JP3574820B2 - 差動式リニヤ・アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はリニヤ・アクチェータ、特に、入力部材によって相殺されなければならないトルクを減らすために入力部材の回転に応答して反対方向に線型移動するように適合された第１及び第２の構成要素を有する差動式リニヤ・アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニヤ・アクチュエータは広く知られた技術である。公知のリニヤ・アクチュエータの基本的な型は、駆動スリーブが回転可能なように内部に装着された固定アクチュエータ・ハウジングを具備する。リニヤ・アクチュエータの出力部材は一方の端部でリニヤ・アクチュエータによって移動させられるように適合された要素に強固に固定され、更に回転から線型へ変換するコネクタによって駆動スリーブに連結されて駆動スリーブの回転が出力部材の軸方向の移動を起すようにする。この回転を線型への動きにするための公知の装置の１つの型は、再循環ボール型のねじ組立てである。その様な公知のリニヤ・アクチュエータ構造に於て、アクチュエータが調整可能な要素を線型移動することができる長さは出力部材の長さによってほぼ決定される。更に、出力部材上に加えられるトルクの全ては、駆動スリーブによって相殺されねばならない。
【０００３】
リニヤ・アクチュエータ構造の別の公知の型に於て、駆動スリーブの回転が軸方向に移動可能な中間アクチュエータ部材を回転するように、駆動スリーブが複数のスプラインによって中間アクチュエータ部材に連結される。中間アクチュエータ部材は、中間アクチュエータ部材の回転がその部材の軸方向の移動を起こすように、回転から線型への連結組立てによってリニヤ・アクチュエータの固定された部分に連結される。更に、リニヤ・アクチュエータの出力部材は、第２の回転から線型への変換連結によって中間アクチュエータ部材へ更に連結され、その結果中間アクチュエータ部材の回転も出力部材を中間アクチュエータ部材と同じ方向に移動させる。この構造によって、中間アクチュエータ部材と出力部材の両方は、軸方向に同じ方向で移動するので、リニヤ・アクチュエータのより長い出力の行程を生じさせることができる。この従来の技術の構造では、駆動スリーブへ伝達されるトルクは、出力部材によって中間アクチュエータ部材上とリニヤ・アクチュエータの固定部分とに加えられる複合トルクに等しい。言い換えると、中間アクチュエータ部材と出力部材の両方は同じ方向へ伸びるので、両方の回転から線型への変換連結で中間アクチュエータ部材によって反応を示されるトルクは結合して、スプライン連結によって入力駆動スリーブへ伝達される高い合成トルクになる。
【０００４】
軍事用及び商用の航空機で使用される着陸フラップ及び他の作動システムのような或る環境では、そのようなリニヤ・アクチュエータ構造の使用中に生じるトルク・レベルはかなり高く、駆動スリーブはこれらのトルク値を相殺しなければならないので、駆動スリーブはこれらのシステムの故障を防ぐために強くて、かなり重い材料で作られなければならない。更に、上に述べられた着陸フラップ制御に於けるような色々な環境があり、そこではその全作業範囲に亘って制御要素を動かすのに高いトルク値で比較的小さい量の軸方向の移動のみが必要とされる。従って、かなり小さい作業範囲内で制御要素を移動することができるが、入力駆動スリーブに高いトルク荷重を相殺させることを必要としない或る環境に於けるリニヤ・アクチュエータに対する要求がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
