JP2018115710A - 軸継手、衝撃トルク低減装置、ダンパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成を実現しつつも必要十分の強度を獲得し耐久性を有効に向上させた軸継手及び当該軸継手を用いたダンパ装置及び衝撃トルク低減装置を提供する。【解決手段】本発明に係る軸継手は、シリンダ１に一体的に設けられ空気室１０を仕切りながらベーン２に対し相対的に回動することによりベーン２に当接し得るベーンストッパ３と、ベーン２に設けられベーン２の回動動作に応じて仕切られた複数の空気室１０間の空気の一方向の流れを許容する第一の逆止弁４１と、同じくベーン２に設けられベーン２の回動動作に応じて仕切られた複数の空気室１０間の空気の他方向の流れを許容する第二の逆止弁５１とを有する軸継手であって、第一の逆止弁４１に設けられ複数の空気室１０間の空気の流れを制御すべく逆止弁を開く作用力を制御するための弁制御手段たる付勢バネ４５を設けることにより、ベーン２の回動動作に対する制動力を制御し得ることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、一方の部材に対して他方の部材が相対的に回動する際に当該回動への制動力を増減するための軸継手、衝撃トルク低減装置およびダンパ装置に関するものである。

従来、回転伝達系を構成する入力軸および出力軸が連結される軸継手や、ねじの締結の際に用いられる衝撃トルク低減装置にあっては、二つの部材が相対的に回動する際に当該回動に制動力を与えてその回動を制動したり、またダンパ装置においては回動に適度な重量感を付与したりするような目的で利用されることがある。このような場合、軸継手、衝撃トルク低減装置、ダンパ装置ではそれぞれの目的に応じた機構が採用されている。この種の軸継手の一例としては、特許文献１に示す軸継手がある。

前述の軸継手、衝撃トルク低減装置、ダンパ装置によれば、二つの部材間に急激な回動が生じるとこの回動に制動を与えたり、当該部材間の緩やかな回動に対しては重量感をもたせたりする作用効果はそれぞれ得られている。

そして、上述した特許文献１記載の軸継手ではその一つの例として、相対的に回動する二つの部材の一方に配置され伸縮可能に構成された伸縮部材により伸方向に付勢されるカムフォロア部材と、他方の部材に一体に設けられカムフォロア部材に常に当接するように設けられたカム部材とを備え、カム部材のカム面にカムフォロア部材を当接させて、二つの部材間の相対的な回動によりカムフォロア部材を介して伸縮部材を伸縮させて当該回動への制動力が増大または減少するように構成しているものである。

斯かる構成により、回動への制動力を好適に設定し得るものとなり、衝撃トルク低減装置及びダンパ装置を好適に構成し得る軸継手が実現されている。

特開２０１６−１１４１２３号公報

しかしながら現状では、特許文献１に記載されているようなカム部材並びにカムフォロア部材を用いる構成のみならず、具体的な使用用途に合致させるべく他の構成を用いても同様の効果を奏し得る軸継手を提供されることが求められている。

更に上記特許文献１とは異なる構造を有しつつも、高い効率での製造や軽量化、或いはコンパクト化を実現するために、なるべく簡素な構成を用いつつ同様の作用効果を奏し得る軸継手が求められているのが現状である。

本発明の目的は、上記問題を解決することであり、衝撃トルク低減装置やダンパ装置にも使用できる機構を備え、簡素な構成としつつも作用力に対し好適に対応し得る軸継手を提供することである。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

本発明に係る軸継手は、相対的に回動する二つの部材のうち一方の部材に設けられた内部に空気室を有するシリンダと、前記二つの部材のうち他方の部材に設けられ前記空気室を仕切りながら前記シリンダ内を回動動作し得るベーンと、前記シリンダに一体的に設けられ前記空気室を仕切りながら前記ベーンに対し相対的に回動することにより前記ベーンに当接し得るベーンストッパと、前記ベーン又は前記ベーンストッパに設けられ前記ベーンの回動動作に応じて仕切られた前記複数の空気室間の空気の一方向の流れを許容する第一の逆止弁と、前記ベーン又は前記ベーンストッパに設けられ前記ベーンの回動動作に応じて仕切られた前記複数の空気室間の空気の他方向の流れを許容する第二の逆止弁と、前記第一の逆止弁及び前記第二の逆止弁の何れか又は両方に設けられ前記複数の空気室間の空気の流れを制御すべく前記逆止弁を開く作用力を制御するための弁制御手段とを具備することを特徴とする。

