(57)【要約】【課題】異物等の噛み込みが生じても航空機を比較的安全に飛行させる。【解決手段】可動筒２６とスリーブ３６との間に、例えば異物等が噛み込まれてこれらが固着し、操縦舵面駆動装置１７が故障状態となると、プランジャ５１を周方向溝５２から抜き出すことで、スリーブ３６に対する軸方向移動規制を解除し、可動筒２６、スリーブ３６を軸方向にフリー移動可能とする。この結果、航空機の操縦舵面はフリー揺動可能となるが、この状態は、操縦舵面がある揺動位置で固定された場合に比較し、航空機の操縦が容易であるため、航空機を比較的安全に飛行させることが可能となる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の本体に連結された固定筒と、固定筒内に相対回転不能で、かつ、軸方向に移動可能に挿入され、航空機の操縦舵面に連結された可動筒と、固定筒内に収納され、回転手段からの駆動力を受けて回転する回転軸と、回転軸の外側に軸方向に移動可能で、かつ、該回転軸と一体回転できるよう嵌合されるとともに、前記可動筒の内周に外周が螺合するスリーブと、スリーブの回転を許容する一方、該スリーブの軸方向移動を規制する規制手段とを備え、可動筒とスリーブとが固着した故障時、スリーブに対する規制手段の軸方向移動規制を解除するようにしたことを特徴とする航空機の操縦舵面駆動装置。
【請求項２】
前記規制手段を、スリーブの外周に形成され、周方向に連続して延びる周方向溝と、固定筒に取付けられ、突出しているとき、前記周方向溝に先端部が挿入されるプランジャを有するソレノイドとから構成した請求項１記載の航空機の操縦舵面駆動装置。
【請求項３】
航空機の本体と操縦舵面との間に前記操縦舵面駆動装置を並列に２個設置し、いずれか一方の操縦舵面駆動装置が故障したとき、該故障した操縦舵面駆動装置のスリーブに対する軸方向移動規制を解除するようにした請求項１記載の航空機の操縦舵面駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、航空機の操縦舵面に駆動力を付与して揺動させる操縦舵面駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２０００−３０４１２０号公報
【０００３】
従来の電気−機械式駆動装置としては、例えば前記特許文献１に記載されているようなものが知られており、近年、このような電気−機械式駆動装置を航空機、例えば無人航空機の操縦舵面を揺動させる駆動装置として用いることが検討されている。ここで、前述した電気−機械式駆動装置を航空機の操縦舵面駆動用として用いる場合には、航空機の本体に固定筒を連結する一方で、航空機の操縦舵面に、固定筒内に相対回転不能で、かつ、軸方向に移動可能に挿入された可動筒を連結し、さらに、電動モータからの駆動力を受けて回転するとともに、可動筒に挿入螺合されたねじ軸を固定筒内に収納するようにする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような航空機の操縦舵面駆動装置にあっては、可動筒とねじ軸との間に異物等が噛み込んで可動筒とねじ軸とが固着すると、航空機の操縦舵面が噛み込み時の揺動位置に固定され、この結果、操縦が困難となって、最悪の場合には航空機墜落のおそれがあるという問題点がある。
【０００５】
この発明は、異物等の噛み込みが生じても航空機を比較的安全に飛行させることができる航空機の操縦舵面駆動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、航空機の本体に連結された固定筒と、固定筒内に相対回転不能で、かつ、軸方向に移動可能に挿入され、航空機の操縦舵面に連結された可動筒と、固定筒内に収納され、回転手段からの駆動力を受けて回転する回転軸と、回転軸の外側に軸方向に移動可能で、かつ、該回転軸と一体回転できるよう嵌合されるとともに、前記可動筒の内周に外周が螺合するスリーブと、スリーブの回転を許容する一方、該スリーブの軸方向移動を規制する規制手段とを備え、可動筒とスリーブとが固着した故障時、スリーブに対する規制手段の軸方向移動規制を解除するにより達成することができる。
【０００７】
今、可動筒とスリーブとの間で固着がなく、操縦舵面駆動装置が正常に作動しているとする。このとき、回転手段からの駆動力が回転軸に伝達されると、回転軸、スリーブが一体的に回転するが、スリーブは規制手段によって軸方向移動が規制されており、また、可動筒は固定筒内に相対回転不能で、かつ、軸方向に移動可能に挿入されているため、可動筒はスリーブとの螺合によって固定筒内を軸方向に移動し、これにより、航空機の操縦舵面が所望位置まで揺動される。
