JPH08512121A - 検出装置を駆動するアクチュエータ用スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ハウジング内のアクチュエータのボールスクリューを保持し、制御装置の位置検出器を駆動するためのスラスト軸受組立体を提供する。スラスト軸受組立体は、平行な第一内部レース表面及び第二内レース面及び第一外レース面及び第二外レース面を有する環状の半径方向の突出部を備えた円筒形本体を有する。歯が、半径方向の突出部の周面にある。第一ころ軸受及び第二ころ軸受及びこれらに関する第一外レース及び第二外レースが、前記円筒形本体に置かれる。ハウジングに取り付けられた位置決め板が、第二外レースをハウジングの方へ付勢し、第二ころ軸受を第二内レース及び第一内レースと係合させ、第一内レースを第一ころ軸受及び第一外レースと係合させ、ハウジング内のボールスクリューの位置を固定する。ボールスクリューは、駆動歯車から回転トルクを受け、ハウジング内の変換ボールナットを位置決めする。ボールスクリューの回転は、対応して、円筒形本体を回転させ、従って、周面の歯が、検出器にハウジング内のボールナットの位置を指示する信号を与える。

Description

【発明の詳細な説明】 検出装置を駆動するアクチュエータ用スラスト軸受 【発明の背景】 本発明は、ハウジングのボア内にボールスクリューを保持し、検出装置を駆動 するためのスラスト軸受組立体に関する。スラスト軸受は、ボールスクリューに 連結される円筒形本体を有する。円筒形本体は、歯車の歯を備えた突出部を有し 、該歯は、ハウジングに対するボールスクリュー及びそれと関連する出力部材の 位置に関する情報を検出装置に与える。 米国特許第4,442,928号に示された装置は、航空機と関連したフラップ又はノ ズルのような装置を位置決めする部材を移動させる力を与えるために、動力源か ら入力トルクを受けるボールスクリューアクチュエータの例である。かかる装置 では、アクチュエータが、完全に伸びた位置と完全に引っ込んだ位置との間なら どこにでも位置決めされるのが普通であり、位置決め及びある位置から他の位置 への移動に対する時間応答が最も重要である。最近、ボールスクリューの直接的 な位置決めを行うことによって、装置の改良操作が、より良く達成されることが 提案されてきた。さらに、重量を減らす努力において、航空機の効率を改良する と同時に、エンジンの先細ノズル領域装置を位置決めするのに５つのアクチュエ ータを使用する現行の実施は、３つに減らされ、さらに、操作性を向上させるた めの方向指示(vectoring)を組み込むことが提案された。ノズル領域の正確な位 置が、航空機の操作に影響を及ぼすので、方向指示(vectoring)の情報の使用は 重要である。かくして、アクチュエータのハウジングに関するボールスクリュー 及びそれに対応して、出力部材の瞬時の位置は、制御装置に正確に伝えられて、 先細ノズル領域が、現在の操作状態に関して、航空機の最も効果的な操作を定め るために、制御装置によって定められるような、所望の操作位置と確実に対応す る必要がある。実際の装置の操作と最適な装置の操作との間の一致を確保するた めに、いくつかの現行の装置は、動力源内に置かれた第一フィードバック信号を 有し、典型的には、米国特許第4,249,453号に開示されている空気モーター及び 第二フィードバック信号サーボ部分が、出力部材の位置を定めるように合わされ る。不幸なことに、空気モーターは装置の荷重に逆らって働き、その結果、実際 の指示されたアクチュエータ位置を定める２つのフィードバック装置との間に、 遅れが起きる。別の位置指示器が、ボールスクリューの駆動部材に独立にそして 直接連結されることが提案されたが、これは、アクチュエータの歯車ボックスに 置かれる歯車の寸法及び重量の追加のために却下された。さらに、駆動部材に関 してフィードバック部材を設置するスペースは、非常に制限され、その結果、顧 客の要求を満たすように、他の代替物を探す必要があった。 【発明の要旨】 本発明は、アクチュエータのハウジング内にボールスクリューを保持するスラ スト軸受組立体の回転から得られる検出器の信号から、アクチュエータの出力部 材の現在の位置に関する情報を得ることによって、スペース、重量及び時間応答 に関する上述の問題の解決方法を提供する。