(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機用の電動アクチュエータであって、
ブレーキを内蔵する電動モータの出力側に取り付けられた遊星歯車減速機構と、
前記遊星歯車減速機構の出力により伸縮するロッドと、
前記ロッドを手動で伸縮させるためのロッド手動操作機構と、
を備え、
前記遊星歯車減速機構のリングギヤは、その外周に歯を有し、
前記ロッド手動操作機構は、ケーシングにセレーション結合可能に設けられると共に、前記リングギヤの外周の歯と噛み合う手動動力伝達歯車と係合するプランジャを有し、
前記ロッド手動操作機構は、前記プランジャが前記ケーシングにセレーション結合する方向に前記プランジャを付勢するバネを備え、
電動で前記ロッドを伸縮させる場合には、前記リングギヤが前記セレーション結合により固定されていることで、前記遊星歯車減速機構の太陽歯車の回転により前記ロッドが伸縮し、
手動で前記ロッドを伸縮させる場合には、前記ブレーキにより前記太陽歯車が固定されるとともに、手動操作力を加えて前記バネの付勢力に抗することにより前記セレーション結合をはずして当該プランジャを回転可能にし、手動操作力により前記リングギヤが回転させられることで、前記ロッドが伸縮することを特徴とする、航空機用電動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の航空機用電動アクチュエータにおいて、
前記ロッド手動操作機構は、
前記手動動力伝達歯車の内側に配置され、前記プランジャと係合する棒状部材と、
前記手動動力伝達歯車と前記棒状部材との間に設けられ、前記手動動力伝達歯車と前記棒状部材とを摩擦係合するクラッチ機構と、
を備え、
前記プランジャに加えられる回転トルクが所定のトルク以上になると、前記手動動力伝達歯車と前記棒状部材との係合が前記クラッチ機構により解除されることを特徴とする、航空機用電動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用電動アクチュエータに関し、特に、航空機に設けられた各種ドアを開閉させるのに好適な航空機用電動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用のアクチュエータに関する技術分野では、油圧系統をなくして航空機の軽量化を図るために、ＥＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ）、ＥＨＡ（ＥｌｅｃｔｒｏＨｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ Ａｃｔｕａｔｏｒ）の研究開発が世界的な流れとなって行われている。
【０００３】
ここで、ＥＭＡに関する技術としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された電動アクチュエータ（ＥＭＡ）は、１つのアクチュエータに２個の電動モータを配置している。この２個の電動モータは、アクチュエータ部分の両側にそれぞれ動力伝達部材を介して配置されている。一方の電動モータが故障した場合には他方の電動モータでアクチュエータを作動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００５１８４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された電動アクチュエータでは、１個の電動モータを用いる電動アクチュエータに比べて、電動モータ１個分および当該電動モータとアクチュエータとを連結する歯車などの動力伝達部材１セット分の重量増加となる。また、電動モータ１個分および動力伝達部材１セット分、大きな電動アクチュエータとなってしまう。
【０００６】
一方、貨物室などのドア用に電動アクチュエータ（ＥＭＡ）を用いる場合、電動モータが故障して自動（電動）でドアを開閉することができない場合には、例えば、アクチュエータを手動で作動させてドアを開閉したとしても、これにより完全にドアを全閉にすることができるのであれば、フライト上の支障は特にない。しかしながら、電動モータが１つの既存のＥＭＡに、単純に手動操作機構を付加するだけでは、アクチュエータ操作の安全上、好ましくない。