JP6227844B1 - ロックする回転式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

この明細書の主題は、特に、凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングを備える回転式アクチュエータ用のロック装置で具現化できる。ロータが、外側ハウジングの内部に配設されている。ロータは、内部空洞と、内部空洞から筒状外面へ半径方向に延在する孔とを有する。ピストンが、内部空洞の内部で第１の位置と第２の位置との間を往復動するように配設され、ピストンは、第１の太さを有する第１の部位と、第１の太さよりも大きい第２の太さを有する第２の部位とを含む。キーが、孔の内部で半径方向に往復動するように配置され、半径方向近位端部と、半径方向遠位端部とを含む。ピストンが第１の位置にあるときに、半径方向近位端部は第１の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在しない。

Description

本願は、２０１４年１０月１日に出願された米国特許出願第１４／５０３，７３４号に基づく優先権を主張し、当該米国特許出願のすべての記載内容を援用する。

本明細書はロック機構付き回転式アクチュエータに関する。

現在、様々な形態の回転式油圧アクチュエータが機械的動力変換の工業用途で用いられている。この工業上の利用は、一般的には、長時間、例えば何時間にも及んで負荷を保つ必要もなく、外部の流体動力源を用いずに、慣性荷重を連続的に付与することが望ましい用途に向けられている。航空機のフライトコントロール（操縦系統）用途では、例えば故障軽減モード時に位置を保つために閉塞した液体カラム（液柱）を利用して荷重下で位置を保つ機能が実装されている。

特定の用途、例えば航空機の操縦に用いられるプライマリフライトコントロール（主操縦系統）の用途では、回転式アクチュエータで負荷を保ったまま位置精度を確保することが要求される。位置精度は、回転式アクチュエータの設計につきものの特性である内部洩れを最小化することにより高めることができる。しかし、例えば回転「翼（ベーン）」式又は回転「ピストン」式構成の一般的な回転式油圧アクチュエータにおいて洩れのない性能を提供することは、アクチュエータの角度位置を維持するために、閉塞した作動流体を実質的に完全に封止する必要があるので、困難であると言える。さらに、シールのどのような不具合も、アクチュエータのロック機能を全面的に喪失させることになる。

全般的に、ここではロック機構付き回転式アクチュエータについて述べる。

第１の側面において、回転式アクチュエータ用のロック装置は、少なくとも１つの周方向端部が内部に形成された半径方向凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングを含む。ロータが、外側ハウジングの内部に配設され、筒状内面の内側を回転可能な筒状外面を含む。ロータは、軸方向の内部空洞と、半径方向凹部との回転方向アライメントが可能であるように配設されて軸方向の内部空洞から筒状外面へ半径方向に延在する孔とを含む。ピストンが、軸方向の内部空洞の内部で第１の位置と第２の位置との間を軸方向に往復動するように配設され、第１の太さを有する第１の部位と、第１の太さよりも大きい第２の太さを有する第２の部位と、第１の部位から第２の部位まで軸方向に延在するピストン傾斜部とを含む。キーが、孔の内部で半径方向に往復動するように配置され、ピストン傾斜部を補完する第１のキー傾斜部を有する半径方向近位端部と、半径方向遠位端部とを含む。本体部が、ピストンが第２の位置にあるときに半径方向近位端部が第２の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在し、ピストンが第１の位置にあるときに半径方向近位端部が第１の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在しないように、半径方向近位端部から半径方向遠位端部まで延在する。

さまざまな実施の形態は、以下の特徴のいくつか又はすべてを含むことができ、含まないこともできる。周方向端部は、半径方向凹部から筒状内面まで周方向に延在するハウジング傾斜部を有することができ、半径方向遠位端部は、ハウジング傾斜部を補完する少なくとも１つの第２のキー傾斜部を有する。回転式アクチュエータは、また、ピストンに対して付勢しながら接触する軸方向のばねを備えることができる。軸方向のばねは、ピストンを第１の位置又は第２の位置に付勢するように構成することができる。ピストンは、第１の部位及び軸方向の内部空洞の半径方向内壁の間の少なくとも１つと、第２の部位及び軸方向の内部空洞の半径方向内壁との間に、少なくとも１つのシールをさらに備えることができる。回転式アクチュエータは、軸方向の内部空洞と、ピストンと、シールとによって画成された圧力室をさらに備えることができ、圧力室は、軸方向の内部空洞の内部でピストンを軸方向に往復動させるように、ピストンに流体圧力を選択的に加えるように構成されている。

