JP5556292B2

JP5556292B2 - トルクリミッタの油圧拡張室への油の充填方法

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Publication number: JP5556292B2
Application number: JP2010068716A
Authority: JP
Inventors: 道郎 ▲濱▼ノ上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: JP2011202698A

Description

本発明は、トルクリミッタの油圧拡張室への油の充填方法に関する。

従来、トルクリミッタとしては、例えば、特公昭６３−０３０５２７号公報（特許文献１）に記載されているものがある。

上記トルクリミッタに限らず、従来のトルクリミッタでは、トルクリミッタの油圧拡張室に次の手順で油を充填している。

先ず、上記油圧拡張室の油圧と、軸部材と筒部材との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合に、上記軸部材と上記筒部材との間の回転動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの一対一の対応関係を求める。詳細には、上記対応関係を、油圧拡張室の油圧と、リリーストルクとで画定される２次元のパラメータ空間上にプロットし、上記２次元のパラメータ空間上において、上記対応関係を表す直線（以下、理論線という）を求める。

次に、上記理論線において、所望の設定リリーストルクに一致する上記リリーストルクに一対一に対応する油圧を求め、油圧拡張室の油圧が、上記求めた油圧になるように、上記油圧拡張室に油を充填している。

特公昭６３−０３０５２７号公報

本発明者は、特に大型駆動軸に接続される大型のトルクリミッタにおいて、実際に筒部材と軸部材との動力の遮断が起きるリリーストルクが、上記理論線から導かれる所望の設定リリーストルクと比較して、大幅に小さい場合があることを見出した。

そこで、本発明の課題は、設定リリーストルクと、実際に動力の遮断が起こるリリーストルクとの差が小さいトルクリミッタを実現できるトルクリミッタの油圧拡張室への油の充填方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のトルクリミッタの油圧拡張室への油の充填方法は、
軸部材と、筒部材とを備え、上記軸部材および上記筒部材のうちの一方が、油圧拡張室を有するトルクリミッタの上記油圧拡張室への油の充填方法であって、
上記トルクリミッタにおいて、上記油圧拡張室の油圧と、上記軸部材と上記筒部材との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合に、上記軸部材と上記筒部材との間の動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの一対一の対応関係を求め、
上記油圧拡張室の油圧が、上記一対一の対応関係において、設定リリーストルクに一致する上記リリーストルクに一対一に対応する油圧に対して所定割合高い油圧になるように、上記油圧拡張室に油を充填し、
上記所定割合高い油圧は、上記軸部材と上記筒部材に一瞬の所定のトルクを付与したときの、上記油圧拡張室の油圧と、上記軸部材と上記筒部材との間の回転動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの対応関係を示す直線において、上記設定リリーストルクに対応する油圧であることを特徴としている。

本発明者は、油圧拡張室の油圧と、実際に動力の遮断が起こるリリーストルクとの関係を、多角的な角度から試験的に検証し、次の現象を発見した。

具体的には、本発明者は、軸部材と筒部材との間に作用するトルクが急激に増大した場合、すなわち、トルクの単位時間当たりの変化分が大きい場合に、実際に、筒部材と軸部材との動力の遮断が発生するリリーストルクが、上記理論線から求められるリリーストルクよりも小さくなる現象を試験的に発見した。

本発明によれば、トルクリミッタにおいて、油圧拡張室の油圧と、軸部材と筒部材との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合に、軸部材と筒部材との間の動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの一対一の対応関係を求め、油圧拡張室の油圧を、上記一対一の対応関係において、設定リリーストルクに一致する上記リリーストルクに一対一に対応する油圧に対して所定割合高い油圧になるように、油圧拡張室に油を充填するから、軸部材と筒部材との間に単位時間当たりの変化率が大きいトルクが作用しても、従来と異なり、実際に軸部材と筒部材との間の動力の伝達が遮断されるリリーストルク（以下、実際のリリーストルクという）が、設定リリーストルクに対して大幅に小さくなることがなく、実際のリリーストルクと、設定リリーストルクとの差が小さくなる。したがって、実際のリリーストルクと、設定リリーストルクとの差を小さくできて、トルクリミッタの信頼性を向上させることができる。

