JP5400146B2 - 戻り防止デバイス、及びその動作完全性を試験するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、「追い」荷重にさらされるボールねじの意図しない回転を防止するための戻り防止デバイスの分野に関し、より詳細には、エーロフォイル表面（例えばトリム・タブ）を制御可能に変位させるために使用されるボールねじと共に使用される戻り防止デバイスの動作完全性を決定するための改良型方法及び装置に関する。

ボールねじは、現在、様々なアプリケーションのために広く使用されている。このようなアプリケーションの１つは、トリム・タブなどのエーロフォイル表面の変位を制御することである。このようなアプリケーションでは、駆動機構が航空機に搭載され、ボールねじを適切な角方向に選択的に回転させるために使用される。ボールねじの上にナットがねじで取り付けられ、偏心位置でエーロフォイル表面と係合するようになされている。したがって電動機を使用してボールねじをナットに対して一方の角方向に選択的に回転させ、エーロフォイル表面を一方の方向に移動又はピボットさせることができ、また、ボールねじをナットに対して逆の角方向に選択的に回転させ、エーロフォイル表面を逆の方向に移動又はピボットさせることができる。

戻り防止デバイスは、印加される空気力の方向にエーロフォイル表面を移動させることになる方向へのボールねじの回転に対抗する力（つまり「追い」荷重）を提供し、一方、印加される空気力とは逆の方向にエーロフォイル表面を移動させることになる方向へのボールねじの回転に対抗する力（つまり「向かい」荷重）はほとんど印加しないか、或いは全く印加しない機構と共に使用される。本明細書において使用されているように、ボールねじは、ねじ及びその上にねじ止めされるナットを意味している。必要に応じてねじをナットに対して回転させることも、或いはナットをねじに対して回転させることも可能である。

参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれている特許文献１に、このような戻り防止デバイスの実例の１つが示され、且つ、記載されている。

このような航空機アプリケーションの場合、通常、エーロフォイル表面は、ボールねじに「追い」荷重又は「向かい」荷重が印加されることになる前のスリップ・ストリーム中に置かなければならない。

一般的には、航空機が地上にいる間に、また、エーロフォイル表面に荷重がかかっていない間に、このような戻り防止デバイスの見掛けの動作完全性を検査することができることが望ましい。

参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれている特許文献２及び特許文献３に、他の戻り防止デバイスの詳細が示され、且つ、記載されている。

米国特許第６１０９４１５号明細書 米国特許第６６３１７９１Ｂ２号明細書 米国特許第７６７２５４０Ｂ１号明細書 米国特許第６１０９１０５号明細書

開示されている実施例の対応する部品、部分又は表面に対する挿入句的参照は、単に説明を目的としたものであって、何ら限定するものではなく、本発明により、戻り防止デバイス（２０）の動作完全性を決定するための広範囲にわたる改良型方法及び装置が提供される。

一態様では、本発明により、ボールねじ（２１）が可逆極性の可変荷重（±Ｌ）に接続され、且つ、一部がハウジングを貫通している戻り防止デバイスであって、ハウジングとボールねじの間に作用する、ボールねじの「追い」荷重の方向への移動には対抗するが、ボールねじの「向かい」荷重の方向への移動に対しては実質的に対抗しない力を生成するための制動機構（２９）を含んだデバイスの改善が提供される。この改善には、広義には、ハウジングと制動機構の間に作用する、ボールねじに対する一方の方向の外部荷重の印加を模擬するための第１の予荷重力（Ｆ１）を制動機構に加えるための第１のばね（４３）が含まれており、それにより、ボールねじに外部荷重が印加されていない場合に、戻り防止デバイスの見掛けの動作完全性を検査することができる。

この改善は、さらに、ハウジングと制動機構の間に作用する、ボールねじに対するもう一方の方向の外部荷重の印加を模擬するための第２の予荷重力（Ｆ２）を制動機構に加えるための第２のばね（４４）を含むことができる。

