WO2019181365A1 - アクチュエータ及び航空機舵面駆動システム - Google Patents

アクチュエータ及び航空機舵面駆動システム Download PDF

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WO2019181365A1
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accumulator
shaft
housing
actuator
lubricating oil
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雄貴 森崎
小松 直隆
康寛 齋木
大山 健一
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三菱重工業株式会社
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    • F16H2025/2062Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2075Coaxial drive motors

Definitions

  • the present invention relates to an actuator and an aircraft control surface drive system.
  • a hydraulic actuator or an electric actuator is used to drive the control surface (control surface) of the aircraft.
  • the electric actuator uses an electric motor as a driving source, but the electric motor has a lower output density than a hydraulic pump that is a driving source of the hydraulic actuator. Therefore, the electric actuator requires a motion conversion mechanism having a speed reduction mechanism and a ball screw.
  • Patent Documents 1 to 3 it is disclosed that in an actuator provided with a ball screw, lubricating oil is sealed in a casing (housing) to smoothly slide the screw shaft of the ball screw and the nut.
  • an oil seal is provided in the clearance of the opening provided through the shaft (shaft portion) or screw shaft so that the lubricating oil does not leak from the inside. Installed.
  • the oil pressure in the lubricating oil sealed in the housing locally increases as the shaft of the actuator or the nut of the ball screw moves in the housing. Therefore, even when an oil seal is installed, leakage of lubricating oil from the inside of the housing may not be prevented if the oil pressure is higher than the outside of the oil seal.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides an actuator capable of suppressing an increase in the pressure of lubricating oil accommodated therein and reducing leakage of the lubricating oil. Objective.
  • the actuator of the present invention employs the following means. That is, the actuator according to the first aspect of the present invention has a gas chamber filled with gas at the top, an accumulator in which lubricating oil is accommodated below the gas chamber, and the accumulator provided therein.
  • the housing one end side is accommodated in the housing, the other end side is installed outside the housing and is movable in the axial direction, and a first opening formed in the accumulator through which the shaft portion passes.
  • a first seal portion disposed between the shaft portion and a space inside the housing opposite to the inner side of the accumulator with respect to the first seal portion;
  • a first conduit that communicates with the gas chamber is formed.
  • the accumulator is provided inside the housing, has a gas chamber filled with gas above, and contains lubricating oil below the gas chamber. Since one end side of the shaft portion is housed in the housing and the other end side is installed outside the housing, the other end of the shaft portion reciprocates linearly outside the housing.
  • the accumulator is formed with a first opening portion through which the shaft portion is installed, and the first seal portion is disposed between the first opening portion and the shaft portion.
  • a first conduit is formed on the side opposite to the inside of the accumulator with respect to the first seal portion, and the first conduit communicates with the gas chamber of the accumulator.
  • an electric motor provided in the housing, a screw shaft that is connected to the electric motor at one end side and connected to the shaft portion at the other end side, and is rotated by a driving force of the electric motor;
  • a ball screw having a nut that moves along the screw shaft, and a second seal portion that is formed between the screw shaft in a second opening formed in the accumulator and through which the screw shaft passes.
  • a second pipe line that communicates the space opposite to the inner side of the accumulator with respect to the second seal portion and the gas chamber of the accumulator may be formed inside the housing. .
  • An actuator includes an accumulator having a gas chamber filled with a gas at an upper portion and containing lubricating oil below the gas chamber, and a housing in which the accumulator is provided.
  • An electric motor provided in the housing; a ball screw having a screw shaft that is connected to the electric motor at one end side and rotated by a driving force of the electric motor; and a nut that moves along the screw shaft;
  • a second pipe line is formed to communicate the space opposite to the inner side of the accumulator and the gas chamber of the accumulator.
  • the accumulator is provided inside the housing, has a gas chamber filled with gas above, and contains lubricating oil below the gas chamber.
  • the ball screw has a screw shaft and a nut, and the screw shaft is rotated by the driving force of the electric motor, and the nut moves along the screw shaft.
  • the accumulator is formed with a second opening portion through which the screw shaft is installed, and the second seal portion is installed between the second opening portion and the screw shaft.
  • a second conduit is formed on the opposite side of the accumulator with respect to the second seal portion, and the second conduit communicates with the gas chamber of the accumulator.
  • the accumulator and / or the shaft portion may be formed so that the lubricating oil moves and exhibits damping performance with respect to an external force applied to the shaft portion.
  • the lubricating oil passes through the communication hole inside the accumulator, and as a result, the actuator can receive the lubricating oil against the external force applied to the shaft portion. It moves to generate resistance and exhibits damping performance.
  • the screw shaft of the ball screw is connected to the shaft portion, it is desirable that the rotating shaft of the electric motor and the screw shaft of the ball screw can be rotated with respect to an external force applied to the shaft portion.
  • the aircraft control surface drive system includes the above-described two actuators as one set, and when one of the actuators is driven, the other actuator is not driven.
  • a so-called active standby system can be adopted by a set of two actuators, and when operating the control surface of an aircraft, only one actuator of the set of actuators is driven (active), The other actuator may not be driven (standby).
  • the standby actuator has a damper function and exhibits damping performance.
  • the actuator 1 is used, for example, to drive a control surface (control surface) of an aircraft.
  • a control surface control surface
  • one end of the actuator 1 is provided on the aircraft body (main wing or the like) 51 side, and the other end is provided on the control surface side of the aircraft.
  • the control surface performs a predetermined operation such as moving up and down by the actuator 1.
  • Another member capable of transmitting a force is installed between the actuator 1 and the airframe 51 or between the actuator 1 and the control surface.
  • the actuator 1 communicates with a housing 2, a shaft (shaft portion) 3 that goes in and out of the housing 2, an accumulator 4 housed inside the housing 2, and a gas chamber 5 of the accumulator 4 that is formed inside the housing 2.
