JPS62297515A - 流体アクチユエ−タ - Google Patents

流体アクチユエ−タ

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JPS62297515A
JPS62297515A JP62073029A JP7302987A JPS62297515A JP S62297515 A JPS62297515 A JP S62297515A JP 62073029 A JP62073029 A JP 62073029A JP 7302987 A JP7302987 A JP 7302987A JP S62297515 A JPS62297515 A JP S62297515A
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piston rod
piston
rod
fluid actuator
stud
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ジェームス・エヌ・トゥートル
デュアン・ダグラス
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 本発明は一般的な流体アクチュエータに関し、特に、指
向性のある複合材料を効率よく利用し更に構造を簡単に
するために、非一体型をなす１個以上のピストンヘッド
の取付方法と一体をなす複合のピストンロッドをもつ流
体アクチュエータに関するものである。
航空機のフライト制御及び他の高圧装置に使用される流
体アクチュエータにおいて、強度を補性にすることなく
ロッドの自重を大幅に軽減するために、複合材料の重さ
に比較して高い強度をもつピストンロッドを作ることが
望まれている。更に、指向性のある複合材料を効率よく
利用し、構造を簡単にするために、複合のロッド構造に
非一体型をなす１個以上のピストンヘッドを取付けるの
に必要な手段をとることが望まれている。また、耐疲労
抵抗、耐破１員公差、耐軌道公差を増大する他に必要な
シール部及びロッド端取付部をもった複合ピストンロッ
ドを提供することが望まれている。
本発明の一特色として、非常に軽く、比較的低コストで
効率のよい外層形状を提供するために、ピストンロッド
は、フィラメントで巻かれた複合構造のものから構成す
る。
また、本発明の他の特色よして、複合のロッド構造は疲
労抵抗、破損公差、軌道公差に対処するのに必要な手段
をとる。
本発明の更に他の特色として、指向性のある複合材料を
効率よく利用し、構造を簡単にするために、複合ロッド
構造は非一体型をなす１個以上のピストンヘッドの取付
けに対処するのに必要な手段をとる。
本発明の更に他の特色として、複合のロッドは必要なシ
ール及び口・ンド端の取付けに必要な手段をとる。
本発明に係る一実施例を以下図面に基づいて詳細に説明
する。
第１図においては本発明に係る流体アクチュエータ１の
一形状が示されており、このアクチュエータ１はピスト
ンロッド３を収容したシリンダ２を有し、前記ピストン
ロッド３はシリンダ２の外側端で端壁すなわちグランド
４を貫通して延在する。ロッド３の最外端はロッド端ア
センブリ５を有し、このロッド端アセンブリ５は動作す
る可動部に取付けるようになっている。図示しないが、
シリンダ２の内側端は動作する装置の固定部に取付ける
ための適切な取付部を有する。
図示された流体シリンダ２は直列になった一対の流体チ
ャンバ１０．１２を有する２重のシリンダになっており
、前記チャンバ１０．１２はピストン１４．１６をそれ
ぞれ有し、このピストン１４．１６はこれらと共通の動
きをするための共通ラム出力ロット３に連結されている
。作動中、２つのチャンバは、ロッドを出し入れするか
又は圧縮又は引張り荷重を与えるために協力又は独立し
て使用される。シリンダ自身の特有な構成は本発明の主
要部分ではないので詳細には説明しない。
前記シリンダ２の強度を犠牲にすることなく重量を大幅
に軽減するために、前記シリンダ２は、適切な複合材料
からなる長手方向のファイバ１７及び／又は偏って円周
上でフープ状をなしたファイバ１８に荷重がかかるため
比較的高い強度をもった構成にすることが望ましい。
第１図に示すように、２個の流体チャンバ１０゜１２（
以下、ヘッド端チャンバ及びロッド端チャンバとそれぞ
れ呼ぶ）はビス１−ンロッド３が貫通する中央開口部を
もった中央グランドすわちダム１９によって分割され、
