JP5097477B2 - アクチュエータシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数のアクチュエータを含むアクチュエータシステムに関し、特に、スペースの制約が厳しくて小型化が強く要求される航空機に好適なアクチュエータシステムに関する。

従来一般に、中型以上の航空機では油圧供給系統を装備し、その油圧力を利用して舵面の操作、降着装置の脚揚降、ブレーキ及び脚ステアリング駆動を行っている。これらの操作にアクチュエータが用いられる。最近では、エンジンの軸出力により駆動される油圧源を排除し、燃費向上を図った全電動化の方向に向かっている。

航空機に装備された油圧供給系統を廃し、個々のアクチュエータが電力で自己完結的な作動を行えるようになれば、燃費向上と共に次世代の信頼性飛行システムとして注目されることになる。例えば、従来の油圧供給系統では、アクチュエータの作動／非作動にかかわらず、アクチュエータに油等の高圧の流体を常に供給し続けなければならなかったが、アクチュエータの作動が必要な時にだけ電力を与えれば行えるとなると、運用面での省エネルギー化に貢献できるとともに、高圧油圧配管を広範に張り巡らすことを排除できることになる。

現在のところでは、そのようなアクチュエータとして２つのタイプが実用化されており、その１つはＥＨＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ Ａｃｕｔｕａｔｏｒ）であり、もう１つはＥＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ）である。ＥＨＡは、内部に油圧系統が存在しており、これを作動させる油圧ポンプ用のモータには外部から電力が動力として供給される。一方、ＥＭＡは、電気モータで作動する構造であり、完全に油圧系統を排除したものとなっている。

ＥＨＡとＥＭＡを比較した場合、ＥＭＡの方が油圧系統を内在させないことから、シンプルな構造となり、小型化、軽量化の面でより有利であるとされている。しかし、現実には、高い信頼性が要求される航空機用のアクチュエータとしては、構成部品の機械的連動で作動するＥＭＡは、構成部品間のジャミング等によるアクチュエータ不作動に対しての容易な解決策がなく、高い信頼性を確保することが難しいことから、ＥＨＡの方が主流となっている。

航空機で使用されるＥＨＡでは、小型化及び軽量化に対する要求が強いため、種々の検討が行われている。一般に、従来のＥＨＡでは、モータ、ポンプ及びリザーバ（アキュムレータ）機構がアクチュエータ本体とは別個に外付けで装備されており（例えば特許文献１参照。）、ＥＨＡ装置全体の小型化、更に軽量化を阻害する要因になっている。

このような問題を解決するために、本出願人は、一般的なＥＨＡでは外付けで装備されていたリザーバを、中空構造で構成されたピストンロッドの中に内蔵する、いわゆるリザーバ内蔵型アクチュエータを、ＥＨＡ装置全体の小型化を図ったアクチュエータとして提案している（例えば特許文献２参照。）。

図９は、従来のリザーバ内蔵型アクチュエータの構成を説明する断面構成図である。同図に示すアクチュエータでは、流体配管６を内蔵しており、アクチュエータ本体１並びにモータ２、ポンプ３及びコントローラ４が一体に構成されている。アクチュエータ本体１は、シリンダ１１と、シリンダ１１内を摺動するピストン１２とからなり、ピストン１２は、ピストンロッド１２ａとピストンヘッド１２ｂとを備えている。

ピストンロッド１２ａは両端が閉塞された中空構造であって、その周方向の複数箇所に径方向に貫通した流通孔９を設けることにより、リザーバ５を内蔵する構造となっている。ピストンロッド１２ａに内蔵されるリザーバ５は、流体を貯留するリザーバ油室１０と、フリーピストン１４を介して不活性ガスを保持するガス室１３とを設ける構造となっており、ガス室１３へはガスバルブ１５を通して窒素（Ｎ₂）ガス等の不活性ガスが注入される。

図９に示すアクチュエータでは、ボア側油室７に流体を供給することにより、シリンダ１１に対してピストン１２を外側へ（図９中の白抜き矢印の方向）伸び出させる伸出運動が行われ、アニュラス側油室８に流体を供給することにより、シリンダ１１に対してピストン１２を内側へ（図９中の黒塗りつぶし矢印の方向）引き込ませる引込運動が行われる。

このような構造のもとでリザーバが正常に機能する場合は、伸出運動の際に、流体駆動用のポンプ３の作動により、アニュラス側油室８内の流体が流体配管６を通じてボア側油室７に供給されるが、単位ストローク当たり必要となる流体量はアニュラス側油室８に比べボア側油室７が大きくなるため、ボア側油室７には、アニュラス側油室８から供給される流体に加え、リザーバ油室１０から補充される流体が供給される。このとき、リザーバ油室１０内の流体は、フリーピストン１４を介し、ガス室１３内の不活性ガスの圧力により流通孔９から押し出されてアニュラス側油室８に供給されることになる。

特開２００２−５４６０４号公報 特開２００６−１０５３６４号公報

しかし、上述した従来のリザーバ内蔵型アクチュエータでは、ピストン１２を伸び出させる方向に外力が作用した場合、アニュラス側油室８内の流体が高圧状態となり、同時に、アニュラス側油室８と流通孔９により連通しているリザーバ油室１０内に貯留されている流体も高圧状態となる。

