JP2005337270A - トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

【課題】トルク制限部材として従来のコイルばねに代わる新規な部材を用いることにより、トルクリミッタのコンパクト化、軽量化、低コスト化を図ることである。
【解決手段】ハウジング１と内輪２の間に介在されるトルク制限部材３とからなるトルクリミッタにおいて、前記トルク制限部材３が弾性材料で形成され、その内径面が前記内輪２に一体化され、前記ハウジング１の内径面に周方向に緩やかな曲線で連続した凹凸内面７が形成され、前記トルク制限部材３の外径面が該凹凸内面に弾性変形して圧入され、前記ハウジング１と内輪２との間のトルク伝達に際し前記トルク制限部材３が弾性変形して滑りを生じ伝達トルクを制限するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明はトルクリミッタに関し、例えば、ロボット等のトルク伝達経路に設置され所定の値を超えるトルクの伝達を制限する部品として用いられる。

ロボット等のトルク伝達経路に設置される双方向トルクリミッタとして、従来一般に知られているものとして特許文献１に示されているようなコイルばね式トルクリミッタがある。この形式のトルクリミッタは、同軸状態に嵌合された外側回転体と内側回転体との間にトルク制限部材としてのコイルばねが介在され、そのコイルばねの巻き締め力によって定まる一定のトルク値を基準にして、伝達トルクがその基準トルク値以下の場合は内側回転体と外側回転体とがコイルばねを介して一体化されトルクが伝達されるが、伝達トルクが前記基準トルク値を超える場合はコイルばねの締め付け面で滑りが発生し、トルクの伝達が制限される。
特開２００３−２４００１３号公報

前記のコイルばね式トルクリミッタは、コイルばねと外側回転体の内径面との間に一定のすき間を設ける必要があること、またコイルばね両端部のフックの係合溝を設ける必要があること等により、コンパクト化に一定の制限を伴う問題がある。また、コイルばね自体の重量やコストがトルクリミッタ全体の軽量化・低コスト化を妨げる問題もあった。

そこで、この発明は、トルク制限部材として前記のコイルばねに代わる新規な部材を用いることにより、トルクリミッタのコンパクト化、軽量化、低コスト化を図ることを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、円筒状のハウジングと、その内径側に同芯状態に嵌入された内輪、及び前記ハウジングの内径面と内輪の外径面との間に介在されるトルク制限部材とからなるトルクリミッタにおいて、前記トルク制限部材が弾性材料で形成されるとともにその内径面が前記内輪に一体化され、前記ハウジングの内径面に周方向に緩やかな曲線で連続した凹凸内面が形成され、前記トルク制限部材の外径面が該凹凸内面に弾性変形して圧入され、前記ハウジングと内輪との間のトルク伝達に際し前記トルク制限部材が弾性変形して滑りを生じ伝達トルクを制限するようにした。

前記構成のトルクリミッタにおいて、トルク制限部材が凹凸内面で滑りを生じる最低のトルク値を基準トルク値と定める。伝達トルクが基準トルク値より小さい場合は、ハウジングと内輪は一体回転してトルクを伝達するが、伝達トルク値が基準トルク値を超えると、トルク制限部材が弾性変形して凹凸内面間で滑りが生じる。これによりハウジングと内輪との間で相対回転が生じ、伝達トルク値が制限される。以上の作用は回転方向に関係がなく行なわれる。すなわちこのトルクリミッタは双方向トルクリミッタとして作用する。

なお、前記の構成とは反対に、内輪の外径面に凹凸外面を設け、トルク制限部材をハウジングの内径面に一体化し、前記トルク制限部材の内径面が前記凹凸外面に弾性変形して圧入される構成をとることもできる。この場合も前記の構成と同様の作用で双方向トルクリミッタとしての作用が行なわれる。

