JP2005090746A - 液圧式及び機械式の操作モードを備えたアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のアクチュエータの欠点を有さないアクチュエータを提供する。
【解決手段】 本発明が提供するアクチュエータは、円筒状のキャビティを備えた本体１、２、３と、キャビティの１つの端部を貫通するロッド４と、ロッドを前進させるための付加手段とを備える。付加手段は、アクチュエータの本体に対してロッド４が回転することを防止する手段と、ロッドにしっかりと固定されるナット７と、キャビティの内側を軸方向に延びてナット７と協働するスクリュ８と、キャビティの内側を軸方向に延びて自由に回転可能である駆動シャフト９と、駆動シャフト９を駆動させる回転駆動手段１３とを有する。スクリュ８は、回転することなく駆動シャフト９に沿って摺動できるように取付けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２つの操作モードすなわち液圧式モード及び機械式モードを備えたアクチュエータに関する。

液圧式アクチュエータは、円筒状のキャビティを備えた本体と、キャビティの１つの端部を貫通するロッドとを有し、ロッドは、キャビティ内を摺動可能に設けられて２つの液圧チャンバーを画定するピストンに固定される。いずれか一方のチャンバー内に流体を強制的に供給することにより、ロッドは前進又は後退する。

場合によってはこの種のアクチュエータは、液圧関連に故障があっても、全ての状況においてロッドが前進可能でなければならない用途に使用される。

その状況では、ロッドを前進可能にする種々の方法がある。第１に、双方のチャンバーを開放して、ロッドに連結された荷重物の重量が作用するようにすることができる。これは例えば、緊急時に航空機の着陸装置を前進させる方法である。

しかしその方法は、荷重物が重力の影響下で、ロッドの約中間の位置に相当する安定平衡状態にない場合にのみ可能である。そのような状況下では、重力のみでは、ロッドの前進位置に相当する最終位置に荷重物が移動できない。

よって、ロッドを前進させるための適当な付加手段を用意する必要がある。そのような付加手段としては例えば、ロッドを前進させるばねのような機械的な種類のものが使用可能である。ばねは、ロッドの前進を妨げる抵抗力に逆らってロッドを前進させることができる程度に十分強力に構成されねばならない。ばねの欠点は、ばねはロッドを前進させようとする力を連続的に発生させるので、通常の液圧操作においてロッドを後退させるためにはこの力に打ち勝つ力が必要となることである。

ロッドを前進させるための付加手段は、アクチュエータの適当なチャンバーに強制的に流体を注入してロッドを前進させるように構成された電動ポンプのような、電気水力学的な種類のものであってもよい。しかしこの方法は、複雑かつ高コストである。

この技術分野に関しては特許文献１、２及び３に記載があり、これらは電気的な緊急モードを備えた液圧式アクチュエータを開示している。それらのアクチュエータはスクリュ及びナットを有し、それらのいずれか一方はロッドに固定され、他方は電動機によって回転する。しかし、回転駆動させられる要素は軸方向には静的であるので、液圧モードでロッドを動かすためには、ナットとスクリュとの間の接続は反転可能でなければならない。

背景技術をさらに補充するものとしては特許文献４が挙げられる。この文献には、電気的モードにおいてのみ機能する伸縮可能なアクチュエータの概略構造が記載されている。

ＧＢ−Ａ−７３３８４０号明細書 米国特許第３，０２９，６５９号明細書 米国特許第２，７３０，９９４号明細書 ＤＥ−Ａ−３９１０８１４号明細書

本発明の目的は、上述の欠点を有さないアクチュエータを提供することである。

本発明が提供するアクチュエータは、２つの端部により軸方向に画定された円筒状のキャビティを備えた本体と、キャビティの１つの端部を貫通するロッドとを有し、ロッドは、キャビティ内を軸方向に摺動可能に設けられて２つの液圧チャンバーを画定するピストンに固定される。アクチュエータは、ロッドを前進させるための付加手段を備える。本発明に係る付加手段は、
アクチュエータの本体に対してロッドが回転することを防止する手段と、
ロッドにしっかりと固定されるナットと、
キャビティの内側を軸方向に延びてナットと協働するスクリュと、
キャビティの内側を軸方向に延びて自由に回転可能である駆動シャフトであって、スクリュが回転することなく駆動シャフトに沿って摺動できるように取付けられる、駆動シャフトと、
駆動シャフトを駆動させる回転駆動手段と、を有する。

従って、液圧モードでの操作中は、ナットはロッドとともに摺動してスクリュを駆動し、スクリュは駆動シャフト上を摺動する。従って液圧操作は、緊急前進手段の存在によって妨害されることはない。

