JP5411661B2 - ディスエンゲージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、操縦系統のリンケージを解くディスエンゲージ装置に関する。

現在、航空機の操縦舵面を自動的に駆動制御することにより所定の経路に沿った飛行を実現させる自動操縦（オートパイロット）装置が実用化されている。自動操縦装置には、操縦舵面を駆動するサーボモータ等の駆動装置や、その駆動装置を制御する制御装置が設けられているが、これら駆動装置や制御装置が故障して不適切な駆動力が発生した場合や手動操縦を実施する場合において駆動装置の駆動力が操縦舵面に伝達されるのを阻止するために「ディスエンゲージ装置」が提案されている。すなわち、ディスエンゲージ装置は、操縦系統のリンケージ、操縦装置等の制御駆動源から操縦舵面やスロットルなどの制御駆動対象までのリンケージを機械的に分離・結合する装置である。

特許文献１においては、電力を要する電磁クラッチ式ディスエンゲージ装置（非特許文献１）における諸問題に対応すべく、人力方式のディスエンゲージ装置として鋼球ラッチ式が提案される。
特許文献１のディスエンゲージ装置は、図８に示すように、自動操縦装置（そのサーボモータ等）にリンケージされる第１ロッド１０１と、操縦舵面にリンケージされる第２ロッド１０２とを備える。
中空の第１ロッド１０１内に第２ロッド１０２が挿入され、第１ロッド１０１の側部に垂直に保持されたバネ１０３により第２ロッド１０２の側部に形成された凹部１０４に鋼球１０５を押し当てて嵌合させることにより、第１ロッド１０１と第２ロッド１０２とが連結固縛されて一体のリンケージとして動作するようになり、これにより自動操縦装置が操縦舵面に接続された状態となる。

ディスエンゲージ・レバーにリンケージされたケーブル１０６が引かれることにより、凹部１０４から鋼球１０５が離脱し、第１ロッド１０１と第２ロッド１０２との連結が外れる。これにより自動操縦装置と操縦舵面とのリンケージを解くことができる。ディスエンゲージ装置によりリンケージを解く操作をディスエンゲージ操作という。ディスエンゲージ装置によりリンケージを繋ぐ操作をエンゲージ操作という。ディスエンゲージ装置によりリンケージが解かれている状態をディスエンゲージ状態という。ディスエンゲージ装置によりリンケージが繋がれている状態をエンゲージ状態という。

また、操縦桿の操作により第１ロッド１０１と第２ロッド１０２との間に強い軸方向力が生じると、第１ロッド１０１と第２ロッド１０２とが軸方向にずれて凹部１０４から鋼球１０５が離脱し、第１ロッド１０１と第２ロッド１０２との連結が外れる。これによっても自動操縦装置と操縦舵面とのリンケージを解くことができる。このようにして操縦桿の操作によりリンケージを解く操作を強制ディスエンゲージ操作という。上記の軸方向力が第１ロッド１０１と第２ロッド１０２とを引き離す方向であっても、近づける方向であってもリンケージを解くことができる。強制ディスエンゲージ操作は、自動操縦装置からの拘束に抗して操縦桿を強く操作することによって行う。

したがって、航空機の操縦者は、ディスエンゲージ・レバーを操作すること、又は、操縦桿の操作による強制ディスエンゲージ操作により、自動操縦装置と操縦舵面とのリンケージを解くことができる。

特開２００５−２０５９８９号公報 特開２００５−８０５９号公報

村山大二郎著、「航空工学講座 第１７巻 オートパイロット」、日本航空技術協会、昭和５８年４月１０日、ｐ．８３−８４

しかし、以上の従来技術にあってもさらに次のような問題があった。
通常の手動操縦及び正常な自動操縦において誤って強制ディスエンゲージ操作がなされないように、第１ロッド１０１と第２ロッド１０２との連結が外れる限界の軸方向力は、ある程度高く設定されることが求められる。

