(57)【要約】【課題】従来よりも良好に軸方向の力及び偏向に適応し、かつ回転荷重伝達のため十分なねじり剛性を有する自在継手を提供する。【解決手段】自在継手（１２０）は、一方の端部に第１のアーム対（１３０）を含む入力シャフト（１２２）と、一方の端部に第２のアーム対を含む出力シャフト（１２４）とを含む。対向する第１のピボットピン（１４２）は、それぞれ第１のアーム対（１３０）の遠位端部に提供され、第１の軸Ｐ1に沿って整列される。対向する第２のピボットピンは、それぞれ第２の対向するアーム対の遠位端部に提供され、第２の軸（Ｐ2）に沿って整列される。第２の軸（Ｐ2）は、第１の軸（Ｐ1）に対して垂直である。継手はさらに、入力及び出力シャフトの周囲に延在し、かつ、第１及び第２のピボットピンを受けるための第１及び第２の対向する開口の対（１４０）を有する、コンプライアンスを有するリング（１２６）を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自在継手（１０；２０）であって、
一方の端部に第１のアーム対（３０；１３０）を含む入力シャフト（２２；１２２）と、
一方の端部に第２のアーム対（３０；１３０）を含む出力シャフト（２４；１２４）と、
前記第１のアーム対（３０；１３０）の遠位端部にそれぞれ提供され、かつ、第１の軸Ｐ1に沿って整列される、対向する第１のピボットピン（３２；１４２）と、
前記第２のアーム対（３０；１３０）の遠位端部にそれぞれ提供され、かつ、前記第１の軸（Ｐ1）に対して垂直な第２の軸（Ｐ2）に沿って整列される、対向する第２のピボットピン（３２；１４２）と、
前記入力及び出力シャフト（２２；１２２、２４；１２４）の周囲に延在し、かつ、前記第１及び第２のピボットピン（３２；１４２）を受けるための第１及び第２の対向する開口の対（４０；１４０）を備える、軸方向のコンプライアンスを有するリング（２６；１２６）と
を含む、前記自在継手。
【請求項２】
前記第１及び第２のピボットピン（３２）が、前記第１及び第２のアーム（３０）から突出し、前記それぞれのリングの開口（４０）において受けられる、請求項１に記載の自在継手。
【請求項３】
対応するブッシング（４２）が対応する前記開口（４０）内で受けられ、前記ピボットピン（３２）が前記ブッシング（４２）内で受けられる、請求項２に記載の自在継手。
【請求項４】
前記それぞれの第１及び第２のアーム（１３０）がＵリンク（１３２）を有して形成され、対応する前記ピボットピン（１４２）が、前記Ｕリンク（１３２）において受けられ、前記リング（１２６）における前記開口（１４０）を通って延在する、請求項１に記載の自在継手。
【請求項５】
前記Ｕリンク（１３２）が、前記ピボットピン（１４２）を受けるブッシング（１４０）を備える、請求項４に記載の自在継手。
【請求項６】
前記リング（２６；１２６）が、前記ピボットピンを受ける開口（４０；１４０）が形成される拡大したボス（３６；１４６）と、前記ボス（３６；１４６）間で延在するウェブ（３８；１４８）とを有して形成される、請求項１〜５のいずれかに記載の自在継手。
【請求項７】
前記ウェブ（３８；１４８）が、１：１〜１：２０の軸方向の厚さ対半径方向の深さの比を有する、請求項６に記載の自在継手。
【請求項８】
前記ウェブ（３８；１４８）が矩形断面を有する、請求項６または７に記載の自在継手。
【請求項９】
前記リング（２６；１２６）が、前記軸方向において、４．０ｋＮ／ｍｍ以下の剛性、４．０ｋＮ／ｍｍ〜１．０ｋＮ／ｍｍの剛性、または、１．０ｋＮ／ｍｍ以上の剛性を有する、請求項１〜８のいずれかに記載の自在継手。
【請求項１０】
前記リング（２６；１２６）が繊維強化複合材料から作られる、請求項１〜９のいずれかに記載の自在継手。
【請求項１１】
前記リング（２６；１２６）が金属材料から作られる、請求項１〜９のいずれかに記載の自在継手。
【請求項１２】