第２の側面において、回転式アクチュエータを選択的にロックする方法は、少なくとも１つの周方向端部が内部に形成された半径方向凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングと、外側ハウジングの内部に配設されたロータであって、筒状内面の内側を回転可能な筒状外面と、軸方向の内部空洞と、半径方向凹部との回転方向アライメントが可能であるように配設され、軸方向の内部空洞から筒状外面へ半径方向に延在する孔と、を含むロータと、を備える回転式アクチュエータを提供する工程を含む。回転式アクチュエータは、また、軸方向の内部空洞の内部で第１の位置と第２の位置との間を軸方向に往復動するように配設されたピストンであって、第１の太さを有する第１の部位と、第１の太さよりも大きい第２の太さを有する第２の部位と、第１の部位から第２の部位まで軸方向に延在するピストン傾斜部と、を含むピストンを含む。回転式アクチュエータは、孔の内部で半径方向に往復動するように配置されたキーであって、ピストン傾斜部を補完する第１のキー傾斜部を有する半径方向近位端部と、半径方向遠位端部と、ピストンが第２の位置にあるときに半径方向近位端部が第２の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在し、ピストンが第１の位置にあるときに半径方向近位端部が第１の部位に接触しつつ半径方向遠位端部が半径方向凹部内に延在しないように、半径方向近位端部から半径方向遠位端部まで延在する本体部と、を含むキーと、を含む。方法は、また、第１の部位を半径方向近位端部に接触させる工程と、ピストンを、外力によって、第１の位置から第２の位置に向けて動かす工程と、ピストン傾斜部をキー傾斜部に接触させる工程と、ピストンの動き及び第１のキー傾斜部とピストン傾斜部との接触によって、孔を通るキーの半径方向の部分的な延在と、半径方向遠位端部の半径方向凹部内への部分的な延在とを行わせる工程と、第２の部位を半径方向近位端部に接触させ、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から離れることを阻止する工程と、半径方向遠位端部を周方向端部に接触させる工程とを含む。

さまざまな実装は、以下の特徴のいくつか又はすべてを含むことができ、含まないこともできる。方法は、第２の部位を半径方向近位端部に接触させる工程と、外力によって、ピストンを第２の位置から第１の位置に向けて付勢し、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から離れるのを許容する工程と、第１の部位を半径方向近位端部に接触させる工程とを含む。少なくとも１つの周方向端部は、半径方向凹部から筒状内面まで周方向に延在するハウジング傾斜部を有することができ、半径方向遠位端部は、ハウジング傾斜部を補完する少なくとも１つの第２のキー傾斜部を有することができ、方法はさらに、ロータ、キー、及びピストンに対してハウジングを回転させる工程と、周方向端部の１つを第２のキー傾斜部の補完する１つに接触させる工程と、周方向端部と第２のキー傾斜部の補完する１つとの接触によって、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から外れる工程と、ピストン傾斜部をキー傾斜部に接触させる工程と、キー傾斜部とピストン傾斜部との接触によって、ピストンを第２の位置から第１の位置へ動かす工程とを含むことができる。回転式アクチュエータは、ピストンに対して付勢しながら接触する軸方向のばねをさらに含むことができる。軸方向のばねは、ピストンを第１の位置又は第２の位置に付勢するように構成することができる。ピストンは、第１の部位及び軸方向の内部空洞の間の少なくとも１つと、第２の部位及び軸方向の内部空洞との間に、少なくとも１つのシールを含むことができる。回転式アクチュエータは、軸方向の内部空洞と、ピストンと、シールとによって画成された圧力室を含むことができ、圧力室は、軸方向の内部空洞の内部でピストンを軸方向に往復動させるように、ピストンに流体圧力を選択的に加えるように構成されている。ピストンを第１の位置から第２の位置に向けて動かす工程は、圧力室に流体圧力を加える工程を含むことができる。ピストンを第１の位置から第２の位置に向けて動かす工程は、圧力室の流体圧力を逃がす工程を含むことができる。

ここで述べる装置及び技術により、以下の利点の１つ又はそれ以上がもたらされ得る。第１の利点は、ここに開示する装置により、位置保持機能を改善することができる。第２の利点は、作動流体圧力の喪失又は外部若しくは内部洩れの不具合が発生した場合に、本装置は、位置保持機能を与えることが可能なフェールセーフ機構（安全側移行機構）を備えることができる。さらに、ここに示す技術によりもたらされるのは、高い外部負荷（トルク）担持能力を有する堅牢な機械的ロック機構である。本装置のさらなる利点は、安全性が決定的に重要な用途において、ロック位置を表示する目視手段又は電気的手段を容易に組み込める点である。

一つ以上の実施の詳細を、添付する図面及び以下の説明に記載する。他の特徴及び利点は、かかる説明及び図面並びに請求項から明らかになる。

ロック機構付回転式アクチュエータのロックを解除された構成の一例を示す断面側面図である。 ロック機構付回転式アクチュエータのロックを解除された構成の一例を示す端面図である。