本発明のトルクリミッタの油圧拡張室への油の充填方法によれば、実際のリリーストルクと、設定リリーストルクとの差を小さくすることができて、トルクリミッタの信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態のトルクリミッタの油圧拡張室への油の充填方法を用いて油圧拡張室に油を充填されたトルクリミッタの軸方向の断面図である。筒部材と軸部材との間に、径方向の所定の荷重を付与している状態において、負荷速度と、筒部材と軸部材との静摩擦係数との関係を調査したときの試験結果の一例を示す図である。一サンプルのトルクリミッタでのトルクの一領域における、油圧拡張室の油圧と、軸部材と筒部材との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合でのリリーストルクとの関係、および、軸部材と上記筒部材に一瞬に所定のトルクを付与したときの、油圧拡張室の油圧と、リリーストルクとの関係を示す図である。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態のトルクリミッタの油圧拡張室２６への油の充填方法を用いて、油圧拡張室２６へ油を充填されたトルクリミッタの軸方向の断面図である。

以下、図１を用いて、上記実施形態の方法を用いて油圧拡張室２６へ油を充填されたトルクリミッタの構成についての大まかな説明を行った後、一実施形態のトルクリミッタの油圧拡張室２６への油の充填方法について説明することにする。

このトルクリミッタは、軸部材１と、筒部材２と、シャーバルブ６と、玉軸受１７および玉軸受１８とを有する。

上記軸部材１は、略円筒状の外周面２０を有する本体部８と、本体部８の外面から突出する断面略Ｌ字形状の係止部９とを有する。上記軸部材１の外周面２０は、一つの螺旋形状の油封止防止用の溝３５を有している。この螺旋形状の溝３５は、軸部材１の軸方向の両側に開口している。上記螺旋形状の溝３５のピッチは、軸部材１の軸径（外径）の１／１０以上１／５以下になっている。

上記筒部材２は、第１の筒部材１０と、第２の筒部材１１とを有する。上記第１の筒部材１０は、軸部材１の外周面２０に当接する略円筒状の内周面２１を有する。トルク伝達面である軸部材１の外周面（溝３５の表面も含む）２０と筒部材２の内周面２１は、処理温度が４００度以上４２０度以下の低温窒化処理が施されて硬化され、軸部材１の外周面２０（溝３５の表面も含む）を含む表層部は、窒化物を有する層になり、また、筒部材２の内周面２１を含む表層部は、窒化物を有する層になっている。これら二つの窒化物を有する層の層厚は、ともに２μｍ以上３μｍ以下になっている。これら二つの窒化物を有する層の硬さは、略同じ硬さで、これら二つの窒化物を有する層のビッカース硬さＨｖは、ともに６００Ｈｖ以上になっている。

上記軸部材１の外周面２０と、筒部材２の内周面２１との間には、焼付き防止用の潤滑油であるタービンオイルまたはトラクションオイルが介在している。トラクションオイルとしては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基などの脂環族の官能基や、これら官能基の一部を不飽和結合としたものや、上記官能基の一部の炭素原子を、酸素原子、硫黄原子、窒素原子で置き換えた官能基、さらには、これらの官能基を架橋して形成された官能基や、これらの官能基を縮合した縮合環を有する官能基や、または、これらの官能基を用いて形成された多環式の芳香族の官能基、を有するナフタレン系合成油やナフテン系鉱油である。また、上記トラクションオイルの他の例としては、例えば、分岐型アルキルベンゼンやアルキルナフタレンや、または、フェニル基やシクロヘキシル基を含むポリオルガノシロキサンがある。また、上記トラクションオイルの更なる例としては、例えば、α−アルキルスチレン二量体やα−アルキルスチレン二量体の水素化物があり、また、Ｆ−（ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２Ｏ）ｎ−Ｃ_２Ｆ_５の構造式で表されるパーフルオロポリエーテルやこのパーフルオロポリエーテルの誘導体がある。

