JP2005147386A - トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

【課題】 伝達トルクがトルクサージなどによって規定値を超えても、システムの下流に影響しないようにしたトルクリミッタを提供する。
【解決手段】 駆動ギヤ１１ａが回転しトルク伝達部１１ｂを介して左右のインプットプレート１３が回転する。出力軸１２ａ、１２ｂに軸方向に移動可能なアウトプットプレート１４が左右に装着され背面からプリロードスプリング１７によって押さえられ、インプットプレート１３とアウトプットプレート１４との間にボール６が転がるランプ溝とボール溝を有するボールランプ部１５が設けられる。伝達トルクが規定値を超えるとボール６がランプ溝を乗り上げ、ボール溝に落ち込む。ボールランプ部１５の軸方向の長さが短くなり、プリロードスプリング１７の荷重が減少し、許容伝達トルクが低下し、システムの上流と下流が分離される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般産業機器、航空機などの動力伝達系に係わり、特に、負荷が規定以上に作用した場合、回転力を伝える継手部が停止したり分離したりするトルクリミッタに関するものである。

航空機の操縦系統の一部を形成している可動の翼面は、舵面（または、操縦翼面、あるいは、動翼）と呼ばれ、主舵面として主翼に設けられた補助翼、尾翼に設けられた昇降舵、方向舵があり、副舵面として主翼に設けられたスラット、後縁フラップ、フライトスポイラ、グランドスポイラなどがある。主翼は翼と各舵面（スラット、低速用補助翼、高速用補助翼、フライトスポイラ、グランドスポイラ、後縁フラップ）から構成され、各舵面の操作により機体の姿勢が尾翼の舵面操作と共に行われる。
図３に航空機の高揚力システムを示す。高揚力システムは、離着陸時等において航空機の揚力を得るため主翼に装備したフラップ／スラット舵面を作動させるシステムである。左右翼の各舵面（左舵面３３ａ、３４ａ、右舵面３３ｂ、３４ｂ）を同期作動させることが必要で、中央部に配置した駆動源モータ３０の出力をギヤボックス３１で左右のトルクシャフト３２を同時に回転させる。飛行安全上、左右の舵面（左舵面３３ａ、３４ａ、右舵面３３ｂ、３４ｂ）の動きが非対称になるようなことは避けなければならない。

図４（ａ）にトルクリミッタ（左翼用トルクリミッタ３５ａ、右翼用トルクリミッタ３５ｂ）を装備した高揚力システムを示す。高揚力システムは一つの駆動源モータ３０で左右の各舵面を作動させるための容量を有しており、トルクリミッタは、片側に伝達し得るトルクを片翼が必要な分のみに制限し、それ以上のトルクが伝わらないようにする機構を有する。これによりトルクリミッタ下流の構成部品は、トルクリミッタの最大出力トルクが強度評定となり小型軽量が可能になる。
高揚力システムのトルクリミッタに必要な条件は、（１）片翼を駆動するのに必要なトルク以上のトルクは伝達しないこと。（２）左右の出力翼が規定値以上の非対称な回転をしてはならない。
また、トルクリミッタの形式は、（１）「軸をケースに固定」する、（２）「軸をフリー」にしてトルクが伝わらないようにする２つの形式に大別されるが、上記の高揚力システムでは左右翼の非対称作動は許容されないため、（１）の「軸をケースに固定」する形式が採用されている。
軸を固定する形式のトルクリミッタでは、回転している軸を急峻に停止させるため駆動源モータ３０の慣性エネルギーにより、トルクリミッタ作動時に大きなサージトルクが発生することになるため、別途このサージを抑える対策が必要である。
図４（ｂ）にサージトルク緩衝機構３６を装備した高揚力システムを示す。両翼への出力軸に各々軸を固定する形式のトルクリミッタ（左翼用トルクリミッタ３５ａ、右翼用トルクリミッタ３５ｂ）を設け、慣性エネルギーにより発生するサージトルクを緩和するためサージトルク緩衝機構３６を設けている。このサージトルク緩衝機構３６はバネ的なものが用いられる。