前記リング（２２６）が、積層される複数のリング要素（２２８、２３０、２３２）を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の自在継手。
【請求項１３】
前記リング（２６；１２６；２２６）が、付加製造プロセスによって作られる、請求項１〜１２のいずれかに記載の自在継手。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の自在継手（２０；１２０）を含む、駆動伝達システム。
【請求項１５】
動力駆動装置（４）と、請求項１４に記載の駆動伝達システムを介して前記動力駆動装置（４）により駆動される複数のアクチュエータ（８）とを含む、航空機アクチュエータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
自在継手は、同軸でない入力シャフトと出力シャフトとの間で回転運動を伝達するため、広範な用途で使用されている。
【０００３】
１つのそのような用途は、航空機において、集中動力駆動装置から、翼の前縁及び後縁に沿って配置される複数のアクチュエータへ、動力を伝達することである。翼の中立軸に対する動力伝達線の位置により、伝達線は、飛行運動における、ならびに、正常な離陸及び着陸サイクルの高荷重段階における翼の屈曲に相関して長さの変化を認識できる。これは、継手が対応することが意図されるトルク荷重と共に、適切な航空機構造によって対応されなければならない、伝達システム内の軸方向荷重を生じさせることがある。これらの荷重は、関連したアクチュエータまたはシャフトと自在継手を接続するスプラインの大きさの関数であり、約９ｋＮの軸方向荷重を生じさせることがある。実質的な航空機構造は、そのような力に逆らうように提供されなければならない。それゆえ、伝達線において経験される軸方向の力を減少させること、ならびに、アクチュエータ、継手及び支持構造に作用する力を減少させることが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
入力シャフト及び出力シャフトを含む自在継手が、本明細書において開示される。入力シャフトは、その１つの端部に第１のアーム対を含む。出力シャフトは、その１つの端部に第２のアーム対を含む。対向する第１のピボットピンが、第１のアーム対の遠位端部上にそれぞれ提供され、第１の軸に沿って整列される。対向する第２のピボットピンが、第２のアーム対の遠位端部上にそれぞれ提供され、第１の軸に対して垂直である第２の軸に沿って整列される。継手はさらに、入力及び出力シャフトの周囲に延在し、かつ、第１及び第２のピボットピンを受けるための第１及び第２の対向する開口の対を備える、軸方向のコンプライアンスを有するリングを含む。
【０００５】
一実施形態において、第１及び第２のピボットピンは、第１及び第２のアームから突出してもよく、それぞれのリングの開口において受けられてもよい。
【０００６】
対応するブッシングが、対応する開口内で受けられてもよく、ピボットピンは、ブッシング内で受けられてもよい。
【０００７】
別の実施形態において、それぞれの第１及び第２のアームはＵリンクを有して形成され、それぞれのピボットピンは、Ｕリンクにおいて受けられ、リングにおける開口を通って延在する。
【０００８】
Ｕリンクは、ピボットピンを受けるブッシングを備えてもよい。
【０００９】
様々な実施形態において、リングは、ピボットピンを受ける開口が形成される拡大したボスと、ボス間で延在するウェブとを有して形成されてもよい。
【００１０】
ウェブは、１：１から２０：１の、半径方向の深さ対軸方向の幅の比を有してもよい。
【００１１】
ウェブは矩形、正方形または台形の断面を有してもよい。
【００１２】
リングは、軸方向に、４ｋＮ／ｍｍよりも小さいかもしくはこれと等しい剛性、１．０ｋＮ／ｍｍよりも大きいかもしくはこれと等しい剛性、または、１ｋＮ／ｍｍから４ｋＮ／ｍｍの間の剛性を有してもよい。
【００１３】