これに対し、操作性を良好にするためディスエンゲージ・レバーを操作する操作力は、あまり大きくならず適度な大きさに設定することが望ましい。
また、機体操縦の全自動化を推進にするにあたっては、一つの操縦舵面だけでなく、複数の操縦舵面やスロットルなど多くの操縦系統を自動操縦装置に接続する必要がある。多くの操縦系統を自動操縦装置に接続した場合においても、各操縦系統に対しディスエンゲージ装置本体を設けなければならない。この場合、ディスエンゲージ・レバーを操縦系統ごとに設けて、操縦系統の数だけディスエンゲージ・レバーが設けられたときには、緊急時に自動操縦から手動操縦へ切り替える際に、操縦者は、多くのディスエンゲージ・レバーを操作しなければならず、手間取ってしまい緊急状態への迅速な対応が困難になる。
したがって、１つのディスエンゲージ・レバーで複数の操縦系統のディスエンゲージ装置本体を操作できることが望ましい。

しかしながら、上記従来の鋼球ラッチ式では、ケーブルを介してディスエンゲージ装置のバネを直接引くため、ディスエンゲージ・レバーによるディスエンゲージ操作に必要な操作力も、第１ロッド１０１と第２ロッド１０２との連結が外れる限界の軸方向力も、バネ力のみに依存している。
したがって、前者を小さくしようとすると、後者も小さくなり意図しない強制ディスエンゲージ操作が起こり易くなるという不都合が生じ、後者を大きくしようとすると、前者も大きくなり過大な操作力を要するという不都合が生じ、ましてや１つのディスエンゲージ・レバーが複数のディスエンゲージ装置に対応するという機構の実現が非常に困難となるという不都合が生じる。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、操縦系統のリンケージを解くディスエンゲージ装置において、リンケージの接続部分の保持力を高めること及びディスエンゲージ操作力を軽減することの両者をそれぞれ追求することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、操縦系統のリンケージを解くディスエンゲージ装置であって、
操作部材と、
前記リンケージに組み込まれ、相互の連結により当該リンケージの要素となって当該リンケージを成立させ、相互の分離により当該リンケージを解く２つのディスエンゲージ部材と、
前記２つのディスエンゲージ部材のいずれかに支点を置いて支持され、前記操作部材の操作に連動して当該支点回りに回動するディテント・レバーと、
前記ディテント・レバーの一方向の回動に連動して前記２つのディスエンゲージ部材に係合することにより前記相互の連結を実現する係合部材と、
前記一方向又はその反対方向に前記ディテント・レバーを付勢するバネと、
を備え、
前記２つのディスエンゲージ部材の一方は係合溝を有し、
前記係合部材は、前記２つのディスエンゲージ部材の他方に保持され、一部において前記ディテント・レバーの作用端に係合することによって前記ディテント・レバーと連動し、他の一部において前記係合溝に係合する係合ピンであり、
前記係合溝及び前記係合ピンは、前記２つのディスエンゲージ部材の分離方向に対して略垂直方向に延在し、前記係合ピンは、前記分離方向及び自身の軸方向に略垂直方向に直線動作するようにガイドされて前記２つのディスエンゲージ部材のいずれかに保持され、
前記ディテント・レバーの作用端は、前記直線動作の方向についての前記係合ピンの移動を規制するとともに、当該係合ピンの中心と前記支点とを結ぶ方向についての当該係合ピンの当該ディテント・レバーに対する相対移動を許容するように構成されてなるディスエンゲージ装置である。

本発明によれば、操縦系統のリンケージに組み込まれる２つのディスエンゲージ部材を連結固縛する係合部材の操作系にディテント・レバーが適用され、またバネ力をこのディテント・レバーに負荷するので、梃子の原理が利用され、リンケージの接続部分の保持力を高めること及びディスエンゲージ操作力を軽減することの両者をそれぞれ追求することができるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る操縦系統のシステム概略図である。 本発明の一実施形態に係るディスエンゲージ・ロッドの組立概要図である。 図２に示したＡ１−Ａ１線についての断面図であって本発明の一実施形態に係るディスエンゲージ装置の主要部の断面図であり、図(a)はエンゲージ状態を、図(b)はディスエンゲージ状態を、図(c)は強制ディスエンゲージ操作された状態を示す。 本発明の一実施形態に係る操縦桿及びディスエンゲージ・レバーの側面図であり、図(a)はエンゲージ状態を、図(b)はディスエンゲージ状態を、図(c)は強制ディスエンゲージ操作時の状態を示す。 本発明の一実施形態に係るディスエンゲージ装置の主要部断面模式図であり、係合ピンのガイド溝の一形態を示す。 本発明の一実施形態に係るディスエンゲージ装置の主要部断面模式図であり、係合ピンのガイド溝の他の一形態を示す。 図(a)は、従来例のディスエンゲージ装置にエンベロープを被せた場合の主要部断面模式図である。図(b)は、本発明の一実施形態に係るディスエンゲージ装置にエンベロープを被せた場合の主要部断面模式図である。 従来例のディスエンゲージ装置の主要部断面模式図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

