JP7452322B2 - 推力発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、推力発生装置に関する。

油圧を用いることなく、電動でプロペラ(回転翼)の回転軸に対する取付角度であるピッチを可変にする技術として、例えば、特許文献１に開示がある。この技術では、回転主軸が中空状に形成され、この回転主軸内に操作ロッドが軸線方向にのみ移動可能に同心状に配設され、その操作ロッドの下端に固着されたアームが、リンクおよびレバー機構を介して羽根の各支持軸に連結されている。そして、操作ロッドを軸線方向に往復移動させることによって、リンクおよびレバー機構を介して各羽根の取付角度が変化される。

特開平５－８７０３７号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、各羽根の取り付け角度を変化させるために、操作ロッドの下端に固着されたアームが、リンクおよびレバー機構を介して羽根の各支持軸に連結される。このとき、リンクおよびレバー機構にガタがあると、ピッチ角の可変精度が低下するおそれがあった。
そこで、本発明は、直線運動から変換された回転運動に基づくピッチ角の可変精度の低下を抑制することが可能な推力発生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、回転翼の推力を発生させる第１モータと、前記回転翼のピッチ角を変化させる回転運動を発生させる第２モータと、前記第２モータの回転運動を直線運動に変換する第１変換部と、前記第１変換部で変換された直線運動を回転運動に変換する第２変換部とを備え、前記第２変換部は、前記第１変換部で変換された直線運動に従って直線運動可能な直動体と、前記第１変換部で変換された直線運動を回転運動に変換するラックアンドピニオンと、前記直動体および前記ラックアンドピニオンを収容するケースと、前記ラックアンドピニオンのラックをピニオンに押し付ける方向に押付力を発生する付勢部材とを備え、前記ラックは、前記直動体で支持され、前記ピニオンは、前記回転翼の支持軸側で支持される。

これにより、付勢部材にてラックをピニオンに押し付けることができ、ラックアンドピニオンのギヤの噛み合い時のバックラッシュに起因して直動体が回転する場合においても、直動体の直線運動から変換された回転運動に基づくピッチ角の可変精度の低下を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記付勢部材は、前記ケースと前記直動体との間の隙間に設けられ、前記ケース内に収容された状態で前記直動体と接触可能なスペーサである。

これにより、ラックアンドピニオンのギヤの噛み合い時のバックラッシュに起因して直動体が回転する場合においても、その回転をスペーサで受け止めることができ、直動体の直線運動から変換された回転運動に基づくピッチ角の可変精度の低下を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記スペーサは、前記直動体に接触する第１接触面と、前記ラックに接触する第２接触面と、前記ケースの内面に接触する第３接触面を備える。

これにより、ラックアンドピニオンのギヤの噛み合い時のバックラッシュに起因して直動体が回転する場合においても、直動体の回転を第１接触面で受け止め、ラックの回転を第２接触面で受け止め、スペーサの回転をケースの内面で受け止めることができる。このため、ラックアンドピニオンのギヤの噛み合い時にバックラッシュが発生する場合においても、直動体の直線運動から変換された回転運動に基づくピッチ角の可変精度の低下を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記スペーサは、前記第２接触面と平行になるように前記第３接触面に設けられた切り欠きを備える。

これにより、ラックアンドピニオンのギヤの噛み合い時に発生する分離力を利用してラックに予圧をかけることができ、ラックアンドピニオンのギヤの噛み合い時のバックラッシュを低減することができる。

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記ケースは、前記ケース内に挿入されたボルトにて前記第１モータのロータ側に取り付けられ、前記スペーサは、前記スペーサの底面側で前記ボルトを受け止める逃げ穴を備える。

これにより、ボルトがケース外に露出するのを防止しつつ、第１モータのロータ側にケースを取り付けることが可能となるとともに、スペーサにてボルトの位置を固定することができ、ボルトの抜けを防止することができる。

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記ケースは、前記直動体および前記ラックアンドピニオンを前記ケース内に挿入可能な開口部を備え、前記開口部を塞ぐ内蓋が前記ケースに固定された場合、前記逃げ穴の位置で前記ボルトが前記スペーサで押さえ付けられる。

これにより、スペーサにてボルトをケース内の底面に押さえ付けることができ、ボルトの抜けを防止することができる。

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記内蓋を前記ケースに固定するネジと、前記ネジを前記内蓋に押さえ付ける外蓋とを備え、前記内蓋と前記外蓋は互いに嵌め合い可能である。

これにより、摩擦による締結方法を用いることなく、内蓋をケースに固定するネジの抜けを防止することができる。このため、航空法に依拠しつつ、回転翼を支持するハブを装着することができる。

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記直動体は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚の回転翼のそれぞれに対応したＮ個の面を有し、前記ラックアンドピニオンは、前記Ｎ枚の回転翼のそれぞれに対応したＮ個のラックとＮ個のピニオンを備え、前記スペーサは、前記Ｎ個の面にそれぞれ接触可能なＮ個のスペーサを備え、前記Ｎ個のラックは、前記Ｎ個の面でそれぞれ支持され、前記Ｎ個のピニオンは、前記Ｎ枚の回転翼の支持軸側でそれぞれ支持される。

これにより、１個の直動体を直線運動させることで、Ｎ枚の回転翼のそれぞれの支持軸を回転軸としたＮ個の回転運動を発生させることが可能となるとともに、ラックアンドピニオンのギヤの噛み合い時のバックラッシュに起因して直動体が回転する場合においても、その回転を防止することができる。このため、Ｎ枚の回転翼のピッチ角の可変精度を向上させつつ、Ｎ枚の回転翼のピッチ角を可変とすることが可能となるとともに、第２変換部のコンパクト化を図ることができる。

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記Ｎ個の面は、前記第１モータの回転軸の軸回りにＮ回の回転対称となる位置に設けられ、前記Ｎ個のラックは、前記第１モータの回転軸の軸回りにＮ回の回転対称となる位置に設けられ、前記Ｎ個のピニオンは、前記第１モータの回転軸の軸回りにＮ回の回転対称となる位置に設けられ、前記Ｎ個のスペーサは、前記第１モータの回転軸の軸回りにＮ回の回転対称となる位置に設けられる。

これにより、１個の直動体を直線運動させることで、Ｎ枚の回転翼のそれぞれの支持軸を回転軸としたＮ個の回転運動を均一に発生させることが可能となるとともに、ラックアンドピニオンのギヤの噛み合い時のバックラッシュに起因して直動体が回転する場合においても、その回転を防止することができる。このため、Ｎ枚の回転翼のピッチ角の可変精度を均等に向上させつつ、Ｎ枚の回転翼のピッチ角を可変とすることが可能となるとともに、第２変換部のコンパクト化を図ることができる。

