JP4147652B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有効な耐ジャミング機能を備え、その設計も容易に行い得るようにした動力伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
航空機の操縦系統用アクチュエータとして、コンパクトに設計が可能なメカニカルアクチュエータが有望視されている。この種のアクチュエータは、モータの動力を減速機を介して出力側に取り出し、その出力により舵角を変更し得るように構成するのが通例であるが、その伝達系路上で固着（ジャミング）が生じると、舵角変更不能となり、航空機の致命的な事故に直結する。
【０００３】
このような不具合に鑑みて、従来、ジャミングを防止すべく、回転動力を２系統で出力端に伝達できるように構成し、一部がジャミングしても他の系統で作動を続行できるようにしたものが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる既往の対応策としては、伝達系路を機械的に切り離すようにしたいわゆるクラッチ方式或いはシェアセクション方式と呼ばれるものか、差動歯車機構で分割した動力をそれぞれ並列に出力側に取り出すようにしたいわゆる遊星ギヤ方式、ディファレンシャルギヤ方式と呼ばれるものか、何れかが採用されているのが通例である。
【０００５】
ところが、前者の場合には、リリーストルクの設定が困難であるという不都合がある。また後者の場合には、通常作動時に比べてジャミング時に出力（速度又は駆動力）が変化する欠点があり、これを解消しようとしても限定された特定のギヤ比のもとでしかその変化を無くすことができないものであった。
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、有効な耐ジャミング機能を備え、その設計も容易に行い得るようにした動力伝達装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明の動力伝達装置は、航空機の操縦系統用アクチュエータとして適用可能なものであり、入力端に入力される回転動力を初段に配置した差動歯車機構の第１、第２の歯車列を介してそれぞれ第１、第２の動力伝達系に分割し、しかる後、それら第１、第２の動力伝達系に伝達された回転動力を終段に配置した差動歯車機構の第１、第２の歯車列を介して統合し、出力端に取り出すようにしたものであって、初段の差動歯車機構の歯車列と終段の差動歯車機構の歯車列を、それぞれ互いに機構的に同一の歯車列とし、第１、第２の動力伝達系の減速比を同一に設定していることを特徴とする。
【０００８】
このような構成のものであれば、第１、第２の動力伝達系の何れがジャミングした場合にも、その動力伝達系を固定点とし他方の動力伝達系を引き続き有効に作動させて、入力端と出力端の間の動力伝達を継続的に行い得ることになる。したがって、歯車は噛み合ったままでよく、リリーストルクの設定等が不要になる。しかも、初段の差動歯車機構の各歯車列を通過して分配された動力は、終段に配置した差動歯車機構の同一の歯車列を通過して統合されるので、通常作動時とジャミング時とで出力端に取り出される回転動力間の調整を図ることが容易となるだけでなく、各動力伝達系に減速機等を介在させる場合にも、その減速比の設定等を両差動歯車機構の存在に大きく左右されることなく行うことが可能になる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
＜実施例＞この実施例の動力伝達装置は、航空機の操縦系統用アクチュエータとして翼等に組み込んで利用されるもので、図１及び図２に示すように、中央で左右に分断されたハウジング１にベアリング２を介してシャフト３を支持させ、そのハウジング１の分断部分に出力回転体４を配設するとともに、ハウジング１内に一対の差動歯車機構たる遊星歯車機構５、６と、各々減速機７、８を備えた第１、第２の動力伝達系Ａ、Ｂとを収容して構成されるもので、入力端である前記シャフト３に入力される回転動力を初段に位置する遊星歯車機構５の第１、第２の歯車列５Ａ、５Ｂを介してそれぞれ第１、第２の動力伝達系Ａ、Ｂに分割し、しかる後、それら第１、第２の動力伝達系Ａ、Ｂに伝達された回転動力を終段に位置する遊星歯車機構６の第１、第２の歯車列６Ａ、６Ｂを介して統合し、出力端である前記出力回転体４より取り出すようにしている。
