JP2007132450A - トルク制限機構 - Google Patents

Abstract

【課題】回転速度を計測するセンサを用いずに、スリップクラッチ部におけるスリップの発生を検知する。
【解決手段】入力軸１と出力軸２との間に介設したスリップクラッチ部３においてスリップが発生すると、入力軸１の回転と出力軸２の回転とが非同期となり、両者に位相差が生じる。この位相差を作動子４３の直線的な変位に変換する動作変換部４を構成し、作動子４３の変位を検知部５で検出して、以てスリップが発生した旨を知得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般産業機械、航空機等の動力伝達系に係わり、規定を超えるトルクが作用した場合にそのトルクの伝達を抑制し得るトルク制限機構に関する。

入力軸から出力軸にトルクを伝達するとともに、規定を超えるトルクが作用した場合にトルクの伝達を抑制し得る機構として、スリップクラッチ（例えば、下記特許文献を参照）が周知である。スリップクラッチは、入力軸にスプライン結合する摩擦板と、出力軸にスプライン結合する摩擦板との摩擦を通じてトルクを伝達し、過大トルクが作用した際には摩擦板同士をスリップさせることで伝達されるトルクを低減するものである。
特開２００２−０３１１５６号公報 特許２７５６４５６号公報

入力軸と出力軸との間にスリップクラッチを介設した機械・機器等では、スリップが発生したときに早期にその事実を検知したいという欲求がある。理由は、第一に、出力軸が適切に回転しない場合にスリップクラッチ部におけるスリップのせいなのかあるいは入力軸自体が回転していないのかを切り分けて特定するためであり、第二に、摩擦板同士のスリップに伴う摩擦熱を一定限度内に抑えるべくスリップが発生した際に速やかに入力軸の回転を制動するためである。

従来、スリップの発生を検知するべく、入力軸及び出力軸の回転速度をそれぞれ計測するためのセンサを設け、回転速度の差を監視していたのであるが、このようなセンサを設けることはコスト負担が大きかった。

以上に鑑みてなされた本発明は、回転速度を計測するセンサを用いずとも、スリップクラッチ部におけるスリップの発生を検知できるようにすることを所期の目的としている。

本発明では、入力軸と出力軸との間にスリップクラッチ部を設けておき、規定以上の入力トルクが作用した場合に前記スリップクラッチ部をスリップさせて出力トルクを制限するように構成したトルク制限機構において、前記スリップクラッチ部のスリップに起因して前記入力軸と前記出力軸との間に生じる位相差を作動子の直線的な変位に変換する動作変換部と、前記作動子の変位を利用して前記スリップクラッチ部にスリップが発生した旨を検知する検知部とを設けた。

即ち、入力軸及び出力軸の回転速度を計測するのではなく、入力軸と出力軸との位相差を作動子の機械的変位に変換して、その作動子の変位を検出するようにした。これにより、回転速度を計測するセンサを設けず、比較的低コストでスリップの発生を検知可能となる。

本発明によれば、回転速度を計測するセンサを用いずとも、スリップクラッチ部におけるスリップの発生を検知できる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態のトルク制限機構は、図１に示すように、同一軸心Ａ回りに回転駆動される入力軸（または、出力軸）１と出力軸（または、入力軸）２との間にスリップクラッチ部３を介設して、入力軸１に入力されるトルクを出力軸２に伝達するようにしたものである。

スリップクラッチ部３は、入力軸１にスプライン結合（キー結合）する摩擦板３１と、出力軸２にスプライン結合する摩擦板３２と、これら摩擦板３１、３２を重ね合わせて押圧するプリロードスプリング３３とを具備する。図示例では、出力軸２を入力軸１に収容し、出力軸２の外周及び入力軸１の内周にそれぞれ軸心Ａ方向に沿って交互に重なり合うように摩擦板３１、３２を取着している。

入力軸１にトルクが入力されると、そのトルクが摩擦板３１、３２同士の摩擦を通じて出力軸２に伝達され、入力軸１及び出力軸２が同期回転する。但し、規定以上の過大トルクが作用した場合には、摩擦板３１、３２同士がスリップして伝達されるトルクを低減する。スリップが発生しているとき、入力軸１の回転と出力軸２の回転とが非同期となり、両者に位相差が生じる。

しかして、摩擦板３１、３２同士のスリップに起因して入力軸１と出力軸２との間に生じる位相差を、作動子４３の直線的な変位に変換し、その作動子４３の変位を検出することによってスリップが発生した旨を知得するようにしている。

入力軸１と出力軸２との位相差を機械的変位に変換する動作変換部４は、入力軸１に設けた入力側リング４１と、出力軸２に設けた出力側リング４２とを要素とする。入力側リング４１は入力軸１とともに軸心Ａ回りに回転し、出力側リング４２は出力軸２とともに軸心Ａ回りに回転する。これら入力側リング４１と出力側リング４２とは、互いに係わり合ってカムを構成する。即ち、一方が軸心Ａ方向に変位可能に支持されたスライドリングであり、このスライドリングが他方のカムリングに対して相対的に回転すると同時に軸心Ａ方向に変位して作動子４３を駆動する。

本実施形態では、入力側リング４１をスライドリングとし、出力側リング４２をカムリングとしている。入力側リング４１は、入力軸１にスプライン結合する。出力側リング４２は、出力軸２に固定する。また、出力側リング４２を入力側リング４１に収容し、出力側リング４２の外周面と入力側リング４１の内周面とを径方向に対向配置している。