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、手動で安全に作動させることができる手動操作機構を具備してなる航空機用の電動アクチュエータ（ＥＭＡ）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、航空機用の電動アクチュエータであって、電動モータと、前記電動モータの出力側に取り付けられた減速機構と、前記減速機構の出力側に動力伝達部材を介して取り付けられたネジ軸と、前記ネジ軸に螺合されたナットと、前記ネジ軸の回転により前記ナットを介して伸縮するロッドと、前記減速機構に噛み合わされ、前記ロッドを手動で伸縮させるためのロッド手動操作機構と、を備え、前記ロッド手動操作機構は、前記減速機構に噛み合う手動動力伝達部材と、前記手動動力伝達部材に対して軸方向に相対移動可能となるように当該手動動力伝達部材の端部に一端部が係合され、他端部に手動操作力が加えられるプランジャと、当該ロッド手動操作機構を収容するケーシングと前記プランジャとの間の隙間に配置され、前記手動動力伝達部材に対して前記プランジャが離れる方向に前記プランジャを付勢するバネと、を備え、前記プランジャは、前記ケーシングの内壁にセレーション結合されており、前記プランジャの他端部に手動操作力を加えて前記バネの付勢力に抗して前記ケーシングの内方向に当該プランジャを押し込むことで、前記セレーション結合をはずして当該プランジャを回転可能にすることを特徴とする、航空機用電動アクチュエータである。
【０００９】
この構成によると、ケーシングの内方向にプランジャを押し込まない限り、プランジャが回転することはない。すなわち、プランジャが不用意に回転してしまうことない。これにより、操作者は、電動アクチュエータを手動にて安全に作動させることができる。
【００１０】
また本発明において、前記手動動力伝達部材は、前記減速機構に噛み合う手動動力伝達歯車と、前記手動動力伝達歯車の内側に配置され、前記プランジャと係合する棒状部材と、前記手動動力伝達歯車と前記棒状部材との間に設けられ、前記手動動力伝達歯車と前記棒状部材とを摩擦係合するクラッチ機構と、を備え、前記プランジャに加えられる回転トルクが所定のトルク以上になると、前記手動動力伝達歯車と前記棒状部材との係合が前記クラッチ機構により解除されることが好ましい。
【００１１】
この構成によると、手動操作力が大きすぎる場合には、その手動操作力の伝達を上記クラッチ機構でカットすることができ、減速機構、ネジ軸などの損傷を防止することができる。すなわち、電動アクチュエータを構成する部品を、手動操作で破損させてしまうことを防止できる。この効果は、電動アクチュエータを手動にて安全に作動させることができる、という効果に通じるものである。
【００１２】
さらに本発明において、前記電動モータは、ブレーキを内蔵するモータであり、前記減速機構は、太陽歯車と、複数の遊星歯車と、遊星キャリヤと、当該複数の遊星歯車の外側に配置されたリングギヤとを有する遊星歯車機構であり、前記リングギヤには、前記遊星歯車が配置される側とは反対側の端部外周に、前記手動動力伝達歯車と噛み合う複数の歯が形成されており、電動で前記ロッドを伸縮させる場合には、前記手動動力伝達歯車と噛み合う前記リングギヤが前記セレーション結合により固定されていることで、前記太陽歯車の回転により前記ネジ軸が回転し、手動で前記ロッドを伸縮させる場合には、前記ブレーキにより前記太陽歯車が固定されるとともに、前記セレーション結合がはずれて前記リングギヤが手動操作力で回転させられることで、前記ネジ軸が回転することが好ましい。
【００１３】
この構成によると、電動モータとネジ軸との間の歯車などの部品と、ロッド手動操作機構とネジ軸との間の歯車などの部品とを、一部共通化することができる。その結果、コンパクトな電動アクチュエータとすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電動アクチュエータの操作者は、当該電動アクチュエータを手動にて安全に作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る航空機用電動アクチュエータを示す側断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。以下に説明する航空機用電動アクチュエータは、航空機の貨物室のドアを開閉するための電動アクチュエータ（ＥＭＡ）を想定しているが、本発明の航空機用電動アクチュエータは、航空機に設けられた人を乗降させるためのドアを開閉するための電動アクチュエータとしても用いることができるし、航空機の脚を昇降させるために開閉するドアを作動させるための電動アクチュエータとしても用いることができる。すなわち、航空機に設けられた各種ドアを開閉させるための電動アクチュエータとして、本発明の航空機用電動アクチュエータを用いることができる。
【００１７】
（航空機用電動アクチュエータの構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る航空機用電動アクチュエータ（以下、「電動アクチュエータ」と記載する）を示す側断面図であり、図２は、そのＡ部拡大図である。