スラスト軸受組立体は、第一端部及 び第二端部から延びる軸線方向のボアを持った円筒形本体からなる。円筒形本体 から延びる半径方向の環状の突出部は、周面に置かれた歯及び前記第一端部及び 前記第二端部にそれぞれ隣接した第一内レース面及び第二内レース面を有する。 第一ころ軸受及び第二ころ軸受が、円筒形本体に置かれ、第一内レース面及び第 二内レース面に係合するように位置決めされる。ハウジング内に置かれた第一の 板及び第二の板が、第一ころ軸受及び第二ころ軸受のための第一外部レース表面 及び第二外部レース表面を形成する。ハウジングに取り付けられた位置決め板が 、第二の板に係合し、第一ころ軸受及び第二ころ軸受を押して、第一内レース面 及び第二内レース面及び第一外レース面及び第二外部レース表面と係合させ、ハ ウジング内の円筒形本体及びボールスクリューの位置を固定する。ボールスクリ ューに与えられた回転運動に応答して、円筒形本体の周面の歯は、検出器に、ハ ウジングに関する出力部材の位置に対応する入力を与える。かくして、スラスト 軸受組立体は、ボールスクリューをハウジング内に軸線方向に整列した状態に保 持することに加えて、ボールナットの位置及びそれに対応して、エンジン用先細 ノズルを位置決めしている出力部材の位置に対応する、検出器からコンピュータ ーへの瞬時の信号を発生させる入力を提供する。 本アクチュエータの利点は、ボールスクリューを軸線方向に置くことに加え、 内レースの歯が、アクチュエータのハウジングに関するボールナットの位置を指 示するための検出器と確実に整列するように、スラスト軸受組立体が、ボールス クリューを半径方向に位置決めすることである。 さらに、フィードバック信号が検出器によって得られる構造は、アクチュエー タの全体の重量及び寸法を大きく増やさず、同時に、重量及びスペースが貴重で ある装置の出力部材の位置の瞬時の指示を与える。 【図面の簡単な説明】 図１は、出力部材の瞬時の位置に対応するフィードバック信号を与える本発明 の原理に従って作られたボールスクリューアクチュエータを備えた制御装置の略 図である。 図２は、図１に示すようなボールスクリューアクチュエータの略図である。 図３は、スラスト軸受組立体を示す図２のボールスクリューアクチュエータの 一部分の拡大断面図である。 図４は、図３の線４−４線に沿った断面図である。 図５は、ボールスクリューアクチュエータ用のピニオン及び駆動歯車を示す、 図２の５−５線に沿った断面図である。 一致する参照符号は、全図面を通じて一致する部品を示す。 【実施形態】 図１に示す制御装置１０は、米国特許第4,249,453号に開示されたタイプの空 気モーター１２を含み、該空気モーターは、複数のボールスクリューアクチュエ ータ１４、１４’、１４’’に入力を与え、タービンの先細ノズルを制御する出 力を出させる。 タービンが作動しているときには、空気モーター１２の動力源をなす圧縮機の 吐出加圧空気が導管１６内で利用できる。空気モーター１２の作動は、四方向選 択バルブ２２によって制御される。四方向選択バルブ２２は、米国特許第4,249, 453号に開示されているように、直接油圧機械式サーボ組立体１８から入力を受 け、該組立体１８は、動力源、及びモーター要素によって行われる仕事を表すフ ィードバック信号に応答する。モーター要素からの出力は、アクチュエー タ１４、１４’、１４’’に接続されたケーブル６４及び６６で伝えられる。ア クチュエータ１４、１４’、１４’’及び油圧機械式サーボ組立体１８は、ター ビンの作動と関連したＣＰＵに接続される。 ケーブル６４及び６６で伝えられるような空気モーター１２からの出力は、タ ービンの先細ノズルを位置決めするために、ボールスクリューアクチュエータ１ ４、１４’、１４’’を位置決めする。各ボールスクリューアクチュエータ１４ 、１４’、１４’’は同一であり、ボールスクリューアクチュエータ１４だけを 、図２、３、４及び５に詳細に示す。 ボールスクリューアクチュエータ１４は、ボア８８を備えたハウジング８６を 有する。ハウジング８６のボア８８に取り付けられた案内レール９０及び９２が 、ボールスクリュー１０８に保持されたボールナット９８の支持体に設けられた スロット９４及び９６を受ける。