(57)【要約】ロッキング油圧アクチュエータはシリンダ、及び伸張位置から収縮位置に油圧回路によって移動可能であるメインピストンを有する。該アクチュエータは、該メインピストンのロックピストン穴の中で摺動するロックピストンを含むロック機構を有する。１つまたは複数のロックセグメントは該メインピストン内の長穴により保持され、心押し台ハウジング及びシリンダ内で半径方向に抑制されてよい。該ロックセグメントは該メインピストンをロック位置に維持する。該ロックセグメントは、一方が近位の面、他方が遠位の面にある２つの直線テーパを有し、軸に沿った装填力を分散されたロードにより該シリンダ及びメインピストンに伝達し、それにより点接触ロード及び材料変形を回避する。該ロックピストン、ロックセグメント、ピストン、及びシリンダは異なる硬度を有してよい。
2006520880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側放射面と、長手方向軸、及びシリンダ停止面とを有するシリンダと、
前記シリンダ内に摺動するように配置され、ロックピストン穴を有するメインピストンであって、外側放射面から前記ロックピストン穴にそれを通して配置される１つまたは複数の長穴を有し、前記長手方向軸に沿って可動である前記メインピストンと、
前記長手方向軸のいずれの方向でも第１の位置から第２の位置へ前記ロックピストン穴の中で摺動自在に配置されるロックピストンであって、第１の直径の第１セクション及び前記第１の直径より大きい第２の直径の第２セクションを有する前記ロックピストンと、
前記メインピストンを前記ロックピストンに接続し、前記ロックピストンに一方の方向であらかじめ荷重を与える弾性結合器と、
前記１つまたは複数の長穴の中に配置され、近位直線テーパと遠位直線テーパ、及びシリンダに当接する面を有する１つまたは複数のロックセグメントであって、前記１つまたは複数のロックセグメントのそれぞれが外側放射面と内側放射面と、第１の側面と第２の側面と、近位面と遠位面とを有し、前記１つまたは複数のロックセグメントが、前記シリンダに当接する面のそれぞれが前記シリンダ停止面に接し、前記メインピストンが前記長手方向軸に沿って解除位置まで不動であるロックされた位置から半径方向に可動であり、分散された負荷によって前記ピストンと前記シリンダの間で力を移す前記１つまたは複数のロックセグメントと、
を備えるロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２】
前記シリンダに接続される心押し台ハウジングをさらに備える請求項１に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項３】
前記ロック位置において、前記シリンダに当接する面が前記停止面に接触し、それぞれの前記内側放射面が前記第２セクションに接触し、前記近位テーパのそれぞれが対応する近位長穴面に接触し、前記遠位テーパが対応する遠位長穴面に接触し、前記解除位置において前記内側放射面のそれぞれが前記第１セクションに接触する請求項１に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項４】
前記ロックピストンが、前記第１の直径から前記第２の直径に変化する直径の中間セクションをさらに備える請求項１に記載のロッキングアクチュエータ。
【請求項５】
前記第２セクションの前記直径が一定である請求項１に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項６】
前記メインピストンが、メインピストンヘッド直径を有するメインピストンヘッドをさらに備える請求項３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項７】
それぞれの前記近位直線テーパが前記近位面の２つの平らな面の共通部分を備える請求項３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項８】
それぞれの前記遠位直線テーパが前記遠位表面の２つの平らな面の共通部分を備える請求項３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項９】
それぞれの前記近位直線テーパが、前記近位面の２つの平らな面の斜めの共通部分を備える請求項３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１０】
それぞれの前記遠位直線テーパが、前記遠位面の２つの平らな面の斜めの共通部分を備える請求項３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１１】
それぞれの前記近位直線テーパが、前記近位面の２つの平らな面の丸みを帯びた共通部分を備える請求項３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１２】
それぞれの前記遠位直線テーパが、前記遠位面の２つの平らな面の丸みを帯びた共通部分を備える請求項３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１３】
前記ロックピンと連通するロック位置インジケータ機構をさらに備える請求項３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１４】
前記の１つまたは複数のロックセグメントがロックセグメント材料硬度を有し、前記シリンダがシリンダ材料接触面硬度を有し、前記メインピストンがメインピストン材料接触面硬度を有し、前記メインピストン材料接触面硬度が前記ロックセグメント材料硬度及び前記シリンダ材料接触面硬度のそれぞれと異なり、前記ロックセグメント硬度が前記シリンダ材料接触面硬度と異なる請求項３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１５】
前記ロックセグメント材料硬度がロックウェルＣ硬度計で約５８から約６０の間である請求項１４に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１６】
前記シリンダ材料接触面硬度がロックウェルＣ硬度計で約５２から約５６の間である請求項１４に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１７】
前記ロックピストンが、前記ロックセグメント材料硬度と前記シリンダ材料接触面硬度のそれぞれと異なるロックピストン硬度を有し、前記ロックセグメント材料硬度が前記シリンダ材料接触面硬度と異なる請求項１４に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１８】
前記ロックピストン硬度がロックウェルＣ硬度計で約６０から約６５の間である請求項１７に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項１９】
前記１つまたは複数のロックセグメントがＡＩＳＩ−５型特殊鋼である請求項１４に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２０】
前記ロックピストンがＡＩＳＩ  Ｅ５２１００型鋼製である請求項１４に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２１】
前記ピストンヘッド直径が約５ミルから約１０ミル、前記シリンダの前記メインピストン直径を超える請求項６に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２２】
前記１つまたは複数のロックセグメントの前記それぞれと対応する長穴の間の隙間が約２分の１ミルから約３ミルの間である請求項６に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２３】
前記ロック位置インジケータ機構が、
前記ロックピストンと連通し、前記ロックピストンの前記ロック位置に対応するロックされた位置から前記ロックピストンの前記解除位置に対応する解除位置に移動可能であるロック位置インジケータピストンであって、第１の直径から、前記第１の直径より大きい第２の直径に変化する直径のカム表面を有する前記ロック位置インジケータピストンと、
前記ロック位置インジケータボールが心押し台ハウジング内の穴の中に配置され、前記穴の第１の位置から前記穴の第２の位置に可動である、前記ロック位置インジケータピストンと接触するロックピストンボールと、
