(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータブレードのサーボタブ用の傾動または旋回位置決め手段において、傾動エレメント（１０）とカウンタベアリングエレメント（４０）とを備え、傾動エレメント（１０）が旋回可能な状態でカウンタベアリング（４０）に支持されており、傾動エレメント（１０）とカウンタベアリング（４０）のうちの１つが凹面回転支持面（５０）を備え、他の１つが凸面回転支持面（６０）を備え、
ａ）支持を行うため、凸面回転支持面（６０）が凹面回転支持面（５０）に接すること、および
ｂ）凹面回転支持面（５０）の半径が凸面回転支持面（６０）の半径より大きいことを特徴とする、傾動または旋回位置決め手段。
【請求項２】
傾動エレメント（１０）が凹面回転支持面（５０）を備え、カウンタベアリングエレメント（４０）が凸面回転支持面（６０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項３】
傾動エレメント（１０）が凸面回転支持面を備え、カウンタベアリング（４０）が凹面回転支持面を備えることを特徴とする、請求項１に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項４】
ａ）傾動エレメント（１０）が少なくとも２つの引張エレメント（２０、３０）と連結されていること、および
ｂ）引張エレメント（２０、３０）のほぼ線形で相互に逆方向の変位によって、上記傾動エレメントがカウンタベアリングエレメント（４０）に対して旋回可能であることを特徴とする、
請求項１から３のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項５】
引張エレメント（２０、３０）のそれぞれにスラストエレメント（２１、３１）が配置されていることを特徴とする、前記請求項１から４のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項６】
スラストエレメント（２１、３１）のそれぞれが旋回可能な状態で傾動エレメント（１０）に支持されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項７】
ａ）スラストエレメント（２１、３１）を旋回可能な状態で傾動エレメント（１０）に支持するため、凸面回転支持面（６１、６２）が凹面回転支持面（５１、５２）にそれぞれ接すること、および
ｂ）凹面回転支持面（５１、５２）の半径が対応する凸面回転支持面（６１、６２）の半径よりもそれぞれ大きいことを特徴とする、
請求項１から６のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項８】
スラストエレメント（２１、３１）を傾動エレメント（１０）に旋回可能な状態で支持するために、スラストエレメント（２１、３１）はそれぞれ１つの凸面回転支持面（６１または６２）を備え、傾動エレメント（１０）はいずれのスラストエレメント（２１、３１）に対してもそれぞれ１つの凹面回転支持面（５１または５２）を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項９】
スラストエレメント（２１、３１）を傾動エレメント（１０）に旋回可能な状態で支持するために、スラストエレメント（２１、３１）はそれぞれ１つの凹面回転支持面を備え、傾動エレメント（１０）はいずれのスラストエレメント（２１、３１）に対してもそれぞれ１つの凸面回転支持面を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項１０】
凸面回転支持面（６０、６１、６２）およびそれらに対応する凹面回転支持面（５０、５１、５２）はそれぞれ、たがいに平行な軸（ａ１、ａ２、ａ３）にそった方向に筒型に形成されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項１１】
回転支持面（５０、５１、５２、６０、６１、６２）は摩耗が少なく形成されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項１２】
回転支持面（５０、５１、５２、６０、６１、６２）は摩擦が少なく形成されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項１３】
引張エレメント（２０、３０）が傾動エレメント（１０）を貫通箇所（２５、３５）で貫通することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項１４】
引張エレメント（２０、３０）の少なくとも１つがアクチュエータ（１００、１１０）と結合されていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【請求項１５】
