JP7496465B2 - 流体アクチュエータ - Google Patents
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Description
第1通路切替弁120、第1モード切替弁126、第2通路切替弁220、第2モード切替弁226は、制御部である制御装置100で制御される。制御装置100は、コンピュータプログラム(ソフトウェア)に従って各種処理を実行する1つ以上のプロセッサとして構成し得る。なお、制御装置100は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路(ASIC)等の1つ以上の専用のハードウェア回路、またはそれらの組み合わせを含む回路(circuitry)として構成してもよい。プロセッサは、CPU及び、RAM並びにROM等のメモリを含む。メモリは、処理をCPUに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。
図2に示すように、制御装置100は、第1油圧回路110と第2油圧回路210との双方に異常が生じていない場合、第1切替パターンとして、第1モード切替弁126を連通位置126aに切り替えるとともに第2モード切替弁226を連通位置226aに切り替えてこれらの双方をノーマルモードとする。この場合、制御装置100は、差動トランス型位置検出器73の検出信号に基づいて、第1通路切替弁120及び第2通路切替弁220の双方を連通位置または反転連通位置に切り替える。
図4に示すように、制御装置100は、第1油圧回路110に異常が生じておらず、第2油圧回路210に異常が生じている場合、第2切替パターンとして、第1モード切替弁126を連通位置126aに切り替えて当該第1モード切替弁126をノーマルモードとする。また、制御装置100は、第2モード切替弁226を通常遮断位置226bに切り替えて当該第2モード切替弁226をフリーモードとする。
図5に示すように、制御装置100は、第2油圧回路210に異常が生じておらず、第1油圧回路110に異常が生じている場合、第3切替パターンとして、第2モード切替弁226を連通位置226aに切り替えて当該第2モード切替弁226をノーマルモードとする。また、制御装置100は、第1モード切替弁126を通常遮断位置126bに切り替えて当該第1モード切替弁126をフリーモードとする。
図6に示すように、制御装置100は、第1油圧回路110と第2油圧回路210との双方において作動油の圧力に異常が生じている場合であって、尚且つ流体アクチュエータ10が取り付けられているフラップに取り付けられている他の流体アクチュエータのうち、モード切替弁がノーマルモードに切り替えられているものが存在している場合、第4切替パターンを実行する。第4切替パターンでは、制御装置100は、第1モード切替弁126を通常遮断位置126bに切り替えるとともに、第2モード切替弁226を通常遮断位置226bに切り替える。すなわち、制御装置100は、第1モード切替弁126及び第2モード切替弁226の双方をフリーモードに切り替える。なお、制御装置100は、第4切替パターンでは、第1通路切替弁120を遮断位置120bに切り替えるとともに、第2通路切替弁220を遮断位置220bに切り替える。こうした第4切替パターンにおいは、第1流体室20Aの第1区分室20A1と第2区分室20A2とが連通され、第2流体室20Bの第1区分室20B1と第2区分室20B2とが連通される。したがって、作動油は、第1流体室20Aの第1区分室20A1と第2区分室20A2とを自由に行き来できる。また、作動油は、第2流体室20Bの第1区分室20B1と第2区分室20B2とを自由に行き来できる。このことから、ピストンロッド30は、他の流体アクチュエータの動作に伴うフラップの動作に応じて、抵抗を受けることなく動作する。
