JP2015522142A - 制振機械的リンケージ - Google Patents

Abstract

機械的リンケージは、第１および第２の端部部材と、一対の略平行なアーチ形ビームであって、端部部材を互いに接続するとともに、ビーム間に側方空間を画定するビームとを含む。複数の交互のフィンガが各ビームから側方空間内へと延伸し、また、制振部材が、側方空間内で、フィンガのそれぞれの隣り合う対間に取り付けられる。

Description

本開示は機械的リンケージに関する。特に、本開示は、高い剛性と高い制振性とを有する機械的リンケージに関する。このリンケージは、そのような特徴が望ましい航空機用途および他の用途で使用され得る。

この節における記述は、本開示に関連する背景情報を与えるにすぎず、従来技術を構成しない場合がある。

高い剛性および高いエネルギー減衰特性の両方を伴う構造部材を有することが望ましい様々な状況が存在する。例えば、近年の固定翼航空機および回転翼航空機は、高い応力および著しい振動力を受ける制御機構を含む。これらの制御機構は、例えば制御面のためのアクチュエータを含むことができる。振動力を抑制することが望ましいが、エネルギー減衰において効果的な材料および部材は、しばしば、低い機械的剛性を有し、そのため、これらの材料が特定の部材の力にとって不適切となる。大部分の材料は、高い剛性または高い制振性のいずれかを有し、両方を有さない。スチールなどの高剛性材料は、それら自体、振動力の抑制において非常によくない。

振動力および衝撃力を受けるエンジン、航空機などの機械および部品で用いるために開発されてきた様々なタイプの制振機構が存在する。しかしながら、これらの多くは、比較的複雑でありおよび／または高価である。緩衝器（時として限られた効果を有する）の付加によって、あるいは能動的な閉ループ制御によって高い制振がもたらされる場合がある。例えば、幾つかの既知の制振装置は、流体を使用するとともに、ベローズおよびシールを含み、したがって、漏れの可能性を有する。既知の多くの制振機構は、多数の部品を含むとともに、かなりのメンテナンスを伴う場合があり、あるいは、特殊な材料または高価な材料を含む場合がある。

本開示は、前述の問題のうちの１つ以上に向けられる。

１つの実施形態において、本開示は、第１および第２の端部部材と、一対の略平行なビームであって、端部部材を互いに接続するとともに、ビーム間に側方空間を画定するビームとを有する機械的リンケージを提供する。複数の交互のフィンガが各ビームから側方空間内へと延伸し、また、制振部材が、側方空間内で、フィンガのそれぞれの隣り合う対間に取り付けられる。

１つの特定の実施形態では、制振部材がエラストマーを備える。

他の特定の実施形態において、ビームは、軸方向荷重を受けるときに所定の方向で撓みを引き起こすように形成される。

他の特定の実施形態において、ビームは、約０．０３〜約０．１０の弦比を有する反対方向に向けられる円弧を規定する。

１つの実施形態では、ビームが端部部材にピン留めされ、一方、他の特定の実施形態では、ビーム、フィンガ、および、端部部材が一体形成される。

他の特定の実施形態において、端部部材、ビーム、および、フィンガは、スチール、チタン、アルミニウム、および、これらの合金、ガラス繊維、エポキシ、炭素繊維複合体、並びに、先のいずれかの組み合わせから成るグループから選択される材料から成る。様々な実施形態において、ビームは、平坦なバー、チャンネル、アングル、および、ボックスビームの断面を有することができる。

他の実施形態によれば、本開示は、軸方向応力および振動に晒されるようになっている構造部材を有する航空宇宙機を提供する。構造部材内に制振リンケージが設けられ、該制振リンケージは、第１および第２の端部部材と、反対方向に向けられる一対のアーチ形ビームであって、端部部材を互いに接続するとともに、ビーム間に側方空間を画定するビームとを含む。複数の交互のフィンガが各アーチ型ビームから延伸し、また、制振部材が、側方空間内で、隣り合うフィンガ間に結合される。

更なる他の実施形態によれば、本開示は、航空機システムの制振構造部材を形成する方法を提供する。方法は、反対側に湾曲される一対のアーチ形ビームを制振リンケージの端部部材間に取り付けるステップと、少なくとも１つのフィンガを各アーチ形ビームに取り付けるステップとを含む。フィンガは、交互の挟み込み構成で一対のビーム間の側方空間内へと延伸し、また、粘弾性制振部材がフィンガ間を取り付けられる。

１つの特定の実施形態において、方法は、ビーム、フィンガ、および、制振材料の周囲にカバーを設けるステップを含む。

更なる他の実施形態によれば、軸方向応力および振動に晒されるようになっている構造部材と、構造部材内の制振リンケージとを備える航空宇宙機が開示され、制振リンケージは、第１および第２の端部部材と、反対方向に向けられる一対のアーチ形ビームであって、第１および第２の端部部材を互いに接続するとともに、ビーム間に側方空間を画定するビームと、各アーチ型ビームから延伸する複数の交互のフィンガと、側方空間内で隣り合うフィンガ間に結合される制振部材とを含む。

好適には、第１および第２の端部部材、アーチ形ビーム、および、フィンガが一体に形成され、アーチ形ビームが略一定の断面形状を有し、ビームは、約０．１〜約３のむくりを有する反対方向に向けられた曲線を規定し、また、制振部材は、Ｓｏｕｎｄｃｏａｔ Ｄｙａｄ ６０１、Ｈｙｐａｌｏｎ ３０、および、ネオプレン（登録商標）から成るグループから選択されるエラストマーを備える。

