JP2014077529A - トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

【課題】 作動に動力源を必要としないながらも比較的大きなトルクを伝達することが可能であり、かつ摩擦熱の発生や作動音等の弊害を低減するトルクリミッタ装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係るトルクリミッタは弾性部材（４）と係止する第一回転部材（２）、弾性部材（５）と係止する第二回転部材（３）、断面円形の転動部材（６）を備える。前記第一、第二回転部材は互いに対して相対回転自在であり、かつ双方の弾性部材は一様な空隙をなすよう対向しており前記空隙内に転動部材（６）が介在する。転動部材の直径は空隙幅を上回り、超過量に相当する沈降部（４ａ）（５ａ）を弾性部材対向面側に有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、機械の動力伝達のための部品として用いられ、該動力伝達の過程において予期せぬ過大なトルクが負荷された際にこれを遮断し、機械の故障、または機械構成部品の損壊を防止する役割を担うトルクリミッタ装置に関するものである。

従来の技術のうち、本発明と類似する技術にボールクラッチ装置が存する。図３は公知のボールクラッチ装置を可及的に簡略化した模式図である。ボールクラッチ装置（３１）は、対面する駆動部材（３２）および被動部材（３３）を備え、該部材対向面の一方にボールランプ部（３５ａ）、もう一方に球部材（３６）を軸と並行をなす方向にのみ進退可能となるよう遊嵌した有底の孔部（４０）を持つ。

前記孔部の底面と球部材の空隙には圧縮付勢されたバネ等の弾性部材（３４）が挟設され、該弾性部材の反発力により、球部材は対向する駆動部材もしくは被動部材と圧接する。以上の構成により、前記ボールクラッチ装置は球部材をボールランプ部に咬合し駆被動軸を機械的に連接することで、装置の作動に動力源を必要としないながらも比較的大きなトルクを伝達することが可能である。

また、前記ボールクラッチ装置は駆動部材もしくは被動部材に過大なトルクが負荷された際に球部材が弾性部材の押圧力に抗してボールランプ部より離脱することで、駆被動部材を乖離させ動力の伝達を遮断するよう調整が施されている。

しかしながら、前記ボールクラッチ装置の構成上、球部材のランプ部に対する離脱および復帰は該球部材と対向部材間の摺動なくして実現し得ないものであるから、装置の作動の際は双方の部材間に働く摩擦力に起因する発熱や磨耗を伴う。また、前記弊害が要因とみられる構成部材の焼き付きによる装置故障の事例さえ存する。構成部材の焼き付きを抑止するためには潤滑油の補給が効果的な手段であるが、装置の機能を損なわぬよう、常にその補給に留意を要する等、管理上のデメリットを有する。

加えて、球部材の離脱および復帰は瞬間的またはそれに準ずる速度で行われることから、該作動の際に固有の打撃音ならびに衝撃を伴う。打撃音の発生はランプ復帰時、衝撃の発生はランプ離脱時に顕著にみられるが、装置の連続作動を前提とした用途において上記現象が問題視される場合は相応なる対応手段を要する等、環境上のデメリットが潜在する。

本発明の主たる目的は、装置の作動に動力源を必要としないながらも比較的大きなトルクを伝達することの可能なボールクラッチ装置を基幹として該装置の構成を改良し、摩擦熱の発生や打撃音、衝撃等の弊害を抑制するトルクリミッタ装置を提供することである。

本発明に係るトルクリミッタ装置は、可撓性をもつ弾性体からなる一対の軌道部材と、少なくとも一つ以上の断面円形の転動部材と、双方の弾性軌道部材にそれぞれ係止する第一、第二回転部材からなる。

前記第一、第二回転部材は略同心で互いに対して相対回転自在であり、該回転部材に係止する弾性軌道部材が互いに対向し、かつ空隙をなすよう軸支される。なお、ここで言う対向とは回転軸に対して直角をなす任意平面表裏対向または回転軸と同心の任意円筒曲面内外対向、または回転軸と同心の任意テーパ曲面内外対向のことである。前記弾性軌道部材はリング状であることが望ましい。

