JP6535259B2 - ディスエンゲージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、操縦系統のリンケージを解くディスエンゲージ装置に関する。

自動操縦（オートパイロット）機能を備える航空機においては、一般に、自動操縦と手動操縦とを切り替えるためのディスエンゲージ装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。このディスエンゲージ装置は、自動操縦系統のリンケージ、つまり、舵面を駆動する自動操縦用の駆動装置と当該舵面との連結を解除・成立させるものであり、専ら当該リンケージを解除して自動操縦から手動操縦に切り替えるために用いられる。

この種のディスエンゲージ装置としては、いわゆるラッチ式のものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このラッチ式のディスエンゲージ装置は、電力を要しない点で電磁クラッチ式のものよりも好ましいが、コンパクトなサイズで高トルクを伝達させることが難しい。

この問題に対応し得る分離可能な動力伝達機構としては、自動車のクラッチやトランスミッションが考えられる。
このうち、クラッチは、図５に示すように、クラッチ板を軸方向に移動させてフライホイールから分離させることにより、フライホイールからのトルクの伝達が断たれる構造となっている。このクラッチの構造では、クラッチ板が軸方向に移動してもトルクが出力軸へ伝達されるように、クラッチ板と出力軸との連結部に、軸方向に沿ったキーとこれを受けるキー溝（いずれも図示省略）とが設けられている。

一方、トランスミッションは、図６に示すように、入力軸及び出力軸と嵌合したリテーナを軸方向に移動させて入出力軸の結合状態を解除することにより、入力軸から出力軸へのトルクの伝達が断たれる構造となっている。このトランスミッションの構造では、図７に示すように、入力軸及び出力軸の各周面にギアが形成されており、これらのギアに対応する各ギアが形成されたリテーナを軸方向に移動させて、当該ギアの噛合を解除するようになっている。

特開２００５−８０５９号公報 特開２００５−２０５９８９号公報

しかしながら、クラッチの構造では、クラッチ板と出力軸との連結部において、クラッチ板の軸方向への移動を可能にするために、キーとキー溝との間に周方向の隙間が設けられる。そのため、クラッチの構造を単純にディスエンゲージ装置に適用した場合には、この隙間がバックラッシュとなって操縦系統の制御精度を低下させてしまう。
一方、トランスミッションの構造では、入力軸及び出力軸のギア面がそれぞれの周面であり、トルク量に応じてリテーナとの軸方向の噛み合わせ長さが伸びるため、これらの分離時にはリテーナを軸方向に大きく移動させなければならない。トランスミッションではトルク伝達方向が一方向であるため、ギアの噛み合わせ隙間を大きくして軸方向に嵌合させやすくすることが可能だが、ディスエンゲージ装置ではトルク伝達方向が両方向であるため、クラッチの場合と同様に、この噛み合わせ隙間がバックラッシュとなってしまう。

また、クラッチ及びトランスミッションのいずれの構造においても、連結を解除させる際に大きな操作力を必要とする。ディスエンゲージ装置では、パイロットが手動で解除操作を行うため、人間が比較的容易に発揮できる操作力で連結を解除できなければならない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来に比べ、バックラッシュを低減させるとともに、連結解除に要する操作力も低減させることができるディスエンゲージ装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、航空機における操縦系統のリンケージを解除するディスエンゲージ装置であって、
前記航空機の操縦者に操作される操作部材と、
所定方向に沿って並設され、互いの分離・結合により前記リンケージを解除・成立させる２つのディスエンゲージ部材と、
前記２つのディスエンゲージ部材のうちの一方のディスエンゲージ部材に回転可能に支持され、一方向の回転に伴って他方のディスエンゲージ部材に係合することにより前記２つのディスエンゲージ部材を互いに結合させる結合部材と、
前記結合部材を前記一方向に付勢する付勢部材と、
長尺に形成されて、一端部回りに回転可能に支持されるとともに他端部に前記操作部材が接続され、前記操作部材の操作に連動した前記一端部回りの回転に伴って、前記結合部材を前記付勢部材の付勢力に抗して前記一方向とは反対方向に押圧するレバー部材と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のディスエンゲージ装置において、
前記結合部材は、
一方の端部が前記他方のディスエンゲージ部材に係合するとともに、当該一方の端部とは回転中心を介した反対側の他方の端部が前記レバー部材に押圧されるように構成され、
前記回転中心から前記他方の端部までの長さが、前記回転中心から前記一方の端部までの長さよりも長く形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のディスエンゲージ装置において、
前記一方のディスエンゲージ部材は、自動操縦用のアクチュエータに連結されたホーンアームに固定され、
前記レバー部材は、前記ホーンアームに形成された開口部内に配置されている。