図7に示すように、制御装置100は、第1油圧回路110と第2油圧回路210との双方において作動油の圧力に異常が生じている場合であって、尚且つ流体アクチュエータ10が取り付けられているフラップに取り付けられている他の流体アクチュエータのうち、モード切替弁がノーマルモードに切り替えられているものが存在していない場合、第5切替パターンを実行する。第5切替パターンでは、制御装置100は、第1モード切替弁126を減衰用遮断位置126cに切り替えるとともに、第2モード切替弁226を減衰用遮断位置226cに切り替える。すなわち、制御装置100は、第1モード切替弁126及び第2モード切替弁226の双方をダンピングモードに切り替える。なお、制御装置100は、第5切替パターンでは、第1通路切替弁120を遮断位置120bに切り替えるとともに、第2通路切替弁220を遮断位置220bに切り替える。こうした第5切替パターンにおいは、第1流体室20Aの第1区分室20A1と第2区分室20A2とがオリフィス126sを介して連通され、第2流体室20Bの第1区分室20B1と第2区分室20B2とがオリフィス226sを介して連通される。したがって、作動油は、抵抗を受けつつ、第1流体室20Aの第1区分室20A1と第2区分室20A2とを行き来する。また、作動油は、抵抗を受けつつ、第2流体室20Bの第1区分室20B1と第2区分室20B2とを行き来する。このことから、ピストンロッド30は、自身が取り付けられているフラップが動作した場合、抵抗を受けつつ動作する。第5切替パターンを継続すると、フラップの動作が徐々に減衰する。
(1)流体アクチュエータ10の材料について
シリンダ20における、第1取付部22zの近傍では、機体から当該第1取付部22zに作用する衝撃に耐えられることができるよう、相当の剛性が求められる。また、シリンダ20において、第1シリンダ体22の端壁22aや第2シリンダ体24等、シリンダ20の中心軸線上に位置する壁部には、ピストンロッド30の動作に伴う圧力が作用しやすいことから、相当の剛性が求められる。こうした事情から、本実施形態の構成では、第1シリンダ体22、第2シリンダ体24、第4シリンダ体28の材料として、ステンレスやブロンズ等、剛性の高い部材を採用している。ここで、ステンレスやブロンズは比重が大きい。そのため、シリンダ20全体をステンレスやブロンズで構成すると、流体アクチュエータ10の重量が大きくなる。この点、本実施形態の構成では、第3シリンダ体26の材料として、アルミニウム合金を採用している。第3シリンダ体26は、第2流体室20Bの径方向外側を区画している。第2流体室20Bの径方向外側を区画する壁部には、ピストンロッドの30の往復動に伴う圧力が作用し難いため、シリンダ20の軸線上に位置する壁部ほどの剛性は要求されない。また、第2流体室20Bは、第1取付部22zから軸線方向B側に離れた位置に配置されるため、第1取付部22z近傍ほどの剛性は要求されない。そこで、第3シリンダ体26に関しては、当該第3シリンダ体26の材料として、重量の小さいアルミニウム合金を採用することができる。そして、第3シリンダ体26にアルミニウム合金を採用することで、シリンダ20を軽量化することができる。さらに、本実施形態の構成では、シリンダ20に取り付けられるマニホールド14の材料としてもアルミニウム合金を採用している。このようにして、シリンダ20の一部やマニホールド14にアルミニウム合金を採用することで、流体アクチュエータ10を軽量化できる。
(2-1)配管16について
本実施形態の構成では、配管16によって、マニホールド14に収容された油圧回路と、シリンダ20内の流体室とを接続している。配管16によって油圧回路と流体室とを接続することで、例えば、シリンダ20における、第1流体室20Aに連通されたポート孔Pが設けられている位置にまでマニホールド14を拡大する必要がなく、マニホールド14を小型化できる。
マニホールド14は、シリンダ20の外周面に一体に設けられていることから、当該マニホールド14は、第1流体室20Aや第2流体室20Bに比較的に近い位置に配置されている。こうしたマニホールド14の内部に、通路切替弁やモード切替弁を有する油圧回路を収容することで、油圧回路と流体室とを接続する配管16を短くできる。
特許文献1に開示された流体アクチュエータにおいては、シリンダの内部に柱状の流体室が区画されている。シリンダの軸線方向の一方の底部からはガイド部材が突出している。シリンダの軸線方向の他方の底部からは、ピストンロッドが挿入されている。ピストンロッドは、軸線方向の一方の端部が開口されていて、この開口を通じて、ピストンロッドの内部にガイド部材が挿入されている。ピストンロッドは、ガイド部材に沿って往復動作する。ガイド部材の外周面には、ピストンロッドとの間の隙間を塞ぐシール部材が装着されている。シール部材は、ガイド部材における軸線方向の他方の端部に位置している。特許文献1に開示された流体アクチュエータでは、シリンダの軸線方向に関してピストンロッドがシール部材よりも当該軸線方向の一方側に相応に離れた位置まで動作した場合、シール部材よりも軸線方向の一方側では、ピストンロッドとガイド部材との間に隙間が生じる。