JPWO2015162791A1 - 非可逆機構 - Google Patents

Abstract

この非可逆機構（１）は、回転可能な入力軸（３）と、入力軸に従って回転する出力軸（４）と、出力軸側からのバックドライブトルクを軸方向力に変換する変換機構（５）と、第１ブレーキ面（６１）を有するブレーキ部（６）と、出力軸と一体回転するように設けられ、変換機構の軸方向力に応じて第１ブレーキ面に押圧される第２ブレーキ面（５６）とを備える。第１ブレーキ面および第２ブレーキ面は、変換機構の軸方向力の作用方向に向かって先細るテーパ面からなる。

Description

この発明は、非可逆機構に関し、特に、出力軸側から伝達されるバックドライブトルクを入力軸側へ伝達することを阻む非可逆機構に関する。

従来、出力軸側から伝達されるバックドライブトルクを入力軸側へ伝達することを阻む非可逆機構が知られている。このような非可逆機構は、たとえば、特開２００７−３３２９８６号公報に開示されている。

上記特開２００７−３３２９８６号公報に開示されている非可逆機構は、入力軸と、出力軸と、多板ブレーキと、出力軸と多板ブレーキとを接続するネジ送り機構とを備えている。多板ブレーキは、ハウジングに取り付けられた複数の第１の摩擦板と、ネジ送り機構に取り付けられた複数の第２の摩擦板とを含む。第１の摩擦板と第２の摩擦板とは、それぞれ半径方向に沿って設けられ、軸方向に交互に並ぶように配置されている。出力軸にバックドライブトルクが作用すると、出力軸の回転をネジ送り機構が軸方向変位に変換して、第２の摩擦板を第１の摩擦板に押圧させる。これにより、出力軸にバックドライブトルクが作用した場合に出力軸が固定され、入力軸側へのバックドライブトルクの伝達が阻まれる。

このような非可逆機構は、航空機や一般産業機械等の動力伝達系に適用される。たとえば航空機では、操舵用の舵面（フラップ）駆動装置などに適用し、舵面側（出力軸側）からのバックドライブトルクが入力軸側に伝達されることを阻止することができる。

特開２００７−３３２９８６号公報

上記特開２００７−３３２９８６号公報の非可逆機構では、複数（多数）の摩擦板によって多板ブレーキを構成しているため、部品点数が多くなる傾向がある。また、上記特開２００７−３３２９８６号公報の非可逆機構では、多板ブレーキの複数の摩擦板を軸方向に沿って並べて配置しているため、非可逆機構の軸方向の全長が大きくなる傾向がある。そのため、非可逆機構としては、部品点数の増加を抑制して構造の簡素化を図るとともに、軸方向の全長を抑制することが望ましい。

特に、非可逆機構を航空機の動力伝達系に適用する場合、燃費への影響から、全長を抑制することによる非可逆機構の小型化や軽量化が重要となる。また、航空機の分野では安全性が特に重要視されることから、部品点数を削減して構造の簡素化を図ることは、非可逆機構の信頼性向上のために重要である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、部品点数の増加を抑制して構造の簡素化を図るとともに、軸方向の全長を抑制することが可能な非可逆機構を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における非可逆機構は、回転可能な入力軸と、入力軸に従って回転する出力軸と、出力軸と接続され、出力軸側からのバックドライブトルクを軸方向力に変換する変換機構と、第１ブレーキ面を有し回転不能に設けられたブレーキ部と、第１ブレーキ面と対向し、出力軸と一体回転するように設けられ、変換機構の軸方向力に応じて第１ブレーキ面に押圧される第２ブレーキ面とを備え、第１ブレーキ面および第２ブレーキ面は、変換機構の軸方向力の作用方向に向かって先細るテーパ面からなる。

この発明の一の局面による非可逆機構では、上記のように、第１ブレーキ面を有し回転不能に設けられたブレーキ部と、第１ブレーキ面と対向し、出力軸と一体回転するように設けられ、変換機構の軸方向力に応じて第１ブレーキ面に押圧される第２ブレーキ面とを設け、第１ブレーキ面および第２ブレーキ面を、変換機構の軸方向力の作用方向に向かって先細るテーパ面により構成する。これにより、出力軸にバックドライブトルクが作用した場合に、先細りのテーパ面からなる第１ブレーキ面に対して第２ブレーキ面を押し込むように軸方向力を作用させて摩擦トルク（制動トルク）を発生させることができる。この結果、テーパ面のいわゆる倍力効果によって、第１ブレーキ面と出力軸側の第２ブレーキ面との間に大きな摩擦トルク（制動トルク）を発生させることができる。これにより、半径方向に沿った複数（多数）の摩擦板同士を軸方向に押圧する多板ブレーキの構成と異なり、多数の摩擦板を設けなくとも十分な摩擦トルク（制動トルク）を発生させることができる。その結果、本発明によれば、部品点数の増加を抑制して構造の簡素化を図ることができるとともに、軸方向の全長を抑制することができる。また、以上により、非可逆機構の全長を抑制することによって小型軽量化を図ることができるとともに、構造の簡素化によって非可逆機構の信頼性を向上させることができるので、本発明によれば、燃費（小型軽量化）および安全性（高信頼性）が特に重要視される航空機分野特有の要請にも合致した非可逆機構を提供することができる。

上記一の局面による非可逆機構において、好ましくは、変換機構は、出力軸側に設けられた第１部材と、第２ブレーキ面側に設けられた第２部材と、第１部材と第２部材との間に配置された中間部材とを含み、第１ブレーキ面および第２ブレーキ面は、中間部材よりも半径方向の外側に配置されている。このように構成すれば、摩擦トルクの発生部位である第１ブレーキ面および第２ブレーキ面の出力軸からの距離（半径）を大きくすることができる。その結果、摩擦トルク（制動トルク）を大きくすることができる。これにより、簡素かつ軸方向の全長の小さな構造を実現しながら、より大きな摩擦トルク（制動トルク）を発生させることができる。