【０００８】
ここで、前記可動筒とスリーブとの間に、例えば異物等が噛み込まれてこれらが固着すると、可動筒が固定筒に相対回転不能に挿入されているため、回転手段が作動しても可動筒、スリーブ、回転軸は回転することができず、操縦舵面駆動装置が故障状態となる。このときには、スリーブに対する規制手段の軸方向移動規制を解除し、可動筒、スリーブを軸方向にフリー移動可能とする。この結果、航空機の操縦舵面は飛行時における周囲の風の影響を受けて揺動することになるが、この状態は、操縦舵面がある揺動位置で固定された場合に比較し、航空機の操縦が容易であるため、航空機を比較的安全に飛行させることが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に記載のように構成すれば、規制手段を簡単な構造とし、安価に製作することができる。
さらに、請求項３に記載のように構成すれば、故障した操縦舵面駆動装置の可動筒、スリーブは軸方向にフリー移動可能となるので、正常な操縦舵面駆動装置による操縦舵面の揺動に対して該故障した操縦舵面駆動装置が邪魔をすることはなく、これにより、航空機を安全に飛行させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、１１は航空機の本体、例えば主翼、尾翼、補助翼等であり、これらの本体１１は後方に向かうに従い肉厚が薄くなった断面流線形をしている。前記本体１１の後端部には矩形の凹み１２が形成され、これら凹み１２内にはそれぞれ該凹み１２より若干小型で矩形をした操縦舵面１３、例えばエルロン、スポイラ、方向舵等が配置されている。そして、この操縦舵面１３の前端部はピン１４により本体１１に揺動可能に支持されている。
【００１１】
１７は前記本体１１と操縦舵面１３との間に設置され前後方向に延びる２個の操縦舵面制御装置であり、これらの操縦舵面制御装置１７は前記操縦舵面１３の幅方向に互いに離れて並列配置されている。そして、これら操縦舵面制御装置１７は操縦舵面１３に揺動力を付与することで該操縦舵面１３をピン１４回りに揺動させ、これにより、該操縦舵面１３の揺動角を制御する。このように２個の操縦舵面制御装置１７によって同一の操縦舵面１３の揺動角を制御するようにすれば、いずれか一方の操縦舵面制御装置１７が故障したときにも、残り他方の正常な操縦舵面制御装置１７によって操縦舵面１３の揺動を制御することができ、これにより、航空機の飛行を安全なものとすることができる。
【００１２】
各操縦舵面制御装置１７は基端（前端）に底壁を有する有底円筒状の固定筒２１を有し、この固定筒２１は前後方向に延びるとともに、その基端が前記本体１１に回動可能に連結されている。この固定筒２１の先端側（後端側）内面には溝２２が形成され、この溝２２の底面からは軸方向に延びるとともに、半径方向内端が固定筒２１の内面と同一高さに位置する複数のガイドレール２３が突出している。
【００１３】
２６は先端部に底壁を有する有底円筒状の可動筒であり、この可動筒２６は外径が固定筒２１の内径と実質上同径であるとともに、少なくとも基端部が前記固定筒２１内に先端側から挿入されている。また、前記可動筒２６の基端部外周には前記ガイドレール２３にそれぞれ摺動可能に係合する複数のスライドベアリング２７が取付けられている。
【００１４】
前述したガイドレール２３、スライドベアリング２７は全体としてリニアガイド２８を構成し、このリニアガイド２８により、可動筒２６は固定筒２１に相対回転不能で、かつ、軸方向に低摩擦で移動可能に連結されていることになる。ここで、前述のようなリニアガイド２８の代わりに後述するボールスプラインを用いるようにしてもよい。２９は前記可動筒２６の底壁に設けられたロッドエンドであり、このロッドエンド２９、即ち、可動筒２６の先端は前記操縦舵面１３に回動可能に連結されている。
【００１５】
３２は固定筒２１の底壁外面に取付けられた回転手段としての電動式サーボモータであり、このサーボモータ３２の出力軸には前記固定筒２１内に収納された回転軸３３が一体的に連結されている。この結果、前記サーボモータ３２が作動すると、回転軸３３はサーボモータ３２から駆動力を受けて回転する。
【００１６】