さらに、弾性軌道部材間の空隙に前記転動部材を挟持または圧入により介在せしめる。前記弾性軌道部材が任意平面表裏上で対向する場合は第一、第二回転部材が軸方向に対し相互近接するよう押圧することで前記転動部材を挟持するものとし、該弾性軌道部材が任意円筒曲面内外で対向する場合は圧入によりこれを介在せしめるものとするが、該弾性軌道部材が任意のテーパ面内外上で対向する等、回転部材の相互押圧による転動部材の挟持が可能である場合はこの限りではない。

また、前記転動部材の円形断面直径は前記弾性軌道部材間の空隙寸法よりも大きくとるものとし、該転動部材をその超過相当量だけ弾性軌道部材内に沈降せしめる。弾性軌道部材は局所的な圧迫を受け前記転動部材に対する係合面直近に該転動部材と同曲率の一時的変形を生じる。結果、軌道部材の対向面上には転動部材自らに起因する、ボールランプ部と類似した働きをもつ凹部が形成される。

前記転動部材は球もしくは円筒からなる保持器付き軸受部材であることが望ましい。

さらに、必要であれば前記回転部材の少なくとも一方に同心のリング状溝部を設け該リング状溝部内に前記弾性部材を嵌設した上で前記転動部材を遊嵌することが望ましい。これは前記転動部材の軌道外への飛出を防ぎ装置の作動安定化を図るためである。さらに、必要であれば前記一対の回転部材間に軸受を介在させ互いを軸支することが望ましい。これは、前記弾性軌道部材および前記転動部材に生じるであろうラジアル荷重の偏心またはスラスト荷重の偏心を該軸受で受けることにより装置の作動安定化を図るためである。

以上が本発明を実施するための手段である。以下に本発明の作動原理を図２を用いた上で述べる。

第一転動部材（２）と第二転動部材（３）ならびにそれぞれに係止するリング状の第一弾性軌道部材（４）と第二弾性軌道部材（５）は軸方向に相互近接するよう押圧され軸支されており、狭持された転動部材（６）の前記弾性軌道部材に対する圧接部は該弾性部材を変形させ該弾性部材内に沈降部（７）および（８）を生ずる。同時に圧縮により付勢され反発力を得た前記弾性軌道部材の圧接曲面部はボールランプと似た働きを持ち転動部材の転動とそれに伴う軌道上公転を阻害し拘束する特性を持つ。

前記弾性軌道部材の拘束力に抗して前記転動部材の転動とそれに伴う公転を生じるためには、該動作の際に前記弾性軌道部材の反発力に抗して該弾性軌道部材を該動作進行方向に連続的に圧潰し、沈降部（７）および（８）の連続的変遷を伴うことが要される。転動の原動力は前記転動部材が双方の弾性軌道部材より受ける弾性部材の公転軌道円接線方向に生じる偶力であり、前記偶力は第一、第二回転部材相互に働く相対回転を促す力である。

前記第一、第二回転部材にかかるトルクが小さく転動部材が弾性軌道部材の連続的変形を伴う転動をし続けるだけの偶力を得られない場合は該動作に至らず前記双方の回転部材の連接状態が維持され確実な動力伝達が行われる。その一方で第一、第二回転部材のいずれかに過大なトルクが負荷される等、弾性軌道部材の拘束力を上回る偶力を生じた場合は第一、第二回転部材が乖離相対回転し超過動力の遮断が行われる。以上から、本発明に係るトルクリミッタは弾性軌道部材の転動部材に対する恒常的な拘束力を利用し双方の回転部材を連接した動力伝達機構であると言える。

本発明に係るトルクリミッタは、転動部材が自ら弾性軌道上に形成するランプ部を恒常的に圧潰するとともに移動先に該ランプ部を連続形成することによって作動する。よって前記公知のボールクラッチ装置に見られるような部材間乖離復帰動作に間欠性を持たず、それに伴う打撃音および衝撃を緩和することが可能である。また、本発明に係る部材乖離動作は転動部材の転動によって行われるものであり、前期ボールクラッチ装置に見られるような部材間の摺動は生じず、摩擦力に起因する発熱を抑制することが可能である。

