JP4227527B2 - 線形油圧式揺動駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類の線形油圧式揺動駆動装置に関する。

この種の駆動装置は、例えば、空力翼型（翼プロフィール）に装備したフラップの角度制御などに用いられるものである。フラップの角度制御は、かつてはロッド式のリンク機構を介して行われていたため、そのリンク機構のロッドとフラップとの間を、空力翼型の外表面から突出した位置において枢動連結しなければならず、そのことが空力性能に悪影響を及ぼしていたが、この種の駆動装置を使用することによって、そのようなロッド式のリンク機構を使用せずに済むという利点が得られる。

この種の駆動装置で公知のものとしては、例えば、特許文献１に記載されている、ロータブレードに装備したエルロンを制御するための駆動装置などがある。この駆動装置においては、油圧によって発生させる駆動出力軸の軸方向運動を回転運動に変換するために、その駆動出力軸に並目ねじを設けてある。並目ねじは、複数のブッシュに嵌合している。それらブッシュは、駆動出力軸と同心的位置関係にあって駆動出力軸を囲繞しており、駆動出力軸が軸方向に移動すると、それらブッシュが回転する。その際、駆動出力軸の方が回転してしまうことがないように、回転モーメントによる駆動出力軸の回転を阻止する必要がある。この回転阻止を実現するために、駆動出力軸を回転不能に固定するための機構が付加されている。この機構は、多数の構成部材で構成されており、また特に、駆動出力軸が嵌合する孔部を画成する複数の分割式の孔部画成部材と、回転阻止のための複数本のピンとを含んでいる。このような構成は、寸法的には比較的小型に構成することができるものの、組立作業及び保守作業の負担が大きい。

また、いわゆる並目ねじ型揺動モータが公知となっている。これは、油圧で作動させるピストンの軸方向移動を、並目ねじを介して駆動出力軸の回転運動に変換するようにしたものである。かかる揺動モータでは、ピストンの回転を阻止するために、例えば、並目方向が互いに逆方向の２つの並目ねじを、ピストンの両端に螺合させている。しかしながらこの方式では、揺動モータの両端から延出する夫々の駆動出力軸の回転方向が互いに逆方向になり、これは、汎用としては望ましくないことである。更に、並目ねじは、軸方向のみならず径方向にも入れ子式の構造とされている。そして、並目ねじの螺条のピッチは、任意に短縮することができないため、構造を小型化することができない。そのため、市販されているこの種の揺動駆動装置は、通常、比較的大型である。更に、従来のこの種の油圧式の揺動駆動装置では、荷重分布を一様にすることができず、荷重が一点に集中せざるを得ないという短所もあった。

最近になって、非常に小型のフラップ配置（いわゆるミニフラップ）を装備した空力機構が開発された。ミニフラップが従来のフラップと大きく異なるのは、従来のフラップの厚さが、クリーン翼形状における翼厚の１０〜３０％程度あったのに対して、ミニフラップの厚さは僅か１〜３％であるということである。また、ミニフラップは、スプリット・フラップと同様に、固定部と揺動部とを備えている。このようなミニフラップを備えた空力翼型は、例えば、本出願人が出願し、未だ公開されていない独国特許出願第１０１５６７３３号などに記載されている。このようなミニフラップの角度制御を、従来の制御レバーによって行おうとすると、多数の制御レバーを必要とすることから、空力性能が低下するのみならず重量も増加する。また更に、組立作業及び保守作業に必要とされるコストの増大も招きかねない。

英国特許出願公開第２２９９５６２号明細書

かかる事情から、特に、大幅な小型化という要求に応えることのできる、新規なアクチュエータシステムが求められている。この構造上の要求は、アクチュエータシステムの組み込まれる空間が、極めて限られたものであることによる。また、かかるフラップ用のアクチュエータシステムは、駆動装置及びそれに付随する支持構造に要求されている様々な機能を、高度に一体化し得るものであることが望まれる。更に、フラップに固有の要求条件に応えるために、線形のものであって、しかも、力すなわち駆動力を一点に集中させずに分布させることができるものであることが望まれる。