説明してきた特徴、機能、および、利点は、様々な実施形態では独立に達成することができ、あるいは、更なる他の実施形態では組み合わされてもよく、その更なる詳細は、以下の説明および図面に関連して分かる。

ここに記載される図面は、単なる例示目的のためであり、決して本開示の範囲を限定しようとするものではない。

アーチ形ビームと横方向フィンガとのピン接続を有する本開示に係る制振機械的リンケージの一実施形態の正面図である。 図１の制振機械的リンケージの斜視図である。 アーチ形ビームおよびフィンガが端部部材に一体的に取り付けられる本開示に係る制振機械的リンケージの一実施形態の正面図である 図３の制振機械的リンケージの斜視図である。 アーチ形ビームのむくりを規定するパラメータを示す図である。 制振機械的リンケージが翼制御面作動システムに組み込まれる航空機の翼の一部の側断面図である。 制振機械的リンケージがピッチリンクに組み込まれるヘリコプターロータヘッドアセンブリの一部の側面図である。 本開示に係る制振構造部材を形成するための方法のフローチャートである。 航空機の製造および保守点検方法のフロー図である。 航空機のブロック図である。 本開示に係る制振機械的リンケージの要素を示す図１０の油圧システム部分のより詳細なブロック図である。 本開示に係る制振機械的リンケージを使用する方法におけるステップのフローチャートである。

以下、例示的な実施形態は、それらが高い剛性および高い制振を伴う機械的リンケージで使用されてもよいものとして説明される。明確にするために、この明細書では、実際の実施の全ての特徴について説明されない。無論、任意のそのような実際の実施形態の開発においては、実施ごとに変わるシステム関連およびビジネス関連の制約の順守などの開発者の固有の目的を達成するために多数の実施固有の決定がなされなければならないことが分かる。また、そのような開発努力は、手間がかかり、時間がかかる場合があるが、それにもかかわらず、この開示の利益を有する当業者にとって決まりきった取り組みであるのが分かる。

様々な実施形態の更なる態様および利点は、以下の説明および図面を考慮することにより明らかとなる。これらの実施形態は、当業者が発明を実施できるようにするべく十分に詳しく記載され、また、言うまでもなく、本発明の思想および範囲から逸脱することなく、様々な開示された実施形態に対して変更をなすことができるとともに、他の実施形態を利用できる。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきでない。

「リンク」および「リンケージ」という用語は、本明細書中では置き換え可能に使用されるとともに、力学の分野で使用されるようなそれらの通常の意味を有するように意図される。

前述したように、殆どの材料は、高い剛性または高い制振性のいずれかを有するが、両方を有さない。高い制振性を有する高剛性部材を与えるために、既知の制振機構は、複合的となり得るとともに、緩衝器（しばしば、限られた効果を有する）の付加に依存するか、あるいは能動的な閉ループ制御によって依存し得る。その結果、多くの既知の制振機構は、多数の部品、高い複雑さを含むとともに、かなりのメンテナンスを伴う場合があり、あるいは、特殊な材料または高価な材料を含む場合がある。

好適には、本開示は、他の既知の制振機構の不都合の一部を回避しつつ高い剛性および高い制振性の両方を有する機械的なリンケージを提供する。図１には、本開示に係る制振機械的リンケージ１００の一実施形態の正面図が与えられ、また、図２はこの制振機械的リンケージの斜視図を与える。本明細書中に開示される制振機械的リンケージ１００は、航空機のアクチュエータリンケージなどの構造部材１０２に組み込まれて該構造部材の一部を形成するように示される。制振機械的リンケージ１００は、一般に、構造部材１０２のセグメント内に取り付けられるようになっている第１および第２の端部部材１０４ａ、１０４ｂを含む。一対の略平行なビーム１０６が、端部部材１０４を互いに接続して、それらのビーム間に側方空間１０８を画定する。複数の交互のフィンガ１１０が各ビーム１０６から側方空間１０８内へと延伸する。すなわち、一方のビーム１０６から延伸するフィンガ１１０は、向かい側のビーム１０６から延伸するフィンガ１１０と互いにかみ合う。フィンガ１１０の交互の対間には、粘弾性材料を備える複数の制振部材１１２が（例えば接着剤によって）取り付けられる。制振機械的リンケージ１００を保護するためにカバー１１４を設けることもできる。このように、制振機械的リンケージ１００は、共通の軸に沿って延伸して端部部材１０４に取り付けられる２つのビーム１０６に対して取り付けられる交互のフィンガ１１０を備える。

端部部材１０４、ビーム１０６、および、フィンガ１１０を様々な材料から形成することができる。適した材料としては、スチール、チタン、アルミニウム、および、これらの合金を含む金属などの航空宇宙用途で一般に使用される材料が挙げられる。他の金属を使用することもできる。端部部材１０４、ビーム１０６、および、フィンガが金属から形成される場合、これらは、それらが別々に形成されるあるいは単一ユニットとして一体に形成されるかどうかにかかわらず、鍛造され、スタンピング加工され、プレス加工され、または、任意の他の適したプロセスによって製造され得る。端部部材１０４、ビーム１０６、および、フィンガ１１０は、炭素繊維複合体（例えば、一方向性高弾性繊維）などの非金属材料から形成することもでき、また、当業者に良く知られる方法にしたがって製造され得る。

