特表 2022-521047 回転駆動アクチュエータ用の一回使用のジャミングのない停止モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-05

(54)【発明の名称】回転駆動アクチュエータ用の一回使用のジャミングのない停止モジュール

(51)【国際特許分類】

   F16D 41/12 20060101AFI20220329BHJP

   F16D 41/14 20060101ALI20220329BHJP

   F16D 63/00 20060101ALI20220329BHJP

【ＦＩ】

F16D41/12 C

F16D41/14

F16D63/00 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021544512

(86)(22)【出願日】2020-02-24

(85)【翻訳文提出日】2021-09-30

(86)【国際出願番号】 US2020019406

(87)【国際公開番号】W WO2020176374

(87)【国際公開日】2020-09-03

(31)【優先権主張番号】62/810,139

(32)【優先日】2019-02-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】507027656

【氏名又は名称】ムーグ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100117640

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 達己

(72)【発明者】

【氏名】ラーソン，ローウェル・バン・ルンド

【テーマコード（参考）】

3J058

【Ｆターム（参考）】

3J058AB21

3J058FA50

(57)【要約】

回転駆動アクチュエータのジャミングのない行程端停止のための停止モジュールは、停止爪を関節結合するタイミングギヤと、回転アクチュエータの過剰な回転運動エネルギーを安全に消散させるように配置された、低慣性、変形可能な停止ディスクとを含む。停止モジュールは、停止させて過剰な運動エネルギーを消散させるために摩擦に依拠せず、その代わりに、停止モジュールの停止カートリッジに設けることができる金属停止ディスクの予測可能な変形に依拠する。過剰なエネルギーを消散するために変形可能な要素を使用することによって、本開示の停止モジュールは、従来の行程端停止機構よりも軽くて小さくすることができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力要素から出力要素に回転運動を伝達するための、行程端限界を有するアクチュエータであって、
変形可能な要素及び変形させる要素であって、前記変形可能な要素が前記入力要素の回転に応じて回転するように、前記変形可能な要素が前記入力要素に接続された、変形可能な要素及び変形させる要素と、
非停止位置と停止位置との間を動くことができる停止要素であって、前記停止要素が前記非停止位置にあるとき、前記変形させる要素が前記変形可能な要素とともに回転し、前記停止要素が前記停止位置にあるとき、前記変形可能な要素と前記変形させる要素との間で相対運動が生じる、停止要素と、
前記入力要素又は前記出力要素の回転に応じるタイミングギヤであって、前記行程端限界に達したときに、前記停止要素を前記停止位置に動かすように構成されたタイミングギヤとを備え、
前記変形可能な要素と前記変形させる要素との間で相対運動が生じると、前記変形させる要素が前記変形可能な要素の変形を生じさせ、
それによって、前記行程端限界に達したときに、前記変形可能な要素の前記変形によって前記アクチュエータの運動エネルギーが消散される、アクチュエータ。

【請求項2】

エンクロージャを含む停止カートリッジ組立体を備え、前記変形可能な要素及び前記変形させる要素が前記エンクロージャ内に配置され、前記停止要素が前記非停止位置にあるとき、前記エンクロージャ、前記変形可能な要素、及び前記変形させる要素が一体となって一緒に回転する、請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記変形可能な要素が金属製の変形可能なディスクである、請求項２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記変形可能なディスクが、前記入力要素とともに回転するように前記入力要素にスプライン結合されている、請求項３に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記変形させる要素が、前記エンクロージャ及び前記変形可能なディスクと接触する少なくとも１つの玉を含む、請求項３に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

前記少なくとも１つの玉が、前記エンクロージャの内面のそれぞれのポケット内に収まり、前記変形可能なディスクと接触して配置された複数の玉を含む、請求項５に記載のアクチュエータ。

【請求項7】

前記変形可能なディスクが、前記複数の玉の１つを受け入れる凹部を含む、請求項６に記載のアクチュエータ。

【請求項8】

前記停止要素が、前記停止位置において前記エンクロージャに係合し、それによって、前記変形可能なディスクと前記少なくとも１つの玉との間に相対運動が生じる、請求項５に記載のアクチュエータ。

【請求項9】

前記停止要素が、前記非停止位置と前記停止位置との間の軸線を中心として枢動可能な爪を含み、前記爪が前記停止位置において前記エンクロージャに係合し、それによって、前記変形可能なディスクと前記変形させる要素との間に相対運動が生じる、請求項２に記載のアクチュエータ。