一方の予荷重力はもう一方の予荷重力より大きい。

戻り防止デバイスは航空機（４５）に搭載することができる。航空機は、ボールねじに力を加えるようになされたエーロフォイル表面（４６）を有することができる。第１の予荷重力により、航空機が地上にいる場合に、戻り防止デバイスの見掛けの動作完全性を検査することができる。

「追い」荷重及び「向かい」荷重のうちの一方は、戻り防止デバイスに引張り力を加えることができ、また、「追い」荷重及び「向かい」荷重のうちのもう一方は、戻り防止デバイスの制動機構に圧縮力を加えることができる。

第１の予荷重力は、ボールねじを移動させるために、ボールねじに閾値トルクを印加しなければならない。戻り防止デバイスの動作完全性は、ボールねじを移動させるために必要な実際のトルク及び閾値トルクの関数として決定することができる。

電動機（４８）を使用してボールねじを適切な方向に選択的に回転させることができ、また、戻り防止デバイスの動作完全性は、ボールねじを移動させるために必要な実際の電動機電流、及びボールねじを移動させるために理論的に必要な電動機電流のいずれかの関数として決定することができる。

他の態様では、本発明により、航空機（４５）に搭載され、エーロフォイル表面（４６）に接続されたボールねじ（２１）の意図しない回転を防止するために使用される戻り防止デバイス（２０）の見掛けの動作完全性を試験するための改良型方法が提供され、戻り防止デバイスは、航空機とボールねじの間に作用する、ボールねじの「追い」荷重の方向への移動には対抗するが、ボールねじの「向かい」荷重の方向への移動に対しては実質的に対抗しない力を生成するための制動機構（２９）を有している。この方法には、第１のばね（４３）を提供するステップと、第１のばねに第１の予荷重力（Ｆ１）を制動機構に加えさせるステップと、航空機が地上にいる間に、ボールねじを移動させるために必要な実際のトルク（Ｔａ）を決定するステップと、ボールねじを移動させるために必要な実際のトルクと理論トルク（Ｔｔ）とを比較するステップと、実際のトルクが理論トルク未満である場合、戻り防止デバイスが適切に動作していないことを推定するステップが含まれており、それにより、航空機が地上にいる場合に、戻り防止デバイスの見掛けの動作完全性が試験される。

したがって本発明の一般的な目的は、戻り防止デバイスの動作完全性を試験し、或いは推定するための改良型方法及び装置を提供することである。

これら及び他の目的並びに利点は、以上及び以下の書面明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

ハウジングと制動機構の間に作用する第１及び第２の予荷重ばねを示す、一部が断面図であり、また、一部が正面図である改良型戻り防止デバイスの部分縦垂直図である。 図１の概ね線２−２に沿って取った、ボールねじが除去された部分横垂直概略図である。 制動機構に作用する様々な力を示す部分略図である。 航空機のエーロフォイル表面と胴体の間に作用するボールねじの上に動作するようにされた戻り防止デバイスを示す略図である。

最初に、図に示されている同じ構造エレメント、部分又は表面は、この詳細な説明が必要不可欠の部分をなしている書面明細書全体の中でさらに記述され、或いは説明されることになるため、同様の参照数表示には、いくつかの図面を通して、終始一貫してこのような同じ構造エレメント、部分又は表面を識別することが意図されていることを明確に理解されたい。特に指示されていない限り、図面は、本明細書と共に読むべきことが意図されており（例えば断面線、部品の配置、比例、度、等々）、また、本発明の書面説明全体の一部をなしていることを考慮されたい。以下の説明の中で使用されているように、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」及び「下」という用語、並びにそれらの形容詞的派生語及び副詞的派生語（例えば「水平方向の」、「右側に」、「上に向かって」、等々）は、単純に、特定の図面が読者に向かって示している構造の配向を意味している。同様に、「内側に向かって」及び「外側に向かって」という用語は、通常、適切な意味として、その伸長の軸又は回転の軸に対する表面の配向を意味している。