幾つかの実施形態において、フィンガ１１０は、ビーム１０６に対して交互に取り付けられる互いにかみ合わされる高剛性フィンを備え、各フィンガ１１０の側面が制振材料１１２に取り付けられる。フィンガ１１０の数は、変化し得る。図１および図２に示される実施形態では、制振機械的リンケージ１００は、各ビーム１０６から延伸する５つのフィンガ１１０を含む。少なくとも１つのフィンガ１１０が各ビーム１０６から延伸し、制振材料１１２に取り付けられている限り、５つより多いまたは少ない数のフィンガ１１０を用いることができる。等しい数のフィンガ１１０が各ビーム１０６から延伸することができ、また、フィンガ１１０は、制振機械的リンケージ１００内の非対称な力を最小限に抑えるべく、交互構成であるいは挟み込み構成で配置され得る。

フィンガ１１０は、各ビーム１０６から延伸して、アーチ形ビーム１０６間の側方空間１０８内に配置される制振材料１１２に取り付け固定される。フィンガ１１０は、例えば化学的な接着剤によって制振材料１１２に結合され得る。金属フィンガを粘弾性材料に対して結合するのに適した接着剤は、市販されており、例えばエポキシ接着剤および接触接着剤を含む。また、ある場合には、制振材料自体が自己接着できる。制振機械的リンケージ１００の材料および他の因子に応じて、他の接着剤および他の取り付け方法を使用することもできる。取り付け方法にかかわらず、制振部材を損傷させることなくフィンガが剪断力を制振材料１１２へ適切に伝えるようにフィンガ１１０が取り付けられることが望ましい。

制振材料１１２は、機械的な力を変形によってうまく吸収して散逸できる粘弾性材料を備えることができる。一般に、良好な制振材料は高い損失係数を有し、それにより、制振材料に印加される機械的なエネルギーが制振材料の変形を引き起こし、その結果、熱を介したエネルギー散逸がもたらされる。これらのタイプの材料の損失係数は、単位がない数として（時として％として）表される。本明細書中に開示される制振機械的リンケージ１００においては、０．１〜２の損失係数を有する材料が、現在利用できる粘弾性材料に関して典型的であり、制振材料１１２に適すると考えられる。より高い損失係数を有する材料を使用することもでき、また、そのような材料が利用できあるいは開発過程にあると考えられる。一般に、損失係数が高ければ高いほど良好である。また、損失係数が高い材料が温度などの様々な環境因子の影響を受け得ることも分かる。これらの材料は、例えば異なる温度で非常に異なる機械的特性を有し得る。当業者は、動作温度、経年劣化、および、環境露出などに応じて、制振機械的リンケージ１００に適した制振材料１１２を選択できる。

これらの因子を考慮すると、用途に応じて、本開示に係る制振機械的リンケージ１００で使用され得る多種多様な市販の粘弾性制振材料が存在する。多くの条件で使用され得る１つの特定の材料は、ニューヨークのディアパークのThe Soundcoat Companyから入手できる拘束層制振ポリマーであるSoundcoat Dyad 601である。使用され得る他の材料としては、Hypalon 30、および、デラウェア州のウィルミントンのE. I. du Pont de Nemours and Companyから入手できる商標ネオプレン（登録商標）の下で販売される様々なグレードのポリクロロプレンが挙げられる。同様に使用できる多くの他の市販の制振材料が存在する。

幾つかの実施形態において、制振機械的リンケージ１００は、さもなければ通常は連続したあるいは途切れない構造部材である物の一部となるように意図される。構造部材は、ほぼ任意のタイプの構造部材となり得る。図６に示される１つの用途では、構造部材が航空機制御面アクチュエータリンクを備える。この実施形態において、アクチュエータ６００は、航空機部材６０６の制御面６０４（例えば、補助翼、方向舵など）のレバーアーム６０２に取り付けられる。アクチュエータ６００は、本開示にしたがって構成される制振部材６１０を含む機械的リンケージ６０８を介してレバーアーム６０２に取り付けられる。この用途では、アクチュエータ６００および周囲の航空機構造体６０６の摩耗を減らすべく、制御面６０４に作用する空気力学的な力からの衝撃および振動が抑制される。

図７に示される他の用途では、本開示に係る制振機械的リンケージ７００がヘリコプターロータピッチリンク７０２の一部を構成する。ヘリコプターロータピッチリンク７０２は、スウォシュプレートアセンブリ７０４からロータブレード枢軸７０６まで延伸するとともに、ロータが回転する際に制御システム入力にしたがってロータ７０８のピッチを調整するように作用する。この用途では、スウォシュプレートアセンブリ７０４および周囲の航空機構造体の摩耗を減らすべく、スウォシュプレートアセンブリ７０４の急速回転からの、およびロータ７０８に作用する空気力学的な力からの衝撃および振動が抑制される。図６および図７に示される用途に加えて、この開示に係る制振機械的リンケージは、ヘリコプターロータシステムのための装着ストラット、ギアボックス装着部品、動力伝達部品、精密回動機器、アクチュエータなどの他の用途において使用することもできる。これらの構成部品は、航空機、宇宙船、自動車およびトラック、列車、船舶、産業機械、および、多くの他の装置の一部となり得る。

再び図１および図２を参照すると、制振機械的リンケージ１００は、主に、引張りまたは圧縮のいずれかの軸力に対処するように設計されるが、特定の構造的限界内で何らかの曲げ力およびねじれ力に耐えることもできる。制振機械的リンケージは、構造部材１０２に作用する力が変化するあるいは衝撃または振動を伴う場合に制振をもたらすように設計される。この部材によってもたらされる制振は、リンケージに取り付けられる他の機械部品に対する損傷および摩耗を防止するのに役立ち得る。

