JP2007002961A - 機械式過負荷保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トリップトルクの実測値を理論値に近付けた機械式過負荷保護装置を提供すること。
【解決手段】係合凹部３０ａとボール保持部３４ａとの間でボール３６が保持されているときトルクが伝達され、ボール３６が係合凹部３０ａから脱け出したときトルク伝達が遮断される機械式過負荷保護装置１０において、係合凹部３０ａのボール３６との接点から、係合側面３０ｂまでの係合側面３０ｂに対して直角方向の距離である係合深さＤＦが、ボール３６の半径Ｒの０．４５〜０．５５倍となるようにした。その結果、トリップトルクの実測値が理論値に近いものとなるので、この種の過負荷保護装置にとって重要なトリップトルク値の設定を的確に行なうことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、機械式過負荷保護装置に関し、特に、低速回転用の機械式過負荷保護装置に関する。

従来の機械式過負荷保護装置を、トルク・リミッタ（例えば、特許文献１参照。）を一例として、図５及び図６を参照して説明する。
図５は、従来のトルク・リミッタの出力軸方向に切断した断面を示す断面図である。
図６は、図５のトルク・リミッタの作動状態を示す要部断面図である。

図５において、トルク・リミッタ１０’は、出力軸１２’とキー結合されることにより従動するハブ１４’と、ハブ１４’にベアリング１６’を介して回動可能に配設されている駆動プーリ１８’とを有する。プーリ１８’は、図示しないベルト等を介して、駆動源に連結されている。
ハブ（ドリブンプレート）１４’には、出力軸１２’に対し直角方向に突出した、ほぼドーナツ円板状のフランジ部１４ａ’が形成され、このフランジ部１４ａ’には、ボール保持部となる孔１４ｂ’が円周方向に間隔を空けて複数個穿設されている。各孔１４ｂ’内には、ボール２０’が位置している。

ドライブプレート２２’は、ボルト２４’によりプーリ１８’に取付けられている。また、ドライブプレート２２’のボール２０’と対向する部位に、係合凹部２２ａ’が座ぐり加工され、この係合凹部２２ａ’内にボール２０’が位置できるようになっている。

スライドプレート２６’は、ハブ１４’と対向し、軸方向移動が可能であるように配置されている。スライドプレート２６’のボール２０’と対向する位置に、球面状凹部２６ａ’が形成され、この球面状凹部２６ａ’にボール２０’が入ることができる。また、スライドプレート２６’は、軌導輪２８’及び軸方向に移動することが可能なニードルベアリング３２’を介し、ばね３０’に蓄えられている弾性反発力によってボール２０’側に付勢されている。ばね３０’は、軌導輪２８’の反対側に配置されたトルクカラー３４’に係止されている。

トルクカラー３４’は、ハブ１４’に装着され、ねじ溝１４ｃ’上に装着されたトルク調整ナット３６’によって、軸方向における移動を規制されている。なお、トルク調整ナット３６をねじ溝１４’ｃにねじ込んでボール２０’側に移動させることにより、押しピン３８’がトルクカラー３４’をボール２０’側に押圧する。すなわち、トルク調整ナット３６’のねじ込み量を調整することにより、ばね３０’の弾性反発力によってスライドプレート２６’を付勢する力が調整されることになる。

電磁石４２’は、スライドプレート２６’と対向し、ベアリング４０’を介してハブ１４’に配設されている。この電磁石４２’は、回り止めされた状態で配置され、且つ、リミットスイッチ４６’と電気的に接続されている。また、スライドプレート２６’が検出部４６ａ’と当接することにより、電磁石４２’をオン作動させ、スライドプレート２６’を電磁石４２’に吸着する。