このような場合には、フリーピストン１４で密閉されたガス室１３内の不活性ガスが流体の圧力に抗することができず、ボア側油室８に最終的に供給すべき流体が、リザーバ油室１０から供給できなくなり、アクチュエータとしての機能に支障をきたすことになる。つまり、アクチュエータに作用する外力により、リザーバ機能に悪影響を及ぼすことが懸念される。

更に、本来供給されるべき流体が、リザーバ油室１０から供給されないため、流体量が不足し、流体の吸込側に相当するポンプ部位でキャビテーションが発生することや、キャビテーションに伴うポンプ３の性能低下、騒音、振動、エロージョン等の発生も懸念される。

また、アクチュエータは、航空機における多数の個所にそれぞれ配備されて、個々に作動して所望の操作を実行させるわけであるが、１つの一連の操作の中で複数のアクチュエータを必要とすることが多い。従来は、一連の操作に用いられる複数のアクチュエータを別個独立した系統で配備していた。そのため、アクチュエータ個々を見れば、ＥＨＡやＥＭＡを採用することで小型を実現できたが、一連の操作に用いられるアクチュエータ全体として見れば、必ずしも小型化が実現されているとはいえない状況であった。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、一連に作動する複数のアクチュエータを含むアクチュエータシステムであって、全体として小型化を実現できるとともに、外力の影響によらず安定した性能を発揮できるアクチュエータシステムを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明によるアクチュエータシステムは、第１アクチュエータと第２アクチュエータを含む閉回路アクチュエータシステムであって、以下のように構成される。前記第１アクチュエータは、シリンダ式の第１アクチュエータ本体と、中空構造で構成され、前記第１アクチュエータ本体の第１シリンダ内を摺動する第１ピストンロッドを有する第１ピストンと、モータと、前記モータの回転方向に応じ、前記第１シリンダ内に前記第１ピストンヘッドを間に挟んで区画される第１アニュラス側油室及び第１ボア側油室のうちのいずれか一方に流体配管を介して流体を供給するポンプと、前記第１ピストンの運動に応じて前記モータの回転を制御するコントローラと、前記ポンプに供給される流体を貯留または前記ポンプに流体を供給することにより、前記第１ピストンの運動に応じて生ずる体積差に対応する流体の供給量を調整し、かつ、前記第１アニュラス側油室及び前記第１ボア側油室から互いに分離し、流体配管を介して互いに接続されるリザーバと、前記第１シリンダ内に突出して前記第１ピストンロッドの内周面と嵌合し、内側に前記リザーバを内蔵するスタンドパイプと、を備える。そして、前記第２アクチュエータは、前記第１アクチュエータのポンプから前記第１シリンダの第１アニュラス側油室に供給される流体を分岐させて導き入れるシリンダ式の第２アクチュエータ本体と、前記第２アクチュエータ本体の第２シリンダ内を摺動する第２ピストンロッドを有する第２ピストンと、前記第２アクチュエータ本体内に導き入れる流体をその流体圧力に応じて前記分岐から第１アニュラス側油室までの経路を開閉して調整するプライオリティバルブと、を備える。

このような構成にすると、第１アクチュエータについて、第１シリンダ内に第１ピストンロッドの内周面と嵌合するようにスタンドパイプを設置し、その内側にリザーバを内蔵しているため、第１アクチュエータ単独での小型化が可能になるとともに、リザーバ油室を第１アニュラス側油室及び第１ボア側油室から分離することが可能となる。これにより、リザーバ油室が外力に起因する流体の高圧化による影響を受けることがなく、安定したリザーバ機能が期待できる。これと同時に、第１ボア側油室内に突出するようにスタンドパイプを設置しているため、第１ボア側油室の作動に要する流体量が減少し、第１アニュラス側油室と第１ボア側油室の単位ストローク当たり必要となる流体量の差が小さくなり、必要なリザーバの容積を小さくすることができる。

しかも、第２アクチュエータについて、プライオリティバルブを設けることにより、第１アクチュエータの作動に伴う流体を利用して作動させることができる。従って、第２アクチュエータには専用のモータやポンプが不要であり、その分部品点数が減る。そのため、一連に作動する第１アクチュエータと第２アクチュエータを含めたアクチュエータシステム全体としての小型化が可能となる。

ここで、実用性を踏まえると、前記第１アクチュエータが航空機の降着装置として配備される脚揚降用アクチュエータであり、前記第２アクチュエータがその脚揚降用アクチュエータと一連に作動するダウンロック用アクチュエータであるとよい。

また、第２アクチュエータの仕様として伸出運動時に高出力が要求される場合、前記第２アクチュエータが片ロッド方式のアクチュエータであって、前記第２ピストンの引込運動の際に引込力を与えるコイルばねを備えることが好ましい。