【請求項10】

前記アクチュエータの前記行程端限界が、前記入力要素の第１の回転方向に対応する第１の行程端限界であり、前記アクチュエータが、前記入力要素の第２の回転方向に対応する第２の行程端限界を有し、前記エンクロージャが第１の方向に回転しているとき、前記爪が、前記非停止位置から、前記爪が前記エンクロージャに係合して前記エンクロージャを停止させる第１の停止位置に第１の方向に前記軸線を中心として枢動可能であり、前記エンクロージャが第２の方向に回転しているとき、前記爪が、前記非停止位置から、前記爪が前記エンクロージャに係合して前記エンクロージャを停止させる第２の停止位置に第２の方向に前記軸線を中心として枢動可能である、請求項９に記載のアクチュエータ。

【請求項11】

前記アクチュエータが前記第１の行程端限界と前記第２の行程端限界との間にあるとき、前記爪が前記非停止位置に付勢される、請求項９に記載のアクチュエータ。

【請求項12】

前記変形させる要素から前記入力要素の回転の軸線周りに角度間隔を置いて配置された二次的な変形させる要素をさらに備え、前記二次的な変形させる要素が、前記変形させる要素によって前に変形された前記変形可能な要素の領域に作用する、請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項13】

行程端限界に達したときに、入力要素から出力要素への回転運動の伝達を停止する方法であって、
変形可能な要素及び変形させる要素を提供するステップであって、前記変形可能な要素が前記入力要素の回転に応じて回転するように、前記変形可能な要素が前記入力要素に接続された、ステップと、
前記行程端限界に達したときに、前記変形可能な要素と前記変形させる要素との間で相対運動を生じさせるステップであって、前記変形可能要素と前記変形させる要素との間で相対運動が生じたとき、前記変形させる要素が前記変形可能な要素の変形を生じさせる、ステップと、
前記回転運動に関係した運動エネルギーを前記変形可能な要素の前記変形によって消散させるステップと
を含む方法。

【請求項14】

前記変形させる要素が少なくとも１つの玉を含み、前記変形可能な要素が変形可能なディスクを含み、前記少なくとも１つの玉及び前記変形可能なディスクがエンクロージャ内に設けられ、相対運動を生じさせる前記ステップが、停止要素を、前記エンクロージャに係合する停止位置に動かすステップを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記停止要素が、前記入力要素に接続されたタイミングギヤシステムによって前記停止位置に動かされる、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記入力要素の第１の回転方向と関係した第１の行程端限界に達したとき、又は、前記第１の回転方向の反対の前記入力要素の第２の回転方向と関係した第２の行程端限界に達したとき、相対運動を生じさせる前記ステップが行われ、それによって双方向となる、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

運動エネルギーを消散させる前記ステップの後、前記入力要素を逆方向に回転させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

二次的な変形させる要素を提供するステップであって、前記二次的な変形させる要素が、前記変形させる要素によって生じた変形を戻して、回転運動と関係したさらなる運動エネルギーを消散させる、ステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本開示は、アクチュエータ行程端で緊急に機械的停止をさせるための移動制限停止モジュールに関する。例えば、本開示は、限定するものではないが、航空機の操縦舵面用の作動システムに使用されるギヤ式回転アクチュエータ（ＧＲＡ：ｇｅａｒｅｄ ｒｏｔａｒｙ ａｃｔｕａｔｏｒ）に適用することができる。

【背景技術】

【0002】

[0002]行程端停止機構は停止モジュールとも称せられ、所与の移動方向の移動限界に達したときに、回転駆動システムの過剰な回転運動エネルギーを消散して回転を停止させる。いくつかの用途では、過剰な回転運動エネルギーは大きな場合があり、非常に迅速に消散させなければならない。例えば、航空機操縦翼面に配置するための作動システムのＧＲＡは、非常に高い毎分回転数の液圧モータによって駆動されることがあり、非常に短い時間内に回転を安全に停止させなければならない。本出願人が知っている従来の行程端停止機構は、摩擦接触ブレーキ板又はねじり方向に柔軟な軸のシステムを使用して回転駆動システムの過剰な回転運動エネルギーを消散させる。これらの従来の停止機構は、典型的には、重くて大きく、航空機に適用するためには不利となる特徴である。いくつかの従来の停止モジュールは、行程範囲が管理できるようにアクチュエータギヤ列の下流に配置され、その結果、上流のギヤは停止モジュールとモータ（フライホイール）との間にあり、したがって、停止トルクを受け持たなければならない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

