JP2006312963A - トルク伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク制限機構と非可逆機構とを備えながらも、部品点数削減化、重量軽減化、及び低コスト化が可能なトルク伝達装置を提供する。
【解決手段】一般産業機械、航空機器等の動力伝達系に用いられ、入力軸１に加わる規定値以上の入力トルクが出力軸２に伝達することを防止するトルク制限機構Ｐと、出力軸２に加わるバックドライブトルクが入力軸１に伝達することを防止する非可逆機構Ｑとを具備する装置であって、前記トルク制限機構Ｐが、第１動作変換部Ｐ１と、第１ブレーキ部Ｐ２とを備えて成るものであり、前記非可逆機構Ｑが、位相差発生部Ｑ１と、第２動作変換部Ｑ２と、第２ブレーキ部Ｑ３とを備えて成るものであり、さらに前記第１動作変換部Ｐ１の一部と第２動作変換部Ｑ２の一部とを共通の部材で構成するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般産業機械、航空機器等の動力伝達系に用いられ、入力軸に加わる規定値以上の入力トルクが出力軸に伝達することを防止するトルク制限機構と、出力軸に加わるバックドライブトルクが入力軸に伝達することを防止する非可逆機構とを有するトルク伝達装置に関する。

従来から、入力軸に加わる規定値以上の入力トルクが出力軸に伝達することを防止するトルク制限機構と、出力軸に加わるバックドライブトルクが入力軸に伝達することを防止する非可逆機構とを有するトルク伝達装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
米国特許第５９４４１４８号明細書

しかしながら、従来の構成では、同一ＡＳＳＹ（例えば、ＦＬＡＰ ＡＣＵＴＵＡＴＯＲ）内でトルク制限機能と非可逆機能とが要求される場合、各々別要素としてレイアウトされる。

このように、別要素としてレイアウトすると、ハウジングの巨大化等により重量増加及び加工、材料コストが高騰する傾向にあるといった問題点を有している。。また、システム上に構成される場合においても、別ＡＳＳＹとしてレイアウトされることにより、より多くの結合部（カップリング等）を必要とし、重量、コストが多大にかかるといった問題点を有している。。さらに、これらの機構自身においても別要素となることにより部品点数の増加につながり、材料、加工コストの増加するといった問題点を有している。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、トルク制限機構と非可逆機構とを備えながらも、部品点数削減化、重量軽減化、及び低コスト化が可能なトルク伝達装置を提供することにある。

すなわち、本発明のトルク伝達装置は、一般産業機械、航空機器等の動力伝達系に用いられ、入力軸に加わる規定値以上の入力トルクが出力軸に伝達することを防止するトルク制限機構と、出力軸に加わるバックドライブトルクが入力軸に伝達することを防止する非可逆機構とを具備する装置であって、前記トルク制限機構が、常時は入力トルクを出力軸に伝達し、且つ、入力軸に規定値以上の入力トルクが加わった際に、その入力トルクによる入力軸の回転動作を利用して軸方向変位を発生させる第１動作変換部と、前記第１動作変換部で発生した軸方向変位に応じて出力軸の回転動作を妨げる摩擦トルクを発生する第１ブレーキ部とを備えて成るものであり、前記非可逆機構が、正転時には一対のプレート同士を同一位相で回転させる一方、バックドライブトルクが加わった際には、前記一対のプレート間に回転方向位相差を発生する位相差発生部と、位相差発生部での回転方向位相差の発生により作動を開始し、バックドライブトルクによる出力軸の回転動作を利用して軸方向変位を発生させる第２動作変換部と、前記第２動作変換部で発生した軸方向変位に応じて出力軸の回転動作を妨げる摩擦トルクを増大させる第２ブレーキ部とを備えて成るものであり、さらに前記第１動作変換部の一部と第２動作変換部の一部とを共通の部材で構成していることを特徴とする。

