JP5562575B2 - 航空機用アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、舵面又はホーンアーム部材に対して取り付けられる油圧駆動のシリンダと、シリンダ及び舵面に対して揺動自在に設けられるリアクションリンクと、を備えている航空機用アクチュエータに関する。

航空機においては、動翼（操縦翼面）として形成されて、補助翼（エルロン）や方向舵（ラダー）、昇降舵（エレベータ）等として構成される舵面が設けられている。そして、このような舵面を駆動するための航空機用アクチュエータとして、特許文献１及び特許文献２に開示されているように、舵面又は舵面に取り付けられたホーンアーム部材に対して取り付けられる油圧駆動のシリンダと、シリンダ及び舵面に対して揺動自在に設けられるリアクションリンクと、を備えているものが知られている。

特開平５−９７０９５号公報（第２頁、第１−２図） 特開昭６２−１６５００７号公報（第１−２頁、第１−２図）

特許文献１及び特許文献２に開示された航空機用アクチュエータは、上述のように、リアクションリンクを備えて構成されている。そして、このようなリアクションリンクは、所定の強度を確保しつつ軽量化を図る観点から、チタン合金やアルミニウム合金等の軽金属によって形成されている。また、シリンダ及び舵面に対して揺動自在に設けられるリアクションリンクは、シリンダの作動に伴って舵面を安定して駆動させるように、一対の直線部と連結部と一対の屈曲部とを備えた門型の形状に形成されている。一対の直線部は直線状にそれぞれ延びるとともに並んで配置され、連結部はこの一対の直線部のそれぞれにおける一方の端部同士を連結するように延びるよう設けられる。また、一対の屈曲部は、連結部及び一対の直線部の接続部分として形成される。そして、一対の直線部のそれぞれにおける他方の端部がシリンダの他端側に対して揺動自在に設けられ、連結部の中央部分が舵面に対して揺動自在に設けられている。尚、一対の直線部のそれぞれは、通常、重量軽減の観点から、幅方向の両端にフランジ部分が形成されたＩ型又はＨ型の断面形状の部材として形成されている。

しかしながら、所定の強度を確保しつつ軽量化を図るためにチタン合金等によって形成した金属製のリアクションリンクの場合であっても、軽量化には限界があり、更なる重量軽減を図ることは困難な状況にある。また、シリンダ及び舵面に対して揺動自在に設けられて舵面を駆動するリアクションリンクには、舵面に作用する揚力の影響によって大きな引っ張り荷重及び圧縮荷重が作用する。そして、リアクションリンクは、上述のように、一対の直線部のそれぞれに対して略直角に曲がる大きな一対の屈曲部が設けられるため、更なる軽量化を図る際には、上記の引っ張り荷重による変形の抑制及びそのための引っ張り強度の確保に加え、圧縮荷重による座屈変形の抑制及びそのための座屈強度の確保が重要となる。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、大きな屈曲部が設けられたリアクションリンクが設けられていても、十分な引っ張り強度及び座屈強度を確保できるとともに大幅な軽量化を図ることができる、航空機用アクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る航空機用アクチュエータは、油圧によって駆動されるとともに、航空機の舵面に対して又は当該舵面に取り付けられたホーンアーム部材に対して一端側が揺動自在に取り付けられるシリンダと、直線状にそれぞれ延びるとともに並んで配置される一対の直線部と当該一対の直線部のそれぞれにおける一方の端部同士を連結するように延びる連結部と当該連結部及び当該一対の直線部の接続部分として形成される一対の屈曲部とを有し、前記一対の直線部のそれぞれにおける他方の端部が前記シリンダの他端側に対して揺動自在に設けられ、前記連結部の中央部分が前記舵面に対して揺動自在に設けられるリアクションリンクと、を備えている。そして、本発明に係る航空機用アクチュエータは、前記リアクションリンクは、繊維強化プラスチックによって形成されるとともに、前記一対の直線部、前記連結部、及び前記一対の屈曲部における断面が中空断面として形成された中空部材として設けられ、前記一対の屈曲部のそれぞれにおける中空断面の外形の断面積が、前記一対の直線部のそれぞれにおける中空断面の外形の断面積よりも大きく、前記一対の屈曲部において、中空断面の断面形状の周方向に沿って巻かれた繊維が備えられていることを特徴とする。

