JP3166978U

JP3166978U - 非可逆装置

Info

Publication number: JP3166978U
Application number: JP2011000205U
Authority: JP
Inventors: 村上　宏明; 宏明村上
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2021-01-18

Abstract

【課題】比較的シンプルな機構により非可逆機能を実現可能であり、小型化及び軽量化を実現した非可逆装置を提供する。【解決手段】入力軸１と、入力軸１に軸心を一致させて回転可能なラチェット歯車２１を有したラチェット機構２と、ラチェット機構２のラチェット歯車２１と入力軸１との間に設けられた摩擦クラッチ３と、入力軸１から導入されたトルクを出力するための出力軸３と、出力軸３と入力軸１との間に設けられたボールランプ部５とを備え、出力軸４が逆方向に回転駆動された場合に、ボールランプ部５により入力軸１を軸心方向に荷重して摩擦クラッチ３を介して逆方向回転が禁止されているラチェット歯車２１に接続し、入力軸１の逆回転に制動を加えるようにした。【選択図】図１

Description

本考案は、航空機や一般産業機械等の動力伝達系等に適用される非可逆装置に関する。

従来、入力軸に入力されたトルクを出力軸に伝達する一方、出力軸にバックドライブトルクが作用した場合にはそのバックドライブトルクの入力軸への伝達を阻止又は抑制する非可逆装置として種々のものが開発されている。ここで、その一例を図２において示す。

図２に示す非可逆装置Ｂは、ボールスクリュ軸部Ｂ１１を有した入力軸Ｂ１を備えるとともに、ボールスクリュ軸部Ｂ１１に係わり合うボールスクリュナットＮを用いてなる出力部を備えてなるものである。このものにおいては、リニア出力を行うボールスクリュナットＮが負荷を受けた際に、ボールスクリュナットＮに作用する軸力Ｆを利用して入力軸Ｂ１を変位させ、入力軸Ｂ１のフランジ部Ｂ１２の一面と当接している摩擦板Ｂ２にブレーキトルクを発生させて非可逆機能を発揮するようにしている。換言すれば、このものは外部からの軸力Ｆを利用して非可逆装置Ｂを構成しているものである。しかしながら、ボールスクリュを利用した装置でなければ外部からの軸力を利用することができないため、回転出力を行ういわゆるロータリ型の装置に同様の構成を適用することができない。

一方で、特開２００７−１２０５３５などに開示されているような非可逆装置、すなわち、回転出力を行うロータリ型のアクチュエータ等に適用されるような非可逆装置では、ハウジングや作動体に複数の摩擦板を連結させた構成となり、装置全体の構成が複雑になるものが多く、部品点数が多くなったり重量が比較的重くなったりすることがあった。更に、かかるロータリ型のアクチュエータ等に用いられる非可逆装置においては、ハウジングや作動体に結合された摩擦板にスプリング等によるプリロードが加わるように構成されているため、安定して機能させるためにロストルクが不可避的に発生するものとなっていた。

特開２００７−１２０５３５号公報

本考案は、以上のような事情に着目してなされたものであって、比較的シンプルな機構により非可逆機能を実現可能であり、小型化及び軽量化を実現した非可逆装置を提供することを主たる目的とする。

すなわち、本考案の非可逆装置は、駆動トルクを受けて回転する入力軸と、この入力軸に軸心を一致させて回転可能なラチェット歯車を有しこのラチェット歯車の正方向回転は許容し逆方向回転は禁止するラチェット機構と、このラチェット機構のラチェット歯車と前記入力軸との間に設けられ前記入力軸が軸心方向に荷重された際に前記入力軸の回転を前記ラチェット歯車に伝達する摩擦クラッチと、前記入力軸から導入されたトルクを出力するための出力軸と、この出力軸と前記入力軸との間に設けられこれら出力軸と入力軸との間の伝達トルクが大きくなった場合に前記入力軸を軸心方向に荷重するボールランプ部とを具備してなり、前記出力軸が逆方向に回転駆動された場合に、前記ボールランプ部により前記入力軸を軸心方向に荷重して前記摩擦クラッチを介して逆方向回転が禁止されている前記ラチェット歯車に接続し、前記入力軸の逆回転に制動を加えるようにしたことを特徴とする。

このようなものであれば、出力軸が負荷トルクを受けて逆方向に回転駆動された場合に、前記ボールランプ部により負荷トルクに比例した軸力を発生させ、その軸力を用いて非可逆機能を実現することができる。すなわち、出力軸が負荷トルクを受けて逆方向に回転駆動された際には、前記入力軸を軸心方向に荷重して前記摩擦クラッチを介して逆方向回転が禁止されている前記ラチェット歯車に接続し、前記入力軸の逆回転に制動を加えるので、ロータリ型アクチュエータにおいても、単純な機構で非可逆機構が得られるものとなる。しかも、正方向回転時においてはロストルクがほとんど発生しないものとなり、効率よくトルクを伝達することができるものとなる。

