JP2017052453A - ディスエンゲージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べ、分離時の移動量とバックラッシュを低減させるとともに、コンパクトなサイズで高トルクを伝達させる。【解決手段】ディスエンゲージ装置１は、自動操縦系統のリンケージを解除するものであり、軸方向に沿って並設されるとともに各後面にギア２１，３１を有し、互いの分離・結合によりリンケージを解除・成立させるローター２及びステーター３と、ローター２及びステーター３の後方に配置されて、その各ギア２１，３１と同時に噛合可能なギア４１を前面に有し、当該ギア４１の噛合によりローター２及びステーター３を互いに結合させるとともに、後方に移動可能に設けられたアーマチュア４と、アーマチュア４を後方に付勢するスプリング８と、スプリング８の付勢力以上の押圧力でアーマチュア４を前方に押圧するとともに、パイロットの操作に連動して当該押圧を解除可能に構成されたラッチ５とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、操縦系統のリンケージを解くディスエンゲージ装置に関する。

自動操縦（オートパイロット）機能を備える航空機においては、一般に、自動操縦と手動操縦とを切り替えるためのディスエンゲージ装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。このディスエンゲージ装置は、自動操縦系統のリンケージ、つまり、舵面を駆動する自動操縦用の駆動装置と当該舵面との連結を解除・成立させるものであり、専ら当該リンケージを解除して自動操縦から手動操縦に切り替えるために用いられる。

この種のディスエンゲージ装置としては、いわゆるラッチ式のものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このラッチ式のディスエンゲージ装置は、電力を要しない点で電磁クラッチ式のものよりも好ましいが、コンパクトなサイズで高トルクを伝達させることが難しい。

この問題に対応し得る分離可能な動力伝達機構としては、自動車のクラッチやトランスミッションが考えられる。
このうち、クラッチは、図５に示すように、クラッチ板を軸方向に移動させてフライホイールから分離させることにより、フライホイールからのトルクの伝達が断たれる構造となっている。このクラッチの構造では、クラッチ板が軸方向に移動してもトルクが出力軸へ伝達されるように、クラッチ板と出力軸との連結部に、軸方向に沿ったキーとこれを受けるキー溝（いずれも図示省略）とが設けられている。

一方、トランスミッションは、図６に示すように、入力軸及び出力軸と嵌合したリテーナを軸方向に移動させて入出力軸の結合状態を解除することにより、入力軸から出力軸へのトルクの伝達が断たれる構造となっている。このトランスミッションの構造では、図７に示すように、入力軸及び出力軸の各周面にギアが形成されており、これらのギアに対応する各ギアが形成されたリテーナを軸方向に移動させて、当該ギアの噛合を解除するようになっている。

特開２００５−８０５９号公報 特開２００５−２０５９８９号公報

しかしながら、クラッチの構造では、クラッチ板と出力軸との連結部において、クラッチ板の軸方向への移動を可能にするために、キーとキー溝との間に周方向の隙間が設けられる。そのため、クラッチの構造を単純にディスエンゲージ装置に適用した場合には、この隙間がバックラッシュとなって操縦系統の制御精度を低下させてしまう。さらに、高トルクを伝達させるためにはクラッチ板を大きくする必要があるため、やはりコンパクトなサイズで高トルクを伝達させることが難しい。