この発明によると、一対の直線部、連結部、及び一対の屈曲部を備えて構成されるリアクションリンクが、上記の各部の断面が中空断面となるように形成された中空部材として、繊維強化プラスチックによって形成される。このため、従来のようなチタン合金等の金属製のリアクションリンクを用いた航空機用アクチュエータに比して、大幅な軽量化を図ることができる。また、繊維強化プラスチックの場合、十分な引っ張り強度を確保し易いものの引っ張り強度に比して圧縮強度及び座屈強度が弱いため、一対の屈曲部における座屈変形の抑制及び座屈強度の確保が特に重要となる。これに対し、本発明では、リアクションリンクにおける中空断面の外形の断面積（中空断面の外周で囲まれた内部領域の中空部分も含む断面積）において、一対の屈曲部が一対の直線部よりも大きくなるように形成されている。このため、大きな座屈強度が要求される屈曲部に構成素材である繊維強化プラスチックを多く配置し、大きな座屈強度が要求されない直線部の構成素材を所要の強度が確保される水準の範囲内で減らすことができる。これにより、引っ張り強度に加えて座屈強度も確保するための構成素材の効率のよい配置を実現でき、十分な座屈強度を確保するとともに更に軽量化を図ることができる。

従って、本発明によると、大きな屈曲部が設けられたリアクションリンクが設けられていても、十分な引っ張り強度及び座屈強度を確保できるとともに大幅な軽量化を図ることができる、航空機用アクチュエータを提供することができる。

本発明に係る航空機用アクチュエータは、前記一対の屈曲部のそれぞれにおける中空断面は、外周及び内周が楕円形状に形成された断面であることが好ましい。

この発明によると、各屈曲部は、外周及び内周が楕円形状に形成された中空断面を有するように形成されている。屈曲部が中空の楕円断面となるように形成されることで、矩形断面となるように形成される場合に比して応力集中の発生を抑制できる。そして、楕円断面の長軸方向が大きな座屈強度が要求される方向に沿って配置されることで、座屈強度が要求される方向における屈曲部の厚みを厚く形成することができる。これにより、屈曲部において、座屈強度確保のための構成素材の更に効率のよい配置を実現でき、十分な座屈強度の確保と更なる軽量化を達成することができる。

本発明に係る航空機用アクチュエータは、前記一対の屈曲部は、それぞれにおける中空断面の楕円形状の長軸が同一の平面に沿って配置されるように形成されていることが好ましい。

この発明によると、一対の屈曲部は、それぞれ楕円断面の長軸方向が同一平面に沿って配置されるように形成されている。このため、一対の屈曲部において、各楕円断面の長軸方向が大きな座屈強度が要求される方向に沿って同一直線上に並んで配置されることになる。これにより、両屈曲部において、座屈強度が要求される方向における厚みを厚くしてその方向と直交する短軸方向の厚みを薄く形成することができる。従って、両屈曲部において、座屈強度確保のための構成素材の更に効率のよい配置を実現でき、十分な座屈強度の確保と更なる軽量化を達成することができる。

本発明に係る航空機用アクチュエータは、前記リアクションリンクは、炭素繊維強化プラスチックによって形成され、前記一対の屈曲部において、中空断面の楕円形状の周方向に沿って巻かれた炭素繊維が備えられていることが好ましい。

この発明によると、高い強度を有する炭素繊維強化プラスチックによって形成されて大幅な軽量化が図られたリアクションリンクの屈曲部において、炭素繊維が周方向に巻かれている。このため、大きな座屈強度が要求される屈曲部において、リアクションリンクの長手方向に対して直交する方向における炭素繊維の層間剥離の発生を効率よく抑制することができる。

本発明に係る航空機用アクチュエータは、前記一対の直線部は、それぞれにおける中空断面の外形の断面積が、他方の端部側に向かって徐々に減少するように形成されていることが好ましい。

この発明によると、一対の直線部の中空断面の外形の断面積が徐々に減少するように構成される。このため、一対の直線部において、より大きな座屈強度が要求される屈曲部に近い側に構成素材である繊維強化プラスチックをより多く配置し、より小さな座屈強度しか要求されない他方の端部側にかけて構成素材を所要の強度が確保される水準の範囲内で徐々に効率よく減らすことができる。これにより、構成素材の更に効率のよい配置を実現して更なる軽量化を図ることができる。

