JPH0323282B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は、ねじ切り工具やドリルなどの回転
工具と、モータ、又は減速機などの駆動軸とを連
結する過負荷防止継手に関する。

このような過負荷防止継手は、円筒形の結合円
筒と、結合円筒を貫くよう同心に挿入された継手
筒体又は継手柱体（以下、簡単のため継手筒体と
いう）とよりなる。結合円筒の内筒面と継手筒体
の外周面は互に接触し、同一回転するが、負荷が
過大になり、伝達回転モーメントがある設定値を
越えると、両者の結合が解除される。

結合円筒と継手筒体との回転状態を結合するも
のは複数個の結合球である。結合球を収容するた
めに、継手筒体の外周面には、結合球の直径より
も浅い内球室を穿つ。結合円筒の内周面には外球
室を穿つてある。外球室に続いて、結合球が、結
合位置から後退した位置で収容されるべき退避室
が設けられる。

バネなどの弾性体があつて、常時、結合球を、
内球室と外球室にまたがる結合位置に押しつけて
いる。

しかし、過大な負荷がかかると、バネの弾性力
に抗して結合球が外方へ押し出され、退避室に入
る。結合球が退避室に入つたので、継手筒体と結
合円筒の結合が解ける。

このような過負荷防止継手は、螺切り工具やド
リルなどの回転工具と駆動軸を連結する継手とし
て必要である。過大な回転モーメントが加わつた
時に螺切り工具などが折れたり、刃がこぼれたり
するのを防ぎ、工具を護る必要があるからであ
る。

簡単のため、継手本体の形状については、以
下、筒体の場合のみ説明するが、継手本体が中身
の充実した柱体の場合であつても、同様に本発明
を適用する事ができる。

(イ) 従来技術とその問題 このような過負荷防止継手は、例えば、ドイツ
特許公報2511148によつて明らかにされている。
この継手の結合円筒には、半径方向に対し斜めの
貫通穴が穿たれている。貫通穴の一部が、結合状
態に於て結合球が嵌入しているべき外球室になつ
ている。また継手筒体の外周面の、前記外球室に
対応する部分には半球形の内球室が形成されてい
る。

さらに、内側が窪んだ形状の円錐面を持つ押圧
リングがあつて、軸方向に結合球を押圧してい
る。円錐面のために結合球は、継手本体の外周面
の内球室に押しつけられている。内球室の形状は
半球形である。結合球はこの結合状態に於て継手
筒体の内球室と結合円筒の内球室とにまたがつて
存在している。従つて継手筒体と結合円筒は結合
され同一速度で回転する。

過負荷がかかつた時、結合円筒の貫通穴の外向
き傾斜面のために結合球は、継手本体の内球室か
ら押し出され、貫通穴の中をより外側へと移動す
る。そして、継手筒体の外周面と、結合円筒の貫
通穴と、押圧リングの円錐面の頂部の狭い部分に
囲まれた空間の中に結合球が退避する。こうなる
と継手筒体と結合円筒の間に回転力は伝達されな
い。非結合状態になる。

しかし、このような過負荷防止継手は、結合球
に対し、安定した退避位置が存在しない、という
欠点があつた。結合球は退避位置にあるが押圧リ
ングの円錐面は極めて狭く、しかも押圧リングに
は球を強く押しつける力が作用している。狭い円
錐頂面によつて結合球を押圧し、退避位置に保持
している。したがつて、過負荷状態になることが
たびたびであれば、押圧リングの狭い円錐頂面は
急速に摩耗する。この過負荷防止継手は、それゆ
え、寿命が短い、という欠点があつた。

さらに、結合円筒の貫通穴の外向き傾斜面によ
つて結合球を、内球室から押し出すので、方向性
がある。

ある方向の回転に対しては、過負荷の時に結合
状態から非結合状態への変化が起り得る。しか
し、反対方向の回転に対しては結合状態を解除す
る事ができない。傾斜面が結合球を内球室へ押圧
するよう作用するからである。単方向性である。

つまり、前記の装置は、双方向性でなく、寿命
が短いという欠点があつた。

イギリス特許明細書1415138には、いまひとつ
の過負荷防止継手が示されている。これも継手本
体の外周面に結合球の半分近くが入りうる３つの
内球室が穿たれ、結合円筒には結合球の一部が入
りうる３つの外球穴が穿たれている。３つの外球
穴は浅い円形の溝でつながれている。外球穴から
接線方向に案内溝が設けてあり、案内溝の終端に
退避室が穿たれている。