出力軸１２’側が過負荷状態になると、ボール２０’は、ばね３０’によるスライドプレート２６’の加圧力に抗して係合凹部２２ａ’から脱け出し、スライドプレート２６’を軸方向リミットスイッチ４６’側に移動させる。
なお、スライドプレート２６’がリミットスイッチ４６’の検出部４６ａ’と当接し、リミットスイッチ４６’をオン作動させることにより、電磁石４２’が通電され、図６に示すように、電磁石４２’は、ばね３０’の弾性反発力に抗してスライドプレート２６’を吸着する。
過負荷状態が解消され、トルク伝達を再開させる場合は、電磁石４２’の通電を遮断すればよい。ばね３０’の弾性反発力によりスライドプレート２６’が押圧され、ボール２０’が係合凹部２２ａ’側に押圧されることにより、当初の限界（トリップ）トルク設定が完了した状態となる。

この従来のトルク・リミッタによれば、出力軸１２’側が過負荷状態になると、ボール２０’がスライドプレート２６’の加圧力に抗して係合凹部２２ａ’から脱け出し、スライドプレート２６’をリミットスイッチ４６’側に軸方向移動させる。その結果、ドライブプレート２２が滑動し、トルク・リミッタとして機能する。
実開平５−８０６３号公報

次に、図７は、別のタイプの従来の機械式過負荷保護装置の要部拡大図である。
図７において、ボール３６’は、ドリブンプレート３４に設けられた凹部であるボール保持部３４ａ’とドライブプレート３０’に設けられた係合凹部３０ｄ’で支えられる。

この従来の機械式過負荷保護装置では、係合凹部３０ｄ’の凹みの深さＤｆがボール保持部３４ａ’の凹みの深さよりも浅くされていることにより、過負荷時には、ボール３６’は、ボール保持部３４ａ’からではなく係合凹部３０ｄ’から脱け出すようになっている。

上述した従来のトルク・リミッタにおいては、いずれの場合も、過負荷時においてボールが係合凹部から脱け出す時のトルク値（以下、「トリップトルク」という。）の実測値と理論値とのずれを小さくすることに課題があった。すなわち、係合凹部の深さが小さい場合は、ボールが早期に係合凹部から脱け出す傾向となり、逆に、係合凹部の深さが大きい場合は、ボールが係合凹部に掛かり過ぎる傾向となって、トリップトルクの実測値を理論値に近付けることが難しかった。

そこで、本発明は、トリップトルクの実測値を理論値に近付けた機械式過負荷保護装置を提供することを課題とする。

本発明は、ドライブプレートに設けられた係合凹部とこれに対向してドリブンプレートに設けられたボール保持部との間でボールが保持されているときトルクが伝達され、前記ボールが前記係合凹部から脱け出したときトルク伝達が遮断される機械式過負荷保護装置において、
前記係合凹部の係合深さが前記ボールの半径の０．４５〜０．５５倍であることを特徴とする機械式過負荷保護装置により、前記課題を解決した。

本発明の機械式過負荷保護装置によれば、トリップトルクの実測値が理論値に近いものとなるので、この種の過負荷保護装置にとって重要なトリップトルク値の設定を的確に行なうことができる。

なお、請求項２のように、ドリブンプレートにドライブプレート外周に対向するフランジ部を、ドライブプレート外周にＯリングを、各々設けることによって密閉性を向上させると、ボールと係合凹部及びボール保持部の接触部分に潤滑グリスを付けた場合、潤滑グリスが遠心力により飛散することがないため、ボールと係合凹部及びボール保持部との潤滑が長期にわたり維持される。その結果、ボールの接触状態を安定させるとともに、ボールの焼付き等の発生を防ぐことができる。

ボールが係合凹部から脱け出したとき、複数のボールとドライブプレートは点接触している。そして、トリップ後にボールが係合凹部に戻る際には、係合凹部における衝撃を伴うが、Ｏリングをドライブプレート外周に装着しておくと、Ｏリングがドライブプレートの傾斜を抑制することにより、ドライブプレートが複数のボールを押圧する力を均等にすることができ、その結果、前記衝撃の程度を緩和して、トリップトルクの精度を維持することができる効果がある。

以下、図１から図４を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の機械式過負荷保護装置１０を出力軸方向に切断した断面図である。
図２は、図１に、便宜上、従来の係合側面３０ｅ’を２点鎖線で示した要部拡大図である。

図１において、中空軸２０は、軸受２４，２４によって回転可能に支持され、ギヤケース１２に取付けられている。なお、中空軸２０のほぼ中間において、最終段ギヤ１６と中間ギヤ１８が連動するように噛合っている。

