JPH07223133A - トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に、高速回転にも好適で、しかも設定値の
設定範囲を拡大できるトルクリミッタを提供すること。 【構成】 プーリー３と、出力軸４と、プーリー３、出
力軸４間の結合度を決定するトルク設定部材５とを備え
る。トルク設定部材５は、圧縮空気圧を受けるピストン
７と、ピストン７の軸方向の推力を受けるプッシャーピ
ン８と、プッシャーピン８の推力によりカム部１２ａに
推し付けられる鋼球９とからなる。出力軸４のトルク
が、上記結合度により定まる設定値以下のときは、鋼球
９とカム部１２ａとが結合状態に保持され、プーリー３
のトルクが出力軸４に伝達される。出力軸４のトルクが
設定値を超えると、鋼球９とカム部１２ａとが非結合状
態に変化し、プーリー３が空転する。ピストン７は、連
結ピン１０によりプーリー３と一体となって回転する
が、ピストン７は、圧縮空気による静圧軸受によって回
転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ねじ締付け作業等に使
用されるトルクリミッタに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、トルクリミッタは、入力軸と、
出力軸と、入力軸、出力軸間の結合度を決定するトルク
設定部材とを備え、出力軸のトルクが上記結合度にもと
づいて定まる設定値を超えると、入力軸、出力軸間を結
合状態から非結合状態に変化させるよう構成される。

【０００３】図３及び図４は、それぞれ従来のトルクリ
ミッタの構成を示している。

【０００４】図３図示のトルクリミッタは、入力軸１０
１と、入力軸１０１に固着された太陽歯車１０２と、太
陽歯車１０２に噛合された遊星歯車１０３，１０３と、
遊星歯車１０３，１０３に軸着されたキャリア１０４
と、キャリア１０４に連結された出力軸１０５と、ハウ
ジング１０６内に回転自在に配設され、遊星歯車１０
３，１０３に噛合された内歯車１０７と、ハウジング１
０６に形成された貫通孔１０８に上下動可能に挿通さ
れ、出力軸１０５のトルクが設定値以下のとき、内歯車
１０７の下面に設けられた傾斜面１０７ａと当接状態に
保たれる鋼球１０９と、圧縮コイルばね１１０の弾性復
帰力を受け鋼球１０９を内歯車１０７の下面に推し付け
るプッシャーピン１１１と、圧縮コイルばね１１０とプ
ッシャーピン１１１との間に配設されたフランジ１１２
とを備える。そして、出力軸１０５のトルクが設定値以
下のときには、鋼球１０９が内歯車１０７の回転を阻止
し、入力軸１０１から太陽歯車１０２、遊星歯車１０
３，１０３、キャリア１０４を介して出力軸１０５にト
ルクが伝達され、出力軸１０５のトルクが設定値を超え
ると、内歯車１０７の傾斜面１０７ａが鋼球１０９、プ
ッシャーピン１１１、圧縮コイルばね１１０を押下げ、
内歯車１０７が回転して入力軸１０１が空転し、入力軸
１０１のトルクを出力軸１０５に伝達しないようにす
る。

【０００５】一方、図４図示のトルクリミッタは、入力
軸１０１と、入力軸１０１に対し回転可能に配設された
出力軸１０５と、出力軸１０５を回転可能に支持すると
ともに圧縮空気供給口１０６ａが形成されたハウジング
１０６と、ハウジング１０６に形成され、圧縮空気供給
口１０６ａが開口するリング状のシリンダ部１０６ｂ
と、シリンダ部１０６ｂ内に軸方向へ進退可能に収容さ
れたリング状のピストン１１３と、ピストン１１３の前
面と当接するフランジ１１４と、フランジ１１４に収容
されたベアリング１１５と、ベアリング１１５と当接す
るプッシャーリング１１６と、出力軸１０５に形成され
た凹部１０５ａに収容されるとともに、プッシャーリン
グ１１６の推力を受け、入力軸１０１に形成された係合
凹部１０１ａに係止される鋼球１０９とを備える。そし
て、出力軸１０５のトルクが設定値以下のときには、鋼
球１０９が入力軸１０１の係合凹部１０１ａに係止され
た状態に保たれ、入力軸１０１と鋼球１０９とプッシャ
ーリング１１６と出力軸１０５とが一体となって回転
し、出力軸１０５のトルクが設定値を超えると、係合凹
部１０１ａが鋼球１０９、プッシャーリング１１６、ベ
アリング１１５、フランジ１１４、ピストン１１３を後
退させることによって入力軸１０１が空転し、入力軸１
０１のトルクを出力軸１０５に伝達しないようにする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
トルクリミッタには、内歯車１０７の質量が大きく、そ
の慣性が大きいため、出力軸１０５のトルクが設定値を
超えたときに、内歯車１０７が静止状態から回転状態へ
円滑に移行できず、入力軸１０１を瞬時に空転させるこ
とが難しいという問題があった。この問題は、特に、高
速回転時に顕著であった。また、設定値の設定が圧縮コ
イルばねによるため、設定値が固定されてしまい、可変
にすることが容易でないという問題もあった。