従って本発明の目的は、コンパクトで簡明な構成を有し、既存の構造に組込むことができ、保守コストが低廉な、線形油圧式揺動駆動装置を提供することにある。

かかる目的を達成する線形油圧式揺動駆動装置は、油圧媒体を流出入させる配管接続部を備えたハウジングと、前記油圧媒体の作用により軸方向に移動可能であるように前記ハウジングの内部に配設されたピストンと、複数の並目ねじ（急勾配のねじ）を備え前記ピストンと協働して前記ピストンの軸方向運動を回転運動に変換する駆動出力軸とを備えたものであって、更に本発明に係る特徴として、前記駆動出力軸が前記ピストンの中に嵌合されており、前記複数の並目ねじが、同一の螺旋方向を有するように形成されていて前記ピストンと螺合しており、更に、前記ピストンの回転運動を阻止するべく、該ピストンの断面形状が多角形断面形状とされている線形油圧式揺動駆動装置である。

ピストンの断面形状を多角形断面形状としたことにより、ピストンの回転を阻止するためのトルク・サポートが、ピストン自体によって得られるようになっている。また、前記ピストンの全長のうちの、前記駆動出力軸と該ピストンとの螺合領域の略々全域が、前記多角形断面形状を有するようにすることが好ましい。別法として、前記ピストンを、多角形断面形状を有する部分が該ピストンの全長に亘って存在するように形成するのもよい。また、前記多角形断面形状は、ドイツ工業規格第３２７１２に規定されている「Ｐ４Ｃ断面形状」とすることが好ましい。この断面形状とすることによって、トルク、即ち回転モーメントが作用している状態で、前記ピストンを軸方向に円滑に移動させることができるという利点が得られる。また、かかる構造とすることによって、ピストンの回転を阻止するための機構ないし部材を別設することを不要にしている。従って構成が簡明になる。更に、かかる構造とすることによって、在来の構造と比べて、格段にコンパクトな揺動駆動装置を構成し得るという利点が得られる。また、この構造に関しては、前記駆動出力軸が、前記ピストンの両端に亘って配設されているようにすると特に好都合である。

そのようにする場合の特に有利な構成は、前記駆動出力軸が、互いに分離した２つの分割構成部材を含んでおり、それら分割構成部材の各々の、前記ピストンと螺合している端部に、螺旋方向が同一の並目ねじが設けられているようにするというものである。この構成によれば、それら２つの分割構成部材の回転方向は同一方向になる。

また、前記駆動出力軸の前記２つの分割構成部材が、スペーシング・ピンを介して、回転対称形状となるように互いに連結されており、前記スペーシング・ピンが、前記２つの分割構成部材の各々に設けられた孔部に嵌合している構成とすることが好ましい。この構成とすることによって、組立作業及び保守作業に関する利点が得られる。

また、前記ピストンが、ねじを形成したねじブッシュを両端に備えており、それらねじブッシュに、前記駆動出力軸の前記２つの分割構成部材の夫々の前記並目ねじが螺合している構成とすると好都合である。この構成とすることによって、既述のごとく、前記駆動出力軸の前記２つの分割構成部材の回転方向を揃えることができる。更にこれによって、大きな駆動力を伝達することが可能となる。

更に、前記ピストンが、前記スペーシング・ピンがその中を延在する中心孔を備えている構成とすると有利である。この構成とすることによって、簡明な構造でスペーシング・ピンを支持することができる。また、そのためには、中央孔の中に支持部材を配設するとよい。

前記駆動出力軸を軸支するアキシャル・ラジアル・ベアリングを備えるようにすることが好ましく、そのアキシャル・ラジアル・ベアリングをローラベアリングとすればなお好ましい。別法として、アキシャル・ベアリングの部分とラジアル・ベアリングの部分とに分けて形成するようにしてもよい。かかるベアリングを装備することによって、軸方向の力と径方向の力との両方を良好に支持することができる。

前記アキシャル・ラジアル・ベアリングが、前記ハウジングの両端を閉塞している２つのハウジング・カバーの各々に組込まれている構成とすると特に有利である。この構成とすることによって、コンパクトな構造を好適に実現することができる。

更に、ハウジングに連結したフラップを異なった方向に揺動させることができるようにするための構成としては、前記ハウジングに油圧媒体を双方向に流出入させる構成とすることが好ましい。

本発明に係る揺動駆動機構は、特に、回転翼航空機のロータブレードや固定翼航空機の主翼などの空力翼型に装備したフラップの角度制御に使用するのに適したものである。その場合に、空力翼型に揺動可能に連結されたフラップの枢動連結構造に、複数の前記揺動駆動装置が、直線上に同心的位置関係で列設して組込まれた構成とすると特に有利である。