このようなものであれば、弁制御手段の構成を適宜設定するだけで回動に対する制動力を所要の値に設定することができる。その結果、簡素な構成を実現しつつも必要十分の強度を獲得し耐久性を有効に向上させた軸継手を提供することができる。

弁制御手段を簡素な構成としつつ所要の制動力を確実に得るための構成として、弁制御手段を、第一の逆止弁又は第二の逆止弁を構成する弁体を閉方向へ付勢する弁体付勢手段を有するものとすることが望ましい。

また、軸継手の構成をシンプルなものとするためには、第一の逆止弁及び第二の逆止弁を、ベーンに設ける構成や、ベーンストッパに設ける構成を挙げることができる。しかしながら、第一の逆止弁及び第二の逆止弁がベーン及びベーンストッパに分かれて設けられる構成を否定するものではない。

そして、制動力を有効に制御するための他の構成として、弁制御手段を、ベーン及びベーンストッパ間に設けられ第一の逆止弁及び第二の逆止弁による空気の流路を密閉し得るシール材を有したものを挙げることができる。

加えて、制動力を有効に制御するための更に他の構成として、弁制御手段を、シリンダ内に圧縮空気を導入するための圧縮空気導入路を有している構成を挙げることができる。

また、汎用性が高い軸継手を構成するための具体的な構成として、第一の逆止弁又は第二の逆止弁が動作始端から動作終端位置に至るベーン及びベーンストッパの相対回動動作による空気の流れを許容するものであり、動作終端から動作始端へ向けてのベーン及びベーンストッパの相対回動を促すための戻り手段を更に具備している構成を挙げることができる。

上述した本発明に係る軸継手は、ダンパ装置や衝撃トルク低減装置の構成要素として好適に利用することができる。

本発明は、簡素な構成を実現しつつも必要十分の強度を獲得し耐久性を有効に向上させた軸継手を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る模式的な縦断面図。 同横断面図。 図２に係る動作説明図。 同上。 同上。 同実施形態に係る作用説明図。 本発明の第二実施形態に係る模式的な横断面図。 本発明の第三実施形態に係る模式的な縦断面図。 同横断面図。 本発明の第四実施形態に係る模式的な縦断面図。

以下、本発明の一実施形態に係る軸継手を図面に基づき説明する。図１〜図５に示すように、この軸継手は回転伝達系の駆動側部材の一例として示された内部に空気室を有するシリンダ１と、被動側部材の一例の伝達軸たるビット軸６と一体に設けられたベーン２とを連結したもので、衝撃トルク低減装置やダンパ装置を構成する一部材として好適に利用され得るものである。

換言すればこの軸継手は、本実施形態では駆動軸が嵌合する入力軸を備えた一方の部材に設けられた内部に空気室１０を有するシリンダ１と、他方の部材に設けられ空気室１０を仕切りながらシリンダ１内を回動動作し得るベーン２とを有している。

ここで、本実施形態に係る軸継手は、シリンダ１に一体的に設けられ空気室１０を仕切りながらベーン２に対し相対的に回動することによりベーン２に当接し得るベーンストッパ３と、ベーン２に設けられベーン２の回動動作に応じて仕切られた複数の空気室１０間の空気の一方向の流れを許容する第一の逆止弁４１と、同じくベーン２に設けられベーン２の回動動作に応じて仕切られた複数の空気室１０間の空気の他方向の流れを許容する第二の逆止弁５１とを有する軸継手であって、第一の逆止弁４１に設けられ複数の空気室１０間の空気の流れを制御すべく逆止弁を開く作用力を制御するための弁制御手段たる付勢バネ４５を設けることにより、ベーン２の回動動作に対する制動力を制御し得ることを特徴とする。

