JP6806918B2

JP6806918B2 - フレキシャル・ピボット

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Publication number: JP6806918B2
Application number: JP2019546245A
Authority: JP
Inventors: エル．バラッド，アンドリュー
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: US20180252261A1; JP2020510798A; EP3589854A1; IL268817B; EP3904708A1; WO2018160251A1; CA3053457A1; US20200340520A1; IL268817A; US11384790B2; US10711832B2; EP3589854B1

Description

本願は、フレキシャル・ピボットに関する。

フレキシャル・ピボット（flexural pivots：撓みピボット）は、機械部材が、限られた角度範囲で互いに共通軸線の周りを旋回（pivot）できるようにする装置である。角運動は、接触面の変位ではなく、弾性撓み要素の撓みによって達成されるため、フレキシャル・ピボットは摩擦なしで動作し、こうして潤滑の必要がない。従って、フレキシャル・ピボットは、摩擦及び／又は潤滑の必要性が懸念される用途で軸受の代替品となり得る。

本発明の特徴及び利点は、例として本発明の特徴を一緒に示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかとなるだろう。
本開示の一例によるフレキシャル・ピボットの図である。図１Ａのフレキシャル・ピボットの分解図である。図１Ａ及び図１Ｂのフレキシャル・ピボットの可撓性ブレードユニットを示す図である。図１Ａ及び図１Ｂのフレキシャル・ピボットの第１のフレキシャ支持部材を示す図である。図１Ａ及び図１Ｂのフレキシャル・ピボットの第２のフレキシャ支持部材を示す図である。図１Ａ及び図１Ｂのフレキシャル・ピボットの第３のフレキシャ支持部材を示す図である。本開示の一例によるフレキシャル・ピボット製造システムの図である。図６Ａのフレキシャル・ピボット製造システムの分解図である。ここで、示される例示的な実施形態を参照し、本明細書では特定の用語を使用してその実施形態を説明するが、それによって本発明の範囲の限定が意図されないことを理解されたい。

本明細書で使用される場合に、「実質的に」という用語は、動作、特徴、特性、状態、構造、アイテム、又は結果の完全な又は略完全な範囲又は程度を指す。例えば、「実質的に」囲まれている物体は、この物体が完全に囲まれているか、又は略完全に囲まれていることを意味する。絶対的な完全性からの厳密に許容される逸脱の程度は、特定の文脈に依存する場合があり得る。ただし、一般的に言えば、完了間際は、絶対且つ完全な完了が得られた場合と同じ全体的な結果が得られるようになる。「実質的に」の使用は、動作、特徴、特性、状態、構造、アイテム、又は結果の完全な又は略完全な欠如を指す否定的な意味合いで使用される場合に等しく適用できる。

本明細書で使用される場合に、「隣接する」とは、２つの構造体又は要素の近接を指す。特に、「隣接」していると特定された要素は、当接している又は接続されている可能性がある。そのような要素はまた、必ずしも互いに接触することなく、互いに近いか又は互いに近接してもよい。厳密な近接の程度は、特定の文脈に依存する場合があり得る。

本発明の概念の最初の概要を以下に提供し、次に、特定の例を後でさらに詳細に説明する。この最初の要約は、読者が実施例をより速く理解するのを助けることを目的としているが、例の主要な特徴又は本質的な特徴を特定することも、特許請求の範囲に記載される主題の範囲を制限することも意図していない。

様々な用途のために、様々なフレキシャル・ピボットが市販されている。典型的な商用オフザシェルフ（ＣＯＴＳ）のろう付け接合部を有するフレキシャル・ピボットの一般的な問題は、特にその用途に高い性能及び耐久性が必要とされる場合に、再現可能な性能及び信頼性である。これは、商業的に実行可能な方法でフレキシャル・ピボットを製造することが困難なためである。さらに、比較的広い角度の動作範囲を必要とする用途では、ＣＯＴＳフレキシャル・ピボットの強度を超える応力が発生する可能性があり、大抵の場合ろう付け接合部の破損を生じさせる。こうして、生産するのに比較的簡素で費用対効果を高くしながら、高性能、大きな角移動量、及び信頼性を与えるフレキシャル・ピボット設計を開発することが望ましい。

従って、高性能、広い動作範囲、及び信頼性を与えることができ、且つ容易に製造することができるろう付け接合部を含むフレキシャル・ピボットが開示される。フレキシャル・ピボットは、複数のフレキシャ支持部材を含むことができ、各フレキシャ支持部材は、複数のフレキシャ開口部と複数のウェル（wells）とを有しており、各ウェルは、それぞれのフレキシャ開口部と流体連通している。フレキシャル・ピボットは、複数のフレキシャ支持部材を互いに回転可能に結合するための少なくとも１つのフレキシャも含むことができる。少なくとも１つのフレキシャは、交差構成で配置される第１及び第２の可撓性ブレードを有することができる。第１及び第２の可撓性ブレードは、フレキシャ支持部材のフレキシャ開口部に配置することができ、フレキシャ開口部に堆積されるろう材料又は他の材料（エポキシ又は他の接着剤）は、第１及び第２の可撓性ブレードをフレキシャ支持部材に結合することができる。

一態様では、フレキシャル・ピボット半製品（precursor）が開示される。フレキシャル・ピボット半製品は、複数のフレキシャ支持部材を含むことができ、各フレキシャ支持部材は、複数のフレキシャ開口部と複数のウェルとを有しており、各ウェルは、それぞれのフレキシャ開口部と流体連通している。フレキシャル・ピボット半製品は、複数のフレキシャ支持部材を互いに回転可能に結合するための少なくとも１つのフレキシャも含むことができる。少なくとも１つのフレキシャは、交差構成で配置される第１及び第２の可撓性ブレードを有することができる。第１及び第２の可撓性ブレードは、フレキシャ支持部材のフレキシャ開口部に配置することができる。