本発明によると、大きな屈曲部が設けられたリアクションリンクが設けられていても、十分な引っ張り強度及び座屈強度を確保できるとともに大幅な軽量化を図ることができる、航空機用アクチュエータを提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る航空機用アクチュエータを示す平面図である。 図１に示す航空機用アクチュエータの底面側を上にして示す斜視図である。 図１に示す航空機用アクチュエータにおけるリアクションリンクを示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 従来技術に対応するリアクションリンクの解析モデルを示す斜視図である。 一対の直線部において断面積が変化しない楕円形状の中空断面のリアクションリンクの解析モデルを示す斜視図である。 一対の直線部において断面積が変化しない円形の中空断面のリアクションリンクの解析モデルを示す斜視図である。 一対の直線部において断面積が変化しない長方形の中空断面のリアクションリンクの解析モデルを示す斜視図である。 一対の直線部において断面積が変化しない正方形の中空断面のリアクションリンクの解析モデルを示す斜視図である。 図３に示すリアクションリンクに対応する解析モデルを示す斜視図である。 一対の直線部において断面積が減少するよう変化する円形の中空断面のリアクションリンクの解析モデルを示す斜視図である。 一対の直線部において断面積が減少するよう変化する長方形の中空断面のリアクションリンクの解析モデルを示す斜視図である。 一対の直線部において断面積が減少するよう変化する正方形の中空断面のリアクションリンクの解析モデルを示す斜視図である。 図６乃至図１４に示す各解析モデルを用いて、要求される座屈強度を確保可能な断面積の仕様に形成した場合における各リアクションリンクの重量について比較した解析結果を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態は、舵面又はホーンアーム部材に対して取り付けられる油圧駆動のシリンダと、シリンダ及び舵面に対して揺動自在設けられるリアクションリンクと、を備えている航空機用アクチュエータにとして、広く適用することができるものである。

図１は、本発明の一実施の形態に係る航空機用アクチュエータ１（以下、単に「アクチュエータ１」ともいう）を示す平面図である。また、図２は、図１のアクチュエータ１の底面側を上にして示す斜視図である。図１及び図２に示すアクチュエータ１は、航空機において取り付けられ、航空機の動翼（操縦翼面）として設けられて補助翼（エルロン）や方向舵（ラダー）、昇降舵（エレベータ）等として構成される舵面を駆動するために用いられる。また、このアクチュエータ１は、フラップやスポイラー等として構成される舵面を駆動するために用いることもできる。

図１及び図２に示すように、アクチュエータ１は、シリンダ１１、リアクションリンク１２、舵面側軸受部１３、翼固定側軸受部１４、揺動軸１５などを備えて構成されている。シリンダ１１は、油圧によって駆動されるシリンダとして設けられ、シリンダ本体２５とロッド部２６とを備えて構成されている。そして、シリンダ本体２５の内部に対して航空機（図示せず）に設けられる油圧装置（図示せず）によって圧油が供給及び排出されることによって作動し、ロッド部２６がシリンダ本体２５に対して突出又は縮退して変位するように作動する。また、このシリンダ１１は、その一端側であるロッド部２６の先端側において、航空機の舵面（図示せず）に対して図示しないヒンジ部等を介して揺動自在に取り付けられる。尚、ロッド部２６の先端側は、舵面に直接に取り付けられなくてもよく、舵面に取り付けられたホーンアーム部材に対して揺動自在に取り付けられてもよい。

図３は、リアクションリンク１２を示す斜視図である。図１乃至図３に示すリアクションリンク１２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）によって形成されている。そして、このリアクションリンク１２は、門型の形状に形成されたリンク部材として設けられ、一対の直線部２１（２１ａ、２１ｂ）と、連結部２２と、一対の屈曲部２３（２３ａ、２３ｂ）とを備えて構成されている。

尚、本実施形態では、リアクションリンク１２が炭素繊維強化プラスチックによって形成されている場合を例にとって説明するが、この通りでなくてもよく、炭素繊維強化プラスチック以外の繊維強化プラスチックによって形成されていてもよい。例えば、リアクションリンク１２は、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、ガラス長繊維強化プラス
チック（ＧＭＴ）、ボロン繊維強化プラスチック（ＢＦＲＰ）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ、ＫＦＲＰ）、ポリエチレン繊維強化プラスチック（ＤＦＲＰ）、ザイロン強化プラスチック（ＺＦＲＰ）等の繊維強化プラスチックによって形成されていてもよい。

リアクションリンク１２における一対の直線部２１は、直線状にそれぞれ延びるとともに略平行に並んで配置される直線部２１ａ及び直線部２１ｂで構成されている。連結部２２は、一対の直線部２１のそれぞれにおける一方の端部同士を連結するように延びる部分として形成されている。尚、連結部２２は、直線部２１ａ及び直線部２１ｂに対して略直交する方向に延びるとともに、直線部２１ａの一方の端部と直線部２１ｂの一方の端部とを連結するように形成されている。一対の屈曲部２３は、連結部２２及び一対の直線部２１の接続部分として形成されており、屈曲部２３ａ及び屈曲部２３ｂで構成されている。尚、屈曲部２３ａ及び屈曲部２３ｂは、略直角に屈曲したエルボ状の部分として形成されており、屈曲部２３ａが連結部２２と直線部２１ａとを接続し、屈曲部２３ｂが連結部２２と直線部２１ｂとを接続するように形成されている。