ロック機構付回転式アクチュエータのロックされた構成の一例を示す断面側面図である。 ロック機構付回転式アクチュエータのロックされた構成の一例を示す端面図である。

ロック機構付き回転式アクチュエータをロックする工程の一例を示すフローチャートである。

ロック機構付き回転式アクチュエータをロック解除する工程の一例を示すフローチャートである。

ここでは、ロック機構付き回転式アクチュエータに関する装置及び技術について述べる。一般的に、ここに記載する回転式アクチュエータは、外側ハウジングに対して回転するロータ（回転子）を備える。ロータは、１つ以上のキーがロータから半径方向に延出するように作動させることができる機構を含む。キーは、外側ハウジングの内径部に形成された軸方向溝（円周方向ではない凹部）内へ延在する。これらの延在するキーは、凹部（溝）へ可逆的に嵌まり、外側ハウジングに対するロータの回転を機械的に制限又は制止する。航空機用途の一例において、外側ハウジングを取り付けた翼に対する操縦面（例えばフラップ、方向舵、又はエルロン（補助翼））の位置を制御できるように、及び、ロックされた状態の構成においてロック機構付き回転式アクチュエータが操縦面と翼との相対的な位置を保てるように、ロータを構成してもよい。

図１Ａは軸方向断面側面図、図１Ｂは半径方向端面図であり、ロック機構付き回転式アクチュエータ１００の第１の構成（ロックを解除された構成）の一例を示す。実施の形態によっては、アクチュエータ１００は、航空機、宇宙船、船舶、陸上車両、又は他の適切な形態の乗り物の構成部品を作動させるように構成することができる。

例示のロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、外側ハウジング１１２を備える。外側ハウジング１１２の内面１１４は円筒状である。この円筒状内面１１４の一部には、軸方向長さを有する半径方向凹部１１６が設けられる。ここで図１Ｂを参照すると、半径方向凹部１１６は、円筒状内面１１４の周方向に対して軸方向端部を形成する、半径方向に角度の付いた少なくとも１つの周方向端部１１８を有する。実施の形態によっては、外側ハウジング１１２は、円筒状内面１１４に沿って半径方向に配置した複数の半径方向凹部１１６を含んでもよい。

再び図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、例示のロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、ロータ１２０を含む。ロータ１２０は、外側ハウジング１１２の内側に配設され、円筒状外面１２２を有する。この円筒状外面１２２は、円筒状内面１１４内で回転可能である。実施の形態によっては、ロータ１２０が可動部品であってよい。例えば、外側ハウジング１１２を外部の台座又は外部の面に固定してもよい。さもなければ、外側ハウジング１１２は、ロータ１２０の運動の相対的な基準座標系を提供してもよい。実施の形態によっては、ロータ１２０が固定子又はその他の相対的に非可動な部品であってもよい。例えば、ロータ１２０を外部の台座又は外部の面に固定してもよい。さもなければ、ロータ１２０は、外側ハウジング１１２の運動の相対的な基準座標系を提供してもよい。例えば、ロータを実質的に静止状態に保ってもよく、外側ハウジング１１２がロータ１２０の周りを少なくとも部分的に回転するように、アクチュエータ１００を作動させてもよい。

例示のロック機構付き回転式アクチュエータ１００のロータ１２０は、軸方向の内部空洞１２４及び孔（ポート）１２６も有する。孔１２６は、半径方向凹部１１６に対して回転方向アライメント（整列）が可能に配設され、軸方向の内部空洞１２４から円筒状外面１２２まで半径方向に延在する。例えば、孔１２６を半径方向凹部１１６とのアライメントをとるように、ロータ１２０を外側ハウジング１１２の内部で回転してもよい。

例示のロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、ピストン１３０も有する。ピストン１３０は、軸方向の内部空洞１２４内を軸方向に往復動自在に配置されている。例えば、円筒状外面１２２は、軸線１２８を中心とする略円筒の形状であってもよい。ピストン１３０は、軸線１２８に対して実質的に平行に動くように構成することができる。ピストン１３０は、図１Ａ及び図１Ｂに示す第１の位置と、図２Ａ及び図２Ｂの描写でさらに詳述するつもりの第２の位置との間を自在に動くように構成される。

例示のロック機構付き回転式アクチュエータ１００のピストン１３０は、第１の太さ１３３を持つ第１の部位１３２と、第２の太さ１３５を持つ第２の部位１３４と、第１の部位１３２から第２の部位１３４まで軸方向に延在するピストン傾斜部１３６とを備えている。第２の太さ１３５は第１の太さ１３３よりも太い。それにより、ピストン傾斜部１３６は、第１の部位１３２から第２の部位１３４まで、軸線１２８に沿う勾配を形成する。