以上説明したように本考案によれば、比較的シンプルな機構により非可逆機能を実現可能であり、小型化及び軽量化を実現した非可逆装置を提供することができる。

本考案の一実施形態を示す非可逆装置の概略図。従来例であるボールスクリュに作用する軸力を利用した非可逆装置を示す概略図。

以下、本考案の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示す非可逆装置Ａは、回転による出力を行ういわゆるロータリ型のアクチュエータに適用されるものである。この非可逆装置Ａは、主として航空機において使用されるものであるが、その他の機械機器類にも広く適用することが可能である。

この非可逆装置Ａは、図示しないモータ等の駆動源からの駆動トルクを受けて回転する入力軸１と、この入力軸１に外装され入力軸１に軸心を一致させて回転可能なラチェット歯車２１を有しこのラチェット歯車２１の正方向回転は許容し逆方向回転は禁止するラチェット機構２と、このラチェット機構２のラチェット歯車２１と入力軸１の一方の端部に形成されたフランジ部１１との間に設けられ入力軸１が軸心方向に荷重された際に入力軸１の回転をラチェット歯車２１に伝達する摩擦クラッチであるリング状の摩擦板３と、一方の端面を前記入力軸１の端面と向かい合わせるとともに軸心を一致させて配され、入力軸１から導入されたトルクを出力するための出力軸４と、出力軸４と入力軸１との間に設けられこれら出力軸４と入力軸１との間の伝達トルクが大きくなった場合に入力軸１を軸心方向に荷重するボールランプ部５とを具備してなる。

以下、各構成について詳述する。

入力軸１は、図示しないラジアルベアリング等を介してハウジング６に回転可能に支持されている。入力軸１は、ハウジング６に対して軸心方向への若干の移動が許容されるように支持されている。この入力軸１には、一方の端部すなわち出力軸４の一端面と向かい合う端面を有する端部に、軸心方向に対して直交する外方に突出してなる庇状のフランジ部１１が形成されている。また、入力軸１における出力軸４と向かい合う側の端面には、ボールランプ部５のボール５１を収容するボールランプ５２が複数箇所に形成されている。ボールランプ部５については後で詳述する。しかして、入力軸１は、図示しないモータ等の駆動源からの駆動トルクを受けて回転する。より具体的に言えば、入力軸１は、モータ等の駆動源と図示しないギアボックスを介して接続されており、必要に応じてギアボックスにはトルクリミッタ等が設けられる。

ラチェット機構２は、入力軸１の外周に回転可能に配され、入力軸１に軸心を一致させて回転可能な円環状のラチェット歯車２１を有しこのラチェット歯車２１の正方向回転は許容するとともに逆方向回転は禁止するものである。このラチェット機構２は、スプリングｓｐにて内側に弾性付勢させたラチェットポール２２をラチェット歯車２１の外周に設けられた歯２１１に噛み合わせたものである。ラチェットポール２２はハウジング６に軸Ｊを介して回転可能に支持されている。しかして、ラチェット機構２は、ラチェット歯車２１が入力軸１に対して正方向に回転しようとする時、より詳しく言えば、ラチェット歯車２１が入力軸１の正方向の回転と同じ方向に回転しようとする時においては、前記ラチェットポール２２がスプリングｓｐの弾性付勢力に逆らって外側に退避し、前記ラチェット歯車２１の正方向回転を許容するものである。一方で、ラチェット機構２は、ラチェット歯車２１が負の方向、すなわち入力軸１の逆方向の回転と同じ方向に回転しようとする時においては、ラチェットポール２２がラチェット歯車２１に噛み合い、前記ラチェット歯車２１の逆方向回転を禁止するものである。ラチェット歯車２１は、スペーサ７を介してハウジング６に支持されたスラスト軸受ｂ１によって回転可能に支持されている。

摩擦板３は、入力軸１の外周に配されてなるリング状のもので、ラチェット機構２のラチェット歯車２１と入力軸１の端部に形成されたフランジ部１１との間に設けられている。しかして、摩擦板３は、ブレーキ機能とともに、入力軸１が軸心方向に荷重された際、すなわち入力軸１が出力軸５と反対側の軸心方向にボールランプ部５の作用によって荷重された際に、入力軸１の回転をラチェット歯車２１に伝達するクラッチ機能を発揮し得るものである。

出力軸４は、入力軸１から導入されたトルクを回転出力するためのもので、一方の端面を入力軸１の端面と向かい合わせ、入力軸１の軸線と同一軸線上に配されたものである。出力軸４は、ラジアルベアリングｂ２を介してハウジング６に支持されている。この出力軸４は、軸心方向への移動が禁止されており、必要に応じて所定箇所にスラストベアリング等（図示せず）が用いられる。出力軸４は、入力軸１の端面と向かい合う側の端部に、軸心に対して直交する外方に突出してなる庇状のフランジ部４１が形成されている。また、出力軸４における入力軸１の端面と対面する側の端面には、ボールランプ部５のボール５１を収容するボールランプ５３が複数箇所に形成されている。