その上で、出力側リング４２の外周にはカム溝４２ａを形成し、スライドリングの内周にはカム溝４２ａに係合するピン４１ａを突設している。カム溝４２ａは、図２に示すように、軸心Ａ方向に位置を徐々に変化させながら出力側リング４２を一周するように環状に彫ってあり、出力側リング４２の径に対称となっている。ピン４１ａは、カム溝４２ａ内に進入し、カム溝４２ａに沿って摺動するもので、入力側リング４１の径方向に対向するように２個存在する。

スリップクラッチ部３においてスリップが発生し、入力軸１と出力軸２との間に位相差が生じると、入力側リング４１が出力側リング４２に対して軸心Ａ回りに相対的に回転する。このとき、ピン４１ａがカム溝４２ａに沿って摺動し、その結果としてピン４１ａひいては入力側リング４１が軸心Ａ方向に変位することとなる。入力側リング４１の軸心Ａ方向の変位量は、初期組み込み位置（スリップクラッチ部３においてスリップが発生していない状態での位置）から、入力側リング４１が出力側リング４２に対して相対的に９０度回転したときに最大となる。

作動子４３は、軸心Ａ方向に直線的に突没動作可能にハウジング６に支持させてある。入力側リング４１は、スリップクラッチ部３においてスリップが発生したときに、作動子４３を図中左方に押し出す。入力軸１と出力軸２との非同期回転が続くと入力側リング４１は軸心Ａ方向に振動するが、作動子４３にはディテント機構（または、節度機構）が付随しており、一旦押し出されて突出した作動子４３は外部から操作されない限り自動的に元の位置に没入することはない。ディテント機構は、作動子４３の外周に形成したディテント溝４３ａ、４３ｂと、ディテント溝４３ａ、４３ｂの何れかに係合して作動子４３を突出位置または没入位置に位置づけ突没動作を規制するボール４４と、ボール４４を作動子４３に交差する方向に弾性付勢するスプリング４５とよりなる。

スリップクラッチ部３にスリップが発生した旨を検知する検知部５は、要するに、作動子４３が入力側リング４１により押し出されて突出した事象を検出する。例えば、検知部として、突出した作動子４３が係合してＯＮ／ＯＦＦが切り替わるリミットスイッチ５を設けておき、リミットスイッチ５を介してスリップの発生を検知した際にシステムを自動停止させるようにすることが可能である。因みに、作動子４３の突出は、目視にても確認することができる。

本実施形態によれば、入力軸１と出力軸２との間にスリップクラッチ部３を介設し、規定以上の入力トルクが作用した場合に前記スリップクラッチ部３をスリップさせて出力トルクを制限するように構成したトルク制限機構において、前記スリップクラッチ部３のスリップに起因して前記入力軸１と前記出力軸２との間に生じる位相差を作動子４３の直線的な変位に変換する動作変換部４と、前記作動子４３の変位を利用して前記スリップクラッチ部３にスリップが発生した旨を検知する検知部５とを設けたため、入力軸１や出力軸２の回転速度を計測するためのセンサを用いずに比較的低コストでスリップの発生を検知できる。

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、検知部５を構成するデバイスはリミットスイッチ等の機械的なスイッチには限られず、各種センサ（アクティブ赤外線センサ、測距センサ、光学センサ等）を使用することができる。

上記実施形態では、入力側リング４１を入力軸１にスプライン結合してスライドリングとしていたが、これとは逆に、出力側リング４２を出力軸２にスプライン結合してスライドリングとすることも考えられる。

また、入力側リング４１の内周にカム溝を形成し、出力側リング４２の外周にピンを突設するようにしてもよい。

動作変換部４のカムは、カム溝４２ａとピン４１ａとによるものには限定されず、その他の態様のカムを採用することを妨げない。

さらには、いわゆるボールランプを設けて動作変換部を構成することも可能である。即ち、入力軸とともに回転する入力側部材と、出力軸とともに回転する出力側部材とを軸心方向に沿って対向させ、両部材の対向面にそれぞれテーパ状の側端面を有する凹溝を形成して、凹溝間にボールを挟圧する。入力軸と出力軸との間に位相差が生じると、ボールが凹溝の側端面に乗り上げて脱出しようとし、両部材を軸心方向に離反させる。故に、入力側部材または出力側部材をスプライン結合等を介して軸心方向に変位可能としておけば、入力軸と出力軸との位相差を直線的な変位に変換し得る。

その他各部の具体的構成は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のトルク制限機構を示す断面図。 同実施形態におけるカムリング及びカム溝を示す側面図。

符号の説明

１…入力軸
２…出力軸
３…スリップクラッチ部
４…動作変換部
５…検知部

Claims (1)

1. 入力軸と出力軸との間にスリップクラッチ部を設けておき、規定以上の入力トルクが作用した場合に前記スリップクラッチ部をスリップさせて出力トルクを制限するように構成したトルク制限機構において、
   前記スリップクラッチ部のスリップに起因して前記入力軸と前記出力軸との間に生じる位相差を作動子の直線的な変位に変換する動作変換部と、
   前記作動子の変位を利用して前記スリップクラッチ部にスリップが発生した旨を検知する検知部と
   を設けたことを特徴とするトルク制限機構。
   
   

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