皿バネによつて結合球は外球穴へと押えつけら
れている。外球穴は円形溝と接線案内溝の単なる
交差点であるが、球体に対してはいずれの溝が単
独で存在するよりも、実効的により深い穴となる
から、結合球は皿バネの弾性力によつて外球穴に
安定に存在しうる。

これが結合状態である。過大な負荷がかかる
と、皿バネの力よりも、結合円筒と継手本体の間
に存在する回転モーメントの作用の方が大きくな
り、結合球は外球穴から追い出され、案内溝を通
つて結合円筒の退避室の中へひきこもる。

結合球は継手本体の内球室から抜け出ているか
ら、継手本体と結合円筒の結合は解かれる。非結
合状態になる。

しかし、この装置には次の欠点がある。

結合球を過負荷時に接線方向案内溝の中へ入れ
てしまうために、結合円筒と筒手本体の回転速度
の差を利用している。接線方向に筒手本体が回転
モーメントを及ぼしているから、過負荷時に、結
合球が接線方向案内溝に入る。

もしも反対方向に回つていればこのような事は
起らないから、いかなる負荷がかかつても結合状
態のままである。つまり、この過負荷防止継手も
単方向性である。双方向性がない。

いずれの装置も、非結合状態になつた場合、継
手本体と結合円筒とを逆方向に僅か相対回転させ
れば、もとの結合状態にもどる。

本発明者は、これらの過負荷防止継手が単方向
性であるのは、結合球の運動が軸に垂直なほぼ同
一平面上で行われている、ということに起因して
いることに気づいた。同一平面上の運動であるか
ら、結合球を回転モーメントによつて動かすに
は、接線方向の傾斜（穴の壁面、溝）を使わざる
をえない。

そうすると双方向性にすることはできない。こ
のような傾斜を仮に接線的傾斜とよぶ。

(ウ) 発明の目的 長時間の使用によつて部品が摩耗せず長寿命で
あつて、しかもいずれの回転方向に対しても過負
荷防止作用のある双方向性過負荷防止継手を提供
する事が本発明の目的である。

(エ) 発明の構成 このような問題を解決するため、本発明に於て
は、内外球室のいずれか一方を、軸方向に平行な
長溝にし、さらに結合球の直径にほぼひとしい幅
を持ち押圧リングの方に開口しており軸方向に穿
たれた少なくともひとつの退避室を他方の球室に
連通するよう設けている。他方の球室から退避室
へ結合球が進みうるようこの球室は回転方向に関
して対称な傾斜面を持つている。

ドイツ特許公報2511148の過負荷防止継手は、
軸方向に直角な同一平面内に於て、結合円筒に穿
たれた傾斜壁にそつて結合球が移動していただけ
である。結合球の運動は同一平面で内外へ動いて
いるだけであつた。傾斜壁といつても軸に平行だ
からである。

本発明に於ける結合球の運動は、同一平面内の
運動ではない。いずれが内外球室であつてもよい
が、長溝になつているものを長溝球室と呼び、傾
斜面を持つ球室を傾斜球室と呼ぶことにする。

長溝球室が軸方向の長溝として穿たれているか
ら、結合球はまず長溝にそつて軸方向に進み、長
溝球室の端においてこれから離れ、半径方向に動
いて傾斜球室に入りこみ、さらに退避室の区へ押
しこまれるようになつている。

このようにすると、傾斜球室の傾斜が軸方向に
穿たれた退避室に対して傾いていればよいことに
なる。従来例に於て採用された軸方向に平行でか
つ接線方向にも平行な傾斜面はもはや不要であ
る。このような接線方向傾斜面（案内溝）があつ
たから、従来の過負荷防止継手は単方向性だつた
のである。本発明に於ては、傾斜球室の傾斜は回
転方向に対して全く対称であるようにする。従来
例の接線的傾斜面に対し円錐的傾斜面ということ
ができる。傾斜面に立てた法線が中心軸を斜めに
通るからである。

本発明に於ては、傾斜球室に連通する退避室
を、傾斜球室の両側に設ける。このため、左回転
に於ても右回転に於ても、全く同様に過負荷防止
作用がある。押圧リングは軸方向に対し、好まし
くは直角な平面をもつ円環状の板材であるが、こ
れが結合位置に結合球を保持する。過負荷時に
は、押圧リングの弾性力に抗してまず軸方向に結
合球が移動する。これは傾斜球室の回転方向につ
いて対称な円錐的傾斜面の作用による。続いて相
対回転の差によつて、結合球が円周方向に移動
し、退避室に入る。これが非結合状態である。非
結合状態に於て、結合球を退避室へ押しつけてい
るのは、押圧リングの幅の広い平坦面である。従
つて、非結合状態が長く続いても、或はたびたび
繰返されても、押圧リングは殆ど摩減しないし、
たとえ少し摩減したとしてもこれは過負荷防止作
用をそこなうようには働かない。