この場合、好ましくは、第１ブレーキ面および第２ブレーキ面は、変換機構と軸方向に重なる位置に配置されている。このように構成すれば、第１ブレーキ面および第２ブレーキ面の出力軸からの距離（半径）を大きくしながら、非可逆機構の軸方向の全長をさらに抑制することができる。

上記第１ブレーキ面および第２ブレーキ面が変換機構と軸方向に重なる位置に配置される構成において、好ましくは、第２ブレーキ面は、変換機構の第２部材に一体的に設けられている。このように構成すれば、第２ブレーキ面が形成されたブレーキ部材を別途設ける必要がないので、その分、部品点数を減少させることができる。これにより、部品点数を減少させて更なる構造の簡素化を図ることができる。

この場合、好ましくは、変換機構は、ボールランプ部を有する一対のカム部材を第１部材および第２部材として含むとともに、一対のカム部材の間でボールランプ部に配置されるボールを中間部材として含むボールランプ機構であり、第１ブレーキ面は、ブレーキ部の円周状の内周面に設けられ、第２ブレーキ面は、カム部材の円周状の外周面に形成されている。このように構成すれば、ボールランプ機構によって、容易かつコンパクトに、バックドライブトルクを軸方向力に変換する構造を得ることができる。また、第１ブレーキ面および第２ブレーキ面を円周状に形成することができる。これにより、第１ブレーキ面と第２ブレーキ面との接触面積を容易に増大させることができる。その結果、大きな摩擦トルクを発生させる場合にも、第１ブレーキ面と第２ブレーキ面との接触面圧の増大を効果的に抑制することができる。

上記一の局面による非可逆機構において、好ましくは、回転不能に設けられた第３ブレーキ面と、変換機構を介さずに出力軸と一体回転するように設けられ、変換機構の軸方向力によって第３ブレーキ面に押圧される第４ブレーキ面とをさらに備える。このように構成すれば、出力軸にバックドライブトルクが作用した場合に、第３ブレーキ面と第４ブレーキ面との間で摩擦トルク（制動トルク）を発生させることができる。これにより、発生した摩擦トルク（制動トルク）の分だけ、出力軸から変換機構に入力されるトルクを低減することができる。この結果、変換機構から第２ブレーキ面に付与される軸方向力も低減されるので、第１ブレーキ面と第２ブレーキ面との間の摩擦トルク（制動トルク）も小さくすることができる。ここで、非可逆機構の作動中に、バックドライブトルクと同じ方向に入力軸を回転させる場合（いわゆる助勢駆動時）、入力軸には、出力軸から変換機構に入力されるトルクと、第１ブレーキ面と第２ブレーキ面との間の摩擦トルク（制動トルク）との差分の駆動トルクを入力すればよい。したがって、摩擦トルクの大きさを小さくすることができるので、たとえば第１ブレーキ面や第２ブレーキ面の摩擦係数が変動する場合にも、摩擦トルクの変動幅を小さく抑えることができる。その結果、助勢駆動時の駆動トルクの変動を抑制することができる。

この場合において、好ましくは、ブレーキ部には、第１ブレーキ面および第３ブレーキ面がそれぞれ設けられている。このように構成すれば、第１ブレーキ面および第３ブレーキ面を共通のブレーキ部に形成することができる。これにより、第１ブレーキ面に加えて第３ブレーキ面を設ける場合にも、部品点数が増加するのを抑制することができる。

上記一の局面による非可逆機構において、好ましくは、ブレーキ部は、単一の部材により構成されている。このように構成すれば、半径方向に沿った多数の摩擦板同士を軸方向に押圧する多板ブレーキの構成と異なり、部品点数が増加するのを抑制することができる。その結果、より一層、構造の簡素化を図ることができる。

上記のように、本発明によれば、部品点数の増加を抑制して構造の簡素化を図るとともに、軸方向の全長を抑制することができる。

本発明の一実施形態による非可逆機構を示した模式的な縦断面図である。 図１の２００−２００線に沿った模式的な断面図である。 変換機構を説明するための模式図である。 図１に示した非可逆機構において作用するトルクおよび軸方向力を説明するための図である。 非可逆機構の作動時において変換機構の第１カム部と第２カム部とが回転位相差を生じた状態を示した模式図である。 図５において非可逆機構の助勢駆動を行う場合を説明するための模式図である。 図５において非可逆機構の反抗駆動を行う場合を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態による非可逆機構の変形例を示した模式図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態による非可逆機構１の全体構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態による非可逆機構１は、入力軸３に入力された駆動トルクを出力軸４に伝達する一方、出力軸４にバックドライブトルクが作用した場合には、出力軸４の回転を阻止することにより、そのバックドライブトルクが入力軸３側に伝達されるのを阻む機構である。入力軸３は、駆動トルク（入力トルク）を発生させる図示しないアクチュエータ側に接続される。また、出力軸４は、アクチュエータの駆動トルクの伝達先である機器または機械要素等に接続される。バックドライブトルク（以下、ＢＤトルクという）とは、出力軸４側の機器や機械要素で発生し、出力軸４に作用するトルクである。

このような非可逆機構は、航空機や一般産業機械等の動力伝達系に適用される。たとえば航空機では、操舵用の舵面（フラップ）の駆動系などに適用することができる。舵面は、入力軸３側のアクチュエータ駆動によって、所定角度に回動される。飛行中に舵面には空気力が作用するため、空気力によって舵面側から出力軸４にＢＤトルクが作用する。この場合、非可逆機構１は、ＢＤトルクによる出力軸４の回転を阻止して舵面角度を保持するとともに、アクチュエータ（入力軸３）側へのＢＤトルクの伝達を阻むように機能する。非可逆機構は、バックトルクリミッタなどとも呼ばれる。