こうした隙間にも流体は進入し得ることから、この隙間の分だけ流体室の容積が大きくなる格好となり、流体室の容積が狙いの容積からずれる。こうした容積のずれは、ピストンロッドを動かす際の出力に誤差をもたらす。この点、本実施形態の構成では、位置が固定されているガイド部材72ではなく、移動する部材であるピストンロッド30における、大径部42の軸線方向A側の端部にシール部材Sを装着している。この場合、大径部42の軸線方向A側の端部の移動とともに、シール部材Sも移動することになる。この結果、大径部42の軸線方向A側の端部の位置に合わせてシール部材Sが移動するため、ピストンロッド30の往復動作の位置に拘わらず、大径部42の軸線方向A側の端部で第1ピストン体40とガイド部材72との間の隙間を塞ぐことができる。そして、大径部42の軸線方向A側の端部で第1ピストン体40とガイド部材72との間の隙間を塞ぐことができるため、第1流体室20Aにおける第1区分室20A1の容積と、第2流体室20Bにおける第2区分室20B2の容積とを略一致させることができる。
特許文献1に開示された流体アクチュエータにおいては、シリンダの内部に流体室が区画されている。シリンダの内部にはピストンロッドが収容されている。ピストンロッドは、流体室に供給される流体の圧力が変化することにより往復動作する。ピストンロッドには、往復動作させる対象物が取り付けられる。特許文献1に開示された流体アクチュエータにおいて、ピストンロッドには、往復動作させる対象物を取り付けた状態で往復運動を繰り返しても壊れにくい耐久性が求められる。ここで、例えば金属部品は、圧縮と引っ張りとを繰り返すと疲労して強度が低下する一方で、圧縮又は引っ張りが継続されている場合には疲労し難い。本実施形態の構成では、第2ピストン体50の筒状体51は、ピストンエンド60と第1ピストン体40の段差面40aとの間に圧縮した状態で挟みこまれている。ピストンエンド60と第1ピストン体40とが螺合されていることから、筒状体51は、圧縮した状態に維持される。したがって、筒状体51は疲労し難く、疲労強度が強化されている。一方で、ピストンエンド60は、第2ピストン体50の筒状体51を圧縮した状態で第1ピストン体40の段差面40aとの間に挟み込んでいることから、筒状体51によって第1ピストン体40の段差面40aから離れる方向、すなわちシリンダ20の軸線方向B側へ押されている。こうしたピストンエンド60に対して第1ピストン体40の小径部44は螺合されている。この結果として、第1ピストン体40の小径部44は、段差面40aから離れる方向に引っ張られた状態が維持される。したがって、小径部44は疲労し難く、疲労強度が強化されている。これらの結果として、ピストンロッド30は全体として、疲労強度が強化されている。
第1モード切替弁126及び第2モード切替弁226の双方がフリーモードに切り替えられている場合、ピストンロッド30はフラップの動作に伴って動作する。ここで、フラップの動作に応じてピストンロッド30が動作する瞬間では、第1流体室20Aの第1区分室20A1と第2区分室20A2とにおいて作動油の流出入が略無い状態でピストンロッド30が動作しようとする。また、第2流体室20Bの第1区分室20B1と第2区分室20B2とにおいても、作動油の流出入が略無い状態でピストンロッド30が動作しようとする。ここで、第1流体室20Aにおいては、第1区分室20A1の直交断面積のほうが第2区分室20A2の直交断面積よりも大きくなっている。そのため、第1ピストン46が第1流体室20Aにおける軸線方向の略中央に位置している状態では、第1区分室20A1の容積は第2区分室20A2の容積よりも大きくなる。この場合、第1区分室20A1と第2区分室20A2とにおいて作動油の流出入が略無い状態では、第1ピストン46に対してつぎの方向に力が作用する。すなわち、直交断面積が大きいことに付随して容量が大きくなっている第1区分室20A1の側から、直交断面積が小さいことに付随して容量が小さくなっている第2区分室20A2の側へ向かう力が作用する。一方、第2流体室20Bにおいては、第2区分室20B2の直交断面積のほうが第1区分室20B1の直交断面積よりも大きくなっている。このことから、第1流体室20Aの場合とは反対に、第2ピストン52に対して第2区分室20B2の側から第1区分室20B1の側へ向かう力が作用する。このように、ピストンロッド30には、シリンダ20の軸線方向の中央に向かうように両側から力が作用することから、ピストンロッド30はシリンダ20の軸線方向の軸線方向のA側及びB側のどちらにも動き難くなり、且つ、シリンダ20の中央近傍の位置に保持され易くなる。したがって、フラップの往復動作が大きくなることを避ける上では好適である。