この点で先程述べたドイツ特許に示された装置
と異なつている。

この発明の過負荷防止継手は、回転駆動源につ
ながれた結合円筒が外側にあり、工具を嵌着固定
すべき継手筒体が内側にあるような継手にも応用
できる。この場合、内側の継手筒体の外周面に軸
方向の長溝となる内球室を設け、外側の結合円筒
の内周面にすでに述べたような円錐的傾斜面を有
する外球室を設ける。

さらに、この発明の過負荷防止継手は、結合円
筒が駆動源につながる駆動筒体を有し、結合円筒
の中に工具を取り付けるべき継手筒体があるよう
な継手にも応用できる。この場合、外側の結合円
筒の内周面に軸方向の長溝である外球室を穿ち、
内側の継手筒体の外周面に傾斜面を有する内球室
を設ける。

両者に於て、内球室、外球室の関係が逆転して
いる。

そこで内外位置関係よりも形状を重視し、内外
球室の内、長溝となつているものを長溝球室、傾
斜面を有するものを傾斜球室と呼ぶことにする。

退避室は、軸に対して直角な同一平面上に存在
する。結合球は退避室に安定に存在する事ができ
る。先に述べたドイツ特許の装置では、非結合状
態になつた後、さらに結合円筒が回転すると、結
合球が次々に現われる内球室の中に戻つてしまう
可能性があり、周期的に衝突を繰返していたが、
本発明ではこのような事はない。

いつたん退避室に入つた結合球の状態は安定
で、駆動側の結合円筒が空滑りすると、結合球は
僅かながらも相手側の周面−継手筒体の外周面又
は結合円筒の内周面−に接触し、弱い摩擦力を受
ける。この摩擦力は結合球を退避室の奥へと押込
む方向に働く。このため結合球は、同一方向の回
転が続くかぎり、退避室から出てこない。

回転方向を逆にすれば、摩擦力の方向が逆にな
るので短時間で結合球が退避室から出て、長溝球
室にほぼ半分が没入する。そして結合状態に復帰
する。

非結合状態の安定性は、退避室にある結合球に
働く摩擦力によつて決まる。この摩擦力の大きさ
は退避室の深さによつて決定される。また押圧リ
ングを押える皿バネの弾圧力を変える事により、
この摩擦力の大きさを変える事ができる。

(オ) 実施例 ２つの実施例を図面によつて説明する。

第１の実施例は第１図から第８図に示される。
この過負荷防止継手は、内側の継手筒体１と、こ
れと同心で外側に設けられる結合円筒２とよりな
つている。

継手筒体１は、上端の軸連結筒４に於て軸受な
ど（図示せず）によつて回転自在に支持され、下
端の工具嵌着筒５に、螺切りタツプやドリルなど
回転工具を取付けるようになつている。

継手筒体１の外周面には、軸方向に平行にのび
る長溝が穿たれている。長溝球室６と呼ぶ。この
例では内球室が軸方向の長溝になつている。３つ
の長溝球室が図示されているが、この数は任意で
ある。

長溝球室６に対応して、結合円筒２には、傾斜
球室８が穿たれている。第３図、第４図に示すよ
うに、継手筒体１と結合円筒２とが結合状態にあ
る時、長溝球室６と傾斜球室８の両方に半分ずつ
没入した位置に結合球７が存在する。

結合球７は押圧リング９によつて押上げられて
いる。押圧リング９は皿バネ１０によつて弾性力
を受けている。皿バネ１０の下端は止め板１１に
よつて支持される。止め板１１は外筒１２の下端
に固結され、外筒１２は結合円筒２と上端に於て
結合されている。

結局、結合球７は、皿バネ１０によつて常時、
上向きの弾性力を受けていることになる。

皿バネ１０の上向きの弾性力と、傾斜球室８
（外球室が傾斜球室になつている）の内向き傾斜
面の作用によつて、結合球７は、内側の長溝球室
６に押しつけられるので、第３図、第４図に示す
結合状態が維持される。負荷が大きくない時はこ
の状態が続く。

負荷が過大になつた時、継手筒体１と結合円筒
２の間の伝達トルクが極めて大きくなる。このた
め、結合球７は結合円筒２の傾斜球室８の傾斜面
１３に沿つて下り、皿バネ１０の弾圧力に抗して
押圧リング９を押し下げる。