ボールスクリュー１０８は、ハウジング８６に 固定されたスラスト軸受組立体１１０によって保持され、一方、ハウジング８６ は、フランジクランプ部材１００によってタービンの本体に固定される。ボア８ ８内でのボールナット９８の全ての動きは、密閉された開口部１０４を通って延 びる内管又は出力部材１０２を通って伝えられ、先細ノズルに連結されたリンク 仕掛け１０６に、タービンの作動中ノズルの位置を変える力を与える。ハウジン グ８６に取り付けられた抵抗可変距離変圧器１１２が、ボールスクリュー１０８ の回転に対応する、スラスト軸受組立体１１０からの入力信号を受け、ＣＰＵ６ ２に線１１１で瞬時の信号を与え、その結果、先細ノズルの形態が知られ、そし て、タービン及び航空機の現在の動作変数に入力される。 スラスト軸受組立体１１０は、第一端部１１８から第二端部１２０まで延びる 軸線方向のボア１１６を備えた円筒形本体１１４を有する。円筒形本体１１４は 、周面１２６に歯１２４を備え、かつ、互いに平行で、軸線方向のボア１１６に 垂直な第一内レース面１２８及び第二内レース面１３０を持った半径方向の環状 の突出部１２２を有する。円筒形本体１１４は、軸線方向のボア１１６内にスプ ライン１１５を有し、スプライン１１５は、ボールスクリュー１０８のこれと対 応するスプライン１０９と合い、さらに、円筒形本体１１４は、第一端部１１８ から軸線方向のボア１１６内へ延びるテーパー面又は傾斜面１３２を有し、円筒 形 本体１１４及びボールスクリュー１０８は、端ナット１３４が第一端部１１８に 取り付けられた後、一体構造物を形成する。ナット１３４と関連したワッシャー 部材１３６が、ボールスクリュー１０８の溝１４０内に置かれた半円形リング１ ３８及びボールスクリュー１０８に置かれた傾斜リング１４２を有する。端ナッ ト１３４が、第一端部１１８にねじ込まれると、ワッシャー部材１３６のリング １４２のテーパー面又は傾斜面が移動して、円筒形本体１１４の傾斜面又はテー パー面１３２と係合して、その間に摩擦締め付けを生じさせ、それによって、円 筒形本体１１４をボールスクリュー１０８に固定する。 第一の板１４４が、ハウジング４０のボア４８内の肩部１４６に接して置かれ る。ハウジング４０は、一体構造を形成するように、ハウジング８６に溶接され る。第一の板１４４は、円筒形本体１１４に置かれ、かつ、内レース面１２８に 係合するように位置決めされた第一ころ軸受１５０のための外レース面１４８を 構成する。 第二の板１５２が、円筒形本体１１４に置かれ、かつ、内レース面１３０に係 合するように位置決めされた第二ころ軸受１５６のための外レース面１５４を構 成するように、ハウジング４０のボア４８内に置かれる。 位置決め板１５９が、第二の板１５２に係合して、第一ころ軸受１５０及び第 二ころ軸受１５６を押して、第一内レース面１２８と第二内レース面１３０及び 外レース面１４８と第二外レース面１５４と係合させ、ハウジング４０内の円筒 形本体１１４の位置を軸線方向に固定する。 検出器又は抵抗可変距離変圧器１１２は、円筒形本体１１４の周面１２６の歯 １２４に直接連結される歯車１５８を有する。図２を参照すると、平らな板の形 状のスペーサー部材１６０、１６０’が、歯１２４が歯車１５８とかみ合うのを 保証するために、ハウジング８６と検出器１１２のハウジング１１３との間に置 かれる。歯車１５８の回転は、ケーブル６４及び６６からの回転入力に応答して 、ハウジング８６に関する出力管又は部材１０２の位置、それに対応して、先細 ノズルの形態の指示を与えるために、検出器１１２によって、線１１１でＣＰＵ ６２に伝えられる信号に変換される。 ケーブル６４及び６６からの回転入力は、図２、３及び５に最も良く示される ように、ピニオン歯車１７０及び歯車１６２を含むピニオン歯車連結部１６１を 介して、各ボールスクリュー１０８に伝達される。歯車１６２は、軸線方向のボ ア１６６を有するハブ１６４を有する。ハブ１６４は、そこから延びる半径方向 のディスク１６７を有し、駆動歯１６８がディスク６７に置かれる。駆動歯１６ ８は、ケーブル６４の駆動端部６８に連結されるピニオン歯車１７０の歯と係合 する。