リングは、繊維強化複合材料から作られてもよい。あるいは、リングは、金属材料から作られてもよい。
【００１４】
リングは、互いに向かい合って積層される複数のリング要素を含んでもよい。
【００１５】
リングは、付加製造プロセスによって作られてもよい。
【００１６】
本開示はまた、上述のような自在継手を含む駆動伝達システムにも適用される。
【００１７】
本開示はまた、動力駆動装置及び、上述のような駆動伝達システムを介して動力駆動装置により駆動される複数のアクチュエータとを含む、航空機アクチュエータシステムにも適用される。
【００１８】
本開示のいくつかの実施形態が、単に実施例として、添付の図面を参照して次に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】航空機における動力伝達システムの概略図である。
【図２】図１のシステムにおいて使用するための、本開示に従った自在継手の概略図である。
【図３】図２の線Ａ‐Ａに沿った断面図である。
【図４】本開示に従った第２の自在継手を通過する垂直断面図である。
【図５】図４の自在継手を通過する水平断面図である。
【図６】図４のＡ‐Ａから見た図である。
【図７】図４のＢ‐Ｂから見た図である。
【図８】本開示に従った積層リングの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参照すると、航空機２は、回転動力出力シャフト６を有する中央動力駆動装置４（概略的に図示される）を含む。動力出力シャフト６は、航空機の翼１０に沿って配置される一連のアクチュエータ８に接続される。アクチュエータ８は、フラップ、スラット、スポイラー等などの翼操縦面を動かすのに使用され得る。動力は、シャフト１２によりアクチュエータ８間で伝達される。シャフト１２は、シャフト１２間の角度の不整合を調節する自在継手１４によって連結される。
【００２１】
上述のように、航空機の翼１０の偏向は、動力伝達線内の長さ及び荷重の変化という結果となり、こうした荷重は翼１０における構造によって対応されなければならず、翼１０の重さを増大させ、これは望ましくない。
【００２２】
この問題を緩和するために、本開示は、様々な実施形態において、そのような動きに適応可能な自在継手を提案するものであり、これにより、航空機構造へ伝えられる荷重の大きさが制限され、適切な小型化及び重量軽減を可能にする。
【００２３】
図２及び図３は、本開示に従った自在継手２０の第１の実施形態を示す。
【００２４】
自在継手２０は、入力シャフト２２、出力シャフト２４、ならびに、入力及び出力シャフト２２、２４の重複する端部を囲繞するリング２６を含む。
【００２５】
入力シャフト２２及び出力シャフト２４は、この実施形態において実質的に同じ構造である。各シャフト２２、２４は、例えば、隣接するシャフトまたはアクチュエータへの連結のため、一方の端部にスプラインカップリング２８を含む。当然、適切であれば、他の形態のカップリングが使用されてもよい。各シャフト２２、２４の他方の端部は、一対の外側に延在する対向するアーム３０を含む。各アーム３０は、外側に延在するヒンジピン３２を有して形成される。図３に示すように、出力シャフト２４のピン３２は、ピボット軸Ｐ1に沿って整列され、入力シャフト２２のピン３２は、軸Ｐ1に対して直角に配置されるピボット軸Ｐ2に沿って整列される。軸Ｐ1及びＰ2は、例えば継手の無荷重状態において交差し得る。
【００２６】
ヒンジピン３２はリング２６内で受けられる。リング２６は概ね環状のボディ３４を含み、当該環状のボディ３４は、この場合では弧状のウェブ３８であるウェブ３８により接続される複数のボス３６を含む。この実施形態において、ウェブ３８は断面が矩形である。ボス３６は１つ１つが、それぞれのヒンジピン３２を受けるための開口４０を含む。開口４０は、ブッシング４２、及び、ブッシング４２を支持するキャップ４４と整列される。
【００２７】