以下、軸継手の具体的な構成について説明する。ビット軸６は、本実施形態ではベーン２に一体的に設けられ先端には図示しないねじ締め要素であるドライバの先端が備えられており、本実施形態では当該先端をねじ頭に嵌合させて使用するように構成しているが、当該構成については既存の種々の構成を適宜利用し得るため、本実施形態では具体的な構成の説明を省略する。

シリンダ１は、内部に空気室１０を確保し得る形状をなす概略円筒状をなすものであり、本実施形態では入力軸側に設けられる。

ベーン２は、シリンダ１に対し相対回動可能に組み付けられたものであり、出力側であるビット軸６と一体的に構成された軸体２１と、この軸体２１から軸心方向に直交する方向に壁状に延出し空気室１０を仕切り得るように構成された壁体２２とを有している。壁体２２は、動作始端側においてベーンストッパ３側に密着する第一密着面２３と、動作終端側においてベーンストッパ３側に密着する第二密着面２４とを有している。

そして本実施形態では、上記シリンダ１及びベーン２の相対的な回動を好適に促しつつシリンダ１内の空気室１０内の気圧を確保するため、図２に示すようにシリンダ１とベーン２との間に適宜ベアリングｂ及びシーリングｓを配している。具体的にはシリンダ１とベーン２の軸体２１との間並びにシリンダ１と壁体２２との間に適宜ベアリングｂ及びシーリングｓを配している。詳細には、シリンダ１と壁体２２との間に配された前記シーリングｓは、壁体２２の外周面に沿って空気室１０の内壁との間に配されている。

ベーンストッパ３は、シリンダ１に一体的に設けられたものであり、図２に示すように本実施形態では横断面視中心角が９０°に設定された概略扇形状に形成されたものである。これにより、本実施形態ではベーン２がシリンダ１内を２７０°動作し得る構成が実現されている。しかしながら本実施形態では、ベーンストッパ３の具体的な形状や当該形状に起因するベーン２の回動範囲を何ら限定するものではない。ベーンストッパ３は、動作始端側においてベーン２側に当接する第一当接面３１と、動作終端側においてベーン２側に当接する第二当接面３２とを有している。

第一の弁装置４は、本実施形態ではベーン２の内部に設けられたもので、ベーン２の動作始端から動作終端までに至る動作の際に、ベーン２内に空気を流通させることによって、ベーン２の動作を適宜制御し得るようにしたものである。この第一の弁装置４は、弁装置の主体をなす第一の逆止弁４１と、この第一の逆止弁４１の開閉による通気を速やかに行わせるための第一の流路４２とを主体としたものである。そして第一の逆止弁４１は、本実施形態では、概略球状をなす弁体である第一の弁体４３と、この第一の弁体４３が閉状態にあるときに当該第一の弁体４３が接している第一の弁座４４とを有している。そして本実施形態では更に第一の弁装置４が第一の弁体４３に対し所定の弾性付勢力により閉方向に付勢する弁体付勢手段として機能する弾性バネ４５を具備している。そして、当該弾性バネ４５が、本発明に係る弁制御手段Ｘに相当する。

第二の弁装置５は、本実施形態ではベーン２の内部に設けられたもので、ベーン２の動作終端から動作始端までに至る動作の際に、ベーン２内に空気を流通させることによって、ベーン２の動作を制御し得るようにしたものである。この第二の弁装置５は、当該第二の弁装置５の主体をなす第二の逆止弁５１と、この第二の逆止弁５１の開閉による通気を速やかに行わせるための第二の流路５２とを主体としたものである。そして第二の逆止弁５１は、本実施形態では、概略球状をなす弁体である第二の弁体５３と、この第二の弁体５３が閉状態にあるときに当該第二の弁体５３が接している第二の弁座５４とを有している。

