特表 2023-520762 衝撃吸収アクチュエータエンドストップ

(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】2023-05-19

(54)【発明の名称】衝撃吸収アクチュエータエンドストップ

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/22 20060101AFI20230512BHJP

【ＦＩ】

F16H25/22 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022557746

(86)(22)【出願日】2021-03-24

(85)【翻訳文提出日】2022-11-15

(86)【国際出願番号】 US2021023814

(87)【国際公開番号】W WO2021195168

(87)【国際公開日】2021-09-30

(31)【優先権主張番号】62/994,894

(32)【優先日】2020-03-26

(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】501188177

【氏名又は名称】ムーグ インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジトネス、セス、イー．

【テーマコード（参考）】

3J062

【Ｆターム（参考）】

3J062AB22

3J062AC07

3J062BA16

3J062BA19

3J062CD04

3J062CD12

3J062CD62

3J062CD77

(57)【要約】

シャフトと、ナットとシャフトとの間の相対回転に応答して、ナットが、シャフトに対して中心軸上で軸方向に直線的な運動範囲内で並進するようにシャフトと係合するナットと、移動制限位置に位置し、回転入力部分と軸方向出力部分とを有する係止部であって、回転入力部分は、シャフトに対して中心軸の周りに回転するように構成され、軸方向出力部分は、シャフトに対して中心軸の周りに回転することを抑制され、軸方向出力部分と回転入力部分との間の相対回転に応答して、回転入力部分に対して中心軸上で軸方向に並進するように構成される、係止部と、移動制限位置に向かって軸方向出力部分を付勢するように構成された軸方向柔軟部材とを備える、リニアアクチュエータ。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸の周りに向けられたシャフトと、
前記シャフトと係合するナットであって、前記中心軸の周りの前記ナットと前記シャフトとの間の相対回転に応答して、前記ナットが、前記シャフトに対して前記中心軸上で軸方向に直線的な運動範囲内で並進するような、ナットと、
前記シャフトと前記ナットとの間の前記運動範囲の移動制限位置に位置する係止部であって、
前記係止部は、回転入力部分と軸方向出力部分とを有し、
前記回転入力部分は、前記シャフトに対して前記中心軸の周りに回転するように構成され、
前記軸方向出力部分は、前記シャフトに対して前記中心軸の周りに回転することを抑制され、前記軸方向出力部分と前記回転入力部分との間の前記中心軸周りの相対回転に応答して、前記回転入力部分および前記シャフトに対して前記中心軸上で軸方向に並進するように構成される、係止部と、
前記移動制限位置に向かって前記中心軸上で前記軸方向出力部分を軸方向に付勢するように構成された軸方向柔軟部材とを備える、リニアアクチュエータ。

【請求項2】

前記シャフトは、外側ボール軌道を備え、前記ナットは、内側ボール軌道を備え、前記リニアアクチュエータは、前記外側ボール軌道および前記内側ボール軌道内に配置された複数のボールを備える、請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項3】

前記軸方向柔軟部材は、前記シャフトと前記軸方向出力部分との間で作用するばねを備える、請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項4】

前記係止部は、前記回転入力部分と前記軸方向出力部分との間に軸方向に配置された複数のボールを備える、請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項5】

前記回転入力部分は、第１の環状カム面を備え、前記軸方向出力部分は、前記第１の環状カム面に面する第２の環状カム面を備える、請求項４に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項6】

前記複数のボールは、前記第１の環状カム面と前記第２の環状カム面との間に軸方向に配置される、請求項５に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項7】

