(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＶＤＴ（線形可変差動変圧器）を用いずにピストンユニットの位置を特定可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１０は、シリンダと、シリンダに対して移動可能に設けられたピストンユニットと、ピストンユニットに取り付けられたワイヤ５５と、ワイヤ５５が巻回され、ピストンユニットのシリンダに対する移動に応じて回転するドラム６２と、ドラム６２に回転力を付与するねじりコイルばね６４と、ドラム６２の回転量を検出するセンサ６５と、を備える。【選択図】図３
2019113127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダに対して移動可能に設けられたピストンユニットと、
前記ピストンユニットに取り付けられたワイヤと、
前記ワイヤが巻回され、前記ピストンユニットの前記シリンダに対する移動に応じて回転する第１ドラムと、
前記第１ドラムの回転量を検出する第１センサと、
を備えるアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１ドラムに前記ワイヤを巻き取る方向の回転力を付与する第１付勢手段をさらに備える請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記ワイヤが巻回され、前記ピストンユニットの前記シリンダに対する移動に応じて回転する第２ドラムと、
前記第２ドラムの回転量を検出する第２センサと、
をさらに備える請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第２ドラムに前記ワイヤを巻き取る方向の回転力を付与する第２付勢手段をさらに備える請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ピストンユニットは、ピストンと、前記ピストンに接続された中空のピストンロッドと、を有し、
前記ピストンロッドは、その内部に、前記ワイヤを案内する筒状のガイド部材を有する、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記ワイヤは、複数の素線を撚った撚線である、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アクチュエータに関する。本開示は、より具体的には、アクチュエータにおけるピストンユニットの位置の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機等の輸送機器及び各種産業機械では、可動部材を駆動するためにアクチュエータが広く用いられている。かかるアクチュエータの一種として流体圧式アクチュエータが知られている。流体圧式アクチュエータは、一般に、シリンダと、当該シリンダの内部空間を２つの圧力室に区画するピストンを有するピストンユニットと、シリンダに対するピストンユニットの位置を検出する位置センサと、を有している。ピストンユニットには、シリンダの外部へ突出するロッドが設けられており、このロッドが駆動対象の可動部材と連結される。
【０００３】
流体圧式アクチュエータでは、サーボ機構によりピストンユニットの位置が制御される。サーボ機構は、位置センサにより検出されたピストンユニットの位置に基づいて２つの圧力室に供給される作動流体の圧力を調整することで、ピストンユニットのシリンダ内での位置を制御する。
【０００４】
流体圧式アクチュエータに適用可能な位置センサとして、線形可変差動変圧器（「ＬＶＤＴ」または「線形作動トランス」などとも呼ばれる。）が知られている。特開２０１１−１２７６７４号公報（特許文献１）には、航空機の舵面を駆動するための流体圧式アクチュエータのピストンの位置を検出するＬＶＤＴが開示されている。
【０００５】
ＬＶＤＴは、一般に、ピストン又はロッドに固定された棒状のプローブと、当該プローブの先端に設けられたコアと、シリンダに固定されたコイルアッセンブリと、を備える。コイルアッセンブリは、交流の入力電圧によって励磁される一次コイルと、当該一次コイルの軸方向両側に設けられた一組の二次コイルと、を有している。ＬＶＤＴは、ピストンユニットの変位に応じてコアが中心軸に沿って移動すると、コイルアッセンブリに対するコアの位置が変化するように構成される。このコイルアッセンブリに対するコアの位置の変化により、各二次コイルに生じる誘導電圧の差である差動電圧が変化するため、この差動電圧に基づいてコアの基準位置に対する位置が検出される。コアの基準位置は、差動電圧がゼロとなるヌル点におけるコアの位置である。コアはピストンユニットと一体に移動するため、差動電圧に基づいてピストンユニットの位置を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１２７６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＬＶＤＴは、その動作原理上、ピストンが摺動する方向に沿って、プローブ、コア、及びコイルアッセンブリを配置する必要がある。このように、ＬＶＤＴの構成部材の配置には柔軟性がない。
【０００８】
本発明の目的の一つは、ＬＶＤＴを用いずにピストンユニットの位置を特定可能なアクチュエータを提供することである。
【０００９】
本発明のより具体的な目的の一つは、アクチュエータにおいてピストンユニットの位置を検出するための部材の配置の自由度を高めることである。
【００１０】