ロック信号または解除信号を発生するために動作可能であり、前記ボールと接触する開閉器と、
を備え、
前記ロック位置インジケータピストンが前記解除位置から前記ロック位置に移動するにつれ前記カム表面に力がかかると前記ロック位置ボールが前記第１の位置から前記第２の位置に移動するのに応じて前記開閉器が前記ロック信号を発生する請求項１３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２４】
前記カム表面が、前記ロック位置インジケータピストンが前記ロック位置から前記解除位置に移動するのにつれて移動すると、前記ロック位置ボールが前記第２の位置から前記第１の位置に移動するのに応じて前記開閉器が前記解除信号を発生する請求項２３に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２５】
前記ロック位置インジケータピストンを前記解除位置に押しやる傾向があるバイアスバネをさらに備える請求項２４に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２６】
前記開閉器から前記ロック位置ボールを離して押しやる傾向がある前記開閉器内のバイアスバネをさらに備える請求項２５に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２７】
前記シリンダを基準にして前記メインピストンを移動するために前記シリンダに、及び前記シリンダから作動油を供給する、及び受け取るために動作可能な油圧回路をさらに備える請求項２に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２８】
前記油圧回路が、前記シリンダ内に第１の油圧ポート及び第２の油圧ポートを備える請求項２７に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項２９】
前記弾性結合器がバネを備える請求項１に記載のロッキング油圧アクチュエータ。
【請求項３０】
メインピストンがシリンダ内で摺動するように配置され、前記メインピストンがメインピストン直径及び前記メインピストン内で摺動自在に配置されるロックピストンを有し、１つまたは複数のロックセグメントが前記メインピストンの長穴の中に半径方向に摺動自在に配置され、ロック位置から解除位置に半径方向に可動である型のロッキング油圧アクチュエータにおいて、
各ロックセグメントの近位面に配置される近位直線テーパ、及び各ロックセグメントの遠位面に配置される遠位直線テーパとであって、前記近位直線テーパが前記ロックセグメントの前記幅方向で前記ロッキング油圧アクチュエータ内で発現する軸方向負荷の応力を前記長穴の前記近位面に伝え、分散し、前記遠位直線テーパが前記ロックセグメントの前記幅方向で前記ロッキング油圧アクチュエータ内に発現する前記軸方向の負荷の応力を前記長穴の前記遠位面に伝え、分散する近位直線テーパ及び遠位直線テーパと、
を備える改善策。
【請求項３１】
前記１つまたは複数のロックセグメントがロックセグメント材料硬度を有し、前記シリンダがシリンダ材料接触面硬度を有し、前記メインピストンがメインピストン材料接触面硬度を有し、前記メインピストン材料接触面硬度が前記ロックセグメント材料硬度と前記シリンダ材料接触面硬度のそれぞれと異なり、前記ロックセグメント材料硬度が前記シリンダ材料接触面硬度と異なる請求項３０に記載の改善策。
【請求項３２】
前記メインピストンが、約５ミルから約１０ミル、前記メインピストンの直径を超えるメインピストンヘッド直径を前記シリンダ内で有する請求項３０に記載の改善策。
【請求項３３】
前記１つまたは複数のロックセグメントのそれぞれと対応する長穴の間の前記隙間が約２分の１ミルから約３ミルの間である請求項３０に記載の改善策。
【請求項３４】
ピストン及びシリンダアセンブリのためのロック機構であって、
前記ピストン及びシリンダアセンブリの前記ピストンの中に摺動自在に配置されるロックピストンと、
外側放射面から内側放射面に前記ピストンを通して配置される１つまたは複数の対応する長穴内に配置される１つまたは複数のロックセグメントであって、前記１つまたは複数のロックセグメントがそれぞれ近位直線テーパを有する近位面、遠位直線テーパを有する遠位面、及び幅を有し、前記１つまたは複数の長穴がそれぞれ近位面及び遠位面を有し、前記近位直線テーパが、前記ロックセグメントの前記幅方向で前記ピストン及びシリンダアセンブリ内に発現する軸方向の負荷の応力を前記長穴の前記近位面に伝え、分散し、前記遠位直線テーパが、前記ロックセグメントの前記幅方向で前記ピストン及びシリンダアセンブリ内に発現する前記軸方向の負荷の応力を前記長穴の前記遠位面に伝え、分散し、前記１つまたは複数のロックセグメントが、前記ロックピストンの移動に応じて、前記ピストンが前記シリンダ内でロックされるロック位置から、前記ピストンが前記シリンダ内で可動である解除位置に半径方向で可動である１つまたは複数のロックセグメントと、
備えるピストン及びシリンダアセンブリのためのロック機構。
【請求項３５】
前記ロックピストンと連通するロック位置インジケータ機構をさらに備える請求項３４に記載のロック機構。
【請求項３６】
前記ロック位置インジケータ機構が、
前記ロックピストンと連通し、前記ロックピストンの前記ロック位置に対応するロック位置から、前記ロックピストンの前記解除位置に対応する解除位置に可動であるロック位置インジケータピストンであって、第１の直径から、前記第１の直径より大きい第２の直径に変化する直径のカム表面を有する前記ロック位置インジケータピストンと、
前記ロック位置インジケータボールが心押し台ハウジング内の穴の中に配置され、前記穴の中の第１の位置から前記穴の中の第２の位置に可動である、前記ロック位置インジケータピストンと接触するロック位置ボールと、
前記ロック位置ボールと接触する、ロック信号または解除信号を発生するために動作可能な開閉器と、
を備え、
前記開閉器が、前記ロック位置インジケータピストンが前記解除位置から前記ロック位置に移動されるにつれ前記カム表面に力がかかると、前記第１の位置から前記第２の位置に移動する前記ロック位置ボールに応じて前記解除信号を発生する請求項３５に記載のロック機構。
【請求項３７】
ピストンヘッドの直径が、約５ミルから約１０ミル、前記シリンダのメインピストン直径を超える請求項３２に記載のロック機構。
【請求項３８】
前記１つまたは複数のロックセグメントのそれぞれと対応する長穴の間の隙間が約２分の１ミルと約３ミルの間である請求項３２に記載のロック機構。
【請求項３９】
前記カム表面が、前記ロック位置インジケータピストンが前記ロック位置から前記解除位置に移動されるにつれて移動すると、前記開閉器が、前記第２の位置から前記第１の位置に移動する前記ロック位置ボールに応じて前記解除信号を発生する請求項３６に記載のロック機構。
【請求項４０】
前記ロック位置インジケータピストンを前記解除位置に押しやる傾向があるバイアスバネをさらに備える請求項３７に記載のロック機構。
【請求項４１】
前記開閉器から離して前記ロック位置ボールを押しやる傾向がある前記開閉器内のバイアスバネをさらに備える請求項３６に記載のロック機構。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ピストンがシリンダの中に嵌合し、該ピストンの両側にある流体の圧力差によって該シリンダに沿って移動する油圧アクチュエータは種々の応用例で使用される。油圧アクチュエータは、大きな力にさらされる機械及び構造物の制御で一般的に使用される。例えば、これらのアクチュエータは航空機の飛行中及び着陸時に発現する大きな力に対抗し、制御するために回転翼航空機及び固定翼航空機で使用される。油圧アクチュエータは前輪式着陸装置、主着陸装置、スピードブレーキ制御面、及びフラップ制御面などの装置の位置制御を実現するためにこのような航空機で使用されてよい。
【０００２】
前述された応用例のようないくつかの応用例の場合、シリンダを基準にしてある特定の位置で油圧アクチュエータのピストンの位置を固定することが一定の条件下では望ましい場合がある。多くの場合、ピストン移動の一方の位置の末端または他方、つまり「ストローク」が選択される。ピストンの位置の末端は「伸張位置」及び「収縮位置」と呼ばれることがある。このような固定機能付き油圧アクチュエータは一般的にロッキング油圧アクチュエータまたはロッキングアクチュエータと呼ばれている。