このようなものであれば、入力軸側から駆動する場合に、規定値以上のトルクが入力されると、第１動作変換部が作動して第１ブレーキ部に出力軸の回転動作を妨げる摩擦トルクを発生させるため、確実にそのトルク値以上が出力軸側に伝達することを防止することができる。また、出力軸にバックドライブトルクが加わった場合には、第２動作変換部が動作して第２ブレーキ部に出力軸の回転動作を妨げる摩擦トルクを発生させるため、確実にブレーキをかけ、そのトルクを入力側に伝達することを防止することができる。また、第１動作変換部の一部と第２動作変換部の一部とを共通の部材で構成しているため、部品点数削減化、重量軽減化、及び低コスト化を行うことができる。

すなわち、トルク制限機構と非可逆機構とを備えながらも、部品点数削減化、重量軽減化、及び低コスト化が可能なトルク伝達装置を提供することができる。

本発明の望ましい態様としては、前記第１動作変換部が、対を成す第１プレートおよびこれら第１プレート間の安定位置又は乗り上げ位置で保持する第１ボールを備えて成り且つ規定値以上の入力トルクを受けた際に第１ボールを安定位置から乗り上げ位置に移動させ一方の第１プレートを軸方向変位させる第１ボールランプ部と、前記第１ボールを安定位置で保持し、且つ規定トルクを決定するように第１ボールランプ部を付勢する第１付勢部材とを備えて成るものであり、前記第２動作変換部が、前記一対のプレートとしての対を成す第２プレートおよびこれら第２プレート間の安定位置又は乗り上げ位置で保持する第２ボールを備えて成り且つバックドライブトルクを受けた際に第２ボールを安定位置から乗り上げ位置に移動させ一方の第２プレートを軸方向変位させる第２ボールランプ部と、前記第２ボールを安定位置で保持し、且つ第２ブレーキ部に初期摩擦トルクを発生するように第２ボールランプ部及び第２ブレーキ部を付勢する第２付勢部材とを備えて成るものであり、前記一方の第１プレートと一方の第２プレートとを共通の部材で構成しているものが挙げられる。

以上説明したように本発明のトルク伝達装置によれば、入力軸側から駆動する場合に、規定値以上のトルクが入力されると、第１動作変換部が作動して第１ブレーキ部に出力軸の回転動作を妨げる摩擦トルクを発生させるため、確実にそのトルク値以上が出力軸側に伝達することを防止することができる。また、出力軸にバックドライブトルクが加わった場合には、第２動作変換部が動作して第２ブレーキ部に出力軸の回転動作を妨げる摩擦トルクを発生させるため、確実にブレーキをかけ、そのトルクを入力側に伝達することを防止することができる。また、第１動作変換部の一部と第２動作変換部の一部とを共通の部材で構成しているため、部品点数削減化、重量軽減化、及び低コスト化を行うことができる。

すなわち、トルク制限機構と非可逆機構とを備えながらも、部品点数削減化、重量軽減化、及び低コスト化が可能なトルク伝達装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係るトルク伝達装置Ｚは、図１に示すように、入力軸１と、出力軸２と、これら入力軸１及び出力軸２の共通の軸心上に回動可能に配されトルク伝達用のトルク伝達体３と、このトルク伝達体３の一部を環装する位置に設けた作動体４と、この作動体４の一部をさらに環装する位置に設けた外側作動体５と、これら各部を収容するためのハウジング６とを具備するに加え、これら各部を利用して、入力軸１に加わる規定値以上の入力トルクが出力軸２に伝達することを防止するトルク制限機構Ｐと、出力軸２に加わるバックドライブトルクが入力軸１に伝達することを防止する非可逆機構Ｑとしての機能を発揮するように構成している。以下、各部を具体的に説明する。