  • the pipes 6 and 7, the ball screw 8, and the electric motor 9 are provided.
  • the housing 2 has a cylindrical shape that is long in one direction along the axial direction of the shaft 3, and one end side of the shaft 3 is accommodated therein.
  • an accumulator 4 pipe lines 6, 7 and a ball screw 8 are installed inside the housing 2.
  • an opening 10 is formed on one end side, and an opening 11 is formed on the other end side.
  • the shaft 3 is a shaft-like member and is installed to penetrate through an opening 10 formed at one end of the housing 2 and an opening 12 formed at one end of the accumulator 4.
  • Oil seals 14 and 15 are respectively installed in the openings 10 and 12 between the shafts 3 and the oil seals 14 and 15 prevent the lubricating oil from leaking from the inside to the outside.
  • the shaft 3 Inside the shaft 3 is formed an internal space 16 in which the screw shaft 18 of the ball screw 8 is accommodated along the axial direction. Further, the shaft 3 is formed with a communication hole 17 that communicates the outside of the shaft 3 in the accumulator 4 and the internal space 16 of the shaft 3, so that lubricating oil can flow between the inside of the accumulator 4 and the internal space 16. is there.
  • the accumulator 4 is provided inside the housing 2, and the accumulator 4 can contain lubricating oil.
  • lubricating oil is accommodated in the accumulator 4, and the shaft 3 and the ball screw 8 are installed in the accommodated lubricating oil.
  • Lubricating oil is provided on the sliding surface between the outer peripheral surface of the support member 29 provided on the nut 19 of the ball screw 8 and the inner peripheral surface 4 A of the accumulator 4 of the housing 2 and on the screw shaft 18 of the ball screw 8.
  • the sliding surface between the outer peripheral surface of the support member 28 and the inner peripheral surface of the shaft 3 is lubricated.
  • the lubricating oil lubricates the sliding surfaces between the spiral grooves 25 and 26 of the ball screw 8 and the ball 20.
  • the upper part of the accumulator 4 is opened inside the housing 2, and a gas chamber 5 filled with gas is formed above the lubricating oil accommodated in the accumulator 4.
  • the inside of the housing 2 is hermetically sealed and is maintained at a predetermined pressure or higher (for example, a value higher than atmospheric pressure). If the lubricating oil leakage from the oil seals 15 and 21 can be prevented, the housing 2 may be opened without being sealed so that the inside of the housing 2 is at atmospheric pressure.
  • the accumulator 4 houses one end side of the shaft 3 therein.
  • a ball screw 8 is installed inside the accumulator 4.
  • the accumulator 4 has an opening 12 on one end side and an opening 13 on the other end side.
  • a partition wall 30 is provided above the shaft 3 and the ball screw 8 and below the liquid surface of the lubricating oil.
  • the accumulator 4 is formed with an inner peripheral surface 4A parallel to the axial direction of the shaft 3, and the partition wall 30 is also formed with an inner peripheral surface 4A parallel to the axial direction of the shaft 3.
  • communication holes 31 and 32 are formed on the front end side and the rear end side, respectively.
  • the front end side is the end side where the shaft 3 enters and exits the housing 2
  • the rear end side is the end side opposite to the end side where the shaft 3 enters and exits.
  • the communication holes 31 and 32 connect the space on the gas chamber 5 side and the space on the shaft 3 or ball screw 8 side.
  • the lubricating oil accommodated in the accumulator 4 can flow between the two spaces through the communication holes 31 and 32.
  • the communication hole 31 communicates with the space on the front end side of the support member 29, and the communication hole 32 communicates with the space on the rear end side of the support member 29.
  • the pipe 6 is formed inside the housing 2, one end is connected to a space 23 opposite to the inside of the accumulator 4 with respect to the oil seal 15, and the other end is connected to the gas chamber 5 of the accumulator 4. .
  • the pipe 6 communicates the space 23 opposite to the internal side of the accumulator 4 with respect to the oil seal 15 and the gas chamber 5 of the accumulator 4 so that gas can flow between the two spaces.
  • the pipe 7 is formed inside the housing 2, one end is connected to the space 24 opposite to the inside of the accumulator 4 with respect to the oil seal 21, and the other end is connected to the gas chamber 5 of the accumulator 4. .
  • the pipe 6 communicates the space 24 opposite to the inner side of the accumulator 4 with respect to the oil seal 21 and the gas chamber 5 of the accumulator 4 so that gas can flow between the two spaces.
  • the gas chamber 5 of the accumulator 4 As a result, the gas chamber 5 of the accumulator 4, the space 23 opposite to the inner side of the accumulator 4 with respect to the oil seal 15, and the space 24 opposite to the inner side of the accumulator 4 with respect to the oil seal 21. Three spaces are in communication. Therefore, the gas pressure inside the gas chamber 5, the pressure of the lubricating oil in the accumulator 4, and the gas pressure in the spaces 23 and 24 outside the oil seals 15 and 21 with respect to the accumulator 4 are kept equal. Be drunk.
  • the ball screw 8 includes a screw shaft 18, a nut 19, a ball 20, and the like.
  • the screw shaft 18 is a shaft-like member and is installed to penetrate through the opening 13 formed on the other end side of the accumulator 4.
  • An oil seal 21 is installed in the opening 13 between the screw shaft 18 and the oil seal 21 prevents the lubricating oil from leaking from the inside to the outside.
  • a rolling bearing 22 is installed in the opening 13 between the screw shaft 18, and the rolling bearing 22 supports the screw shaft 18 so that the screw shaft 18 can rotate around the shaft.
  • a spiral groove 25 is spirally formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 18, and a spiral groove 26 is spirally formed on the inner peripheral surface of the nut 19.