【０００３】
油圧アクチュエータを固定するためにはさまざまなロック機構が使用されてきた。油圧アクチュエータは、作動油が油圧アクチュエータの油圧回路内に流れるのを妨げられ、このようにしてシリンダ内でのピストンの移動を妨げると発生することがある油圧ロッキングを通して固定されてよい。この種のロッキングはアクチュエータの加圧に依存し、アクチュエータの油圧回路内で漏れが発生するとき、流体を油圧アクチュエータに供給する油圧ポンプが運転不能であるとき、あるいは作動油内の汚染物質が油圧システム内の通路または構成部品を遮るときに発生することがあるアクチュエータ内の圧力が失われているときには信頼できない。ピストンは機械的に連動するパーツによって油圧アクチュエータのシリンダ内で固定されてもよい。
【０００４】
問題は油圧アクチュエータを機械的に固定することに起因する。これらの問題の中には、このようなロック機構が、ロック機構パーツの過剰な変形のために反復される装荷または多用の後にロック位置から解除される傾向があるという点がある。解除は、ロック機構内のパーツが、ロック機構パーツの材料の降伏強さを超える負荷状態のために変形するときに発生することがある。変形は、通常、このような油圧アクチュエータが大きな軸に沿った負荷、特に性質が周期的である、つまり油圧アクチュエータの長手方向軸に沿った伸張と圧縮の間で交互に起こるこのような負荷を経験するときに発生する。これらの種類の負荷状態は、例えば、着陸時に航空機の着陸装置で使用されるピストンアクチュエータ内を含む多くの異なる状況で発生する場合がある。
【０００５】
これらの問題に対処しようとする試みに関する情報は、米国特許番号第４，１６７，８９１号及び米国特許番号第４，２９５，４１３号に記載されている。しかしながら、これらの参考資料のどれも、アクチュエータの軸方向負荷を受けるメインピストン内のスロット長穴の過剰な変形、及びアクチュエータのロック機構の故障の可能性を生じさせるこのような軸方向負荷を受けるロックセグメントの回転癖という不利な点の１つまたは複数に苦しむ。
【０００６】
前記理由から、ロック機構構成部品の多大な変形を生じさせずにロック位置での周期的な軸方向負荷状態に繰り返し耐えることができるロッキング油圧アクチュエータに対するニーズがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ロック機構構成部品の多大な変形を生じさせずにロック位置での周期的な負荷状態に繰り返し耐え、それにより油圧アクチュエータのロック機構の変形を誘発する故障及び結果として生じる望ましくない解除を回避できる機能に対するニーズを満たすロッキング油圧アクチュエータを目的とする。
【０００８】
本発明の第１の実施形態は、内側放射面、長手方向軸、及びシリンダ停止面を有するシリンダを含むロッキング油圧アクチュエータを含む。メインピストンはシリンダ内で摺動し、１つまたは複数の長穴が外部放射面から通過するロックピストン穴を有する。メインピストンはメインピストンヘッドを含んでよく、メインピストンヘッドはメインピストンの直径より大きいメインピストンヘッド直径を有してよい。シリンダは心押し台ハウジングに接続されてよい。ロックピストンは、シリンダの長手方向軸に沿っていずれの方向でも第１の位置から第２の位置へロックピストン穴の中で摺動する。ロックピストンは第１の直径の第１セクションと、第１の直径より大きい第２の直径の第２セクションを有する。ロックピストンは、第１の直径から第２の直径に変化する直径の中間のセクション備えていてもよい。バネであってよい弾性結合器がメインピストンをロックピストンに接続し、バネは一方向でロックピストンをあらかじめ荷重を与えられた状態に保つ傾向がある。１つまたは複数のロックセグメントが含まれる。ロックセグメントは長穴の中で摺動し、各ロックセグメントは近位の直線テーパと遠位の直線テーパ、及びシリンダに当接する表面を有する。直線テーパはロックセグメントの２つの平らな面の共通部分を含んでよい。各ロックセグメントは外部放射面と内部放射面、第１の側面と第２の側面、ならびに近位面と遠位面も有してよい。ロックセグメントは、シリンダに当接する面のそれぞれがシリンダ停止面に接し、その位置ではメインピストンがアクチュエータ長手方向軸に沿って動かせないロック位置から、メインピストンがアクチュエータの長手方向軸に沿って可動である解除位置まで半径方向に可動である。
【０００９】
本発明の第２の実施形態は、メインピストンがシリンダ内で摺動自在に配置され、メインピストンがメインピストン内に摺動自在に配置されるロックピストンを有する型のロッキング油圧アクチュエータの改善策を含む。この型の油圧アクチュエータは、メインピストンの長穴の中で半径方向に摺動自在に配置され、ロック位置から解除位置に半径方向で可動である１つまたは複数のロックセグメントを有する。該改善策は、各ロックセグメントの近位面に配置される近位直線テーパと、各ロックセグメントの遠位面に配置される遠位直線テーパを含む。近位直線テーパはロックセグメントの全幅方向でロッキング油圧アクチュエータ内に発現する軸方向負荷からの応力を長穴の近位面に伝達、分散する。同様に、遠位直線テーパは、ロックセグメントの全幅方向でロッキング油圧アクチュエータ内に発現する軸方向負荷の応力を各長穴の前記遠位面に伝達し、分散する。改善策は、ロックセグメントはアクチュエータがロックされる半径方向に引き伸ばされた位置にある間に、一定の直径の１つまたは複数のロックセグメントに接する部分を有するロックピストンを含んでよい。メインピストンはメインピストンヘッドを含んでよく、メインピストンヘッドは、メインピストンの直径より大きいメインピストンヘッド直径を有してよい。
【００１０】
本発明の第３の実施形態は、ピストン及びシリンダアセンブリ用のロック機構を含む。ロック機構はピストン及びシリンダアセンブリのピストン内に摺動自在に配置されるロックピストンを含んでよい。ピストンはピストンヘッドを含んでよく、ピストンヘッドはピストンの直径より大きいピストンヘッド直径を有してよい。ロックピストンは第１の直径の第１セクションと第１の直径より大きい第２の直径の第２セクションの間に中間セクションを有する。含まれているのは、外側放射面から内側放射面へピストンを通して配置される１つまたは複数の対応する長穴の中に置かれる１つまたは複数のロックセグメントである。１つまたは複数のロックセグメントのそれぞれは、近位直線テーパを有する近位面と、遠位直線テーパを有する遠位面と、幅を有する。１つまたは複数のスロットのそれぞれは近位面及び遠位面を有する。ロックピストンはロック位置から解除位置に可動である。
【００１１】
ロック位置では、ロックピストンの第２セクションがロックセグメントの内側放射面の半径方向に内向きにある。解除位置では、第１セクションはロックセグメントの内側放射面から半径方向に内向きにある。ロックセグメントが軸方向負荷条件下でロック位置にあるとき、近位直線テーパはピストン及びシリンダアセンブリで発現する軸方向負荷から生じる応力を、ロックセグメントの幅方向で長穴の近位面に伝達、分散する。同じ条件下で、遠位直線テーパはロックセグメントの幅方向で長穴の遠位面に応力を伝達、分散する。ロックピストンの移動に応じて、１つまたは複数のロックセグメントは、シリンダ内でピストンが固定されるロック位置から、シリンダ内でピストンが可動である解除位置へ半径方向に可動である。ロックピストン第２セクションは一定の直径を有してよい。
【００１２】
本発明の多用な実施形態はロック位置インジケータ機構も含んでよい。本発明は、閉中心（オーバーラップ）、開中心（アンダーラップ）、または臨界中心（ゼロラップ）型の三方電気油圧式サーボ弁及び四方電気油圧式サーボ弁を含むが、これらに限定されないさまざまな型の油圧制御システムとともに使用されてよい。本発明は、１つまたは複数の単一ロッドアクチュエータまたは二重ロッドアクチュエータ、及び可変数のロックセグメントを含んでもよい。好適実施形態では、長穴を含むメインピストンの部分は、シリンダのメインピストンヘッドの直径に足りない、５千分の１インチと１万分の１インチの間、つまり５ミルと１０ミルの間である直径を有してよい。このようにしてメインピストンの直径を最大にすると、長穴面、及び力がロックセグメントに分散できる領域の表面積が拡大する。また、好適実施形態では、ロックセグメント及び長穴は、２分の１ミルと３ミルの間である隙間を有する。このようにしてロックセグメントで隙間を最小限に抑えることによって、ロックセグメント回転は最小限に抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、添付図面を読むに当たって以下の詳細の説明により理解できる。本発明による油圧アクチュエータ及びロック機構の以下の詳細な説明は一例であり、本発明の範囲を制限することを目的としない。