また、リアクションリンク１２には、連結部２２の中央部分に突出するように形成された突出部２４が設けられている。そして、この突出部２４の先端には、舵面側軸受部１３が設けられている。舵面側軸受部１３は、揺動自在に支持された舵面（図示せず）の揺動支点となる支点軸２０に対して突出部２４を揺動自在に取り付けるための軸受を備えて構成されている。これにより、リアクションリンク１２は、連結部２２の中央部分が舵面に対して揺動自在に設けられている。

また、リアクションリンク１２には、一対の直線部２１における連結部２２とは反対側である他方の端部に一対の翼固定側軸受部１４が設けられている。一対の翼固定側軸受部１４は、直線部２１ａの他方の端部に設けられる翼固定側軸受部１４ａと、直線部２１ｂの他方の端部に設けられる翼固定側軸受部１４ｂとで構成されている。そして、翼固定側軸受部１４ａ及び翼固定側軸受部１４ｂは、揺動軸１５に対して直線部２１ａ及び直線部２１ｂをそれぞれ揺動自在に取り付けるための軸受を備えて構成されている。尚、揺動軸１５は、舵面が揺動自在に支持される翼（図示せず）における所定の固定部に対して両端が連結される。また、図１によく示すように、揺動軸１５に対しては、シリンダ１１のシリンダ本体２５の他端側（ロッド部２６の突出する側と反対側）に設けられた複数（本実施形態では２つ）の取付部２７が揺動自在に取り付けられている。このため、シリンダ本体２５は、揺動軸１５に対して他端側で揺動自在に支持されている。これらの構成により、リアクションリンク１２は、一対の直線部２１のそれぞれにおける他方の端部が、一対の翼固定側軸受部１４及び揺動軸１５を介して、シリンダ１１の他端側に対して揺動自在に設けられている。

図４は図３のＡ−Ａ線矢視断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。図３乃至図５に示すリアクションリンク１２は、一対の直線部２１、連結部２２、及び一対の屈曲部２３における断面が中空断面として形成された中空部材として設けられている。即ち、リアクションリンク１２は、内部に連通する中空部分が形成されて門型に延びる筒状の中空部材として設けられている。

そして、一対の屈曲部２３（２３ａ、２３ｂ）のそれぞれにおける中空断面は、外周及び内周が楕円形状に形成された断面として構成されている。更に、一対の屈曲部２３（２３ａ、２３ｂ）は、図４によく示すように、それぞれにおける中空断面の楕円形状の長軸（図中両端矢印で示す長軸Ｃ１及び長軸Ｃ２）が仮想の同一の平面（図中二点鎖線で示す平面Ｐ）に沿って配置されるように形成されている。即ち、屈曲部２３ａの中空断面の楕円形状の長軸Ｃ１と屈曲部２３ｂの中空断面の楕円形状の長軸Ｃ２とが、同一の平面Ｐに
沿って配置されている。

また、この一対の屈曲部２３においては、リアクションリンク１２の長手方向（一対の直線部２１、連結部２２、及び一対の屈曲部２３が筒状体として延びる方向）に沿って延びるように配置された炭素繊維に加え、中空断面の楕円形状の周方向に沿って巻かれた炭素繊維が配置されている。即ち、一対の屈曲部２３（２３ａ、２３ｂ）のそれぞれにおいては、リアクションリンク１２の長手方向と略直交する方向に巻かれた炭素繊維も備えられている。

尚、リアクションリンク１２における座屈変形のパターンである座屈モードとしては、外側に膨らむように座屈変形して潰れる座屈モードと内側に座屈変形して潰れる座屈モードとがある。リアクションリンク１２においては、上述のように、中空断面の楕円形状の周方向に沿って炭素繊維が巻かれていることで、炭素繊維の層間剥離の発生を抑制し、外側に膨らむように座屈変形して潰れる座屈モードの発生を効果的に防止することができる。これに対し、内側に潰れる座屈モードについては、アクチュエータ１において、リアクションリンク１２における中空断面の内部の中空部分に軽量発泡材等の充填材が充填された構成を備えさせることで、効果的に防止することができる。リアクションリンク１２の内部に発泡材が充填されたアクチュエータ１を製造する場合には、リアクションリンク１２の成型品としての形状安定性を確保するために初めに発泡材として構成された芯材を製作し、それに対して炭素繊維強化プラスチック（又は他の繊維強化プラスチック）で構成された複合材のシートを巻きつける方法を選択することができる。この場合、芯材は、リアクションリンク１２としての成型品の外形断面寸法に対してその複合材の厚みだけ小さい外形断面寸法となるように構成される。また、芯材は、型などで成型されるため、安定した形状や寸法精度を容易に実現することができる。このため、この芯材に複合材のシートを巻きつけてリアクションリンク１２を形成することで、安定した形状及び寸法精度を実現できるリアクションリンク１２を容易に得ることができる。そして、芯材に複合材のシートを巻きつけた後にそれを雌の型に挿入して加圧及び加熱することで、更に高精度の形状及び寸法のリアクションリンク１２を得ることができる。尚、リアクションリンク１２の内部に発泡材が充填されたアクチュエータ１を製造する方法として、芯材に複合材のシートを巻きつける上記の方法とは異なる方法を選択することもできる。例えば、初めに複合材のシートをリアクションリンク１２に対応する形状に成型し、それを型に挿入した後、内部に発泡性の素材を注入して内圧を付加しながら加熱して成型する方法を選択することもできる。