  • the spiral groove 25 of the screw shaft 18 and the spiral groove 26 of the nut 19 correspond to each other, and a plurality of balls 20 are arranged between the spiral grooves 25 and 26 so as to be able to roll.
  • the one end side of the screw shaft 18 is connected to the electric motor 9 via the coupling 27 and is rotated by the driving force of the electric motor 9.
  • the position of the screw shaft 18 in the housing 2 remains fixed.
  • the nut 19 moves along the axial direction of the screw shaft 18 when the screw shaft 18 rotates in a state where the nut 19 is prevented from rotating.
  • the nut 19 is integrally coupled to the shaft 3, and the shaft 3 moves as the nut 19 moves.
  • the electric motor 9 is a servo motor, for example, and outputs a rotational motion so as to adjust the movement of the shaft 3 according to the position of the shaft 3.
  • the electric motor 9 operates based on a drive signal from a control unit that controls driving of the actuator 1.
  • Angle detection of the rotating shaft 9A of the electric motor 9 is performed by a resolver, an encoder, a tachometer, or the like.
  • the electric motor 9 is controlled by the feedback control so that the shaft 3 reaches the target drive amount.
  • the electric motor 9 is installed outside the housing 2 and connected to the screw shaft 18 of the ball screw 8 via the rotating shaft 9A and the coupling 27.
  • the rotating shaft 9A is provided so as to penetrate into the opening 11 of the housing 2, for example.
  • a support member 28 is installed at the tip of the screw shaft 18.
  • the support member 28 is, for example, a cylindrical member, and the outer peripheral surface of the support member 28 is slidably in contact with the inner peripheral surface of the internal space 16 of the shaft 3.
  • a support member 29 is installed at the end of the nut 19 on the electric motor 9 side.
  • the support member 29 is, for example, a plate-like member, and the outer peripheral surface of the support member 29 is slidably in contact with the inner peripheral surface 4A of the accumulator 4.
  • the communication member 33 is formed in the support member 28.
  • the communication hole 33 connects the space on the front end side of the internal space 16 and the space on the rear end side of the internal space 16.
  • the lubricating oil accommodated in the internal space 16 passes through the communication hole 33 and can flow between the two spaces.
  • the electric motor 9 When moving the shaft 3 to the front end side or the rear end side, the electric motor 9 is driven while performing feedback control according to the target drive amount of the actuator 1 to adjust the movement of the shaft 3. When the target drive amount is reached, the electric motor 9 stops the movement of the shaft 3.
  • the space on the front end side of the accumulator 4 becomes narrower than the support member 29, and conversely, the space on the rear end side becomes wider than the support member 29. Further, in the internal space 16 of the shaft 3, the space on the front end side with respect to the support member 28 becomes wider, and conversely, the space on the rear end side with respect to the support member 28 becomes narrower.
  • the lubricating oil flows out from the space on the front end side of the support member 29 through the communication hole 31 and flows upward, and passes through the communication hole 32 from above to support it. It flows into the space on the rear end side of the member 29.
  • the lubricating oil in the space on the rear end side with respect to the support member 28 passes through the communication hole 33 and flows out to the space on the front end side.
  • the space on the rear end side of the accumulator 4 becomes narrower than the support member 29, and conversely, the space on the front end side of the support member 29 becomes wider.
  • the space on the rear end side with respect to the support member 28 becomes wider, and conversely, the space on the front end side with respect to the support member 28 becomes narrower.
  • the lubricating oil flows out from the space on the rear end side of the support member 29 through the communication hole 32, and passes through the communication hole 31 from above. It flows into the space on the front end side of the support member 29.
  • the lubricating oil in the space on the front end side with respect to the support member 28 passes through the communication hole 33 and flows out to the space on the rear end side.
  • the electric motor 9 is driven while performing feedback control to adjust the movement of the shaft 3.
  • the electric motor 9 stops the movement of the shaft 3.
  • lubricating oil is accommodated in the accumulator 4, and the shaft 3 and the ball screw 8 are installed in the accommodated lubricating oil.
  • Lubricating oil is always supplied to the sliding surface between the outer peripheral surface of 28 and the inner peripheral surface of the shaft 3.
  • the lubricating oil is always supplied to the sliding surface between the spiral grooves 25 and 26 of the ball screw 8 and the ball 20. Therefore, in the actuator 1 according to the present embodiment, the possibility of jamming on the sliding surface can be reduced.
  • a gas chamber 5 of the accumulator 4 a space 23 opposite to the inner side of the accumulator 4 with respect to the oil seal 15, and a space 24 opposite to the inner side of the accumulator 4 with respect to the oil seal 21.
  • Two spaces communicate. Therefore, the gas pressure inside the gas chamber 5, the pressure of the lubricating oil in the accumulator 4, and the gas pressure in the space outside the oil seals 15 and 21 with respect to the accumulator 4 are kept at the same pressure. Therefore, the pressure of the lubricating oil is prevented from increasing with the movement of the shaft 3 and the ball screw 8. As a result, even when the shaft 3 and the ball screw 8 are moved, the leakage of the lubricating oil from the gap between the oil seal 15 and the shaft 3 and the gap between the oil seal 21 and the screw shaft 18 is reduced or prevented. it can.
  • the aircraft control surface drive system 50 has the actuator 1 installed between the fuselage 51 and the control surface 52. As the actuator 1, the actuator 1 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is applied.
  • the actuator 1 has, for example, one end 1 ⁇ / b> A connected to the body 51 via the connection member 53 and the other end 1 ⁇ / b> B connected to the control surface 52 via the connection member 54.
  • each member is joined using a pin 55 so as to be rotatable around the axis of the pin 55.
  • the structure regarding the connection of the actuator 1 in the aircraft control surface drive system 50 is not limited to the example mentioned above.