【００１１】
具体的に説明すると、初段の遊星歯車機構５は、シャフト３の外周に配設したサンギヤ５１と、シャフト３に一体回転可能に固設したギヤリテーナ５０に支持させてなるプラネタリギヤ５２と、このプラネタリギヤ５２とハウジング１との間に配設したリングギヤ５３とを互いに噛合させてなるものである。
また、終段の遊星歯車機構６は、前記出力回転体４にギヤリテーナ６０を介して支持されたプラネタリギヤ６２と、このプラネタリギヤ６２とシャフト３の間に配設したサンギヤ６１と、前記プラネタリギヤ６２の外周に遊転自在に配設したリングギヤ６３とを互いに噛合させてなるものである。
【００１２】
これに対して、第１の動力伝達系Ａは、コンパウンドと称される減速機７を主体として構成されるもので、この減速機７は、支軸７０を介して互いに連結された一対の平歯車７１、７２を主体となし、その一方の平歯車７１をシャフト３の外周に配設した外歯ギヤ７３及びハウジング１の内周に形成した内歯ギヤ７４に同時に噛合させて遊星歯車機構を構成し、他方の平歯車７２をその外周に配設した内歯ギヤ７５に噛合させたものである。しかして、この減速機７の外歯ギヤ７３と初段の遊星歯車機構５のリングギヤ５３との間をカップ状の第１連結部材９１を介して一体回転可能に連結するとともに、前記内歯ギヤ７５と終段の遊星歯車機構６のリングギヤ６３との間を円筒体状の第２連結部材９２を介して一体回転可能に連結し、減速機７を含めてこれら第１、第２連結部材９１、９２間を第１の動力伝達系Ａとしている。
【００１３】
また、第２の動力伝達系Ｂは、やはりコンパウンドと称される減速機８を主体として構成されるもので、この減速機８も、支軸８０を介して互いに連結された一対の平歯車８１、８２を主体となし、その一方の平歯車８１をシャフト３の外周に配設した外歯ギヤ８３及びハウジング１の内周に形成した内歯ギヤ８４に同時に噛合させて遊星歯車機構を構成し、他方の平歯車８２をその外周に配設した内歯ギヤ８５に噛合させたものである。しかして、この減速機８の外歯ギヤ８３と初段の遊星歯車機構５のサンギヤ５１との間をシャフト３の外周に遊転自在に外装した円筒状の第３連結部材９３を介して一体回転可能に連結するとともに、前記内歯ギヤ８５と終段の遊星歯車機構６のサンギヤ６１との間をカップ状の第４連結部材９４を介して一体回転可能に連結し、減速機８を含めてこれら第３、第４連結部材９３、９４間を第２の動力伝達系Ｂとしている。
【００１４】
すなわち、この動力伝達装置は、入力端であるシャフト３に入力される回転動力を初段に配置した遊星歯車機構５の第１の歯車列５Ａであるプラネタリギヤ５２→リングギヤ５３を介して第１の動力伝達系Ａに、また第２の歯車列５Ｂであるプラネタリギヤ５２→サンギヤ５１を介して第２の動力伝達系Ｂにそれぞれ分割し、しかる後、第１の動力伝達系Ａに伝達された回転動力を減速機７で減速した後に終段に配置した遊星歯車機構６の第１の歯車列６Ａであるリングギヤ６３→プラネタリギヤ６２を介して出力端である出力回転体４に、また第２の動力伝達系Ｂに伝達された回転動力を減速機８で減速した後に前記遊星歯車機構６の第２の歯車列６Ｂであるサンギヤ６１→プラネタリギヤ６２を介して出力回転体４に、統合して取り出すようにしたものである。つまり、初段の遊星歯車機構５の第１の歯車列５Ａと終段の遊星歯車機構６の第１の歯車列６Ａ、及び、初段の遊星歯車機構５の第２の歯車列５Ｂと終段の遊星歯車機構６の第２の歯車列６Ｂは、それぞれ互いに遊星という機構的に同一の歯車列が使用されているものである。
【００１５】
なお、図３において符号Ｚａ〜Ｚｇは各ギヤに設定される歯数を例示しており、Ｚａ〜Ｚｇのうち同じ符号で示されるものは同一歯数に設定されていることを意味している。
次に、入力端であるシャフト３に角速度ωの回転動力が入力された場合に、出力端である出力回転体４の角速度ω５がどのようになるかを計算する。そのために、初段の遊星歯車機構５において、リングギヤ５３の角速度すなわち第１連結部材９１の角速度ω１がαωであると仮定し、第２連結部材９２の角速度ω２、第３連結部材９３の角速度ω３、第４連結部材９４の角速度ω４を求める。減速機７、８における減速比をＫとおけば、

である。一方、出力回転体４の角速度ω５は、
ω５＝（ω４＋ω２・Ｚｃ／Ｚａ）／（１＋Ｚｃ／Ｚａ） …（６）
であるから、（６）式に（２）式及び（４）式を代入すると、
ω５＝Ｋ・ω …（７）