また、トランスミッションの構造では、入力軸及び出力軸のギア面がそれぞれの周面であり、トルク量に応じてリテーナとの軸方向の噛み合わせ長さが伸びるため、これらの分離時にはリテーナを軸方向に大きく移動させなければならない。トランスミッションではトルク伝達方向が一方向であるため、ギアの噛み合わせ隙間を大きくして軸方向に嵌合させやすくすることが可能だが、ディスエンゲージ装置ではトルク伝達方向が両方向であるため、この対応がバックラッシュの要因となり採用することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来に比べ、分離時の移動量とバックラッシュを低減させるとともに、コンパクトなサイズで高トルクを伝達させることができるディスエンゲージ装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、航空機における操縦系統のリンケージを解除するディスエンゲージ装置であって、
所定方向に沿って互いに並設されるとともに前記所定方向のうちの一方向側の各面にギアを有し、互いの分離・結合により前記リンケージを解除・成立させる２つのディスエンゲージ部材と、
前記２つのディスエンゲージ部材の前記一方向に配置されて、前記２つのディスエンゲージ部材の各ギアと同時に噛合可能なギアを前記一方向とは反対方向側の面に有し、当該ギアの噛合により前記２つのディスエンゲージ部材を互いに結合させるとともに、前記一方向に移動可能に設けられた結合部材と、
前記結合部材を前記一方向に付勢する付勢部材と、
前記付勢部材の付勢力以上の押圧力で前記結合部材を前記反対方向に押圧するとともに、前記航空機の操縦者の操作に連動して当該押圧を解除可能に構成された押圧部材と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のディスエンゲージ装置において、
前記押圧部材は、
前記結合部材の前記一方向に配置されて、前記所定方向に沿った面内で略中央部の支点回りに回転可能に構成され、
前記反対方向側の一端部で前記結合部材を押圧するとともに、当該一端部とは前記支点を介した反対側の他端部で前記支点回りの回転が規制されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のディスエンゲージ装置において、
前記押圧部材の前記他端部と当接して当該押圧部材の前記支点回りの回転を規制する規制部材を備え、
前記規制部材は、
前記一方向に移動可能に構成されるとともに、
当該移動に伴って、前記一端部が前記一方向側に移動する方向に前記押圧部材を回転させるように、前記押圧部材との当接位置が変化する段付き状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、結合部材が押圧部材によって一方向とは反対方向に押圧されることにより、当該結合部材の反対方向側の面のギアが、２つのディスエンゲージ部材の一方向側の各面のギアと同時に噛合して、これら２つのディスエンゲージ部材が互いに結合され、操縦系統のリンケージが成立する。
また、この状態から、操縦者の操作によって押圧部材による結合部材への押圧が解除されると、結合部材は、付勢部材の付勢力によってギアの噛合が解除される方向に移動する。そして、当該噛合が解除されて２つのディスエンゲージ部材が互いに分離され、操縦系統のリンケージが解除される。

これにより、結合時には、２つのディスエンゲージ部材と結合部材とを面状に接触させつつ互いのギアを噛合させてトルクを伝達させるので、ラッチ式のディスエンゲージ装置や自動車のクラッチに比べ、２つのディスエンゲージ部材を大型化させることなく高トルクの伝達が可能となる。
また、２つのディスエンゲージ部材自体は分離時に移動しないので、自動車のクラッチの構造と異なり、ディスエンゲージ部材を軸方向に移動させるための隙間が抑制され、この隙間によるバックラッシュが削減される。
さらに、自動車のトランスミッションの構造と異なり、２つのディスエンゲージ部材を結合させる結合部材は、ギアが形成されたギア面に対して略垂直に移動して当該ギアの噛合を解除させるので、分離時における当該結合部材の移動量はギアの高さ分だけで足りる。
したがって、従来に比べ、分離時の移動量とバックラッシュを低減させるとともに、コンパクトなサイズで高トルクを伝達させることができる。

実施形態における航空機の操縦系統の概略構成を示すブロック図である。 実施形態における航空機のうちディスエンゲージ装置周辺の構成を示す斜視図である。 実施形態におけるディスエンゲージ装置の斜視図である。 実施形態におけるディスエンゲージ装置の動作を説明するための図である。 自動車のクラッチの構造を説明するための概念図である。 自動車のトランスミッションの構造を説明するための概念図である。 図６のトランスミッションの嵌合部の構造を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態におけるディスエンゲージ装置１が搭載された航空機１００の操縦系統の概略構成を示すブロック図であり、図２は、航空機１００のうちディスエンゲージ装置１周辺の構成を示す斜視図であり、図３は、ディスエンゲージ装置１の斜視図である。

