JP2013217420A

JP2013217420A - 軸連結装置およびトルクリミッタ

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Publication number: JP2013217420A
Application number: JP2012087107A
Authority: JP
Inventors: Akihide Nagayama; 彰英永山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】油圧拡張室の破損を抑制して耐久性の高い軸連結装置およびトルクリミッタを提供する。
【解決手段】回転軸回りに回転する軸部材１と、軸部材１と同心に外周側に配置される筒部材２との間に介装され、軸部材１と筒部材２との間でトルクを伝達する軸連結装置において、軸部材１が挿入される軸孔２ａが形成された略円柱状の本体部３と、本体部３から軸方向に延出する円筒部４を有し、円筒部４は、径方向外側と内側に配置された第１円筒部４１と第２円筒部４２とから成り、それぞれ対向する内周面４１ａと外周面４２ｂの軸方向の両側を溶接して円環状に形成された油圧拡張室６と、略円筒状に形成され、軸方向の一方に開口する円筒状の凹部５ａを有するスリーブ５と、を備え、スリーブ５は、凹部の内側５ａに円筒部４が嵌合するとともに、軸部材１の外周面１ａと筒部材２の内周面２ｂとの間に配置され、軸部材１と相対回転可能に筒部材２に内嵌される。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸連結装置およびトルクリミッタに関する。

軸連結装置は、回転軸回りに回転駆動される軸部材と被駆動部材との間に介装され、両部材の間でトルクを伝達する装置である。トルクリミッタは、この軸連結装置において、軸部材または被駆動部材に所定のトルク以上の過大なトルクが作用したとき、トルクの伝達を遮断することによって、機械装置を保護する装置である。例えば、圧延機の原動機に回転駆動される軸部材と被駆動部材との間に介装された軸連結装置およびトルクリミッタは、原動機のトルクを圧延機に伝達するとともに、圧延材の多重かみ込み等により、軸部材または被駆動部材に所定のトルク以上の過大なトルクが発生した場合に、トルクの伝達を瞬時に遮断して圧延機を保護している。

このような軸連結装置およびトルクリミッタとして、特許文献１には、軸部材と、軸部材の外周側に配置される筒部材と、筒部材に設けた環状の油圧拡張室とから構成される軸連結装置およびトルクリミッタが開示されている。この軸連結装置は、油圧拡張室に圧油を供給して、油圧拡張室を径方向に拡張することにより、油圧拡張室を構成する筒部材の内周面を縮径し、この内周面を軸部材の外周面に押しつけ、軸部材と筒部材とを摩擦係合させてトルクを伝達している。また、軸部材または筒部材に所定のトルク以上の過大なトルクが作用した場合は、油圧拡張室の圧油を排出して、油圧拡張室を径方向に縮小することにより、油圧拡張室を構成する筒部材の内周面を拡径し、上記摩擦係合を解除し、筒部材と軸部材を相対回転させてトルクの伝達を遮断している。油圧拡張室は、径方向の内側と外側に配置された内径の異なる２つの筒部材から成り、対向する外側の筒部材の内周面と内側の筒部材の外周面との間の軸方向の両側を溶接することにより形成されている。

特開２００４−２１１７９４号公報

軸部材と筒部材とを摩擦結合させて、軸部材と筒部材との間でトルクを伝達しているとき、トルクを伝達する部材には、捻れ応力が常時作用している。このトルクを伝達する部材となる油圧拡張室を形成する径方向の内側と外側の筒部材には、軸方向の両側の溶接部に捻れ応力が作用しているので、溶接部の周辺で疲労が発生し、油圧拡張室が破損することがある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、油圧拡張室の破損を抑制して耐久性の高い軸連結装置およびトルクリミッタを提供することにある。

請求項１に係わる軸連結装置の発明は、回転軸回りに回転する軸部材と、前記軸部材と同心に外周側に配置される筒部材との間に介装され、前記軸部材と前記筒部材との間でトルクを伝達する軸連結装置において、前記軸部材が挿入される軸孔が形成された略円柱状の本体部と、前記本体部から軸方向に延出する円筒部を有し、前記円筒部は、径方向外側に配置された第１円筒部と前記第１円筒部と同心に径方向内側に配置された第２円筒部とから成り、対向する前記第１円筒部の内周面と前記第２円筒部の外周面の軸方向の両側を溶接して円環状に形成された油圧拡張室と、略円筒状に形成され、軸方向の一方に開口する円筒状の凹部を有するスリーブと、を備え、前記スリーブは、前記凹部の内側に前記円筒部が嵌合するとともに、前記軸部材の外周面と前記筒部材の内周面との間に配置され、前記軸部材と相対回転可能に前記筒部材に内嵌されることを特徴とする。

