JPH07101045B2 - 複合シリンダアセンブリを有する流体圧アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、航空機の飛行制御またはその他の高圧用途に
用いられる複合シリンダアセンブリを有する流体圧アク
チュエータに関するものである。

（従来の技術） この種の流体圧アクチュエータは、長時間に亘り故障す
ることなく高い衝撃圧力に耐えねばならない。従来は、
アクチュエータに必要な強度を確保するためおよび製造
の点を考えに入れたために、アクチュエータを一体の金
属よりつくるのが慣例であったが、これは、応力の大き
な区域だけでなしに比較的応力のない区域においてもア
クチュエータに著しく重量を附加する。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は強度を損なうことなしにその重量を著しく軽減
することのできる複合シリンダアセンブリを有する流体
圧アクチュエータを得ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の流体圧アクチュ
エータは次のような特徴を有する。すなわち、対向端に
端壁を有する、ピストン−ロッドアセンブリを入れる室
と、複合ファイバより成る縦方向張力巻線と、この縦方
向張力巻線の保持手段とを含むシリンダを有し、前記の
シリンダは、その一端にマウントを有し、前記の縦方向
張力巻線は、前記のシリンダの略々全長にわたって延在
しまた該縦方向張力巻線の端に介在する前記のマウント
のまわりを取巻き、前記の保持手段は、縦方向張力巻線
の向い合った端をシリンダの他端に固定したことを特徴
とするものである。

本発明では、流体圧アクチュエータは、応力の大きな区
域は重量の割に強度の大きな複合ファイバでつくりまた
比較的応力のない区域は軽金属でつくったシリンダを有
する。

更に本発明では、周方向荷重を受けるシリンダの径方向
の膨張を防ぐために、アクチュエータの径方向の加圧区
域の周囲に周方向応力巻線が設けられ、また縦方向張力
巻線が反駆動側から駆動側のマウント迄アクチュエータ
シリンダの略々全長に亘って延在し、アクチュエータ内
に発生するすべての引張り荷重がこの縦方向張力巻線を
経て支持構体に戻されるようにされる。

更に本発明では、圧力平衡型アクチュエータの心押し台
を入れるのに長さを附加する必要がある場合シリンダの
長さを延長するため、複合ファイバの圧力柱がシリンダ
の駆動側のマウントと隣接したシリンダ端壁との間に設
けられる。

（実施例） 以下に本発明を図面の実施例により更に詳しく説明す
る。

図面第１〜第４図は本発明の好適な流体圧アクチュエー
タの一実施例を示すもので、この流体圧アクチュエータ
１は、ピストン３を内蔵するシリンダ２を有し、このピ
ストン３は該ピストンよりシリンダの反駆動側における
端壁すなわち端部パッキン押え５を経て延在するロッド
４を有する。このロッドの外端には、作動すべき可動部
分との連結を容易にするためにロッド端アセンブリ６が
ある。シリンダの駆動側端には別の端壁すなわち隔壁８
があり、この隔壁から、作動すべき装置の不動部分に取
付ける軸受保持器のような適当なマウント９が延在す
る。

端部パッキン押え５とピストンロッドの間にはこれ等両
者間の流体の漏洩を防ぐために適当なシールが設けられ
る。ピストンロッドと同径でピストンのピストンロッド
と反対側より延在している心押し台10によってアクチュ
エータが圧力平衡される場合には、中心孔11が第３図と
第４図に示すように適当なシールを介して心押し台を受
ける隔壁８に設けられる。

本発明によれば、シリンダ２は通常の一体の鋼構造の代
りに、第２〜第４に示すように、ピストン室16の全長に
亘つて該ピストン室を取囲む周方向応力巻線15を有す
る。この周方向応力巻線は、高弾性率グラフアイトフィ
ラメント巻回フアイバのような複合フアイバよりつくる
のが望ましく、このフアイバはピストンの押出しおよび
引込み時ピストン室16の何れかの端に圧力流体が入つた
場合に周方向荷重を支え、シリンダの膨張を防ぐため
に、比較的高い引張強度対重量比を有する。前記のフア
イバは、エポキシ、ポリエステル、ポリイミドのような
適当な樹脂を含浸される。このような周方向応力巻線
は、ピストン室の内壁を形成する耐摩耗性密閉ライナ部
材18を取囲むのが好ましい。このライナ部材は比較的薄
いライナ部材であるのが好ましく、更にまた、作動流体
に対する障壁として働くだけでなしにピストン径におけ
る滑動接触に耐える極めて硬い耐摩耗表面を形成するハ
ードコート（hardcoat）に対する適当な面を供するアル
ミニウムのような比較的軽い金属よりつくるのが好まし
い。円筒状のライナ部材を取囲むだけでなく端部パッキ
ン押え５と隔壁８の隣接端をも取囲む前記の周方向応力
巻線の目的は、シリンダの径方向の膨張を最小に保ち、
シリンダライナの疲労効果を防ぐことにある。

