JP5349274B2 - 流体アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、航空機等に用いられる流体アクチュエータに関する。

従来、航空機等に用いられる流体アクチュエータにおいては、シリンダ内を摺動するピストンの位置を検出する差動トランス（ＬＶＤＴ：Ｌｉｎｅａｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）が多用されている。差動トランスは、ピストンの位置の変位を電気信号で出力する。

特許文献１には、ピストンロッドの内部に挿入されたバランス部材に対して固定されるボビン（コイル部）と、ピストンロッドの操舵翼側フック部材（ロッドエンド）に螺合されることで、ピストンロッドに対して固定されるコアロッド（プローブ）とを有する差動トランス型位置検出器が開示されている。

特開２００３−１８４８２２号公報

ところで、プローブは、安全性を考慮して、ピストンロッドに対して、異種の固定手段により多重に固定される。例えば、プローブは、ピストンロッドとの螺合部に設けられたインサートと、ロッドエンド側でプローブに螺合されたセルフロックナットとにより、二重に固定される。そのため、固定に要するスペースがピストンロッドの長手方向に長くなり、プローブが大型になっていた。また、プローブの固定作業は、インサートによる固定をコイル部側から、セルフロックナットによる固定をロッドエンド側から、それぞれ行わなければならず、固定作業が複雑であった。

本発明の目的は、プローブをコンパクト化するとともに、プローブの固定作業を簡素化することが可能な流体アクチュエータを提供することである。

本発明の流体アクチュエータは、シリンダと、前記シリンダ内に摺動可能に収納されたピストンと、前記ピストンと一体に形成され、前記ピストンの摺動方向に沿って、少なくとも前記シリンダの内部から外部にかけて設けられたピストンロッドと、前記ピストンの位置を検出する検出手段と、を有し、前記ピストンロッドは、他の部分よりも縮径された縮径部を有する中空のロッド部と、前記ロッド部の一端部に固定されて前記ロッド部を閉塞するロッドエンドと、を有しており、前記検出手段は、前記ロッド部の他端側に位置するように設けられた中空円筒状のコイル部と、一端部が前記縮径部に螺合されており、前記コイル部側から前記縮径部に当接するフランジを備え、前記ピストンの摺動に伴って前記コイル部の内部を進退可能な棒状のプローブと、を有しており、前記縮径部と前記プローブとの螺合部に設けられ、前記プローブが前記ピストンの摺動方向に移動するのを抑制する第１固定手段と、前記縮径部の前記コイル部側に設けられ、前記縮径部とで前記フランジを狭持することで、前記プローブが前記ピストンの摺動方向に移動するのを抑制する第２固定手段と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、プローブは、螺合部に設けられた第１固定手段と、縮径部のコイル部側に設けられた第２固定手段とにより、ピストンの摺動方向に沿った移動が抑制されているので、縮径部のロッドエンド側に固定手段を設ける必要がない。よって、ピストンロッドの長手方向において、プローブとロッドエンドとを近接させることができるから、固定に要するスペースを短くすることができる。また、プローブのピストンロッドへの固定作業をすべてコイル部側から行うことができる。これにより、プローブをコンパクト化するとともに、プローブの固定作業を簡素化することができる。

また、本発明の流体アクチュエータにおいて、前記ピストンロッドは、前記縮径部の前記ロッドエンド側を閉塞する仕切り壁を有していてよい。上記の構成によれば、縮径部のロッドエンド側が仕切り壁で閉塞されているので、ロッド部内の流体は、縮径部のロッドエンド側の空間から隔離される。これにより、ロッド部内の流体がロッドエンド側の空間内に漏れることがないので、プローブと縮径部との隙間をシール材でシールする必要がない。よって、その分の部品点数を削減することができるので、プローブの固定作業をさらに簡素化することができる。

また、本発明の流体アクチュエータにおいて、前記第２固定手段は、縮径された状態から拡径された状態への永久変形によって、前記縮径部の前記コイル部側に固定されてよい。上記の構成によれば、第２固定手段を永久変形させるという容易な作業により、プローブの固定作業をさらに簡素化することができる。

また、本発明の流体アクチュエータにおいて、前記第２固定手段は、前記プローブと前記縮径部との螺合が緩められて、前記第１固定手段による固定が解除された際に、破壊されてよい。上記の構成によれば、プローブと縮径部との螺合が緩められて、第１固定手段による固定が解除された際に、第２固定手段が破壊されることで、プローブを容易にピストンロッドから取り外すことができる。

