JP6227844B1 - ロックする回転式アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
この明細書の主題は、特に、凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングを備える回転式アクチュエータ用のロック装置で具現化できる。ロータが、外側ハウジングの内部に配設されている。ロータは、内部空洞と、内部空洞から筒状外面へ半径方向に延在する孔とを有する。ピストンが、内部空洞の内部で第1の位置と第2の位置との間を往復動するように配設され、ピストンは、第1の太さを有する第1の部位と、第1の太さよりも大きい第2の太さを有する第2の部位とを含む。キーが、孔の内部で半径方向に往復動するように配置され、半径方向近位端部と、半径方向遠位端部とを含む。ピストンが第1の位置にあるときに、半径方向近位端部は第1の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在しない。
Description
本願は、2014年10月1日に出願された米国特許出願第14/503,734号に基づく優先権を主張し、当該米国特許出願のすべての記載内容を援用する。
本明細書はロック機構付き回転式アクチュエータに関する。
現在、様々な形態の回転式油圧アクチュエータが機械的動力変換の工業用途で用いられている。この工業上の利用は、一般的には、長時間、例えば何時間にも及んで負荷を保つ必要もなく、外部の流体動力源を用いずに、慣性荷重を連続的に付与することが望ましい用途に向けられている。航空機のフライトコントロール(操縦系統)用途では、例えば故障軽減モード時に位置を保つために閉塞した液体カラム(液柱)を利用して荷重下で位置を保つ機能が実装されている。
特定の用途、例えば航空機の操縦に用いられるプライマリフライトコントロール(主操縦系統)の用途では、回転式アクチュエータで負荷を保ったまま位置精度を確保することが要求される。位置精度は、回転式アクチュエータの設計につきものの特性である内部洩れを最小化することにより高めることができる。しかし、例えば回転「翼(ベーン)」式又は回転「ピストン」式構成の一般的な回転式油圧アクチュエータにおいて洩れのない性能を提供することは、アクチュエータの角度位置を維持するために、閉塞した作動流体を実質的に完全に封止する必要があるので、困難であると言える。さらに、シールのどのような不具合も、アクチュエータのロック機能を全面的に喪失させることになる。
全般的に、ここではロック機構付き回転式アクチュエータについて述べる。
第1の側面において、回転式アクチュエータ用のロック装置は、少なくとも1つの周方向端部が内部に形成された半径方向凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングを含む。ロータが、外側ハウジングの内部に配設され、筒状内面の内側を回転可能な筒状外面を含む。ロータは、軸方向の内部空洞と、半径方向凹部との回転方向アライメントが可能であるように配設されて軸方向の内部空洞から筒状外面へ半径方向に延在する孔とを含む。ピストンが、軸方向の内部空洞の内部で第1の位置と第2の位置との間を軸方向に往復動するように配設され、第1の太さを有する第1の部位と、第1の太さよりも大きい第2の太さを有する第2の部位と、第1の部位から第2の部位まで軸方向に延在するピストン傾斜部とを含む。キーが、孔の内部で半径方向に往復動するように配置され、ピストン傾斜部を補完する第1のキー傾斜部を有する半径方向近位端部と、半径方向遠位端部とを含む。本体部が、ピストンが第2の位置にあるときに半径方向近位端部が第2の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在し、ピストンが第1の位置にあるときに半径方向近位端部が第1の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在しないように、半径方向近位端部から半径方向遠位端部まで延在する。
さまざまな実施の形態は、以下の特徴のいくつか又はすべてを含むことができ、含まないこともできる。周方向端部は、半径方向凹部から筒状内面まで周方向に延在するハウジング傾斜部を有することができ、半径方向遠位端部は、ハウジング傾斜部を補完する少なくとも1つの第2のキー傾斜部を有する。回転式アクチュエータは、また、ピストンに対して付勢しながら接触する軸方向のばねを備えることができる。軸方向のばねは、ピストンを第1の位置又は第2の位置に付勢するように構成することができる。ピストンは、第1の部位及び軸方向の内部空洞の半径方向内壁の間の少なくとも1つと、第2の部位及び軸方向の内部空洞の半径方向内壁との間に、少なくとも1つのシールをさらに備えることができる。回転式アクチュエータは、軸方向の内部空洞と、ピストンと、シールとによって画成された圧力室をさらに備えることができ、圧力室は、軸方向の内部空洞の内部でピストンを軸方向に往復動させるように、ピストンに流体圧力を選択的に加えるように構成されている。