ピン３２及び開口４０の構成により、入力及び出力シャフト２２、２４は、従来の自在継手のように、直行する軸Ｐ1及びＰ2を中心にピボット可能になる。
【００２８】
ウェブ３８は比較的薄く、それゆえ比較的柔軟である。例えば、いくつかの実施形態において、軸方向のウェブの厚さＴと半径方向のウェブの幅Ｗとの比は、１：１から１：２０の間であってもよい。本明細書において使用される軸方向が意味するのは、リング２６の中心軸Ａの軸に沿った、またはこれと平行の方向であり、半径方向が意味するのは、リング２６の中心軸Ａから概ね半径方向に延在する方向である。各ウェブ３８は平坦であってもよく、すなわち平面に位置してもよく、または、例えば波上の外形を有するなど、起伏を付けられてもよい。
【００２９】
リング２６は、繊維強化プラスチック材料またはチタンなどの金属など、任意の適切な材料から作られてもよく、例えば付加製造プロセスといった、任意の適切なプロセスによって作られてもよい。
【００３０】
自在継手２０は、先行技術の自在継手よりも良好に軸方向の力及び偏向に適応することができ、同時に、回転荷重伝達のため十分なねじり剛性を提供する。リング２６は、その比較的柔軟なウェブ３８により、軸方向荷重の下で偏向でき、それゆえ、システムのその他の部分における力を減少させる。通常、継手２０の軸方向の剛性は、１．０Ｎ／ｍｍよりも低くし得る。しかし、軸方向の剛性は、４．０ｋＮ／ｍｍよりも低くしてもよく、例えば１．０ｋＮ／ｍｍから４．０ｋＮ／ｍｍの範囲であってもよい。
【００３１】
リング２６の軸方向の剛性は、かなりの程度、比較的薄いウェブ３８の長さによって規定される。より長く、それゆえ場合によってはより柔軟なウェブの提供を促進する本開示の第２の実施形態が、図４から図７を参照して次に説明される。
【００３２】
第２の実施形態の自在継手１２０は、入力シャフト１２２、出力シャフト１２４、ならびに、入力及び出力シャフト１２２、１２４の重複する端部を囲繞するリング１２６を含む。
【００３３】
入力シャフト１２２及び出力シャフト１２４は、この実施形態において実質的に同じ構造である。各シャフト１２２、１２４は、例えば、隣接するシャフトまたはアクチュエータへの連結のため、一方の端部にスプラインカップリング１２８を含む。当然、適切であれば、他の形態のカップリングが使用されてもよい。各シャフト１２２、１２４の他方の端部は、一対の外側に延在する対向するアーム１３０を含む。この実施形態において、しかし、各アーム１３０は、内側及び外側周縁１３４、１３６を有するＵリンク１３２を有して形成される。整列された開口１３８は、Ｕリンク周縁１３４、１３６を介して形成される。
【００３４】
開口１３８は、それぞれのヒンジピン１４２を受けるそれぞれのブッシング１４０と整列され、それぞれのヒンジピン１４２はＵリンク開口１３８内で受けられる。各ヒンジピン１４２は、適切な手段によりＵリンク開口１３８内で保持される。図６に示すように、出力シャフト１２４のヒンジピン１４２は、ピボット軸Ｐ1に沿って整列され、入力シャフト１２２のピン１４２は、軸Ｐ1に対して直角に配置され、かつ、例えば無荷重状態において軸Ｐ1と交差する、ピボット軸Ｐ2に沿って整列される。
【００３５】
リング１２６は概ね環状のボディ１４４を含み、当該環状のボディ１４４は、この場合では弧状のウェブ１４８であるウェブ１４８により接続される複数のボス１４６を含む。先の実施形態におけるように、ウェブ１４８は断面が矩形である。ボス１４６は１つ１つが、それぞれのヒンジピン１４２を受けるための開口１５０を含む。
【００３６】
先の実施形態におけるように、こうした構成により、入力及び出力シャフト１２２、１２４は、従来の自在継手のように、直行する軸Ｐ1及びＰ2を中心にピボット可能になる。
【００３７】