正確な、しかし極僅かの線型移動範囲を必要とするそれらの環境で使用されることができ、入力駆動スリーブによって相殺されるのに必要とされる力が最小にされるように発生させられる高いトルクを相殺するリニヤ・アクチュエータを提供することが本発明の目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のこれらの及び他の目的は、内部に駆動スリーブを回転可能なように装着した固着アクチュエータ・ハウジングを有する差動式リニヤ・アクチュエータを提供することによって達成される。中間アクチュエータ部材は、アクチュエータ・ハウジングと駆動スリーブとの間に同心に装着され、また駆動スリーブにスプライン連結されて、その結果駆動スリーブの回転が中間アクチュエータ部材の回転になる。中間アクチュエータ部材は、回転から線型への連結組立てによってアクチュエータ・ハウジングへ連結され、その結果ハウジングに関連して中間アクチュエータ部材の軸方向の移動をもたらす。出力部材は、別の回転から線型への連結組立てによって中間アクチュエータ部材の離れた方の端部へ更に連結され、その結果中間アクチュエータ部材の回転もまた出力部材の線型の変位ももたらす。中間アクチュエータ部材とアクチュエータ・ハウジングとの間、及び中間アクチュエータ部材と出力部材との間の線型から回転への連結組立てが構成され、その結果出力部材は中間アクチュエータ部材と反対方向で軸方向に移動させられる。更に、回転から線型への連結組立てが設計され、その結果出力部材はアクチュエータ・ハウジングに関連して中間アクチュエータ部材よりも小さい距離を軸方向で変位させられる。
【０００７】
この構造によって、中間アクチュエータ部材と出力部材との間の回転から線型への連結で中間アクチュエータ部材上に加えられるトルクは、中間アクチュエータ部材とアクチュエータ・ハウジングとの間の回転から線型への連結で中間アクチュエータ部材上に加えられるトルクと反対である。従って、中間アクチュエータ部材上に加えられ、駆動スリーブへ伝達される合成トルクは、著しく減らされる。更に、中間アクチュエータ部材と出力部材との間の差動線型運動のために、出力部材の正確な線型の変位が、比較的高いＲＰＭのモータを利用しても達成されることができる。更に本発明によると、線型可変変位トランスデューサが、差動線型アクチュエータのアクチュエータ・ハウジングと出力部材との間に備えられて、出力部材の位置を厳密に感知し得る。この感知された位置は、駆動スリーブを回転するモータへの出力を制御する制御モジュールにフィードバック情報を提供するのに使用されることができる。
【０００８】
本発明の他の目的、特徴、及び長所は、示された図面で対応する部分に関する関連する特徴のように図面に関して採られる時、その好ましい実施例の下記の詳細な説明から更に容易に明らかになるであろう。
【０００９】
【実施例】
図１及び２の両方を参照すると、本発明の差動式リニヤ・アクチュエータは全体的に参照番号１で指示され、第１の端部部分８と第２の端部部分１１とを有するアクチュエータ・ハウジング５を具備する。アクチュエータ・ハウジング５の第１の端部部分８は、アクチュエータ・ハウジング５を支持構造（図示されていない）に強固に固定するために装着ラグ１４を伴って形成される。好ましい実施例に於いて、アクチュエータ・ハウジング５は、ほぼ円筒型の形状であり、軸方向に開口している第２の端部部分１１を持つ中空の内部を有する。ハウジング挿入体１７は、アクチュエータ内に強固に装着される。好ましい実施例では、アクチュエータ・ハウジング５は、鋼鉄或いはアルミニウムのような金属から形成され、同様の金属から形成されるハウジング挿入体１７はアクチュエータ・ハウジング５内に溶接されるか、或いは他の方法で強固に固着される。ハウジング挿入体１７は、アクチュエータ・ハウジング５の長手方向の軸とアラインされる中央孔２０を具備し、軸方向に延在する環状フランジ２３を伴って形成される。
【００１０】
差動式リニヤ・アクチュエータ１は、軸受けリング３６で終端する第１の端部部分３２を有する細長い環状駆動スリーブ２７を更に具備する。環状ボール・ベアリング組立て（表示されていない）のインナーレース ４１は、軸受けリング３６へ圧入或いは他の方法で強固に固定される。環状ボール・ベアリング組立てのアウターレース ３８は、ハウジング挿入体１７の環状フランジ２３へ圧入されるか、或いは強固に固定され、その結果複数の軸受けボール４４はインナーレース４１とアウターレース３８との間に配置され、その結果駆動スリーブ２７はアクチュエータ・ハウジング５に対して回転可能になる。
【００１１】
