JP2009168076A - トルク制限機構 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡素な構造でありながら入力軸の回転方向によって異なるトルク制限値を設定することができるトルク制限機構を提供する。
【解決手段】入力されるトルクを所定の負荷により制限する共通のトルクリミッタＴと、このトルクリミッタＴにトルクを伝達するための入力軸３と、この入力軸３から前記トルクリミッタＴにトルクを伝達する二系統のトルク伝達系統Ａ、Ｂと、前記入力軸３と前記二系統のトルク伝達系統Ａ、Ｂに介設される切替機構Ｃとを具備するトルク制限機構Ｌとした。
【選択図】図２

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、入力軸の回転方向によってトルク制限値が異なるトルク制限機構に関するものである。

従来から、入力されるトルクを所定の負荷により制限することができるトルク制限機構が周知である（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−１７７３８２

しかしながら、従来のいわゆるスリップタイプのトルク制限機構では、摩擦係数が入力軸の回転方向にかかわらず一定であるため、回転方向別に制限トルク値を設定することができないという問題点がある。

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、比較的簡素な構造でありながら入力軸の回転方向によって異なるトルク制限値を設定することができるトルク制限機構を提供することにある。

すなわち、本発明のトルク制限機構は、入力されるトルクを所定の負荷により制限するトルクリミッタと、このトルクリミッタにトルクを伝達するための入力軸と、この入力軸から前記トルクリミッタにトルクを伝達する二系統のトルク伝達系統と、前記入力軸と前記二系統のトルク伝達系統に介設され、前記入力軸の回転方向別に前記トルク伝達系統を切替可能な切替機構とを具備するトルク制限機構であって、前記トルク伝達系統をそれぞれ異なる増減速比にて構成することにより前記入力軸の回転方向によってトルク制限値が異なることを特徴とする。

このようなものであれば、切替機構により入力軸の回転方向によってトルク伝達系統を切り替えることができるので、共通のトルクリミッタにトルクが伝達される場合であっても、回転方向別にトルク制限値を設定することができる。すなわち、二系統のトルク伝達系統をそれぞれ異なる増減速比にて構成することによって、共通のトルクリミッタに伝達されるトルク値を変えることができ、トルクリミッタの摩擦係数が一定であっても、入力軸の回転方向別に異なるトルク制限値を設定することができる。

なお、異なる増減速比は、例えば一方のトルク伝達系統に差動機構を用いるなどすれば容易に実現することができるため、トルク制限値の設定を比較的簡単に行うことができる。しかも、トルクリミッタを単一の構成にすることができるため、構成品の軽量化、小型化や低コスト化を図ることができる。さらに、入力軸が一方の回転方向にのみ回転するような構成品において使用される場合には、他方の回転方向（非トルク印加側）のねじりに対する強度条件を下げることができるため、構成品の軽量化及び低コスト化を図ることができる。

以上説明したように本発明によれば、比較的簡素な構造のトルク制限機構でありながら、入力軸の回転方向によって異なるトルク制限値を設定することができる。

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制限機構Lは、図１に概略を示すように、伝導装置Ｐに実装されて用いられる。

ここで、伝導装置Ｐは、例えば、航空機の貨物ドア開閉駆動機構に利用される。図１に示すように、駆動源Ｍから出力されるトルクが伝導装置入力軸１０を介して、伝導装置Ｐに入力され、この伝導装置Ｐによって制御されたトルクが伝導装置出力軸３０から出力される。そして、正逆方向のトルクが伝導装置出力軸３０に種々の態様で接続される駆動対象Ｄに伝達され、駆動対象Ｄたる航空機の貨物ドアＥを開閉駆動させる。

この伝導装置Ｐを具体的に説明すると、駆動源Ｍから出力されるトルクが伝導装置入力軸１０及び歯車列１１を介して差動機構Ｓに伝達され、この差動機構Ｓの出力端ａ、ｂからそれぞれトルク伝達する。出力端ａからは、歯車列１２を介して伝導装置出力軸３０に伝達され、出力端ｂであるリング歯車２３は、歯車列１３を介してトルク制限機構Ｌの入力軸３に伝達される。