ビーム１０６は、反対方向に湾曲されるアーチ形ビームである。すなわち、各ビーム１０６は、他方のビームから離れるように湾曲する奥行きのないアーチを形成する。対向する剛性が高い奥行きのないアーチは、荷重を受けるビーム１０６の弾性屈曲を増幅し、それにより、剪断応力を制振材料１１２に印加する。ビーム１０６は、それらの湾曲形状に起因して、応力に晒されるときに所定の方向の撓みを受ける。図１に矢印１１６で示されるように圧縮荷重が端部部材１０４に印加されると、ビーム１０６が外側に（互いに離れるように）屈曲し、それにより、互いにかみ合うフィンガ１１０が互いに引き離されて、制振材料１１２に剪断応力が課される。引張荷重下では、ビーム１０６は、真っ直ぐになる傾向があり、それにより、フィンガ１１０が互いの方へ向けて押圧され、再び剪断応力が制振材料１１２に印加される。このように、制振材料１１２は、制振機械的リンケージ１００に印加される力の一部を吸収して、この力を（本質的に熱として）散逸させる。このようにして、制振機械的リンケージ１００は、高い剛性および高い制振性の両方を与える。

当業者であれば気付くように、ビームまたは支柱の剛性特性および撓み特性は、ビームの形状に直接に関連付けられる。ビーム１０６は、一定の断面形状および厚さを有することができ、あるいは、断面形状が変化し得る。例えば、図１および図２に示されるビーム１０６は、端から端まで一定の厚さを有する。しかしながら、図３および図４に示されるビーム１０６は、ビーム１０６の一端から他端へと変化する厚さを有する。この場合、ビーム１０６は、アーチ形状の中央へ向かって厚くなり、また、ビーム１０６が端部部材１０４に取り付く端部で薄い。この構成は、ピン止めビームのように振る舞うビームをもたらす。あるいは、ビーム１０６は、端部で厚くなることができるとともに、アーチの中央へ向かって薄くなることができ（図示せず）、それにより、殆どが強固な端部接続を伴うビームのように振る舞うビームがもたらされる。

ビーム１０６の断面形状はほぼ任意の形状となり得る。図１および図２に示されるように、ビーム１０６は、長方形断面を有する中実バーとなり得る。しかしながら、円形、八角形または六角形、チャンネル、Ｉ−ビーム、アングル、ボックスビーム、管、および、他の形状などの他の断面形状を使用することもできる。ビーム１０６に印加される力がビームの強度の弾性範囲内に入ることが望ましく、特に、制振機械的リンケージ１００に作用する圧縮力がビーム１０６の座屈を引き起こすほど十分に高くないことが望ましい。

ビーム１０６の曲率は、図５に示されるむくりによって規定され得る。幾何学において、弦は、円弧上の２つの点間の直線である。図３には、２つの反対側に湾曲された奥行きのないアーチ形ビーム３００が示される。ビームの両端部でビーム３００の中心線を通る基本弦３０２が示される。ビーム３００の曲率は、むくりとして知られるパラメータによって規定され得る。ビーム３００のむくりは、アーチの中央（一点鎖線３０４により示される）でのアーチの中心線の高さ（または撓み）ｆをビームの厚さｈの１／２で割ったものである。このパラメータは、時として、文字通りにラムダ（λ）と呼ばれ、また、むくりは、以下のように書き表される。
λ＝ｆ／（ｈ／２）［１］

λの選択は、制振リンケージの剛性に直接的な影響を及ぼす。湾曲したビームの（同等の直線ビームと比べた）相対的な剛性は、以下の式にしたがって、剛比により与えられ得る。
Ｓ＝１／（１＋８×λ（２／５））［２］

上記方程式から明らかなように、λがゼロの場合、Ｓは１に等しい。λがゼロよりも大きい何らかの値であるが比較的小さい場合、剛性Ｓは１よりも僅かに小さい。したがって、より小さいむくりλは、より大きい剛性を有するビーム３００をもたらし、したがって、より高い剛性を与えるが制振性が低い制振リンケージを生み出す。しかしながら、λがより大きい場合には、Ｓがより小さくなり、したがって、制振リンケージは、より低い剛性とより大きな制振性とを与える。言うまでもなく、方程式［２］で与えられる剛比は、制振機構の全体の剛性に対する制振材料（図１の１１２）の寄与度を無視する。しかしながら、この寄与度は、比較的小さい可能性が高く、したがって、制振リンケージの全体の剛性を著しく増大させる可能性は高くない。

λが２．５よりも大きい場合、ビーム３００は、同等の直線ビームの１０％未満の剛性Ｓを有する。しかしながら、λに関しては、剛性がλの増大に伴って劇的に減少するという理解をもって、より高い値を使用することもできる。その結果、本明細書中に開示されるような制振機械的リンケージのビームのために使用される可能性が高いむくりλの範囲は、一般に小さく、装置に関して予期される荷重範囲に部分的に依存する。本開示に係る制振機械的リンケージにおいては、λが０〜約４の範囲、特に約０．１〜約３の範囲になり得ると考えられる。１つの典型的な実施形態において、本開示に係る制振機械的リンケージは、０．１７２″のアーチ撓みと０．４３の厚さｈとを有する３″長さのビームを伴って形成される。これは、０．８のむくりλと、０．４９の剛比Ｓとをもたらす。アーチの幾何学的形態についての先の議論は、特に、円弧について論じるが、言うまでもなく、非円形の湾曲を伴うビームを本明細書中に開示される制振機械的リンケージにおいて使用することもでき、また、そのような湾曲の幾何学的特性および剛性を当業者により決定することもできる。