被駆動軸２２は中空軸２０に装着されている。
円盤状のドライブプレート３０は、中空軸２０に装着され、ドリブンプレート３４は、中空軸２０に装着されたドライブプレート３０と対向し、軸方向移動が可能に被駆動軸２２に装着されている。

ドリブンプレート３４は、キー３２によって回転止めされた状態で被駆動軸２２に装着され、ドライブプレート３０は、中空軸２０に装着されている皿ばね４２の弾性反発力によりドリブンプレート３４側に押圧されている。

皿ばね４２は、ドライブプレート３０のドリブンプレート３４と対向する面の裏面に、ドライブプレート３０と当接するように配設されている。
また、皿ばね４２は、並列して重ね合わされた状態、又は向い合わされた状態など、異なる態様で設けられることにより、ドライブプレート３０に対する荷重を調節することができる。

皿ばね４２は、断面がほぼＬ字のストップカラー４０によって固定され、ストップカラー４０は、Ｌ字の凹み部４０ａが中空軸２０に設けられた段差部２０ａに係合するように設置される。さらに、このストップカラー４０は、中空軸２０に設けられた溝２０ｂに装着された止輪４４により、言わば、２箇所で、所定の位置に確実に固定・保持されている。

なお、上述したストップカラー４０を所定の位置に確実に固定・保持する構成により、ストップカラー４０の皿ばね４２と当接する面の高さ（Ｌ）が、皿ばね４２の内径から外径までの軸に直角方向の高さ（Ｒ）のほぼ半分（Ｌ／Ｒ≒１／２）であるように設けることが可能である。その結果、皿ばね４２の配設の位置、及び状態も安定し、皿ばね４２がドライブプレート３０を押圧する力を一定にすることができる。

調節ナット３８は、被駆動軸２２に装着されるとともに、ドリブンプレート３４の軸方向における移動を規制する。この調節ナット３８が軸方向に締込まれ、又は、弛められることにより、皿ばね４２による付勢力が調節される。

係合凹部３０ａがドライブプレート３０の係合側面３０ｂに、ボール保持部３４ａがドリブンプレート３４の保持側面３４ｂに、各々が対向する位置に設けられている。ボール３６は、ボール保持部３４ａと係合凹部３０ａの間に挟まれ、脱入可能に支えられている。

図２において、係合凹部３０ａの底のボール３６との接点、すなわち、Ｐ１から係合側面３０ｂまでの係合側面３０ｂに対して直角方向の距離、すなわち、係合凹部３０ａの凹みの深さを係合深さ「ＤＦ」とすると、ＤＦは、ボール３６の半径Ｒの０．４５〜０．５５倍である（ＤＦ＝Ｒ×０．４５〜０．５５）ように設定するのが好適である。
なお、便宜上、本発明の実施形態と従来例を比較し易いように、図２では、従来の係合側面３０ｅ’を２点鎖線で示している。

なお、ドライブプレート３０の外周に対向するフランジ部３４ｃがドリブンプレート３４に設けられ、さらに、Ｏリング３１がドライブプレート３０の外周でフランジ部３４ｃとの間において、ドライブプレート３０とフランジ部３４ｃの間に装着され、ドライブプレート３０とドリブンプレート３４の密閉性が確保されている。好ましくは、ボール３６と係合凹部３０ａ及びボール保持部３４ａの接触部分にグリス等の潤滑剤を付け、接触部分の潤滑が保持されるようにする。

図１において、中間ギヤ１８に駆動源からのトルクが加えられると、中間ギヤ１８の回転は、最終段ギヤ１６を介して中空軸２０に伝達される。
通常、ドライブプレート３０は、皿ばね４２の弾性反発力によってドリブンプレート３４側に押圧されている。また、ボール３６は、係合凹部３０ａとボール保持部３４ａに入った状態である。
駆動源からのトルクが中空軸２０に伝達されると、ドライブプレート３０及びボール３６を介しドリブンプレート３４へ、さらに、被駆動軸２２へ伝達される。