本実施形態による非可逆機構１は、ハウジング２と、入力軸３と、出力軸４と、変換機構５と、ブレーキ部６とを主として備えている。また、非可逆機構１は、出力側ブレーキ部材７と、プリロードバネ８と、バネ受け部材９とを備えている。ブレーキ部６には、第１ブレーキ面６１および第３ブレーキ面６２が形成されている。変換機構５には、第１ブレーキ面６１と当接する第２ブレーキ面５６が設けられている。また、出力側ブレーキ部材７には、第３ブレーキ面６２と当接する第４ブレーキ面７２が設けられている。以下では、入力軸３および出力軸４の回転中心軸Ｏの延びるＡ方向を軸方向という。また、軸方向Ａと直交し、中心軸Ｏを中心とする半径方向をＢ方向として示す。

ハウジング２は、上記の各部を収容する箱状部材である。ハウジング２は、入力軸３と出力軸４とを、それぞれ回転可能に支持している。また、ハウジング２は、内周面に、軸方向Ａに延びるスプライン部２１を有する。

入力軸３は、軸部３１と、入力フランジ部３２と、キー部３３とを含む回転軸である。軸部３１は、ハウジング２によって中心軸Ｏ回りに回転支持されている。入力フランジ部３２は、軸部３１の出力軸４側（Ａ１側）の先端部から、半径方向Ｂに張り出すように円板（円環）形状に形成されている。キー部３３は、入力フランジ部３２の外周縁から、出力軸４側（Ａ１側）に向けて軸方向Ａに突出するように形成された柱状部分である。キー部３３は、図２に示すように、入力フランジ部３２の外周縁において、回転方向に等角度（約１２０度）間隔で複数（３つ）設けられている。キー部３３は、後述するように、所定の隙間ＣＬを隔てて出力軸４および変換機構５の両方と回転方向に係合している。キー部３３は、駆動トルクを出力軸４に伝達して出力軸４を回転させる機能を有する。

図１に示すように、出力軸４は、入力軸３に従って回転する回転軸（従動軸）である。出力軸４は、軸部４１と、出力フランジ部４２とを含んでいる。軸部４１は、ハウジング２によって中心軸Ｏ回りに回転支持されている。また、軸部４１の外周部には、軸方向Ａに延びるスプライン部４３と、ネジ部４４とが形成されている。軸方向Ａにおいて、スプライン部４３は、ネジ部４４と出力フランジ部４２との間の位置に設けられている。出力フランジ部４２は、軸部４１の入力軸３側（Ａ２側）の先端部から、半径方向Ｂに張り出すように円板（円環）形状に形成されている。図２に示すように、出力フランジ部４２の外周面部には、入力軸３のキー部３３と係合する溝部（半径方向の溝）４５が形成されている。溝部４５は、キー部３３に対応するように、回転方向に等角度（約１２０度）間隔で複数（３箇所）設けられている。また、後述するように、出力フランジ部４２は、変換機構５の第１カム部５１を兼ねている。

図１に示すように、変換機構５は、出力軸４と接続され、出力軸４側からのＢＤトルクを軸方向力に変換するように構成されている。変換機構５は、出力軸４側に設けられた第１カム部５１と、第２ブレーキ面５６側に設けられた第２カム部５２と、第１カム部５１と第２カム部５２との間に配置されたボール５３とを含む。すなわち、変換機構５は、ボールランプ部５４を有する一対のカム部材（第１カム部５１と第２カム部５２）を含むとともに、一対のカム部材の間でボールランプ部５４に配置されるボール５３を含むボールランプ機構である。第１カム部５１は、本発明の「第１部材」および「カム部材」の一例であり、第２カム部５２は、本発明の「第２部材」および「カム部材」の一例である。また、ボール５３は、本発明の「中間部材」の一例である。

変換機構５は、入力軸３から駆動トルクが入力される駆動時には、出力軸４と一体で回転するように構成されている。また、変換機構５は、出力軸４にＢＤトルクが作用する場合には、ＢＤトルクをＡ方向の軸方向力Ｗ_ｂに変換して、第２ブレーキ面５６をブレーキ部６の第１ブレーキ面６１に押圧するように構成されている。

具体的には、第１カム部５１は、出力軸４の出力フランジ部４２に一体的に形成されている。第１カム部５１は、出力フランジ部４２のＡ１側表面に形成されたボールランプ部５４を有している。ボールランプ部５４は、図３に示すように、ボール５３が嵌り込む凹状の斜面部である。

図１に示すように、第２カム部５２は、出力軸４の外周側に配置された環状部材（図２参照）である。第２カム部５２は、出力フランジ部４２を内側に収容するように凹状に形成されている。第２カム部５２は、第１カム部５１（出力フランジ部４２）と軸方向Ａに対向する位置に形成されたボールランプ部５４を有している。また、第２カム部５２には、図２に示すように、入力軸３のキー部３３と係合する溝部（半径方向の溝）５５が形成されている。溝部５５は、キー部３３に対応するように、回転方向に等角度（約１２０度）間隔で３箇所設けられている。また、第２カム部５２は、円環状形状を有する。そして、図１に示すように、第２カム部５２の円周状の外周面に、第２ブレーキ面５６が形成されている。

このように、第２ブレーキ面５６は、変換機構５の第２カム部５２に一体的に設けられている。より具体的には、第２カム部５２の外周面は、変換機構５の軸方向力Ｗ_ｂの作用方向であるＡ１方向に向かって先細るテーパ面からなる。そして、第２カム部５２のテーパ面からなる外周面に、第２ブレーキ面５６が形成されている。また、第２ブレーキ面５６は、第１ブレーキ面６１と対向し、出力軸４と一体で回転するように設けられている。第２ブレーキ面５６は、第２カム部５２の外周面において、Ａ２側端部の近傍を除く軸方向長さＬ１の範囲に渡って形成されている。