なお、歯車列１１、１２及び１３は、歯車に限定されるものではなくベルト等を利用した種々の動力伝達手段を用いることができる。

トルク制限機構Ｌの入力軸３は、前記差動機構Ｓの出力端ｂであるリング歯車２３に歯車列１３を介して接続される。リング歯車２３はトルク制限機構Ｌの所定のトルク制限を受け、所定値以上の過大な負荷が伝達されない限り回転駆動が制限される。即ち、リング歯車２３は伝導装置Ｐの正常作動時には回転動作が制限される。このため、太陽ギア２１が回転駆動し、これを受けて遊星ギア２２が回転駆動及び公転駆動し、トルクが出力端ａから歯車列１２を介して伝導装置出力軸３０に伝達される。

これに対して、伝導装置Ｐの何れかの箇所において不具合等が生じ、差動機構Ｓに所定値以上の過大なトルクが作用した場合は、トルク制限機構Ｌの入力軸３が回転することにより出力端ｂであるリング歯車２３の回転駆動を許容させる。

本実施形態におけるトルク制限機構Ｌは、図１及び図２に示すように、入力されるトルクを所定の負荷により制限する共通のトルクリミッタＴと、このトルクリミッタＴにトルクを伝達するための入力軸３と、この入力軸３から前記トルクリミッタＴにトルクを伝達する二系統のトルク伝達系統Ａ、Ｂと、前記入力軸３と前記二系統のトルク伝達系統Ａ、Ｂに介設され、前記入力軸３の回転方向別に前記トルク伝達系統Ａ、Ｂを切替可能な切替機構Ｃとを具備する。

前記共通のトルクリミッタＴは、図２に示すように、シャフト４０の外周囲に設けられ、静止部材であるケーシングＲ１に固定位置調整可能に設けた固定リングＪと、シャフト４０の外周にスプライン結合する摩擦プレートＦ１及びシャフト４０の外周囲に位置し、公転リング７の内周にスプライン結合する摩擦プレートＦ２を備え、これら複数の摩擦プレートＦ１、Ｆ２が交互に摺動可能に重合して接続する摩擦機構Ｆと、固定リングＪと摩擦機構Ｆの間に介設され、軸方向に押圧力を与えるスプリングＳＰと、シャフト４０の外周に設けられ、摩擦機構Ｆの移動を制限する係止鍔Ｋとを具備してなる。

なお、本実施形態におけるこの係止鍔Ｋは、シャフト４０に一体的に接続されているが、嵌合して接続されても、ねじ等を用いて接続されてもよく、どのような接続態様でも構わない。また、固定リングＪは、静止部材であるケーシングＲ１に、例えば、螺合進退可能に取着されており、その固定位置を調整することによってスプリングＳＰの押圧力を調整することが可能である。

前記切替機構Ｃは、入力軸３とシャフト４０の間に介設された一方向クラッチＣ１と、シャフト４０の外周と静止部材であるケーシングＲ２、Ｒ３の間に介設された一方向クラッチＣ２、Ｃ３と、静止部材であるケーシングＲ４、Ｒ５と公転リング７の間に介設された一方向クラッチＣ４、Ｃ５と、静止部材であるケーシングＲ６と差動機構Ｓ１を構成するリング歯車６の間に介設された一方向クラッチＣ６とを具備してなる。

前記トルク伝達系統Ａは、入力軸３の入力トルクを伝達するためのシャフト４０により構成される。

なお、このシャフト４０と接続する一方向クラッチＣ１は、入力軸３が第二の回転方向２に回転された場合に、シャフト４０を回転させることができる。また、前記シャフト４０と静止部材であるケーシングＲ２、Ｒ３の間に介設された一方向クラッチＣ２、Ｃ３は、入力軸がを第二の回転方向２に回転された場合に、前記シャフト４０が回転することを許容する。

前記トルク伝達系統Ｂは、入力軸３の入力トルクを伝達するための差動機構Ｓ１と、この差動機構Ｓ１の出力端ｄ、ｅである第一、第二の分岐系統Ｂ１、Ｂ２によって構成される。第一の分岐系統Ｂ１は、出力端ｄである公転リング７により構成されている。一方、第二の分岐系統Ｂ２は、出力端ｅであるリング歯車６により構成されている。