本発明の上記以外の目的は、本明細書全体を参照することにより明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によるアクチュエータは、シリンダと、前記シリンダに対して移動可能に設けられたピストンユニットと、前記ピストンユニットに取り付けられたワイヤと、前記ワイヤが巻回され、前記ピストンユニットの前記シリンダに対する移動に応じて回転する第１ドラムと、前記第１ドラムの回転量を検出する第１センサと、を備える。
【００１２】
当該アクチュエータによれば、ピストンユニットに取り付けられたワイヤが第１ドラムに巻回されているため、当該第１ドラムの回転量を検出することにより、ピストンユニットのシリンダ内での移動量を算出できる。つまり、当該アクチュエータでは、ワイヤを用いることにより、ピストンユニットの移動量をドラムの回転量に変換し、このドラムの回転量を検出することによりピストンユニットの移動量を得ている。ピストンユニットの位置は、ピストンユニットの移動量に基づいて特定される。これにより、ＬＶＤＴを用いることなく、ピストンユニットの位置を特定することができる。第１ドラム及び第１センサの配置は、ワイヤを引き回すことにより柔軟に定められ得る。
【００１３】
ＬＶＤＴにおいては、コアやプローブが破断した場合に、破断したコアやプローブがコイルユニットに対して移動しないことがあり得る。この場合、コアやプローブの破断をただちに検出することができない。例えば、コアの摺動方向が水平方向となる姿勢でＬＶＤＴが使用されている場合には、破断したコアやプローブは、破断時の位置に留まってコイルユニットに対して移動しないため、この破断をただちに検出することは難しい。これに対し、上記の本発明の一態様によるアクチュエータによれば、ピストンユニットの位置測定のための部材（例えば、ワイヤ）やピストンユニットが破断した場合には、第１ドラムが通常と異なる回転を行うため、第１ドラムの回転量の検出値に基づいて、部材の破断や異常をただちに判断することができる。
【００１４】
本発明の一態様によるアクチュエータは、前記第１ドラムに前記ワイヤを巻き取る方向の回転力を付与する第１付勢手段をさらに備える。
【００１５】
当該アクチュエータによれば、ピストンユニットが第１ドラムの方向へ移動した際に、ワイヤを第１ドラムに即座に巻き取ることができる。これにより、ワイヤの撓みを抑制できる。また、ピストンユニットの移動量を第１ドラムの回転量に正確に変換することができる。
【００１６】
本発明の一態様によるアクチュエータは、前記ワイヤが巻回され、前記ピストンユニットの前記シリンダに対する移動に応じて回転する第２ドラムと、前記第２ドラムの回転量を検出する第２センサ、をさらに備える。
【００１７】
当該アクチュエータによれば、第１センサの検出値と第２センサの検出値とを比較することにより、シリンダユニット、第１ドラム、第２ドラム、又はワイヤにおける破断や異常をより正確に判断することができる。
【００１８】
本発明の一態様によるアクチュエータは、前記第２ドラムに前記ワイヤを巻き取る方向の回転力を付与する第２付勢手段をさらに備える。
【００１９】
当該アクチュエータによれば、第２付勢手段からの付勢力によりワイヤを第２ドラムに即座に巻き取ることができる。これにより、ワイヤの撓みをさらに抑制できる。また、ピストンユニットの移動量を第２ドラムの回転量に正確に変換することができる。
【００２０】
本発明の一態様によるアクチュエータにおいて、前記ピストンユニットは、前記ピストンに接続された中空のピストンロッドをさらに有し、前記ピストンロッドは、前記ワイヤを案内する筒状のガイド部材を有する。
【００２１】
当該アクチュエータによれば、ガイド部材によりワイヤの巻き取り方向以外への動きが規制される。これにより、ワイヤの撓みをさらに抑制できる。
【００２２】
本発明の一態様によるアクチュエータにおいて、前記ワイヤは、複数の素線を撚った撚線である。
【００２３】
当該アクチュエータによれば、ワイヤの破断をより確実に検出できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の様々な実施形態によって、ＬＶＤＴを用いずにピストンの位置を特定可能なアクチュエータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態によるアクチュエータが用いられるシステムを模式的に示す図である。
【図２】図１のアクチュエータの断面図である。
【図３】図２のアクチュエータの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態によるアクチュエータの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図５】プーリーで引き回されたワイヤを模式的に示す図である。
【００２６】
以下、添付の図面を適宜参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。各図面において共通する構成要素に対しては同一の参照符号が付されている。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。
【００２７】
本発明は、シリンダと、当該シリンダに対して摺動可能に設けられたピストンユニットと、を備えるアクチュエータに適用され得る。図１及び図２を参照して、本発明の一態様によるアクチュエータ及び当該アクチュエータが用いられるシステムについて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一態様によるアクチュエータ１０を作動させることにより航空機の翼５０の動翼５２を駆動する動翼駆動システム１を模式的に示す図であり、図２は、アクチュエータ１０の縦断面図である。動翼５２は、例えば、補助翼（エルロン）、方向舵（ラダー）、及び昇降舵（エレベータ）などの主操縦翼面、または、フラップ及びスポイラーなどの二次操縦翼面である。動翼駆動システム１は、本発明によるアクチュエータが用いられるシステムの一例である。本発明のアクチュエータは、動翼駆動システム以外にも様々なシステムにおいて用いられ得る。
