JP5320120B2 - 多機能リリーフバルブおよびそれを備えた航空機の非常用油圧源ユニット - Google Patents

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Description

本発明は、圧油の戻り通路に配置される多機能リリーフバルブに関し、特に、航空機のLocal Backup Hydraulic actuator(LBHA)に組み込まれるのに好適な多機能リリーフバルブに関する。
LBHAとは、航空機の機体油圧システムにより駆動される油圧アクチュエータに非常用油圧源ユニットLPU(Local Pump Unit)を追加したシステムのことをいう。LPUにより機体油圧システム機能喪失後も油圧アクチュエータの機能を維持することができる。LBHAとして、例えば特許文献1に記載されたものがある。ここで、特許文献1に記載されたLBHAでは、圧油の戻り通路に、2つのリリーフバルブ(9、10)と制御バルブ(8)とが配置されている。例えば、リリーフバルブ(9)が低圧リリーフバルブとされ、リリーフバルブ(10)が高圧リリーフバルブとされる。
リリーフバルブ(9)は、機体油圧システムの正常作動時に低圧リリーフバルブとして機能するバルブである。一方、機体油圧システムが機能喪失すると、制御バルブ(8)によりリリーフバルブ(9)が切り離されるとともに電動の油圧ポンプ(5)が駆動される。このとき、リリーフバルブ(10)により、閉回路内の作動油流出が防止されるとともに(シャットオフ機能)、作動油の熱膨張による閉回路内の急激な圧力上昇が防止される(サーマルリリーフ機能)。シャットオフ機能とサーマルリリーフ機能とを合わせて高圧リリーフ機能と呼ぶ。
このように、特許文献1に記載されたLBHAシステムでは、2つのリリーフバルブ(9、10)と制御バルブ(8)とで、複数の機能を発揮させている。
独国特許出願公開第19654781号明細書
しかしながら、特許文献1に記載されたLBHAシステムでは、2つのリリーフバルブ(9、10)と制御バルブ(8)とが必要となるため、LPU、ひいてはLBHAを省スペースで航空機内に収めることができないという問題があった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、低圧リリーフ機能、高圧リリーフ機能など複数の機能を1つのバルブで有する多機能リリーフバルブを提供することである。
課題を解決するための手段及び効果
上記課題を解決するために本発明は、圧油の導入ポートおよびリリーフポートが形成されたリリーフ室と、前記リリーフ室の一端側に形成された背圧室と、前記背圧室内に移動自在に配置され、当該背圧室を第1背圧室と第2背圧室とに区分するピストンと、前記第1背圧室内に配置され、前記リリーフポートが閉じる方向に付勢する第1バネと、前記第2背圧室内に配置され、前記リリーフポートが閉じる方向に前記ピストンを付勢する第2バネと、前記第1背圧室に形成されたパイロット圧供給ポートと、を備え、前記パイロット圧供給ポートを介して前記第1背圧室に導入される圧油によりリリーフ圧が変化する多機能リリーフバルブを提供する。
この構成によると、パイロット圧供給ポートを介して第1背圧室に圧油が導入されることで、リリーフポートが閉じる方向にピストンを付勢する第2バネの付勢力が小さくなる。このとき、本発明の多機能リリーフバルブは低圧リリーフバルブとして機能する。一方、第1背圧室に圧油が導入されない場合、第1バネの付勢力と第2バネの付勢力との和が抵抗となり、本発明の多機能リリーフバルブは高圧リリーフバルブとして機能する(シャットオフ機能および高圧リリーフ機能を発揮する)。このように、本発明によると、低圧リリーフ機能、高圧リリーフ機能など複数の機能を1つのバルブで有する多機能リリーフバルブとすることができる。
また本発明において、前記リリーフ室の他端側に配置され、当該リリーフ室内の圧力を手動で開放するためのリリース機構を備えていることが好ましい。
この構成によると、多機能リリーフバルブに、さらにマニュアルリリース機能を持たせることができる。
さらに本発明において、前記リリーフ室と前記第1背圧室との境界部に移動自在に配置され、前記第1バネにより付勢されるリリーフ室仕切り部材を備え、前記リリーフ室仕切り部材と前記ピストンとが同一軸線上に配置されていることが好ましい。
