(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の舵面に又は当該舵面に取り付けられたホーンアーム部材に一端側が揺動自在に取り付けられて前記舵面を駆動するアクチュエータと当該アクチュエータに対して連結されるリンクとを製造する、アクチュエータ及びリンクの製造方法であって、
前記アクチュエータを構成する材料と前記リンクを構成する材料とを決定する、材料決定ステップと、
前記舵面の慣性質量、前記舵面の剛性、前記アクチュエータの剛性、及び前記リンクの剛性を各パラメータとして含むとともに当該各パラメータの関係を規定する演算モデルを用い、前記アクチュエータの剛性に対する前記リンクの剛性の比である剛性比の変化に伴うゲイン余裕の変化を演算する、演算ステップと、
前記演算ステップでの演算結果に基づいて、前記剛性比及び前記ゲイン余裕がそれぞれ所定の範囲に収まるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性を決定する、剛性決定ステップと、
前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性が前記剛性決定ステップで決定された剛性に設定されるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの形状を決定する、形状決定ステップと、
前記形状決定ステップで決定された形状となるように前記アクチュエータ及び前記リンクを形成する形成ステップと、
前記形成ステップで形成される前記アクチュエータ及び前記リンクを連結して組み立てる組み立てステップと、
を備え、
前記リンクは、前記舵面を回転自在に支持する支点軸に対して揺動自在に取り付けられるとともに、前記アクチュエータの他端側に対して揺動軸を介して揺動自在に取り付けられ、
前記材料決定ステップにおいて、前記アクチュエータを構成する材料と前記リンクを構成する材料とのうちの少なくともいずれかの材料に繊維強化プラスチックが含まれるように材料の決定が行われることを特徴とする、アクチュエータ及びリンクの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータ及びリンクの製造方法であって、
前記剛性決定ステップにおいて、前記所定の範囲における前記剛性比及び前記ゲイン余裕の下限値は、前記剛性比が１．０で前記ゲイン余裕が１８．０に定められ、前記所定の範囲における前記剛性比及び前記ゲイン余裕の上限値は、前記剛性比が１０．０で前記ゲイン余裕が２０．０に定められていることを特徴とする、アクチュエータ及びリンクの製造方法。
【請求項３】
航空機の舵面に又は当該舵面に取り付けられたホーンアーム部材に一端側が揺動自在に取り付けられて前記舵面を駆動するアクチュエータと当該アクチュエータに対して連結されるリンクとを設計する、アクチュエータ及びリンクの設計方法であって、
前記アクチュエータを構成する材料と前記リンクを構成する材料とを決定する、材料決定ステップと、
前記舵面の慣性質量、前記舵面の剛性、前記アクチュエータの剛性、及び前記リンクの剛性を各パラメータとして含むとともに当該各パラメータの関係を規定する演算モデルを用い、前記アクチュエータの剛性に対する前記リンクの剛性の比である剛性比の変化に伴うゲイン余裕の変化を演算する、演算ステップと、
前記演算ステップでの演算結果に基づいて、前記剛性比及び前記ゲイン余裕がそれぞれ所定の範囲に収まるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性を決定する、剛性決定ステップと、
前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性が前記剛性決定ステップで決定された剛性に設定されるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの形状を決定する、形状決定ステップと、
を備え、
前記リンクは、前記舵面を回転自在に支持する支点軸に対して揺動自在に取り付けられるとともに、前記アクチュエータの他端側に対して揺動軸を介して揺動自在に取り付けられ、
前記材料決定ステップにおいて、前記アクチュエータを構成する材料と前記リンクを構成する材料とのうちの少なくともいずれかの材料に繊維強化プラスチックが含まれるように材料の決定が行われることを特徴とする、アクチュエータ及びリンクの設計方法。
【請求項４】
請求項３に記載のアクチュエータ及びリンクの設計方法であって、
前記剛性決定ステップにおいて、前記所定の範囲における前記剛性比及び前記ゲイン余裕の下限値は、前記剛性比が１．０で前記ゲイン余裕が１８．０に定められ、前記所定の範囲における前記剛性比及び前記ゲイン余裕の上限値は、前記剛性比が１０．０で前記ゲイン余裕が２０．０に定められていることを特徴とする、アクチュエータ及びリンクの設計方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載のアクチュエータ及びリンクの設計方法であって、
前記リンクは、
直線状にそれぞれ延びるとともに並んで配置される一対の直線部と、
当該一対の直線部のそれぞれにおける一方の端部に対して屈曲部分を介して接続するとともに当該端部同士を連結するように延びる連結部と、
前記連結部の中央部分から突出するように設けられ、前記舵面を回転自在に支持する支点軸に対して揺動自在に取り付けられる支点軸取付部と、
前記一対の直線部のそれぞれにおける他方の端部として設けられ、前記アクチュエータの他端側に対して揺動軸を介して揺動自在に取り付けられるアクチュエータ取付部と、
を有し、
前記材料決定ステップにおいて、前記一対の直線部及び前記連結部を構成する材料に繊維強化プラスチックが含まれるように材料の決定が行われることを特徴とする、アクチュエータ及びリンクの設計方法。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載のアクチュエータ及びリンクの設計方法であって、
前記演算ステップで用いられる前記演算モデルは、前記舵面の慣性質量と、前記舵面の剛性をモデル化したバネと、前記アクチュエータの剛性をモデル化したバネと、前記リンクの剛性をモデル化したバネとが直列に連結されたバネマスモデルとして前記各パラメータの関係を規定することを特徴とする、アクチュエータ及びリンクの設計方法。
【請求項７】
航空機の舵面に又は当該舵面に取り付けられたホーンアーム部材に一端側が揺動自在に取り付けられて前記舵面を駆動するアクチュエータと当該アクチュエータに対して連結されるリンクとを備える、アクチュエータ及びリンクであって、
前記リンクは、
直線状にそれぞれ延びるとともに並んで配置される一対の直線部と、
当該一対の直線部のそれぞれにおける一方の端部に対して屈曲部分を介して接続するとともに当該端部同士を連結するように延びる連結部と、
前記連結部の中央部分から突出するように設けられ、前記舵面を回転自在に支持する支点軸に対して揺動自在に取り付けられる支点軸取付部と、
前記一対の直線部のそれぞれにおける他方の端部として設けられ、前記アクチュエータの他端側に対して揺動軸を介して揺動自在に取り付けられるアクチュエータ取付部と、
を有し、
前記一対の直線部及び前記連結部を構成する材料に繊維強化プラスチックが含まれ、
当該アクチュエータ及びリンクは、材料決定ステップ、演算ステップ、剛性決定ステップ、形状決定ステップ、形成ステップ、及び組み立てステップ、を備える、アクチュエータ及びリンクの製造方法によって製造され、
前記材料決定ステップは、前記アクチュエータを構成する材料と前記リンクを構成する材料とを決定し、
前記演算ステップは、前記舵面の慣性質量、前記舵面の剛性、前記アクチュエータの剛性、及び前記リンクの剛性を各パラメータとして含むとともに当該各パラメータの関係を規定する演算モデルを用い、前記アクチュエータの剛性に対する前記リンクの剛性の比である剛性比の変化に伴うゲイン余裕の変化を演算し、
前記剛性決定ステップは、前記演算ステップでの演算結果に基づいて、前記剛性比及び前記ゲイン余裕がそれぞれ所定の範囲に収まるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性を決定し、
前記形状決定ステップは、前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性が前記剛性決定ステップで決定された剛性に設定されるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの形状を決定し、
前記形成ステップは、前記形状決定ステップで決定された形状となるように前記アクチュエータ及び前記リンクを形成し、
前記組み立てステップは、前記形成ステップで形成される前記アクチュエータ及び前記リンクを連結して組み立て、
更に、前記材料決定ステップにおいて、前記一対の直線部及び前記連結部を構成する材料に繊維強化プラスチックが含まれるように材料の決定が行われることを特徴とする、アクチュエータ及びリンク。