第２アクチュエータの仕様として伸出運動及び引込運動の出力が要求される場合、前記第２アクチュエータが両ロッド方式のアクチュエータであることが好ましい。

第２アクチュエータが片ロッド方式のアクチュエータであって、第２ピストンの引込運動の際に引込力を与えるコイルばねを備える場合、前記第２シリンダ内に形成された前記第２ピストンが伸出運動を行う際に流体が供給される第２ボア側油室と、第２アニュラス側油室とが互いに配管接続しているのが好ましい。

更に、必要な流体量に応じてリザーバ油室から流体を供給できるようにするために、前記リザーバが流体を貯留するリザーバ油室と、フリーピストンにより仕切られた弾性支持部とからなる構造であり、前記弾性支持部が弾性支持体としてコイルばねを備えるとよい。

本発明のアクチュエータシステムによれば、１つの操作の中で一連に作動する第１アクチュエータと第２アクチュエータを含むとき、全体として小型化を実現できるとともに、外力の影響によらず安定した性能を発揮できる。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述する。先ず、本発明の第１実施形態のアクチュエータシステムについて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態のアクチュエータシステムの全体を示す断面構成図である。アクチュエータシステムは、例えば航空機の降着装置用として配備され、その構成要素であるアクチュエータは、脚揚降や、前脚ステアリングや、３軸６輪型主脚の最後尾に位置する１軸２輪の回転操作や、複数の車軸を有する主脚における任意の単数又は複数の車軸の回転操作や、同主脚の姿勢制御に用いられる。

本実施形態では、第１アクチュエータとして、脚の上げ下げを直接司る脚揚降用アクチュエータを適用し、第２アクチュエータとして、脚下げの状態を固定するダウンロック装置のロック／解除に用いられるダウンロック用アクチュエータを適用する場合を例示する。ダウンロック用アクチュエータ（第２アクチュエータ）は、脚を機体内に引き上げる操作の際に、脚揚降用アクチュエータ（第１アクチュエータ）の作動の前段で、脚の固定ロックを解除するために作動する。つまり、第１アクチュエータと第２アクチュエータは、脚の引き上げ操作の中で一連に作動するものである。

図１に示すように、先ず、基本となる第１アクチュエータはリザーバ内蔵型アクチュエータであって、シリンダ式の第１アクチュエータ本体１と、第１アクチュエータ本体１の第１シリンダ１１内を摺動する第１ピストン１２とからなる。第１ピストン１２は、第１ピストンロッド１２ａと第１ピストンヘッド１２ｂとを備えており、両者を結合することによって構成される。また、第１ピストンロッド１２ａは一端が開放された中空構造で構成されていて、第１シリンダ１１内に突出するスタンドパイプ１６が、第１ピストンロッド１２ａの開放された一端からその内周面と嵌合するように配置される。

第１シリンダ１１内は、第１ピストンヘッド１２ｂを間に挟んで、第１ボア側油室７と第１アニュラス側油室８とに区画される。また、スタンドパイプ１６の内部にリザーバとしてのリザーバ油室１０が内蔵される。

第１アクチュエータでは、外部から加わる負荷に対しては、第１ボア側油室７に流体を供給することにより、第１シリンダ１１に対して第１ピストン１２を外側へ（図１中の白抜き矢印の方向）伸び出させる伸出運動が行われ、第１アニュラス側油室８に流体を供給することにより、第１シリンダ１１に対して第１ピストン１２を内側へ（図１中の黒塗りつぶし矢印の方向）引き込ませる引込運動が行われる。

ここで、第１アクチュエータでは、流体配管６が設けられていて、その流体配管６の経路中にポンプ３が設けられ、このポンプ３を駆動するモータ２が装備されている。流体配管６は、第１ボア側油室７と第１アニュラス側油室８とリザーバ油室１０に接続されている。ポンプ３は、第１アニュラス側油室８からの流体配管６とポンプ部位３ａで、第１ボア側油室７からの流体配管６とポンプ部位３ｂで、リザーバ油室１０からの流体配管６とポンプ部位３ｃでそれぞれ接続している。上述の通り、第１アクチュエータに負荷が加わった場合、ポンプ３がモータ２の回転に応じて第１アクチュエータ本体１の第１シリンダ１１内に流体を供給し、外部から加わる負荷に対抗させる。

このときに、第１シリンダ１１に対して第１ピストン１２を伸出運動させるか引込運動させるかは、第１ボア側油室７へ流体を供給するか、又は第１アニュラス側油室８へ流体を供給するかに依存するため、コントローラ４は、第１シリンダ１１の運動に応じてモータ２の回転方向を切り替えるとともに、回転速度を調整する。

このように、第１アクチュエータでは、スタンドパイプ１６を中空構造の第１ピストンロッド１２ａの内周面に嵌合するように構成し、リザーバをスタンドパイプ１６の内部に内蔵する構造とした。このように構成することで、リザーバを外付けで装備することを回避できることから、第１アクチュエータ単独での小型化が可能になるとともに、リザーバ油室１０を第１ボア側油室７及び第１アニュラス側油室８から分離できるので、第１アクチュエータに作用する外力の影響がリザーバに作用することがない。よって、安定したリザーバ性能が期待できる。また、第１ボア側油室７内に突出するようにスタンドパイプ１６を設置しているため、第１ボア側油室７の作動に要する流体量が減少し、第１アニュラス側油室８と第１ボア側油室７の単位ストローク当たりで必要となる流体の体積差が小さくなり、必要とされるリザーバの容積を小さくできる。