３６は基端部外周に円環状のフランジ３７を有する略円筒状のスリーブであり、このスリーブ３６は前記回転軸３３の外側に嵌合されるとともに、可動筒２６の内側に嵌合されている。ここで、前記回転軸３３の外周およびスリーブ３６の基端部内周にはそれぞれ、軸方向に延びるとともに周方向に等距離離れた複数のスプライン溝３８、３９が形成され、これらのスプライン溝３８、３９には複数のスプラインボール４０の半径方向内側部、外側部がそれぞれ回転可能に挿入されている。
【００１７】
前述したスプライン溝３８、３９、スプラインボール４０は全体として、スリーブ３６を回転軸３３に軸方向に低摩擦で移動可能に、かつ、これらが一体回転できるよう連結するボールスプライン４１を構成する。ここで、前述のようなボールスプライン４１の代わりに前述したリニアガイドを用いるようにしてもよい。
【００１８】
また、前記フランジ３７より先端側のスリーブ３６の外周にはおねじ４４が形成され、一方、可動筒２６の基端側内周にはめねじ４５が形成され、これらおねじ４４とめねじ４５との間には複数のボール４６が介装されている。前述したおねじ４４、めねじ４５、ボール４６は全体として、可動筒２６の内周とスリーブ３６の外周とを螺合させて、可動筒２６、スリーブ３６同士を低摩擦でねじ結合するボールねじ４７を構成し、このボールねじ４７は回転軸３３、スリーブ３６の回転運動を可動筒２６の直線運動（軸方向移動）に変換する。ここで、前述のようなボールねじ４７の代わりにアクメねじ等の台形ねじを用いるようにしてもよい。
【００１９】
５０は固定筒２１の基端部外周に取付けられた半径方向に延びるソレノイドであり、このソレノイド５０は固定筒２１を貫通しながら半径方向内側に向かって延びるプランジャ５１を有する。５２は前記スリーブ３６、詳しくはフランジ３７の外周に形成された周方向に連続して延びる周方向溝であり、この周方向溝５２は前記プランジャ５１の延長線上に位置している。そして、前記ソレノイド５０のプランジャ５１が半径方向内側に突出すると、該プランジャ５１の半径方向内端部（先端部）は周方向溝５２に挿入され、スリーブ３６の回転を許容する一方、該スリーブ３６の軸方向移動を規制する。
【００２０】
前述したプランジャ５１を有するソレノイド５０および周方向溝５２は全体として、スリーブ３６の回転を許容する一方、該スリーブ３６の軸方向移動を規制する規制手段５３を構成する。このように規制手段５３をソレノイド５０、周方向溝５２から構成するようにすれば、該規制手段５３を簡単な構造とし、安価に製作することができる。
【００２１】
５６は可動筒２６の軸方向位置（突出量）を検出する検出手段であり、この検出手段５６は固定筒２１の先端側外周に固定されたソレノイド５７を有し、このソレノイド５７内には軸方向に移動可能なプランジャ５８が挿入されている。また、このプランジャ５８の先端はブラケット５９を介して可動筒２６のロッドエンド２９に連結されている。そして、前記検出手段５６は、プランジャ５８が可動筒２６と一体的に軸方向に移動したとき、プランジャ５８のソレノイド５７に対する挿入量を検出することで可動筒２６の軸方向位置を検出し、検出結果をフィードバック信号として図示していない制御手段に出力する。
【００２２】
次に、この発明の一実施形態の作用について説明する。
今、可動筒２６とスリーブ３６との間のボールねじ４７において固着がなく、両操縦舵面制御装置１７が正常に作動しており、また、両操縦舵面制御装置１７の可動筒２６は図２に示すように突出限まで突出しているとする。この状態で両操縦舵面制御装置１７のサーボモータ３２に同一値の制御信号が入力されると、該サーボモータ３２から回転軸３３に駆動力が伝達され、これら回転軸３３が同量だけ回転する。
【００２３】
このとき、スリーブ３６も回転軸３３と一体的に回転するが、該スリーブ３６はプランジャ５１が周方向溝５２に挿入されることで、規制手段５３により軸方向移動が規制されており、また、可動筒２６は固定筒２１内にリニアガイド２８によって相対回転不能で、かつ、軸方向に移動可能に挿入されているため、両操縦舵面制御装置１７の可動筒２６はボールねじ４７を介してのスリーブ３６との螺合により、固定筒２１内を基端側に向かって前記制御信号に対応する量だけ軸方向に移動する（引っ込む）。このときの可動筒２６の軸方向位置は検出手段５６によって検出されるとともに、その検出結果がフィードバック信号として制御手段に出力され、操縦舵面制御装置１７のサーボ制御が行われる。
【００２４】