[0003]本書に開示される停止モジュールは、行程端停止におけるアクチュエータのジャミングを防止しなければならない、緊急の超過回転停止の用途に有用である。開示される停止モジュールは、停止爪を関節結合するタイミングギヤシステムと、回転軸システムの過剰な回転運動エネルギーを安全に消散させることができる、低慣性、変形可能な停止ディスク又は他の変形可能な要素とを使用することができる。独特な特徴は、停止モジュールが、停止させて過剰な運動エネルギーを消散させるために摩擦に依拠せず、その代わりに、停止モジュールの停止カートリッジに設けることができる金属要素（変形可能なディスク）の予測可能な変形に依拠することである。変形可能な停止要素は高速停止で消費されるので、停止モジュールは一回使用の機構であってもよい。過剰なエネルギーを消散するために変形可能な要素を使用することによって、本開示の停止モジュールは、上記の従来の行程端停止機構よりも軽くて小さく設計することができる。

【0004】

[0004]次に、添付図面を参照して、以下の発明を実施するための形態により、本発明の性質及び動作態様をより完全に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】[0005]本開示の停止モジュールを備えたＧＲＡをモータが駆動する、回転駆動システムの断面図である。

【図2】[0006]本開示の停止モジュールを有する図１のＧＲＡを示す拡大断面図である。

【図3】[0007]本開示の停止モジュールを有するＧＲＡの斜視図である。

【図4】[0008]本開示の停止モジュールを有するＧＲＡの別の斜視図である。

【図5】[0009]明瞭にするためにＧＲＡギヤ段の遊星歯車が示されていない、本開示の停止モジュールを有するＧＲＡの断面斜視図である。

【図6】[0010]明瞭にするためにＧＲＡギヤ段の遊星歯車が示されていない、停止モジュール及びＧＲＡの内部構成部品を示す分解斜視図である。

【図7】[0011]明瞭にするためにＧＲＡギヤ段の遊星歯車が示されていない、停止モジュール及びＧＲＡの内部構成部品を示す別の分解斜視図である。

【図8】[0012]図２の線Ａ－Ａに概ね沿って見た部分断面図である。

【図9】[0013]停止モジュールの停止爪も点線で示された、図２の線Ｄ－Ｄに概ね沿って見た部分断面図である。

【図10】[0014]停止モジュールの停止爪の枢動係合を示す停止モジュールの端面図である。

【図11】[0015]停止爪の枢動係合を示す停止モジュールの内部構成部品の簡略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

[0016]図１はＧＲＡ１０に接続されたモータ２を示す。モータ２は、液圧モータ、電気モータ、又は空気圧モータなどの任意のタイプのモータであってもよい。モータ２は、回転入力をＧＲＡ１０に伝達する入力軸４を回転可能に駆動するように動作可能である。入力軸４は、その軸線を中心として回転するために一対の回転軸受１５によって支持されてもよい。ＧＲＡ１０は、下で詳細に説明される停止モジュール３０を含むように構成される。

【0007】

[0017]入力軸４の端部は、ギヤ外歯を有してＧＲＡ１０の第１の遊星歯車段の太陽歯車１４として作用することができる。太陽歯車１４は第１の組の遊星歯車１６と噛み合い、第１の組の遊星歯車１６は、ハウジング１２が第１の遊星歯車段に対してリングギヤとして作用するようにハウジング１２のギヤ内歯と噛み合う。第１の段のキャリア１８は遊星歯車１６に結合され、入力軸が回転すると、入力軸４の軸線を中心として回転するように駆動される。第１の段のキャリア１８の端部はギヤ外歯を有して、ＧＲＡ１０の第２の遊星歯車段の太陽歯車２０として作用する。第２の遊星歯車段は、太陽歯車２０と噛み合い、別のリングギヤを形成するハウジング１２のギヤ内歯と噛み合う第２の組の遊星歯車２２をさらに含む。第２の段のキャリア２４は遊星歯車２２に結合され、入力軸及び第１の段のキャリア１８が回転すると、入力軸４の軸線を中心として回転するように駆動される。第２の段のキャリア２４は、負荷（図示せず）に接続するための出力スプライン２６を含むことができる。端部カバー１３はハウジング１２に締結されてもよい。

【0008】

[0018]次に、図２も参照すると、本開示の停止モジュール３０は、第１の段のキャリア１８に基づくタイミングギヤシステムを用いて、変形可能なディスク３２の変形を生じさせて過剰な運動エネルギーを消散させる。変形可能なディスク３２は、第１の部品３４と第２の部品３６とによって形成された停止カートリッジ組立体の中に入っていてもよい。カートリッジ組立体の部品３４と部品３６は互いにねじ留めされて、ピン（図示せず）によって互いに係止される。変形可能なディスク３２は、硬い（すなわち高剛性の）変形させる要素、例えば、停止カートリッジ組立体内に拘束された玉３７と玉３９との間に押し付けられて示されている。玉３７及び３９は通常、第２の部品３６及び第１の部品３４の内部ポケット（符号は付けられていないが図２では見えている）内にそれぞれ収まることができる。玉３９は通常、変形可能なディスク３２の凹部３３（図７参照）内にあってもよい。図示の実施形態では、変形させる要素は、球形の玉のような形状であるが、変形させる要素は、非球形の剛体であってもよい。

