JP4147532B2 - トルクリミッタを備えたアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明はトルクリミッタを備えたアクチュエータに関するものである。
本発明は特に、少なくとも１つの駆動モータと、出力部材と、各駆動モータと出力部材との間に設けられた最大伝達トルクを調整するための可動部材を有する調整可能なトルクリミッタと、駆動モータおよびトルクリミッタを収容するハウジングとを有するアクチュエータに関するものである。

アクチュエータにトルクリミッタを設ける必要がある分野は多い。このトルクリミッタは例えば互いに押圧状態に維持された２つの摩擦部材で構成され、摩擦部材の押圧力が２つの摩擦部材の間の摺動トルクを規定し、伝達トルクはこの摺動トルクに制限される。
このトルクリミッタのキャリブレーションを組立前にできれば有利である。
実際のアクチュエータでは、トルクリミッタは一般に他の減速歯車部材（例えばエピサイクリック減速歯車）の後方および／または前方にあるか、駆動モータとトルクリミッタとの間に設けられた減速段にある。

しかし、個々のアクチュエータで使用される各部品の機械加工度には差があるため、アクチュエータの出力部材の所で最大トルクが得られるように、アクチュエータの他の部材を参照してトルクリミッタのキャリブレーションを計算で行うのは難しい。

本発明の目的は、アクチュエータの駆動モータと出力部材との間の運動チェーン中にある各部材の製造品質とは無関係に、出力部材で測定される制限トルクを正確に固定できるアクチュエータを提供することにある。

従って、本発明の特徴は、上記形式のアクチュエータにおいて、最大伝達トルクの可動調整部材にアクセス（接近）するための開口をハウジングに形成し、トルクリミッタをハウジング内に設置した点にある。

本発明の実施例のアクチュエータは下記の一つまたは複数の特徴を有する：
（１）上記の最大伝達トルクの可動調整部材がナットを有し、このナットがトルクリミッタの出力シャフトに形成されたネジ部と螺合し、最大伝達トルクが上記ナットのネジ部上での軸線方向位置で規定され、出力シャフトと上記ナットとには対応凹部が形成され、さらに、上記ナットを出力シャフトに固定する固定部材を有し、この固定部材は出力シャフトの軸線方向で上記対応凹部と係合している。
（２）固定部材が出力シャフトの端部に配置された支持体を有し、この支持体は２つの対応凹部と係合する少なくとも１つのロック用ツメを有する。
（３）固定部材を保持するためのネジを有し、このネジは出力シャフトに形成されたネジ付の穴と係合している。
（４）開口を閉じるための着脱自在な栓を有している。
（５）駆動モータと出力部材との間に少なくとも１つの減速段を有する。
本発明は添付図面を参照した以下の実施例の説明からより良く理解できよう。しかし、本発明が下記の実施例に限定されるものではない。

図示したアクチュエータ１０は飛行機の着陸装置を引込み位置にロックするためのものである。
このアクチュエータは２つの駆動モータ１４Ａ、１４Ｂを収容したハウジング１２を有している。各駆動モータ１４Ａ、１４Ｂは差動減速・トルク制限機構１５に機械的に接続されている。この差動減速・トルク制限機構１５はトルクリミッタ１８と一体化された差動減速歯車装置１６を有している。アクチュエータはさらに、差動減速歯車・トルク制限機構１５によって駆動されるエピサイクリック減速歯車２０と、このエピサイクリック減速歯車２０によって駆動される回転出力部材２２とを有し、回転出力部材２２はハウジング１２から突き出ている。

２つの駆動モータ１４Ａ、１４Ｂは電気モータで構成され、各電気モータのステータ２４Ａ、２４Ｂはハウジング１２に固定され、そのロータ２６Ａ、２６Ｂは互いに平行な軸線Ｙ１−Ｙ２およびＹ２−Ｙ２を中心に回転自在である。

２つの駆動モータ１４の出力シャフト２８Ａ、２８Ｂは差動減速歯車装置１６の第１および第２の駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂを駆動する。これらの駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂはモータの軸線Ｙ１−Ｙ１およびＹ２−Ｙ２と平行な同一主軸Ｘ−Ｘを中心に回転する。
［図２］に示すように、駆動モータ１４Ａの出力シャフト２８Ａは、互いに一体化された直径の異なる同軸な２つの歯車３４Ａ、３６Ａから成る減速段３２Ａを介して駆動太陽歯車３０Ａと連結して駆動太陽歯車３０Ａを回転駆動する。
同様に、［図１］に示すように、駆動モータ１４Ｂの出力シャフト２８Ｂは互いに一体化された直径の異なる同軸な２つの歯車３４Ｂ、３６Ｂから成る減速段３２Ｂを介して駆動太陽歯車３０Ｂと連結し、駆動太陽歯車３０Ｂを回転駆動する。