本発明の流体アクチュエータによると、縮径部のロッドエンド側に固定手段を設ける必要がないので、ピストンロッドの長手方向において、プローブとロッドエンドとを近接させることができて、固定に要するスペースを短くすることができる。また、プローブのピストンロッドへの固定作業をすべてコイル部側から行うことができる。これにより、プローブをコンパクト化するとともに、プローブの固定作業を簡素化することができる。

本発明の流体アクチュエータを有する航空機の概略図である。 本実施形態による流体アクチュエータを示す概略断面図である。 図２の部分拡大図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（航空機の構成）
本実施形態による流体アクチュエータ１は、図１に示すように、航空機４１に設けられている。

図１に示すように、航空機４１には、その飛行姿勢や飛行方向を変化させたり、その受ける揚力を変化させたりするための複数の可動部が翼に設けられている。例えば、主翼４６には離着陸時に高揚力を発生させるためのフラップ４３や、機体のローリングのためのエルロン４２が設けられている。また、水平尾翼４７には、機首の上げ下げのためのエレベータ４４が設けられている。さらに、垂直尾翼４８には機体のヨーイングのためのラダー４５が設けられている。これらの可動部は、翼に対する取り付け角が変化したり翼に対して並進移動したりするように変位可能に取り付けられており、このように変位させることで航空機４１の飛行姿勢や飛行方向を変化させたり高揚力を発生させたりする。

これらの可動部にはそれぞれ油圧式の流体アクチュエータ１が設けられている。流体アクチュエータ１は、これら可動部の翼への取り付け角度を変化させたり、翼に対して可動部を並進移動させたりするためのアクチュエータであり、圧油（流体）が給排されることで動作する。なお、流体アクチュエータ１を動作させる流体として圧油を用いて説明するが、流体は燃料や大気であってもよい。

（流体アクチュエータの構成）
流体アクチュエータ１は、図２に示すように、シリンダ３と、シリンダ３内に摺動可能に収納されたピストン４と、ピストン４と一体に形成されたピストンロッド５と、を有している。シリンダ３とピストン４とはシールされている。

ピストンロッド５は、ピストン４の摺動方向に沿って、シリンダ３の内部から外部にかけて設けられている。ピストンロッド５は、シリンダ３の右側を貫通する中空のロッド部５ａと、シリンダ３の外部に位置し、ロッド部５ａの右端部に螺合により固定されてロッド部５ａを閉塞するロッドエンド５ｂと、を有している。ロッド部５ａの図中左端には、ピストン４が一体に形成されている。ロッドエンド５ｂには、航空機４１の可動部（図示せず）が連結されている。なお、ピストンロッド５とシリンダ３とはシールされている。

また、シリンダ３内には、ピストン４の摺動方向に沿って、中空円筒状の位置制御部材６が設けられている。位置制御部材６は、ピストン４の中心を貫通しており、ピストン４が摺動方向に沿って摺動するのをガイドしている。

シリンダ３内は、ピストン４により、左側のシリンダ室３ａと右側のシリンダ室３ｂとに分割されている。シリンダ室３ａ，３ｂには、図示しない流入出通路がそれぞれ連通している。この流入出通路を介してシリンダ室３ａ内に高圧の圧油が流入された場合には、ピストン４は図中右側に移動する。これにより、ピストンロッド５はシリンダ３から突出する方向（図の右方向）に向かって移動するとともに、シリンダ室３ｂ内の低圧の圧油が流入出通路から排出される。一方、流入出通路を介してシリンダ室３ｂ内に高圧の圧油が流入された場合には、ピストン４は図中左側に移動する。これにより、ピストンロッド５はシリンダ３内に引っ込む方向（図の左方向）に向かって移動するとともに、シリンダ室３ａ内の低圧の圧油が流入出通路から排出される。

ここで、ピストン４と位置制御部材６とは、シールされていない。そのため、ロッド部５ａの内部は、シリンダ室３ａから流入した圧油で満たされている。

ピストンロッド５内及び位置制御部材６内には、ピストン４の位置を検出する差動トランス（ＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ））（検出手段）１１が設けられている。この差動トランス１１は、ロッド部５ａの左端側に位置するように位置制御部材６の内部に設けられた中空円筒状のコイル部１１ａと、右端部がロッド部５ａに固定され、ピストン４の摺動に伴ってコイル部１１ａの内部を進退可能な棒状のプローブ１１ｂと、を有している。コイル部１１ａの内部には、一次側コイルおよび二次側コイルが巻き付けられている。プローブ１１ｂの左端部には、コイル部１１ａの内部に挿入された図示しないコアが設けられている。