図５に出力軸２を固定する形式のトルクリミッタの断面図を示す。駆動軸１が連結されるインプットプレート３が、ハウジング９に設けられたベアリングにはめ込まれ、それに対向した側から出力軸２がインプットプレート３に設けられたベアリングとハウジング１０に設けられたベアリングに支えられ、アウトプットプレート４が前後に移動可能に出力軸２に組み込まれる。駆動軸１に連結され回転するインプットプレート３と出力軸２上を軸方向に移動でき回転可能なアウトプットプレート４との間にボール６が挟まれたランプ溝を有するボールランプ部５と、ボールランプ部５を軸方向に押し付けることで一定のトルクまでボールランプ部５が作動しないようにするプリロードスプリング７と、ボールランプ部５の作動により発生する軸方向荷重によりトルクが増加するブレーキ部８が組み込まれている。
図６にボールランプ部５の構造を示す。図の上方部がインプットプレート３側、下方部がアウトプットプレート４側の断面を示す。滑らかな一定の溝勾配を有したランプ溝が両側に設けられ、両者の間にボール６が挟まれている。そして、アウトプットプレート４がプリロードスプリング７によって押し付けられ、一定のトルクまでボールランプ部５が作動しないように、ランプ溝の深さと溝勾配とボール６の大きさが設計されている。インプットプレート３を回転するとインプットプレート３側のランプ溝が図示する右方向に移動し、ボール６を介して駆動力（トルク）が矢印の方向に作用し、押圧力がアウトプットプレート４の矢印の方向に作用する。さらに、規定以上のトルクが加わると、インプットプレート３が図示する右方向に移動し、プリロードスプリング７の一定の力で抑えられていたアウトプットプレート４の抗力に逆らって、ボール６が転がり両プレート間の間隔が開き、アウトプットプレート４がブレーキ部８によって回転停止され保持される。そのため出力軸２へのトルクの伝達がなくなる。このようにして、駆動軸１の回転トルクが規定以上に作用した場合、回転力を伝える継手部がトルク伝達を制限することができる。

また、過負荷時に動力の切断を行うとともに、この動力切断位置を確実に保持できるトルクリミッタもある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−２９３５７６号公報 （第４頁、第１図）

従来のトルクリミッタは以上のように構成されているが、伝達トルクが規定値を超えると、回転軸を急停止させるため、回転体の慣性によりトルクサージを発生する。このトルクサージを低減するには、図４に示すようにサージトルク緩衝機構３６、例えばスリップクラッチなどを別途併用する必要があり、コスト／質量／信頼性などを悪化させるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、伝達トルクがトルクサージなどによって規定値を超えても、システムの下流に影響しないようにした低コスト／軽量／高信頼性のトルクリミッタを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明のトルクリミッタは、駆動軸の回転プレートと出力軸上を軸方向に移動可能な回転プレートとの間にボールが挟まれたランプ溝を有するボールランプ部と、ボールランプ部を軸方向に押し付けることで一定のトルクまでボールランプ部が作動しないようにするスプリング部と、ボールランプ部の作動により発生する軸方向荷重によりトルクが増加するトルク伝達部とから構成されるトルクリミッタにおいて、伝達トルクが規定値を越えたとき前記ボールランプ部のボールが前記スプリング部の抗力に逆らって前記ランプ溝から移動して落ち込むボール溝を前記両回転プレートに設け、ボールランプ部の作動により発生する軸方向変位によりトルクを伝達できなくなるようにしたものである。
また、本発明のトルクリミッタは、ボールが挟まれたランプ溝を有するボールランプ部と、軸方向に押し付けるスプリング部を、駆動軸の回転プレートに対向して両側に設け、一方のボールランプ部の作動により発生する軸方向荷重が他方のボールランプ部の作動を誘起するように構成し、駆動トルクが両出力軸に連動するようにしたものである。

本発明のトルクリミッタは上記のように構成されており、ボール用のランプ溝を有するボールランプ部と、スプリング部と、トルク伝達部で構成され、伝達トルクが規定値を越えたとき、プリロードスプリング力に抗しボールがボールランプ部のランプ溝を乗り上げ、その後ボールが別に設けられたボール溝に落ち込む。これによりボールランプ部の軸方向の長さが短くなり、スプリング部の荷重が減少する。そして、トルク伝達部の許容伝達トルクが低下しシステムの上流と下流が分離される。
また、ボールが挟まれたランプ溝を有するボールランプ部と、軸方向に押し付けるスプリング部を、駆動軸の回転プレートに対向して両側に設ける。そして、一方のボールランプ部の作動により発生する軸方向荷重が、プリロード力による規制をなくするので、トルク伝達部がボールの外れた方向に移動し、他方のボールランプ部の作動を誘起するように構成する。これにより、トルク伝達部からのボールを介しての押付力がなくなり、駆動トルクが両出力軸に伝達されない。