例示のロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、孔１２６内を軸線１２８に対して半径方向に往復動するように配設されたキー１４０を有する。キー１４０は、軸線１２８及び軸方向の内部空洞１２４に近い半径方向近位端部１４２と、外面１２２及び外側ハウジング１１２に近い半径方向遠位端部１４３とを有する。実施の形態によっては、アクチュエータの負荷担持能力の増加に応じて複数のキー１４０を備えてもよい。

キー１４０の半径方向近位端部１４２は、ピストン傾斜部１３６を補完する第１のキー傾斜部１４４を有する。例えば、ピストン傾斜部１３６は、第１の部位１３２から第２の部位１３４まで軸線１２８に対して略４５度（例えば３０〜６０度）の角度で延在してもよく、キー傾斜部１４４を、軸線１２８に対して略４５度（例えば３０〜６０度）の角度でピストン傾斜部１３６に対して略平行（例えば±１０度）になるように形成してもよい。

図１Ｂを参照すると、キー１４０の半径方向遠位端部１４３は、一対のキー傾斜部１４５を有する。キー傾斜部１４５は、半径方向凹部１１６の周方向端部１１８に形成された一対のハウジング傾斜部１１９を補完する。例えば、ハウジング傾斜部１１９は、円筒状内面１１４に対して略６５度（例えば３０〜８０度）の角度で形成されていてもよく、キー傾斜部１４５は、（例えば円筒状内面１１４に対して）略６５度（例えば３０〜８０度）の角度でハウジング傾斜部１１９に対して略平行（例えば±１０度）になるように形成されてもよい。

再び図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、キー１４０は、半径方向近位端部１４２から半径方向遠位端部１４３まで延在する本体部１４８を含む。半径方向近位端部１４２は、第１の部位１３２に接しており、図２Ａ及び図２Ｂの描写でさらに詳述するつもりであるが、ピストン１３０が第１の位置にある時には半径方向遠位端部１４３が半径方向凹部１１６へ延在しないように、かつ半径方向近位端部１４２が第１の部位１３２に接することが可能なように構成されている。

例示のロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、第１の部位１３２と軸方向の内部空洞１２４の半径方向内壁１２９との間のシール１５０と、第２の部位１３４と軸方向の内部空洞１２４の半径方向内壁１２９との間のシール１５２とを有する。軸方向の内部空洞１２４、ピストン１３０の第１の部位１３２、及びシール１５０は圧力室１５４の一部を画成し、軸方向の内部空洞１２４、ピストン１３０の第２の部位１３４、及びシール１５２は圧力室１５６の一部を画成する。実施の形態によっては、軸方向の内部空洞１２４内においてピストン１３０を軸方向に往復動させるために、圧力室１５４及び圧力室１５６の一方又は両方を、ピストン１３０へ選択的に流体圧力がかかるように構成することができる。例えば、ピストン１３０を図２Ａ及び図２Ｂに示す第２の位置に向かわせるように圧力室１５４を加圧してもよく、及び／又はピストン１３０を図１Ａ及び図１Ｂに示す第１の位置に向かわせるように圧力室１５６を加圧してもよい。

例示のロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、ピストン１３０に対して付勢しながら接触する軸方向のばね１６０を備える。実施の形態によっては、ピストン１３０を第１の位置から第２の位置に向かわせるように軸方向のばね１６０を構成することができる。例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ばね１６０は第２の部位１３４に対して付勢しながら接触している状態にある。圧力室１５４にかける流体圧力は、ピストン１３０がばね１６０を圧縮させるのに十分な程度でよく、流体圧力を緩和したときに、ばね１６０により第１の位置に向けてピストンを戻すようにしてもよい。実施の形態によっては、軸方向のばね１６０を、図１Ａ及び図１Ｂに示す第１の位置から図２Ａ及び図２Ｂに示す第２の位置へピストン１３０を動かすように構成することができる。例えば、ばね１６０がピストン１３０の第１の部位１３２に対して付勢しながら接触するように、ロック機構付き回転式アクチュエータ１００を構成してもよい。圧力室１５６にかける流体圧力は、ピストン１３０がばね１６０を圧縮させるのに十分な程度でよく、流体圧力を緩和したときに、ばね１６０により第２の位置に向けてピストンを戻すようにしてもよい。

図１Ｂを参照すると、この状態で図のピストン１３０は実質的に第１の位置にあり、キー１４０は、実質的に孔１２６内で静置状態をとることができる。半径方向遠位端１４３が円筒状外面１２２の下方に位置するので、ロータ１２０は実質的に外側ハウジング１１２と機械的に干渉することなく自由に回転できる。

図２Ａは断面側面図、図２Ｂは端面図であり、ロック機構付き回転式アクチュエータ１００の第２の構成（例えばロックされた構成）の一例を示す。第２の構成において、ピストン１３０は軸方向の内部空洞１２４内の第２の位置（例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示す第１の位置と異なる位置）に配置されており、キー１４０の半径方向近位端部１４２がピストン１３０の第２の部位１３４に接触できるようになっている。