アクチュエータ（１００、１１０）が圧電セラミックスエレメントとして形成されていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の傾動または旋回位置決め手段。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾動エレメントとカウンタベアリングエレメントを備え、その傾動エレメントが旋回可能な状態でカウンタベアリングに支持されている傾動または旋回位置決め手段、例えばロータブレードのサーボタブの傾動または旋回位置決め手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
傾動または旋回位置決め手段は、位置決め可能なコンポーネントの他のコンポーネントに対する三次元的な位置決めを、旋回軸を中心とする傾動または旋回位置決め運動によって行うのに用いられる。通常はこの目的のため、この位置決め可能なコンポーネントは傾動または旋回ヒンジを介して他のコンポーネントと連結される。位置決め可能なコンポーネントの他のコンポーネントに対する希望の位置をその都度調節するため、とくに駆動、および／または保持手段が必要である。
【０００３】
公知の傾動または旋回位置決め手段は、たとえば予荷重をかけたクランク機構であって、すべり軸受けまたは玉軸受けを備える。しかしこのクランク機構は比較的高い摩擦損失を持つ。とくに運動の死点では摩擦力の変化を生じ（いわゆるスティックスリップ）、これにより運動過程の正確な制御が困難になる。玉軸受けは用途によっては大きすぎ、そして／または機械的な耐荷重が小さすぎる。
【０００４】
上記の欠点は、とくに傾動または旋回位置決め手段を、ヘリコプタのロータブレードのサーボタブの位置決めに用いるときに重大となる。このようなサーボタブを使用すれば、ロータブレードの形状を変化させることになろう。それによりたとえば飛行騒音と振動を減じることができよう。とくにロータブレードの空気動力学を改善できよう。しかし他面ではこのようなサーボタブ及びその軸受は、高い機械的負荷を受けることになる。それだけでなく取り付けに利用できる空間は比較的小さいのである。
【０００５】
ヘリコプタのロータブレードにおけるサーボタブの位置決めのための傾動または旋回位置決め手段は、ＵＳ５，６３９，２１５、ＵＳ５，３８７，０８３およびＵＳ５，４０９，１８３に記載されている。これらの傾動または旋回位置決め手段は上記の欠点を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、改良された傾動または旋回位置決め手段を利用できるようにするという課題を基礎とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの課題を請求項１の対象物、すなわち次のような傾動または旋回位置決め手段、例えばロータブレードにおけるサーボタブの位置決め用の上記位置決め手段によって解決する。それは、傾動エレメントとカウンタベアリングエレメントを備え、その傾動エレメントが旋回可能な状態でカウンタベアリングに支持されている。支持を行うために、凸面回転支持面が凹面回転支持面に接している。凹面回転支持面の半径は凸面回転支持面の半径よりも大きい。
【０００８】
したがってクランク、または玉軸受けの代わりに、２つの回転支持面の組合せが用いられる。この方法によって、大きな力の伝達と、強い剛性をもつ構造とが、取り付け空間が小さい場合でも可能となる。さらに本発明によれば、線形運動から傾動、または旋回運動へのほとんど遊びのない変換が、わずかな摩擦損失で可能となる。これをヘリコプタのロータブレードにおけるサーボタブの位置決めに用いるならば、空気動力学的諸機能を迅速かつ各ブレードの状況に合わせて制御することができるようになる。この制御とは、トラッキング、振動と騒音の軽減、失速のコントロールといった機能をともなうものである。こうして全体的に空気動力学的性能を高めることができる。
【０００９】
請求項２から１５に、本発明の有利な実施形態を記載した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下実施形態と添付の図面により、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１１】
図１はすでに述べたように、傾動エレメント１０をカウンタベアリングエレメント４０に対して位置決めするための、本発明による傾動または旋回位置決め手段または装置の横断面図を示す。
【００１２】