一方、一対の直線部２１のそれぞれにおける中空断面は、外周及び内周が楕円形状に形成された断面から、外周及び内周が円形に形成された断面へと徐々に変化するように構成されている（図５参照）。そして、各直線部（２１ａ、２１ｂ）の他方の端部における中空断面は、各屈曲部（２３ａ、２３ｂ）の長軸（Ｃ１、Ｃ２）と直交する短軸の長さ寸法と略同寸法の直径寸法の円形断面として構成されている。即ち、一対の直線部２１においては、一方の端部側から他方の端部側にかけて、短軸の寸法は変化せずに長軸（Ｃ１、Ｃ２）の寸法が短軸の寸法に近づくように変化し（長軸と短軸の比であるアスペクト比が変化し）、楕円形状の断面から円形の断面に変化するように形成されている。これにより、リアクションリンク１２では、一対の屈曲部２３（２３ａ、２３ｂ）のそれぞれにおける中空断面の外形の断面積（中空断面の外周で囲まれた内部領域の中空部分も含む断面積）が、一対の直線部２１（２１ａ、２１ｂ）のそれぞれにおける中空断面の外形の断面積よりも大きくなるように形成されている。また、一対の直線部２１（２１ａ、２１ｂ）は、それぞれにおける中空断面の外形の断面積が、他方の端部側に向かって徐々に減少するように形成されている。このように、リアクションリンク１２においては、大きな圧縮荷重が作用し易い一対の屈曲部２３において断面二次モーメントが大きく、揺動軸１５側に近づくにつれて断面二次モーメントが減少するように形成されている。尚、一対の直線部２
１においても、一対の屈曲部２３と同様に、中空断面の楕円形状又は円形状の周方向に沿って巻かれた炭素繊維が配置されていてもよい。

次に、上述したアクチュエータ１の作動について説明する。舵面の駆動が行われる際には、図示しないコントローラからの指令に基づいて油圧装置が作動し、シリンダ１１のシリンダ本体２５に対して圧油の供給及び排出が行われる。この圧油の給排に伴って、ロッド部２６がシリンダ本体２５に対して突出又は縮退する変位を行うことになる。これにより、翼の固定部に固定された揺動軸１５に対して他端側で揺動自在に支持されたシリンダ１１のロッド部２６の一端側で舵面が駆動されることになる。このとき、前述のように、リアクションリンク１２は一方側が舵面の支点軸２０に対して他方側が翼の固定部に固定された揺動軸１５に対してそれぞれ揺動自在に取り付けられているため、舵面が支点軸２０を中心として揺動して駆動されることになる。

また、舵面に対して揚力が作用すると、リアクションリンク１２には、一対の直線部２１の長手方向に沿って作用する大きな圧縮荷重が生じることになる。このとき、一対の直線部２１のそれぞれに対して略直角に曲がる一対の屈曲部２３において最も大きな圧縮荷重が生じることになる。そして、一対の屈曲部２３には、前述の仮想の平面Ｐに沿った方向において変形する変形パターンを生じさせる荷重が発生することになる。しかし、一対の屈曲部２３は、一対の直線部２１よりも断面二次モーメントが大きく、長軸（Ｃ１、Ｃ２）が平面Ｐに沿って配置された楕円形状の中空断面として形成され、十分な座屈強度が確保されているため、上記の圧縮荷重による座屈変形が十分に抑制されることになる。