継手筒体１と結合円筒２との間に相対回転が生
じると、結合球７は、傾斜球室８の傾斜面１３の
形状に従つて下方へ移動する。また長溝球室の半
円断面の作用で結合球７は外方へ押出される。外
方へ押出された結合球７は傾斜面１３に沿つて下
降する。そして、結合球７の内側面が継手筒体１
の外周面に接する位置に至る。これが第５図、第
６図に示す過渡的状態である。

さらに結合球７と継手筒体１外周面との摩擦力
によつて、結合球７は継手筒体１の相対回転方向
にある退避室１４ａ又は１４ｂに没入する。この
状態を非結合状態といい、第７図、第８図によつ
て示す。

結合球７と継手本体１に相対的回転つまり空転
関係がある限り、僅かであるが結合球には、退避
室１４ａ，１４ｂ内でより奥へ向う方向の摩擦力
が働く。この摩擦力が非結合状態を安定に保つて
いる。いつたん非結合状態になると、負荷が殆ど
なくなつて軽くなるが、そのまま結合状態に戻る
わけではない。ヒステリシスがある。同一方向の
回転を続ける限り、結合状態には戻らないから安
全である。また、次の球室に当たつて結合球と球
室の壁面が傷つくということもない。

回転方向を逆にして僅かに回すと、すぐに非結
合状態から結合状態に戻る。退避室にある結合球
７が、反対方向に回転する継手筒体１の外周面と
の摩擦力で、傾斜球室８の方へ進み、傾斜面１３
に入る。皿バネ１０がのび、押圧リング９が上昇
し、結合球７が、最初に現われた、継手本体１の
長溝球室６に入り込む。こうして結合状態に復帰
することになる。

第９図から第１６図に示すのは第２の実施例で
ある。第１の実施例と異なるのは、内部を貫通し
ていたひとつの筒体が、前後ふたつの筒体１′，
１″に分離していることである。第９図に於て上
方にある駆動筒体１′には、モータや減速機がつ
ながれる。下方にある筒体１″は工具が挿入固定
されるべき工具挿入筒体である。

駆動筒体１′は結合円筒２と一体になつている。
この実施例は、第１の実施例と部材の構成がほぼ
反対になつている。

結合円筒２の内周面に、軸方向に延びる長溝球
室６が穿たれている。つまり、外球室が長溝にな
つている。

内側の工具挿入筒体の外周面に傾斜球室８が設
けられている。傾斜球室８の傾斜面１３は外向き
傾斜面になつている。傾斜球室８の中の結合球７
は、上方の押圧リング９に接触している。押圧リ
ング９は、コイルバネ１０′によつて、（第９図に
於て）下方に弾圧されている。コイルバネ１０′
の他端は駆動筒体１′に螺着した外筒１２によつ
て押えられている。

工具挿入筒体１″にはコイルバネ１０′の弾圧力
が伝わる。これに応じて、工具挿入筒体１″のフ
ランジ部は、スラスト軸受、嵌め輪などによつて
結合円筒２に対し回転可能に支承される。

傾斜球室８の両側には、やや上方に退避室１４
ａ，１４ｂがある。これは、押圧リング９の方に
於て開口し、結合球の直径より浅い（半径程度）
の深さをもつている。

第９図〜第１２図は、結合状態を示している。
第１１図、第１２図の拡大断面図で分るように、
結合球７は、ほぼ半分が結合円筒２の長溝球室６
に入つており、残りの半分が、工具挿入筒体１″
の傾斜球室８に入つている。従つて、工具挿入筒
体１″は駆動筒体１′から回転力を受け、同一速度
で一体となつて回転する。

過負荷にあると、結合球７が長溝球室６から押
し出され、第１３図、第１４図に示す過渡的状態
になる。結合球７は上向きの傾斜面１３をさかの
ぼり押圧リング９を押上げる。相対的な回転をし
ているから、結合球は、結合円筒２との摩擦力
で、円周方向に進み退避室１４ａに嵌入する。こ
れが非結合状態で第１５図、第１６図に示してい
る。この状態は安定である。退避室１４ａにある
結合球７は、外側の結合円筒２の内周面との小さ
な摩擦力によつて内奥へ向う力を受けるため、退
避室１４ａから出てこない。