(6-1)流体室毎に油圧回路が設けられていることについて
特許文献1に開示された流体アクチュエータにおいては、シリンダの内部に柱状の流体室が区画されている。流体室は、シリンダの軸線方向の中央で2つに仕切られている。また、シリンダの内部にはピストンロッドが収容されている。ピストンロッドからは、ピストンが径方向外側へ張り出している。ピストンは2つ設けられている。一方のピストンは、シリンダの軸線方向の一方側の流体室を2室に分けている。他方のピストンは、シリンダの軸線方向の他方側の流体室を2室に分けている。特許文献1に開示された流体アクチュエータにおいて、一方側の流体室における2室にはそれぞれ、作動油を給排する接続通路が接続されている。これらの接続通路は、2室のうちの一方と他方への作動油の給排を切り替える切替弁に接続されている。また、これらの接続通路は、途中で分岐していて、他方側の流体室における2室にも接続されている。このように、特許文献1に開示された技術においては、1つの切替弁で一方側の流体室と他方側の流体室における作動油の給排の切り替えを兼ねている。こうした構成では、切替弁に動作不良が生じると、一方側の流体室と他方側の流体室の双方への作動油の給排ができなくなり、流体アクチュエータが動作不能な状態に陥るおそれがある。この点、本実施形態の構成では、第1流体室20Aと第2流体室20Bとのそれぞれ専用の油圧回路が設けられていて、それぞれ専用の通路切替弁及びモード切替弁が設けられている。そのため、第1流体室20Aと第2流体室20Bとのうちいずれかに係る油圧回路に異常が生じた場合でも、他方の油圧回路を利用して、供給通路から流体室に作動油を供給し、流体室から排出通路に作動油を排出できる。したがって、流体アクチュエータ10が動作不能な状態に陥ることを防止できる。
特許文献1に開示された流体アクチュエータにおいては、シリンダの内部に柱状の流体室が区画されている。流体室は、シリンダの軸線方向の中央で2つに仕切られている。また、シリンダの内部にはピストンロッドが収容されている。ピストンロッドからは、ピストンが径方向外側へ張り出している。ピストンは2つ設けられている。一方のピストンは、シリンダの軸線方向の一方側の流体室を2室に分けている。他方のピストンは、シリンダの軸線方向の他方側の流体室を2室に分けている。特許文献1に開示された流体アクチュエータにおいて、一方側の流体室における2室にはそれぞれ、作動油を給排する接続通路が接続されている。これらの接続通路は、2室への作動油の給排モードを切り替える切替弁に接続されている。この切替弁は、作動油の供給源から作動油を供給する第1モードと、供給源からの作動油の供給を遮断するとともに、2室を互いに接続して2室の間で作動油を給排する第2モードとに切り替えることができる。この第2モードに切り替わった場合の切替弁内の流路には、オリフィスが設けられていて、作動油の行き来、ひいてはピストンロッドの動作を減衰させる。また、上記の接続通路は、途中で分岐していて、他方側の流体室における2室にも接続されている。このように、特許文献1に開示された技術においては、1つの切替弁で一方側の流体室と他方側の流体室における作動油の給排モードの切り替えを兼ねている。こうした構成では、切替弁に動作不良が生じると、第2モードを利用できなくなり、一方側の流体室でも他方側の流体室でも作動油の流れに抵抗をかけることができなくなる。そのため、ピストンロッドの動作を減衰させることができなくなる蓋然性が高い。この点、本実施形態の構成では、第1流体室20Aと第2流体室20Bとのそれぞれ専用のモード切替弁が設けられている。そのため、第1流体室20Aと第2流体室20Bとのうちいずれかに係るモード切替弁に異常が生じた場合でも、他方のモード切替弁を利用してダンピングモードを実行できる。したがって、ピストンロッド30の動作を減衰させることができないといった事態を回避できる。