入力軸１は、出力側を入力側よりも拡開させた開口部１１を有し、この開口部１１内にトルク制限機構Ｐの一部及び非可逆機構Ｑの一部を配して成るようにしたものである。

出力軸２は、入力側を出力側よりも拡開させた開口部２１１を有する外側出力軸部２１と、この外側出力軸部２１の開口部２１１の内面にトルク伝達のためにスプライン若しくはキー結合ｃ０により取り付けられこの外側出力軸部２１と一体に回動動作する略円筒形状の内側出力軸部２２とを備えてなるものである。

トルク伝達体３は、前記軸心に沿って伸びる略軸状のトルク伝達体本体３１と、このトルク伝達体本体３１の入力側の端部から略直角に外側へ屈曲させた略環状のトルク伝達体鍔部３２とを備え、これら各部を一体に形成して成る。そして、本実施形態では、トルク伝達体本体３１の出力側の端部が、ベアリングｂ１を介して外側出力軸部２１をその内側から支持する一方、トルク伝達体鍔部３２が、ベアリングｂ２を介して入力軸１をその内側から支持するようにしている。また、トルク伝達体本体３１の外面の一部と、内側出力軸部２２の内面の一部とをロックナットｎ近傍で、トルク伝達のためにスプライン若しくはキー結合ｃ１により接続している。

作動体４は、前記軸心に沿って伸びる略円筒状の作動体本体４１と、この作動体本体４１の入力側の端部から略直角に外側へ屈曲させた略環状の作動体鍔部４２とを備え、これら各部を一体に形成して成る。

外側作動体５は、前記軸心に沿って伸びる略円筒状の外側作動体本体５１と、この外側作動体本体５１の入力側の端部から略直角に外側へ屈曲させた略環状の外側作動体鍔部５２とを備え、これら各部を一体に形成して成る。

トルク制限機構Ｐは、常時は入力トルクを出力軸２に伝達し、且つ、入力軸１に規定値以上の入力トルクが加わった際に、その入力トルクによる入力軸１の回転動作を利用して軸方向変位を発生させる第１動作変換部Ｐ１と、前記第１動作変換部Ｐ１で発生した軸方向変位に応じて出力軸２の回転動作を妨げる摩擦トルクを発生する第１ブレーキ部Ｐ２とを備えて成るものである。

より具体的に、第１動作変換部Ｐ１は、トルク伝達体鍔部３２および作動体鍔部４２（これらトルク伝達体鍔部３２と作動体鍔部４２とが本願発明の「対を成す第１プレートＰ１１１」に相当する）と、これらトルク伝達体鍔部３２と作動体鍔部４２との間の、図示する安定位置又は乗り上げ位置（図示せず）で保持する第１ボールＰ１１２とから構成されて成り且つ規定値以上の入力トルクを受けた際にその入力トルクに対応した第１ボールランプ部Ｐ１１で発生する軸力が第１付勢部材Ｐ１２の付勢力に打ち勝つため第１ボールＰ１１２を安定位置から乗り上げ位置に移動させ作動体鍔部４２を軸方向変位させる第１ボールランプ部Ｐ１１と、前記第１ボールＰ１１２を安定位置で保持し、且つ規定トルクを決定するように作動体４を付勢する第１付勢部材Ｐ１２とを備えて成るものである。本実施形態で、第１付勢部材Ｐ１２に、バックドライブトルクにて第１ボールランプ部Ｐ１１で発生する軸力では撓まないだけの荷重を有するばねを用いている。そして、この第１付勢部材Ｐ１２を、トルク伝達体本体３１の外側と内側出力軸部２２の内側とに配しつつ、その一端部が内側出力軸部２２の壁部２２１に当接支持され、他端部が作動体本体４１の出力側端部に取り付けたリテーナ部４３に当接支持されるようにしている。なお、第１ボールランプ部Ｐ１１及び後述する第２ボールランプ部Ｑ２１の具体的な構成については、特願２００５−０２８１６１号記載の「出力側ボールランプ部」と同様であるので説明を省略する。