半径方向のディスクは、そこから延びる軸線方向の環状フランジ１７２を 有し、該フランジ１７２は、ハウジング４０に取り付けられた位置決め板１５９ によって保持されるころ軸受１７４に係合する。ハブ１６４の軸線方向ボア１６ ６は、シャフト１８０の対応するスプライン面１７８と合うスプライン面１７６ を有する。スプライン面１７８は、また、ハブ１６４をボールスクリュー１０８ に連結するために、面１０７にスプライン結合される。端部材１８４内に保持さ れたころ軸受１８２はハブ１６４に係合し、ころ軸受１７４と共に、シャフト１ ８０を、ボア８８内のボールスクリュー１０８の軸線方向の整列状態に維持する 。さらに、軸線方向の環状フランジ１７２は円筒形本体１１４の第二端部１２０ に係合して、周面１２６の歯１２４を、検出器１１２の平歯車１５８と係合状態 に維持するのを補助する。 ＣＰＵ６２からの作動信号が、機械サーボ組立体１８に伝達されて、アクチュ エータ１４、１４’及び１４’’を作動する。機械サーボ組立体の作動は、四方 向バルブ２２への圧縮空気の流れの方向を決める。空気モーター１２内のモータ ー要素へ圧縮空気が流れると、回転トルクが発生し、ケーブル６４及び６６によ って、アクチュエータ１４、１４’及び１４’’に伝えられる。ケーブル６４及 び６６の回転トルクは、比較的速い速度であるが、歯車連結部１６１によって、 アクチュエータ１４、１４’及び１４’’内のボールスクリュー１０８を回転さ せるためのより大きいトルクを有する比較的遅い速度に変換される。ボールスク リュー１０８の回転により、ボールナット９８、９８’及び９８’’（実際には 、ボールナット９８のみを示す）を、スロット９４及び９６がレール９０及び９ ２の上を摺動するので、直線的に移動させる。ボールスクリュー１０８が回転す ると、各円筒形本体１１４も回転し、歯１２４が検出器１１２、１１２’及び１ １２’’内の歯車にかかる移動に関する情報を与える。各検出器１１２、 １１２’及び１１２’’によって感知された歯車１５８の移動は、線１１１、１ １１’及び１１１’’で、出力部材１０２、１０２’及び１０２’’の移動に対 応する直接フィードバックとしてＣＰＵ６２に与えられ、直接較正されて、先細 ノズルの位置の指示を与える。

【手続補正書】 【提出日】１９９６年４月１２日 【補正内容】 請求の範囲 １．スラスト軸受組立体によってハウジングのボア内に支持されたボールスクリ ューを備えたアクチュエータ（１４、１４’、１４’’）を有し、前記ボールス クリューは、駆動連結部からの回転運動をボールナットの直線運動に変換し、出 力部材に直線運動を与える制御装置（１０）において、前記スラスト軸受組立体 は、 第一端部及び第二端部から延びる軸線方向のボアを備えた円筒形本体を有し 、前記円筒形本体は、周面に歯を及びそれぞれ、前記第一端部及び第二端部に隣 接した第一内レース面及び第二内レース面を備えた、半径方向の環状の突出部を 有し、さらに、 前記円筒形本体の前記第一端部を前記ボールスクリューに連結するための固 定手段と、 前記円筒形本体に置かれ、前記第一内レース面に係合するように位置決めさ れた第一ころ軸受と、 前記ハウジング内に置かれ、第一外レース面を有する第一の板と、 前記円筒形本体に置かれ、前記第二内レース面に係合するように位置決めさ れる第二ころ軸受と、 前記ハウジング内に置かれ、第一外レース面を有する第二の板と、 前記ハウジングに取り付けられ、前記ハウジング内の前記円筒形本体の軸線 方向の位置を固定するために、前記第一ころ軸受及び前記第二ころ軸受を押して 、前記第一内レース面及び前記第二内レース面及び前記第一外レース面及び前記 第二外レース面と係合させるための、前記第二の板に係合する位置決め板とを有 し、前記円筒形本体の前記周面の前記歯は、前記ボールスクリューで回転され、 検出器に前記ハウジングに関する前記出力部材の位置に対応する信号を与える、 制御装置。 ２．前記固定手段は、 端ナットと、 前記ボールスクリューに置かれたワッシャー部材とを含み、前記ワッシャー は、テーパー面を有し、前記端ナットは、前記第一端部に取り付けられ、前記テ ーパー面を移動させて、前記円筒形部材の第一端部から前記軸線方向のボアの方 へ延びる面と係合させ、それらの間に摩擦締め付け作用を生じさせ、それにより 、円筒形本体を前記ボールスクリューに固定する、請求の範囲１に記載の制御装 置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーロフ ジェイソン ジー アメリカ合衆国 インディアナ州 46615 サウス ベンド サウス サーティシッ クスス ストリート 933