【００１４】
ここで使用されるように、用語「直線テーパ」は、２つの平らな表面の直線共通部分に対する参照を含む。用語は、２つの平らな面のそれぞれに関して斜めである表面に対する参照も含む場合がある。また、用語は２つの平らな表面の間の界面として平滑化されたあるいは丸みを帯びた斜面に対する参照も含んでよい。さらに、用語「近位」は、単一ロッド油圧アクチュエータ内のピストンの伸張位置から離れる方向に対する参照を含む。本発明とともに使用される二重ロッド油圧アクチュエータの場合、用語「近位」は油圧アクチュエータの中立位置に向かう方向に対する参照を含む。さらに、用語「遠位」は、単一ロッド型であるのか、二重ロッド型であるのかに関係なく、油圧アクチュエータ内のピストンの伸張位置に向かう方向に対する参照を含む。最後に、用語「硬度」は材料の表面硬度に対する参照を含む。
【００１５】
代表的な従来の技術のロッキング油圧アクチュエータがいま説明される。図１Ａを参照すると、それぞれ近端及び末端を備えるメインピストン及びシリンダを有する従来の技術の油圧アクチュエータで使用される典型的なロック機構１００の断面図が示されている。図示されているロック機構は収縮位置で機械的に固定するように構成される。
【００１６】
従来の技術のロック機構１００は、近端１１０ａ及び末端１１０ｂを有する油圧シリンダ１１０の部分と、メインピストン１１２の部分と、ロックピストン１１４と、１つまたは複数のロックセグメント１１６を含む。該１つまたは複数のロックセグメントは外側１１６ａ放射面及び内側１１６ｂ放射面を有し、メインピストン１１２の長穴１１８の中に配置される。メインピストン１１２は近端１１２ａ、末端１１２ｂ、及び外側放射面１１２ｃを有する。メインピストン１１２は内側放射面１１２ｅにより形成されるロックピストン穴１１２ｄも有する。メインピストン１１２及びロックピストン１１４は、一方向でロックピストン１１４にあらかじめ荷重を加え、メインピストン１１２とロックピストン１１４をある距離離して保つ傾向があるバネ１３８によってともに結合される。ロックピストン１１４は、シリンダ１１０内で摺動するメインピストン１１２内で摺動する。シリンダ１１０は、ロック機構がロック位置にあるときにロック機構１００内にロックセグメント１１６を含む内側放射面１２２を有する心押し台ハウジング１２０に接続される。ロックセグメント１１６は、ロックピストン１１４の運動に応じて、ロックピストン１１４またはシリンダ１１０の接触面１２４によって長穴１１８内でアクチュエータ長手方向軸を基準にして半径方向に移動される。ロックセグメント１１６が心押し台ハウジング１２０内のその最も外側の放射位置に対応するロック位置にあるときに、メインピストン１１２は理想的な条件下でシリンダ１１０を基準にして固定されている。ロックピストンは直径が直線状に変化する先細部分１１４ａを有する。ロックピストン１１４の移動はピストン止め具１３２ａ、１３２ｂによって制限される。
【００１７】
従来の技術のロッキング油圧シリンダの運転中、１つまたは複数のメインピストンシール１２８ａ、１２８ｂの片側の作動油の圧力が上昇する。結果として生じる力は圧力増加を受けるメインピストン１１２の側面上での表面積の一部にかけられ、その結果メインピストン１１２は油圧アクチュエータの長手方向軸に沿って移動する。メインピストン１１２が心押し台ハウジング１２０に向かってその収縮位置に押しやられると、バネ１３８が圧縮され、ロックピストン１１４は同じ収縮方向で押される。ロックピストン１１４がメインピストン１１２に押されるにつれ、ロックピストン１１４はロックセグメント１１６の下で摺動し、ロックセグメント１１６に外向き半径方向の力をかける。
【００１８】
ロックセグメント１１６がシリンダ１１０の近端１１０ａを通り過ぎて摺動すると、各ロックセグメントの外側放射面１１６ａは心押し台ハウジング１２０の内部放射面１２２により示される直径がさらに大きくなるためにメインピストン１１２の円周の外側に移動できるようになる。ロックピストン１１４がシリンダ１１０の近端１１０ａまで完全に摺動し、その結果としてロックセグメント１１６がその末端放射位置へ外向きに押されると、メインピストン１１２は、シリンダの接触面１２４と接触し、メインピストンがピストン止め具１３２ａと接触することによりロックセグメント１１６は移動するのを妨げられる。その結果、メインピストン１１２は適所で固定されるようになる。
【００１９】
メインピストン１１２を分離するために、ロックピストン１１４及びロックピストンシール１１４ｂの近端での作動油の圧力が、ロックピストンシール１１４ｂの末端側の作動油圧力を基準にして高められる。この圧力の増加がメインピストン１１２の末端に向かってロックピストン１１４を押す傾向がある力の増加を生じさせ、最終的にはロックピストン１１４を移動させ、バネ１３８を圧縮する。半径方向の意味でロックセグメント１１６の下にあるロックピストン１１４が、ロックピストンの小さい方の直径がロックセグメント１１６の下にあるように移動されるとき、ロックセグメント１１６はシリンダ１１０の接触面１２４によって内向きに、各ロックセグメント１１６の外側放射面１１６ａが半径方向にメインピストン１１２の円周内にある点まで押しやられる。その結果、ロック機構は解除され、シリンダ１１０内で移動するためにメインピストン１１２を解放する。
【００２０】
図１Ｂを参照すると、メインピストン１１２及びシリンダ１１０をそれらの共通の長手方向軸１０１に沿って引っ張って離す傾向がある引張り軸方向負荷条件下にある従来の技術のロック機構１００の部分が示されている。ロック機構は、ロックセグメント１１６がシリンダ接触面１２４に当接するロック位置で示されている。ロックピストン１１４及びロックピストンシール１１４ｂはメインピストンの内側放射面１１２ｅと接触して示されている。心押し台ハウジング（不図示）はロックセグメント１１６の外側放射面１１６ａに隣接する。ロックピストン１１４の先細部分１１４ａの形状のため、ロックセグメント１１６のそれぞれの内部放射面１１６ｂは、ロック機構が固定され、引張り軸方向負荷条件下にあるときにはアクチュエータの長手方向軸１０１から離れて行く場合がある。その結果としてロックセグメント１１６はこのような負荷条件下でメインピストンスロット１１８内で回転する傾向がある。ロックセグメント回転１１９は、このような軸方向負荷状態について示される。長穴１１８は近位メインピストン端部１１２ａ近くでメインピストン１１２の曲線状の外形を通して形成されるため、ロックセグメント１１６は、引張り荷重及び圧縮荷重を含むこのような軸方向負荷条件下で少なくとも２つの回転軸で旋回または振動してよい。１つの回転軸１１７ａは、例えばロックピストン穴１１２ｄ近くの弦または線分に沿ってなど長穴１１８内の曲線状の外形の端部を接続する弦に沿って発現してよい。別の回転軸１１７ｂはメインピストン１１２の外側放射面１１２ｃ上の長穴１１８の端縁で発現してよい。
【００２１】
油圧アクチュエータ１００の軸方向負荷は、各ロックセグメント１１６を通して各ロックセグメント１１６のためのわずか２点、つまりロックセグメント１１６の近位側と遠位側のそれぞれに１点ずつによりメインピストン１１２からシリンダ１１０に伝達されるため、点接触負荷などの危険な負荷状態が発生することがある。このような点接触負荷は油圧アクチュエータ１００が経験する軸方向の力を集中させることがあり、ピストン、シリンダ及びロック機構材料の降伏強さを超える応力を生じさせることがある。その結果生じる応力は、（１）接触面１２４などのロックセグメント対シリンダ面、（２）長穴１１８と放射メインピストン面１１２ｃ、１１２ｅの面などのロックセグメント対ピストン面、及び／または（３）ロックセグメント１１６の過剰な変形を生じさせることがある。長穴変形などのこのような変形は過剰なロックセグメント回転につながる場合があり、通常引張り軸方向負荷状態により生じる。負荷状況が周期的な装荷の間に逆転されると、通常、ピストン１１２が、逆転する負荷に反作用するあるいは対抗するピストン止め具１３２ａで最も低い位置にあるために、長穴１１８の反対側の端縁はロックセグメント１１６によって変形されない。ロックセグメント回転１１９は、ロックピストン１１４をロックピストン穴１１２ｄ内で突然再配置または移動させ、それによりロックセグメント１１６がシリンダ接触面１２４との接触を解放し、長穴１１８内で半径方向に内向きに移動できるようにする。このような条件下では、油圧アクチュエータ１００は機械的に解除できる。このような意図しない解除が起こるときには、機械故障、構造上の故障、及びおそらく負傷や人命の損失が発生する場合がある。