そして本実施形態では、この第二の弁装置５が作動するベーン２の動作終端から動作始端へ向けてのベーン２及びベーンストッパ３の相対回動を促すための戻り手段を更に具備している。当該戻り手段は、例えばねじりコイルバネ等の適宜の構造により実現されるものであり、本実施形態では例えばシーリングｓやベアリングｂ近傍に適宜組み付けられるものであるが、当該構成は既存の態様を適宜適用し得るため、具体的な説明を省略するものとする。

ここで、本実施形態では図２〜図５に示すように、モータとドライバとの間に介在しねじを締結する際の不要なトルクを低減させるためのトルク低減装置として軸継手を利用する態様について説明する。まず、ビット軸６の先端側をねじ頭に嵌合させ、モータの回転によりシリンダ１側を回転させると、図２に示したままの状態でねじを仮締めすべく回動させる。

そして図３に示すようにねじが着座してトルクが上昇すると、ベーン２と当該ベーン２に密着しているベーンストッパ３間の負圧が上昇し、弁体を弁座に押し付ける力を超える。そうなると第一の弁装置４において第一の弁体４３が弾性バネ４５の付勢力に抗して第一の弁座４４から離れ第一空気室１１が狭まることとなる。その結果ベーン２とベーンストッパ３間に空気が流入し第二空気室１２が形成される。

そして本実施形態では、モータ側すなわちシリンダ１側が所定の角度である２７０°空転をすることで、図４に示す状態となり、その後本締めへと移行する。すなわち、この一連の挙動により着座時にモータのトルクおよびモータのロータならびにモータ軸に取り付けた減速装置の慣性モーメントによって生じる衝撃トルクによりねじへ与えるはずの衝撃が吸収される。この間にモータは、本締めを行うべく回転数を仮締め回転数から本締め回転数へ減速する。

しかる後、所定トルクによりねじの締結が終了し、ビット軸６がねじ頭から離れると、図５に示すように、シリンダ１、ベーン２間に設けられた図示しない戻り手段によるバネ力でベーン２を図示左回転させて動作始端に戻すこととなる。このときは、第二の弁装置５、すなわちベーン２に設けた第二の逆止弁５１が開いて、空気は第二空気室１２より順次第一空気室１１に戻り、再び図２に示す状態となる。

そして図６では本実施形態において示した軸継手を用いた衝撃トルク低減装置が、従来例に比較してねじの締結を速やかに実行している点を示したグラフを示している。ここで、同図では実線にて締付トルク、破線にて回転数（回転速度）を示している。そして、本実施形態を太線にて示し、従来例を細線にて示している。

本実施形態によれば、第一の弁装置４に付勢バネ４５を設けることにより仮締め時に適度な制動力が得られることから、同図太破線にて示すように仮締めの回転数を従来よりも上昇させても、ねじが着座した後に現れる衝撃トルクは従来例と同等以下に抑えることができ、加えて当該ねじが従来例よりも早期に着座する。これにより、その後の本締めもそのまま従来例よりも早いタイミングでスムーズに行われる。その結果、一連のねじの締結は従来例よりも速やかに終了することとなる。

以上のように、本実施形態に係る軸継手は、シリンダ１内に仕切られた複数の空気室１１、１２間の空気の流れを制御すべく第一の逆止弁４１を開く作用力を制御するための弁制御手段Ｘを具備することを特徴とする。

斯かる構成により、弁制御手段Ｘの構成を適宜設定するだけで回動に対する制動力を所要の値に設定せしめている。その結果、簡素な構成を実現しつつも必要十分の強度を獲得し耐久性を有効に向上させた軸継手が実現されている。

弁制御手段Ｘを簡素な構成としつつ所要の制動力を確実に得るための構成として本実施形態では、弁制御手段Ｘを、第一の逆止弁４１又は第二の逆止弁５１を構成する弁体を閉方向へ付勢する弁体付勢手段たる弾性バネ４５を有するものとしている。

また、軸継手の構成をシンプルなものとするために本実施形態では、第一の逆止弁４１及び第二の逆止弁５１を、ベーン２側に設ける構成を適用している。

＜第二実施形態＞

以下、本発明に係る他の実施形態について順次説明していく。以降に記す各実施形態について、上記実施形態の構成要素に相当するものについては同じ符号を付すとともに、その詳細な説明を省略するものとする。