【００２９】
動翼駆動システム１は、動翼５２を駆動させるためのアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０に油を供給する油圧源２と、アクチュエータ１０から排出された油を貯留するリザーバ３とを備えている。図示の実施形態において、アクチュエータ１０は、油圧式アクチュエータである。本発明を適用可能なアクチュエータは油圧式アクチュエータには限られないことに留意されたい。例えば、本発明は、圧油以外の作動液体により作動される液体圧式アクチュエータや、圧縮空気により作動される空気圧式アクチュエータにも適用され得る。
【００３０】
アクチュエータ１０は、中空のシリンダ１１と、シリンダ１１内に設けられたピストンユニット１２と、を有する。シリンダ１１は、その長手方向の一方が開口し、他方が閉塞されている。シリンダ１１は、筒状に形成された第１シリンダ部材１１ａと、第１シリンダ部材１１ａの一端に接続された第２シリンダ部材１１ｂと、を有する。ピストンユニット１２は、第１シリンダ部材１１ａの内側に設けられる。ピストンユニット１２の位置を検出するための位置検出機構６０（後述）は、第２シリンダ部材１１ｂの内側に配置される。
【００３１】
ピストンユニット１２は、シリンダ１１を第１油圧室１５ａおよび第２油圧室１５ｂに区画するピストン１３と、ピストン１３に接続されたピストンロッド１４と、を有する。ピストンロッド１４は、その一部がシリンダ１１の外部に突出している。
【００３２】
ピストンロッド１４は、ロッド本体１４ａと、ロッド本体１４ａの先端に設けられたロッドエンド１４ｂと、を有する。図示の実施形態において、ロッド本体１４ａは、中空の筒状に形成されている。ロッド本体１４ａは、その一部又は全部が中実に形成されてもよい。ピストンロッド１４は、ロッドエンド１４ｂにおいて動翼５２に接続されている。ロッドエンド１４ｂは、例えば螺合によりロッド本体１４ａに固定されている。ロッド本体１４ａとロッドエンド１４ｂとは一部材として形成されてもよい。
【００３３】
ピストンユニット１２は、シリンダ１１に対してその中心軸Ａに沿って移動可能に設けられている。ピストンユニット１２が第１移動方向Ｗ１に移動するとアクチュエータ１０は伸長し、ピストンユニット１２が第２移動方向Ｗ２に移動するとアクチュエータ１０は収縮する。図示の実施形態において、アクチュエータ１０は、油圧室１５ａ及び油圧室１５ｂに対して圧油が給排されることで作動する。アクチュエータ１０が作動されるとピストン１３がシリンダ１１内で変位することにより、ピストンロッド１４を介して動翼５２が駆動される。
【００３４】
アクチュエータ１０と油圧源２およびリザーバ３との間には、制御弁４が設けられている。制御弁４は、油圧源２と油路７ａにより接続されており、リザーバ３とは油路７ｂにより接続されている。また、制御弁４は、油圧アクチュエータ１１の第１油圧室１５ａと油路８ａにより接続されており、油圧アクチュエータ１１の第２油圧室１５ｂと油路８ｂにより接続されている。シリンダ１１は、第１ポート１８ａ及び第２ポート１８ｂを有する。油路８ａは、第１ポート１８ａを介して第１油圧室１５ａと連通し、油路８ｂは、第２ポート１８ｂを介して第２油圧室１５ｂと連通している。
【００３５】
制御弁４は、例えばソレノイドバルブであり、フライトコントローラ５の指令に基づいてアクチュエータコントローラ６から入力される制御信号に基づいて、各油圧室１５ａ，１５ｂへ連通する圧油の経路を切り替え可能に構成される。制御弁４は、例えば、第１油圧室１５ａに油を供給し第２油圧室１５ｂから油を排出する第１連通位置、第１油圧室１５ａから油を排出し第２油圧室１５ｂに油を供給する第２連通位置、および、各油圧室１５ａ，１５ｂへの油の供給および各油圧室１５ａ，１５ｂからの油の排出を遮断する遮断位置に切り替え可能に構成される。
【００３６】
フライトコントローラ５は、後述する位置検出機構６０からの検知信号に基づいてピストンユニット１２の位置を特定し、特定されたピストンユニット１２の位置に基づいて、動翼５２の位置が航空機の飛行状態に応じた目標位置となるようにフィードバック制御を行うことができる。
【００３７】
次に、図２に加えて図３を参照して、ピストンユニット１２の位置を検出する位置検出機構６０について説明する。図３は、アクチュエータ１０の一部分を拡大して示す模式的な拡大断面図である。
【００３８】
図示の実施形態において、位置検出機構６０は、シリンダ１１内に設けられている。より具体的には、位置検出機構６０は、シリンダ１１内の収納室１７に設けられている。この収納室１７は、主に第２シリンダ部材１１ｂ及び仕切壁１１ｃにより画定されている。仕切壁１１ｃは、第１シリンダ部材１１ａと第２シリンダ部材１１ｂとの境界に設けられており、シリンダ１１の内部空間を収納室１７とそれ以外の領域とに区画している。仕切壁１１ｃは、第１シリンダ部材１１ａ及び第２シリンダ部材１１ｂと一体に形成されている。図示の実施形態における位置検出機構６０の配置は例示である。位置検出機構６０の一部又は全部は、シリンダ１１の外部に設けられていても良い。
【００３９】
位置検出機構６０は、ワイヤ５５により、ロッドヘッド１４ｂと接続されている。ワイヤ５５は、位置検出機構６０からパーテーション１１ｃの中心軸Ａ付近に形成された連通孔を通ってロッドヘッド１４ｂまで延伸している。ワイヤ５５は、その一端がロッドヘッド１４ｂに取り付けられており、他端が位置検出機構６０のドラム６２に取り付けられている。
【００４０】