第2の側面において、回転式アクチュエータを選択的にロックする方法は、少なくとも1つの周方向端部が内部に形成された半径方向凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングと、外側ハウジングの内部に配設されたロータであって、筒状内面の内側を回転可能な筒状外面と、軸方向の内部空洞と、半径方向凹部との回転方向アライメントが可能であるように配設され、軸方向の内部空洞から筒状外面へ半径方向に延在する孔と、を含むロータと、を備える回転式アクチュエータを提供する工程を含む。回転式アクチュエータは、また、軸方向の内部空洞の内部で第1の位置と第2の位置との間を軸方向に往復動するように配設されたピストンであって、第1の太さを有する第1の部位と、第1の太さよりも大きい第2の太さを有する第2の部位と、第1の部位から第2の部位まで軸方向に延在するピストン傾斜部と、を含むピストンを含む。回転式アクチュエータは、孔の内部で半径方向に往復動するように配置されたキーであって、ピストン傾斜部を補完する第1のキー傾斜部を有する半径方向近位端部と、半径方向遠位端部と、ピストンが第2の位置にあるときに半径方向近位端部が第2の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在し、ピストンが第1の位置にあるときに半径方向近位端部が第1の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在しないように、半径方向近位端部から半径方向遠位端部まで延在する本体部と、を含むキーと、を含む。方法は、また、第1の部位を半径方向近位端部に接触させる工程と、ピストンを、外力によって、第1の位置から第2の位置に向けて動かす工程と、ピストン傾斜部をキー傾斜部に接触させる工程と、ピストンの動き及び第1のキー傾斜部とピストン傾斜部との接触によって、孔を通るキーの半径方向の部分的な延在と、半径方向遠位端部の半径方向凹部内への部分的な延在とを行わせる工程と、第2の部位を半径方向近位端部に接触させ、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から離れることを阻止する工程と、半径方向遠位端部を周方向端部に接触させる工程とを含む。
さまざまな実装は、以下の特徴のいくつか又はすべてを含むことができ、含まないこともできる。方法は、第2の部位を半径方向近位端部に接触させる工程と、外力によって、ピストンを第2の位置から第1の位置に向けて付勢し、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から離れるのを許容する工程と、第1の部位を半径方向近位端部に接触させる工程とを含む。少なくとも1つの周方向端部は、半径方向凹部から筒状内面まで周方向に延在するハウジング傾斜部を有することができ、半径方向遠位端部は、ハウジング傾斜部を補完する少なくとも1つの第2のキー傾斜部を有することができ、方法はさらに、ロータ、キー、及びピストンに対してハウジングを回転させる工程と、周方向端部の1つを第2のキー傾斜部の補完する1つに接触させる工程と、周方向端部と第2のキー傾斜部の補完する1つとの接触によって、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から外れる工程と、ピストン傾斜部をキー傾斜部に接触させる工程と、キー傾斜部とピストン傾斜部との接触によって、ピストンを第2の位置から第1の位置へ動かす工程とを含むことができる。回転式アクチュエータは、ピストンに対して付勢しながら接触する軸方向のばねをさらに含むことができる。軸方向のばねは、ピストンを第1の位置又は第2の位置に付勢するように構成することができる。ピストンは、第1の部位及び軸方向の内部空洞の間の少なくとも1つと、第2の部位及び軸方向の内部空洞との間に、少なくとも1つのシールを含むことができる。回転式アクチュエータは、軸方向の内部空洞と、ピストンと、シールとによって画成された圧力室を含むことができ、圧力室は、軸方向の内部空洞の内部でピストンを軸方向に往復動させるように、ピストンに流体圧力を選択的に加えるように構成されている。ピストンを第1の位置から第2の位置に向けて動かす工程は、圧力室に流体圧力を加える工程を含むことができる。ピストンを第1の位置から第2の位置に向けて動かす工程は、圧力室の流体圧力を逃がす工程を含むことができる。
ここで述べる装置及び技術により、以下の利点の1つ又はそれ以上がもたらされ得る。第1の利点は、ここに開示する装置により、位置保持機能を改善することができる。第2の利点は、作動流体圧力の喪失又は外部若しくは内部洩れの不具合が発生した場合に、本装置は、位置保持機能を与えることが可能なフェールセーフ機構(安全側移行機構)を備えることができる。さらに、ここに示す技術によりもたらされるのは、高い外部負荷(トルク)担持能力を有する堅牢な機械的ロック機構である。本装置のさらなる利点は、安全性が決定的に重要な用途において、ロック位置を表示する目視手段又は電気的手段を容易に組み込める点である。