以下に添付図面を参照しつつ、本発明について更に詳細に説明して行く。
図１は、本発明に係る線形油圧式揺動駆動装置の斜視図であり、この揺動駆動装置は軸方向運動を回転運動に変換するようにしたものである。駆動装置１はハウジング２を備えており、このハウジング２は、油圧媒体（例えば作動油）の配管を接続するための２つの配管接続部３、４を備えている。ハウジング２の内部には、ピストン５が配設され、また更に、このピストン５に螺合した駆動出力軸６が配設されている。尚、図１は、構造がよく分かるように、ハウジング２及びピストン５の一部を破断した図としてある。ピストン５は対称形状に形成されており、該ピストン５の両側に駆動出力軸６が配設されている。揺動駆動装置１の導入及び保守作業を容易にするために、駆動出力軸６は、互いに分離した少なくとも２つの分割構成部材６ａ、６ｂを含んで成るものとしてある。駆動出力軸のそれら２つの分割構成部材６ａ、６ｂは、一端に並目ねじ８ａ、８ｂが形成されており、それら並目ねじ８ａ、８ｂによって、ピストン５と螺合している。また、それら分割構成部材６ａ、６ｂの並目ねじ８ａ、８ｂは、互いに同一の螺旋方向を有する。それら並目ねじ８ａ、８ｂの螺旋方向を同一方向としているのは、駆動出力軸の２つの分割構成部材６ａ、６ｂの回転方向を同一方向にするためであり、これについては後に更に詳細に説明する。

図２から明らかなように、ピストン５は、その両端に並目ねじ８ａ、８ｂに対応した形状のねじ５ａ、５ｂを備えており、それらを介して、駆動出力軸の分割構成部材６ａ、６ｂとピストン５とが螺合するようにしている。ねじ５ａ、５ｂは、ピストン５のねじブッシュの形状に形成したものとすることが好ましい。駆動出力軸の２つの分割構成部材６ａ、６ｂは、ピストン５の内部において、スペーシング・ピン（間隔を保持するためのピン）７を介して、回転対称形状となるように互いに連結されている（図２参照）。このため、ピストン５は、スペーシング・ピン７がその中を延在する中心孔１０を備えており、この中心孔１０にはシールリング１１を介装して、スペーシング・ピン７を支持するようにするとよい。更に、スペーシング・ピン７は、駆動出力軸の２つの分割構成部材６ａ、６ｂの各々に設けられた、対応した孔部９ａ、９ｂに嵌合している。スペーシング・ピン７に対して、適当な弾性部材１６（例えばゴムなどの部材）によって、付勢力を作用させるようにしてもよく、弾性部材１６は同様に孔部９ａ、９ｂに挿入しておくようにすればよい。以上によって、実質的に駆動出力軸の分割構成部材６ａ、６ｂとスペーシング・ピン７とから成る全体として回転対称形状の駆動軸アセンブリが構成されている。

この駆動軸アセンブリをハウジング２の内部において支持する支持構造には、ピストン５が発生した軸方向の力の一部を吸収する手段が要求される。更に、駆動出力軸６を径方向に案内する機能も要求される。これらの手段は、図１及び図２に参照符号１２及び１３を付して示したアキシャル・ラジアル・ベアリングによって達成されている。別法として、この支持構造を、アキシャル・ベアリングの部分とラジアル・ベアリングの部分とに分けて形成するようにしてもよい。ただし、好ましいのは、ローラ・ベアリングを使用するというものである。ベアリング１２、１３は、ハウジング２の両端を密閉状態で閉塞している２つのハウジング・カバー１４、１５の中に組込まれているようにするとよい。その際、以上に言及した構成部材の寸法を適切に定めることによって、ハウジング・カバー１４、１５により軸方向に位置決めされた駆動軸アセンブリが、軸方向に圧縮付勢された状態で弾性部材１６と連結されるようにしてある。