しかして、入力軸１と出力軸４との間には、入力軸１に入力された駆動トルクを伝達するとともに、入力軸１と出力軸４との間の伝達トルクが大きくなった場合に入力軸１を軸心方向に荷重するボールランプ部５が設けられている。

ボールランプ部５は、入力軸１のトルクを感知するボール５１と、入力軸１及び出力軸４の対向する端面にそれぞれ設けられ、ボール５１を収容する溝状のボールランプ５２、５３とを具備してなるものである。本実施形態では、ボールランプ部５は、入力軸１と出力軸４との間の３箇所に設けられている。ボール５１を収容するボールランプ５２、５３は、ボール５１を収容可能な一定の深さをなす溝状のもので、それぞれに漸次深さ寸法が小さくなる方向に傾斜する傾斜部分（図示せず）を有し、ボール５１とボールランプ５２、５３との係合深さを変更可能にすることにより、入力軸１と出力軸４との離間距離を変更可能にしたものである。本実施形態においては、ボールランプ部５によって伝達トルクに比例して軸力が発生するようになっている。換言すれば、ボールランプ部５は、出力軸４と入力軸１との間の伝達トルクが大きくなった場合に、ボール５１をボールランプ５２、５３の傾斜部分に乗り上げさせることにより軸力を生じさせ、入力軸１を出力軸４が配された側とは逆側の軸心方向に荷重して、入力軸１を同方向に変位させるようにしている。その他、ボールランプ部５の作用は既知のものであり、その他の詳しい説明を省略する。

続いて、この非可逆装置の作動について説明する。

入力軸１が正方向に回転すると、ボールランプ部５を介して連結された出力軸４は入力軸１に従動して正方向に回転する。一方で、出力軸４に負荷トルクすなわち逆方向へのトルクが作用した場合には、負荷トルクに比例した軸力が発生することになる。この軸力は、ボールランプ部５を介して入力軸１、摩擦板３、ラチェット歯車２１及びスラストベアリングｂ１を介してハウジング６にアースされる。ここで、摩擦板３においては、負荷トルクに比例した軸力に比例したブレーキトルクを発生する。本実施形態においては、摩擦板３におけるブレーキトルクは負荷トルクより常に大きくなるように設定されており、かかる構成により非可逆機能を発揮している。

また、ラチェット機構２は、前述のとおり、負荷トルクの作用方向の回転、すなわち逆方向回転に対してのみ回転を止める働きを持っている。このため、負荷トルクに逆らって作動する方向、すなわち正方向に入力軸１を回転させる際には、ラチェット歯車２１はラチェットポール２２が外れる方向にあるので、ラチェット歯車２１と、摩擦板３と、入力軸１とはブレーキトルクによって一体になったまま回転する。

なお、負荷トルクと同じ方向に入力軸１を回転させた場合には、ラチェット歯車２１はラチェットポール２２に噛み合って回転できないこととなるが、入力軸１にブレーキトルクと負荷トルクの差分の入力トルクを入力すれば、摩擦板３を引きずりながら出力軸４を回転させることは可能である。

このように、本実施形態に係る非可逆装置Ａは、出力軸４が負荷トルクを受けて逆方向に回転駆動された場合に、ボールランプ部５により負荷トルクに比例した軸力を発生させ、入力軸１を軸心方向に荷重して摩擦板３を介して逆方向回転が禁止されているラチェット歯車２１に接続し、入力軸１の逆回転に制動を加えるようにしているものであるので、いわゆるロータリ型アクチュエータにおいても、単純な機構で非可逆機能が得られるものとなる。しかも、正方向の回転時においてはロストルクがほとんど発生しないものとなり、効率よくトルクを伝達することができるものとなる。

なお、本考案は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。

摩擦板は、本実施形態に示すような単一のものに限られず、複数設けたものであっても良い。

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、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…入力軸
２…ラチェット機構
３…摩擦クラッチ（摩擦板）
４…出力軸
５…ボールランプ部
２１…ラチェット歯車
Ａ…非可逆装置

Claims

駆動トルクを受けて回転する入力軸と、この入力軸に軸心を一致させて回転可能なラチェット歯車を有しこのラチェット歯車の正方向回転は許容し逆方向回転は禁止するラチェット機構と、このラチェット機構のラチェット歯車と前記入力軸との間に設けられ前記入力軸が軸心方向に荷重された際に前記入力軸の回転を前記ラチェット歯車に伝達する摩擦クラッチと、前記入力軸から導入されたトルクを出力するための出力軸と、この出力軸と前記入力軸との間に設けられこれら出力軸と入力軸との間の伝達トルクが大きくなった場合に前記入力軸を軸心方向に荷重するボールランプ部とを具備してなり、
前記出力軸が逆方向に回転駆動された場合に、前記ボールランプ部により前記入力軸を軸心方向に荷重して前記摩擦クラッチを介して逆方向回転が禁止されている前記ラチェット歯車に接続し、前記入力軸の逆回転に制動を加えるようにしたことを特徴とする非可逆装置。