ロッドヘッド１４ｂには、筒状のストローガイド５６が取り付けられている。図示の実施形態では、ストローガイド５６は、ロッド本体１４ａと同軸に配置されており、ロッドヘッド１４ｂの端部に螺合されている。ストローガイド５６は、細長い円筒形状の部材であり、その内部にワイヤ５５が挿通される。ストローガイド５６は、ロッド本体１４ａの径方向において、ロッド本体１４ａの内周面よりも内側に配されている。ストローガイド５６は、その外径がロッド本体１４ａの内径よりも小さくなるように形成されてもよい。
【００４１】
ワイヤ５５の一端は、ロッドヘッド１４ｂではなく、ロッド本体１４ａ、ピストン１３、又はピストンユニット１２のこれら以外の部位に取り付けられてもよい。ワイヤ５５は、例えばスチール製の素線を撚って束ねた撚線である。ワイヤ５５は、高い引張強度を有していることが望ましい。
【００４２】
位置検出機構６０は、ワイヤ５５が巻回されているドラム６２と、ドラム６２に回転力を付与するねじりコイルばね６４と、基準位置からのドラム６２の回転数及び回転角度を検出するセンサ６５と、信号線が接続されるコネクタ６６と、を備える。コネクタ６６に接続される信号線は、センサ６５において検出されたドラム６２の回転数及び回転角度を示す検出信号をフライトコントローラ５等の外部機器に送信するために用いられる。
【００４３】
ドラム６２は、中心軸Ａと直交する方向に伸びるドラム軸Ｂの周りで回転可能に構成される。ドラム６２は、ドラム軸Ｂに沿って延伸する円筒形状のスプール６２ａと、スプール６２ａのドラム軸Ｂ方向における両端にそれぞれ設けられたフランジ６２ｂ，６２ｃと、を備える。ワイヤ５５は、スプール６２ａの外表面において、フランジ６２ｂとフランジ６２ｃとの間に巻回される。
【００４４】
ドラム６２には、フランジ６２ｂからドラム軸Ｂに沿って延伸する回転軸６３ａと、フランジ６２ｃからドラム軸Ｂに沿って延伸する回転軸６３ｂと、が設けられている。回転軸６３ｂは、軸受７１を介してカバー７２に取り付けられる。カバー７２は、ネジ７３ａ，７３ｂにより第２シリンダ部材１１ｂに固定されている。カバー７２は、位置検出機構６０を収納室１７内に配置した後に、第２シリンダ部材１１ｂに取り付けられる。
【００４５】
ねじりコイルばね６４は、ドラム６２をドラム軸Ｂの周方向に付勢するように、ドラム６２とカバー７２との間に設けられている。ねじりコイルばね６４の一端はフランジ６２ｃに取り付けられており、他端はカバー７２に取り付けられている。ねじりコイルばね６４は、ドラム６２にワイヤ５５を巻き取る巻取方向に付勢するように構成される。これにより、ピストンユニット１２がドラム６２へ近づく第２移動方向Ｗ２に移動すると、ドラム６２は、ねじりコイルばね６４から付与される回転力によりドラム軸Ｂの周りでワイヤ５５を巻き取る巻取方向に回転する。よって、ピストンユニット１２が第２移動方向Ｗ２に移動すると、ワイヤ５５は、ピストンユニット１２の第２移動方向Ｗ２への移動量（移動距離）に応じた長さだけドラム６２に巻回される。他方、ピストンユニット１２がドラム６２から離れる第１移動方向Ｗ１に移動する場合には、ワイヤ５５は、ねじりコイルばね６４からの付勢力に抗してドラム６２から引き出される。よって、ピストンユニット１２が第１移動方向Ｗ１に移動すると、ドラム６２はワイヤ５５を繰り出す繰出方向に回転し、これにより、ワイヤ５５は、ピストンユニット１２の第１移動方向Ｗ１への移動量（移動距離）に応じた長さだけドラム６２から引き出される。このように、ドラム６２は、ピストンユニット１２の移動方向に応じて、ワイヤ５５を巻き取る巻取方向又はワイヤ５５が引き出される繰出方向のいずれかに回転するように構成される。
【００４６】
センサ６５は、ドラム６２の基準位置からの回転数、及び、ドラム６２の１回転における回転角度を検出する回転センサであり、例えば、ロータリエンコーダ、ホール素子、ＲＶＤＴ、レゾルバ、もしくはこれら以外の回転数及び回転角度を計測可能な公知のセンサ、またはこれらの各種センサを組み合わせたものである。ドラム６２の基準位置は、例えば、ピストンユニット１２が中心軸Ａ方向における可動範囲の中央である中立位置にある場合のドラム６２の位置とされる。
【００４７】
センサ６５により検出されたドラム６２の基準位置からの回転数がｎであり、ドラム６２の１回転における回転角度がθ（０°≦θ≦３６０°）とすると、ドラム６２の基準位置からの回転量Ｐ（絶対回転角度）は、以下の演算式により算出される。
Ｐ＝３６０×ｎ＋θ  ・・・  （式１）
この回転量Ｐは、センサ６５にて検知されたドラム６２の回転数及び回転角度に基づいて、例えばフライトコントローラ５において算出される。
【００４８】
ワイヤ５５は、ドラム６２のスプール６２ａの外表面に巻回されるから、ドラム６２の基準位置からの回転量Ｐとスプール６２ａの外表面の形状とに基づいて、ドラム６２に巻回されたワイヤ５５の長さを算出することができる。例えば、スプール６２ａの外表面がドラム軸Ｂを中心とする半径ｒの円筒形状を有する場合、ドラム６２が基準位置から絶対回転角度Ｐだけ回転した際に、その回転によってドラム６２に巻回されたワイヤ５５の長さＬは、以下の演算式に基づいて算出される。
Ｌ＝２πｒ×Ｐ／３６０  ・・・  （式２）
【００４９】
次に、動翼駆動システム１及びアクチュエータ１０の動作について説明する。動作開始時に、ピストンユニット１２は中立位置にあるものとする。したがって、ドラム６２は基準位置にある。
【００５０】
アクチュエータコントローラ６は、アクチュエータ１０を収縮させる場合、フライトコントローラ５からの指令に基づいて、制御弁４を第１連通位置とすることで、第１油圧室１５ａに油を供給し第２油圧室１５ｂから油を排出する。これにより、ピストンユニット１２は、中立位置から第２移動方向Ｗ２に移動する。
【００５１】