機械モードでの操作中は、流体供給源が強制的に停止し又は利用できないときは、駆動シャフトが回転している間、双方の液圧チャンバーが接続されて液戻りが生じる。従ってスクリュは回転する。ロッドが貫通する端部とは反対側のキャビティの端部にスクリュが当接していない場合は、スクリュは、自らの回転によって、アクチュエータに連結された荷重物の慣性又は内部摩擦によって軸方向に静止状態に保持されたナットに接触して、軸方向に移動する。この移動は、ロッドが貫通する端部とは反対側の端部にスクリュが当接するまで続く。この当接がなされると、スクリュの回転はナットを軸方向逆向き（ロッドの前進方向）に移動させる。

従ってアクチュエータに関し、液圧モード及び機械モードの２つの操作モードが得られ、これらのモードは液圧又は機械エネルギーの供給源の利用可能度に基づいて択一的に行うことができる。

キャビティの外側に取付けられた回転駆動手段と協働するために、駆動シャフトは、ロッドが貫通する端部とは反対側のキャビティの端部を通って延びることが好ましい。

従って駆動手段は、キャビティを満たす作動液から保護される。

本発明の好適な実施形態においては、回転駆動手段はアクチュエータに取付けられた電動機を有する。

本発明の特定の実施形態においては、ピストンはロッドと一体的に作製され、ナットはロッドのハウジング内に適合する。

好ましくはアクチュエータは、ロッドが貫通する端部とは反対側のキャビティの端部に対する、スクリュ用の軸方向アバットメントを有する。

ロッドは中空であり、ロッドの内側をスクリュが延びることが有利である。さらに、スクリュ自体が中空であり、スクリュの内側を駆動シャフトが延び、溝加工によって駆動シャフトがスクリュに接続されることが有利である。

本発明は、添付図面を参照しつつなされる以下の説明によってさらに理解されるであろう。

図１を参照すると、本発明に係るアクチュエータは、内側に円筒状キャビティＣを形成するブラインドジャケット１を有する本体を備え、円筒状キャビティＣは端壁２及びプラグ３によって気密式に閉鎖される。アクチュエータは、キャビティＣの内側を軸方向に延びる中空のロッド４を有し、ロッド４は、ベアリングとして作用するプラグ３を気密を維持しつつ通過する。ロッド４はキャビティＣの内側を延び、ロッド４の端部はピストン５を形成し、ピストン５はキャビティＣの内側において前進チャンバーＳ及び後退チャンバーＲを画定する。

ロッド４はハウジング６を有し、ハウジング６内にはナット７がしっかりと把持され、それによりロッド４及びナット７は互いにしっかりと固定される。中空のスクリュ８は、ロッド４の内側を軸方向に延び、ナット７とヘリカル結合によって協働する。駆動シャフト９は、スクリュ８の内側を軸方向に延び、端壁２を気密を維持しつつ貫通し、ケーシング１１内に至る。駆動シャフト９は、２つのベアリング１０によって回転可能に支持される。ケーシング１１は、減速歯車装置１２のためのハウジングを画定し、本実施形態では２つの中間シャフトを備える。中間シャフトは、ケーシング１１に固定された電動機１３からの回転動力を駆動シャフト９に伝える。スクリュ８は、本実施形態では溝加工（図示せず）による関連付けによって、駆動シャフト９に取付けられ、シャフト９に沿って回転せずに摺動する。従って駆動シャフト９の回転によってスクリュ８は回転する。

ジャケット１に対するロッド４の回転は、図示しない抗回転手段によって阻止される。抗回転手段は、アクチュエータに内蔵可能であるが、本体に対するロッドの回転を防止するリンクを介してロッド及びアクチュエータ本体が荷重物に連結される状態のように、アクチュエータに外付けされてもよい。

本発明のアクチュエータは、以下のように作用する。液圧操作においては、流体ポート（図示せず）により、液はチャンバーＳ及びＲのいずれか一方の中に強制的に送られ、一方チャンバーＳ及びＲの他方は、そのチャンバー内に収容された作動液を放出するために、流体戻り部に接続される。

液圧モード操作中のアクチュエータを示す図２にあるように、液の影響下で強制的になされるロッド４の軸方向移動は、それに応じて、ナット７によって駆動するスクリュ８の移動を生じさせる。スクリュ８は、駆動シャフト９上で摺動自在であり、回転はしない。

機械モード操作中は、電動機１３が駆動シャフト９を回転させるように制御されている間は、チャンバーＳ及びＲのポートは流体戻り部に接続される。図２に示すような中間位置から開始して、駆動シャフト９の回転により、先ずスクリュ８が図３に示す矢印１４の方向に軸方向に移動する。ロッド４は、ロッド４が接する物に対する摩擦力、又はロッドに連結される荷重物によってアクチュエータにかかる慣性力によって、静止状態に保持される。それによりスクリュ８は、ナット７に当接しながら軸方向に移動する。当然電動機１３は、スクリュ８が矢印１４の方向に移動するように回転制御される。