【００２２】
図２は、線１−１に沿って取られる図１Ａの従来の技術のロック機構の断面図を示す。４つのロックセグメント１１６がシリンダ１１０の外面の中に、及びロックピストン１１４を基準にして半径方向に伸張した位置に示される。各ロックセグメント１１６について、外側放射面１１６ａがシリンダ１１０及び接触面１２４に関して示される。ロックセグメント１１６のそれぞれの内側放射面１１６ｂはロックピストン１１４の先細部分１１４ａと接触して示されている。図１の従来の技術のロック機構の場合、及び類似したロック機構の場合、変形が発生するロック機構の典型的な位置が示されている。例えば、メインピストン１１２の外側放射面１１２ｃ上の外側長穴変形１５０の点または領域の相対的な位置が示されている。また、メインピストン１１２の該１１２ｅの内側放射面近くの長穴１１８の面に長穴面変形１５２の点または領域も示されている。
【００２３】
ここで図３Ａを参照すると、線２−２に沿って取られる図１Ａの従来の技術のロック機構が示されている。長穴１１８（一方が示されている）は、メインピストン１１２内に存在し、曲線状の表面１１８ａを有して示されている。長穴１１８はメインピストンの外側放射面１１２ｃをロックピストン穴（不図示）に接続する。油圧アクチュエータ内の引張り軸方向荷重がもたらす点接触負荷状態の場合、メインピストンの外側放射面１１２ｃ上の変形１５０の領域はメインピストン近端１１２ａを基準にして示される。図３Ｂは線３−３に沿って取られる図３Ａのピストン１１２の断面を示す。長穴１１８の面にかかる点接点負荷に関連する変形１５２の領域は、長穴１１８の曲線状の表面１１８ａの両側に示される。図３Ｃは線４−４に沿った図３Ａのピストンの断面を示す。メインピストン１１２の外側放射面１１２ｃ上の点接触負荷と関連する変形１５０の領域は長穴１１８の曲線状の面１１８ａの片側に示される。
【００２４】
図４Ａは、図１Ａの従来の技術のロック機構の１つのロックセグメント１１４の斜視図を示す。図４Ｃは切断線５−５に沿った図４Ｂのロックセグメントの断面図を示すが、図４Ｂは、図４Ａのロックセグメントの側面図を示す。これらの図では、ロックセグメント１１６は、それぞれ外側放射面、内側放射面、近位面及び遠位面、１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、及び１１６ｄを有するとして示されている。図中のロックセグメントは、側面１１６ｅ、１１６ｆ、及びシリンダ係合面１１６ｇも有する。曲線状の共通部分１１６ｈはシリンダ係合面１１６ｇと遠位面１１６ｄの間に存在する。ロックセグメント１１６も、遠位面１１６ｄと底部遠位面１１６ｊの間に曲線状の共通部分１１６ｉを有する。
【００２５】
図１Ａから図４Ｃの前述された従来の技術のロック機構とは対照的に、本発明はロック機構パーツの危険な点接触負荷を回避する油圧アクチュエータ及びロック機構を含む。アクチュエータが経験する軸方向負荷は、分散された負荷及び材料硬度制御によってアクチュエータとロック機構パーツの間で移動される。さて図５を参照すると、本発明のある実施形態５００によるロッキング油圧アクチュエータがこれから説明される。油圧アクチュエータは、シリンダ内部体積５０９を形成する内部放射面５１０ｃを有する油圧シリンダ５１０を含むことがある。メインピストン５１２は同軸のようにシリンダ５１０内で摺動してよい。シリンダ５１０は、心押し台ハウジング５２０に接続される近位シリンダ端部５１０ａを有する。シリンダ５１０は、メインピストン５１２が通常の運転でそれを通って摺動する開口部のある遠位シリンダ端部５１０ｂも有する。メインピストンのシリンダ末端５１０ｂへの運動を妨げる働きをするシリンダ止め面５１０ｄは、シリンダ５１０の近端５１０ａ上で形成されてよく、油圧アクチュエータが固定されると１つまたは複数のロックセグメント５４２に接触してよい。止め面５１０ｄはシリンダの外部放射面に斜めの環状曲面であってよい。シリンダ５１０は、出力接続５１４、近位シリンダ端部５１０ａで例えば航空機構造取り付け軸受けなどの出力接続を有してよい。
【００２６】
メインピストン５１２は、２つの端部、つまりシリンダ５１０内にあり近位シリンダ端部５１０ａにさらに近いメインピストン近端５１２ａ、及びシリンダ５１０にとって外部であってよいメインピストン末端５１２ｂを有する。メインピストン５１２は、メインピストン５１２とシリンダ５１０の間の油圧シールを促進する１つまたは複数のメインピストンヘッド５１２ｃを有してよい。メインピストン５１２は、メインピストン５１２の内部放射面５１２ｄにより形成されるロックピストン穴５１６を有する。ロックピストン穴５１６は、例えばメインピストン近端５１２ａで示されるように、メインピストン５１２の一方の端部内に形成されてよい。シリンダ末端５１０ｂは、ピストン近端５１２ａとピストン末端５１２ｂの間に配置されてよい。ピストン５１２は、ピストン末端５１２ｂに、例えばアクチュエータ出力取り付け軸受けなどの出力接続部５１８も有してよい。
【００２７】
シリンダ近端５１０ａは、心押し台内部放射面５２４により形成される心押し台ハウジング内部体積５２２を有する心押し台ハウジング５２０に接続される。心押し台ハウジング５２０はロック位置インジケータ機構５３０及びロック機構５４０を含んでよい。ロッキング機構５４０は１つまたは複数のロックセグメント５４２、及びロックピストン穴５１６内に嵌合するロックピストン５４４を含んでよい。該１つまたは複数のロックセグメント５４２は、メインピストン５１２に形成される長穴５１５内に配置され、長穴５１２内で摺動自在である。心押し台ハウジング内部放射面５２４及びシリンダ内部放射面５１０ｃは、油圧アクチュエータ内に半径方向でロックセグメント５４２を含む。心押し台ハウジング５２０、ロック位置インジケータ機構５３０、及びロッキング機構５４０は、図６と図７に関して以後さらに詳細に説明される。
【００２８】
図５を続けて参照すると、メインピストン５１２の一部、例えばピストン近端５１２ａ及びメインピストンヘッド５１２ｃは油圧回路内にある。長穴５１５を含むメインピストン５１２の部分は、メインピストンヘッド５１２ｃの直径以下の、例えば５千分の１インチと１万分の１インチの間、つまり５ミルと１０ミルの間など、メインピストンヘッド５１２ｃの直径より小さい直径を有してよい。油圧回路は、作動油を加圧し、シリンダ５１０に供給するための油圧ポンプ、及び１つまたは複数の収縮線路、１つまたは複数の伸張線路、及び油圧制御要素などの他の部分（不図示）を含んでよい。油圧制御要素は、閉中心型、開中心型、または臨界中心型の三方電気油圧式サーボ弁及び四方電気油圧式サーボ弁、及び電磁弁を含んでよいが、これらに限定されない。油圧回路の一般的な特徴は当業者にとって明らかになるので、明確にするために示されていない。油圧回路内では、例えばピストン近端５１２ａとメインピストンヘッド５１２ｃなど、ピストンの関連性のある部分全体で、ピストン５１２とシリンダ５１０の間の適切に閉じたぴったりとした嵌合またはシールによって圧力差が維持できる。油圧シールを作り出すのに十分であるこのような閉じた嵌合は、ピストン５１２の円周の環状の溝に存在する可能性がある１つまたは複数のメインピストンシール５１３、５１３ａ（図９）によって容易にされてよい。収縮線路及び拡張線路は、シリンダ５１０または心押し台ハウジング５２０内のポート、例えば５１７ａ、５１７ｂに接続してよい。ポート５１７ａ、５１７ｂはシリンダ５１０または心押し台ハウジング５２０を通して、メインピストンシール（複数の場合がある）５１３を基準にして油圧回路の片側でのシリンダ内部体積５０９と心押し台内部体積５２２によって形成される内部体積まで形成される作動油のための通路に接続される。作動油は、メインピストンシール（複数の場合がある）５１３を基準にして油圧回路の片側でロックピストンに作用するために、メインピストン５１２内のポート５５３を通過してよい。ロックピストン５４４とメインピストン５１２の間に油圧シールを促進するための１つのまたは複数のロックピストンシール５５１があってもよい。