前記ナットは、ねじり入力係止部を備え、前記係止部の前記回転入力部分は、前記ねじり出力係止部と前記ねじり入力係止部とが軸方向に重なって回転方向に当接するとき、前記ナットが前記シャフトに対して前記中心軸の周りに第１の方向に回転すると、前記係止部の前記回転入力部分が前記シャフトに対して前記中心軸の周りに第１の方向に回転するように構成されたねじり出力係止部を備える、請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、広く言えば、ボールねじアクチュエータの分野に関するものであり、より具体的には、改良された衝撃吸収エンドストップを有するアクチュエータに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ボールねじアクチュエータは、当技術分野で周知であり、一般的に、ナットと螺合し、モータによって駆動されるねじを含む。ねじとナットの間の相対的回転により、ねじとナットとの間に軸方向の変位が生じる。この軸方向の変位は、通常、作動機構の直線ストロークを駆動させる。このようなシステムでは、１つまたは複数のエンドストップを使用して、アクチュエータの移動を完全に後退および／または完全に拡張した位置に制限し、モータ、ボールねじ、または機械的接続部への損傷を制限することができる。

【0003】

特許文献１は、ボールねじアクチュエータ用の柔軟で故障しないエンドストップを対象としている。ボールねじアクチュエータは、ボールねじアクチュエータの第１および第２の係止部が移動制限位置で係合するときにエネルギーを吸収するように動作可能に配置されたねじりばねを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第８，１０９，１６５号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

括弧内に、開示された実施形態の対応する部品、部分、または表面への参照を付すが、これは限定のためではなく単に例示を目的とするものである。本発明は、中心軸の周りに向けられたシャフト（１６）と、シャフト（１６）と係合するナット（１８）であって、中心軸（３０）の周りのナット（１８）とシャフト（１６）との間の相対回転に応答して、ナット（１８）が、シャフト（１６）に対して中心軸（３０）上で軸方向に直線的な運動範囲内で並進するような、ナットと（１８）、シャフト（１６）とナット（１８）との間の運動範囲の移動制限位置に位置する係止部（２０）であって、係止部（２０）は、回転入力部分（２３）と軸方向出力部分（２１）とを有し、回転入力部分（２３）は、シャフト（１６）に対して中心軸（３０）の周りに回転するように構成され、軸方向出力部分（２１）は、シャフト（１６）に対して中心軸（３０）の周りに回転することを抑制され、軸方向出力部分（２１）と回転入力部分（２３）との間の中心軸（３０）周りの相対回転に応答して、回転入力部分（２３）およびシャフト（１６）に対して中心軸（３０）上で軸方向（２７）に並進するように構成される、係止部（２０）と、移動制限位置に向かって中心軸（３０）上で軸方向出力部分（２１）を軸方向に付勢するように構成された軸方向柔軟部材（１９）とを備える、リニアアクチュエータ（１５）を提供する。

【0006】

シャフト（１６）は、外側ボール軌道（４３）を備え、ナット（１８）は、内側ボール軌道（４４）を備えることができ、複数のボール（４５）が、外側ボール軌道（４３）および内側ボール軌道（４４）内に配置され得る。軸方向柔軟部材（１９）は、シャフト（１７）と軸方向出力部分（３６）との間で作用するばねを備えることができる。係止部（２０）は、回転入力部分（２３）と軸方向出力部分（２１）との間に軸方向に配置された複数のボール（２２）を備えることができる。

【0007】

回転入力部分（２３）は、第１の環状カム面（３５ａ、３５ｂ）を備えることができ、軸方向出力部分（２１）は、第１の環状カム面（３５ａ、３５ｂ）に面する第２の環状カム面（３４ａ、３４ｂ）を備えることができる。複数のボール（２２）は、第１の環状カム面（３５ａ、３５ｂ）と第２の環状カム面（３４ａ、３４ｂ）との間に軸方向に配置され得る。

【0008】

ナット（１８）は、ねじり入力係止部（２６）を備えることができ、係止部（２０）の回転入力部分（２３）は、ねじり出力係止部（２５）とねじり入力係止部（２６）とが軸方向に重なって回転方向に当接するとき、ナット（１８）がシャフト（１６）に対して中心軸の周りに第１の方向（２８ａ）に回転すると、係止部（２０）の回転入力部分（２３）がシャフト（１６）に対して中心軸（３０）の周りに第１の方向（２８ｂ）に回転するように構成されたねじり出力係止部（２５）を備えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】従来技術で知られているボールねじアセンブリの部分破断斜視図である。