上記のように構成した請求項１の発明によれば、軸部材と筒部材との間のトルクの伝達において、油圧拡張室を形成する第１円筒部および第２円筒部はトルクを伝達せず、筒部材に内嵌されたスリーブがトルクを伝達している。トルクを伝達する部材に作用する捻れ応力は、捻れ剛性の高いスリーブにより吸収されるので、油圧拡張室を形成する第１円筒部および第２円筒部には捻れ応力が作用しない。従って、油圧拡張室の破損を抑制して、軸連結装置の耐久性を高くすることができる。

請求項２に係わるトルクリミッタの発明は、請求項１に記載の軸連結装置を備え、前記油圧拡張室に圧油を供給する油圧装置と、前記油圧拡張室に連通する流路を封止した端部が前記本体部外周面から突出する封止装置と、前記軸部材に固定され、前記軸部材に対して前記本体部が回転するとともに、前記端部を剪断する係止部材とを備えたことを特徴とする。

上記のように構成した請求項２の発明によれば、軸部材または筒部材に所定のトルク以上の過大なトルクが作用したとき、軸部材に対して本体部が回転するので、係止部材が端部を剪断する。これにより、油圧拡張室に連通する流路から圧油が外部に排出される。圧油が排出された油圧拡張室は、径方向に縮小するとともに、油圧拡張室が形成された円筒部と一体に嵌合しているスリーブの内周面を拡径する。そして、スリーブの内周面の軸部材の外周面に対する押し付けをなくして、軸部材とスリーブの摩擦係合を解除する。この摩擦係合の解除により、軸部材が筒部材に対して相対回転することにより、トルクの伝達が遮断されるので、軸連結装置に連結された駆動部を確実に保護することができる。

本発明によれば、油圧拡張室の破損を抑制して耐久性の高い軸連結装置およびトルクリミッタを提供することができる。

本発明の実施形態に係る軸連結装置およびトルクリミッタを示す断面図である。本発明の実施形態に係る軸連結装置およびトルクリミッタの変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態の軸連結装置およびトルクリミッタを図面に従って説明する。
図１に示されるように、軸連結装置およびトルクリミッタは、本体部３および円筒部４と、スリーブ７と、係止部材８と、シャーバルブ９、玉軸受１４、１５とから構成され、軸部材１と筒部材２との間に介装されている。

軸部材１は、図示しない機械装置の原動機に連結されて回転駆動されている。筒部材２は、軸連結装置およびトルクリミッタを介して、軸部材１のトルクが伝達される被駆動部材であり、軸部材１と同心に外周側に配置されている。

筒部材２は、軸中心に軸部材１およびスリーブ５が挿通される軸孔２ａを有している。筒部材２には、スリーブ５が嵌合されている被嵌合部（内周面２ｂ）よりも内径が小さい小径部２ｄが形成されており、スリーブ５は、その軸方向一端部（右端部）が被嵌合部（内周面２ｂ）と小径部２ｄとの間の段部２eに当接している。小径部２ｄと軸部材１との間には、玉軸受１５を備え、筒部材２は、玉軸受１５を介して軸部材１に支持されている。また、筒部材２は歯車となっており、外周面２ｃに備えた歯を介して、図示しない歯車機構に連結されている。

スリーブ５は、略円筒状に形成され、軸方向の一方に開口する円筒状の凹部５ａを有している。スリーブ５は、凹部５ａの底面部により、高い捻れ剛性を有している。スリーブ５の外周面５ｃは、筒部材２の内周面２ｂに内嵌され、スリーブ５と筒部材２は一体となっている。また、スリーブ５の内周面５ｂは、軸部材１の外周面１ａに当接し、軸部材１に対して相対回転可能となっている。

本体部３は、略円柱状に形成され、軸方向に延出する円筒部４を有している。本体部３の軸中心に設けられた軸孔には、軸部材１およびスリーブ５が挿通されている。本体部３と軸部材１との間には玉軸受１４を備え、本体部３は、玉軸受１４を介して軸部材１に支持されている。

円筒部４は、径方向外側に配置された第１円筒部４１と、第１円筒部４１と同心に径方向内側に配置された第２円筒部４２とから構成されている。そして、対向する第１円筒部４１の内周面４１ａと第２円筒部４２の外周面４２ｂの軸方向の両側の溶接部７を溶接し、内周面４１ａの軸方向の長さにわたって、軸方向に延在する略環状の油圧拡張室６を形成している。この本体部３および円筒部４を構成する第１円筒部４１と第２円筒部４２は、ＳＣＭ４２０等の鋼材から成る。

円筒部４は、本体部３から軸方向に延出して、スリーブ５の凹部５ａの内側形状に合わせて形成されている。この円筒部４は、スリーブ５の凹部５ａの内側に焼き嵌められ、筒部材２と本体部３は一体となっている。