【００２９】
いまは図６を参照すると、ロッキング油圧アクチュエータ５００の心押し台ハウジング５２０、ロック位置インジケータ機構５３０及びロック機構５４０がここでさらに詳しく説明される。ピストン５１２はシリンダ５１０内で摺動し、メインピストンヘッド５１２ｃはシリンダ内側放射面５１０ｃに沿って摺動してよい。心押し台ハウジング５２０は、シリンダ５１０の近端５１０ａに不動に接続されてよく、心押し台内部放射面５２４により形成される心押し台内部体積５２２内でメインピストン近端５１２ａを受け取る。心押し台ハウジング５２０は、心押し台内部体積５２２内の作動油運転差動圧力を保つために十分である任意の方法でシリンダ５１０に接続されてよい。例えば、ネジ接続５２７が図示されているが、適切な代替策はスナップ嵌め接続、溶接接続、または機能的に同等なものを含む。補足の高圧シール５４９も存在してよい。ピストン末端５１２ｂ及びシリンダ末端５１０ｂの方向も示される。出力接続５１４は、心押し台ハウジング５２０に取り付けられて示される。やはり示されているのは、心押し台５２０内の作動油ポート５１７ａ及びメインピストン５１２内のポート５５３である。
【００３０】
ロック機構５４０は、該１つまたは複数のロックセグメント５４２、及びメインピストン穴５１６内で摺動するロックピストン５４４を含む。ロックピストン５４４はロックピストンシール５５１を有し、コイルバネ５８８でメインピストン５１２に接続される。ロックセグメント５４２のそれぞれは外側放射面５４２ａ、及びロック及び解除中に内側放射面５４２ｂの下でロックピストン５４４が摺動するときにロックピストン５４４のさまざまな直径を受け入れるように成形される内側放射面５４２ｂを有する。ロックセグメント５４２のそれぞれは、近位直線テーパ５４６ａ及び遠位直線テーパ５４６ｂも有する。ロック機構の通常の運転中、ロックセグメント５４２は、近位直線テーパ及び遠位直線テーパ５４６ａ−ｂによってシリンダとメインピストンの間で力を移す。ロック機構５４０が固定された状態にあるとき、ロックセグメント５４２は分散されたまたは線接触の負荷によりシリンダ５１０とメインピストン５１２の間で負荷を移動し、その結果として点接触負荷を受けない。その結果、ロックセグメント５４２は通常の運転条件下では変形せず、このようにしてロック機構５４０の望ましくない解除を妨げる。ロックピストンの長手方向の移動は、それぞれロックピストン止め具５８９ａと５８９ｂによって油圧アクチュエータの長手方向軸に沿った遠位方向及び近位方向で制限されてよい。ロックピストン５４４は第１の直径の第１セクション５４４ａ、第１の直径より大きい第２の直径の第２セクション５４４ｂ、及び第１セクションと第２セクション間で変化する直径の中間セクション５４４ｃを有する。ロックピストンシール５５１は、ロックピストン穴５１６のロックピストン５４４の近位側と遠位側の間で油圧回路内の油圧シールを確実にするために存在してよい。補足シール５９０も存在してよい。
【００３１】
図６を続けて参照すると、ロック位置インジケータ機構５３０も含まれてよい。このロック位置インジケータ機構５３０は、油圧アクチュエータのロック状態または解除状態を、例えばパイロットなどのオペレータに示すために本実施形態に存在する。好適実施形態では、ロック位置インジケータ機構５３０は、ロックピストン５４４の移動に続くロック位置インジケータピストン５３２を含む。ロック位置インジケータピストン５３２は１つまたは複数のシール５３３を有してよく、油圧、直接結合、バネ５３５等の使用を含むが、これらに限定されない適切な方法によりロックピストン５４４の移動に続くことが余儀なくされることがある。ロック位置インジケータピストン５３２は、インジケータボール５３６と接触してよいカム面５３４を有してよい。ロック位置インジケータピストンの一部は補足シール５９０内で移動してよい。カム面５３４は、ロック位置インジケータピストン５３２がロックピストン５４４と連動して移動するときに、インジケータボール５３６が外向き位置から内向き位置に半径方向に前後に移動できるようにしてよい。インジケータボール５３６は、ロッキング油圧アクチュエータ５００がロック位置にあるときに半径方向に外向きの位置にあってよい。インジケータボール５３６は、オペレータに信号５３９を送信する開閉器５３８に接触してよい。ロック位置表示信号５３９は油圧アクチュエータ５００内のピストン５１２のロック状態または解除状態を示す。
【００３２】
図７Ａを参照すると、線６−６に沿って取られる図６のロック機構の断面図が示されている。４つのロックセグメント５４２は、メインピストン５１２及びロックピストン５４４を基準にして半径方向に拡張された位置に示されている。ロックセグメントの外側放射面５４２ａは、シリンダ５１０及びシリンダ停止面５１０ｄを基準にして示される。内側放射面５４２ｂは、ロックピストン第１セクション５４４ａの直径より大きい一定の直径を有するロックピストン第２セクション５４４ｂと接触している。外側放射面５４２ａは平らまたは曲線状であってよい。各ロックセグメント５４２は、好適実施形態では油圧アクチュエータ５００（図６）の長手方向軸に平行である２つの側面５４２ｃ、５４２ｄを有してよい。ロックセグメントのそれぞれは、さらに、それぞれ図６に図示されるメインピストン近端５１２ａ及びメインピストン末端５１２ｂに向かって、近位ロックセグメント面５４２ｅ及び遠位ロックセグメント面５４２ｆを含む。近位ロックセグメント面及び遠位ロックセグメント面はそれぞれ２つの平らな面を含んでよい。近位ロックセグメント面５４２ｅは近位直線テーパ５４６ａを有する。遠位ロックセグメント面５４２ｆは遠位直線テーパ５４６ｂを有する。ロックセグメント５４２のそれぞれは、シリンダに当接する表面５４２ｇ、及び共通部分５４２ｈをさらに有してよい。図７Ａでは、ピストンヘッド５１２ｃはピストン５１２の直径より大きな直径で示される。
【００３３】
前記に述べられたように、ロックセグメント５４２のそれぞれは近位直線テーパ５４６ａ及び遠位直線テーパ５４６ｂを有する。直線テーパ５４６ａ、５４６ｂは、それぞれ近位ロックセグメント面５４２ｅ及び遠位ロックセグメント面５４２ｆのそれぞれの２つの平らな面の直線共通部分を含んでよい。各直線テーパは、それぞれ近位ロックセグメント面５４２ｅ及び遠位ロックセグメント面５４２ｆのそれぞれの２つの平らな面のそれぞれに関して斜めであるあるいは丸みを帯びている表面も含んでよい。軸に沿った負荷条件下では、ロックセグメント５４２が回転する傾向があるにつれ、遠位直線テーパ５４６ｂが対応する長穴５１５の遠位面５１５ｂに軸方向の負荷を移す（図７Ｂ）。遠位直線テーパ５４６ｂが従来の技術の装置においてのように単に１点または２点だけではなく、ロックセグメント５４２の全幅方向で遠位長穴面５１５ｂに接触してよいため、応力は最小限に抑えられ、危険な点接触負荷が回避される。同じことが、ロックセグメント５４２の全幅に対応する全直線テーパ５４６ａ全体で長穴５１５の近位面５１５ａに軸方向の負荷を移す近い直線テーパ５４６ａに当てはまる。直線テーパ５４６ａ、５４６ｂの存在が、ロックセグメント５４２とピストン長穴５１５の間に密接な許容度制御に起因するロック機構内でのロックセグメントの限られた回転に対処する一方で、油圧アクチュエータの軸方向の負荷の分散された非点負荷移動を可能にする。図７Ｂは、線７−７に沿って取られる図７Ａのロック機構の断面図を示し、図１Ｂに図示されるように従来の技術に比較して本発明の使用を伴う変形の欠如を示す。
【００３４】
図８Ａに関して、図５及び図６のロック機構５４０の１つのロックセグメント５４２の斜視図が示される。側面５４２ｃ、５４２ｄ、近位面５４２ｅ及び遠位面５４２ｆだけではなく外側及び内側放射面５４２ａ、５４２ｂも示される。シリンダに当接する面５４２ｇが示される。近位テーパ５４６ａ及び遠位テーパ５４６ｂも示され、直線の特性を有してよく、前述されたように油圧アクチュエータ内での軸方向の力の分散に対処し、それによりロック機構内の危険な点接触負荷状態を回避できる。ロックセグメント５４２のそれぞれは、共通部分５４２ｈ、下部遠位面５４２ｊ、及び上位近位面５４２ｋをさらに有してよい。図８Ｂでは、図８Ａのロックセグメント５４２の側面が示されている。シリンダに当接する表面５４２ｇ及び遠位面５４２ｆの近位５４６ａ及び遠位５４６ｂ直線テーパ及び共通部分５４２ｈが示される。側面テーパ５４２ｉは、ロックセグメント５４２の側面のそれぞれに存在してよい。下部遠位面５４２ｊと遠位面５４２ｆは遠位直線テーパ５４６ｂで接合し、上部近位面５４２ｋと近位面５４２ｅは近位直線テーパ５４６ａで接合してよい。図８Ｃは、線８−８に沿って取られる図８Ｂのロックセグメント５４２の断面を示す。直線テーパ５４６ａ、５４６ｂは、図５及び図６に図示されるようにメインピストン５１２の長穴の表面５１５ａ、５１５ｂ全体で分散された負荷、例えば線荷重を提供する。