本発明の一つの態様によれば、直線運動から変換された回転運動に基づくピッチ角の可変精度の低下を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施形態に係る推力発生装置に回転翼を取り付けた状態を示す斜視図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、実施形態に係る推力発生装置に取り付けられた回転翼のピッチ角を変化させた状態を示す側面図である。 図２は、図１（ａ）の推力発生装置を回転軸の一端側から見たときの構成を分解して示す斜視図である。 図３は、図１（ａ）に示す推力発生装置を回転軸の他端側から見たときの構成を分解して示す斜視図である。 図４（ａ）は、図２に示す推力発生装置の組み立て後の構成を示す斜視図、図４（ｂ）は、図３に示す推力発生装置の組み立て後の構成を示す斜視図である。 図５（ａ）は、実施形態に係る推力発生装置の構成を示す平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図である。 図６（ａ）は、実施形態に係る推力発生装置の構成を示す平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図である。 図７（ａ）は、実施形態に係る推力発生装置の推力発生用モータの構成を示す平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ－Ｃ線に沿って切断した断面図である。 図８は、図１（ｂ）のハブの構成を分解して示す斜視図である。 図９（ａ）は、図６のピッチ可変用モータ、垂直伝達部および回転直動変換部の構成を示す斜視図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のピッチ可変用モータ、垂直伝達部および直動案内部を除去した構成を示す斜視図である。 図１０（ａ）は、実施形態に係るラックが取り付けられた直動体の構成を示す下面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＤ－Ｄ線に沿って切断した断面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＥ－Ｅ線に沿って切断した断面図、図１０（ｄ）は、実施形態に係るラックが取り付けられた直動体の構成を示す上面図である。 図１１は、図１０（ａ）のラックが取り付けられた直動体の構成を分解して示す斜視図である。 図１２は、図８のケース内へのリフトスペーサの配置例を示す斜視図である。 図１３は、図１２のケース内への直動体、ラックアンドピニオンおよびリフトスペーサの配置例を示す斜視図である。 図１４（ａ）は、図１２のリフトスペーサの構成を示す斜視図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のリフトスペーサの構成を示す正面図、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のリフトスペーサの構成を示す平面図、図１４（ｄ）は、図１４（ａ）のリフトスペーサの構成を示す下面図である。 図１５は、図８の内蓋と外蓋との嵌め合わせ方法を分解して示す斜視図である。 図１６は、図１０（ｄ）のラックが取り付けられた直動体とピニオンとの位置関係を示す上面図である。 図１７（ａ）は、図１（ｂ）の回転翼のピッチ角に対応した直動体の位置を示す斜視図、図１７（ｂ）は、図１（ｃ）の回転翼のピッチ角に対応した直動体の位置を示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の構成に必須のものとは限らない。実施形態の構成は、本発明が適用される装置の仕様や各種条件（使用条件、使用環境等）によって適宜修正または変更され得る。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定され、以下の個別の実施形態によって限定されない。また、以下の説明に用いる図面は、各構成を分かり易くするため、実際の構造と縮尺および形状などを異ならせることがある。

以下の説明では、推力発生装置で駆動される回転翼が３枚の場合を例にとるが、推力発生装置で駆動される回転翼は、必ずしも３枚に限定されることなく、Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚であればよい。
図１（ａ）は、実施形態に係る推力発生装置に回転翼を取り付けた状態を示す斜視図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、実施形態に係る推力発生装置に取り付けられた回転翼のピッチ角を変化させた状態を示す側面図、図２および図３は、図１（ａ）の推力発生装置の構成を分解して示す斜視図、図４（ａ）および図４（ｂ）は、図２および図３の推力発生装置の組み立て後の構成を示す斜視図である。

図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｃ）において、推力発生装置１は、回転翼Ｈ１～Ｈ３を電動で駆動する。回転翼Ｈ１～Ｈ３は、グリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ介して推力発生装置１に装着される。グリップＰ１～Ｐ３は、推力発生装置１から水平方向に放射状に延びるように回転翼Ｈ１～Ｈ３を支持する。推力発生装置１は、装着面１Ａを介して飛翔体に装着される。推力発生装置１が装着された飛翔体は、例えば、モータで飛行するマルチコプター、飛行機、回転翼機および飛行機能を備える自動車などの飛行可能な機体または車体である。

図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）、図２、図３、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、推力発生装置１は、推力発生用モータ（第１モータ）２、ピッチ可変用モータ（第２モータ）５、回転伝達部６、回転直動変換部（第１変換部）７、直動回転変換部（第２変換部）８、エクステンション９およびハブ１０を備える。推力発生用モータ２は、ステータ２Ａ、ロータ２Ｂ、外側フレーム２Ｃ、内径部２Ｄおよび内側フレーム２Ｅを備える。また、ロータ２Ｂは、内径側にロータ軸４および中空部３Ａ、３Ｂを備える。ロータ軸４の軸方向端部には、エクステンション９を介してハブ１０を装着する装着部４Ａが設けられる。

内径部２Ｄの径方向外側には、内側フレーム２Ｅが位置し、内側フレーム２Ｅの径方向外側には、外側フレーム２Ｃが位置する。内径部２Ｄは、外側フレーム２Ｃ側に固定される。内側フレーム２Ｅは、ロータ軸４側に固定され、ロータ軸４とともに回転する。ロータ軸４は、内径部２Ｄ内に収容される。このとき、装着部４Ａは、内径部２Ｄの軸方向外側に位置する。内側フレーム２Ｅの外周面に沿ってロータ２Ｂが位置する。外側フレーム２Ｃの内周面に沿ってステータ２Ａが位置する。このとき、ロータ軸４、内径部２Ｄ、内側フレーム２Ｅ、ロータ２Ｂ、ステータ２Ａおよび外側フレーム２Ｃは、回転軸Ｓ０から径方向外側に向かって同心円状に配置される。

推力発生用モータ２は、図１（ｂ）の回転軸Ｓ０の軸回りに回転翼Ｈ１～Ｈ３を回転させ、回転翼Ｈ１～Ｈ３の推力Ｆを発生させる。ステータ２Ａは、電磁鋼鈑と巻線を備え、ロータ２Ｂの外側に位置する。ステータ２Ａ、内径部２Ｄおよび装着面１Ａは、外側フレーム２Ｃに固定される。このとき、装着面１Ａは、支持部１Ｃを介して外側フレーム２Ｃに固定することができる。内径部２Ｄは、スペーサ２Ｆを介して装着面１Ａの裏側に固定することができる。スペーサ２Ｆは、推力発生用モータ２内に回転伝達部６を収容するための空間を確保することができる。

装着面１Ａは、回転伝達部６を外側フレーム２Ｃ内に挿入可能な開口１Ｂを備える。支持部１Ｃは、外側フレーム２Ｃの外枠から内側に向かって放射状に延びる。内径部２Ｄは、円筒形状であり、軸受Ｕ１を介してロータ軸４を回転自在に支持する。内側フレーム２Ｅは、円環状であり、ロータ２Ｂを支持する。外側フレーム２Ｃは、円環状であり、ステータ２Ａを支持する。

装着面１Ａ、外側フレーム２Ｃ、内径部２Ｄ、内側フレーム２Ｅおよびスペーサ２Ｆは、例えば、ジュラルミンなどの合金で形成することができる。装着面１Ａ、外側フレーム２Ｃ、内径部２Ｄ、内側フレーム２Ｅおよびスペーサ２Ｆは、例えば、鋳造、鍛造または切削加工などの方法で一体的に形成することができる。

ロータ２Ｂは、磁石などにより構成され、ロータ軸４の外側に位置する。ロータ２Ｂおよびロータ軸４は、内側フレーム２Ｅに固定される。ロータ軸４は、軸受Ｕ１を介して、回転軸Ｓ０の軸回りに回転する。ロータ軸４の回転に伴ってロータ２Ｂおよび内側フレーム２Ｅも回転軸Ｓ０の軸回りに回転する。ロータ軸４、装着部４Ａおよび内側フレーム２Ｅは、例えば、ジュラルミンなどの合金で形成することができる。ロータ軸４、装着部４Ａおよび内側フレーム２Ｅは、例えば、鋳造、鍛造または切削加工などの方法で一体的に形成することができる。

中空部３Ａ、３Ｂは、推力発生用モータ２内に位置する。また、中空部３Ａは、ロータ２Ｂの円周方向に沿ってロータ２Ｂとロータ軸４の間に位置する。中空部３Ｂは、ロータ軸４の軸方向に沿ってロータ軸４内径側に位置する。

ピッチ可変用モータ５は、回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を変化させる回転運動を発生させる。ピッチ可変用モータ５は、内径部２Ｄに固定される。ピッチ可変用モータ５の少なくとも一部は、推力発生用モータ２内に収容される。このとき、ピッチ可変用モータ５は、中空部３Ａに位置することができる。ピッチ可変用モータ５の回転軸は、推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０と並列に位置することができる。

回転伝達部６は、ピッチ可変用モータ５で発生された回転運動を推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０に対して垂直方向に伝える。すなわち、ピッチ可変用モータ５の回転軸と、推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０は平行な異なる軸であり、回転伝達部６によりピッチ可変用モータ５で発生された回転運動を、推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０の軸上に伝達する。回転伝達部６は、内径部２Ｄに固定される。回転伝達部６の少なくとも一部は、推力発生用モータ２内に収容される。