【請求項８】
請求項７に記載のアクチュエータ及びリンクであって、
前記剛性決定ステップにおいて、前記所定の範囲における前記剛性比及び前記ゲイン余裕の下限値は、前記剛性比が１．０で前記ゲイン余裕が１８．０に定められ、前記所定の範囲における前記剛性比及び前記ゲイン余裕の上限値は、前記剛性比が１０．０で前記ゲイン余裕が２０．０に定められていることを特徴とする、アクチュエータ及びリンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の舵面又はホーンアーム部材に取り付けられて舵面を駆動するアクチュエータ及びこのアクチュエータに対して連結されるリンクを備える、アクチュエータ及びリンクと、そのアクチュエータ及びリンクを製造する製造方法と、そのアクチュエータ及びリンクを設計する設計方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機においては、動翼（操縦翼面）として形成されて、補助翼（エルロン）や方向舵（ラダー）、昇降舵（エレベータ）等として構成される舵面が設けられている。そして、このような舵面を駆動するアクチュエータ及びこのアクチュエータに連結されるリンクとして、特許文献１及び特許文献２に開示されたものが知られている。特許文献１及び特許文献２に開示されたアクチュエータ及びリンクにおいては、アクチュエータは、舵面又は舵面に取り付けられたホーンアーム部材に取り付けられる油圧駆動式のシリンダ機構として設けられ、リンクは、アクチュエータと舵面とに対して揺動自在に連結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９７０９５号公報（第２頁、第１−２図）
【特許文献２】特開昭６２−１６５００７号公報（第１−２頁、第１−２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び特許文献２に開示されたような航空機における舵面駆動用のアクチュエータ及びリンクにおいては、舵面を駆動する荷重を支えるために高強度であることが必要であることに加え、変形を抑制するとともに舵面を駆動する制御システムとしての安定性を確保する観点から高剛性であることも必要となる。このため、特許文献１及び特許文献２に開示されたようなアクチュエータ及びリンクを設計し、更に製造する場合、必要となる強度及び剛性を確保する観点から、アクチュエータ及びリンクを構成する材料として、ステンレス鋼やチタン合金といった金属材料が選択される。しかしながら、金属材料で形成されるため、軽量化には限界があり、更なる重量軽減を図ることは困難な状況にある。
【０００５】
尚、アクチュエータ及びリンクの構成材料としてチタン合金を用いた場合、重量当たりの剛性である比剛性を高く確保することができるが、重量当たりの強度である比強度が低くなる。このため、強度を確保することが制約条件となり、軽量化を図ることが困難となる。一方、アクチュエータ及びリンクの構成材料としてステンレス鋼を用いた場合、比強度を高く確保することができるが、比剛性が低くなる。このため、剛性を確保することが制約条件となり、軽量化を図ることが困難となる。
【０００６】
従って、強度と剛性とがバランスよく確保されるとともに軽量化を図ることが可能なアクチュエータ及びリンクを実現するためには、従来とは全く異なる飛躍した観点からアクチュエータ及びリンクの構造を設計する必要がある。そして、従来よりも軽量化を図るとともに、従来と同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保することも必要となる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、従来と同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保できるとともに、更に軽量化を図ることができる、アクチュエータ及びリンク、そのアクチュエータ及びリンクの製造方法、そのアクチュエータ及びリンクの設計方法を提供す
ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法は、航空機の舵面に又は当該舵面に取り付けられたホーンアーム部材に一端側が揺動自在に取り付けられて前記舵面を駆動するアクチュエータと当該アクチュエータに対して連結されるリンクとを製造する、アクチュエータ及びリンクの製造方法に関する。そして、本発明に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法は、前記アクチュエータを構成する材料と前記リンクを構成する材料とを決定する、材料決定ステップと、前記舵面の慣性質量、前記舵面の剛性、前記アクチュエータの剛性、及び前記リンクの剛性を各パラメータとして含むとともに当該各パラメータの関係を規定する演算モデルを用い、前記アクチュエータの剛性に対する前記リンクの剛性の比である剛性比の変化に伴うゲイン余裕の変化を演算する、演算ステップと、前記演算ステップでの演算結果に基づいて、前記剛性比及び前記ゲイン余裕がそれぞれ所定の範囲に収まるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性を決定する、剛性決定ステップと、前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性が前記剛性決定ステップで決定された剛性に設定されるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの形状を決定する、形状決定ステップと、前記形状決定ステップで決定された形状となるように前記アクチュエータ及び前記リンクを形成する形成ステップと、前記形成ステップで形成される前記アクチュエータ及び前記リンクを連結して組み立てる組み立てステップと、を備え、前記リンクは、前記舵面を回転自在に支持する支点軸に対して揺動自在に取り付けられるとともに、前記アクチュエータの他端側に対して揺動軸を介して揺動自在に取り付けられ、前記材料決定ステップにおいて、前記アクチュエータを構成する材料と前記リンクを構成する材料とのうちの少なくともいずれかの材料に繊維強化プラスチックが含まれるように材料の決定が行われることを特徴とする。
【０００９】
この発明によると、舵面を駆動するアクチュエータを構成する材料と、このアクチュエータに連結されるリンクを構成する材料とのうちの少なくともいずれかの材料に繊維強化プラスチックが含まれるように決定される。このため、チタン合金製のものよりも比重が大幅に小さくて（即ち、密度も大幅に小さくて）且つ比強度及び比剛性が大幅に大きく、更にステンレス鋼製のものよりも比強度及び比剛性が大幅に大きいアクチュエータ及びリンクを実現することができる。そして、舵面、アクチュエータ、及びリンクについての演算モデルでの演算結果に基づいて、アクチュエータに対するリンクの剛性比とゲイン余裕とがそれぞれ設定された所定の範囲に収まるように、アクチュエータ及びリンクの剛性が決定される。これにより、構成素材として繊維強化プラスチックを含むアクチュエータ及びリンクの剛性が、変形が十分に抑制されるとともに舵面を駆動する制御システムとしての安定性が十分に確保される水準に確実に決定されることになる。そして、アクチュエータ及びリンクは、上記のように決定された剛性に設定されるように形状が決定されるとともにその決定された形状に形成され、更に連結されて組み立てられることで完成することになる。よって、従来のようなチタン合金やステンレス鋼といった金属により構成されたアクチュエータ及びリンクに比して、軽量化を図ることができるとともに、同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保することができるアクチュエータ及びリンクを製造することができる。
【００１０】
従って、本発明によると、従来と同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保できるとともに、更に軽量化を図ることができるアクチュエータ及びリンクを製造することができる。
【００１１】