フレキシャル・ピボット製造システムも開示される。システムは、下部支持体とこの下部支持体に結合される上部支持体とを有する冶具を含むことができる。システムは、冶具に結合された複数のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースも含むことができる。複数のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースは、下部支持体によって支持され且つ下部支持体に結合される第１のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースと、上部支持体によって支持され且つ上部支持体に結合される第２のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースとを含むことができる。上部支持体及び下部支持体は、（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材を形成するために、フレキシャ開口部と、フレキシャル・ピボット支持部材ワークピースの端部内に延びるフレキシャ開口部と流体連通するウェルとの形成を容易にすることができる。上部支持体及び下部支持体は、少なくとも１つのフレキシャをフレキシャ開口部に配置するのも容易にすることができる。少なくとも１つのフレキシャは、交差構成で配置された第１及び第２の可撓性ブレードを有することができる。さらに、上部支持体及び下部支持体は、（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材の互いに対する回転運動を与えるために、ろう材料又は他の結合材料をウェルに堆積して、少なくとも１つのフレキシャを（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材に結合するのを容易にすることができる。

さらに、フレキシャル・ピボットを作製する方法が開示される。この方法は、複数のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースを冶具に結合するステップを含むことができ、第１のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースは冶具の下部支持体に結合され、第２のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースは冶具の上部支持体に結合される。この方法は、上部支持体及び下部支持体を互いに結合するステップも含むことができる。この方法は、複数の（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材を形成するために、フレキシャ開口部と、フレキシャル・ピボット支持部材ワークピースの端部内に延びるフレキシャ開口部と流体連通するウェルとを形成するステップをさらに含むことができる。この方法は、複数の（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材のフレキシャ開口部に少なくとも１つのフレキシャを配置するステップをさらに含むことができ、少なくとも１つのフレキシャは、交差構成で配置される第１及び第２の可撓性ブレードを有する。この方法は、結合材料をウェルに堆積するステップをさらに含むことができる。さらに、この方法は、結合材料を十分に加熱して、結合材料をフレキシャ開口部に流入させて、少なくとも１つのフレキシャを（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材に結合するステップを含み、それにより複数の（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材を互いに回転可能に結合することができる。少なくとも１つのフレキシャを（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材に結合することに関して、この方法は、代替として、エポキシ又は他の接着剤をウェルに配置するステップを含むことができ、エポキシ又は他の接着剤は、エポキシ又は他の接着剤の毛細管作用によるフレキシャ開口部内へ吸い上げる（wicking）のを促進するのに十分な粘度を有する。

フレキシャル・ピボット１００の一実施形態が図１Ａ及び図１Ｂに示されている。フレキシャル・ピボット１００は、互いに回転可能に結合されたフレキシャ支持部材を含むことができる。例えば、フレキシャル・ピボット１００は、第１のフレキシャ支持部材１１０と、第１の軸線１０１の周りに相対回転するために第１のフレキシャ支持部材１１０に回転可能に結合された第２のフレキシャ支持部材１２０と、第２の軸線１０２の周りに相対回転するために第２のフレキシャ支持部材１２０に回転可能に結合された第３のフレキシャ支持部材１３０とを含むことができる。軸線１０１，１０２は直交してもよい。３つのフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０が示されているが、フレキシャル・ピボット１００は、単一軸線のみの周りに相対回転するために互いに結合された２つのみのフレキシャ支持部材を含んでもよいことを認識されたい。

フレキシャル・ピボット１００を外部構造体に結合して、構造体の第１の軸線１０１及び第２の軸線１０２の周りの相対回転を容易にすることができる。例えば、フレキシャル・ピボット１００は、電気光学センサ、指向性エネルギーシステム、長距離レーザ通信システム、送受信モジュール、望遠鏡、又は他の高精度光学用途に一般に使用される（従って、実験室ベースのシステム、空中視線安定化システム、衛星、カメラ等に含まれ得る）高速操縦ミラーに結合され、このミラーと一緒に利用され得る。こうして、一方の構造体は電気光学センサの光学ベンチであり、他方の構造体はミラーであり得る。外部構造体は、開口部又は孔１０３（ねじ込み可能）、スロット、ピン、スタッド、及び他の結合インターフェース等の結合インターフェースを利用して、第１及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１３０に結合することができる。