次に、図面、より詳細には図面の図１及び２を参照すると、本発明により、一括して２０で示されている戻り防止デバイスの改善が提供される。図に示されている戻り防止デバイスは、一括して２１で示されている、内部部分２２（つまりタイロッド）及び内部部分に固定接続された外部部分２３からなるボールねじを有している。ボールねじは、可逆極性の荷重（±Ｌ）に接続されており、図１に示されている、ハウジング２４を貫通する部分を有している。図に示されているハウジングは、中央部分２５、上部部分２６及び下部部分２８を含む様々な部分のアセンブリである。

一括して２９で示されている制動機構は、ハウジングとボールねじの間に作用し、ボールねじの「追い」荷重の方向への移動には対抗するが、ボールねじの「向かい」荷重の方向への移動に対しては実質的に対抗しない力を加えるように動作するようにされている。図に示されているこの制動機構２９には、ボールねじの外部部分から半径方向に外側に向かって延在している環状フランジ３０に作用する２つの異なるサブアセンブリが含まれている。図に示されている制動機構の右側の部分には、ハウジングを支え、且つ、回転防止ピン３２によってハウジングに対する回転が阻止された環状スラスト端板３１、環状スラスト軸受３３、３４、環状ラチェット板３５、環状ブレーキ・リング３６、及びボールねじフランジ３０を支え、且つ、回転防止ピン３９によってボールねじフランジ３０に対する回転が防止された他の環状部材３８が含まれている。ブレーキ・アセンブリの左側の部分は、右側の部分の鏡像になっている。したがってプライム符号が付された同じ参照数表示を使用してブレーキ機構の左側の部分の対応する部品、部分又は表面が識別されている。

図２に最も良好に示されているように、つめ４０、４０は、ハウジングの上に取り付けられており、また、ラチェット・ホイール３５’と係合するように動作するようにされている。これらのつめは、ピン４１、４２の上で回転するために取り付けられており、近似のラチェット・ホイールと係合するよう、ばね荷重がかけられている。ラチェット・ホイール３５の歯は一方の角方向を指しており、また、ラチェット・ホイール３５’の歯は反対の角方向を指している。したがってラチェット・ホイールの１つに結合されているつめは、一方の方向の運動を許容し、もう一方の方向の運動を阻止するように配置されているが、ラチェット・ホイールの方向が逆であるため、つめの２つの軸方向の間隔のセットは、逆にすることが可能である。

この本発明の多くは、特許文献４の中で概ね教示され、且つ、記載されている。

この改善によれば、ボールねじに外部荷重が印加されていない場合に、戻り防止デバイスの動作完全性を検査することができるよう、ハウジングと制動機構の間に作用する、ボールねじに対する一方の方向の外部荷重の印加を模擬するための第１の予荷重力（Ｆ１）を制動機構に加えるための第１のばね４３が提供される。この改善は、さらに、ハウジングと制動機構の間に作用する、ボールねじに対するもう一方の方向の外部荷重の印加を模擬するための第２の予荷重力（Ｆ２）を制動機構に加えるための第２のばね４４を含むことができる。好ましい実施例では、第１及び第２の予荷重ばね４３、４４は、ハウジングと制動機構の間に作用するように配置され、且つ、互いに対向して配置されるＢｅｌｌｅｖｉｌｌｅばねである。

ばね４３によって加えられる力（Ｆ１）は、ばね４４によって加えられる逆方向の力（Ｆ２）より大きくすることができる。図３に最も良好に示されているように、第１のばね４３は、例えば３，１７５ｋｇ（７，０００ポンド）の右方向の力を制動機構に加えるように配置することができ、一方、第２のばね４４は、例えば９０７．２ｋｇ（２，０００ポンド）の左方向の力を制動機構に加えるように配置することができる。