図１に示すように本実施形態においては、手動操縦系統及び自動操縦系統が航空機に搭載される。操縦桿１がリンケージ２を介して操縦舵面３にリンケージされ、手動操縦系統のリンケージが構成される。自動操縦装置のアクチュエータ４が、スライド・ロッド５とシリンダ・ロッド６の連結により構成されるリンケージを介してリンケージ２に接続され、アクチュエータ４から操縦舵面３までの自動操縦系統のリンケージが構成される。
なお、図１においては、リンケージ要素を必要最小限に記載しており、搭載される航空機や操縦系統の種類に応じてリンケージ要素が増える場合があることは勿論である。

本実施形態においては、自動操縦系統のリンケージにディスエンゲージ装置が適用される。
ディスエンゲージ装置は、スライド・ロッド５及びシリンダ・ロッド６、ディスエンゲージ・レバー７、ディスエンゲージ・ケーブル８、ディテント・レバー９、ラッチピン１０、コイルバネ１１、エンゲージ検出器１２、ハウジング１３等により構成される。

スライド・ロッド５の一端はアクチュエータ４側に連結される。スライド・ロッド５の周面には係合溝５ａが形成されている。係合溝５ａは、スライド・ロッド５の軸方向に直交する方向に切られている。スライド・ロッド５は一つのディスエンゲージ部材に相当する。
シリンダ・ロッド６は中空構造で、開口端部にハウジング１３が固定されており、シリンダ・ロッド６とハウジング１３とは一体化している。シリンダ・ロッド６及びハウジング１３は他の一つのディスエンゲージ部材に相当する。シリンダ・ロッド６の中空部とハウジング１３の中空部とによりロッド挿入孔６ａが形成されている。スライド・ロッド５の他端部は、ロッド挿入孔６ａに挿入される。スライド・ロッド５は、ロッド挿入孔６ａにガタなく、かつ、円滑に挿入、抜き出しができる程度に嵌入される。シリンダ・ロッド６の開口端の逆端は、操縦舵面３側に連結される。

ディスエンゲージ・レバー７は、ディスエンゲージ操作を行うものである。
ディスエンゲージ・ケーブル８は、一端でディスエンゲージ・レバー７に接続され、他端でディテント・レバー９の操作端９ｂに接続される。

ディテント・レバー９は、支点９ａで回動自在にハウジング１３に支持されている。さらにディテント・レバー９は、ハウジング１３に保持されたコイルバネ１１によって付勢されている。詳しくは図３に示すようにコイルバネ１１のバネ力はディテント・レバー９のバネ作用端９ｄに作用する。バネ作用端９ｄと支点９ａとの距離は、操作端９ｂと支点９ａとの距離より近くされている。また、コイルバネ１１は、ディスエンゲージ・ケーブル８に引かれてディテント・レバー９が回動する方向と反対方向にディテント・レバー９を付勢する。

コイルバネ１１は、シリンダ・ロッド６の軸方向と平行に延在して、ハウジング１３に形成された空洞内に設置されている。
ラッチピン１０は、ハウジング１３を貫通して図３(a)の矢印Ｃの双方向に直線動作するようにガイドされディテント・レバー９に保持されている。ラッチピン１０は、係合溝５ａに嵌合するものであり、ラッチピン１０及び係合溝５ａは、平行に延在して配置されている。
また、ラッチピン１０は、ハウジング１３から抜け出さないように係止されて保持されている。ラッチピン１０の端部はハウジング１３から突出し、ディテント・レバー９に設けられた作用端孔部９ｃ内に挿入される形態でディテント・レバー９と係合する。