前述のような可動筒２６の軸方向移動により、航空機の操縦舵面１３には両操縦舵面制御装置１７から揺動力（操舵力）が付与され、該操縦舵面１３はピン１４を揺動中心として所望位置まで揺動される。なお、図３には可動筒２６が引っ込み限まで基端側に移動したときの状態が示されている。
【００２５】
ここで、いずれか一方の操縦舵面制御装置１７において、可動筒２６とスリーブ３６との間（ボールスねじ４７）に、例えば異物等が噛み込まれると、これら可動筒２６、スリーブ３６同士が固着する。このとき、可動筒２６は固定筒２１にリニアガイド２８によって相対回転不能に挿入されているため、サーボモータ３２が作動しても可動筒２６、スリーブ３６、回転軸３３は回転することができず、該操縦舵面制御装置１７が故障状態となる。
【００２６】
このときには、図４に示すように、故障した操縦舵面制御装置１７におけるソレノイド５０のプランジャ５１を半径方向外側に移動させて該プランジャ５１をスリーブ３６の周方向溝５２から抜き出し、スリーブ３６に対する規制手段５３の軸方向移動規制を解除する。ここで、可動筒２６は固定筒２１にリニアガイド２８を介して軸方向に移動可能に、一方、スリーブ３６はボールスプライン４１を介して回転軸３３に軸方向に移動可能に連結されているため、前記故障した操縦舵面制御装置１７において、可動筒２６、スリーブ３６は軸方向にフリー移動可能となる。
【００２７】
この結果、正常な操縦舵面制御装置１７の可動筒２６を突出させて操縦舵面１３を揺動させると、故障した操縦舵面制御装置１７の可動筒２６は操縦舵面１３から移動力を受け、正常な操縦舵面制御装置１７の可動筒２６に追従して突出する。このように故障した操縦舵面制御装置１７は、正常な操縦舵面制御装置１７による操縦舵面１３の揺動に対して、邪魔をすることはなく、これにより、航空機を安全に飛行させることができる。ここで、図５には故障した操縦舵面制御装置１７の可動筒２６が突出限まで突出している状態を示している。
【００２８】
ここで、前述した２個の操縦舵面制御装置１７が共に可動筒２６、スリーブ３６同士の固着により故障したとき、あるいは、操縦舵面１３を揺動させる操縦舵面制御装置１７が１個だけ設けられているが、この操縦舵面制御装置１７が可動筒２６、スリーブ３６同士の固着により故障したときには、規制手段５３により故障した操縦舵面制御装置１７のスリーブ３６に対する軸方向移動規制を解除される。この場合には、操縦舵面１３の揺動を制御する全ての操縦舵面制御装置１７において可動筒２６がフリー移動可能となるため、航空機の操縦舵面１３は飛行時における周囲の風の影響を受けて揺動することになるが、この状態は、操縦舵面１３がある揺動位置で固定された場合に比較し、航空機の操縦が容易であるため、航空機を比較的安全に飛行させることが可能となる。
【００２９】
なお、前述の実施形態においては、規制手段５３をソレノイド５０、周方向溝５２から構成するようにしたが、この発明においては、スリーブの外周に形成された連続環状のフランジと、固定筒に取付けられ、ピストンロッドが固定筒を貫通するシリンダと、ピストンロッドの先端に回転可能に支持され、フランジの外周に転がり接触する鍔付きローラとから構成するようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、異物等の噛み込みが生じても航空機を比較的安全に飛行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す一部破断平面図である。
【図２】操縦舵面制御装置の一部破断平面図である。
【図３】可動筒が引っ込み限に位置しているときの操縦舵面制御装置の一部破断平面図である。
【図４】故障状態にある操縦舵面制御装置の図３と同様の一部破断平面図である。
【図５】故障状態にある操縦舵面制御装置の図２と同様の一部破断平面図である。
【符号の説明】
１１…本体                    １３…操縦舵面
１７…操縦舵面制御装置        ２１…固定筒
２６…可動筒                  ３２…回転手段
３３…回転軸                  ３６…スリーブ
５０…ソレノイド              ５１…プランジャ
５２…周方向溝                ５３…規制手段
【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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