この構成によると、リリーフ室仕切り部材とピストンとを同一軸線上に配置することで、コンパクトな多機能リリーフバルブとすることができる。
さらに本発明において、前記リリーフ室仕切り部材は、前記リリーフポートを開閉するとともに前記第1バネが当接する大径部と、前記大径部に対して同心に形成され前記第1バネが外挿される小径部と、を有し、前記リリーフ室仕切り部材の小径部と前記ピストンとが同一軸線上で当接可能に配置されていることが好ましい。
この構成によると、リリーフ室仕切り部材に第1バネが外挿される構造とすることで、よりコンパクトな多機能リリーフバルブとすることができる。
また本発明は、その第2の態様によれば、前記した多機能リリーフバルブを備える航空機の非常用油圧源ユニットを提供する。
この構成によると、非常用油圧源ユニット(LPU)を小型化でき、LPUを省スペースで航空機内に収めることができる。
本発明の一実施形態に係る非常用油圧源ユニット(LPU)を搭載した航空機の斜視図である。 図1に示す航空機の油圧系統図である。 図2に示す非常用油圧源ユニット(LPU)まわりの油圧回路図である。 図3に示す多機能リリーフバルブの構造図である。 図3に示す多機能リリーフバルブの構造図である。 図3に示す多機能リリーフバルブの構造図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る非常用油圧源ユニット(LPU)を搭載した航空機41の斜視図である。図2は、図1に示す航空機41の油圧系統図である。
図1に示すように、航空機41には、その飛行姿勢や飛行方向を変化させたり、その受ける揚力を変化させたりするための複数の可動部が翼に設けられている。例えば、主翼46には離着陸時に高揚力を発生させるためのフラップ43や、機体のローリングのためのエルロン42が設けられている。また、水平尾翼47には、機首の上げ下げのためのエレベータ44が設けられている。さらに、垂直尾翼48には機体のヨーイングのためのラダー45が設けられている。これらの可動部は、翼に対する取り付け角が変化したり翼に対して並進移動したりするように変位可能に取り付けられており、このように変位させることで航空機41の飛行姿勢や飛行方向を変化させたり高揚力を発生させたりする。
これらの可動部にはそれぞれ油圧アクチュエータ24が設けられている。油圧アクチュエータ24は、これら可動部の翼への取り付け角度を変化させたり、翼に対して可動部を並進移動させたりするためのアクチュエータである。
航空機41の複数の油圧アクチュエータ24に関する油圧系統図を図2に示している。図2に示すように、航空機41は、2系統の機体油圧システム22(右(R)および左(L))を備えている。そして、複数の油圧アクチュエータ24は、右の機体油圧システム22および左の機体油圧システム22のうちのいずれかにそれぞれ接続されている。機体油圧システム22は、油圧ポンプ(不図示)を具備してなるシステムであり、油圧アクチュエータ24に対して圧油を給排することで油圧アクチュエータ24を動作させる。
ここで、フラップ43、エルロン42、エレベータ44、およびラダー45には、それぞれ少なくとも1つの非常用油圧源ユニット23(以下、「LPU23」と呼ぶ)が設けられている。機体油圧システム22の正常作動時には、LPU23は停止状態にあり、機体油圧システム22から油圧アクチュエータ24に対して圧油が給排されることで、油圧アクチュエータ24は動作する。一方、機体油圧システム22が機能喪失した場合、LPU23を駆動することにより油圧アクチュエータ24を動作させる。これにより、非常時においても油圧アクチュエータ24の機能を維持することができる。
(LBHA)
図3は、図2に示すLPU23まわりの油圧回路図である。図3に示したように、LBHA21(Local Backup Hydraulic actuator)は、油圧アクチュエータ24と、方向切換弁31と、LPU23と、アキュームレータ25とを備えるアクチュエータシステムである。方向切換弁31は、圧油の流れる向きを切り換えるためのバルブである。
(LPU)