油圧拡張室６は、図示しない油圧装置により圧油を供給することにより、径方向に拡張し、圧油を排出することにより、径方向に縮小する。油圧拡張室６が径方向に拡張または縮小すると、油圧拡張室６が形成された円筒部４と一体に嵌合しているスリーブ５の内周面５ｂが縮径または拡径する。

本体部３には、シャーバルブ取付穴１１が形成され、シャーバルブ９がシャーバルブ取付穴１１に取り付けられている。シャーバルブ９がシャーバルブ取付穴１１に取り付けられている状態で、シャーバルブ９の端部９ａは、本体部３の外周面３ｂよりも径方向の外方に突出している。

係止部材８は、断面略Ｌ字形状に形成され、円筒部８ｃが軸部材１の外周面１ａに嵌合して、軸部材１と一体に回転可能となっている。また、係止部材８は、略径方向に延びるとともに、本体部３の端面に軸方向に対向する径方向延在部８ｂと、この径方向延在部８ｂに連続して、本体部３の外周面３ｂに沿って軸方向に延在する軸方向延在部8ａとを有している。シャーバルブ９の端部９ａは、係止部材８の軸方向延在部８ａによって、係止されている。軸部材１に対して本体部３が回転すると、係止部材８がシャーバルブ９の端部９ａを剪断する。

シャーバルブ９は、封止装置であり、一端のみが開口したチューブ１０を有している。このチューブ１０は、シャーバルブ９がシャーバルブ取付穴１１に取り付けられている状態で、軸部材１の径方向に延在している。シャーバルブ９がシャーバルブ取付穴１１に取り付けられている状態で、チューブ１０の閉鎖側の端部９ａは、本体部３の外周面３ｂよりも径方向の外方に突出している。また、チューブ１０の閉鎖側とは反対側の開口部は、流路１２および周方向延在室１３を介して、油圧拡張室６の軸方向の端部９ａに連通し、油圧拡張室６のシャーバルブ９側は、密封された空間となっている。チューブ１０および流路１２は、油抜き孔を構成し、流路１２は、油抜き孔の径方向延在部を構成している。

玉軸受１４は、軸部材１の外周面１ａに外嵌された内輪２１と、本体部３の内周面３ａに内嵌された外輪２２と、内輪２１の軌道面と外輪２２の軌道面と間に配置された玉２３とを有している。また、玉軸受１５は、軸部材１の外周面１ａに外嵌された内輪３１と、筒部材２の小径部２ｄに内嵌された外輪３２と、内輪２１の軌道面と外輪２２の軌道面と間に配置された玉３３とを有している。

玉軸受１４および玉軸受１５は、軸部材１が筒部材２に対して相対回転しているとき、軸部材１を筒部材２に対して回転自在に支持するようになっている。

軸部材１の外周面１ａとスリーブ５の内周面５ｂとの間には、焼付き防止用の潤滑油であるトラクションオイルが塗布されている。このトラクションオイルは、軸部材１とスリーブ５との間の接触面圧によりガラス化（固化）しやすく、その剪断抵抗により駆動力を伝達させている。また、トラクションオイルは、軸部材１とスリーブ５とが直接接触することを抑制し、軸部材１とスリーブ５との固着を防ぐとともに、油圧拡張室６の油圧の低下により液状化した場合に、容易にトルクを開放することができる。

軸部材１、筒部材２、スリーブ５、係止部材８は、例えばＳＣＭ４４０等の鋼材により形成されている。さらに、軸部材１の外周面１ａは表面処理が施されている。

以上のように構成された軸連結装置およびトルクリミッタによれば、筒部材２は、スリーブ５を介して本体部３と一体となっており、筒部材２と軸部材１とがスリーブ５を介して摩擦係合した状態で、軸部材１は、スリーブ５を介して筒部材２と一体となっている。

この軸部材１または筒部材２に所定値以下の負荷、すなわち、トルクの伝達を行う範囲の負荷がかかっている場合には、軸連結装置およびトルクリミッタは、軸部材１と筒部材２との間でトルクを伝達する。

この場合、油圧装置により油圧拡張室６に圧油を供給し、油圧拡張室６を径方向に拡張すると、油圧拡張室６が形成された円筒部４と一体に嵌合しているスリーブ５の内周面５ｂが縮径する。そして、スリーブ５の内周面５ｂが軸部材１の外周面１ａに押し付けられ、軸部材１とスリーブ５が摩擦係合する。この摩擦係合により、軸部材１と筒部材２とがスリーブ５を介して一体となり、軸部材１と筒部材２とが一体に回転することにより、軸部材１と筒部材２との間でトルクを伝達している。

このように、軸部材１と筒部材２との間のトルクの伝達において、油圧拡張室６を形成する第１円筒部４１および第２円筒部４２はトルクを伝達せず、筒部材２に内嵌されるスリーブ５がトルクを伝達している。トルクを伝達する部材に作用する捻れ応力は、捻れ剛性の高いスリーブ５により吸収され、油圧拡張室６を形成する第１円筒部４１および第２円筒部４２の溶接部７には捻れ応力が作用しない。従って、油圧拡張室６の破損を抑制して、軸連結装置の耐久性を高くすることができる。