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．スラスト軸受組立体によってハウジングのボア内に支持されたボールスクリ ューを備えたアクチュエータを有し、前記ボールスクリューは、駆動連結部から の回転運動をボールナットの直線運動に変換し、出力部材に直線運動を与える制 御装置において、前記スラスト軸受組立体は、 第一端部及び第二端部から延びる軸線方向のボアを備えた円筒形本体を有し 、前記円筒形本体は、周面に歯を及びそれぞれ、前記第一端部及び第二端部に隣 接した第一内レース面及び第二内レース面を備えた、半径方向の環状の突出部を 有し、さらに、 前記円筒形本体の前記第一端部を前記ボールスクリューに連結するための固 定手段と、 前記円筒形本体に置かれ、前記第一内レース面に係合するように位置決めさ れた第一ころ軸受と、 前記ハウジング内に置かれ、第一外レース面を有する第一の板と、 前記円筒形本体に置かれ、前記第二内レース面に係合するように位置決めさ れる第二ころ軸受と、 前記ハウジング内に置かれ、第一外レース面を有する第二の板と、 前記ハウジングに取り付けられ、前記ハウジング内の前記円筒形本体の軸線 方向の位置を固定するために、前記第一ころ軸受及び前記第二ころ軸受を押して 、前記第一内レース面及び前記第二内レース面及び前記第一外レース面及び前記 第二外レース面と係合させるための、前記第二の板に係合する位置決め板とを有 し、前記円筒形本体の前記周面の前記歯は、前記ボールスクリューで回転され、 検出器に前記ハウジングに関する前記出力部材の位置に対応する信号を与える、 制御装置。 ２．前記固定手段は、 端ナットと、 前記ボールスクリューに置かれたワッシャー部材とを含み、前記ワッシャー は、テーパー面を有し、前記端ナットは、前記第一端部に取り付けられ、前記 テーパー面を移動させて、前記円筒形部材の第一端部から前記軸線方向のボアの 方へ延びる面と係合させ、それらの間に摩擦締め付け作用を生じさせ、それによ り、円筒形本体を前記ボールスクリューに固定する、請求の範囲１に記載の制御 装置。 ３．前記固定手段は、 前記第一端部に隣接した、前記ボア内の円筒形本体の第一スプライン面と、 前記ボールスクリューの第二スプライン面とを含み、前記第一スプライン面 及び第二スプライン面は、互いに係合し、前記円筒形本体と前記ボールスクリュ ーとの間に確実な駆動結合を形成する、請求の範囲２に記載の制御装置。 ４．前記駆動連結部は、 第二の軸線方向のボアを持ったハブを有する歯車を含み、前記ハブは、そこ から延びる半径方向のディスクを有し、前記半径方向のディスクは、そこから延 びる軸線方向の環状のフランジを有し、前記半径方向のディスクは、動力源から 直接駆動ピニオン歯車に係合する駆動歯を含み、さらに、 前記ハブを前記ボールスクリューに連結するシャフトと、 端部材に保持され、前記ハブに係合する第三軸受と、 前記位置決め板に連結され、前記軸線方向の環状のフランジに係合する第四 軸受とをさらに含み、第三軸受及び第四軸受は、前記シャフトを前記ボールスク リューと軸線方向整列状態に維持し、かつ、前記ボールスクリューに関し、前記 歯車の所望な半径方向軸線方向位置を維持する、請求の範囲３に記載の制御装置 。 ５．前記半径方向のディスクの前記軸線方向の環状のフランジは、前記円筒形本 体の前記第二端部に係合して、前記周面の前記歯を前記検出器状態に維持するの を補助する、請求の範囲４に記載の制御装置。 ６．前記検出器は、 指示器に連結された位置検出器に回転トルクを与えるための、前記円筒形本体の 前記半径方向の環状の突出部の前記歯に直接連結された歯車を含む、請求の範囲 ５に記載の制御装置。 ７．前記周面の歯と前記歯車の歯との間の所望の係合関係を確立するために、前 記アクチュエータのためのハウジングと前記検出器手段との間に置かれたスペー サー手段をさらに含む、請求の範囲６に記載の制御装置。