被駆動軸２２側が過負荷状態になると、係合凹部３０ａはボール保持部３４ａよりも浅い構造であるため、ボール３６は、ボール保持部３４ａに入った状態のまま係合凹部３０ａから脱け出す。それに伴い、ドライブプレート３０が皿ばね４２の弾性反発力に抗して軸方向に移動されることにより、ドライブプレート３０とドリブンプレート３４間にスリップが発生し、トリップ状態となる。
なお、調節ナット３８のねじ込み位置を移動させることにより、皿ばね４２がドライブプレート３０を押圧する力を変更し、スリップが発生するトリップトルク値を適宜調節することができる。

図３は、トリップトルク（Ｎ・ｍ）とナット締付角度（度）の関係図である。 図３において、曲線Ａ’は、係合深さＤＦが、ボール３６の半径Ｒの０．４５〜０．５５倍である（ＤＦ＝Ｒ×０．４５〜０．５５）場合のトリップトルクの理論値の平均値を示し、曲線Ａは、係合深さＡＦが、ボール３６の半径Ｒの０．４５〜０．５５倍である（ＤＦ＝Ｒ×０．４５〜０．５５）場合のトリップトルクの実測値の平均値をそれぞれ示している。

図３において、実測値の曲線Ａと理論値の曲線Ａ’が、ほぼ重なっていることから、本発明によれば、トリップトルクの実測値を理論値に近付けることができたことが分かる。

次に、図４に本発明の第２実施形態を示す。
図４は、係合凹部３０ａ’の半径方向における断面を示す、拡大断面図である。
図４において、係合凹部３０ａ’は、ドライブプレート３０’に、断面がほぼ傘形をなすように設けられている。
この場合、ボールの接点Ｐ１’から係合側面３０ｂ’までの係合側面３０ｂ’に対して直角方向の距離が係合深さＤＦ’である。係合凹部３０ａ’は、係合深さＤＦ’がボール３６の半径Ｒよりも小さくなるように設けられる。
なお、係合深さＤＦ’をボール３６の半径Ｒの０．４５〜０．５５倍（ＤＦ’＝Ｒ×０．４５〜０．５５）になるようにすることにより、トリップトルクの実測値を理論値に近付ける効果がある。

なお、ボール保持部３４ａは、ボール３６の半径よりも深く設けられるが、これは、図５、６の場合のように、貫通孔であってもよい。

なお、本発明によれば、出力軸が低速回転（５〜３０ｒｐｍ）であるとき、高速回転時よりも、トリップトルクの実測値を理論値に近付けることができることが判明している。

本発明の第１実施形態の機械式過負荷保護装置を出力軸方向に切断した断面図。 便宜上、従来の係合側面を２点鎖線で示した、図１の要部拡大図。 トリップトルク（Ｎ・ｍ）とナット締付角度（度）の関係図。 本発明の第２実施形態における係合凹部の半径方向拡大断面図。 従来のトルク・リミッタを出力軸方向に切断した断面図。 図５のトルク・リミッタの作動状態を示す、要部断面図。 他の従来の機械式過負荷保護装置を示す要部拡大図。

符号の説明

１０：機械式過負荷保護装置
３０，３０’：ドライブプレート
３０ａ，３０ａ’：係合凹部
３１：Ｏリング
３４：ドリブンプレート
３４ａ：ボール保持部
３４ｃ：フランジ部
３６：ボール
ＤＦ，ＤＦ’：係合深さ

Claims (2)

1. ドライブプレートに設けられた係合凹部とこれに対向してドリブンプレートに設けられたボール保持部との間でボールが保持されているときトルクが伝達され、前記ボールが前記係合凹部から脱け出したときトルク伝達が遮断される機械式過負荷保護装置において、
   前記係合凹部の係合深さが前記ボールの半径の０．４５〜０．５５倍であることを特徴とする、
   機械式過負荷保護装置。
2. 前記ドリブンプレートが前記ドライブプレートの外周に対向するフランジ部を有し、前記ドライブプレートの外周にＯリングが装着された、請求項１又は２の機械式過負荷保護装置。

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