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公開番号2021162150
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211011
出願番号2021007073
出願日20210120
発明の名称再循環式ボールねじ回転アクチュエータ
出願人ザ・ボーイング・カンパニー,The Boeing Company
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F16H 25/22 20060101AFI20210913BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】高いトルク効率と低摩擦特徴を有するコンパクトな回転アクチュエータを提供する。
【解決手段】固定翼航空機のヒンジ付きパネルアセンブリ用回転アクチュエータはボールベアリング、外側シリンダ、ピストンおよび内側シャフトを含む。シリンダは流体圧力供給装置からの流体圧力を受け入れる。ピストンはシリンダによって包囲される。ピストン、シリンダおよびボールベアリングが一体となって外側ボールねじを形成する。ピストンは流体圧力に応じて長手方向中心軸に沿って並進する。シャフトはピストンによって包囲され、シャフト、ピストンおよびボールベアリングが一体となって外側ボールねじと同心の内側ボールねじを形成する。ボールねじは一つ以上の共有ボール経路を備えたインタレースボール回路を形成する。ピストン並進はピストンとシャフトを回転させ、インタレースボール回路を介して外側・内側ボールねじ間でボールベアリングを再循環させる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
回転アクチュエータであって、
複数のボールベアリングと、
各々が流体圧力供給装置からの流体圧力を受け入れる複数の流体ポートを有する外側シリンダと、
前記外側シリンダによって包囲されるピストンであって、前記ピストン、前記外側シリンダ、および前記複数のボールベアリングが一体となって外側ボールねじを形成し、前記ピストンは、前記流体圧力に応じて、前記回転アクチュエータの長手方向の中心軸に沿って並進するように構成されている、ピストンと、
前記ピストンによって包囲される内側シャフトであって、前記内側シャフト、前記ピストン、および前記複数のボールベアリングは一体となって、前記長手方向の中心軸の周りで前記外側ボールねじと同心の内側ボールねじを形成する、内側シャフトと
を備え、
前記外側ボールねじと前記内側ボールねじは、一緒になって、1つまたは複数の共有ボール経路を有するインタレースボール回路を形成し、前記流体圧力に応じて前記長手方向の中心軸に沿った前記ピストンの並進は、前記ピストンおよび前記内側シャフトを回転させ、それにより、前記インタレースボール回路を介して、前記外側ボールねじと前記内側ボールねじとの間の前記複数のボールベアリングを再循環させるために有効である、
回転アクチュエータ。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記外側シリンダの内径は前記外側ボールねじの複数の雌ねじを含み、前記ピストンの外径は前記外側ボールねじの複数の雄ねじを含み、前記ピストンの内径は前記内側ボールねじの複数の雌ねじを含み、前記内側シャフトの外径は前記内側ボールねじの複数の雄ねじを含む、請求項1に記載の回転アクチュエータ。
【請求項3】
前記外側ボールねじの前記雌ねじと前記雄ねじは左ねじであり、前記内側ボールねじの前記雌ねじと前記雄ねじは右ねじである、請求項2に記載の回転アクチュエータ。
【請求項4】
前記ピストンは、前記外側シリンダを複数の圧力キャビティに分離するように構成され、前記外側シリンダの複数の前記流体ポートは、前記流体圧力供給装置を前記複数の圧力キャビティに流体接続するように構成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の回転アクチュエータ。
【請求項5】
一組のスラストベアリングをさらに備え、前記ピストンが単一のピストンであり、前記一組のスラストベアリングのそれぞれが前記内側シャフトの対向する遠位端に配置されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の回転アクチュエータ。
【請求項6】