【0009】

[0019]変形可能なディスク３２は、入力軸とともに回転するように、入力軸４にスプライン結合されてもよい。カートリッジ組立体の部品３４及び３６は、入力軸４に対して入力軸４の軸線を中心として自由に回転するが、停止カートリッジ組立体内の変形可能なディスク３２の拘束により、通常、入力軸４及び変形可能なディスク３２とともに回転する。スラスト軸受３８は、部品４にスプライン結合された変形可能なディスク３２を保持して、軸受１５の間のスプライン並びにカートリッジ組立体の部品３４及び３６が軸方向に動かないように配置することができる。停止カートリッジ組立体の第１の部品３４は、一対の半径方向面３５Ａ及び３５Ｂ（図８参照）を画定する外面突出部３５を含むことができる。

【0010】

[0020]次に、図１及び図２に加えて、残りの図３～図１１にも注意を向ける。上記のタイミングギヤシステムは、部品５６及び５８を備える内側ハウジングによって取り囲まれてもよい。内側ハウジング５６、５８は、入力軸反力軸受１５の一方に取り付けることができ、ハウジング１２の内側スプライン面に外側スプラインで噛み合うことができる。第１の段のキャリア１８は、支持プレート５０に回転可能に取り付けられた遊星歯車５２と噛み合うギヤ外歯を有するハブ部分１９を含むことができる。遊星歯車５２は、一方の側で、内側ハウジング部品５８に設けられたリングギヤ内歯と噛み合い、他方の側で、タングリング（ｔａｎｇ ｒｉｎｇ）４９を有するタイミングリングギヤ４８と噛み合うように二股に分かれてもよい。入力軸４の回転によって生じる第１段のキャリア１８の回転は、遊星歯車５２に伝達され、それによって、タイミングリングギヤ４８及びタングリング４９の入力軸４の軸線を中心として回転を生じさせる。タングリング４９は、角度的に間隔を置いて配置された１つ又は複数のタング５４を含むことができ、各タング５４は対応する止めねじ５５を有することができる。図面では、タングリング４９は、リングギヤ４８に締り嵌めされた歯付きプレートとして示されているが、タングリング４９は、リングギヤ４８に溶接され、次いでリングギヤと面一に研磨されたプレートとして設けられてもよい。

【0011】

[0021]ハウジング１２の半径方向の段部と当接する硬化されたスペーサ５３、及びスペーサ５３と係合する硬化されたワッシャ５１が、第１の段のキャリア１８と内側ハウジング部品５８との間に配置されてもよい。リングギヤ４８が回転することができるように、内側ハウジング部品５６とリングギヤ４８との間には硬化されたワッシャ６１を設けることができる。

【0012】

[0022]停止爪４０は、内側ハウジング５６、５８の外側に配置することができ、枢動方向に応じて、突出部３５の半径方向に延在する面３５Ａ又は３５Ｂのうちの一方と係合するために、ピボットピン４２の軸線を中心として枢動可能とすることができる。ピボットピン４２は、爪４０を貫通し、ハウジング１２内に固定されたリング形状の保持具４６を貫通する、位置合わせされた開口４１内に着座することができる。通常の動作では（すなわち、緊急限界停止状態ではないとき）、停止爪４０はピボットピン４２の軸線周りで中央ピボット位置に留まり、停止カートリッジ組立体の回転を妨げない。爪４０は、下で説明されるように、行程端で爪が傾いた位置に枢動されないとき、爪４０の凹部４３と係合可能な、ばね荷重のかかった一対のボールディテント（図示せず）によって中央ピボット位置にあるように付勢して爪４０を中央に配置することができる。爪４０は、内側ハウジング部品５６の通路５７を通って延在するように配置された延長部を有し、作動端部４４で終端となるように示されている。外側ハウジング１２内に保持具４６及び内側ハウジング５６、５８を軸方向に拘束するために、端部カバー１３と保持具４６との間にシム（符号なし）が配置されてもよい。