以下に図１及び図２を参照して、本発明に係る揺動駆動装置の作用について説明する。油圧媒体が、矢印で示したように配管接続部３からハウジング２の中へ流入すると、それによってピストン５に作用する圧力が、このピストン５を軸方向に、図中左方（矢印で示した方向）へ押動する。このピストン５の軸方向運動を、上述した如く、並目ねじ８ａ、８ｂを介してこのピストン５と協働するようにした駆動出力軸６へ伝達して、この駆動出力軸６の回転運動に変換するのであるが、そのためには、トルク・サポート（回転モーメントに対する対抗力）が必要である。換言するならば、これは、ピストン５の回転運動を阻止する必要があるということである。ピストン５が回転してしまうようであると、軸方向運動を回転運動に変換することができなくなる。本発明においては、ピストン５の断面形状によって、ピストン５自体がトルク・サポートを発生するようにしている。そのため、ピストン５の断面形状を多角形断面形状としており、特に好ましい多角形断面形状は、ドイツ工業規格第３２７１２に規定されている「Ｐ４Ｃ断面形状」である。ピストン５が多角形断面形状を有する部分は、ねじ５ａ、５ｂが形成されている領域の略々全域を含むようにしてあり、換言するならば、ピストン５の全長のうちの、駆動出力軸６の並目ねじ８ａ、８ｂが螺合する領域の略々全域が、多角形断面形状を有するようにしている。以下の説明では、ピストン５のこの領域を「螺合領域」という。尚、多角形断面形状を有する部分がピストン５の全長に亘っていてもよいことは、いうまでもない。図２のＤ−Ｄ’線に沿ったピストン５の断面図を図３に示した。この図３に示した断面形状を採用することによって、１つには、十分な大きさの力を駆動出力軸に伝達することが可能となる。また、もう１つには、駆動出力軸６のいわゆる「スリッピング」が良好に行われるようになり、それによって、ピストン５の回転を良好に阻止することが可能となる。

駆動出力軸６の回転方向を逆転するには、即ち、この揺動駆動装置１の揺動方向を逆転するには、油圧媒体の流出入の方向を変えるだけでよい。その場合、配管接続部４が油圧媒体の流入口となり、配管接続部３が油圧媒体の流出口となる。従って、所望の揺動方向に応じて、油圧媒体を双方向に流出入させるようにしているのである。更に、図２に参照符号１７で示したピストンストロークの大きさと、並目ねじのピッチの大きさとは、互いに関連させて適切に定めることで、所望の制御角度範囲が得られるようにしておく。特に、並目ねじのピッチは、揺動駆動装置が自縛（self-locking）を発生するおそれがないように、十分な大きさに定めておく必要がある。これに関して、並目ねじのピッチを大きくするほど、揺動駆動装置は高効率となる。また、並目ねじのピッチを大きくするほど、所定の揺動角を発生させるために必要なピストンの軸方向移動量（ストローク１７）が大きくなる。これは、一方では、油圧媒体の動作容積が増大することを意味しており、他方では、より高精度の位置制御が容易となり、揺動角の制御が容易になることを意味している。

図４は、本発明に係る揺動駆動装置の使用方法を示した図であり、この使用方法は、本発明に係る揺動駆動装置をいわゆるミニフラップの角度制御に使用したものである。また図４は、空力翼型２０の後縁を模式的に示した図である。空力翼型２０の下面２１に、枢動連結構造２３を介してフラップ２２が連結されている。枢動連結構造（例えばヒンジ式の）２３の揺動軸心２４は、空力翼型の後縁２５に平行に延在している。この揺動軸心２４に沿って一様に分布した力の伝達が行われるようにするために、本発明に係る揺動駆動装置１を複数台、一直線上に同心的位置関係で列設してある。複数台の揺動駆動装置１の夫々の配管接続部３、４は、互いに並列に接続してあり、このような接続形態は好ましいものである。この図４の構成においても、所望の揺動方向に応じて、油圧媒体を双方向に流出入させるようにしている。この図４の構成とすることで、従来のように一箇所に作動力を集中させるのではなく、一様に作動力を分布させることが可能となっている。揺動駆動装置１が非常に小型であるために、図４に示したように「ほうき柄式配列（broomstick arrangement）」として、複数台の揺動駆動装置を枢動連結構造２３に組込むことが可能となっている。このように枢動連結構造に組込むようにした、従来の回転対称形状のアクチュエータシステムでは、小径のものであっても、その直径は２８ｍｍであったが、本発明に係る揺動駆動装置を使用すれば、直径が２０ｍｍ以下の好適なものとすることができる。

本発明に係る揺動駆動装置の模式的な斜視図である。 本発明に係る揺動駆動装置の断面図である。 本発明に係る揺動駆動装置に用いられるピストンの断面図である。 空力プロファイルに揺動可能に連結されたフラップの枢動連結構造に、一直線上に同心的位置関係で列設して組込まれた複数の揺動駆動装置を示した図である。