一つ以上の実施の詳細を、添付する図面及び以下の説明に記載する。他の特徴及び利点は、かかる説明及び図面並びに請求項から明らかになる。
ここでは、ロック機構付き回転式アクチュエータに関する装置及び技術について述べる。一般的に、ここに記載する回転式アクチュエータは、外側ハウジングに対して回転するロータ(回転子)を備える。ロータは、1つ以上のキーがロータから半径方向に延出するように作動させることができる機構を含む。キーは、外側ハウジングの内径部に形成された軸方向溝(円周方向ではない凹部)内へ延在する。これらの延在するキーは、凹部(溝)へ可逆的に嵌まり、外側ハウジングに対するロータの回転を機械的に制限又は制止する。航空機用途の一例において、外側ハウジングを取り付けた翼に対する操縦面(例えばフラップ、方向舵、又はエルロン(補助翼))の位置を制御できるように、及び、ロックされた状態の構成においてロック機構付き回転式アクチュエータが操縦面と翼との相対的な位置を保てるように、ロータを構成してもよい。
図1Aは軸方向断面側面図、図1Bは半径方向端面図であり、ロック機構付き回転式アクチュエータ100の第1の構成(ロックを解除された構成)の一例を示す。実施の形態によっては、アクチュエータ100は、航空機、宇宙船、船舶、陸上車両、又は他の適切な形態の乗り物の構成部品を作動させるように構成することができる。
例示のロック機構付き回転式アクチュエータ100は、外側ハウジング112を備える。外側ハウジング112の内面114は円筒状である。この円筒状内面114の一部には、軸方向長さを有する半径方向凹部116が設けられる。ここで図1Bを参照すると、半径方向凹部116は、円筒状内面114の周方向に対して軸方向端部を形成する、半径方向に角度の付いた少なくとも1つの周方向端部118を有する。実施の形態によっては、外側ハウジング112は、円筒状内面114に沿って半径方向に配置した複数の半径方向凹部116を含んでもよい。
再び図1A及び図1Bを参照すると、例示のロック機構付き回転式アクチュエータ100は、ロータ120を含む。ロータ120は、外側ハウジング112の内側に配設され、円筒状外面122を有する。この円筒状外面122は、円筒状内面114内で回転可能である。実施の形態によっては、ロータ120が可動部品であってよい。例えば、外側ハウジング112を外部の台座又は外部の面に固定してもよい。さもなければ、外側ハウジング112は、ロータ120の運動の相対的な基準座標系を提供してもよい。実施の形態によっては、ロータ120が固定子又はその他の相対的に非可動な部品であってもよい。例えば、ロータ120を外部の台座又は外部の面に固定してもよい。さもなければ、ロータ120は、外側ハウジング112の運動の相対的な基準座標系を提供してもよい。例えば、ロータを実質的に静止状態に保ってもよく、外側ハウジング112がロータ120の周りを少なくとも部分的に回転するように、アクチュエータ100を作動させてもよい。
例示のロック機構付き回転式アクチュエータ100のロータ120は、軸方向の内部空洞124及び孔(ポート)126も有する。孔126は、半径方向凹部116に対して回転方向アライメント(整列)が可能に配設され、軸方向の内部空洞124から円筒状外面122まで半径方向に延在する。例えば、孔126を半径方向凹部116とのアライメントをとるように、ロータ120を外側ハウジング112の内部で回転してもよい。
例示のロック機構付き回転式アクチュエータ100は、ピストン130も有する。ピストン130は、軸方向の内部空洞124内を軸方向に往復動自在に配置されている。例えば、円筒状外面122は、軸線128を中心とする略円筒の形状であってもよい。ピストン130は、軸線128に対して実質的に平行に動くように構成することができる。ピストン130は、図1A及び図1Bに示す第1の位置と、図2A及び図2Bの描写でさらに詳述するつもりの第2の位置との間を自在に動くように構成される。
例示のロック機構付き回転式アクチュエータ100のピストン130は、第1の太さ133を持つ第1の部位132と、第2の太さ135を持つ第2の部位134と、第1の部位132から第2の部位134まで軸方向に延在するピストン傾斜部136とを備えている。第2の太さ135は第1の太さ133よりも太い。それにより、ピストン傾斜部136は、第1の部位132から第2の部位134まで、軸線128に沿う勾配を形成する。
例示のロック機構付き回転式アクチュエータ100は、孔126内を軸線128に対して半径方向に往復動するように配設されたキー140を有する。キー140は、軸線128及び軸方向の内部空洞124に近い半径方向近位端部142と、外面122及び外側ハウジング112に近い半径方向遠位端部143とを有する。実施の形態によっては、アクチュエータの負荷担持能力の増加に応じて複数のキー140を備えてもよい。