また、前述の目的を達成するための本発明に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法は、航空機の舵面に又は当該舵面に取り付けられたホーンアーム部材に一端側が揺動自在に取り付けられて前記舵面を駆動するアクチュエータと当該アクチュエータに対して連結されるリンクとを設計する、アクチュエータ及びリンクの設計方法に関する。そして、本発明に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法は、前記アクチュエータを構成する材料と前記リンクを構成する材料とを決定する、材料決定ステップと、前記舵面の慣性質量、前記舵面の剛性、前記アクチュエータの剛性、及び前記リンクの剛性を各パラメータとして含むとともに当該各パラメータの関係を規定する演算モデルを用い、前記アクチュエータの剛性に対する前記リンクの剛性の比である剛性比の変化に伴うゲイン余裕の変化を演算する、演算ステップと、前記演算ステップでの演算結果に基づいて、前記剛性比及び前記ゲイン余裕がそれぞれ所定の範囲に収まるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性を決定する、剛性決定ステップと、前記アクチュエータ及び前記リンクの剛性が前記剛性決定ステップで決定された剛性に設定されるように、前記アクチュエータ及び前記リンクの形状を決定する、形状決定ステップと、を備え、前記リンクは、前記舵面を回転自在に支持する支点軸に対して揺動自在に取り付けられるとともに、前記アクチュエータの他端側に対して揺動軸を介して揺動自在に取り付けられ、前記材料決定ステップにおいて、前記アクチュエータを構成する材料と前記リンクを構成する材料とのうちの少なくともいずれかの材料に繊維強化プラスチックが含まれるように材料の決定が行われることを特徴とする。
【００１２】
この発明によると、舵面を駆動するアクチュエータを構成する材料と、このアクチュエータに連結されるリンクを構成する材料とのうちの少なくともいずれかの材料に繊維強化プラスチックが含まれるように決定される。このため、チタン合金製のものよりも比重が大幅に小さくて（即ち、密度も大幅に小さくて）且つ比強度及び比剛性が大幅に大きく、更にステンレス鋼製のものよりも比強度及び比剛性が大幅に大きいアクチュエータ及びリンクを実現することができる。そして、舵面、アクチュエータ、及びリンクについての演算モデルでの演算結果に基づいて、アクチュエータに対するリンクの剛性比とゲイン余裕とがそれぞれ設定された所定の範囲に収まるように、アクチュエータ及びリンクの剛性が決定される。これにより、構成素材として繊維強化プラスチックを含むアクチュエータ及びリンクの剛性が、変形が十分に抑制されるとともに舵面を駆動する制御システムとしての安定性が十分に確保される水準に確実に決定されることになる。そして、アクチュエータ及びリンクの設計は、上記のように決定された剛性に設定されるように形状が決定されることで完了することになる。よって、従来のようなチタン合金やステンレス鋼といった金属で構成されたアクチュエータ及びリンクに比して、軽量化を図ることができるとともに、同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保することができるアクチュエータ及びリンクを設計することができる。
【００１３】
本発明に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法は、前記リンクは、直線状にそれぞれ延びるとともに並んで配置される一対の直線部と、当該一対の直線部のそれぞれにおける一方の端部に対して屈曲部分を介して接続するとともに当該端部同士を連結するように延びる連結部と、前記連結部の中央部分から突出するように設けられ、前記舵面を回転自在に支持する支点軸に対して揺動自在に取り付けられる支点軸取付部と、前記一対の直線部のそれぞれにおける他方の端部として設けられ、前記アクチュエータの他端側に対して揺動軸を介して揺動自在に取り付けられるアクチュエータ取付部と、を有し、前記材料決定ステップにおいて、前記一対の直線部及び前記連結部を構成する材料に繊維強化プラスチックが含まれるように材料の決定が行われることが好ましい。
【００１４】
この発明によると、アクチュエータの作動に伴って舵面を安定して駆動させるように、一対の直線部とこの一対の直線部に対して屈曲部分を介して連結する連結部とを備えた門型の形状に形成されるリンクが設計される。屈曲部分を有する門型形状のリンクの場合、軽量化を図りつつ強度及び剛性をバランスよく確保することは困難である。しかしながら、この設計方法によると、リンクにおける一対の直線部及び連結部の構成材料が、繊維強化プラスチックに決定されるため、より高い水準で強度及び剛性をバランスよく確保する
とともに大幅な軽量化を図ることができる。
【００１５】
本発明に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法は、前記演算ステップで用いられる前記演算モデルは、前記舵面の慣性質量と、前記舵面の剛性をモデル化したバネと、前記アクチュエータの剛性をモデル化したバネと、前記リンクの剛性をモデル化したバネとが直列に連結されたバネマスモデルとして前記各パラメータの関係を規定することが好ましい。
【００１６】
この発明によると、演算ステップで用いられる演算モデルが、舵面、アクチュエータ、及びリンクについて、それらの慣性質量やバネが直列に連結されたバネマスモデルとして構成される。このため、直列に連結される実際の舵面、アクチュエータ、及びリンクの関係に即して、舵面の慣性質量、舵面の剛性、アクチュエータの剛性、及びリンクの剛性の各パラメータの関係をより正確に規定する演算モデルを簡易な演算モデルにて実現することができる。
【００１７】
また、前述の目的を達成するための本発明に係るアクチュエータ及びリンクは、航空機の舵面に又は当該舵面に取り付けられたホーンアーム部材に一端側が揺動自在に取り付けられて前記舵面を駆動するアクチュエータと当該アクチュエータに対して連結されるリンクとを備える、アクチュエータ及びリンクに関する。そして、本発明に係るアクチュエータ及びリンクは、前記リンクは、直線状にそれぞれ延びるとともに並んで配置される一対の直線部と、当該一対の直線部のそれぞれにおける一方の端部に対して屈曲部分を介して接続するとともに当該端部同士を連結するように延びる連結部と、前記連結部の中央部分から突出するように設けられ、前記舵面を回転自在に支持する支点軸に対して揺動自在に取り付けられる支点軸取付部と、前記一対の直線部のそれぞれにおける他方の端部として設けられ、前記アクチュエータの他端側に対して揺動軸を介して揺動自在に取り付けられるアクチュエータ取付部と、を有し、前記一対の直線部及び前記連結部を構成する材料に繊維強化プラスチックが含まれていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によると、アクチュエータの作動に伴って舵面を安定して駆動させるように、一対の直線部とこの一対の直線部に対して屈曲部分を介して連結する連結部とを備えた門型の形状に形成されるリンクが備えられる。従来のようにチタン合金やステンレス鋼といった金属材料により形成されて屈曲部分を有する門型形状のリンクの場合、強度及び剛性をバランスよく確保しつつ更に軽量化を図ることは困難である。しかしながら、この発明によると、リンクにおける一対の直線部及び連結部を構成する材料に繊維強化プラスチックが含まれる。このため、チタン合金製のものよりも比重が大幅に小さくて（即ち、密度も大幅に小さくて）且つ比強度及び比剛性が大幅に大きく、更にステンレス鋼製のものよりも比強度及び比剛性が大幅に大きいアクチュエータ及びリンクを実現することができる。これにより、アクチュエータ及びリンクにおいて、より高い水準で強度及び剛性をバランスよく確保するとともに大幅な軽量化を図ることができる。よって、本発明によると、門型形状のリンクを備えるアクチュエータ及びリンクにおいて、従来のようなチタン合金やステンレス鋼といった金属により構成されたアクチュエータ及びリンクに比して、軽量化を図ることができるとともに、同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、従来と同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保できるとともに、更に軽量化を図ることができる、アクチュエータ及びリンク、そのアクチュエータ及びリンクの製造方法、そのアクチュエータ及びリンクの設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアクチュエータ及びリンクを示す斜視図である。
【図２】図１に示すアクチュエータ及びリンクが航空機の機体に取り付けられた状態を機体の一部とともに示す模式図である。
【図３】図１に示すリンクの斜視図である。
【図４】図３に示すリンクの平面図である。
【図５】図３に示すリンクの側面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法を説明するための工程図である。
【図７】図６に示す製造方法における設計工程を実行する設計装置の機能ブロック図である。
【図８】図６に示す製造方法の設計工程における演算ステップにおいて用いられる演算モデルを説明するための図である。
【図９】図６に示す製造方法の設計工程における演算ステップでの演算結果を説明するための図である。
【図１０】図６に示す製造方法の設計工程にて設計されるアクチュエータ及びリンクにおける剛性比と重量との関係について構成材料を変更して解析した結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態は、航空機の舵面又はホーンアーム部材に取り付けられて舵面を駆動するアクチュエータ及びこのアクチュエータに対して連結されるリンクを備える、アクチュエータ及びリンクと、そのアクチュエータ及びリンクを製造する製造方法と、そのアクチュエータ及びリンクを設計する設計方法とに関して、広く適用することができるものである。