  • a predetermined operation of the control surface 52 such as moving the control surface 52 up and down, can be performed.
  • two actuators 1 and 1 may be provided as shown in FIG.
  • a so-called active standby system can be adopted. That is, when operating the control surface 52, only one actuator 1 of the set of actuators 1 and 1 is driven (active), and the other actuator 1 is not driven (standby).
  • the actuator 1 on the active side (right side in the example of FIG. 3) is driven by the electric motor 9, even if vibrations or the like are transmitted from the end portions 1A and 1B of the actuator 1, the position of the shaft 3 does not vibrate. Not changed accordingly.
  • the electric motor 9 is not driven in the standby side actuator 1 (left side in the example of FIG. 3)
  • vibrations and the like are transmitted from the airframe 51 and the control surface 52 via the end portions 1A and 1B of the actuator 1.
  • the shaft 3 is movable according to the vibration. That is, the rotating shaft 9 ⁇ / b> A of the electric motor 9 and the screw shaft 18 of the ball screw 8 are rotated with respect to an external force applied to the shaft 3.
  • the standby-side actuator 1 has a damper function and exhibits damping performance.

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Abstract

内部に収容された潤滑油の圧力の上昇を抑制し、潤滑油の漏洩を低減することを目的とする。アクチュエータ(1)は、上方にて気体が満たされる気体室(5)を有し、気体室(5)の下方にて潤滑油が収容されるアキュムレータ(4)と、アキュムレータ(4)が内部に設けられたハウジング(2)と、一端側がハウジング(2)に収容され、他端側がハウジング(2)の外部に設置され、軸方向に沿って移動可能なシャフト(3)と、アキュムレータ(4)に形成されシャフト(3)が貫通した第1開口部(12)において、シャフト(3)との間に設置されるオイルシール(15)とを備え、ハウジング(2)の内部には、オイルシール(15)に対してアキュムレータ(4)の内部側とは反対側の空間(23)と、アキュムレータ(4)の気体室(5)とを連通させる管路(6)が形成されている。

Description

アクチュエータ及び航空機舵面駆動システム
 本発明は、アクチュエータ及び航空機舵面駆動システムに関するものである。
 航空機の舵面(操縦翼面)を駆動するため、油圧アクチュエータ又は電動アクチュエータが使用される。電動アクチュエータは、駆動源を電動モータとするが、電動モータは、油圧アクチュエータの駆動源である油圧ポンプに比べて出力密度が低い。そのため、電動アクチュエータは、減速機構及びボールねじ等を有する運動変換機構が必要である。
 電動アクチュエータにおける減速機構及びボールねじ等を有する運動変換機構は、摺動面に固着(jamming)が生じるおそれがある。固着が生じると、アクチュエータが所望の動作を行えない。特に航空機舵面の駆動に用いられる電動アクチュエータは、狭い範囲で往復動する頻度が高い。そのため、ボールねじの摺動面において潤滑油又はグリスが流出したまま不足することによって、固着が生じる可能性が高い。また、流出防止のためグリスの粘度を高くすると、グリス膜を摺動面に均一に形成することが困難であり、局所的に潤滑不足になりやすい。
 下記の特許文献1~3では、ボールねじを備えたアクチュエータにおいて、ケーシング(ハウジング)内に潤滑油を封入し、ボールねじのねじ軸とナットの摺動を滑らかにすることが開示されている。
特開2000-161461号公報 特表2007-531489号公報 特開2016-54618号公報
 アクチュエータのハウジング内に潤滑油が収容される場合、潤滑油が内部から漏洩しないように、ハウジングには、シャフト(軸部)又はねじ軸が貫通して設けられた開口部の隙間にオイルシールが設置される。一方、ボールねじを備えたアクチュエータにおいて、ハウジング内に封入された潤滑油は、ハウジング内でアクチュエータのシャフト又はボールねじのナットが移動することによって、油圧が局所的に高まる。そのため、オイルシールが設置されている場合でも、オイルシールの外側よりも油圧が高まると、ハウジング内部からの潤滑油の漏洩を防止できない場合がある。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、内部に収容された潤滑油の圧力の上昇を抑制し、潤滑油の漏洩を低減することが可能なアクチュエータ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、本発明のアクチュエータは以下の手段を採用する。