ピストンユニット１２が第２移動方向Ｗ２への移動を開始すると、ワイヤ５５に作用する張力が若干緩むため、ドラム６２は、ねじりコイルばね６４からの付勢力により基準位置から巻回方向に回転してワイヤ５５を巻き取る。ねじりコイルばね６４からの付勢力により、ワイヤ５５は撓まずにドラム６２に巻回される。ピストンユニット１２が中立位置から第２移動方向Ｗ２へ距離Ｌ１だけ移動する間に、ドラム６２は、基準位置から巻回方向に回転して、ワイヤ５５をピストンユニット１２の移動量と同じ長さＬ１だけスプール６２ａの表面に巻き取る。
【００５２】
ピストンユニット１２が中立位置から第２移動方向Ｗ２へ距離Ｌ１だけ移動する間に、ドラム６２の基準位置からの回転数ｎ及び１回転における回転角度θが、センサ６５によって検出される。
【００５３】
このドラム６２の基準位置からの回転数ｎ及び１回転における回転角度θを示す検出信号は、コネクタ６６に接続された信号線を通じてフライトコントローラ５に送信される。フライトコントローラ５は、センサ６５の検出信号に基づいて、ドラム６２の基準位置からの回転量（絶対回転角度）Ｐを上記の式１に従って算出する。
【００５４】
次に、フライトコントローラ５は、ドラム６２が基準位置から絶対回転角度Ｐだけ回転する間にドラム６２に巻回されたワイヤ５５の長さＬを、上記の式２に従って算出する。
【００５５】
ピストンユニット１２の中立位置から第２移動方向Ｗ２への移動量と、この移動の間にドラム６２に巻回されたワイヤ５５の長さとは等しくなるため、フライトコントローラ５は、アクチュエータ１０へのフィードバック制御を行う際に、算出されたワイヤ５５の巻回長Ｌの値をピストンユニット１２の移動量として用いることができる。
【００５６】
一方、アクチュエータ１０を伸長させる場合、アクチュエータコントローラ６は、制御弁４を第２連通位置とすることで、第２油圧室１５ｂに油を供給し第１油圧室１５ａから油を排出する。これにより、ピストンユニット１２は、第１移動方向Ｗ１に移動する。
【００５７】
ピストンユニット１２が第１移動方向Ｗ１への移動すると、ドラム６２からワイヤ５５が引き出される。ピストンユニット１２が中立位置から第１移動方向Ｗ１へ距離Ｌ２だけ移動する間に、ワイヤ５５はドラム６２から長さＬ２だけ引き出される。このとき、ドラム６２は、基準位置から繰出方向に回転する。
【００５８】
ピストンユニット１２が中立位置から第１移動方向Ｗ１へ距離Ｌ２だけ移動する間に、ドラム６２の基準位置からの回転数ｎ及び１回転における回転角度θが、センサ６５によって検出される。
【００５９】
このドラム６２の基準位置からの回転数ｎ及び１回転における回転角度θを示す検出信号に基づいて、ドラム６２の基準位置からの回転量（絶対回転角度）Ｐが上記の式１に基づいてフライトコントローラ５により算出される。また、絶対回転角度Ｐだけ回転する間にドラム６２から引き出されたワイヤ５５の長さＬが、上記の式２に基づいてフライトコントローラ５により算出される。
【００６０】
ピストンユニット１２の中立位置から第１移動方向Ｗ１への移動量と、この移動の間にドラム６２から引き出されたワイヤ５５を長さとは等しくなるため、フライトコントローラ５は、アクチュエータ１０へのフィードバック制御を行う際に、ワイヤ５５の引き出された長さの算出値Ｌをピストンユニット１２の移動量として用いることができる。
【００６１】
以上のように、アクチュエータ１０では、ワイヤ５５を用いることにより、ピストンユニット１２の中立位置からの移動量をドラム６２の基準位置からの回転量に変換し、このドラム６２の基準位置からの回転量がセンサ６５により検出される。そして、このセンサ６５により検出されたドラム６２の基準位置からの回転量に基づいて、ピストンユニット１２の移動によってドラム６２に巻回されたワイヤ５５の長さ、または、ピストンユニット１２の移動によってドラム６２から引き出されたワイヤ５５の長さを算出することができる。ピストンユニット１２の中立位置からの移動量と、この移動の間にドラム６２に巻回された又はドラム６２から引き出されたワイヤ５５の長さとは等しくなるため、ピストンユニット１２の移動の間にドラム６２に巻回された又はドラム６２から引き出されたワイヤ５５の長さの算出値をピストンユニット１２の移動量としてピストンユニット１２の位置を特定することができる。そして、この特定されたピストンユニット１２の位置に基づいて、アクチュエータ１０のフィードバック制御が行われ得る。
【００６２】
本発明の別の実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の別の実施形態におけるアクチュエータ１１０の一部分を拡大して示す拡大断面図である。図４に示されている実施形態では、図３の実施形態における位置検出機構６０の代わりに、位置検出機構１６０が設けられている。
【００６３】
図示のように、シリンダ１１の内壁には、中心軸Ａに沿って延伸する板状の支持板１１ｄが形成されている。この支持板１１ｄ、第２シリンダ部材１１ｂ、及び仕切壁１１ｃにより、回転軸Ｂ方向における支持板１１ｄの一方の側に第１収納室１７Ａが区画され、回転軸Ｂ方向における支持板１１ｄの他方の側に第２収納室１７Ｂが区画される。
【００６４】
位置検出機構１６０は、第１収納室１７Ａに設けられた第１位置検出ユニット１６０Ａと、第２収納室１７Ｂに設けられた第２位置検出ユニット１６０Ｂと、を有する。
【００６５】
第１位置検出ユニット１６０Ａは、第１ドラム１６２Ａと、第１ドラム１６２Ａにワイヤ５５を巻き取る方向の回転力を付与する第１ねじりコイルばね１６４Ａと、基準位置からのドラム１６２Ａの回転数及び回転角度を検出する第１センサ１６５Ａと、信号線が接続されるコネクタ１６６Ａと、を備える。第１ドラム１６２Ａには、ドラム軸Ｂに沿って第１センサ１６５Ａまで延伸する第１回転軸１６３Ａが設けられている。第１ドラム１６２Ａは、支持板１１ｄと第１センサ１６５Ａとによりドラム軸Ｂの周りに回転可能に支持されている。