図１に示すように、航空機１００では、エルロン、ラダー、エレベータ等の舵面１１０が、操縦室１２０内に配置された操縦桿１２１と連結されており、この連結系統が手動操縦系統を構成している。
一方で、舵面１１０は、ディスエンゲージ装置１を介して自動操縦用のアクチュエータ１３０とも連結されており、この連結系統が自動操縦系統を構成している。航空機１００は、この自動操縦系統のリンケージ（連結）が成立した状態でアクチュエータ１３０が舵面１１０を駆動制御することにより、自動操縦が可能となっている。

ディスエンゲージ装置１は、操縦室１２０内に配置されたディスエンゲージレバー１２２とケーブル１４０を介して接続されており、後述するように、パイロットによるディスエンゲージレバー１２２の操作を受けて、自動操縦系統のリンケージを機械的に分離させるように構成されている。
より詳しくは、図２に示すように、ディスエンゲージ装置１は、自動操縦用のアクチュエータ１３０に連結されたホーンアーム１５０と、ロッド１６０を介して舵面１１０に連結されたベルクランク１７０との間に設けられている。このうち、ホーンアーム１５０は、先端がアクチュエータ１３０の駆動軸１３１に固定されるとともに基端がディスエンゲージ装置１に固定されており、当該基端（後述の中心軸Ａｘ）回りに回転可能に構成されている。一方、ベルクランク１７０は、先端がロッド１６０に取り付けられるとともに基端がディスエンゲージ装置１に固定されており、当該基端（後述の中心軸Ａｘ）回りに回転可能に構成されている。
このディスエンゲージ装置１は、ホーンアーム１５０とベルクランク１７０との連結を機械的に分離させることにより、アクチュエータ１３０の駆動力を舵面１１０に伝達させる自動操縦系統のリンケージを解除する。

具体的には、図３に示すように、ディスエンゲージ装置１は、ローター２と、ステーター３と、アーマチュア４と、４つのラッチ５，…（図３では２つのみ図示）とを備えて構成されている。

ローター２及びステーター３は、本発明に係る２つのディスエンゲージ部材であり、互いの分離・結合により自動操縦系統のリンケージを解除・成立させるものである。これらローター２及びステーター３は、それぞれ円環板状に形成されており、互いの中心軸Ａｘを一致させつつ、当該中心軸Ａｘに沿った軸方向に並設されている。
なお、以下では、説明の簡単のために、中心軸Ａｘに沿った軸方向のうちローター２側を「前側」（及びその方向を「前方」）といい、ステーター３側を「後側」（及びその方向を「後方」）ということとする。また、「径（方向）」や「周（方向）」との記載は、特に断りのない限り、中心軸Ａｘを基準としたものを意味することとする。

このうち、ローター２は、ステーター３よりも一回り大きい円環板状に形成され、その最外周部がステーター３の外周を覆うように後方へ突出している。この最外周部の後面には、放射状の複数のギア２１，…が全周に亘って形成されている。また、ローター２の前面は、図示は省略するが、ベルクランク１７０にボルト締結されている。さらに、ローター２には、軽量化のための４つの貫通孔２ａ，…（図３では３つのみ図示）が形成されている。

一方、ステーター３は、その後面がローター２の最外周部の後面と略面一となるように設けられている。このステーター３の後面のうち、内周側の略半部は、フィールド６に固定されている。フィールド６は、前後両端に円環板状の２つのフランジ６１，６１を有しており、このうち前側のフランジ６１がステーター３の後面にボルト締結され、後側のフランジ６１がホーンアーム１５０にボルト締結されている（図２参照）。フィールド６の内周側には、中心軸Ａｘ回りに回転可能なシャフト７が挿通されており、このシャフト７がボス７１を介してフィールド６の前側のフランジ６１を支持している。シャフト７の後端は、図示は省略するが、ホーンアーム１５０の基端に支持されている。
ステーター３の後面のうち、外周側の略半部には、ローター２のギア２１と同一の歯形に形成された放射状の複数のギア３１，…が、全周に亘って形成されている。また、ステーター３の後面には、４つの凹部３２，…が周上等配で形成されている。これら４つの凹部３２，…には、軸方向に伸縮する４つのスプリング８，…（図３では３つのみ図示）の前半部が収容されている。また、ステーター３には、ローター２の４つの貫通孔２ａ，…と対応した軽量化のための４つの貫通孔３ａ，…（図３では３つのみ図示）が形成されており、４つの凹部３２，…は、これら４つの貫通孔３ａ，…を避けた周方向位置に形成されている。