回転直動変換部７は、ピッチ可変用モータ５で発生され、回転伝達部６を介して伝えられた回転運動を、回転軸Ｓ０の軸方向の直線運動ＬＭに変換する。回転直動変換部７の少なくとも一部は、推力発生用モータ２内に収容される。このとき、回転直動変換部７の少なくとも一部は、中空部３Ｂ内に位置することができる。この場合、回転直動変換部７の少なくとも一部は、回転軸Ｓ０の軸方向に沿って中空部３Ｂから回転翼Ｈ１～Ｈ３側に突出させることができる。回転直動変換部７は、内径部２Ｄに固定される。

直動回転変換部８は、回転直動変換部７で変換された直線運動ＬＭを、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの回転運動に変換する。直動回転変換部８は、推力発生用モータ２の外部に位置する。

エクステンション９は、回転軸Ｓ０の軸方向において、推力発生用モータ２と回転翼Ｈ１～Ｈ３との間の間隔を保つためのスペーサである。エクステンション９は、回転翼Ｈ１～Ｈ３が推力発生用モータ２に衝突するのを防止する。エクステンション９は、装着部４Ａを介してロータ軸４に固定され、ロータ軸４とともに回転する。

ハブ１０は、直動回転変換部８を収容するとともに、グリップＰ１～Ｐ３がハブ１０から突出した状態でグリップＰ１～Ｐ３を支持する。ハブ１０は、エクステンション９を介して、ロータ軸４に固定される。すなわち、ハブ１０は、ロータ軸４を介して回転軸Ｓ０の軸回りに回転可能な状態で外側フレーム２Ｃに支持される。ハブ１０は、グリップＰ１～Ｐ３を介し、回転軸Ｓ０の軸方向に対して垂直方向に回転翼Ｈ１～Ｈ３を支持する。

推力発生用モータ２が動作すると、ロータ２Ｂが回転軸Ｓ０を中心に回転することで、回転翼Ｈ１～Ｈ３が回転する。そして、各回転翼Ｈ１～Ｈ３の回転Ｒ１～Ｒ３に伴って回転翼Ｈ１～Ｈ３の推力Ｆが発生する。

ここで、ピッチ可変用モータ５、回転伝達部６および回転直動変換部７は、外側フレーム２Ｃ側に固定される。このため、ロータ２Ｂが回転しても、ピッチ可変用モータ５、回転伝達部６および回転直動変換部７は、回転軸Ｓ０の軸回りに回転しない。

また、ピッチ可変用モータ５が動作すると、各回転翼Ｈ１～Ｈ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りに回転し、回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が変化する。このとき、ピッチ可変用モータ５の回転運動は、回転伝達部６を介して回転直動変換部７に伝えられる。そして、ピッチ可変用モータ５の回転運動は、回転直動変換部７によって、回転軸Ｓ０の軸方向の直線運動ＬＭに変換される。そして、回転直動変換部７で変換された１つの直線運動ＬＭは、直動回転変換部８によって、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの３つの回転運動に変換される。そして、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の回転運動は、グリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ介し、各回転翼Ｈ１～Ｈ３に伝えられ、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が変化される。

ここで、推力発生装置１は、回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を可変とすることにより、推力を変化させることができる。また、推力発生装置１は、ピッチ角θ１～θ３を可変とすることにより推力変化の応答速度を速め、飛翔体の安定性を向上させることが可能となるとともに、ブレード長を長くすることなく、飛翔体に必要な推力を確保することができ、推力発生装置１の大型化および重量増を抑制することができる。また、各状況で必要な推力は固定ピッチと比較した場合、推力発生用モータ２の低い回転数で発生できるので、回転数に依存する騒音を抑制することができる。

また、推力発生装置１は、回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を電動で可変とすることにより、油圧を用いる必要がなくなる。このため、油の給排を制御する油圧制御ユニットおよび回転体に対してオイルシールを行うための複雑な回転シール機構を設ける必要がなくなり、推力発生装置１の大型化を抑制することが可能となるとともに、推力発生装置１のメンテナンス性を向上させることができる。

また、直動回転変換部８は、回転直動変換部７で変換された１つの直線運動ＬＭを、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの３つの回転運動に変換することにより、回転直動変換部７で変換された１つの直線運動ＬＭに基づいて、３枚の回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を調整することができ、推力発生装置１の大型化を抑制することができる。

さらに、回転直動変換部７の少なくとも一部を、推力発生用モータ２内に収容することにより、回転軸Ｓ０の軸方向において推力発生用モータ２からの回転直動変換部７の突出量を減らすことができる。このため、推力発生用モータ２で回転翼Ｈ１～Ｈ３の推進力を発生させ、ピッチ可変用モータ５で回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を可変とした場合においても、回転軸Ｓ０の軸方向に推力発生装置１をコンパクト化することが可能となる。

さらに、回転直動変換部７の少なくとも一部を、中空部３Ｂ内に収容することにより、推力発生用モータ２を回転軸Ｓ０の軸方向に大型化することなく、回転直動変換部７の少なくとも一部を推力発生用モータ２内に収容することができ、回転軸Ｓ０の軸方向に推力発生装置１をコンパクト化することが可能となる。

さらに、ピッチ可変用モータ５で発生された回転運動を、回転伝達部６を介して伝えることにより、推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０とピッチ可変用モータ５の回転軸を並列に配置することが可能となり、ピッチ可変用モータ５を推力発生用モータ２内に収容することが可能となる。

さらに、直動回転変換部８をハブ１０内に収容することにより、回転軸Ｓ０の軸方向に推力発生装置１をコンパクト化することが可能となるとともに、直動回転変換部８が外部に露出するのを防止することが可能となる。

ここで、回転翼Ｈ１～Ｈ３がロータ軸４の軸回りに回転すると、各回転翼Ｈ１～Ｈ３には遠心力Ｆ１～Ｆ３がそれぞれかかる。各回転翼Ｈ１～Ｈ３にかかる遠心力Ｆ１～Ｆ３は、グリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ介し、各支持軸Ｍ１～Ｍ３に伝わる。このとき、各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３に伝わった各遠心力Ｆ１～Ｆ３に基づいて、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の回転軸芯を自動調整し、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの回転精度を向上させることができる。

以下、回転伝達部６、回転直動変換部７および直動回転変換部８の構成および動作について、より具体的に説明する。
図５（ａ）および図６（ａ）は、実施形態に係る推力発生装置の構成を示す平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図、図７（ａ）は、実施形態に係る推力発生装置の推力発生用モータの構成を示す平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ－Ｃ線に沿って切断した断面図、図８は、図１（ｂ）のハブの構成を分解して示す斜視図である。

図７（ａ）および図７（ｂ）において、ロータ２Ｂは、軸受Ｕ１を介し、回転軸Ｓ０の軸回りに回転可能な状態で外側フレーム２Ｃにて支持される。また、推力発生用モータ２内において、ロータ２Ｂとロータ軸４の間には中空部３Ａが設けられ、ロータ軸４内には中空部３Ｂが設けられている。

また、図２、図３、図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）、図６（ｂ）および図８において、回転伝達部６は、歯車Ｇ１～Ｇ３および支持部材ＢＪ１～ＢＪ３を備える。歯車Ｇ１～Ｇ３は、ピッチ可変用モータ５の回転運動を回転直動変換部７に伝える。歯車Ｇ１は、ボールねじ軸７Ｆの一端に取り付けられる。歯車Ｇ３は、ピッチ可変用モータ５の回転軸に取り付けられる。歯車Ｇ２は、歯車Ｇ１と歯車Ｇ３の間で歯車Ｇ１、Ｇ３と噛み合う位置に設けられる。

内径部２Ｄは、支持部材ＢＪ１を介し、歯車Ｇ１およびボールねじ軸７Ｆが回転可能な状態で歯車Ｇ１および回転直動変換部７を支持する。また、内径部２Ｄは、支持部材ＢＪ３を介し、歯車Ｇ３およびピッチ可変用モータ５の回転軸を回転可能な状態で支持する。また、内径部２Ｄは、支持部材ＢＪ１、ＢＪ２を介し、歯車Ｇ２を回転可能な状態で支持する。このとき、歯車Ｇ２は、支持部材ＢＪ１、ＢＪ２で挟み込まれた状態で、歯車Ｇ１、Ｇ３と噛み合う位置に配置される。歯車Ｇ１～Ｇ３の材料は、例えば、炭素鋼であり、支持部材ＢＪ１～ＢＪ３の材料は、例えば、アルミ合金である。なお、回転伝達部の機構として、歯車の代わりにベルトを用いてもよい。