請求項１に記載の発明によれば、一方のディスエンゲージ部材に回転可能に支持された結合部材が、付勢部材によって一方向に付勢されて他方のディスエンゲージ部材に係合することにより、２つのディスエンゲージ部材が互いに結合され、操縦系統のリンケージが成立する。
また、この状態から、操縦者によって操作部材が操作されると、当該操作部材が他端部に連結された長尺なレバー部材が一端部回りに回転し、結合部材を付勢部材の付勢力に抗して一方向とは反対方向、つまり、他方のディスエンゲージ部材との係合を解除させる方向に押圧する。そして、当該係合が解除されて２つのディスエンゲージ部材が互いに分離され、操縦系統のリンケージが解除される。

これにより、２つのディスエンゲージ部材自体は分離時に移動しないので、自動車のクラッチの構造と異なり、ディスエンゲージ部材を軸方向に移動させるための隙間の必要性が抑制され、この隙間によるバックラッシュが低減される。
また、２つのディスエンゲージ部材を結合させる結合部材は回転に伴って他方のディスエンゲージ部材と係脱されるので、分離時には当該結合部材を係合部から脱落する分だけ回転させれば足りる。そのため、自動車のトランスミッションの構造と異なり、ギアの噛み合わせ隙間を大きくする必要がなく、その分だけバックラッシュが低減される。
さらに、長尺なレバー部材の他端部に入力された操作力によって、当該レバー部材が一端部回りに回転して、２つのディスエンゲージ部材を分離させる方向に結合部材を押圧するので、梃子の原理が利用されて操縦系統のリンケージが解除される。
したがって、従来に比べ、バックラッシュを低減させるとともに、連結解除に要する操作力も低減させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、結合部材は、回転中心を始点として、レバー部材に押圧される他方の端部までの長さが、他方のディスエンゲージ部材に係合する一方の端部までの長さよりも長く形成されている。
したがって、結合部材においても梃子の原理が利用されて操縦系統のリンケージが解除されるので、連結解除に要する操作力をさらに低減させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、一方のディスエンゲージ部材が、自動操縦用のアクチュエータに連結されたホーンアームに固定されており、このホーンアームに形成された開口部内にレバー部材が配置されている。
したがって、ディスエンゲージ装置とホーンアームを単純に並設する場合に比べ、これらをコンパクトに配置することができる。

実施形態における航空機の操縦系統の概略構成を示すブロック図である。 実施形態における航空機のうちディスエンゲージ装置周辺の構成を示す斜視図である。 実施形態におけるディスエンゲージ装置の斜視図である。 実施形態におけるディスエンゲージ装置の動作を説明するための図である。 自動車のクラッチの構造を説明するための概念図である。 自動車のトランスミッションの構造を説明するための概念図である。 図６のトランスミッションの嵌合部の構造を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態におけるディスエンゲージ装置１が搭載された航空機１００の操縦系統の概略構成を示すブロック図であり、図２は、航空機１００のうちディスエンゲージ装置１周辺の構成を示す斜視図であり、図３は、ディスエンゲージ装置１の斜視図である。

図１に示すように、航空機１００では、エルロン、ラダー、エレベータ等の舵面１１０が、操縦室１２０内に配置された操縦桿１２１と連結されており、この連結系統が手動操縦系統を構成している。
一方で、舵面１１０は、ディスエンゲージ装置１を介して自動操縦用のアクチュエータ１３０とも連結されており、この連結系統が自動操縦系統を構成している。航空機１００は、この自動操縦系統のリンケージ（連結）が成立した状態でアクチュエータ１３０が舵面１１０を駆動制御することにより、自動操縦が可能となっている。