図４に示されているように、戻り防止デバイスは、航空機４５に搭載するように適合されている。このような航空機は、ボールねじに力を加えるように配置された中間ピボット動作エーロフォイル表面４６を有することができる。ボールねじは、電動機などの駆動デバイスによって適切な角方向に選択的に回転する。第１の予荷重力により、航空機が地上にある場合、第２の予荷重力の有無にかかわらず、戻り防止デバイスの動作完全性を検査することができる。

「追い」荷重及び「向かい」荷重のうちの一方は、制動機構に引張り力を加え、また、「追い」荷重及び「向かい」荷重のうちのもう一方は、制動機構に圧縮力を加える。第１の予荷重力は、ボールねじを移動させるために、ボールねじに閾値トルクを印加しなければならない。戻り防止デバイスの動作完全性は、ボールねじを移動させるために必要な実際のトルク及び閾値トルクの関数として決定することができる。一形態では、ボールねじを移動させるために必要な実際の力が閾値力未満である場合、欠陥又は誤りが知覚される。

さらに他の実施例では、ボールねじを適切な方向に選択的に回転させるために電動機が使用されている。ボールねじを移動させるために必要な理論電動機電流は分かっている。戻り防止デバイスの動作完全性は、ボールねじを移動させるために必要な実際の電動機電流、及びボールねじを移動させるために必要な理論電動機電流の関数として決定することができる。この場合も、ボールねじを移動させるために必要な実際の電動機電流が理論電動機電流未満である場合、故障又は欠陥に注目することができる。

他の態様では、本発明により、航空機に搭載され、エーロフォイル表面に接続されたボールねじの意図しない回転を防止するために使用される戻り防止デバイスの動作完全性を試験するための改良型方法が提供される。戻り防止デバイスは、航空機とボールねじの間に作用する、ボールねじの「追い」荷重の方向への移動には対抗するが、ボールねじの「向かい」荷重の方向への移動に対しては実質的に対抗しない力を生成するための制動機構を有している。この方法には、広義には、第１のばねを提供するステップと、第１のばねに第１の予荷重力を制動機構に加えさせるステップと、航空機が地上にいる間に、ボールねじを移動させるために必要な実際のトルクを決定するステップと、ボールねじを移動させるために必要な実際のトルクと理論トルクとを比較するステップと、実際のトルクが理論トルク未満である場合、戻り防止デバイスが適切に動作していないことを推定するステップが含まれており、それにより、航空機が地上にいる場合に、戻り防止デバイスの動作完全性が試験される。

修正
本発明には、とりわけ、多くの変更及び追加を加えることができることが企図されている。例えば、必要に応じてボールねじの構造及び構成を容易に変更することができる。説明されている形態では、ボールねじの内部部分２２及び外部部分２３は、それらの間のスプライン接続によって一体での回転が制限されている。他のタイプのボールねじを使用することも可能である。例えば米国特許第６１０９４１５号に、外側に向かって延在している半径方向のフランジを有するボールねじであって、ハウジングとこのボールねじとの間に作用する制動機構を有するボールねじの他の構成が示されている。

同様に、必要に応じてハウジングの構造及び構成を変更することも可能である。

好ましい実施例では、スキュー・ローラを含んだ制動リングが制動機構の一部として動作するようにされている。これは必ずしも必要ではなく、この制動リングは、必要に応じて変更又は修正が可能であり、或いはすべてをまとめて省略することも可能である。

したがって、改良型戻り防止デバイスの現時点における好ましい形態を図に示し、且つ、説明し、また、それらのいくつかの修正について説明したが、特許請求の範囲によって定義され、且つ、差別されている本発明の精神を逸脱することなく、様々な追加変更及び修正を加えることができることは当業者には容易に理解されよう。

Claims (8)