ピストン１３０が第１の位置から第２の位置へ動かされるとき、キー傾斜部１４４とピストン傾斜部１３６との間の補完的な滑り接触によって、キー１４０は孔１２６を通って軸線１２８から半径方向に離される。キー１４０が孔１２６に沿って半径方向に動くとき、キー１４０の半径方向遠位端部１４５は半径方向凹部１１６内に延在する。半径方向遠位端部１４５が半径方向凹部１１６内に延在したことで、キー１４０の半径方向近位端部１４２がピストン１３０の第２の部位１３４に接触可能な第２の位置へピストン１３０が実質的に移動するのに十分な間隙が与えられる。ピストン１３０が第２の位置にあることによって、キー１４０の半径方向遠位端部１４５が半径方向凹部１１６内に延在した状態で、キー１４０を延在位置に保つことができる。

図２Ｂを参照すると、ピストン１３０が実質的に第２の位置にあり、外側ハウジング１１２に対してロータ１２０が回転すると、キー１４０の半径方向遠位端部１４３が外側ハウジング１１２の周方向端部１１８に接触して機械的な干渉が生ずる。そしてキー１４０が孔１２６内にあって、周方向端部１１８とキー１４０の半径方向遠位端部１４３とが干渉することにより、外側ハウジング１１２に対するロータ１２０の回転が実質的に阻止され、外側ハウジング１１２及び外側ハウジング１１２が搭載され得る構造体に対してロータ１２０を可逆的に「ロック」する。例えば、外側ハウジング１１２を航空機の翼に搭載すると共にロータ１２０をフラップなどの操縦面に連結してもよい。こうした実施例では、ピストン１３０を第１の位置まで動かして翼に対するフラップの動きを許容してもよいし、ピストン１３０を第２の位置まで動かして翼に対してフラップを選択位置に実質的にロックしてもよい。

ロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、ピストン１３０を図２Ａ及び図２Ｂに示す第２の位置から図１Ａ及び図１Ｂに示す第１の位置まで動かして戻すことによって、ロック解除される。ピストン１３０が第２の位置から第１の位置へ動くとき、ピストン１３０の第２の部位１３４は、キー１４０の半径方向近位端部１４２との接触から離れる。

先に述べたように、外側ハウジング１１２に対するロータ１２０の回転によって、キー１４０の遠位端部１４３と半径方向凹部１１６との機械的な接触が発生する。主に図２Ｂを参照すると、ロータ１２０の回転によって少なくとも１つのキー傾斜部１４５がハウジング傾斜部１１９と接触する。キー傾斜部１４５とハウジング傾斜部１１９との相補角間の接触によって、キー１４０はピストン１３０に向かって半径方向内方に動く。ピストン１３０が第１の位置と第２の位置との略中間（例えば、ピストン１３０の全行程の中間点近傍）の位置にある実施によっては、半径方向の近位端部１４２がピストン傾斜部１３６と接触することができ、キー１４０を、外側ハウジング１１２に対するロータ１２０の回転によって、ピストン傾斜部と接触させることができる。このような実施例では、キー傾斜部１４４とピストン傾斜部１３６との相補角間の接触によって、ピストン１３０を軸方向で第１の位置に向けることができる。

実施によっては、ピストン１３０を第２の位置から第１の位置へ動かすエネルギーの少なくとも幾分かを提供することにより、外側ハウジング１１２に対するロータ１２０の回転がロック解除の工程を支援する機械的エネルギーを提供することができる。例えば、ロータ１２０の回転、及び、キー傾斜部１４５とハウジング傾斜部１１９との干渉によって、キー１４０の遠位端部１４３を半径方向凹部１１６から外に出すエネルギーを提供することができる。次いで、キー１４０の半径方向内方への動き、及び、キー傾斜部１１４とピストン傾斜部１３６との機械的な協働とによって、ピストンを第２の位置から第１の位置へ向かわせるエネルギーを提供することができる。

実施の形態によっては、ロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、圧力室１５４内の流体圧力又は他の適切な力が、ピストン１３０を第１の位置へ向かわせるまでは、最初は第２の構成であってもよい。実施の形態によっては、ロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、圧力室１５６にかかる流体圧力又は他の適切な力が、ピストン１３０を第１の位置へ向かわせるまでは、最初は第１の構成であってもよい。例えば、ばね１６０をピストン１３０の第１の部位１３２近傍に配置してピストンを第２の位置に向かわせることができ、その間、圧力室１５６内の流体圧力がばね１６０の反力に打ち勝ってピストン１３０を第１の位置へ向かわせるのに十分であるかもしれない。