傾動エレメント１０の横断面はハート形に似ている。傾動エレメント１０の一方の端は、外に向かって凹である部分が、外に向かって凸である２つの部分の間に形成されており、他方の端は先が尖っている（図４にのみ示す）。記述を単純化するため、このハート形はどの図面でも統一して同一面を下にして示しているので、外に向かって凸である領域と外に向かって凹である領域はどの図面でも左側に、尖っている先端は右側にある。その結果外側に凸である各領域（左側）は上下に重なり合っているので、それに対応して上下の方向を定義する。下記では説明を単純にするため、これらすべての方向記載と諸表示を、発明対象物のいかなる限定もなしに使用する。相互に作用する凸面および凹面の回転支持面すべてにおいて、動力学的反転がつねに可能である。すなわち、凸面回転支持面を持つものとして説明した各コンポーネントを、その代わりに凹面回転支持面を持つものとして形成することも、その逆を行うことも可能である。しかし説明を単純化するため、それぞれ１つの形態のみを記述する。
【００１３】
傾動エレメント１０は長手方向に筒形に延びる。すなわち横断面は長手方向にわたってほぼ等しい。さらに傾動エレメント１０は中空であって、その横断面はさまざまな壁厚を持つ。とくに凸面および凹面の領域は強い荷重がかかるので、他の領域よりも厚く形成されている。
【００１４】
外に向かって凹である領域の外側表面は、カウンタベアリングエレメント４０の中央の凸面回転支持面６０に対する外側の凹面回転支持面５０を形成する。外側の凹面回転支持面５０の半径は中央の凸面回転支持面６０の半径よりも大きい。回転支持面５０、６０は単純に、対応する形状の部分的表面として各々形成することができる。これらの領域の表面に特殊被覆または硬化を施すことも考えられる。硬度を高めることによって摩耗を軽減することができる。クロムメッキなどにより低摩擦設計を施すことにより、すべり運動が生じることがあっても摩擦損失を軽減することができる。
【００１５】
傾動エレメント１０とカウンタベアリングエレメント４０の配置は、カウンタベアリングエレメント４０の中央の凸面回転支持面６０と、傾動エレメント１０の外側凹面回転支持面５０が、たがいに接触するような配置とする。この場合カウンタベアリングエレメント４０の中央の凸面回転支持面６０の領域は、傾動エレメント１０と同様に第一の軸ａ１に沿った方向に筒形に形成されているので、この軸ａ１と平行にエレメント１０、４０の長さ全体にわたって接触が行われる。このようにしてほぼ遊びなしに傾動または旋回運動が可能である。
【００１６】
すでに述べたように傾動エレメント１０は中空である。その結果、外側表面領域Ｂと内側表面領域Ａとを区別することができる。外側凹面回転支持面５０は外側表面領域Ｂに形成されている。
【００１７】
外側凹面回転支持面５０よりも上および下では、ハート形傾動エレメント１０の外に向かって丸く盛り上がる部分の内部に（そして同時に傾動エレメント１０の内側表面領域Ａに）上部および下部の内側凹面回転支持面５１および５２が形成されている。上部内側凹面回転支持面５１は、上部スラストエレメント２１の上部凸面回転支持面６１と接触している。それに対応して下部内側凹面回転支持面５２は、下部スラストエレメント３１の下部凸面回転支持面６２と接触している。ここでも凹面回転支持面５１および５２の半径は、凸面回転支持面６１および６２の半径よりも大きい。
【００１８】
スラストエレメント２１および３１は中空の傾動エレメント１０の内部に配置されている。スラストエレメントはさらに回転支持面６１および６２の領域で、傾動エレメント１０の第一の軸ａ１に平行な第二および第三の軸ａ２およびａ３にそった方向に筒形に形成されているので、接触はここでも筒型の長さ全体にわたって行われる。
【００１９】
スラストエレメント２１および３１は、それぞれ上部および下部の引張エレメント２０および３０と連結している。上部および下部の引張エレメント２０および３０は、傾動エレメント１０の外殻を上部および下部の貫通箇所２５および３５で貫通する。貫通箇所２５および３５は−図４に細部を示すように−スリットとして形成され、このスリットは上から下に伸びて、その長手方向においては引張エレメント２０、３０の外周よりも大きい。その結果、引張エレメント２０および３０を水平線に対して傾斜させることなく、あるいは垂直方向に変位させることなく、傾動エレメント１０を傾斜させることができる。
【００２０】
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の傾動、または旋回位置決め手段または装置による第１の実施形態の操作方法を説明するための調節状態の例を示した図である。この場合引張エレメント２０および３０の外側末端２９および３９は、それぞれ種類を同じくする圧電アクチュエータ１００および１１０と連結されている。
【００２１】