コイル部１１ａの一次側コイルおよび二次側コイルには、信号線（図示せず）が接続されている。この信号線は、航空機の操縦室まで導かれている。そして、信号線を通じて、一次側コイルには一定電圧の交流が入力されるとともに、二次側コイルからはコイル部１１ａに対するプローブ１１ｂの挿入量、即ちピストン４の位置に応じた検出信号（交流電圧）が出力される。

図２のＡ部の部分拡大図である図３に示すように、ピストンロッド５の中空のロッド部５ａは、他の部分よりも縮径された縮径部２１を有している。この縮径部２１には、プローブ１１ｂの右端部が螺合されている。また、ロッド部５ａの右端部には、ロッドエンド５ｂが螺合されている。ピストンロッド５は、縮径部２１のロッドエンド５ｂ側（右側）を閉塞する仕切り壁２２を有している。このように、プローブ１１ｂは縮径部２１を貫通していない。これにより、ロッド部５ａ内の空間２４に充満した圧油は、ロッドエンド５ｂと仕切り壁２２との間の空間２３内の大気から隔離されている。よって、空間２４内の圧油が空間２３内に漏れることがないので、圧力の損失がない。

プローブ１１ｂは、縮径部２１の内周に設けられたネジ２１ａに螺合するネジ部３１と、縮径部２１に螺合された際に、コイル部１１ａ側（左側）から縮径部２１に当接するフランジ３２と、を有している。さらに、プローブ１１ｂは、プローブ１１ｂと縮径部２１との螺合を締めたり緩めたりする際に六角レンチ（図示せず）が嵌められる断面六角形状の六角部３３を有している。

縮径部２１のネジ２１ａと、プローブ１１ｂのネジ部３１とが螺合された螺合部３５には、インサート（第１固定手段）５１が設けられている。このインサート５１は、例えば（株）ツガミ製Ｅ−サート（登録商標）のように、断面が菱形の線がコイル状に巻かれたものであり、１本１本が雌雄のネジの隙間に噛み込むことで、プローブ１１ｂと縮径部２１との螺合が緩むのを防止する。これにより、プローブ１１ｂがピストン４の摺動方向に移動するのが抑制されている。

また、縮径部２１のコイル部１１ａ側（左側）には、ワッシャ（第２固定手段）５２が設けられている。このワッシャ５２は、縮径された状態から拡径された状態への永久変形によって、縮径部２１のコイル部１１ａ側に設けられた凹部２５に外周部が嵌合されている。この永久変形により、ワッシャ５２は、内周部がフランジ３２に当接した状態で、縮径部２１のコイル部１１ａ側に固定されている。これにより、ワッシャ５２と縮径部２１とでフランジ３２が狭持されるので、プローブ１１ｂがピストン４の摺動方向に移動するのが抑制される。なお、ワッシャ５２の永久変形は、例えば、ドーナツ状の治具によりコイル部１１ａ側から行われる。

ワッシャ５２は、弾性限界が小さくて永久変形し易い金属、例えば、アルミや銅によって形成されている。このワッシャ５２は、プローブ１１ｂと縮径部２１との螺合が緩められて、インサート５１による固定が解除された際に、コイル部１１ａ側（左側）へのネジの推力で破壊される。よって、例えばメンテナンス等により、プローブ１１ｂがロッド部５ａから取り外される毎に、ワッシャ５２は破壊されることになるが、プローブ１１ｂの再取り付け時に、新たなワッシャ５２でプローブ１１ｂが固定されることとなる。

このように、プローブ１１ｂは、螺合部３５に設けられたインサート５１と、縮径部２１のコイル部１１ａ側に設けられたワッシャ５２とにより、ピストン４の摺動方向に沿った移動が抑制されているので、縮径部２１のロッドエンド５ｂ側に固定手段を設ける必要がない。よって、ピストンロッド５の長手方向において、プローブ１１ｂとロッドエンド５ｂとを近接させることができるから、固定に要するスペースを短くすることができる。また、プローブ１１ｂのピストンロッド５への固定作業をすべてコイル部１１ａ側から行うことができる。これにより、プローブ１１ｂをコンパクト化するとともに、プローブ１１ｂの固定作業を簡素化することができる。

また、縮径部２１のロッドエンド５ｂ側が仕切り壁２２で閉塞されているので、ロッド部５ａ内の圧油は、縮径部２１のロッドエンド５ｂ側の空間２３から隔離される。これにより、ロッド部５ａ内の圧油がロッドエンド５ｂ側の空間２３内に漏れることがないので、プローブ１１ｂと縮径部２１との隙間をシール材でシールする必要がない。よって、その分の部品点数を削減することができるので、プローブ１１ｂの固定作業をさらに簡素化することができる。