【0013】

[0023]タイミングギヤシステムは、タイミングリングギヤ４８及びタングリング４９が、アクチュエータ行程中の１回転よりも少ない距離をゆっくりと回転するように設計される。タイミングギヤシステム及びタング５４間の角度間隔は、タング５４の一方の止めねじ５５が、アクチュエータの行程端又は超過位置で爪４０の作動端部４４に係合して爪４０をピボットピン４２の軸線を中心として枢動させるように構成されてもよい。図１０及び図１１に示すように、爪４０が枢動すると、突出部３５の半径方向面３５Ａ又は３５Ｂの一方に係合し、それによって、停止カートリッジ組立体の第１の部品３４及び第２部品３６が入力軸４及び変形可能なディスク３２とともに回転することが妨げられる。システムは双方向であってもよく、その場合、入力軸４が反対方向に回転すると、異なるタング５４の止めねじ５５が爪４０の作動端部４４に係合し、それによって、突出部３５の他方の半径方向面３５Ｂ又は３５Ａに係合するように爪４０を反対方向に枢動させる。当業者であれば理解するように、タイミングギヤシステムの構成は設計オプションに従う。非限定的な例として、ゼネバ機構又は類似のタイミング機構が、図示のタイミングギヤシステムの代わりに使用されてもよく、これは、本開示の範囲内であると考えられる。

【0014】

[0024]爪４０の枢動によって、停止カートリッジ組立体の第１の部品３４及び第２の部品３６が入力軸４及び変形可能なディスク３２とともに回転することを妨げられると、玉３７及び３９は変形可能なディスク３２を変形させる。玉は、第１の部品３４及び第２の部品３６のポケットに留まり、ディスク３２及び入力軸４の回転が止まるまでディスク３２は玉３７、３９に対して回転し続けるので、玉はディスク３２を永久変形させて運動エネルギーを消散させる。変形させる玉３７、３９によって生じるトルクは、２つのラジアル軸受１５に側方荷重として作用する。

【0015】

[0025]理解されるように、アクチュエータの機械的行程を超えたときに、爪４０がその中央位置から枢動するだけであり、モータが止まり、逆転してアクチュエータの通常の行程範囲に戻ると、まったく抵抗無しに爪４０は枢動してその中央位置に戻る、すなわちこのシステムはジャミングがない。

【0016】

[0026]修正された実施形態では、停止爪によって生じる軸受１５への瞬間的な側方荷重を除去するように、２つ以上の停止爪４０及び対応する突出部３５が設けられて配置されてもよい。例えば、一対の爪４０及び一対の突出部３５が入力軸４の回転軸線の周りに１８０度離して配置されてもよく、それによって停止トルクによるいかなる側方荷重も相殺する。

【0017】

[0027]１つの組の変形させる要素３７、３９が、ディスク３２を永久変形させるように示されているが、別の組の変形させる要素が、ディスクが停止に向かいながら回転し続けるとき、ディスク３２の変形された領域（第１の組の変形させる要素３７、３９によって形成されたこぶ又は隆起）をまっすぐにすることによってシステムからより多くの回転運動エネルギーを消散するように配置、構成されてもよい。例えば、１つ又は複数の二次的な変形させる要素が、第１の組の変形させる要素３７、３９から入力軸４の回転軸線の周りに角度間隔を置いて配置されて、変形可能なディスク３２が停止に向かいながら回転し続けるとき、前に変形された領域に作用して平らにしてもよい。

【0018】

[0028]図示の実施形態では、変形可能な要素はディスク３２として示されている。しかしながら、変形可能な要素の形状はディスク形状以外であってもよい。本開示を限定するものではないが、例えば、変形可能な要素は円筒形であってもよい。変形可能な要素は、上記のように個別の要素として形成されてもよいし、カートリッジ組立体の構成部品３４又は３６の１つと一体的に形成されてもよい。

【0019】

[0029]本開示の一回使用の停止モジュールは、従来の停止モジュールに比べて重量、大きさ、トルク抵抗、及び慣性を大幅に減らす。開示した一回使用の停止モジュールは、従来の停止モジュールの約５分の１の重量であり、従来の停止モジュールより軸方向にずっと短く、抵抗もなく、ブレーキ板もなく、回転慣性は１つのモータの約５分の１である。停止モジュールは、アクチュエータギヤ列の荷重を受け持ついずれかのギヤに荷重がかかる前にモータを停止させ、これは、アクチュエータギヤ列の下流に配置されたいくつかの従来の停止モジュールよりも有利である。使用される一回のみの緊急停止カートリッジ組立体は、まれにしか発生しない行程端逸脱状態の後に分解修理又は交換される。

【0020】

[0030]本開示は例示的な実施形態を説明しているが、この発明を実施するための形態は、示された特定の形態に特許請求される発明の範囲を限定することを意図していない。本明細書は、説明された実施形態の、当業者にとって明らかであるような代替物、改造物、及び等価物を包含することを意図している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】