図３に示すように、スクリュ８が端壁２に当接した後は、スクリュ８が続けて回転することによりナット７が移動し、故にロッド４は、矢印１５の方向に、ロッド４に作用する矢印１５と反対向きの力に逆らって移動し、この移動量がロッド４の前進量に相当する。これらの力は、端壁２に当接するスクリュ８によって端壁２に伝達される。端壁２は、軸方向アバットメント１６を有することが有利である。それにより、アバットメント１６に押圧されているスクリュ８を容易に回転させることができる。

従ってロッド４は、液圧式にも機械式にも前進させることができる。

本発明は、上述の特定の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内のいかなる変形例も含むものである。

特に、駆動シャフト９を回転駆動させる手段は電動機によって構成されると述べたが、油圧モータ又は緊急用ハンドルによって構成することも可能である。

駆動シャフト９を回転駆動させる手段は、アクチュエータに永久的に取付けられると述べたが、アクチュエータとは独立して設けることも可能である。

駆動シャフト９を回転駆動させる手段は、キャビティの外側に取付けられると述べたが、キャビティの内側に取付けることも可能である。この場合、回転駆動手段は作動液中に浸漬される。

駆動シャフト９は減速歯車装置１２を介して電動機１３に連結されると述べたが、駆動シャフトを電動機に直接係合させてもよい。

ロッド４は中空であると述べたが、中実のロッドを有するアクチュエータにも本発明は適用可能である。この場合、緊急操作モードでのストロークは、ナットの長さに限定される。

スクリュは、駆動シャフトを受容してロッドのストロークを最大限にするために、中空であると述べたが、中実のスクリュを有するアクチュエータにも本発明は適用可能である。この場合、駆動シャフト９とスクリュ８との間の接続部はスクリュ端部に設けられ、それによりロッド４のストロークは制限される。

スクリュ８は溝加工によって駆動シャフト９に対し回転せず摺動可能に取付けられると述べたが、より広くは、２つの構成要素の一方に固定されるとともに他方の構成要素の長手方向スロット内に延びるフィンガー又はキーのような、他の全ての種類の摺動接続構造が使用可能である。

ロッド４はピストン５と一体であると述べたが、ピストンをロッドに取付けるようにしてもよい。

本発明のアクチュエータの断面図であって、ロッドが後退位置にある状態を示す図である。 図１に類似する図であって、液圧モード（標準モード）操作中にロッドが中間位置にある状態を示す図である。 図１に類似する図であって、アクチュエータが機械モード（緊急モード）操作中にある状態を示す図である。

符号の説明

４ ロッド
５ ピストン
７ ナット
８ スクリュ
９ 駆動シャフト
１３ 電動機
Ｃ キャビティ
Ｓ、Ｒ チャンバー

Claims (7)

1. 円筒状のキャビティを備えた本体（１、２、３）と、前記キャビティの１つの端部（３）を貫通するロッド（４）と、前記ロッドを前進させる付加手段とを有し、前記ロッド（４）は、前記キャビティ内を軸方向に摺動可能に設けられて前記キャビティを２つの液圧チャンバー（Ｓ、Ｒ）に画定するピストン（５）に固定される、アクチュエータにおいて、
   前記付加手段が、
   前記アクチュエータの前記本体（１、２、３）に対する前記ロッド（４）の回転を防止する手段と、
   前記ロッド（４）にしっかりと固定されるナット（７）と、
   前記キャビティの内側を軸方向に延びるとともに前記ナット（７）と協働するスクリュ（８）と、
   前記キャビティの内側を軸方向に延びて自由に回転可能な駆動シャフト（９）であって、前記スクリュ（８）が前記駆動シャフトに沿って回転せずに摺動できるように取付けられる、駆動シャフト（９）と、
   前記駆動シャフト（９）を駆動させる回転駆動手段（１３）と、
   を有することを特徴とする、アクチュエータ。
2. 前記駆動シャフト（９）は、前記ロッド（４）が貫通する前記キャビティの前記端部（３）とは反対側の端部（２）を貫通し、それにより前記駆動シャフト（９）は、前記キャビティの外側に取付けられた前記回転駆動手段（１３）によって回転駆動させられることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記回転駆動手段は、前記アクチュエータに固定された電動機（１３）を有することを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記ピストン（５）は前記ロッド（４）と一体的に形成され、前記ナット（７）は前記ロッド（４）のハウジング内に適合することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
5. 前記ロッド（４）が貫通する前記キャビティの前記端部（３）とは反対側の端部（２）に対する、前記スクリュ（８）のための軸方向アバットメント（１６）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
6. 前記ロッド（４）は中空であり、前記スクリュ（８）は前記ロッド（４）内を延びることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
7. 前記スクリュ（８）は中空であり、前記駆動シャフト（９）は前記スクリュ（８）の内側を延びるとともに溝加工によって前記スクリュ（８）に接続されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

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