以上説明したように、航空機用アクチュエータ１によると、一対の直線部２１、連結部２２、及び一対の屈曲部２３を備えて構成されるリアクションリンク１２が、上記の各部（２１〜２３）の断面が中空断面となるように形成された中空部材として、繊維強化プラスチックによって形成される。このため、従来のようなチタン合金等の金属製のリアクションリンクを用いた航空機用アクチュエータに比して、大幅な軽量化を図ることができる。また、繊維強化プラスチックの場合、十分な引っ張り強度を確保し易いものの引っ張り強度に比して圧縮強度及び座屈強度が弱いため、一対の屈曲部２３における座屈変形の抑制及び座屈強度の確保が特に重要となる。これに対し、航空機用アクチュエータ１では、リアクションリンク１２における中空断面の外形の断面積において、一対の屈曲部２３が一対の直線部２１よりも大きくなるように形成されている。このため、大きな座屈強度が要求される屈曲部（２３ａ、２３ｂ）に構成素材である繊維強化プラスチックを多く配置し、大きな座屈強度が要求されない直線部（２１ａ、２１ｂ）の構成素材を所要の強度が確保される水準の範囲内で減らすことができる。これにより、引っ張り強度に加えて座屈強度も確保するための構成素材の効率のよい配置を実現でき、十分な座屈強度を確保するとともに更に軽量化を図ることができる。

従って、本実施形態によると、大きな屈曲部（２３ａ、２３ｂ）が設けられたリアクションリンク１２が設けられていても、十分な引っ張り強度及び座屈強度を確保できるとともに大幅な軽量化を図ることができる、航空機用アクチュエータ１を提供することができる。

また、航空機用アクチュエータ１によると、各屈曲部（２３ａ、２３ｂ）は、外周及び内周が楕円形状に形成された中空断面を有するように形成されている。屈曲部（２３ａ、２３ｂ）が中空の楕円断面となるように形成されることで、矩形断面となるように形成される場合に比して応力集中の発生を抑制できる。そして、楕円断面の長軸（Ｃ１、Ｃ２）の方向が大きな座屈強度が要求される方向に沿って配置されることで、座屈強度が要求される方向における屈曲部（２３ａ、２３ｂ）の厚みを厚く形成することができる。これにより、屈曲部（２３ａ、２３ｂ）において、座屈強度確保のための構成素材の更に効率の
よい配置を実現でき、十分な座屈強度の確保と更なる軽量化を達成することができる。

また、航空機用アクチュエータ１によると、一対の屈曲部２３は、それぞれ楕円断面の長軸（Ｃ１、Ｃ２）の方向が同一の平面Ｐに沿って配置されるように形成されている。このため、一対の屈曲部２３において、各楕円断面の長軸（Ｃ１、Ｃ２）の方向が大きな座屈強度が要求される方向に沿って同一直線上に並んで配置されることになる。これにより、両屈曲部（２３ａ、２３ｂ）において、座屈強度が要求される方向における厚みを厚くしてその方向と直交する短軸方向の厚みを薄く形成することができる。従って、両屈曲部（２３ａ、２３ｂ）において、座屈強度確保のための構成素材の更に効率のよい配置を実現でき、十分な座屈強度の確保と更なる軽量化を達成することができる。

また、航空機用アクチュエータ１によると、高い強度を有する炭素繊維強化プラスチックによって形成されて大幅な軽量化が図られたリアクションリンク１２の屈曲部（２３ａ、２３ｂ）において、炭素繊維が周方向に巻かれている。このため、大きな座屈強度が要求される屈曲部（２３ａ、２３ｂ）において、リアクションリンク１２の長手方向に対して直交する方向における炭素繊維の層間剥離の発生を効率よく抑制することができる。

また、航空機用アクチュエータ１によると、一対の直線部２１の中空断面の外形の断面積が徐々に減少するように構成される。このため、一対の直線部２１において、より大きな座屈強度が要求される屈曲部（２３ａ、２３ｂ）に近い側に構成素材である繊維強化プラスチックをより多く配置し、より小さな座屈強度しか要求されない他方の端部側にかけて構成素材を所要の強度が確保される水準の範囲内で徐々に効率よく減らすことができる。これにより、構成素材の更に効率のよい配置を実現して更なる軽量化を図ることができる。

ここで、本発明に係る航空機用アクチュエータの効果を検証するため、断面形状の異なるリアクションリンクに関して、要求される座屈強度を確保可能な断面積の仕様に形成した場合における重量との関係について比較する解析を行った結果について説明する。尚、要求される座屈強度を確保可能な仕様か否かについては有限要素法を用いた計算を行って確認した。また、図６乃至図１４は、それぞれ断面形状の異なる各リアクションリンク（Ｗ０、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８）の解析モデルを示す斜視図である。図６乃至図１４に示す各リアクションリンク（Ｗ０〜Ｗ８）は、本実施形態のリアクションリンク１２における一対の直線部２１、連結部２２、及び屈曲部２３に対応するように配置された、一対の直線部、連結部、及び屈曲部をそれぞれ有している。そして、各リアクションリンク（Ｗ０〜Ｗ８）のそれぞれにおいて、一対の直線部、連結部、及び屈曲部の断面形状が異なって構成されている。尚、図６乃至図１４においては、一対の直線部における断面形状を切欠き断面で示した各リアクションリンク（Ｗ０〜Ｗ８）の斜視図を示している。