また、ワッシャ５２を永久変形させるという容易な作業により、プローブ１１ｂの固定作業をさらに簡素化することができる。さらに、プローブ１１ｂと縮径部２１との螺合が緩められて、インサート５１による固定が解除された際に、ワッシャ５２が破壊されることで、プローブ１１ｂを容易にピストンロッド５から取り外すことができる。

（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、螺合部３５における第１固定手段としてインサート５１を用いて説明しているが、代わりに塑性変形するペレットを雌雄のネジの隙間に充填することで、プローブ１１ｂと縮径部２１との螺合が緩むのを防止してもよい。

また、本実施形態では、仕切り壁２２によって、ロッド部５ａ内の圧油（流体）を空間２３から隔離しているが、仕切り壁２２が設けられていなくてもよい。この場合、プローブ１１ｂと縮径部２１との螺合部３５にシール材を設けることで、ロッド部５ａ内の圧油を空間２３から隔離することができる。

また、本実施形態では、ピストン４の片側にピストンロッド５が一体的に形成されているが、ピストン４の両側にピストンロッドが一体的に形成されていてもよい。この場合、ピストンロッド内の空間２４は大気で満たされることになるが、この大気を空間２３から隔離することで、ピストンロッド内の大気が空間２３内に漏れることによる圧力の損失を防止することができる。

また、本実施形態では、ピストン４の位置を検出する検出手段として、差動トランス（ＬＶＤＴ）１１を用いて説明しているが、これに限定されず、検出手段は、計量部の回転に伴い誘導電圧が生成され、回転変位に比例した周波数を出力する変位センサであるＲＶＤＴ（Ｒｏｔａｒｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）等の各種ポテンショメータであってよい。

また、本実施形態では、差動トランス１１のプローブ１１ｂがピストンロッド５の縮径部２１に固定されているが、プローブ１１ｂと縮径部２１との間に、中継ロッドを有していてもよい。この場合、プローブ１１ｂは、中継ロッドを介して縮径部２１に固定されることになり、中継ロッドにネジ部３１、フランジ３２、および、六角部３３が設けられることになる。

１ 流体アクチュエータ
３ シリンダ
４ ピストン
５ ピストンロッド
５ａ ロッド部
５ｂ ロッドエンド
６ 位置制御部材
１１ 差動トランス（検出手段）
１１ａ コイル部
１１ｂ プローブ
２１ 縮径部
２２ 仕切り壁
３１ ネジ部
３２ フランジ
３５ 螺合部
５１ インサート（第１固定手段）
５２ ワッシャ（第２固定手段）

Claims (4)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内に摺動可能に収納されたピストンと、
   前記ピストンと一体に形成され、前記ピストンの摺動方向に沿って、少なくとも前記シリンダの内部から外部にかけて設けられたピストンロッドと、
   前記ピストンの位置を検出する検出手段と、
   を有し、
   前記ピストンロッドは、
   他の部分よりも縮径された縮径部を有する中空のロッド部と、
   前記ロッド部の一端部に固定されて前記ロッド部を閉塞するロッドエンドと、
   を有しており、
   前記検出手段は、
   前記ロッド部の他端側に位置するように設けられた中空円筒状のコイル部と、
   一端部が前記縮径部に螺合されており、前記コイル部側から前記縮径部に当接するフランジを備え、前記ピストンの摺動に伴って前記コイル部の内部を進退可能な棒状のプローブと、
   を有しており、
   前記縮径部と前記プローブとの螺合部に設けられ、前記プローブが前記ピストンの摺動方向に移動するのを抑制する第１固定手段と、
   前記縮径部の前記コイル部側に設けられ、前記縮径部とで前記フランジを狭持することで、前記プローブが前記ピストンの摺動方向に移動するのを抑制する第２固定手段と、
   を有することを特徴とする流体アクチュエータ。
2. 前記ピストンロッドは、前記縮径部の前記ロッドエンド側を閉塞する仕切り壁を有していることを特徴とする請求項１に記載の流体アクチュエータ。
3. 前記第２固定手段は、縮径された状態から拡径された状態への永久変形によって、前記縮径部の前記コイル部側に固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体アクチュエータ。
4. 前記第２固定手段は、前記プローブと前記縮径部との螺合が緩められて、前記第１固定手段による固定が解除された際に、破壊されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
   
   

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