更に、スタンドパイプ１６の内部に内蔵されるリザーバは、流体を貯留するリザーバ油室１０と、フリーピストン１４を介して弾性支持体１７を設けた弾性支持部との構造にすることができる。弾性支持体１７は、特に限定しないが、慣用の圧縮コイルばねが適用可能である。コイルばねを使用する場合は、必要長を有する一本のコイルばねを用いる形式や、スペーサを挟んで複数のコイルばねを必要長だけ直列する形式等が適宜選択できる。このような構成にすれば、弾性支持体１７によってフリーピストン１４がリザーバ油室１０に向けて付勢されているため、必要な流体量に応じて、リザーバ油室１０内の流体を流体配管６に送り出したり、流体配管６からリザーバ油室１０内に流体を受け入れたりすることができるようになる。

続いて、第１アクチュエータに付随する第２アクチュエータは、シリンダ式の第２アクチュエータ本体３１と、第２アクチュエータ本体３１の第２シリンダ４１内を摺動する第２ピストン４２とからなる。第２ピストン４２は、第２ピストンロッド４２ａと第２ピストンヘッド４２ｂとを備えており、両者を結合することによって構成される。本実施形態での第２アクチュエータは、第２ピストンヘッド４２ｂより１本のロッドが突き出すいわゆる片ロッド方式のアクチュエータである。片ロッド方式のアクチュエータは、伸出運動時に高出力が要求される場合に好適に用いられる。

第２シリンダ４１内は、第２ピストンヘッド４２ｂを間に挟んで、第２ボア側油室３７と第２アニュラス側油室３８とに区画される。第２アニュラス側油室３８内には圧縮コイルばね３２が配設されている。

第２アクチュエータでは、第２ボア側油室３７に流体が導入されることにより、第２シリンダ４１に対して第２ピストン４２を外側へ（図１中の実線矢印の方向）伸び出させる伸出運動が行われ、コイルばね３２の弾性力により、第２シリンダ４１に対して第２ピストン４２を内側へ（図１中の破線矢印の方向）引き込ませる引込運動が行われる。ここでの第２アニュラス側油室３８は、第１アクチュエータにおけるリザーバ油室１０とともに、第２ボア側油室３７との流体の体積差を調整するリザーバとして機能する。

ここで、第２アクチュエータは、第１アクチュエータにおける第１アニュラス側油室８からポンプ３に至る流体配管６の経路中に設けられる。第２アクチュエータと第１アクチュエータの第１アニュラス側油室８との間には、流体配管６の経路中に、プライオリティバルブ（以下、「ＰＲＶ」と記すことがある）３３が設けられている。ＰＲＶ３３は、一方向への流体の流通は、流体圧力がある設定圧力値を超えると経路を開いて流体を流通させ、逆方向への流体の流通は、流体圧力にかかわらず経路を開いて流体を流通させる機能を持つ。本実施形態のＰＲＶ３３では、前記一方向が第１アクチュエータの第１アニュラス側油室８に向く方向であり、前記逆方向がポンプ３に向く方向である。

次に、本実施形態のアクチュエータシステムの動作を説明する。先ず、外部から加わった負荷に対抗するため、具体的には脚を下げるため、第１アクチュエータにおける第１シリンダ１１に対して第１ピストン１２を伸び出させる場合（図１中の白抜き矢印参照。）には、コントローラ４からの信号でポンプ部位３ａ及びポンプ部位３ｃが吸込側に、ポンプ部位３ｂが吐出側になるようにモータ２の回転が切り替えられる。これにより、第１アクチュエータにおける第１ボア側油室７、第１アニュラス側油室８及びリザーバ油室１０の流体と、第２アクチュエータにおける第２ボア側油室３７及び第２アニュラス側油室３８の流体が解放される。

流体を送るポンプ３の作動により、第１アクチュエータにおける第１アニュラス側油室８の流体がＰＲＶ３３を通じた後第１ボア側油室７に供給されるが、単位ストローク当たりで必要となる流体量は第１アニュラス側油室８に比べ第１ボア側油室７が大きくなるため、第１アニュラス側油室８から供給される流体に加え、リザーバ油室１０からも流体が補充される。

但し、その初期段階では、ポンプ３の上流域となる流体配管６内の流体圧力が低圧になるため、第２アクチュエータにおいて、コイルばね３２の弾性力により、第２シリンダ４１に対して第２ピストン４２が引き込まれる（図１中の破線矢印参照。）。第２ピストン４２が完全に引き込まれると、脚のロックが可能な状態になる。

そして、第１アクチュエータにおいて、第１ボア側油室７に流体が十分に供給されると、外部から加わった負荷に対向するように、第１ピストン１２が伸出側へ移動する。第１ピストン１２が完全に伸び出すと、脚が完全に下がりロックされた状態になる。