ディスエンゲージ装置１は、操縦室１２０内に配置されたディスエンゲージレバー１２２と操作ケーブル１４０を介して接続されており、後述するように、パイロットによるディスエンゲージレバー１２２の操作を受けて、自動操縦系統のリンケージを機械的に分離させるように構成されている。
より詳しくは、図２に示すように、ディスエンゲージ装置１は、自動操縦用のアクチュエータ１３０に連結されたホーンアーム１５０と、ロッド１６０を介して舵面１１０に連結されたベルクランク１７０との間に設けられている。このうち、ホーンアーム１５０は、先端（上端）がアクチュエータ１３０の駆動軸１３１に固定されるとともに基端（下端）がディスエンゲージ装置１に固定されている。一方、ベルクランク１７０は、先端（上端）がロッド１６０に取り付けられるとともに基端（下端）がディスエンゲージ装置１に固定されている。また、これらホーンアーム１５０及びベルクランク１７０は、両端をリアクションリンク１８０に支持された後述のシャフト８に各基端部が軸支されており、当該基端部回りにそれぞれ回転可能に構成されている。
ディスエンゲージ装置１は、ホーンアーム１５０とベルクランク１７０との連結を機械的に分離させることにより、アクチュエータ１３０の駆動力を舵面１１０に伝達させる自動操縦系統のリンケージを解除する。

具体的には、図３に示すように、ディスエンゲージ装置１は、ローター２と、ステーター３と、３つのキー４，…（図３では２つのみ図示）と、スプリング５と、ホーク６と、レリーズ７とを備えて構成されている。

ローター２及びステーター３は、本発明に係る２つのディスエンゲージ部材であり、互いの分離・結合により自動操縦系統のリンケージを解除・成立させるものである。これらローター２及びステーター３は、その内側にシャフト８が挿通されており、このシャフト８の中心軸Ａｘに沿った軸方向に並設されている。
なお、以下では、説明の簡単のために、中心軸Ａｘに沿った軸方向のうちローター２側を「前側」（及びその方向を「前方」）といい、ステーター３側を「後側」（及びその方向を「後方」）ということとする。また、「径（方向）」や「周（方向）」との記載は、特に断りのない限り、中心軸Ａｘを基準としたものを意味することとする。

このうち、ローター２は、円環板状に形成され、その中心軸をシャフト８の中心軸Ａｘに一致させた状態に設けられている。このローター２の最外周部には、３つの切欠き部２１，…（図３では２つのみ図示）が周上等配で形成されている。また、ローター２は、前面をベルクランク１７０の後面に当接させた状態で当該ベルクランク１７０にボルト締結されており（図２参照）、ベルクランク１７０と一体的に中心軸Ａｘ回りに回転可能となっている。

一方、ステーター３は、ローター２よりも最外径がやや大きい短尺な略三角柱状に形成され、その中心軸をシャフト８の中心軸Ａｘに一致させた状態でローター２の後方に設けられている。このステーター３は、内周部の前端がラジアルベアリング８１を介してシャフト８に支持されているとともに、後面をホーンアーム１５０の前面に当接させた状態で当該ホーンアーム１５０にボルト締結されており（図２参照）、ホーンアーム１５０と一体的に中心軸Ａｘ回りに回転可能となっている。
また、ステーター３の下側の外周面には、ケーブル固定部３１が設けられている。このケーブル固定部３１には、操縦室１２０のディスエンゲージレバー１２２から敷設された操作ケーブル１４０が保持されている。より詳しくは、ケーブル固定部３１には、操作ケーブル１４０を保護する保護管１４１の端部が前側から固定されている（図２参照）。操作ケーブル１４０は、この保護管１４１内に保護された状態で操縦室１２０から敷設されて、当該ケーブル固定部３１から後方では保護管１４１外に露出され、その先端が後述するホーク６の下部固定軸６２ｂに接続されている。