圧電アクチュエータはそれ自体公知のセラミックスエレメントであり、これらエレメントは加えられた電圧にほぼ比例してその長手方向の伸びが変化する。このようなアクチュエータは通常、相互に連結された多数の圧電層からなっている。利用される長さの変動は積層方向に生じるので、個々の層の長さの変動が加算される。したがってこのような圧電アクチュエータは押圧動作に適しているが、他方引張負荷がかかると個々の層が引き離される危険が生じる。しかし本発明の場合は、アクチュエータを引張負荷の下に使用することになる。そのためには、ＤＥ１９７３９５９４Ａ１に記載するように、圧電アクチュエータを変換装置および予荷重バネとともに使用するのが有効である。
【００２２】
図２（ａ）では２つの圧電アクチュエータ１００および１１０に同じ電圧がかかっており（Ｕ1＝Ｕ2）、したがって両者とも同じ長さである。その結果傾動エレメント１０は中央位置にあり、水平方向を向いている。中央位置はこれらのアクチュエータにかけることができる最大電圧の中央値に対応し、したがって次の式が成り立つ：Ｕ1＋Ｕ2＝ＵmaxすなわちＵ1＝Ｕ2＝Ｕmax／２
【００２３】
図２（ｂ）では、上部圧電アクチュエータ１００’は電圧が高くなったために長くなっている。他方下部アクチュエータ１１０’は、電圧が低くなったため短くなっている。アクチュエータ１００’および１１０’が図２（ａ）に示した状態を出発点としてそれに対応する調節を受けるとき、アクチュエータは差分制御される。すなわち、一方のアクチュエータにおける電圧変化ΔＵ1は、他方のアクチュエータにおける電圧変化ΔＵ2と、絶対値は等しいが符号が逆になる：ΔＵ1＝−ΔＵ2（したがってさらに両電圧Ｕ1、Ｕ2の和は、１つのアクチュエータにかけることができる最大電圧Ｕmaxに等しいといえる：Ｕ1＋Ｕ2＝Ｕmax）。これにより、ハート形傾動エレメント１０の下部の外に向かって凸である領域は左に引かれる（Ｐ２）。他方ではハート形傾動エレメント１０の上部の外に向かって凸である領域が右に動く（Ｐ１）。その結果傾動エレメント１０は下に向かって傾斜する。結果としてこの場合は２つの逆平行な線形運動が、傾動または旋回運動に変換されることになる。
【００２４】
次の図２（ｃ）では、下部圧電アクチュエータ１１０”は電圧の上昇によって長くなり、他方上部アクチュエータ１００”は電圧の低下によって短くなっている。その結果傾動エレメント１０は上に向かって傾斜している。図２（ａ）または図２（ｂ）に示した状態から図２（ｃ）の状態となるには、したがってハート形傾動エレメント１０の上部の外に向かって凸である領域を左に引き（Ｐ１’）、他方では同時にハート形傾動エレメント１０の下部の外に向かって凸である領域を右に動かす（Ｐ２’）。したがってその結果ここでも２つの逆平行な線形運動が、傾動または旋回運動に変換されることになる。
【００２５】
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の傾動、または旋回位置決め手段または装置による第２の実施形態の操作方法を説明するための調節状態の例を示した図である。この場合、上部引張エレメント２０の外側末端２９のみが圧電アクチュエータ１００と連結されている。これに対して下部引張エレメント３０の外側末端３９は引張バネ１２０と連結され、この引張バネは壁またはフレーム（など）１３０に固定されている。
【００２６】
図３（ａ）では圧電アクチュエータ１００に中央値電圧がかかっているため、引張バネ１２０と圧電アクチュエータ１００は同じ長さである。その結果傾動エレメント１０は中央位置にあり、水平方向を向いている。とくにこの場合引張エレメント２０または３０と、圧電アクチュエータ１００または引張バネ１２０から得られる全長が、等しくなることが主眼である。そのためさらには、引張バネ１２０をこのポジションで圧電アクチュエータ１００と異なる長さとし、この引張エレメント２０および３０の長さに対応する差をつけることも可能である。
【００２７】
図３（ｂ）では上部圧電アクチュエータ１００’が電圧上昇のために長くなり、他方引張バネ１２０’はそれに対応してその初期位置まで収縮している。これにより傾動エレメント１０は下に向かって傾斜している。図３（ａ）に示した状態から図３（ｂ）の状態となるには、したがってハート形傾動エレメント１０の下部の外に向かって凸である領域を左に引き（Ｐ２）、他方では同時にハート形傾動エレメント１０の上部の外に向かって凸である領域を右に動かす（Ｐ１）。したがってその結果ここでも２つの逆平行な線形運動が、傾動または旋回運動に変換されることになる。
【００２８】
次の図３（ｃ）では、上部の圧電アクチュエータ１００”が電圧低下により短くなり、他方では引張バネ１２０”がそれに対応して伸びている。その結果傾動エレメント１０は上に向かって傾斜する。図３（ａ）または図３（ｂ）に示した状態から図３（ｃ）の状態になるには、この場合ハート形傾動エレメント１０の上部の外に向かって凸である領域を左に引き（Ｐ１）、他方では同時にハート形傾動エレメント１０の下部の外に向かって凸である領域を右に動かす（Ｐ２’）。したがってその結果、ここでも２つの逆平行な線形運動が傾動または旋回運動に変換される。