ボール５３は、図３に示すように、第１カム部５１のボールランプ部５４と第２カム部５２のボールランプ部５４とに嵌り込む状態を安定状態として、第１カム部５１と第２カム部５２との間に保持されている。ボール５３（およびボールランプ部５４）は、回転方向に等角度（約１２０度）間隔で複数（３つ）設けられ、それぞれ３つのキー部３３（および溝部４５、溝部５５）の間の位置に配置されている。ボールランプ部５４にボール５３が収まる安定状態（図３参照）において、出力フランジ部４２（第１カム部５１）の溝部４５と、第２カム部５２の溝部５５とは、図２に示すように互いの回転角度位置（回転位相）が一致した状態となるように構成されている。

図３に示すように、出力軸４にＢＤトルクが作用すると、ボール５３は、第１カム部５１からのトルクＴ_ｂによってボールランプ部５４を乗り上げるようにしてＡ１方向（軸方向）に変位する。この際、出力フランジ部４２（第１カム部５１）の溝部４５は、第２カム部５２の溝部５５に対して回転位相差ＰＤ（図５参照）を有するように位置ずれ（回動）する。そして、ボール５３のＡ１方向（軸方向）の変位によって、Ａ１方向の軸方向力Ｗ_ｂが発生する。この結果、第２カム部５２の第２ブレーキ面５６は、図１に示すように、Ａ１方向の軸方向力Ｗ_ｂに応じて第１ブレーキ面６１に押圧される。なお、図２に示すように、入力軸３のキー部３３と、出力フランジ部４２の溝部４５および第２カム部５２の溝部５５の内表面との間の隙間ＣＬは、出力フランジ部４２（溝部４５）と第２カム部５２（溝部５５）との回転位相差ＰＤを十分吸収できるだけの余裕を持たせるように構成される。なお、図２および図５〜図７等では、便宜的に、隙間ＣＬの大きさを誇張して図示している。

図１に示すように、ブレーキ部６は、出力軸４の出力フランジ部４２および変換機構５（第１カム部５１、第２カム部５２およびボール５３）の外周側（半径方向外側）の位置に配置されている。ブレーキ部６は、第１ブレーキ面６１と、第３ブレーキ面６２とを有する単一の部材（本体部６３）により構成されている。本体部６３は、円環状（図２参照）に形成されている。また、ブレーキ部６は、本体部６３の外周面に、ハウジング２のスプライン部２１と係合するスプライン部６４を有している。これにより、ブレーキ部６は、軸回りに回転不能で、かつ、軸方向Ａには移動可能となっている。したがって、第１ブレーキ面６１および第３ブレーキ面６２は、共に軸回りに回転不能となっている。

ここで、本実施形態では、第１ブレーキ面６１は、本体部６３の円周状の内周面に設けられている。つまり、第１ブレーキ面６１は、円周状（円環状）に形成されている。また、第１ブレーキ面６１は、本体部６３の内周面において、軸方向Ａの略全長に渡って形成されている。第１ブレーキ面６１は、第２ブレーキ面５６と同様、変換機構５の軸方向力Ｗ_ｂの作用方向Ａ１に向かって先細るテーパ面からなる。

第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６は、一定のテーパ角度で傾斜している。第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６のテーパ角度は同一である。したがって、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６は互いに面接触して摩擦トルク（制動トルク）を発生させるように構成されている。第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６は、テーパ面の倍力効果（くさび効果）によって、軸方向力Ｗ_ｂに比較して大きな垂直抗力Ｎを発生させるように構成されている。第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６の接触部分では、この垂直抗力Ｎと中心軸Ｏからの距離（半径）とに比例する摩擦トルク（制動トルク）が発生する。

また、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６は、変換機構５のボール５３よりも半径方向Ｂの外側に配置されている。また、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６は、変換機構５の第１カム部５１（出力軸４の出力フランジ部４２）よりも半径方向Ｂの外側に配置されている。また、軸方向Ａにおいて、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６は、変換機構５と軸方向Ａに重なる位置に配置されている。第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６の接触部分の軸方向Ａの長さは、Ｌ１である。長さＬ１は、変換機構５の軸方向Ａの長さＬ２よりも小さい。そして、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６は、接触部分が変換機構５の軸方向Ａの長さＬ２の範囲内に収まるように配置されている。

第３ブレーキ面６２は、ブレーキ部６の出力側（Ａ１側）の円周状（環状）の端面に形成されている。すなわち、第３ブレーキ面６２は、ブレーキ部６の半径方向Ｂに沿う面（軸方向Ａに対する垂直面）からなり、円周状に形成されている。

出力側ブレーキ部材７は、ブレーキ部６に対してＡ１方向側に隣接するように配置されている。また、出力側ブレーキ部材７は、内周部に、出力軸４のスプライン部４３と係合するスプライン部７１を有している。これにより、出力側ブレーキ部材７は、出力軸４と一体で回転するとともに、出力軸４に対して軸方向Ａに相対移動可能となっている。出力側ブレーキ部材７には、変換機構５を介さずに出力軸４と一体回転するように設けられ、変換機構５の軸方向力Ｗ_ｂによって第３ブレーキ面６２に押圧される第４ブレーキ面７２が形成されている。第４ブレーキ面７２は、第３ブレーキ面６２と対向するように出力側ブレーキ部材７のＡ２側表面に形成されている。第４ブレーキ面７２は、第３ブレーキ面６２に対応する円周状に形成されている。第４ブレーキ面７２は、第３ブレーキ面６２と同様に、半径方向Ｂに沿う面（軸方向Ａに対する垂直面）からなる。第３ブレーキ面６２および第４ブレーキ面７２は、半径方向Ｂにおいて、変換機構５のボール５３よりも外側の位置に配置されている。