ここで、差動機構Ｓ１は、太陽歯車４と、この太陽歯車４に噛合させた遊星歯車５と、この遊星歯車５に外接状態で噛合させたリング歯車６と、遊星歯車５の中心軸５ａと接続する公転リング７とを具備してなる。

なお、公転リング７と静止部材であるケーシングＲ４、５の間に介設された一方向クラッチＣ４、Ｃ５は、入力軸３が第一の回転方向１に回転された場合に公転リング７を第一の回転方向１に回転させることを許容する。

また、リング歯車６と静止部材であるケーシング７の間に介設された一方向クラッチＣ６は、入力軸３が第一の回転方向１に回転された場合には、リング歯車６を第二の回転方向２に回転させることを許容しない。

以下、本実施形態に係るトルク制限機構Ｌの動作について、入力軸３が第一の回転方向１、及び、第二の回転方向２（なお、この説明における第一の回転方向１、及び、第二の回転方向２は、図２に示す一方向クラッチ及びその他部材の絶対的な回転方向である。）に回転された場合について詳述する。

ここで、本実施形態に係る切替機構Ｃは、前述の通り所定の箇所に一方向クラッチＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、及びＣ６を具備してなるが、一方向クラッチＣ１、Ｃ４及びＣ５は、第一の回転方向１にトルクが及ぶ場合は空回りをし、第二の回転方向２にトルクが及ぶ場合は空回りをしないように設けられている。これに対して、一方向クラッチＣ２、Ｃ３、及びＣ６は、第二の回転方向２にトルクが及ぶ場合に空回りをし、第一の回転方向１にトルクが及ぶ場合に空回りをしないように設けられている。

まず、入力軸３が、第二の回転方向２に、第二の設定トルク以上の駆動力を受けて回転された場合について詳述する。

入力軸３が第二の回転方向２に回転された場合、一方向クラッチＣ１は空回りしないが、静止部材であるケーシングＲ２、Ｒ３とシャフト４０の間に介設された一方向クラッチＣ２、Ｃ３は空回りをする。このため、入力軸３の回転（第二の回転方向２）は、一方向クラッチＣ１を介してシャフト４０に伝達され、シャフト４０は第二の回転方向２に回転駆動する。そして、シャフト４０に保持された摩擦プレートＦ１は、摩擦プレートＦ２に対して摺動しつつシャフト４０とともに回転する。

この際、一方向クラッチＣ１を介して入力軸３に接続する太陽歯車３は第二の回転方向２に回転する。この太陽歯車３に噛合する遊星歯車５は第一の回転方向１に自転する。しかし、公転リング７と静止部材であるケーシングＲ４、Ｒ５に介設された一方向クラッチＣ４、Ｃ５は第二の回転方向２に空回りせず、遊星歯車５の中心軸５ａと接続する公転リング７は、第二の回転方向２に公転駆動することができない。したがって、公転リング７に保持された摩擦プレートＦ２は公転リング７の停止状態に拘束される。

一方、遊星歯車５と噛合するリング歯車６は遊星歯車５の自転（第一の回転方向１）を受けて第一の回転方向１に回転しようと作用する。そして、リング歯車６に接続された一方向クラッチＣ６は第一の回転方向１に空回りして、入力軸３の回転を許容する。

このように、入力軸３が第二の回転方向２に回転された場合は、トルクリミッタＴを構成する摩擦プレートＦ１が回転し、摩擦プレートＦ２が停止状態に置かれるため、摩擦プレートＦ１が摺動しながらトルクを制限する。

次に、入力軸３が、第一の回転方向１に、第一の設定トルク以上の駆動力を受けて回転された場合について詳述する。

入力軸３が第一の回転方向１に回転された場合、一方向クラッチＣ１は空回りをする。この場合、一方向クラッチＣ１を介して入力軸３と接続するシャフト４０は第一の回転方向１に回転駆動することができず、しかも静止部材であるケーシングＲ２、Ｒ３とシャフト４０の間に介設された一方向クラッチＣ２、Ｃ３も第一の回転方向１に空回りしない。したがって、シャフト４０は第一の回転方向１に回転することができない。このため、シャフト４０に保持された摩擦プレートＦ１はシャフト４０の停止状態に拘束される。