本発明のトルクリミッタは上記のように構成されており、伝達トルクが規定値を超えるとボールランプ部のボールが別に設けられたボール溝に落ち込み、システムの上流と下流が分離され、従来のように軸が急停止することがなく、トルクサージを発生させることもなく、トルクを制限することができる。
また、異常トルクが発生した片方のみならず、他方も連動して、システムの上流と下流とを分離するので、トルクサージの発生防止のほか、他方の舵面だけが作動することを防止することができる。
本トルクリミッタは、従来の構造で、ボールランプ部のランプ溝のほかに別のボール溝を形成するだけで簡単に製作することができ、別途サージトルク緩衝機構を設ける必要も無く、ブレーキ部を必要とせず、低コスト／軽量／高信頼性のトルク制限機構をシステムに装備することができる。

動力伝達システムにおいて、回転体の慣性等により発生するトルクサージを低減するための緩衝機構を別途必要としない、低コスト／軽量／高信頼性のトルクリミッタを実現した。

図１は、本発明装置の１実施例のトルクリミッタの断面を示す図である。図２は、本発明のトルクリミッタのボールランプ部１５の断面を示す図である。
本トルクリミッタは、駆動軸１１上に駆動ギヤ１１ａでトルク伝達部１１ｂを介しその両側に設けられ回転する２個のインプットプレート１３と、左右の出力軸１２ａ、１２ｂ内を軸方向に移動可能に取付けられた左右のアウトプットプレート１４と、その両プレート間にボール６が挟まれボールランプ溝２１とボール６の落ち込むボール溝２２の２つの溝を有し、規定のトルク以上でボール６がボールランプ溝２１を乗り越えてボール溝２２に落ち込み、インプットプレート１３とアウトプットプレート１４間の間隔が短くなり駆動軸１１側と出力軸１２ａ、１２ｂ側との伝達系が離れるボールランプ部１５と、アウトプットプレート１４を介してボールランプ部１５を軸方向に押し付けボールランプ溝２１で規定のトルクまで作動しないようにするプリロードスプリング１７とから構成される。

本トルクリミッタと従来のトルクリミッタの相違点は、従来のトルクリミッタは、図６に示すように、ボールランプ部５のランプ溝が一定の溝勾配で形成され、図５に示すブレーキ部８に利用できる軸方向分力とプリロードスプリング７のスプリング力は比例関係にあり、規定トルク以上になるとブレーキ部８によってブレーキがかかり、駆動軸１は停止され駆動トルクは出力軸２に伝達されなくなる。これに対し本トルクリミッタは、図２に示すように、ボールランプ部１５の溝にボールランプ溝２１のほかに、伝達トルクが規定トルク以上になるとボール６が落ち込むボール溝２２が設けられ、ボール６が落ち込むとプリロードスプリング１７による荷重が減少し、トルク伝達部１１ｂの許容伝達トルクが低下し、インプットプレート１３とアウトプットプレート１４間の間隔が短くなりシステムの上流と下流が分離される。この構造では図５に示すブレーキ部８を必要とせず、トルクサージを発生させることもなくトルクを制限することができる。

次に、本トルクリミッタの各部構成について説明する。
インプットプレート１３は、ハウジング１９、２０に設けられたベアリングに駆動ギヤ１１ａが支持され、駆動ギヤ１１ａのトルク伝達部１１ｂの両側に設けられた円盤状のプレートで、出力軸１２ａ、１２ｂに対応して左右に２個設けられる。円周の片面にボールランプ部１５のボールランプ溝２１とボール溝２２が設けられる。ボールランプ部１５の位置を円周部に位置し、トルク伝達力の角度精度を大きくする。
アウトプットプレート１４は、ハウジング１９ａ、２０ａに設けられたベアリングに支えられた出力軸１２ａ、１２ｂの内周に軸方向に移動可能に取り付けられ、背面からプリロードスプリング１７によって一定の力で押し付けられ、一定のトルクまでボールランプ部１５が作動しないように構成される。
ボールランプ部１５は、インプットプレート１３とアウトプットプレート１４間に、相対する円周面に３箇所以上の位置に設けられる。アウトプットプレート１４をプリロードスプリング１７が一定の力でボールランプ部１５を軸方向に均一に押すことができるように適正な数の円周の箇所に設けられる。両プレート１３、１４間にボール６が挟まれ、ボール６が転がるボールランプ溝２１とボール６の落ち込むボール溝２２の２つの溝を有する。そして、規定のトルク以上でボール６がボールランプ溝２１を乗り越えてボール溝２２に落ち込み、インプットプレート１３とアウトプットプレート１４間の軸方向の間隔が短くなる。これにより駆動軸１１側と出力軸１２ａ、１２ｂ側とがトルク伝達上において離れ、システムの上流と下流が分離される。この構造では図５に示すブレーキ部８を必要とせず、トルクサージを発生させることもなくトルクを制限することができる。
プリロードスプリング１７は、出力軸１２ａ、１２ｂ内のアウトプットプレート１４の背面の円周軸方向に複数個設けられ、中間金具を介してアウトプットプレート１４を軸方向に均一に一定の力で押し、ボールランプ部１５を軸方向に押し付け、ボールランプ溝２１で規定のトルクまで作動しないようにする。