電気モータ５６の駆動シャフト５３に固着される駆動傘歯車５１と噛合う被駆動傘歯車４８は、駆動スリーブ２７と強固に固定されるか或いは一体に形成される。電気モータ５６は、その中に駆動シャフト５３が延在している横方向延在孔５９を伴って形成されるアクチュエータ・ハウジング５へ強固に固定される。この構造によって、電気モータ５６が作動される時、駆動スリーブ２７は、アクチュエータ・ハウジング５に対して夫々駆動及び被駆動傘歯車５１及び４８によってその長手方向の軸の周りで回転される。水力の或いは空気のモータが同様に利用されることができるので、モータの型は電気モータに限定されない。
【００１２】
駆動スリーブ２７の外側表面は、複数の長手方向のスプライン６５を付けて形成される。中間作動部材７０は、駆動スリーブ２７とアクチュエータ・ハウジング５との間に同心に装着される。中間作動部材７０は、内側にスプラインを付けられた穴７９を通る軸方向延在部を伴って形成される内側方向に出っ張る環状フランジ部分７６で終端する第１の端部７４と、穴８９を通る軸方向延在部を伴って同じように形成される内側方向へ出っ張る環状フランジ部分８６で終端する第２の端部とを有する。中間作動部材７０はほぼ中空であり、駆動スリーブ２７は穴７９を通る軸方向延在部によって延在し、その結果駆動スローブ２７の外側表面上に形成された長手方向スプライン６５は穴７９を通って軸方向に延在して形成された内側スプラインと相互係合させられる。このようにして、中間作動部材７０は駆動スリーブ２７に対して軸方向に摺動することができ、電気モータ５６の作動に応答して駆動スリーブ２７によって回転するように駆動される。
【００１３】
本発明の差動式リニヤ・アクチュエータ１は、第１の端部９５と、第２の終端端部９８とを有する出力部材即ちアクチュエータ出力シャフト９２とを更に具備する。終端端部９８は、線型に移動されるように適合された制御要素（図示されていない）にアクチュエータ出力シャフト９２を強固に固定するために球形の軸受け（図示されていない）と全体的に嵌め合わされるロッド端部１０１ を具備する。アクチュエータ出力シャフト９２は、１０６ で示されるように外側に螺旋形に溝を付けられ、中間アクチュエータ部材即ち中間作動部材７０の第２の端部８３に形成された穴８９を通って軸方向に延在する。実際、中間作動部材７０の内側方向に延在する環状フランジ部分８６は、複数のボール１１６ によってアクチュエータ出力シャフト９２上に形成された外側螺旋形溝１０６ に連結される内側螺旋形溝１１３ を具備する。従って、中間作動部材７０の内側方向に延在する環状フランジ部分８６は、回転から線型への変換連結をするボール・ナットを具備し、複数のボール１１６ の再循環を可能にする機能を果たすボール帰還通路１１９ （図２参照）を有する。一般的に、そのような再循環ボールねじの回転から線型への連結組立ては、中間作動部材７０の回転が複数のボール１１６ によるアクチュエータ出力シャフト９２の線型移動をもたらすような公知の技術及び機能である。
【００１４】
アクチュエータ・ハウジング５の第２の端部部分11は、アクチュエータ・ハウジング５と中間作動部材70との間で働く第２の回転から線型への連結組立ての第２のボール・ナットを構成し、複数のボール131 によって第１の端部74と第２の端部83との間の中間作動部材70の外側表面に形成された外側螺旋形溝128に連結される内側螺旋形溝125 を具備する。一般的に、この回転から線型への変換連結は、中間作動部材70上に形成された外側螺旋形溝128 がアクチュエータ出力シャフト92上に形成された外側螺旋形溝106 に対して下記でより詳しく説明されるであろう理由ために異なるピッチ角度を有することを除いて、アクチュエータ出力シャフト92と中間作動部材70との間の連結と同一である。
【００１５】
使用時に、アクチュエータ・ハウジング５のラグ１４は支持構造に強固に固着され、アクチュエータ出力シャフト９２のロッド端部１０１ は直線方向に調節可能な制御要素に強固に固定され、モータ５６の作動は駆動傘歯車５１と被駆動傘歯車４８とによって駆動スリーブ２７の回転を起こすであろう。駆動スリーブ２７と中間作動部材７０との間のスプライン連結のために、駆動スリーブ２７の回転は中間作動部材７０の回転をもたらすであろう。中間作動部材７０とアクチュエータ・ハウジング５との間の相互連結のために、中間作動部材７０の回転は、中間作動部材７０の回転方向によって決定される方向でそれの軸方向の移動をもたらすであろう。