実施の形態によっては、ロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、圧力室１５４内の流体圧力を逃がすまでの間は、最初は第１の構成であってもよい。実施によっては、ロック機構付き回転式アクチュエータ１００は、圧力室１５６にかけた流体圧力を逃がしてピストン１３０を第１の位置に向けて動かせるようにするまでの間は、最初は第２の構成であってもよい。例えば、ばね１６０をピストン１３０の第１の部位１３２の近傍に配置して、圧力室１５６の流体圧力によりピストン１３０で圧縮されるようにしてもよく、その流体圧力を逃がしたときにばね１６０がピストンを第１の位置に向けて動かしてもよい。

図３は、ロック機構付き回転式アクチュエータをロックする工程３００の一例を示すフローチャートである。実施によっては、この工程３００を、図１Ａから図２Ｂに示すロック機構付き回転式アクチュエータ１００に用いることができる。

工程３０２では、ロック機構付き回転式アクチュエータが提供される。例えば、ロック機構付き回転式アクチュエータ１００を提供することができる。

工程３０４では、第１の部位を半径方向近位端部に接触させる。例えば、ピストン１３０の第１の部位１３２を、キー１４０の半径方向近位端部１４２に接触させることができる。

工程３０６では、外力により、ピストンを第１の位置から第２の位置へ動かす。例えば、圧力室１５４に流体圧力をかけ、ピストン１３０を、図１Ａ及び図１Ｂに示す第１の位置から図２Ａ及び図２Ｂに示す第２の位置へ動かすことができる。

工程３０８では、ピストン傾斜部をキー傾斜部に接触させる。例えば、ピストン傾斜部１３６をキー傾斜部１４４に接触させることができる。

工程３１０では、ピストンの動き及び第１のキー傾斜部とピストン傾斜部との接触により、キーが孔を通って部分的に半径方向に延在するようにし、半径方向遠位端部が半径方向凹部へ部分的に延在するようにする。例えば、ピストン１３０が第１の位置から第２の位置に向けて動いたとき、ピストン傾斜部１３６をキー傾斜部１４４に接触させ、キー１４０をピストン１３０から半径方向に離れるように延在させる。キー１４０が半径方向に延在したとき、キー１４０の半径方向遠位端部１４３が半径方向凹部１１６内へ延在する。

工程３１２では、第２の部位を半径方向近位端部と接触させて、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から離れることを阻止する。例えば、キー１４０の半径方向近位端部１４２がピストン１３０の第２の部位１３４に接触しているとき、キー１４０は半径方向の内方に実質的に動くことができず、キー１４０の半径方向遠位端部１４３は半径方向凹部１１６から出ることができない。

工程３１４では、半径方向遠位端部を周方向端部に接触させる。例えば、ロータ１２０を外側ハウジング１１２に対して細かく回転させ、キー１４０の半径方向遠位端部１４３を周方向端部１１８の１つに接触させることができる。キー１４０の半径方向遠位端部１４３と周方向端部１１８との機械的な干渉により、外側ハウジング１１２に対するそれ以上のロータ１２０の回転を防ぐことができ、外側ハウジング１１２に対してロータ１２０を実質的に位置決め「ロック」することができる。

図４は、ロック機構付き回転式アクチュエータをロック解除する工程４００の一例を示すフローチャートである。実施によっては、工程４００を、図１Ａから図２Ｂに示すロック機構付き回転式アクチュエータ１００に用いることができる。

工程４０２では、第２の部位を半径方向近位端部に接触させる。例えば、ピストン１３０の第２の部位１３４を、キー１４０の半径方向近位端部１４２に接触させることができる。

工程４０４では、外力によってピストンが第２の位置から第１の位置に向かい、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部が半径方向凹部から離れることが可能になる。例えば、圧力室１５４にかけた流体圧力により、ピストン１３０を第１の位置へ向けて動かすことができる。その他の実施例では、ピストンを第２の位置から第１の位置に向けて動かす力を提供するために、ばね１６０を第１の部位の近位に配置してもよい。ピストン１３０が第１の位置に向けて動くとき、キー１４０は孔１２６の内部を半径方向内方に動くことができ、キー１４０の半径方向遠位端部１４３が半径方向凹部１１６から離れることを許容する。

実施によっては、ハウジングは、ロータ、キー、及びピストンに対して回転可能で、周方向端部の１つが、補完する第２のキー傾斜部の１つに接触させることができる。例えば、キー傾斜部１４５の１つが、対応するハウジング傾斜部１１９の１つと接触することができる。実施によっては、周方向端部と補完する第２のキー傾斜部の１つとの接触は、キーが孔を通って半径方向に引き戻されて半径方向遠位端部を半径方向凹部から離すことができる。例えば、キーと外側ハウジングとの相対的な回転運動によって、ハウジング傾斜部１１９とキー傾斜部１４５との余角を発生することができ、回転力の一部がキーを半径方向内方に動かす半径方向の力に変換され、キー１４０の半径方向遠位端部１４３が半径方向凹部１１６から出される。実施によっては、キー傾斜部がピストン傾斜部に接触可能であり、キー傾斜部とピストン傾斜部とが接触してピストンを第２の位置から第１の位置へ動かすことができる。例えば、キー傾斜部１４４とピストン傾斜部１３６との相補角間の接触によって、半径方向内方に向かうキー１４０の動きをピストン１３０の軸方向の動きに変換することができる。