隔壁８と端部パッキン押え５だけでなく、マウント９も
またアルミニウムのような比較的軽い金属によってつく
るのが好ましい。更に、延長した押出し孔20は隔壁８を
経て延在するのが好ましく、シリンダのライナ部材18は
この隔壁に対してシールされる。

ライナ部材18の隔壁８と反対の端にある端部パッキン押
え５は、このパッキン押えの外側の長さの一部に亘って
延在するライナ部材の自由端および該ライナ部材を取り
囲む周方向応力巻線と別体に形成され、端部パッキン押
えとライナとの間には、流体の漏洩を防ぐために適当な
シール21が設けられる。アクチュエータの引込め孔22は
端部パッキン押えの外側壁より突出するのが好ましい。

圧力流体が前記の引込め孔22を経てピストンの引込め側
に入れられると、端部パッキン押え５に反力が発生し、
この反力は、マウント９を取巻き且つ端部パッキン押え
の一方の側より他方の側にシリンダの略々の全長を延在
する縦方向張力巻線25によつて、アクチュエータの駆動
側端のマウント９に伝えられる。前記の縦方向張力巻線
は更に、高弾性率グラフアイトフイラメント巻回エポキ
シ含浸フアイバのような大きな引張強度を有する適当な
複合フアイバよりつくるのが望ましい。

縦方向張力巻線25は、適当な方法例えばねじ連結または
図示のような保持ワイヤ27で、周方向応力巻線15の軸方
向の外端と隣接する端部パッキン押え５と連結された環
状保持器26によって固定される。前記の環状保持器26
は、径方向外方にライナ18の隣接端部を越えて延在し、
その径方向外面にテーパ28を有する。

前記のテーパ28はマウント９と反対の方向に面し、縦方
向張力巻線25の端と接触するが、この縦方向張力巻線の
端は、前記のテーパ28の径方向外面に縦方向張力巻線の
周囲に重ねられた周方向巻線30を用いることにより固定
される。図のように縦方向張力巻線25が一層以上ある場
合には、周方向巻線30を縦方向張力巻線の各層間に介在
させて強度を増すのが好ましい。

第１図および第２図に最もよく見えるように、縦方向張
力増線25のラップ角はシリンダの長さに亘つて変化す
る。すなわち、マウント９の領域では、縦方向張力巻線
は外側フランジ32によつて形成された溝31内をマウント
を周って延在するので、この縦方向張力巻線は束ねられ
て略々平行な多数の層となる。ここより、縦方向張力巻
線は、１つまたはそれ以上の層が環状保持器26の周囲を
完全に覆う迄、アクチュエータの対向側より該環状保持
器26に向って或る角度で広がる。

周方向応力巻線15は、環状保持器26に隣接して多重層を
なし、縦方向張力巻線が環状保持器上を延在する場所で
周方向応力巻線と縦方向張力巻線の間に空所ができない
ようにする。隔壁８より径方向に外向きに延在する押出
し孔20は、縦方向張力巻線25によって覆われていない領
域にあるが、引込め孔22は縦方向張力巻線と干渉しない
ように環状保持器26の外側を越えて延在するのが望まし
い。更にまた、端板35を端部パッキン押え５の外側に設
け、この端板の外周を環状保持器26の軸方向外端と重
ね、アクチュエータの引込中端部パッキン押えがピスト
ン室16内に引かれるのを防ぐ。出来上ったアセンブリは
炉に入れられ、巻線15,25を互に結合させるのに十分な
温度に加熱する。