【００３５】
ここで図９Ａを参照すると、ロック機構５４０が解除位置にあり、油圧アクチュエータのピストン５１２が部分的に引き伸ばされている図５及び図６のロック機構５４０の拡大図が示されている。シリンダ近端５１０ａは、ネジ接続５２７によって心押し台ハウジング５２０に接続して示されている。このような解除位置では、ロックセグメント５４２の外側放射面５４２ａはシリンダ５１２の内側放射面５１０ｃの円周内にあり、ピストン５１２が油圧回路の力に応えてシリンダ５１２に沿って摺動できるようにする。その解除位置では、ロックピストン５４４が、ロック位置を基準にして油圧アクチュエータの長手方向軸に沿ってメインピストン末端５１２ｂに向かって移動される。ロック位置インジケータピストン５３２は、その解除位置で示される。ロックピストン５４４のこの位置により、ロックセグメント５４２の内側放射面５４２ｂが、ロックピストン５４４の第１セクション５４４ａを、第２セクション５４４ｂの第２の直径より小さい第１の直径と係合するために半径方向で内向きに移動することができる。ロックセグメント５４２は、シリンダロック面５１０ｄとの接触によって半径方向に内向きに押しやられ、その移動がロックセグメントの外側放射面５４２ａをシリンダの内側放射面５１０ｃから外す。ピストン末端５１２ｂ及びシリンダ末端５１０ｂの方向も示されている。
【００３６】
図９Ｂは、引張り軸方向荷重を受け、ロック位置にある油圧アクチュエータ付きの、図５及び図６のロック機構の拡大図を示す。ロックピストン５４４は、そのロック位置にある位置インジケータピストン５３２と接触して示されている。分かるように、このような負荷を受けて、ロックセグメント５４２の近位５４６ａ及び遠位５４６ｂの直線テーパは、メインピストン５１２内の長穴５１５のそれぞれ近位５１５ａ面及び遠位５１６ｂ面との接触を通して軸方向の力を移す。直線テーパ５４６ａ、５４６ｂはスロット５１５の対応する面とその全幅方向で接触するため、長穴５１５の面とロックセグメント５４２の両方で分散負荷が発生し、その結果、点接触負荷に関連する変形が緩和される。その結果として、ロック機構５４０は、ロック機構パーツの有害な変形なしに油圧アクチュエータの引張り周期性軸報告負荷に繰り返し耐えることができる。
【００３７】
ロック油圧アクチュエータ５００の運転は、いま図５から図９に示されるようなパーツで説明される。他方の側に関して、メインピストンシール５１３の一方の側での作動油の圧力の制御された増加はメインピストン５１２をシリンダ５１０内で摺動させる。圧力差は、閉中心型、開中心型あるいは臨界中心型の三方電気油圧式サーボ弁及び四方電気油圧式サーボ弁、あるいは二方向電磁弁または三方向電磁弁を含むが、これらに限定されない適切な油圧制御によって例えばパイロットなどのオペレータによって制御される。オペレータが収縮するためにメインピストン５１２を制御すると、油圧の圧力はメインピストンシール５１３の遠位側で上昇し、ロックピストン５４４とともにメインピストン５１２がシリンダ５１０ａの近位端に向かって押される。ロックピストン５４４の外側放射面５４４は押され、長穴５１５により油圧アクチュエータの長手方向軸に沿って保持されるロックセグメント５４２と接触する。ロックピストン５４４がそのロック位置に押されるにつれ、ロックセグメント５４２の内側放射面５４２ｂは、連続してロックピストンの第１の５４４ａセクション、中間５４４ｃセクション、及び第２の５４４ｂセクションによって接触される。ロックピストン５４４の直径は第１セクション５４４ａから第２セクション５４４ｂに連続して増加してよいため、ロックセグメント５４２はロックピストン５４４によって長穴５１５内で半径方向に外向きに押される。このようにしてロック機構５４０は、シリンダ５１０を基準にしてメインピストン５１２を固定する。存在するとき、ロック位置インジケータ機構５３０は、次に、メインピストン５１２がシリンダ５１０を基準にして固定される旨の信号５３９を送信するためにロックピストン５４４の位置によりトリガされてよい。ロック機構がロック位置にある油圧アクチュエータにかかる軸方向の力は、ロック機構パーツの多大な変形を生じさせずに、ロックされたままとなるロック機構５４０を通してメインピストン５１２からシリンダ５１０に安全に伝達される。発生する可能性があるわずかな変形は、ロック機構５４０の故障を起こさない。
【００３８】
メインピストン５１２を解除することが所望されるとき、メインピストンシール５１３の近位側の作動油の圧力が上昇し、ロックピストン５４４はロックピストン穴５１６の末端に向かって押しやられる。ロックピストン５４４はバネ５８８を圧縮することによりメインピストン５１２にいくらかの力を移す。追加の力は、作動油がメインピストン５１２及びメインピストンシール５１３に作用するためにロックピストン５４４を通り過ぎて油圧が循環するにつれメインピストン５１２に伝えられる。メインピストン５１２にかかる結合された力の一部はシリンダ５１０の停止面５１０ｄによってロックセグメント５４２のシリンダに当接する面５４２ｇに伝えられる。ロックピストン５４４の第２セクション５４４ｂがロックセグメントの内部放射面５４２ｂを通過すると、ロックセグメント５４２は中間セクション５４４ｃの表面に沿って半径方向に内向きに強制的に摺動させられる。ロックセグメント５４２の半径方向の移動に沿った一定の地点で、ロックセグメントの外側放射面５４２ａはメインピストン５１２の外側放射面５１２ｃを通過し、図９Ａに示されるようにその地点でメインピストン５１２は解除され、どれほど油圧回路が制御されるのかに応じてシリンダ５１０内で自由に摺動できる。ロックピストン５４４が油圧アクチュエータのロックされた状態にあるその位置から離れると、ロック位置インジケータピストン５３２はロックピストン５４４とともに移動し、メインピストン５１２がシリンダ５１０内で解除されていることを示す信号がロック位置インジケータ機構５３０により発生する。
【００３９】
いま図５から図９を参照すると、本発明の１つの使用がいま説明される。図示されているシリンダ及びピストン出力接続は、例えば飛行機などの構造物または機械の構成部品に接続されてよい。例えば、図５に図示されるアクチュエータ出力軸受け５１８は飛行機の前部着陸装置に接続されてよい。航空機の構造取り付け軸受け５１４は航空機の構造に接続されてよい。メインピストン５１２が伸張位置にあるとき、着陸装置は収容されている。油圧アクチュエータ内のメインピストン５１２がパイロットによって収縮位置に移動するように制御されると、着陸装置は、航空機の胴体に実質的に垂直である位置に配備される。
【００４０】
メインピストン５１２が完全に収縮位置に移動すると、ロックピストン５４４はシリンダの内側放射面５１０ｃに接するために長穴５１５内で半径方向に外向きにロックセグメント５４２を押す。メインピストン５１２は、この地点で、心押し台ハウジング５２０自体によって心押し台ハウジング５２０に向かう追加の長手方向移動を妨げられ、ロックピストンはロックピストン止め具５８９ａによってこの方向で停止される。メインピストン５１２は、シリンダ停止面５１０ｄに接するロックセグメント５４２のシリンダに当接する面５４２ｇによってシリンダ５１０の末端５１０ｂに向かう移動から妨げられる。このようにして、ロック機構５４０は、シリンダ５１０を基準にしてメインピストン５１２をロックする。ロック位置インジケータ機構５３０は、次に、ピストン５１２がロックされ、着陸装置が配備され、安全にロックされていることを示す信号５３９をパイロットに送信するためにロックピストン５４４のピストンによりトリガされてよい。
【００４１】