一方、ロック状態の脚を上げるために、外部からの負荷に抗して第１アクチュエータにおける第１シリンダ１１に対して第１ピストン１２を引き込ませる場合（図１中の黒塗りつぶし矢印参照。）には、コントローラ４からの信号でポンプ部位３ｂが吸込側に、ポンプ部位３ａ及びポンプ部位３ｃが吐出側になるようにモータ２の回転が切り替えられる。これにより、第１アクチュエータにおける第１ボア側油室７、第１アニュラス側油室８及びリザーバ油室１０の流体と、第２アクチュエータにおける第２ボア側油室３７及び第２アニュラス側油室３８の流体が解放される。

ポンプ３の作動により、第１アクチュエータにおける第１ボア側油室７の流体がＰＲＶ３３を通じた後第１アニュラス側油室８に供給されるが、ストロークに必要な流体量は第１ボア側油室７に比べ第１アニュラス側油室８の方が小さくなるため、第１ボア側油室７から吐き出される流体の一部は、流体配管６を通してリザーバ油室１０に貯留される。

但し、その初期段階では、ポンプ３の下流域となる流体配管６内の流体は、ＰＲＶ３３によって流体圧力がある圧力値になるまで堰き止められて、流体圧力が高圧になる。そのため、第２アクチュエータにおいて、第２ボア側油室３７に流体が導入され、これにより第２シリンダ４１に対して第２ピストン４２が伸び出され（図１中の実線矢印参照。）、脚のロックが解除される。第２ピストン４２が完全に伸び出されると、ポンプ３からＰＲＶ３３までの流体配管６内の流体圧力が更に高まってＰＲＶ３３が開き、ＰＲＶ３３を流体が流通し始める。

そして、第１アクチュエータにおいて、第１アニュラス側油室８に流体が十分に供給されると、外部からの負荷に抗するように、第１ピストン１２が引込側へ移動する。第１ピストン１２が完全に引き込まれると、脚が完全に上がった状態になる。

このように、第２アクチュエータでは、ＰＲＶ３３によって第２アクチュエータ本体３１内に導入する流体がその流体圧力に応じて調整され、第１アクチュエータの作動に伴う流体を利用して第２アクチュエータを作動させることができる。特に、第１アクチュエータが脚上げのために引込運動に移行するときに、一連の作動の中で、第２アクチュエータが先ず、脚のロックを解除するために伸出運動の作動を行える。従って、第２アクチュエータには専用のモータやポンプが不要であり、その分部品点数が減る。そのため、一連に作動する第１アクチュエータと第２アクチュエータを含めたアクチュエータシステム全体としての小型化が可能となる。

なお、本実施形態では、第２アクチュエータにおける第２アニュラス側油室３８と第２ボア側油室３７とを互いに配管接続し、第２アニュラス側油室３８を第２ボア側油室３７との流体の体積差を調整するリザーバとして機能させているが、両者を互いに配管接続せずに、第２アニュラス側油室３８を外気に開放させるようにしても構わない。但しその場合は、リザーバとしての第１アクチュエータのリザーバ油室１０の負担が大きくなり、場合によっては別途リザーバの設置が必要になる。

図２は、第１実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータの全体構成例を示す斜視図である。本実施形態での第１アクチュエータは、リザーバ（リザーバ油室１０）をスタンドパイプ１６の内側に内蔵したリザーバ内蔵型アクチュエータであるため、リザーバを外付けで装備する必要がなく、更に、上述したスタンドパイプ１６の効果で、必要なリザーバの容積を小さくできるため、同図に示すように、コンパクトな形状が可能となる。

また、このような第１アクチュエータは、リザーバ油室１０が第１ボア側油室７及び第１アニュラス側油室８から分離する構成を採用しているが、図２に示すように、通常のアクチュエータが有する第１引込側流路入口１８及び第１伸出側流路入口１９に加え、リザーバ流路入口２０を設けることにより、複雑な加工や設備を要することなく、流体配管６を介してリザーバ油室１０を接続することが容易となる。

続いて、本実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータ及び第２アクチュエータの引込及び伸出運動に関する流体流れの一例を説明する。

先ず、脚上げ操作について説明する。

図３〜図５は、第１実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータの引込運動及び第２アクチュエータの伸出運動する際の様子を示す油圧回路図であって、そのうち、図３は初期段階を示し、図４は中期段階を示し、図５は終期段階を示している。なお、図３〜図５、及び後述する図６、図７に図示されたモータ２の回転方向は、本実施形態の油圧回路におけるモータの動作を説明するために便宜的に設定したものであり、ピストンの伸出及び引込運動とモータの回転方向との関係を限定するものではない。

ここでのＰＲＶ３３は、第１アクチュエータの第１アニュラス側油室８への流体の流通を流体圧力が設定圧力値になるまで堰き止めてその設定圧力値を超えれば許容するプレッシャーリリーフ弁３３ａと、これとは逆方向である第１アニュラス側油室８からの流体の流通は自由に許容する逆流防止弁３３ｂとから構成されている。そのリリーフ弁３３ａと逆流防止弁３３ｂは並列して配置される。