フレキシャル・ピボット１００は、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材（flexure support members）１１０，１２０，１３０を互いに回転可能に結合するフレキシャ（flexures：撓み部材）１４０ａ〜ｄ（すなわち、交差ブレード・フレキシャ）を含むことができる。例えば、フレキシャ１４０ａ〜ｂは、第１及び第２のフレキシャ支持部材１１０，１２０を互いに回転可能に結合することができ、フレキシャ１４０ｃ〜ｄは、第２及び第３のフレキシャ支持部材１２０，１３０を互いに回転可能に結合することができる。こうして、第１及び第２のフレキシャ支持部材１１０，１２０は、第１の軸線１０１の周りで互いに対して移動することができ、第２及び第３のフレキシャ支持部材１２０，１３０は、第２の軸線１０２の周りで互いに対して移動することができ、これらの移動は、第１及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１３０の２つの軸線の周りの又は２自由度の相対回転を与えることができる。２つ以上のフレキシャを所与の軸線に使用して、フレキシャ支持部材に安定性を与えることができる。第２のフレキシャ支持部材１２０は、第１及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１３０のそれぞれに対して単一の自由度でのみ移動する。第２のフレキシャ支持部材１２０は、第１及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１３０に対する中間的関係及びフレキシャル・ピボット１００の２軸の回転運動を結合する機能によりカプラと呼ばれることがある。一態様では、フレキシャル・ピボット１００は、高加速中に大きな負荷を支持し、且つ大きな角移動量を可能にする２つの本体（すなわち、外部構造体）の間に摩擦の無いピボット結合を与えることができる。加えて、フレキシャル・ピボット１００は、全ての可動部の質量が同じ重心で釣り合うように設計することができる。例えば、第２のフレキシャ支持部材１２０、つまりカプラは、その重心が第１の旋回軸線１０１と第２の旋回軸線１０２との両方の交差点にあるように構成することができ、それにより、その重量が両方の軸線の支持又は移動質量のバランスに影響を与えないようにすることができる。

各フレキシャ１４０ａ〜ｄは、交差構成で配置される２つ以上の可撓性ブレード１４１を有することができる。例えば、可撓性ブレード１４１は、Ｃ字形状又はＣ字構成を有することができる。（複数の）可撓性ブレード１４１は、Ｃ字形の開いた側が向き合って互いに約９０度方向付けられ、交差ブレード構成を達成することができる。可撓性ブレード１４１は、図２に分離して示されている。本明細書に開示される原理は、広範囲のサイズ及び用途に適応するように拡張可能なフレキシャル・ピボット要素を提供するため、可撓性ブレード１４１は、任意の適切な寸法を有することができる。一例では、フレキシャル・ピボット１００は、１．８６インチ（４．７２４４ｃｍ）の全体サイズ寸法（例えば、長さ及び／又は幅）を有することができ、可撓性ブレード１４１は、０．０１２インチ（０．３０４８ｍｍ）の厚さを有することができる。可撓性ブレード１４１は、任意の適切な材料で作製することができる。いくつかの例では、可撓性ブレード１４１は、鋼（例えば、高炭素ばねステンレス鋼）、又はチタン（例えば、６ＡＩ−４Ｖ）等の比較的高降伏強度及び高疲労強度を有する材料から作製することができる。

第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０のそれぞれは、可撓性ブレード１４１を受容するためのスロットとして構成され得るフレキシャ開口部（flexure openings）１５０，１５１を有することができる。フレキシャ開口部１５０，１５１は、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０の端部内に延びることができる。さらに、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０のそれぞれは、可撓性部材１４１をフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０に容易に結合するために、フレキシャ開口部１５０，１５１と流体連通するウェル１５２，１５３（例えば、ろう用又は接着用ウェル）を有することができる。ろう材料又は別のタイプの結合材料（例えば、エポキシ又は他の接着剤）（図示せず）をウェルに配置することができる。ろう材料を加熱し、ウェル１５２，１５３から可撓性部材１４１の周りのフレキシャ開口部１５０，１５１に流入させて、可撓性部材１４１を第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０に結合することができる。明確にするために、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０のフレキシャ開口部１５０，１５１及びウェル１５２，１５３は、図１Ａ及び／又は図１Ｂにおいて第２及び第３のフレキシャ支持部材１２０，１３０の部分でのみ識別される。これらの特徴は、図３〜図５に示されており、個々に示された各フレキシャ支持部材に関連付けられた同じ参照番号で識別される。可撓性部材１４１を第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０に結合するためにエポキシ又は他の接着剤を使用する場合に、接着剤は、毛細管作用によって接着剤をフレキシャ開口部１５０，１５１内に吸い上げるのを促進するのに十分な粘度を有するように選択され得る。様々な結合材料を使用できると考えられるが、以下の詳細な説明及び提示される例は、結合材料の例としてろう材料を使用することを示している。ただし、これは決して制限することを意図したものではない。

ウェル１５２，１５３は、フレキシャ開口部１５０，１５１の端部（例えば、フレキシャ開口部１５０，１５１に対して半径方向外側）に配置することができる。これにより、フレキシャ開口部１５０，１５１に配置された可撓性ブレード１４１の部分に近接して又はこの部分の周りにウェル１５２，１５３を配置して、可撓性ブレード１４１を第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０に結合するのを容易にすることができる。可撓性ブレード１４１は、スロットとして構成され得るフレキシャ開口部１５０，１５１に配置することができ、それによってフレキシャ開口部１５０，１５１の側壁が可撓性ブレード１４１の結合部１４２ａ，１４２ｂの反対側に配置される。例えば、図１Ｂに示されるように、可撓性ブレード１４１は、第３のフレキシャ支持部材１３０のフレキシャ開口部１５０に配置することができ、それによってフレキシャ開口部１５０の側壁が、ブレードの結合部１４２ａの反対側に配置される。さらに、同じ可撓性ブレード１４１は、第２のフレキシャ支持部材１２０のフレキシャ開口部１５０に配置することができ、それによってフレキシャ開口部１５０の側壁が、ブレード１４１の結合部１４２ｂの反対側に配置される。可撓性ブレード１４１のそれぞれは、フレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０の他のフレキシャ開口部１５０，１５１に同様に配置することができる。いくつかの実施形態では、可撓性ブレード１４１は、少なくとも部分的にウェル１５２，１５３内に延びることができる。