前記ピストンは一対のピストンを含み、前記複数の流体ポートは、前記一対のピストンの間の前記回転アクチュエータのほぼ中間点に配置された内側流体ポートと、前記内側流体ポートを挟む一対の外側流体ポートとを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の回転アクチュエータ。
【請求項7】
前記1つまたは複数の共有ボール経路は、少なくとも6つの共有ボール経路を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の回転アクチュエータ。
【請求項8】
前記1つまたは複数の共有ボール経路は、10個以下の共有ボール経路を含む、請求項7に記載の回転アクチュエータ。
【請求項9】
前記内側ボールねじの前記共有ボール経路の数が、前記外側ボールねじの前記共有ボール経路の数に等しい、請求項1から8のいずれか一項に記載の回転アクチュエータ。
【請求項10】
前記回転アクチュエータは、前記長手方向の中心軸に沿った前記ピストンの2インチ以上の並進ごとに約60度、前記内側シャフトを回転させるように構成されている、請求項1から9のいずれか一項に記載の回転アクチュエータ。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【背景技術】
【0001】
流体駆動のリニアアクチュエータおよび回転アクチュエータは、従動負荷にトルクと直線力を伝えるために、様々な動的システムで使用される。ボールねじアセンブリは、一般に遭遇するタイプのリニアアクチュエータである。典型的なボールねじアセンブリは、比較的低い入力トルクに応答して大きい直線力と並進を実現するために、比較的短いねじピッチを使用する。回転アクチュエータは、多くの場合、従動負荷に機械的に結合され、マルチセルバッテリパックまたは別の電源を介して選択的に通電される電気モーターを含む。通電されたモーターは出力トルクを生成することで応答し、出力トルクを結合された従動負荷に伝達することができる。回転翼およびラックアンドピニオン式アクチュエータの場合のように、回転アクチュエータはまた、流体的に作動するものであってもよい。スレッドオンスレッドアクメねじアセンブリは、従動負荷に力を伝えるために一般的に使用されるアクチュエータのさらに別の例である。しかしながら、アクメねじは、噛み合ったねじ山に沿った摩擦が大きいために、このような摩擦およびそれに起因して起こり得る故障モードが比較的十分に許容される用途において広く使用されている。
続きを表示(約 2,800 文字)【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0002】
その様々な実施形態において、一般に上で説明された従来のアクチュエータと比較して、高トルク効率と低摩擦を提供するように構成されているコンパクトな回転アクチュエータが本明細書に開示される。回転アクチュエータは、ヒンジ付きパネルアセンブリの回転ヒンジ付きジョイントを効率的に駆動するための軸上または軸外の解決策として使用できる。代表的なヒンジ付きパネルアセンブリには、固定翼航空機、例えば、薄翼飛行機の翼および尾翼に配置されたフラップ、補助翼、方向舵、トリムタブ、またはストラットなどの空力飛行操縦翼面/パネルが含まれるが、これらに限定されない。着陸装置ドアや貨物ドアなどが含まれるがこれらに限定されるものではない他の航空用途は、本教示の恩恵を受けることができ、また、説明された回転アクチュエータは、コンパクトで高効率な回転作動を必要とする他の産業にわたっても有用性がある。
【0003】
以下に詳細に説明するように、本開示の回転アクチュエータは、1つまたは複数の共有ボール経路を有するインタレースボール回路を介して、ボールベアリングを共有/再循環する2つの同心ボールねじを形成または画定する。一方のボールねじは、回転アクチュエータの長手方向の中心軸に対して他方のボールねじ内で半径方向に配置されているので、さらに明確にするために、本明細書では、2つのボールねじを外側ボールねじおよび内側ボールねじと呼ぶ。
【0004】