キー140の半径方向近位端部142は、ピストン傾斜部136を補完する第1のキー傾斜部144を有する。例えば、ピストン傾斜部136は、第1の部位132から第2の部位134まで軸線128に対して略45度(例えば30〜60度)の角度で延在してもよく、キー傾斜部144を、軸線128に対して略45度(例えば30〜60度)の角度でピストン傾斜部136に対して略平行(例えば±10度)になるように形成してもよい。
図1Bを参照すると、キー140の半径方向遠位端部143は、一対のキー傾斜部145を有する。キー傾斜部145は、半径方向凹部116の周方向端部118に形成された一対のハウジング傾斜部119を補完する。例えば、ハウジング傾斜部119は、円筒状内面114に対して略65度(例えば30〜80度)の角度で形成されていてもよく、キー傾斜部145は、(例えば円筒状内面114に対して)略65度(例えば30〜80度)の角度でハウジング傾斜部119に対して略平行(例えば±10度)になるように形成されてもよい。
再び図1A及び図1Bを参照すると、キー140は、半径方向近位端部142から半径方向遠位端部143まで延在する本体部148を含む。半径方向近位端部142は、第1の部位132に接しており、図2A及び図2Bの描写でさらに詳述するつもりであるが、ピストン130が第1の位置にある時には半径方向遠位端部143が半径方向凹部116へ延在しないように、かつ半径方向近位端部142が第1の部位132に接することが可能なように構成されている。
例示のロック機構付き回転式アクチュエータ100は、第1の部位132と軸方向の内部空洞124の半径方向内壁129との間のシール150と、第2の部位134と軸方向の内部空洞124の半径方向内壁129との間のシール152とを有する。軸方向の内部空洞124、ピストン130の第1の部位132、及びシール150は圧力室154の一部を画成し、軸方向の内部空洞124、ピストン130の第2の部位134、及びシール152は圧力室156の一部を画成する。実施の形態によっては、軸方向の内部空洞124内においてピストン130を軸方向に往復動させるために、圧力室154及び圧力室156の一方又は両方を、ピストン130へ選択的に流体圧力がかかるように構成することができる。例えば、ピストン130を図2A及び図2Bに示す第2の位置に向かわせるように圧力室154を加圧してもよく、及び/又はピストン130を図1A及び図1Bに示す第1の位置に向かわせるように圧力室156を加圧してもよい。
例示のロック機構付き回転式アクチュエータ100は、ピストン130に対して付勢しながら接触する軸方向のばね160を備える。実施の形態によっては、ピストン130を第1の位置から第2の位置に向かわせるように軸方向のばね160を構成することができる。例えば、図1A及び図1Bに示すように、ばね160は第2の部位134に対して付勢しながら接触している状態にある。圧力室154にかける流体圧力は、ピストン130がばね160を圧縮させるのに十分な程度でよく、流体圧力を緩和したときに、ばね160により第1の位置に向けてピストンを戻すようにしてもよい。実施の形態によっては、軸方向のばね160を、図1A及び図1Bに示す第1の位置から図2A及び図2Bに示す第2の位置へピストン130を動かすように構成することができる。例えば、ばね160がピストン130の第1の部位132に対して付勢しながら接触するように、ロック機構付き回転式アクチュエータ100を構成してもよい。圧力室156にかける流体圧力は、ピストン130がばね160を圧縮させるのに十分な程度でよく、流体圧力を緩和したときに、ばね160により第2の位置に向けてピストンを戻すようにしてもよい。
図1Bを参照すると、この状態で図のピストン130は実質的に第1の位置にあり、キー140は、実質的に孔126内で静置状態をとることができる。半径方向遠位端143が円筒状外面122の下方に位置するので、ロータ120は実質的に外側ハウジング112と機械的に干渉することなく自由に回転できる。
図2Aは断面側面図、図2Bは端面図であり、ロック機構付き回転式アクチュエータ100の第2の構成(例えばロックされた構成)の一例を示す。第2の構成において、ピストン130は軸方向の内部空洞124内の第2の位置(例えば、図1A及び図1Bに示す第1の位置と異なる位置)に配置されており、キー140の半径方向近位端部142がピストン130の第2の部位134に接触できるようになっている。
ピストン130が第1の位置から第2の位置へ動かされるとき、キー傾斜部144とピストン傾斜部136との間の補完的な滑り接触によって、キー140は孔126を通って軸線128から半径方向に離される。キー140が孔126に沿って半径方向に動くとき、キー140の半径方向遠位端部145は半径方向凹部116内に延在する。半径方向遠位端部145が半径方向凹部116内に延在したことで、キー140の半径方向近位端部142がピストン130の第2の部位134に接触可能な第2の位置へピストン130が実質的に移動するのに十分な間隙が与えられる。ピストン130が第2の位置にあることによって、キー140の半径方向遠位端部145が半径方向凹部116内に延在した状態で、キー140を延在位置に保つことができる。