LPU23は、電動の油圧ポンプ26、多機能リリーフバルブ1、およびチェックバルブ27(逆止弁)を備えている。機体油圧システム22と油圧アクチュエータ24のシリンダ24aとは、圧油の供給通路28と戻り通路29とでLPU23を介して接続されている。供給通路28にはチェックバルブ27が配置され、戻り通路29には多機能リリーフバルブ1が配置されている。チェックバルブ27は、機体油圧システム22から油圧アクチュエータ24へ向かう方向にのみ圧油を流すためのバルブである。また、油圧ポンプ26の吐出側は、チェックバルブ27の下流側において供給通路28に接続されている。油圧ポンプ26の上流側通路にはアキュームレータ25が接続されている。アキュームレータ25により、油圧ポンプ26の吸込み圧が確保される。
(多機能リリーフバルブ)
図4〜6は、図3に示す多機能リリーフバルブ1の構造図である。多機能リリーフバルブ1の回路図を図3に示したように、多機能リリーフバルブ1は、リリーフ室2と、リリーフ室2の一端側に形成された背圧室3と、リリーフ室2の他端側に配置されたリリース機構10とを備えている。また、多機能リリーフバルブ1の構造図を図4〜6に示したように、リリーフ室2および背圧室3はケーシング11内に形成され、リリース機構10はケーシング11に組み込まれる。なお、図示を省略しているが、油圧ポンプ26、多機能リリーフバルブ1、およびチェックバルブ27(逆止弁)などは、1ユニットのLPU23として一体的に形成される。
(リリーフ室)
リリーフ室2には、戻り通路29からの圧油の導入ポート7、および圧油のリリーフポート8が形成されている。また、図4に示すように、ケーシング11に穿設された穴には、筒状部材15、筒状部材14、プラグ13の順で、これら部材が嵌入されてケーシング11に対して固定されている。筒状部材15の側壁には複数の孔15aが形成されている。リリーフ室2は、嵌入された筒状部材15の内側またはケーシング11の内側に形成された室である。
(背圧室)
背圧室3内には、背圧室3を第1背圧室3aと第2背圧室3bとに区分するピストン4が、多機能リリーフバルブ1の軸方向Zに移動自在に配置されている。図4に示すように、第1背圧室3aは、嵌入された筒状部材14の内側またはケーシング11の内側に形成された室であり、第2背圧室3bは、嵌入されたプラグ13の内側に形成された室である。ピストン4は、その中心に軸方向Zに延びる貫通孔4aを有する部材である。また、第1背圧室3aには、パイロット圧供給通路30が接続されるパイロット圧供給ポート9が形成されている。
リリーフ室2と第1背圧室3aとの境界部には、ポペット12(リリーフ室仕切り部材)が軸方向Zに移動自在に配置されている。ポペット12は、リリーフポート8を開閉する大径部12aと、大径部12aに対して同心に形成された小径部12bとを有している。リリーフ室2と第1背圧室3aとの間はポペット12の大径部12aで仕切られている。小径部12bの軸方向Z長さは、大径部12aの軸方向Z長さよりも長い。また、ポペット12とピストン4とは、ポペット12の小径部12bとピストン4とが軸方向Zに延びる同一軸線上で当接するように配置されている。
第1背圧室3a内には第1バネ5(コイルバネ)が配置されている。第1バネ5は、ポペット12の小径部12bに外挿されている。第1バネ5の一端は筒状部材14の内壁面(径方向内側に突出した部分の軸方向Zの面)に当接され、他端はポペット12の大径部12aに当接されている。このようにして、ポペット12は、第1バネ5によりリリーフポート8が閉じる方向に付勢されている。
第2背圧室3b内には第2バネ6(コイルバネ)が配置されている。第2バネ6は、プラグ13内に挿入されている。第2バネ6の一端はプラグ13の内底面に当接され、他端はピストン4の外壁面(径方向外側に突出した部分の軸方向Zの面)に当接されている。このようにして、ピストン4は、第2バネ6によりリリーフポート8が閉じる方向に付勢されている。
(リリース機構)
リリーフ室2の他端側にはリリース機構10が配置されている。リリース機構10は、リリーフ室2内の圧力を手動で開放するためのものである。このリリース機構10は、リリースカム10aと、リリースカム10aが挿入されるプラグ10bと、リリースカム10aの末端が当接されるプランジャ16とを備えている。
プラグ10bは、ケーシング11に穿設された穴に嵌入されてケーシング11に対して固定されている。プランジャ16は、リリーフ室2内に配置され軸方向Zに移動自在とされている。プランジャ16の一端は、ポペット12の大径部12aに当接可能とされている。
(多機能リリーフバルブの作動)