【０００７】また、後者のトルクリミッタには、ベアリ
ング１１５の質量が大きく、その慣性が大きいため、出
力軸１０５のトルクが設定値を超えたときに、鋼球１０
９が係合凹部１０１ａから円滑に脱出できず、入力軸１
０１を瞬時に空転させることが難しいという問題があっ
た。この問題は、前者のトルクリミッタと同様、高速回
転時に顕著であった。また、後者のトルクリミッタに
は、ピストン１１３の外周に配設されたパッキン１７の
摺動抵抗が、上記設定値の設定要素の一つとなることか
ら、単に、圧縮空気供給口１０６ａを介してシリンダ部
１０６ｂに供給すべき圧縮空気圧を設定しただけでは、
設定値が一義的に決まらず、このため、設定値を簡単に
は設定できないという問題や、パッキン１１７の摺動抵
抗により設定値の下限が制限されることから、設定値の
設定範囲が狭くなるという問題があった。

【０００８】本発明は、これらの問題点を解決し、特
に、高速回転にも好適で、しかも設定値の設定範囲を拡
大できるトルクリミッタを提供することを目的とする。

【０００９】また、本発明は、入力軸の軸受とトルク設
定とを簡単な構成で達成することを他の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係るトルクリミッタは、入力軸と、出力
軸と、前記入力軸、出力軸間の結合度を決定するトルク
設定部材と、を備え、前記出力軸のトルクが前記結合度
にもとづいて定まる設定値を超えると、前記入力軸、出
力軸間が結合状態から非結合状態に変化するトルクリミ
ッタにおいて、前記トルク設定部材を、流体圧力に応じ
て前記結合度を決定し、かつ、静圧軸受により入力軸と
一体となって回転する構成としたことを特徴とする。

【００１１】また、請求項２に係るトルクリミッタは、
前記請求項１に係るトルクリミッタにおいて、前記出力
軸と前記入力軸とは、カムとボールとにより結合してお
り、前記トルク設定部材は、前記静圧軸受により回転可
能及び摺動可能に支持されたピストンを有し、前記静圧
軸受を構成する流体の給排気経路の切替えによって前記
カムと前記ボールとの結合度を変化させることを特徴と
する。

【００１２】

【発明の作用効果】請求項１に係るトルクリミッタによ
ると、出力軸のトルクが設定値以下のとき、入力軸、出
力軸間は結合状態に保持され、入力軸のトルクが出力軸
に伝達される。

【００１３】出力軸のトルクが設定値を超えると、入力
軸、出力軸間は非結合状態に変化し、入力軸が空転して
入力軸のトルクは出力軸に伝達されなくなる。

【００１４】トルク設定部材は、流体圧力に応じて入力
軸、出力軸間の結合度を決定するとともに、静圧軸受に
より入力軸と一体となって回転する。ここで、静圧軸受
が上記結合度の決定に関与する場合であっても、静圧軸
受による摩擦抵抗は極めて小さいため、上記結合度決定
にあたって静圧軸受はほとんど無視することができる。
従って、上記結合度は流体圧力を調整することで一義的
に決定することができ、設定値の設定が容易になるとと
もに、設定値を小さな値に設定することも可能となり、
設定値の設定範囲を拡大することが可能になる。また、
静圧軸受により摩擦抵抗が極めて小さくなることから、
トルク設定部材にベアリング等の回転分離機構を設ける
必要がなくなる。このため、トルク設定部材の軽量化を
図ることができ、軽量化により慣性が小さくなるため、
高速回転にも好適なものとなる。

【００１５】また、請求項２に係るトルクリミッタによ
ると、軸受を構成する流体と入、出力軸の結合を制御す
る流体とを共通化でき、構造を簡単にすることができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１７】図１は、一実施例に係るトルクリミッタを
示し、図１(A) は図１(B) 図示Ａ−Ａ線による断面図、
図１(B) は図１(A) 図示Ｂ−Ｂ線による断面図である。