1. ボールねじ（２１）が可逆極性（±L）の可変荷重に接続され、且つ、一部がハウジング（２４）を貫通している戻り防止デバイス（２０）において、前記ハウジング（２４）と前記ボールねじ（２１）の間に作用する、前記ボールねじ（２１）の「追い」荷重の方向への移動には対抗するが、前記ボールねじ（２１）の「向かい」荷重の方向への移動に対しては実質的に対抗しない力を生成するための制動機構（２９）を含んだ戻り防止デバイス（２０）であって、
   前記ハウジング（２４）と前記制動機構（２９）の間に作用する、前記ボールねじ（２１）に対する一方の前記方向の外部荷重の印加を模擬するための第１の予荷重力（Ｆ１）を前記制動機構に加えるための第１のばね（４３）
   を含み、それにより、前記ボールねじ（２１）に外部荷重が印加されていない場合に、該ボールねじを移動させるためのトルクの関数として前記戻り防止デバイス（２０）の見掛けの動作完全性を検査することができる戻り防止デバイス（２０）。
2. 前記ハウジング（２４）と前記制動機構（２９）の間に作用する、前記ボールねじ（２１）に対するもう一方の前記方向の外部荷重の印加を模擬するための第２の予荷重力（Ｆ２）を前記制動機構に加えるための第２のばねをさらに備えた、請求項１に記載の戻り防止デバイス（２０）。
3. 一方の前記予荷重力（Ｆ１，Ｆ２）がもう一方の前記予荷重力（Ｆ１，Ｆ２）より大きい、請求項２に記載の戻り防止デバイス（２０）。
4. 前記戻り防止デバイス（２０）が航空機（４５）に搭載され、前記航空機（４５）が、前記ボールねじ（２１）に力を加えるようになされたエーロフォイル表面（４６）を有し、前記第１の予荷重力（Ｆ１）により、前記航空機（４５）が地上にいる場合に、前記戻り防止デバイス（２０）の動作完全性を検査することができる、請求項１に記載の戻り防止デバイス。
5. 前記「追い」荷重及び「向かい」荷重のうちの一方が前記制動機構（２９）に引張り力を加え、また、前記「追い」荷重及び「向かい」荷重のうちのもう一方が前記制動機構（２９）に圧縮力を加える、請求項１に記載の戻り防止デバイス（２０）。
6. 前記ボールねじを移動させるために、前記第１の予荷重力（Ｆ１）が前記ボールねじに閾値トルクを印加しなければならず、また、前記戻り防止デバイスの動作完全性が、前記ボールねじを移動させるために必要な実際のトルク及び前記閾値トルクの関数として決定される、請求項１に記載の戻り防止デバイス（２０）。
7. 前記ボールねじを適切な方向に選択的に回転させるために電動機（４８）が使用され、前記ボールねじ（２１）を移動させるために必要な理論電動機電流が分かっており、前記戻り防止デバイス（２０）の動作完全性が、前記ボールねじ（２１）を移動させるために必要な実際の電動機電流及び前記理論電動機電流の関数として決定される、請求項６に記載の戻り防止デバイス（２０）。
8. 航空機（４５）に搭載され、エーロフォイル表面（４６）に接続されたボールねじ（２１）の意図しない回転を防止するために使用される戻り防止デバイス（２０）の動作完全性を試験するための方法であって、前記戻り防止デバイス（２０）が、前記航空機（４５）と前記ボールねじ（２１）の間に作用する、前記ボールねじ（２１）の「追い」荷重の方向への移動には対抗するが、前記ボールねじの「向かい」荷重の方向への移動に対しては実質的に対抗しない力を生成するための制動機構（２９）を有し、
   第１のばね（４３）を提供するステップと、
   前記第１のばねに第１の予荷重力（Ｆ１）を前記制動機構（２９）に加えさせるステップと、
   前記航空機（４５）が地上にいる間に、前記ボールねじ（２１）を移動させるために必要な実際のトルクを決定するステップと、
   前記ボールねじ（２１）を移動させるために必要な前記実際のトルクと理論トルクとを比較するステップと、
   前記実際のトルクが前記理論トルク未満である場合、前記戻り防止デバイス（２０）が適切に動作していないことを推定するステップと
   を含み、それにより、前記航空機（４５）が地上にいる場合に、前記戻り防止デバイス（２０）の見掛けの動作完全性が試験される方法。
   

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