工程４０６では、第１の部位１３２を半径方向近位端部１４２に接触させる。例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ピストン１３０が第１の位置にある場合には、キー１４０の半径方向近位端部１４２をピストン１３０の第１の部位１３２に接触させることができる。

いくつかの実施について、以上詳細に説明したが、他の改変も可能である。例えば、各図に示す論理的なフローにとって、示された特定の順序又は順番は望ましい結果を得るための要件ではない。また、他のステップを加えてもよく、記載したフローからあるステップを除いてもよく、記載したシステムに他の構成要素を加えてもよく、それから除いてもよい。したがって、他の実施は、本願請求項の範囲に含まれる。

１００ ロック機構付き回転式アクチュエータ
１１２ 外側ハウジング
１１４ 円筒状内面
１１６ 半径方向凹部
１１８ 周方向端部
１１９ ハウジング傾斜部
１２０ ロータ
１２２ 円筒状外面
１２４ 内部空洞
１２６ 孔
１２８ 軸線
１２９ 半径方向内壁
１３０ ピストン
１３２ 第１の部位
１３３ 第１の太さ
１３４ 第２の部位
１３５ 第２の太さ
１３６ ピストン傾斜部
１４０ キー
１４２ 半径方向近位端部
１４３ 半径方向遠位端部
１４４ 第１のキー傾斜部
１４５ キー傾斜部
１４８ 本体部
１５０、１５２ シール
１５４、１５６ 圧力室
１６０ ばね

Claims (15)