再び図１および図２を参照すると、ビーム１０６は、様々な方法で端部部材１０４およびフィンガ１１０に取り付けられる。図１および図２の実施形態において、ビーム１０６は、ピン１１８で端部部材１０４にピン留めされる。同様に、フィンガ１１０もピン１２０でビーム１０６にピン接続することができる。ビーム１０６およびフィンガ１１０におけるピン接続の使用は、制振性を高めるのに役立つが、剛性を低下させる傾向もあり、また、制振機械的リンケージ１００に高い荷重が与えられれば、ピン接続が磨滅し易くなり得る。

あるいは、ビームと端部部材とを一体に接続できあるいは一体に形成できる。端部部材１０４に対するビーム１０６の固定した取り付けは、制振機械的リンケージ１００の剛性および強度を増大させるが、制振性も低下させる。また、固定接続は、場合によっては、荷重が大きい場合に疲労亀裂をもたらす応力集中を引き起こす可能性がある。固定接続またはピン接続の間の選択は、一般に、制振機械的リンケージ１００の荷重に依存する。高い荷重が与えられるリンケージの場合には、固定接続を有することが望ましい場合があり、逆もまた同様である。図３および図４には、本開示に係る制振機械的リンケージ２００の他の実施形態が示さており、この場合、アーチ形ビーム２０６が端部部材２０４に対して一体に取り付けられ、フィンガ２１０がビーム２０６に対して一体に取り付けられる。図１および図２の実施形態の場合と同様に、この制振機械的リンケージ２００は、構造部材２０２に組み込まれるようになっており、第１および第２の端部部材２０４ａ、２０４ｂを含む。この場合、一対の略平行なビーム２０６は、端部部材２０４同士を接続して、ビーム間に側方空間２０８を画定する。複数の交互のフィンガ２１０が各ビーム２０６から側方空間２０８内へと延伸し、また、これらのフィンガは、対向するビーム２０６から延伸するフィンガ２１０と互いにかみ合わされる。フィンガ２１０の交互の対間には、複数の粘弾性制振部材２１２が取り付けられる。ビーム２０６、端部部材２０４、および、フィンガ２１０を一体形成される単一のユニットとして設けると、制振機械的リンケージ２００のための部品数が減少するとともに、リンケージの重量に対するリンケージの全体の強度を増大させることができる。ビーム２０６、端部部材２０４、および、フィンガ２１０を他の方法で、例えば溶接などによって一体に取り付けることができる。ビーム２０６、フィンガ２１０、端部部材２０４、および、制振部材２１２の材料および特性は、図１および図２の実施形態に関して先に論じられる同じパラメータにしたがって選択され得る。より広義に、特に別段述べられなければ、図１および図２の実施形態についての本明細書中の説明が同様に図３および図４に適用されると理解されるべきである。

言うまでもなく、ビーム１０６、端部部材１０４、および、フィンガ１１０に関しては、ピン接続と固定接続との組み合わせを使用でき、また、多種多様な取り付け方法を使用できる。例えば、図１に示されるように、ビーム１０６と端部部材１０４とをピン接続１１８によって取り付けることができ、一方、フィンガ１１０は、ビーム１０６に対して溶接されあるいはさもなければ一体に取り付けられる。あるいは、図３に示されるように、ビーム１０６と端部部材１０４とを一体に取り付けることができ、一方、フィンガ１１０は、図１に示されるように、ピン接続１２０でビーム１０６に対してピン接続される。他の組み合わせを使用することもできる。

本明細書中に開示される制振機械的リンケージ１００のサイズは、その用途に応じて変わることができる。前述したように、この装置の実施形態は、０．１７２″の円弧高さｆを有する３″長さのビーム１０６を伴って形成された。この実施形態において、ビーム１０６は、０．４３″厚の平らなスチールバーから成る。フィンガ１１０も、０．５″長さ、１．０″幅、および、０．１２５″厚のスチールであり、また、制振材料１１２はネオプレン（登録商標）から成り、各制振材料片は、約０．４５″長さ、１．０″幅、および、０．０５″〜０．２５″厚であり、０．１２５″厚が想定し得る寸法である。この厚さは、それぞれの所定のケースごとに最適化される変数となり得る。この実施形態における端部部材１０４も、スチールであり、約１″幅、１″高さ、および、１″厚である。これらの端部部材１０４は、約１″×１″の断面を有する構造部材１０２に取り付くように構成される。この特定の実施形態の分析性能は、それがビームの１インチの撓みにつき４００００００ポンドの剛性を有することが見込まれ且つ３００００ポンドの最大引張荷重または最大圧縮荷重を支えなければならないことを示す。

前述した制振機械的リンケージ１００の実施形態のサイズは、制振機械的リンケージを約５″長さ、１．２７″幅、および、１″厚にする。この特定の実施形態は、航空機の方向舵アクチュエータリンクのために設計された。この装置の実際の実施形態をこれよりも小さくあるいは大きくすることができる。例えば、この装置のための想定し得る用途をここで示されるサイズよりもかなり大きくできるとともに他の用途では小さくすることもできると考えられる。