符号の説明

１ 線形油圧式揺動駆動装置
２ ハウジング
３、４ 配管接続部
５ ピストン
６ 駆動出力軸
６ａ、６ｂ 駆動出力軸の分割構成部材
８ａ、８ｂ 並目ねじ

Claims (14)

1. 油圧媒体を流出入させる配管接続部（３、４）を備えたハウジング（２）と、
   前記油圧媒体の作用により軸方向に移動可能であるように前記ハウジング（２）の内部に配設されたピストン（５）と、
   並目ねじ（８ａ、８ｂ）を備え前記ピストン（５）と協働して前記ピストン（５）の軸方向運動を回転運動に変換する駆動出力軸（６）と、
   を備えた線形油圧式揺動駆動装置（１）において、
   前記駆動出力軸（６）が、互いに分離した２つの分割構成部材（６ａ、６ｂ）を含んでおり、それら分割構成部材は、前記ピストン（５）の両端に配設されており、螺旋方向が同一の並目ねじ（８ａ、８ｂ）を介して前記ピストン（５）と螺合しており、それによって、それら２つの分割構成要素（６ａ、６ｂ）から、回転方向が同一のトルク、即ち回転モーメントが得られるようにしてあり、更に、前記ピストン（５）の回転運動を阻止するべく、該ピストンの断面形状が多角形断面形状とされていることを特徴とする線形油圧式揺動駆動装置。
2. 前記ピストン（５）の全長のうちの、前記駆動出力軸（６）と該ピストンとの螺合領域の略々全域が、前記多角形断面形状を有することを特徴とする請求項１記載の線形油圧式揺動駆動装置。
3. 前記多角形断面形状がドイツ工業規格第３２７１２に規定されている「Ｐ４Ｃ断面形状」であることを特徴とする請求項１記載の線形油圧式揺動駆動装置。
4. 前記駆動出力軸の前記２つの分割構成部材（６ａ、６ｂ）は、スペーシング・ピン（７）を介して、回転対称形状となるように互いに連結されており、前記スペーシング・ピン（７）は前記２つの分割構成部材（６ａ、６ｂ）の各々に設けられた孔部（９ａ、９ｂ）に嵌合していることを特徴とする請求項１記載の線形油圧式揺動駆動装置。
5. 前記ピストン（５）は、ねじを形成したねじブッシュ（５ａ、５ｂ）を両端に備えており、それらねじブッシュに、前記駆動出力軸の前記２つの分割構成部材（６ａ、６ｂ）の夫々の前記並目ねじ（８ａ、８ｂ）が螺合していることを特徴とする請求項１記載の線形油圧式揺動駆動装置。
6. 前記ピストン（５）は、前記スペーシング・ピン（７）がその中を延在する中心孔（１０）を備えていることを特徴とする請求項４記載の線形油圧式揺動駆動装置。
7. 前記駆動出力軸（６）を軸支するアキシャル・ラジアル・ベアリング（１２、１３）を備えたことを特徴とする請求項１記載の線形油圧式揺動駆動装置。
8. 前記アキシャル・ラジアル・ベアリング（１２、１３）は、ローラベアリングであることを特徴とする請求項７記載の線形油圧式揺動駆動装置。
9. 前記アキシャル・ラジアル・ベアリング（１２、１３）は、前記ハウジング（２）の両端を閉塞している２つのハウジング・カバー（１４、１５）の各々に組込まれていることを特徴とする請求項７記載の線形油圧式揺動駆動装置。
10. 前記ハウジング（２）に、前記油圧媒体を双方向に流出入させることを特徴とする請求項１記載の線形油圧式揺動駆動装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項記載の揺動駆動装置（１）を複数台、直線上に同心的位置関係で列設して、直線的に延在している部材に対して、一様に分布した力の伝達が行われるようにしたことを特徴とする線形油圧式揺動駆動装置。
12. 前記複数台の揺動駆動装置（１）の夫々の油圧配管接続部（３、４）が互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１１記載の線形油圧式揺動駆動装置。
13. 回転翼航空機のロータブレードや固定翼航空機の主翼などの翼に装備したフラップの角度制御に使用することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項記載の線形油圧式揺動駆動装置の使用方法。
14. 複数の前記揺動駆動装置（１）が直線上に同心的位置関係で列設して組 込まれた枢動連結構造（２３）を介して、空力翼型（２０）に揺動可能に連結されたフラップ（２２）の、その角度制御に使用することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項記載の線形油圧式揺動駆動装置の使用方法。

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