 すなわち、本発明の第1態様に係るアクチュエータは、上方にて気体が満たされる気体室を有し、前記気体室の下方にて潤滑油が収容されるアキュムレータと、前記アキュムレータが内部に設けられたハウジングと、一端側が前記ハウジングに収容され、他端側が前記ハウジングの外部に設置され、軸方向に沿って移動可能な軸部と、前記アキュムレータに形成され前記軸部が貫通した第1開口部において、前記軸部との間に設置される第1シール部とを備え、前記ハウジングの内部には、前記第1シール部に対して前記アキュムレータの内部側とは反対側の空間と、前記アキュムレータの前記気体室とを連通させる第1管路が形成されている。
 この構成によれば、アキュムレータは、ハウジングの内部に設けられ、上方にて気体が満たされる気体室を有し、気体室の下方にて潤滑油が収容される。軸部は、一端側がハウジングに収容され、他端側がハウジングの外部に設置されているため、軸部の他端はハウジングの外部で直線状に往復動する。アキュムレータには、軸部が貫通して設置された第1開口部が形成され、第1開口部と軸部との間に第1シール部が設置される。
 ハウジングの内部には、第1シール部に対してアキュムレータの内部側とは反対側において第1管路が形成され、第1管路はアキュムレータの気体室と連通している。これにより、アキュムレータの気体室内の圧力と、アキュムレータに収容された潤滑油の圧力と、第1管路内の圧力とが同一となり、軸部の移動に伴って潤滑油の圧力が高まることが防止される。その結果、軸部が移動した場合でも、第1シール部と軸部との間の隙間からの潤滑油の漏洩を低減又は防止できる。
 上記第1態様において、前記ハウジングに設けられた電動モータと、一端側が前記電動モータと接続され、他端側が前記軸部と接続されており、前記電動モータの駆動力によって回動するねじ軸と、前記ねじ軸に沿って移動するナットとを有するボールねじと、前記アキュムレータに形成され前記ねじ軸が貫通した第2開口部において、前記ねじ軸との間に設置される第2シール部とを備え、前記ハウジングの内部には、前記第2シール部に対して前記アキュムレータの内部側とは反対側の空間と、前記アキュムレータの前記気体室とを連通させる第2管路が形成されてもよい。
 本発明の第2態様に係るアクチュエータは、上方にて気体が満たされる気体室を有し、前記気体室の下方にて潤滑油が収容されるアキュムレータと、前記アキュムレータが内部に設けられたハウジングと、前記ハウジングに設けられた電動モータと、一端側が前記電動モータと接続され、前記電動モータの駆動力によって回動するねじ軸と、前記ねじ軸に沿って移動するナットとを有するボールねじと、前記アキュムレータに形成され前記ねじ軸が貫通した第2開口部において、前記ねじ軸との間に設置される第2シール部とを備え、前記ハウジングの内部には、前記第2シール部に対して前記アキュムレータの内部側とは反対側の空間と、前記アキュムレータの前記気体室とを連通させる第2管路が形成されている。
 この構成によれば、アキュムレータは、ハウジングの内部に設けられ、上方にて気体が満たされる気体室を有し、気体室の下方にて潤滑油が収容される。ボールねじは、ねじ軸とナットとを有し、ねじ軸は電動モータの駆動力によって回動し、ナットはねじ軸に沿って移動する。アキュムレータには、ねじ軸が貫通して設置された第2開口部が形成され、第2開口部とねじ軸との間に第2シール部が設置される。
 ハウジングの内部には、第2シール部に対してアキュムレータの内部側とは反対側において第2管路が形成され、第2管路はアキュムレータの気体室と連通している。これにより、アキュムレータの気体室内の圧力と、アキュムレータに収容された潤滑油の圧力と、第2管路内の圧力とが同一となり、ボールねじのナットの移動に伴って潤滑油の圧力が高まることが防止される。その結果、ボールねじのナットが移動した場合でも、第2シール部とねじ軸との間の隙間からの潤滑油の漏洩を低減又は防止できる。
 上記第1及び第2態様において、前記軸部にかかる外部からの力に対して前記潤滑油が移動して減衰性能を発揮するように前記アキュムレータ及び/又は前記軸部が形成されてもよい。
 この構成によれば、アキュムレータ及び/又は軸部が有する構造によって、例えばアキュムレータ内部において潤滑油が連通孔を通過し、その結果、アクチュエータは、軸部にかかる外部からの力に対して潤滑油が移動して抵抗が発生し減衰性能が発揮される。軸部にボールねじのねじ軸が接続されている場合、電動モータの回転軸及びボールねじのねじ軸は、軸部にかかる外部からの力に対して回動可能であることが望ましい。
 本発明の第3態様に係る航空機舵面駆動システムは、上述したアクチュエータを2本で1組として備え、一方の前記アクチュエータを駆動させるとき、他方の前記アクチュエータを駆動させない。
 この構成によれば、2本で1組のアクチュエータによって、いわゆるアクティブ・スタンバイ方式を採用でき、航空機の舵面を動作させる際、1組のアクチュエータのうち一方のアクチュエータのみを駆動させ(アクティブ)、他方のアクチュエータは駆動させない(スタンバイ)ようにすることができる。このとき、例えば、スタンバイ側のアクチュエータでは、シャフト及びボールねじが移動すると、アキュムレータ内部の潤滑油が連通孔を流通して移動する。その結果、スタンバイ側のアクチュエータは、ダンパー機能を有し、減衰性能を発揮する。
 内部に収容された潤滑油の圧力の上昇を抑制し、潤滑油の漏洩を低減することができる。
本発明の第1実施形態に係るアクチュエータを示す縦断面図である。 本発明の第1実施形態に係るアクチュエータを示す縦断面図であり、図1に示した状態よりも外部に突出したシャフトが収縮された状態を示す。 本発明の第2実施形態に係る舵面駆動システムを示す縦断面図である。
[第1実施形態]
 以下、本発明の第1実施形態に係るアクチュエータ1について、図1及び図2を用いて説明する。