回転直動変換部７の回転直動変換機構として、ボールねじを用いることができる。回転直動変換部７の回転直動変換機構として、すべりねじを用いるようにしてもよい。回転直動変換部７は、直動伝達軸７Ｄ、直動案内部７Ｅ、ボールねじ軸７Ｆおよびボールねじナット７Ｇを備える。

直動案内部７Ｅは、回転軸Ｓ０に沿って直線運動する方向にボールねじナット７Ｇおよび直動伝達軸７Ｄを案内する。このとき、直動案内部７Ｅは、ボールねじ軸７Ｆの回転に伴ってボールねじナット７Ｇが回転運動するのを規制する。直動案内部７Ｅは、支持部材ＢＪ１から突出する形状である。直動案内部７Ｅは、支持部材ＢＪ１と一体的に設けることができる。

ボールねじ軸７Ｆは、軸受Ｕ２を介し、回転可能な状態で支持部材ＢＪ１にて支持されている。ボールねじ軸７Ｆは、転動体を介してボールねじナット７Ｇと螺合した状態で歯車Ｇ１とともに回転し、ボールねじナット７Ｇを直線運動させる。
ボールねじナット７Ｇは、ボールねじ軸７Ｆの回転運動に伴って直線運動し、その直線運動ＬＭを直動伝達軸７Ｄに伝える。

直動伝達軸７Ｄは、ボールねじナット７Ｇの直線運動ＬＭを直動回転変換部８に伝える。直動伝達軸７Ｄは、ボールねじナット７Ｇに固定され、直動伝達軸７Ｄの先端は、軸受Ｕ３の内輪に挿入される。直動伝達軸７Ｄは、ボールねじナット７Ｇおよびボールねじ軸７Ｆの一部を内包する形状である。

ハブ１０は、直動回転変換部８、外蓋２２および中蓋２３を備える。直動回転変換部８の直動回転変換機構として、ラックアンドピニオンを用いることができる。直動回転変換部８は、直動体１１、ラックＡ１～Ａ３、ケース２１、支持軸Ｍ１～Ｍ３、軸受Ｅ１～Ｅ３、アダプタＤ１～Ｄ３、ピニオンＢ１～Ｂ３およびリフトスペーサＮ１～Ｎ３を備える。

直動体１１は、軸受Ｕ３を介し、直動伝達軸７Ｄの軸回りに回転可能な状態で支持される。このとき、直動体１１は、直動伝達軸７Ｄとともに、回転軸Ｓ０の軸方向に沿って直線運動可能である。

ラックＡ１～Ａ３は、直動体１１にて支持される。各ラックＡ１～Ａ３は、ピニオンＢ１～Ｂ３とそれぞれ噛み合った状態で直動体１１とともに直線運動し、ピニオンＢ１～Ｂ３をそれぞれ回転運動させる。

各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、推力発生装置１から水平方向に放射状に突出するようにグリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ支持する。各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、軸受Ｅ１～Ｅ３をそれぞれ介し、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りに回転可能な状態でケース２１にて保持される。グリップＰ１と支持軸Ｍ１は一体的に設け、グリップＰ２と支持軸Ｍ２は一体的に設け、グリップＰ３と支持軸Ｍ３は一体的に設けることができる。グリップＰ１～Ｐ３と支持軸Ｍ１～Ｍ３の材料は、例えば、ジュラルミンである。グリップＰ１～Ｐ３と支持軸Ｍ１～Ｍ３の耐久性を増大させるため、グリップＰ１～Ｐ３と支持軸Ｍ１～Ｍ３の材料として、例えば、チタンを用いてもよい。

各ピニオンＢ１～Ｂ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３にそれぞれ固定される。各ピニオンＢ１～Ｂ３は、各ラックＡ１～Ａ３の直線運動ＬＭに伴って回転運動し、その回転運動を各支持軸Ｍ１～Ｍ３に伝える。ピニオンＢ１～Ｂ３およびラックＡ１～Ａ３の材料は、例えば、クロムモリブデン鋼である。

ケース２１は、ハブ１０の一部として用いることができる。ケース２１は、１つの部材を分割することなく１つの部材を加工して製造された非分割ケースである。ケース２１は、例えば、繋ぎ目のないシームレスケースである。ケース２１は、直動体１１、ラックＡ１～Ａ３、支持軸Ｍ１～Ｍ３、軸受Ｅ１～Ｅ３、アダプタＤ１～Ｄ３およびピニオンＢ１～Ｂ３を収容する。このとき、ケース２１は、ロータ軸４の円周方向に１２０°の間隔で支持軸Ｍ１～Ｍ３を収容することができる。ケース２１は、エクステンション９を介してロータ２Ｂの端面に固定される。また、ケース２１は、回転軸Ｓ０の軸回りの回転時に各回転翼Ｈ１～Ｈ３にかかる遠心力Ｆ１～Ｆ３に対抗して各支持軸Ｍ１～Ｍ３を支持することができる。ケース２１は、例えば、ジュラルミンなどの切削加工で一体的に形成することができる。

各アダプタＤ１～Ｄ３は、支持軸Ｍ１～Ｍ３と軸受Ｅ１～Ｅ３との間に設けられ、支持軸Ｍ１～Ｍ３にてそれぞれ支持される。各アダプタＤ１～Ｄ３の内周面は、支持軸Ｍ１～Ｍ３の外周面に沿うように形成され、各アダプタＤ１～Ｄ３の外周面は、軸受Ｅ１～Ｅ３の内周面に沿うように形成される。これにより、各アダプタＤ１～Ｄ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の径の変化に対応しつつ、各軸受Ｅ１～Ｅ３の内周側で各支持軸Ｍ１～Ｍ３を支持させることができる。アダプタＤ１～Ｄ３の材料は、例えば、ジュラルミンである。

軸受Ｕ３、Ｅ１～Ｅ３は、例えば、複列アンギュラ玉軸受を用いることができる。複列アンギュラ玉軸受は、単列アンギュラ玉軸受を背面組合せにし、外輪を一体にしてもよいし、単列アンギュラ玉軸受を正面組合せにし、内輪を一体にしてもよい。複列アンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、背面組合せではモーメント荷重も負荷できる。

各リフトスペーサＮ１～Ｎ３は、各ラックＡ１～Ａ３を各ピニオンＡ１～Ａ３に押し付ける方向に押付力を発生する付勢部材として用いられる。各リフトスペーサＮ１～Ｎ３は、ケース２１と直動体１１との間の隙間に設けられ、直動体１１と接触可能である。このとき、各リフトスペーサＮ１～Ｎ３は、直動体１１と接触した状態で収容部２１Ａの各コーナ部に配置することができる。各リフトスペーサＮ１～Ｎ３の高さは、収容部２１Ａの深さと等しくすることができる。各リフトスペーサＮ１～Ｎ３の材料は、例えば、樹脂である。

エクステンション９は、装着部４Ａを介し、ロータ軸４の端面に取り付け可能である。ここで、ボルトＷ１～Ｗ３を収容部２１Ａ内に挿入し、エクステンション９を通して装着部４Ａにねじ止めすることで、ケース２１およびエクステンション９をロータ軸４に固定することができる。エクステンション９の材料は、例えば、ジュラルミンである。

このとき、ケース２１とエクステンション９の対向面にノックピン９Ｅを挿入し、装着部４Ａとエクステンション９の対向面にマーカピン９Ｆを挿入することができる。これにより、ケース２１およびエクステンション９を装着部４Ａにねじ止めするためのクリアランスを確保しつつ、ケース２１およびエクステンション９の位置決め向上させることが可能となるとともに、ボルトＷ１～Ｗ３にかかる周方向のトルクを逃がすことができる。