【００１８】
図１および図２に示すように、電動アクチュエータ１は、そのシリンダ１３の中に配置されたロッド７と、ロッド７を伸縮させる（直線運動させる）ための駆動源となる電動モータ２およびロッド手動操作機構８と、電動モータ２を制御するためのコントローラ９とを備えている。
【００１９】
（シリンダ部の構造）
筒状のシリンダ１３の中には、ロッド７、ナット６、およびネジ軸５が配置されている。ロッド７は、中空の筒状形態とされており、その一端部にドア側の部材が取り付けられる取付部７ｂが設けられている。ロッド７の他端部には、ナット６と係合するリング状の突起部７ａが設けられている。取付部７ｂは、常にシリンダ１３から突出している。突起部７ａは、内側に凸部７ａ１を有する形態とされ、ナット６の凹部６ａと係合させられている。すなわち、ナット６の端部外周には、凹部６ａが設けられており、この凹部６ａ部分でロッド７とナット６とが、ロッド７が伸びる（前進する）際にも縮む（後退する）際にも係合している状態を維持する。
【００２０】
ロッド７の内側にはネジ軸５が配置されている。ネジ軸５は、中空の筒状形態とされており、その一端部から他端部へかけて外周にねじが切られている。ナット６は、このネジ軸５に螺合されている。ネジ軸５とナット６との螺合には、例えば、ボールネジが用いられる。ネジ軸５の内側には、位置センサ１１および位置センサ用ロッド１０が配置されている。位置センサ用ロッド１０はロッド７と同軸にして当該ロッド７に固定されている。この位置センサ１１は、ロッド７の伸縮位置を検出するためのセンサである。
【００２１】
なお、エンコーダ、レゾルバ、またはホールセンサなどの角度検出器を電動モータ２に内蔵させて、当該検出器によりロッド７の伸縮位置を検出してもよい。
【００２２】
（電動モータおよびそのコントローラ）
電動モータ２は、電磁ブレーキ２ａを内蔵するモータである。電磁ブレーキ２ａは励磁されることでブレーキが解除され、電動モータ２の出力軸２ｂは回転可能となる。なお、電動モータ２に電力が供給されないなどの異常時は、電磁ブレーキ２ａを励磁することができないため、ブレーキがきいた状態、すなわち、電動モータ２の出力軸２ｂは回転不能の状態となる。電動モータ２としては、例えば、ブラシレスＤＣモータを挙げることができるが、他の構造・形式のモータを用いてもよい。
【００２３】
コントローラ９は、電動モータ２を制御するためのモータ制御手段である。外部信号、位置センサ１１などからの信号がコントローラ９に入力され、それらの入力信号に基づいて、コントローラ９は電動モータ２の回転を制御する。コントローラ９は、シリンダ１３の側面に取り付けられている。
【００２４】
（動力伝達機構）
電動モータ２とネジ軸５との間の動力伝達機構について説明する。この動力伝達機構は、電動モータ２側から順に、第１平歯車機構１５、遊星歯車機構３、動力伝達部材４、および第２平歯車機構２２で構成される。すなわち、ネジ軸５は、電動モータ２の出力側に、第１平歯車機構１５、遊星歯車機構３、動力伝達部材４、および第２平歯車機構２２を介して取り付けられている。第１平歯車機構１５、遊星歯車機構３、動力伝達部材４、および第２平歯車機構２２は、後述するロッド手動操作機構８とともに、ケーシング１２に収容されている。なお、ロッド７に設けられた取付部７ｂとは反対側のケーシング１２の外面には、機体への取付部１４が設けられている。ケーシング１２は、コントローラ９とは反対側のシリンダ１３の側面に取り付けられている。
【００２５】
ここで、電動モータ２の出力軸２ｂの先端部外周に設けられた平歯と、第１平歯車機構１５の入力側の平歯車１５ａとが噛み合わされ、第１平歯車機構１５の出力軸部１５ｂに遊星歯車機構３を構成する太陽歯車１８が固定されている。
【００２６】
遊星歯車機構３は、電動モータ２の出力側に取り付けられた減速機構であり、太陽歯車１８と、複数の遊星歯車１９と、遊星歯車１９の公転運動をひろう遊星キャリヤ２１と、リングギヤ２０とを具備してなる。遊星キャリヤ２１は、断面二股状（断面Ｙ字状）に形成された部品である。リングギヤ２０は、複数の遊星歯車１９の外側に配置されている。リングギヤ２０の一端側の内面には平歯２０ａ（複数の歯）が設けられ、他端側の外面には平歯２０ｂ（複数の歯）が設けられている。平歯２０ａは、遊星歯車１９と噛み合い、平歯２０ｂは、後述する手動動力伝達歯車２９と噛み合う。なお、遊星歯車機構３を用いる必要は必ずしもなく、例えば、平歯車を複数組み合せた平歯車機構を減速機構として用いてもよい。
【００２７】