したがって、図４(a)に示すようにディスエンゲージ・レバー７が解放状態の場合は、図３(a)に示すように、ディスエンゲージ・ケーブル８はディテント・レバー９を引いておらず、コイルバネ１１のバネ力Ａによってディテント・レバー９には矢印Ｂ方向のトルクが作用しており、ラッチピン１０が作用端孔部９ｃの縁によって矢印Ｃ方向に押されて係合溝５ａに嵌合する。これにより、エンゲージ状態とされる。
なお、エンゲージ状態は、エンゲージ検出器１２の検出スイッチ１２ａによって検出され、ランプ１２ｂにより表示される。エンゲージ検出器１２については特許文献１に記載されるものと同様である。

一方、図４(b)に示すように、操縦者がディスエンゲージ・レバー７を握る等のディスエンゲージ操作によって、ディスエンゲージ・レバー７が矢印Ｄ方向に倒されると、図３(b)に示すようにディスエンゲージ・ケーブル８が矢印Ｅ方向にディテント・レバー９を引き、コイルバネ１１のバネ力Ａによるトルクに打ち勝つ矢印Ｆ方向のトルクがディテント・レバー９に作用してディテント・レバー９は図面上反時計回りに回動する。すると、ラッチピン１０が作用端孔部９ｃの縁によって矢印Ｇ方向に押されて係合溝５ａから離脱する。これにより、ディスエンゲージ状態とされる。ディスエンゲージ状態では、操縦桿１は、自動操縦装置のアクチュエータ４からの制御、拘束から解かれて、図１に示した操縦桿１、リンケージ２、操縦舵面３による手動操縦系統が機能する状態が確保される。

操縦桿１が自動操縦装置に拘束されている場合に、仮にディスエンゲージ・レバー７を操作することによるディスエンゲージ操作が不能なときでも、以下の強制ディスエンゲージ操作により自動操縦装置からの拘束を解くことができる。
すなわち、図４(c)に示すように操縦者が操縦桿１を通常操縦時より過大な荷重をかけて矢印Ｈ方向に倒す。すると、再度図１を参照すればわかるように、スライド・ロッド５がアクチュエータ４により拘束されていて、操縦桿１が前へ倒されたから、シリンダ・ロッド６及びハウジング１３、さらにはハウジング１３に保持されたラッチピン１０、ディテント・レバー９等が図３(c)に示すようにスライド・ロッド５に対して矢印Ｉ方向に相対移動する。これにより、係合溝５ａ（スライド・ロッド５）がラッチピン１０を矢印Ｊ方向に押し出して係合溝５ａから離脱させ、ディスエンゲージ状態とされる。この強制ディスエンゲージ操作の過程においては、コイルバネ１１によるバネ力に起因したラッチピン１０を係合溝５ａ側に押し込む力が働くから、操縦者はこの力に打ち勝つ力で操縦桿１を倒さなければならない。矢印Ｈ方向と反対方向に操縦桿１を倒すことによっても、同様に強制ディスエンゲージ操作が可能である。この場合は、係合溝５ａに対するラッチピン１０の移動方向が図３(c)に示したものと逆となる。

以上のように本実施形態のディスエンゲージ装置は、自動操縦系統のリンケージを解くディスエンゲージ装置である。
本実施形態のディスエンゲージ装置は、操作部材としてディスエンゲージ・レバー７を備える。
また、自動操縦系統のリンケージに組み込まれたスライド・ロッド５とシリンダ・ロッド６及びハウジング１３とが、相互の連結により一体化して当該リンケージの要素となって当該リンケージを成立させ、相互の分離により当該リンケージを解く。
さらに、ハウジング１３に支点を置いて支持され、ディスエンゲージ・レバー７の操作に連動して支点９ａ回りに回動するディテント・レバー９を備える。
また、ディテント・レバー９の矢印Ｂ方向の回動に連動して２つのディスエンゲージ部材に係合すること、すなわち、スライド・ロッド５及びハウジング１３の両者に係合することによりこの両者の相互の連結を実現するラッチピン１０を備える。
また、矢印Ｂ方向にディテント・レバー９を付勢するコイルバネ１１を備える。
コイルバネ１１によりディテント・レバー９を付勢する方向は、矢印Ｂと反対方向であってもよい。この場合、バネ力はディスエンゲージ状態に移行させ保持する方向に働くから、操作部材によりエンゲージ状態に移行させ保持する機構を構成すればよい。