３つのキー４，…は、本発明に係る結合部材であり、ローター２とステーター３とを互いに結合させるためのものである。これら３つのキー４，…は、ステーター３の中心から各頂点に向かって放射状に切り欠かれた３つの孔部３２，…内に収容されている。
具体的に、各キー４は、長尺な腕部４１と、当該腕部４１の先端から屈曲された短尺な突出部４２とを有する略Ｌ字平板状に形成されている。そして、各キー４は、ステーター３の孔部３２内において、腕部４１が径方向に略沿って延在しつつ突出部４２がステーター３の外周部から前方向きに突出した状態に配置され、接線方向に沿った支持軸４５によって屈曲部で回転可能に支持されている。腕部４１は、屈曲部からステーター３内周側の先端に向かって幅が狭窄するように形成されており、その先端部が、前方向きに湾曲した鉤爪状の係止部４３となっている。突出部４２は、ステーター３の前面から前方に突出しており、支持軸４５回りのキー４の回転に伴って、ローター２の切欠き部２１に対して係脱可能となっている。

スプリング５は、本発明に係る付勢部材であって、軸方向に伸縮するコイルスプリングであり、ステーター３の内周部に形成されたバネ孔３３内に収容されている。このバネ孔３３は、シャフト８の挿通孔と同軸状に形成されており、後方に開口するとともに３つの孔部３２，…と連通している。スプリング５は、シャフト８を囲んだ状態で当該バネ孔３３内に収容され、前端がバネ孔３３内の前端面に当接されるとともに、後端に３つのキー４，…の係止部４３が係止されている。そのため、スプリング５は、３つのキー４，…の係止部４３を後方へ付勢し、つまりは、当該３つのキー４，…を前傾させる回転方向に付勢している。

ホーク６は、本発明に係るレバー部材であり、長尺に形成されて、ステーター３の後方に配置されている。
具体的に、ホーク６は、長尺な２つの板状部材６１，６１がシャフト８を挟んで並設され、その両端が固定軸６２でそれぞれ固定された構成となっている。このホーク６は、ステーター３のケーブル固定部３１と周方向位置を一致させつつ上下方向に延在しており、両端の固定軸６２，６２のうち上端に位置する上部固定軸６２ａが、ローター２外径の略半分の径方向位置に位置するとともに、後述するホーンアーム１５０のリブ１５２に回転可能に支持されている（図２参照）。また、ホーク６両端の固定軸６２，６２のうち、下端に位置する下部固定軸６２ｂは、ステーター３のケーブル固定部３１と同程度の径方向位置に位置するとともに、このケーブル固定部３１に固定された保護管１４１から後方へ延出した操作ケーブル１４０の先端が接続されている。そのため、ホーク６は、操作ケーブル１４０の牽引操作に連動して、上部固定軸６２ａ回りに回転するように構成されている。

レリーズ７は、スプリング５と同程度の外径の略円筒状に形成されて、ステーター３の後方に配置され、内部に収容したリニアベアリング７１（図４参照）を介して摺動可能にシャフト８に支持されている。レリーズ７の外周面の前端には、両側方に突設された２つの突起部７２，７２（図３では１つのみ図示）が設けられており、この２つ突起部７２，７２が、ホーク６の２つの板状部材６１，６１にそれぞれ形成された摺動孔６３に嵌合している。この摺動孔６３は、各板状部材６１の長手方向に沿った長穴状に形成されており、突起部７２を当該長手方向に沿って摺動可能に支持している。そのため、レリーズ７は、上部固定軸６２ａ回りのホーク６の回転動作に連動して、シャフト８上を軸方向に移動するように構成されている。

また、ホーク６及びレリーズ７は、図２に示すように、ホーンアーム１５０に形成された開口部１５１内に収容されている。この開口部１５１は、ホーンアーム１５０のうちの略下側半部に、下方に開口する側面視Ｕ字状に形成されている。開口部１５１内の上壁部にはリブ１５２が立設されており、このリブ１５２にホーク６の上部固定軸６２ａが回転可能に支持されている。また、開口部１５１を画成するホーンアーム１５０の前壁部１５３及び後壁部１５４のうち、前壁部１５３にはレリーズ７が挿通可能な挿通孔１５３ａが形成され、後壁部１５４はシャフト８に軸支されている。