【図2】改良されたボールねじエンドストップアセンブリの第１の実施形態の斜視図である。

【図3】図２に示すボールねじエンドストップアセンブリの長手方向垂直断面斜視図である。

【図4】図２に示すボールねじエンドストップアセンブリの長手方向垂直断面図である。

【図5】軸方向に重なる位置における、図２に示すボールねじエンドストップアセンブリの概略図である。

【図6】軸方向に重なって回転方向に当接する位置における、図２に示すボールねじエンドストップアセンブリの概略図である。

【図7】衝撃吸収位置における、図２に示すボールねじエンドストップアセンブリの概略図である。

【図8】図５に示すボール傾斜面アセンブリのポケット表面の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

最初に、同様の符号は、いくつかの図面全体を通して一貫して同じ構造要素、部分、または表面を識別することを意図していることを明確に理解すべきであり、このような要素、部分、または表面は、この詳細な説明が不可欠な部分である明細書全体によってさらに記述または説明される場合があるためである。特に断りのない限り、図面は明細書と共に（例えば、クロスハッチング、部品の配置、比率、程度などを）読まれることを意図されており、本発明の記述された説明全体の一部と見なされるべきである。以下の説明で使用される場合、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、および「下」という用語、ならびにそれらの形容詞および副詞的派生語（例えば、「水平に」、「右方向に」、「上向きに」など）は、特定の図面の図が読者と向き合うときに、単に図示された構造の向きを指す。同様に、「内向き」および「外向き」という用語は、一般的に、必要に応じて、その伸長軸または回転軸に対する表面の向きを指す。

【0011】

図１は、従来技術で知られている一種のボールねじアセンブリを示している。図示のように、ボールねじアセンブリは、シャフトとナットの間に位置するボールの転がり運動を使用して、シャフトとナットの間の相対運動を生成する。ボールベアリングアセンブリは、ナットとして機能し、一方、ねじ付きシャフトは、ボールベアリングのらせん状線路を提供する。これにより、ボールねじアセンブリは、少ない摩擦で回転運動を直線運動に変換する機械式直線アクチュエータとして動作させることができる。

【0012】

図２～図３を参照すると、改良されたボールねじエンドストップアセンブリが提供され、その第１の実施形態は、一般的に１５で示される。図示のように、アセンブリ１５は、一般的に、軸３０を中心に向けられたボールねじシャフト１６、ボールねじシャフト１６と回転係合するボールねじナット１８、ボールねじシャフト１６の一端の周りに向けられたばね１９、ばね１９とボールねじナット１８との間に軸方向に向けられたボール傾斜面アセンブリ２０、およびボール傾斜面アセンブリ２０とボールねじナット１８との間に向けられたねじり係止部２４を含む。図示のように、ボール傾斜面アセンブリ２０は、一般的に、入力傾斜面２３、出力傾斜面２１、およびそれらの間の複数のボール２２を含む。衝撃吸収エンドストップ１５は、ボールねじシャフト１６に対するナット１８の所望の軸方向移動の端部で回転停止を提供し、ボールねじアセンブリ１５のシャフト１６に対する軸方向負荷と、ボールねじアセンブリ１５のナット１８およびシャフト１６の界面に対するねじり負荷との両方を低減させる。