同時に、中間作動部材７０の回転は、中間作動部材７０の軸方向の移動方向と反対方向にアクチュエータ・ハウジング５に対してアクチュエータ出力シャフト９２を軸方向へ移動するであろう。この差動線型移動は、図１と２を比較することにより明確にわかる。図１では中間作動部材７０はアクチュエータ・ハウジング５に対して軸方向に移動されており、第１の端部７４は駆動傘歯車５１に近く隣接しておりアクチュエータ出力シャフト９２はほぼ一杯に延ばされている。予め決められた方向にモータ５６が回転すると、差動リニヤ・アクチュエータ１は、図１に示される位置から図２に示される位置へ合わされるであろう。ここで中間作動部材７０の第１の端部７４は駆動傘歯車５１から離れて軸方向へ移動させられ、アクチュエータ出力シャフト９２は中間作動部材７０内に引き込まれる。即ち、アクチュエータ出力シャフト９２を中間作動部材７０に、また中間作動部材７０をアクチュエータ・ハウジング５に連結する螺旋形の溝（１０６，１１３； １２５，１２８）のピッチ即ちリード角を適切に選択することによって、差動式リニヤ・アクチュエータ１のリニヤ・ストロークは、中間作動部材７０の第２の端部８３に働くトルクがアクチュエータ・ハウジング５との連結によって中間作動部材７０に反応するトルクを相殺し、その結果駆動スリーブ２７のスプライン６５は単位毎に必要とされる平衡トルクの小さい部分を提供することだけが必要とされることで歯車比とトレイドされることができる。アクチュエータの長さ対必要とされるストロークによって、本発明の差動式リニヤ・アクチュエータを利用する高い歯車比を達成することができ
る。例えば、結果として生ずる歯車比が、１００：１であるならば、駆動スリーブ２７のスプライン６５は保持力即ち駆動力の約１／１００を提供することが必要とされるであろう。従って駆動スリーブ２７が損傷を受け、差動式リニヤ・アクチュエータ１の作業不可能となる機会は著しく減少する。このように高い歯車比が、従来の手段によって必要とされるかさばるギアボックスのようなものとは違ったリニヤ・パッケージで提供される。
【００１６】
本発明の別の態様は、全体的に１３５ で示される線型可変変位トランスデューサを提供してアクチュエータ・ハウジング５に対してアクチュエータ出力シャフト９２の位置を探知することと、命令信号をモータ５６へ出力する制御モジュール（図示されていない）へフィードバック情報を提供することとである。線型可変変位トランスデューサ１３５ は、ほぼ公知の構造であり、ハウジング挿入体１７内に形成された中央孔２０を通って延在する小さくされた直径の端部部分１４６ を有する細長い円筒部分１３９ を具備する。小さくされた直径の端部部分１４６ は、１４９ で雄ねじを付けられ、その結果線型可変変位トランスデューサ１３５ の細長い円筒部分１３９ は、ナット１５２ によってアクチュエータ・ハウジング５に強固に固定されることができる。線型可変変位トランスデューサ１３５ は、アクチュエータ・ロッド１６１ によってアクチュエータ出力シャフト９２に連結されるピストン１５７ を更に具備して線型可変変位トランスデューサ１３５ の円筒部分１３９ 内に摺動可能なように受容される。
【００１７】
先に述べたように、線型可変変位トランスデューサ１３５ はほぼ公知の構成であり、円筒部分１３９ 内に磁界をつくる円筒部分１３９ の２枚の壁層の間に配置される電気コイルを具備する。金属で形成されるピストン１５７ が、円筒部分１３９ 内で摺動する時に、作られた磁界は、アクチュエータ・ハウジング５に対してアクチュエータ出力シャフト９２の位置に対応するピストン１５７ の位置で遮られる。この位置信号は、円筒部分１３９ の層の間のコイルに連結され、また小さくされた直径部分１４６ を通るか或いはハウジング挿入体１７内に形成された個々の腔を通るかの何れかで外へ向って延在するワイヤ（図示されていない）を通って制御モジュールに供給されることを意図されている。線型可変変位トランスデューサ１３５ が２つの回転しない要素間で相互連結されるので、本発明の差動式リニヤ・アクチュエータ１で線型可変変位トランスデューサ１３５ を利用することが可能であるということが認識されるべきである。これは、アクチュエータ出力シャフト９２が回転するならば、円筒部分１３９ 内の磁界は乱され、不正確な読み取りが生じるであろうからこのことは大切である。