［図３］〜［図５］は差動減速・トルク制限機構１５を単独で示したものである。この差動減速・トルク制限機構１５は軸線Ｘ−Ｘに沿って延びた出力シャフト４０を有し、この出力シャフト４０の第１端はエピサイクリック減速歯車２０を駆動する出力歯車４２になっている。

２つの駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂは出力シャフト４０の周りに回転自在に取り付けられており、駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂのシャフトと出力シャフト４０とは同一のものである。駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂはこの出力シャフト４０に支持され、滑り軸受またはころがり軸受４４Ａ、４６Ａおよび４４Ｂ、４６Ｂを介して出力シャフト４０上に回転自在に案内されている。軸受４４Ａ、４６Ａおよび４４Ｂ、４６Ｂには軸方向位置を保持するための横方向肩部を有している。

軸受４４Ａ、４６Ａおよび４４Ｂ、４６Ｂと出力シャフト４０との間にはスリーブ５０Ａ、５０Ｂから成る締め付け顎４８Ａ、４８Ｂが配置されている。各スリーブ５０Ａ、５０Ｂの互いに対向した端部はスリーブと一体なカラー５２Ａ、５２Ｂとなっている。顎４８Ａ、４８Ｂはその長手方向に前後摺動自在な状態で出力シャフト４０上に回転連結されている。そのために、出力シャフト４０の外側表面と顎４８Ａ、４８Ｂの内側表面とは互いに相補形状（例えば、平面）になっている。

差動減速歯車装置１６は、２つの駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂの間に、２つの胴蓋（flasque）６２Ａ、６２Ｂから成る遊星歯車キャリア６０を有している。この星歯車キャリア６０はピン／ネジ６３によって互いに一体回転するように連結された２つの胴蓋６２Ａ、６２Ｂで構成されている。２つの胴蓋６２Ａ、６２Ｂの間には互いに係合した一対の遊星歯車６４Ａ、６４Ｂが取り付けられ、各遊星歯車６４Ａ、６４Ｂは各駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂと一体な小径の駆動太陽歯車７０Ａ、７０Ｂと係合している。

各遊星歯車６４Ａ、６４Ｂは一体で同軸な２つの同一歯車から成り、一体なシャフト７２を有している。このシャフト７２は軸受７４を介して胴蓋６２Ａ、６２Ｂに保持され、胴蓋６２Ａ、６２Ｂに対して自転できる。各シャフト７２は互いに平行に延び且つ出力シャフト４０の軸線Ｘ−Ｘと平行であるが、シャフト７２の軸線は軸線Ｘ−Ｘとは異なっていて、遊星歯車６４Ａ、６４Ｂは軸線Ｘ−Ｘを中心にして全体が一緒に回転する。

ハブ８０はピン６３を介して遊星歯車キャリア６０と一体回転する。このハブ８０は２つの駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂの間に配置され、シャフト４０上に回転自在に取り付けられている。このハブ８０は［図４］により明瞭に示してある。ハブ８０は平らで、一般に環状のコア部を有し、このコア部の延長部は直径方向両側の横方向耳部となり、上記のピン６３はこの耳部を貫通している。遊星歯車６４Ａ、６４Ｂは横方向耳部の間に形成された開口部中でコア部の周りに配置されている。

ハブ８０の両側の各平板表面上には摩擦円板８２Ａ、８２Ｂが接着によって取り付けられており、各摩擦円板８２Ａ、８２Ｂは上記の顎４８、４８Ｂのカラー５２Ａ、５２Ｂの間に圧縮保持されている。これらのカラー５２Ａ、５２Ｂは平らな環状表面に力を加える摩擦座金と一緒になって摩擦部材を形成する。
出力シャフト４０は差動減速・トルク制限機構１５の両側に配置された玉軸受９０Ａ、９０Ｂによって支持され、これらの玉軸受９０Ａ、９０Ｂはハウジング１２に支持されている。出力シャフト４０はカラー９２を有し、このカラー９２の軸線方向は玉軸受９０と当接し、この玉軸受９０の軸方向はハウジング１２の肩部に当接している。