このダム１９はチャンバ１０．１２の間に適切なシール
体を有する。
ピストンロッド３は、通常の場合金属からなっているが
、本発明に関しては、長手（はぼ長手）ファイバ２０及
び円周ファイバ２１の複数の層からなっており、これら
ファイバ２０．２１は、ピストンロッドの全長にわたっ
て複合の構造となっている。前記長手ファイバ２０及び
円周ファイバ２１は高係数のグラファイトフィラメント
で巻かれエポキシ樹脂を含んだファイバのような、必要
とされる高い引張り強さを有する適切な複合材料からな
り、前記ファイバはグラスファイバで補強された複合の
薄い層によって取扱い１貝傷から保護されている。また
、適切なコーティングやブレーティングしたものすなわ
らシェル２２は、複合材料からなるピストンロッドへの
流体の侵入を防ぐシール面を備えるために、ピストンロ
ッドの外径部と内径部上に設けられている。
層をなす長手ファイバ２０は軸線方向の引張荷重に対抗
するためにピストンロッドの縦方向に延在し、これに対
して、層をなす円周ファイバ２１は内及び外径部のまわ
りで所望に巻かれると共に、半径方向の圧力に対抗する
ため及びロッドを通る軸線方向の圧縮荷重に対抗するた
めに、層をなす前記長手ファイバ２０の間に巻かれてい
る。好適には、ピストンロッドの通常断面領域のほぼ半
分は前記長手ファイバからなり、これに対して、前記円
周ファイバは、以下に詳述されるようなピストンロッド
の長さに沿い意図された目的におよそ対応して配分され
る。
ピストンロッドの長さの大部分にわたって、円周ファイ
バ２１はピストンロッド３の断面領域のうちの他の半分
備える、しかしながら、ピストンロッドの長さに沿うあ
る部分で、ロッドの形状に影古された円周ファイバを多
少有している。このような領域は、第１図に示されてい
る好適実施例において、ヘッド端チャンバ１０を通って
延在するピストンロッド３の図示部分の長さの中間に配
置され、この中に、半径方向に延在する隆起領域２５が
あり、この隆起領域は、以下に述べられる目的に対して
ロッドの円周まわりに延在する。隆起領域２５は長手フ
ァイバ２０の間で付加的な円周又はフープ応力で巻を行
なった円周ファイバ２１を隆起領域の両端から中心の方
へ向かって徐々に巻くことによって形成され、長手ファ
イバの最外層が外方へかたより及び／又はロッドの通常
の外径部を越えた円周ファイバを生じる。第４図で最も
よく示されているように、層をなした長手及び円周ファ
イバ２０．２１は、２部分からなるピストンヘッド１４
の対応する形状をした傾斜部２８．２９によって対とな
る保合に対して、ロッドの外径部に複合材料からなり対
面する２つの傾斜面２６．２７を形成するために中心の
方へ徐々に隆起する。ピストンへンドパーツ３１．３２
は、可能な限り遊びを除去するために２つの部分を一緒
にボルト締め又はねし込みをすることによって、傾斜面
２６．２７に予め荷重を与えておく。
ピストンロッドの普通の外部シール３５に加えて、ピス
トンヘッド１４は、ヘッドを横切る漏洩を防止のために
、ピストンロッドの隆起領域２５の外面と保合してシー
ルするための内部シール３６を組み込むことが望ましい
。
第２，３図に示すように、ピストンロッド３の内端に近
接して、ピン４２によって協働して保持され長手方向に
分割した一対の支持シュー４１によって係合するために
、外部溝４０が備えられている。張力をもつ長手ファイ
バ２０は、必要な場合円周ファイバ２１を除去すること
によりお互いに更に密着し、長手ファイバ２０は外部溝
４０の下方で半径方向内方を通過することができる。前
記外部溝４０の対向側（内側）に近接して、長手ファイ
バ２０は、長手方向に分割した支持シュー４１と適合す
るための溝４０の一方側に沿う１頃斜領域４３を形成す
るために、長手ファイバの間に付加的な円周支持フープ
ファイバ２１を散在して挿入することによって外側に向
かされる。付加的な円周ファイバ２１　（又は他の類似
した充填＋Ａ料）は、第３図に示すように、外部溝４０
の他方側に近接して通常のロッドの太さにふぐらまセる
必要がある場所に有する。
外部溝４０とこれに組合わされた支持シュー４１の目的
は、着脱可能なピストンヘッド１６とは別にロッド３の
内端の適当な位置に保持することであり、ここで、前記
着脱可能なピストンヘッド１６は支持シュー４１へねじ
係合するだめの一端内に、ねじ切りされたカウンタボア
４６を有する。このカウンタポアに対向したピストンへ