中蓋２３は、収容部２１Ａをカバーする。中蓋２３は、貫通孔２３Ａを備える。中蓋２３は、ケース２１にて支持される。中蓋２３は、ボルトＪ７にてケース２１に固定することができる。外蓋２２は、中蓋２３をカバーする。外蓋２２は、中蓋２３に固定することができる。このとき、内蓋２２と外蓋２３は互いに嵌め合い可能とし、摩擦を使用しない固定方法を用いることができる。中蓋２３の材料は、例えば、ジュラルミン、外蓋２２の材料は、例えば、樹脂である。

ピッチ可変用モータ５が回転すると、ピッチ可変用モータ５の回転運動に伴って歯車Ｇ１～Ｇ３が回転する。そして、歯車Ｇ１の回転運動に伴ってボールねじ軸７Ｆが回転し、ボールねじ軸７Ｆの回転運動に伴って、ボールねじナット７Ｇとともに直動伝達軸７Ｄが直線運動する。このとき、ボールねじナット７Ｇおよび直動伝達軸７Ｄの運動は、直動案内部７Ｅにて案内され、推力発生装置１内において、回転軸Ｓ０の軸方向に沿った直線運動に制限される。

直動伝達軸７Ｄの直線運動ＬＭは、直動体１１に伝えられ、直動伝達軸７Ｄの直線運動ＬＭに伴って、直動体１１とともに各ラックＡ１～Ａ３が直線運動する。このとき、各ラックＡ１～Ａ３は、ピニオンＢ１～Ｂ３とそれぞれ噛み合った状態で直線運動し、各ピニオンＢ１～Ｂ３を回転させる。各ピニオンＢ１～Ｂ３の回転運動に伴って、各支持軸Ｍ１～Ｍ３がそれぞれの軸回りに回転する。そして、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の回転運動は、グリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ介し、各回転翼Ｈ１～Ｈ３に伝えられ、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が変化される。

ここで、回転直動変換部７の回転直動変換機構としてボールねじを用いることにより、すべりねじを用いた場合に比べて、ピッチ可変に必要な駆動トルクを低減することができ、ピッチ可変用モータ５の省電力化を図ることができる。
また、回転直動変換部７に直動伝達軸７Ｄを設けることにより、ボールねじと直動体１１を回転軸Ｓ０の軸方向に離間して配置することができ、ボールねじを推力発生用モータ２内に収容しつつ、直動体１１をハブ１０内に収容することができる。
さらに、直動回転変換部８の直動回転変換機構として、ラックアンドピニオンを用いることにより、各ラックＡ１～Ａ３の長手方向を直動体１１の直動方向に揃えることが可能となるとともに、各ピニオンＢ１～Ｂ３の円周方向を各支持軸Ｍ１～Ｍ３の円周方向に揃えることが可能となる。このため、３個のラックアンドピニオンの配置を直動体１１の周囲でコンパクトにまとめることができ、各回転翼Ｈ１～Ｈ３に対応して３個のラックアンドピニオンを設けた場合においても、ハブ１０の大型化を抑制しつつ、直動回転変換部８をハブ１０内に収容することが可能となる。

以下、回転伝達部６および回転直動変換部７の構成および動作について、さらに具体的に説明する。
図９（ａ）は、図６のピッチ可変用モータ、回転伝達部および回転直動変換部の構成を示す斜視図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の回転直動変換部を支持する支持部材および直動案内部を除去した構成を示す斜視図である。

図９（ａ）および図９（ｂ）において、支持部材ＢＪ１は、ボルトＪ１により内径部２Ｄに固定することができる。ボルトＪ１は、例えば、支持部材ＢＪ１の四隅に配置することができる。支持部材ＢＪ２は、支持部材ＢＪ１との間に歯車Ｇ２を挟み込んだ状態で、ボルトＪ２と支柱３１により支持部材ＢＪ１に固定する。ボルトＪ２は、例えば、支持部材ＢＪ２の両端に配置することができる。歯車Ｇ２の両軸端は、軸受を介して支持部材ＢＪ１およびＢＪ２に対し回転自在に支持される。支持部材ＢＪ３は、ボルトＪ３により内径部２Ｄに固定することができる。ボルトＪ３は、例えば、支持部材ＢＪ３の端部の２か所に配置することができる。また、支持部材ＢＪ３は、ボルトＪ４によりピッチ可変用モータ５を固定することができる。

ボールねじナット７Ｇは、フランジ７Ａを備える。フランジ７Ａは、円筒を平行な二平面で切り取った形状であり、直動案内部７Ｅの開口部にフランジ７Ａの突出部が配置される。フランジ７Ａは、ボールねじナット７Ｇと一体的に設けることができる。
直動伝達軸７Ｄは、フランジ７Ｂおよび案内面７Ｃを備える。案内面７Ｃは、摺動部材７Ｈを備える。フランジ７Ｂおよび案内面７Ｃは、円筒を平行な二平面で切り取った形状であり、直動案内部７Ｅの開口部にフランジ７Ｂが配置される。

フランジ７Ｂの平坦面と案内面７Ｃは一体の平面であってもよい。この平坦面は、互いに反対方向を向く２つの面であってもよい。フランジ７Ａ、７Ｂの突出部には、ボルトＪ５を挿入可能な領域を設けることができる。フランジ７Ａ、７Ｂが重なった状態で、ボルトＪ５にてフランジ７Ａをフランジ７Ｂに固定することにより、直動伝達軸７Ｄをボールねじナット７Ｇに固定することができる。

また、フランジ７Ｂの平坦面または案内面７Ｃには、摺動部材７Ｈを挿入可能な凹部を設けることができる。そして、その凹部に摺動部材７Ｈを挿入し、接着剤などでフランジ７Ｂに固定することができる。このとき、摺動部材７Ｈは、平坦面から突出する。摺動部材７Ｈの材料は、例えば、樹脂である。

一方、直動案内部７Ｅの内側には、フランジ７Ａ、７Ｂおよび案内面７Ｃの平坦面と対向する平面を設けることができる。そして、直動伝達軸７Ｄの直線運動ＬＭに伴って摺動部材７Ｈが直動案内部７Ｅの平面を摺動することにより、直動伝達軸７Ｄの運動を回転軸Ｓ０の軸方向に制限することができる。

ここで、フランジ７Ａ、７Ｂの外周部の一部および案内面７Ｃに平坦面を設けるとともに、ボルトＪ５を挿入可能な突出部をフランジ７Ａ、７Ｂに設け、突出部を直動案内部７Ｅの開口部に配置することにより、直動案内部７Ｅの外径を小さくすることができ、推力発生用モータ２内のロータ軸４の径の増大を抑制しつつ、回転直動変換部７をロータ軸４内に収納することが可能となる。

以下、直動回転変換部８の構成および動作について、さらに具体的に説明する。
図１０（ａ）は、実施形態に係るラックが取り付けられた直動体の構成を示す下面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＤ－Ｄ線に沿って切断した断面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＥ－Ｅ線に沿って切断した断面図、図１０（ｄ）は、実施形態に係るラックが取り付けられた直動体の構成を示す上面図、図１１は、図１０（ａ）のラックが取り付けられた直動体の構成を分解して示す斜視図である。

図１０（ａ）～図１０（ｄ）および図１１において、直動体１１は、開口１２および面Ｚ１～Ｚ３を備える。
各面Ｚ１～Ｚ３は、直動体１１が回転軸Ｓ０の軸回りに３回の回転対称となる位置に設けられる。３回の回転対称では、回転軸Ｓ０の軸回りに直動体１１を１２０°だけ回転させる度に、回転後の形状を回転前の形状に重ねることができる。各面Ｚ１～Ｚ３は、ラックＡ１～Ａ３をそれぞれ支持可能である。このとき、各面Ｚ１～Ｚ３は、各ラックＡ１～Ａ３の歯がピニオンＢ１～Ｂ３の歯の方向を向く位置で各ラックＡ１～Ａ３を支持する。