1. 回転式アクチュエータ用のロック装置であって；
   少なくとも１つの周方向端部が内部に形成された半径方向凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングと；
   前記外側ハウジングの内部に配設されたロータであって、
   前記筒状内面の内側を回転可能な筒状外面と、
   軸方向の内部空洞と、
   前記半径方向凹部との回転方向アライメントが可能であるように配設され、前記軸方向の内部空洞から前記筒状外面へ半径方向に延在する孔と、を含むロータと；
   前記軸方向の内部空洞の内部で第１の位置と第２の位置との間を軸方向に往復動するように配設されたピストンであって、
   第１の太さを有する第１の部位と、
   前記第１の太さよりも大きい第２の太さを有する第２の部位と、
   前記第１の部位から前記第２の部位まで軸方向に延在するピストン傾斜部と、を含むピストンと；
   前記孔の内部で半径方向に往復動するように配置されたキーであって、
   前記ピストン傾斜部を補完する第１のキー傾斜部を有する半径方向近位端部と、
   半径方向遠位端部と、
   前記ピストンが前記第２の位置にあるときに前記半径方向近位端部が前記第２の部位に接触しつつ前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部内に延在し、前記ピストンが前記第１の位置にあるときに前記半径方向近位端部が前記第１の部位に接触しつつ前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部内に延在しないように、前記半径方向近位端部から前記半径方向遠位端部まで延在する本体部と、を含むキーとを備える；
   回転式アクチュエータ。
2. 前記周方向端部は、前記半径方向凹部から前記筒状内面まで角度を付けられて周方向かつ半径方向に延在するハウジング傾斜部を有し、前記半径方向遠位端部は、前記ハウジング傾斜部を補完する少なくとも１つの第２のキー傾斜部を有する、
   請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
3. 前記ピストンに対して付勢しながら接触する軸方向のばねをさらに備える、
   請求項１又は請求項２に記載の回転式アクチュエータ。
4. 前記軸方向のばねは、前記ピストンを前記第１の位置又は前記第２の位置に付勢するように構成された、
   請求項３に記載の回転式アクチュエータ。
5. 前記ピストンは、前記第１の部位及び前記軸方向の内部空洞の半径方向内壁の間の少なくとも１つと、前記第２の部位及び前記軸方向の内部空洞の前記半径方向内壁との間に、少なくとも１つのシールをさらに備える、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転式アクチュエータ。
6. 前記軸方向の内部空洞と、前記ピストンと、前記シールとによって画成された圧力室をさらに備え、前記圧力室は、前記軸方向の内部空洞の内部で前記ピストンを軸方向に往復動させるように、前記ピストンに流体圧力を選択的に加えるように構成されている、
   請求項５に記載の回転式アクチュエータ。
7. 回転式アクチュエータを選択的にロックする方法であって；
   回転式アクチュエータを提供する工程であって、
   少なくとも１つの周方向端部が内部に形成された半径方向凹部を有する筒状内面を有する外側ハウジングと、
   前記外側ハウジングの内部に配設されたロータであって、前記筒状内面の内側を回転可能な筒状外面と、軸方向の内部空洞と、前記半径方向凹部との回転方向アライメントが可能であるように配設され、前記軸方向の内部空洞から前記筒状外面へ半径方向に延在する孔と、を含むロータと、
   前記軸方向の内部空洞の内部で第１の位置と第２の位置との間を軸方向に往復動するように配設されたピストンであって、第１の太さを有する第１の部位と、前記第１の太さよりも大きい第２の太さを有する第２の部位と、前記第１の部位から前記第２の部位まで軸方向に延在するピストン傾斜部と、を含むピストンと、
   前記孔の内部で半径方向に往復動するように配置されたキーであって、前記ピストン傾斜部を補完する第１のキー傾斜部を有する半径方向近位端部と、半径方向遠位端部と、前記ピストンが前記第２の位置にあるときに前記半径方向近位端部が前記第２の部位に接触しつつ前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部内に延在し、前記ピストンが前記第１の位置にあるときに前記半径方向近位端部が前記第１の部位に接触しつつ前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部内に延在しないように、前記半径方向近位端部から前記半径方向遠位端部まで延在する本体部と、を含むキーと、を備える回転式アクチュエータを提供する工程と；
   前記第１の部位を前記半径方向近位端部に接触させる工程と；
   前記ピストンを、外力によって、前記第１の位置から前記第２の位置に向けて動かす工程と；
   前記ピストン傾斜部を前記キー傾斜部に接触させる工程と；
   前記ピストンの動き及び前記第１のキー傾斜部と前記ピストン傾斜部との接触によって、前記孔を通る前記キーの半径方向の部分的な延在と、前記半径方向遠位端部の前記半径方向凹部内への部分的な延在とを行わせる工程と；
   前記第２の部位を前記半径方向近位端部に接触させ、前記キーが前記孔を通って半径方向に引き戻されて前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部から離れることを阻止する工程と；
   前記半径方向遠位端部を前記周方向端部に接触させる工程とを備える；
   方法。
8. 前記第２の部位を前記半径方向近位端部に接触させる工程と；
   外力によって、前記ピストンを前記第２の位置から前記第１の位置に向けて付勢し、前記キーが前記孔を通って半径方向に引き戻されて前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部から離れるのを許容する工程と；
   前記第１の部位を前記半径方向近位端部に接触させる工程とをさらに備える；
   請求項７に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つの前記周方向端部は、前記半径方向凹部から前記筒状内面まで角度を付けられて周方向かつ半径方向に延在するハウジング傾斜部を有し、前記半径方向遠位端部は、前記ハウジング傾斜部を補完する少なくとも１つの第２のキー傾斜部を有し、前記方法はさらに、
   前記ロータ、前記キー、及び前記ピストンに対して前記ハウジングを回転させる工程と；
   前記周方向端部の１つを前記第２のキー傾斜部の補完する１つに接触させる工程と；
   前記周方向端部と前記第２のキー傾斜部の前記補完する１つとの接触によって、前記キーが前記孔を通って半径方向に引き戻されて前記半径方向遠位端部が前記半径方向凹部から外れる工程と；
   前記ピストン傾斜部を前記キー傾斜部に接触させる工程と；
   前記キー傾斜部と前記ピストン傾斜部との接触によって、前記ピストンを前記第２の位置から前記第１の位置へ動かす工程とを備える；
   請求項８に記載の方法。
10. 前記回転式アクチュエータは、前記ピストンに対して付勢しながら接触する軸方向のばねをさらに備える；
    請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記軸方向のばねは、前記ピストンを前記第１の位置又は前記第２の位置に付勢するように構成された、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記ピストンは、前記第１の部位及び前記軸方向の内部空洞の間の少なくとも１つと、前記第２の部位及び前記軸方向の内部空洞との間に、少なくとも１つのシールをさらに備える、
    請求項７乃至請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記回転式アクチュエータは、前記軸方向の内部空洞と、前記ピストンと、前記シールとによって画成された圧力室をさらに備え、前記圧力室は、前記軸方向の内部空洞の内部で前記ピストンを軸方向に往復動させるように、前記ピストンに流体圧力を選択的に加えるように構成されている、
    請求項１２に記載の方法。
14. 前記ピストンを前記第１の位置から前記第２の位置に向けて動かす工程が、前記圧力室に流体圧力を加える工程を含む、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記ピストンを前記第１の位置から前記第２の位置に向けて動かす工程が、前記圧力室の流体圧力を逃がす工程を含む、
    請求項１３に記載の方法。

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