飛行機の着陸時、着陸装置によって吸収される軸方向の力は、ロック機構のパーツを認め得るほど変形することなく、ロックされたままであるロック機構５４０を通してメインピストン５１２からシリンダ５１０に安全に伝えられる。例えば航空機が安全に飛行中になった後にピストンを解除することが所望されるとき、メインピストンシール５１３の近位側の作動油内の圧力は上昇し、ロックピストン５４４はメインピストン穴５１６の末端に向かって押しやられる。ロックピストン５４４は、バネ５８８を圧縮することによっていくらかの力をメインピストン５１２に移す。作動油がメインピストン５１２及びメインピストンシール５１３に作用するために、油圧がロックピストン５４４を通り過ぎ、循環するにつれて、追加の力がメインピストン５１２に伝えられる。メインピストン５１２にかかる結合された力の一部はロックセグメント５４２のシリンダに当接する表面５４２ｇにシリンダ端面５１０ｄによって伝えられる。ロックピストン５４４の第２セクション５４２ｂがロックセグメントの内側放射面５４２ｂを通過すると、ロックセグメント５４２は中間セクション５４４ｃの表面に沿って半径方向に内向きに強制的に摺動させられる。半径方向の移動に沿った一定の地点で、ロックセグメントの外側放射面５４２ａがメインピストン５１２の外側放射面を通過し、その地点でメインピストン５１２は解除され、油圧回路がどれほど制御されるのかに応じてシリンダ５１０内で自由に摺動できる。ロック位置インジケータピストン５３２がこの状況でロックピストンとともに移動すると、ピストン５１２がシリンダ内で解除されていることを示す信号５３９がパイロットに送信する。
【００４２】
本発明は、このようにして、過去のロッキング油圧アクチュエータと比較すると、特に本発明による装置が例えば着陸中に航空機着陸システムが働くと、周期的な軸方向の負荷条件にさらされるときに優れたロック機能を有する。
【００４３】
一定の実施形態では、ロックセグメント及びロックピストンの材料は、１つまたは複数のロックセグメントに接するロック機構内のパーツの硬度より大きい硬度を有する、あるいはそのように扱われる材料である。好ましい実施形態では、１つまたは複数のロックセグメント及びロックシリンダは、ロックウェルＣ硬度計で測定される硬度の５つの単位によって、ロックセグメントを嵌合または接するロック機構内のパーツより大きい表面硬度を有する。より好ましい実施形態では、ロック機構のさまざまなパーツのすべてがロック機構内のパーツの摩擦を最小限に抑えるために異なる硬度を有し、ロックセグメントがロックピストンと同じ硬度を有することがあるという例外はありえるが、必須ではない。
【００４４】
好ましい実施形態では、ピストン及びシリンダは、１８０  ｋｓｉという降伏強さまで熱処理されたＡＩＳＩ  ４３４０合金鋼製でよく、「ＡＩＳＩ」は米国鉄鋼研究所を表す頭字語である。好ましい実施形態では、心押し台ハウジングは７０７５−Ｔ７３アルミニウム合金製であってよい。ロック位置インジケータピストンは、ロックウェルＣ硬度計で５６−６２の硬度を有するＡＩＳＩ  ４４０Ｃ耐食鋼製であってよい。ロック位置インジケータピストンは、インジケータボールより低い硬度の４４０Ｃ耐食鋼製であってよい。好ましい実施形態では、ロックピストンは、ロックウェルＣ硬度計で６０から６５の硬度まで熱処理されたＡＩＳＩ  Ｅ５２１００クロム合金特殊鋼製であってよい。好ましい実施形態では、１つまたは複数のロックセグメントはロックウェルＣ硬度計の５８から６０の硬度まで熱処理されたＡＩＳＩ  Ｓ−５型特殊鋼から選択される。ロックピストン止め具は３００シリーズの耐食鋼製であってよく、インジケータボールは熱処理された４４０Ｃ耐食鋼製であってよい。好ましい実施形態では、シリンダ停止面はロックウェルＣ硬度計で５４から５６の硬度の高周波焼き入れしてもよい。
【００４５】
好ましい実施形態では、長穴を含むメインピストンの部分は、メインピストンヘッド直径以下の、５千分の１インチと１万分の１ミルの間、つまり５ミル１０ミルの間である直径を有してよい。メインピストンの直径をこのようにして最大限にすると、長穴面及びロックセグメントに力を分散できる領域の表面積が拡大する。好ましい実施形態においても、ロックセグメント及び長穴は２分の１ミルと３ミルの間である隙間を有してよい。ロックセグメントとの隙間をこのようにして最小限に抑えることによって、ロックセグメント回転が最小限に抑えられる。
【００４６】
本発明はその一定の好ましいバージョンに関してかなり詳細に説明されてきたが、他のバージョンも考えられる。例えば、本発明のこれまでに説明した実施形態は作動油とともに使用するように指示されるが、当業者は、本発明の範囲が圧縮空気またはガスの使用を含むことを理解するであろう。さらに、４つのロックセグメントの使用が説明されてきたが、本発明は、使用できるロックセグメントの数に特に上限を設けずに１つまたは複数のロックセグメントの使用を含むことができる。さらに、本発明の実施形態のこれまでの説明は単一ロッド油圧アクチュエータを目的としているが、例えば二重タンデム、二重平行等の二重ロッドアクチュエータも言うまでもなく本発明の範囲内で代用されてよい。メインピストンは、重量最小化のために中空部分を有するとして示され、説明されてきたが、ピストンは中空でなくてよい。
【００４７】
さらに、コイルバネはロックピストンとメインピストン間の弾性結合のための適切な手段として説明されているが、多用な他の種類のバネなどの弾性結合のための任意の他の適切な手段が代用されてよい。心押し台ハウジング及びシリンダはともに結合される２つの構成部品であるとして説明されてきたが、２つは１つの一体化したシリンダハウジングとして形成されてよい。ピストンは、出力ロッドに結合されるシリンダ内に含まれてよい接続されたパーツのグループを含んでよい。長穴の製造は、放電加工（ＥＤＭ）技法または他の適切な技法により実行される。適切な代替策は、レーザカットまたはレーザ穴加工、プラズマ放電トーチ、ブローチ削り、機械加工、及び噴射水切削を含むが、これらに限定されない。他の適切なロック位置インジケータ機構が説明されるものの代替策で使用されてよい。したがって、添付請求項の精神及び範囲はここに含まれる好ましい実施形態の説明に限定されてはならない。
【００４８】
読者の関心は本明細書と同時に出願され、本明細書とともに公衆の閲覧に供するすべての論文及び文書に向けられ、すべてのこのような論文及び文書の内容は参照することにより本書に組み込まれる。添付請求項、要約書、及び図面を含む本明細書に開示されるすべての特徴は、特に明示的に明記しない限り同じ、同等の、もしくは同様な目的を果たす代替の特徴により置換されてよい。したがって、特に明示的に明記しない限り、開示されるそれぞれの特徴は、包括的な一連の同等なまたは類似した特徴の一例にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び優位点は、以下の説明、添付請求項、及び添付図面に関してさらによく理解できるようになるであろう。図面は以下を含む。
【図１Ａ】従来の技術のロック機構の断面を示す。
【図１Ｂ】引張り荷重条件下でのロック状態にある図１Ａのロック機構の一部の断面を示す。
【図２】線１−１に沿って取られる図１Ａの従来の技術のロック機構の断面図を示す。
【図３Ａ】線２−２に沿って取られる図１Ａの従来技術のロック機構のピストンの断面図を示す。
【図３Ｂ】線３−３に沿って取られる図３Ａのピストンの断面を示す。
【図３Ｃ】線４−４に沿って取られる図３Ａのピストンの断面を示す。
【図４Ａ】図１Ａの従来の技術のロック機構の１つのロックセグメントの斜視図を示す。
【図４Ｂ】図４Ａのロックセグメントの側面図を示す。
【図４Ｃ】線５−５に沿った図４Ｂのロックセグメントの断面図を示す。
【図５】ロック機構付きの油圧アクチュエータを含む本発明のある実施形態の断面図である。
【図６】ロック位置にある図５の油圧アクチュエータのロック機構の拡大断面図を示す。
【図７Ａ】線６−６に沿って取られる図６のロック機構の断面図を示す。
【図７Ｂ】線７−７に沿って取られる図７Ａのロック機構の断面図を示す。
【図８Ａ】図６のロック機構の１つのロックセグメントの斜視図を示す。
【図８Ｂ】図８Ａのロックセグメントの側面図を示す。
【図８Ｃ】線８−８に沿って取られる図８Ｂのロックセグメントの断面図を示す。
【図９Ａ】解除位置にあるロック機構付きの図６の断面を示す。
【図９Ｂ】ロック位置にあるロック機構付きの図６の断面及び引張り軸方向負荷条件下での油圧アクチュエータの拡大図を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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