ウェル１５２，１５３は、任意の適切な形状又は構成を有することができる。例えば、ウェル１５２，１５３は、フレキシャ開口部１５０，１５１の半径方向外側の端部に沿って、又は可撓性ブレード１４１の端部１４３ａ，１４３ｂに沿って延びるように向き合せされた円筒状開口部を含むことができる。また、フレキシャ開口部１５０，１５１は、フレキシャ開口部１５０，１５１内のろう材料を可撓性ブレード１４１の結合部１４２ａ，１４２ｂの間の自由長又は屈曲部分１４４から離して維持しながら、可撓性ブレード１４１とのろう付け結合を容易にするように構成される。例えば、フレキシャ開口部１５０，１５１は、ウェル１５２，１５３から離れる方向に先細り（neck-down）又は狭くすることができる。フレキシャ開口部１５０，１５１のこの形状は、可撓性ブレード１４１の存在と組み合わされて、ろう材料がウェル１５２，１５３から離れる方向の流れ又は毛細管作用を捕捉又は制限することができる。従って、フレキシャ開口部１５０，１５１の側壁は、ろう材料をフレキシャ開口部１５０，１５１内に維持又は閉じ込め、且つろう材料を可撓性ブレード１４１の屈曲部１４４に接触するのを阻止又は制限するように構成することができる。フレキシャ開口部１５０，１５１を規定する側壁は、ブレード１４１と係合し、ろう材料を収容し、及び／又はろう材料の流れを遮断するように精密に形成することができる。

フレキシャ開口部１５０，１５１内の可撓性ブレード１４１の結合部１４２ａ，１４２ｂを、可撓性ブレード１４１の外端１４３ａ，１４３ｂ又はエッジ部に近接するろう材料ででろう付け又は捕捉することにより、可撓性ブレード１４１の結合部１４２ａ，１４２ｂの間の屈曲部１４４を精密に制御することができ、これにより、フレキシャル・ピボット１００の再現可能且つ予測可能な性能を与えることができる。さらに、ろう材料が屈曲部１４４から離れた位置にあり（すなわち、屈曲部とフレキシャ支持部材との接合部に位置していない）、ろう材料は（疲労を受けやすい）屈曲部１４４から遠ざけられ、屈曲部１４４における応力集中を低減又は最小化することができる。こうして、ブレードが破損することなく、同じ屈曲部の長さで角移動量を増やすことができる。さらに、ブレード１４１の屈曲部１４４はろう材料で終了していないので、ろう材料は曲げ応力を受けない。従って、ブレード１４１の撓み性能は、フレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０とのろう付け結合によって制限されない。本開示の特定の態様を明確に示すためにろう材料が図１Ａには示されていないが、ろう材料は、可撓性ブレード１４１と、フレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０のフレキシャ開口部１５０，１５１の側壁との間のフレキシャ開口部１５０，１５１に配置され得る。示されるように（すなわち、ろう材料がない）、図１Ａは、本開示の一例によるフレキシャル・ピボット半製品示す。

一態様では、可撓性ブレード１４１の屈曲部１４４は、動作中の可撓性ブレード１４１のスムーズで制限のない動きを容易にするために、隣接する構成要素（例えば、別の可撓性ブレード１４１及び／又は可撓性ブレード１４１が結合されるフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０）との接触を防止され得る。例えば、可撓性ブレード１４１の屈曲部１４４は、屈曲部１４４が隣接する構成要素に接触するのを防ぐために、可撓性ブレード１４１の外側に凹部１４５，１４６を含むことができる。換言すると、屈曲部１４４の外縁又は外面は、結合部１４２ａ，１４２ｂの外縁又は外面と同一平面又は面一でなくてもよい。加えて、可撓性ブレード１４１は、互いにオフセットされた屈曲部１４４を提供しながら、２つの可撓性ブレード１４１を交差構成に容易に配置するために、Ｃ字形状又はＣ字構成を有することができる。例えば、凹部１４６は、凹部１４５よりもはるかに大きくすることができ、こうして、結合部１４２ａ，１４２ｂに対して屈曲部１４４を横方向にオフセットして効果的に位置付けすることができる。この構成により、結合部１４２ａ，１４２ｂの横方向のサイズを最大化して、フレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０との結合の完全性を高めることができる。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、可撓性ブレード１４１は、実質的に同一であり得る。

一態様では、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０は、可撓性ブレード１４１の回転動作範囲を機械的に制限するための移動ストップ１５９ａ，１５９ｂを含むことができる。フレキシャ支持部材の対向する移動ストップ１５９ａ，１５９ｂは、回転移動制限で互いに接触するように構成され得る。移動ストップ１５９ａ，１５９ｂは、動作範囲を適切な程度に制限することができる。典型的には、移動ストップ１５９ａ，１５９ｂは、可撓性ブレードの破損（例えば、降伏）を生じさせ得る可撓性ブレード１４１の過度の屈曲を防止するように構成される。移動ストップ１５９ａ，１５９ｂは、対向する移動ストップと接触するための任意の適切な構成又はインターフェース面を有することができる。移動ストップ１５９ａ，１５９ｂは、フレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０の外側面１５５，１５６によって少なくとも部分的に規定することができる。

図６Ａ及び図６Ｂは、本開示の一例によるフレキシャル・ピボット製造システム１６０を示している。製造システム１６０は、下部支持体１７０及び上部支持体１８０を有する冶具１６１を含むことができる。上部支持体１８０及び下部支持体１７０は、上述したフレキシャル・ピボット１００等のフレキシャル・ピボットの製造及び組立てを容易にするように構成され得る。こうして、製造システム１６０は、冶具１６１に結合されたフレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’を含むことができる。完全なフレキシャル・ピボット１００（ろう材料を除く）が図６Ａ及び図６Ｂに示されており、これらの図は、冶具１６１を使用して、フレキシャル・ピボット１００を作製する方法における特定の製造及び組立てステップを容易にする方法を示す。こうして、フレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’は、冶具１６１が利用されるときに、製造の任意の適切な段階にあることを認識されたい。第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０は、チタン又は鋼等の任意の適切な材料で作製することができる。

３つのフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０を製造するためのワークピース１１０’，１２０’，１３０’は、冶具１６１に結合され且つ冶具１６１によって支持され得る。例えば、第１のフレキシャ支持部材１１０を形成するフレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’は、上部支持体１８０によって支持され且つ上部支持体１８０に結合され得る。第３のフレキシャ支持部材１３０を形成するフレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１３０’は、下部支持体１７０によって支持され且つ下部支持体１７０に結合され得る。第２の（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材１２０を形成するフレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１２０’は、他のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’，１３０’の間に配置され得る。ワークピース１２０’は、上部支持体１８０及び／又は下部支持体１７０によって支持され、且つそれら支持体に結合され得る。図示の例では、第２の（フレキシャル・ピボット）フレキシャ支持部材１２０を形成するフレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１２０’は、下部支持体１７０に結合される。フレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’は、孔又は開口部１０３及び／又はスロット等の任意の適切な結合インターフェースを利用できる留め具１９０，１９１及び／又はピン１９３，１９４によって下部支持体１７０及び上部支持体１８０に結合され得る。さらに、下部支持体１７０及び上部支持体１８０は、留め具１９２及び／又はピン１９５等によって互いに結合され得る。ピン１９３〜１９５を使用して、上部支持体１８０、下部支持体１７０、及び／又は様々なフレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’を互いに対して精密に位置付けすることができる。冶具１６１の下部支持体１７０のインターフェース面１７１等のフレキシャル・ピボットインターフェース面は、製造及び組立中にワークピース１１０’，１２０’，１３０’を取り付けて支持するために、フレキシャル・ピボット１００の外面（例えば、上部及び下部）とインターフェースするように構成され得る。一態様では、インターフェース面１７１に凹部を形成することができ、この凹部の側壁１７２は、フレキシャ支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’の位置特定又は位置付け特徴として機能することができる。

冶具１６１は、上部支持体１８０及び下部支持体１７０を互いに対して位置付けするために、フレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’のコーナー部に（すなわち、ワークピース１１０’，１２０’，１３０’の側面に隣接して）配置されたスタンドオフスペーサ１６２を含み、それによりフレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’を互いに対して位置付けすることができる。換言するとスタンドオフスペーサ１６２は、フレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’の４つの凹状のコーナー部に配置される４つの脚部を形成することができる。スタンドオフスペーサ１６２は、上部支持体１８０及び／又は下部支持体１７０に関連付けることができる。図示の実施形態では、スタンドオフスペーサ１６２は、下部支持体１７０に関連付けられる。冶具１６１の上部支持体１８０及び下部支持体１７０はプレート又はブロック構成を有することができ、スタンドオフスペーサ１６２はプレート同士又はブロック同士の間に配置することができる。上部支持体及び下部支持体並びにスタンドオフスペーサ１６２のこの固定構成は、フレキシャル・ピボット支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’の端部を露出させることができ、これにより、以下で説明するフレキシャ開口部１５０，１５１及びウェル１５２，１５３の形成を容易にすることができる。

冶具１６１の上部支持体１８０及び下部支持体１７０は、図１Ａ〜図５に関して上述した、フレキシャ開口部１５０，１５１の形成を容易にし、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０を形成するように構成することができる。フレキシャ開口部１５０，１５１は、任意の適切なプロセス又はプロセスの組合せを利用して、任意の適切な方法でワークピース１１０’，１２０’，１３０’に形成され得る。例えば、フレキシャ開口部１５０，１５１は、機械加工等の材料除去加工によってワークピース１１０’，１２０’，１３０’に形成してもよい。機械加工プロセスの例には、放電加工（ＥＤＭ）、ウォータージェット切断、ミーリング加工等が含まれる。製造プロセスは、設計目標、公差要件、コスト等に基づいて選択され得る。ワイヤ放電加工プロセスは、厳しい公差を満たし且つフレキシャ開口部１５０，１５１を正確に制御することができる精密な機械加工を提供し得る。一態様では、共通の冶具１６１を利用して第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材ワークピース１１０’，１２０’，１３０’を支持することにより、フレキシャ開口部１５０，１５１を形成する機械加工又は材料除去作業中に精密な取り付け関係を確立し且つ維持することができる。こうして、フレキシャ開口部１５０，１５１を同じ冶具設定で同時に形成し、可撓性ブレードのためのフレキシャ開口部の適切な位置合せを保証することができる。これにより、組立中に位置ずれによりブレード１４１に生じる応力を最小限に抑えることができ、フレキシャル・ピボットの予測可能な性能を与えることができる。切断は、略半径方向に行うことができ、つまり換言すれば、回転軸線１０１，１０２に対して半径方向内向き及び外向きに行うことができる。フレキシャ開口部１５０，１５１及びウェル１５２，１５３は、同じ材料除去操作で形成することができる。