図７では、本発明の第二実施形態に係る軸継手を示している。当該軸継手は、上記実施形態とは異なり、第一の弁装置４及び第二の弁装置５を、ベーン２側ではなくベーンストッパ３側に設けるとともに第一の逆止弁４１の弁体に対し弾性バネ４５を付勢する態様を示している。また、これら第一の逆止弁４１及び第二の逆止弁５１における第一の弁体４３及び第一の弁座４４の配置並びに第二の弁体５３及び第二の弁座５４の配置は、上記実施形態とは反対となることはいうまでもない。

このようなものであっても上記実施形態同様、ねじの締結時の衝撃トルクを有効に低減し得る軸継手が好適に実現される。なお上記第一、第二実施形態の他に勿論、第一の逆止弁４１及び第二の逆止弁５１がベーン２及びベーンストッパ３に分かれて設けられる構成を否定するものではない。

＜第三実施形態＞

図８及び図９では、本発明の第三実施形態を示している。本実施形態では、弁制御手段Ｘとして上記各実施形態にて示した付勢バネ４５の他に、シール材たる密閉シール７をも適用した態様を示している。換言すれば、弁制御手段Ｘを、ベーン２及びベーンストッパ３間に設けられ第一の逆止弁４１及び第二の逆止弁５１による空気の流路を密閉し得るシール材たる密閉シール７を有している態様を示している。

具体的に説明すると、上記各実施形態では、第一の逆止弁４１、第二の逆止弁５１を好適に動作させるため、特に仮締め時における第一の逆止弁４１の動作を安定させるために、ベーン２、シリンダ１間にシーリングｓを設け、空気室１０の密閉度を有効に確保する必要があった。しかしながら本実施形態では、当該シーリングｓをベーン２、シリンダ１間に設けなくともベーン２の第一密着面２３とベーンストッパ３の第一当接面３１との離間を所要のタイミングにて行わせることが可能となっている。

具体的に説明すると、同図に示すように、ベーンストッパ３にゴム材等の弾性体製の弾性体シールたる密閉シール７を設ける。一方ベーン２の弾性体と接する側の表面すなわち第一密着面２３を平滑面とする。この状態でベーン２が密閉シール７に押し当てられると密閉シール７の裾部でシールされた空間ができる。そして当該裾部からの吸気の侵入が無くなる。そのため、ベーンストッパ３をシリンダ１内部にてベーン２が回転すると、ベーンストッパ３に設けた第一の弁装置４のクラッキング圧でベーン２が引き付けられてビット軸６が回転する。またビット軸６先端に保持しているねじが着座してトルクが立ち上がり設定トルク（クラッキング圧で規定された圧力）に達するとベーンストッパ３内の第一の弁装置４が開いて空気が密閉シール７で囲われた部分に流入することで、ベーンストッパ３からベーン２が離れる。

このようにして、同実施形態においても、好適な衝撃トルクの低減が実現される。

＜第四実施形態＞

続いて本発明の第四実施形態について図１０に示して説明する。

本実施形態に係る軸継手は、弁制御手段Ｘが、上記の弾性バネ４５、密閉シール７に加え、シリンダ１内に圧縮空気ＣＡを導入するために、シリンダ１を回転可能に保持しているケーシングＣとシリンダ１との間に形成された圧縮空気導入路８を有している態様を示している。

具体的に説明すると、同実施形態の軸継手は、所謂必要切り離しトルクを高く設定したい場合の対処法として採られるためのものである。すなわち、最大となるとベーン２とベーンストッパ３との切り離し力は密閉シール７で囲まれた内部面積×圧力（通常は大気圧）となる。つまり、この大気圧の代わりに図示しないコンプレッサ圧などの式に代入すると判るように、密閉シール７を取り巻く気圧によってベーン２及びベーンストッパ３を切り離すための切り離し力を適宜設定することができる。