この開示に係る制振機械的リンケージの設計は、最初に、最大静的引張荷重および圧縮荷重、求められる剛性、動荷重の定義、および、求められる減衰を含む主要な設計要件を特定することを伴うことができる。アーチは、所望の剛性を維持しつつ最大のむくりを有するように形成され得る。設計者は、アーチの最大曲げに起因する応力を計算することによって引張りにおける荷重支持能力を検証でき、また、アーチの座屈荷重が最大予想圧縮荷重を超えることを検証できる。最後に、設計者は、２つのアーチにおける距離間隔寸法を決定できる。より大きな距離間隔は、制振材料のより大きな体積を可能にし、そのため、振動減衰を向上させることができる。同時に、より大きなビーム距離間隔は、部材の寸法および重量を増大させる傾向があり、これは考慮されるべき設計トレードオフである。

制振部材の製造および組み立てを容易にするために、様々な製造方法を使用することができる。本開示に係る制振構造部材を形成するための方法８００の一実施形態におけるステップを示すフローチャートが図８に与えられる。一般に、方法は、ビームを端部部材に対して取り付けるステップ８０２、フィンガをビームに対して取り付けるステップ８０４、および、隣り合うフィンガ間に制振部材を取り付けるステップ８０６を伴う。

特に、図１も参照すると、方法は、端部部材１０４を２つのアーチ形ビーム１０６に取り付けるステップを伴う。前述したように、端部部材１０４は、アーチ形ビーム１０６に一体に取り付けることができ、または、アーチ形ビーム１０６と一体に形成することができ、あるいは、端部部材は、ビーム１０６がその後に取り付けられる別個の要素であってもよい。同様に、フィンガ１１０をアーチ形ビーム１０６と一体にすることができ、あるいいは、フィンガは、ビーム間の側方空間１０８内へと延伸するようにその後にビーム１０６に取り付けられる別個の要素であってもよい。例えば、アーチおよびフィンガを材料の単一片（例えば、スチール、アルミニウム、チタン、および、これらの合金）から機械加工することができ、それにより、アーチに対して一体の櫛状フィンガを設けられる。異なる材料に関しては異なる製造方法を使用できる。好適には、望ましい場合、両方のアーチを構造的に同一にできる。フィンガ１１０がビーム１０６に対して取り付けられる別個の要素である場合には、フィンガ１１０を図１および図２に示されるようなピン接続１２０を介してビーム１０６に取り付けることができ、あるいは、フィンガを他の方法で、例えば蟻継ぎ接続（図示せず）によって取り付けることができる。制振部材１１２は、前述したように、化学的な接着剤によって結合するなど、隣り合うフィンガ１１０間に取り付けられあるいは接着される。図８に示されるステップの順序は、設計に応じて異なり得る。例えば、フィンガ１１０がアーチ１０６に対してピン接続される場合には、最初に交互の制振部材１１２とフィンガ１１０とを互いに取り付ける（ステップ８０６）ことができ、その後、取付けピンを介してフィンガ１１０と制振部材１１２との組立品をアーチ１０６に組み込む（すなわち、取り付ける）ことができる。本明細書中で論じられる製造方法のいずれかを用いると、フィンガ１１０は、挟み込まれる交互構成で側方空間１０８内へと延伸するとともに、ビーム１０６の撓みに応じて、ビームにおける圧縮応力または引張応力のいずれかの軸方向応力を剪断応力として制振部材１１２へ伝える役目を果たす。

制振機械的リンケージ１００は、薬物、太陽光、または、他の劣化させる要素あるいは環境状態から機械的リンクを保護するために、端部部材１０４と周囲のアーチ形ビーム１０６、フィンガ１１０、および、制振材料１１２とに取り付けられるカバー１１４を含むこともできる。このカバーは様々な方法で構成され得る。例えば、カバー１１４は、制振機械的リンケージ１００の周囲に配置される収縮包装されたポリマーまたは熱収縮管であってもよい。カバーがビーム１０６の曲げを制限するほどカバーの剛性が高くない限りは、ほぼ任意のカバー１１４が適していると考えられる。同時に、制振機械的リンケージ１００は、カバーがなくても機能できる。制振機械的リンケージ１００は、その設置を完了するために、その後に構造部材（図１の１０２）の一部に取り付けることができ、それにより、その構造部材に対して制振耐性および荷重耐性の両方を与える。

本明細書中に開示される制振機械的リンケージ１００は、コンパクトであり、電子機器を伴うことなく受動的に動作する。互いにかみ合うフィンガ１１０は、振動を吸収する粘弾性材料に結合される。フィンガ１１０は、一般に２つの端部部材１０４により引張り状態または圧縮状態にあるビームまたはアーム１０６に対して接続される。制振機械的リンケージ１００は、粘弾性制振材料１１２にわたって剪断荷重を課すことにより、軸力および振動を吸収する。１つの実施形態において、ビームまたはアーム１０６は、湾曲されて、奥行きのない円弧形状を規定する。