次に、図3〜6を参照しながら、LBHA21の作動について説明しつつ、多機能リリーフバルブ1の作動について説明する。
(機体油圧システム正常作動時)
機体油圧システム22の正常作動時(故障などが発生しておらず正常に作動しているとき)には、LPU23は停止状態にある。圧油の供給通路28および戻り通路29を介して機体油圧システム22から油圧アクチュエータ24のシリンダ24aに圧油が給排されることでピストン24bが往復運動する(油圧アクチュエータ24は動作する)。
このとき、多機能リリーフバルブ1の第1背圧室3aには、機体油圧システム22からの圧油がパイロット圧供給ポート9を通じてパイロット圧油として導入される。ここで、図5は、パイロット圧供給ポート9を通じて第1背圧室3aにパイロット圧油が導入されている状態を示す図である。図5に示したように、このパイロット圧油により、ピストン4が押されて第2バネ6は収縮し、ピストン4は図右方向に移動した状態となる。
多機能リリーフバルブ1のリリーフ室2には、シリンダ24aからの圧油が導入ポート7を介して入ってくる。この圧油の圧力が第1バネ5の付勢力を上回ると、ポペット12が図右方向(背圧室側方向)に移動しリリーフポート8が開く(図6参照)。これにより、シリンダ24aからの圧油は、リリーフポート8より吐出し機体油圧システム22に戻る。なお、上記圧油の圧力が第1バネ5の付勢力を下回る場合には、リリーフポート8は閉じた状態となっており、リリーフ室2よりも上流側の戻り通路29内の圧力は保障される(維持される)。このように、多機能リリーフバルブ1は、低圧リリーフバルブとして機能する(低圧リリーフ機能)。なお、リリーフ室2よりも上流側の戻り通路29内の圧力が保障されることで、油圧ポンプ26の吸込み側の圧力が確保される。これにより、油圧ポンプ26の起動に支障をきたすことはない。
(機体油圧システム機能喪失時)
機体油圧システム22が機能喪失した場合(配管の破裂、その他故障などが発生し正常に作動しない場合)、LPU23(さらには電動の油圧ポンプ26)を駆動することにより油圧アクチュエータ24を動作させる(油圧アクチュエータ24の機能を維持する)。
まず、機体油圧システム22が機能喪失すると、パイロット圧供給ポート9へのパイロット圧供給通路30からの圧油の導入が停止する。これにより、第2バネ6の付勢力でピストン4は元の位置に戻る。図4に示した状態となる。
このとき、リリーフ室2側(リリーフポート8が閉じる方向)へポペット12を付勢する力は、第1バネ5の付勢力と第2バネ6の付勢力との和になる。これによりリリーフ圧が上昇する(リリーフ圧が自動で上昇方向に変化する)。そのため、第1バネ5の付勢力と第2バネ6の付勢力との和をリリーフ室2内の圧力が超えない限り、リリーフポート8は開かない。その結果、多機能リリーフバルブ1およびチェックバルブ27により、機体油圧システム22はLPU23から分離された状態となって、すなわち、LPU23の油圧ポンプ26と油圧アクチュエータ24との間は閉回路となり、作動油の流出が防止される(シャットオフ機能)。なお、作動油の熱膨張により閉回路内の圧力が異常上昇したときには(第1バネ5の付勢力と第2バネ6の付勢力との和をリリーフ室2内の圧力が超えた状態)、その圧力によりリリーフポート8が開き、作動油は外部に吐出する(サーマルリリーフ機能)。シャットオフ機能とサーマルリリーフ機能とを合わせて高圧リリーフ機能と呼ぶ。
なお、機体油圧システム22が復帰すると(正常作動となると)、前記したように、パイロット圧供給ポート9を通じて第1背圧室3aに導入されるパイロット圧により、リリーフポート8が閉じる方向)へポペット12を付勢する力は、第1バネ5の付勢力のみとなる。その結果、リリーフ圧は下降して(リリーフ圧が自動で下降方向に変化して)、多機能リリーフバルブ1は低圧リリーフバルブとして機能する状態に戻る。
以上説明したように、本発明によると、低圧リリーフ機能、高圧リリーフ機能という複数の機能を1つのバルブで有する多機能リリーフバルブを得ることができる。また、多機能リリーフバルブ1は、低圧リリーフと高圧リリーフとを、機体油圧システム22の状態(正常動作状態か機能喪失状態にあるか)に応じて自動で切り換わる能力も持つ。
(リリース機構の作動)