【0013】

図示のように、ボールねじ１６はらせん軌道４３を含み、ナット１８は反対側の軌道４４を含み、その間にボールベアリング４５を有する。図示のように、ナット１８の左側は、ねじりドッグ係止部２４の第１の面２６を含み、入力傾斜面２３の右側は、ナット１８のねじりドッグ係止部２４の第１の面２６と嵌合するように構成されたねじりドッグ係止部２４の第２の面２５を含む。したがって、ねじりドッグ係止部２４のそれぞれの嵌合面２５および２６が、図６および図７に示されるように、軸方向に重なり合い、互いに回転方向に対向し、接触するように回転すると、軸１６の周りのナット１８のトルクおよび回転２８ａは、ボール傾斜面アセンブリ２０の入力傾斜面２３に伝達される。入力傾斜面２３は、シャフト１６の端部および軸３０の周りを回転可能であるため、嵌合係合時にシャフト１６上でナット１８が軸３０の周りを回転する（２８ａ）とともに、入力傾斜面２３が軸３０の周りを回転する（２８ｂ）。

【0014】

図示のように、ボール傾斜面アセンブリ２０の出力傾斜面２１は、シャフト１６の端部の外面上の同様に延在するスプライン３２とインターフェース３３を形成する長手方向に延在する内側スプライン３１を含む。その結果、ボール傾斜面アセンブリ２０の出力傾斜面２１は拘束され、シャフト１６および軸３０の周りに自由に回転することはできないが、シャフト１６上で左に軸方向に移動する（２７）ことができる。

【0015】

ボール傾斜面アセンブリ２０は、入力傾斜面２３および出力傾斜面２１の対向する傾斜面３５ａ、３５ｂおよび３４ａ、３４ｂの間にそれぞれ配置されたボール２２の環状リングを含む。図５～図７の進行に示されるように、入力傾斜面２３がシャフト１６および軸３０の周りに第１の方向２８ａに回転すると、出力傾斜面２３は、シャフト１６の端部とのそのスプラインインターフェース３３によってそのような回転が抑制される。したがって、ボール２２を間に挟んだ入力傾斜面２３と出力傾斜面２１との相対運動は、出力傾斜面２１の左への軸方向移動２７を引き起こす。その後、このような軸方向負荷２７は、シャフト１６の環状保持端フランジ１７と出力傾斜面２１の環状端面３６との間で作用するばね１９によって吸収される。

【0016】

この実施形態では、ばね１９は、軸３０の周りでシャフト１６上に向けられ、軸３０の周りに向けられた円筒形の摩擦ばねコラムを提供するように組み立てられた、対向する円錐表面および潤滑剤を有する外側および内側リングのスタックを有する摩擦ばねである。ばね１９は、高い減衰ポテンシャルをもち、最小限の共振で運動エネルギーを吸収する。ばね１９は、入力傾斜面２３およびシャフト１６の環状保持リング３８に対して軸方向右に出力傾斜面２１を付勢する。ばね１９は、軸方向負荷２７に対して軸方向衝撃吸収体として機能する。この実施形態では、摩擦ばねが使用されているが、他のタイプのばねまたは他のエネルギー吸収代替物を使用してもよい。例えば、限定するものではないが、コイルばね、ベルビルワッシャーまたは皿ばねスタック、エラストマーばね、または油圧ダンパーを代替物として使用することができる。

【0017】

したがって、ボールねじエンドストップアセンブリ１５は、ねじりドッグ係止部２４とばね１９との間にボール傾斜面アセンブリ２０を含み、ねじりドッグ係止部２４の回転運動およびねじり負荷２８ａおよび２９ｂを直線運動および軸方向負荷２７に変換し、これはその後、衝撃のエネルギーを吸収するためにばね１９に加えられる。ボール傾斜面アセンブリ２０によって発生する軸方向負荷２７は、シャフト１６から延在する環状保持リング３８によって、ボールねじアセンブリのナット１８内のボールベアリング４５から分離され、これは入力ボール傾斜面２３の右への軸方向移動を防止する。したがって、疲労による損傷がボールねじアセンブリに導入されることはない。