開示された実施形態では、1つまたは2つのピストンが、外部圧力供給装置からの許容流体圧力に応じて外側シリンダ内を並進する。これが起こると、外側ボールねじと内側ボールねじが反対の軸方向に並進し、並進運動とその結果生じるピストンの回転により、最終的にボールベアリングが内側ボールねじと外側ボールねじとの間で再循環する。これは完全に外側シリンダのエンベロープ内で起こるため、回転アクチュエータは外側ボールリターン経路が存在しないことを特徴とする。代わりに、ボールベアリングは、1つまたは複数の共有ボール経路内を転がってその経路に沿って並進するが、これは、単一の連続したボール経路または複数の共有ボール経路として具体化でき、共有ボール経路は一体となって上記のインタレースボール回路を形成する。ピストンの回転は最終的に内側シャフトに回転を与え、内側シャフトは、次いで、上記の回転ヒンジ付きジョイントまたはヒンジ付きパネルアセンブリなどの従動負荷、ただし、これに限定されない従動負荷に結合される。
【0005】
外側シリンダは、外側ボールねじの雌ねじを形成する1組のヘリカル状またはらせん状の溝を画定する。ピストンは、ピストン面前後の差圧によって外側シリンダ内を並進し、外側ボールねじの雄ねじを含む外径を有する。ピストンの内径は、内側ボールねじの雌ねじを含む。ピストンと外側シリンダによって包囲される内側シャフトは、内側ボールねじの雄ねじを含む。このように、内側ボールねじの動作により、内側シャフトがピストンに対して回転する。
【0006】
本開示の回転アクチュエータを、このようなヒンジ付きパネルアセンブリの回転ヒンジジョイントを用いて軸上に任意選択で配置してもよく、これにより、薄翼航空機の例では、関連するクランクアセンブリおよび機械的結合部を大型翼下カヌーフェアリング内に収容する必要性がなくなる。他の構成では、回転アクチュエータが回転ヒンジ付きジョイントから軸外に配置され、1つまたは複数の機械的結合部を介して回転ヒンジ付きジョイントに接続される。
【0007】
開示された非限定的な実施形態では、回転アクチュエータは、複数のボールベアリング、外側シリンダ、ピストン、および内側シャフトを含む。外側シリンダは、各々が流体圧力供給装置からの流体圧力を受け入れるように構成されている複数の流体ポートを有する。ピストンは外側シリンダによって包囲される。ピストン、外側シリンダ、およびボールベアリングが一体となって外側ボールねじを形成する。さらに、ピストンは、流体圧力に応じて回転アクチュエータの長手方向の中心軸に沿って並進するように構成されている。内側シャフトはピストンによって包囲され、内側シャフト、ピストン、およびボールベアリングは、一体となって、長手方向の中心軸の周りで外側ボールねじと同心の内側ボールねじを形成する。
【0008】
この実施形態では、外側ボールねじと内側ボールねじとが一緒になって、1つまたは複数の共有ボール経路を有するインタレースボール回路を形成する。流体圧力に応じて長手方向の中心軸に沿ったピストンの並進は、回転する動的効果を有し、即ち、ピストンおよび内側シャフトを回転させるために有効であり、この動作により、外側ボールねじと内側ボールねじとの間のボールベアリングがインタレースボール回路を介して再循環する。
【0009】
ヒンジ付きパネルアセンブリも本明細書に開示されている。開示された例示的な実施形態によれば、ヒンジ付きパネルアセンブリは、回転アクチュエータと、第1のパネルおよび第2のパネルを相互接続し、かつ回転軸を有する回転ヒンジ付きジョイントとを含む。回転アクチュエータは、回転ヒンジ付きジョイントに接続され、回転可能な内側シャフト、ピストン、外側シリンダ、および複数のボールベアリングを含む。内側シャフトは、回転ヒンジ付きジョイントの回転軸に接続される。ピストンは、回転可能な内側シャフトを包囲し、流体圧力に応じて回転アクチュエータの長手方向の中心軸に沿って並進するように構成されている。外側シリンダは、ピストンを包囲し、かつ複数の流体ポートを有し、各々の流体ポートが流体圧力を受け入れるように構成されている。
【0010】
回転可能な内側シャフト、ピストン、および外側シリンダが、上記のインタレースボール回路を一緒に画定する2つの同心ボールねじを形成するために、長手方向の中心軸に対して同心円状に配置され、ボールベアリングがインタレースボール回路の少なくとも1つの共有ボール経路内に配置される。外側シリンダへの流体圧力の受入れに応じて、長手方向の中心軸に沿ったピストンの並進は、少なくとも1つの共有ボール経路を介して2つの同心ボールねじ間でボールベアリングを再循環させ、ピストンと内側シャフトとを回転させ、それによって回転ヒンジ付きジョイントを作動させ、第2のパネルに対する第1のパネルの角度位置を変化させるために有効である。
(【0011】以降は省略されています)

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