先ず、ロック状態の脚を上げるために、第１アクチュエータの伸出しきった第１ピストン１２を引き込ませる場合には、図３に示すように、コントローラ４からの信号により、モータ２が反時計回り（図中の矢印Ｂ参照。）に回転し、ポンプ部位３ｅが吐出側に、ポンプ部位３ｄが吸込側になる。なお、ポンプ部位３ｅは前記図１に示すアクチュエータシステムのポンプ部位３ａに相当する役割を、ポンプ部位３ｄは前記図１のポンプ部位３ｂおよび３ｃに相当する役割をそれぞれ果たす。これにより、第１アクチュエータにおける第１ボア側油室７、第１アニュラス側油室８及びリザーバ油室１０の流体と、第２アクチュエータにおける第２ボア側油室３７及び第２アニュラス側油室３８の流体が解放される。

すると、先ずは、ＰＲＶ３３のリリーフ弁３３ａ及び逆流防止弁３３ｂによって第１アニュラス側油室８への流体の流通が堰き止められているため、第１ボア側油室７に貯留された流体は第１伸出側流路入口１９から流出せず、リザーバ油室１０に貯留された流体がリザーバ流路入口２０から流体配管６に流出し、分岐点２３ｂに至る。そして、分岐点２３ｆ及び逆流防止弁２１を経て分岐点２３ｃに至り、更にポンプ３を介して、分岐点２３ｅ、逆流防止弁２６及び分岐点２３ｄを経由し、第２アクチュエータの第２伸出側流路入口４９に到達して第２ボア側油室３７に導入される。

このようにして第２ボア側油室３７に流体が十分に供給されるのに伴い、第２アクチュエータにおける第２ピストン４２がコイルばね３２の弾性力に抗して伸出側へ移動し、脚のロックが解除される。なお、その際、第２アニュラス側油室３８内の流体の一部は、第２引込側流路入口４８から流出し、リザーバ油室１０からの流体と合流して第２ボア側油室３７に導入される。

第２ピストン４２が完全に伸び出されると、流体の流れが一時的に止まり、ポンプ３の継続作動に従って、ポンプ３からＰＲＶ３３までの流体配管６内の流体圧力が次第に高まっていく。そして、その流体圧力がリリーフ弁３３ａの設定圧力値を超えると、ＰＲＶ３３のリリーフ弁３３ａが開き、ここを流体が流通し始める。

すると今度は、図４に示すように、ポンプ３の作動により、第１ボア側油室７に貯留された流体は、矢印Ｆ（斜線を施した矢印）に沿い、第１伸出側流路入口１９から分岐点２３ａに到達し、分岐点２３ａから分流バルブ２２に通じる流路を流れ、分流バルブ２２を通過した後、分岐点２３ｂに達し、第１アニュラス側油室８に向かう流体と、リザーバ油室１０に向かう流体に分流される。

リザーバ油室１０に向かう流体は、矢印Ｇ（白抜き矢印）に沿い、リザーバ流路入口２０に達し、リザーバ油室１０に貯留される。また、第１アニュラス側油室８に向かう流体は、矢印Ｈ（黒抜き矢印）に沿い、分岐点２３ｆ、逆流防止弁２１、分岐点２３ｃ、ポンプ３、分岐点２３ｅ、逆流防止弁２６及びリリーフ弁３３ａを経由して第１引込側流路入口１８に到達し、第１アニュラス側油室８に供給される。このようにして、第１アニュラス側油室８に流体が十分に供給されるのに伴い、第１アクチュエータにおける第１ピストン１２が引込側へ移動する。

そして、図５に示すように、第１ピストン１２が完全に引き込まれると、脚が完全に上がった状態になる。その後、コントローラ４からの信号によってモータ２の駆動を停止し、一連の脚上げ操作が完了する。

引き続き、脚下げ操作について説明する。

図６、図７は、第１実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータの伸出運動及び第２アクチュエータの引込運動する際の様子を示す油圧回路図であって、そのうち、図６は初期段階を示し、図７は終期段階を示している。

先ず、航空機内に収納された脚を下げるために、第１アクチュエータの引込しきった第１ピストン１２を伸び出させる場合には、図６に示すように、コントローラ４からの信号により、モータ２が時計回り（図中の矢印Ａ参照。）に回転し、ポンプ部位３ｅが吸込側に、ポンプ部位３ｄが吐出側になる。なお、ポンプ部位３ｅは前記図１のポンプ部位３ａおよび３ｃに相当する役割を、ポンプ部位３ｄは前記図１のポンプ部位３ｂに相当する役割をそれぞれ果たす。これにより、第１アクチュエータにおける第１ボア側油室７、第１アニュラス側油室８及びリザーバ油室１０の流体と、第２アクチュエータにおける第２ボア側油室３７及び第２アニュラス側油室３８の流体が解放される。