【００６６】
第２位置検出ユニット１６０Ｂは、第１位置検出ユニット１６０Ａと同様に構成される。すなわち、第２位置検出ユニット１６０Ｂは、第２ドラム１６２Ｂと、第２ドラム１６２Ｂにワイヤ５５を巻き取る方向の回転力を付与する第２ねじりコイルばね１６４Ｂと、基準位置からのドラム１６２Ｂの回転数及び回転角度を検出する第２センサ１６５Ｂと、信号線が接続されるコネクタ１６６Ｂと、を備える。第２ドラム１６２Ｂには、ドラム軸Ｂに沿って第２センサ１６５Ｂまで延伸する第２回転軸１６３Ｂが設けられている。第２ドラム１６２Ｂは、支持板１１ｄと第２センサ１６５Ｂとによりドラム軸Ｂの周りに回転可能に支持されている。
【００６７】
ワイヤ５５は、その一端が第１ドラム１６２Ａに取り付けられ、その他端が第２ドラム１６２Ｂに取り付けられており、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂの各々に巻回されている。ワイヤ５５は、そのほぼ中央においてロッド本体１４ａに設けられたピン１４ｃに取り付けられている。ピン１４ｃは、ロッド本体１４ａの内壁に設けられており、中心軸Ａと直交する方向に伸びる円柱形状の部材である。
【００６８】
ピストンユニット１２が第２移動方向Ｗ２に移動すると、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂは、第１ねじりコイルばね１６４Ａ及び第２ねじりコイルばね１６４Ｂからそれぞれ付与される回転力によりドラム軸Ｂの周りでワイヤ５５を巻き取る方向に回転する。よって、ピストンユニット１２が第２移動方向Ｗ２に移動すると、ワイヤ５５は、ピストンユニット１２の第２移動方向Ｗ２における移動量に応じた長さだけ第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂにそれぞれ巻回される。他方、ピストンユニット１２が第１移動方向Ｗ１に移動する場合には、ワイヤ５５は、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂから引き出される。よって、ピストンユニット１２が第１移動方向Ｗ１に移動すると、ワイヤ５５は、ピストンユニット１２の移動量に応じた長さだけ第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂから引き出される。このように、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂは、ピストンユニット１２の移動方向に応じて、ワイヤ５５を巻き取る巻取方向又はワイヤ５５が引き出される引出方向のいずれかに回転するように構成される。
【００６９】
次に、アクチュエータ１１０の動作について説明する。動作開始時に、ピストンユニット１２は中立位置にあるものとする。第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂの各々は、基準位置にあってもよい。
【００７０】
アクチュエータコントローラ６の制御によりピストンユニット１２が中立位置から第２移動方向Ｗ２への移動を開始すると、ワイヤ５５に作用する張力が若干緩むため、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂは、対応する第１ねじりコイルばね１６４Ａ及び第２ねじりコイルばね１６４Ｂからからの付勢力により基準位置から巻回方向に回転してワイヤ５５を巻き取る。ピストンユニット１２が中立位置から第２移動方向Ｗ２へ距離Ｌ１だけ移動する間に、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂはそれぞれ、基準位置から巻回方向に回転して、ワイヤ５５を長さＬ１だけ巻き取る。
【００７１】
ピストンユニット１２が中立位置から第２移動方向Ｗ２へ距離Ｌ１だけ移動する間に、第１ドラム１６２Ａの基準位置からの回転数ｎ及び１回転における回転角度θが第１センサ１６５Ａによって検出され、第２ドラム１６２Ｂの基準位置からの回転数ｎ及び１回転における回転角度θが第２センサ１６５Ｂによって検出される。
【００７２】
フライトコントローラ５は、上記式１に従って、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂの基準位置からの回転量（絶対回転角度）を算出し、上記式２に従って、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂが基準位置から絶対回転角度Ｐだけ回転する間に第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂに巻回されたワイヤ５５の長さを算出する。
【００７３】
第２移動方向Ｗ２におけるピストンユニット１２の中立位置からの移動量と、この移動の間に第１ドラム１６２Ａに巻回されたワイヤ５５の長さ及び第２ドラム１６２Ｂに巻回されたワイヤ５５の長さとは等しくなるため、フライトコントローラ５は、アクチュエータ１１０へのフィードバック制御を行う際に、算出されたワイヤ５５の巻回長をピストンユニット１２の移動量として用いることができる。
【００７４】
一方、アクチュエータコントローラ６の制御によりピストンユニット１２が中立位置から第１移動方向Ｗ２への移動を開始すると、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂからワイヤ５５が引き出される。ピストンユニット１２が中立位置から第１移動方向Ｗ１へ距離Ｌ２だけ移動する間に、ワイヤ５５は第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂから長さＬ２だけ引き出される。このとき、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂはいずれも、基準位置から繰出方向に回転する。