よって本発明の実施により装置の作動音や衝撃に伴う振動、および摩擦熱の発生を低減したトルクリミッタを提供可能となる。

本発明に係るトルクリミッタの斜視図である。（実施例１） 同全断面図である。（実施例１） 公知のボールクラッチ装置の模式図である。（背景技術） 本発明の実施の形態を示したトルクリミッタの斜視図である。（実施例２） 同Ｂ−Ｂ線断面図である。（実施例２） 同Ａ−Ａ線断面図である。（実施例２）

以下に本発明に係るトルクリミッタの実施例を示す。図１は前記一対の弾性軌道部材対向面を軸方向にとり、回転軸と直角をなす任意平面上で前記転動部材を挟持したトルクリミッタの斜視図であり、図２は同全断面図である。

前記弾性軌道部材（４）および（５）には一定の反発硬さを持ち、かつ該軌道表面上に転動部材（６）の圧迫による永久変形を残しにくい合成樹脂性の平たいリングを用いることが望ましい。また請求項７に記載の発明を実施し、双方の回転部材の対向側端部に針状ころ軸受（９）を介在させ互いを軸支することにより対向面付近における軸の編心を抑えトルクリミッタの作動安定化を図っている。また請求項９に記載の発明を実施し、回転部材に同心のリング状溝部（１０）および（１１）を設け弾性軌道部材（４）（５）を嵌設した上で転動部材（６）を遊嵌することにより、該部材の飛出を防ぎトルクリミッタの作動安定化を図っている。

前記転動部材（６）には保持器つきスラスト玉軸受を用いることが望ましい。前記軸受の保持器効果により転動部材間隔が規制され、該転動部材の相互接触を防止しトルクリミッタの作動安定化を図ることが可能となるからである。

また回転部材を軸方向に相互近接させ転動部材（６）を挟持する関係上、弾性部材（４）、（５）の反発力の軸方向成分がスラスト荷重として潜在する。よって、ラジアル荷重およびスラスト荷重を支持可能なアンギュラ軸受（７）（８）等を用い回転部材（２）（３）を軸支することが望ましい。なお図１、図２に示すトルクリミッタはプラスチック射出整形金型用部品として設計したものである。前記プラスチック射出成型金型は数枚のベースプレートなる金属プレートを複合し、多層化した母体内部に各種部品を然るべき手段で配置し機能をなすよう組上げる方式をとるものが主流である。本実施例も前記の組上げ方式に対応しており、異なる二つのベースプレートにそれぞれ軸受（７）（８）を嵌設可能な座加工部を設け該座部においてトルクリミッタを軸支する。また、前記双方のベースプレートをボルト等の締結部材を用い結合することで軸方向の相互押圧力を生む。

以下に前記とは異なる形態の実施例を示す。図４は一対の弾性軌道部材（２４）（２５）の対向面を軸と同心の任意円柱曲面内外にとり、前記対向面空隙内に複数のころ状転動部材（２６）が環をなすよう配列した形態をもつトルクリミッタの斜視図である。また、図５は同Ｂ−Ｂ線断面図、図６は同Ａ−Ａ線断面図である。

図４乃至図６に示すトルクリミッタは、円筒外周部に係止するリング状の弾性軌道部材（２４）を備えた第一回転部材（２２）と、回転部材（２２）と同心で互いに相対回転自在でありかつ弾性軌道部材（２４）と少なくとも一様な空隙をなすことの可能な曲率をもつリング状の弾性軌道部材（２５）を円筒内周部に備えた中空の第二回転部材（２３）と、該空隙内に圧入され弾性軌道部材（２４）および（２５）の圧接面に沈降部（２４ａ）、（２５ａ）を有するころ部材（２６）からなる。