プリロードバネ８は、軸方向Ａに付勢力を発生させる圧縮コイルバネである。プリロードバネ８は、出力側ブレーキ部材７とバネ受け部材９との間に配置されている。このバネ受け部材９は、出力側ブレーキ部材７のＡ１方向側で、プリロードバネ８の一端を支持している。また、バネ受け部材９は、内周部に、出力軸４のスプライン部４３と係合するスプライン部９１を有している。これにより、バネ受け部材９は、出力軸４と一体で回転するとともに、出力軸４に対して軸方向Ａに相対移動可能となっている。バネ受け部材９のＡ１方向側には、出力軸４のネジ部４４に締結（螺合）された固定ナット４６が設けられている。プリロードバネ８は、Ａ１側をバネ受け部材９および固定ナット４６に支持された状態で、出力側ブレーキ部材７をＡ２方向に付勢している。このプリロードバネ８の付勢力は、第１ブレーキ面６１と第２ブレーキ面５６との間の初期摩擦トルクを発生させ、ＢＤトルク発生時の第１ブレーキ面６１と第２ブレーキ面５６との滑り（空回り）を防止する。なお、ＢＤトルク発生時のボール５３のＡ１方向の変位は、出力側ブレーキ部材７とバネ受け部材９との間の僅かな隙間によって吸収される。Ａ１方向の軸方向力Ｗ_ｂは、最終的に固定ナット４６により受け止められる。また、軸方向力Ｗ_ｂの反作用として第１カム部５１側に作用するＡ２方向の軸方向力（図示せず）は、出力軸４を介して最終的に固定ナット部４６により受け止められる。

次に、図４〜図７を参照して、本実施形態による非可逆機構１の動作を説明する。

（ＢＤトルク伝達を阻止する動作）
まず、出力軸４にＢＤトルクが作用した場合に、非可逆機構１が入力軸３側へのトルク伝達を阻止する動作（非可逆機構１の作動時の動作）について説明する。

図４に示すように、出力軸４にＢＤトルク（回転トルク）が作用すると、ＢＤトルクＴ_ＢＤによって、出力軸４、出力側ブレーキ部材７およびバネ受け部材９が、ハウジング２およびブレーキ部６に対して回転するように駆動される。この際、プリロードバネ８の付勢力に応じた初期摩擦トルクが第１ブレーキ面６１と第２ブレーキ面５６との間（摩擦面Ｐとする）に発生し、第２カム部５２を制動する。また、プリロードバネ８の付勢力に応じた初期摩擦トルクが、第３ブレーキ面６２と第４ブレーキ面７２との間（摩擦面Ｑとする）に発生する。

これに対して、ＢＤトルクＴ_ＢＤが出力軸４に作用する結果、変換機構５のボール５３にはトルクＴ_ｂが入力される。これにより、出力軸４側の第１カム部５１が第２カム部５２に対して回転位相差ＰＤ（図５参照）を発生させるように位置ずれする。この結果、Ａ１方向の軸方向力Ｗ_ｂが発生する。

第２カム部５２に作用する軸方向力Ｗ_ｂによって、第２ブレーキ面５６が第１ブレーキ面６１に向けてＡ１方向に押圧される。これにより、摩擦面Ｐにおいて、摩擦トルク（制動トルク）Ｔ_ｐが発生する。摩擦面Ｐでは、テーパ面の倍力効果（くさび効果）によって、単純に軸方向力Ｗ_ｂを摩擦面Ｐに作用させる場合よりも大きな摩擦トルクＴ_ｐが発生する。また、ＢＤトルクＴ_ＢＤが大きくなると、第１カム部５１からボール５３に入力されるトルクＴ_ｂが増大する。その結果、第２カム部５２に作用する軸方向力Ｗ_ｂが増大するため、摩擦面Ｐにおいて発生する摩擦トルクＴ_ｐがさらに増大する。

第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６（摩擦面Ｐ）は、発生する摩擦トルクＴ_ｐがＢＤトルクの許容値（Ｔ_ＢＤの最大値）よりも大きくなるように、半径方向Ｂの位置（平均半径Ｒ_ｐ）、接触面積（軸方向Ａの長さＬ１）、テーパ角度や摩擦係数などが設定される。このため、摩擦面Ｐの摩擦トルクＴ_ｐが常にＢＤトルクＴ_ＢＤよりも大きい状態が維持され、出力軸４の回転が阻止される。また、出力軸４の回転が阻止されるので、入力軸３側へトルク（回転）が伝達されることが防止される。なお、上記の動作は、いずれの回転方向にＢＤトルクＴ_ＢＤが作用した場合でも、同様である。回転方向によって、第２カム部５２に対する第１カム部５１の回転位相差ＰＤの生じる方向が変化するだけである。

次に、非可逆機構１の作動中（出力軸４にＢＤトルクが作用した場合）に、入力軸３を駆動する動作について説明する。ここでは、ＢＤトルクＴ_ＢＤの作用方向と同じ方向に駆動トルクＴ_ｉｎを入力する場合を助勢駆動という。また、ＢＤトルクＴ_ＢＤの作用方向と反対方向に駆動トルクＴ_ｉｎを入力する場合を反抗駆動という。

（助勢駆動時の動作）
助勢駆動の場合、非可逆機構１が作動中の状態であるので、図５に示すように、第１カム部５１が第２カム部５２に対して回転位相差を有した状態にある。ここでは、図５の時計方向にＢＤトルクＴ_ＢＤが作用し、入力軸３を同じ時計方向に駆動するケースについて説明する。

