されると、ばねによって負荷された戻り止め組立体８０がロック位置に向けて付勢され、回転ロック２０をロック位置に向けて逆向きに回転させるように作用する。

上記に記載した実施形態によって、通常の作動中にアクチュエータをアンロックまたは再ロックする別個の機械的または電気的コマンドあるいはデバイスの必要性をなくす、自動でロックしアンロックする組立体の利点を含んだ様々な利点が提供される。これによりロック要素をアンロックするのに別個のコマンドを必要とする従来のロックアクチュエータと比べて、アクチュエータ組立体の重量が軽減され、長さと直径の両方の包絡の要件が軽減される。重量が軽減されサイズが縮小することによって、作動上の利点を与えることができる。上記に記載した実施形態により、証明された堅牢性と信頼性が維持され、複数の位置でロックできることが可能になり、これにより、アクチュエータ組立体に必要な部品を最小限にすることもできる。

本明細書は最適な態様を含めた複数の例を利用して本発明を開示し、また、当業者が本発明を実施することを可能にしており、これには、任意のデバイスまたはシステムを作製および利用し、任意の本発明を包含された方法を実施することが含まれている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが、特許請求の範囲の文字通りの言い回しと相違点のない構造上の要素を有する場合、またはそれらが、特許請求の範囲の文字通りの言い回しとわずかな違いがある等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。

１０ アクチュエータ
１２ 第１端部コネクタ
１４ 第２端部コネクタ
１６ 回転可能な駆動ねじ
１８ ナット組立体
２０ 回転ロック
２２ ロータ
２４ キー組立体
２６ キー溝組立体
２８ ロストモーションコネクタ
３０ アイ（第１端部コネクタ）
３２ 遠端（第１端部コネクタ）
３４ アイ（第２端部コネクタ）
３６ 遠端（第２端部コネクタ）
４０ ボールねじシャフト
４２ 外側のねじ山
４４ ボールナット
４６ モータ組立体
４８ キー
５０ キー溝
５１ 第１キー溝
５２ ケーシング
５３ 第２キー溝
５４ ピストン
５５ 内面
５６ ヘッド
５８ 中空の内部
５９ 通路
６０ 凹部
６２ 周辺縁部
６４ 軸受
６８ 付勢要素
７０ 第１凹部
７２ 第１タブ
７４ 第２凹部
７６ 第２タブ
７８ ばね
８０ 戻り止め組立体
８２ くぼんだ面
８４ 底部
８６ 摩擦を抑える要素
８８ 矢印
９０ 矢印
９２ 矢印

Claims (20)