アーマチュア４は、本発明に係る結合部材であり、ローター２とステーター３とを互いに結合させるためのものである。具体的に、アーマチュア４は、円環板状に形成され、ローター２及びステーター３の後方であってフィールド６の前側のフランジ６１の外周側に配置されている。
このアーマチュア４の前面には、ローター２の複数のギア２１，…及びステーター３の複数のギア３１，…と同時に噛合可能な複数のギア４１，…が、全面に亘って形成されている。また、アーマチュア４の前面には、ステーター３の凹部３２と対応する径方向位置に、４つの凹部４２，…が周上等配で形成されている。これら４つの凹部４２，…には４つのスプリング８，…の後半部が収容されるようになっており、アーマチュア４は、当該４つのスプリング８，…により後方に付勢されている。また、アーマチュア４には、ローター２の４つの貫通孔２ａ，…やステーター３の４つの貫通孔３ａ，…と対応した軽量化のための４つの貫通孔４ａ，…（図３では１つのみ図示）が形成されており、４つの凹部４２，…は、これら４つの貫通孔４ａ，…を避けた周方向位置に形成されている。
また、アーマチュア４は、軸方向に沿って移動可能に設けられており、この軸方向への移動により、複数のギア４１，…がローター２のギア２１及びステーター３のギア３１に噛合したギア噛合状態と、この噛合が解除された噛合解除状態とを取り得るように構成されている。

４つのラッチ５，…は、本発明に係る押圧部材であり、アーマチュア４の後面を前方に押圧するためのものである。各ラッチ５は、両細りの長尺な形成に形成されて、軸方向に沿いつつ中心軸Ａｘを含む放射面内で回転可能に支持され、その長手方向の一端でアーマチュア４の後面を押圧するように設けられている。
より詳しくは、各ラッチ５は、フィールド６のうち２つのフランジ６１，６１間に周上等配で放射状に立設された４つのリブ６２，…（図３では２つのみ図示）内にそれぞれ設けられている。各リブ６２では、周方向に沿った支持軸６３が外周側の前後中央部に挿通されており、ラッチ５は、この支持軸６３回りに回転可能なように略中央部が支持されている。また、各ラッチ５は、外周側に向かって斜め前方向きに傾斜した状態でリブ６２内に支持されている。

各ラッチ５のうち、リブ６２内に位置する後側の内側端部５１は、シャフト７に嵌合された略円筒状のリテーナ９と、支持軸６３よりも後側の位置で当接するようになっている。リテーナ９は、互いに異なる外径の大径部９１及び小径部９２を有する段付き状に形成されており、小径部９２が大径部９１よりも前側に設けられている。また、リテーナ９は、シャフト７に直接嵌合されたスペーサ７２の外周側に、軸方向に沿って摺動可能に嵌合されているとともに、図示は省略するが、後端部がケーブル１４０（図１参照）と接続されている。
そのため、各ラッチ５は、その内側端部５１が支持軸６３よりも後側の位置でリテーナ９と当接することにより、当該内側端部５１がさらに内周側へ向かう方向への回転が規制される。また、各ラッチ５は、リテーナ９がスペーサ７２上を軸方向に摺動して、内側端部５１と当接するリテーナ９の外周面の外径が大径部９１と小径部９２とで変化することにより、回転の規制位置が２段階に変化する。