動力伝達部材４は、遊星キャリヤ２１の出力軸部２１ａと、第２平歯車機構２２を構成する平歯車２３の入力軸部２３ａとを連結するカップリング（継手）である。動力伝達部材４としては、Ｎｏ−ｂａｃｋと呼ばれる公知のカップリング（継手）を用いることが好ましい。Ｎｏ−ｂａｃｋと呼ばれるカップリング（継手）は、出力側（ロッド７側）からのトルクが入力側に達しない構造とされた継手である。
【００２８】
第２平歯車機構２２は、入力軸部２３ａを有する平歯車２３と、平歯車２３に噛み合う平歯車２４とを有する。平歯車２４は、ネジ軸５の外周に固定されている。平歯車２４の両側にはスラストベアリング２５が配置されている。スラストベアリング２５は、ネジ軸５を介して平歯車２４に作用する軸方向荷重を受けるための軸受である。
【００２９】
（ロッド手動操作機構）
ロッド手動操作機構８は、ロッド７を手動で伸縮させるためのものであり、ケーシング１２のケーシング１２ａ部分に収容されている。このロッド手動操作機構８は、遊星歯車機構３を構成するリングギヤ２０に噛み合う手動動力伝達部材２６と、手動動力伝達部材２６を構成する棒状部材３０に対してその軸方向に相対移動可能となるように形成されたプランジャ２７とを具備してなる。
【００３０】
プランジャ２７は、段付きの空洞部２７ｃを有する筒状の部品である。プランジャ２７の一端側の内面はスプライン加工され、他端側の外面はセレーション加工されている。すなわち、プランジャ２７は、棒状部材３０とスプライン結合２７ａされるとともに、ケーシング１２ａの内壁にセレーション結合２７ｂされている。なお、セレーション結合とは、軸方向には移動可能の固定用（回転固定用）の結合のことをいう。
【００３１】
ここで、ケーシング１２ａとプランジャ２７との間の隙間にはコイルバネ２８が配置されている。コイルバネ２８は、手動動力伝達部材２６を構成する棒状部材３０に対して離れる方向にプランジャ２７を付勢するためのバネである。なお、バネの種類として、コイルバネに限定さることはない。
【００３２】
また、プランジャ２７を収容する部分のケーシング１２ａの内面には近接センサ３７が配置されているとともに、スプライン加工された側のプランジャ２７の端部には近接センサ３７の検知対象部品３８が取り付けられている。近接センサ３７は、ケーシング１２ａの内方向（棒状部材３０側）にプランジャ２７が押し込まれているか否かを検知するためのセンサである。
【００３３】
次に、手動動力伝達部材２６は、プランジャ２７とスプライン結合２７ａする棒状部材３０と、棒状部材３０の外側に配置された手動動力伝達歯車２９と、棒状部材３０と手動動力伝達歯車２９との間に設けられたクラッチ機構３１とを有する。
【００３４】
手動動力伝達歯車２９は、棒状部材３０の一端側に配置されている。棒状部材３０の他端側はスプライン加工され、このスプライン加工部３０ａはプランジャ２７の空洞部２７ｃに入り込めるようになっている。
【００３５】
手動動力伝達歯車２９は平歯車であって、遊星歯車機構３を構成するリングギヤ２０に噛み合わされている。
【００３６】
クラッチ機構３１は、棒状部材３０と手動動力伝達歯車２９とを摩擦係合させるためのものである。このクラッチ機構３１は、リング状部品であるローラ３６、リング３５、皿バネ３４、リング３３、およびナット３２を具備してなる。
【００３７】
ローラ３６は、手動動力伝達歯車２９の内側部分の両側に配置されている。リング３５は、２つのローラ３６を挟むようにローラ３６の外側に計２つ配置され、棒状部材３０に対してキーで固定されている。皿バネ３４は、２つのリング３５を挟むようにリング３５の外側に計２つ配置されている。さらにその外側にリング３３が配置され、棒状部材３０の端にナット３２がねじ込まれている。
【００３８】
ナット３２のねじ込み力を調整することで、リング３５とローラ３６との間、およびローラ３６と手動動力伝達歯車２９の内側部分との間の摩擦係合力、すなわち、棒状部材３０と手動動力伝達歯車２９との間の摩擦係合力を調整することができる。
【００３９】
（電動アクチュエータの作動）
次に、電動の場合と手動の場合とに分けて、ロッド７の伸縮動作について説明する。なお、ロッド７が伸びる動作とロッド７が縮む動作とは、その動作方向が逆であることを除いては同様の動作であるため、ここでは、ロッド７が伸びるときの動作について説明する。
【００４０】
（電動の場合）
コントローラ９からの指令で電動モータ２を回転させる。このとき、プランジャ２７は、コイルバネ２８の付勢力によって棒状部材３０から離れる方向に付勢されているので、ケーシング１２ａの内壁にセレーション結合２７ｂし回転することなく、停止している。また、棒状部材３０は、プランジャ２７にスプライン結合２７ａしているため同様に停止しており、この棒状部材３０にクラッチ機構３１を介して摩擦係合している手動動力伝達歯車２９も停止している。そのため、手動動力伝達歯車２９に噛み合うリングギヤ２０も停止している（固定状態にある）。