図2Bを参照すると、ピストン130が実質的に第2の位置にあり、外側ハウジング112に対してロータ120が回転すると、キー140の半径方向遠位端部143が外側ハウジング112の周方向端部118に接触して機械的な干渉が生ずる。そしてキー140が孔126内にあって、周方向端部118とキー140の半径方向遠位端部143とが干渉することにより、外側ハウジング112に対するロータ120の回転が実質的に阻止され、外側ハウジング112及び外側ハウジング112が搭載され得る構造体に対してロータ120を可逆的に「ロック」する。例えば、外側ハウジング112を航空機の翼に搭載すると共にロータ120をフラップなどの操縦面に連結してもよい。こうした実施例では、ピストン130を第1の位置まで動かして翼に対するフラップの動きを許容してもよいし、ピストン130を第2の位置まで動かして翼に対してフラップを選択位置に実質的にロックしてもよい。
ロック機構付き回転式アクチュエータ100は、ピストン130を図2A及び図2Bに示す第2の位置から図1A及び図1Bに示す第1の位置まで動かして戻すことによって、ロック解除される。ピストン130が第2の位置から第1の位置へ動くとき、ピストン130の第2の部位134は、キー140の半径方向近位端部142との接触から離れる。
先に述べたように、外側ハウジング112に対するロータ120の回転によって、キー140の遠位端部143と半径方向凹部116との機械的な接触が発生する。主に図2Bを参照すると、ロータ120の回転によって少なくとも1つのキー傾斜部145がハウジング傾斜部119と接触する。キー傾斜部145とハウジング傾斜部119との相補角間の接触によって、キー140はピストン130に向かって半径方向内方に動く。ピストン130が第1の位置と第2の位置との略中間(例えば、ピストン130の全行程の中間点近傍)の位置にある実施によっては、半径方向の近位端部142がピストン傾斜部136と接触することができ、キー140を、外側ハウジング112に対するロータ120の回転によって、ピストン傾斜部と接触させることができる。このような実施例では、キー傾斜部144とピストン傾斜部136との相補角間の接触によって、ピストン130を軸方向で第1の位置に向けることができる。
実施によっては、ピストン130を第2の位置から第1の位置へ動かすエネルギーの少なくとも幾分かを提供することにより、外側ハウジング112に対するロータ120の回転がロック解除の工程を支援する機械的エネルギーを提供することができる。例えば、ロータ120の回転、及び、キー傾斜部145とハウジング傾斜部119との干渉によって、キー140の遠位端部143を半径方向凹部116から外に出すエネルギーを提供することができる。次いで、キー140の半径方向内方への動き、及び、キー傾斜部114とピストン傾斜部136との機械的な協働とによって、ピストンを第2の位置から第1の位置へ向かわせるエネルギーを提供することができる。
実施の形態によっては、ロック機構付き回転式アクチュエータ100は、圧力室154内の流体圧力又は他の適切な力が、ピストン130を第1の位置へ向かわせるまでは、最初は第2の構成であってもよい。実施の形態によっては、ロック機構付き回転式アクチュエータ100は、圧力室156にかかる流体圧力又は他の適切な力が、ピストン130を第1の位置へ向かわせるまでは、最初は第1の構成であってもよい。例えば、ばね160をピストン130の第1の部位132近傍に配置してピストンを第2の位置に向かわせることができ、その間、圧力室156内の流体圧力がばね160の反力に打ち勝ってピストン130を第1の位置へ向かわせるのに十分であるかもしれない。
実施の形態によっては、ロック機構付き回転式アクチュエータ100は、圧力室154内の流体圧力を逃がすまでの間は、最初は第1の構成であってもよい。実施によっては、ロック機構付き回転式アクチュエータ100は、圧力室156にかけた流体圧力を逃がしてピストン130を第1の位置に向けて動かせるようにするまでの間は、最初は第2の構成であってもよい。例えば、ばね160をピストン130の第1の部位132の近傍に配置して、圧力室156の流体圧力によりピストン130で圧縮されるようにしてもよく、その流体圧力を逃がしたときにばね160がピストンを第1の位置に向けて動かしてもよい。
図3は、ロック機構付き回転式アクチュエータをロックする工程300の一例を示すフローチャートである。実施によっては、この工程300を、図1Aから図2Bに示すロック機構付き回転式アクチュエータ100に用いることができる。
工程302では、ロック機構付き回転式アクチュエータが提供される。例えば、ロック機構付き回転式アクチュエータ100を提供することができる。