【００２２】
［アクチュエータ及びリンク］
図１は、航空機の舵面を駆動するためのユニットとして設けられ、本発明の実施形態に係るアクチュエータ及びリンクを構成する舵面駆動ユニット１を示す斜視図である。また、図２は、舵面駆動ユニット１が、航空機の機体１００に取り付けられた状態を機体１００の一部とともに示す模式図である。尚、舵面１０２を構成する航空機の動翼（操縦翼面）として、補助翼（エルロン）や方向舵（ラダー）、昇降舵（エレベータ）などが挙げられる。また、舵面駆動ユニット１は、フラップやスポイラー等として構成される舵面を駆動するユニットとして用いられることもある。
【００２３】
図１及び図２に示す舵面駆動ユニット１は、舵面１０２を駆動するアクチュエータ１１と、アクチュエータ１１に対して連結される本実施形態におけるリンクを構成するリアクションリンク１２と、を備えて構成されている。この舵面駆動ユニット１は、後述するように、本発明の実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法によって設計され、本発明の実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法によって製造される。
【００２４】
アクチュエータ１１は、油圧駆動式のシリンダ機構として設けられ、円筒形状のシリンダ本体１３と円形断面の丸棒状のロッド部１４とを備えて構成されている。そして、シリンダ本体１３の内部に対して航空機に設けられる油圧装置（図示せず）によって圧油が供給及び排出されることによって作動し、ロッド部１４がシリンダ本体１３に対して伸張・収縮して変位するように作動する。尚、これらのシリンダ本体１３及びロッド部１４は、例えば、ステンレス鋼により形成されている。アクチュエータ１１を構成する材料は、後述するアクチュエータ及びリンクの設計方法において決定されることになる。
【００２５】
また、このアクチュエータ１１は、その一端側であるロッド部１４の先端側において、舵面１０２に対してヒンジ部等を介して揺動自在に取り付けられる。そして、アクチュエ
ータ１１は、その他端側であるシリンダ本体１３の端部において、機体フレーム１０１に対して支持部材１０３を介して支持されている。また、アクチュエータ１１は、支持部材１０３に対して揺動自在に連結されている（図１では、アクチュエータ１１と支持部材１０３との連結状態の図示を省略している）。尚、ロッド部１４の先端側は、舵面１０２に直接に取り付けられなくてもよく、舵面１０２に取り付けられるホーンアーム部材に対して揺動自在に取り付けられてもよい。この場合、ホーンアーム部材は、舵面１０２に対してこの舵面１０２とともに揺動可能に取り付けられる（即ち、舵面１０２に対して固定される）とともに、アクチュエータ１１のロッド部１４の先端側に対して揺動自在に連結される部材として構成される。このため、アクチュエータ１１は、ホーンアーム部材を介して舵面１０２を駆動することになる。
【００２６】
リアクションリンク１２は、図２に示すように、機体１００における機体フレーム１０１に対して取り付けられ、機体フレーム１０１に舵面１０２の受ける負荷が直接影響しないようにするために設けられる。また、図１及び図２に示すように、リアクションリンク１２は、アクチュエータ１１に対して連結され、リアクションリンク本体１５、軸受１６、ブッシュ１７、締結部材１８などを備えて構成されている。
【００２７】
図３は、リアクションリンク１２の斜視図である。また、図４は、リアクションリンク１２の平面図であり、図５は、リアクションリンク１２の側面図である。図１乃至図５に示すリアクションリンク１２におけるリアクションリンク本体１５は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）によって形成されている。そして、このリアクションリンク本体１５は、門型の形状に形成され、一対の直線部１９（１９ａ、１９ｂ）、連結部２０、支点軸取付部２１及びアクチュエータ取付部２２を備えて構成されている。尚、リアクションリンク本体１５は、後述するように、炭素繊維強化プラスチックで形成された複数の部材（２３〜２８）を有している。そして、リアクションリンク本体１５は、これらの複数の部材（２３〜２８）が結合されることで一体化されて構成され、上述した一対の直線部１９、連結部２０、支点軸取付部２１及びアクチュエータ取付部２２が構成されている。また、この構成により、一対の直線部１９及び連結部２０を構成する材料は、繊維強化プラスチックとなっている。
【００２８】
尚、リアクションリンク本体１５は、上述した炭素繊維強化プラスチック以外の強化プラスチックによって形成されていてもよい。例えば、リアクションリンク本体１５は、ガラス繊維強化プラスチック、ガラス長繊維強化プラスチック、ボロン繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック、ポリエチレン繊維強化プラスチック、ザイロン強化プラスチック等の繊維強化プラスチックによって形成されていてもよい。
【００２９】
リアクションリンク本体１５における一対の直線部１９は、直線状にそれぞれ延びるとともに略平行に並んで配置される直線部１９ａ及び直線部１９ｂで構成されている。連結部２０は、一対の直線部１９のそれぞれにおける一方の端部に対して屈曲部分（２９ａ、２９ｂ）を介して接続するとともにその端部同士を連結するように延びる部分として形成されている。尚、連結部２０は、直線部１９ａ及び直線部１９ｂに対して略直交する方向に延びるように形成され、各屈曲部分（２９ａ、２９ｂ）は略直角に屈曲した部分として形成されている。そして、連結部２０は、直線部１９ａの一方の端部に対して屈曲部分２９ａを介して接続し、直線部１９ｂの一方の端部に対して屈曲部分２９ｂを介して接続し、直線部１９ａ及び直線部１９ｂにおける一方の端部同士を連結するように形成されている。
【００３０】
また、リアクションリンク本体１５における支点軸取付部２１は、連結部２０の中央部分（一対の直線部１９を連結する方向における中央部分）から舵面１０２側に向かって突出するように設けられている。そして、この支点軸取付部２１は、舵面１０２を機体フレ
ーム１０１に対して回転自在に支持する支点軸３０（図２参照）に対して軸受１６を介して揺動自在に取り付けられる部分として設けられている。また、支点軸取付部２１は、連結部２０に一体化されて軸方向長さが短い円筒状の部分として形成されており、内周に上記の軸受１６の外輪が嵌合により固定されている。このように支点軸取付部２１及び軸受１６が設けられていることで、リアクションリンク本体１５は、支点軸取付部２１において舵面１０２に対して揺動自在に連結されている。
【００３１】
また、リアクションリンク本体１５におけるアクチュエータ取付部２２は、一対の直線部１９のそれぞれにおける連結部２０とは反対側である他方の端部として設けられている。そして、アクチュエータ取付部２２は、直線部１９ａにおける他方の端部であるアクチュエータ取付部２２ａと直線部１９ｂにおける他方の端部であるアクチュエータ取付部２２ｂとで構成されている。
【００３２】
また、各アクチュエータ取付部（２２ａ、２２ｂ）には、貫通孔がそれぞれ形成され、この貫通孔にブッシュ１７が嵌合により取り付けられている。ブッシュ１７は、アクチュエータ取付部２２ａに固定されるブッシュ１７ａと、アクチュエータ取付部２２ｂに固定されるブッシュ１７ｂとで構成されている。ブッシュ１７ａ及びブッシュ１７ｂは、後述する揺動軸３１が貫通する貫通孔が設けられた円筒状に形成されている。そして、各ブッシュ（１７ａ、１７ｂ）は、その内周が揺動軸３１の外周に摺接する摺動部材として構成されている。これにより、シリンダ取付部（２２ａ、２２ｂ）のそれぞれが、揺動軸３１に対して揺動自在に取り付けられている。
【００３３】
尚、図１に示すように、上述した揺動軸３１は、アクチュエータ１１のシリンダ本体１３の他端側（ロッド部１４の突出する側と反対側）においてシリンダ本体１３と一体に形成された一対の円筒状の部分として設けられている。そして、揺動軸３１は、シリンダ本体１３の他端側の両側方において、同一直線上に沿って互いに反対側に向かって突出するように形成されている。この揺動軸３１がブッシュ１７に対して摺接して回転自在な状態で支持される。これにより、リアクションリンク本体１５は、アクチュエータ取付部（２２ａ、２２ｂ）のそれぞれが、ブッシュ１７及び揺動軸３１を介して、アクチュエータ１１の他端側に対して揺動自在に取り付けられている。よって、リアクションリンク１２は、アクチュエータ１１及び舵面１０２に対して揺動自在に連結されている。
【００３４】