奥行きのないアーチの幾何学的形態は、幾つかの利点を与える。第１に、奥行きのないアーチの幾何学的形態は、圧縮力下または引張力下での変形の機械的な増幅をもたらして、その増幅された変形を粘弾性制振材料を介してエネルギー散逸に良く適した形態へと変換する。部材に作用する荷重とインラインの制振をもたらす幾つかの他の制振装置とは異なり、本装置は、荷重ラインに対して垂直な制振をもたらす。変形を増幅して剪断を制振材料に加えるために、対向する高剛性の奥行きのないアーチを使用することにより、この機械的リンケージは、高い剛性および高い制振性の両方をもたらす。機械的リンケージは、インライン変位を機械的に増幅するためにアーチの自然の変形を使用するとともに、増幅された動きを制振材料に適用するだけでなく、それをこのタイプの制振材料を使用する制振にとって効果的な態様（すなわち、剪断）で適用する。

本開示の実施形態は、図１０に示される航空機９０２に関して、図９に示される航空機の製造および保守点検方法９００との関連で説明されてもよい。生産前の間にわたって、典型的な方法９００は、航空機９０２の仕様および設計９０４と、材料調達９０６とを含んでよい。生産中、構成要素および部分組立品の製造９０８と、航空機９０２のシステム統合９１０とが行われる。その後、航空機９０２は、就航９１４するために認証および搬送９１２を経由してもよい。取引先による就航の間、航空機９０２は、定期的な整備および保守点検９１６（変更、再構成、改修などを含んでもよい）の予定が組まれる。

方法９００のプロセスのそれぞれは、システム統合者、第三者、および／または、オペレータ（例えば、取引先）によって実行されあるいは行われてもよい。この説明の目的のため、システム統合者は、制限なく、任意の数の航空機製造業者および主要システム下請業者を含んでもよく、第三者は、制限なく、任意の数のベンダー、下請業者、および、サプライヤーを含んでもよく、また、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事企業、保守点検機関などであってもよい。

図１０に示されるように、典型的な方法９００によって生産される航空機９０２などの航空宇宙機は、複数のシステム９２０および内部９２２を有する機体９１８を含んでもよい。高レベルシステム９２０の例は、推進システム９２４、電気システム９２６、油圧システム９２８、および、環境システム９３０のうちの１つ以上を含む。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空機が本開示における航空宇宙用途の一例として与えられるが、言うまでもなく、これは航空宇宙用途の単なる１つの例である。また、航空宇宙の例が示されるが、本発明の原理は、例えば自動車産業などの他の産業に適用されてもよい。

図１１に示される特定の実施形態では、油圧システム９２８と関連付けられる構造部材９３４の一部である制振機械的リンケージ９３２を有する航空機９０２が示される。そのような構造部材は、例えば、航空機９０２の方向舵、補助翼、または、他の制御面のためのアクチュエータリンケージであってもよい。しかしながら、これが単なる１つの典型的な用途であることが理解されなければならない。この開示に係る制振機械的リンケージは、航空機９０２の電気システム９２６、環境システム９３０、または、推進システム９２４を含む他のシステム９２０と関連付けられ得るとともに、航空機の機体９１８または内部９２２で使用され得る。

本明細書中で論じられるように、制振機械的リンケージ９３２は、構造部材９３４に取り付くとともにアーチ形ビーム９３８を相互に接続する端部部材９３６を含む。フィンガ９４０がアーチ形ビームからビーム間の側方空間内へと延伸し、また、制振部材９４２がフィンガ間に取り付けられる。

本明細書中で具現化される装置および方法は、図９に示される製造および保守点検方法９００の任意の１つ以上の段階中に使用されてもよい。例えば、生産プロセス９０８に対応する構成要素または部分組立品は、航空機９０２が就航中の間に生産された構成要素または部分組立品と同様の態様で作られあるいは製造されてもよい。また、１つ以上の装置実施形態、方法実施形態、または、これらの組み合わせは、例えば航空機９０２の組み立てをかなり促進させることによってあるいは航空機９０２のコストを低減することによって生産段階９０８、９１０中に利用されてもよい。同様に、装置実施形態、方法実施形態、または、これらの組み合わせのうちの１つ以上は、例えば航空機９０２が就航中の間に制限なく整備および保守点検９１６に対して利用されてもよい。

前述したように、本明細書中に開示される装置は、制御面アクチュエータ、ヘリコプターロータシステムのための装着ストラット、回転翼航空機におけるロータ枢軸リンクアセンブリなどの航空機システムにおいて用途を有する。多くの他の用途も想定し得る。例えば、本開示に係る制振機械的リンケージを精密位置決め機器の装着などのために宇宙船で使用できると考えられる。また、本開示に係る制振機械的リンケージは、動力伝達部品やギアボックス装着部品などで使用することもでき、また、航空機、宇宙船、自動車およびトラック、船舶、列車、産業機械等を含む幅広い範囲のシステムと関連付けることができる。一般に、この開示に係る制振機械的リンケージは、機械的リンケージにおいて高い剛性および高い制振性の両方が望まれる任意の用途で使用され得る。

制振機械的リンケージ１００のための前述したような様々な想定し得る用途にしたがって、本開示に係る制振機械的リンケージを使用する典型的な方法１２００におけるステップを示すフローチャートが図１２に与えられる。装置の使用における最初のステップは、制振部材を構造部材に組み込むことである１２０２。これは、例えば、軸力（すなわち、引張りおよび／または圧縮）を受けることが予期される構造的トラス部材であってもよい。制振部材の動作は、構造部材のように受動的である。ユーザ（例えば、整備者）は、経年劣化または環境因子に起因するアークにおける疲労亀裂や制振材料の劣化などの潜在的に不具合のある機構をチェックするために、部材を定期的に検査できる１２０４。検査は、カバーが存在する場合には、制振部材上のカバーの除去および交換を伴うこともできる。最後に、整備作業者は、望ましい場合には、制振部材を交換できる１２０６。検査ステップおよび交換ステップは、矢印１２０８により示されるように繰り返すことができる。