また、前記トルク制限部材の内径面又は外径面とこれらと対向する部材との間に、該トルク制限部材の弾性変形の際のひずみを吸収するヌスミを設けた構成を採用すると、トルク制限部材の弾性変形が容易となるので、前記の基準トルク値を低く設定することができる。

以上のように、この発明においては、トルク制限部材は相手部材（ハウジング又は軸部材）の凹凸面に密着されるので、コイルばね式トルクリミッタに見られるような径方向のすき間が存在しない。このため従来形式のものより小径に構成することができ、トルクリミッタのコンパクト化を図ることができる。また、前記のトルク制限部材は合成樹脂、合成ゴム等の弾性材料で形成された円筒状のものであり、コイルばねに比べて軽量、低コストであるので、トルクリミッタの軽量化、低コスト化を図ることもでき、ロボットの指の関節等サイズ的に厳しい箇所でも採用することが可能である。

以下この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１及び図２に示したように、実施形態のトルクリミッタは、円筒状のハウジング１と、その内径側に同芯状態に嵌入された内輪２、及び前記ハウジング１の内径面と内輪２の外径面との間に介在されるトルク制限部材３とからなる。ハウジング１は取付けつば４を有し、また内輪２にはこれに貫通される軸（図示省略）との結合凹所５が設けられる。取付けつば４に取付け穴６が設けられる。

前記ハウジング１の内径面は、図２（ｂ）に示したように、周方向に一定ピッチＰの緩やかな凹凸内面７が形成される。凹凸内面７の頂部間の径方向の高さをｈで表している。トルク制限部材３は合成樹脂、合成ゴム等の弾性体で形成された円筒状のものであり、前記ハウジング１と同一長さに形成される。このトルク制限部材３は内輪２の外径面に接着又はインサート成形により固着一体化される。

前記のトルク制限部材３を一体化した内輪２をハウジング１に組み込む前の状態では、図３に示したように、トルク制限部材３は一定肉厚の円筒状のものである。これをハウジング１の内径面に軽く圧入すると、トルク制限部材３の外径面が前記の凹凸内面７の形状に沿って弾性変形し密着する（図２（ａ）（ｂ）参照）。弾性変形した状態でのトルク制限部材３の外径面を凹凸外面８と称する。ハウジング１と内輪２との相対的な回転（回転方向に制限はない。即ち双方向の回転）に伴う伝達トルクが作用した場合に、弾性体でなるトルク制限部材３が凹凸内面７と凹凸外面８との間で滑りを生じる最低のトルク値を基準トルク値と定める。

この場合、凹凸内面７と凹凸外面８との間の摩擦係数及びピッチＰが一定であるとすると、高さｈが相対的に小さい場合に、また、高さｈが一定であるとするとピッチＰが相対的に大きい場合に、それぞれ前記の基準トルク値が低くなる。

凹凸内面７のその他の形状としては、図２（ｃ）に示したように、一定の凸面側、凹面側ともに一定の曲率半径Ｒを有する曲線を緩やかに連続させたもの、同図（ｄ）に示したように、凸面の曲率半径Ｒ１と凹面の曲率半径Ｒ２に差を有する曲線を緩やかに連続させたものなどがある。

その他の例として、図４（ａ）から（ｃ）に示したように、トルク制限部材３の変形余裕を与えるためのヌスミ９を設ける場合もある。同図（ａ）に示したヌスミ９は、ハウジング１の凹凸内面７の凹面１２に対向した内輪２の外径面に軸方向の平坦面１３を形成することにより、トルク制限部材３の内径面との間に生じるすき間により形成される。また、同図（ｂ）に示したヌスミ９は、トルク制限部材３の内径面に前記凹凸内面７のピッチに合わせたピッチで軸方向の浅い凹面１４を形成することにより形成される。また、同図（ｃ）のヌスミ９は、トルク制限部材３の外径面に前記凹凸内面７のピッチに合わせたピッチで軸方向の比較的深い凹溝１５を形成することにより形成される。