尚、上記において、揺動軸３１がシリンダ本体１３と一体に形成されたものを例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、別体に形成された揺動軸３１がシリンダ本体１３に固定されているものであってもよく、また、別体の揺動軸３１に対してシリンダ本体１３の他端側の端部が回転自在に取り付けられるものであってもよい。また、本実施形態では、揺動軸３１をシリンダ取付部２２に対して回転自在に保持する要素としてブッシュ１７を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、揺動軸３１をシリンダ取付部２２に対して回転自在に保持する要素として軸受が設けられていてもよい。
【００３５】
また、リアクションリンク本体１５は、前述のように、炭素繊維強化プラスチックで形成された複数の部材（２３〜２８）が一体化されることで構成されている。これらの複数の部材（２３〜２８）として、リアクションリンク本体１５においては、本体部材２３、連結部側表面部材（２４、２５）、連結部側端部部材２６、直線部側端部部材（２７、２８）が設けられている。
【００３６】
本体部材２３は、一対の直線部１９及び連結部２０の基本骨格部分を構成しており、一対の直線部１９及び連結部２０に亘って延びる部材として設けられている。この本体部材２３は、一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）と架橋部分２３ｂとを有し、これらが一体
に形成されて構成されている。一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）は、それぞれ平板状に形成されるとともに平行に配置された一対の部分として設けられている。架橋部分２３ｂは、一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）に対してそれぞれにおける一方の縁部において略垂直に接続されるとともに一対の平板状部分２３ａを連結して架橋する部分として設けられている。このため、本体部材２３における一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）及び架橋部分２３ｂに垂直な断面は、角パイプにおける１辺の部分が欠落して開放された状態のような断面形状に形成されている。このような断面形状に形成されることで、大きな断面二次モーメントが確保されるように構成されている。
【００３７】
また、一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）及び架橋部分２３ｂは、一対の直線部１９及び連結部２０に亘って延びるように配置されている。また、一対の平板状部分２３ａは、リアクションリンク本体１５の厚み方向（図５において両端矢印Ｃで示す方向）において並んで配置されている。尚、リアクションリンク本体１５の厚み方向は、リアクションリンク本体１５の幅方向（図４における両端矢印Ａで示す方向）と一対の直線部１９（１９ａ、１９ｂ）の長手方向（図４における両端矢印Ｂで示す方向）との両方に対して垂直な方向として規定される。また、リアクションリンク本体１５の幅方向は、一対の直線部１９（１９ａ、１９ｂ）が並んで配置される方向として規定される。
【００３８】
連結部側表面部材（２４、２５）は、２つの湾曲して延びる部分を有する平板状の部材として設けられ、連結部２０から一対の直線部１９における一方の端部側のそれぞれに亘って配置されている。そして、連結部側表面部材２４と連結部側表面部材２５とは、リアクションリンク本体１５の厚み方向における両側の表面にそれぞれ配置され、本体部材２３に対して対称に配置されている。これらの連結部側表面部材（２４、２５）は、本体部材２３における一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）の表面にそれぞれ取り付けられている。
【００３９】
連結部側端部部材２６は、連結部２０の一部を構成する基部３２と、この基部３２に一体に形成されて軸受１６を保持する前述の支点軸取付部２１と、を備えて構成されている。基部３２は、連結部２０に沿って配置されるとともに、リアクションリンク本体１５の幅方向において対称な形状で舵面１０２側に向かって先細り形状で突出するブロック状に形成されている。そして、基部３２は、本体部材２３に対して、一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）の間に挟まれた状態で取り付けられている。また、軸方向長さが短い円筒状の部分として設けられて基部２７ａの先端側に一体に形成された支点軸取付部２１は、その軸方向（円筒軸方向）がリアクションリンク本体１５の幅方向と平行に配置されている。
【００４０】
直線部側端部部材（２７、２８）は、一対の直線部１９における他方の端部をそれぞれ構成する部材として設けられている。直線部側端部部材２７が直線部１９ａにおける他方の端部を構成し、直線部側端部部材２８が直線部１９ｂにおける他方の端部を構成するように設けられている。また、直線部側端部部材２７には、ブッシュ１７ａを保持する貫通孔が形成されたブッシュ保持部分と、このブッシュ保持部分から直線部１９ａの長手方向に沿って突出して平行に延びる平板状に形成された一対の突出部分とが設けられている。同様に、直線部側端部部材２８には、ブッシュ１７ｂを保持する貫通孔が形成されたブッシュ保持部分と、このブッシュ保持部分から直線部１９ｂの長手方向に沿って突出して平行に延びる平板状に形成された一対の突出部分とが設けられている。そして、各直線部側端部部材（２７、２８）における一対の突出部分は、本体部材２３における一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）に対して、リアクションリンク本体１５の厚み方向における両側の表面に取り付けられている。
【００４１】
図３乃至図５によく示すように、締結部材１８は、複数のボルト３３と、各ボルト３３
に螺合する複数のナット３４と、複数のストレートブッシュ３５とを備え、複数の部材（２３〜２８）を結合して一体化するように構成されている。そして、締結部材１８における各ボルト３３に各ナット３４が螺合することによって、複数の部材（２３〜２８）が、リアクションリンク本体１５の厚み方向において重なって配置された状態で結合される。尚、ストレートブッシュ３５は、円筒状の部材として形成されている。
【００４２】
また、締結部材１８における複数（本実施形態では８つ）のボルト３３のうちの一部のボルト３３（本実施形態では４つのボルト３３）は、連結部２０に沿って並んで配置されている。更に、連結部２０に沿って配置されたボルト３３のそれぞれにおけるボルト軸部は、連結部側表面部材２４、一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）の一方、連結部側端部部材２６の基部３２、一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）の他方、及び連結部側表面部材２５に亘ってこれらの部材を貫通している。そして、これらの各ボルト３３は、ボルト頭部が連結部側表面部材２４に当接するとともに、ボルト頭部の反対側の端部が連結部側表面部材２５から突出して各ナット３４に螺合している。これにより、複数の部材（２３、２４、２５、２６）がリアクションリンク本体１５の厚み方向において重なって配置されて締結部材１８によって結合されている。尚、連結部側表面部材（２４、２５）と、本体部材２３と、連結部側端部部材２６とは、例えば、リアクションリンク本体１５の厚み方向に対して垂直な方向における炭素繊維の配列方向が互いに異なる部材として設けられている。
【００４３】
一方、締結部材１８における残りのボルト３３（本実施形態では、４つのボルト３３）は、一対の直線部１９（１９ａ、１９ｂ）における他方の端部のそれぞれに配置されている。直線部１９ａにおける他方の端部に配置されたボルト３３のそれぞれにおけるボルト軸部は、直線部側端部部材２７における一対の突出部分と、本体部材２３における一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）と、ストレートブッシュ３５とを貫通している。そして、これらの各ボルト３３は、ボルト頭部が直線部側端部部材２７における一対の突出部分の一方に当接し、ボルト頭部の反対側の端部が一対の突出部分の他方から突出してナット３４に螺合している。
【００４４】
尚、ストレートブッシュ３５は、一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）の間において、円筒軸方向における両端部が一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）にそれぞれ当接した状態で配置されている。このストレートブッシュ３５によって、ボルト３３とナット３４とが螺合した際における締結力による一対の平板状部分（２３ａ、２３ａ）の変形が防止されている。
【００４５】