この実施形態に限った制約ではないが、互いに接する回転部材および弾性軌道部材どうしは確実に位置規制しなければならない。本発明に係るトルクリミッタは転動部材および弾性軌道部材間の相対移動によって機能をなすものであり、転動部材および弾性軌道部材間の拘束力が前記回転部材および弾性軌道部材間の拘束力を上回る事態を避けるためである。ただし回転部材ならびに弾性軌道部材間に働く摩擦力が十分に大きく、弾性軌道部材の転動部材に対する拘束力を上回ることが明らかである場合はこの限りではない。

本実施例では請求項７に記載の発明を実施し、玉軸受（２７）（２８）を第一回転部材（２２）の円筒外周部両端近傍、第二回転部材（２３）の円筒内周部両端近傍にそれぞれ嵌合し両回転部材を互いに軸支することで軸の偏心を防ぎ装置の作動安定化を図っている。また、第二回転部材（２３）の円筒内周部両端にシール部材（２９）（３０）を嵌設し回転部材を除く構成部材を遮蔽することで異物等の介入を防ぎ装置の作動安定化を図っている。

１ トルクリミッタ本体
２、３ 回転部材
４、５ 弾性体リング部材
４ａ、５ａ 断面円形部材沈降部
６ 断面円形部材（スラスト玉軸受）
７、８ アンギュラ玉軸受
９ 針状ころ軸受
１０、１１ リング状溝部
２１ トルクリミッタ本体
２２、２３ 回転部材
２４、２５ 弾性体リング部材
２４ａ、２５ａ 断面円形部材沈降部
２６ 断面円形部材（針状ころ）
２７、２８ 深溝玉軸受
２９、３０ シール部材
３１ ボールクラッチ本体
３２、３３ 回転部材
３４ バネ部材
３５ａ ボールランプ部
３６ 球部材
４０ 球部材遊嵌孔部

Claims (10)

1. 互いに対して略同軸上で相対回転自在な一対の回転部材と、前記回転部材にそれぞれ略同心で係止し位置規制され一様な空隙をなすようそれぞれ対向させた可撓性をもつ弾性体からなる一対の軌道部材と、前記一対の弾性軌道部材間に形成される空隙内部に押圧または圧入により介在せしめ挟持させた少なくとも一つ以上の断面円形の転動部材からなり、押圧による圧迫、または圧入によって副次的に生ずる圧迫によって弾性軌道部材の転動部材に対する圧接面に該転動部材形状に由来する該転動部材と同曲率の一時的沈降部を有するトルクリミッタ機構またはトルクリミッタ装置。
2. 前記一対の弾性軌道部材が、回転軸と略直角をなす任意の平面上表裏で対向し空隙をなすことを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
3. 前記一対の弾性軌道部材が回転軸と略同心の任意円内外または任意円柱曲面内外または任意円錐台曲面内外で対向し空隙をなすことを特徴とする請求項１記載のトルクリミッタ。
4. 前記転動部材が玉もしくは円筒ころ、もしくは円錐ころ、もしくは針状ころ、もしくはこれらからなる軸受部材（保持器つき軸受部材を含む）であることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
5. 前記一対の弾性軌道部材が天然樹脂または合成樹脂からなる略同等のリングであることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
6. 前記一対の弾性軌道部材が天然樹脂または合成樹脂からなるリングであり、かつ互いが材質もしくは形状、もしくは機械的性質において同等ではないことを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
7. 前記一対の回転部材間に少なくとも一つ以上の軸受部材を略同心で介設し、軸支することを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
8. 前記一対の回転部材の一方に円筒内径摺動部またはテーパ内径摺動部、他方に円柱外径摺動部またはテーパ外径摺動部を設け互いを摺接することを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
9. 前記回転部材の少なくとも一方に設けた略同心のリング状の溝部に前記弾性部材を埋設した上で前記転動部材を遊嵌することを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
10. 請求項１乃至請求項９に記載のトルクリミッタを含む機械、または動力伝達機構、または動力伝達装置。

Images