上記第２の筒部材１１は、第１の筒部材１０の略円筒状の外周面２３に当接する略円筒状の内周面２４を有する。また、上記第２の筒部材１１は、シャーバルブ取付穴３０と、第２の筒部材１１の内周面２４の軸方向の略全長に亘って略軸部材１の軸方向に延在する環状の油圧拡張室２６を有する。

上記シャーバルブ６は、シャーバルブ取付穴３０に嵌入されている。上記シャーバルブ６がシャーバルブ取付穴３０に嵌入されている状態で、シャーバルブ６の一端部は、第２の筒部材１１の外周面よりも径方向の外方に突出している。また、上記断面略Ｌ字形状の係止部９は、略径方向に延びると共に、第２の筒部材１１の端面に軸方向に対向する径方向延在部と、この径方向延在部につながっていると共に、第２の筒部材１１の外周面に沿って軸方向に延在する軸方向延在部とを有している。上記シャーバルブ６の上記一端部は、係止部９の軸方向延在部によって、係止されている。

上記シャーバルブ６は、一端のみが開口したチューブ２７を有している。このチューブ２７は、シャーバルブ６がシャーバルブ取付穴３０に嵌入されている状態で、略軸部材１の径方向に延在している。上記シャーバルブ６がシャーバルブ取付穴３０に嵌入されている状態でチューブ２７の閉鎖側の一端部は、第２の筒部材１１の外周面よりも径方向の外方に突出している。また、上記チューブ２７の閉鎖側とは反対側の開口は、油圧拡張室２６の一端に連通している。このことから、上記油圧拡張室２６のシャーバルブ６側は、密封空間になっている。

上記玉軸受１７は、軸部材１の外面に外嵌固定された内輪４０と、第２の筒部材１１の内面に内嵌固定された外輪４１と、内輪４０の軌道面と外輪４１の軌道面と間に配置された玉４２とを有している。また、上記玉軸受１８は、軸部材１の外面に外嵌固定された内輪４４と、第１の筒部材１０の内面に内嵌固定された外輪４５と、内輪４４の軌道面と外輪４５の軌道面と間に配置された玉４６とを有している。上記玉軸受１７および１８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。

上記構成において、軸部材１および筒部材２に所定値以下の負荷（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、図示しないカプラを介して油圧拡張室２６に注入されたのち密封された油圧拡張用の油で、油圧拡張室２６を拡張させることにより、第１の筒部材１０の内周面２１を縮径して内周面２１を軸部材１の外周面２０に押し付けて、軸部材１と筒部材２とを摩擦結合して軸部材１と筒部材２との間でトルクを伝達するようになっている。

一方、軸部材１または筒部材２に所定値以上の負荷（トルクの伝達を行う範囲よりも大きな負荷）がかかって、軸部材１の外周面２０が、第１の筒部材１０の内周面に対してスリップして、軸部材１と筒部材２の軸回りの位置が変化した場合には、係止部９がシャーバルブ６の一端部を切断して、チューブ２７の閉鎖側の一端部を破壊して、油圧拡張室２６内の油圧拡張用の油を、この破壊されたチューブ２７の側から外部に排出するようになっている。

このようにして、第１の筒部材１０の内周面２１の軸部材１の外周面２０に対する押圧力をなくして、軸部材１と筒部材２の摩擦結合を解いてトルクの伝達を遮断するようになっている。このようにして、軸部材１または筒部材２に過負荷がかかった場合において、トルクの伝達を遮断して、トルクリミッタ装置に連結されている高価な機械を保護している。