上記のように、直線部１９ａにおける他方の端部に配置された締結部材１８（３３、３４、３５）によって複数の部材（２３、２７）がリアクションリンク本体１５の厚み方向において重なって配置されて結合されている。また、直線部１９ｂにおける他方の端部に配置された締結部材１８（３３、３４、３５）についても、直線部１９ａにおける他方の端部に配置された締結部材１８（３３、３４、３５）と同様に、リアクションリンク本体１５に対して設けられている。そして、複数の部材（２３、２８）がリアクションリンク本体１５の厚み方向において重なって配置されて締結部材１８（３３、３４、３５）によって結合されている。尚、直線部側端部部材（２７、２８）と、本体部材２３とは、例えば、リアクションリンク本体１５の厚み方向に対して垂直な方向における炭素繊維の配列方向が互いに異なる部材として設けられている。
【００４６】
次に、上述した舵面駆動ユニット１の作動について説明する。舵面１０２の駆動が行われる際には、図示しないコントローラからの指令に基づいて油圧装置が作動し、アクチュエータ１１のシリンダ本体１３に対して圧油の供給及び排出が行われる。この圧油の給排に伴って、ロッド部１４がシリンダ本体１３に対して伸張又は収縮する変位を行うことに
なる。これにより、揺動軸３１を中心として揺動可能なアクチュエータ１１におけるロッド部１４の一端側で舵面１０２が駆動されることになる。このとき、前述のように、リアクションリンク本体１５は一方側が舵面１０２の支点軸３０に対して他方側が揺動軸３１に対してそれぞれ揺動自在に取り付けられているため、舵面１０２が支点軸３０を中心として揺動して駆動されることになる。
【００４７】
以上説明したように、舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）１によると、アクチュエータ１１の作動に伴って舵面１０２を安定して駆動させるように、一対の直線部１９とこの一対の直線部１９に対して屈曲部分（２９ａ、２９ｂ）を介して連結する連結部２０とを備えた門型の形状に形成されるリアクションリンク（リンク）１２が備えられる。従来のようにチタン合金やステンレス鋼といった金属材料により形成されて屈曲部分を有する門型形状のリンクの場合、強度及び剛性をバランスよく確保しつつ更に軽量化を図ることは困難である。しかしながら、舵面駆動ユニット１によると、リアクションリンク１２における一対の直線部１９及び連結部２０が繊維強化プラスチックにより形成されている。このため、チタン合金製のものよりも比重が大幅に小さくて（即ち、密度も大幅に小さくて）且つ比強度及び比剛性が大幅に大きく、更にステンレス鋼製のものよりも比強度及び比剛性が大幅に大きい舵面駆動ユニット１を実現することができる。これにより、舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）において、より高い水準で強度及び剛性をバランスよく確保するとともに大幅な軽量化を図ることができる。よって、本実施形態によると、門型形状のリアクションリンクを備える舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）において、従来のようなチタン合金やステンレス鋼といった金属により構成されたものに比して、軽量化を図ることができるとともに、同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保することができる。
【００４８】
［アクチュエータ及びリンクの製造方法、アクチュエータ及びリンクの設計方法］
次に、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法と、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法とについて説明する。本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法は、舵面駆動ユニット１のアクチュエータ１１とリアクションリンク（リンク）１２とを製造する製造方法を構成している。また、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法は、舵面駆動ユニット１のアクチュエータ１１とリアクションリンク（リンク）１２とを設計する設計方法を構成している。尚、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法は、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法を構成要素として含んで構成されている。
【００４９】
図６は、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法（以下、単に「本実施形態の製造方法」ともいう）を説明するための工程図である。この図６に示すように、本実施形態の製造方法は、本実施形態にかかるアクチュエータ及びリンクの設計方法（以下、単に「本実施形態の設計方法」ともいう）を構成する設計工程Ｓ１０１と、製作工程Ｓ１０２とを備えて構成されている。
【００５０】
設計工程Ｓ１０１は、材料決定ステップＳ１０１ａと、演算ステップＳ１０１ｂと、剛性決定ステップＳ１０１ｃと、形状決定ステップＳ１０１ｄと、を備えて構成されている。そして、この設計工程Ｓ１０１は、図７に示す設計装置５１が図示しないユーザ（操作者）による入力装置５２からの入力操作に基づいて作動することによって実行される。尚、図７は、設計装置５１について、入力装置５２及び出力装置５３とともに示す機能ブロック図である。
【００５１】
設計工程Ｓ１０１を実行する設計装置５１は、プログラムを実行可能なコンピュータ装置として設けられ、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、入出力インターフェース、等を備えて構成されている。そして、この設計装置５１において、メモ
リに記憶されるとともに設計工程Ｓ１０１を遂行するためのプログラムが、ＣＰＵにより読み出されて実行される。これにより、設計装置５１において、材料決定ステップＳ１０１ａを実行する材料決定部５１ａ、演算ステップＳ１０１ｂを実行する演算部５１ｂ、剛性決定ステップＳ１０１ｃを実行する剛性決定部５１ｃ、形状決定ステップＳ１０１ｄを実行する形状決定部５１ｄ、演算部５１ｄでの演算結果等を出力装置５３に表示させる表示部５１ｅ、等がそれぞれ構築されることになる。
【００５２】
また、設計装置５１は、入力装置５２及び出力装置５３に接続されている。入力装置５２は、ユーザが設計装置５１に対する操作を入力するための装置である。入力装置５２は、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、等の入力機器として設けられる。ユーザは、入力装置５２を用いて、設計装置５１に対して設計工程Ｓ１０１の遂行に必要な所定のデータを入力することができるとともにその設計装置５１の操作を行うことができる。また、出力装置５３は、例えば、表示画面を備えたディスプレイ装置として設けられ、設計装置５１の表示部５１ｅの制御に基づいて演算部５１ｄ等における処理結果を表示する。
【００５３】
設計工程Ｓ１０１の材料決定ステップＳ１０１ａは、アクチュエータ１１を構成する材料とリアクションリンク１２を構成する材料とを決定するステップとして構成されている。この材料決定ステップＳ１０１ａにおいては、アクチュエータ１１の材料は、例えば、ステンレス鋼に決定される。また、リアクションリンク１２については、例えば、軸受１６及び締結部材１８の材料はステンレス鋼、ブッシュ１７の材料はブロンズ、リアクションリンク本体１５の材料は炭素繊維強化プラスチックに決定される。
【００５４】
上記のように材料が決定されるため、リアクションリンク本体１５を構成する複数の部材（２３〜２８）の材料は炭素繊維強化プラスチックに決定され、リアクションリンク１２における一対の直線部１９及び連結部２０を構成する材料は炭素繊維強化プラスチックに決定されることになる。尚、材料決定ステップＳ１０１ａにおける材料の決定形態については、上記の例示に限らず、アクチュエータ１１を構成する材料とリアクションリンク１２を構成する材料とのうちの少なくともいずれかの材料に繊維強化プラスチックが含まれるように材料の決定が行われてもよい。
【００５５】
設計工程Ｓ１０１の演算ステップＳ１０１ｂは、後述する演算モデルを用い、アクチュエータ１１の剛性に対するリアクションリンク１２の剛性の比である剛性比の変化に伴うゲイン余裕の変化を演算するステップとして構成されている。この演算ステップＳ１０１ｂにおいて用いられる演算モデルは、舵面１０２の慣性質量、舵面１０２の剛性、アクチュエータ１１の剛性、リアクションリンク１２の剛性を各パラメータとして含むとともにこれらの各パラメータの関係を規定する演算モデルとして構成される。尚、舵面１０２の慣性質量及び剛性のパラメータについては、舵面駆動ユニット１が適用される舵面１０２に対応する慣性質量及び剛性のデータとして、ユーザによる入力装置５２の操作が行われることで設計装置５１に対して入力される。また、舵面１０２に対応する慣性質量及び剛性のデータ以外のデータであって演算ステップＳ１０１ｂでの演算に必要な所定のデータについても、ユーザによる入力装置５２の操作が行われることで設計装置５１に対して入力される。