高い剛性および高い制振性を有する本明細書中に開示される機械的リンケージをある特定の実施形態に関して説明してきたが、本明細書中に記載される特徴の全てを与えない実施形態を含む当業者に明らかな他の実施形態もこの開示の範囲内であることは言うまでもない。当業者であれば分かるように、本明細書中に含まれる教示内容は、特許請求の範囲内で様々な変更を伴って実施され得る。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその等価物を参照することによってのみ規定される。

１００ 制振機械的リンケージ
１０２ 構造部材
１０４ａ 第１の端部部材
１０４ｂ 第２の端部部材
１０６ ビーム
１０８ 側方空間
１１０ フィンガ
１１２ 制振部材
１１４ カバー
１１６ 矢印
１１８，１２０ ピン
２００ 制振機械的リンケージ
２０４ａ 第１の端部部材
２０４ｂ 第２の端部部材
２０６ ビーム
２０８ 側方空間
２１０ フィンガ
２１２ 制振部材
３００ ビーム
３０２ 基本弦
ｆ 円弧高さ
Ｓ 剛性、剛比

Claims (15)

1. 第１および第２の端部部材（１０４ａ、１０４ｂ）と、
   一対の略平行なアーチ形ビーム（１０６）であって、前記第１および第２の端部部材（１０４ａ、１０４ｂ）を互いに接続するとともに、前記ビーム間に側方空間（１０８）を画定するビーム（１０６）と、
   前記各ビーム（１０６）から前記側方空間（１０８）内へと延伸する複数の交互のフィンガ（１１０）であって、フィンガ（１１０）の隣り合う対を成して配置されるフィンガ（１１０）と、
   前記側方空間（１０８）内で、前記フィンガ（１１０）のそれぞれの隣り合う対の各フィンガ（１１０）間に取り付けられる制振部材（１１２）と、
   を備える、機械的リンケージ（１００）。
2. 前記制振部材（１１２）が粘弾性材料を備える、請求項１に記載の機械的リンケージ（１００）。
3. 前記粘弾性材料は、Soundcoat Dyad 601、Hypalon 30、および、ネオプレン（登録商標）から成るグループから選択される、請求項２に記載の機械的リンケージ（１００）。
4. 前記ビーム（１０６）は、軸方向荷重を受けるときに所定の方向に撓みを引き起こすように形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の機械的リンケージ（１００）。
5. 前記ビーム（１０６）は、約０．１〜約３のむくりを有する反対方向に向けられた円弧を規定する、請求項４に記載の機械的リンケージ（１００）。
6. 前記ビーム（１０６）、前記フィンガ（１１０）、および、前記端部部材（１０４ａ、１０４ｂ）が一体に形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の機械的リンケージ（１００）。
7. 前記ビーム（１０６）が前記端部部材（１０４ａ、１０４ｂ）に対してピン留めされる、請求項１から６のいずれか一項に記載の機械的リンケージ（１００）。
8. 前記第１および第２の端部部材（１０４ａ、１０４ｂ）、前記ビーム（１０６）、および、前記フィンガ（１１０）は、スチール、チタン、アルミニウム、および、これらの合金、ガラス繊維、エポキシ、炭素繊維複合体、並びに、先のいずれかの組み合わせから成るグループから選択される材料から成る、請求項１から７のいずれか一項に記載の機械的リンケージ（１００）。
9. 前記ビーム（１０６）、前記フィンガ（１１０）、および、前記制振部材（１１２）の周囲に配置されるカバー（１１４）を更に備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の機械的リンケージ（１００）。
10. 前記アーチ形ビーム（１０６）が略一定の断面形状を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の機械的リンケージ（１００）。
11. 制振構造部材を製造する方法であって、
    反対側に湾曲される一対のアーチ形ビーム（１０６）を制振リンケージの端部部材（１０４ａ、１０４ｂ）間に取り付けるステップと、
    少なくとも１つのフィンガ（１１０）を前記各アーチ形ビーム（１０６）に取り付けるステップであって、前記フィンガ（１１０）が交互の挟み込み構成で前記一対のビーム（１０６）間の側方空間内へと延伸する、ステップと、
    前記フィンガ（１１０）間に粘弾性制振材料を取り付けるステップと、
    を備える方法。
12. 少なくとも１つのフィンガ（１１０）を前記各アーチ形ビーム（１０６）に取り付ける前記ステップは、前記フィンガ（１１０）をそれぞれの前記アーチ形ビーム（１０６）に対して一体的に取り付けるステップを備える、請求項１１に記載の方法。
13. アーチ形ビーム（１０６）を端部部材（１０４ａ、１０４ｂ）に取り付ける前記ステップは、前記アーチ形ビーム（１０６）を前記端部部材（１０４ａ、１０４ｂ）に対して一体的に取り付けるステップを備える、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記アーチ形ビーム（１０６）はそれぞれ、前記側方空間（１０８）内へと延伸する等しい数のフィンガ（１１０）を含み、粘弾性制振材料をフィンガ（１１０）間に取り付ける前記ステップは、前記粘弾性制振材料を隣り合う前記フィンガ（１１０）に接着結合するステップを備える、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記ビーム（１０６）、前記フィンガ（１１０）、および、前記制振材料の周囲にカバー（１１４）を設けるステップを更に備える、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。

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