この際、一方向クラッチＣ１を介して入力軸３に接続された太陽歯車４は、一方向クラッチＣ１が空回りをするため第一の回転方向１に回転する。そして、遊星歯車５は第二の回転方向２に自転し、また、公転リング７と静止部材であるケーシングＲ４、Ｒ５の間に介設された一方向クラッチＣ４、Ｃ５は空回りして、遊星歯車５の中心軸５ａと接続する公転リング７は、第一の回転方向１に公転駆動する。したがって、公転リング７に保持された摩擦プレートＦ２は、摩擦プレートＦ１に対して摺動しつつ、公転リング７とともに回転する。

一方、遊星歯車５と噛合するリング歯車６は遊星歯車５の第二の回転方向２の回転を受けて第二の回転方向２に回転しようと作用する。しかし、静止部材であるケーシングＲ６を介してリング歯車６と接続する一方向クラッチＣ６は、リング歯車６を第二の回転方向２に回転させることができない。このため、リング歯車６が停止状態に置かれ、遊星歯車５及び公転リング７を公転駆動させることができる。

このように、入力軸３が第一の回転方向１に回転された場合は、トルクリミッタＴを構成する摩擦プレートＦ２が回転し、摩擦プレートＦ１が停止状態に置かれるため、摩擦プレートＦ２が摺動しながらトルクを制限する。

以上の通り、本実施形態に係るトルク制限機構は、トルクリミッタＴを構成する摩擦プレートＦ１及びＦ２の摩擦係数が一定であるにも関わらず、入力軸３の回転方向別にトルク伝達系統Ａ、Ｂに切替可能な構成とし、これらトルク伝達系統Ａ、Ｂの増減速比を異なるものとすることで、回転方向別に異なるトルク制限値を設定することができる。すなわち、トルク伝達系統Ａ、Ｂの歯車構成や歯車数等のパラメータを設定することで、入力軸３の回転を制限できる所定のトルク値として異なる値の第一の設定トルク値と第二の設定トルク値を定めることができる。

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、本実施形態では、一方のトルク伝達系統を入力軸から直結した態様で構成させ、他方のトルク伝達系統を減速機構たる差動機構を用いた態様で構成させているが、これら両方の系統に種々の減速機構を介在させたり、これらの一方の系統に種々の増速機構を介在させたりすることも可能である。なお、本実施形態では、一方のトルク伝達系統は直結した態様で構成し、他方のトルク伝達系統は減速機構として遊星歯車機構を用いて構成することによって、構成品のコンパクト化を実現している。

差動機構は、遊星歯車機構の他、差動歯車機構や、かさ歯車等の種々の機構を用いることができる。また、必ずしも差動機構を用いなくともよく、二系統のトルク伝達系統の増減速比が異なるように構成すればよい。

伝導装置は上述したような用途の駆動機構にのみ用いられるものではなく、航空機のフラップの駆動システムや、その他の一般産業機械における種々の動力伝達機構に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を示すトルク制限機構を利用した伝導装置を示す概略図。 同実施形態におけるトルク制限機構を示す概略図

符号の説明

３…入力軸
Ａ…トルク伝達系統
Ｂ…トルク伝達系統
Ｃ…切替機構
Ｌ…トルク制限機構
Ｔ…トルクリミッタ

Claims (1)

1. 入力されるトルクを所定の負荷により制限するトルクリミッタと、
   このトルクリミッタにトルクを伝達するための入力軸と、
   この入力軸から前記トルクリミッタにトルクを伝達する二系統のトルク伝達系統と、
   前記入力軸と前記二系統のトルク伝達系統に介設され、前記入力軸の回転方向別に前記トルク伝達系統を切替可能な切替機構とを具備するトルク制限機構であって、
   前記トルク伝達系統をそれぞれ異なる増減速比にて構成することにより前記入力軸の回転方向によってトルク制限値が異なることを特徴とするトルク制限機構。
   

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