本実施形態によれば、ディテント・レバー９上でバネ作用端９ｄと支点９ａとの距離は、作用端孔部９ｃと支点９ａとの距離より遠くされている。したがって、バネをラッチピン１０に直接作用させる図８に示した従来例と比較してバネによりラッチピン１０を付勢する力を大きくすることができ、すなわち、リンケージの接続部分の保持力を高めることができる。
また本実施形態によれば、バネ作用端９ｄと支点９ａとの距離は、操作端９ｂと支点９ａとの距離との距離より近くされている。したがって、バネを直接引く図８に示した従来例と比較してディスエンゲージ操作する際のディスエンゲージ・レバー７を操作する操作力を軽減することができる。

次に、ラッチピン１０のガイド構造と操作機構の詳細について説明する。

本実施形態においては、係合溝５ａ及びラッチピン１０は、スライド・ロッド５とハウジング１３との連結固定のためのものであるから、スライド・ロッド５とハウジング１３の分離方向に対して略垂直方向に延在する。
さらにラッチピン１０は、上記分離方向及び自身の軸方向に略垂直方向に直線動作するようにガイドされてハウジング１３に保持されている。
そのために本実施形態においては、図５に示すようにラッチピン１０をガイドするハウジング１３のガイド溝１３ａは、上記直線動作の方向に直線状に形成されている。図５に示す直線軌道Ｄ１に沿ってラッチピン１０は動作する。

ディテント・レバー９の作用端は、ラッチピン１０の直線動作の方向についてのラッチピン１０の移動を規制するとともに、ラッチピン１０の中心と支点９ａとを結ぶ方向についてのラッチピン１０のディテント・レバー９に対する相対移動を許容するように構成されている。
そのための一形態として、本実施形態では作用端孔部９ｃをラッチピン１０の外径より大きく遊びのある円形孔とした。作用端孔部９ｃの形状は、支点９ａを中心とした半径方向に長い長孔状等の他の形状としてもよいことは勿論である。さらには、上記規制及び許容を実現できればよいので、ディテント・レバー９の作用端に、孔が形成されていることも必要とされない。要するに、上記規制はラッチピン１０に対する部材の機械的干渉により、上記許容は機械的遊び又は機械的自由により実現すればよい。

以上のようにガイド溝１３ａが形成されている。
したがって、図５(a)に示すように、力Ｆ１によりスライド・ロッド５をハウジング１３から引き出してラッチピン１０を離脱させるときに、係合溝５ａからラッチピン１０に力Ｆ２が負荷される。
図５(b)に示すように、力Ｆ３によりスライド・ロッド５をハウジング１３に押し込んでラッチピン１０を離脱させるときに、係合溝５ａからラッチピン１０に力Ｆ４が負荷される。
図５(a)に示す力学的状況と図５(b)に示す力学的状況とは、左右対称なだけであるから、力Ｆ２と力Ｆ４の大きさは等しく、よって、力Ｆ１と力Ｆ３の大きさは等しい。
しかるに、強制エンゲージ操作の際に操縦桿１をどちらに倒しても同じ抵抗力が生じる。言い換えれば、どちらの離脱方向に対しても同じ保持力を発揮でき、いずれかの方向が離脱しやすいという不都合が生じない。