各ラッチ５のうち、リブ６２から外周側に露出した前側の外側端部５２は、アーマチュア４の後面と当接して押圧する部分である。この外側端部５２は、内側端部５１がリテーナ９の大径部９１及び小径部９２と当接して当該ラッチ５の回転が２段階に規制されることにより、ギア噛合状態と噛合解除状態との２つの状態で、当該アーマチュア４と当接する。

続いて、自動操縦系統のリンケージを解除するときのディスエンゲージ装置１の動作について説明する。
図４は、ディスエンゲージ装置１の動作を説明するための図であって、このうち（ａ）が、自動操縦系統のリンケージを成立させているときの図であり、（ｂ）が、自動操縦系統のリンケージを解除させたときの図である。

まず、自動操縦系統のリンケージが成立しているときのディスエンゲージ装置１の状態について説明する。
図４（ａ）に示すように、自動操縦系統のリンケージが成立しているときには、ディスエンゲージ装置１では、ローター２とステーター３とがアーマチュア４によって互いに結合されている。
具体的に、このときには、４つのラッチ５，…の各内側端部５１がリテーナ９の大径部９１に当接しており、当該ラッチ５の外側端部５２は、アーマチュア４が複数のギア４１，…をローター２及びステーター３の各ギア２１，３１に噛合させたギア噛合状態を保持するように、当該アーマチュア４を前方に押圧している。このとき、４つのスプリング８，…がアーマチュア４を後方に付勢しているものの、４つのラッチ５，…がリテーナ９に回転を規制されることにより、当該４つのラッチ５，…が４つのスプリング８，…の付勢力以上の押圧力でアーマチュア４を前方に押圧している。
こうして、ローター２とステーター３とが一体的に回転可能なように互いに結合され、ディスエンゲージ装置１を介してホーンアーム１５０がベルクランク１７０と一体的に回転する状態、つまり、自動操縦用のアクチュエータ１３０の駆動力が舵面１１０まで伝達される、自動操縦系統のリンケージが成立した状態となっている。

次に、自動操縦系統のリンケージを解除させるときのディスエンゲージ装置１の状態について説明する。
自動操縦系統のリンケージを解除させるときには、まず航空機１００のパイロットがディスエンゲージレバー１２２を操作することにより、当該ディスエンゲージレバー１２２に接続されたケーブル１４０が牽引される。
すると、図４（ｂ）に示すように、ディスエンゲージ装置１では、ケーブル１４０と接続されたリテーナ９がスペーサ７２上を後方に摺動し、４つのラッチ５，…の各内側端部５１と当接する部分がリテーナ９の大径部９１から小径部９２に変化する。その結果、４つのラッチ５，…は、その回転の規制位置が変化して、アーマチュア４をギア噛合状態に保持するための前方への押圧力を失う。
これにより、アーマチュア４は、４つのスプリング８，…の付勢力により後方に移動し、ギア噛合状態から、複数のギア４１，…とローター２及びステーター３の各ギア２１，３１との噛合が解除された噛合解除状態に移行する。４つのラッチ５，…は、アーマチュア４に押されるようにして、起立する方向にそれぞれ回転し、各内側端部５１がリテーナ９の小径部９２と当接した状態となる。
こうして、ローター２とステーター３とはトルクが伝達しないように互いに分離され、ホーンアーム１５０のトルクがベルクランク１７０に伝達しない状態、つまり、自動操縦用のアクチュエータ１３０の駆動力が舵面１１０に伝達されない、自動操縦系統のリンケージが解除された状態となる。

以上のように、本実施形態のディスエンゲージ装置１によれば、アーマチュア４が４つのラッチ５，…によって前方に押圧されることにより、当該アーマチュア４前面の複数のギア４１，…がローター２及びステーター３の各後面のギア２１，３１と同時に噛合して、当該ローター２及びステーター３が互いに結合され、操縦系統のリンケージが成立する。
また、この状態から、パイロットの操作によって４つのラッチ５，…によるアーマチュア４への押圧が解除されると、アーマチュア４は、４つのスプリング８，…の付勢力によって各ギア２１，３１，４１の噛合が解除される後方に移動する。そして、当該噛合が解除されてローター２及びステーター３が互いに分離され、操縦系統のリンケージが解除される。