【００５６】
図８は、演算ステップＳ１０１ｂにおいて用いられる演算モデルを説明するための図である。この図８に示すように、演算ステップＳ１０１ｂで用いられる演算モデルは、舵面１０２の慣性質量Ｍと、舵面１０２の剛性をモデル化したバネ定数Ｋｃのバネと、アクチュエータ１１の剛性をモデル化したバネ定数Ｋａｃｔのバネと、リアクションリンク１２の剛性をモデル化したバネ定数Ｋｒのバネとが直列に連結されたバネマスモデルとして各パラメータの関係を規定するように構成される。また、この演算モデルを用いた演算ステ
ップＳ１０１ｂでは、図８にて両端矢印Ｄで示す方向に振動を行う条件のもと、演算が行われる。
【００５７】
演算ステップＳ１０１ｂでは、上記の演算モデルを用い、アクチュエータ１１の剛性（Ｋａｃｔ）に対するリアクションリンク１２の剛性（Ｋｒ）の比である剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）の変化に伴うゲイン余裕の変化が演算される。図９は、剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）の変化に伴うゲイン余裕の変化についての演算結果を説明するための図である。図９においては、縦軸にゲイン余裕が表され、横軸に剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）が対数軸で表されている。尚、設計装置５１においては、例えば、図９に示す演算結果が表示部５１ｅの制御に基づいて出力装置５３に表示され、この演算結果をユーザが確認可能に構成されている。
【００５８】
設計工程Ｓ１０１の剛性決定ステップＳ１０１ｃは、演算ステップＳ１０１ｂでの演算結果に基づいて、剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）及びゲイン余裕がそれぞれ予め定められた所定の範囲に収まるように、アクチュエータ１１及びリアクションリンク１２の剛性を決定するステップとして構成されている。尚、上記の所定の範囲における剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）及びゲイン余裕の下限値は、例えば、アクチュエータ１１の材料をステンレス鋼で構成するとともにリアクションリンク１２の材料をチタン合金で構成した舵面駆動ユニット１よりも高剛性で高いゲイン余裕を確保できるように、剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）が１．０でゲイン余裕が１８．０に定められている。また、上記の所定の範囲における剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）及びゲイン余裕の上限値は、例えば、剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）の上昇に伴うゲイン余裕の変化がほぼ収束してしまい剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）の上昇に伴うゲイン余裕の更なる上昇効果（即ち、制御安定性の更なる向上効果）が得られない領域よりも剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）が小さい範囲となるように（即ち、制御安定性の向上効果が見込める範囲となるように）、剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）が１０．０でゲイン余裕が２０．０に定められている。尚、剛性決定ステップＳ１０１ｃでは、上記の所定の範囲において、重量や強度等に関する所定の条件に基づいて、剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）及びゲイン余裕が所定の値に決定され、更に、その剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）に基づいてアクチュエータ１１の剛性とリアクションリンク１２の剛性とが決定される。尚、設計装置５１においては、例えば、剛性決定ステップＳ１０１ｃにて決定されたアクチュエータ１１及びリアクションリンク１２の剛性値が、表示部５１ｅの制御に基づいて出力装置５３に表示され、この処理結果をユーザが確認可能に構成されている。
【００５９】
図１０は、アクチュエータ１１の材料をステンレス鋼で構成し、リアクションリンク１２の材料を炭素繊維強化プラスチック、チタン合金、ステンレス鋼でそれぞれ構成した場合において、リアクションリンク１２の重量（ｇ）と剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）との関係について解析した結果を説明するための図である。尚、リアクションリンク１２の構成材料が炭素繊維強化プラスチックの場合の解析結果については実線で、リアクションリンク１２の構成材料がチタン合金の場合の解析結果については破線で、リアクションリンク１２の構成材料がステンレス鋼の場合の解析結果については一点鎖線で示している。各解析結果については、リアクションリンク本体１５を構成する部材（２３〜２８）の厚み寸法の条件を変化させることで、重量及び剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）を変化させて計算を行っている。また、舵面１０２を駆動する駆動ユニット１のリアクションリンク１２として要求される下限の強度を確保可能な計算条件（下限条件）について、それぞれ黒い丸印で示している。
【００６０】
図１０に示すように、リアクションリンク１２の構成材料が炭素繊維強化プラスチックの場合、リアクションリンク１２の構成材料がステンレス鋼やチタン合金の場合に比して、同等又はそれ以上の強度を確保できるとともに、より高い剛性を確保することができ、更に、大幅な軽量化を図ることができる。また、この図１０に示すように、リアクション
リンク１２の構成材料が炭素繊維強化プラスチックの場合、剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）が１．０以上となるように設定されることで、リアクションリンク１２の構成材料がチタン合金で最も軽量化が図られた下限条件の場合よりも、より高剛性で軽量化を図ることができることになる。
【００６１】
設計工程Ｓ１０１の形状決定ステップＳ１０１ｄは、アクチュエータ１１の剛性とリアクションリンク１２の剛性とが剛性決定ステップＳ１０１ｃで決定された剛性に設定されるように、アクチュエータ１１及びリアクションリンク１２の形状が決定される。
【００６２】
形状決定ステップＳ１０１ｄにおいては、アクチュエータ１１の形状については、例えば、剛性決定ステップＳ１０１ｃで決定された剛性に設定されるように、シリンダ本体１３の円筒部分の肉厚寸法やロッド部１４の軸部の直径寸法が決定され、アクチュエータ１１の形状が決定されることになる。尚、本実施形態では、シリンダ本体１３の形状が円筒形状に設定され、ロッド部１４の形状が円形断面の丸棒状の形状に設定される場合を例示したが、この通りでなくてもよく、他の断面形状に設定されてもよい。また、形状決定ステップＳ１０１ｄは、複数の断面形状のうちから所定の断面形状が選択される形態であってもよく、この場合、例えば、剛性決定ステップＳ１０１ｂで決定された剛性を最も少ない材料で（最も軽量化を図って）構成可能な断面形状が選択される形態であってもよい。
【００６３】
また、形状決定ステップＳ１０１ｄにおいては、リアクションリンク１２の形状については、例えば、剛性決定ステップＳ１０１ｃで決定された剛性に設定されるように、リアクションリンク本体１５の各部材（２３〜２８）の厚み寸法や幅寸法、軸受１６の直径寸法、ブッシュ１７の直径寸法、等の形状寸法が決定され、リアクションリンク１２の形状が決定されることになる。尚、本実施形態では、リアクションリンク本体１５が図３乃至図５に示す所定の断面形状に設定される場合を例示したが、この通りでなくてもよく、角筒状の断面形状を有する形態や平板状の断面形状を有する形態等の他の断面形状を有する形態に設定されてもよい。また、複数の断面形状のうちから所定の断面形状が選択される形態であってもよく、この場合、例えば、剛性決定ステップＳ１０１ｃで決定された剛性を最も少ない材料で（最も軽量化を図って）構成可能な断面形状が選択される形態であってもよい。尚、設計装置５１においては、例えば、形状決定ステップＳ１０１ｄにて決定されたアクチュエータ１１及びリアクションリンク１２の形状が、表示部５１ｅの制御に基づいて出力装置５３に表示され、この処理結果をユーザが確認可能に構成されている。
【００６４】