第１ブレーキ部Ｐ２は、内側出力軸部２２の外周に設けた複数の摩擦板Ｐ２１と、ハウジング６の内周に設けた複数の摩擦板Ｐ２２とを備え、これら摩擦板Ｐ２１、Ｐ２２を、前記軸心と平行な方向に、相互に重なり合うように配列したものである。

非可逆機構Ｑは、正転時には作動体鍔部４２および外側作動体鍔部５２（これら作動体鍔部４２と外側作動体鍔部５２とが本願発明の「対を成す第２プレートＱ２１１」に相当する）を同一位相で回転させる一方、バックドライブトルクが加わった際には、作動体鍔部４２および外側作動体鍔部５２に回転方向位相差を発生する位相差発生部Ｑ１と、位相差発生部Ｑ１での回転方向位相差の発生により作動を開始し、バックドライブトルクによる出力軸２の回転動作を利用して軸方向変位を発生させる第２動作変換部Ｑ２と、前記第２動作変換部Ｑ２で発生した軸方向変位に応じて出力軸２及び作動体４の回転動作を妨げる摩擦トルクを増大させる第２ブレーキ部Ｑ３とを備えて成るものである。

より具体的に、位相差発生部Ｑ１は、非可逆機構Ｑが作用している場合は、入力軸１にキー結合される作動体鍔部４２及び外側作動体鍔部５２とによって、回転方向位相差が発生するようにし、且つ、このキー結合部分に、その回転方向位相差を十分吸収できるだけの方向余裕を持たせるように構成したものである。

第２動作変換部Ｑ２は、作動体鍔部４２および外側作動体鍔部５２（すなわち、対を成す第２プレートＱ２１１）と、これら作動体鍔部４２と外側作動体鍔部５２との間の、図示する安定位置又は乗り上げ位置（図示せず）で保持する第２ボールＱ２１２とから構成されて成り且つバックドライブトルクを受けた際に第２ボールＱ２１２を安定位置から乗り上げ位置に移動させ外側作動体鍔部５２を軸方向変位させる第２ボールランプ部Ｑ２１と、前記第２ボールＱ２１２を安定位置で保持するように外側作動体本体５１を付勢する第２付勢部材Ｑ２２とを備えて成るものである。本実施形態で、第２付勢部材Ｑ２２に、第２ブレーキ部Ｑ３に初期摩擦トルクを発生させる皿ばねを用いている。そして、この第２付勢部材Ｑ２２を、その外縁部が外側作動体本体５１の出力端側に取り付けたプレート部５３に当接支持され、内縁部が作動体本体４１の出力側端部に取り付けたリテーナ部４３に当接支持されるようにしている。

第２ブレーキ部Ｑ３は、外側作動体本体５１の外周に設けた複数の摩擦板Ｑ３１と、ハウジング６の内周に設けた複数の摩擦板Ｑ３２とを備え、これら摩擦板Ｑ３１、Ｑ３２を、前記軸心と平行な方向に、相互に重なり合うように配列したものである。なお、本実施形態では、この第２ブレーキ部Ｑ３が、最大バックドライブトルクに対して十分対抗できるだけの摩擦トルクが発生できるように構成している。

以下、トルク伝達装置Ｚの動作について具体的に説明する。

（１）入力軸１からドライブする場合
１）入力軸１からトルクを入力すると、非可逆機構Ｑが作動している場合は、入力軸１の回転により、作動体４及び外側作動体５間の回転位相差を戻すとともに、第２ボールランプ部Ｑ２１の軸方向変位を戻すため、第２ブレーキ部Ｑ３のブレーキトルクが解除されて、入力軸１から、作動体４、第１ボールＰ１１２およびトルク伝達体３（すなわち第１ボールランプ部Ｐ１１）を介して出力軸２にトルクを伝達することができる。

２）入力軸１に規定値以上のトルクが入力されると、第１ボールランプ部Ｐ１１で発生する軸力が、第１付勢部材Ｐ１２の付勢力に打ち勝ちトルク伝達体鍔部３２と作動体鍔部４２との間に軸方向変位が発生する。