となって、出力回転体４にはαに拘わらず一定の回転動力が得られることがわかる。すなわち、理想的にω１＝ω３となる状態（すなわちα＝１の状態）は勿論のこと、ω１、ω２が０となり第１の動力伝達系Ａがジャミングする状態（α＝０の状態）や、ω３、ω４が０となり第２の動力伝達系Ｂがジャミングする状態（ω３＝０とおいた場合に（３）式より得られるα＝１＋Ｚａ／Ｚｃの状態）においても、常に（７）式で示す関係が成立する。
【００１６】
なお、図３において括弧書きで示す数値は、各ギヤの歯数を具体的に例示したものである。これらの値を（５）式に代入すると、（７）式より、
ω５＝０．００９８０９ω
となり、大きな減速比が取り出せることがわかる。
このようにして、本実施例の動力伝達装置は、第１、第２の動力伝達系Ａ、Ｂの何れがジャミングした場合にも、そのジャミングした動力伝達系Ａ（Ｂ）を固定点とし他方の動力伝達系Ｂ（Ａ）を引き続き有効に作動させて、入力端であるシャフト３と出力端である出力回転体４の間の動力伝達を継続的に行い得ることになる。したがって、各部の歯車は噛み合ったままでよく、リリーストルクの設定等は一切不要になる。しかも、初段の遊星歯車機構５の各歯車列５Ａ、５Ｂを通過して分配された動力は、終段に配置した遊星歯車機構６の歯車列６Ａ、６Ｂを通過して統合されるので、通常作動時とジャミング時とで出力回転体４に取り出される回転動力間の調整を図ることが容易となるだけでなく、各動力伝達系Ａ、Ｂに介在される減速機７、８に対し、その減速比の設定等を両遊星歯車機構５、６の存在に左右されることなく行うことが可能になる。その上、構造的には、遊星歯車機構やコンパウンドと称される減速機を採用しており、一般的な要素部品のみを用いて構成することができる上に、モータと共に翼内にコンパクトに組み込むことができるので、航空機に要求される小型軽量化にも極めて適したものとなる。
【００１７】
特に、本実施例は、初段、終段の遊星歯車機構５、６ともに同一歯数設定（Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ）とし、それらを対称的に配置することで叙述した出力回転にαが影響しないようにしているため、正常作動時から種々のジャミング状態に亘る広い範囲で同一出力を得ることができ、翼の操舵を安定、確実なものにすることが可能となる。しかも、本実施例は、動力伝達系Ａ、Ｂに介在される減速機７、８にも同一のものを採用して対称的に配置しており、出力回転が減速機７、８の歯数設定のみによって決まるようにしているため、減速比の設計も極めて簡単に行うことが可能となる。
【００１８】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施例のみに限定されるものではない。例えば、遊星歯車機構５、６間の歯数設定や、減速機７、８間の歯数設定は、必ずしも同一とする必要はなく、少なくとも相似の関係にしておけば上記と全く同様の作用効果を上げることができる。また、差動歯車機構として、遊星歯車機構に代え、傘歯車機構を初段及び終段に配置して構成してもよい。さらに、上記実施例ではプラネタリギヤに入力した回転動力をプラネタリギヤより取り出すようにしているが、サンギヤに入力した回転動力をサンギヤより取り出す構成や、リングギヤに入力した回転動力をリングギヤより取り出す構成を採用することもできる。
【００１９】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
＜参考例＞次に、上記実施例に準じた基本構成を採用し、且つ積極的にジャミングを発生させ得るような機構を付加することにより、入力端であるシャフト３と出力端である出力回転体４との間の減速比を作動しながら切り換え得るようにした参考例を図４に示す。
【００２０】
このものも、入力端である前記シャフト３に入力される回転動力を初段に位置する遊星歯車機構５の第１、第２の歯車列５Ａ、５Ｂを介してそれぞれ第１、第２の動力伝達系Ａ、Ｂに分割し、しかる後、それら第１、第２の動力伝達系Ａ、Ｂに伝達された回転動力を終段に位置する遊星歯車機構６の第１、第２の歯車列６Ａ、６Ｂを介して統合し、出力端である前記出力回転体４より取り出すようにしている点において前記第１実施例と同様である。しかして、この実施例の特徴は、前記両動力伝達系Ａ、Ｂの減速比を異なる値に設定している点、及び、両動力伝達系Ａ、Ｂをそれぞれ選択的にロックし得る位置にブレーキ機構１００、２００を設けている点にある。