製作工程Ｓ１０２は、形成ステップＳ１０２ａと、組み立てステップＳ１０２ｂと、を備えて構成されている。そして、この製作工程Ｓ１０２においては、設計工程Ｓ１０１で設計されたアクチュエータ１１及びリアクションリンク１２の製作が行われる。
【００６５】
製作工程Ｓ１０２の形成ステップＳ１０２ａは、形状決定ステップＳ１０１ｄで決定された形状となるようにアクチュエータ１１及びリアクションリンク１２を形成するステップとして構成されている。この形成ステップＳ１０２ａにおいて、円筒形状のシリンダ本体１３と丸棒状のロッド部１４とがステンレス鋼を用いて所定の形状寸法に加工され、アクチュエータ１１として一体に組み立てられて形成される。
【００６６】
また、形成ステップＳ１０２ａでは、図３乃至図５に示す所定の形状の各部材（２３〜２８）が炭素繊維強化プラスチックにより所定の形状寸法に形成される。そして、これらの各部材（２３〜２８）が締結部材１８によって結合されてリアクションリンク本体１５として一体化されるとともに、このリアクションリンク本体１５に軸受１６及びブッシュ１７も組み付けられ、リアクションリンク１２が形成される。尚、軸受１６及びブッシュ１７の組み付け作業については、各部材（２３〜２８）の結合作業の後でなくてもよく、結合作業の前や結合作業の過程において行われてもよい。
【００６７】
製作工程Ｓ１０２の組み立てステップＳ１０２ｂは、形成ステップＳ１０２ａで形成されたアクチュエータ１１及びリアクションリンク１２を連結して組み立てるステップとして構成されている。この組み立てステップＳ１０２ｂにおいては、アクチュエータ１１のシリンダ本体１３に一体に形成された揺動軸３１がリアクションリンク１２のブッシュ１７に挿通され、アクチュエータ１１及びリアクションリンク１２が連結されて組み立てられる。尚、形成ステップＳ１０２ａと組み立てステップＳ１０２ｂとは、並行して行われてもよく、例えば、形成ステップＳ１０２ａの過程中に揺動軸３１のブッシュ１７への挿通作業が行われ、その後にリアクションリンク１２の形成が完了する形態であってもよい。
【００６８】
上記の製作工程Ｓ１０２が終了することで、図６に示す本実施形態の製造方法が完了し、図１に示す舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）１が製造されることになる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法と、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法によると、リアクションリンク１２を構成する材料に繊維強化プラスチックが含まれるように決定される。このため、チタン合金製のものよりも比重が大幅に小さくて（即ち、密度も大幅に小さくて）且つ比強度及び比剛性が大幅に大きく、更にステンレス鋼製のものよりも比強度及び比剛性が大幅に大きい舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）１を実現することができる。そして、舵面１０２、アクチュエータ１１、及びリアクションリンク１２についての演算モデルでの演算結果に基づいて、アクチュエータ１１に対するリアクションリンク１２の剛性比（Ｋｒ／Ｋａｃｔ）とゲイン余裕とがそれぞれ設定された所定の範囲に収まるように、アクチュエータ１１及びリアクションリンク１２の剛性が決定される。これにより、構成素材として繊維強化プラスチックを含む舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）１の剛性が、変形が十分に抑制されるとともに舵面１０２を駆動する制御システムとしての安定性が十分に確保される水準に確実に決定されることになる。そして、アクチュエータ１１及びリアクションリンク１２の設計は、上記のように決定された剛性に設定されるように形状が決定されることで完了することになる。また、アクチュエータ１１及びリアクションリンク１２が、上記のように決定された形状に形成され、更に連結されて組み立てられることで、舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）１の製造が完了することになる。よって、従来のようなチタン合金やステンレス鋼といった金属により構成されたアクチュエータ及びリンクに比して、軽量化を図ることができるとともに、同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保することができる舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）１を設計及び製造することができる。
【００７０】
従って、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの製造方法によると、従来と同等又はそれ以上の強度及び剛性を確保できるとともに、更に軽量化を図ることができる舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）１を設計及び製造することができる。
【００７１】
また、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法によると、アクチュエータ１１の作動に伴って舵面１０２を安定して駆動させるように、一対の直線部１９とこの一対の直線部１９に対して屈曲部分（２９ａ、２９ｂ）を介して連結する連結部２０とを備えた門型の形状に形成されるリアクションリンク１２が設計される。屈曲部分を有する門型形状のリアクションリンクの場合、軽量化を図りつつ強度及び剛性をバランスよく確保することは困難である。しかしながら、本実施形態の設計方法によると、リアクションリンク１２における一対の直線部１９及び連結部２０の構成材料が、繊維強化プラスチックに決定されるため、より高い水準で強度及び剛性をバランスよく確保するとともに大幅な軽量化を図ることができる。
【００７２】
また、本実施形態に係るアクチュエータ及びリンクの設計方法によると、演算ステップＳ１０１ｂで用いられる演算モデルが、舵面１０２、アクチュエータ１１、及びリアクションリンク１２について、それらの慣性質量やバネが直列に連結されたバネマスモデルとして構成される。このため、直列に連結される実際の舵面１０２、アクチュエータ１１、及びリアクションリンク１２の関係に即して、舵面１０２の慣性質量Ｍ、舵面１０２の剛性（バネ定数Ｋｃ）、アクチュエータ１１の剛性（バネ定数Ｋａｃｔ）、及びリアクションリンク１２の剛性（バネ定数Ｋｒ）の各パラメータの関係をより正確に規定する演算モデルを簡易な演算モデルにて実現することができる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、次のように変更して実施することができる。
【００７４】
（１）本実施形態では、リンクを構成する材料に繊維強化プラスチックが含まれる形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、アクチュエータを構成する材料のみに繊維強化プラスチックが含まれる形態であってもよく、また、リンクを構成する材料とアクチュエータを構成する材料とのいずれにも繊維強化プラスチックが含まれる形態であってもよい。
【００７５】
（２）アクチュエータ及びリアクションリンクの形状については、本実施形態で例示した形状に限らず、種々変更して実施してもよい。また、本実施形態で例示したリアクションリンク以外の形態のリンクに対して本発明が適用されるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、航空機の舵面又はホーンアーム部材に取り付けられて舵面を駆動するアクチュエータ及びこのアクチュエータに対して連結されるリンクを備える、アクチュエータ及びリンクと、そのアクチュエータ及びリンクを製造する製造方法と、そのアクチュエータ及びリンクを設計する設計方法とに関して、広く適用することができるものである。
【符号の説明】
【００７７】
１                          舵面駆動ユニット（アクチュエータ及びリンク）
１１                        アクチュエータ
１２                        リアクションリンク（リンク）
１０２                      舵面
Ｓ１０１ａ                  材料決定ステップ
Ｓ１０１ｂ                  演算ステップ
Ｓ１０１ｃ                  剛性決定ステップ
Ｓ１０１ｄ                  形状決定ステップ
Ｓ１０２ａ                  形成ステップ
Ｓ１０２ｂ                  組み立てステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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