【００１８】
本発明の個々の実施例に関連して説明されたが、色々な変化及び／或いは変形実施例が本発明の趣旨から逸脱することなしにつくられることができるということが理解されるべきである。例えば本発明の差動式リニヤ・アクチュエータ１が、システムにかなりの振動をもたらす環境で使用されるならば、低摩擦材料、例えばナイロンで１６５ のような駆動スリーブ２７の端部部分を被覆して、線型可変変位トランスデューサ１３５ の円筒部分１３９ と駆動スリーブ２７との間の低摩擦支持表面として働かさせることができる。更に電気モータ５６は好ましい実施例で使用するために説明されるが、空気圧及び水圧装置のような色々な他の型のモータも本発明の趣旨の範囲内で利用され得るであろうことは理解されるべきである。全体として本発明は請求の範囲によって限定されることを意図されるのみである。
【図面の簡単な説明】
【図１】延ばされた状態の本発明の好ましい実施例の差動式リニヤ・アクチュエータの側断面図。
【図２】ほぼ引込んだ状態のアクチュエータに関する図１で示された本発明の差動式リニヤ・アクチュエータの同様の断面図。
【符号の説明】
１…アクチュエータ、５…アクチュエータ・ハウジング、８、３２…第１の端部部分、１１…第２の端部部分、１４…ラグ、１７…ハウジングの挿入体、２０…中心孔、２３、７６、８６…フランジ、２７…駆動スリーブ、３６…軸受けリング、３８…アウターレース、４１…インナーレース、４８、５１…傘歯車、５３、９２…シャフト、５６…電気モータ、５９…孔、６５…スプライン、７０…中間作動部材、７４、９５…第１の端部、７９、８９…穴、８３、９８…第２の端部、１０１ 、１６１ …ロッド、１０６ 、１１３ 、１２５ 、１２８ …溝、１１６ 、１３１ …ボール、１１９ …通路、１３５ …トランスデューサ、１３９ …円筒部分、１４６ …小さくされた直径の端部部分、１５２ …ナット、１５７ …ピストン。

Claims (14)

1. アクチュエータ・ハウジングを支持構造物に強固に装着するように適合された第１の端部と開口した第２の端部とを有する前記アクチュエータ・ハウジングと；
   外側表面に軸方向にスプラインを付けられ、長手方向の軸の周りで回転するように前記ハウジング内に装着された細長い駆動スリーブと；
   前記駆動スリーブを回転可能なように駆動するための手段と；
   前記アクチュエータ・ハウジングと前記駆動スリーブとの間に同心に装着され、前記駆動スリーブのスプラインを付けられた外側表面と相互に嵌まり合うように係合されて前記駆動手段による前記駆動スリーブの回転が中間アクチュエータ部材を回転させるようにする内側にスプラインを付けられた部分を具備する第１の端部部分と、中間部分と、前記アクチュエータ・ハウジングの開放した第２の端部から軸方向に延在している第２の端部部分とを具備する前記中間アクチュエータ部材と；
   前記中間アクチュエータ部材の回転により前記ハウジングに対して前記中間アクチュエータ部材を軸方向へ移動するために、前記中間アクチュエータ部材の中間部分と前記アクチュエータ・ハウジングとの間を相互に連結する第１の軸方向移動手段と；
   前記中間アクチュエータ部材に対して同心に装着され、一方の端部で線型移動可能な要素に固定されるように適合された細長い出力部材と；
   前記中間アクチュエータ部材の回転により、前記中間アクチュエータ部材の軸方向移動の方向と反対の方向に、前記出力部材を軸方向へ移動させるために、前記中間アクチュエータ部材の前記第２の端部部分と前記出力部材との間を相互連結する第２の軸方向移動手段と：
   を具備する差動式リニヤ・アクチュエータ。
2. 前記第１と第２の軸方向移動手段が再循環ボール・スクリュ・アクチュエータを具備する請求項１記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
3. 前記出力部材が螺旋形スクリュ・シャフトを具備し、前記中間アクチュエータ部材の第２の端部部分が螺旋形スクリュ・ナットを具備し、前記螺旋形スクリュ・シャフト及びナットが複数のボールによって相互連結されている請求項１記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