 アクチュエータ1は、例えば航空機の舵面(操縦翼面)を駆動するために用いられる。この場合、アクチュエータ1は、一端が航空機の機体(主翼等)51側に設けられ、他端が航空機の舵面側に設けられる。舵面は、アクチュエータ1によって上下動するなど所定の動作を行う。アクチュエータ1と機体51の間、又は、アクチュエータ1と舵面の間には、力を伝達することが可能な他の部材が設置される。
 アクチュエータ1は、ハウジング2と、ハウジング2の内外を出入するシャフト(軸部)3と、ハウジング2の内部に収容されたアキュムレータ4と、ハウジング2の内部に形成されアキュムレータ4の気体室5と連通した管路6,7と、ボールねじ8と、電動モータ9などを備える。
 ハウジング2は、シャフト3の軸方向に沿って一方向に長い筒形状を有し、内部にシャフト3の一端側が収容される。ハウジング2の内部には、シャフト3のほかにアキュムレータ4、管路6,7及びボールねじ8が設置される。ハウジング2には、一端部側に開口部10が形成され、他端部側に開口部11が形成される。
 シャフト3は、軸状部材であり、ハウジング2の一端部に形成された開口部10と、アキュムレータ4の一端部側に形成された開口部12に貫通して設置される。開口部10,12には、それぞれオイルシール14,15がシャフト3との間に設置され、オイルシール14,15によって潤滑油が内部から外部へ漏洩することを防止する。
 シャフト3の内部には、軸方向に沿ってボールねじ8のねじ軸18が収容される内部空間16が形成されている。また、シャフト3には、アキュムレータ4内におけるシャフト3の外部とシャフト3の内部空間16とを連通する連通孔17が形成され、潤滑油がアキュムレータ4内と内部空間16との間で流通可能である。
 アキュムレータ4は、ハウジング2の内部に設けられ、アキュムレータ4の内部には、潤滑油が収容可能である。アクチュエータ1の使用時において、アキュムレータ4の内部には、潤滑油が収容されており、収容された潤滑油内にシャフト3及びボールねじ8が設置される。
 潤滑油は、ボールねじ8のナット19に設けられた支持部材29の外周面とハウジング2のアキュムレータ4における内周面4Aとの間の摺動面、及び、ボールねじ8のねじ軸18に設けられた支持部材28の外周面とシャフト3の内周面との間の摺動面を潤滑させる。また、潤滑油は、ボールねじ8の螺旋溝25,26とボール20との間の摺動面を潤滑させる。
 アキュムレータ4の上方は、ハウジング2の内部に開放されており、アキュムレータ4に収容された潤滑油の上方において、気体が満たされる気体室5が形成される。ハウジング2の内部は、密閉されており、所定圧力以上(例えば大気圧よりも高い値)に保たれる。なお、オイルシール15,21からの潤滑油の漏洩を防止できれば、ハウジング2内が大気圧となるように、ハウジング2を密閉せず開放してもよい。
 アキュムレータ4は、内部にシャフト3の一端側が収容される。アキュムレータ4の内部には、シャフト3のほかにボールねじ8が設置される。アキュムレータ4には、一端部側に開口部12が形成され、他端部側に開口部13が形成される。
 アキュムレータ4の内部には、シャフト3及びボールねじ8よりも上方、かつ、潤滑油の液面よりも下方に隔壁30が設けられる。アキュムレータ4には、シャフト3の軸方向に対して平行な内周面4Aが形成され、隔壁30においても、シャフト3の軸方向に対して平行な内周面4Aが形成される。
 隔壁30には、前端部側と後端部側のそれぞれに連通孔31,32が形成される。ここで、前端部側とは、ハウジング2に対してシャフト3が出入する端部側であり、後端部側とは、シャフト3が出入する端部側とは反対の端部側である。
 連通孔31,32は、気体室5側の空間と、シャフト3又はボールねじ8側の空間とを接続する。アキュムレータ4に収容された潤滑油は、連通孔31,32を通過して両空間の間で流通可能である。連通孔31は、支持部材29よりも前端部側の空間と連通し、連通孔32は、支持部材29よりも後端部側の空間と連通する。
 管路6は、ハウジング2の内部に形成され、一端がオイルシール15に対してアキュムレータ4の内部側とは反対側の空間23に接続され、他端がアキュムレータ4の気体室5と接続される。管路6は、オイルシール15に対してアキュムレータ4の内部側とは反対側の空間23と、アキュムレータ4の気体室5とを連通させ、両空間の間で、気体が流通可能である。
 管路7は、ハウジング2の内部に形成され、一端がオイルシール21に対してアキュムレータ4の内部側とは反対側の空間24に接続され、他端がアキュムレータ4の気体室5と接続される。管路6は、オイルシール21に対してアキュムレータ4の内部側とは反対側の空間24と、アキュムレータ4の気体室5とを連通させ、両空間の間で、気体が流通可能である。
 これにより、アキュムレータ4の気体室5と、オイルシール15に対してアキュムレータ4の内部側とは反対側の空間23と、オイルシール21に対してアキュムレータ4の内部側とは反対側の空間24の三つの空間が連通している。そのため、気体室5の内部の気体圧力と、アキュムレータ4内の潤滑油が有する圧力と、アキュムレータ4に対してオイルシール15,21よりも外側の空間23,24の気体圧力とが等しい圧力に保たれる。
 ボールねじ8は、ねじ軸18と、ナット19と、ボール20などを有する。
 ねじ軸18は、軸状部材であり、アキュムレータ4の他端部側に形成された開口部13に貫通して設置される。開口部13には、オイルシール21がねじ軸18との間に設置され、オイルシール21によって潤滑油が内部から外部へ漏洩することを防止する。また、開口部13には、転がり軸受22がねじ軸18との間に設置され、転がり軸受22は、ねじ軸18が軸周りに回動可能となるようにねじ軸18を支持する。
 ねじ軸18の外周面には螺旋状に螺旋溝25が形成され、ナット19の内周面には螺旋状に螺旋溝26が形成される。ねじ軸18の螺旋溝25とナット19の螺旋溝26は対応しており、螺旋溝25,26の間に複数のボール20が転動可能に配置される。
 ねじ軸18は、一端側がカップリング27を介して電動モータ9と接続されており、電動モータ9の駆動力によって回動する。ハウジング2内におけるねじ軸18の位置は固定したままである。