入力軸３を時計方向に駆動（回転）すると、図６に示すように、入力軸３のキー部３３は、第１カム部５１とは当接せずに、第２カム部５２の溝部５５の内面に当接する。このため、入力軸３の駆動トルクＴ_ｉｎは、第１カム部５１には作用せずに、第２カム部５２に直接作用する。図４に示すように、第２カム部５２には、ＢＤトルクＴ_ＢＤによってボール５３に入力されるトルクＴ_ｂと、駆動トルクＴ_ｉｎ（図６参照）とが同方向に作用する一方、摩擦面Ｐの摩擦トルクＴ_ｐが反対方向に作用する。このため、トルクＴ_ｂと摩擦トルクＴ_ｐとの差分に相当する大きさの駆動トルクＴ_ｉｎで入力軸３を駆動すれば、第２カム部５２が回転する。

助勢駆動の場合、第２カム部５２が回転を始めても、出力軸４（第１カム部５１）側にはＢＤトルクＴ_ＢＤが作用し続ける。そのため、出力軸４は、図６に示すように、第２カム部５２の回転分だけ、第１カム部５１と第２カム部５２とが回転位相差ＰＤを有したまま回転することになる。

（反抗駆動時の動作）
反抗駆動の場合も、非可逆機構１が作動中の状態であるので、図５に示すように、第１カム部５１が第２カム部５２に対して回転位相差ＰＤを有した状態にある。ここでは、図５に示す時計方向にＢＤトルクＴ_ＢＤが作用し、入力軸３を反時計方向に駆動するケースについて説明する。

入力軸３を反時計方向に駆動（回転）すると、入力軸３のキー部３３は、第２カム部５２とは当接せずに、第１カム部５１の溝部４５の内面に当接する。このため、入力軸３の駆動トルクＴ_ｉｎは、第２カム部５２には作用せずに、第１カム部５１に直接作用する。駆動トルクＴ_ｉｎによって第１カム部５１を回転させることにより、図７に示すように、第１カム部５１と第２カム部５２との回転位相差ＰＤが解消される。この結果、軸方向力Ｗ_ｂが無くなり、摩擦面Ｐの摩擦トルクＴ_ｐが解除される。これにより、出力軸４と変換機構５（第２カム部５２）とが一体で回転するようになる。

回転位相差ＰＤが解消された後、キー部３３が溝部４５の内周面と溝部５５の内周面との両方と当接し、出力軸４と第２カム部５２との両方を回転させる。ＢＤトルクＴ_ＢＤとプリロードバネ８の付勢力に応じた初期摩擦トルクとの合計分に相当する駆動トルクＴ_ｉｎで駆動すれば、出力軸４を回転させることが可能となる。上記の動作は、いずれの回転方向にＢＤトルクＴ_ＢＤが作用した場合でも、同様である。

なお、ＢＤトルクＴ_ＢＤが作用していない場合には、第１カム部５１と第２カム部５２とに回転位相差ＰＤが発生していない安定状態で、入力軸３を駆動することになる。この場合、ＢＤトルクＴ_ＢＤが作用しないだけで、動作としては、図７に示した回転位相差ＰＤが解消された後の反抗駆動の動作と同じである。

次に、本実施形態による非可逆機構１の第３ブレーキ面６２および第４ブレーキ面７２の作用（摩擦面Ｑの作用）について説明する。

図４に示すように、助勢駆動の場合、ボール５３に入力されるトルクＴ_ｂの大きさは、ＢＤトルクＴ_ＢＤと摩擦面Ｑにおいて発生する摩擦トルクＴ_ｑとの差分に相当する。つまり、第３ブレーキ面６２と第４ブレーキ面７２とを設けることによって、ボール５３に入力されるトルクＴ_ｂが減少することになる。図３から分かるように、ボール５３に入力されるトルクＴ_ｂが小さくなると、その分軸方向力Ｗ_ｂが小さくなり、摩擦面Ｐにおいて発生する摩擦トルクＴ_ｐが減少する。したがって、発生したＢＤトルクＴ_ＢＤに対して、ボール５３に入力されるトルクＴ_ｂと摩擦面Ｐにおいて発生する摩擦トルクＴ_ｐとを抑制することができる。

具体的には、ボール５３に入力されるトルクＴ_ｂは、ＢＤトルクＴ_ＢＤと摩擦面Ｑの摩擦トルクＴ_ｑとにより、下式（１）で表される。
Ｔ_ｂ＝Ｔ_ＢＤ−Ｔ_ｑ ・・・（１）

摩擦面Ｑの摩擦トルクＴ_ｑは、下式（２）で表される。
Ｔ_ｑ＝μ×Ｒ_ｑ×Ｗ_ｂ ・・・（２）
ここで、μは摩擦面Ｑの摩擦係数である。Ｒ_ｑ（図４参照）は、回転軸から摩擦面Ｑまでの平均距離（半径）である。Ｗ_ｂは、ボール５３に入力されるトルクＴ_ｂにより発生する変換機構５の軸方向力である。

また、軸方向力Ｗ_ｂは、図３および図４から分かるように、下式（３）で表される。
Ｗ_ｂ＝Ｔ_ｂ／（Ｒ_ｂ×ｔａｎθ） ・・・（３）
ここで、Ｒ_ｂは、回転軸からボール５３の中心までの距離（半径）である。また、θは、ボールランプ部５４の傾斜角である。

上式（１）〜（３）より、下式（４）が得られる。
Ｔ_ｂ＝Ｔ_ＢＤ×Ｒ_ｂ×ｔａｎθ／（Ｒ_ｂ×ｔａｎθ＋μ×Ｒ_ｑ）
＝Ｔ_ＢＤ×α／（α＋μ×Ｒ_ｑ）・・・（４）
なお、α＝Ｒ_ｂ×ｔａｎθ（定数）である。