4. 前記中間アクチュエータ部材の第２の端部部分がボールの再循環する通路を付けて形成される請求項３記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
5. 前記中間アクチュエータ部材の中間部分が螺旋形雄ねじを付けられ、前記アクチュエータ・ハウジングがその第２の端部に隣接して螺旋形雌ねじを付けられ、前記中間アクチュエータ部材のねじ切りされた中間部分が複数のボールによって雌ねじを付けられたアクチュエータ・ハウジングに連結されている請求項１記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
6. 前記中間アクチュエータ部材の中間部分が螺旋形雄ねじを付けられ、前記アクチュエータ・ハウジングがその第２の端部に隣接して螺旋形雌ねじを付けられ、前記中間アクチュエータ部材のねじ切りされた中間部分が複数のボールによって雌ねじを付けられたアクチュエータ・ハウジングに連結されている請求項３記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
7. 前記中間アクチュエータ部材の中間部材上の螺旋形雄ねじのねじ切りの方向が前記出力部材の螺旋形雄ねじの方向と同じ方向である請求項６記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
8. 前記アクチュエータ・ハウジングの第１の端部に強固に固定された第１の構成要素と前記出力部材に取付けられた第２の構成要素とを具備する線型位置を感知する可変変位トランスデューサを更に具備する請求項１記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
9. 前記第２の構成要素が前記出力部材に強固に固定され、前記第１の構成要素内で往復運動するように適合された請求項８記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
10. 前記第１の構成要素が前記駆動スリーブに同心に装着される請求項８記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
11. 前記駆動手段が電気モータを具備する請求項１記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
12. 前記電気モータが、前記駆動スリーブによって保持される傘歯車と噛み合い、駆動シャフトに強固に固定された傘歯車を有する前記駆動シャフトを具備する請求項11記載の差動式リニヤ・アクチュエータ。
13. 固着されたアクチュエータ・ハウジングと、前記アクチュエータ・ハウジング内に回転可能なように装着された細長い駆動スリーブと、駆動スリーブと共に回転するように駆動スリーブに連結されるが回転する時に駆動スリーブとアクチュエータ・ハウジングとに対して軸方向に移動させられる中間アクチュエータ部材と、前記中間アクチュエータ部材の回転に応答して中間アクチュエータ部材に対して線型移動をするように前記中間アクチュエータ部材に連結された出力部材とを有する、差動式リニヤ・アクチュエータの出力部材を線型移動させる方法であり、前記方法は、前記駆動スリーブを回転させて、前記駆動スリーブと前記アクチュエータ・ハウジングとに対して前記中間アクチュエータ部材を回転させ且つ軸方向で第１の方向に移動させ、又前記中間アクチュエータ部材と前記駆動スリーブと前記アクチュエータ・ハウジングとに対して前記出力部材を軸方向で前記第１の方向と反対の方向に、前記中間アクチュエータ部材の移動よりも大きい距離の前記ハウジングに対する軸方向の変位で移動させることを具備する差動式リニヤ・アクチュエータの出力部材を線型移動する方法。
14. 前記ハウジングに対する前記出力部材の軸方向の移動を計測することと、その結果に基ずいて前記駆動スリーブの回転を制御することを更に具備する請求項13記載の差動式リニヤ・アクチュエータの出力部材を線型移動する方法。

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