一態様では、フレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０及び冶具１６１は、フレキシャ開口部１５０，１５１の組立てレベルの配列（formation）を可能にし、可撓性ブレード１４１との組立てのためにフレキシャ開口部１５０，１５１の整列を確実にするように設計することができる。例えば、図１Ｂに示される「組み立てられた」関係にある第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０では、フレキシャ開口部１５０，１５１及び／又はウェル１５２，１５３の投影プロファイルは、所与のフレキシャ１４０ａ〜ｄに関連する回転軸線１０１，１０２に平行な方向に、隣接するフレキシャ支持部材によって中断することなく延びることができる。換言すれば、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０の幾何学形状は、所与のフレキシャ支持部材のフレキシャ開口部１５０，１５１及び／又はウェル１５２，１５３に沿った視線が、隣接する又は隣り合うフレキシャ支持部材によって遮られないような形状にすることができる。この属性は、ワイヤＥＤＭ等によって共通のジグ又は固定具１６１で一緒に結合されたフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０の製造を容易にすることができる。

一例として、図１Ｂ及び図４に示されるフレキシャ支持部材１２０のフレキシャ開口部１５０は、ワイヤＥＤＭ等の同じ製造プロセスで同時に作製することができる。例えば、フレキシャ支持部材１２０の上部交差部分１２１の孔は、ワイヤＥＤＭ加工の開始位置として（例えば、ドリル加工により）形成することができる。孔は、互いにギャップ又は凹部１２２を横切って配置することができる。同じドリル動作で両方の孔を形成することができる。孔はウェル１５２を形成することができ、又はウェルはワイヤ放電加工により仕上げ加工することができる。ＥＤＭ加工用のワイヤは、同じワイヤＥＤＭ加工で上部交差部分１２１の両方のフレキシャ開口部１５０を同時に機械加工するために両方の孔を通って延びることができる。フレキシャ支持部材１３０は、機械加工プロセス中に組立て位置に配置されるため、フレキシャ支持部材１３０は、第２のフレキシャ支持部材１２０の上部交差部分１２１にウェル１５２及びフレキシャ開口部１５０を形成するために使用されるドリル、ワイヤ等のクリアランスを提供するように構成されるギャップ又は凹部１３２（図５）を含むことができる。隣接するフレキシャ支持部材と機械加工される部品特徴（例えば、フレキシャ開口部及びウェル）との間のこの種のクリアランス関係は、フレキシャル・ピボット全体に亘って複製され、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０の３つ全てにおいて、そのような特徴の同時固定及び機械加工を容易にすることができる。

フレキシャ開口部１５０，１５１を同じ冶具設定で切断又は形成することにより、フレキシャ開口部１５０の良好な位置合せが可能になる。これにより、フレキシャ開口部１５０，１５１の位置ずれによるブレードにおける駆動変位応力を低減又は最小化することができる。フレキシャ開口部１５０，１５１が形成されると、フレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０は、冶具１６１から取り外され、図１Ａ〜図５に関して上述したように、フレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０が再び冶具１６１に固定され、且つフレキシャ開口部１５０，１５１に可撓性ブレード１４１を受け入れる最終アセンブリの前に洗浄することができる。

可撓性ブレードは、ミーリング加工、ＥＤＭ、ウォータージェット加工、鋳造、鍛造、打抜き、光化学加工（ＰＣＭ）、レーザ切断等の任意の適切なプロセス又は技術を利用して製造することができる。ワイヤＥＤＭ、ＰＣＭ、及び／又はレーザ切断加工を利用して、部品の形状を正確に制御することができる。最終的な表面は、研削、ホーニング、研磨等により、所望の形状及び／又は寸法公差、及び／又は表面仕上げにすることができる。

上部支持体１８０及び下部支持体１７０は、可撓性ブレード１４１をフレキシャ開口部１５０，１５１に容易に配置して、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０を互いに回転可能に結合するように構成することができる。例えば、上部支持体１８０及び下部支持体１７０（スタンドオフスペーサ１６２を含む）は、第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０の端部へのアクセスを提供し、可撓性ブレード１４１を第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０のフレキシャ開口部１５０，１５１に容易に配置することができる。第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０の端部の周りに十分な空間を設けることにより、可撓性ブレード１４１をフレキシャ開口部１５０，１５１内に挿入することができる。さらに、冶具１６１で第１、第２、及び第３のフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０を支持することにより、フレキシャ開口部１５０，１５１を整列させて、ろう付けする前にブレード１４１の応力のかからない組立を容易にすることができる。

図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、フレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０が据え付けられ又は固定され、可撓性ブレード１４１がフレキシャ開口部１５０，１５１に配置されると、ろう材料を、ウェル１５２，１５３に配置して、可撓性ブレード１４１をフレキシャ支持部材に結合することができる。この構成は、本開示の一例によるフレキシャル・ピボット半製品を表すことができる。本明細書で説明するように、上部支持体１８０及び下部支持体１７０は、ろう材料をウェル１５２，１５３に入れるためにフレキシャ支持部材の端部へのアクセスを提供等することにより、可撓性ブレード１４１をフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０に容易に結合するように構成することができる。任意の適切な構成において任意の適切なタイプのろう材料を利用することができる。例えば、ワイヤ形態のろう材料をウェル１５２，１５３に配置することができる。あるいはまた、箔形態のろう材料を可撓性ブレード１４１の端部の周りに配置することができる。この場合に、ろう材料は、最初にウェル１５２，１５３及び／又はフレキシャ開口部１５０，１５１内に配置することができる。