７・ド１６の内端には内方に曲げられたフランジ部４７
が設けられ、ピストンヘッド１６に予荷重の力を与える
ために支持シュー４１へピストンヘッド１６を密着して
いる間、前記フランジ部４７はピストンロッド３の最内
端で保合する。レンチ用スロット４８は、ロッドに対す
るピストンロッド１６の除去及び組付けを一層容易にす
るために、ピストンヘッド１６の内端に設けられている
。
ロッド３の外端には、金属からなるロッド端アセンブリ
５が設けられている。複合構造をなすロッドへ金属製の
ロッド端アセンブリ５を取付けるために、内方傾斜部５
０（第１．５図参照）は、長手ファイバの間に付加的な
円周ファイバ２１又は他の適切な充填材料を散在して挿
入することにより長手ファイバ２０を半径方向内方に変
位させることによって、ピストンロッドの外端に近接し
た内径部に形成されることが望ましい。内側に設ける金
属製のスタッド５１はピストンロッド３の中空の内径部
内に挿入されるか又は巻かれるかのいずれかであり、そ
して前記スタッド５Ｉは、ピストンロッド３上の内方傾
斜部５０と対をなして係合するために、スタッドの内端
に近接して円錐状に傾斜した外面５２を有している。金
属製スタッド５１の外端は、ピストンロッド３の外端を
越えて軸線方向外方に突出すると共に、金属製のロッド
端アセンブリ５に設けた内ねじ部５４によって係合する
ための外ねじ部５３を有し、このことによって、ねじ部
を伝わる引張荷重をスタッドに伝え、続いて対をなす傾
斜面５０．５２を介して長手ファイバ２０に伝わる。
第５図に示すように、ロッド端アセンブリ５からの圧縮
荷重は、ロッド３の外端に段状をした肩部５５を備える
ことによってロッド３の外端に反発力を生じさせ、前記
肩部５５はこれと対応する形状をなす金属ワッシャ５Ｇ
と保合する。金属ワッシャ５６の他（外）端は、フラッ
トワッシャ５７と係合するためのフラットに形成されて
いる。
スタッド５１ヘロンド端アセンブリ５をロックしてこれ
らの間で相対回動を防止するためには、スタッド５１に
キーみぞ５８を備えることによって成し遂げられ、キー
みぞ５８はワッシャ５７の内径部に設けられたキー（タ
ブ）５９と係合し、第１図に示すように、ワッシャ５７
に設けられた変形可能なタブ６ｏを、ロッド端アセンブ
リ５に設けられたスロット６１内に曲げる。
スタッド５１に周期的な疲労が生しないようにスタッド
に予め荷重をかけておくために、ロノドク；１ニアセン
ブリ５はフラットワッシャ５７どロッド端６６の内端と
の間に螺旋ワッシャ６５を有する。
第１図に示すように、螺旋ワッシャ６５とロッド端６６
との隣接する端部は、対をなす螺旋形状（カム形状）と
なっており、このことによって、螺旋ワッシャ６５に対
するロッド端６６を回動することによりロッド端６６は
、スタッド５１に予荷重の力を与えるためにスタッドか
ら＾１［れるよう軸線方向に移動する。
螺旋ワッシャ６５の対向端（内端）は、フラットワッシ
ャ５７のタブ６０による係合に対して、螺旋ワンシャ内
で周囲に離間したスロット６１を有することでワッシャ
間の相対回動を阻止する。
フラットワッシャ５７の外径部には周囲に離間した複数
の指部６７があり、この指部６７は、ロッド端６６を相
対回動している間引張状態でスタッド５１を載置してお
くため、螺旋ワッシャ６５の回転を防ぐのに適する工具
によって係合されている。したがって、Ｃ字状ワッシャ
７ｏはこの両側にタブ７１．７２を有し、前記Ｃ字状ワ
ンシャ７０はロッド端アセンブリ５の上に載置され、前
記タブ７１．７２は、螺旋ワッシャの相対回動に対して
ロッド端６６をロックするためにロッド端６６及び螺旋
ワ・ンシャ６５の隣接する端部にある各スロット内へ曲
げられる。
ピストンロッド３を形成するために、長手及び円周ファ
イバ２０．２１（充填材料を有する）は心棒または他の
適切な装置上で巻かれ、次にオーブン内に載置され、フ
ァイバ２０．２１が接着されるような十分な温度で加熱
される。更に、一体になっていないピストンヘッド１４
．１６はピストンロッド３に取着けられ、そして金属製
のロッド端アセンブリ５は上述したような方法でロッド
端６６に連結される。また、第１図に示すように、もし
望むなら、直線変位可能な差動トランス７５を、可動コ
ア７６を有する中空状のピストンロッド３内に取付け、
位置検知をするために前記可動コア７６は、金属スタッ
ド５１に取付けられている。
前述から明らかなように、引張り荷重及び圧縮荷重は長