【００２９】
図４は、図１〜３の実施形態における傾動エレメント１０の斜視図を示す。この図では、上部および下部の貫通箇所２５および３５の形状がさらによく分かるが、この貫通箇所を通って、上部および下部の引張エレメント２０および３０が傾動エレメント１０の外殻を貫通している。貫通箇所２５および３５は−すでに述べたように−スリットとして形成され、これらのスリットは上から下に伸び、その長手方向において引張エレメント２０、３０の外周より大きい。その結果、引張エレメント２０および３０を水平線に対して傾斜させたり、あるいは垂直方向に変位させたりすることなく、傾動エレメント１０を傾斜させることができる。
【００３０】
図５は引張エレメント２０のスラストエレメント２１を持つ末端の斜視図を示す。この場合スラストエレメント２１は、引張エレメント２０との連結領域では生じる力が大きくなるため、その領域を強化された形状となっている。
【００３１】
これまで述べた実施形態は、単なる例として本発明の目的を説明するためのものであり、これらの実施形態に限定されないものである。本発明の対象物は、このほかすべての実施形態、特に下記の代案をも含む：
【００３２】
即ち、図１に示した実施形態に代わるものとして、傾動エレメント１０の外側回転支持面５０を凸面に、それに対応してカウンタベアリング４０の中央の回転支持面６０を凹面に形成することも可能である。回転支持面のそのほかのペアに対しても同じことが当てはまる。
【００３３】
または、図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）に示した圧電アクチュエータに代わるものとして、サーボモータを使用することもできる。たとえば引張エレメント２０および３０にラックを１つずつ取り付け、上記のサーボモータと組み合わせたピニオンをこれらのラックに噛み込ませることや、あるいは引張ロープを用いて動作させることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の傾動または旋回位置決め手段によれば、傾動エレメントとカウンタベアリングエレメントとを備え、傾動エレメントが旋回可能な状態でカウンタベアリングに支持されており、支持を行うため凸面回転支持面が凹面回転支持面に接すること、及び凹面回転支持面の半径が凸面回転支持面の半径より大きい構成としたので、大きな力の伝達と強い剛性を持つ構造とが取付空間が小さい場合でも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による傾動または旋回位置決め手段または装置の横断面図である。
【図２】本発明による傾動または旋回位置決め手段または装置の第１実施形態の調節状態を示す横断面図である。
（ａ）は、圧電アクチュエータ１００及び１１０が同電圧のため同じ長さとなっている状態を示す。
（ｂ）は、圧電アクチュエータ１００’が電圧上昇のため長くなり、圧電アクチュエータ１１０’が電圧低下のため短くなった状態を示す。
（ｃ）は、圧電アクチュエータ１００”が電圧低下のため短くなり、圧電アクチュエータ１１０”が電圧上昇のため長くなった状態を示す。
【図３】本発明による傾動または旋回位置決め手段または装置の第２実施形態の調節状態を示す横断面図である。
（ａ）は、圧電アクチュエータ１００が中央値電圧のため、引張りバネ１２０と同じ長さとなった状態を示す。
（ｂ）は、圧電アクチュエータ１００’が電圧上昇のため長くなり、引張りバネ１２０が初期位置まで収縮した状態を示す。
（ｃ）は、圧電アクチュエータ１００”が電圧低下のため短くなり、引張りバネ１２０が伸びた状態を示す。
【図４】図１〜３の実施形態の傾動エレメントを示す斜視図である。
【図５】引張エレメントの末端とそこに取り付けたスラストエレメントを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  傾動エレメント
２０、３０  上部および下部の引張エレメント
２１、３１  上部および下部のスラストエレメント
２５、３５  上部および下部の貫通箇所
２９、３９  引張エレメント２０および３０の外側末端
４０  カウンタベアリングエレメント
５０  外側の凹面回転支持面
５１、５２  上部および下部の内側凹面回転支持面
６０、６１、６２  中央、上部および下部の凸面回転支持面
１００、１１０  圧電アクチュエータ
１２０  引張バネ
１３０  壁またはフレーム
ａ１、ａ２、ａ３  第一、第二および第三の軸
Ａ、Ｂ  傾動エレメント１０の内側および外側の表面領域
Ｐ１、Ｐ２  方向を示す矢印
【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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