前述したところにより、引込め圧力がピストンの引込め
側に加えられた時に端部パッキン押え５に生じる反力は
この端部パッキン押えより先ず環状保持器26に伝えら
れ、次いで縦方向張力巻線25に伝えられ、この縦方向張
力巻線は該巻線内に引張り荷重を生じ、この引張り荷重
は、この巻線を経てマウント９に、次いでこのマウント
と連結された支持構体で受けられる。押出し圧力が押出
し孔20を経てピストンの押出し側に加えらえると、隔壁
８に反力が発生し、この反力はマウント９に直接に伝え
らえる。

第１〜第４図に示した平衡型アクチュエータでは、グラ
フアイトエポキシ含浸フアイバのような適当な複合フア
イバより成る圧力柱40を隔壁８とマウント９との間に介
在させ、心押し台10を受けるシリンダの駆動側端に比較
的軽量の延長部を設けるのが望ましい。この圧力柱40は
小角度のらせんフアイバより別に巻かれ、縦方向張力巻
線25をアセンブリの周囲に巻く前に隔壁８とマウント９
の間に挿入される。

環状溝43をマウント９の内面に設け、ピストン３が完全
に引込められた時に心押し台10の中空端44を入れるよう
にしてもよく、これは、マウントの重量を軽減するだけ
でなく、シリンダの全長を僅かでも減少する。

流体圧アクチュエータを平衡型にする必要がなければ、
心押し台10を該心押し台のための隔壁の中心孔と共に省
くことができる。更に圧力柱40もなくし、マウント９を
第５図に示すように隔壁８′と一体にし、かくてアクチ
ュエータ１′の全長を著しく短かくすることもできる。

この場合縦方向張力巻線25′の長さをこれに応じて短か
くせねばならないのは云う迄もない。その他の点では、
第５図に示したアクチュエータ１′の構造および作用は
第１図〜第４図に示したものと同じであり、したがって
同様部分には第１図〜第４図の符号に（′）をつけて示
してある。

以上本発明を図面の実施例をもつて説明したが、本発明
は、明細書の読解に基づいて同効の代替および変更があ
ることは当業者にとつて明らかなことである。本発明
は、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限り
においてこのようなすべての代替および変更を含むもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流体圧アクチュエータの好ましい一実
施例を示す側面図、 第２図はその分解斜視図、 第３図は第１図の３−３の平面で切った断面図、第４図
は第３図の４−４の平面で切った断面図、第５図は別の
実施例の一部断面側面図である。 ２……シリンダ、3,3′……ピストン 4,4′……ロッド、5,5′……端部パッキン押え 8,8′……隔壁、9,9′……マウント 10……心押し台、11……中心孔 15,15′……周方向応力巻線、16……ピストン室 18,18′……ライナ部材、20……押出し孔 21……シール、22……引込め孔 25,25′……縦方向張力巻線、26,26′……環状保持器 27,27′……保持線、28……テーパ 30……周方向巻線、35……端板 40……圧力柱、43……環状溝 44……中空端