工程304では、第1の部位を半径方向近位端部に接触させる。例えば、ピストン130の第1の部位132を、キー140の半径方向近位端部142に接触させることができる。
工程306では、外力により、ピストンを第1の位置から第2の位置へ動かす。例えば、圧力室154に流体圧力をかけ、ピストン130を、図1A及び図1Bに示す第1の位置から図2A及び図2Bに示す第2の位置へ動かすことができる。
工程308では、ピストン傾斜部をキー傾斜部に接触させる。例えば、ピストン傾斜部136をキー傾斜部144に接触させることができる。
工程310では、ピストンの動き及び第1のキー傾斜部とピストン傾斜部との接触により、キーが孔を通って部分的に半径方向に延在するようにし、半径方向遠位端部が半径方向凹部へ部分的に延在するようにする。例えば、ピストン130が第1の位置から第2の位置に向けて動いたとき、ピストン傾斜部136をキー傾斜部144に接触させ、キー140をピストン130から半径方向に離れるように延在させる。キー140が半径方向に延在したとき、キー140の半径方向遠位端部143が半径方向凹部116内へ延在する。
工程312では、第2の部位を半径方向近位端部と接触させて、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から離れることを阻止する。例えば、キー140の半径方向近位端部142がピストン130の第2の部位134に接触しているとき、キー140は半径方向の内方に実質的に動くことができず、キー140の半径方向遠位端部143は半径方向凹部116から出ることができない。
工程314では、半径方向遠位端部を周方向端部に接触させる。例えば、ロータ120を外側ハウジング112に対して細かく回転させ、キー140の半径方向遠位端部143を周方向端部118の1つに接触させることができる。キー140の半径方向遠位端部143と周方向端部118との機械的な干渉により、外側ハウジング112に対するそれ以上のロータ120の回転を防ぐことができ、外側ハウジング112に対してロータ120を実質的に位置決め「ロック」することができる。
図4は、ロック機構付き回転式アクチュエータをロック解除する工程400の一例を示すフローチャートである。実施によっては、工程400を、図1Aから図2Bに示すロック機構付き回転式アクチュエータ100に用いることができる。
工程402では、第2の部位を半径方向近位端部に接触させる。例えば、ピストン130の第2の部位134を、キー140の半径方向近位端部142に接触させることができる。
工程404では、外力によってピストンが第2の位置から第1の位置に向かい、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から離れることが可能になる。例えば、圧力室154にかけた流体圧力により、ピストン130を第1の位置へ向けて動かすことができる。その他の実施例では、ピストンを第2の位置から第1の位置に向けて動かす力を提供するために、ばね160を第1の部位の近位に配置してもよい。ピストン130が第1の位置に向けて動くとき、キー140は孔126の内部を半径方向内方に動くことができ、キー140の半径方向遠位端部143が半径方向凹部116から離れることを許容する。
実施によっては、ハウジングは、ロータ、キー、及びピストンに対して回転可能で、周方向端部の1つが、補完する第2のキー傾斜部の1つに接触させることができる。例えば、キー傾斜部145の1つが、対応するハウジング傾斜部119の1つと接触することができる。実施によっては、周方向端部と補完する第2のキー傾斜部の1つとの接触は、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部を半径方向凹部から離すことができる。例えば、キーと外側ハウジングとの相対的な回転運動によって、ハウジング傾斜部119とキー傾斜部145との余角を発生することができ、回転力の一部がキーを半径方向内方に動かす半径方向の力に変換され、キー140の半径方向遠位端部143が半径方向凹部116から出される。実施によっては、キー傾斜部がピストン傾斜部に接触可能であり、キー傾斜部とピストン傾斜部とが接触してピストンを第2の位置から第1の位置へ動かすことができる。例えば、キー傾斜部144とピストン傾斜部136との相補角間の接触によって、半径方向内方に向かうキー140の動きをピストン130の軸方向の動きに変換することができる。
工程406では、第1の部位132を半径方向近位端部142に接触させる。例えば、図1A及び図1Bに示すように、ピストン130が第1の位置にある場合には、キー140の半径方向近位端部142をピストン130の第1の部位132に接触させることができる。
いくつかの実施について、以上詳細に説明したが、他の改変も可能である。例えば、各図に示す論理的なフローにとって、示された特定の順序又は順番は望ましい結果を得るための要件ではない。また、他のステップを加えてもよく、記載したフローからあるステップを除いてもよく、記載したシステムに他の構成要素を加えてもよく、それから除いてもよい。したがって、他の実施は、本願請求項の範囲に含まれる。