すなわち本実施形態では、空気室１０を図示しない外部コンプレッサなどの圧縮空気ＣＡで加圧するための圧縮空気導入路８を設けることで、圧力に比例した切り離し力すなわち制動力が得られる。これにより、本実施形態の軸継手を衝撃トルク低減装置に用いてねじの螺合を行う際、着座前のねじ螺入中に比較的高いねじ込みトルクを要するタッピンねじを用いる場合であっても、前記切り離し力を必要なねじ込みトルクよりも高く設定することで、前記弁制御手段Ｘが着座前ではなく、確実に着座後作動する。よって、本実施形態の軸継手を擁する衝撃トルク低減装置は、このようなタッピンねじの締付けであっても、着座時の衝撃トルクを低減し且つ短時間に締付けできる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、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。上記実施形態ではいずれも軸継手をダンパ装置や衝撃トルク低減装置を構成する一部材として適用する態様を開示する態様のみを開示したが勿論、当該軸継手を、部品同士を好適に締結すべく構成された部品締結機の一部分として構成する態様を妨げない。また、ベーンの回動角度やベーンストッパの具体的形状といった詳細な構成は、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。

１・・・シリンダ
２・・・ベーン
３・・・ベーンストッパ
１０・・・空気室
４１・・・第一の逆止弁
５１・・・第二の逆止弁
４５・・・弁制御手段、弁体付勢手段（弾性バネ）
７・・・弁制御手段（密閉シール）
８・・・弁制御手段（圧縮空気導入路）
ＣＡ・・・圧縮空気
Ｘ・・・弁制御手段

Claims (9)

1. 相対的に回動する二つの部材のうち一方の部材に設けられた内部に空気室を有するシリンダと、
   前記二つの部材のうち他方の部材に設けられ前記空気室を仕切りながら前記シリンダ内を回動動作し得るベーンと、
   前記シリンダに一体的に設けられ前記空気室を仕切りながら前記ベーンに対し相対的に回動することにより前記ベーンに当接し得るベーンストッパと、
   前記ベーン又は前記ベーンストッパに設けられ前記ベーンの回動動作に応じて仕切られた前記複数の空気室間の空気の一方向の流れを許容する第一の逆止弁と、
   前記ベーン又は前記ベーンストッパに設けられ前記ベーンの回動動作に応じて仕切られた前記複数の空気室間の空気の他方向の流れを許容する第二の逆止弁と、
   前記第一の逆止弁及び前記第二の逆止弁の何れか又は両方に設けられ前記複数の空気室間の空気の流れを制御すべく前記逆止弁を開く作用力を制御するための弁制御手段と
   を具備することを特徴とする軸継手。
2. 前記弁制御手段が、前記第一の逆止弁又は前記第二の逆止弁を構成する弁体を閉方向へ付勢する弁体付勢手段を有している請求項１記載の軸継手。
3. 前記第一の逆止弁及び前記第二の逆止弁が、前記ベーンに設けられている請求項１又は２記載の軸継手。
4. 前記第一の逆止弁及び前記第二の逆止弁が、前記ベーンストッパに設けられている請求項１又は２記載の軸継手。
5. 前記弁制御手段が、前記ベーン及び前記ベーンストッパ間に設けられ前記第一の逆止弁及び前記第二の逆止弁による空気の流路を密閉し得るシール材を有している請求項１又は２記載の軸継手。
6. 前記弁制御手段が、前記シリンダ内に圧縮空気を導入するための圧縮空気導入路を有している請求項１〜３の何れかに記載の軸継手。
7. 前記第一の逆止弁又は前記第二の逆止弁が動作始端から動作終端位置に至る前記ベーン及び前記ベーンストッパの相対回動動作による空気の流れを許容するものであり、
   前記動作終端から動作始端へ向けての前記ベーン及び前記ベーンストッパの相対回動を促すための戻り手段を更に具備している１〜６の何れかに記載の軸継手。
8. 請求項１〜７の何れかに記載の軸継手を具備していることを特徴とする衝撃トルク低減装置。
9. 請求項１〜７の何れかに記載の軸継手を具備していることを特徴とするダンパ装置。

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