上式（４）により、摩擦面Ｑ（第３ブレーキ面６２および第４ブレーキ面７２）を設けることによって、式（４）の右辺分母の（μ×Ｒ_ｑ）の分だけボール５３に入力されるトルクＴ_ｂが小さくなることが分かる。そして、摩擦面Ｐ（第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６）の摩擦トルクＴ_ｐは、トルクＴ_ｂにより発生する軸方向力Ｗ_ｂに応じて発生することから、摩擦面Ｐの摩擦トルクＴ_ｐも減少することになる。

助勢作動時の駆動トルクＴ_ｉｎは、下式（５）となる。
Ｔ_ｉｎ＝Ｔ_ｐ−Ｔ_ｂ ・・・（５）
摩擦面Ｑ（第３ブレーキ面６２および第４ブレーキ面７２）によって、摩擦トルクＴ_ｐおよびボール５３に入力されるトルクＴ_ｂの両方が小さくなる。そのため、摩擦面Ｐの摩擦係数が変動する場合などにも、摩擦トルクＴ_ｐの変動幅を小さく抑えることが可能となる。その結果、助勢駆動時に要求される駆動トルクＴ_ｉｎの変動が小さく抑えられる。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、第１ブレーキ面６１を有し回転不能に設けられたブレーキ部６を非可逆機構１に設ける。また、第１ブレーキ面６１と対向し、出力軸４と一体回転するように設けられ、変換機構５の軸方向力Ｗ_ｂに応じて第１ブレーキ面６１に押圧される第２ブレーキ面５６を非可逆機構１に設ける。そして、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６を、変換機構５の軸方向力Ｗ_ｂの作用方向に向かって先細るテーパ面により構成する。これにより、テーパ面の倍力効果によって、第１ブレーキ面６１と出力軸４側の第２ブレーキ面５６との間に大きな摩擦トルク（制動トルク）Ｔ_ｐを発生させることができる。これにより、多数の摩擦板を設けなくとも十分な摩擦トルク（制動トルク）Ｔ_ｐを発生させることができる。その結果、本実施形態の非可逆機構１によれば、部品点数の増加を抑制して構造の簡素化を図ることができるとともに、軸方向Ａの全長を抑制することができる。また、以上により、非可逆機構１の全長を抑制することによって小型軽量化を図ることができるとともに、構造の簡素化によって非可逆機構１の信頼性を向上させることができる。そのため、本実施形態では、燃費および安全性が特に重要視される航空機分野特有の要請にも合致した、航空機搭載に好適な非可逆機構１を提供することができる。

また、本実施形態では、上記のように、出力軸４側に設けられた第１カム部５１と、第２ブレーキ面５６側に設けられた第２カム部５２と、第１カム部５１と第２カム部５２との間に配置されたボール５３とを含む変換機構５を設ける。そして、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６を、ボール５３よりも半径方向Ｂの外側に配置する。これにより、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６の出力軸４からの距離（半径Ｒ_ｐ）を大きくすることができる。その結果、摩擦トルクＴ_ｐを大きくすることができる。これにより、簡素かつ軸方向Ａの全長の小さな構造を実現しながら、より大きな摩擦トルク（制動トルク）Ｔ_ｐを発生させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６を、変換機構５と軸方向Ａに重なる位置に配置する。これにより、非可逆機構１の軸方向Ａの全長をさらに抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、第２ブレーキ面５６を、変換機構５の第２カム部５２に一体的に設ける。これにより、第２ブレーキ面５６が形成されたブレーキ部材を別途設ける必要がないので、その分、部品点数を減少させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、変換機構５を、ボールランプ部５４を有する一対のカム部材（第１カム部５１および第２カム部５２）と、第１カム部５１および第２カム部５２の間でボールランプ部５４に配置されるボール５３とを含むボールランプ機構により構成する。また、第１ブレーキ面６１を、ブレーキ部６（本体部６３）の円周状の内周面に設ける。また、第２ブレーキ面５６を、第２カム部５２の円周状の外周面に形成する。これにより、ボールランプ機構によって、容易かつコンパクトに、ＢＤトルクＴ_ＢＤを軸方向力Ｗ_ｂに変換する構造を得ることができる。また、第１ブレーキ面６１と第２ブレーキ面５６との接触面積を容易に増大させることができる。これにより、大きな摩擦トルクＴ_ｐを発生させる場合にも、第１ブレーキ面６１と第２ブレーキ面５６との接触面圧の増大を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、回転不能に設けられた第３ブレーキ面６２を非可逆機構１に設ける。また、変換機構５を介さずに出力軸４と一体回転するように設けられ、変換機構５の軸方向力Ｗ_ｂによって第３ブレーキ面６２に押圧される第４ブレーキ面７２を非可逆機構１に設ける。これにより、上記の通り、助勢駆動時の駆動トルクＴ_ｉｎの変動を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ブレーキ部６に、第１ブレーキ面６１および第３ブレーキ面６２をそれぞれ設ける。これにより、第１ブレーキ面６１に加えて第３ブレーキ面６２を設ける場合にも、部品点数が増加するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ブレーキ部６を、単一の部材（本体部６３）により構成する。これにより、多板ブレーキの構成と異なり、部品点数が増加するのを抑制することができる。その結果、より一層、構造の簡素化を図ることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、変換機構５の第１カム部５１を出力軸４の出力フランジ部４２に一体的に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。第１カム部５１は、出力軸４と一体で形成されていなくともよい。すなわち、第１カム部５１を出力フランジ部４２とは別体で構成し、出力フランジ部４２のＡ１側表面に、円環状の第１カム部５１を取り付ける構造であってもよい。また、円環状の第１カム部５１および出力フランジ部４２の部分を出力軸４とは別体で構成して、出力軸４の軸部４１に、第１カム部５１および出力フランジ部４２の部分を取り付ける構造であってもよい。