【００７５】
ピストンユニット１２が中立位置から第１移動方向Ｗ１へ距離Ｌ２だけ移動する間に、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂの基準位置からの回転数ｎ及び１回転における回転角度θが、第1センサ１６５Ａと第２センサ１６５Ｂによって検出される。
【００７６】
フライトコントローラ５は、上記式１に従って、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂの基準位置からの回転量（絶対回転角度）を算出し、上記式２に従って、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂが基準位置から絶対回転角度Ｐだけ回転する間に第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂから引き出されたワイヤ５５の長さを算出する。
【００７７】
ピストンユニット１２の中立位置から第１移動方向Ｗ１への移動量と、この移動の間に第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂから引き出されたワイヤ５５を長さとは等しくなるため、フライトコントローラ５は、アクチュエータ１０へのフィードバック制御を行う際に、ワイヤ５５の引き出された長さの算出値をピストンユニット１２の移動量として用いることができる。
【００７８】
以上のように、アクチュエータ１１０では、ワイヤ５５を用いることにより、ピストンユニット１２の中立位置からの移動量を第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂの基準位置からの回転量に変換し、この第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂの基準位置からの回転量が第１センサ１６５Ａ及び第２センサ１６５Ｂにより検出される。そして、この第１センサ１６５Ａ及び第２センサ１６５Ｂにより検出された第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂの基準位置からの回転量に基づいて、ピストンユニット１２の移動によって第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂに巻回されたワイヤ５５の長さ、または、ピストンユニット１２の移動によって第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂから引き出されたワイヤ５５の長さを算出することができる。ピストンユニット１２の中立位置からの移動量と、この移動の間に第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂに巻回された又は第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂから引き出されたワイヤ５５の長さとは等しくなるため、ピストンユニット１２の移動の間に第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂに巻回された又は第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂから引き出されたワイヤ５５の長さの算出値をピストンユニット１２の移動量としてピストンユニット１２の位置を特定することができる。そして、この特定されたピストンユニット１２の位置に基づいて、アクチュエータ１１０のフィードバック制御が行われ得る。
【００７９】
図４の実施形態において、第１位置検出ユニット１６０Ａと第２位置検出ユニット１６０Ｂとは、ドラム軸Ｂに沿って配置されている。これにより、位置検出機構１６０のドラム軸Ｂと垂直な方向の寸法の小型化を図ることができる。アクチュエータ１１０が航空機の翼に取り付けられる場合、航空機の翼は、航空力学上薄く形成される必要がある。第１位置検出ユニット１６０Ａと第２位置検出ユニット１６０Ｂとをドラム軸Ｂに沿って並置し、コイル軸Ｂが翼の厚さ方向と垂直になるようにアクチュエータ１１０を配置することにより、アクチュエータ１１０のコイル軸Ｂと垂直な方向の寸法を小型化することができる。このように、アクチュエータ１１０は、航空機の翼へ容易に取り付けることができる。
【００８０】
本発明のさらに別の実施形態について、図５を参照して説明する。図５には、複数のプーリーで引き回されたワイヤ５５が示されている。図５の実施形態においては、複数のプーリー１７１ａ〜１７１ｄで引き回される。図５に示されているプーリーの個数及び配置は例示であり、４つより多くの又は４つより少ないプーリーによりワイヤ５５を引き回してもよい。
【００８１】
ワイヤ５５を複数のプーリーで引き回すことにより、位置検出機構１６０の配置の自由度を高めることができる。図５に示されているように、位置検出機構１６０はピストンロッド１４と同軸上に配されなくともよい。
【００８２】
本発明の一態様においては、ワイヤ５５をシリンダ１１の外部まで引き出すことにより、位置検出機構１６０の一部又は全部をシリンダ１１の外部に配置することもできる。これにより、シリンダ１１の小型化を図ることができる。
【００８３】
ワイヤ５５が１つのドラムにより巻き取られる図３の実施形態においても、一つ又は複数のプーリーを用いることによりワイヤ５５を引き回すことができる。これにより、図３の実施形態における位置検出機構６０の配置の自由度がさらに高められる。
【００８４】