このとき、第２ボールランプ部Ｑ２１は、入力軸１の回転により、同位相を維持するため、この第２ボールランプ部Ｑ２１の軸方向変位は発生しない。

３）トルク伝達体鍔部３２および作動体鍔部４２間の軸方向変位により、外側作動体本体５１に取り付けているプレート部５３が、第１ブレーキ部Ｐ２と押圧するため、第１ボールランプ部Ｐ１１で発生した軸力と第１付勢部材Ｐ１２で発生している付勢力との差分が、第１ブレーキ部Ｐ２及び第２ブレーキ部Ｑ３に伝達する。

４）そして、３）で発生した軸力は、第１ブレーキ部Ｐ２及び第２ブレーキ部Ｑ３でブレーキトルクを発生させる。

５）したがって、入力軸１から伝達されたトルクは、第１ブレーキ部Ｐ２及び第２ブレーキ部Ｑ３にてハウジング６にアースされるため、出力軸２側に必要以上のトルクを伝達することを防止するトルク制限を行うことができる。

（２）出力軸２側からバックドライブされた場合
１）第２付勢部材Ｑ２２の初期プリロードにより第２ブレーキ部Ｑ３に、初期摩擦トルクが発生している。

２）出力側バックドライブトルクにより、第２ボールランプ部Ｑ２１にて軸力が発生するため、第２ブレーキ部Ｑ３の摩擦トルクが増加する。このとき、バックドライブトルクはトルク制限規定値より小さいため、第１ボールランプ部Ｐ１１はロードパスのみであり、作動はしない。すなわち、第１付勢部材Ｐ１２は、バックドライブトルクによっては撓まない。また、第２ボールランプ部Ｑ２１で発生する軸力は、ねじ結合により、作動体４→第２ボールＱ２１２→外側作動体５→第２ブレーキ部Ｑ３→第２付勢部材Ｑ２２→作動体４をループしているため、第１付勢部材Ｐ１２に伝達されることはない。

３）第２ブレーキ部Ｑ３は、最大バックドライブトルクに対して十分対抗できるだけの摩擦トルクが発生できるように構成されているため、バックドライブトルクと摩擦トルクとが釣り合う状態となり、入力軸１側にトルクが伝達することを防止できる。

このように、本実施形態に係るトルク伝達装置Ｚによれば、入力軸１側から駆動する場合に、規定値以上のトルクが入力されると、第１動作変換部Ｐ１の第１ボールランプ部Ｐ１１が作動して第１ブレーキ部Ｐ２に出力軸２の回転動作を妨げる摩擦トルクを発生させるため、確実にそのトルク値以上が出力軸２側に伝達することを防止することができる。また、出力軸２にバックドライブトルクが加わった場合には、第２動作変換部Ｑ２の第２ボールランプ部Ｑ２１が動作して第２ブレーキ部Ｑ３に出力軸２の回転動作を妨げる摩擦トルクを発生させるため、確実にブレーキをかけ、そのトルクを入力側に伝達することを防止することができる。また、第１動作変換部Ｐ１の一部と第２動作変換部Ｑ２の一部とを共通の部材（すなわち、第１ボールランプ部Ｐ１１及び第２ボールランプ部Ｑ２１にそれぞれ共通に用いる作動体４）で構成しているため、部品点数削減化、重量軽減化、及び低コスト化を行うことができる。

すなわち、トルク制限機構Ｐと非可逆機構Ｑとを備えながらも、部品点数削減化、重量軽減化、及び低コスト化が可能なトルク伝達装置Ｚを提供することができる。

なお、本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。

例えば、入力軸１や出力軸２などの形状は、本実施形態のものに限られず、実施態様に応じて適宜変更可能である。

また、トルク伝達体３、作動体４、外側作動体５などの構成や形状や配置についても本実施形態のものに限られず、実施態様に応じて適宜変更可能である。

また、第１動作変換部Ｐ１及び第２動作変換部に、ボールランプ部を用いているが、軸力又は軸方向変位を適宜発生させ得る機構（例えばローラや楔を利用したものなど）を用いることができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態に係るトルク伝達装置の構造断面を模式的に示す図。