1. 自動的にロックするアクチュエータであって、
   第１端部コネクタと、
   前記第１端部コネクタに作動可能に連結された回転可能な駆動ねじと、
   前記駆動ねじにねじ込み式に装着されたナット組立体と、
   前記ナット組立体に作動可能に連結された第２端部コネクタと、
   ロータ、および前記ロータの回転に応答して延出位置と格納位置の間を移動する少なくとも１つのキー組立体を備える回転ロックと、
   前記少なくとも１つのキー組立体を前記延出位置に収容するための少なくとも１つのキー溝を有するキー溝組立体と、
   前記ナット組立体を前記回転ロックに回転式に連結し、それにより、前記駆動ねじが回転することで、前記駆動ねじの連続する回転に応答して前記ナット組立体が前記駆動ねじに沿って軸方向に移動する前に、前記ナット組立体と前記ロータの最初の回転が生じ、前記キー組立体を前記延出位置と前記格納位置の間で移動させるロストモーションコネクタと
   を備えるアクチュエータ。
2. 前記ロストモーションコネクタが、前記ナット組立体と前記ロータのうちの一方にある第１凹部と、前記ナット組立体と前記ロータのうちの他方から前記第１凹部へと突出する第１タブとを備え、前記第１凹部が前記第１タブより大きい、請求項１記載の自動的にロックするアクチュエータ。
3. 前記ロストモーションコネクタが、前記ロータと前記第２端部コネクタのうちの一方にある第２凹部と、前記ロータと前記第２端部コネクタのうちの他方から前記第２凹部へと突出する第２タブとを備え、前記第２凹部が前記第２タブより大きい、請求項２記載の自動的にロックするアクチュエータ。
4. 前記第１および第２凹部が溝によって形成される、請求項３記載の自動的にロックするアクチュエータ。
5. 前記ロストモーションコネクタが、前記ロータを前記第２端部コネクタに連結する戻り止め組立体を備える、請求項１記載の自動的にロックするアクチュエータ。
6. 前記戻り止め組立体が、前記ロータと前記第２端部コネクタのうちの一方にある凹部と、前記ロータと前記第２端部コネクタのうちの他方から前記凹部へと突出するタブとを備え、前記凹部が前記タブより大きい、請求項５記載の自動的にロックするアクチュエータ。
7. 前記戻り止め組立体が、前記タブを前記凹部の中心に位置決めするセンタリングデバイスを備える、請求項６記載の自動的にロックするアクチュエータ。
8. 前記センタリングデバイスが、前記凹部の底部を形成するくぼんだ面と、前記タブを前記くぼんだ面に対して推し進める付勢要素とを備えることで、付勢力によって前記ロータの回転が生じ、前記タブを前記くぼんだ面の中心に位置決めする、請求項７記載の自動的にロックするアクチュエータ。
9. 前記ロータが、前記ロータの周辺縁部に凹部をさらに備え、前記ロータと前記第２端部コネクタが相対的に回転する際、前記凹部の中に前記キー組立体を収容することができる、請求項５記載の自動的にロックするアクチュエータ。
10. 前記キー組立体が、前記ロータの前記周辺縁部に当接する軸受をさらに備える、請求項９記載の自動的にロックするアクチュエータ。
11. 前記第２端部コネクタが通路を備え、前記キー組立体が前記通路内に摺動可能に収容されるキーを備える、請求項９記載の自動的にロックするアクチュエータ。
12. 前記第１コネクタに連結されたケーシングと、前記ケーシング内に摺動可能に収容されるピストンとをさらに備え、前記ケーシングが前記キー溝組立体と前記少なくとも１つのキー溝とを前記ケーシングの内面に配置して形成し、前記ピストンが前記第２端部コネクタを形成する、請求項１１記載の自動的にロックするアクチュエータ。
13. 前記少なくとも１つのキー溝が、前記ピストンの第１の行程限界点に第１キー溝と、前記ピストンの第２の行程限界点に第２のキー溝とを備える、請求項１２記載の自動的にロックするアクチュエータ。
14. 前記ピストンが、前記ロータが収容される中空の内部を画定するヘッドを備え、前記通路が前記ヘッドを径方向に貫通するように延びる、請求項１３記載の自動的にロックするアクチュエータ。
15. 前記第１コネクタに連結され前記駆動ねじを回転させるモータ組立体をさらに備える、請求項１４記載の自動的にロックするアクチュエータ。
16. 前記駆動ねじがボールねじであり、前記ナットがボールナットである、請求項１５記載の自動的にロックするアクチュエータ。
17. 前記ロータが、前記ロータの周辺縁部に凹部をさらに備え、前記ロータと前記第２端部コネクタが相対的に回転する際、前記凹部の中に前記キー組立体を収容することができる、請求項１記載の自動的にロックするアクチュエータ。
18. 前記第１コネクタに連結されたケーシングと、前記ケーシング内に摺動可能に収容されるピストンとをさらに備え、前記ケーシングが前記キー溝組立体と前記少なくとも１つのキー溝とを前記ケーシングの内面に配置して形成し、前記ピストンが前記第２端部コネクタを形成する、請求項１記載の自動的にロックするアクチュエータ。
19. 前記第１コネクタに連結され前記駆動ねじを回転させるモータ組立体をさらに備える、請求項１記載の自動的にロックするアクチュエータ。
20. 前記駆動ねじがボールねじであり、前記ナットがボールナットである、請求項１記載の自動的にロックするアクチュエータ。