すると、ポンプ３の作動により、第１アニュラス側油室８に貯留された流体は、矢印Ｃ（黒抜き矢印）に沿い、第１引込側流路入口１８からＰＲＶ３３の逆流防止弁３３ｂ及び分岐点２３ｄを経由し、分流バルブ２２に通じる流路を流れ、分流バルブ２２を通過した後、分岐点２３ｂに達する。一方、リザーバ油室１０に貯留された流体は、矢印Ｄ（白抜き矢印）に沿い、リザーバ流路入口２０から分岐点２３ｂに達する。

そして、分岐点２３ｂにおいて、第１アニュラス側油室８からの供給に加え、リザーバ油室１０からも補充された流体は、矢印Ｅ（斜線を施した矢印）に沿い、分岐点２３ｂから分岐点２３ｆを経て、逆流防止弁２４及び分岐点２３ｅを流れ、ポンプ３を介して分岐点２３ｃ、逆流防止弁２５及び分岐点２３ａを経由し、伸出側流路入口１９に達し、第１ボア側油室７に供給される。

その際に先ず、ポンプ３の上流域に配置されている第２アクチュエータでは、第２ボア側油室３７及び第２アニュラス側油室３８の流体圧力が低圧になるため、第２ピストン４２がコイルばね３２の弾性力を受けて引込側に移動し、脚のロックが可能な状態になる。なお、その際、第２ボア側油室３７内の流体の一部は、第２伸出側流路入口４９から流出し、第２アニュラス側油室３８に向かう流体と、第１ボア側油室７に向かう流体とに分流される。

一方、第１アニュラス側油室８及びリザーバ油室１０から第１ボア側油室７に流体が十分に供給されるのに伴い、第１アクチュエータにおける第１ピストン１２が伸出側へ移動する。

そして、図７に示すように、第１ピストン１２が完全に伸びると、脚が完全に下がりロックされた状態になる。その後、コントローラ４からの信号によってモータ２の駆動を停止し、一連の脚下げ操作が完了する。

次に、本発明の第２実施形態のアクチュエータシステムについて説明する。

図８は、本発明の第２実施形態のアクチュエータシステムの全体を示す断面構成図である。本第２実施形態の特徴は、上記した第１実施形態における第２アクチュエータに関する構成を変形した点にある。なお、同図中で図１〜図７と同じ名称で同じ機能を果たす部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図８に示すように、本実施形態での第２アクチュエータは、第２ピストン４２ｂの両側に１本ずつロッドが突き出すいわゆる両ロッド方式のアクチュエータである。両ロッド方式のアクチュエータは、伸出運動及び引込運動の出力が要求される場合に好適に用いられる。

本実施形態では、第２アクチュエータにおける第２ボア側油室３７は、上記第１実施形態と同様にＰＲＶ３３とポンプ３の間の流体配管６に接続されている一方、第２アニュラス側油室３８は、第１アクチュエータの第１ボア側油室７からの流体配管６に接続されている。

このような構成にすると、脚上げ操作のために、第１アクチュエータにおける第１ピストン１２を引き込ませる場合（図８中の黒塗りつぶし矢印参照。）、上記第１実施形態と同様に、ポンプ３の作動に従って、その初期段階で、第２アクチュエータにおける第２ボア側油室３７に流体が導入される。これにより第２ピストン４２が伸び出され（図８中の実線矢印参照。）、脚のロックが解除される。

一方、脚下げ操作のために、第１アクチュエータにおける第１ピストン１２を伸び出させる場合（図８中の白抜き矢印参照。）、ポンプ３の作動に従って、その初期段階で、ポンプ３の下流域となる流体配管６内の流体圧力が高圧になるため、第１アクチュエータのボア側油室７に供給される流体は、先ずは第２アクチュエータにおける第２アニュラス側油室３８に流体が導入される。これにより第２ピストン４２が引き込まれ（図８中の破線矢印参照。）、脚のロックが可能な状態になる。

なお、本実施形態では、第２アクチュエータにおける第２ピストン４２の引込運動を流体によって行わせるようにしているため、上記第１実施形態でのようなコイルばね３２は必須ではないが、補助的な引込力を与えるためにコイルばね３２を設けても構わない。

ところで、第１アクチュエータに関して、エネルギー消費について付言すると、アニュラス側油室とボア側油室で作用するピストンヘッドの有効面積に差が生じることから、引込運動よりも、伸出運動の方がより大きなエネルギーを消費することになる。この消費エネルギーの不均衡は、アニュラス側油室とボア側油室で作用するピストンヘッドの有効面積の差が大きいほど顕著になる。

これに対し、本発明での第１アクチュエータは、スタンドパイプ１６を配置しており、上記の第１ピストンヘッド１２ｂの有効面積の差が低減されるように設計されているので、消費エネルギーの不均衡を改善することができる。

このように本発明での第１アクチュエータは、上述した小型化及びリザーバ性能の安定という観点のみならず、エネルギーの有効利用という観点からも優れたアクチュエータであると言える。

その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、第１アクチュエータ、第２アクチュエータをともにＥＨＡとしたが、一方をＥＨＡとし他方をＥＭＡとしてもよいし、両方ともＥＭＡとしてもよい。