100 ロック機構付き回転式アクチュエータ
112 外側ハウジング
114 円筒状内面
116 半径方向凹部
118 周方向端部
119 ハウジング傾斜部
120 ロータ
122 円筒状外面
124 内部空洞
126 孔
128 軸線
129 半径方向内壁
130 ピストン
132 第1の部位
133 第1の太さ
134 第2の部位
135 第2の太さ
136 ピストン傾斜部
140 キー
142 半径方向近位端部
143 半径方向遠位端部
144 第1のキー傾斜部
145 キー傾斜部
148 本体部
150、152 シール
154、156 圧力室
160 ばね
112 外側ハウジング
114 円筒状内面
116 半径方向凹部
118 周方向端部
119 ハウジング傾斜部
120 ロータ
122 円筒状外面
124 内部空洞
126 孔
128 軸線
129 半径方向内壁
130 ピストン
132 第1の部位
133 第1の太さ
134 第2の部位
135 第2の太さ
136 ピストン傾斜部
140 キー
142 半径方向近位端部
143 半径方向遠位端部
144 第1のキー傾斜部
145 キー傾斜部
148 本体部
150、152 シール
154、156 圧力室
160 ばね
Claims (15)
- 回転式アクチュエータ用のロック装置であって;
少なくとも1つの周方向端部が内部に形成された半径方向凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングと;
前記外側ハウジングの内部に配設されたロータであって、
前記筒状内面の内側を回転可能な筒状外面と、
軸方向の内部空洞と、
前記半径方向凹部との回転方向アライメントが可能であるように配設され、前記軸方向の内部空洞から前記筒状外面へ半径方向に延在する孔と、を含むロータと;
前記軸方向の内部空洞の内部で第1の位置と第2の位置との間を軸方向に往復動するように配設されたピストンであって、
第1の太さを有する第1の部位と、
前記第1の太さよりも大きい第2の太さを有する第2の部位と、
前記第1の部位から前記第2の部位まで軸方向に延在するピストン傾斜部と、を含むピストンと;
前記孔の内部で半径方向に往復動するように配置されたキーであって、
前記ピストン傾斜部を補完する第1のキー傾斜部を有する半径方向近位端部と、
半径方向遠位端部と、
前記ピストンが前記第2の位置にあるときに前記半径方向近位端部が前記第2の部位に接触しつつ前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部内に延在し、前記ピストンが前記第1の位置にあるときに前記半径方向近位端部が前記第1の部位に接触しつつ前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部内に延在しないように、前記半径方向近位端部から前記半径方向遠位端部まで延在する本体部と、を含むキーとを備える;
回転式アクチュエータ。 - 前記周方向端部は、前記半径方向凹部から前記筒状内面まで角度を付けられて周方向かつ半径方向に延在するハウジング傾斜部を有し、前記半径方向遠位端部は、前記ハウジング傾斜部を補完する少なくとも1つの第2のキー傾斜部を有する、
請求項1に記載の回転式アクチュエータ。 - 前記ピストンに対して付勢しながら接触する軸方向のばねをさらに備える、
請求項1又は請求項2に記載の回転式アクチュエータ。 - 前記軸方向のばねは、前記ピストンを前記第1の位置又は前記第2の位置に付勢するように構成された、
請求項3に記載の回転式アクチュエータ。 - 前記ピストンは、前記第1の部位及び前記軸方向の内部空洞の半径方向内壁の間の少なくとも1つと、前記第2の部位及び前記軸方向の内部空洞の前記半径方向内壁との間に、少なくとも1つのシールをさらに備える、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の回転式アクチュエータ。 - 前記軸方向の内部空洞と、前記ピストンと、前記シールとによって画成された圧力室をさらに備え、前記圧力室は、前記軸方向の内部空洞の内部で前記ピストンを軸方向に往復動させるように、前記ピストンに流体圧力を選択的に加えるように構成されている、
請求項5に記載の回転式アクチュエータ。 - 回転式アクチュエータを選択的にロックする方法であって;
回転式アクチュエータを提供する工程であって、
少なくとも1つの周方向端部が内部に形成された半径方向凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングと、
前記外側ハウジングの内部に配設されたロータであって、前記筒状内面の内側を回転可能な筒状外面と、軸方向の内部空洞と、前記半径方向凹部との回転方向アライメントが可能であるように配設され、前記軸方向の内部空洞から前記筒状外面へ半径方向に延在する孔と、を含むロータと、