図６に示すリアクションリンクＷ０は、従来技術に対応するものであり、チタン合金で形成され、一対の屈曲部２３０及び一対の直線部２１０について、断面の幅方向の両端にフランジ部分が形成されたＩ型の断面形状に形成されている。これに対して、図７乃至図１４に示すリアクションリンク（Ｗ１〜Ｗ８）は、炭素繊維強化プラスチックで形成されている。そして、図７に示すリアクションリンクＷ１は、一対の直線部２１１、連結部２２１、及び一対の屈曲部２３１が楕円形状の中空断面となるように形成され、一対の直線部２１１の中空断面の外形の断面積が、一対の屈曲部２３１の中空断面の外形の断面積と同じ大きさで変化しないように形成されている。また、図８に示すリアクションリンクＷ２は、一対の直線部２１２、連結部２２２、及び一対の屈曲部２３２が円形の中空断面となるように形成され、一対の直線部２１２の中空断面の外形の断面積が、一対の屈曲部２３２の中空断面の外形の断面積と同じ大きさで変化しないように形成されている（即ち、
円筒状に形成されている）。また、図９に示すリアクションリンクＷ３は、一対の直線部２１３、連結部２２３、及び一対の屈曲部２３３が長方形の中空断面となるように形成され、一対の直線部２１３の中空断面の外形の断面積が、一対の屈曲部２３３の中空断面の外形の断面積と同じ大きさで変化しないように形成されている（即ち、長方形断面の四角筒状に形成されている）。また、図１０に示すリアクションリンクＷ４は、一対の直線部２１４、連結部２２４、及び一対の屈曲部２３４が正方形の中空断面となるように形成され、一対の直線部２１４の中空断面の外形の断面積が、一対の屈曲部２３４の中空断面の外形の断面積と同じ大きさで変化しないように形成されている（即ち、正方形断面の四角筒状に形成されている）。

図１１に示すリアクションリンクＷ５は、本実施形態のリアクションリンク１２と同様に構成されている。即ち、リアクションリンクＷ５は、一対の直線部２１、連結部２２、及び一対の屈曲部２３が中空断面となるように形成され、一対の屈曲部２３が楕円形状の中空断面に形成され、一対の直線部２１が他方の端部側にかけて楕円形状から円形の断面に変化するとともに中空断面の外形の断面積が徐々に減少するように形成されている。また、図１２に示すリアクションリンクＷ６は、一対の直線部２１６、連結部２２６、及び一対の屈曲部２３６が円形の中空断面となるように形成され、一対の直線部２１６の中空断面の外形の断面積が、一対の屈曲部２３６の中空断面の外形の断面積よりも小さくて他方の端部側にかけて徐々に減少するように形成されている。また、図１３に示すリアクションリンクＷ７は、一対の直線部２１７、連結部２２７、及び一対の屈曲部２３７が長方形の中空断面となるように形成され、一対の直線部２１７の中空断面の外形の断面積が、一対の屈曲部２３７の中空断面の外形の断面積よりも小さくて他方の端部側にかけて徐々に減少するように形成されている。また、図１４に示すリアクションリンクＷ８は、一対の直線部２１８、連結部２２８、及び一対の屈曲部２３８が正方形の中空断面となるように形成され、一対の直線部２１８の中空断面の外形の断面積が、一対の屈曲部２３８の中空断面の外形の断面積よりも小さくて他方の端部側にかけて徐々に減少するように形成されている。

図１５は、上述した各解析モデルを用いて、要求される座屈強度を確保可能な断面積の仕様に形成した場合における各リアクションリンク（Ｗ０〜Ｗ８）の重量（％）について計算し、リアクションリンクＷ０を１００％として比較した解析結果を示す図である。尚、図１５に示す各リアクションリンク（Ｗ０〜Ｗ８）の重量（％）は、上述したそれぞれの断面形状において最適化されて所定の座屈強度を確保可能な下限値としての重量を実現した場合の重量（％）を示したものである。

図１５に示すように、従来技術に対応するリアクションリンクＷ０の重量を１００％とした場合、炭素繊維強化プラスチック製のリアクションリンク（Ｗ１〜Ｗ８）の全てにおいて、リアクションリンクＷ０に対して、要求される座屈強度を確保しつつ軽量化が図れている。そして、一対の直線部の中空断面の外形の断面積が一対の屈曲部の中空断面の外形の断面積と同じ大きさで変化しないリアクションリンク（Ｗ１〜Ｗ４）については、正方形断面の場合（Ｗ４）で約９０％、長方形断面の場合（Ｗ３）で約８０％、円形断面の場合（Ｗ２）で約７５％、楕円断面の場合（Ｗ１）で約６５％にそれぞれ軽量化することができている。また、これに対し、一対の直線部の中空断面の外形の断面積が一対の屈曲部の中空断面の外形の断面積よりも小さくて他方の端部側にかけて徐々に減少するリアクションリンク（Ｗ５〜Ｗ８）については、正方形断面の場合（Ｗ８）で約６０％、長方形断面の場合（Ｗ７）で約５０％、円形断面の場合（Ｗ６）で約４５％、楕円断面の場合（Ｗ５）で約４０％までそれぞれ軽量化できることが確認できた。