【0018】

したがって、ボールねじエンドストップアセンブリ１５のナット１８の係止部２６は、入力傾斜面２３の係止部２５と係合するまで左に移動するように回転させることができる。この時点で、入力傾斜面２３は、軸３０およびシャフト１６を中心としたナット１８の回転２８ａによって回転２８ｂを開始する。しかしながら、出力傾斜面２１は、スプラインインターフェース３３を介してシャフト１６に対して回転防止されているので、回転することはできない。入力傾斜面２３と出力傾斜面２１との間の相対回転は、対向するボールランプポケット３４ａ、３４ｂおよび３５ａ、３５ｂの角度４０、４１に基づいて、傾斜面を強制的に軸方向に分離距離４８だけ離す。入力傾斜面２３は、環状保持リング３８によってシャフト１６上で軸方向右に移動するのを防止され、これは、出力傾斜面２１ｂを強制的に軸方向２７左に移動させ、それによってばねスタック１９を圧縮する。ばねスタック１９は、圧縮中にシステム１５の運動エネルギーを吸収し、アクチュエータの移動制限位置でアクチュエータのギヤ列に過剰なトルクス(登録商標）パイクが発生するのを防止する。

【0019】

ボールねじエンドストップアセンブリ１５は、例えば、限定するものではないが、航空機の翼形面と胴体との間で作用して、胴体に対する翼形面の向きを調整するように配置することができる。モータは、ボールねじ１６とボールナット１８との間の相対回転を駆動して、ボールねじ１６とボールナット１８との間の軸方向の相対運動を引き起こす。非限定的な例として、モータは、電気モータまたは油圧モータとすることができる。

【0020】

ボールねじエンドストップアセンブリ１５は、エンドストップ１７との接触によって生じる軸方向負荷からボールねじを保護し、アクチュエータ内の駆動モータのねじり運動エネルギーを吸収する。ボールねじエンドストップアセンブリ１５は、ボールねじの移動端で回転停止を提供し、ねじりドッグ歯係止部２４を介してボールねじのリードまたはシャフトによって追加の軸方向負荷が発生するのを防止する。ボールねじエンドストップアセンブリ１５は、ねじりドッグ係止部とばねのみを含むシステムを改良したものである。ねじりドッグ係止部とばねのみを使用する場合の問題は、対象のアクチュエータに高速の油圧または電気モータが装備されている場合、駆動モータの運動エネルギーが、係止部と、モータと係止部との間のギヤ列とによって十分に吸収されない場合があることである。運動エネルギーが非常に高くなる可能性があり、モータとボールねじ係止部間の負荷経路が非常に堅くなる可能性があるため、ねじりドッグ歯係止部へのフルスピードの衝撃から生じるトルクス(登録商標）パイクは、ギヤ列に損傷を与えているか、または負荷に対応するためにはるかに重厚な設計を必要とする可能性がある。そして、係止部が頻繁に衝撃を受ける場合、特に中間ボールねじ係止部が操作のたびに衝撃を受ける伸縮式ボールねじでは、これはボールねじと駆動系のコンポーネントの疲労の問題になる可能性がある。本システムは、この点で改善されている。

【0021】

開示された実施形態に対して、いくつかの追加の変更を行うことができる。例えば、限定するものではないが、入力傾斜面２３および出力傾斜面２１の対向するボールランプポケット３４ａ、３４ｂおよび３５ａ、３５ｂは、用途に応じて軸方向分離の所望の範囲および速度を提供するために、代替の構成、角度、およびカム面を有してもよい。また、代替のシャフトねじ山の構成またはプロファイル、およびボールシャフトとナットの間のらせん状軌道、ならびに異なるボール回収システムを使用してもよい。さらに別の代替物として、ボールベアリングなしでリードスクリューおよびナットを使用してもよい。

【0022】

したがって、ボールねじエンドストップアセンブリの形態が示され、説明され、いくつかの変更が議論されたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な追加の変更を行うことができることを容易に理解するであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】