手方向に押圧される長手ファイバのみならず円周方向に
フープ状をなす円周ファイバを有する本発明のピストン
ロッド内へ取り込まれ、必要な場合、前記円周ファイバ
は長手ファイバ間の空所に充填されるのみならず長手フ
ァイバを半径方向に所望の変位量を生じさせ、更に圧縮
荷重に反発するために長手ファイバを固定する。取付け
られたピストンヘッドに作用する流体圧により発生する
荷重を、ピストンロッドを介して反発する一段又は複数
段の流体シリンダを構成するために、−個以上の金属製
ピストンヘッドをピストンロッドに取付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
第１回は本発明に係る流体アクチュエータの一実施例を
示す半断面図、 第２図は第１図の軸線方向内端側から見た側面図、 第３図はピストンロッドの内端側のピストンヘッドの取
付は状態を示す部分拡大断面図、第４図はピストンロッ
ドの外端側の他のピストンヘッドの取付は状態を示す部
分拡大断面図、第５図はピストンロッドのロッドの取付
は状態を示す部分拡大断面図である。 １・・・流体アクチュエータ ２・・・シリンダ ３・・・ピストンロッド １０．１２・・・流体チャンバ １４．１６・・・ピストンヘッド ２０・・・長手ファイバ ２１・・・円周ファイバ゛ ２５・・・隆起領域 ２６．２７，２８．２９・・・１１Ｊｉ斜面３１．３２
・・・ピストンへラドパーツ４１・・・支持シュー　　
　４３・・・傾斜領域４７・・・フランジ部　　　５ｏ
・・・内方傾斜部５１・・・スタッド 特許出願人　　　ニューモ・アペックス・コーポレーシ
ョン 代理人弁理士　　　杉　　村　　暁　　秀同　　　弁理
士　　　　杉　　　村　　　興　　　作冬

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ピストンロッド組立体（１４、３）を収容するため
    に流体チャンバ（１０）を有するシリンダ（２）を備え
    、前記ピストンロッド組立体は、複合材料（２０、２１
    ）から成るピストンロッド（３）と非一体型のピストン
    ヘッド（１４）と取付手段（２６、２７、２８、２９）
    とを有し、前記ピストンロッドに前記ピストンヘッドを
    取付けた流体アクチュエータ（１）において、前記取付
    手段は、前記ピストンロッド（３）及びピストンヘッド （１４）上で対をなす傾斜面（２６、２７と２８、２９
    ）を備えると共に、前記ピストンヘッド側の傾斜面（２
    ８、２９）を前記ピストンロッド側の傾斜面（２６、２
    ７）に対して予め荷重をかけておくための予荷重手段を
    備えたことを特徴とする流体アクチュエータ。 ２、前記ピストンロッド（３）上に対面する２つの傾斜
    面（２６、２７）を備え、前記ピストンヘッド（１４）
    は、前記ピストンロッド（３）に設けた各傾斜面と対を
    なして係合するための傾斜面（２８、２９）をそれぞれ
    有する２個のパーツ（３１、３２）を備え、前記予荷重
    手段は、前記ピストンロッド（３）に設けた対面する傾
    斜面（２６、２７）に対して前記ピストンヘッドのパー
    ツ（３１、 ３２）で予め荷重をかけるために、前記ピストンヘッド
    のパーツ（３１、３２）をお互いにクランプするための
    手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載の流体アクチュエータ。 ３、前記ピストンロッド（３）に設けた対面する傾斜面
    （２６、２７）は、前記ピストンロッド（３）の円周ま
    わりで半径方向外方に延在する隆起領域を備えることに
    よって形成されると共に、前記隆起領域の部位内におい
    て長手ファイバ（２０）の間で円周フエイバ （２１）を順次巻くことによって形成されたことを特徴
    とする特許請求の範囲第２項記載の流体アクチュエータ
    。 ４、前記円周ファイバ（２１）は、長手ファイバ（２０
    ）及び円周ファイバ（２１）の最外層を外方にかたよら
    せそして前記ピストンロッド（３）の外側に対面する前
    記傾斜面 ２６、２７）を形成するために、中心に向かって前記隆
    起領域（２５）の軸線方向の両側から徐々に隆起させた
    ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の流体アク