続いて、自動操縦系統のリンケージを解除するときのディスエンゲージ装置１の動作について説明する。
図４は、ディスエンゲージ装置１の動作を説明するための図であって、このうち（ａ）が、自動操縦系統のリンケージを成立させているときの図であり、（ｂ）が、自動操縦系統のリンケージを解除させたときの図である。

まず、自動操縦系統のリンケージが成立しているときのディスエンゲージ装置１の状態について説明する。
図４（ａ）に示すように、自動操縦系統のリンケージが成立しているときには、ディスエンゲージ装置１では、ローター２とステーター３とが３つのキー４，…によって互いに結合されている。
具体的に、このときには、３つのキー４，…の内周側の各係止部４３がスプリング５によって後方に付勢されることにより、これら３つのキー４，…が各支持軸４５回りに前傾する回転方向（図中の反時計回り）に付勢され、当該３つのキー４，…の突出部４２がローター２の３つの切欠き部２１，…に係合した状態が保持される。このとき、各キー４は、係止部４３がホーンアーム１５０の前面に当接するか、突出部４２がローター２の切欠き部２１（の周方向の底部Ｒ）に当接するかして、回転が規制されている。
こうして、ローター２とステーター３とが一体的に回転可能なように互いに結合され、ディスエンゲージ装置１を介してホーンアーム１５０がベルクランク１７０と一体的に回転する状態、つまり、自動操縦用のアクチュエータ１３０の駆動力が舵面１１０まで伝達される、自動操縦系統のリンケージが成立した状態となっている。

次に、自動操縦系統のリンケージを解除させるときのディスエンゲージ装置１の動作について説明する。
自動操縦系統のリンケージを解除させるときには、まず航空機１００のパイロットがディスエンゲージレバー１２２を操作することにより、当該ディスエンゲージレバー１２２に接続された操作ケーブル１４０が牽引される。
すると、図４（ｂ）に示すように、ディスエンゲージ装置１では、操作ケーブル１４０が下部固定軸６２ｂに接続されたホーク６が、上部固定軸６２ａ回りに起立する方向（図中の時計回り）に回転し、これに伴ってレリーズ７がシャフト８上を前方に移動する。そして、このレリーズ７が、３つのキー４，…の係止部４３をスプリング５の付勢力に抗して前方に押圧する。その結果、３つのキー４，…が各支持軸４５回りに突出部４２を外周側に移動させる回転方向（図中の時計回り）に回転し、当該３つのキー４，…の突出部４２がローター２の３つの切欠き部２１，…から外周側に脱落した状態となる。
こうして、ローター２とステーター３とはトルクが伝達しないように互いに分離され、ホーンアーム１５０のトルクがベルクランク１７０に伝達しない状態、つまり、自動操縦用のアクチュエータ１３０の駆動力が舵面１１０に伝達されない、自動操縦系統のリンケージが解除された状態となる。

以上のように、本実施形態のディスエンゲージ装置１によれば、ステーター３に回転可能に支持された３つのキー４，…が、スプリング５によって後方に付勢されてローター２に係合することにより、これらローター２及びステーター３が互いに結合され、自動操縦系統のリンケージが成立する。
また、この状態から、パイロットによって操作ケーブル１４０が操作されると、当該操作ケーブル１４０が下部固定軸６２ｂに連結された長尺なホーク６が上部固定軸６２ａ回りに回転し、３つのキー４，…をスプリング５の付勢力に抗して前方、つまり、ローター２との係合を解除させる方向にレリーズ７を介して押圧する。そして、当該係合が解除されてローター２及びステーター３が互いに分離され、自動操縦系統のリンケージが解除される。

これにより、ローター２及びステーター３自体は分離時に移動しないので、自動車のクラッチの構造と異なり、ローター２及びステーター３を軸方向に移動させるための隙間の必要性が抑制され、この隙間によるバックラッシュが低減される。
また、ローター２及びステーター３を結合させる３つのキー４，…は回転に伴ってローター２と係脱されるので、分離時には当該３つのキー４，…をローター２の切欠き部２１から脱落する分だけ回転させれば足りる。そのため、自動車のトランスミッションの構造と異なり、ギアの噛み合わせ隙間を大きくする必要がなく、その分だけバックラッシュが低減される。
さらに、長尺なホーク６の下部固定軸６２ｂに入力された操作力によって、当該ホーク６が上部固定軸６２ａ回りに回転して、ローター２及びステーター３を分離させる方向に３つのキー４，…を押圧するので、梃子の原理が利用されて自動操縦系統のリンケージが解除される。
したがって、従来に比べ、バックラッシュを低減させるとともに、連結解除に要する操作力も低減させることができる。