開口１２には軸受Ｕ３が挿入され、さらに軸受Ｕ３の内輪には直動伝達軸７Ｄが挿入される。
このとき、直動体１１は、軸受Ｕ３の外輪で支持され、直動伝達軸７Ｄの先端は、軸受Ｕ３の内輪に固定される。軸受Ｕ３の外輪は、例えば、Ｃ型留め輪１６にて直動体１１に取り付けることができる。このとき、開口１２の内周面には、Ｃ型止め輪１６を位置決めする溝を設けることができる。また、軸受Ｕ３の外輪とＣ型止め輪１６との間にスペーサ１８を設け、軸受Ｕ３の外輪とＣ型止め輪１６との間の隙間をなくすことができる。
軸受Ｕ３の内輪は、例えば、ナット１５にて直動伝達軸７Ｄの先端に取り付けることができる。このとき、直動伝達軸７Ｄの先端には、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、ナット１５をねじ止め可能な雄ねじ７Ｍを設けることができる。また、軸受Ｕ３の内輪とナット１５との間にスペーサ１７を設け、軸受Ｕ３の内輪とナット１５との間の隙間をなくすことができる。

ここで、回転軸Ｓ０の軸回りに３回の回転対称となる位置に各面Ｚ１～Ｚ３を設け、ラックＡ１～Ａ３を各面Ｚ１～Ｚ３に配置するようにしたので、１個の直動体１１を直線運動させることで、３個の各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの３個の回転運動を発生させることができる。このため、直動回転変換部８をハブ１０内に収容することを可能としつつ、３枚の回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチを可変とすることができる。

また、軸受Ｕ３として複列アンギュラ玉軸受を用い、軸受Ｕ３の外輪を直動体１１の内面側に取り付け、軸受Ｕ３の内輪を直動伝達軸７Ｄに取り付けることにより、回転軸Ｓ０の軸回りに直動伝達軸７Ｄが回転するのを防止しつつ、回転軸Ｓ０の軸回りに直動体１１を回転可能に支持することが可能となるとともに、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を受けることができる。

直動体１１は、各ラックＡ１～Ａ３を各面Ｚ１～Ｚ３で支持するため、各面Ｚ１～Ｚ３上に凸部Ｘ１～Ｘ３を備える。各ラックＡ１～Ａ３は、各凸部Ｘ１～Ｘ３を嵌め込み可能な凹部Ｙ１～Ｙ３を備える。各凹部Ｙ１～Ｙ３は、各ラックＡ１～Ａ３の歯が設けられる面と反対側の面に設けることができる。
各凸部Ｘ１～Ｘ３および各凹部Ｙ１～Ｙ３には、直動体１１の直線運動ＬＭの方向に沿ってガイドピンＩ１～Ｉ３をそれぞれ挿入可能な貫通孔を設けることができる。

そして、各凸部Ｘ１～Ｘ３を各凹部Ｙ１～Ｙ３に嵌め込む。そして、凸部Ｘ１と凹部Ｙ１にガイドピンＩ１を挿入し、凸部Ｘ２と凹部Ｙ２にガイドピンＩ２を挿入し、凸部Ｘ３と凹部Ｙ３にガイドピンＩ３を挿入することで、各ラックＡ１～Ａ３を直動体１１の各面Ｚ１～Ｚ３に固定することができる。

直動回転変換部８は、直動体１１の直線運動ＬＭの移動範囲を制限するため、リフトガイド１９、リニアブッシュＬ１～Ｌ３およびナットＳ１～Ｓ３をさらに備える。リフトガイド１９は、ガイドピンＴ１～Ｔ３およびガイドベース１３を備える。ガイドベース１３は、直動伝達軸７Ｄの先端を通過可能な開口１４を備える。また、直動体１１は、開口Ｖ１～Ｖ３をさらに備える。

各開口Ｖ１～Ｖ３は、ガイドピンＴ１～Ｔ３をそれぞれ挿入可能である。ガイドベース１３は、ガイドピンＴ１～Ｔ３を直立した状態で支持する。ガイドピンＴ１～Ｔ３は、ガイドベース１３と一体的に設けることができる。ガイドベース１３の平面形状は、直動体１１の平面形状と等しくすることができる。各開口Ｖ１～Ｖ３の位置は、ガイドピンＴ１～Ｔ３の位置に対応させることができる。

各リニアブッシュＬ１～Ｌ３は、各開口Ｖ１～Ｖ３を介して直動体１１内に挿入可能である。このとき、各リニアブッシュＬ１～Ｌ３は、直動体１１と各ガイドピンＴ１～Ｔ３との間に介在される。各リニアブッシュＬ１～Ｌ３は、各ガイドピンＴ１～Ｔ３を挿入可能な円筒状とすることができる。各リニアブッシュＬ１～Ｌ３の材料は、例えば、銅または銅合金である。各リニアブッシュＬ１～Ｌ３は、直動体１１の直線運動ＬＭの位置決め精度を向上させるとともに、直動体１１の直線運動時の低摩擦化を図ることができる。

各ガイドピンＴ１～Ｔ３は、各開口Ｖ１～Ｖ３を介して直動体１１内に挿入される。このとき、各ガイドピンＴ１～Ｔ３は、各リニアブッシュＬ１～Ｌ３を貫通し、直動体１１と各ガイドピンＴ１～Ｔ３との間に介在される。そして、各開口Ｖ１～Ｖ３の内周面にＣ型止め輪Ｃ１～Ｃ３をそれぞれ装着し、各リニアブッシュＬ１～Ｌ３を各開口Ｖ１～Ｖ３内で保持することができる。このとき、各開口Ｖ１～Ｖ３の内周面には、Ｃ型止め輪Ｃ１～Ｃ３を支持する溝を設けることができる。また、各リニアブッシュＬ１～Ｌ３と各Ｃ型止め輪Ｃ１～Ｃ３との間にスペーサＯ１～Ｏ３を設け、各リニアブッシュＬ１～Ｌ３と各Ｃ型止め輪Ｃ１～Ｃ３との間の隙間をなくすことができる。

ガイドピンＴ１～Ｔ３の先端は、貫通孔２３Ａを介して中蓋２３の外側に突出する。そして、ガイドピンＴ１～Ｔ３の先端が中蓋２３の外側に突出した状態で、ナットＳ１～Ｓ３が各ガイドピンＴ１～Ｔ３の先端に装着されることで、収容部２１Ａ内にガイドベース１３を配置することができる。

以下、直動回転変換部８が設けられたハブ１０の構成について、さらに具体的に説明する。
図１２は、図８のケース内へのリフトスペーサの配置例を示す斜視図、図１３は、図１２のケース内への直動体、ラックアンドピニオンおよびリフトスペーサの配置例を示す斜視図、図１４（ａ）は、図１２のリフトスペーサの構成を示す斜視図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のリフトスペーサの構成を示す正面図、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のリフトスペーサの構成を示す平面図、図１４（ｄ）は、図１４（ａ）のリフトスペーサの構成を示す下面図、図１５は、図８の内蓋と外蓋との嵌め合わせ方法を分解して示す斜視図である。

図８、図１２および図１３において、ケース２１は、収容部２１Ａ、中空部Ｑ１～Ｑ３、開口２１Ｂ、２１Ｃ、Ｋ１～Ｋ３を備える。エクステンション９は、段差９Ｂを備える。
開口２１Ｂは、ラックＡ１～Ａ３が取り付けられた直動体１１をリフトガイド１９とともに収容部２１Ａに挿入可能である。開口２１Ｃは、ケース２１内の直動体１１に直動伝達軸７Ｄを挿入可能である。開口２１Ｃは、ケース２１の頂面２１Ｄに位置する。ケース２１の頂面２１Ｄには、エクステンション９を装着可能である。

収容部２１Ａは、ラックＡ１～Ａ３が取り付けられた直動体１１をリフトガイド１９とともにケース２１内に収容する。ただし、ガイドピンＴ１～Ｔ３の先端は、収容部２１Ａから突出可能である。収容部２１Ａは、例えば、ケース２１内に設けられた中空部または凹部である。収容部２１Ａの平面形状は、ガイドベース１３の平面形状に対応させることができる。このとき、収容部２１Ａの平面形状は、回転軸Ｓ０の軸回りに３回の回転対称とすることができる。