以上説明した本発明の各実施形態によるアクチュエータによれば、ピストンユニット１２に取り付けられたワイヤ５５がドラム（ドラム６２、第１ドラム１６２Ａ、及び／又は第２ドラム１６２Ｂ）に巻回されているため、当該ドラムの基準位置からの回転量を検出することにより、検出されたドラムの回転量の検出値に基づいて、シリンダ１１内におけるピストンユニット１２の中立位置からの移動量を算出できる。つまり、本発明の各実施形態によるアクチュエータでは、ワイヤ５５を用いることにより、ピストンユニット１２の移動量をドラムの回転量に変換し、このドラムの回転量を検出することでピストンユニット１２の移動量を求めている。ピストンユニット１２の位置は、ピストンユニット１２の中立位置からの移動量から算出される。これにより、本発明の各実施形態によるアクチュエータは、ＬＶＤＴを用いることなく、ピストンユニット１２の位置を特定することができる。また、位置検出機構６０及び位置検出機構１６０の配置は、ワイヤ５５を引き回すことにより柔軟に定められる。
【００８５】
上述した本発明の各実施形態によるアクチュエータによれば、ピストンユニット１２の位置測定のための部材（例えば、ワイヤ５５、位置検出機構６０を構成する各部材、位置検出機構１６０を構成する各部材）やピストンロッド１４が破断した場合には、ワイヤ５５が正常時と異なる動きをする。ワイヤ５５の異常な動きは、センサ６５、第１センサ１６５Ａ、及び／又は第２センサ１６５Ｂによるドラム６２、第１ドラム１６２Ａ、及び第２ドラム１６２Ｂの回転数及び１回転における回転角度の検出値に基づいて、フライトコントローラ５において判別され得る。例えば、ピストンユニット１２が第１移動方向Ｗ１へ移動している途中でワイヤ５５が破断した場合には、ドラムの回転は繰出方向から巻取方向へ急激に変化する。フライトコントローラ５は、この回転方向の急激な変化に基づいて異常又は故障が起こったと判断することができる。これ以外にも、様々なアルゴリズムにより、センサ６５、第１センサ１６５Ａ、及び／又は第２センサ１６５Ｂによるドラム６２、第１ドラム１６２Ａ、及び第２ドラム１６３Ａの回転数及び１回転における回転角度の検出値に基づいて、異常又は故障の判断が行われ得る。アクチュエータ１０又はアクチュエータ１１０がその中心軸Ａが水平となる姿勢で用いられる場合であっても、ドラム６２、第１ドラム１６２Ａ、及び第２ドラム１６２Ｂはワイヤ５５の巻取方向に常時付勢されているため、これらのドラムの回転量の検出値に基づいて、ピストンユニット１２の位置測定のための部材における異常や故障を検知することができる。
【００８６】
アクチュエータ１１０においては、第１センサ１６５Ａ及び第２センサ１６５Ｂにより、第１ドラム１６２Ａ及び第２ドラム１６２Ｂの回転量を検出しているので、第１センサ１６５Ａによる検出値と第２センサ１６５Ｂによる検出値とを比較することにより、異常又は故障の判断をより精度良く行うことができる。
【００８７】
上述した本発明の各実施形態によるアクチュエータによれば、ピストンユニット１２の移動をワイヤ５５によって位置検出機構６０及び位置検出機構１６０に伝達している。ワイヤ５５のうち中心軸Ａに沿って摺動する部位は、ピストンユニット１２やそれ以外の部材（例えば、ストローガイド５６）と摩擦接触しないため、焼き付きが起きにくい。また、ワイヤ５５は、ドラム６２、第１ドラム１６２Ａ、及び第２ドラム１６２Ｂに巻回されるため、ワイヤ５５とこれらのドラムとの間には転がり摩擦が発生し、すべり摩擦はほとんど発生しない。したがって、ワイヤ５５と位置検出機構６０及び位置検出機構１６０との間でも焼き付きが起きにくい。
【００８８】
本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。
【００８９】
本明細書で明示されるアクチュエータ１０及びアクチュエータ１１０の構成部材の具体的な形状及び配置は例示である。本発明の趣旨に反しない限り、アクチュエータ１０及びアクチュエータ１１０の各構成部材の形状、配置、及び機能は、適宜変更され得る。
【００９０】
ねじりコイルばね６４、第１ねじりコイルばね１６４Ａ、及び第２ねじりコイルばね１６４Ｂは、対応するドラム６２、第１ドラム１６２Ａ、及び第２ドラム１６２Ｂにワイヤ５５を巻き取る方向への回転力を付与する付勢手段の一例である。ドラム６２、第１ドラム１６２Ａ、及び第２ドラム１６２Ｂに回転力を付与する部材は、ねじりコイルばねに限られない。
【００９１】
フライトコントローラ５により行われる制御及び演算の一部又は全部は、アクチュエータコントローラ６又はそれ以外の一又は複数のコントローラによって実行されてもよい。アクチュエータコントローラ６により行われる制御及び演算の一部又は全部は、フライトコントローラ５又はそれ以外の一又は複数のコントローラによって実行されてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０，１１０  アクチュエータ
１１  シリンダ
１２  ピストンユニット
１３  ピストン
１４  ピストンロッド
５５  ワイヤ
５６  ストローガイド
６０，１６０  位置検出機構
６２  ドラム
６２ａ  スプール
６２ｂ，６２ｃ  フランジ
６４  ねじりコイルばね
６５  センサ
１６０Ａ  第１位置検出ユニット
１６０Ｂ  第２位置検出ユニット
１６２Ａ  第１ドラム
１６２Ｂ  第２ドラム
１６４Ａ  第１ねじりコイルばね
１６４Ｂ  第２ねじりコイルばね
１６５Ａ  第１センサ
１６５Ｂ  第２センサ
【図１】
2019113127.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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