 ナット19は、ナット19が回り止めされた状態で、ねじ軸18が回転することによって、ねじ軸18の軸方向に沿って移動する。ナット19は、シャフト3と一体的に結合されており、ナット19の移動に伴って、シャフト3が移動する。
 電動モータ9は、例えばサーボモータであり、シャフト3の位置に応じてシャフト3の移動を調整するように回転運動を出力する。電動モータ9は、アクチュエータ1の駆動を制御する制御部からの駆動信号に基づいて動作する。電動モータ9の回転軸9Aの角度検知は、レゾルバ、エンコーダ又はタコジェネレータ等によって行われる。電動モータ9は、フィードバック制御によって、シャフト3が目標駆動量に到達するように制御される。
 電動モータ9は、ハウジング2の外部に設置され、回転軸9A、カップリング27を介してボールねじ8のねじ軸18と接続される。回転軸9Aは、例えば、ハウジング2の開口部11内に貫通して設けられる。
 ねじ軸18の先端には、支持部材28が設置される。支持部材28は例えば筒状部材であり、支持部材28の外周面は、シャフト3の内部空間16の内周面と摺動可能に接触する。これにより、シャフト3が内部側及び外部側の両方から支持され、ねじ軸18も先端において支持されることから、シャフト3やねじ軸18の傾きを抑制できる。
 ナット19における電動モータ9側の端部には、支持部材29が設置される。支持部材29は例えば板状部材であり、支持部材29の外周面は、アキュムレータ4の内周面4Aと摺動可能に接触する。これにより、ナット19、及びナット19と接続されたシャフト3が電動モータ9側においてハウジング2に対して支持されることから、シャフト3やねじ軸18の傾きを抑制できる。
 支持部材28には、連通孔33が形成される。連通孔33は、内部空間16の前端部側の空間と、内部空間16の後端部側の空間とを接続する。内部空間16に収容された潤滑油は、連通孔33を通過して、両空間の間で流通可能である。
 シャフト3を前端部側又は後端部側へ移動させる場合、アクチュエータ1の目標駆動量に応じて、電動モータ9がフィードバック制御を行いながら駆動し、シャフト3の移動を調整する。そして、目標駆動量に到達したとき、電動モータ9は、シャフト3の移動を停止する。
 シャフト3が前端部側へ移動すると、アキュムレータ4の内部において支持部材29よりも前端部側の空間が狭くなり、反対に支持部材29よりも後端部側の空間が広くなる。また、シャフト3の内部空間16において、支持部材28よりも前端部側の空間が広くなり、反対に支持部材28よりも後端部側の空間が狭くなる。その結果、アキュムレータ4の内部において、潤滑油は、支持部材29よりも前端部側の空間から、連通孔31を通過して上方へ流出し、かつ、上方から連通孔32を通過して、支持部材29よりも後端部側の空間へ流入する。また、シャフト3の内部空間16において、支持部材28よりも後端部側の空間の潤滑油は、連通孔33を通過して前端部側の空間へ流出する。
 これに対し、シャフト3が後端部側へ移動すると、アキュムレータ4の内部において支持部材29よりも後端部側の空間が狭くなり、反対に支持部材29よりも前端部側の空間が広くなる。また、シャフト3の内部空間16において、支持部材28よりも後端部側の空間が広くなり、反対に支持部材28よりも前端部側の空間が狭くなる。その結果、アキュムレータ4の内部において、潤滑油は、支持部材29よりも後端部側の空間から、連通孔32を通過して上方へ流出し、かつ、上方から連通孔31を通過して、支持部材29よりも前端部側の空間へ流入する。また、シャフト3の内部空間16において、支持部材28よりも前端部側の空間の潤滑油は、連通孔33を通過して後端部側の空間へ流出する。
 電動モータ9が駆動していない場合、アクチュエータ1の端部1A,1Bを介して外部から力が入力されると、シャフト3及びボールねじ8が外力によって移動し、ボールねじ8の移動によって電動モータ9の回転軸9Aが従動する。そして、シャフト3及びボールねじ8が移動すると、アキュムレータ4内部の潤滑油が、連通孔31,32,33を通過して、抵抗が発生する。その結果、電動モータ9が駆動していない場合、アクチュエータ1は、ダンパー機能を有し、減衰性能を発揮する。
 次に、上述した構成を有するアクチュエータ1の動作について説明する。
 アクチュエータ1を駆動させるための駆動信号がアクチュエータ1に入力されると、電動モータ9が駆動する。そして、電動モータ9からの回転力によって、ボールねじ8のねじ軸18が回転すると共に、ボール20の移動によってねじ軸18の軸方向に沿ってナット19が移動する。その結果、シャフト3がハウジング2に対して直線運動する。
 また、アクチュエータ1の目標駆動量に応じて、電動モータ9がフィードバック制御を行いながら駆動し、シャフト3の移動を調整する。そして、目標駆動量に到達したとき、電動モータ9は、シャフト3の移動を停止する。
 以上、本実施形態によれば、アキュムレータ4内に潤滑油が収容され、収容された潤滑油内にシャフト3及びボールねじ8が設置される。これにより、ボールねじ8のナット19に設けられた支持部材29の外周面とアキュムレータ4の内周面4Aとの間の摺動面、及び、ボールねじ8のねじ軸18に設けられた支持部材28の外周面とシャフト3の内周面との間の摺動面に対して、潤滑油が常に供給される。また、ボールねじ8の螺旋溝25,26とボール20との間の摺動面に対して、潤滑油が常に供給される。したがって、本実施形態に係るアクチュエータ1では、摺動面に固着(jamming)が生じる可能性を低減できる。
 また、アキュムレータ4の気体室5と、オイルシール15に対してアキュムレータ4の内部側とは反対側の空間23と、オイルシール21に対してアキュムレータ4の内部側とは反対側の空間24の三つの空間が連通している。そのため、気体室5の内部の気体圧力と、アキュムレータ4内の潤滑油が有する圧力と、アキュムレータ4に対してオイルシール15,21よりも外側の空間の気体圧力とが等しい圧力に保たれる。したがって、シャフト3やボールねじ8の移動に伴って潤滑油の圧力が高まることが防止される。その結果、シャフト3やボールねじ8が移動した場合でも、オイルシール15とシャフト3との間の隙間や、オイルシール21とねじ軸18との間の隙間からの潤滑油の漏洩を低減又は防止できる。