また、軸部材１または筒部材２に所定値以上の負荷、すなわち、トルクの伝達を行う範囲よりも大きな負荷がかかっている場合には、軸連結装置およびトルクリミッタは、軸部材１と筒部材２との間のトルクの伝達を遮断する。

この場合、軸部材１の外周面１ａがスリーブ５の内周面５ｂに対してスリップして、軸部材１と筒部材２の相対位置が変化するとともに、軸部材１に対して本体部３が回転し、係止部材８がシャーバルブ９の一端部であるチューブ１０の径方向の外方の端部９ａを剪断する。

これにより、チューブ１０に連通する油圧拡張室６の圧油は、端部９ａが剪断されたシャーバルブ６を介して外部に排出される。圧油が排出された油圧拡張室６は、径方向に縮小するとともに、油圧拡張室６が形成された円筒部４と一体に嵌合しているスリーブ５の内周面５ｂを拡径する。そして、スリーブ５の内周面５ｂの軸部材１の外周面１ａに対する押し付けをなくして、軸部材１とスリーブ５の摩擦係合を解除する。この摩擦係合の解除により、軸部材１が筒部材２に対し相対回転することにより、軸部材１と筒部材２との間のトルクの伝達を遮断している。

従って、軸連結装置およびトルクリミッタは、軸部材１または筒部材２に所定のトルク以上の過大なトルクが作用した場合において、トルクの伝達を遮断して、機械装置を確実にを保護することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で適宜変更することが可能である。

例えば、本実施形態では軸部材１の外周面１ａは平坦に形成されているが、図２に示すように、外周面１ａに油封止防止用の螺旋形状の溝１６を設け、摩擦係合をおこなう軸部材１の外周面１ａとスリーブ５の内周面５ｂとの間に、トラクションオイルを封入してもよい。

溝２６は、軸部材１の外周面１ａとスリーブ５の内周面５ｂとの当接部分の軸方向両端に開口しており、トルクの伝達において、余剰なトラクションオイルを溝１６の開口を介して外部に排出させることにより、リリーストルクを略設計値にすることができる。

また、本発明の軸連結装置およびトルクリミッタは、低荷重用から重荷重用まで幅広い用途に適用することができる。

１：軸部材、１ａ：外周面、
２：筒部材、２ａ：軸孔、２ｂ：内周面、２ｃ：外周面、２ｄ：小径部、
２e：段部、
３：本体部、３ａ：内周面、３ｂ：外周面、
４：円筒部、
５：スリーブ、５ａ：凹部、５ｂ：内周面、５ｃ：外周面、
６：油圧拡張室、７：溶接部、
８：係止部材、８ａ：軸方向延在部、８ｂ：軸方向延在部
９：シャーバルブ、９ａ：端部、
１０：チューブ、１１：シャーバルブ取付穴、
１２：流路、１３：周方向延在室、
１４：玉軸受、１５：玉軸受、１６：溝、
２１：内輪、２２：外輪、２３：玉、
３１：内輪、３２：外輪、３３：玉、
４１：第１円筒部、４１ａ：内周面、４１ｂ：外周面、
４２：第２円筒部、４２ａ：内周面、４２ｂ：外周面

Claims

回転軸回りに回転する軸部材と、
前記軸部材と同心に外周側に配置される筒部材との間に介装され、
前記軸部材と前記筒部材との間でトルクを伝達する軸連結装置において、
前記軸部材が挿入される軸孔が形成された略円柱状の本体部と、
前記本体部から軸方向に延出する円筒部を有し、
前記円筒部は、径方向外側に配置された第１円筒部と前記第１円筒部と同心に径方向内側に配置された第２円筒部とから成り、対向する前記第１円筒部の内周面と前記第２円筒部の外周面の軸方向の両側を溶接して円環状に形成された油圧拡張室と、
略円筒状に形成され、軸方向の一方に開口する円筒状の凹部を有するスリーブと、
を備え、
前記スリーブは、
前記凹部の内側に前記円筒部が嵌合するとともに、
前記軸部材の外周面と前記筒部材の内周面との間に配置され、
前記軸部材と相対回転可能に前記筒部材に内嵌されることを特徴とする軸連結装置。
請求項１に記載の軸連結装置を備え、
前記油圧拡張室に圧油を供給する油圧装置と、
前記油圧拡張室に連通する流路を封止した端部が前記本体部外周面から突出する封止装置と、
前記軸部材に固定され、前記軸部材に対して前記本体部が回転するとともに、前記端部を剪断する係止部材と、
を備えたことを特徴とするトルクリミッタ。