【００１８】図１において、トルクリミッタは、ハウジ
ング１と、ハウジング１内部に外部から駆動力を導入す
るための駆動力導入部材２と、ハウジング１内部に収容
され、駆動力導入部材２により回転駆動される入力軸３
と、ハウジング１外部にトルクを取り出す出力軸４と、
入力軸３と一体となって回転し、入力軸３と出力軸４と
の結合度を決定するトルク設定部材５と、ハウジング１
内部に収容され、出力軸４と一体となって回転し、トル
ク設定部材５による推力を受ける出力側回転部材６とか
ら構成される。

【００１９】ハウジング１には、駆動力導入部材２を通
す窓１ａと、出力軸４を通す貫通孔１ｂと、入力軸３、
トルク設定部材５及び出力側回転部材６を収容する収容
室１ｃと、圧縮空気供給口１ｄと、圧縮空気室１ｅと、
圧縮空気排出口１ｆとが形成されている。

【００２０】駆動力導入部材２は、図示しない駆動手段
により駆動されるタイミングベルトで構成されている。

【００２１】入力軸３は、タイミングベルト２が掛けら
れた中空円筒状のプーリーで構成されている。

【００２２】出力軸４は、先端に、締付け対象とされる
ねじ（図示せず。）の頭部に係合される係合部４ａを有
する。出力軸４の元部側には、出力軸４を軸方向へ駆動
する駆動手段（図示せず。）が配設されている。

【００２３】トルク設定部材５は、中空円筒状のピスト
ン７と、プッシャーピン８と、ボール（鋼球）９とから
構成される。

【００２４】ピストン７は、回転可能かつ軸方向への移
動可能にハウジング１のシリンダ部１ｇに収容されてい
る。また、ピストン７は、入力軸３に対し軸方向へ移動
可能なように、かつ、入力軸３と一体となって回転可能
なように、複数個の連結ピン１０で入力軸３に連結され
ている。ピストン７には、圧縮空気室１ｅ側の受圧面と
外周面との間を連通し、圧縮空気をシリンダ部１ｇの内
周面に吹き出して静圧軸受部を形成するための、絞り部
７ａを有する空気通路７ｂが形成されている。ピストン
７は、比較的軽量であり、例えば合成樹脂製である。

【００２５】プッシャーピン８は、プーリー３に、軸方
向に沿って、かつ、回転方向に等間隔で形成された複数
個、例えば３個の貫通孔３ａの各々に、軸方向へ移動可
能なように収容されている。プッシャーピン８は、ピス
トン７が圧縮空気により付与された軸方向の推力を受
け、この推力を鋼球９に伝達する働きをする。

【００２６】鋼球９は、各プッシャーピン８と１対１に
対応して設けられ、貫通孔３ａ内に、軸方向へ移動可能
なように、かつ、一部が貫通孔３ａの外に露出するよう
に収容されている。

【００２７】出力側回転部材６は、ハウジング１に対し
回転可能に軸支されており、スプライン１１とカム付き
円筒体１２とから構成される。スプライン１１は、出力
軸４に嵌込まれ、出力軸４の軸方向への移動を許容し、
かつ、出力軸４と一体となって回転するものである。カ
ム付き円筒体１２は、スプライン１１の外周にキー１３
で固定されている。カム付き円筒体１２は、ハウジング
１に回転可能に軸支されている。カム付き円筒体１２の
カム部１２ａには、鋼球９が圧接されている。

【００２８】次に、上記構成のトルクリミッタの動作及
び効果を説明する。

【００２９】図示しない空気圧源から所定圧力の圧縮空
気を圧縮空気供給口１ｄを介して圧縮空気室１ｅに印加
した状態においては、ピストン７が圧縮空気圧を受けて
軸方向への推力を発生し、この推力は、プッシャーピン
８、鋼球９を介してカム付き円筒体１２のカム部１２ａ
に作用する。そして、この推力は、空気圧源が発生する
圧縮空気圧を調整することで調整できる。従って、鋼球
９とカム部１２ａとの結合度は、圧縮空気圧の大きさに
応じて決定され、圧縮空気圧が大きい場合には、結合度
が大きく、一方、圧縮空気圧が小さい場合には、結合度
が小さくなる。