また、上記実施形態では、変換機構５をボールランプ機構により構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、変換機構は、ＢＤトルク（出力軸の回転）を軸方向力に変換する機構であれば、どのようなものでもよい。たとえば、変換機構は、出力軸のＢＤトルクを軸方向力に変換するボールネジ機構でもよい。

また、上記実施形態では、変換機構５の第２カム部５２に第２ブレーキ面５６を一体的に形成した例を示したが、図８に示す変形例のように、第２カム部１５２と第２ブレーキ面１５６とを別体で構成してもよい。すなわち、第２カム部１５２の外周面部分に、第２ブレーキ面１５６を有するブレーキ部材１５７を取り付けてもよい。これによっても、第２ブレーキ面１５６と第１ブレーキ面６１との間（摩擦面Ｐ）のくさび効果によって、上記実施形態と同様の摩擦トルクＴ_ｐを増大させる効果を得ることができる。ただし、この変形例の場合、ブレーキ部材１５７を設ける分だけ部品点数が増加する。そのため、上記実施形態のように第２カム部５２に第２ブレーキ面５６を一体的に形成することは、部品点数削減の観点から好ましい。

また、上記実施形態では、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６を、変換機構５と軸方向Ａに重なる位置に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、軸方向Ａにおいて、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６を、変換機構５とは重ならない位置に配置してもよい。たとえば、第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６を、変換機構５のボール５３のＡ１方向側（第２カム部５２のＡ１方向側）に配置してもよい。ただし、この場合、非可逆機構１の軸方向Ａの全長が大きくなり易い。そのため、軸方向Ａの全長を小さくするためには、上記実施形態のように第１ブレーキ面６１および第２ブレーキ面５６を、変換機構５と軸方向Ａに重なる位置に配置することが好ましい。

また、上記実施形態では、第３ブレーキ面６２と第４ブレーキ面７２とを不可逆機構１に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第３ブレーキ面と第４ブレーキ面とを設けなくともよい。

また、上記実施形態では、第３ブレーキ面６２と第４ブレーキ面７２とを、半径方向Ｂに沿う面（軸方向Ａに対する垂直面）により構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図８に示す変形例のように、第３ブレーキ面１６２と第４ブレーキ面１７２とを、第１および第２ブレーキ面と同じようにテーパ面としてもよい。これにより、第３ブレーキ面１６２と第４ブレーキ面１７２との間（摩擦面Ｑ）でも、倍力効果によって摩擦トルクＴ_ｑを増大させる効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、第１ブレーキ面６１と第３ブレーキ面６２とを、ブレーキ部６の本体部６３に一体形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ブレーキ部を複数部材で構成することにより、第１ブレーキ面６１と第３ブレーキ面６２とを互いに別体で構成してもよい。たとえば、図８の変形例において、ブレーキ部１０６の本体部１６３を、破線Ｓの部分で分割したような構成であってもよい。その場合、個別のブレーキ部材を設ける分だけ部品点数が増加する。そのため、上記実施形態のように第１ブレーキ面６１と第３ブレーキ面６２とをブレーキ部６に一体形成する方が、部品点数削減の観点から好ましい。

１ 非可逆機構
３ 入力軸
４ 出力軸
５ 変換機構
６ ブレーキ部
５１ 第１カム部（第１部材、カム部材）
５２ 第２カム部（第２部材、カム部材）
５３ ボール（中間部材）
５４ ボールランプ部
５６ 第２ブレーキ面
６１ 第１ブレーキ面
６２ 第３ブレーキ面
７２ 第４ブレーキ面
Ｔ_ＢＤ バックドライブ（ＢＤ）トルク
Ｗ_ｂ 軸方向力

Claims (8)

1. 回転可能な入力軸と、
   前記入力軸に従って回転する出力軸と、
   前記出力軸と接続され、前記出力軸側からのバックドライブトルクを軸方向力に変換する変換機構と、
   第１ブレーキ面を有し回転不能に設けられたブレーキ部と、
   前記第１ブレーキ面と対向し、前記出力軸と一体回転するように設けられ、前記変換機構の軸方向力に応じて前記第１ブレーキ面に押圧される第２ブレーキ面とを備え、
   前記第１ブレーキ面および前記第２ブレーキ面は、前記変換機構の軸方向力の作用方向に向かって先細るテーパ面からなる、非可逆機構。
2. 前記変換機構は、前記出力軸側に設けられた第１部材と、前記第２ブレーキ面側に設けられた第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に配置された中間部材とを含み、
   前記第１ブレーキ面および前記第２ブレーキ面は、前記中間部材よりも半径方向の外側に配置されている、請求項１に記載の非可逆機構。
3. 前記第１ブレーキ面および前記第２ブレーキ面は、前記変換機構と軸方向に重なる位置に配置されている、請求項２に記載の非可逆機構。
4. 前記第２ブレーキ面は、前記変換機構の前記第２部材に一体的に設けられている、請求項３に記載の非可逆機構。
5. 前記変換機構は、ボールランプ部を有する一対のカム部材を前記第１部材および前記第２部材として含むとともに、前記一対のカム部材の間で前記ボールランプ部に配置されるボールを前記中間部材として含むボールランプ機構であり、
   前記第１ブレーキ面は、前記ブレーキ部の円周状の内周面に設けられ、
   前記第２ブレーキ面は、前記カム部材の円周状の外周面に形成されている、請求項４に記載の非可逆機構。
6. 回転不能に設けられた第３ブレーキ面と、
   前記変換機構を介さずに前記出力軸と一体回転するように設けられ、前記変換機構の軸方向力によって前記第３ブレーキ面に押圧される第４ブレーキ面とをさらに備える、請求項１に記載の非可逆機構。
7. 前記ブレーキ部には、前記第１ブレーキ面および前記第３ブレーキ面がそれぞれ設けられている、請求項６に記載の非可逆機構。
8. 前記ブレーキ部は、単一の部材により構成されている、請求項１に記載の非可逆機構。

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