【００４１】
電動モータ２が回転すると、電動モータ２の出力トルクは第１平歯車機構１５を介して遊星歯車機構３に伝わる。リングギヤ２０が固定状態にあることで、太陽歯車１８の回転により、遊星歯車１９は自転しつつ公転する。遊星歯車１９が公転することで遊星キャリヤ２１が回転し、その出力トルクは、動力伝達部材４および第２平歯車機構２２を介してネジ軸５に伝わる。ネジ軸５の回転によりナット６が前進方向に動き、ナット６がロッド７を押すことでロッド７が伸びる。ロッド７が所定の位置まで伸びると（位置センサ１１によりロッド７の位置を検出する）、コントローラ９からの指令で電動モータ２を停止させるとともに電磁ブレーキ２ａを作動させて、ロッド７を停止・固定する。
【００４２】
（手動の場合）
プランジャ２７の他端部２７ｄを押してコイルバネ２８の付勢力に抗してケーシング１２ａの内方向にプランジャ２７を押し込む。これにより、プランジャ２７のセレーション結合２７ｂがはずれ、プランジャ２７は回転可能となる。このとき、プランジャ２７の端部に取り付けられている検知対象部品３８は、近接センサ３７から離れる方向に移動する。コントローラ９は、近接センサ３７からの信号を受けて、電磁ブレーキ２ａを解除する（ブレーキをきかせる）信号をだす。これにより、電動モータ２の出力軸２ｂは回転不能の状態となる。その結果、第１平歯車機構１５も回転不能となり、太陽歯車１８は固定される。
【００４３】
なお、ロッド７を伸ばす前に、電磁ブレーキ２ａの励磁がとめられて、停止ブレーキとして電磁ブレーキ２ａが用いられている場合は、近接センサ３７からの信号は不要となる。また、電動モータ２に電力が供給されないなどの異常時（電気系統の故障時）は、電磁ブレーキ２ａを励磁することができないため、ブレーキがきいた状態となっているので、この場合も、近接センサ３７からの信号は不要となる。
【００４４】
その後、プランジャ２７を手動で回転させる。エアドリルなどを用いてプランジャ２７を回転させてもよい。プランジャ２７に加えられた手動による回転力が、棒状部材３０、クラッチ機構３１、および手動動力伝達歯車２９に伝わり、手動動力伝達歯車２９に噛み合うリングギヤ２０が回転する。電磁ブレーキ２ａにより太陽歯車１８が固定状態にあるので、リングギヤ２０の回転により、遊星歯車１９は自転しつつ公転する。遊星歯車１９が公転することで遊星キャリヤ２１が回転し、手動による回転力は、動力伝達部材４および第２平歯車機構２２を介してネジ軸５に伝わる。ネジ軸５の回転によりナット６が前進方向に動き、ナット６がロッド７を押すことでロッド７が伸びる。
【００４５】
ここで、クラッチ機構３１は、プランジャ２７に加えられる手動による回転力（回転トルク）が所定のトルク値以上になると、棒状部材３０と手動動力伝達歯車２９との摩擦係合が解除されるように設定されている。このようにクラッチ機構３１を設定しておくことで、手動操作力が大きすぎる場合には、その手動操作力の伝達をクラッチ機構３１でカットすることができ、遊星歯車機構３、第２平歯車機構２２、ネジ軸５などの損傷を防止することができる。すなわち、電動アクチュエータ１を構成する部品を、手動操作で破損させてしまうことを防止できる。
【００４６】
本実施形態に係る電動アクチュエータ１のロッド手動操作機構８によると、ケーシング１２ａの内壁とプランジャ２７とのセレーション結合２７ｂにより、ケーシング１２ａの内方向にプランジャ２７を押し込まない限り、プランジャ２７が回転することはない。すなわち、プランジャ２７が不用意に回転してしまうことない。これにより、操作者は、ロッド７を手動にて安全に伸縮させることができる。
【００４７】
また、本実施形態の電動アクチュエータ１では、遊星歯車機構３以降の出力側の部品を、電動操作の場合と手動操作の場合とで共通化できている。その結果、コンパクトな電動アクチュエータ１とすることができている。
【００４８】
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可能なものである。
【符号の説明】
【００４９】
１：航空機用電動アクチュエータ
２：電動モータ
３：遊星歯車機構（減速機構）
４：動力伝達部材
５：ネジ軸
６：ナット
７：ロッド
８：ロッド手動操作機構
１２ａ、１２：ケーシング
２６：手動動力伝達部材
２７：プランジャ
２７ａ：スプライン結合
２７ｂ：セレーション結合
２８：コイルバネ
【図１】
0005802375.tif 000002
【図２】
0005802375.tif 000003