ウェル１５２，１５３にろう材料が配置された状態で、ろう材料を十分に加熱して、ろう材を（例えば、毛細管作用により）可撓性ブレード１４１の周りのフレキシャ開口部１５０，１５１に流入させて、可撓性ブレードをフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０に結合することができる。ろう材料は、製造システム１６０を加熱炉内に配置等することにより任意の適切な方法で加熱することができる。こうして、同じ冶具１６１を使用して、ろう付け作業中に部品を支持することができる。同じ冶具１６１内で可撓性ブレード１４１をフレキシャ支持部材１１０，１２０，１３０にろう付けすることにより、それらがろう付けされる際にブレード１４１の適切な整列を確実にすることができる。従って、可撓性ブレード１４１は、後加工を必要とせずに単一のろう付け作業でろう付けすることができる。本明細書に開示される原理は、ＣＯＴＳフレキシャル・ピボットで利用可能なものよりも優れたろう付け接続部を提供することができる。

上述したように、本明細書では、可撓性ブレードをフレキシャ支持部材に結合する例示的な方法としてろう付けについて説明したが、これは決して限定することを意図するものではない。例えば、可撓性ブレードは、ウェルに注入し得るエポキシ又は他の接着剤を使用して、フレキシャ支持部材に結合できると考えられる。エポキシ又は他の接着剤は、エポキシ又は他の接着剤を毛細管作用によりフレキシャ開口部に吸い上げるのに十分な粘度を有することができる。当業者は、可撓性ブレードをフレキシャ支持部材に結合できるさらに他の方法を認識するであろう。

本明細書に開示される方法において特定の順序は必要とされないが、一般的にいくつかの実施形態では、方法のステップは連続的に実施され得ることに留意されたい。

本明細書に記載される実施例は、開示される特定の構造、プロセスステップ、又は材料に限定されず、当業者によって認識されるようにそれらの均等物に拡張されることを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の例を説明する目的のためだけに使用され、限定することを意図するものではないことも理解されたい。

さらに、説明した特徴、構造、又は特性は、１つ又は複数の例において任意の適切な方法で組み合わせることができる。説明では、長さ、幅、形状等の例等の多くの特定の詳細が提供され、説明している技術の完全な理解を与える。しかしながら、当業者は、１つ又は複数の特定の詳細なしで、又は他の方法、構成要素、材料等を用いて本発明を実施できることを認識するであろう。他の場合に、周知の構造、材料、又は動作は、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために、詳細に示し且つ説明していない。

前述した例は、１つ又は複数の特定の用途における本発明の原理を例示するものであるが、当業者には、本明細書に記載の原理及び概念から逸脱することなく、形態、使用法、及び実装の詳細における多くの修正が、独創的な能力なしに行われ得ることは明らかであろう。従って、以下に記載される特許請求の範囲による場合を除き、本発明を限定することを意図していない。