各開口Ｋ１～Ｋ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３をケース２１内に挿入可能である。開口Ｋ１～Ｋ３は、収容部２１Ａの外側の円周面に沿って配置することができる。このとき、支持軸Ｍ１、ピニオンＢ１、軸受Ｅ１およびアダプタＤ１を挿入可能な中空部Ｑ１と、支持軸Ｍ２、ピニオンＢ２、軸受Ｅ２およびアダプタＤ２を挿入可能な中空部Ｑ２と、支持軸Ｍ３、ピニオンＢ３、軸受Ｅ３およびアダプタＤ３を挿入可能な中空部Ｑ３をケース２１に設けることができる。各中空部Ｑ１～Ｑ３には、開口２１Ｂを介し、支持軸Ｍ１～Ｍ３、ピニオンＢ１～Ｂ３、軸受Ｅ１～Ｅ３およびアダプタＤ１～Ｄ３をそれぞれ挿入可能である。

そして、ラックＡ１～Ａ３が取り付けられた直動体１１は、収容部２１Ａに収納される。各ピニオンＢ１～Ｂ３が取り付けられた各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、各中空部Ｑ１～Ｑ３に収納される。

段差９Ｂは、エクステンション９の内周面側で回転軸Ｓ０の軸方向に突出する。そして、図１２に示すように、段差９Ｂを開口２１Ｃに挿入する。そして、図８に示すように、収容部２１Ａ内に挿入されたボルトＷ１～Ｗ３をエクステンション９に通し、図３の装着部４Ａにねじ止めすることで、図５（ｂ）に示すように、ケース２１およびエクステンション９がロータ軸４に固定される。図８に示すように、ケース２１とエクステンション９の各対向面には、例えば、ボルトＷ２の挿入位置に対応して貫通孔２１Ｅ、９Ｃを設けることができる。また、図３に示すように、装着部４Ａの装着面には、ボルトＷ２の挿入位置に対応して雌ねじ４Ｃを設けることができる。そして、図１２の収容部２１Ａの頂面２１Ｄ側から図８の貫通孔２１Ｅ、９Ｃを介してボルトＷ２を図３の雌ねじ４Ｃにねじ込むことができる。このとき、ケース２１内またはエクステンション９内にボルトＷ１～Ｗ３を収めた状態でケース２１およびエクステンション９をロータ軸４に固定することができ、ボルトＷ１～Ｗ３が推力発生装置１の外部に露出するのを防止することができる。

各リフトスペーサＮ１～Ｎ３は、直動体１１の各面Ｚ１～Ｚ３と接触した状態で収容部２１Ａの各コーナ部に配置される。また、図１６に示すように、リフトスペーサＮ１は、ラックＡ３に接触し、ラックＡ３に予圧を与える。リフトスペーサＮ２は、ラックＡ１に接触し、ラックＡ１に予圧を与える。リフトスペーサＮ３は、ラックＡ２に接触し、ラックＡ２に予圧を与える。また、各リフトスペーサＮ１～Ｎ３は、収容部２１Ａの各コーナの内面に接触し、収容部２１Ａの各コーナの内面で支持される。

ここで、例えば、リフトスペーサＮ２は、図１４（ａ）～図１４（ｄ）に示すように、接触面ＮＡ～ＮＣ、切り欠きＮＦおよび逃げ穴ＮＧを備える。リフトスペーサＮ１、Ｎ３も、リフトスペーサＮ２と同様に構成することができる。

リフトスペーサＮ２の接触面ＮＡは、直動体１１の面Ｚ２に接触する。接触面ＮＢは、ラックＡ１に接触する。接触面ＮＣは、収容部２１Ａのコーナの内面に接触する。切り欠きＮＦは、接触面ＮＢと平行になるように接触面ＮＣに設けられる。切り欠きＮＦは、接触面ＮＢにかかる力を緩衝することができる。逃げ穴ＮＧは、リフトスペーサＮ２の頂面ＮＥ側でボルトＷ２を受け止める。

そして、直動体１１が直線運動すると、各ラックＡ１～Ａ３と各ピニオンＢ１～Ｂ３のギヤの噛み合い時のバックラッシュに起因して各ラックＡ１～Ａ３と各ピニオンＢ１～Ｂ３との間に図１３に示す分離力ＳＦ１～ＳＦ３が発生する。このとき、分離力ＳＦ１～ＳＦ３に起因する直動体１１の回転を各リフトスペーサＮ１～Ｎ３の接触面ＮＡで受け止め、各ラックＡ１～Ａ３の回転を接触面ＮＢで受け止め、各リフトスペーサＮ１～Ｎ３の回転を収容部２１Ａの内面で受け止めることができる。このため、各ラックＡ１～Ａ３と各ピニオンＢ１～Ｂ３のギヤの噛み合い時にバックラッシュが発生する場合においても、直動体１１の回転を抑制することができ、ピッチ角θ１～θ３の可変精度の低下を抑制することができる。

また、各リフトスペーサＮ１～Ｎ３に切り欠きＮＦを設けることにより、各ラックＡ１～Ａ３と各ピニオンＢ１～Ｂ３のギヤの噛み合い時に発生する分離力ＳＦ１～ＳＦ３を利用して各ラックＡ１～Ａ３に予圧をかけることができ、各ラックＡ１～Ａ３と各ピニオンＢ１～Ｂ３のギヤの噛み合い時のバックラッシュを低減することができる。

また、図８に示すように、ボルトＷ２は、収容部２１Ａの頂面２１Ｄ側から貫通孔２１Ｅ、９Ｃを介して図３の雌ねじ４Ｃにねじ込まれる。そして、図１２に示すように、ボルトＷ２の頭が逃げ穴ＮＧに収まるように、リフトスペーサＮ２が収容部２１Ａ内の頂面２１Ｄ上に配置される。そして、図１３に示すように、直動体１１、ラックＡ１～Ａ３、ピニオンＢ１～Ｂ３およびリフトスペーサＮ１～Ｎ３が収容部２１Ａ内に配置された状態で、図５（ｂ）に示すように、図１３の開口２１Ｂを塞ぐように中蓋２３がケース２１に装着され、外蓋２２が中蓋２３に装着される。

ここで、図１５に示すように、中蓋２３は、溝２３Ｂ、凸部２３Ｃ、貫通孔２３Ｄおよび円筒部２３Ｅを備える。外蓋２２は、爪２２Ｂおよび凹部２２Ｃを備える。円筒部２３Ｅは、外蓋２２の装着方向に突出する。溝２３Ｂは、円筒部２３Ｅの外周面に周方向に設けられる。溝２３Ｂは、爪２２Ｂと嵌め合わせ可能である。凸部２３Ｃは、円筒部２３Ｅから放射状に延びる。凸部２３Ｃは、凹部２２Ｃと嵌め合わせ可能である。貫通孔２３Ｄは、ねじＪ７を挿入可能である。

そして、ねじＪ７が貫通孔２３Ｄに挿入された状態で、ねじＪ７がケース２１にねじ込まれることで中蓋２３がケース２１に固定される。このとき、各リフトスペーサＮ１～Ｎ３の上面は、中蓋２３で押し付けられる。また、各ボルトＷ１～Ｗ３は、各リフトスペーサＮ１～Ｎ３の底面で押し付けられる。このため、中蓋２３をケース２１に固定することにより、各ボルトＷ１～Ｗ３の脱落を防止することができ、ケース２１およびエクステンション９がロータ軸４から脱落するのを防止することができる。

また、爪２２Ｂが溝２３Ｂに嵌め込まれ、凸部２３Ｃが凹部２２Ｃに嵌め込まれることで、外蓋２２が中蓋２３に固定される。このとき、ねじＪ７は、外蓋２２の外縁部２２Ｄで押し付けられる。このため、摩擦を用いない方法で外蓋２２を中蓋２３に固定しつつ、ねじＪ７の脱落を防止することができ、中蓋２３がケース２１から脱落するのを防止することができる。この結果、航空法に依拠しつつ、回転翼Ｈ１～Ｈ３を支持するハブ１０を装着することができる。

図１６は、図１０（ｄ）のラックが取り付けられた直動体とピニオンとの位置関係を示す上面図である。
図１６において、各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、それぞれの回転軸ＪＳ１～ＪＳ３が直動体１１の各面Ｚ１～Ｚ３に対して垂線方向ＪＤ１～ＪＤ３に向くように配置される。そして、各ラックＡ１～Ａ３は、各面Ｚ１～Ｚ３上において、各ピニオンＢ１～Ｂ３と噛み合う位置でそれぞれ支持される。