結合球７と押圧リング９の接触部は広い幅があ
る。押圧リング９は摩耗しにくい。たとえ摩耗が
あつたところで、それはこの装置の機能を減殺し
ないので差支えない。

押圧リング９は結合円筒２に対して、軸方向に
変位できなければならないが、相対回転してはい
けない。このため他の球体を押圧リング９と結合
円筒２の長溝球室６の間に入れている。

（カ） 効果 (1) 螺切り工具やドリルなど回転工具と、モー
タ、モータにつながる減速機の間に用いること
ができ、工具に過負荷がかかつた時にトルクの
伝達を遮断し、工具の折損、急激な摩耗、モー
タ、減速機の損傷などを防ぐことができる。

(2) 作用が双方向的である。すなわち、左廻りに
も右廻りにも過負荷防止作用がある。この点
で、前記２件の従来技術より優れている。

(3) 非結合時に於て、結合球と押圧リングの接触
面が広いので、押圧リングが殆ど摩耗しない。
たとえ摩耗しても機能を損わない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る螺切り工具のた
めの過負荷防止継手の縦断面図。第２図は第１図
中の−断面図。第３図は第２図の内外球室近
傍のみの拡大断面図。結合状態を示す。第４図は
第３図の−断面図。第５図は内外球室近傍の
みの拡大断面図。過渡的状態を示す。第６図は第
５図の−断面図。第７図は内外球室近傍のみ
の拡大断面図。非結合状態を示す。第８図は第７
図の−断面図。第９図は他の実施例に係る過
負荷防止継手の一部縦断正面図。第１０図は第９
図のＸ−Ｘ断面図。第１１図は第９図の内外球室
の近傍のみの拡大縦断面図（結合状態）。第１２
図は第１１図の横断面図。第１３図は過渡的状態
に於ける内球室近傍の拡大縦断面図。第１４図は
第１３図の横断面図。第１５図は非結合状態に於
ける退避室近傍のみの拡大縦断面図。第１６図は
第１５図の横断面図。 １……継手筒体、２……結合円筒、３……外周
面、４……軸連結筒、５……工具嵌着筒、６……
長溝球室、７……結合球、８……傾斜球室、９…
…押圧リング、１０……皿バネ、１１……止め
板、１２……外筒、１３……傾斜面、１４……退
避室、１４ａ……右退避室、１４ｂ……左退避
室、１５……押圧リングの前端面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒形の結合円筒と、結合円筒の中へ同心に
   保持される継手本体とよりなり、結合円筒の外周
   面と継手本体の内周面とに結合球を収容する内外
   球室を有し、この内ひとつの球室の深さは結合球
   の直径より小さく、他方の球室は結合球が退避す
   べき退避室を持ち、結合球は弾性体の作用によつ
   て内外球室の間へ押圧されており、過負荷時には
   弾性体の力に抗して結合球が押圧リングを押して
   退避位置に入るようにした過負荷防止継手に於い
   て、一方の球室が軸方向の長溝になつた長溝球室
   ６になつており、他方の球室は押圧リング９の方
   向に開いた円錐的傾斜面１３を中央に有し、押圧
   リング９の方に開口し円周方向に穿たれ底面が円
   錐的傾斜面１３の中間の高さにあり結合球７の直
   径とほぼ同じ幅を持つ退避室１４ａ，１４ｂを円
   錐的傾斜面１３の両側に有する傾斜球室８となつ
   ている事を特徴とする過負荷防止継手。 ２ 押圧リング９は軸に直角な前端面１５を有す
   る事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の過
   負荷防止継手。 ３ 傾斜球室８の円周方向に穿たれた退避室１４
   ａ，１４ｂの底面は、結合球が長溝球室６から押
   し出され円錐的傾斜面１３に沿つて軸方向に移動
   した時の結合球頂面の高さに等しくなるようにし
   た事を特徴とする特許請求の範囲第１項〜第２項
   のいずれかに記載の過負荷防止継手。 ４ 退避室１４ａ，１４ｂの底が軸に対して垂直
   な同一平面上に存在するようにした事を特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記
   載の過負荷防止継手。 ５ 結合円筒２は継手本体１のまわりに回転可能
   に設けられた駆動筒体であつて、この内面に傾斜
   球室８が設けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の過負
   荷防止継手。 ６ 継手本体が駆動筒体１′と工具挿入筒体１
   １″に分割されており、駆動筒体１′は結合円筒２
   と一体に固結されており、結合円筒２の内周面に
   は軸方向に長溝が穿たれた長溝球室６が設けら
   れ、駆動筒体１′の外周面には傾斜球室８を設け
   た事を特徴とする特許請求の範囲第１項〜第４項
   のいずれかに記載の過負荷防止継手。