【００２１】
具体的には、減速機７、８を構成するに際して、それらの外歯ギヤ７３、８３を異なる歯数Ｚａ１、Ｚａ２に、平歯車７１、８１を異なる歯数Ｚｄ１、Ｚｄ２に、平歯車７２、８２を異なる歯数Ｚｅ１、Ｚｅ２に、内歯ギヤ７４、８４を異なる歯数Ｚｆ１、Ｚｆ２に、内歯ギヤ７５、８５を異なる歯数Ｚｇ１、Ｚｇ２にそれぞれ設定しているものである。
【００２２】
一方、ブレーキ機構１００、２００は、動力伝達系Ａ、Ｂをロックし得る位置であればどこでもよいが、一例として、ブレーキ機構１００をシューの拡縮を利用したドラムタイプのものにして第１連結部材９１の外周面をロックし得る位置に配設したり、ブレーキ機構２００をやはりシューの拡縮を利用したドラムタイプのものにして第３連結部材９３の内周面をロックし得る位置に配設することができる。
【００２３】
次に、入力端であるシャフト３に角速度ωの回転動力が入力された場合に、出力端である出力回転体４の角速度ω５がどのようになるかを計算する。そのために、初段の遊星歯車機構５において、リングギヤ５３の角速度すなわち第１連結部材９１の角速度ω１がαωであると仮定し、第２連結部材９２の角速度ω２、第３連結部材９３の角速度ω３、第４連結部材９４の角速度ω４を求める。減速機７、８における減速比をＫ１、Ｋ２とおけば、

である。
【００２４】
一方、出力回転体４の角速度ω５は、ブレーキ２００を掛けたときは動力伝達系Ａのみが作動して、（α＝（１＋Ｚｃ／Ｚａ）／（Ｚｃ／Ｚａ））
ω５（１）＝（ω２・Ｚｃ／Ｚａ）／（１＋Ｚｃ／Ｚａ） …（６）
となり、ブレーキ１００を掛けたときは動力伝達系Ｂのみが作動して、（α＝１＋Ｚｃ／Ｚａ）
ω５（２）＝ω４／（１＋Ｚｃ／Ｚａ） …（６）’
となり、ブレーキ１００、２００の何れをも掛けないときは、両動力伝達系Ａ、Ｂが共回りして、（α＝１）
ω５（３）＝（ω４＋ω２・Ｚｃ／Ｚａ）／（１＋Ｚｃ／Ｚａ） …（６）''
となる。
【００２５】
このように、積極的に動力伝達系Ａ、Ｂの何れにジャミングを発生させるかによって、上記（６）、（６）’式に示すように作動しながら効率良く出力端である出力回転体４の回転速度を切り換えることができ、またフリーにすることによっても上記（６）''式のように切り換えることができるため、クラッチ式の変速機構等に比べて作動の連続性、安定性を高めることができ、また流体クラッチ等に比べて常時歯車の噛み合いを通じて構成していることにより効率も格段に向上させることが可能となる。
【００２６】
なお、この実施例においても、前記第１実施例に準じた種々の変形を加えることが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、同一の歯車列を有する一対の差動歯車機構の間を２系統の動力伝達系を介して連結し、回転動力を一旦分割し、しかる後統合して出力するようにしたものである。このため、何れの動力伝達系がジャミングしても適正な動力伝達を有効に継続することが可能となる。しかも、リリーストルクの設定等が不要であり、通常作動時とジャミング時とで出力端に取り出される回転動力間の調整が図り易いため、ジャミングしても出力を変化させないための構成や、積極的に所定の出力変化を発生させるための構成、更には所望の減速比を得るための構成を、高い設計自由度の下で容易に実現することができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す概略的な断面図。
【図２】図１に対応した模式的な機構説明図。
【図３】図１に対応した模式的な機構説明図。
【図４】参考例を示す図３に対応した機構説明図。

Claims (1)

1. 航空機の操縦系統用アクチュエータとして適用可能な動力伝達装置であり、
   入力端に入力される回転動力を初段に配置した差動歯車機構の第１、第２の歯車列を介してそれぞれ第１、第２の動力伝達系に分割し、しかる後、それら第１、第２の動力伝達系に伝達された回転動力を終段に配置した差動歯車機構の第１、第２の歯車列を介して統合し、出力端に取り出すようにしたものであって、初段の差動歯車機構の歯車列と終段の差動歯車機構の歯車列を、それぞれ互いに機構的に同一の歯車列とし、
   第１、第２の動力伝達系の減速比を同一に設定していることを特徴とする動力伝達装置。

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