Claims

フレキシャル・ピボットであって、当該フレキシャル・ピボットは、
３つのフレキシャ支持部材であって、各フレキシャ支持部材は、複数のフレキシャ開口部と複数のウェルとを有しており、各ウェルは、それぞれのフレキシャ開口部と流体連通している、３つのフレキシャ支持部材と、
複数の前記フレキシャ支持部材を互いに回転可能に結合する少なくとも１つのフレキシャであって、交差構成で配置された第１及び第２の可撓性ブレードを含む少なくとも１つのフレキシャと、を有しており、
第１及び第２の可撓性ブレードは、前記フレキシャ開口部に配置され、且つ前記フレキシャ支持部材のウェル内に延びており、該ウェルは、該可撓性ブレードの端部に沿って延びるように向き合わせされた開口部を含み、
前記ウェル及び前記フレキシャ開口部に堆積された結合材料が、前記フレキシャ開口部の外側端部において第１及び第２の可撓性ブレードを前記フレキシャ支持部材に接合する、
フレキシャル・ピボット。
前記フレキシャ開口部はスロットとして構成される、請求項１に記載のフレキシャル・ピボット。
前記複数のフレキシャ支持部材は、２つ又は３つのフレキシャ支持部材を含む、又は
２つのフレキシャ支持部材が、２つのフレキシャを介して互いに回転可能に結合されるように構成される、請求項１に記載のフレキシャル・ピボット。
第１のフレキシャ支持部材及び第２フレキシャ支持部材が第１の軸線の周りで互いに回転可能に構成され、第２のフレキシャ支持部材及び第３のフレキシャ支持部材は、第２の軸線の周りで互いに回転可能に構成される、請求項１に記載のフレキシャル・ピボット。
第１及び第２の軸線は、互いに直交する、請求項４に記載のフレキシャル・ピボット。
第１のフレキシャ支持部材及び第２のフレキシャ支持部材は、２つのフレキシャを介して互いに回転可能に結合されるように構成され、第２のフレキシャ支持部材及び第３のフレキシャ支持部材は、２つのフレキシャを介して互いに回転可能に結合されるように構成される、請求項４に記載のフレキシャル・ピボット。
前記フレキシャ支持部材は、回転運動の範囲を制限するための移動ストップを含む、請求項１に記載のフレキシャル・ピボット。
前記結合材料はろう材料である、請求項１に記載のフレキシャル・ピボット。
前記結合材料は接着剤である、請求項１に記載のフレキシャル・ピボット。
フレキシャル・ピボット半製品であって、当該フレキシャル・ピボット半製品は、
３つのフレキシャ支持部材であって、各フレキシャ支持部材は、複数のフレキシャ開口部と複数のウェルとを有しており、各ウェルは、それぞれのフレキシャ開口部と流体連通している、３つのフレキシャ支持部材と、
複数の前記フレキシャ支持部材を互いに回転可能に結合する少なくとも１つのフレキシャであって、交差構成で配置された第１及び第２の可撓性ブレードを含む少なくとも１つのフレキシャと、を有しており、
第１及び第２の可撓性ブレードは、前記フレキシャ開口部に配置され、且つ前記フレキシャ支持部材のウェル内に延びており、該ウェルは、該可撓性ブレードの端部に沿って延びるように向き合わせされた開口部を含み、
前記フレキシャ開口部は、前記ウェル及び前記フレキシャ開口部に堆積された結合材料によって、前記フレキシャ開口部の外側端部において第１及び第２の可撓性ブレードを前記フレキシャ支持部材に接合するように構成される、
フレキシャル・ピボット半製品。
前記結合材料は、第１及び第２の可撓性ブレードを前記フレキシャ支持部材に結合するために、前記ウェル内に配置されたろう材料をさらに含む、請求項１０に記載のフレキシャル・ピボット半製品。
前記結合材料は、第１及び第２の可撓性ブレードを前記フレキシャ支持部材に結合するために、前記ウェル内に配置された接着材料をさらに含む、請求項１０に記載のフレキシャル・ピボット半製品。
フレキシャル・ピボット製造システムであって、当該システムは、
下部支持体と該下部支持体に結合された上部支持体とを有する冶具と、
該冶具に結合された複数のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースと、を有しており、
該複数のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースは、前記下部支持体によって支持され且つ該下部支持体に結合された第１のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースと、前記上部支持体によって支持され且つ該上部支持体に結合された第２のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースと、を含み、
前記上部支持体及び前記下部支持体は、
フレキシャ支持部材を形成するために、フレキシャ開口部と、前記フレキシャル・ピボット支持部材ワークピースの端部内に延びる前記フレキシャ開口部と流体連通するウェルとを形成すること、
少なくとも１つのフレキシャを前記フレキシャ開口部に配置することであって、前記少なくとも１つのフレキシャは、交差構成で配置された第１及び第２の可撓性ブレードを含む、配置すること、及び
前記ウェル内に結合材料を配置して、前記少なくとも１つのフレキシャを前記フレキシャ支持部材に結合し、前記フレキシャ支持部材の互いに対する回転運動を提供すること、を促進する、
システム。
前記フレキシャ開口部はスロットとして構成される、請求項１３に記載のシステム。
第１及び第２のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースは、留め具によってそれぞれ前記下部支持体及び前記上部支持体に結合される、請求項１３に記載のシステム。
前記複数のフレキシャ支持部材は、第１及び第２のフレキシャ支持部材の間に配置され、且つ前記上部支持体及び前記下部支持体の少なくとも一方によって支持及び結合される第３のフレキシャ支持部材を含む、請求項１３に記載のシステム。
フレキシャル・ピボットを作製する方法であって、当該方法は、
複数のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースを冶具に結合するステップであって、第１のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースが前記冶具の下部支持体に結合され、第２のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースが前記冶具の上部支持体に結合される、結合するステップと、
前記上部支持体及び前記下部支持体を互いに結合するステップと、
複数のフレキシャ支持部材を形成するために、フレキシャ開口部と、前記フレキシャル・ピボット支持部材ワークピースの端部内に延びる前記フレキシャ開口部と流体連通するウェルとを形成するステップと、
少なくとも１つのフレキシャを前記複数のフレキシャ支持部材の前記フレキシャ開口部に配置するステップであって、前記少なくとも１つのフレキシャは、交差構成で配置された第１及び第２の可撓性ブレードを含む、配置するステップと、
結合材料を前記ウェルに配置するステップと、
前記結合材料を十分に加熱して、該結合材料を前記フレキシャ開口部に流入させて、前記少なくとも１つのフレキシャを前記フレキシャ支持部材に結合し、それにより前記複数のフレキシャ支持部材を互いに回転可能に結合するステップと、を含む、
方法。
前記フレキシャ開口部はスロットとして構成される、請求項１７に記載の方法。
前記フレキシャ開口部及び前記ウェルを形成するステップは、前記フレキシャ支持部材から材料を除去するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
前記フレキシャ支持部材から材料を除去するステップは、放電加工（ＥＤＭ）動作を行うステップを含む、請求項１９に記載の方法。
前記フレキシャ支持部材の前記フレキシャ開口部の少なくともいくつかは、同じ材料除去作業で形成される、請求項１９に記載の方法。
前記フレキシャ支持部材の前記ウェルの少なくともいくつかは、同じ材料除去作業で形成される、請求項１９に記載の方法。
第１及び第２のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースは、留め具によってそれぞれ前記下部支持体及び前記上部支持体に結合される、請求項１７に記載の方法。
前記複数のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースは、第１及び第２のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースの間に配置された第３のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースを含み、第３のフレキシャル・ピボット支持部材ワークピースは、前記上部支持体及び前記下部支持体の少なくとも一方によって支持され且つ結合される、請求項１７に記載の方法。
前記冶具は、前記上部支持体及び前記下部支持体を互いに位置付けするために、前記フレキシャル・ピボット支持部材ワークピースの側面に配置されたスタンドオフスペーサを含み、それにより前記フレキシャル・ピボット支持部材ワークピースを互いに位置付けする、請求項１７に記載の方法。
前記冶具の前記上部支持体及び前記下部支持体並びに前記スタンドオフスペーサは、前記フレキシャル・ピボット支持部材ワークピースの端部を露出させて、前記フレキシャ開口部及びウェルの形成を促進する、請求項２５に記載の方法。
前記スタンドオフスペーサは、前記上部支持体及び前記下部支持体のうちの少なくとも一方に関連付けられる、請求項２５に記載の方法。