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デユアン・ダグラス アメリカ合衆国ミシガン州49097 ヴイツ クスバーグ イー ヴイダブリユ アベニ ユー 10675 (72)発明者 ジエームス・エヌ・トウートル アメリカ合衆国ミシガン州49002 ポーテ イジ エヴアグリーン6820 (72)発明者 テリー・エル・ベントン アメリカ合衆国ミシガン州49002 ポーテ イジ ウオーバー8497 (56)参考文献 特開 昭52−32116（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−29249（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭54−32152（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭55−14813（ＪＰ，Ｙ２) 牧廣外３名著、「工業技術ライブラリー 26，フイラメントワインデイング」（昭45 −５−30）日刊工業新聞社、Ｐ．64〜65, 109〜112。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向端に端壁（5,8）を有する、ピストン
   −ロッドアセンブリ（3,4）を入れる室（16）と、複合
   ファイバより成る縦方向張力巻線（25）と、この縦方向
   張力巻線（25）の保持手段（26,28,30）とを含むシリン
   ダ（２）を有し、前記のシリンダは、その一端にマウン
   ト（９）を有し、前記の縦方向張力巻線（25）は、前記
   のシリンダ（２）の略々全長にわたって延在しまた該縦
   方向張力巻線（25）の端に介在する前記のマウント
   （９）のまわりを取巻き、前記の保持手段（26,28,30）
   は、縦方向張力巻線（25）の向い合った端をシリンダ
   （２）の他端に固定したことを特徴とする流体圧アクチ
   ュエータ。
2. 【請求項２】室（16）の内壁を形成するライナ部材（1
   8）を有し、このライナ部材（18）は、該ライナ部材（1
   8）の径方向膨脹を防ぐ周方向応力巻線（15）で取巻か
   れた特許請求の範囲第１項記載の流体圧アクチュエー
   タ。
3. 【請求項３】マウント（９）は、その間に縦方向張力巻
   線（25）を入れる半環状溝（31）を形成する一対の外側
   フランジ（32）を有する特許請求の範囲第１項記載の流
   体圧アクチュエータ。
4. 【請求項４】縦方向張力巻線（25）はマウント（９）の
   領域では互いに略々平行で、次いで、シリンダ（２）の
   これと向い合った側から他端に向かって或る角度で広が
   る特許請求の範囲第３項記載の流体圧アクチュエータ。
5. 【請求項５】マウント（９′）は隣接の端壁（８′）と
   一体に形成された特許請求の範囲第１項記載の流体圧ア
   クチュエータ。
6. 【請求項６】マウント（９）と一方の端壁（８）との間
   に、シリンダ（２）の駆動側端に延長部を形成する圧力
   柱（40）を有し、前記の室（16）は、ピストン（３）の
   一方の側から前記の一方の端壁（５）を経て延在するロ
   ッド（４）と、ピストン（３）の反対側より、他方の端
   壁（８）を経て、前記の圧力柱（40）で形成されたシリ
   ンダ（２）の延長部内に延在する心押し台（10）を有す
   る特許請求の範囲第１項記載の流体圧アクチュエータ。
7. 【請求項７】ライナ部材（18）と端壁（5,8）は金属よ
   りつくられた特許請求の範囲第２項記載の流体圧アクチ
   ュエータ。
8. 【請求項８】ライナ部材（18）は端壁（5,8）と密封係
   合された特許請求の範囲第７項記載の流体圧アクチュエ
   ータ。
9. 【請求項９】室（16）の内壁を形成するライナ部材（1
   8）を有し、このライナ部材（18）は、一方の端が一方
   の端壁（５）とオーバラップして係合され、この一方の
   端壁部材（５）は、前記ライナ部材（18）の一端を越え
   て径方向に外向きに延在する環状部分（26）を有し、複
   合ファイバより成る環帯状の周方向応力巻線（15）が前
   記のライナ部材（18）のまわりをその全長にわたって延
   在し、この環帯状の周方向応力巻線（15）は、前記のラ
   イナ部材（18）の一端の外側を前記の環状部分（26）の
   径方向に延在し、前記の縦方向張力巻線（25）は前記の
   環帯状の周方向応力巻線（15）上を延在する特許請求の
   範囲第１項記載の流体圧アクチュエータ。
10. 【請求項１０】縦方向張力巻線（25）は前記の環状部分
    （26）に固定された特許請求の範囲第９項記載の流体圧
    アクチュエータ。
11. 【請求項１１】対向端に端壁（5,8）を有する室（16）
    と前記の端壁（5,8）間を延在する複合ファイバ壁構体
    （15,25）とを有するシリンダ（２）を有し、前記の複
    合ファイバ壁構体（15,25）は、前記の端壁（5,8）間に
    延在し、室（16）の略々全長にわたって延在する環帯状
    の周方向応力巻線（15）を有し、この環帯状の周方向応
    力巻線（15）は一方の端壁（５）とオーバーラップし、
    環状部分（26）が前記の一方の端壁（５）から径方向に
    外向きに前記の環帯状の周方向応力巻線（15）を越えて
    延在し、縦方向張力巻線（25）は、前記の室（16）の対
    向端を越え、前記の環状部分（26）上に延在し、前記の
    環帯状の周方向応力巻線（15）は、前記の室（16）と環
    状部分（26）に隣接した縦方向張力巻線（25）との間の
    空所をも充填したことを特徴とする流体圧アクチュエー
    タ。
12. 【請求項１２】前記の環帯状の周方向応力巻線（15）は
    前記の端壁（5,8）の両方とオーバーラップする特許請
    求の範囲第11項記載の流体圧アクチュエータ。
13. 【請求項１３】複合ファイバ壁構体（15,25）の内面に
    液体障壁を与えるライナ部材（18）を有し、環帯状の周
    方向応力巻線（15）と前記のライナ部材（18）とは、一
    方の端壁（５）の隣接端と軸方向にオーバーラップする
    特許請求の範囲第11項記載の流体圧アクチュエータ。