特許文献1に開示された流体アクチュエータにおいては、シリンダの内部に流体室が区画されている。シリンダの内部にはピストンロッドが収容されている。ピストンロッドは、流体室に供給される流体の圧力が変化することにより往復動作する。特許文献1に開示された流体アクチュエータにおいては、ピストンロッドに取り付けられている相手物が動作することに応じて、ピストンロッドが往復動作することがある。そして、こうしたピストンロッドの往復動を減衰させることが求められる場合がある。例えば、流体アクチュエータが航空機に搭載されていて、ピストンロッドにフラップが取り付けられることがある。航空機の飛行中においてフラップが比較的に速い速度で往復動作を繰り返している場合、機体の飛行状態が不安定になることがある。そのため、比較的に速い速度でのフラップの往復動作が相応の時間に亘って継続している場合には、機体の飛行状態が不安定になる前に、フラップの往復動作を止める必要がある。この点、本実施形態の構成では、ピストンロッド30が、予め定められた規定速度以上の速度で、予め定められた規定時間以上に亘って往復動作を継続していることを検出した場合、第1モード切替弁126及び第2モード切替弁226の双方をダンピングモードに切り替える。そのため、機体の飛行状態が不安定になる前に、ピストンロッド30の往復動作、すなわちフラップの往復動作を速やかに減衰させることができる。
・油圧回路の構成は変更可能である。例えば、第1モード切替弁126を減衰用遮断位置126cに切り替えた場合の当該第1モード切替弁126内の流路に、オリフィス126sを複数設けてもよい。この場合、例えば1つのオリフィス126sが破損等によって抵抗として機能しなくなった場合でも、残りのオリフィス126sによって流路に抵抗を付加することができる。
・第1取付部22zの取り付け対象物は、上記実施形態の例に限定されない。第2取付部64の取り付け対象物も、上記実施形態の例に限定されない。
・流体アクチュエータシステムを航空機以外に適用してもよい。
・柱状の内部空間を有し前記内部空間の軸線方向に並ぶようにして前記内部空間が複数の流体室に区画されたシリンダと、前記軸線方向の一方へ向けて他方から前記シリンダの内部に挿入されるとともに複数の前記流体室に跨って配置されそれぞれの前記流体室を2室に区画するピストンを有し前記流体室内の圧力に応じて前記軸線方向に往復動作するピストンロッドと、前記シリンダにおける前記軸線方向の一方の底部から他方へ延びるガイド部材とを備え、前記ガイド部材は前記ピストンロッドの内部に挿入され、前記ピストンロッドの内面と前記ガイド部材の外面との間には、シール部材が介在しており、前記シール部材は、前記ピストンロッドに装着されている流体アクチュエータ。
Claims (2)
- 柱状の内部空間を有し前記内部空間の軸線方向に並ぶようにして前記内部空間が複数の流体室に区画されたシリンダと、
前記軸線方向の一方へ向けて他方から前記シリンダの内部に挿入されるとともに複数の前記流体室に跨って配置されそれぞれの前記流体室を2室に区画するピストンを有し前記流体室内の圧力に応じて前記軸線方向に往復動作するピストンロッドとを備え、
前記ピストンロッドは、前記ピストンロッドに他の物体を取り付けるためのピストンエンドと、前記ピストンエンドから前記軸線方向の一方へ向けて延びている第1ピストン体と、前記第1ピストン体が挿通される筒状の第2ピストン体とを有し、
前記第1ピストン体は、前記軸線方向の一方の流体室を2室に区画する第1ピストンと、前記第1ピストンから前記軸線方向の他方へ向けて延びている大径部と、前記大径部から前記軸線方向の他方へ向けて延びているとともに前記大径部よりも外径が小さい小径部とを有し、
前記第2ピストン体は、前記軸線方向の他方の流体室を2室に区画する第2ピストンと、前記軸線方向の長さが前記小径部よりも短く前記小径部が挿通されている筒状体とを有し、
前記ピストンエンドは、前記小径部における前記軸線方向の他方の端部に螺合されており、
前記第2ピストン体は、前記第1ピストン体における前記大径部及び前記小径部の境界の段差面と前記ピストンエンドとの間に挟まれている
流体アクチュエータ。 - 前記シリンダにおける前記軸線方向の一方の底部から他方へ延びるガイド部材をさらに備え、
前記ガイド部材は前記ピストンロッドの内部に挿入され、前記ピストンロッドの内面と前記ガイド部材の外面との間には、シール部材が介在しており、
前記シール部材は、前記ピストンロッドに装着されている
請求項1に記載の流体アクチュエータ。
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