ハブ８０は２つの顎４８Ａ、４８Ｂの間で軸方向に締め付けられている。
顎４８Ｂはベルヴィル座金セット９４Ｂと剛体座金９６Ｂとを介して上記カラー９２に当接されている。
顎４８Ａは剛体座金９６Ａとベルヴィル座金セット９４Ａとを介して押圧されている。出力シャフト４０に支持されたベルヴィル座金セット９４Ａはナット１００によって締付けられ、保持されている。このナット１００は出力歯車４２が取り付けられた側とは反対側の出力シャフト４０の第２端部にネジ止めされ、センタリングされている。このナット１００は平滑な外側表面を有し、上記玉軸受９０Ａはナット１００の上記の平滑な外側表面と係合している。

従って、２つの顎４８Ａ、４８Ｂの間に締め付けられているハブ８０の軸方向位置はナット１００によって維持される。２つの顎４８Ａ、４８Ｂは剛体座金９６Ａ、９６Ｂを介してベルヴィル座金９４Ａ、９４Ｂによって互いの方向へ付勢されている。すなわち、一方のベルヴィル座金はカラー９２によって圧縮保持され、他方のベルヴィル座金はナット１００によって圧縮保持されている。

ベルヴィル座金の圧縮力はナットの締付け量に応じて大きくまたは小さくなる。従って、顎４８Ａ、４８Ｂと摩擦円板８２Ａ、８２Ｂとの間の摩擦力が変化するように、ベルヴィル座金が顎４８Ａ、４８Ｂに加える圧力を調節することができる。
ナット１００にアクセスし、ナット１００をキーで操作して上記の摩擦力を調節するために、ハウジング１２には開口部１１０が形成されている。この開口部１１０は出力シャフト４０の延長部に形成されている。また、ナットが動かないようにするために、ナットを支持した出力シャフト４０の第２端部には半径方向凹部１１２が形成されている。この半径方向凹部１１２は出力シャフト４０の端部の所で外に開口している。この半径方向凹部１１２の数は例えば３つにすることができる。ナット１１０にはこの半径方向凹部１１２に対応する数の凹部１１４を形成する。これらの凹部１１４もナット１００の端部の所で外に開口している。

ロック部材１２０は２つのロック用ツメ１２４を有するカラー１２２で構成される。このロック部材１２０はロック用ツメ１２４が出力シャフト４およびナット１００に形成された対応する半径方向凹部中に収容されるようにシャフトの端部と係合している。
出力シャフト４の端部に軸方向に形成されたネジ付き穴１２８にはネジ１２６が係合し、このネジ１２６はロック部材１２０を貫通し、それを保持している。
上記の開口部１１０は着脱自在な保護用密封栓１４０によって閉じられている。

上記のアクチュエータの使い方を下記説明する。
２つの駆動モータ１４Ａ、１４Ｂが同じ速度で回転しているときには、２つの駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂは同じ方向に駆動される。従って、同じペアーの遊星歯車６４Ａ、６４Ｂは互いに対して静止し、遊星キャリア６０は遊星歯車によって回転される。遊星歯車自体は駆動太陽歯車７０Ａ、７０Ｂによって出力シャフトＸ−Ｘを中心に回転される。ハブ８０は遊星キャリア６０と一緒に回転駆動される。

締付け顎４８Ａ、４８Ｂと摩擦円板８２Ａ、８２Ｂとの間に加えられる摩擦力が駆動モータ１４Ａ、１４によって供給されるトルクよりも大きい限り、駆動モータ１４Ａ、１４Ｂによって供給されるトルクはハブ８０から出力シャフト４０に伝達される。
駆動モータ１４Ａ、１４によって供給されるこのトルクが摩擦による摩擦力よりも大きくなった場合には、摩擦円板８２Ａ、８２Ｂが顎４８Ａ、４８Ｂの摩擦表面上を摺動し、トルクの一部だけが伝達される。すなわち、締付け部材の顎４８Ａ、４８Ｂの間に締め付けられたハブ８０が２つの駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂの間に一体化されたトルクリミッタを形成する。

一方の駆動モータが他方の駆動モータと異なる速度で回転する場合、あるいは、一方の駆動モータが停止した場合には、２つの駆動太陽歯車７０Ａ、７０Ｂが異なる速度で回転し、遊星歯車６４Ａ、６４Ｂは互いに反対方向に自転して、２つの駆動モータの回転速度差を補償する。その結果、遊星キャリア６０は２つの駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂの平均速度で駆動され、駆動モータによって与えられるトルクが接触摩擦表面を介して与えられる摩擦力よりも小さい限り、出力シャフト４０はこの速度で駆動される。