第２の実施形態により提供される軸方向の剛性は、第１の実施形態と同様とし得る。しかし、第２の実施形態は、リング１２６における柔軟性の改善または応力の削減を可能とし得る。特に、Ｕリンク１３２及びピン１４２の使用により、ピン１４２は、先の実施形態におけるピン３２よりも小さな直径とすることが可能となる。これにより、さらには、リング１２６が、より小さなボス１４６を有することが可能となり、すなわち、ボス１４６間の材料のウェブ１４８は、先の実施形態におけるよりも長くしてよく、この結果、柔軟性が改善される。これは、例えば図３と図６との比較から明らかである。
【００３８】
このように、両方の実施形態において、リング２６、１２６はトルクリングの働きをし、入力及び出力シャフト間でトルクを伝達するが、入力及び出力シャフトの、互いに対する何らかの軸方向の動きに適応するようにも働く。
【００３９】
継手２０、１２０の軸方向の剛性は、１．０Ｎ／ｍｍより大きくてもよい。しかし、軸方向の剛性は、４．０ｋＮ／ｍｍより小さくてもよく、例えば１．０ｋＮ／ｍｍから４．０ｋＮ／ｍｍの範囲であってもよい。それゆえ、リングは、４ｋＮの軸方向荷重を受ける場合、軸方向に例えば１ｍｍ偏向し得る。
【００４０】
上述のように、トルクリング２６、１２６は、多くの方法で作られてもよい。例えば、リング２６、１２６は、例えば繊維強化プラスチック材料といった複合材料から作られてもよい。補強のレイアップは、例えば、必要なねじり剛性と、同時に所望の軸方向の剛性とを提供することを可能とし得る。代替的な実施形態において、リングは、例えばチタンといった金属材料から作られてもよい。
【００４１】
リング２６、１２６は、単一の構造または組立体であってもよい。一実施形態において、リングは、適切に接合された多くのリング要素を含んでもよい。そのような実施形態が図８に開示される。
【００４２】
この実施形態において、リング２２６は、互いに適切に接合された３つのリング要素２２８、２３０、２３２を含む。当然、リング２２６は、より多い、またはより少ないリング要素を含んでもよい。リング要素は、チタンなどの低弾性金属材料から作られてもよい。各リング要素２２８、２３０、２３２は、ボス部２３４及びウェブ部２３６を含む。リング要素は、ボス部２３４で接合、例えば接着され、開口２３６は、ヒンジピンを受けるように、ボス部２３４を介して形成される。開口２３６は、リング要素２２８、２３０、２３２に形成される部分であってよく、仕上げ加工されてもよい。こうした工法により、リング要素の深さ／幅の比率の結果として非常に低い軸方向の剛性を提供するとともに、一定のねじり剛性及び強度を有する自在継手が可能となる。
【００４３】
代替的な構成において、リング２２６は、付加製造プロセスから作られてもよく、多数の要素の別個の製造及び組立ての必要性を回避し得る。
【００４４】
上記から、本開示は、継手に作用する軸方向の力を吸収する、或る程度の軸方向のコンプライアンスを有する自在継手を提供するものと理解される。それゆえ、結果的に、航空機の構造上の実装で対応される荷重がより低くなり、航空機構造の重量の軽減を可能にする。また、リングの弾性により、継手は、荷重が取り除かれると、その元の状態に戻ることが可能となる。
【００４５】
リング２６、１２６の幾何形状及びそれに選択される材料は、所望の剛性を付与し、当業者は、所望の剛性を達成するように幾何形状及び材料を調整できる。例えば、概ね矩形断面のウェブ３８、１４８が開示されたが、他の断面形状が使用されてもよい。また、リング２６、１２６は、形状が概ね環状なものとして示されたが、例えばより正方形の形状といった他の形状が使用されてもよい。
【００４６】
また、本開示の範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に対して他の修正が成されてもよいことが理解されよう。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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