以上説明した形態と異なる図６に示す形態につき説明する。図６に示した形態にあっては、ラッチピン１０はディテント・レバー９に固定されている。したがって、ラッチピン１０は、支点９ａを中心として円弧軌道Ｃ１に沿って動作する。そのため、ハウジング１３に形成するガイド溝１３ｂも、円弧軌道Ｃ１に沿った形状に形成されている。
図６(a)に示すように、力Ｆ５によりスライド・ロッド５をハウジング１３から引き出してラッチピン１０を離脱させるときに、係合溝５ａからラッチピン１０に力Ｆ６が負荷される。
図６(b)に示すように、力Ｆ７によりスライド・ロッド５をハウジング１３に押し込んでラッチピン１０を離脱させるときに、係合溝５ａからラッチピン１０に力Ｆ８が負荷される。
図６(a)に示す力学的状況では、力Ｆ６の方向は比較的円弧軌道Ｃ１に沿っているが、図６(b)に示す力学的状況では、力Ｆ８の方向は円弧軌道Ｃ１から大きく外れているので、半径方向の反力により打ち消される力の成分が大きくなる。
したがって、力Ｆ８は力Ｆ６より大きく、よって、力Ｆ７は力Ｆ５より大きく、離脱方向によって保持力が異なるという不都合が生じる。

次に、本実施形態のディスエンゲージ装置と、従来例とのコンパクト性について比較する。
図７(a)に示すように、従来の鋼球１０５をバネ１０３で押し込む従来例のディスエンゲージ装置にあっては、ロッド１０１，１０２の片側に垂直に突出するようにバネ１０３が配置され、さらにはバネ１０３を引けるようにするためにケーブル１０６及びケーブル・アウターケース１０７がロッド１０１，１０２から離れる方向にはみ出すので、これらを覆う大きなエンベロープ１０８が必要となる。
これに対し本実施形態のディスエンゲージ装置によれば、図７(b)に示すようにディテント・レバー９を適用することでコイルバネ１１が小さくできることに加え、コイルバネ１１がロッド５，６に平行に配置されたので、これらを覆うエンベロープ１４を小さくすることができ、コンパクト性に優れている。

１ 操縦桿
２ リンケージ
３ 操縦舵面
４ アクチュエータ
５ スライド・ロッド
５ａ 係合溝
６ シリンダ・ロッド
６ａ ロッド挿入孔
７ ディスエンゲージ・レバー
８ ディスエンゲージ・ケーブル
９ ディテント・レバー
９ａ 支点
９ｂ 操作端
９ｃ 作用端孔部
９ｄ バネ作用端
１０ ラッチピン
１１ コイルバネ
１２ エンゲージ検出器
１３ ハウジング
１３ａ ガイド溝
１３ｂ ガイド溝

Claims (1)

1. 操縦系統のリンケージを解くディスエンゲージ装置であって、
   操作部材と、
   前記リンケージに組み込まれ、相互の連結により当該リンケージの要素となって当該リンケージを成立させ、相互の分離により当該リンケージを解く２つのディスエンゲージ部材と、
   前記２つのディスエンゲージ部材のいずれかに支点を置いて支持され、前記操作部材の操作に連動して当該支点回りに回動するディテント・レバーと、
   前記ディテント・レバーの一方向の回動に連動して前記２つのディスエンゲージ部材に係合することにより前記相互の連結を実現する係合部材と、
   前記一方向又はその反対方向に前記ディテント・レバーを付勢するバネと、
   を備え、
   前記２つのディスエンゲージ部材の一方は係合溝を有し、
   前記係合部材は、前記２つのディスエンゲージ部材の他方に保持され、一部において前記ディテント・レバーの作用端に係合することによって前記ディテント・レバーと連動し、他の一部において前記係合溝に係合する係合ピンであり、
   前記係合溝及び前記係合ピンは、前記２つのディスエンゲージ部材の分離方向に対して略垂直方向に延在し、前記係合ピンは、前記分離方向及び自身の軸方向に略垂直方向に直線動作するようにガイドされて前記２つのディスエンゲージ部材のいずれかに保持され、
   前記ディテント・レバーの作用端は、前記直線動作の方向についての前記係合ピンの移動を規制するとともに、当該係合ピンの中心と前記支点とを結ぶ方向についての当該係合ピンの当該ディテント・レバーに対する相対移動を許容するように構成されてなるディスエンゲージ装置。

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