符号の説明

１・・・・・・入力軸
２・・・・・・出力軸
４・・・・・・共通の部材（作動体）
Ｐ・・・・・・トルク制限機構
Ｐ１・・・・・第１動作変換部
Ｐ２・・・・・第１ブレーキ部
Ｐ１１・・・・第１ボールランプ部
Ｐ１２・・・・第１付勢部材
Ｐ１１１・・・第１プレート
Ｐ１１２・・・第１ボール
Ｑ・・・・・・非可逆機構
Ｑ１・・・・・位相差発生部
Ｑ２・・・・・第２動作変換部
Ｑ３・・・・・第２ブレーキ部
Ｑ２１・・・・第２ボールランプ部
Ｑ２２・・・・第２付勢部材
Ｑ２１１・・・第２プレート
Ｑ２１２・・・第２ボール
Ｚ・・・・・・トルク伝達装置

Claims (2)

1. 一般産業機械、航空機器等の動力伝達系に用いられ、入力軸に加わる規定値以上の入力トルクが出力軸に伝達することを防止するトルク制限機構と、出力軸に加わるバックドライブトルクが入力軸に伝達することを防止する非可逆機構とを具備する装置であって、
   前記トルク制限機構が、常時は入力トルクを出力軸に伝達し、且つ、入力軸に規定値以上の入力トルクが加わった際に、その入力トルクによる入力軸の回転動作を利用して軸方向変位を発生させる第１動作変換部と、前記第１動作変換部で発生した軸方向変位に応じて出力軸の回転動作を妨げる摩擦トルクを発生する第１ブレーキ部とを備えて成るものであり、
   前記非可逆機構が、正転時には一対のプレート同士を同一位相で回転させる一方、バックドライブトルクが加わった際には、前記一対のプレート間に回転方向位相差を発生する位相差発生部と、位相差発生部での回転方向位相差の発生により作動を開始し、バックドライブトルクによる出力軸の回転動作を利用して軸方向変位を発生させる第２動作変換部と、前記第２動作変換部で発生した軸方向変位に応じて出力軸の回転動作を妨げる摩擦トルクを増大させる第２ブレーキ部とを備えて成るものであり、
   さらに前記第１動作変換部の一部と第２動作変換部の一部とを共通の部材で構成していることを特徴とするトルク伝達装置。
2. 前記第１動作変換部が、対を成す第１プレートおよびこれら第１プレート間の安定位置又は乗り上げ位置で保持する第１ボールを備えて成り且つ規定値以上の入力トルクを受けた際に第１ボールを安定位置から乗り上げ位置に移動させ一方の第１プレートを軸方向変位させる第１ボールランプ部と、前記第１ボールを安定位置で保持し、且つ規定トルクを決定するように第１ボールランプ部を付勢する第１付勢部材とを備えて成るものであり、
   前記第２動作変換部が、前記一対のプレートとしての対を成す第２プレートおよびこれら第２プレート間の安定位置又は乗り上げ位置で保持する第２ボールを備えて成り且つバックドライブトルクを受けた際に第２ボールを安定位置から乗り上げ位置に移動させ一方の第２プレートを軸方向変位させる第２ボールランプ部と、前記第２ボールを安定位置で保持し、且つ第２ブレーキ部に初期摩擦トルクを発生するように第２ボールランプ部及び第２ブレーキ部を付勢する第２付勢部材とを備えて成るものであり、
   前記一方の第１プレートと一方の第２プレートとを共通の部材で構成していることを特徴とする請求項１記載のトルク伝達装置。

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