[第2実施形態]
 次に、本発明の第2実施形態に係るアクチュエータ1を用いた航空機舵面駆動システム50について、図1~図3を用いて説明する。
 航空機舵面駆動システム50は、機体51と舵面52との間に設置されたアクチュエータ1を有する。アクチュエータ1は、図1及び図2で示した第1実施形態に係るアクチュエータ1を適用する。
 アクチュエータ1は、例えば一方の端部1Aが接続部材53を介して機体51と接続され、他方の端部1Bが接続部材54を介して舵面52と接続される。接続部材53,54では、ピン55を用いて、各部材が接合され、ピン55の軸周りに回動可能にされている。なお、航空機舵面駆動システム50におけるアクチュエータ1の接続に関する構成は、上述した例に限定されない。
 航空機舵面駆動システム50によれば、アクチュエータ1が駆動することによって、舵面52を上下動させる等、舵面52の所定の動作を行わせることができる。
 本実施形態に係る航空機舵面駆動システム50では、図3に示すように、2本で1組のアクチュエータ1,1を備えるようにしてもよい。1組のアクチュエータ1,1によれば、いわゆるアクティブ・スタンバイ方式を採用できる。すなわち、舵面52を動作させる際、1組のアクチュエータ1,1のうち一方のアクチュエータ1のみを駆動させ(アクティブ)、他方のアクチュエータ1は駆動させない(スタンバイ)。
 アクティブ側のアクチュエータ1(図3の例では右側)は、電動モータ9が駆動しているため、アクチュエータ1の端部1A,1Bから振動等が伝達されたとしても、シャフト3の位置は振動に応じて変更されない。一方、スタンバイ側のアクチュエータ1(図3の例では左側)は、電動モータ9が駆動していないため、アクチュエータ1の端部1A,1Bを介して機体51や舵面52から振動等が伝達されると、振動に応じてシャフト3が移動可能な状態となっている。すなわち、電動モータ9の回転軸9A及びボールねじ8のねじ軸18は、シャフト3にかかる外部からの力に対して回動される。
 そして、シャフト3及びボールねじ8が移動すると、アキュムレータ4内部の潤滑油が、連通孔31,32,33を通過して移動する。その結果、スタンバイ側のアクチュエータ1は、ダンパー機能を有し、減衰性能を発揮する。
 したがって、アクティブ・スタンバイ方式を採用することによって、アクティブ側のアクチュエータ1のみで舵面52を動作させる場合に比べて、舵面52における共振の発生を抑制することができる。
1  :アクチュエータ
1A,1B :端部
2  :ハウジング
3  :シャフト
4  :アキュムレータ
4A :内周面
5  :気体室
6  :管路
7  :管路
8  :ボールねじ
9  :電動モータ
9A :回転軸
10,11,12,13 :開口部
14,15 :オイルシール
16 :内部空間
17 :連通孔
18 :ねじ軸
19 :ナット
20 :ボール
21 :オイルシール
22 :転がり軸受
23,24 :空間
25,26 :螺旋溝
27 :カップリング
28,29 :支持部材
30 :隔壁
31,32,33 :連通孔
50 :航空機舵面駆動システム
51 :機体
52 :舵面
53,54 :接続部材
55 :ピン

Claims (5)

  1.  上方にて気体が満たされる気体室を有し、前記気体室の下方にて潤滑油が収容されるアキュムレータと、
     前記アキュムレータが内部に設けられたハウジングと、
     一端側が前記ハウジングに収容され、他端側が前記ハウジングの外部に設置され、軸方向に沿って移動可能な軸部と、
     前記アキュムレータに形成され前記軸部が貫通した第1開口部において、前記軸部との間に設置される第1シール部と、
    を備え、
     前記ハウジングの内部には、前記第1シール部に対して前記アキュムレータの内部側とは反対側の空間と、前記アキュムレータの前記気体室とを連通させる第1管路が形成されているアクチュエータ。
  2.  前記ハウジングに設けられた電動モータと、
     一端側が前記電動モータと接続され、他端側が前記軸部と接続されており、前記電動モータの駆動力によって回動するねじ軸と、前記ねじ軸に沿って移動するナットとを有するボールねじと、
     前記アキュムレータに形成され前記ねじ軸が貫通した第2開口部において、前記ねじ軸との間に設置される第2シール部と、
    を備え、
     前記ハウジングの内部には、前記第2シール部に対して前記アキュムレータの内部側とは反対側の空間と、前記アキュムレータの前記気体室とを連通させる第2管路が形成されている請求項1に記載のアクチュエータ。
  3.  上方にて気体が満たされる気体室を有し、前記気体室の下方にて潤滑油が収容されるアキュムレータと、
     前記アキュムレータが内部に設けられたハウジングと、
     前記ハウジングに設けられた電動モータと、
     一端側が前記電動モータと接続され、前記電動モータの駆動力によって回動するねじ軸と、前記ねじ軸に沿って移動するナットとを有するボールねじと、
     前記アキュムレータに形成され前記ねじ軸が貫通した第2開口部において、前記ねじ軸との間に設置される第2シール部と、
    を備え、
     前記ハウジングの内部には、前記第2シール部に対して前記アキュムレータの内部側とは反対側の空間と、前記アキュムレータの前記気体室とを連通させる第2管路が形成されているアクチュエータ。
  4.  前記軸部にかかる外部からの力に対して前記潤滑油が移動して減衰性能を発揮するように前記アキュムレータ及び/又は前記軸部が形成されている請求項1又は2に記載のアクチュエータ。
  5.  請求項3に記載のアクチュエータを2本で1組として備え、一方の前記アクチュエータを駆動させるとき、他方の前記アクチュエータを駆動させない航空機舵面駆動システム。
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