尚、詳述しないが、軸部材１の軸方向の両側に開口した油封止防止用の溝３５は、軸部材１と第１の筒部材１０との間に存在している焼付き防止用の潤滑油が、過剰に軸部材１の外周面２０と筒部材１０の内周面２１との間で滞留、密封され、第１の筒部材１０が軸部材１をクランプする力を所定値（設計値）以上に弱めることを抑制する役割を果たし、リリーストルクが所定値より大きく低下することを防止し、リリーストルクを略設計値に近づける役割を果たしている。

上記トルクリミッタにおいて、図示しないカプラを介して油圧拡張室２６に次に示すように油を充填する。

先ず、上記トルクリミッタ、または、上記トルクリミッタと同一（同じ製品）のトルクリミッタにおいて、複数の油圧拡張室２６の油圧において、軸部材１と筒部材２との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合に、軸部材１と筒部材２との間の動力の伝達が遮断されるリリーストルクを測定する。そして、油圧拡張室２６の油圧と、軸部材１と筒部材２との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合に、軸部材１と筒部材２との間の動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの一対一の対応関係を求める。

次に、油圧拡張室２６の油圧が、上記油圧とリリーストルクとの一対一の対応関係において、所望の設定リリーストルクに一致する上記一体一の対応関係におけるリリーストルクに一対一に対応する油圧に対して２０％高い油圧になるように、油圧拡張室２６に油を充填する。

本発明者は、大型駆動軸に接続するトルクリミッタにおいて、実際にトルクの伝達が遮断されるリリーストルクが、所望の設定リリーストルクに対して大幅に小さくなることがあることを見出し、多角的な角度から試験的に検証し、以下の図２に示す関係を発見した。

図２は、筒部材と軸部材との間に、径方向の所定の荷重を付与している状態において、負荷速度と、筒部材と軸部材との間の静摩擦係数との関係を調査したときの試験結果の一例を示す図である。

尚、図２において、Ｒは、軸部材と筒部材との間に作用するトルクを０から、時間に対して比例的にトルクを増加させ、その軸部材と筒部材との間の動力の伝達の遮断が起きるリリーストルクに到達した時までの時間である。

図２に示すように、筒部材と軸部材との間に作用するトルクの単位時間あたりの変化量が大きくなるにしたがって、筒部材と軸部材との間の静止摩擦係数が小さくなっている。

本発明者は、規格等が異なる多数のサンプルのトルクリミッタにおいて、そのトルクリミッタの油圧拡張室の油圧と、軸部材と筒部材との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合に、その軸部材とその筒部材との間の動力の伝達の遮断が起きるリリーストルクを検出すると共に、上記軸部材と上記筒部材に一瞬に所定のトルクを付与したときのリリーストルクを検出する試験を起こった。

図３は、あるサンプルのトルクリミッタの試験における、トルクの一領域における試験結果を示す図である。

尚、図３において、実線１１０は、油圧拡張室の油圧と、軸部材と筒部材との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合に、軸部材と筒部材との間の回転動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの対応関係を示す直線（理論線）である。

また、図３において、点線１１２は、理論線１１０を得たサンプルのトルクリミッタと同じサンプルのトルクリミッタにおいて、軸部材と筒部材に一瞬に所定のトルクを付与したときの、油圧拡張室の油圧と、軸部材と筒部材との間の回転動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの対応関係を示す直線である。

このサンプルにおいては、図３に示す領域全域において、理論線１１０に対する直線１１２の比は、０.８程度であり、同一の油圧に対して、（理論線１１４上の値 − 直線１１２上の値）／理論線１１４上の値≒０.２程度になっている。すなわち、図３に１１４で示す（ａ１−ａ２）において、（ａ１−ａ２）≒０.２×ａ１の関係が成立している。

図３を用いて、従来の油の充填方法と、本発明の油の充填方法との違いを説明する。すなわち、図３において、所望の設定リリーストルクが、ａ１である場合に、従来の方法では、理論線１１０に基づいてａ１に対応する油圧ｂ２を求め、油圧拡張室の油圧がｂ２になるように、油圧拡張室に油を充填していた一方、本発明においては、油圧拡張室の油圧が、油圧ｂ２に対して所定の割合高い油圧、すなわち、油圧ｂ１に近い油圧になるように、油圧拡張室に油を充填する。