従来法と同様に、出力シャフト４０はエピサイクリック減速歯車２０を介して制御部材２２を駆動する。
トルクリミッタが２つの駆動太陽歯車３０Ａ、３０Ｂの間に設けられるので、減速歯車・トルク制限機構が占める空間が小さくなり、それによって、全体が小型のアクチュエータにすることができる。

トルクリミッタを調整する際には、栓１１０を外せばネジ１２６へアクセス（接近）できる。このネジ１２６をロック部材１２０と一緒に取り外す。次に、ナット１００を締め付けるか、緩めることによって、摩擦円板８２Ａ、８２Ｂに対する２つの顎４８Ａ、４８Ｂの締付け力を正しい値にすることができる。
このナットの位置調節後に、ナットおよびシャフト端部の対応凹部１１４、１１６へロック部材１２０を再係合させ、ネジ１２６を再度締め付けて、ロック部材１２０の軸線方向を固定する。最後に、栓１４０を再び取付けて、ハウジングを密封する。

上記の通り、本発明アクチュエータではアクチュエータ全体を組み立てた後にトルクリミッタをキャリブレーションすることでき、従って、アクチュエータを構成する各種係合要素、特にエピサイクリック減速歯車２０に起因する摩擦および効率低下を考慮に入れることができるということは理解できよう。従って、アクチュエータの各種可動部材の機械加工度とは無関係に、出力部材２２の所で測定されるアクチュエータの最大出力トルクを正確に規定することができる。

本発明のアクチュエータの一部を破断して示した斜視図。 図１の縦断面図。 図１および図２のアクチュエータの差動減速歯車・トルク制限機構の一部を破断して示した斜視図。 図３の機構の拡大斜視図。 図３および図４に示す機構の縦断面図。

Claims (8)

1. 少なくとも１つの駆動モータ（１４Ａ、１４Ｂ）と、出力部材（２２）と、最大伝達トルクの可動調整部材（１００）を有する各駆動モータ一と出力部材（２２）との間に設けられた調整可能なトルクリミッタ（１８）と、駆動モータおよびトルクリミッタを収容するハウジング（１２）とを有するアクチュエータにおいて、
   上記トルクリミッタ（１８）が上記ハウジング（１２）内に設置されており、上記ハウジング（１２）は、最大伝達トルクの可動調整部材（１００）に接近（アクセス）するための開口（１１０）を有し、このアクセスするための開口（１１０）が出力シャフト（４０）の延長線上にあり、上記の最大伝達トルクの可動調整部材（１００）がナット（１００）を有し、このナット（１００）が上記トルクリミッタ（１８）の出力シャフト（４０）に形成されたネジ部と螺合していることを特徴とするアクチュエータ。
2. 最大伝達トルクが上記ナット（１００）のネジ部上での軸線方向位置で規定され、出力シャフト（４０）と上記ナット（１００）とには対応凹部（１１４、１１６）が形成され、さらに、上記ナット（１００）を出力シャフト（４０）に固定する固定部材（１２０）を有し、この固定部材（１２０）が出力シャフト（４０）の軸線方向で上記対応凹部と係合している請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 上記固定部材（１２０）が出力シャフトの端部に配置された支持体（１２２）を有し、この支持体（１２２）は２つの対応凹部（１１４、１１６）と係合する少なくとも１つのロック用ツメ（１２４）を有する請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 上記固定部材（１２０）を保持するためのネジ（１２６）を有し、このネジ（１２６）は出力シャフト（４０）に形成されたネジ付の穴（１２８）と係合している請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 上記ナット（１００）が出力シャフト（４０）の端部表面と螺合し、出力シャフト（４０）の凹部（１１２）が出力シャフト（４０）の端部で開口した放射状凹部である請求項２〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
6. 上記ナット（１００）の凹部（１１４）がナット（１００）の端部で開口している請求項５に記載のアクチュエータ。
7. アクセスするための開口（１１０）を閉じるための着脱自在な栓（１４０）を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
8. 駆動モータ（１４Ａ、１４Ｂ）と出力部材（２２）との間に少なくとも１つの減速段（１６、２０）を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載のアクチュエータ。

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