前記軸方向の内部空洞の内部で第1の位置と第2の位置との間を軸方向に往復動するように配設されたピストンであって、第1の太さを有する第1の部位と、前記第1の太さよりも大きい第2の太さを有する第2の部位と、前記第1の部位から前記第2の部位まで軸方向に延在するピストン傾斜部と、を含むピストンと、
前記孔の内部で半径方向に往復動するように配置されたキーであって、前記ピストン傾斜部を補完する第1のキー傾斜部を有する半径方向近位端部と、半径方向遠位端部と、前記ピストンが前記第2の位置にあるときに前記半径方向近位端部が前記第2の部位に接触しつつ前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部内に延在し、前記ピストンが前記第1の位置にあるときに前記半径方向近位端部が前記第1の部位に接触しつつ前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部内に延在しないように、前記半径方向近位端部から前記半径方向遠位端部まで延在する本体部と、を含むキーと、を備える回転式アクチュエータを提供する工程と;
前記第1の部位を前記半径方向近位端部に接触させる工程と;
前記ピストンを、外力によって、前記第1の位置から前記第2の位置に向けて動かす工程と;
前記ピストン傾斜部を前記キー傾斜部に接触させる工程と;
前記ピストンの動き及び前記第1のキー傾斜部と前記ピストン傾斜部との接触によって、前記孔を通る前記キーの半径方向の部分的な延在と、前記半径方向遠位端部の前記半径方向凹部内への部分的な延在とを行わせる工程と;
前記第2の部位を前記半径方向近位端部に接触させ、前記キーが前記孔を通って半径方向に引き戻されて前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部から離れることを阻止する工程と;
前記半径方向遠位端部を前記周方向端部に接触させる工程とを備える;
方法。 - 前記第2の部位を前記半径方向近位端部に接触させる工程と;
外力によって、前記ピストンを前記第2の位置から前記第1の位置に向けて付勢し、前記キーが前記孔を通って半径方向に引き戻されて前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部から離れるのを許容する工程と;
前記第1の部位を前記半径方向近位端部に接触させる工程とをさらに備える;
請求項7に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの前記周方向端部は、前記半径方向凹部から前記筒状内面まで角度を付けられて周方向かつ半径方向に延在するハウジング傾斜部を有し、前記半径方向遠位端部は、前記ハウジング傾斜部を補完する少なくとも1つの第2のキー傾斜部を有し、前記方法はさらに、
前記ロータ、前記キー、及び前記ピストンに対して前記ハウジングを回転させる工程と;
前記周方向端部の1つを前記第2のキー傾斜部の補完する1つに接触させる工程と;
前記周方向端部と前記第2のキー傾斜部の前記補完する1つとの接触によって、前記キーが前記孔を通って半径方向に引き戻されて前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部から外れる工程と;
前記ピストン傾斜部を前記キー傾斜部に接触させる工程と;
前記キー傾斜部と前記ピストン傾斜部との接触によって、前記ピストンを前記第2の位置から前記第1の位置へ動かす工程とを備える;
請求項8に記載の方法。 - 前記回転式アクチュエータは、前記ピストンに対して付勢しながら接触する軸方向のばねをさらに備える;
請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載の方法。 - 前記軸方向のばねは、前記ピストンを前記第1の位置又は前記第2の位置に付勢するように構成された、
請求項10に記載の方法。 - 前記ピストンは、前記第1の部位及び前記軸方向の内部空洞の間の少なくとも1つと、前記第2の部位及び前記軸方向の内部空洞との間に、少なくとも1つのシールをさらに備える、
請求項7乃至請求項11のいずれか1項に記載の方法。 - 前記回転式アクチュエータは、前記軸方向の内部空洞と、前記ピストンと、前記シールとによって画成された圧力室をさらに備え、前記圧力室は、前記軸方向の内部空洞の内部で前記ピストンを軸方向に往復動させるように、前記ピストンに流体圧力を選択的に加えるように構成されている、
請求項12に記載の方法。 - 前記ピストンを前記第1の位置から前記第2の位置に向けて動かす工程が、前記圧力室に流体圧力を加える工程を含む、
請求項13に記載の方法。 - 前記ピストンを前記第1の位置から前記第2の位置に向けて動かす工程が、前記圧力室の流体圧力を逃がす工程を含む、
請求項13に記載の方法。
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