本発明のアクチュエータシステムによれば、１つの操作の中で一連に作動する第１アクチュエータと第２アクチュエータを含むとき、全体として小型化を実現できるとともに、外力の影響によらず安定した性能を発揮できる。よって、スペースの制約が厳しくて小型化が強く要求される航空機用のアクチュエータシステムとして極めて有用である。

本発明の第１実施形態のアクチュエータシステムの全体を示す断面構成図である。 第１実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータの全体構成例を示す斜視図である。 第１実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータの引込運動及び第２アクチュエータの伸出運動する際の初期段階の様子を示す油圧回路図である。 第１実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータの引込運動及び第２アクチュエータの伸出運動する際の中期段階の様子を示す油圧回路図である。 第１実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータの引込運動及び第２アクチュエータの伸出運動する際の終期段階の様子を示す油圧回路図である。 第１実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータの伸出運動及び第２アクチュエータの引込運動する際の初期段階の様子を示す油圧回路図である。 第１実施形態のアクチュエータシステムにおける第１アクチュエータの伸出運動及び第２アクチュエータの引込運動する際の終期段階の様子を示す油圧回路図である。 本発明の第２実施形態のアクチュエータシステムの全体を示す断面構成図である。 従来のリザーバ内蔵型アクチュエータの構成を説明する断面構成図である。

符号の説明

１ 第１アクチュエータ本体
２ モータ
３ ポンプ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ ポンプ部位
４ コントローラ
６ 流体配管
７ 第１ボア側油室
８ 第１アニュラス側油室
９ 流通孔
１０ リザーバ油室
１１ 第１シリンダ
１２ 第１ピストン
１２ａ 第１ピストンロッド
１２ｂ 第１ピストンヘッド
１６ スタンドパイプ
１７ 弾性支持体（コイルばね）
１８ 第１引込側流路入口
１９ 第１伸出側流路入口
２０ リザーバ流路入口
２１、２４、２５、２６ 逆流防止弁
２２ 分流バルブ
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ 分岐点
３１ 第２アクチュエータ本体
３２ コイルばね
３３ プライオリティバルブ（ＰＲＶ）
３３ａ リリーフ弁
３３ｂ 逆流防止弁
３７ 第２ボア側油室
３８ 第２アニュラス側油室
４１ 第２シリンダ
４２ 第２ピストン
４２ａ 第２ピストンロッド
４２ｂ 第２ピストンヘッド
４８ 第２引込側流路入口
４９ 第２伸出側流路入口

Claims (6)

1. 第１アクチュエータと第２アクチュエータを含む閉回路アクチュエータシステムであって、
   前記第１アクチュエータは、
   シリンダ式の第１アクチュエータ本体と、
   中空構造で構成され、前記第１アクチュエータ本体の第１シリンダ内を摺動する第１ピストンロッドを有する第１ピストンと、
   モータと、
   前記モータの回転方向に応じ、前記第１シリンダ内に前記第１ピストンヘッドを間に挟んで区画される第１アニュラス側油室及び第１ボア側油室のうちのいずれか一方に流体配管を介して流体を供給するポンプと、
   前記第１ピストンの運動に応じて前記モータの回転を制御するコントローラと、
   前記ポンプに供給される流体を貯留または前記ポンプに流体を供給することにより、前記第１ピストンの運動に応じて生ずる体積差に対応する流体の供給量を調整し、かつ、前記第１アニュラス側油室及び前記第１ボア側油室から互いに分離し、流体配管を介して互いに接続されるリザーバと、
   前記第１シリンダ内に突出して前記第１ピストンロッドの内周面と嵌合し、内側に前記リザーバを内蔵するスタンドパイプと、を備え、
   前記第２アクチュエータは、
   前記第１アクチュエータのポンプから前記第１シリンダの第１アニュラス側油室に供給される流体を分岐させて導き入れるシリンダ式の第２アクチュエータ本体と、
   前記第２アクチュエータ本体の第２シリンダ内を摺動する第２ピストンロッドを有する第２ピストンと、
   前記第２アクチュエータ本体内に導き入れる流体をその流体圧力に応じて前記分岐から第１アニュラス側油室までの経路を開閉して調整するプライオリティバルブと、を備えることを特徴とするアクチュエータシステム。
2. 前記第１アクチュエータが航空機の降着装置として配備される脚揚降用アクチュエータであり、前記第２アクチュエータがその脚揚降用アクチュエータと一連に作動するダウンロック用アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータシステム。
3. 前記第２アクチュエータが片ロッド方式のアクチュエータであって、前記第２ピストンの引込運動の際に引込力を与えるコイルばねを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータシステム。
4. 前記第２アクチュエータが両ロッド方式のアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータシステム。
5. 前記第２シリンダ内に形成された前記第２ピストンが伸出運動を行う際に流体が供給される第２ボア側油室と、第２アニュラス側油室とが互いに配管接続していることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータシステム。
6. 前記リザーバが流体を貯留するリザーバ油室と、フリーピストンにより仕切られた弾性支持部とからなる構造であり、前記弾性支持部が弾性支持体としてコイルばねを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアクチュエータシステム。

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