これにより、結合時には、ローター２及びステーター３とアーマチュア４とを面状に接触させつつ互いのギアを噛合させてトルクを伝達させるので、ラッチ式のディスエンゲージ装置や自動車のクラッチに比べ、ローター２及びステーター３を大型化させることなく高トルクの伝達が可能となる。
また、ローター２及びステーター３自体は分離時に移動しないので、自動車のクラッチの構造と異なり、ローター２やステーター３を軸方向に移動させるための隙間が抑制され、この隙間によるバックラッシュが削減される。
さらに、自動車のトランスミッションの構造と異なり、ローター２及びステーター３を結合させるアーマチュア４は、複数のギア４１，…が形成されたギア面に対して略垂直に移動して当該複数のギア４１，…の噛合を解除させるので、分離時における当該アーマチュア４の移動量はギア４１の高さ分だけで足りる。
したがって、従来に比べ、分離時の移動量とバックラッシュを低減させるとともに、コンパクトなサイズで高トルクを伝達させることができる。

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、ラッチ５やスプリング８が４つ設けられることとしたが、これらの数量は特に限定されない。但し、押圧力や付勢力を中心軸Ａｘ回りに均等に分布させるためには、これらの数量は３つ以上であることが好ましい。

また、ディスエンゲージ装置１は、操縦系統のリンケージを解除するものであればよく、手動操縦系統のリンケージを解除するものであってもよい。

１ ディスエンゲージ装置
２ ローター（ディスエンゲージ部材）
２１ ギア
３ ステーター（ディスエンゲージ部材）
３１ ギア
４ アーマチュア（結合部材）
４１ ギア
５ ラッチ（押圧部材）
５１ 内側端部（他端部）
５２ 外側端部（一端部）
６ フィールド
６３ 支持軸
８ スプリング（付勢部材）
９ リテーナ（規制部材）
９１ 大径部
９２ 小径部
１００ 航空機
１１０ 舵面
１２２ ディスエンゲージレバー
１３０ アクチュエータ
１５０ ホーンアーム
１７０ ベルクランク
Ａｘ 中心軸

Claims (3)

1. 航空機における操縦系統のリンケージを解除するディスエンゲージ装置であって、
   所定方向に沿って互いに並設されるとともに前記所定方向のうちの一方向側の各面にギアを有し、互いの分離・結合により前記リンケージを解除・成立させる２つのディスエンゲージ部材と、
   前記２つのディスエンゲージ部材の前記一方向に配置されて、前記２つのディスエンゲージ部材の各ギアと同時に噛合可能なギアを前記一方向とは反対方向側の面に有し、当該ギアの噛合により前記２つのディスエンゲージ部材を互いに結合させるとともに、前記一方向に移動可能に設けられた結合部材と、
   前記結合部材を前記一方向に付勢する付勢部材と、
   前記付勢部材の付勢力以上の押圧力で前記結合部材を前記反対方向に押圧するとともに、前記航空機の操縦者の操作に連動して当該押圧を解除可能に構成された押圧部材と、
   を備えることを特徴とするディスエンゲージ装置。
2. 前記押圧部材は、
   前記結合部材の前記一方向に配置されて、前記所定方向に沿った面内で略中央部の支点回りに回転可能に構成され、
   前記反対方向側の一端部で前記結合部材を押圧するとともに、当該一端部とは前記支点を介した反対側の他端部で前記支点回りの回転が規制されることを特徴とする請求項１に記載のディスエンゲージ装置。
3. 前記押圧部材の前記他端部と当接して当該押圧部材の前記支点回りの回転を規制する規制部材を備え、
   前記規制部材は、
   前記一方向に移動可能に構成されるとともに、
   当該移動に伴って、前記一端部が前記一方向側に移動する方向に前記押圧部材を回転させるように、前記押圧部材との当接位置が変化する段付き状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のディスエンゲージ装置。

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