以上のように、上述した解析を行って本発明の効果について検証した結果、繊維強化プラスチックで形成されて一対の直線部の中空断面の外形の断面積が一対の屈曲部の中空断
面の外形の断面積よりも小さくて他方の端部側にかけて徐々に減少するリアクションリンク（Ｗ５〜Ｗ８）については、要求される座屈強度を確保しつつ大幅な軽量化を図れることが確認できた。また、本実施形態に係るリアクションリンク１２に対応するリアクションリンクＷ５については、従来のリアクションリンクＷ０に対して重量を４０％まで大幅に低減できる（即ち、重量を６０％も削減できる）ことを確認できた。従って、本発明によると、大きな屈曲部が設けられたリアクションリンクが設けられていても十分な座屈強度を確保できるとともに大幅な軽量化を図ることができる航空機用アクチュエータを提供ができることが確認できた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、次のように変更して実施することができる。

（１）本実施形態では、リアクションリンクにおける一対の屈曲部の中空断面が、外周及び内周が楕円形状に形成された断面として構成されたものを例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、一対の屈曲部の中空断面が、外周が楕円形状で内周が円形に形成された断面であってもよい。また、一対の屈曲部の中空断面が、解析モデルとして図１１乃至図１４で説明したように、円形断面、長方形断面、正方形断面に形成されるものであってもよい。また、上記の例示以外の断面形状、例えば、平行な辺と円弧とが組み合わされた長孔状の断面形状、三角形の断面形状、五角形以上の多角形の断面形状、直線の辺の接続部分の角部に円弧状の部分が組み合わされた断面形状、等の各種断面形状であってもよい。

（２）本実施形態では、一対の直線部が他方の端部側にかけて徐々に断面積が減少するように形成された場合を例にとって説明したが、必ずしもこの通りでなくてもよい。例えば、一対の直線部において、一対の屈曲部に対して１回乃至複数回に亘って段階的に断面積が減少するように形成されていてもよい。

本発明は、舵面又はホーンアーム部材に対して取り付けられる油圧駆動のシリンダと、シリンダ及び舵面に対して揺動自在設けられるリアクションリンクと、を備えている航空機用アクチュエータとして、広く適用することができるものである。

１ 航空機用アクチュエータ
１１ シリンダ
１２ リアクションリンク
２１ 一対の直線部
２２ 連結部
２３ 一対の屈曲部

Claims (3)

1. 油圧によって駆動されるとともに、航空機の舵面に対して又は当該舵面に取り付けられたホーンアーム部材に対して一端側が揺動自在に取り付けられるシリンダと、
   直線状にそれぞれ延びるとともに並んで配置される一対の直線部と当該一対の直線部のそれぞれにおける一方の端部同士を連結するように延びる連結部と当該連結部及び当該一対の直線部の接続部分として形成される一対の屈曲部とを有し、前記一対の直線部のそれぞれにおける他方の端部が前記シリンダの他端側に対して揺動自在に設けられ、前記連結部の中央部分が前記舵面に対して揺動自在に設けられるリアクションリンクと、
   を備えている航空機用アクチュエータであって、
   前記リアクションリンクは、繊維強化プラスチックによって形成されるとともに、前記一対の直線部、前記連結部、及び前記一対の屈曲部における断面が中空断面として形成された中空部材として設けられ、
   前記一対の屈曲部のそれぞれにおける中空断面の外形の断面積が、前記一対の直線部のそれぞれにおける中空断面の外形の断面積よりも大きく、
   前記一対の屈曲部において、中空断面の断面形状の周方向に沿って巻かれた繊維が備えられ、
   前記一対の屈曲部のそれぞれにおける中空断面は、外周及び内周が楕円形状に形成された断面であることを特徴とする、航空機用アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の航空機用アクチュエータであって、
   前記一対の屈曲部は、それぞれにおける中空断面の楕円形状の長軸が同一の平面に沿って配置されるように形成されていることを特徴とする、航空機用アクチュエータ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の航空機用アクチュエータであって、
   前記一対の直線部は、それぞれにおける中空断面の外形の断面積が、他方の端部側に向かって徐々に減少するように形成されていることを特徴とする、航空機用アクチュエータ。
   

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