尚、この場合、所定の割合が、ｂ２×（１＋ｘ）＝ｂ１（ｂ１、ｂ２は、図３参照）より、ｘ＝ｂ１／ｂ２−１に近い値ほど良いことは、言うまでもない。

尚、多数のサンプルによる試験データによると、ｘの値を、０より大きくて、０.３以下に設定すると、所望のリリーストルクの値を、実際のリリーストルクに近づけることができる。そして、特に、ｘの値を、０.１５〜０.２５の範囲に設定すると、所望のリリーストルクの値を、実際のリリーストルクにより近づけることができて、好ましい。

また、トルクリミッタにおいては、例えば、トルクリミッタが接続されている装置に、異物の噛み込み等の問題が発生した場合、瞬間にして、動力伝達側の部材の速度が零に近い値になり、一瞬にして、軸部材と筒部材との間に大きな相対速度が発生することが多い。したがって、上記ｘの値は、より回転速度が高い仕様で用いるトルクリミッタほど高く設定することが好ましい。

上記実施形態のトルクリミッタの油圧拡張室への油の充填方法によれば、トルクリミッタにおいて、油圧拡張室２６の油圧と、軸部材１と筒部材２との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合に、軸部材１と筒部材２との間の動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの一対一の対応関係を求め、油圧拡張室２６の油圧が、その一対一の対応関係において、設定リリーストルクに一致する上記対応関係でのリリーストルクに一対一に対応する油圧に対して所定割合高い油圧になるように、油圧拡張室２６に油を充填するから、軸部材１と筒部材２との間に単位時間当たりの変化率が大きいトルクが作用しても、従来と異なり、実際に軸部材１と筒部材２との間の動力の伝達が遮断されるリリーストルクが、設定リリーストルクに対して大幅に小さくなることがなく、実際のリリーストルクと、設定リリーストルクとの差が小さくなる。したがって、実際のリリーストルクと、設定リリーストルクとの差を小さくできて、トルクリミッタの信頼性を向上させることができる。

尚、上記実施形態では、本発明の油圧拡張室への油の充填方法を、筒部材２の内部に形成された油圧拡張室２６に油を充填することによって、筒部材２の内周面２１を、軸部材１の外周面２０に押し付けてトルクを伝達するトルクリミッタに、適用したが、本発明の油圧拡張室への油の充填方法を、軸部材の内部に形成された油圧拡張室に油を充填することによって、軸部材１の外周面を、筒部材２の内周面に押し付けてトルクを伝達するトルクリミッタに、適用しても良いことは言うまでもない。

１軸部材
２筒部材
２６油圧拡張室
１１０理論線
１１２油圧拡張室の油圧と、実際のリリーストルクの値との関係を示す線

Claims

軸部材と、筒部材とを備え、上記軸部材および上記筒部材のうちの一方が、油圧拡張室を有するトルクリミッタの上記油圧拡張室への油の充填方法であって、
上記トルクリミッタにおいて、上記油圧拡張室の油圧と、上記軸部材と上記筒部材との間に作用するトルクを準静的に増大させた場合に、上記軸部材と上記筒部材との間の動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの一対一の対応関係を求め、
上記油圧拡張室の油圧が、上記一対一の対応関係において、設定リリーストルクに一致する上記リリーストルクに一対一に対応する油圧に対して所定割合高い油圧になるように、上記油圧拡張室に油を充填し、
上記所定割合高い油圧は、上記軸部材と上記筒部材に一瞬の所定のトルクを付与したときの、上記油圧拡張室の油圧と、上記軸部材と上記筒部材との間の回転動力の伝達が遮断されるリリーストルクとの対応関係を示す直線において、上記設定リリーストルクに対応する油圧であることを特徴とするトルクリミッタの油圧拡張室への油の充填方法。