また、各キー４は、支持軸４５を始点として、ホーク６に押圧される係止部４３までの長さが、ローター２の切欠き部２１に係合する突出部４２までの長さよりも長く形成されている。
したがって、当該各キー４においても梃子の原理が利用されて自動操縦系統のリンケージが解除されるので、連結解除に要する操作力をさらに低減させることができる。

また、ステーター３がホーンアーム１５０に固定されており、このホーンアーム１５０に形成された開口部１５１内にホーク６が配置されている。
したがって、ディスエンゲージ装置１とホーンアーム１５０を単純に並設する場合に比べ、これらをコンパクトに配置することができる。

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、キー４や切欠き部２１が各３つ設けられることとしたが、この数量は特に限定されない。但し、押圧力や付勢力を中心軸Ａｘ回りに均等に分布させるためには、これらの数量は３つ以上であることが好ましい。

また、ディスエンゲージ装置１は、連結解除状態が保持されるように構成されることが好ましい。このような構成としては、例えば、各キー４の回転を係合解除状態に規制するロックピンや磁石がステーター３に設けられたものなどが挙げられる。なお、ディスエンゲージ装置１の構成ではないが、操縦室１２０内において操作ケーブル１４０が牽引状態で保持されるようになっていてもよい。

また、ディスエンゲージ装置１は、操縦系統のリンケージを解除するものであればよく、手動操縦系統のリンケージを解除するものであってもよい。

１ ディスエンゲージ装置
２ ローター（他方のディスエンゲージ部材）
２１ 切欠き部
３ ステーター（一方のディスエンゲージ部材）
４ キー（結合部材）
４１ 腕部
４２ 突出部
４３ 係止部
４５ 支持軸
５ スプリング（付勢部材）
６ ホーク（レバー部材）
６２ａ 上部固定軸
６２ｂ 下部固定軸
７ レリーズ
８ シャフト
Ａｘ 中心軸
１００ 航空機
１３０ アクチュエータ
１４０ 操作ケーブル（操作ケーブル）
１５０ ホーンアーム
１５１ 開口部
１５２ リブ
１７０ ベルクランク
１８０ リアクションリンク

Claims (3)

1. 航空機における操縦系統のリンケージを解除するディスエンゲージ装置であって、
   前記航空機の操縦者に操作される操作部材と、
   所定方向に沿って並設され、互いの分離・結合により前記リンケージを解除・成立させる２つのディスエンゲージ部材と、
   前記２つのディスエンゲージ部材のうちの一方のディスエンゲージ部材に回転可能に支持され、一方向の回転に伴って他方のディスエンゲージ部材に係合することにより前記２つのディスエンゲージ部材を互いに結合させる結合部材と、
   前記結合部材を前記一方向に付勢する付勢部材と、
   長尺に形成されて、一端部回りに回転可能に支持されるとともに他端部に前記操作部材が接続され、前記操作部材の操作に連動した前記一端部回りの回転に伴って、前記結合部材を前記付勢部材の付勢力に抗して前記一方向とは反対方向に押圧するレバー部材と、
   を備えることを特徴とするディスエンゲージ装置。
2. 前記結合部材は、
   一方の端部が前記他方のディスエンゲージ部材に係合するとともに、当該一方の端部とは回転中心を介した反対側の他方の端部が前記レバー部材に押圧されるように構成され、
   前記回転中心から前記他方の端部までの長さが、前記回転中心から前記一方の端部までの長さよりも長く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のディスエンゲージ装置。
3. 前記一方のディスエンゲージ部材は、自動操縦用のアクチュエータに連結されたホーンアームに固定され、
   前記レバー部材は、前記ホーンアームに形成された開口部内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のディスエンゲージ装置。

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