以上の各ヌスミ９は、トルクが作用した場合にトルク制限部材３の弾性変形に伴って減少又は消失することにより、トルク制限部材３の凹凸内面７に対する摩擦が減少するため、トルク制限部材３とハウジング１との間の相対回転が容易になる。

以上述べた実施形態においては、ハウジング１の内径面に凹凸内面７を設け、トルク制限部材３を内輪２の外径面に固着一体化させた構成であるが、図５に示した実施形態においては、内輪２の外径面に凹凸外面７’を設けている。この場合は、トルク制限部材３はハウジング１の内径面に固着一体化され、トルク制限部材３の内径面が弾性変形し凹凸外面７’に密着することにより凹凸内面８’が形成される。ハウジング１と内輪２との間に作用する一定のトルクによってその凹凸外面７’と凹凸内面８’との間で滑りが生じる。その場合の最低のトルク値が基準トルク値である。

この場合も前述の場合と同様にヌスミ９を形成する場合があるが、図５（ｂ）はハウジング１の内径面に浅い凹面１６、同図（ｃ）はトルク制限部材３の外径面に浅い凹面１７をそれぞれ一定ピッチで設けた例である。

実施形態に係るトルクリミッタは以上のようなものであり、いずれの場合も伝達トルクが基準トルク値より小さい場合は、ハウジング１と内輪２は双方向の回転に対し一体に回転してトルクを伝達するが、例えば、非駆動側において過負荷が作用するなどして伝達トルクが基準トルク値を上回ると、凹凸内面７と凹凸外面８との間、又は凹凸外面７’と凹凸内面８’との間で滑りが生じる。これによりハウジング１と内輪２との間で相対回転が生じ、伝達トルク値が制限される。

実施形態の断面図 （ａ）は図１のII−II線の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）図の一部拡大断面図、（ｃ）は同上の凹凸内面の変形例の断面図、（ｄ）は同上の凹凸内面の他の変形例の断面図 同上の分解斜視図 （ａ）から（ｃ）は同上の一部拡大断面図 （ａ）は他の実施形態の断面図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）図の一部拡大断面図

符号の説明

１ ハウジング
２ 内輪
３ トルク制限部材
４ 取付けつば
５ 結合凹所
６ 取付け穴
７ 凹凸内面
７’ 凹凸外面
８ 凹凸外面
８’ 凹凸内面
９ ヌスミ

Claims (3)

1. 円筒状のハウジングと、その内径側に同芯状態に嵌入された内輪、及び前記ハウジングの内径面と内輪の外径面との間に介在されるトルク制限部材とからなるトルクリミッタにおいて、前記トルク制限部材が弾性材料で形成されるとともにその内径面が前記内輪に一体化され、前記ハウジングの内径面に周方向に緩やかな曲線で連続した凹凸内面が形成され、前記トルク制限部材の外径面が該凹凸内面に弾性変形して圧入され、前記ハウジングと内輪との間のトルク伝達に際し前記トルク制限部材が弾性変形して滑りを生じ伝達トルクを制限するようにしたことを特徴とするトルクリミッタ。
2. 円筒状のハウジングと、その内径側に同芯状態に嵌入された内輪、及び前記ハウジングの内径面と内輪の外径面との間に介在されるトルク制限部材とからなるトルクリミッタにおいて、前記トルク制限部材が弾性材料で形成されるとともにその外径面が前記ハウジングに一体化され、前記内輪の外径面に周方向に緩やかな曲線で連続した凹凸外面が形成され、前記トルク制限部材の内径面がその凹凸外面に弾性変形して圧入され、前記ハウジングと内輪との間のトルク伝達に際し前記トルク制限部材が弾性変形して滑りを生じ伝達トルクを制限するようにしたことを特徴とするトルクリミッタ。
3. 前記トルク制限部材の内径面又は外径面とこれらと対向する部材との間に、該トルク制限部材の弾性変形の際のひずみを吸収するヌスミを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクリミッタ。

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