ここで、直動体１１の各面Ｚ１～Ｚ３に対して垂直方向ＪＤ１～ＪＤ３に各支持軸Ｍ１～Ｍ３を配置することにより、直線運動を行う直動体１１の各面Ｚ１～Ｚ３と、回転運動を行う各ピニオンＢ１～Ｂ３を、各回転翼Ｈ１～Ｈ３が延びる方向に直列に配置することができる。このため、直動体１１に伝えられた１つの直線運動ＬＭから、各支持軸Ｍ１～Ｍ３に伝えられる３個の回転運動にそれぞれ変換するための経路の経路長の増大を抑制することができ、直動回転変換部８のコンパクト化を図りつつ、３枚の回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角を可変とすることができる。

また、各リフトスペーサＮ１～Ｎ３は、各面Ｚ１～Ｚ３と接触可能な状態で各ピニオンＢ１～Ｂ３に隣接して配置することができる。ここで、各ラックＡ１～Ａは、回転軸Ｓ０の軸回りに３回の回転対称となる位置に設けられる。各ピニオンＢ１～Ｂ３は、回転軸Ｓ０の軸回りに３回の回転対称となる位置に設けられる。各リフトスペーサＮ１～Ｎ３は、回転軸Ｓ０の軸回りに３回の回転対称となる位置に設けられる。

これにより、各ピニオンＢ１～Ｂ３を直動体１１の各面Ｚ１～Ｚ３に対向配置しつつ、各ピニオンＢ１～Ｂ３に噛み合うように各ラックＡ１～Ａを配置することが可能となるとともに、各ピニオンＢ１～Ｂ３に隣接するように各リフトスペーサＮ１～Ｎ３を配置することができる。このため、各ピニオンＢ１～Ｂ３の側方の空きスペースを有効活用しつつ、各リフトスペーサＮ１～Ｎ３を配置することができ、直動回転変換部８のコンパクト化を図りつつ、ラックアンドピニオンのギヤの噛み合い時のバックラッシュに起因する直動体１１の回転を抑制することができる。

図１７（ａ）は、図１（ｂ）の回転翼のピッチ角に対応した直動体の位置を示す斜視図、図１７（ｂ）は、図１（ｃ）の回転翼のピッチ角に対応した直動体の位置を示す斜視図である。

図１７（ａ）および図１７（ｂ）において、図８（ａ）の直動伝達軸７Ｄの直線運動ＬＭに伴って、直動体１１とともに各ラックＡ１～Ａ３が直線運動する。このとき、直動体１１の直線運動ＬＭは、ガイドピンＴ１～Ｔ３にて案内されるとともに、直動体１１の直線運動ＬＭの移動範囲が、ガイドベース１３およびナットＳ１～Ｓ３にて制限される。各ラックＡ１～Ａ３の直線運動ＬＭに伴ってピニオンＢ１～Ｂ３がそれぞれ回転運動し、ピニオンＢ１～Ｂ３の回転運動に伴って、各支持軸Ｍ１～Ｍ３がそれぞれの軸回りに回転する。そして、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の回転運動に伴って各回転翼Ｈ１～Ｈ３が回転し、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が変化される。

例えば、直動体１１が図１７（ａ）の位置にあるときは、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が図１（ｂ）に示すように設定され、直動体１１が図１７（ｂ）の位置にあるときは、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が図１（ｃ）に示すように設定される。

上記の実施形態においては、各ラックＡ１～Ａ３を各ピニオンＡ１～Ａ３に押し付ける方向に押付力を発生する付勢部材として、リフトスペーサＮ１～Ｎ３を例にとった。この付勢部材は、必ずしもリフトスペーサＮ１～Ｎ３に限定されることなく、例えば、各ラックＡ１～Ａ３を各ピニオンＡ１～Ａ３に押し付け可能な板ばねであってもよい。また、付勢部材の配置位置は、各ラックＡ１～Ａ３とケース２１との間であってもよいし、各ラックＡ１～Ａ３と直動体１１との間であってもよい。

また、上記の実施形態においては、各回転翼Ｈ１～Ｈ３は推力発生装置１の真下に配置され、推力発生装置１は飛翔体の機体の下部に装着されるが、各回転翼Ｈ１～Ｈ３は推力発生装置１の真上に配置され、推力発生装置１は飛翔体の機体の上部に装着されてもよい。

１ 推力発生装置、Ｈ１～Ｈ３ 回転翼、Ｐ１～Ｐ３ グリップ、２ 推力発生用モータ、２Ａ ステータ、２Ｂ ロータ、３Ａ、３Ｂ 中空部、４ ロータ軸、５ ピッチ可変用モータ、６ 回転伝達部、７ 回転直動変換部、８ 直動回転変換部、９ エクステンション

Claims (7)

1. 回転翼の推力を発生させる第１モータと、
   前記回転翼のピッチ角を変化させる回転運動を発生させる第２モータと、
   前記第２モータの回転運動を直線運動に変換する第１変換部と、
   前記第１変換部で変換された直線運動を回転運動に変換する第２変換部とを備え、
   前記第２変換部は、
   前記第１変換部で変換された直線運動に従って直線運動可能な直動体と、
   前記第１変換部で変換された直線運動を回転運動に変換するラックアンドピニオンと、
   前記直動体および前記ラックアンドピニオンを収容するケースと、
   前記ラックアンドピニオンのラックをピニオンに押し付ける方向に押付力を発生する付勢部材とを備え、
   前記ラックは、前記直動体で支持され、前記ピニオンは、前記回転翼の支持軸側で支持され、
   前記付勢部材は、前記ケースと前記直動体との間の隙間に設けられ、前記ケース内に収容された状態で前記直動体と接触可能なスペーサであり、
   前記スペーサは、
   前記直動体に接触する第１接触面と、
   前記ラックに接触する第２接触面と、
   前記ケースの内面に接触する第３接触面を備えることを特徴とする推力発生装置。
2. 前記スペーサは、前記第２接触面と平行になるように前記第３接触面に設けられた切り欠きを備えることを特徴とする請求項１に記載の推力発生装置。
3. 前記ケースは、前記ケース内に挿入されたボルトにて前記第１モータのロータ側に取り付けられ、
   前記スペーサは、前記スペーサの底面側で前記ボルトを受け止める逃げ穴を備えることを特徴とする請求項２に記載の推力発生装置。
4. 前記ケースは、前記直動体および前記ラックアンドピニオンを前記ケース内に挿入可能な開口部を備え、
   前記開口部を塞ぐ内蓋が前記ケースに固定された場合、前記逃げ穴の位置で前記ボルトが前記スペーサで押さえ付けられることを特徴とする請求項３に記載の推力発生装置。
5. 前記内蓋を前記ケースに固定するネジと、
   前記ネジを前記内蓋に押さえ付ける外蓋とを備え、
   前記内蓋と前記外蓋は互いに嵌め合い可能であることを特徴とする請求項４に記載の推力発生装置。
6. 前記直動体は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚の回転翼のそれぞれに対応したＮ個の面を有し、
   前記ラックアンドピニオンは、前記Ｎ枚の回転翼のそれぞれに対応したＮ個のラックとＮ個のピニオンを備え、
   前記スペーサは、前記Ｎ個の面にそれぞれ接触可能なＮ個のスペーサを備え、
   前記Ｎ個のラックは、前記Ｎ個の面でそれぞれ支持され、
   前記Ｎ個のピニオンは、前記Ｎ枚の回転翼の支持軸側でそれぞれ支持されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の推力発生装置。
7. 前記Ｎ個の面は、前記第１モータの回転軸の軸回りにＮ回の回転対称となる位置に設けられ、
   前記Ｎ個のラックは、前記第１モータの回転軸の軸回りにＮ回の回転対称となる位置に設けられ、
   前記Ｎ個のピニオンは、前記第１モータの回転軸の軸回りにＮ回の回転対称となる位置に設けられ、
   前記Ｎ個のスペーサは、前記第１モータの回転軸の軸回りにＮ回の回転対称となる位置に設けられることを特徴とする請求項６に記載の推力発生装置。

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