    チュエータ。 ５、前記ピストンロッド（３）に傾斜面（４３）を有し
    、この傾斜面は前記ピストンロッド （３）の軸線方向の内端に近接して配置されると共に、
    前記軸線方向内端と対面し、前記ピストンロッドの傾斜
    面（４３）と係合するピストンヘッド（１６）の傾斜面
    を有するシュー部材（４１）を設け、前記ピストンヘッ
    ド（１６）を前記シュー部材（４１）とねじ係合したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体アクチ
    ュエータ。 ６、前記予荷重手段は前記ピストンヘッド （１６）の軸線方向内端に内方に曲げられたフランジ部
    （４７）を備え、このフランジ部は、前記ピストンヘッ
    ド（１６）上に予荷重の力を与えるために前記シュー部
    材（４１）に前記ピストンヘッド（１６）を嵌着してい
    る間、前記ピストンロッド（３）の軸線方向内端を係合
    したことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の流体
    アクチュエータ。 ７、前記ピストンロッド（３）は外部溝（４０）を有し
    、前記ピストンロッドの傾斜面（４３）は前記溝（４０
    ）の一方側に形成され、前記外部溝（４０）はこれの両
    側に近接する長手ファイバ（２０）の層の間に充填材料
    （２１）を設けることによって形成されたことを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の流体アクチュエータ。 ８、前記ピストンロッド（３）は中空状をなし、更に前
    記ピストンロッド（３）は、これの軸線方向外端に近接
    して前記ピストンロッド （３）の内径部に内側傾斜部（５０）を設けることによ
    って前記ピストンロッド（３）の軸線方向外端に取付け
    られたロッド端アセンブリ（５）と、前記ピストンロッ
    ド（３）の軸線方向外端内に収容された金属製の内側ス
    タッド（５１）と、前記ロッド端アセンブリ（５）を前
    記スタッド（５１）の軸線方向外端に接続するための手
    段（５３、５４）とを備え、前記スタッド（５１）は、
    前記ピストンロッド（３）に設けた前記内側傾斜部 （５０）と対をなして係合し前記スタッド （５１）の軸線方向内端に近接する円錐状の傾斜をなし
    た外側面（５２）を備えたことを特徴とする特許請求の
    範囲第８項記載の流体アクチュエータ。 ９、前記シリンダ（２）は、直列で複数の流体チャンバ
    （１０、１２）を有する２重のタンデムシリンダからな
    ると共に、前記流体チャンバ（１０、１２）内で共通作
    動をするために前記ピストンロッド（３）に連結され非
    一体型をなす複数のピストンヘッド（１４、 １６）を有したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の流体アクチュエータ。 １０、複合材料（２０、２１）からなるピストンロッド
    （３）を有するピストンロッド組立体（１４、３）を収
    容するための流体チャンバ（１０）をもつシリンダ（２
    ）と、前記ピストンロッド（３）に連結され非一体型を
    なすピストンヘッド（１４）と、ロッド端アセンブリ（
    ５）と、このロッド端アセンブリ（５）を前記ピストン
    ロッド（３）の軸線方向外端に取付けるための取付手段
    とを備えた流体アクチュエータ（１）において、前記取
    付手段は前記ピストンロッド（３）の軸線方向外端に近
    接して前記ピストンロッド（３）の内径部に設けた内側
    傾斜部（５０）と、前記ピストンロッド（３）の軸線方
    向外端内に収容された金属製内側スタッド（５１）と、
    このスタッド（５１）の軸線方向外端に前記ロッド端ア
    センブリ（５）を接続するための手段 （５３、５４）とを備え、前記スタッド （５１）は前記ピストンロッド（３）に設けた前記内側
    傾斜部（５０）と対をなして係合し前記スタッド（５１
    ）の軸線方向内端に近接する円錐状の傾斜をなした外側
    面（５２）を備えたことを特徴とする流体アクチュエー
    タ。
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