メンテナンスなどでLPU23を取り外す際には、LBHA21の油圧回路内の残圧を開放する必要がある。このとき、回転させる方向を図4に示したように、リリース機構10のリリースカム10aを手動で強制的に回転させる。リリースカム10aの末端が回転することでプランジャ16は当該末端でポペット12側に押される。これにより、プランジャ16に隣接するポペット12は背圧室側に移動する。その結果、リリーフポート8が開き、リリーフ室2内の作動油や閉回路内の作動油は外部に吐出する(マニュアルリリース機能)。リリース機構10を多機能リリーフバルブ1に設けることで、多機能リリーフバルブ1に、さらにマニュアルリリース機能を持たせることができる。
(LPUの小型化)
本発明により、低圧リリーフ機能、高圧リリーフ機能など複数の機能を1つのバルブ(多機能リリーフバルブ1)に持たせることができる。そして、この多機能リリーフバルブ1を組み込んだLPU23とすることで、これら複数の機能を複数のバルブにより実現していた従来の技術に比して、非常用油圧源ユニット(LPU)の小型化を達成することができる。これにより、LPUを省スペースで航空機内に収めることができる。
また、本実施形態の多機能リリーフバルブ1においては、ポペット12とピストン4とを同一軸線上に配置している。これにより、コンパクトな多機能リリーフバルブ1とすることができている。さらには、ポペット12の小径部12bに第1バネ5が外挿される構造とされ、多機能リリーフバルブ1を、よりコンパクトなものとすることができている。これにより、非常用油圧源ユニット(LPU)のさらなる小型化を達成できている。
補正をすることで、本件に関する拒絶理由は全て解消しているものと思料致します。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
1:多機能リリーフバルブ
2:リリーフ室
3:背圧室
3a:第1背圧室
3b:第2背圧室
4:ピストン
5:第1バネ
6:第2バネ
7:導入ポート
8:リリーフポート
9:パイロット圧供給ポート
10:リリース機構
21:LBHA(Local Backup Hydraulic actuator)
23:非常用油圧源ユニット(LPU)

Claims (4)

  1. ケーシングと、
    前記ケーシング内に形成され、圧油の導入ポートおよびリリーフポートが形成されたリリーフ室と、
    前記ケーシング内に形成され、前記リリーフ室の一端側に形成された背圧室と、
    前記背圧室内に移動自在に配置され、当該背圧室を第1背圧室と第2背圧室とに区分するピストンと、
    前記リリーフ室と前記第1背圧室との境界部に移動自在に配置されたリリーフ室仕切り部材と、
    前記第1背圧室内に配置され、前記リリーフポートが閉じる方向に前記リリーフ室仕切り部材を付勢する第1バネと、
    前記第2背圧室内に配置され、前記リリーフポートが閉じる方向に前記ピストンを付勢する第2バネと、
    前記第1背圧室に形成されたパイロット圧供給ポートと、
    前記リリーフ室の他端側に配置され、当該リリーフ室内の圧力を手動で開放するためのリリース機構と、
    を備え、
    前記リリーフ室仕切り部材は、
    前記リリーフポートを開閉するとともに前記第1バネの一端が当接する大径部と、
    前記大径部に対して同心に形成され前記第1バネが外挿される小径部と、
    を有し、
    前記第1バネの他端は、前記ケーシングに嵌入されて当該ケーシングに対して固定された筒状部材に当接されており、
    前記パイロット圧供給ポートを介して前記第1背圧室に圧油が導入されると、当該圧油により前記ピストンが押されて前記第2バネが収縮して、前記リリーフ室仕切り部材の小径部に当接していた前記ピストンが当該小径部から離れることでリリーフ圧が低圧となる、多機能リリーフバルブ。
  2. 請求項に記載の多機能リリーフバルブにおいて、
    前記リリーフ室仕切り部材と前記ピストンとが同一軸線上に配置されていることを特徴とする、多機能リリーフバルブ。
  3. 請求項1または2に記載の多機能リリーフバルブにおいて、
    前記リリーフ室仕切り部材の小径部と前記ピストンとが同一軸線上で当接可能に配置されていることを特徴とする、多機能リリーフバルブ。
  4. 請求項1〜のいずれかに記載の多機能リリーフバルブを備えた航空機の非常用油圧源ユニット。
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