【００３０】また、圧縮空気室１ｅ内の圧縮空気は、空
気通路７ｂを介してシリンダ部１ｇ内周面に吹き出さ
れ、ピストン７に対する静圧軸受部１４が形成され、ピ
ストン７が回転自在とされる。従って、ピストン７の摩
擦抵抗は極めて小さく、圧縮空気圧によって、鋼球９と
カム部１２ａとの結合度、換言すると設定値が一義的に
決定されることとなり、設定値の設定が容易になる。ま
た、ピストン７の摩擦抵抗が極めて小さいため、設定値
を小さな値に設定することが可能になり、設定値の設定
範囲を拡大することができる。また、ピストン７の摩擦
抵抗が極めて小さいため、ピストン７が摩耗しにくい。

【００３１】タイミングベルト２が駆動されると、プー
リー３がピストン７と一体となって回転する。このプー
リー３のトルクは、鋼球９とカム部１２ａとが結合状態
にあることから、カム付き円筒体１２、スプライン１１
を介して出力軸４に伝達され、出力軸４の先端の係合部
４ａが回転する。ここで、ピストン７はプーリー３と一
体となって回転するため、ピストン７とプーリー３との
間にベアリング等による回転分離機構が一切不要とな
り、この回転分離機構の質量分だけ、後述するような鋼
球９が後退する際の慣性が小さくなり、プーリー３を空
転状態に円滑に移行させることができるようになる。

【００３２】出力軸４のトルクが、鋼球９とカム部１２
ａとの結合度によって決定される設定値以下である間
は、鋼球９とカム部１２ａとが結合状態に保たれ、入力
軸３のトルクが出力軸４に伝達される。

【００３３】出力軸４のトルクが上記設定値を超えるよ
うになると、カム部１２ａが鋼球９を後退させて、鋼球
９とカム部１２ａとが非結合状態に変化し、プーリー３
が空転し、プーリー３のトルクは、出力軸４に伝達され
なくなる。ここで、鋼球９の後退は、プッシャーピン
８、ピストン７の質量が比較的小さく、慣性が小さいた
め、瞬時に行なわれることとなる。従って、プーリー３
の空転状態への移行は、極めて円滑に行なわれる。

【００３４】上述したように、本実施例のトルクリミッ
タでは、出力軸４のトルクが設定値を超えるようになる
と、鋼球９が瞬時に後退し、プーリー３が空転状態に円
滑に移行できる。このため、トルクリミッタを高速のね
じ締付け作業に使用した場合、従来のトルクリミッタで
は、図２(A) に示すように、ねじが破壊されるのを防止
するために、ねじが着座する前に出力軸の回転数を低下
させ、この低速回転数でねじ締付けを終了させる必要が
あり、このため、作業時間が長時間となっていたが、本
実施例のトルクリミッタでは、ねじが着座して出力軸４
のトルクが設定値を超えるようになると、プーリー３が
空転状態に円滑に移行できるため、図２(B) に示すよう
に、ねじが着座するまで出力軸４を高速回転させること
ができ、このため、作業時間を短縮させることができ
る。なお、図１(B) に示すように、ハウジング１にピス
トン７の軸方向位置を検出する位置センサ１５を配設
し、位置センサ１５がピストン７の変位を検出したとき
タイミングベルト２を停止させるようにすれば、プーリ
ー３の回転時に鋼球９がカム部１２ａを打撃することに
よる異音、摩耗等を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係るトルクリミッタの断面図

【図２】同トルクリミッタの効果を説明するためのグラ
フ

【図３】従来のトルクリミッタの断面図

【図４】他の従来のトルクリミッタの断面図

【符号の説明】

３ 入力軸（プーリー） ４ 出力軸 ５ トルク設定部材 ７ ピストン ７ｂ 空気通路 ９ ボール（鋼球） １２ａ カム（カム部）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸と、 出力軸と、 前記入力軸、出力軸間の結合度を決定するトルク設定部
   材と、 を備え、 前記出力軸のトルクが前記結合度にもとづいて定まる設
   定値を超えると、前記入力軸、出力軸間が結合状態から
   非結合状態に変化するトルクリミッタにおいて、 前記トルク設定部材を、 流体圧力に応じて前記結合度を決定し、かつ、静圧軸受
   により入力軸と一体となって回転する構成としたことを
   特徴とするトルクリミッタ。
2. 【請求項２】 前記請求項１において、 前記出力軸と前記入力軸とは、カムとボールとにより結
   合しており、前記トルク設定部材は、前記静圧軸受によ
   り回転可能及び摺動可能に支持されたピストンを有し、
   前記静圧軸受を構成する流体の給排気経路の切替えによ
   って前記カムと前記ボールとの結合度を変化させること
   を特徴とするトルクリミッタ。