次に、本トルクリミッタの動作について説明する。
駆動軸１１と左右の出力軸１２ａ、１２ｂの間にそれぞれ、インプットプレート１３とアウトプットプレート１４を介してボールランプ部１５が設けられ、駆動ギヤ１１ａを回転すると、トルク伝達部１１ｂを介してインプットプレート１３に駆動トルクが伝達される。
ボールランプ部１５の左右それぞれには、プリロードスプリング１７によりプリロードが加えられている。そして、プリロードスプリング１７が一定の力でアウトプットプレート１４を軸方向に押すことで、その力がボールランプ部１５のボール６に伝達され、出力軸１２ａ、１２ｂを回転させる。
通常、このように動作しているが、左右の出力軸１２ａ、１２ｂの一方に規定以上のトルクが加わったとき、同じ側のボールランプ部１５のボール６は、プリロードスプリング１７によるプリロード力に抗し、ボールランプ溝２１を乗り上げ、別途設けたボール溝２２に落ち込むことにより、ボールランプ部の軸方向長さが小さくなるため、プリロードスプリング１７のプリロード力が小さくなる。このとき、トルク伝達部１１ｂには、プリロードスプリング１７のプリロード力による規制がなくなるので、ボール６が保持されている方のプリロードスプリング１７のプリロード力により、トルク伝達部１１ｂが、ボール６が外れた方向に移動し、このボール６もボール溝２２に落ち込む。これにより、左右両方とも、トルク伝達部１１ｂからのボール６を介しての押付力がなくなり、駆動トルクが出力軸１２ａ、１２ｂに伝達されなくなる。
上記のように、左右の動力伝達系のうち異常トルクが発生した片側のみならず、他方も連動してトルク伝達を阻止することで、特に航空機において避けなければならない、左右非対称で舵面が作動することを防止することができる。

上記の実施例では、出力軸１２ａ、１２ｂを２方向に設けたトルクリミッタで説明したが、１方向のみのトルクリミッタでも同様に適用することができる。

本発明のトルクリミッタの実施方法を示した説明図である。 本発明のトルクリミッタのボールランプ部の説明図である。 航空機の高揚力システムの動力伝達機構を説明するための図である。 航空機の左右翼の動力伝達系トルクリミッタとサージトルク緩衝機構を説明するための図である。 従来のトルクリミッタを説明するための図である。 従来のトルクリミッタのボールランプ部の説明図である。

符号の説明

１ 駆動軸
２ 出力軸
３、１３ インプットプレート
４、１４ アウトプットプレート
５、１５ ボールランプ部
６ ボール
７、１７ プリロードスプリング
８ ブレーキ部
９、１０、１９、１９ａ、２０、２０ａ ハウジング
１１ 駆動軸
１１ａ 駆動ギヤ
１１ｂ トルク伝達部
１２ａ、１２ｂ 出力軸
２１ ボールランプ溝
２２ ボール溝
３０ 駆動源モータ
３１ ギヤボックス
３２ トルクシャフト
３３ａ、３４ａ 左舵面
３３ｂ、３４ｂ 右舵面
３５ａ 左翼用トルクリミッタ
３５ｂ 右翼用トルクリミッタ
３６ サージトルク緩衝機構

Claims (2)

1. 駆動軸の回転プレートと出力軸上を軸方向に移動可能な回転プレートとの間にボールが挟まれたランプ溝を有するボールランプ部と、ボールランプ部を軸方向に押し付けることで一定のトルクまでボールランプ部が作動しないようにするスプリング部と、ボールランプ部の作動により発生する軸方向荷重によりトルクが増加するトルク伝達部とから構成されるトルクリミッタにおいて、伝達トルクが規定値を越えたとき前記ボールランプ部のボールが前記スプリング部の抗力に逆らって前記ランプ溝から移動して落ち込むボール溝を前記両回転プレートに設け、ボールランプ部の作動により発生する軸方向変位によりトルクを伝達できなくなるようにしたことを特徴とするトルクリミッタ。
2. ボールが挟まれたランプ溝を有するボールランプ部と、軸方向に押し付けるスプリング部を、駆動軸の回転プレートに対向して両側に設け、一方のボールランプ部の作動により発生する軸方向荷重が他方のボールランプ部の作動を誘起するように構成し、駆動トルクが両出力軸に連動するようにしたことを特徴とする請求項１記載のトルクリミッタ。

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